專利名稱：包括無機(jī)納米粒子的安裝墊和制造該安裝墊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于在污染控制裝置中安裝污染控制元件的安裝墊。具體地講，本發(fā) 明涉及包括無機(jī)納米粒子的粉末的安裝墊。本發(fā)明還涉及制造這種安裝墊的方法。本發(fā)明 的又一方面涉及包括所述安裝墊的污染控制裝置。
背景技術(shù)：
在機(jī)動(dòng)車輛上采用污染控制裝置來控制大氣污染。這種裝置包括污染控制元件。 示例性的污染控制裝置包括催化轉(zhuǎn)化器及柴油機(jī)顆粒過濾器或捕集器。催化轉(zhuǎn)化器通常包 含陶瓷單片結(jié)構(gòu)，該陶瓷單片結(jié)構(gòu)具有支承催化劑的壁。催化劑通常氧化一氧化碳和碳?xì)?化合物并還原發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的氮氧化物，以控制大氣污染。單片結(jié)構(gòu)也可以由金屬制成。柴 油機(jī)顆粒過濾器或捕集器通常包括壁流過濾器，壁流過濾器經(jīng)常是由(例如)多孔陶瓷材 料制成的蜂窩狀單片結(jié)構(gòu)。過濾器通常移除發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的煤煙及其它排出的顆粒。這些 裝置中的每一個(gè)都具有容納污染控制元件的殼體(通常由類似不銹鋼的金屬制成)。單片 污染控制元件經(jīng)常由其壁厚和每平方英寸的開口或孔的數(shù)量(cpsi)來描述。在20世紀(jì)70 年代初，常見的是壁厚為12密耳(304微米)且孔密度為300cpsi (47孔/平方厘米)的陶 瓷單片污染控制元件(“300/12單片”)。隨著排放法規(guī)變得更加嚴(yán)格，作為增加幾何表面積的方法，壁厚已經(jīng)減小，從而減 少了熱容并且降低了單片的壓降。該標(biāo)準(zhǔn)已進(jìn)展到900/2單片。陶瓷單片結(jié)構(gòu)由于其壁薄 而易碎并且易受振動(dòng)或沖擊損壞和破壞的影響。損壞力可以來自在污染控制裝置的組裝 期間操縱不當(dāng)或下落、來自發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)或來自在不平坦路面上的行駛。由于高度的熱沖擊 (例如來自與路面噴灑的接觸)，陶瓷單片也容易受到損壞。陶瓷單片具有通常比包含其的金屬殼體小一個(gè)數(shù)量級(jí)的熱膨脹系數(shù)。例如，隨著 發(fā)動(dòng)機(jī)將催化轉(zhuǎn)化器單片元件從25°C加熱到約900°C的最大操作溫度，金屬殼體的周壁與 單片之間的間隙可以從約4mm開始，并且可增加約0. 33mm的總量。同時(shí)，金屬殼體的溫度 從約25°C增加到約530°C。即使金屬殼體經(jīng)歷了較小的溫度變化，金屬殼體較高的熱膨脹 系數(shù)也導(dǎo)致殼體膨脹成較大的外圍尺寸，其膨脹速度比單片元件的膨脹速度快。在車輛的使用壽命期間，這種熱循環(huán)通常發(fā)生數(shù)百次或數(shù)千次。為了避免路面沖 擊和振動(dòng)對(duì)陶瓷單片造成損壞，為了補(bǔ)償熱膨脹差，并且為了抑制廢氣穿過單片和金屬殼 體之間(從而繞過催化劑)，在陶瓷單片和金屬殼體之間設(shè)置安裝墊。將單片放置在殼體內(nèi) 的工藝也稱作罐裝，并包括以下步驟，例如在單片周圍包裹墊材料的片、將包裹好的單片置 于殼體中、將殼體擠壓閉合以及沿著殼體的側(cè)向邊緣焊接凸緣。通常，安裝墊材料包括無機(jī)纖維(可選的為膨脹型材料)、有機(jī)粘結(jié)劑、填料及其 它佐劑。用于在殼體中安裝單片的已知的墊材料在(例如)以下專利中有所描述美國專利 No. 3, 916, 057 (Hatch 等人)、No. 4，305, 992 (Langer 等人)、No. 4，385, 135 (Langer 等人)、 No. 5，254，410 (Langer 等人)、No. 5，242，871 (Hashimoto 等人)、No. 3，001，571 (Hatch)、 No. 5，385，873 (MacNeil)和 No. 5，207，989 (MacNeil)；英國專利 GBl, 522，646 (Wood)，1978 年 8 月 23 日公布；日本 Kokai No. J. P. Sho. 58-13683，1983 年 1 月 26 日公布(艮口， 專利申請公開 No. J. P. Hei. 2-43786 和專利申請 No. J. P. Sho. 56-112413)和日本 Kokai No. J. P. Sho. 56-85012，1981 年 7 月 10 日公布(即，專利申請 No. Sho. 54-168541)。安裝材 料應(yīng)當(dāng)在長時(shí)間的使用期間在整個(gè)操作溫度范圍內(nèi)保持非常好的回彈力。對(duì)如下的安裝系統(tǒng)存在著需求該安裝系統(tǒng)有足夠的回彈力且可壓縮，以在寬泛 的操作溫度范圍和大量的熱循環(huán)內(nèi)適應(yīng)單片和金屬殼體之間的變化間隙。雖然最先進(jìn)的安 裝材料具有其自身的實(shí)用性和優(yōu)點(diǎn)，但仍然需要改進(jìn)污染控制裝置中使用的安裝材料。另 外，在形成安裝墊中的主要問題之一是在材料成本與性能屬性之間進(jìn)行平衡。希望以可能 的最低成本提供這種高質(zhì)量的安裝系統(tǒng)。仍然存在提供如下安裝墊或系統(tǒng)的特定需求，S卩，要求所述安裝墊或系統(tǒng)在環(huán)境 溫度下和包括安裝墊的污染控制裝置會(huì)被暴露于其的工作溫度下提供改進(jìn)的保持壓力。此 外，特別期望找到一種方法來提高膨脹型安裝墊和非膨脹型安裝墊的保持壓力。此外，會(huì)期 望找到即使安裝墊在沒有有機(jī)粘結(jié)劑或有機(jī)粘結(jié)劑含量低的情況下也可被使用的解決方 案。因?yàn)檎辰Y(jié)劑在污染控制裝置的首次使用時(shí)需要被燃燒，所以在安裝墊中使用大量的有 機(jī)粘結(jié)劑會(huì)降低安裝墊的性能和/或?qū)Νh(huán)境造成不良影響，因此在安裝墊中使用大量的有 機(jī)粘結(jié)劑是不理想的，從而尋找上述這樣一種解決方案是特別理想的。開發(fā)具有低粘結(jié)劑 含量并具有改進(jìn)的保持壓力的安裝墊已經(jīng)被證明對(duì)于膨脹型安裝墊來說尤其具有挑戰(zhàn)性， 這是因?yàn)樵趯|安裝到污染控制裝置中的過程中這些安裝墊容易碎裂。US 2006/008395 (Ten Eyck等人)公開了對(duì)無機(jī)纖維(具體地說，浸漬的玻璃纖 維)的表面處理，以實(shí)現(xiàn)非膨脹型墊的增加的保持性能。然而，所公開的獲得涂覆纖維的制 造方法由于其涉及對(duì)用于處理纖維的膠狀材料的漿液的使用而很麻煩并且昂貴。對(duì)纖維的 處理還包括熱處理，這意味著在制造過程中增加的能量成本。因此，還希望尋找一種制造性能改進(jìn)的安裝墊的方法，使得所述安裝墊可以以低 成本采用容易和方便的方式制造。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供了用于將污染控制裝置安裝到催化轉(zhuǎn)化器中的安裝墊， 所述安裝墊具有分布于其中的平均直徑為1納米(nm)至IOOnm的無機(jī)粒子的無機(jī)纖維的 非織造墊，其中所述安裝墊不含有機(jī)粘結(jié)劑或含有基于安裝墊的總重量的不超過5重量％ 的有機(jī)粘結(jié)劑。在第二方面，本發(fā)明提供了污染控制裝置，其具有殼體、設(shè)置在殼體中的污染控制 元件和設(shè)置在污染控制元件和殼體之間用于定位污染控制元件并用于吸收機(jī)械和熱沖擊 的安裝墊，其中所述安裝墊包括如上所述的安裝墊。在第三方面，本發(fā)明提供了制造上述安裝墊的方法，包括以下步驟(i)穿過在成型絲網(wǎng)上方設(shè)置的具有開放底部的成型箱的入口供應(yīng)無機(jī)纖維，以 在成型絲網(wǎng)上形成纖維墊，成型箱具有多個(gè)纖維分離輥和環(huán)形帶篩機(jī)，多個(gè)纖維分離輥在 入口和殼體底部之間的殼體中設(shè)置成至少一排，用于打散纖維團(tuán)；(ii)在纖維分離輥下方和成型絲網(wǎng)上方的環(huán)形帶篩機(jī)的下行帶上捕獲纖維團(tuán)；(iii)將捕獲的纖維團(tuán)在纖維分離輥上方的環(huán)形帶上傳送，以使捕獲的纖維團(tuán)能
4夠從環(huán)形帶釋放，并接觸纖維分離輥并被纖維分離輥分開；(iv)通過所述成型絲網(wǎng)將所述纖維墊運(yùn)出所述成型箱；以及(ν)壓縮所述纖維墊并且將纖維墊限制在其壓縮狀態(tài)，從而獲得具有所需厚度的 安裝墊，其適用于將污染控制元件安裝在催化轉(zhuǎn)化器的殼體中；并且其中在所述安裝墊中提供平均直徑為Inm至IOOnm的無機(jī)粒子。


