用于废气处理装置的安装垫的制作方法

本申请是国际申请日为2010年12月15日，申请号为201080057084.2，名称为“用于废气处理装置的安装垫”的发明专利申请的分案申请。

本公开涉及一种用于废气处理装置(例如催化转化器或柴油机颗粒捕集器)的湿法成网(wet laid)和物理缠结的安装垫。所述废气处理装置可包括通过安装垫安装在外壳内的易碎结构，所述安装垫布置在外壳和催化剂支撑结构之间的间隙中。

发明背景

在汽车上使用废气处理装置来降低来自发动机排放的大气污染。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颗粒捕集器。

用于处理由汽车发动机产生的废气的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和烃的氧化以及氮的氧化物的还原；和布置在易碎催化剂支撑结构的外表面和外壳的内表面之间的安装垫，以在外壳内保持易碎催化剂支撑结构。

用于控制由柴油机发动机产生的污染的柴油机颗粒捕集器通常包括外壳、用于收集来自柴油机发动机排放的颗粒的易碎颗粒过滤器或捕集器、以及布置在过滤器或捕集器的外表面和外壳的内表面之间的安装垫，以在外壳内保持易碎过滤器或捕集器结构。

易碎结构通常包括由易碎金属材料或脆的陶瓷材料(例如氧化铝、二氧化硅、二氧化镁、二氧化锆、堇青石、碳化硅等)制造的单块结构。这些材料提供具有多个气体流动通道的骨架类型的结构。这些单块结构如此易碎，以至于甚至小的冲击载荷或应力通常足以使它们破裂或粉碎。为了保护易碎结构免受热和机械冲击和其它应力以及提供绝热和气体密封，在易碎结构和外壳之间的间隙内安置安装垫。

多晶毛料垫可通过干法成网(dry laid)或湿法成网方法生产。在生产多晶毛料垫中，在干燥和煅烧阶段之前，溶胶-凝胶纤维是柔性的。在该阶段使用针刺设备来机械联锁(interlock)溶胶-凝胶纤维，同时它们保持柔性。在针刺阶段之后，将经针刺的多晶毛料垫干燥和煅烧。煅烧过程使得溶胶-凝胶纤维更硬。

虽然在多晶毛料垫加工的干燥和煅烧阶段之前，溶胶-凝胶纤维保持柔性，但是溶胶-凝胶纤维含有大于5％水，因此它们对暴露于水敏感。因此，在干燥阶段之前，当暴露于在湿法成网过程期间使用的水时，溶胶-凝胶纤维将劣化和溶解。由于水敏感性，仅经干燥和煅烧的溶胶-凝胶纤维用于湿法成网的垫形成过程。由于在湿法成网的垫形成过程中仅使用经干燥和煅烧的溶胶-凝胶纤维，不可能针刺，因为针刺脆和硬的溶胶-凝胶纤维的任何尝试将导致纤维破裂并得到具有极低拉伸强度的垫。

附图简述

图1为包括本发明公开的安装垫的说明性废气处理的透视图。

图2为用于针刺纤维质安装垫的合适的针刺机器的一部分的示意图。

发明详述

提供了一种可用于废气处理装置的安装垫。所述安装垫包含多个溶胶-凝胶无机纤维，所述纤维经过湿法成网成为片材并物理缠结。湿法成网和物理缠结的溶胶-凝胶衍生的纤维的垫可用作安装垫以在外部外壳内安装易碎催化剂支撑结构，或用作废气处理装置的末端圆锥体区域中的绝热垫。

根据某些说明性实施方案，用于废气处理装置的安装垫包括多个溶胶-凝胶无机纤维，该纤维经过湿法成网成为片材，并且在其仍在湿润状态下将片材针刺。也就是说，在仍然湿润时对湿法成网的层进行针刺操作。湿法成网和针刺的溶胶-凝胶衍生的纤维的垫可用作安装垫以在外部外壳内安装易碎催化剂支撑结构或用作废气处理装置的末端圆锥体区域中的绝热垫。

安装垫包含至少一层经过湿法成网和物理缠结的溶胶-凝胶衍生的纤维。用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法包括提供溶胶-凝胶衍生的无机纤维，稳定该溶胶-凝胶纤维，湿法形成经稳定的溶胶-凝胶衍生的纤维的层，物理缠结溶胶-凝胶衍生的纤维的经稳定的层，和煅烧溶胶-凝胶衍生的纤维的物理缠结的层。

根据某些说明性实施方案，安装垫包含至少一层经过湿法成网和针刺的溶胶-凝胶衍生的纤维。用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法包括提供溶胶-凝胶衍生的无机纤维，稳定该溶胶-凝胶纤维，湿法形成经稳定的溶胶-凝胶衍生的纤维的层，针刺溶胶-凝胶衍生的纤维的经稳定的层，和煅烧溶胶-凝胶衍生的纤维的经针刺的层。溶胶-凝胶衍生的无机纤维的层可通过形成多个溶胶-凝胶衍生的无机纤维、合适的加工剂和合适的液体(例如水)的浆料而制备。通过从浆料除去至少一部分液体，形成溶胶-凝胶衍生的纤维的层。该过程在本领域中称为“湿法成网”，并且所得到的溶胶-凝胶衍生的无机纤维的层称为“湿法成网的”层。

