气孔率可调节的壁流式蜂窝陶瓷过滤器及其制备工艺的制作方法

1.本发明涉及一种蜂窝陶瓷过滤器，特别是一种气孔率可调节的壁流式蜂窝陶瓷过滤器及其制备工艺。


背景技术：

2.壁流式陶瓷颗粒过滤器是柴油车上有效净化碳颗粒的装置，其主要工作原理是在整个柱面上均布大量的气孔，然后通过交叉封孔的方式，使得相邻的气孔一个贯通，一个封堵，但此封堵并非气流就无法通过了，通过提高壁流式陶瓷颗粒过滤器相邻通孔间的孔壁气孔率，可以改善气流通过的效率，使得封堵孔的气流通过孔壁的微孔到达贯通的气孔，再随着贯通的气孔的气流一起排出，而由于封堵孔处的气流无法直接排出，需要更弯曲的路径，所以气流相较于贯通的气孔速度会慢，气流更快处形成相对低压强，气流更慢处形成相对高压强，这样封堵气孔的气流携带的未燃尽的碳颗粒就会被吸附在侧壁微孔上，而不会直接堆积在封堵处，使得清理更加方便。
3.但此种设计方案存在的问题是，随着吸附的碳颗粒越来越多，微孔被封堵的越来越多，最终就会造成微孔基本被完全封堵，此时就不再具有吸附的效果，需要及时的更换壁流式陶瓷颗粒过滤器，而现在用来评判壁流式陶瓷颗粒过滤器的性能一般也采用气孔率来进行评判，就是因为气孔率越高，能够被封堵的微孔也就越多，到达全部微孔被封堵的时间也就越长，而现存的壁流式陶瓷颗粒过滤器一般的维护周期是3～5个月。
4.但是这种说法也并不是完全正确，因为也有在特殊的场景下需要更低的气孔率，且更低的气孔率会使得相对压强变大，带来更高的吸附能力，对于碳颗粒较小的情况下，更高的吸附能力明显比维护周期的时长要更优先。
5.现有生产的壁流式陶瓷颗粒过滤器的气孔率在生产之前就已经根据组分配比确定了最终产出产品的气孔率，每次得到客户要求的气孔率后，就需要先进行组分配比探究，再试产，再量产，而组分配比探究中，根据气孔率的要求需要采用不同的造孔剂，由于采用了不同的造孔剂，再根据材料相性的问题，需要配合其他原料的变化，就会导致每次研发的过程旷日持久。


技术实现要素：

6.发明目的：本发明的目的在于解决现有的产品的气孔率完全由配方中造孔剂的种类及用量决定，每次开发都需要更换不同的造孔剂而导致研发困难的问题。
7.技术方案：本发明提供以下技术方案：
8.一种气孔率可调节的壁流式蜂窝陶瓷过滤器，原料包括堇青石、粘结剂、润滑剂和造孔剂，所述造孔剂由占造孔剂总量的40～70％的特殊造孔剂及30～60％的常规造孔剂构成，特殊造孔剂和常规造孔剂占造孔剂总量的100％，其中，特殊造孔剂采用尚未吸水状态下的吸水树脂，吸水树脂的每1％替代造孔剂总量的5～10％。
9.上述中总量的判定采用重量判定的方式，总量的40～70％即为总重量的40～
70％。
10.在常规造孔剂的基础上，增加了特殊造孔剂，特殊造孔剂采用吸水树脂的设计方案，由于吸水树脂可以通过吸水来扩充体积及质量，所以可以采用更少的造孔剂料达到相同或更高的造孔效果，毕竟水的价值肯定是低于造孔剂的价值的，这样从一方面，我们就可以节约了成本。
11.由于采用了吸水树脂作为特殊造孔剂，这样就可以通过控制吸水树脂的含水量来控制气孔率，毕竟气孔率的形成，最终是通过原始气孔及材料的烧失形成，所以我们直接对水进行烧失，就简化了造孔的形成机理，使得气孔率的最终形成通过控制吸水树脂中水的蒸发量来进一步达到目的。
12.一种气孔率可调节的壁流式蜂窝陶瓷过滤器的制备工艺，将原料堇青石、粘结剂、润滑剂和造孔剂混合后根据最终所需的气孔率下限确定所需添加的水量，将混合后的原料和水再次混合静置后得到吸水树脂含水量＞50％的坯料，坯料通过挤出机成型后在微波生产线烘干，然后即得到免烧制的所需气孔率的产品。