圖1示出成型箱的示意性透視圖；圖2示出成型箱的示意性側(cè)視圖；圖3示出圖2中示出的成型箱的詳細(xì)視圖；圖4示出污染控制裝置的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的安裝墊可以以高性價(jià)比和容易的方式制備，并且通常具有改進(jìn)的性 能，例如在環(huán)境條件和當(dāng)用于將污染控制元件安裝到污染控制裝置中時(shí)的工作條件下保持 性能。此外，在特定實(shí)施例中使用無機(jī)納米粒子(平均直徑為Inm至IOOnm的粒子)提供 了獲得低有機(jī)粘結(jié)劑含量(不超過5重量％的有機(jī)粘結(jié)劑，例如不超過3重量％的有機(jī)粘 結(jié)劑或者不超過2重量％的有機(jī)粘結(jié)劑)的安裝墊或不含有機(jī)粘結(jié)劑的安裝墊的可能性。 具體地講，可獲得性能改進(jìn)并且有機(jī)粘結(jié)劑含量低或不含有機(jī)粘結(jié)劑的膨脹型安裝墊。安裝墊包括無機(jī)納米粒子。無機(jī)納米粒子的平均直徑在Inm和IOOnm之間，例如 在2nm和80nm之間，例如在3nm和60nm之間或者在3nm和50nm之間。在具體實(shí)施例中， 平均直徑在8nm和45nm之間。無機(jī)納米粒子可具有任何形狀，但一般來講粒子的形狀將大 體是球形、或?qū)⒕哂斜P狀的形狀。對(duì)于納米粒子不是球形的情況，術(shù)語“直徑”宜理解為意 指粒子最大尺寸的量度。另外，結(jié)合本發(fā)明，平均直徑通常是加權(quán)平均直徑。無機(jī)納米粒子的化學(xué)組成可以有很大差別，但它們通常包括(例如)二氧化硅、氧 化鋁、鈦和/或氧化鋯的氧化物。無機(jī)納米粒子還包括含有Mg、Ca、Al、Zr、Fe、Na、K和/或 Li的硅酸鹽，例如云母、粘土和沸石。可使用的可商購的納米粒子包括以商品名“NALC0” 得自 Nalco Chemical 有限公司(Leiden，Netherlands)；以商品名 “AER0SIL” 得自 Evonik Industries (Frankfurt, Germany)；以商品名 “LAP0NITE” 得自 Rockwood Additives 有限 公司(Widnes，UK)；以商品名“MICR0LITE” 得自 Elkem ASA (Voogsbygd, Norway)；以商品名 “ΒΕΝΤ0ΝΙΤΕ” 得自 Bentonite Performance Minerals 有限責(zé)任公司(Houston，TX, USA)； 和以商品名 “BINDZIL”得自 Eka Chemicals AB, (Gothenburg, Sweden)的納米粒子。包括在安裝墊中的無機(jī)納米粒子的量通常為基于墊的總重量的至少0. 5重量％。 示例性的范圍為從0.5重量％至10重量％，例如，從0.6重量％至8重量％或從0.8重量％ 至7重量％?？梢圆捎枚喾N方式將無機(jī)納米粒子設(shè)置在安裝墊中。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，在將 纖維紡成非織造幅材并形成安裝墊之前，可以從溶液或分散體(如，水性分散體)在纖維上 噴涂無機(jī)納米粒子。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，可以使用納米粒子的分散體來浸漬形成的非織造 幅材或安裝墊、或可以將分散體噴涂到其上。在又一個(gè)實(shí)施例中，在干氣流成網(wǎng)法(具體地 講，例如利用如圖1-3所示的成型機(jī)的以下進(jìn)一步描述的干氣流成網(wǎng)法)中，納米粒子可作 為干粉末與纖維一起加入。
用于安裝墊的纖維通常是能夠經(jīng)受其可能會(huì)暴露于的廢氣溫度的那些纖維。通 常，使用的纖維是包括難熔陶瓷纖維、玻璃纖維和多晶無機(jī)纖維的無機(jī)纖維。無機(jī)纖維材 料的實(shí)例包括氧化鋁、二氧化硅、硅鋁土(例如莫來石)、玻璃、陶瓷、碳、碳化硅、硼、鋁硼硅 酸鹽、氧化鋯、二氧化鈦等。這些無機(jī)材料可以單獨(dú)使用、或它們中的至少兩者可以混合并 聯(lián)合使用。例如，無機(jī)纖維材料可以單獨(dú)地包含氧化鋁、或另一個(gè)無機(jī)材料還可以與氧化鋁 (例如二氧化硅)聯(lián)合使用。鋁硅纖維材料還可以包含金屬氧化物，例如鈉、鉀、鈣、鎂和硼 的氧化物。無機(jī)纖維可以單獨(dú)使用或者兩種或多種類型聯(lián)合使用。在這些無機(jī)纖維中，陶 瓷纖維(例如氧化鋁纖維、石英纖維和鋁硅纖維)可以在一個(gè)具體實(shí)施例中使用，氧化鋁纖 維和鋁硅纖維可以在另一個(gè)實(shí)施例中使用，而多晶鋁硅纖維可以在又一個(gè)實(shí)施例中使用。在具體實(shí)施例中，墊的無機(jī)纖維包括從溶膠_凝膠法獲得的陶瓷纖維。術(shù)語“溶 膠-凝膠”法意指纖維通過紡絲或擠出溶液或分散體、或纖維或其前體物質(zhì)的組成成分的一 般粘性濃縮液而形成。因此，應(yīng)將溶膠_凝膠法與熔融成型纖維的工藝對(duì)照，在熔融成型纖 維工藝中，是通過擠出纖維的組分的熔融物形成纖維。合適的溶膠-凝膠法(例如)在美 國專利No. 3，760，049 (Borer等人)中有所公開，其中教導(dǎo)了形成陶瓷纖維的方法，即，通過 孔擠出金屬化合物的溶液或分散體，從而形成連續(xù)的綠色纖維，然后該綠色纖維被燒結(jié)以 獲得陶瓷纖維。金屬化合物通常是可煅燒成金屬氧化物的金屬化合物。溶膠-凝膠法形成 的纖維經(jīng)常是結(jié)晶的或半結(jié)晶的，其在本領(lǐng)域已知為多晶纖維。根據(jù)溶膠-凝膠法的用于形成纖維的金屬化合物溶液或分散體的實(shí)例包 括含氧鋯化合物的水溶液，例如含有膠態(tài)二氧化硅的二醋酸鋯(例如，在美國專利 No. 3，709，706 (Sowman)中所公開的)。另一個(gè)實(shí)例包括水溶性或可分散的鋁和硼的化合物 的水溶液，例如水性堿性二醋酸鋁或者包含二氧化硅的膠質(zhì)分散體與水溶性或可分散的鋁 和硼的化合物的水性混合物的兩相系統(tǒng)。其它可通過溶膠_凝膠法制成的代表性難熔金屬 氧化物纖維包括氧化鋯、鋯、氧化鋯-氧化鈣、氧化鋁、鋁酸鎂、硅酸鋁等等。另外，這種纖維 可包含多種金屬氧化物，例如，氧化鐵、氧化鉻和氧化鈷?？捎糜诎惭b墊的陶瓷纖維包括多晶氧化物陶瓷纖維，例如莫來石、氧化鋁、高鋁硅 鋁酸鹽、硅鋁酸鹽、氧化鋯、二氧化鈦、氧化鉻等等。優(yōu)選的纖維(通常為高鋁晶體纖維)包 含在約60重量％至約98重量％的范圍內(nèi)的氧化鋁和約40重量％至約2重量％的范圍內(nèi) 的氧化硅。這些纖維(例如)可以商品名“NEXTEL550”從3M公司(St. Paul，MN)商購獲 得、以商品名“SAFFIL”從Dyson Group公共有限公司(Sheffield，UK)商購獲得、以商品名 “MAFTEC” 從 Mitsubishi Chemical 公司(Tokyo，Japan)商購獲得、以商品名 “FIBERMAX” 從 Unifrax (Niagara Falls, NY)商購獲得和以商品名 “ALTRA” 從 Rath GmbH(Germany)商 購獲得。合適的多晶氧化物陶瓷纖維還包括鋁硼硅酸鹽纖維，優(yōu)選地包括約55重量％至 約75重量％范圍內(nèi)的氧化鋁、小于約45重量％至大于0重量％ (優(yōu)選地小于44重量％至 大于0重量％ )范圍內(nèi)的氧化硅，以及小于約25重量％至大于0重量％ (優(yōu)選地約1重 量％至約5重量％)范圍內(nèi)的氧化硼(分別基于如Al203、Si0dnB203的理論氧化物計(jì)算)。鋁硼硅酸鹽纖維優(yōu)選地為至少約50重量％的晶體，更優(yōu)選地為至少75%，并且最 優(yōu)選地為約100% (即，晶體纖維)。鋁硼硅酸鹽纖維(例如)可以商品名“NEXTEL 312” 和“NEXTEL440”從3M公司商購獲得。
通過溶膠-凝膠工藝可獲得的陶瓷纖維通常不含渣球或含有非常少量的渣球，通 常小于基于陶瓷纖維的總重量的1重量％。另外，陶瓷纖維將通常具有1微米和16微米之 間的平均直徑。在優(yōu)選的實(shí)施例中，陶瓷纖維具有5微米或更大的平均直徑，并且優(yōu)選地， 陶瓷纖維不含或基本上不含直徑小于3微米的纖維，更優(yōu)選地，陶瓷纖維層將不含或基本 上不含直徑小于4微米的纖維。此處“基本上不含”意指此類小直徑纖維的量不大于陶瓷纖 維層中纖維的總重量的1重量％，優(yōu)選地不大于陶瓷纖維層中纖維的總重量的0. 1重量％。在另外的實(shí)施例中，使用的無機(jī)纖維可以包括熱處理過的陶瓷纖維(有時(shí)稱為 退火的陶瓷纖維)?？梢匀?999年9月16日公開的美國專利No. 5，250，269 (Langer)或 W099/46028中所公開地獲得的經(jīng)退火的陶瓷纖維。根據(jù)這些文獻(xiàn)的教導(dǎo)，可以通過在至少 700°C的溫度下使熔融形成的難熔陶瓷纖維退火來獲得經(jīng)退火的陶瓷纖維。通過使陶瓷纖 維退火，獲得回彈力得以增強(qiáng)的纖維。通常，可以在美國專利NO.5，250，269(Langer)中陳 述的測試條件下獲得至少IOkPa的回彈力值。適用于退火的熔融形成的耐火陶瓷纖維可從 多種金屬氧化物的熔噴或熔紡而成，這些金屬氧化物優(yōu)選地為Al2O3和SiO2的混合物，其中 含30重量％至70重量％的氧化鋁、含70重量％至30重量％的二氧化硅，優(yōu)選約為相等的 重量份。該混合物可包含其它氧化物，例如Β203、Ρ205和&02。合適的熔融形成的難熔陶瓷纖 維可得自多個(gè)商業(yè)源，并且包括以下已知的以商品名“FIBERFRAX”得自Carborundum公司 (Niagara Falls, NY)禾口以商品名 “CERAFIBER” 禾口“KA0W00L” 得自 Thermal Ceramics 公司 (Augusta, GA)；以商品名 “CER-W00L，，得自 Premier Refractories 公司(Erwin, TN)；和以 商品名“SNSC”得自Shin-Nippon Steel Chemical (Tokyo, Japan)的難熔陶瓷纖維。已知商 品名為“CER-W00L”的陶瓷纖維制造商表示，該纖維是由48重量％的二氧化硅和52重量％ 的氧化鋁的混合物熔紡而成，并具有3-4微米的平均纖維直徑。已知商品名為“CERAFIBER” 的陶瓷纖維制造商表示，該纖維是由54重量％的二氧化硅和46重量％的氧化鋁的混合物 熔紡而成，并具有2. 5-3. 5微米的平均纖維直徑。"SNSC 1260-D1”陶瓷纖維制造商表示，該 纖維是由54重量％的二氧化硅和46重量％的氧化鋁的混合物熔融形成，并具有約2微米 的平均纖維直徑。在具體實(shí)施例中，所使用的纖維包括玻璃纖維，具體來講，包括硅酸鎂鋁玻璃纖 維?？