汽車用空氣濾芯木基處理方法及效果分析

張 莉，馬 巖

（1.德州學院汽車工程學院，山東 德州 253023；2.東北林業大學機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

空氣濾清器是汽車發動機進氣系統中的一個重要部件，影響著發動機的可靠性和使用壽命。發動機排放標準的提高也對車用發動機提出了更高更嚴的要求，濾清器雖然不能直接減少排放，但它起到的保護共軌系統的作用仍舊不可忽視，一些創新型空氣濾清器應運而生。

目前，最常見的發動機空氣濾芯是經樹脂浸漬的折疊濾紙，它能將絕大多數灰塵隔離，紙質濾芯的壽命取決于紙面大小及空氣本身的清潔程度。但是紙質濾芯不能重復使用，使用壽命較短，嚴重沾污時必須更換而且在惡劣工作環境下工作不可靠。如何在現有理論研究和材料應用的基礎上，對空氣濾芯進行有效改進以克服這一問題，并達到標準要求的過濾效果，使得空氣濾芯在保證性能的同時降低制作成本，延長使用壽命，以便更好地應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，對紅松橫截面薄片逐一進行編號并對其基礎參數進行測量。由于天然的木基薄片透氣量較小，所以需要通過化學方法去除部分木材纖維以提高透氣性。

對木材纖維水解的方法主要有酸水解和堿水解，酸水解以無機酸鹽酸溶液為主，堿水解以氫氧化鈉溶液為主。依據資料經驗，最終以鹽酸為水解劑，通過對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構物質含量，然后通過冷凍干燥，在基本保持薄片結構強度的基礎上提高薄片的透氣度。

2 過濾芯木基處理過程

2.1 試驗因素水平確定

在確定試驗方法后確定試驗因素水平，如表1所示。

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

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

表1 試驗因素水平

2.2 處理步驟

（1）用96%固體NaOH粗略確定純鹽酸濃度。設鹽酸藥品濃度12mol/L，精確量取20mL，擴容至200mL，預計濃度 1.2mol/L；取 10mL，約 10/1000×1.2=0.012mol，需使用0.012molNaOH，純品質量根據相關公式計算。通過計算分析，純HCL濃度平均12.9824mol/L，按照13mol/L計算，則13mol/L=46.8g/100mL，按照47g/100mL計。

（2）配制鹽酸溶液。根據需要配制的鹽酸溶液參數見表2。

表2 不同濃度的鹽酸溶液

（3）浸漬。將試驗木基薄片按組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，吹風機吹干5min；然后將木基薄片進行冷凍干燥（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

試驗過程中用YG461E數字式透氣量儀對濾芯木基透氣量進行檢測。分別測量未經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%。但是隨著浸漬時間的延長，透氣量提高率并沒有呈現出明顯的規律性變化。

3.2 浸漬溶液濃度對透氣量的影響

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

圖1 浸漬液濃度對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上升趨勢，相比于浸漬時間，浸漬液濃度對透氣量提高率的影響更為明顯。當鹽酸浸漬液濃度為31.8g/100mL時，此濃度下處理的木基薄片透氣量提高率平均值最大。

3.3 木基厚度對透氣量的影響

根據試驗樣品的初始厚度與透氣量的測量結果，可以得出厚度與透氣量的關系，其散點圖線性關系見圖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。由于切削位置對厚度與透氣量的關系影響較大，所以在大量散點數據下才能得出厚度與透氣量之間的線性關系。

圖2 厚度與透氣量散點分布圖

4 結論

以鹽酸為水解劑對試驗用木基薄片進行了化學處理。結果表明，經過化學HCL溶液試驗處理的木基薄片的透氣量可以提高一倍左右。當鹽酸浸漬液濃度為31.8g/100mL時，此濃度下處理的木基薄片透氣量提高率平均值最大，而浸漬時間對透氣量提高率影響并不明顯。