专利名称：一种汽车引擎用高效长寿命复合滤料结构及其制备方法
技术领域：
本发明属于空气环境净化技术领域，具体涉及一种汽车引擎用高效长寿命复合滤料结构及其制备方法。
背景技术：
汽车引擎用的空气滤清器滤芯，按过滤材料来分，经历了油湿式、油浴式再到纸质滤芯三个阶段。金属网状滤芯由于过滤效率太低，在汽车空气过滤系统中已经趋于淘汰。从五十年代开始，出现了新型材料纸质滤芯，技术上经过不断完善，具有过滤效率高，为959Γ99%，成本低，维修方便，结构尺寸小，因而获得广泛使用。但由于车辆行驶的道路环境中颗粒物污染严重，易造成过滤器堵塞，寿命短，使得过滤器更换过于频繁。对于大型货车，各换频率甚至高达每600公里I次。同时，现有过滤器强度低容易破损，失去滤清作用。 汽车引擎用的空气过滤材料需要包括以下几方面性能(1)过滤效率高；(2)气流阻力小；(3)机械强度大；(4)均匀性好；(5)满足使用寿命长等要求。然而目前国内市场上汽车引擎使用的过滤器的滤料结构普遍存在以下缺点一是滤料结构单一，过滤效率较低；二是滤料使用过程中，容尘分布不合理，外多内少，在滤料表面形成表面过滤，阻力增加比较快，降低了滤料使用寿命。
发明内容
本发明针对汽车引擎用空气过滤器中滤料存在以上技术问题，通过颗粒物过滤理论及计算流体力学技术对滤料结构与功能进行了科学合理的设计，提供一种汽车引擎用高效长寿命复合滤料结构及其制备方法。本发明提供的一种汽车引擎用高效长寿命复合滤料结构，专门用在汽车引擎的空气过滤器中，以达到空气过滤效率高，使用过程中阻力变化小，机械强度高，使用寿命长等特点。本发明为达到以上技术要求，所采取的技术方案是
本发明提出的一种汽车引擎用高效长寿命复合滤料结构，所述滤料结构由Ν+1层过滤层叠合而成，由迎风面向内依次为第一层到第N层不同厚度、不同纤维直径和孔隙率的纤维过滤层和第Ν+1层PTFE浸溃镀膜层叠合而成；从迎风面向内起，第一层到第N层的纤维过滤层的厚度、纤维直径和孔隙率依次减小；其中N大于等于2。本发明中，各纤维层的层数、厚度、纤维直径与孔隙率通过颗粒物过滤理论及计算流体力学的方法确定，第一纤维层直径为10-20微米,第二纤维层直径为1-8微米。本发明中，所述纤维过滤层采用玻璃纤维。本发明提出的一种汽车引擎用高效长寿命复合滤料结构的制备方法，具体步骤如下
按着由迎风面向内的顺序依次制备各纤维过滤层结构，待前一层纤维过滤层脱水60-70%后将其放置于造纸机的成纸网表面，在其表面喷涂制作下一层纤维过滤层，依此类推，最后在第N层纤维过滤层上浸溃镀第N+1层过滤结构PTFE膜。本发明中，所述的一种汽车引擎用的高效长寿命复合滤料结构，各纤维层的厚度、纤维直径与孔隙率通过颗粒物过滤理论及计算流体力学的方法确定，由迎风面向内各层的厚度、纤维直径和孔隙率依次减小；滤料工作过程中灰尘由大到小依次合理沉积在各纤维过滤层中，最后一层PTFE膜保证较高的过滤效率；本发明滤料结构兼顾了容尘量与过滤效率的最优化，减小了滤料结构的厚度和阻力，使得过滤效率和使用寿命提高为现有水平的3倍。本发明中，所述滤料结构层次可以根据不同类型车辆驾驶环境空气的质量不同而改变纤维的层次数量、厚度以及各层的纤维直径和孔隙率，从而达到在不同空气环境中容尘量和过滤效率的最优化。本发明中，所述的一种汽车引擎用的高效长寿命复合滤料结构，专门适合用于为汽车引擎提供洁净的空气，克服现有滤芯结构效率低下，使用寿命短的缺点。