13.此处，吸水树脂含水量＞50％的意思是根据吸水树脂的饱和含水量判定，达到饱和含水量的50％以上，即达到标准。
14.通过微波生产线进行烘干，可以通过线性调节温度区间的模式，配合对水的蒸发，就可以更好的控制水分蒸发带来的气孔率变化。
15.进一步地，所述粘结剂为甲基纤维素和高岭土中的至少一种。
16.进一步地，所述润滑剂为滑石粉。
17.进一步地，所述常规造孔剂为果壳粉、有机树脂微球、石墨、淀粉和高分子塑料粒子中一种或多种的组合。
18.进一步地，所述吸水树脂为浓度为8％的聚丙烯酰胺。
19.进一步地，原料还包括水，水与特殊造孔剂的重量比为22～65:1.3。
20.主要是强调水不仅用于被特殊造孔剂吸取，其他原料及坯料的成型都依赖于水，所以水的用量远远超过特殊造孔剂所需吸取的量及特殊造孔剂的量。
21.进一步地，所述在微波生产线的烘干温度上限为180
±
10℃。
22.超过水的沸点但又低于吸水树脂的沸点，这样到最终，吸水树脂也仍然被保留在产品内，而通过控制微波的各个区间的时间及不同的升温速率，就可以得到不同水分烧失及对应不同气孔率的产品。
23.进一步地，烘干过程中，在30～烘干温度上限℃区间，采用不同的升温速率可以得到不同气孔率的产品，具体如下：
24.1)当升温速率为2.5℃/min，最终产品的气孔率为65.2％；
25.2)当升温速率为3℃/min，最终产品的气孔率为65.7％；
26.3)当升温速率为3.5℃/min，最终产品的气孔率为66.2％；
27.4)当升温速率为4℃/min，最终产品的气孔率为66.8％；
28.5)当升温速率为4.5℃/min，最终产品的气孔率为66.9％；
29.6)当升温速率为5℃/min，最终产品的气孔率为66.7％。
30.进一步地，所述经过微波生产线烘干后的产品的气孔率大于65％，中值孔径为14～18微米，等静压强度≥1.05mpa，此时吸水树脂的含水率仍然保有0.8～2％。
31.在本产品的最终成品出库的状态下，吸水树脂仍然是含水的，这一点很重要，是本技术产品明显区分于采用一般造孔剂的壁流式蜂窝陶瓷过滤器的地方。
32.有益效果：本发明相对于现有技术：
33.1、采用本发明的设计方案，最终制得的壁流式蜂窝陶瓷过滤器气孔率下限在65％以上，符合现下的过滤标准，能够付诸实用；
34.2、由于本技术产品采用的特殊造孔剂替代了部分的常规造孔剂，这样在常规造孔剂的配合下，仍然能够保证存在气孔，而通过控制特殊造孔剂，也就是吸水树脂水分蒸发状态的时间，就可以控制最终吸水树脂的烧失水量，而烧失水量对应的就是形成的气孔，即对应的气孔率；
35.3、由于原料中加入了大量的水，不仅用于被特殊造孔剂吸取，还有其他材料的混合所需，最终成型，吸水的过程中体积膨胀，微波烘干过程中水分蒸发，体积收缩，可以通过控制水分蒸发的速率来控制体积收缩的速率，水分蒸发的速率也就反应到升温速率上，体积收缩的速率最终体现产品的气孔率变化；
36.4、由于吸水树脂取代了大量的造孔剂，这样吸水树脂配合水就可以覆盖较大范围的所需气孔率，这样每次研发对应气孔率的产品时，就需要单独去寻找新的造孔剂，只需要调整吸水树脂对应的水分用量即可，大大缩短了产品研发周期；
37.5、本技术最终经过烘干的产品中，吸水树脂仍然是含水的，这样在以后安装到柴油车后实际使用的过程中，由于产品被安装在尾气排放处，会伴随高温气体，使得高温和气流对产品不停的冲刷，吸水树脂中的水分含量会进一步的减少，直至最终消失，而这个过程中，由于吸水树脂中的水分含量还在减少，所以气孔率仍然会产生一定的变化，达到微孔中的气流会由于气孔的变化产生流速和流向的变化，形成湍流，使得对已经吸附在与此微孔连通的其他微孔上的部分碳颗粒进行反向冲刷，使得部分碳颗粒在微孔入口处的位置被重新分布，产生更多的微孔入口，这样就可以使得能够吸附的碳颗粒总量得到提升，产品的维护周期得到了延长，同时，由于气孔率再次发生了变化，这个变化肯定也是气孔率提升，所以最终产品的维护周期也会得到延长。
