[发明专利]一种多晶氧化铝纤维衬垫的制造方法

说明书

本发明公开了一种多晶氧化铝纤维衬的制造方法，通过先对前驱体纤维进行湿法成型后形成前驱体纤维集合体，再对前驱体纤维集合体进行热处理使之转化为多晶氧化铝纤维集合体，最后对多晶氧化铝纤维集合体涂胶定型，制备多晶氧化铝纤维衬垫，在老化面压方面相对传统造纸法工艺明显改善，在面密度分布均匀性和剥离强度方面相对针刺法工艺明显改善。

技术领域

本发明涉及纤维衬垫技术领域，具体涉及一种多晶氧化铝纤维衬垫的制造方法。

背景技术

中国的大气污染防治工作面临空前的挑战，控制移动机械与非道路移动机械的尾气污染对减少空气中NOx、PM2.5等污染物具有重要意义，目前主流技术路线是在减少发动机原始排放的基础上，再加装尾气后处理系统，通过气-固催化反应对污染物进行处理。

尾气后处理系统的核心是催化单元，包括陶瓷载体、衬垫、金属外壳三部分。衬垫通常布置在陶瓷载体与金属外壳之间的间隙中，主要起固定、密封、隔热的作用。衬垫通常是一种无机纤维基材料，需要在常温至内燃机排气温度下，由摩擦力提供充分的固定力。

衬垫的成分主要是无机纤维，有时还包括功能填料和粘合剂。多晶氧化铝纤维是衬垫的常用无机纤维之一，其主要成分是氧化铝和二氧化硅，氧化铝的含量一般为65~98wt.%，二氧化硅的含量一般为2~35wt.%，氧化铝含量约为72%、二氧化硅含量约为28%的多晶氧化铝纤维通常被称为多晶莫来石纤维。典型的多晶氧化铝纤维制备方法是溶胶-凝胶法，即先将铝盐缩合制备凝胶，再使用甩丝或喷丝的纺丝方法转化为前驱体纤维，前驱体纤维经过热处理后转化为目标产物多晶氧化铝纤维。

目前市售的多晶氧化铝纤维衬垫有针刺法多晶氧化铝纤维衬垫和造纸法多晶氧化铝纤维衬垫两种。两者性能上的区别主要表现在衬垫面密度分布均匀性、剥离强度和老化面压。衬垫面密度分布均匀性对衬垫在封装单元里对陶瓷载体形成的压力分布均匀性有直接影响，影响封装单元的可靠性和寿命。衬垫的剥离强度反映了衬垫层与层之间结合的紧密程度，过低的剥离强度会导致衬垫无法被完整的安装入陶瓷载体和金属外壳之间。衬垫的老化面压反映了衬垫在长期使用后残留的为陶瓷载体提供固定力的能力，过低的老化面压容易导致陶瓷载体在车辆运行中松动、脱落，以致封装单元报废。

针刺法多晶氧化铝纤维衬垫是对纤维长度≥30mm的多晶氧化铝纤维进行平铺成毯后，再进行针刺，通过带倒钩的刺针在纤维毯的垂直方向运动形成纤维束，以构建层与层之间的连接，以此形成衬垫的三维可回弹结构。由于长纤维平铺困难，衬垫面密度的均匀性无法得到保证。此外，在生产较高面密度的衬垫时，刺针的行程过大，纤维束末端的纤维数量变少，同时纤维束中的纤维断裂情况更严重，衬垫的剥离强度有显著下降。造纸法多晶氧化铝纤维衬垫是将多晶氧化铝短纤维均匀分散在水中，加入粘合剂进行湿法成型，或在湿法成型后再涂胶干燥定型。造纸法相对针刺法，单位面积上的纤维重量分布更加均匀，层与层之间通过有机粘合剂进行连接，能够在较高的面密度条件下，依然拥有较高的剥离强度。然而，造纸法的工艺要求必须使用短纤维。

如果在纺丝阶段通过调节工艺参数直接制备短纤维，会导致纤维直径变大、渣球增多，纤维本身的性能下降。通常的方法是对多晶氧化铝纤维进行短切处理，此过程不可避免的会对纤维本身结构造成损害，导致纤维上存在裂纹等缺陷，进而影响衬垫的老化面压。

因此，提出一种保证衬垫面密度分布均匀性的同时，在较高面密度下依然拥有良好的剥离强度且提高衬垫的老化面压的多晶氧化铝纤维衬垫及其制造方法，已是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种保证衬垫面密度分布均匀性的同时，在较高面密度下依然拥有良好的剥离强度且提高衬垫的老化面压的多晶氧化铝纤维衬垫及其制造方法。

本发明的目的是这样实现的：