墒褂玫墓杷徭V鋁玻璃纖維的實(shí)例包括具有10重量％至30重量％之間的氧化鋁、52 重量％至70重量％之間的氧化硅以及1重量％至12重量％之間的氧化鎂的玻璃纖維。上 述氧化物的重量百分比是基于Al2O3iSi()2和MgO的理論量。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解的是，硅酸鎂鋁 玻璃纖維可以包含另外的氧化物。例如，可以存在的另外的氧化物包括鈉或鉀的氧化物、氧 化硼和氧化鈣。硅酸鎂鋁玻璃纖維的具體實(shí)例包括E-玻璃，其組分通常為約55%的Si02、 15 %的Al203>7%的B2O3> 19 %的CaO,3%的MgO和1 %的其它氧化物；S和S-2玻璃纖維， 其組分通常為約65%的Si02、25%的Al2O3和10%的MgO ；以及R-玻璃纖維，其組分通常為 60 %的SiO2、25 %的Al2O3、9 %的CaO和6 %的MgO。E-玻璃、S-玻璃和S-2玻璃可得自(例 如)AdvancedGlassfiber Yarns 有限責(zé)任公司，R-玻璃可得自 Saint-Gobain Vetrotex0 這些玻璃纖維通常是短切的硅酸鎂鋁玻璃纖維，并且通常不含或基本上不含渣球，即，含有 不大于5重量％的渣球。在具體實(shí)施例中，可以使用熱處理過的玻璃纖維。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，對(duì)玻璃纖維進(jìn)行 熱處理可以提高玻璃纖維的耐熱性。可以在高達(dá)約50°C或100°C的溫度(低于玻璃的軟化點(diǎn)或熔點(diǎn))下對(duì)玻璃纖維進(jìn)行熱處理。通常，雖然(例如)至少300°C的較低溫度也是可能 的，但對(duì)玻璃進(jìn)行熱處理的最低溫度將為約400°C。然而，較低溫度通常將需要較長暴露于 加熱，以便實(shí)現(xiàn)所需的玻璃纖維的耐熱性增加。采用300°C和約50°C之間的溫度(低于玻 璃的軟化點(diǎn)或熔點(diǎn))時(shí)，熱處理將通?；ㄙM(fèi)約2分鐘至約1小時(shí)，例如，5分鐘至30分鐘。在與本發(fā)明有關(guān)的具體實(shí)施例中，安裝墊的無機(jī)纖維可以包括生物可熔性纖維。 如本文所用，“生物可溶性纖維”是指在生理介質(zhì)或模擬生理介質(zhì)中可分解的纖維。生理介 質(zhì)包括(但不限于)通常存在于(例如為)動(dòng)物或人類的肺之類的呼吸道中的體液。如本 文所用，“耐用型”是指非生物可溶性纖維。通過觀察試驗(yàn)動(dòng)物中的直接植入纖維的效應(yīng)或通過檢驗(yàn)已暴露于纖維的動(dòng)物或 人類，可評(píng)估生物可溶性。也可通過測量模擬生理介質(zhì)(例如鹽溶液、緩沖鹽溶液等)中 纖維的溶解度隨時(shí)間的變化來評(píng)估生物可溶性。一個(gè)確定溶解度的這種方法在美國專利 No. 5，874，375 (Zoitas等人)中有所描述。通常，在約1年的時(shí)間內(nèi)，生物可溶解纖維可溶 解或基本上可溶解在生理介質(zhì)中。如本文所用，術(shù)語“基本上可溶解”是指纖維溶解了至少 約75重量％。在一些實(shí)施例中，在約六個(gè)月內(nèi)，至少約50 %的纖維可溶解在生理介質(zhì)中。 在其它實(shí)施例中，在約三個(gè)月內(nèi)，至少約50 %的纖維可溶解在生理流體中。仍然在其它的實(shí) 施例中，在至少約40天內(nèi)，至少約50 %的生物可溶性纖維可溶解在生理流體中。例如，可通 過Fraunhofer Institut驗(yàn)證纖維在氣管內(nèi)滴注(即，纖維具有小于40天的半衰期)之后 是否通過老鼠體內(nèi)的高溫絕緣纖維的生物持久性的測試。評(píng)價(jià)纖維的生物可溶性的另一個(gè)方法是基于纖維的組成。例如，德國提出了根據(jù) 致癌指數(shù)(KI值)的分類。通過將堿和堿土氧化物的重量百分比相加，再減去無機(jī)氧化物 纖維中的氧化鋁的重量百分比的兩倍，計(jì)算出KI值。生物可溶性無機(jī)纖維通常具有約40 或更大的KI值。本發(fā)明適用的生物可溶性無機(jī)纖維通常包括(但不限于)無機(jī)氧化物，例如為 Na20、K20、Ca0、Mg0、P205、Li20、Ba0或其與二氧化硅的組合。其它金屬氧化物或其它陶瓷組 分可被包括在生物可溶性無機(jī)纖維中，即使這些組分(本身)不含所需的溶解度，但其含量 卻低到足以使得纖維(就整體而言)在生理介質(zhì)中仍然可降解。此類金屬氧化物包括(例 如)A1203、TiO2, ZrO2, B2O3和鐵的氧化物。生物可溶性無機(jī)纖維也可包括金屬組分，其含量 使得纖維在生理介質(zhì)中或模擬生理介質(zhì)中可降解。在一個(gè)實(shí)施例中，生物可溶性無機(jī)纖維包括二氧化硅、鎂和鈣的氧化物。這些類型 的纖維通常被稱為鈣鎂硅酸鹽纖維。鈣鎂硅酸鹽纖維通常含有小于約10重量％的氧化鋁。 在一些實(shí)施例中，該纖維包括約45重量％至約90重量％的SiO2、高達(dá)約45重量％的CaO、 高達(dá)約35重量％的MgO以及小于約10重量％的Al2O3。例如，所述纖維可含有約55重量％ 至約75重量％的SiO2、約25重量％至約45重量％的CaO、約1重量％至約10重量％的MgO 和小于約5重量％ WAl2O3。在另外的實(shí)施例中，生物可溶性無機(jī)纖維包括二氧化硅和氧化鎂的氧化物。這些 類型的纖維通常被稱為硅酸鎂纖維。硅酸鎂纖維通常含有約60重量％至約90重量％的 SiO2、高達(dá)約35重量％的MgO (通常，約15重量％至約30重量％的MgO)和小于約5重量％ 的Al2O3。例如，該纖維可含有約70重量％至約80重量％的SiO2、約18重量％至約27重量％ 的MgO和小于約4重量％的其它微量元素。合適的生物可溶性無機(jī)氧化物纖維在美國專利No. 5，332，699 (Olds 等人)、No. 5，585，312 (Ten Eyck 等人)、No. 5，714，421 (Olds 等人)、 和No. 5，874，375 (Zoitas等人)以及2002年7月31日提交的歐洲專利申請02078103. 5 中進(jìn)行了描述。各種方法可用于形成生物可溶性無機(jī)纖維，所述方法包括(但不限于)溶 膠_凝膠成形、晶體生長法和諸如紡絲或吹塑的熔體成形技術(shù)。生物可溶性纖維可以商品名“IS0FRAX”和“INSULFRAX”從Unifrax公司(Niagara Falls, NY)商購獲得。其它的生物可溶性纖維由Thermal Ceramics (Augusta, GA)以商品名 "SUPERffOOL"出售。例如，‘‘SUPERW00L 607，，纖維含有 60-70 重量％ 的 SiO2,25-35 重量％ 的Ca0、4-7重量％的MgO和痕量的A1203?！癝UPERW00L 607MAX”纖維可用于稍高的溫度，并 且含有60-70重量％的Si02、16-22重量％的CaO、12-19重量％的1%0和痕量的A1203。在與本發(fā)明有關(guān)的具體實(shí)施例中，上述可溶性纖維與無機(jī)纖維聯(lián)合使用，包括熱 處理過的玻璃纖維。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)其它無機(jī)纖維(即，非生物可溶性纖維)聯(lián)合使用時(shí)，可 以使用的生物可溶性纖維的量在基于無機(jī)纖維總重量的97%至10%之間。在具體實(shí)施例 中，生物可溶性纖維的量在基于無機(jī)纖維總重量的95%至30%之間或85%至25%之間。本方法使用的無機(jī)纖維的平均直徑通常從約1微米至50微米，更優(yōu)選地約從2微 米至14微米，并且最優(yōu)選地從4微米至8微米。當(dāng)無機(jī)纖維的平均直徑小于約4微米時(shí)， 可呼吸的和具有潛在危害性的纖維中的一部分會(huì)變得明顯。在具體實(shí)施例中，可以組合具 有不同平均直徑的纖維來制備安裝墊。本方法允許容易并高性價(jià)比地制備由具有不同平均 直徑的纖維組成的安裝墊。此外，類似于平均直徑，對(duì)無機(jī)纖維的長度沒有專門的限制。然而，無機(jī)纖維的平 均長度通常為約0. Olmm至1000mm，并且最優(yōu)選地為約0. 5mm至300mm。在具體實(shí)施例中， 在制備安裝墊的過程中可以組合具有不同平均長度的纖維。例如，可以易于制備具有短纖 維和長纖維的混合物的安裝墊。在具體實(shí)施例中，制備的安裝墊可以包括長度不大于15mm 的短纖維和長度至少為20mm的長纖維，并且其中短纖維的量是基于長纖維和短纖維的混 合物的總重量的至少3重量％。由長纖維和短纖維的混合物構(gòu)成的安裝墊具體地包括具有 上述組合物的長玻璃纖維和短玻璃纖維的混合物的安裝墊。長纖維和短纖維的安裝墊可具 有特定優(yōu)點(diǎn)，具體地講，在熱振動(dòng)測試中，冷保持力可得到提高并且可實(shí)現(xiàn)好的結(jié)果。本方 法提供以可靠的、可再生的方式和低成本、并以等同于或優(yōu)于本領(lǐng)域公開的性能水平的方 式來制備這些墊。本發(fā)明包括多種組成的非膨脹型安裝墊以及膨脹型安裝墊。膨脹型安裝墊是含有 膨脹型材料的墊。如本文所用，“膨脹型材料”意指當(dāng)暴露于足量的熱能時(shí)擴(kuò)展、起泡或膨脹 的材料。如本文所用，“非膨脹型墊”意指該墊不含有任何膨脹型材料或至少?zèng)]有足夠的膨 脹型材料來為安裝墊施加的保持壓力貢獻(xiàn)足夠的量。在制備膨脹型墊中可用的膨脹型材料包括(但不限于)未膨脹的蛭石礦石、經(jīng) 處理的未膨脹的蛭石礦石、部分脫水的蛭石礦石、可膨脹的石墨、可膨脹的石墨與經(jīng)處理 的或未經(jīng)處理的未膨脹的蛭石礦石的混合物、經(jīng)處理的可膨脹的硅酸鈉(例如以商品名 “EXPANTR0L”從3M公司(St. Paul, MN)商購獲得)及其混合物。