空氣濾清器輕量化-全水發泡環保PU膠的應用

  摘要：PU膠是目前空氣濾清器行業使用的主流密封材料，各廠商對PU膠的成本和性能格外關注。且隨著國六標準的實施，環保排放等問題日益嚴峻。本文針對空氣濾清器用PU膠，采用低密度輕量化PU，進行性能研究和環保測試。

  關鍵詞：PU膠;輕量化;環保;國六

  空氣濾清器及其附屬零部件廣泛用于內燃機進氣系統，是保持進氣順暢，內燃機良好運轉等必不可少的部件?？諝鉃V清器用PU膠，使用工況惡劣，長期處在高溫，被壓縮的狀態。目前業內對空氣濾清器PU膠的性能要求一般注重以下幾點：1.發泡密度，2.邵氏硬度，3.拉伸強度以及斷裂伸長率，4.永久壓縮變形率。

  空氣濾清器生產企業一般強調發泡密度和邵氏硬度，至于強度和壓變，由于需要專業設備，一般不作為常規測試。各PU組合料廠家有采用物理發泡劑(如141B，戊烷等)，提高產品強度以及結皮厚度的配方，在如今環保和安監政策下，采用物理發泡劑不符合本行業的發展趨勢。

  本文通過采用低密度全水發泡PU配方，在確保PU性能符合要求的前提下，進一步降低發泡密度，達到降本以及符合環保等要求。

  1空氣濾清器用PU膠新國標性能要求

  測試標準

  表觀密度： GB/T 6343

  邵氏硬度： GB/T 2411

  拉伸強度和斷裂伸長率：GB/T 6344

  壓縮永久變形： GB/T 6669

  落球回彈： GB/T 6670

  新國標對PU膠的幾個主要性能參數確定了參考范圍。其中的表觀密度，影響著濾清器的原料成本;邵氏硬度，根據不同客戶的要求，一般在shore A 15~30區間;機械性能指標則是影響著濾清器的使用壽命和密封效果。

  2國六排放對空氣濾清器行業的影響

  汽車行業的健康發展和環保息息相關，歐盟早在2006和2007年相繼頒布了有害物質限用指令及法規(RoHS，Reach)，涵蓋200多種重金屬及其他有機揮發物的限制。我國參照歐洲標準也在2014年頒布了GB/T 30512 《汽車禁用物質》法規。

  國六標準的實施，進一步要求了各大車企對于排放標準的限制。作為發動機進氣端的第一道屏障，空濾在降低進氣阻力，提高燃燒效率的同時，自身的環保問題也必須重視。

  濾清器輕量化概念也是順應日益嚴格的排放要求而提出的，在不影響過濾效果和使用壽命的前提下，盡可能的對原材料進行減重，是各大濾清器廠追求的目標。

  3PU膠在空氣濾清器中的作用

  空氣濾清器一般由濾紙，PU密封膠，支撐網(重卡使用的圓形濾清器居多)組成。其過濾效果絕大部分由濾紙決定，但PU的作用也不可忽視，如果所用PU性能不足，因空氣濾清器長期處于高溫和壓縮狀態，會很快失去回彈性，即上面所提到的性能指標——永久壓縮變形率，導致空氣濾清器密封性能變差直至完全失去密封性。

  在商用車領域，柴油機使用居多，柴油機的原理是壓燃型，壓縮比高出常規汽油機很多，進氣端對于空濾的壓力明顯大于乘用車，因此對PU膠的要求更高，其拉伸強度和斷裂伸長率約1.5倍于乘用車要求。

  空氣濾清器的硬度問題，因各主機廠的要求不一，在此提出一個建議：硬度問題涉及到空濾總成的安裝方便與否(硬度高安裝不便)，某些有支撐結構的空濾會需要略高的硬度(shoreA25~35左右)。硬度的高低與空濾的密封效果沒有直接關系，且PU膠的硬度受環境溫度影響較大，溫度低硬度會上升，反之則下降。且測量方法也會引起很大的誤差，因結構不同導致平面與邊角處可能相差5~10個硬度不等。因此如需規定所需的硬度，需在一個確定的溫度以及相同的結構處測量。

  4本公司研制的輕量化環保型全水發泡PU膠的相關介紹

  以往的PU產品，存在以下幾個問題：表觀密度高，使用成本高;物理發泡劑使用過多，如(141B，鹵代烴影響臭氧層;戊烷，閃點太低，易燃易爆;二氯甲烷，刺激性氣味，致癌);性能指標不過關(缺乏測試，只注重外觀)。

  針對上述問題，本公司開發了一款全水發泡的環保型PU膠，其具有 低表觀密度，高機械強度，環境友好等特點。并送檢第三方，符合RoHS和Reach等標準。

  附檢測報告簡圖：

  性能指標概覽：

  (1)表觀密度：260~280g/L，低密度，高發泡倍率，減少空濾中PU膠的使用量

  嚴格測試參考GB/T 6343，簡易測試方法如下：

  取一空杯，質量為m1，體積為V，注入約1/2杯PU混合料，待發泡結束后，沿杯口切平，稱取總重為m2，PU膠密度公式如下：

  D=(m2-m1)/ V

  (2)邵氏硬度：Shore A 15~25，低硬度PU，便于空濾總成的安裝。

  (3)拉伸強度&斷裂伸長率：≥0.8MPa;≥200%，高強度，換算成空濾常規檢測約為7~8kg壓力，需自然熟化72H以上方可進行測試，實驗設備為電子拉力試驗機。見下圖：

  (4)壓縮永久變形率：<20%，低壓縮永久變形，確保PU膠在空濾使用中不會因老化導致密封不足良導致降低過濾效果和使用壽命，需自然熟化72H以上方可進行測試，實驗設備為恒溫烘箱，游標卡尺，限位器。

  (5)落球回彈率：>50%，高回彈性，確保PU膠在空濾總成中的密封效果，需自然熟化72H以上方可進行測試，實驗設備為落球回彈儀。見下圖:

  5 小結

  隨著環境保護排放法規的提升，汽車對過濾系統的要求會越來越高，因此對濾材、輔材的要求也會更高，濾清器制造商必須要從材料應用，工藝設計，檢測手段以及生產控制等各個環節上考慮環保清潔，提升產品的環保清潔度，以滿足市場的需求。

  汽車濾清器綠色環保，輕量化是必然的趨勢，濾清器制造商需要積極適應市場的新變化，及時做出改變，來適應排放法規的變化和客戶的需求。