專利名稱：紙質(zhì)的疊片式尾氣后處理用載體單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紙質(zhì)的疊片式尾氣后處理用載體單元，應(yīng)用于汽車尾氣的D0C、SCR、DPF或POC后處理行業(yè)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，全球面臨能源和環(huán)境的綜合挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)汽車的排放達(dá)標(biāo)的技術(shù)手段選擇方面，人們?nèi)匀幻媾R不少的難題，例如，如何選擇后處理的載體和催化劑等方面。后處理載體是構(gòu)成車用后處理平臺的關(guān)鍵因素，截止到目前為止，在后處理載體 方面絕大多數(shù)是進口的陶瓷載體，這種陶瓷載體的機械強度稍差，不太適應(yīng)于中國的實際情況；同樣，一些特殊結(jié)構(gòu)的成熟的金屬載體也是被國外的技術(shù)和專利壟斷，成為制約中國后處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此，如何獲得低成本和高性能的后處理載體是推進該領(lǐng)域技術(shù)進步的核心內(nèi)容。根據(jù)車用后處理器的使用工況，以及對載體的綜合技術(shù)要求，金屬蜂窩、金屬泡沫、金屬絲網(wǎng)、金屬纖維和無機纖維也是載體材料的不錯的選項。后處理所用的陶瓷載體，通常都是采用專用的金屬陶瓷的3M襯墊‘包括’住載體，并把載體和殼體封裝固定在一起，滿足車輛的冷態(tài)和熱態(tài)的抗振動要求，但是，一方面材料的成本較高，另一方面封裝必須采用機器人生產(chǎn)線，影響產(chǎn)品的競爭力。而上述所用的金屬載體單元，在封裝時就不適合使用這種金屬陶瓷的3M襯墊。這里，并不是說金屬材質(zhì)的載體的封裝就沒有一點問題，相反，要滿足車輛的冷態(tài)和熱態(tài)的抗振動要求也必須采取多種技術(shù)措施；例如，可以把柱狀的金屬材質(zhì)的載體整體在真空釬焊爐內(nèi)進行釬焊處理，此工藝，雖然能很好的解決載體單元的強度問題，但是，設(shè)備成本和生產(chǎn)工藝的成本高昂，也完全不符合低碳節(jié)能環(huán)保的綠色工藝過程的特點；也可以把柱狀的金屬材質(zhì)的載體兩端加裝支撐結(jié)構(gòu)，也可以在柱狀的金屬材質(zhì)的載體之間‘橫穿加強筋’等等，這些措施都改變了載體的最基本的氣流場的分布均勻性，結(jié)果是‘局部受力不均’，在通過GB或HJ振動試驗時產(chǎn)生位移等形式的損害。同樣，市場上已經(jīng)有各類金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的金屬載體出現(xiàn)，但是，對這類樣件在規(guī)定的50(Tl000h的臺架老化試驗中存在不同程度的堵塞問題，實測樣件的背壓指標(biāo)檢測大于15kPa，最高達(dá)到23kPa，背壓較高時將導(dǎo)致車輛燃油經(jīng)濟性變差，出現(xiàn)這些堵塞問題的原因歸結(jié)到底是這類載體的宏觀結(jié)果和微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化存在問題，也就是在增加過濾面積(濾床體積)的同時應(yīng)該優(yōu)化氣流通道；
在中國專利信息平臺，以‘后處理載體封裝’、‘后處理殼體封裝’和‘殼體封裝’進行檢索，申請(專利)號為CN201010522911. 2的‘一種尾氣凈化用金屬載體及其加工方法’的專利是卷繞而成的波片和平片通過耐高溫的黏膠連接的方法；申請(專利)號為CN200510024944. 3的‘汽車尾氣凈化器催化劑金屬載體及其制備方法’的專利是泡沫金屬的結(jié)構(gòu)；申請(專利)號為CN200910262284. 0的‘尾氣凈化器用金屬載體’的專利是一種多層交替疊合的U型平板及U型波形板構(gòu)成；申請(專利)號為CN200910177855. O的‘一種耐高溫的金屬載體’的專利是外殼內(nèi)壁涂布鎳基釬焊粉及粘結(jié)劑進行高溫焊接制作金屬載體；申請(專利)號為CN201110048031.0的‘一種用于固定源尾氣脫硝的蜂窩狀金屬絲網(wǎng)催化劑及制備’的專利是蜂窩狀金屬載體的催化劑的制備；申請(專利)號為CN98125354. 