专利名称：用于催化式排气净化器的安装垫的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在污染控制装置中安装污染控制单块(monolith)的安装垫(mounting mat)。具体地，本发明涉及这样一种安装垫，该安装垫由一层玻璃纤维和一层由溶胶凝胶(sol-gel)工艺获得的陶瓷纤维组成。而且，本发明还涉及一种污染控制装置。
背景技术：
污染控制装置通常用于机动车辆以便控制大气污染。目前，广泛使用的两种类型的装置为催化式排气净化器和柴油微粒过滤器或捕捉器。催化式排气净化器包含一催化剂，该催化剂一般是涂在一个安装在金属外壳内的单块结构上。该单块结构通常是陶瓷的，尽管金属单块同样已经在使用。该催化剂氧化一氧化碳和碳氢化合物并还原汽车排气中的氮氧化物，从而控制大气污染。
柴油微粒过滤器或捕捉器通常是壁流式过滤器，该过滤器具有蜂窝式单块结构，通常由多孔结晶陶瓷材料制成。所述蜂窝式结构的其它替换蜂室(cell)通常被塞住以便于汽车排气进入一个蜂室并被强迫通过多孔壁到达邻近蜂室，在该邻近蜂室汽车排气可以排出该结构。这样，存在于柴油排气中的这些小的煤烟微粒就可以被收集。
用于污染控制装置中的所述的单块尤其是陶瓷污染控制单块是通常易碎的，而且也容易受到振动或震动损坏和破坏的影响。这些单块通常具有在数量级上比包含它们的金属外壳更小的热膨胀系数。这就意味着当污染控制装置被加热时，在外壳的内圆周壁与单块的外壁之间的缝隙就增大。尽管，由于所述垫的绝缘作用，所述金属外壳遭受了一更小的温度变化，但是所述金属外壳的更高的热膨胀系数会引起外壳比所述单块元件更快地膨胀到一更大圆周尺寸。在所述污染控制装置使用和使用期限时期，这样的热循环发生成百上千次。
为了避免由于如公路震动或振动引起对陶瓷单块的损坏、为了补偿热膨胀差异以及为了防止汽车排气穿过所述单块和金属外壳之间(由此旁通过了催化剂)，而在所述陶瓷单块与金属外壳之间设置了安装垫。这些安装垫必须施加足够的压力来将所述单块在超过所期望温度范围时固定位于适当位置，而不会让这样多的压力来损坏陶瓷单块。
近来，存在一种发展趋势，倾向于提高组成污染控制单块的每个单位面积内的蜂室数量而减少蜂室的壁厚。这样的污染控制单块被称为薄壁或超薄壁单块，而且通常具有400到1200个蜂室/平方英寸(cpsi)和不大于5密耳的壁厚，即0.005”(0.127mm)。由于减小的壁厚，这些单块更容易遭受损坏，并因此更加迫切需要用于安装这样的单块的安装垫。
在本领域中已经描述了许多安装垫。公知的安装垫包括由陶瓷纤维、膨胀材料和有机和/或无机粘结剂构成的膨胀片状材料。例如，在美国专利3,916,057(Hatch等)、4,305,992(Langer等)、5,151,253(Merry等)、5,250,269(Langer)和5,736,109(Howorth等)中描述了用于在外壳中安装催化式排气净化器的膨胀片状材料。膨胀安装垫具有这样的缺点在使用时，当污染控制单块加热时，它们会施加太多的压力在污染控制单块上。结果，膨胀安装垫不太适合于安装薄壁和超薄壁单块。
美国专利5,290,522描述了一种具有无纺布安装垫的催化式排气净化器，该安装垫包括至少60％重量的无纬纱高强度的硅酸镁铝玻璃纤维，该玻璃纤维具有大于5微米的直径。然而，这样的安装垫并不具有充足的控制强度来足够在高温下安装薄壁和超薄壁单块和保护它们不受震动和损坏。
美国专利5,380,580公开了一种由物理缠起的无纬纱陶瓷氧化纤维构成的无纺布垫。该垫被指导用作过滤介质、安装垫和声或热绝缘体。在一个这样的例子中，公开了一种无纺布垫，该垫包括一层多晶陶瓷纤维和一层玻璃纤维。该垫明显地意欲用于热绝缘，但不容易适合作一个用于在污染控制装置中安装污染控制单块的安装垫。同样，这里也没有教导这样的两层垫如何用作安装垫。
