韌性無(wú)機(jī)纖維的處理及其在用于廢氣處理裝置的安裝墊中的用圖
【專(zhuān)利說(shuō)明】韌性無(wú)機(jī)纖維的處理及其在用于廢氣處理裝置的安裝墊中 的用途
[0001] 多晶羊毛纖維是高性能纖維(在本文中也稱(chēng)為"韌性無(wú)機(jī)纖維")，其可以包含大約 1至大約28重量％的Si02和大約72至大約99重量％的A1 203的組合物，任選具有大約3 至大約10微米的平均纖維直徑。高性能纖維在特性上不同于包含大約40重量％至大約60 重量％的A1 203和大約60重量％至大約40重量％的SiO 2的常規(guī)耐火陶瓷纖維。高性能纖 維的韌度令它們合意地用于絕緣和支撐制品，如用于廢氣處理裝置的安裝墊。
[0002] 廢氣處理裝置在汽車(chē)上用于減少來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的大氣污染。廣泛使用的廢氣 處理裝置的實(shí)例包括催化轉(zhuǎn)化器和柴油機(jī)微粒捕集器。
[0003] 用于處理汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的示例性催化轉(zhuǎn)化器包括外殼、用于保持催化劑的易碎 催化劑支撐結(jié)構(gòu)，所述催化劑用于實(shí)現(xiàn)一氧化碳與烴的氧化和氮氧化物的還原、以及安置 在易碎催化劑支撐結(jié)構(gòu)的外表面與外殼的內(nèi)表面之間以便將所述易碎催化劑支撐結(jié)構(gòu)彈 性保持或支承在該外殼內(nèi)的安裝墊。
[0004] 用于控制由柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的污染的示例性柴油機(jī)微粒捕集器通常包括外殼、 用于收集來(lái)自柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排放物的微粒的易碎微粒過(guò)濾器或捕集器、以及安置在過(guò)濾器 或捕集器的外表面與外殼的內(nèi)表面之間以便使所述易碎過(guò)濾器或捕集器構(gòu)件彈性保持在 該外殼內(nèi)的安裝墊。
[0005] 易碎催化劑支撐結(jié)構(gòu)通常包括由易碎金屬材料或脆的陶瓷材料制成的整料結(jié)構(gòu)。 這些易碎催化劑支撐結(jié)構(gòu)提供多個(gè)氣體流動(dòng)通道。該催化劑支撐結(jié)構(gòu)可以如此易碎，以至 于甚至小的沖擊載荷或應(yīng)力通常足以使它們破裂或碎裂。還可以利用安裝墊將金屬催化劑 支撐結(jié)構(gòu)安裝在金屬外殼內(nèi)。
[0006] 為了保護(hù)易碎催化劑支撐結(jié)構(gòu)免受熱和機(jī)械沖擊與其它應(yīng)力，以及提供絕熱和氣 體密封，將安裝墊定位在該易碎結(jié)構(gòu)與外殼之間的間隙內(nèi)。
[0007] 使用的安裝墊材料應(yīng)當(dāng)能夠滿(mǎn)足易碎結(jié)構(gòu)制造商或廢氣處理裝置制造商所提出 的任何設(shè)計(jì)或物理要求。例如，即使在該廢氣處理裝置已經(jīng)經(jīng)歷溫度的大幅波動(dòng)時(shí)，安裝墊 材料也應(yīng)當(dāng)能夠在易碎結(jié)構(gòu)上施加有效的殘留保持壓力，所述溫度的大幅波動(dòng)造成了金屬 外殼相對(duì)于該易碎結(jié)構(gòu)的顯著膨脹與收縮，這又導(dǎo)致一段時(shí)間內(nèi)安裝墊的顯著壓縮和釋放 循環(huán)。
[0008] 安裝墊可以以任何本領(lǐng)域已知用于形成片狀材料的方式制造。例如，傳統(tǒng)造紙工 藝，手工成網(wǎng)或機(jī)械成網(wǎng)均可用于制備該片材。手抄片模具、長(zhǎng)網(wǎng)抄紙機(jī)或真空?qǐng)A網(wǎng)抄紙機(jī) 可用于制造該片材。