7的‘催化劑用金屬載體’的專利是具有一個呈圓筒形并含有多個沿軸線方向延伸的通氣孔的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體；申請(專利)號為CN200710010359. 7的‘一種具有氧化鋁涂層的蜂窩狀金屬絲網(wǎng)載體及其制備方法’的專利是將多個平板狀和多個瓦楞狀金屬絲網(wǎng)加工制成帶有涂層的蜂窩狀金屬絲網(wǎng)載體；申請(專利)號為CN200720088652. O的‘機動車三元催化凈化器金屬載體的波紋帶及其金屬載體’的專利是由多層波紋帶與平板帶的疊合層卷制焊接成的蜂窩狀柱體；申請(專利)號 為CN201020206068. 2的‘孔網(wǎng)式催化轉(zhuǎn)化器’的專利是由孔網(wǎng)式金屬載體是由多條金屬波紋網(wǎng)帶交叉重疊或由多條金屬波紋網(wǎng)帶與金屬平板網(wǎng)帶交叉重疊組成；申請(專利)號為CN201020532458. 9的‘一種摩托車的尾氣凈化金屬載體’的專利是多個呈直通孔狀結(jié)構(gòu)的過濾孔，過濾孔內(nèi)間隔設(shè)置有若干起阻流作用的徑向波紋的蜂窩載體；分析認(rèn)為上述專利于本發(fā)明沒有近似性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種紙質(zhì)的疊片式尾氣后處理用載體單元，其對現(xiàn)有的后處理載體的性能和結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，降低了堵塞的風(fēng)險，增加了振動試驗通過的幾率，具備實用性和先進性。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種紙質(zhì)的疊片式尾氣后處理用載體單元，其特征在于采用無機耐熱纖維紙，用工業(yè)縫紉機和碳纖維線密集均勻的縫制走針一遍，以折疊長度為D2=10(T400mm,交替反方向折疊,制成一組疊片，以垂直折疊方向卷繞到一個芯軸上成為金屬載體單元，噴涂強化液體一次，經(jīng)過強化液體強化的載體單元用壓縮空氣吹掃紙的兩面，去除多余的液體，采用5(T80°C的熱風(fēng)槍吹干，強化后的金屬載體單元安裝在不銹鋼殼體內(nèi)。所述的芯軸的軸心上將疊片A的邊沿和B片的邊沿重合，經(jīng)縫紉機和碳纖維線單獨縫制連接在一起；疊片A到B的片數(shù)為10-200片；折疊長度為D3=10(T200mm。所述的不銹鋼材質(zhì)的芯軸為D4=6 20mm。所述的不銹鋼殼體與擋圈焊接在一起，芯軸和擋圈或焊接，或采用螺母連接；殼體的內(nèi)徑為2D3+D4。所述的強化液體按重量份數(shù)采用35份的工業(yè)球粘土、10份的工業(yè)酒精、54. 9去離子水以及0. I份的工業(yè)的氧化鎂混合物，經(jīng)過球磨30min，成為一種膠體懸浮液體。所述的無機纖維紙包括氧化鋁纖維紙、硅酸鋁纖維紙以及鈦酸鋁纖維紙。本發(fā)明的積極效果是疊片制備可以采用手工，也可以采用效率更高的機械設(shè)備，實現(xiàn)大批量生產(chǎn)；通過卷繞前的濾片進行微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，發(fā)明了疊片式的濾片制備工藝和結(jié)構(gòu)，并以此制備了 ‘疊片的濾片單元’，在載體宏觀規(guī)整的前提下，營造圍觀的不規(guī)整，使卷繞后的載體存在豐富的‘契型空間’，增加了氣體濾過的面積，減少了被堵塞可能，在使用中具有積極意義。


圖I為本發(fā)明的疊片前的材料片和折疊之后的疊片。圖2為本發(fā)明的纖維紙密集均勻的走針縫制后示意圖。圖3為本發(fā)明的疊片折疊成載體單元。圖4為本發(fā)明擋圈的結(jié)構(gòu)和安裝示意圖。圖5為本發(fā)明的采用螺母連接的示意圖。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例對本發(fā)明進一步描述，實施例為進一步闡明本發(fā)明的特 點，不等同于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員依照本發(fā)明進行的更改，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。