由多晶陶瓷纤维和粘结剂构成的非膨胀垫已经被建议用于安装所谓的超薄壁单块。例如，在美国专利4,011,651(Bradbury等)、4,929,429(Merry)、5,028,397(Merry)、5,996,228(Shoji等)和5,580,532(Robinson等)中公开了非膨胀垫的例子。多晶纤维通常通过一个在如美国专利3,760,049中描述的溶胶凝胶工艺来形成，而其它陶瓷纤维通常是熔融形成。可惜的是，多晶纤维比熔融形成的陶瓷纤维如陶瓷玻璃纤维更昂贵，且因此，多晶纤维安装垫经常会昂贵得令人不敢问津。
因此，令人期望的是，找到更多适合于在污染控制装置中安装污染控制单块的安装垫，尤其是，找到可以用于安装薄壁或超薄壁单块的安装垫。优选地，这样的安装垫提供了一个很好的特别是在高温下控制单块的控制力，而没有施加引起损坏所述单块的太大压力。优选地，所述安装垫可以以低的成本生产，而且优选地所述安装垫同样有利于环境保护。
发明内容
本发明提供了一种用于在污染控制装置中安装污染控制单块的安装垫。所述安装垫具有0.12-0.3克/cm3的容积密度，而且包括(i)一层碎硅酸镁铝玻璃纤维层，和(ii)一层可从溶胶凝胶工艺获得的陶瓷纤维层。
优选地，所述碎硅酸镁铝玻璃纤维层和陶瓷纤维层限定了所述垫的相对的主要表面。
本发明还提供了一种污染控制装置，该装置包含一个设置在金属外壳中的污染控制单块，其中，在所述金属外壳与污染控制单块之间设置有一个安装垫。所述安装垫包括(i)一层碎硅酸镁铝玻璃纤维层，和(ii)一层可从溶胶凝胶工艺获得的陶瓷纤维层。
所述安装垫这样设置以便于所述陶瓷纤维层面向污染控制单块。所述的术语“面向”包括这样的实施例一是在所述单块与垫的陶瓷纤维层之间没有另外层，二是在它们之间存在一层或更多另外的层。这样的选择层可以是安装垫的部分，也可以不是安装垫的部分，但是当存在这样的选择层时优选地不是安装垫的部分，而且这样选择层可以包括如涂层、平纹棉麻织物层或薄膜层，目的在于减少来自于纤维的可能的皮肤刺激。同样，任何这样的选择层应当被选择以便于它们不会本质上破坏本发明的优点，也就是说，具有任何这样的选择层的安装垫的性能至少应当是没有选择层的类似安装垫的性能的至少90％。
已经发现，根据本发明的安装垫可以以比以单层多晶纤维为主的安装垫更低的成本生产。同样，当所述污染控制装置用于如机动车辆时，且当以这样的方式在污染控制装置中安装污染控制单块以便于从溶胶凝胶工艺获得的所述陶瓷纤维层面向所述单块时，可以在污染控制装置使用期限内在低温和高温循环期出现时在低温和高温下维持足够的控制力。
提供下述附图只是为了分析说明目的和更好地理解本发明，而不是意图以任何方式将本发明限制在其中，附图如下图1是以分解的形式显示的本发明的催化式排气净化器的透视图。
图2示意性地显示了本发明的安装垫的剖视图。
具体实施例方式
参考图1，污染控制装置10包括金属外壳11，该金属外壳11分别具有通常为截头圆锥体的入口和出口端12和13。在所述外壳11内设置有一个污染控制单块20。围绕所述污染控制单块20是本发明的安装垫30，而且该安装垫30用于在所述外壳11内紧密而有弹性地支撑所述单块元件20。所述安装垫30在外壳内将污染控制单块20固定在适当位置，并密封所述污染控制单块20与外壳11之间的缝隙，因此能防止废气旁通过污染控制单块20，或使得旁通过污染控制单块20的废气最小化。
所述金属外壳可以由本领域已知的用于这样用途的材料制成，如包括不锈钢。