[0009] 例如，采用造紙工藝，無(wú)機(jī)纖維、膨脹性材料和抗氧化劑可以與粘合劑或能夠充當(dāng) 粘合劑的其它纖維混合在一起以形成混合物或漿料。可以通過(guò)向漿料中添加絮凝劑來(lái)絮凝 該組分漿料。將絮凝的混合物或漿料放置到造紙機(jī)上，以便成型為含纖維紙張的疊或片。通 過(guò)空氣干燥或烘箱干燥將該片材干燥。
[0010] 或者，疊或片可以通過(guò)真空澆鑄該漿料來(lái)成型。根據(jù)這種方法，組分的漿料濕法成 網(wǎng)到透水網(wǎng)上。向該網(wǎng)施加真空以便從漿料中提取大部分水分，由此形成濕片材。隨后通 常在烘箱中將濕的疊或片干燥。在干燥前可以使該片材通過(guò)一組輥以壓縮該片材。對(duì)于采 用的標(biāo)準(zhǔn)造紙技術(shù)的更詳細(xì)描述參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利號(hào)3, 458, 329。
[0011] 濕法成網(wǎng)的膨脹或非膨脹墊可以以單層或多層形式在造紙或真空澆鑄裝置上制 得。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果該墊包含至少一層均勻的韌性無(wú)機(jī)纖維聚集體的話，可以顯著改善該安 裝墊的性能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)包含至少一層均勻的韌性無(wú)機(jī)纖維聚集體的墊表現(xiàn)出更大的摩擦系 數(shù)，并超出了常規(guī)墊的壓力性能。例如，包含常規(guī)多晶羊毛纖維的傳統(tǒng)濕法成網(wǎng)安裝墊的循 環(huán)壓力性能平均為大約90 kPa，而包含開(kāi)松的韌性無(wú)機(jī)纖維的均勻?qū)拥臐穹ǔ删W(wǎng)墊已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)展現(xiàn)出高達(dá)大約145 kPa或更大的循環(huán)彈性。
[0012] 濕法成網(wǎng)墊通常具有均勻的基重和厚度分布。在濕法成網(wǎng)系統(tǒng)中，借助于適當(dāng)?shù)?稀釋水平和分散化學(xué)品，可以制得均勻的片材。常規(guī)無(wú)機(jī)纖維非常適于濕法成網(wǎng)工藝，因?yàn)?該纖維易碎和易斷，或容易切割，并可以毫無(wú)困難地均勻分散在液體中。
[0013]與常規(guī)無(wú)機(jī)纖維不同，韌性無(wú)機(jī)纖維是牢固的，特別有彈性，并且傾向于彎曲而不 是斷裂。在造紙工藝中使用韌性纖維是有問(wèn)題的，因?yàn)楦邚椥岳w維會(huì)纏結(jié)在一起，形成無(wú)法 打散和均勻分散在漿料中的束和團(tuán)塊。因此，難以獲得均勻分散的韌性無(wú)機(jī)纖維的均勻片 材。纖維的這種不均勻分布導(dǎo)致原本通過(guò)在纖維聚集體如上述安裝墊或其它絕緣或耐火纖 維聚集體中使用韌性無(wú)機(jī)纖維可以實(shí)現(xiàn)的性能降低。
[0014] 開(kāi)松韌性無(wú)機(jī)纖維束會(huì)盡量減少纖維的聚束、成球和交織，并使得纖維可以更均 勻地分散在整個(gè)纖維聚集體如紙張、墊、毯等等中。開(kāi)松的韌性無(wú)機(jī)纖維在混合過(guò)程中彼此 分離，使得各單獨(dú)的纖維可以分散，并有助于該安裝墊產(chǎn)品的整體性能。與使用未充分分散 的交纏的韌性無(wú)機(jī)纖維制備的墊相比時(shí)，包含至少一層均勻的韌性無(wú)機(jī)纖維聚集體的墊可 以表現(xiàn)出提高的彈性、柔韌性和包裹催化劑支撐結(jié)構(gòu)而不開(kāi)裂的能力。
[0015] 挑戰(zhàn)是制備或處理該韌性無(wú)機(jī)纖維束，使得可以實(shí)現(xiàn)均勻的纖維聚集體而不破壞 該纖維的完整性或形態(tài)，以防止損失其高性能特性。