出于本專利申請的目的， 旨在將上列膨脹型材料中的每一個(gè)的實(shí)例視為彼此不同并且區(qū)別明顯的。所需的膨脹型材 料包括未膨脹的蛭石礦石、處理過的未膨脹的蛭石礦石、可膨脹的石墨及其混合物。理想的 可商購的可膨脹石墨材料的實(shí)例以商品名“GRAFOIL” (Grade 338-50可膨脹石墨片)得自UCAR Carbon 有限公司(Cleveland，OH)。 可通過本領(lǐng)域公知的用于制備安裝墊的方法來制備根據(jù)本發(fā)明的安裝墊。在優(yōu)選 的實(shí)施例中，所述墊可根據(jù)上述本發(fā)明的第三個(gè)方面以高性價(jià)比的方式容易地制備。該制 備安裝墊的方法通常提供以下優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)。通常，該方法允許以高性價(jià)比和便利 的方式制備多種組成的安裝墊。具體地講，所述方法允許容易地制造包括納米粒子并且不 含有機(jī)粘結(jié)劑或有機(jī)粘結(jié)劑的含量低的安裝墊。具體地說，所述方法允許以容易、便利、高 性價(jià)比和可靠的方式來制備沒有或具有少量粘結(jié)劑的含有納米粒子的墊(包括膨脹型墊 以及非膨脹型墊)，從而使所述墊具有恒定的質(zhì)量和性能。根據(jù)本發(fā)明的第三方面的方法，纖維通過成型箱的纖維入口被供應(yīng)到成型箱中。 已經(jīng)于2005年5月19日公布的WO 2005/044529中公開了結(jié)合本發(fā)明使用的適合的成型 箱。該成型箱包括布置成一排并且拆分纖維團(tuán)的多個(gè)纖維分離輥。通常，纖維分離輥是齒 輥。布置在成型箱中的環(huán)形帶篩機(jī)具有上行帶和位于成型箱的下部中的下行帶，上行帶直 接在齒輥排的下方和/或上方(即，例如在兩排齒輥之間)行進(jìn)。因此，抑制纖維團(tuán)或過大 的纖維鋪設(shè)在成型絲網(wǎng)上并被保留在成型箱中的帶篩機(jī)上，然后從成型箱的下部運(yùn)離并返 回到齒輥上，以用于進(jìn)一步地分解。在實(shí)施例中，環(huán)形帶篩機(jī)提供自清潔的濾篩或纖維篩網(wǎng) 構(gòu)件，這是由于過大的纖維保留在環(huán)形帶篩機(jī)的下行帶的一個(gè)上側(cè)上，并因?yàn)樵诔尚拖浜?成型絲網(wǎng)下方的真空而在環(huán)形帶篩機(jī)的上行帶的下側(cè)上被釋放。在實(shí)施例中，兩排齒輥設(shè)置在帶篩機(jī)的上行帶的每一側(cè)上。由此，在帶篩機(jī)篩選之 前可以對(duì)供應(yīng)的纖維進(jìn)行初始分解，并且在該首次篩選之后進(jìn)行進(jìn)一步的分解。在進(jìn)一步 的實(shí)施例中，在帶篩機(jī)的上行帶正下方那排中的齒輥被這樣設(shè)置，即，在帶篩機(jī)的上行帶的 行進(jìn)方向，齒輥的旋轉(zhuǎn)軸線和帶篩機(jī)之間的距離減小。由此，隨著保留在帶篩機(jī)的下行帶上 的纖維團(tuán)或纖維簇返回到帶篩機(jī)的上部進(jìn)行再處理，這些保留的纖維被逐漸地再分解。通 過開始對(duì)返回的纖維進(jìn)行“路線”處理，然后逐漸減小帶篩機(jī)和各個(gè)齒輥之間的間隙的尺 寸，可確保返回的纖維團(tuán)被分解，并且沒有被壓縮并拖曳經(jīng)過兩個(gè)相鄰的齒輥之間的間隙。 由此，可以實(shí)現(xiàn)較好的分解。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維的進(jìn)一步分解，從而更加均勻地分布，可以在 帶篩機(jī)的下行帶的每一側(cè)上設(shè)置另外的兩排齒輥。在本發(fā)明的實(shí)施例中，齒輥沿著帶篩機(jī)的至少一個(gè)豎行帶設(shè)置。由此，沿著帶篩機(jī) 拖曳的纖維在返回路徑上也可以被再處理和/或可通過沿著帶篩機(jī)的豎直路徑設(shè)置的齒 輥來清潔帶篩機(jī)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在相對(duì)于成型絲網(wǎng)的行進(jìn)方向的下游方向，帶篩機(jī) 延伸超出殼體。或者，所述帶篩機(jī)設(shè)置在殼體內(nèi)部?？梢则?qū)動(dòng)帶篩機(jī)，使下行帶的移動(dòng)方向與基礎(chǔ)成型絲網(wǎng)相同或相反。此外，帶篩機(jī) 可以或者被連續(xù)地驅(qū)動(dòng)(如，以恒定的速度)或者被間歇性地驅(qū)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以 在帶篩機(jī)的下行帶的每一側(cè)上設(shè)置另外的兩排齒輥。帶篩機(jī)優(yōu)選具有預(yù)定圖案的網(wǎng)格開在一個(gè)實(shí)施例中，帶篩機(jī)可以是具有預(yù)定網(wǎng)孔的絲網(wǎng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，帶篩機(jī) 具有橫向取向的網(wǎng)格構(gòu)件，在網(wǎng)格構(gòu)件之間具有開口。在本發(fā)明的實(shí)施例中，帶篩機(jī)的下行 帶直接在成型絲網(wǎng)上方，從而帶篩機(jī)與成型絲網(wǎng)上氣紡的纖維形成物的上側(cè)接觸。籍此，真 空在成型箱的底部開口中的一些區(qū)域中被篩選，并可實(shí)現(xiàn)紡成的產(chǎn)品的預(yù)定表面結(jié)構(gòu)。這 些真空篩選的區(qū)域由帶篩機(jī)的篩網(wǎng)圖案確定。
以下，參照圖1-3更詳細(xì)地描述在制造安裝墊的優(yōu)選方法中使用的成型箱的實(shí)施 例。在圖1和圖2中，示出本方法采用的成型箱。成型箱包括殼體1，纖維3從入口 2 被供應(yīng)到該殼體中。成型箱被布置在成型絲網(wǎng)4上方，由于成型絲網(wǎng)4下方的真空箱5，導(dǎo) 致纖維3被氣紡到該成型絲網(wǎng)上，以在干法成型工藝中形成纖維板6。在圖1中，示出成型 箱，殼體中的內(nèi)部元件是可見的。然而應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，殼體壁可以由或者透明的材料或者不透 明的材料制成。纖維3通過入口 2被吹入成型箱的殼體1中。在成型箱的內(nèi)部，多個(gè)齒輥7被設(shè) 置成一排或多排(如，四排15個(gè))齒輥71、72、73、74，如圖1和圖2所示。在殼體中，還設(shè) 置環(huán)形帶篩機(jī)8。該環(huán)形帶篩機(jī)8具有傳輸路徑，包括上行帶85、豎直部分88 (在此處，帶 篩機(jī)8沿著向下的方向運(yùn)動(dòng))、下行帶86 (在此處，帶篩機(jī)8與下方的成型絲網(wǎng)5基本平行 地行進(jìn))和向上取向的20行程87，如圖3所示。與帶篩機(jī)8的上行帶85相鄰地設(shè)置有至少一排齒輥71。在示出的實(shí)施例中，上兩 排齒輥71、72與下兩排齒輥73、74設(shè)置在殼體1中的不同高度處。帶篩機(jī)被如下布置，即， 上行帶85位于上兩排齒輥71、72之間，下行帶86位于下兩排齒輥73、74之間。纖維3可 以成團(tuán)地供應(yīng)到殼體1中。然后，齒輥7分解或撕碎纖維3的團(tuán)，以便確保纖維3均勻地分 布在成型絲網(wǎng)5上形成的產(chǎn)品6中。隨著纖維在成型箱中被朝下吸，纖維經(jīng)過第一排齒輥 71，然后經(jīng)過帶篩機(jī)8和第二排齒輥72。在帶篩機(jī)8的下行帶86中，過大的纖維被保留在 帶篩機(jī)8上并返回到成型箱的上段，以用于進(jìn)一步分解。保留的纖維在帶篩機(jī)8的下行帶 86的頂部上被捕獲，該頂部然后變成上行帶85的下表面，并且纖維被吸離帶篩機(jī)8，并且纖 維團(tuán)被齒輥再一次撕碎。如圖3所示，在帶篩機(jī)8的上行帶85的正下方的齒輥排72傾斜。該排72接收 從以下的保留過程返回的被保留的“過大的”纖維。為了確保纖維3在該排72中被有效地 撕碎，該排72中的第一齒輥72'、72"、72"‘和72〃 “在各個(gè)齒輥72'、72"、72"‘和 72"“的旋轉(zhuǎn)軸線與帶篩機(jī)8的上行帶85之間具有不同的距離。該排中的第一齒輥72' 被定位為具有最大距離，并且逐漸地，后續(xù)的齒輥72"、72"‘和72"“被定位為具有更 靠近的距離，從而返回的過大的纖維團(tuán)中的纖維被輕輕地“剝離”，由此確保纖維團(tuán)被撕碎 和分解，而不是被吸離以及拖離帶篩機(jī)并進(jìn)入到兩個(gè)相鄰的齒輥之間。環(huán)形帶篩機(jī)8包括按照預(yù)定圖案設(shè)置的閉合部分81和開口 82?；蛘?，帶篩機(jī)8可 以是絲網(wǎng)。通過帶篩機(jī)8的開口 82和閉合部分81的特定圖案，通過編排帶篩機(jī)8的下行 帶86使得其與紡在成型絲網(wǎng)4上的纖維的頂部表面接觸，可以實(shí)現(xiàn)通過干法成型工藝形成 的纖維板6上的預(yù)定表面圖案。在豎直取向的行程通道87、88中，可以設(shè)置與帶篩機(jī)8相鄰的一個(gè)或多個(gè)齒輥 (未示出)，以用于疏松帶篩機(jī)上的纖維?？梢愿鶕?jù)有待成型箱氣紡的纖維的種類來選擇齒 輥的模式。成型箱的底部可以具有濾篩11 (未示出)，因此帶篩機(jī)8可以具有用于移除保留的 纖維的刷子裝置(未示出)。籍此，帶篩機(jī)另外可以用于清潔底部濾篩。刷子裝置可以是被 設(shè)置用于將纖維從帶篩機(jī)的下行帶路徑的上側(cè)掃除的構(gòu)件。替代性地或結(jié)合性地，帶篩機(jī) 可以具有用于產(chǎn)生湍動(dòng)氣流的裝置，該湍動(dòng)氣流攪動(dòng)濾篩上保留的纖維。