韧性无机纤维的处理及其在用于废气处理装置的安装垫中的用图
【专利说明】韧性无机纤维的处理及其在用于废气处理装置的安装垫中 的用途
[0001] 多晶羊毛纤维是高性能纤维(在本文中也称为"韧性无机纤维")，其可以包含大约 1至大约28重量％的Si02和大约72至大约99重量％的A1 203的组合物，任选具有大约3 至大约10微米的平均纤维直径。高性能纤维在特性上不同于包含大约40重量％至大约60 重量％的A1 203和大约60重量％至大约40重量％的SiO 2的常规耐火陶瓷纤维。高性能纤 维的韧度令它们合意地用于绝缘和支撑制品，如用于废气处理装置的安装垫。
[0002] 废气处理装置在汽车上用于减少来自发动机排放物的大气污染。广泛使用的废气 处理装置的实例包括催化转化器和柴油机微粒捕集器。
[0003] 用于处理汽车发动机废气的示例性催化转化器包括外壳、用于保持催化剂的易碎 催化剂支撑结构，所述催化剂用于实现一氧化碳与烃的氧化和氮氧化物的还原、以及安置 在易碎催化剂支撑结构的外表面与外壳的内表面之间以便将所述易碎催化剂支撑结构弹 性保持或支承在该外壳内的安装垫。
[0004] 用于控制由柴油机发动机产生的污染的示例性柴油机微粒捕集器通常包括外壳、 用于收集来自柴油机发动机排放物的微粒的易碎微粒过滤器或捕集器、以及安置在过滤器 或捕集器的外表面与外壳的内表面之间以便使所述易碎过滤器或捕集器构件弹性保持在 该外壳内的安装垫。
[0005] 易碎催化剂支撑结构通常包括由易碎金属材料或脆的陶瓷材料制成的整料结构。 这些易碎催化剂支撑结构提供多个气体流动通道。该催化剂支撑结构可以如此易碎，以至 于甚至小的冲击载荷或应力通常足以使它们破裂或碎裂。还可以利用安装垫将金属催化剂 支撑结构安装在金属外壳内。
[0006] 为了保护易碎催化剂支撑结构免受热和机械冲击与其它应力，以及提供绝热和气 体密封，将安装垫定位在该易碎结构与外壳之间的间隙内。
[0007] 使用的安装垫材料应当能够满足易碎结构制造商或废气处理装置制造商所提出 的任何设计或物理要求。例如，即使在该废气处理装置已经经历温度的大幅波动时，安装垫 材料也应当能够在易碎结构上施加有效的残留保持压力，所述温度的大幅波动造成了金属 外壳相对于该易碎结构的显著膨胀与收缩，这又导致一段时间内安装垫的显著压缩和释放 循环。
[0008] 安装垫可以以任何本领域已知用于形成片状材料的方式制造。例如，传统造纸工 艺，手工成网或机械成网均可用于制备该片材。手抄片模具、长网抄纸机或真空圆网抄纸机 可用于制造该片材。
[0009] 例如，采用造纸工艺，无机纤维、膨胀性材料和抗氧化剂可以与粘合剂或能够充当 粘合剂的其它纤维混合在一起以形成混合物或浆料。可以通过向浆料中添加絮凝剂来絮凝 该组分浆料。将絮凝的混合物或浆料放置到造纸机上，以便成型为含纤维纸张的叠或片。通 过空气干燥或烘箱干燥将该片材干燥。
[0010] 或者，叠或片可以通过真空浇铸该浆料来成型。根据这种方法，组分的浆料湿法成 网到透水网上。向该网施加真空以便从浆料中提取大部分水分，由此形成湿片材。随后通 常在烘箱中将湿的叠或片干燥。在干燥前可以使该片材通过一组辊以压缩该片材。对于采 用的标准造纸技术的更详细描述参见美国专利号3, 458, 329。
[0011] 湿法成网的膨胀或非膨胀垫可以以单层或多层形式在造纸或真空浇铸装置上制 得。已经发现，如果该垫包含至少一层均匀的韧性无机纤维聚集体的话，可以显著改善该安 装垫的性能。已经发现包含至少一层均匀的韧性无机纤维聚集体的垫表现出更大的摩擦系 数，并超出了常规垫的压力性能。例如，包含常规多晶羊毛纤维的传统湿法成网安装垫的循 环压力性能平均为大约90 kPa，而包含开松的韧性无机纤维的均匀层的湿法成网垫已经发 现展现出高达大约145 kPa或更大的循环弹性。
[0012] 湿法成网垫通常具有均匀的基重和厚度分布。在湿法成网系统中，借助于适当的 稀释水平和分散化学品，可以制得均匀的片材。常规无机纤维非常适于湿法成网工艺，因为 该纤维易碎和易断，或容易切割，并可以毫无困难地均匀分散在液体中。