存在于湿法成网的层中的溶胶-凝胶衍生的无机纤维足够柔性以承受典型的机械针刺过程。然而，溶胶-凝胶衍生的纤维也对水敏感，并且当与水接触时溶解。溶胶-凝胶衍生的纤维经过处理以稳定纤维免于溶解。进行处理以稳定溶胶-凝胶衍生的纤维免于溶解的步骤可包括在足以使得至少一部分溶胶-凝胶衍生的纤维不溶于水的温度下，加热层中的溶胶-凝胶衍生的纤维。非限制地，并且仅通过举例说明，可在700℃或更低的温度下加热溶胶-凝胶衍生的纤维的层。根据其它实施方案，可在600℃或更低的温度下加热溶胶-凝胶衍生的纤维的层。在合适的温度(例如700℃或更低的温度)下加热溶胶-凝胶衍生的纤维，使得当暴露于水后溶胶-凝胶纤维实质上耐溶解或其它劣化。当在700℃或更低的温度下加热溶胶-凝胶衍生的纤维之后，纤维不变脆或硬，并且仍保持足够的柔性以经受得住针刺操作。虽然可如上所述加热溶胶-凝胶纤维以稳定免于溶解，可利用改进溶胶-凝胶纤维的耐溶解性的任何方法。

在溶胶-凝胶衍生的纤维已稳定(例如，通过热处理溶胶-凝胶衍生的纤维)后，形成经稳定的纤维的湿法成网的层，并且该层经历机械针刺过程。针刺过程改变至少一部分纤维在层内的取向，并且在层内机械联锁这些纤维。

在用于制备主题安装垫的方法的一个实施方案中，将包含耐高温纤维、任选的有机粘合剂和任选的膨胀材料的叠(ply)或层在真空圆网造纸机上湿法成网，并且将多个仍然湿润的纸或片材的叠或层堆叠并通过“针刺器”加工，随后进料通过干燥烘箱。该过程包括针刺穿孔纤维，以在仍然被水性造纸溶液或浆料湿润时将它们的一部分缠绕和缠结，随后干燥片材。因此，与具有类似厚度和密度的现有技术安装垫相比，所得到的安装垫得到增强。

在典型的纤维针刺操作(通常在纤维化步骤之后立刻)中，使用润滑液体(通常为油或其它润滑有机材料)防止纤维损坏和有助于纤维移动和缠结。在本过程中，使用来自湿法形成、造纸过程的水来帮助针刺过程。

“针刺”是指引起一部分纤维在纸或片材内转移其取向并在纸或片材的相对表面之间延伸一定长度的任何操作。针刺设备典型地包括其上铺设或移动纤维网的水平表面，和携带向下延伸的针的排列的针板。针板往复运动使针进入网和从网中出来，并且使网的一些纤维重新取向进入实质上横过网的表面的平面。针可从一个方向推动纤维通过网，或者例如通过使用针上的倒钩，可从网的顶部推纤维也可从网的底部拉纤维。典型地通过带倒钩的针完全或部分穿透纤维纸或片材来提供纤维的物理缠结。

此外或作为备选，水缠结方法(也称为喷水针刺或流体射流针刺)可用于缠绕和缠结纤维。在水缠结过程中，水的小、高强度射流撞击疏松纤维的层或片材，纤维支撑在穿孔的表面上，例如金属丝网或穿孔的鼓。液体射流引起相对短且具有疏松末端的纤维重新排列，纤维的至少一些部分彼此物理缠结、卷绕和/或缠绕。

在针刺或水缠结仍然湿润的纸或真空流延(cast)的垫后，垫可任选经压制，并在烘箱中干燥，例如但不限于在约80℃-约700℃下。

湿针刺步骤使得甚至脆的纤维被编织而没有显著损坏。湿针刺还提供高强度，即使在有机粘合剂已烧尽后，例如在车辆的开始操作中，这导致垫即使在汽车排气系统经历的振动条件下也保持耐久。

如图2所示，针刺包括使形成的纸30在仍然湿润的条件下在床板32和剥离器板34之间通过，所述两个板均具有孔36、38，以允许带倒钩的针40以往复运动的方式从中通过，如箭头44所示。针40推和拉纸30中的纤维42，以诱导纤维42的缠结的三维联锁取向，增强纸30，所述纸30随后在烘箱中干燥。

将溶胶-凝胶衍生的纤维的湿法成网和针刺的层煅烧以提供用于末端圆锥体绝热体的最终垫产物或废气处理装置中的安装垫。根据某些实施方案，溶胶-凝胶衍生的纤维的湿法成网和针刺的层的煅烧可在约900-约1,500℃范围的温度下发生。

废气处理装置包括外部外壳、易碎催化剂支撑结构和安装垫，其中至少一层湿法成网和物理缠结的无机溶胶-凝胶衍生的纤维布置在外部外壳的内表面和易碎催化剂支撑结构的外表面之间的间隙中。湿法成网和针刺的安装垫用于在外壳内有弹性地安装易碎催化剂支撑结构，并保护催化剂支撑结构免受在废气处理装置的操作期间遇到的机械和热冲击两者。

根据某些说明性实施方案，废气处理装置包括外部外壳、易碎催化剂支撑结构和安装垫，其中至少一层湿法成网和针刺的无机溶胶-凝胶衍生的纤维布置在外部外壳的内表面和易碎催化剂支撑结构的外表面之间的间隙中。湿法成网和针刺的安装垫用于在外壳内有弹性地安装易碎催化剂支撑结构，并保护催化剂支撑结构免受在废气处理装置的操作期间遇到的机械和热冲击两者。

催化剂结构通常包括一个或多个在外壳内通过耐热材料安装的多孔的管状或蜂窝状结构。每个结构包括约200-约900或更多个之间的通道或胞孔/平方英寸，这取决于排气处理装置的类型。柴油机颗粒捕集器与催化剂结构的不同之处在于，在颗粒捕集器内的每个通道或胞孔在一端或另一端封闭。在多孔结构中从废气收集颗粒，直至被高温烧尽过程再生。安装垫的非汽车应用可包括用于化学工业排放(排气)堆的催化转化器。