這樣，具有底部濾篩的成型箱可以具有用于底部濾篩的清潔設(shè)施，并且該帶可以另外用于抑制篩子堵塞。在上述舉例說明的實(shí)施例中，入口被示出為設(shè)置在帶篩機(jī)和齒輥的上方。然而應(yīng) 該認(rèn)識(shí)到，入口可以設(shè)置在帶篩機(jī)的上行帶的下方，和/或可以設(shè)置多個(gè)入口(例如，用于 將不同種類的纖維供應(yīng)到成型箱)。齒輥(實(shí)際上，帶篩機(jī))然后將協(xié)助混合成型箱的內(nèi)部 的纖維。根據(jù)用于制備含有納米粒子的安裝墊的優(yōu)選方法，在成型絲網(wǎng)上形成的纖維墊被 運(yùn)出成型箱，然后被壓縮成所需的厚度，該厚度適用于在催化轉(zhuǎn)化器的殼體中安裝該安裝 墊。應(yīng)當(dāng)限制該墊，使得安裝墊在被進(jìn)一步操作、處理(如，切成所需的形狀和大小)和在 催化轉(zhuǎn)化器中安裝該安裝墊期間保持壓縮狀態(tài)。在制備催化轉(zhuǎn)化器或污染控制裝置的過程 中，安裝墊設(shè)置在污染控制裝置的殼體或外殼與污染控制元件(也稱作單片)之間的間隙 中。通常，殼體和污染控制元件之間的間隙將在2mm和IOmm之間變化，例如，在3mm和8mm 之間變化。間隙大小可以為常數(shù)、或可以根據(jù)污染控制裝置的具體設(shè)計(jì)而沿著污染控制元 件的周圍有差別。根據(jù)本發(fā)明，除了將無機(jī)纖維通過成型箱的入口供應(yīng)之外，在安裝墊的組成中使 用的另外需要的輔助劑也可通過所述入口被供應(yīng)。具體地講，納米粒子可通過成型箱的入 口供應(yīng)。此外，在具體實(shí)施例中，采用類似于將無機(jī)纖維供應(yīng)到成型箱的方式，將膨脹型材 料通過成型箱的入口供應(yīng)，可以將膨脹型材料包括在纖維墊中并在纖維墊中分布。因此，本 方法能夠以容易的方式，以低成本、可再生和一致的性能、甚至以低粘結(jié)劑含量來制備膨脹 型墊。因此，本方法能夠制備膨脹型安裝墊，該安裝墊不含有機(jī)粘結(jié)劑(如，被針刺的)或 具有基于安裝墊重量的不大于5重量％的有機(jī)粘結(jié)劑含量。無機(jī)納米粒子還可通過在墊成型之前或之后將諸如水或酒精的合適液體中的其 分散體噴射到纖維上而被包括在安裝墊中。另外，在壓縮墊之前或之后在墊成型之后，可噴 射納米粒子。在圖4中，示出污染控制裝置的實(shí)施例。污染控制裝置10包括外殼11 (通常由 金屬材料制成)，該外殼通常分別具有截頭圓錐體的入口 12和出口 13。在外殼11內(nèi)設(shè)置 的為污染控制元件或單片20。圍繞污染控制單片20的為根據(jù)本方法制成的安裝墊30并 且其起到緊緊地但彈性地支承外殼11內(nèi)的單片元件20的作用。安裝墊30將污染控制單 片20保持在殼體中的合適位置，并密封污染控制單片20和外殼11之間的間隙，以借此抑 制或最小化廢氣繞過污染控制單片20。如從圖4可看到，外殼11的外部暴露于大氣環(huán)境。 換句話講，裝置10不包括將外殼11容納于其中的另一個(gè)殼體。然而，在另一個(gè)實(shí)施例中， 污染控制單片可以保持在外殼中，并且這些中的一個(gè)或多個(gè)可以然后被容納在另外的外殼 中，如在用于卡車的(例如)催化轉(zhuǎn)化器中的情況。污染控制裝置的外殼可由針對(duì)這種用 途的本領(lǐng)域已知的材料制成，包括不銹鋼等?？膳c安裝墊安裝在一起的污染控制元件包括汽油污染控制單片以及柴油污染控 制單片。污染控制單片可以是催化轉(zhuǎn)化器、顆粒過濾器或捕集器等。催化轉(zhuǎn)化器包含催化 劑，該催化劑通常被涂布在單片結(jié)構(gòu)上，該單片結(jié)構(gòu)安裝在金屬殼體內(nèi)。催化劑通常適于在 必要溫度下為可操作的和有效的。例如，對(duì)于與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的情況，催化轉(zhuǎn)化器 在400°C至950°C的溫度下應(yīng)當(dāng)是有效的，然而對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，較低的溫度(通常不大于 350°C)是通用的。該單片結(jié)構(gòu)通常為陶瓷的，但也使用金屬單片。催化劑氧化一氧化碳和碳?xì)浠衔锊⑶疫€原廢氣中的氮氧化物，以控制大氣污染。雖然在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中所有這三 種污染物都可在所謂的“三通轉(zhuǎn)化器”中同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，但大多數(shù)柴油機(jī)僅配備柴油機(jī)氧化 催化轉(zhuǎn)化器。用于減少氮氧化物的催化轉(zhuǎn)化器(其經(jīng)常在現(xiàn)代柴油貨車中使用)一般由單 獨(dú)的催化轉(zhuǎn)化器組成。 用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的污染控制單片的實(shí)例包括由從Coming公司(Coming，NY) 或NGK Insulators有限公司(Nagoya，Japan)商購獲得的由堇青石制成的那些，或可 從Emitec (Lohmar, Germany)商購獲得的金屬單片。關(guān)于催化劑單片的額外的細(xì)節(jié) 參見(例如)"AdvancedCeramic Substrate Catalytic Performance Improvement by HighGeometric Surface Area and Low Heat Capacity,，，Umehara et al., PaperNo. 971029, SAE Technical Paper Series, 1997 (《先進(jìn)陶瓷基片通過高幾何表面 積和低熱容量進(jìn)行的催化劑性能改進(jìn)》，Umehara等人，論文No. 971029，美國汽車工程師學(xué) 會(huì)技術(shù)論文叢干丨J，1997 年)；“SystemsApproach to Packaging Design for Automotive Catalytic Converters,，，IOStroom et al. , Paper No. 900500, SAE Technical Paper Series, 1990 (《用于汽車催化轉(zhuǎn)化器的包裝設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方法》，Stroom等10人，論文 No. 900500，美國汽車工程師學(xué)會(huì)技術(shù)論文叢刊，1990年)；“Thin WallCeramics as Monolithic Catalyst Supports, "Howitt, Paper 800082, SAETechnical Paper Series, 1980 (《用作單片催化劑支承件的薄壁陶瓷》Howitt，論文No. 800082，美國汽車工程師學(xué) 會(huì)技術(shù)論文叢刊，1980 年)；以及“Flow Effects in Monolithic Honeycomb Automotive CatalyticConverters, 'Tiowitt et al. ,Paper No. 740244,SAE Technical Paper Series, 1974 (《單片蜂窩式汽車催化轉(zhuǎn)化器中的流動(dòng)效應(yīng)》，Howitt等人，論文No. 740244，美國汽 車工程師學(xué)會(huì)技術(shù)論文叢刊，1974年)。柴油機(jī)顆粒過濾器或捕集器通常為壁流式過濾器，其具有通常由多孔晶體陶瓷材 料制成的蜂窩狀單片結(jié)構(gòu)。蜂窩結(jié)構(gòu)的替換單元通常被塞緊，使得廢氣進(jìn)入一個(gè)單元并被 迫通過多孔壁到達(dá)它可排出此結(jié)構(gòu)的相鄰的單元。這樣，柴油機(jī)廢氣中存在的小油煙顆粒 被收集。由堇青石制成的合適的柴油機(jī)顆粒過濾器可從Corning Inc. (Coming NY)和NGK Insulators Inc. (Nagoya, Japan)商購獲得。由碳化硅制成的柴油機(jī)顆粒過濾器可(例 如)從Ibiden有限公司(Japan)商購獲得，并且在(例如)2002年2月12日公布的JP 2002047070A中有所描述。安裝墊可用于安裝所謂的薄壁或超薄壁污染控制單片。具體地說，安裝墊可用于 安裝具有400cpsi至1200cpsi (62孔/cm2 (cpscm)至186cpscm)以及壁厚不超過0. 005英寸 (0. 127mm)的污染控制單片?？膳c安裝墊安裝在一起的污染控制單片的實(shí)例包括薄壁單片 4 密耳 /400cpsi (100 微米 /62 孔 /cm2 (cpscm))和 4 密耳 /1600cpsi (102 微米/148cpscm) 和超薄壁單片 3 密耳 /600cpsi (76 微米 /93cpscm)、2 密耳 /900cpsi (51 微米 /140cpscm) 和 2 密耳 /1200cpsi (51 微米 /186cpscm)。纖維墊可以多種不同的途徑被壓縮和限制，包括針刺、縫編、樹脂粘合、加壓和/ 或其組合。優(yōu)選地，被壓縮和限制的纖維墊的每單位面積的重量值的范圍為從約800g/m2至 約3000g/m2，并且在另一方面，其厚度的范圍為從約0. 5cm至約3cm。通常，在5kPA負(fù)載下 的堆密度的范圍為0. lg/cm3至0. 2g/cm3。含有膨脹型材料的墊的每單位面積的重量的范圍可以從約2000g/m2至8000g/m2和/或在5kPA負(fù)載下的堆密度的范圍可以從0. 3g/cm3至 0. 7g/m2。在一個(gè)實(shí)施例中，纖維墊通過針刺法被壓縮和限制。針刺墊是指其中存在纖維物 理纏繞的墊，該纏繞是通過多次全部或部分(優(yōu)選的是全部)穿透墊形成，例如通過倒刺 針。可使用具有倒刺針(可(例如)從Beckert-Albstadt (Germany)商購獲得)的常規(guī)的 針刺裝置(如，可以商品名“DIL0”從Dilo(Germany)商購的針刺機(jī))來對(duì)纖維墊進(jìn)行針刺， 從而得到被針刺的纖維墊。提供纖維纏繞的針刺通常涉及壓縮墊，然后沖孔，以及拖拉倒刺 針穿過墊。單位面積的墊上針刺的最佳次數(shù)會(huì)依據(jù)具體應(yīng)用而有差別。通常，纖維墊被針