污染控制单块可以安装有本发明的安装垫，该污染控制单块包括汽油污染控制单块以及柴油污染控制单块。所述污染控制单块可以是一催化式排气净化器或一微粒过滤器或捕捉器。催化式排气净化器包含一催化剂，该催化剂通常涂在一单块结构上，而该单块结构安装在一金属外壳内。所述催化剂通常在所要求的温度下是适宜操作和有效的。例如，用于汽油发动机的催化式排气净化器应当在400℃-950℃的温度范围内是有效的，然而，对于柴油发动机的较低温度来说，温度不高于350℃是常见的。所述单块结构通常为陶瓷，尽管金属单块同样已经在使用。所述催化剂氧化一氧化碳和碳氢化合物并还原汽车排气中的氮氧化物，从而控制大气污染。尽管在一个汽油发动机中，所有这三种污染物会在一个所谓的“三通净化器(three wayconverter)”中同时反应，但是，大多数柴油发动机只设置有一个柴油氧化催化式排气净化器。用于还原氮氧化物的催化式排气净化器在今天只是有限地用于柴油发动机，该催化式排气净化器通常由一个单独的催化式净化器构成。用于汽油发动机的污染控制单块的例子包括如下由堇青石制成的污染控制单块或金属单块，其中，所述的堇青石在商业上可由Corning Inc.(Corning，N.Y.)或NGK Insulators，LTD.(Nagoya，Japan)获得，而金属单块在商业上可由Emitec(Lohmar，Germany)获得。
柴油微粒过滤器或捕捉器通常是壁流式过滤器，该过滤器为蜂窝式单块结构，通常由多孔多晶陶瓷材料制成。所述蜂窝结构的替换蜂室通常被塞住以便于汽车排气进入一个蜂室并被强迫通过所述多孔壁而到达邻近蜂室，在该邻近蜂室，汽车排气排出所述结构。这样，就可以收集在柴油排气中存在的这些小的煤烟微粒。由堇青石制成的适合的柴油微粒过滤器在商业上可以由Corning Inc.(Corning，N.Y.)和NGK Insulators，LTD.(Nagoya，Japan)获得。由金刚砂制成的柴油微粒过滤器在商业上可由Ibiden Co.Ltd.(Japan)获得，并且在如JP2002047070A中已经予以说明。
本发明所述的安装垫可以用于安装所谓的薄壁或超薄壁污染控制单块。尤其，所述安装垫可以用于安装400-1200cpsi且具有不大于0.005”(0.127mm)的壁厚度的污染控制单块。可以用安装垫安装的污染控制单块的例子包括薄壁单块4mil/400cpsi和4mil/600cpsi以及超薄壁单块3mil/600cpsi、2mil/900cpsi和2mil/1200cpsi。
图2显示了本发明的安装垫的示意性断面图。如所见的那样，安装垫30包括一碎硅酸镁铝玻璃纤维层31和一陶瓷纤维层32，其中该陶瓷纤维32可以从溶胶凝胶工艺获得。当所述安装垫30被用于在污染控制装置中安装一污染控制单块时，所述安装垫30被如此设置以便于层32最靠近所述污染控制单块，即层32面向污染控制单块，而层31最靠近所述污染控制装置的金属外壳，即层31面向所述污染控制装置的金属外壳。这样，层31限定了图1中的安装垫30的表面33，而层32限定安装垫30的相反面(在图1中不可见)。已经发现，相反的设置并不会提供与本发明相关的好处，在该相反的设置中，层32应当限定安装垫30的表面33。
尽管图2显示了仅由两层构成的安装垫构造，但是应当明白的是，该垫可以包括更多的层。例如，不同纤维成分的层可以包括在图2所示的层31和层32之间。同样，多于一层的玻璃纤维也可以使用，由此，这些层可以在如构成这些层的玻璃纤维的化学成分和/或构成这些成分的玻璃纤维尺寸上不同。这样，替代单一的玻璃纤维层31，可以使用两层或更多层玻璃纤维与由溶胶凝胶工艺形成的陶瓷纤维层32组合使用。例如，所述安装垫可以包括一层由溶胶凝胶工艺形成的陶瓷纤维层、一层由S2玻璃制成的玻璃纤维层以及一层由R玻璃或E玻璃制成的玻璃纤维层。