用于处理废气的装置的一种说明性形式在图1中用数字10指定。应理解的是，安装垫不旨在局限于用于示于图1的装置，因此仅作为说明性实施方案显示形状。实际上，安装垫可用于安装或支撑适于处理废气的任何易碎结构，例如柴油机催化剂结构、柴油机颗粒捕集器等。

催化转化器10可包括由通过法兰16固定在一起的两块金属(例如，耐高温钢)形成的总体管状的外壳12。或者，外壳可包括预先形成的罐，其中插入安装垫-卷绕的易碎结构。外壳12在一端包括入口14，在其相反端包括出口(未示出)。入口14和出口在它们的外端适宜地形成，由此可将它们固定于内燃机发动机的排气系统中的导管。装置10含有易碎结构，例如易碎陶瓷单块18，其通过安装垫20支撑和限制在外壳12内。单块18包括多个气体渗透通道，从在一端的入口端表面轴向延伸至在其相反端的其出口端表面。单块18可由任何合适的耐火金属或陶瓷材料以任何已知的方式和结构构成。所述单块典型地在其横截面结构中为椭圆形或圆形，但是其它形状是可能的。

所述单块与外壳的内表面间隔某一距离或间隙，这根据所用的装置的类型和设计而变，所述装置例如催化转化器、柴油机催化剂结构或柴油机颗粒捕集器。该间隙填充安装垫20，以为陶瓷单块18提供弹性支撑。弹性安装垫20对外部环境提供绝热并且为易碎结构提供机械支撑，由此横跨宽范围的废气处理装置操作温度保护易碎结构免受机械冲击。

总的来说，安装垫包括溶胶-凝胶衍生的多晶无机纤维，以及任选的膨胀材料、有机粘合剂、粘土和抗氧化剂中的至少一种。安装垫20的组成足以提供保持压力容量，能在整个宽的温度范围内在废气处理装置10的外壳12内，有弹性地保持易碎催化剂支撑结构18。

溶胶-凝胶衍生的纤维的湿法成网和针刺的层还可用作废气处理装置的末端圆锥体中的绝热垫。废气处理装置的末端圆锥体包括外金属圆锥体、内金属圆锥体和一层圆锥体绝热体，该圆锥体绝热体包含一层位于外和内金属末端圆锥体之间的湿法成网和针刺的无机溶胶-凝胶衍生的纤维。

可用于本发明的垫的溶胶-凝胶衍生的无机纤维包括多晶氧化物纤维，例如富铝红柱石、氧化铝、高氧化铝铝硅酸盐等。纤维优选耐火。合适的溶胶-凝胶多晶氧化物纤维及其生产方法包含在美国专利号4,159,205和4,277,269中，这些专利通过引用结合到本文中。FIBERMAX多晶富铝红柱石纤维可得自Unifrax I LLC，Niagara Falls，N.Y。用于制造本发明的安装垫的其它合适的多晶富铝红柱石纤维以商标MAFTEC市售可得自Mitsubishi Chemical Corporation。合适的溶胶-凝胶衍生的多晶纤维包括氧化铝纤维，例如包含至少60重量％氧化铝的纤维。根据某些说明性实施方案，氧化铝纤维可包含含高氧化铝的纤维。例如但不限于，合适的含高氧化铝的纤维市售可得自Saffil Ltd.(Cheshire，United Kingdom)。得自Saffil Ltd.的含高氧化铝的纤维包含约95-约97重量％氧化铝和约3-约5重量％二氧化硅。

溶胶-凝胶衍生的纤维的湿法成网和针刺的层还可包括少量的不同种类的无机纤维，只要所述纤维能承受安装垫形成过程、能承受废气处理装置的操作温度和提供最小保持压力性能用于在操作温度下在废气处理装置外壳内保持易碎结构。非限制地，安装垫可包括其它类型的合适的无机纤维，例如耐火陶瓷纤维例如铝硅酸盐纤维、氧化铝-氧化镁-二氧化硅纤维、高岭土纤维、碱土硅酸盐纤维例如氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维和氧化镁-二氧化硅纤维、铝酸钙纤维、磷酸盐涂布的铝酸钙纤维、铝酸钙钾纤维、硅酸铝钾纤维、氧化钠-氧化铝-硅酸盐纤维、S-玻璃纤维、S2-玻璃纤维、E-玻璃纤维、石英纤维、二氧化硅纤维和它们的组合。

根据某些实施方案，耐热无机纤维可包含陶瓷纤维。非限制地，合适的陶瓷纤维包括氧化铝-二氧化硅纤维、氧化铝-二氧化锆-二氧化硅纤维、二氧化锆-二氧化硅纤维、二氧化锆纤维和类似的纤维。可用的氧化铝-二氧化硅陶瓷纤维市售可得自Unifrax I LLC(Niagara Falls，N.Y.)，注册商标为FIBERFRAX。FIBERFRAX陶瓷纤维包含约45-约75重量％氧化铝和约25-约55重量％二氧化硅的纤维化产物。FIBERFRAX纤维呈现最高约1540℃的操作温度和最高约1870℃的熔点。FIBERFRAX纤维容易形成为耐高温片材和纸。

氧化铝二氧化硅纤维可包含约40重量％-约60重量％Al₂O₃和约60重量％-约40重量％SiO₂。所述纤维可包含约50重量％Al₂O₃和约50重量％SiO₂。氧化铝/二氧化硅氧化镁玻璃纤维典型地包含约64重量％-约66重量％SiO₂、约24重量％-约25重量％Al₂O₃和约9重量％-约10重量％MgO。