刺從而得到約1個(gè)到約60個(gè)針孔/cm2。優(yōu)選地，墊被針刺從而得到約5個(gè)至約20個(gè)針孔
/ 2 /cm ο可以使用常規(guī)的技術(shù)(參見如美國專利No. 4，181，514 (Lefkowitz等人)，該專利 的公開內(nèi)容以引用方式并入本文，以用于其縫編非織造墊的教導(dǎo))縫合非織造墊。通常，使 用有機(jī)線來縫合墊。薄層的無機(jī)或有機(jī)片狀材料在縫編期間可被放置在墊的任意一面或兩 面，以抑制線割穿墊或使墊的割穿最小化。凡是期望縫合線在使用中不分解的，可使用無機(jī) 線，例如陶瓷或金屬(如不銹鋼)。針腳的間距通常為3mm至30mm，從而纖維在墊的整個(gè)面 積上被均勻地壓縮。在另一個(gè)實(shí)施例中，墊可以被壓縮并通過樹脂粘合被限制。通常，在樹脂粘合中， 墊被有機(jī)粘結(jié)劑溶液絕緣浸漬或飽和，通過施壓被壓縮，并且然后移除粘結(jié)劑溶液中的溶 劑，使得該墊保持在大約其壓縮厚度。只要粘結(jié)劑在一般溫度下可保持壓縮墊的壓縮厚度， 并且其熱分解允許墊恢復(fù)到初始厚度，就可在本方法中可用的由有機(jī)化合物構(gòu)成的任何粘 結(jié)劑作為有機(jī)粘結(jié)劑，而沒有特殊限制。優(yōu)選地，在催化轉(zhuǎn)化器旨在使用的溫度下，有機(jī)粘 結(jié)劑從墊中容易熱分解和消散(破壞)。此外，由于安裝墊一般暴露于不小于300°C的溫度 或暴露于900°C至1000°C的溫度進(jìn)行高溫使用，因此在約500°C或更低的溫度下，有機(jī)粘結(jié) 劑優(yōu)選地在短時(shí)間內(nèi)被熱分解，從而失去其作為粘結(jié)劑的功能。更優(yōu)選地，熱分解時(shí)，有機(jī) 粘結(jié)劑在該溫度范圍內(nèi)從墊中消散。多種橡膠、水溶性聚合物配混料、熱塑性樹脂、熱固性樹脂等作為有機(jī)粘結(jié)劑被舉 例說明。橡膠的實(shí)例包括天然橡膠、諸如丙烯酸乙酯和氯乙烯醚的共聚物以及丙烯酸正丁 酯和丙烯腈的共聚物等的丙烯酸橡膠、諸如丁二烯和丙烯腈的共聚物等的丁腈橡膠、丁二 烯橡膠等。水溶性聚合物配混物的實(shí)例包括羧甲基纖維素、聚乙烯醇等。熱塑性樹脂的實(shí) 例包括以下形式的丙烯酸類樹脂丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯酸、甲基 丙烯酸酯等的均聚物或共聚物；丙烯腈苯乙烯共聚物、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物等。熱固 性樹脂的實(shí)例包括雙酚型環(huán)氧樹脂、酚醛型環(huán)氧樹脂等。前述有機(jī)粘結(jié)劑可以水溶液、水分散型乳液、使用有機(jī)溶劑的乳膠或溶液的形式 使用。這些有機(jī)粘結(jié)劑在下文中一般稱為“粘結(jié)劑液體”。樹脂粘合也可以通過如下步驟來實(shí)現(xiàn)將(例如)以粉末或纖維形式的聚合物材 料添加到墊中；通過在其上施加壓力來壓縮墊；對(duì)壓縮后的墊進(jìn)行熱處理，以便導(dǎo)致聚合 物材料熔融或軟化，從而將纖維在墊中粘合，并因此在冷卻時(shí)限制該墊?？梢园趬|中的合適的聚合物材料包括熱塑性聚合物，該熱塑性聚合物包括聚 烯烴，聚酰胺，聚酯，醋酸乙烯酯_乙烯共聚物和乙烯基乙烯共聚物?；蛘撸瑹崴苄跃酆衔镄屠w維可被包括在墊中。合適的熱塑性聚合物型纖維的實(shí)例包括聚烯烴纖維(例如聚乙烯或 聚丙烯、聚苯乙烯纖維、聚醚纖維)、聚酯纖維(例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚對(duì)苯 二甲酸丁二醇酯(PBT))、乙烯基聚合物纖維(例如聚氯乙烯和聚偏二氟乙烯)、聚酰胺(例 如聚己內(nèi)酰胺)、聚氨酯、尼龍纖維和聚芳酰胺纖維。對(duì)于纖維墊的熱粘結(jié)來說特別有用的 纖維也包括所謂的雙組分纖維，其通常包括不同組成或具有不同物理性質(zhì)的聚合物。通常， 這些纖維是皮芯纖維，其中(例如)芯的聚合物型組分提供結(jié)構(gòu)，而外皮是可熔融或熱塑性 的，使得纖維能夠粘結(jié)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，雙組分纖維可以是皮芯聚酯/聚烯烴纖維。 可使用的雙組分纖維包括可以商品名“TREVIRA 255 ”從Trevira GmbH (Bobingen，Germany) 商購和以商品名“FIBERVISION CREATE WL”從 FiberVisions a/s (Varde,Denmark)商購獲 得的雙組分纖維。在具體實(shí)施例中，兩個(gè)或更多個(gè)纖維墊層(其中一者或二者可含有納米粒子)可 以在彼此頂部上形成。例如，在這種共成型的一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括通過進(jìn)行上述方 法中的步驟(i)至(iv)來形成第一纖維墊；通過重復(fù)步驟(i)至(iv)在第一墊上形成至少 一個(gè)第二墊，第一墊設(shè)置在成型絲網(wǎng)上；以及進(jìn)行該方法中的步驟(ν)(即，壓縮和限制)， 從而獲得具有第一纖維墊和第二纖維墊的安裝。根據(jù)可供選擇的實(shí)施例，在第一纖維墊上 形成第二纖維墊之前，首先壓縮并限制第一纖維墊。對(duì)于安裝墊的特定配制或組成來說，可能需要穩(wěn)定安裝墊。對(duì)于具有低含量或根 本沒有含量的有機(jī)粘結(jié)劑的安裝墊或在纖維墊中分布了未粘結(jié)的顆粒物質(zhì)的安裝墊而言， 這尤其會(huì)是理想的。例如，在用于穩(wěn)定安裝墊的一個(gè)實(shí)施例中，可能有利的是，通過在安裝 墊上噴涂有機(jī)粘結(jié)劑溶液來在安裝墊的一面或兩面上涂布或浸漬表面。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施 例，可以(使用上述共成型方法)在安裝墊的一面或兩面上共成型纖維墊，該安裝墊不含或 含很少的有機(jī)粘結(jié)劑和/或含有在其內(nèi)分布的顆粒物質(zhì)。在這種墊的一面或兩面上共成型 的纖維墊可以含有相對(duì)大比例的粉末形式或纖維形式的熱塑性聚合物材料。在加熱后，使 該聚合物材料熔融，從而在一面或兩面上形成纖維墊層，這樣可以抑制在安裝墊的處理期 間纖維移位或顆粒物質(zhì)的損耗。在與本發(fā)明有關(guān)的具體實(shí)施例中，安裝墊可以包括一個(gè)或多個(gè)另外的層。具體來 講，安裝墊可以包括選自由稀松布和結(jié)網(wǎng)組成的組的一個(gè)或多個(gè)層。稀松布或結(jié)網(wǎng)通常是 薄層，其單位面積的重量是在lOg/m2和150g/m2之間，例如，在15g/m2和100g/m2之間或在 20g/m2和50g/m2之間。一般來講，與安裝墊的整體重量相比，安裝墊中的稀松布和結(jié)網(wǎng)的 重量很小。通常，安裝墊中的結(jié)網(wǎng)或稀松布的重量百分比在1重量％和10重量％之間，例 如在2重量％和6重量％之間。結(jié)合本發(fā)明使用的結(jié)網(wǎng)通常包括大致按規(guī)則方式布置的聚 合物型纖維和/或無機(jī)纖維。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，纖維可以彼此平行。在另一個(gè)實(shí)施例 中，纖維可以在兩個(gè)正交的方向平行布置，從而彼此交叉并限定其間的方形或矩形空間。結(jié) 合本發(fā)明使用的稀松布通常是具有隨機(jī)取向的纖維的非織造物。稀松布的纖維可以包含以 上公開的無機(jī)纖維中的任何纖維以及任何類型的聚合物型纖維，特別是以上公開的熱塑性 聚合物型纖維。在一個(gè)實(shí)施例中，出于加固安裝墊的目的，可以在安裝墊的主體內(nèi)包括稀松布層 或結(jié)網(wǎng)。在又一個(gè)實(shí)施例中，可以在安裝墊的一面或兩面上設(shè)置稀松布層或結(jié)網(wǎng)。這可通過在上述成型機(jī)的成型絲網(wǎng)上供應(yīng)稀松布或結(jié)網(wǎng)來便利地完成。如果需要或期望的話，可 以在成型的纖維墊上設(shè)置另外的稀松布或結(jié)網(wǎng)，然后可以將墊和稀松布或結(jié)網(wǎng)針刺或縫編 在一起。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，可以用有機(jī)粘結(jié)劑材料涂布稀松布(或結(jié)網(wǎng))、或稀松布/結(jié) 網(wǎng)自身可以包括熱塑性聚合物型纖維。因此，在后續(xù)的熱處理后，有機(jī)粘結(jié)劑或熱塑性纖維 可以形成膜或粘結(jié)到纖維墊的纖維。在具體實(shí)施例中，將有機(jī)粘結(jié)劑涂布在墊的一面或兩面上，以減少或最小化纖維 脫落。對(duì)于合適液體介質(zhì)中的溶液或分散體，這種有機(jī)粘結(jié)劑可以在墊的一個(gè)主表面或兩 個(gè)相背的主表面上以粉末的形式涂布或噴涂。此外，如下所述，可以選擇這樣涂布的涂層， 以便另外調(diào)節(jié)墊的摩擦性質(zhì)。