[0013]与常规无机纤维不同，韧性无机纤维是牢固的，特别有弹性，并且倾向于弯曲而不 是断裂。在造纸工艺中使用韧性纤维是有问题的，因为高弹性纤维会缠结在一起，形成无法 打散和均匀分散在浆料中的束和团块。因此，难以获得均匀分散的韧性无机纤维的均匀片 材。纤维的这种不均匀分布导致原本通过在纤维聚集体如上述安装垫或其它绝缘或耐火纤 维聚集体中使用韧性无机纤维可以实现的性能降低。
[0014] 开松韧性无机纤维束会尽量减少纤维的聚束、成球和交织，并使得纤维可以更均 匀地分散在整个纤维聚集体如纸张、垫、毯等等中。开松的韧性无机纤维在混合过程中彼此 分离，使得各单独的纤维可以分散，并有助于该安装垫产品的整体性能。与使用未充分分散 的交缠的韧性无机纤维制备的垫相比时，包含至少一层均匀的韧性无机纤维聚集体的垫可 以表现出提高的弹性、柔韧性和包裹催化剂支撑结构而不开裂的能力。
[0015] 挑战是制备或处理该韧性无机纤维束，使得可以实现均匀的纤维聚集体而不破坏 该纤维的完整性或形态，以防止损失其高性能特性。
[0016] 充分分散的韧性纤维可以具有相对长的长度，并在施以压碎沉降体积（crush settle volume)试验时表现出高压碎沉降体积。较短的纤维更致密地堆积，导致较低的压 碎沉降体积。更高的纤维压碎沉降体积可能与包含至少一层均匀的韧性无机纤维聚集体的 垫的改善的压力性能相关。
[0017] 图1显示了包括该主题安装垫的示例性废气处理装置的局部视图。
[0018] 对本公开的目的而言，"韧性"无机纤维还可称为"高弹性"无机纤维或"高性能" 无机纤维。
[0019] 对本公开的目的而言，"韧性"无机纤维定义为在根据压碎沉降体积试验测试时， 放置在不锈钢夹持器（holder)中的5克韧性无机纤维样品在施加1. 4 kN载荷5分钟后表 现出大于250毫升、任选大于450毫升的压碎沉降体积的无机纤维。
[0020] 对本公开的目的而言，"开松"韧性无机纤维定义为机械改变韧性无机纤维和/或 纤维束，同时保持该纤维的合意的物理性质如长度、直径、弹性和循环性能。"开松的"纤维 定义为已经施以开松工艺的纤维。
[0021] 提供一种处理韧性无机纤维束的方法。在涉及根据压碎沉降体积试验，放置在不 锈钢夹持器中的5克韧性无机纤维样品在施加1. 4 kN载荷5分钟后表现出大于250毫升、 任选大于450毫升的压碎沉降体积的纤维的一个示例性实施方案中，该方法包括开松多个 韧性无机纤维束，以使得韧性无机纤维可以分散在液体浆料中以铺设均匀的纤维聚集体。
[0022] 还提供了制造用于废气处理装置的安装垫的方法。在一个实施方案中，制造用于 废气处理装置的安装垫的方法包括制造开松的韧性无机纤维与液体的浆料，并从该浆料中 除去至少一部分所述液体以形成含有开松的韧性无机纤维的湿法成网层。
[0023] 进一步提供了用于废气处理装置应用的安装垫。在一个实施方案中，该安装垫包 含均匀的韧性无机纤维聚集体，如由开松的韧性无机纤维与液体的浆料制备的层，其中从 该浆料中除去至少一部分该液体以形成含有开松的韧性无机纤维的湿法成网层。根据某些 实施方案，该安装垫，任选在含有开松的韧性无机纤维的层中，可以包括膨胀性材料。
[0024] 还提供了处理废气的装置。根据一个实施方案，该装置包括外壳；弹性安装在该外 壳内的易碎结构；和包含韧性无机纤维聚集体的均匀层，如上述开松的韧性无机纤维的层 的安装垫。术语"易碎结构"意在表示并包括如金属或陶瓷整料等等的结构，其性质可以是 脆的或易碎的，并将得益于如本文中所述的安装垫。
[0025] 由图1中的附图标记10标出处理废气的装置的示例形式。应该理解的是，并不打 算将该安装垫限制为用于图1中显示的装置，因此该形状仅作为示例性实施方案显示。事 实上，该安装垫可用于安装或支撑适于处理废气的任何易碎结构，如柴油机催化剂结构、柴 油机微粒捕集器等等。
[0026] 根据某些实施方案，催化转化器10可以包括通过凸缘16固定在一起的由两片金 属例如耐高温钢构成