E-玻璃纤维典型地包含约52重量％-约56重量％SiO₂、约16重量％-约25重量％CaO、约12重量％-约16重量％Al₂O₃、约5重量％-约10重量％B₂O₃、最高约5重量％MgO、最高约2重量％的氧化钠和氧化钾以及痕量的铁氧化物和氟化物，典型的组成为55重量％SiO₂、15重量％Al₂O₃、7重量％B₂O₃、3重量％MgO、19重量％CaO和痕量的上述材料。

非限制地，可用于制备用于废气处理装置的安装垫的生物可溶性碱土硅酸盐纤维的合适的实例包括在美国专利号6,953,757、6,030,910、6,025,288、5,874,375、5,585,312、5,332,699、5,714,421、7,259,118、7,153,796、6,861,381、5,955,389、5,928,075、5,821,183和5,811,360中所公开的那些纤维，这些专利通过引用结合到本文中。

根据某些实施方案，生物可溶性碱土硅酸盐纤维可包含镁的氧化物和二氧化硅的混合物的纤维化产物。这些纤维通常称为硅酸镁纤维。硅酸镁纤维通常包含约60-约90重量％二氧化硅、大于0-约35重量％氧化镁和5重量％或更少杂质的纤维化产物。根据某些实施方案，碱土硅酸盐纤维包含约65-约86重量％二氧化硅、约14-约35重量％氧化镁和5重量％或更少杂质的纤维化产物。根据其它实施方案，碱土硅酸盐纤维包含约70-约86重量％二氧化硅、约14-约30重量％氧化镁和5重量％或更少杂质的纤维化产物。合适的硅酸镁纤维市售可得自Unifrax I LLC(Niagara Falls，N.Y.)，注册商标为ISOFRAX。市售可得的ISOFRAX纤维通常包含约70-约80重量％二氧化硅、约18-约27重量％氧化镁和4重量％或更少杂质的纤维化产物。

根据某些实施方案，生物可溶性碱土硅酸盐纤维可包含钙、镁的氧化物和二氧化硅的混合物的纤维化产物。这些纤维通常称为氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维。根据某些实施方案，氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维包含约45-约90重量％二氧化硅、大于0-约45重量％氧化钙、大于0-约35重量％氧化镁和10重量％或更少杂质的纤维化产物。可用的氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维市售可得自Unifrax I LLC(Niagara Falls，N.Y.)，注册商标为INSULFRAX。INSULFRAX纤维通常包含约61-约67重量％二氧化硅、约27-约33重量％氧化钙和约2-约7重量％氧化镁的纤维化产物。其它合适的氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维市售可得自Thermal Ceramics(Augusta，Ga.)，商业标识为SUPER WOOL 607、SUPERWOOL 607MAX和SUPERWOOL HT。SUPERWOOL 607纤维包含约60-约70重量％二氧化硅、约25-约35重量％氧化钙和约4-约7重量％氧化镁和痕量的氧化铝。SUPERWOOL 607MAX纤维包含约60-约70重量％二氧化硅、约16-约22重量％氧化钙和约12-约19重量％氧化镁和痕量的氧化铝。SUPERWOOL HT纤维包含约74重量％二氧化硅、约24重量％氧化钙和痕量的氧化镁、氧化铝和铁氧化物。

用于生产用于废气处理装置的安装垫的合适的二氧化硅纤维包括那些浸渍玻璃纤维，其可得自BelChem Fiber Materials GmbH.Germany，商标为BELCOTEX；得自Hitco Carbon Composites.Inc.，Gardena Calif.，注册商标为REFRASIL；和得自Polotsk-Steklovolokno，Republic ofBelarus，标识为PS-23(R)。

BELCOTEX纤维为标准类型的短纤维预制纱(pre-yarn)。这些纤维的平均细度为约550特克斯，并且通常由被氧化铝改性的硅酸制备。BELCOTEX纤维为无定形的，并且通常含有约94.5％二氧化硅、约4.5％氧化铝、小于0.5％氧化钠和小于0.5％的其它组分。这些纤维的平均纤维直径为约9微米，并且熔点为1500-1550℃范围。这些纤维对最高1100℃的温度耐热，并且通常无杂色(shot free)和不含粘合剂。

REFRASIL纤维，与BELCOTEX纤维一样，为高二氧化硅含量的无定形浸渍玻璃纤维，用于对1000-1100℃温度范围的应用提供绝热。这些纤维的直径为约6-约13微米，并且熔点为约1700℃。在浸渍后，纤维通常二氧化硅含量为约95重量％。氧化铝可以约4重量％的量存在，其它组分以1％或更少的量存在。

得自Polotsk-Steklovolokno的PS-23(R)纤维为高二氧化硅含量的无定形的玻璃纤维，并且适于对需要耐至少约1000℃的应用绝热。这些纤维的纤维长度为约5-约20mm范围，纤维直径为约9微米。这些纤维，像REFRASIL纤维一样，熔点为约1700℃。

湿法成网和针刺的溶胶-凝胶衍生的纤维的层还可包括膨胀材料。可掺入到安装垫中的膨胀材料包括但不限于未膨胀的蛭石、离子交换的蛭石、热处理的蛭石、可膨胀的石墨、水黑云母、水-溶胀四硅氟云母、碱金属硅酸盐或它们的混合物。安装垫可包括多于一种类型的膨胀材料的混合物。膨胀材料可包括未膨胀的蛭石和可膨胀的石墨的混合物，相对量为约9:1-约1:2蛭石:石墨，如美国专利号5,384,188所述。

溶胶-凝胶衍生的纤维的层、叠或片材可通过真空流延浆料而形成。根据该方法，将组分的浆料在可渗透的网上湿法成网。将真空施用于网，以从浆料提取大多数水分，由此形成湿润的片材。随后将湿润的叠或片材干燥，通常在烘箱中。在干燥之前，可将片材通过一组辊，以压缩片材。