安装垫30通常具有一个容积密度，即在安装进入污染控制装置之前的容积密度在0.12-0.3克/cm3之间，优选地在0.12-0.25克/cm3之间。当安装垫被安装时，它通常具有0.2-0.6克/cm3的安装密度，优选地安装密度在0.3-0.5克/cm3之间，即所述安装垫在安装时被压缩。
所述安装垫通常被如此设计成以便于在安装时，所述由溶胶凝胶工艺获得的陶瓷纤维层的厚度至少为0.5mm，优选地至少为0.7mm。然而，根据所述污染控制单块的特性和类型，同样可考虑更小的厚度。然而，通常，陶瓷纤维层的厚度应当足够热绝缘所述玻璃纤维层。
在无纺布安装垫中使用的硅酸镁铝玻璃纤维通常具有至少5μm的平均直径和0.5-15cm之间的长度，优选地在1-12cm之间。优选地，所述平均直径至少为7μm，而且通常在7到14μm的范围中。优选地，所述玻璃纤维是分离的(individualized)。为了提供分离的纤维(即每种纤维彼此独立)，可以切碎麻(tow)或纱线(yarn)纤维，例如使用一玻璃粗纱切割机(例如，在商业上可以从Finn & Fram，Inc.，ofPacoma，Calif.的商标为“MODEL 90GLASS ROVING CUTER”中获得)达到期望的长度(通常在大约0.5到大约15cm的范围内)。所述纤维通常无纬纱(shot free)或包含很低量的纬纱(shot)，通常少于纤维总重量的1％。另外，所述纤维通常在直径上是相当一致的，即具有平均在+/-3μm内的直径的纤维的量通常至少为硅酸镁铝玻璃纤维总重量的70％，优选地至少为80％，而且，最优选地至少为90％。
所述硅酸镁铝玻璃纤维优选地包括10-30％重量的氧化铝、52-70％重量的氧化硅以及1-12％重量的氧化镁。前述氧化物的重量百分数是以Al2O3、SiO2和MgO理论量为依据计算的。还应当明白的是，所述硅酸镁铝玻璃纤维还可能包括其它氧化物。例如，其它可以存在的氧化物包括钠或钾的氧化物、硼氧化物和钙氧化物。所述硅酸镁铝玻璃纤维的特定例子包括E玻璃纤维、S和S-2玻璃纤维以及R玻璃纤维，其中E玻璃纤维的成分通常为大约55％SiO2、11％Al2O3、6％B2O3、18％CaO、5％MgO和5％其它氧化物，S和S-2玻璃纤维的成分通常为大约65％SiO2、25％Al2O3和10％MgO，R玻璃纤维的成分通常为大约60％SiO2、25％Al2O3、9％CaO和6％MgO。例如，E玻璃、S玻璃和S-2玻璃可以从Advanced Glassfiber Yarns LLC获得，而R玻璃可以从Saint-Gobain Vetrotex获得。
除了硅酸镁铝玻璃纤维外，所述垫的玻璃纤维层可以包含10％重量的纤维。然而，优选地，所述玻璃纤维层仅由硅酸镁铝玻璃纤维构成。如果其它纤维包含在所述玻璃纤维层中，它们通常会是非晶态纤维，而且优选地它们同样具有至少5μm的平均直径。优选地，所述玻璃纤维层将会没有具有3μm或更小直径的纤维或基本上是没有具有3μm或更小直径的纤维，尤其是，所述垫将不会有小于5μm直径的纤维或基本上不会有小于5μm直径的纤维。在这里的“基本上没有”意思是指这样的小直径的纤维的量不到2％的重量，优选地不到玻璃纤维层中的纤维总重量的1％。
所述陶瓷纤维层包括可以从溶胶凝胶工艺获得的陶瓷纤维。所述术语“溶胶凝胶”工艺意思是指所述纤维可以通过纺纱或挤出溶液或分散体或所述纤维构成成分的通常粘性浓缩物或其中的初级粒子而形成。所述溶胶凝胶工艺因此与熔融形成纤维工艺形成对比，借此，这些纤维通过挤出纤维的组成成分的熔融物而形成。例如，美国专利3,760,049公开了一种适合的溶胶凝胶工艺，其中，教导了通过孔挤出金属化合物的溶液或分散体从而形成连续的新纤维，然后该新纤维被烧制而获得陶瓷纤维，由此制成了陶瓷纤维。所述金属化合物通常为可锻烧成金属氧化物的金属化合物。经常，溶胶凝胶形成纤维是结晶或半结晶的，这样的纤维在本领域被称为多晶纤维。