附图说明
38.图1为本发明的电镜示意图；
39.图2为本发明的升温曲线示意图。
具体实施方式
40.下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
41.实施例1
42.一种气孔率可调节的壁流式蜂窝陶瓷过滤器，原料包括堇青石、粘结剂、润滑剂和造孔剂，所述造孔剂由占造孔剂总量的40％的特殊造孔剂及60％的常规造孔剂构成，特殊造孔剂和常规造孔剂占造孔剂总量的100％，其中，特殊造孔剂采用尚未吸水状态下的吸水树脂，吸水树脂的每1％替代造孔剂总量的10％。
43.粘结剂为甲基纤维素。
44.润滑剂为滑石粉。
45.常规造孔剂为果壳粉。
46.吸水树脂为浓度为8％的聚丙烯酰胺。
47.原料还包括水，水与特殊造孔剂的重量比为22:1.3。
48.最终产品的气孔率为65.1％，中值孔径为14微米，等静压强度≥1.05mpa，此时吸水树脂的含水率仍然保有0.9％，从提车至产品维护共经历4.5个月。
49.实施例2
50.一种气孔率可调节的壁流式蜂窝陶瓷过滤器，原料包括堇青石、粘结剂、润滑剂和造孔剂，所述造孔剂由占造孔剂总量的70％的特殊造孔剂及30％的常规造孔剂构成，特殊造孔剂和常规造孔剂占造孔剂总量的100％，其中，特殊造孔剂采用尚未吸水状态下的吸水树脂，吸水树脂的每1％替代造孔剂总量的5％。
51.粘结剂为高岭土。
52.润滑剂为滑石粉。
53.常规造孔剂为有机树脂微球和石墨的组合。
54.吸水树脂为浓度为8％的聚丙烯酰胺。
55.原料还包括水，水与特殊造孔剂的重量比为65:1.3。
56.最终产品的气孔率为66.3％，中值孔径为16微米，等静压强度≥1.06mpa，此时吸水树脂的含水率仍然保有2.0％，从提车至产品维护共经历8个月。
57.实施例3
58.一种气孔率可调节的壁流式蜂窝陶瓷过滤器，原料包括堇青石、粘结剂、润滑剂和造孔剂，所述造孔剂由占造孔剂总量的55％的特殊造孔剂及45％的常规造孔剂构成，特殊造孔剂和常规造孔剂占造孔剂总量的100％，其中，特殊造孔剂采用尚未吸水状态下的吸水树脂，吸水树脂的每1％替代造孔剂总量的7％。
59.粘结剂为甲基纤维素和高岭土的组合。
60.润滑剂为滑石粉。
61.常规造孔剂为石墨、淀粉和高分子塑料粒子的组合。
62.吸水树脂为浓度为8％的聚丙烯酰胺。
63.原料还包括水，水与特殊造孔剂的重量比为44:1.3。
64.最终产品的气孔率为65.8％，中值孔径为15微米，等静压强度≥1.06mpa，此时吸水树脂的含水率仍然保有1.6％，从提车至产品维护共经历6个月。
65.实施例4
66.一种气孔率可调节的壁流式蜂窝陶瓷过滤器，原料包括堇青石、粘结剂、润滑剂和造孔剂，所述造孔剂由占造孔剂总量的50％的特殊造孔剂及50％的常规造孔剂构成，特殊造孔剂和常规造孔剂占造孔剂总量的100％，其中，特殊造孔剂采用尚未吸水状态下的吸水树脂，吸水树脂的每1％替代造孔剂总量的6％。
67.粘结剂为高岭土。
68.润滑剂为滑石粉。
69.常规造孔剂为石墨和高分子塑料粒子的组合。
70.吸水树脂为浓度为8％的聚丙烯酰胺。
71.原料还包括水，水与特殊造孔剂的重量比为40:1.3。
72.最终产品的气孔率为65.7％，中值孔径为15微米，等静压强度≥1.05mpa，此时吸水树脂的含水率仍然保有1.5％，从提车至产品维护共经历6个月。