可将溶胶-凝胶纤维的层切割，例如通过模压，以形成具有可重复的公差的精确形状和尺寸的安装垫。当通过针刺等致密化后，安装垫20呈现合适的处理性质，意味着其可容易处理，并且不至于脆到像许多其它纤维毯或垫那样在人手里粉碎。其可容易并柔软地围绕易碎结构18或类似易碎结构安装或卷绕而不破裂，随后布置在催化转化器外壳12内。通常，安装垫-卷绕的易碎结构可插入外壳内或者外壳可围绕安装垫-卷绕的易碎结构构造或者制造。

实验

陈述以下实施例仅用于进一步说明安装垫和废气处理装置。说明性实施例不应解释为以任何方式限制安装垫、结合安装垫的废气处理装置或制备安装垫或废气处理装置的方法。

比较实施例1

组成为约72氧化铝和约28二氧化硅的经干燥和煅烧的多晶毛料纤维用于形成片材。如下制备多晶毛料纤维的湿法成网的片材：将纤维和水混合以形成浆料，随后通过多孔筛真空除水。将经煅烧的多晶毛料纤维的湿法成网的片材在110℃温度下干燥。通过市售可得的针刺机器针刺经煅烧的多晶毛料纤维的干燥的片材。将片材暴露于针刺过程之后，片材解体(fall apart)，因为脆和硬的经煅烧的多晶毛料纤维因针刺机器的针的力量而破裂。所得到的垫碎裂，因此不具有可测量的拉伸强度。

实施例2

组成为约72氧化铝和约28二氧化硅的溶胶-凝胶形成的多晶毛料纤维用于形成湿法成网和针刺的片材。将溶胶-凝胶纤维在250℃下干燥。随后将溶胶-凝胶纤维热处理，以在590℃温度下稳定它们。如下制备经热处理的溶胶-凝胶纤维的湿法成网的片材：将纤维和水混合以形成浆料，随后通过多孔筛真空除水。使用与在比较实施例1中所用的相同的针刺机器针刺经稳定的溶胶-凝胶纤维的湿润片材。将经热处理的溶胶-凝胶纤维的湿法成网和针刺的片材在110℃温度下干燥。将片材在约1200℃温度下进一步煅烧1小时。使用Instron Universal Material Testing测量片材的拉伸强度。经针刺和煅烧的片材呈现适于废气处理装置安装垫应用的拉伸强度。

实施例3

组成为约72氧化铝和约28二氧化硅的溶胶-凝胶形成的多晶毛料纤维用于形成湿法成网和针刺的片材。将溶胶-凝胶纤维在250℃下干燥。随后将溶胶-凝胶纤维热处理，以在570℃温度下稳定它们。如下制备经热处理的溶胶-凝胶纤维的湿法成网的片材：将纤维和水混合以形成浆料，随后通过多孔筛真空除水。使用与在比较实施例1中所用的相同的针刺机器针刺经稳定的溶胶-凝胶纤维的湿润片材。将经热处理的溶胶-凝胶纤维的湿法成网和针刺的片材在110℃温度下干燥。将片材在约1200℃温度下进一步煅烧1小时。使用Instron Universal Material Testing测量片材的拉伸强度。经针刺和煅烧的片材呈现适于废气处理装置安装垫应用的拉伸强度。

实施例4

组成为约72氧化铝和约28二氧化硅的溶胶-凝胶形成的多晶毛料纤维用于形成湿法成网和针刺的片材。将溶胶-凝胶纤维热处理，以在440℃温度下稳定纤维。5加仑桶填充约4.5加仑水，并将混合机放置在桶中。将溶胶-凝胶衍生的经稳定的多晶纤维逐步加入到桶中。将约10重量％浸渍Belchem二氧化硅纤维逐步加入到含有水和经稳定的多晶纤维的桶中。将水、经稳定的多晶纤维和Belchem二氧化硅纤维的浆料混合约2-约3分钟。

如下制备经稳定的多晶纤维和Belchem二氧化硅纤维的湿法成网的片材：在Handsheet成型机中连续混合浆料，随后通过多孔筛真空除水。使用吸墨纸将过量的水分从片材中除去。使用与在比较实施例1中所用的相同的针刺机器针刺经稳定的溶胶-凝胶纤维的湿润片材。将经稳定的溶胶-凝胶纤维的湿法成网和湿-针刺的片材在110℃温度下干燥。将经针刺的片材在约1200℃温度下进一步煅烧1小时。

MTS(Minneapolis，MN，USA)机械测试机器用于测试安装垫样品的拉伸强度。将安装垫的测试样品切割成尺寸为约1”×约6”的条。测试三个(3)样品安装垫并将三个安装垫结果的平均值记录于下表1。经针刺和煅烧的片材呈现适于废气处理装置安装垫应用的拉伸强度。

实施例5

组成为约72氧化铝和约28二氧化硅的溶胶-凝胶形成的多晶毛料纤维用于形成湿法成网和针刺的片材。将溶胶-凝胶纤维热处理，以在540℃温度下稳定纤维。5加仑桶填充约4.5加仑水，并将混合机放置在桶中。将溶胶-凝胶衍生的经稳定的多晶纤维逐步加入到桶中。将水和经稳定的多晶纤维的浆料混合约2-约3分钟。

如下制备经稳定的多晶的湿法成网的片材：在Handsheet成型机中连续混合浆料，随后通过多孔筛真空除水。使用吸墨纸将过量的水分从片材中除去。使用与在比较实施例1中所用的相同的针刺机器针刺经稳定的溶胶-凝胶纤维的湿润片材。将经稳定的溶胶-凝胶纤维的湿法成网和湿-针刺的片材在110℃温度下干燥。将经针刺的片材在约1200℃温度下进一步煅烧1小时。