本发明涉及一种汽车引擎用的高效长寿命复合滤料结构，与市场上销售的汽车引擎用的空气过滤器中的滤料结构相比，其优势在于
(O本发明为了改善过滤材料的过滤性能，改变单一组分纤维纸的空隙状态，采用不同纤维直径的纤维搭配制备不同孔隙率的过滤层，按一定次序叠加而成。(2)本发明弥补了一般过滤结构功能单一、气流阻力大、寿命低等不足，由于采用了多组分纤维，制备的过滤结构不仅孔隙率高，而且具有合理的几何结构和孔径分布，可以发挥过滤材料的结构效应和屏蔽效应，因而过滤效率高，气流阻力低，抗张强度也有了较大提闻。(3)本发明采用颗粒物过滤理论及计算流体力学技术，根据汽车驾驶环境的颗粒污染物特点设计纤维过滤层中纤维滤料的直径和孔隙率，以及纤维层的厚度和层数等，使得本发明所述滤料结构除尘效率等性能都能达到最优。
图I本发明滤料结构示意图。图2本发明双层纤维滤料结构示意图。图3本发明三层纤维滤料结构示意图
图中标号1为第一纤维过滤层，2为第二纤维过滤层，3为第三纤维过滤层，N为第N纤维过滤层，4为第N+1N层PTFE浸溃镀膜层。
具体实施例方式以下结合附图1-3和发明人依本发明的技术方案所完成的具体事例，对本发明作进一步的详细描述。实施例I :
如图I所示，一种汽车引擎用的高效长寿命复合滤料结构，其结构主体由N+1层过滤层结构组成，由迎风面向内依次为第一到第N层不同厚度、不同纤维直径和孔隙率的纤维过滤层和第N+1层PTFE浸溃镀膜层。本发明所述的复合滤料结构的制备方法为首先利用颗粒物过滤理论及计算流体力学技术确定特定条件要求下纤维滤料的层数、各层厚度及纤维直径和孔隙率；按着由迎风面向内的顺序依次制备各层纤维滤料结构，最后在最内层纤维滤料层上浸溃镀一层PTFE膜。本发明所述复合滤料结构由迎风面向内各层的厚度、纤维直径和孔隙率依次减小；滤料工作过程中灰尘由大到小依次合理沉积在各玻纤过滤层中，最后一层PTFE膜保证较高的过滤效率。实施例2
如图2所示，一种汽车引擎用的高效长寿命复合滤料结构，其结构主体由3层过滤层结构组成，由迎风面向内依次为O. 3_厚纤维直径为10微米的第一纤维过滤层1，0. 2_厚纤维直径为2微米第二纤维过滤层2和PTFE浸溃镀膜层4。
本发明所述的复合滤料结构的制备方法为，首先利用颗粒物过滤理论及计算流体力学技术确定满足过滤风速分布和过滤阻力最优化条件下的两纤维过滤层的纤维直径和孔隙率；按着确定的纤维直径和孔隙率所需的滤料配比先制作O. 3mm厚的第一纤维过滤层1，待其脱水60%-70%后将其放置于造纸机的成纸网表面，铺设O. 2_厚的第二纤维过滤层2，待其烘干后将第二纤维过滤层2的表面浸溃镀一层PTFE浸溃镀膜4。本发明所述复合滤料结构由迎风面向内各层的厚度、纤维直径和孔隙率依次减小；滤料工作过程中灰尘由大到小依次合理沉积在各玻纤过滤层中，最后一层PTFE膜保证较高的过滤效率；本发明两层玻纤过滤层结构与现有单层玻纤过滤结构相比，在过滤阻力提高相同的情况下，使用寿命为现有单层玻纤过滤结构的2倍。实施例3