根据所述溶胶凝胶工艺，形成纤维的金属化合物的溶液或分散体的例子包括含氧的锆化合物的水成溶液，如双乙酸锆，该溶液或分散体中包含了硅胶，如在美国专利3,709,706中所公开的。另一个例子包括水可溶或水可分散的铝和硼化合物的水成溶液，如水成基醋酸铝，或一双相系统，该系统包含硅胶质分散体的水成混合物和水可溶或水可分散铝和硼化合物。其它可通过溶胶凝胶工艺制成的代表性的难熔金属氧化物纤维包括氧化锆、锆石、氧化钙-氧化锆、氧化铝、铝酸镁、硅酸铝等。另外，这样的纤维可以包含各种不同的金属氧化物，如氧化铁、氧化铬(chromia)和氧化钴。
用于安装垫的陶瓷纤维层中的陶瓷纤维包括多晶氧化物陶瓷纤维如多铝红柱石、氧化铝、高氧化铝铝硅酸盐、铝硅酸盐、氧化锆、氧化钛、氧化铬等。优选的纤维通常为高氧化铝的结晶纤维，包括大约67-98％重量的氧化铝和大约33-2％重量的氧化硅。这些纤维通常是有市售的，如3M Company的“NEXTEL550”，Dyson Group PLC(Sheffield，UK)的SAFFILTM，Mitsubishi Chemical Corp.(Tokyo，Japan)的MAFTEC，Unifrax，(Niagara Falls，N.Y)的FIBERMAXTM，以及ALTRA纤维(Rath GmbH，Germany)。
适合的多晶氧化物陶瓷纤维还包括铝硼硅酸盐(aluminoborosilicate)纤维，该铝硼硅酸盐纤维优选地包含大约55-75％重量的氧化铝、大于零而小于大约45％(优选地为大于零而小于44％)重量的氧化硅以及大于零而小于25％(优选地为大约1-5％)重量的氧化硼(分别以Al2O3、SiO2和B2O3为基础的理论氧化物而计算)。所述铝硼硅酸盐纤维优选地至少有50％重量的结晶体，更优选地至少有75％重量的结晶体，而最优选地为100％重量的结晶体(即结晶纤维)。例如，所述铝硼硅酸盐纤维有市售，例如3M Company的“NEXTEL312”和“NEXTEL440”。
通过溶胶凝胶工艺可获得的陶瓷纤维通常无纬纱或包括很低量的纬纱，通常少于陶瓷纤维总重量的1％。同样，所述陶瓷纤维通常具有1-16μm的平均直径。在一个优选的实施例中，所述陶瓷纤维具有5μm或更大的平均直径，而且，优选地，所述陶瓷纤维没有小于3μm直径的纤维或基本上没有小于3μm直径的纤维，更优选地，所述陶瓷纤维将不会有小于5μm直径的纤维或基本上不会有小于5μm直径的纤维。在这里的“基本上没有”意思是指这样的小直径的纤维的量不到2％的重量，优选地不到陶瓷纤维层中的纤维总重量的1％。因此，在本发明的一个特别优选的实施例中，所述陶瓷纤维层和玻璃纤维层以及任何其它选择的层基本上没有小于3μm直径的纤维。所述陶瓷纤维通常与上述的玻璃纤维一样是分离的。
根据一种用于制造无纺布垫的方法，碎而相互分离(individualized)的纤维(优选地，长度为大约2.5-5cm)送进到一传统制网机(例如，可以在Rando Machine Corp.of Macedon，N.Y.的商标“RANDO WEBBER”中购买，或者可以在Scan Web Co.of Denmark的商标“DAN WEB”中购买)，其中，这些纤维可以拖到铅丝纱或网孔带(如金属或尼龙带)上。如果使用“DAN WEB”型制网机，这些纤维优选地使用锤式粉碎机然后再用吹风机相互分离。为了有助于方便处理该垫，可以在平纹棉麻织物上制成该垫或将该垫放在平纹棉麻织物上。依靠这些纤维的长度，所制成的垫通常具有充足的可操纵性以便被传送到针冲孔机，而不需要支撑物(如平纹棉麻织物)。
