来自 汽车 2019-04-28 12:51 的文章

高性能汽车空气滤纸关键技术研发

  摘 要:以高密度棉浆、优质漂白针叶木浆为主要原料,采用恒功率打浆技术、纳米纤维浆内添加技术,并通过优化水溶性树脂等助剂添加工艺,研发了高性能汽车空气滤纸。产品具有孔径小、透气度好、过滤效率高等特点。

  对于汽车发动机,滤清器起到“肺”的作用,可分为机油、燃油及空气三种滤清器,即“三滤”。其中,空气滤清器起到非常重要的作用。空气滤清器的核心材料是空气滤纸,它可以保证进入气缸的空气质量,保护发动机气缸和活塞环,并防止灰尘进入曲轴箱机油内,减缓曲轴颈和轴承的磨损,从而延长发动机使用寿命。

  已有研究表明:汽车发动机的早期损坏70%与空气滤纸相关,其质量直接影响发动机的可靠性和使用寿命,是国家规定的内燃机质量强制检验项目之一。同时,高精度过滤材料可滤清空气中的悬浮尘埃、颗粒,使不含杂质的清洁空气进入发动机气缸内部,从而保证可燃混合气的充分燃烧,减少二氧化硫、一氧化碳等污染气体的排放。然而,目前国内汽车用空气滤纸市场仍被国外产品所占有,代表性的企业有美国H&V公司、德国G e s s n e r公司、韩国A hlstrom和意大利BOSSO公司等。如意大利BOSS O公司生产的用于桑塔纳汽车的空气滤纸的定量为120g/m2,其平均孔径为40μm以下,透气度(Δ P=200P a)≥100L/m2.s,对0.5μm微粒初始过滤效率达到70%~80%,耐破度指标≥200kPa,在国际上处于先进水平。

  目前,国内产品还没有达到进口高端产品的水平,至今国产空气过滤纸的市场份额仅为10%左右,且主要是中低端的。从质量和性能上分析,其主要原因在于国产过滤纸普遍采用单一纤维,如针叶木浆、阔叶木浆、丝光化浆等来抄造单层滤纸,孔隙结构单一,使得产品的透气性和过滤性较差,难以在过滤效率、过滤阻力与纳污容量间进行平衡,从而会严重影响汽车发动机的正常运转。本公司作为国内单个企业产量前列的汽车空气滤纸生产厂家之一,一直致力于研发高质量、高性能的汽车空气滤纸。公司研发团队的前期研究结果表明,复合纤维的纳米级均一化处理可更易实现孔径的梯度分布,从而提高了颗粒型污染物的过滤效率。该结果为本项目高性能汽车空气滤纸关键技术研发提供了重要思路和基础。目前,公司研发的汽车空气滤纸的关键性能已接近进口产品,通过进一步优化,可达到或超过国外产品,并有望大量替代国外产品。

  本研发项目完成后,可开发出一种高性能汽车空气滤纸,在结构上实现平均孔径≤40μm,在过滤性能上实现对 0.5μm微粒初始过滤效率≥80%,耐破度指标≥250kPa,主要性能达到或超过进口的同类产品。

  本项目以植物纤维为主要原料,并复配纳米纤维及助剂开发高性能汽车空气滤纸。

  重点采用针叶木浆纤维、阔叶木浆纤维、纳米纤维等为主要原料,研究各种纤维的特性;研究不同纤维的恒功率打浆技术,控制合理的打浆度;研究不同纤维配比在浆内添加条件下对汽车空气滤纸性能的影响;研究多纤维配比下空气滤纸的抄造条件,以获取高匀度纸页。

  研究纳米纤维在空气滤纸面层添加的工艺;研究面层添加对空气滤纸性能的影响,比较与浆内添加条件下的区别;研究空气滤纸孔隙结构控制的主要因素;确定浸胶过程及固化条件。

  通过优化植物纤维、纳米纤维的配比,控制各种纤维浆料合理的打浆工艺、上网成形条件、浸胶及固化的工艺参数等,开发出孔隙结构合理分布的空气滤纸;开展高性能汽车空气过滤纸的产业化中试研究,制定产品质量和技术标准,科学合理地确定其工艺流程及工艺技术条件,并成功进行产业化生产。

  2017年9月,公司成立了以吴安波高级工程师为主的高性能汽车空气滤纸关键技术研发项目小组,对项目的全过程制订了科技攻关计划,确定研发方案,责任到人,分工协作。

  研发小组在经过多次市场调查、资料查询和讨论的基础上,确定了高性能汽车空气滤纸研发的技术路线、产品质量指标。

  (1)采用高密度棉短绒浆或漂白针叶木浆,可制得高性能汽车空气滤纸;通过浆内添加3%到5%的纳米纤维,能够显著降低汽车空气滤纸的孔径;添加纳米纤维对透气度也有一定影响,但总的来说影响幅度相对较小。

  (2)与浆内添加方式相比,面层添加纳米纤维的方式能更有效地降低汽车空气滤纸的最大孔径,同时更有利于保持其透气度。

  (4)改变汽车空气滤纸原有的浆料纤维配比对孔径和透气度都有影响,对纳米纤维的作用效果也有一定的影响,但总的来说,添加少量纳米纤维均可以在对透气度影响较少的条件下显著降低滤纸的孔径,从而提高过滤效率。

  4.1 研发了高性能汽车空气滤纸的配方和生产技术。空气滤纸用到的纤维主要包括高密度棉短绒浆、漂白针叶木浆、纳米纤维等。制备过程中添加了助剂。研发了浆内添加和表面添加纳米纤维生产高性能的纳米空气滤纸技术。通过在浆中添加3%~5%的纳米纤维,在保证透气度条件下,显著降低空气滤纸的孔径,从而提高其过滤效率。

  4.2 采用恒功率打浆技术,探索打浆设备的实际功率、设定功率与纤维微表面特性变化之间的关系,开发混合木浆纤维的恒功率打浆技术,保证木浆纤维的打浆质量。

  本项目前后,在相关技术研发和生产工艺、设备等方面,申请了国家专利7项(其中已授权发明专利3项、实用新型专利2项;已申请受理发明专利2项);已形成自己的知识产权。