如图3所示，一种汽车引擎用的高效长寿命复合滤料结构，其结构主体由4层过滤层结构组成，由迎风面向内依次为O. 25mm厚的第一纤维过滤层1,0. 15mm厚的第二纤维过滤层2,0. Imm厚的第三纤维过滤层3和PTFE浸溃镀膜层4。本发明所述的复合滤料结构的制备方法为，首先利用颗粒物过滤理论及计算流体力学技术确定三层玻纤过滤层的纤维直径和孔隙率；按着确定的纤维直径和孔隙率所需的滤料配比先制作O. 25mm厚第一纤维过滤层1，待其脱水60%_70%后将其放置于造纸机的成纸网表面，铺设O. 15_厚的第二纤维过滤层2，待其脱水60%-70%后将其放置于造纸机的成纸网表面，铺设O. Imm厚的第三纤维过滤层3，待其烘干后将第三纤维过滤层3的表面浸溃镀一层PTFE膜。本发明所述复合滤料结构由迎风面向内各层的厚度、纤维直径和孔隙率依次减小；滤料工作过程中灰尘由大到小依次合理沉积在各玻纤过滤层中，最后一层PTFE膜保证较高的过滤效率。本发明三层玻纤过滤层结构与现有单层玻纤过滤结构相比，在过滤阻力提高相同的情况下，使用寿命为现有单层玻纤过滤结构的2. 5-3倍。
权利要求
1.一种汽车引擎用高效长寿命复合滤料结构，其特征在于所述滤料结构由N+1层过滤层叠合而成，由迎风面向内依次为第一层到第N层不同厚度、不同纤维直径和孔隙率的纤维过滤层和第N+1层PTFE浸溃镀膜层叠合而成；从迎风面向内起，第一层到第N层的纤维过滤层的厚度、纤维直径和孔隙率依次减小；其中N大于等于2。
2.根据权利要求I所述的汽车引擎用高效长寿命复合滤料结构，其特征在于各纤维层的层数、厚度、纤维直径与孔隙率通过颗粒物过滤理论及计算流体力学的方法确定，第一纤维层直径为10-20微米，第二纤维层直径为1-8微米。
3.根据权利要求I所述的汽车引擎用高效长寿命复合滤料结构，其特征在于所述纤维过滤层采用玻璃纤维。
4.一种如权利要求I所述的汽车引擎用高效长寿命复合滤料结构的制备方法，其特征在于具体步骤如下 按着由迎风面向内的顺序依次制备各纤维过滤层结构，待前一层纤维过滤层脱水60-70%后将其放置于造纸机的成纸网表面，在其表面喷涂制作下一层纤维过滤层，依此类推，最后在第N层纤维过滤层上浸溃镀第N+1层过滤结构PTFE膜。
全文摘要
本发明涉及到一种汽车引擎用高效长寿命复合滤料结构及其制备方法。本发明结构主体由N+1层过滤层结构组成，由迎风面向内依次为第一层到第N层不同厚度、不同纤维直径和孔隙率的纤维过滤层和第N+1层PTFE浸渍镀膜层。本发明所述的复合滤料结构的制备方法为，按着由迎风面向内的顺序依次制备各纤维过滤层结构，最后在最内层过滤层上浸渍镀一层PTFE膜。本发明设计的主要特点为各纤维过滤层的厚度、纤维直径和孔隙率通过颗粒物过滤理论及计算流体力学技术计算确定，兼顾容尘量与过滤效率最优化，保证滤料结构阻力变化小、使用寿命长、厚度小但除尘效率高。本发明设计结构紧凑，专门适合为汽车引擎提供洁净空气的过滤结构的滤料来使用，也可以直接作为其他空气过滤器的滤料结构使用。
文档编号B01D39/14GK102824788SQ20121032791
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者徐斌, 崔鹏义 申请人:同济大学