一種紙質(zhì)的疊片式尾氣后處理用載體單元，其特征在于采用無機耐熱纖維紙，用工業(yè)縫紉機和碳纖維線密集均勻的縫制走針一遍，以折疊長度為D2=10(T400mm，交替反方向折疊，制成一組疊片，以垂直折疊方向卷繞到一個芯軸上成為金屬載體單元1，噴涂強化液體一次，經(jīng)過強化液體強化的載體單元用壓縮空氣吹掃紙的兩面，去除多余的液體，采用5(T80°C的熱風(fēng)槍吹干，強化后的金屬載體單元I安裝在不銹鋼殼體2內(nèi)。所述的芯軸的軸心上將疊片A的邊沿和B片的邊沿重合，經(jīng)縫紉機和碳纖維線單獨縫制連接在一起；疊片A到B的片數(shù)為10-200片；折疊長度為D3=10(T200mm。所述的不銹鋼材質(zhì)的芯軸為D4=6 20mm。所述的不銹鋼殼體2與擋圈焊接在一起，芯軸和擋圈或焊接，或采用螺母連接；殼體的內(nèi)徑為2D3+D4。所述的強化液體按重量份數(shù)采用35份的工業(yè)球粘土、10份的工業(yè)酒精、54. 9去離子水以及0. I份的工業(yè)的氧化鎂混合物，經(jīng)過球磨30min，成為一種膠體懸浮液體。所述的無機纖維紙包括氧化鋁纖維紙、硅酸鋁纖維紙以及鈦酸鋁纖維紙。實施例I
如圖I所示，取d3=0. 5mm的硅酸鋁纖維紙，長度Dl=20000mm，寬度D3=200mm，D2=200mm ;采用3K的碳纖維線和工業(yè)縫纟刃機密實均勻的縫制走針一遍；兩端帶螺紋的不銹鋼實心棒芯軸D4=6mm ;在Dl的長度上均分100份,從一端A開始,每200mm為一個折疊單元，順序正反方向折疊，直到另一端B結(jié)束，制備100個疊片，上下為平板磨具的油壓機靜壓Ih0實施例2
把芯軸放在疊片的中間位置，牽動A片和B片，使A和B兩片的邊沿重合，電阻焊接，焊接點不少于20點，制備出載體芯；如圖2-3所示。實施例3
取厚度為I. 5mm的SUS304不銹鋼板，寬度220mm，長度1279mm，在長度方向卷繞成筒狀，焊縫焊接前放入已經(jīng)制備好的載體芯，采用卡具卡緊殼體，完成焊縫焊接；完成擋條和殼體的焊接，螺母固定心軸和擋條；完成了外徑203. 6mm,長度220mm的載體的制備；該載體的有效體積為26L ;如圖4-5所示。實施例4采用35份的工業(yè)球粘土、10份的工業(yè)酒精、54. 9去離子水以及0. I份的工業(yè)的氧化鎂混合物組成液體，經(jīng)過球磨30min，成為一種膠體懸浮液體；把封裝后的纖維紙載體單元整體在其中浸沾一次，用壓縮空氣吹掃紙的兩面，去除多余的液體，采用5(T80°C的熱風(fēng)槍吹干，即完成載體單元的制備。 實施例5
采用型號為DC-20000-200綜合振動臺，把本發(fā)明的高強度后處理金屬載體單元按要求固定在臺面上，測量原始位置尺寸，垂直振動，試驗條件為室溫，加速度為20g，位移量為I. 4mm，頻率為100Hz，時間為5h ;試驗結(jié)束后檢測位移量為O。實施例6
將氧化鋁纖維紙是一種很容易從市場上獲得，為提高載體的強度，卷繞前首先對折后的濾片進行縫制，由于這種纖維紙強化之前是柔軟的紙狀，因此縫制是采用工業(yè)縫紉機完成操作，對邊沿進行縫制的目的是增強載體的整體強度，避免發(fā)動機熱氣流的吹掃對載體局部和整體的影響；本發(fā)明的耐高溫紙采購商品化的氧化鋁纖維紙，牌號為GLGW-83，厚度d3=0. 3 5mm，寬度為300mm，成卷的紙，長度不限，體積密度為210kg/m3 ;縫紉時采用工業(yè)的碳纖維細(xì)線，這種細(xì)線的強度達(dá)到2 7GPa，可以承受1000°C以上的溫度環(huán)境，完全可以滿足車載后處理工作條件，碳纖維細(xì)線相應(yīng)的工業(yè)商品的規(guī)格為1IT320K (K代表1000根碳纖維單絲組合而成的束絲)，本發(fā)明使用的f6K的碳纖維線，完成縫制后使紙片表面和內(nèi)部的纖維絲結(jié)合的更緊密和密實；
以D4=6 20_的芯軸為軸心卷繞該疊片，使A片的邊沿和B片的兩個邊沿重合，經(jīng)點焊或電阻焊后連接在一起；樣件從A片到B片的疊片數(shù)最少10片，最多200片；所需疊片的多少取決于載體樣件的直徑和疊片材料的厚度，小直徑的樣件不可能容納過多的疊片，否貝U，契型間隙過小，影響過濾效果，相反，疊片過多一定會造成樣件的質(zhì)量過大，在汽車上應(yīng)用時難度越大；當(dāng)各個疊片疊制完畢后，要把整個疊片在壓力機模壓3(T60min，以便疊片的邊沿規(guī)整，契型間隙均勻，形狀保持規(guī)則；