所述无纺布垫同样可以使用传统的制网或纺织梳理来制成。对于制网工艺，所述纤维长度优选地为大约0.5-6cm。
所述安装垫优选地为针冲孔无纺布垫。针冲孔无纺布垫涉及这样一种垫，其中，存在由多重完全或局部(优选为完全)穿透该垫而提供的纤维物理缠绕性，如使用刺针穿透。所述无纺布垫可以使用传统针冲孔仪器(如针冲孔机，该机可以在Dilo of Germany的商标“DILO”中购买，该机设置有刺针(如，该针可以从Foster Needle Company，Inc.，of Manitowoc，Wis.购买))进行针冲孔，从而提供一针冲孔的无纺布垫。提供纤维缠绕性的针冲孔通常包括压缩该垫然后冲孔并穿过该垫拖动刺针。每单位面积垫的针冲孔优选数量根据特定的使用而不同。通常，针冲孔无纺布垫而提供大约5-60针冲孔/cm2。优选地，针冲孔该垫提供了大约10-20针冲孔/cm2。
选择性地，所述垫可以使用传统的技术(参见美国专利4,181,514(Lefkowitz等)，该专利文献公开的内容作为参考包含在本文中用于指导针脚式接合无纺布垫)进行针脚式接合。通常，该垫使用有机线进行针脚式接合。在进行针脚式接合期间，一薄层有机或无机片状材料可以放置在所述垫的任一侧或两侧，从而防止或最小化这些线切穿过该垫。在期望针脚线不在使用中被分解的地方，可以使用无机线如陶瓷或金属线(如不锈钢)。这些针脚的间隔通常为3-30mm，以便于所述纤维在整个垫的区域上均匀地压缩。
根据上述工艺，所述玻璃纤维层和陶瓷纤维层可以分别形成，而且，所获得的单独的针冲孔或针脚式接合层然后可以通过针冲孔或针脚式接合彼此接合。选择性地，可以形成一玻璃纤维层和陶瓷纤维层的网，而且之后该网可以被针冲孔或针脚接合以形成一无纺布安装垫。因此，在后者的结构中，所述玻璃纤维层和陶瓷纤维层在彼此接合之前不用分别针冲孔接合或针脚接合。
本发明参考下述实施例进一步地描述，但并不是意图限制本发明在这些实施例。
实施例在实施例和对比例中所用的材料A.从溶胶凝胶工艺获得的陶瓷纤维垫(多晶纤维)A1 三菱化学公司的MaftecTMMLS-3针粘毯(needle-bondedblanket)(72％Al2O3，28％SiO2，没有粘接剂，容积密度0.16克/cc)A2 IbidenTMN4(72％Al2O3，28％SiO2，没有粘接剂，容积密度0.18克/cc)A3 3M 1101 HT(72％Al2O3，28％SiO2，没有粘接剂，容积密度0.14克/cc)A4 3M 1101 HT(96％Al2O3，4％SiO2，没有粘接剂，容积密度0.16克/cc)A5 3M NextelTM312针粘毯(62％Al2O3，24％SiO2，14％B2O3，没有粘接剂，容积密度0.14克/cc)B.玻璃纤维垫B R玻璃纤维被制成无纺布垫，如下所示40升R玻璃纤维(通常的成分为60％SiO2，25％Al2O3，9％CaO和6％MgO)，该纤维具有ca.10μm的直径，碎成36mm的长度，从德国Herzogenrath的Saint-Gobain Vetrotex Deutschland GmbH获得。该纤维其本上无纬纱。
所述玻璃纤维在一个双区(two-zone)Larche打开机(opener)中打开。所述第一区具有一个2m/min的给料速度和一个2500rev/min的Lickerin滚动速度。所述第二区具有一个4m/min的给料速度和一个2500rev/min的Lickerin滚动速度。所述输出速度为6.5m/min。
