高精度复合柴油过滤材料的结构与性能

高精度复合柴油过滤材料的结构与性能

近年来，在国家关于节能减排的政策的指导下，国内各汽车厂推得的挖掘机能够满足国家要求。现代柴油机已进入电控时代,在各种工况下柴油机对燃油喷射的控制更加严格。为实现上述的精确控制,供油系统需要有足够高的响应速度,同时,系统中各种装置必须具备足够的可靠性,尤其是供油泵和喷油器,它直接影响到电控的质量。供油泵和喷油器精密偶件的磨损是电控失效的主要原因之一。而引起精密偶件磨损的主要原因是柴油中的污染物质,尤其是3~10μm的颗粒以往的柴油滤清器一般采用单层的过滤纸来加工滤芯,然而对于高压共轨供油系统而言,单层的过滤纸就很难同时满足过滤精度和使用寿命的要求了。目前市场上的高精度柴油滤清器普遍采用的都是过滤纸与无纺布复合的过滤材料,这种材料目前主要的生产厂家有德国的Gessner,美国的HV,韩国的Ahlstrom和Clean&Science,而在我国这种材料目前还是市场空白。本文对多种进口高精度复合柴油过滤材料的结构与性能进行了相关分析,以期为高精度复合过滤材料的研制提供依据。同时,根据这类材料的结构与性能特点,结合柴油滤清器的加工工艺,对这类材料的使用注意事项进行了分析,以期对一些买到了进口好材料但却做不出好滤清器的企业起到一定的借鉴作用。1实验1.1样品进口高精度复合柴油过滤材料。1.2试验仪器与仪器测厚仪:YG142,宁波纺织仪器厂;透气性测试仪:YG461E,宁波纺织仪器厂;耐破度仪:瑞典产的L&W耐破度测定仪;毛细流量孔径测试仪:型号CFP-100-A,美国PMI公司。过滤性能的多次通过检测:航空工业总公司过滤与分离机械产品质量监督检测中心出具第三方检测报告。2结果与讨论2.1层复合材料的组成目前市场上的高精度柴油过滤材料一般都由多层材料经超声波复合加工而成,以两层复合的居多,如图1所示,另外还有一些为三层复合的,如图2所示。两层的材料由一层纸基和一层无纺布组成;三层的材料由一层纸基和两层无纺布组成。对于三层材料,其中最上层的无纺布是由纺黏法加工而成的,一般定量在20g/m2.2无纺布层结构的形态分析图3、图4分别是样品1和样品2的纸基层与熔喷无纺布层表面的扫描电镜照片。从图3可以看出,纸基层主要由植物纤维组成,从纤维直径和纤维形态分析可以看出主要包含了针叶木和阔叶木纤维,纸浆经过适度的打浆处理,并用树脂进行过增强。从图4可以看出,熔喷无纺布层相对纸基层结构疏松,孔隙率高,熔喷纤维的直径存在一定的分布,但以3μm以下的居多。作为柴油过滤的材料,无纺布层要满足过滤性能的要求外,还要能满足柴油滤清器所需的耐油性、油水分离特性并满足滤清器的加工工艺要求,而这与无纺布层的原料特性密切相关。2.3用于研究和扩散的层析材料利用红外光谱对多种商品样的熔喷无纺布层进行了研究,其谱图基本一致,如图5所示。从图中可以观察到1407cm2.4材料的检测结果表1为9个进口产品的基本物理性能汇总,为了进一步分析无纺布层和纸基层的性能及其对全纸性能的贡献,我们把每一个样品分为全纸、无纺布和纸基来进行检测。为了更直观地反映材料各部分与整体之间的关系,我们将表1的数据进行了分类汇总,见表2,括号内的数据反映的是性能在此区间的样品个数。从以上数据可以看出纸基是复合过滤材料主要性能的基础,透气率、力学性能和孔径都主要取决于纸基。2.5全纸过滤性能的表征样品3在航空工业总公司过滤与分离机械产品质量监督检测中心采用多次通过试验台进行了过滤性能的检测。无纺布层由于强度太低,无法进行相同条件下的测试,因而此部分只对全纸和纸基进行了检测,表3为过滤性能的汇总表。从表3可以看出,全纸的流阻与纸基相差很小,因而无纺布层的存在对流阻产生的影响很小,其原因主要在于无纺布层结构较疏松,透气率较高。对于4μm的粒子,全纸的过滤效率是纸基的4.3倍,对于纳污容量,全纸是纸基的7.2倍。根据过滤比的意义相关研究与实践经验分析认为,纸基是全纸过滤精度的一个基本保障,无纺布层的作用主要是进一步提高过滤精度和显著提高纳污容量,即使用寿命。3纤维原料的加工对几种进口的高精度复合柴油过滤材料的结构和性能进行了研究,对于这类材料的开发提供了以下几点思路:(1)纸基是高精度复合柴油过滤材料的主要物理性能的基础,目前商品样纸基层的原料以阔叶木纤维和针叶木纤维为主,但从物理性能和过滤性能的角度来分析,其它细直径的植物纤维和非植物纤维都将具有应用潜力。(2)PBT熔喷无纺布层的主要作用在于进一步提高过滤精度和显著提高纳污容量。PBT无纺布层的质量控制关键在于纤维直径的分布均匀性,必须采用针对PBT设计的专用熔喷无纺布生产线进行生产。(3)目前纸基和无纺布的复合多以超声波复合方式为主,但由于二者之间性能差