MTS机械测试机器用于测试安装垫样品的拉伸强度。将安装垫的测试样品切割成尺寸为约1”×约6”的条。测试三个(3)样品安装垫并将三个安装垫结果的平均值记录于下表1。经针刺和煅烧的片材呈现适于废气处理装置安装垫应用的拉伸强度。

实施例6

组成为约72氧化铝和约28二氧化硅的溶胶-凝胶形成的多晶毛料纤维用于形成湿法成网和针刺的片材。将溶胶-凝胶纤维热处理，以在540℃温度下稳定纤维。5加仑桶填充约4.5加仑水，并将混合机放置在桶中。将溶胶-凝胶衍生的经稳定的多晶纤维逐步加入到桶中。将约10重量％浸渍Belchem二氧化硅纤维逐步加入到含有水和经稳定的多晶纤维的桶中。将水、经稳定的多晶纤维和Belchem二氧化硅纤维的浆料混合约2-约3分钟。

如下制备经稳定的多晶纤维和Belchem二氧化硅纤维的湿法成网的片材：在Handsheet成型机中连续混合浆料，随后通过多孔筛真空除水。使用吸墨纸将过量的水分从片材中除去。使用与在比较实施例1中所用的相同的针刺机器针刺经稳定的溶胶-凝胶纤维的湿润片材。将经稳定的溶胶-凝胶纤维的湿法成网和湿-针刺的片材在110℃温度下干燥。将经针刺的片材在约1200℃温度下进一步煅烧1小时。

MTS机械测试机器用于测试安装垫样品的拉伸强度。将安装垫的测试样品切割成尺寸为约1”×约6”的条。测试三个(3)样品安装垫并将三个安装垫结果的平均值记录于下表1。经针刺和煅烧的片材呈现适于废气处理装置安装垫应用的拉伸强度。

比较实施例C7

组成为约72氧化铝和约28二氧化硅的市售可得的溶胶-凝胶形成的多晶毛料纤维用于形成湿法成网和针刺的片材。将溶胶-凝胶纤维热处理，以在1100℃温度下煅烧纤维约30分钟。5加仑桶填充约4.5加仑水，并将混合机放置在桶中。将溶胶-凝胶衍生的经煅烧的多晶纤维逐步加入到桶中。将水和经煅烧的多晶纤维的浆料混合约2-约3分钟。

如下制备经煅烧的多晶纤维的湿法成网的片材：在Handsheet成型机中连续混合浆料，随后通过多孔筛真空除水。使用吸墨纸将过量的水分从片材中除去。使用与在比较实施例1中所用的相同的针刺机器针刺溶胶-凝胶纤维的湿煅烧的片材。

MTS机械测试机器用于测试安装垫样品的拉伸强度。将安装垫的测试样品切割成尺寸为约1”×约6”的条。测试三个(3)样品安装垫并将三个安装垫结果的平均值记录于下表1。经针刺和煅烧的片材呈现不适于废气处理装置安装垫应用的拉伸强度。

比较实施例C8

组成为约72氧化铝和约28二氧化硅的市售可得的溶胶-凝胶形成的多晶毛料纤维用于形成湿法成网和针刺的片材。将溶胶-凝胶纤维热处理，以在1100℃温度下煅烧纤维约30分钟。5加仑桶填充约4.5加仑水，并将混合机放置在桶中。将溶胶-凝胶衍生的经煅烧的多晶纤维逐步加入到桶中。将约10重量％浸渍Belchem二氧化硅纤维逐步加入到含有水和经煅烧的多晶纤维的桶中。将水、经煅烧的多晶纤维和Belchem二氧化硅纤维的浆料混合约2-约3分钟。

如下制备经煅烧的多晶纤维的湿法成网的片材：在Handsheet成型机中连续混合浆料，随后通过多孔筛真空除水。使用吸墨纸将过量的水分从片材中除去。使用与在比较实施例1中所用的相同的针刺机器针刺溶胶-凝胶纤维的湿煅烧的片材。

MTS机械测试机器用于测试安装垫样品的拉伸强度。将安装垫的测试样品切割成尺寸为约1”×约6”的条。测试三个(3)样品安装垫并将三个安装垫结果的平均值记录于下表1。经针刺和煅烧的片材呈现不适于废气处理装置安装垫应用的拉伸强度。

比较实施例C9

组成为约72氧化铝和约28二氧化硅的市售可得的溶胶-凝胶形成的多晶毛料纤维用于形成湿法成网和针刺的片材。将溶胶-凝胶纤维热处理，以在1100℃温度下煅烧纤维约30分钟。5加仑桶填充约4.5加仑水，并将混合机放置在桶中。将溶胶-凝胶衍生的经煅烧的多晶纤维逐步加入到桶中。将水和经煅烧的多晶纤维的浆料混合约2-约3分钟。

如下制备经煅烧的多晶纤维的湿法成网的片材：在Handsheet成型机中连续混合浆料，随后通过多孔筛真空除水。使用吸墨纸将过量的水分从片材中除去。使用与在比较实施例1中所用的相同的针刺机器针刺溶胶-凝胶纤维的湿煅烧的片材。将溶胶-凝胶纤维的经针刺的片材在110℃温度下干燥，随后暴露于1200℃下1小时。

MTS机械测试机器用于测试安装垫样品的拉伸强度。将安装垫的测试样品切割成尺寸为约1”×约6”的条。测试三个(3)样品安装垫并将三个安装垫结果的平均值记录于下表1。经针刺和煅烧的片材呈现不适于废气处理装置安装垫应用的拉伸强度。

