汽車用空氣濾芯木基處理方法及效果分析

張 莉，馬 巖

（1.德州學(xué)院汽車工程學(xué)院，山東 德州 253023；2.東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

空氣濾清器是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中的一個(gè)重要部件，影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和使用壽命。發(fā)動(dòng)機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)的提高也對(duì)車用發(fā)動(dòng)機(jī)提出了更高更嚴(yán)的要求，濾清器雖然不能直接減少排放，但它起到的保護(hù)共軌系統(tǒng)的作用仍舊不可忽視，一些創(chuàng)新型空氣濾清器應(yīng)運(yùn)而生。

目前，最常見的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣濾芯是經(jīng)樹脂浸漬的折疊濾紙，它能將絕大多數(shù)灰塵隔離，紙質(zhì)濾芯的壽命取決于紙面大小及空氣本身的清潔程度。但是紙質(zhì)濾芯不能重復(fù)使用，使用壽命較短，嚴(yán)重沾污時(shí)必須更換而且在惡劣工作環(huán)境下工作不可靠。如何在現(xiàn)有理論研究和材料應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)空氣濾芯進(jìn)行有效改進(jìn)以克服這一問題，并達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的過濾效果，使得空氣濾芯在保證性能的同時(shí)降低制作成本，延長使用壽命，以便更好地應(yīng)用于汽車空氣濾清器上。

1 過濾芯木基處理方法確定

汽車用空氣濾芯的木基材料采用紅松，選取60mm×60mm紅松木方，在保證木材橫截面完整的前提下，用裁板鋸將木方橫截面按1～3mm切下，對(duì)紅松橫截面薄片逐一進(jìn)行編號(hào)并對(duì)其基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行測量。由于天然的木基薄片透氣量較小，所以需要通過化學(xué)方法去除部分木材纖維以提高透氣性。

對(duì)木材纖維水解的方法主要有酸水解和堿水解，酸水解以無機(jī)酸鹽酸溶液為主，堿水解以氫氧化鈉溶液為主。依據(jù)資料經(jīng)驗(yàn)，最終以鹽酸為水解劑，通過對(duì)木基中纖維素及半纖維素等碳水化合物的酸水解減少薄片中的非結(jié)構(gòu)物質(zhì)含量，然后通過冷凍干燥，在基本保持薄片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上提高薄片的透氣度。

2 過濾芯木基處理過程

2.1 試驗(yàn)因素水平確定

在確定試驗(yàn)方法后確定試驗(yàn)因素水平，如表1所示。

（1）完全實(shí)驗(yàn)。按鹽酸溶液濃度不同分為4組，每組又按不同浸漬時(shí)間分為4組，共16組。相同浸漬液濃度與浸漬時(shí)間的組間設(shè)置兩片木基薄片，總計(jì)32片。

（2）4種鹽酸濃度溶液分別對(duì)應(yīng)10%、15%、20%、25%鹽酸溶液。浸漬溫度35℃。

表1 試驗(yàn)因素水平

2.2 處理步驟

（1）用96%固體NaOH粗略確定純鹽酸濃度。設(shè)鹽酸藥品濃度12mol/L，精確量取20mL，擴(kuò)容至200mL，預(yù)計(jì)濃度 1.2mol/L；取 10mL，約 10/1000×1.2=0.012mol，需使用0.012molNaOH，純品質(zhì)量根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算。通過計(jì)算分析，純HCL濃度平均12.9824mol/L，按照13mol/L計(jì)算，則13mol/L=46.8g/100mL，按照47g/100mL計(jì)。

（2）配制鹽酸溶液。根據(jù)需要配制的鹽酸溶液參數(shù)見表2。

表2 不同濃度的鹽酸溶液

（3）浸漬。將試驗(yàn)?zāi)净∑唇M別分別放在不同濃度的鹽酸溶液中浸漬，鹽酸溶液濃度分別為12.7g/100mL、19.1g/100mL、25.4g/100mL、31.8g/100mL。每一種濃度的浸漬時(shí)間分別為 10min、20min、30min、40min。取出浸漬樣品后流水浸泡沖洗0.5h；然后用吸水紙吸去大部分游離水，吹風(fēng)機(jī)吹干5min；然后將木基薄片進(jìn)行冷凍干燥（溫度-21℃～-11℃）24h；最后封閉平衡水分 24h。

3 木基薄片透氣量檢測與分析

3.1 透氣量檢測

試驗(yàn)過程中用YG461E數(shù)字式透氣量儀對(duì)濾芯木基透氣量進(jìn)行檢測。分別測量未經(jīng)處理的原片透氣量及浸漬凍干處理后的透氣量，每片樣品測量三次取其平均值。測量結(jié)果表明，通過鹽酸的浸漬處理，木基整體透氣量提高率的平均值為109.30%。但是隨著浸漬時(shí)間的延長，透氣量提高率并沒有呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性變化。

3.2 浸漬溶液濃度對(duì)透氣量的影響

不同浸漬溶液濃度對(duì)透氣量提高率整體平均值的影響呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，其變化規(guī)律如圖1所示：

圖1 浸漬液濃度對(duì)透氣量提高率的影響

由圖1可以看出，隨著浸漬溶液濃度的提高，樣品透氣量提高率呈現(xiàn)上升趨勢，相比于浸漬時(shí)間，浸漬液濃度對(duì)透氣量提高率的影響更為明顯。當(dāng)鹽酸浸漬液濃度為31.8g/100mL時(shí)，此濃度下處理的木基薄片透氣量提高率平均值最大。

3.3 木基厚度對(duì)透氣量的影響

根據(jù)試驗(yàn)樣品的初始厚度與透氣量的測量結(jié)果，可以得出厚度與透氣量的關(guān)系，其散點(diǎn)圖線性關(guān)系見圖2。

由圖2可以看出，隨著厚度增加透氣量是下降，但趨勢并不十分明顯。由于切削位置對(duì)厚度與透氣量的關(guān)系影響較大，所以在大量散點(diǎn)數(shù)據(jù)下才能得出厚度與透氣量之間的線性關(guān)系。

圖2 厚度與透氣量散點(diǎn)分布圖

4 結(jié)論

以鹽酸為水解劑對(duì)試驗(yàn)用木基薄片進(jìn)行了化學(xué)處理。結(jié)果表明，經(jīng)過化學(xué)HCL溶液試驗(yàn)處理的木基薄片的透氣量可以提高一倍左右。當(dāng)鹽酸浸漬液濃度為31.8g/100mL時(shí)，此濃度下處理的木基薄片透氣量提高率平均值最大，而浸漬時(shí)間對(duì)透氣量提高率影響并不明顯。