然后，将所述打开的纤维喂入一传统成网机器(商业上可由纽约Rando Machine Corp.of Macedon的商标为“Rando Webber”获得)，其中，所述的纤维被吹到一多孔金属辊上而形成一个连续网。然后，所述连续网在一个传统针敲平头钉器(needle tacker)上针粘起来。所述针速度为100cycles/min，而所述输出速度是1.1m/min。所述安装垫的“每单位面积上的重量”可以调整为所期望的那样。所述材料具有接近0.12克/cc的容积密度。
测试方法-真实条件固定测试(Real Condition Fixture Test)(RCFT)该测试模式实际条件建立在一个在通常使用期间的污染控制装置上，该装置具有一个涂有催化剂的单块或柴油微粒过滤器，而且该测试模式测量了在这些模式使用条件下被安装材料施加的压力。所述真实条件固定测试(RCFT)方法详细地描述在Material Aspects inAutomotive Pollution Control Devices(ed.Hans Bode，Wiley-VCH，2002，206-208页)中。
两块被独立控制的50.8mm×50.8mm的被加热不锈钢压盘被分别加热到不同的温度来模拟所述金属外壳和单块温度。同时，两块压盘之间的空间或缝隙由温度和所指定类型的典型污染控制装置的热膨胀系数计算出的值而增大了。用于污染控制装置的高速驱动条件由900℃的单块温度和530℃的金属外壳温度来模拟。
在每块安装垫样品上执行三次循环的真实条件固定测试(RCFT)。在测试样品上安装的垫的容积密度和安装前的容积密度总结在表2中。
当第一和第二盘的温度最初增加、被控制在峰值温度15分钟然后减少时，由垫所施加的压力持续地被测量。所述代表单块温度的盘从室温加热到900℃、控制15秒钟然后回到室温。同时，所述代表外壳温度的盘从室温加热到530℃、控制15秒钟然后回到室温。每次加热循环都被称为一个真实条件固定测试(RCFT)循环。在进行三次真实条件固定测试(RCFT)循环之后，数据被记录在表2中。
分别在第一和第三次循环时，在测试开始时记录在室温下的压力，同样记录在峰值温度(900℃/500℃)下的压力。
实施例1实施例1中的安装垫由一层具有0.16克/cc容积密度的A1垫放置到一层具有0.12克/cc容积密度的B垫上而构成。所述合并而成的垫具有0.14克/cc的容积密度。见下面的表1中。
所述真实条件固定测试(RCFT)在测试方法下按上述的方法来进行。在测试开始之前，通过将所述垫的多晶纤维层侧向着所述RCFT测试组件的更热侧放置而将所述垫的R玻璃纤维层侧向着所述RCFT测试组件的更冷侧放置，再压缩所述双层垫到0.35克/cc的安装密度，这样就可以测试实施例1的两层垫。这就导致了在室温下的217KPa的开始压力。
RCFT的结果都总结在表2中。在第一次温度循环期间，所述垫显示了在峰值温度下的55KPa的压力。在第三次温度循环期间，所述垫显示了在峰值温度下的43KPa的压力。该压力便于将所述单块固定在适当位置，而没有挤压它。
对比例1对比例1包括了一个具有单一层的针粘、多晶纤维垫，所述的多晶纤维具有72％Al2O3和28％SiO2的成分。在测试之前，其容积密度接近0.16克/cc。而在测试开始之前，它被压缩到0.35克/cc的安装密度。这就导致了在室温下的257KPa的开始压力。RCFT的结果显示了在第一次循环期间在峰值温度下的压力为104KPa。在第三次循环期间在峰值温度下的压力为88KPa。