比较实施例C10

组成为约72氧化铝和约28二氧化硅的市售可得的溶胶-凝胶形成的多晶毛料纤维用于形成湿法成网和针刺的片材。将溶胶-凝胶纤维热处理，以在1100℃温度下煅烧纤维约30分钟。5加仑桶填充约4.5加仑水，并将混合机放置在桶中。将溶胶-凝胶衍生的经煅烧的多晶纤维逐步加入到桶中。将约10重量％浸渍Belchem二氧化硅纤维逐步加入到含有水和经煅烧的多晶纤维的桶中。将水、经煅烧的多晶纤维和Belchem二氧化硅纤维的浆料混合约2-约3分钟。

如下制备经煅烧的多晶纤维的湿法成网的片材：在Handsheet成型机中连续混合浆料，随后通过多孔筛真空除水。使用吸墨纸将过量的水分从片材中除去。使用与在比较实施例1中所用的相同的针刺机器针刺溶胶-凝胶纤维的湿煅烧的片材。将溶胶-凝胶纤维的经针刺的片材在110℃温度下干燥，随后暴露于1200℃下1小时。

MTS机械测试机器用于测试安装垫样品的拉伸强度。将安装垫的测试样品切割成尺寸为约1”×约6”的条。测试三个(3)样品安装垫并将三个安装垫结果的平均值记录于下表1。经针刺和煅烧的片材呈现不适于废气处理装置安装垫应用的拉伸强度。

表1

与比较实施例C7和C8的安装垫相比，实施例4-6的安装垫呈现显著的拉伸性质改进，前者通过针刺在针刺操作之前已在1100℃下完全煅烧的多晶纤维的片材制备，后者包含当垫仍在湿润状态下针刺的经稳定的多晶无机纤维的湿法成网的片材。

与比较实施例C9和C10的安装垫相比，实施例4-6的安装垫也呈现显著的拉伸性质改进，前者通过针刺在针刺操作之前已在1100℃下完全煅烧的多晶纤维的片材并且在安装垫经针刺之后经历在1200℃下的进一步煅烧操作而制备，后者包含当垫仍在湿润状态下针刺的经稳定的多晶无机纤维的湿法成网的片材。

因此，根据第一说明性实施方案，用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法包括稳定多个溶胶-凝胶衍生的无机纤维，湿法形成所述经稳定的溶胶-凝胶衍生的无机纤维的层，和在该湿层内物理缠结一部分所述无机纤维。

第一说明性实施方案的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，其中所述稳定包括在足以使得至少一部分溶胶-凝胶衍生的纤维不溶于水的温度下加热溶胶-凝胶衍生的纤维。

第一或后续实施方案任一项的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，所述方法还包括将所述经稳定的溶胶-凝胶衍生的无机纤维的湿法形成和物理缠结的层干燥。

第一或后续实施方案任意项的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，其中所述加热包括在700℃或更低的温度下加热溶胶-凝胶衍生的纤维。

第一或后续实施方案任意项的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，其中所述加热包括在600℃或更低的温度下加热溶胶-凝胶衍生的纤维。

第一或后续实施方案任意项的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，其中所述物理缠结包括针刺所述溶胶-凝胶衍生的无机纤维的层。

第一或后续实施方案任意项的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，其中所述物理缠结包括水缠结所述溶胶-凝胶衍生的无机纤维的层。

第一或后续实施方案任意项的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，所述方法还包括将溶胶-凝胶衍生的无机纤维的经针刺的层煅烧。

第一或后续实施方案任意项的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，其中所述煅烧在约900-约1,500℃温度范围内发生。

第一或后续实施方案任意项的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，所述方法包括制备经稳定的溶胶-凝胶衍生的无机纤维和液体的浆料，和从所述浆料中除去至少一部分所述液体，以由所述浆料形成经稳定的溶胶-凝胶纤维的湿法成网的层。

第一或后续实施方案任意项的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，其中所述溶胶-凝胶衍生的纤维包含约72-约100重量％氧化铝和约0-约28重量％二氧化硅的纤维化产物。

第一或后续实施方案任意项的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，其中所述溶胶-凝胶衍生的纤维包含高氧化铝纤维。

第一或后续实施方案任意项的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，其中所述层包括所述溶胶-凝胶衍生的纤维和选自以下的不同的无机纤维的混合物：陶瓷纤维、玻璃纤维、生物可溶性纤维、石英纤维、二氧化硅纤维和它们的混合物。

第一或后续实施方案任意项的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，其中所述陶瓷纤维(如果包括)包括包含约45-约72重量％氧化铝和约28-约55重量％二氧化硅的纤维化产物的铝硅酸盐纤维，或者其中所述生物可溶性纤维(如果包括)包括包含约65-约86重量％二氧化硅、约14-约35重量％氧化镁和约5重量％或更少杂质，或者约70-约86重量％二氧化硅、约14-约30重量％氧化镁和约5重量％或更少杂质，或者约70-约80重量％二氧化硅、约18-约27重量％氧化镁和0-4重量％杂质的纤维化产物的氧化镁-二氧化硅纤维，或者其中所述生物可溶性纤维包括包含约45-约90重量％二氧化硅、大于0-约45重量％氧化钙和大于0-约35重量％氧化镁，或者约60-约70重量％二氧化硅、约16-约35重量％氧化钙和约4-约19重量％氧化镁，或者约61-约67重量％二氧化硅、约27-约33重量％氧化钙和约2-约7重量％氧化镁的纤维化产物的氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维。

第一或后续实施方案任意项的用于制备用于废气处理装置的安装垫的方法，其中所述安装垫进一步包括选自以下的膨胀材料：未膨胀的蛭石、离子交换的蛭石、热处理的蛭石、可膨胀的石墨、水黑云母、水-溶胀四硅氟云母、碱金属硅酸盐或它们的混合物。