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，安裝墊可以被浸漬。在一個(gè)實(shí)施例中，纖維墊的纖維可 以被有機(jī)硅化合物中的一種或多種浸漬，該化合物選自由硅氧烷化合物(優(yōu)選地為倍半硅 氧烷)、這些化合物的水解產(chǎn)物和縮合物(優(yōu)選地為自縮合)、及其組合組成的組。硅氧烷化 合物的水解產(chǎn)物和縮合物(特別是自縮合)有時(shí)可在(例如)硅氧烷的水性溶液中、特別 是在沒有立即而只是數(shù)小時(shí)之后應(yīng)用所述水性溶液時(shí)形成。硅氧烷化合物在干燥之后通常 在纖維上形成非常薄的、連續(xù)或不連續(xù)的涂層。可用于浸漬纖維的硅氧烷化合物的實(shí)例為 有機(jī)硅氧烷(例如倍半硅氧烷、其共聚物(共縮合物)及其水解產(chǎn)物)、聚有機(jī)硅氧烷(例 如聚二有機(jī)硅氧烷及其水解產(chǎn)物)、及其組合。在具體實(shí)施例中，對(duì)于自縮合反應(yīng)的已知官 能團(tuán)，有機(jī)硅氧烷(如，倍半硅氧烷或聚有機(jī)硅氧烷)具有一個(gè)或多個(gè)官能團(tuán)，該官能團(tuán)能 夠在所需的浸漬條件下發(fā)生自縮合反應(yīng)，例如羥基、烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、 丁氧基)等等。這類基團(tuán)優(yōu)選地設(shè)置在有機(jī)硅氧烷的端部位置處，但也可位于側(cè)鏈上，優(yōu)選 在其端部位置處。特別優(yōu)選的是下述倍半硅氧烷，其優(yōu)選地在主鏈或側(cè)鏈的端部位置處具 有用于上述自縮合反應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)官能團(tuán)。如本文所用，術(shù)語“倍半硅氧烷”(也稱為硅倍半環(huán)丙烷)包括倍半硅氧烷以及倍 半硅氧烷共聚物(共縮合物)。倍半硅氧烷本身是硅-氧化合物，其中每一個(gè)Si原子被界 定到平均3/2個(gè)(倍半)0原子和一個(gè)烴基，具有以下通式(I)R2n Si2n O3n(I)其中R為H或優(yōu)選地具有1到20個(gè)、更優(yōu)選地具有1到12個(gè)碳原子的有機(jī)殘基，并且η為1到20、優(yōu)選地為2到15、更優(yōu)選地為3到12、甚至更優(yōu)選地為4到12中的整 數(shù)。優(yōu)選的是，用于浸漬纖維毯的倍半硅氧烷在室溫(23°C 士2°C )下為固體。此外，倍半硅 氧烷優(yōu)選在端部位置處具有官能團(tuán)(例如羥基或烷氧基)，其可在下述所需的浸漬條件下 自交聯(lián)。原則上，它們可通過(如)三官能化(如三烷氧基官能化)硅烷(如R-Si (OR) 3) 的水解縮合獲得。在上式(I)中，R為優(yōu)選地包括1到20、更優(yōu)選地1到12、甚至更優(yōu)選地1到8 個(gè)碳原子，并且可任選地包括一個(gè)或多個(gè)(優(yōu)選地1到5個(gè))選自氮、氧和硫(優(yōu)選地氮 和氧)的雜原子的有機(jī)基團(tuán)或取代的有機(jī)基團(tuán)。倍半硅氧烷的R可為烷基、烯基、炔基、環(huán) 烷基、芳基、烷芳基或芳烷基的基團(tuán)，并且這些基團(tuán)可選地包括1到5個(gè)雜原子(例如氮或 氧)。這些基團(tuán)可選地可包括一個(gè)或多個(gè)取代基，例如氨基、巰基、羥基、烷氧基、環(huán)氧、丙烯 酸基(acrylato)、氰基和羧基的基團(tuán)，其中優(yōu)選的取代基為氨基、巰基、環(huán)氧或C1-C8的烷氧的基團(tuán)。具體的R的示例性實(shí)例為C1-C8-烷基，例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和庚 基；c2-c8-烯基，例如乙烯基、丙烯基、丁烯基和己烯基；c2-c8-炔基，例如乙炔基和丙炔基； C3-C8-環(huán)烷基，例如環(huán)戊基、環(huán)己基和環(huán)庚基A-C8-烷氧基，例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、 丁氧基、戊氧基和己氧基；c2-c8-鏈烯氧基，例如乙烯氧基、丙烯氧基和丁烯氧基；炔丙基； 具有6-12個(gè)碳原子的可任選的取代的芳基，例如苯基、甲苯基、芐基和萘基；R1-(O-R2)n-或 R3_(NR5_R4)n_，其中R1至R4獨(dú)立地為可任選的取代的具有高達(dá)8個(gè)碳原子的飽和或不飽和 烴基，其優(yōu)選地選自上述基團(tuán)，R5為氫或C1-C8烷基，并且η為1到10 ；上述基團(tuán)的所有代 表被一個(gè)或多個(gè)氨基、羥基、巰基、環(huán)氧或C1-C8-烷氧基取代。在上述基團(tuán)中，特別優(yōu)選的是 可選地被取代的C1-C8烷基，可選地被取代的具有6至12個(gè)碳原子的芳基和R1-(O-R2)n-或 R3_ (NR5-R4)n_，其中R1至R4獨(dú)立地為可選地被取代的具有高達(dá)8個(gè)碳原子的飽和或不飽和烴 基，其優(yōu)選地選自上述基團(tuán)，R5為氫或C1-C8烷基，并且η為1至10 ；其中可任選的取代基選 自氨基、羥基、巰基、環(huán)氧或C1-C8-烷氧基。R的另外的示例性實(shí)例為3，3，3_三氟丙基、二氯苯基、氨丙基、氨丁基、 H2NCH2CH2NH(CH2) 3_、H2NCH2CH2NHCH2CH(CH3)CH2_、巰丙基、巰乙基、羥丙基、υ /, 氰丙基、氰乙基、羰乙基和羰苯基。當(dāng)然，烴基殘基上的取代基不宜與水反應(yīng)。當(dāng) 使用單個(gè)倍半硅氧烷時(shí)，優(yōu)選的是甲基、乙基、丙基、氨甲基、氨乙基和氨丙基以及巰乙基和 巰丙基的基團(tuán)。當(dāng)R并非甲基或巰丙基時(shí)，優(yōu)選的是倍半硅氧烷與甲基倍半硅氧烷以5至 30 ；70至95的重量比共聚，即，5重量％至30重量％的RSiOv2單元和70重量％至95重 量％ WCH3SiOv2單元共聚。本發(fā)明可以使用的倍半硅氧烷通常具有低平均分子量(Mw)，其中Mw優(yōu)選地在高 達(dá)10000、優(yōu)選地在200至6000、更優(yōu)選地在250至5000和300至4000的范圍內(nèi)，這是使用 聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)通過凝膠滲透色譜法(GPC)測量的。GPC測試方法在“Modern Size Exclusion LiquidChromatography"Practice of Gel Permeation Chromatography, John Wileyand Sons, 1979 (《現(xiàn)代排阻液相色譜》凝膠滲透色譜準(zhǔn)則，John Wileyand Sons，1979年)中 有進(jìn)一步解釋。可用的倍半硅氧烷在以下美國專利中有所描述No. 3，493，424(Mohrlok等 人)；No. 4，351，736 (Steinberger 等人)；和 No. 4，781，844 (Kortmann 等人)，這些專利均以 引用方式并入本文中。倍半硅氧烷共聚物(共縮合物)包括倍半硅氧烷聚合物(由化學(xué)式R11SiOv2或 R11-Si (OR12)3表示)與二有機(jī)氧硅烷(或其水解產(chǎn)物，由化學(xué)式R112Si(OR12)2表示)和/或 三有機(jī)氧硅烷(或其水解產(chǎn)物，由化學(xué)式Si (OR12)4表示)的共聚物或共縮合物，其中每一個(gè) R11為如以上所定義的用于基團(tuán)R，并且優(yōu)選地，每一個(gè)R11代表具有1至12、優(yōu)選地1至8個(gè) 碳原子的未取代的或取代的烴基，其取代基可以是氨基、巰基和環(huán)氧基團(tuán)，并且R12獨(dú)立地 為1至8、優(yōu)選地1至4個(gè)碳原子的烷基。倍半硅氧烷可選地還可以包括由化學(xué)式R113SiOR12 表示的硅烷的共縮合物。優(yōu)選的倍半硅氧烷聚合物是中性的或是陰離子?？捎玫谋栋牍柩鯚赏ㄟ^美國專利 No. 3, 493, 424 (Mohrlok 等人)、No. 4，351, 736 (Steinberger 等人)、 No. 5，073, 442 (Knowlton 等人)和 No. 4，781，844 (Kortmann 等人)中描述的技術(shù)來制成。如果需要，也可采用倍半硅氧烷和倍半硅氧烷共聚物的混合物。倍半硅氧烷通常 應(yīng)為固體，即在室溫(23°C 士2°C)下既不是氣體也不是液體。倍半硅氧烷可用作膠態(tài)懸浮 液。通過將硅烷添加到水、緩沖液、表面活性劑和可任選的溶劑的混合物同時(shí)在酸性或堿性 條件下攪拌該混合物來制備倍半硅氧烷。在倍半硅氧烷制劑中使用的表面活性劑實(shí)際上應(yīng) 當(dāng)是陰離子或陽離子表面活性劑。通過陽離子懸浮液通?？色@得最好的結(jié)果。優(yōu)選地，均勻 并緩慢地添加一定量的硅烷，以實(shí)現(xiàn)小顆粒尺寸。在膠態(tài)懸浮液中的倍半硅氧烷的平均粒 度應(yīng)該在Inm至IOOnm(10埃至1000埃)的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在Inm至50nm(10埃至500埃) 的范圍內(nèi)，或者在Inm至40nm(10埃至400埃)的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在20nm至50nm(200埃 至500埃)的范圍內(nèi)。可被添加的硅烷的確切量取決于取代基R以及使用的是陰離子還是 陽離子表面活性劑。其中單元可以嵌段或無規(guī)分布的形式存在的倍半硅氧烷共聚物通過硅烷的同時(shí) 水解而形成。