疊片的D3=10(T200mm，卷繞后的D3以及芯軸的半徑即為載體的半徑；同樣，疊片的D2=10(T400mm，卷繞后的D2即為載體的有效長度；上述尺寸的最小組合可以制備3L的載體，最大的組合可以制備50L的載體，此范圍可以滿足從輕型柴油車到重型柴油車的對后處理器載體的完整范圍；
芯軸可以是不銹鋼管狀的，但要求其壁厚大于3_，以便滿足焊接或連接強度要求，如果選擇不銹鋼管，其出口方向的管口必須封閉焊接；但是，也可以是兩端帶螺紋的不銹鋼棒，此時的直徑D4=6mm即可；
如圖4、5所示，把不銹鋼載體殼和擋圈焊接在一起，而芯軸和擋圈或焊接一起，或采用螺母連接兩端；殼體的內(nèi)徑為2D3+D4，恰好等于芯軸的直徑和兩個疊片的寬度，入殼后要緊密配合，防止在殼體板和疊片之間出現(xiàn)縫隙；完成焊接后再進行強化液體的強化處理；強化液體按重量份數(shù)采用35份的工業(yè)球粘土、10份的工業(yè)酒精、54. 9去離子水以及0. I份的工業(yè)的氧化鎂混合物，經(jīng)過球磨30min，成為一種膠體懸浮液體；把封裝后的纖維紙載體單元整體在其中浸沾一次，用壓縮空氣吹掃紙的兩面，去除多余的液體，采用5(T80°C的熱風(fēng)槍吹干，即完成載體單元的制備。
權(quán)利要求
1.一種紙質(zhì)的疊片式尾氣后處理用載體單元，其特征在于采用無機耐熱纖維紙，用工業(yè)縫紉機和碳纖維線密集均勻的縫制走針一遍，以折疊長度為D2=10(T400mm，交替反方向折疊，制成一組疊片，以垂直折疊方向卷繞到一個芯軸上成為金屬載體單元，噴涂強化液體一次，經(jīng)過強化液體強化的載體單元用壓縮空氣吹掃紙的兩面，去除多余的液體，采用5(T80°C的熱風(fēng)槍吹干，強化后的金屬載體單元安裝在不銹鋼殼體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種紙質(zhì)的疊片式尾氣后處理用載體單元，其特征在于所述的芯軸的軸心上將疊片A的邊沿和B片的邊沿重合，經(jīng)縫紉機和碳纖維線單獨縫制連接在一起；疊片A到B的片數(shù)為10-200片；折疊長度為D3=10(T200mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種紙質(zhì)的疊片式尾氣后處理用載體單元，其特征在于所述的不銹鋼材質(zhì)的芯軸為D4=6 20mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種紙質(zhì)的疊片式尾氣后處理用載體單元，其特征在于所 述的不銹鋼殼體與擋圈焊接在一起，芯軸和擋圈或焊接，或采用螺母連接；殼體的內(nèi)徑為2D3+D4。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高通透性后處理載體單元，其特征在于所述的強化液體按重量份數(shù)采用35份的工業(yè)球粘土、10份的工業(yè)酒精、54. 9去離子水以及0. I份的工業(yè)的氧化鎂混合物，經(jīng)過球磨30min，成為一種膠體懸浮液體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高通透性后處理載體單元，其特征在于所述的無機纖維紙包括氧化鋁纖維紙、硅酸鋁纖維紙以及鈦酸鋁纖維紙。
全文摘要
本發(fā)明涉及紙質(zhì)的疊片式尾氣后處理用載體單元，其特征在于采用無機耐熱纖維紙，用工業(yè)縫紉機和碳纖維線密集均勻的縫制走針一遍，以折疊長度為D2=100~400mm，交替反方向折疊，制成一組疊片，以垂直折疊方向卷繞到一個芯軸上成為金屬載體單元，噴涂強化液體一次，經(jīng)過強化液體強化的載體單元用壓縮空氣吹掃紙的兩面，去除多余的液體，采用50~80℃的熱風(fēng)槍吹干，強化后的金屬載體單元安裝在不銹鋼殼體內(nèi)。其在不降低過濾效果的情況下降低背壓，機械強度提高，延長更換和維修間隔，因此，作為后處理載體，該產(chǎn)品可以用作DOC、POC、DPF和SCR的載體，具有一定的實際意義和較高的實用價值。
文檔編號F01N3/28GK102748107SQ20121023880
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者劉國軍, 劉忠政, 孫國靜, 崔龍, 張克金, 張喆, 米新艷, 鄭曉旭, 陳慧明, 魏傳盟 申請人:中國第一汽車股份有限公司