根据第二说明性实施方案，提供了一种安装垫，所述安装垫包含经稳定和湿缠结的溶胶-凝胶衍生的多晶纤维的湿法形成的层。

根据上述第二说明性实施方案的安装垫，其中针刺所述经稳定的溶胶-凝胶衍生的多晶纤维的湿法形成的层。

根据上述第二说明性实施方案的安装垫，其中水缠结所述经稳定的溶胶-凝胶衍生的多晶纤维的湿法形成的层。

根据上述第二说明性实施方案和任何以上提及的后续实施方案的安装垫，将经稳定的溶胶-凝胶衍生的多晶纤维的湿法形成的层针刺，并且其中将所述层煅烧。

根据上述第二说明性实施方案和任何以上提及的后续实施方案的安装垫，将经稳定的溶胶-凝胶衍生的多晶纤维的湿法形成的层水缠结，并且其中将所述层煅烧。

根据上述第二说明性实施方案和任何以上提及的后续实施方案的安装垫，所述溶胶-凝胶衍生的纤维包含约72-约100重量％氧化铝和约0-约28重量％二氧化硅的纤维化产物。

根据上述第二说明性实施方案和任何以上提及的后续实施方案的安装垫，所述溶胶-凝胶衍生的纤维包含高氧化铝纤维。

根据上述第二说明性实施方案和任何以上提及的后续实施方案的安装垫，其中所述层包括所述溶胶-凝胶衍生的纤维和选自以下的不同的无机纤维的混合物：陶瓷纤维、玻璃纤维、生物可溶性纤维、石英纤维、二氧化硅纤维和它们的混合物。

根据上述第二说明性实施方案和任何以上提及的后续实施方案的安装垫，其中所述陶瓷纤维(如果包括)包括包含约45-约72重量％氧化铝和约28-约55重量％二氧化硅的纤维化产物的铝硅酸盐纤维，或者其中所述生物可溶性纤维(如果包括)包括包含约65-约86重量％二氧化硅、约14-约35重量％氧化镁和约5重量％或更少杂质，或者约70-约86重量％二氧化硅、约14-约30重量％氧化镁和约5重量％或更少杂质，或者约70-约80重量％二氧化硅、约18-约27重量％氧化镁和0-4重量％杂质的纤维化产物的氧化镁-二氧化硅纤维，或者其中所述生物可溶性纤维包括包含约45-约90重量％二氧化硅、大于0-约45重量％氧化钙和大于0-约35重量％氧化镁，或者约60-约70重量％二氧化硅、约16-约35重量％氧化钙和约4-约19重量％氧化镁，或者约61-约67重量％二氧化硅、约27-约33重量％氧化钙和约2-约7重量％氧化镁的纤维化产物的氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维。

根据上述第二说明性实施方案和任何以上提及的后续实施方案的安装垫，所述安装垫进一步包括选自以下的膨胀材料：未膨胀的蛭石、离子交换的蛭石、热处理的蛭石、可膨胀的石墨、水黑云母、水-溶胀四硅氟云母、碱金属硅酸盐或它们的混合物。

这些垫对于催化转化器和柴油机颗粒捕集器工业有利。可将安装垫冲切，并且可作为弹性支撑体在薄剖面中操作，提供处理容器(case)，并且为柔性的形式，以便能够提供催化剂支撑结构的总的卷绕，如果期望的话，而没有破裂。或者，安装垫可在催化剂支撑结构的至少一部分的整个圆周或周长周围整体卷绕。安装垫还可部分卷绕并且包括末端密封，如在一些常规的转化器装置中目前使用的，如果期望的话，以防止气体旁过。

上述安装垫还可用于多种应用，例如常规的汽车催化转化器，除其它以外用于摩托车和其它小发动机机器，和汽车预转化器，以及高温隔片，垫圈，甚至下一代汽车底部催化转化器系统。总的来说，它们可用于需要垫或垫圈的任何应用，以在室温下施加保持压力，更重要的是，提供在升高的温度(包括在热循环期间)下维持该保持压力的能力。

安装垫材料可在废气处理装置中用作末端圆锥体绝热体。根据某些实施方案，提供了用于废气处理装置的末端圆锥体。末端圆锥体通常包括外金属圆锥体、内金属圆锥体和布置在外和内金属末端圆锥体之间的间隙或空间内的末端圆锥体绝热体。

根据其它实施方案，末端圆锥体可包括外金属圆锥体和至少一层与外金属圆锥体的内表面相邻安置的圆锥体绝热体。根据这些实施方案，末端圆锥体组件不提供有内金属圆锥体。而是，将圆锥体绝热体硬化为某些方式，以提供耐流过装置的高温气体的自支撑圆锥体结构。

提供了包括至少一个末端圆锥体的废气处理装置。所述废气处理装置包括外壳、安置在外壳内的易碎结构、用于将排气管与外壳连接的入口和出口末端圆锥体组件，每个末端圆锥体组件包含内末端圆锥体外壳和外末端圆锥体外壳；和安置在内和外圆锥体外壳之间的末端圆锥体绝热体，其包含热处理的生物可溶性纤维和任选的膨胀材料。

上述安装垫还用于在化学工业中采用的催化转化器，它们放置在排气或排放堆内，包括含有需要保护性安装的易碎蜂窝型结构的那些。

虽然已结合不同的说明性实施方案描述了安装垫和废气处理装置，应理解的是，可使用其它类似的实施方案，或者可对所描述的实施方案进行修改和添加，以执行本文公开的相同的功能，而不偏离本文。上述实施方案不必作为备选，可组合不同的实施方案以提供期望的特征。因此，安装垫和废气处理装置不应局限于任何单个实施方案，而是应根据在所附权利要求中的描述的宽度和范围内进行解释。