73.对比例
74.常规壁流式蜂窝陶瓷过滤器，原料包括堇青石、粘结剂、润滑剂和造孔剂，所述造孔剂为常规造孔剂。
75.粘结剂为高岭土。
76.润滑剂为滑石粉。
77.常规造孔剂为果壳粉。
78.原料还包括水，水与其他组分的重量比为2：5。
79.最终产品的气孔率为65.6％，中值孔径为12微米，等静压强度≥0.9mpa，从提车至产品维护共经历3.5个月。
80.综合上述的实施例结果，如下表：
[0081][0082]
实施例1至实施例4的制备工艺除最终吸水树脂的含水率处采用不同的蒸发时间外，其他均相同，从上述的数据可以看出，在实施例1至实施例4的实验过程中，通过增加特殊造孔剂的使用占比，使得气孔率的调节上限得到增加，最终气孔率也更高，进一步的，中值孔径也得到了扩大，而仅采用常规造孔剂的对比例除气孔率外，其他中值孔径、等静压强度均低于本技术的技术指标。
[0083]
当最终的吸水树脂的含水率提升时，维护周期也相应的增加，对比例中由于没有吸水树脂的存在，维护周期也相较于本技术缩短，仅有3.5个月。
[0084]
实施例5
[0085]
一种气孔率可调节的壁流式蜂窝陶瓷过滤器的制备工艺，将原料堇青石、粘结剂、润滑剂和造孔剂混合后根据最终所需的气孔率下限确定所需添加的水量，将混合后的原料和水再次混合静置后得到吸水树脂含水量＞50％的坯料，坯料通过挤出机成型后在微波生产线烘干，然后即得到免烧制的所需气孔率的产品。
[0086]
此处，吸水树脂含水量＞50％的意思是根据吸水树脂的饱和含水量判定，达到饱和含水量的50％以上，即达到标准。
[0087]
通过微波生产线进行烘干，可以通过线性调节温度区间的模式，配合对水的蒸发，
就可以更好的控制水分蒸发带来的气孔率变化。
[0088]
粘结剂为甲基纤维素和高岭土中的至少一种。
[0089]
润滑剂为滑石粉。
[0090]
常规造孔剂为果壳粉、有机树脂微球、石墨、淀粉和高分子塑料粒子中一种或多种的组合。
[0091]
吸水树脂为浓度为8％的聚丙烯酰胺。
[0092]
水与特殊造孔剂的重量比为22～65:1.3。
[0093]
主要是强调水不仅用于被特殊造孔剂吸取，其他原料及坯料的成型都依赖于水，所以水的用量远远超过特殊造孔剂所需吸取的量及特殊造孔剂的量。
[0094]
在微波生产线的烘干温度上限为180
±
10℃。
[0095]
超过水的沸点但又低于吸水树脂的沸点，这样到最终，吸水树脂也仍然被保留在产品内，而通过控制微波的各个区间的时间及不同的升温速率，就可以得到不同水分烧失及对应不同气孔率的产品。
[0096]
烘干过程中，在30～烘干温度上限℃区间，采用不同的升温速率可以得到不同气孔率的产品，具体如下：
[0097]
1)当升温速率为2.5℃/min，最终产品的气孔率为65.2％；
[0098]
2)当升温速率为3℃/min，最终产品的气孔率为65.7％；
[0099]
3)当升温速率为3.5℃/min，最终产品的气孔率为66.2％；
[0100]
4)当升温速率为4℃/min，最终产品的气孔率为66.8％；
[0101]
5)当升温速率为4.5℃/min，最终产品的气孔率为66.9％；
[0102]
6)当升温速率为5℃/min，最终产品的气孔率为66.7％。
[0103]
经过微波生产线烘干后的产品的气孔率大于65％，中值孔径为14～18微米，等静压强度≥1.05mpa，此时吸水树脂的含水率仍然保有0.8～2％。
[0104]
在本产品的最终成品出库的状态下，吸水树脂仍然是含水的，这一点很重要，是本技术产品明显区分于采用一般造孔剂的壁流式蜂窝陶瓷过滤器的地方。