对比例2对比例2包括了一个具有单一层的R玻璃纤维垫，所述的玻璃纤维具有大约0.12克/cc的容积密度。而在测试开始之前，它被压缩到0.32克/cc的安装密度。这就导致了在室温下的250KPa的开始压力。RCFT的结果显示了在第一次循环期间在峰值温度下的压力为10KPa。在第三次循环期间在峰值温度下的压力为0KPa。
对比例3对比例3使用实施例1所描述的垫来进行。所述双层垫以R玻璃向着所述RCFT的热侧而以多晶纤维层向着所述RCFT的冷侧而放置在所述测试组件中，与实施例1排列相反。在测试开始之前，所述垫被压缩到0.35克/cc的安装密度。这就导致了在室温下的281KPa的开始压力。
RCFT的数据显示了在第一次循环期间在峰值温度下的压力为6KPa。在第三次循环期间在峰值温度下的峰值压力为5KPa。
对比例4-7对比例4-7分别使用单一层的多晶纤维来进行，详细的描述在上述的“用于实施例和对比例的材料”中。
RCFT结果总结在表2中。
表1垫构成
表2RCFT结果
*900℃/530℃，分别为在测试期间的所述组件的热侧(代表了单块温度)和冷侧(代表了外壳温度)的峰值温度。
权利要求
1.一种用于在污染控制装置中安装污染控制单块的安装垫，该安装垫具有0.12-0.3克/cm3的容积密度，而且它包括(i)一层碎硅酸镁铝玻璃纤维层，和(ii)一层能从溶胶凝胶工艺获得的陶瓷纤维层。
2.根据权利要求1所述的安装垫，其中，所述的碎硅酸镁铝玻璃纤维层和陶瓷纤维层限定了所述垫的相对的主要表面。
3.根据权利要求1所述的安装垫，其中，所述碎硅酸镁铝玻璃纤维层包含所述层总重量的至少90％的玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的安装垫，其中，在所述的碎硅酸镁铝玻璃纤维层和所述陶瓷纤维层之间存在一层或更多的其它层。
5.根据前述任一权利要求所述的安装垫，其中，所述玻璃纤维和所述陶瓷纤维具有5μm或更大的平均直径以及0.5-15cm的长度。
6.根据前述任一权利要求所述的安装垫，其中，所述的碎硅酸镁铝玻璃纤维层和所述陶瓷纤维层的每层都被针接合或针脚接合，而且这些层又彼此针接合或针脚接合。
7.根据权利要求6所述的安装垫，其中，所述安装垫没有有机粘接剂或包含的所述有机粘接剂不到所述垫总重量的2％。
8.根据前述任一权利要求所述的安装垫，其中，所述碎硅酸镁铝玻璃纤维包括玻璃纤维总重量的10-30％的氧化铝、52-70％的氧化硅以及1-12％的氧化镁，而且所述氧化铝、氧化硅和氧化镁的重量百分数是分别以Al2O3、SiO2和MgO的理论量为依据计算的。
9.根据权利要求8所述的安装垫，其中，所述碎铝硅酸玻璃纤维选自由E玻璃、S玻璃、S2玻璃、R玻璃及其混合物组成的组中。
10.污染控制装置，该装置包含设置在金属外壳中的污染控制单块，其中，在所述金属外壳与污染控制单块之间设置有安装垫，其特征在于，所述安装垫包括(i)一层碎硅酸镁铝玻璃纤维层，和(ii)一层可从溶胶凝胶工艺获得的陶瓷纤维层，而且，其中，所述安装垫这样设置以便于所述陶瓷纤维层面向污染控制单块。
11.根据权利要求10所述的污染控制装置，其中，所述无纺布垫的安装密度为0.2-0.6克/cm3。
12.根据权利要求10或11所述的污染控制装置，其中，所述的污染控制单块包括400-1200蜂室/平方英寸，其中所述的蜂室壁具有小于0.005”(0.127mm)的厚度。
全文摘要
本发明提供一种用于在污染控制装置(10)中安装污染控制单块(20)的安装垫(30)。该安装垫具有0.12－0.3克/cm
文档编号F01N3/28GK1806101SQ200480016286
公开日2006年7月19日 申请日期2004年4月16日 优先权日2003年6月10日
发明者理查德·P·梅里 申请人:3M创新有限公司