[0016] 充分分散的韌性纖維可以具有相對(duì)長(zhǎng)的長(zhǎng)度，并在施以壓碎沉降體積（crush settle volume)試驗(yàn)時(shí)表現(xiàn)出高壓碎沉降體積。較短的纖維更致密地堆積，導(dǎo)致較低的壓 碎沉降體積。更高的纖維壓碎沉降體積可能與包含至少一層均勻的韌性無(wú)機(jī)纖維聚集體的 墊的改善的壓力性能相關(guān)。
[0017] 圖1顯示了包括該主題安裝墊的示例性廢氣處理裝置的局部視圖。
[0018] 對(duì)本公開(kāi)的目的而言，"韌性"無(wú)機(jī)纖維還可稱(chēng)為"高彈性"無(wú)機(jī)纖維或"高性能" 無(wú)機(jī)纖維。
[0019] 對(duì)本公開(kāi)的目的而言，"韌性"無(wú)機(jī)纖維定義為在根據(jù)壓碎沉降體積試驗(yàn)測(cè)試時(shí)， 放置在不銹鋼夾持器（holder)中的5克韌性無(wú)機(jī)纖維樣品在施加1. 4 kN載荷5分鐘后表 現(xiàn)出大于250毫升、任選大于450毫升的壓碎沉降體積的無(wú)機(jī)纖維。
[0020] 對(duì)本公開(kāi)的目的而言，"開(kāi)松"韌性無(wú)機(jī)纖維定義為機(jī)械改變韌性無(wú)機(jī)纖維和/或 纖維束，同時(shí)保持該纖維的合意的物理性質(zhì)如長(zhǎng)度、直徑、彈性和循環(huán)性能。"開(kāi)松的"纖維 定義為已經(jīng)施以開(kāi)松工藝的纖維。
[0021] 提供一種處理韌性無(wú)機(jī)纖維束的方法。在涉及根據(jù)壓碎沉降體積試驗(yàn)，放置在不 銹鋼夾持器中的5克韌性無(wú)機(jī)纖維樣品在施加1. 4 kN載荷5分鐘后表現(xiàn)出大于250毫升、 任選大于450毫升的壓碎沉降體積的纖維的一個(gè)示例性實(shí)施方案中，該方法包括開(kāi)松多個(gè) 韌性無(wú)機(jī)纖維束，以使得韌性無(wú)機(jī)纖維可以分散在液體漿料中以鋪設(shè)均勻的纖維聚集體。
[0022] 還提供了制造用于廢氣處理裝置的安裝墊的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，制造用于 廢氣處理裝置的安裝墊的方法包括制造開(kāi)松的韌性無(wú)機(jī)纖維與液體的漿料，并從該漿料中 除去至少一部分所述液體以形成含有開(kāi)松的韌性無(wú)機(jī)纖維的濕法成網(wǎng)層。
[0023] 進(jìn)一步提供了用于廢氣處理裝置應(yīng)用的安裝墊。在一個(gè)實(shí)施方案中，該安裝墊包 含均勻的韌性無(wú)機(jī)纖維聚集體，如由開(kāi)松的韌性無(wú)機(jī)纖維與液體的漿料制備的層，其中從 該漿料中除去至少一部分該液體以形成含有開(kāi)松的韌性無(wú)機(jī)纖維的濕法成網(wǎng)層。根據(jù)某些 實(shí)施方案，該安裝墊，任選在含有開(kāi)松的韌性無(wú)機(jī)纖維的層中，可以包括膨脹性材料。
[0024] 還提供了處理廢氣的裝置。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，該裝置包括外殼；彈性安裝在該外 殼內(nèi)的易碎結(jié)構(gòu)；和包含韌性無(wú)機(jī)纖維聚集體的均勻?qū)?，如上述開(kāi)松的韌性無(wú)機(jī)纖維的層 的安裝墊。術(shù)語(yǔ)"易碎結(jié)構(gòu)"意在表示并包括如金屬或陶瓷整料等等的結(jié)構(gòu)，其性質(zhì)可以是 脆的或易碎的，并將得益于如本文中所述的安裝墊。
[0025] 由圖1中的附圖標(biāo)記10標(biāo)出處理廢氣的裝置的示例形式。應(yīng)該理解的是，并不打 算將該安裝墊限制為用于圖1中顯示的裝置，因此該形狀僅作為示例性實(shí)施方案顯示。事 實(shí)上，該安裝墊可用于安裝或支撐適于處理廢氣的任何易碎結(jié)構(gòu)，如柴油機(jī)催化劑結(jié)構(gòu)、柴 油機(jī)微粒捕集器等等。
[0026] 根據(jù)某些實(shí)施方案，催化轉(zhuǎn)化器10可以包括通過(guò)凸緣16固定在一起的由兩片金 屬例如耐高溫鋼構(gòu)成