添加的由化學(xué)式Si (OR2)4表示的硅烷(包括其水解產(chǎn)物(如由化學(xué)式Si (OH)4 表示))的優(yōu)選量為相對(duì)于采用的硅烷的重量的2重量％至50重量％、優(yōu)選地為3重量％ 至20重量％。在所得組成中存在的四有機(jī)硅烷(包括四烷氧基硅烷及其水解產(chǎn)物(如由 化學(xué)式Si (OH)4表示))的量相對(duì)于倍半硅氧烷的重量為優(yōu)選地小于10重量％、優(yōu)選地小 于5重量％、更優(yōu)選地小于2重量％。下列硅烷(如)可用于制備本發(fā)明的倍半硅氧烷甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧 基硅烷、甲基三異丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、 異丁基三甲氧基硅烷、異丁基三乙氧基硅烷、2-乙基丁基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷和 2-乙基丁氧基三乙氧基硅烷。優(yōu)選地，羥基數(shù)為約1000至6000/g，更優(yōu)選地為約1500至2500/g?？赏ㄟ^例如 滴定來測量羥基數(shù)，或者可通過29Si核磁共振來估計(jì)分子量?；旧喜缓瑲堄嗟乃耐檠趸柰?或其水解產(chǎn)物，例如Si (OH)4)的可用的倍半硅 氧烷為可以商品名“SR 2400RESIN”得自Dow Corning (Midland, MI)的倍半硅氧烷。特別 優(yōu)選的倍半硅氧烷的實(shí)例為以商品名“DRI-SIL 55”得自Dow Corning的倍半硅氧烷，其在 甲醇中在末端處具有98重量％的(3-(2-氨基乙基)氨基丙基)甲基倍半硅氧烷。在另一個(gè)實(shí)施例中，硅氧烷化合物是聚有機(jī)硅氧烷，優(yōu)選地為聚二有機(jī)硅氧烷。優(yōu) 選地，用于浸漬纖維墊的聚有機(jī)硅氧烷在室溫(23°C 士2°C )下是固態(tài)的。此外，聚有機(jī)硅 氧烷優(yōu)選在端部位置處具有官能團(tuán)(例如羥基或烷氧基)，該官能團(tuán)可在下述所需的浸漬 條件下自交聯(lián)。本發(fā)明中優(yōu)選使用的聚有機(jī)硅氧烷具有低平均分子量(Mw)，其中Mw優(yōu)選地 在高達(dá)10000、優(yōu)選地在200至6000、更優(yōu)選地在250至5000和300至4000的范圍內(nèi)，這 是用聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)通過凝膠滲透色譜法(GPC)測量的。例如，可使用聚有機(jī)硅氧烷(優(yōu)選 的是聚二有機(jī)硅氧烷)，其中總的硅鍵合的取代基的至少約50%是甲基基團(tuán)，而任何剩下 的取代基是其它的單價(jià)烴基(例如較高烷基基團(tuán)(具有如4到20個(gè)碳原子)，如十四烷基 和十八烷基)、苯基、乙烯基和烯丙基、單價(jià)烴氧基(hydrocarbonoxy)和被取代的烴基，例 如，烷氧基、烷氧基-烷氧基、氟代烷基、羥基烷基、氨基烷基和聚氨基(烷基)、巰基烷基和 羧基烷基。這種烴氧基和取代烴基的具體實(shí)例為甲氧基、乙氧基、丁氧基、甲氧基乙氧基、3，3_三氟丙基、羥基甲基、氨基丙基、β-氨基乙基-Y-氨基丙基、巰基丙基和羰基丁基。除 了上述有機(jī)取代基之外，有機(jī)硅氧烷還可以具有硅鍵合的羥基(通常在端部的硅烷醇基中 存在)或如在(例如)聚(甲基氫)硅氧烷和二甲基硅氧烷單元與甲基氫硅氧烷單元和/ 或二甲基氫硅氧烷單元的共聚物中的硅鍵合的氫原子。在一些情況下，聚有機(jī)硅氧烷(例如聚二有機(jī)硅氧烷)可以包括兩種或更多種不 同類型的硅氧烷，或它可以與其他有機(jī)硅化合物結(jié)合使用。例如，聚有機(jī)硅氧烷可以既包括 硅烷醇基封端的聚二甲基硅氧烷、又包括交聯(lián)劑，因此(例如)聚(甲基氫)硅氧烷、烷氧基 硅烷(如CH3Si (OCH3) 3和/或NH2CH2CH2NH(CH2) 3Si (OC2H5) 3)或這類硅烷的部分水解產(chǎn)物和 縮合物。因此，根據(jù)性能，寬泛的有機(jī)硅氧烷范圍內(nèi)的任意有機(jī)硅氧烷都可以用作聚有機(jī)硅 氧烷。通常，優(yōu)選的聚有機(jī)硅氧烷，例如，聚二有機(jī)硅氧烷是具有封端硅鍵合反應(yīng)基團(tuán)的聚 有機(jī)硅氧烷，所述反應(yīng)基團(tuán)是(例如)單獨(dú)使用或與其它有機(jī)基硅氧烷化合物結(jié)合使用的 羥基和烷氧基團(tuán)。以上的聚有機(jī)硅氧烷(例如聚二有機(jī)硅氧烷)還可與具有以下通式(II) 的有機(jī)硅烷聯(lián)合使用，所述通式(II)即 其中每一個(gè)Y代表選自烴基、烷氧基和烷氧基烷氧基的具有小于6個(gè)碳原子的單 價(jià)基團(tuán)，至少一個(gè)Y是烷氧基或烷氧基烷氧基，R代表具有3至10個(gè)碳原子的二價(jià)基團(tuán)，所 述基團(tuán)由碳、氫和可選的以醚鍵和/或羥基的形式存在的氧組成，R'代表具有1至15個(gè)碳 原子的一價(jià)烴基或基團(tuán)(-0Q)a0Z，其中Q代表具有2個(gè)或3個(gè)碳原子的亞烷基，a具有1至20的值，Z代 表氫原子、烷基或酰基，每一個(gè)R"代表甲基或乙基，X代表鹵素原子。在以上特定的通式(II)中，二價(jià)基團(tuán)R由碳和氫構(gòu)成或由碳、氫和氧構(gòu)成，任何 氧都是以醚鍵和/或羥基的形成存在的。因此，基團(tuán)R可以是(例如)亞甲基、亞乙基、亞 己基、亞聯(lián)苯基(xenylene)、-CH2CH2OCH2CH2-和-(CH2)2OCH2CH(OH) CH2-。優(yōu)選地，R 代表基 團(tuán)-(CH2)「、-(CH2)4_或-CH2CH(CH3)CH2-。基團(tuán)R'可以是具有1至15個(gè)碳原子的任何單 價(jià)烴基，例如烷基(如甲基、乙基、丙基、丁基或十四烷基)；烯基(如乙烯基)；或芳基、烷芳 基或芳烷基(如苯基、萘基、甲苯基、2-乙基苯基、芐基和2-苯丙基)?；鶊F(tuán)R'也可以是如 上定義的基團(tuán) _ (OQ) a0Z，這種基團(tuán)的實(shí)例是 _ (OCH2CH2) OH、- (OCH2CH2) 30H、_ (OCH2CH2) 3 (OCH2C H2CH2)30C4H9和-(0CH2CH2)20C3H7。作為Y取代基，可以存在單價(jià)烴基(例如甲基、乙基、丙基 和乙烯基)和烷氧基和烷氧基烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、丁氧基和甲氧基乙氧基)。至 少一個(gè)Y應(yīng)該是烷氧基或烷氧基烷氧基，優(yōu)選的硅烷是其中Y取代基選自甲基和具有少于 4個(gè)碳原子的烷氧基或烷氧基烷氧基的硅烷。優(yōu)選地，X代表氯或溴。上述有機(jī)硅烷是已知 物質(zhì)，可(例如)通過如下方法來制備叔胺(如C15H31N(CH3)2)與鹵代烷基硅烷(如氯丙 基三甲氧基硅烷)反應(yīng)；或通過向硅氫化合物中加入不飽和胺，然后將產(chǎn)物與烴基鹵化物 或鹵化氫反應(yīng)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可采用選自以下物質(zhì)的有機(jī)硅的化合物來浸漬纖 維含烷氧基硅烷(優(yōu)選的是，可選地被取代的烷基烷氧基硅烷或芳基烷氧基硅烷，更優(yōu)選的是可選地被取代的由化學(xué)式RSi (OR' )3表示的烷基三烷氧基硅烷或芳基三烷氧基硅 烷)、其水解產(chǎn)物和縮合物及其組合。如果R為烷基，則該烷基優(yōu)選地包括1至20、更優(yōu)選地 包括1至16、甚至更優(yōu)選地包括1至10或1至8個(gè)碳原子。優(yōu)選的烷基基團(tuán)為甲基、乙基、 丙基、甲基乙基、丁基、戊基、己基和環(huán)己基。如果R是芳基，則芳基優(yōu)選地為苯基。烷氧基 OR'優(yōu)選地含有1至12，更優(yōu)選地1至8，甚至更優(yōu)選地1至6個(gè)碳原子。優(yōu)選地，烷氧基 是甲氧基和乙氧基，另外2-甲氧基乙氧基和異丙氧基也是可用的。烷氧基可彼此獨(dú)立地選 擇?？蛇x的取代基優(yōu)選地從氨基中選擇，可選地進(jìn)一步被例如C1-C6-烷基或氨基-C1-C6-烷 基；環(huán)氧、3-氧化縮水甘油基、3-(甲基)丙烯酰氧基、巰基和C1-C6-烷氧基團(tuán)取代。在一個(gè) 優(yōu)選實(shí)施例中，只有烷基基團(tuán)被取代。這種含烷氧基的硅烷化合物的水解產(chǎn)物和/或縮合 物(尤其是自縮合物)可在(如)所述硅烷的水溶液中形成，特別是如果所述水溶液不是 立刻而是數(shù)小時(shí)后應(yīng)用。三烷氧基硅烷的實(shí)例為甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三異丙氧基 硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、異丁基三甲氧基硅烷、異 丁基三乙氧基硅烷、2-乙基丁基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、2-乙基丁氧基三乙氧基硅 烷、苯基三乙氧基硅烷、環(huán)己基三乙氧基硅烷、甲基丙烯氧基三甲氧基硅烷、縮水甘油氧基 三甲氧基硅烷和N-(2-氨基乙基)-3_氨基丙基三甲氧基硅烷。烷基三烷氧基硅烷或苯基 三烷氧基硅烷的實(shí)例可以商品名“ DYNASYLAN”從Degussa (Frankfurt，Germany)商購獲得， 其實(shí)例為“DYNASYLAN ΡΤΜ0”，即丙基三甲氧基硅烷。浸漬材料還包括上述三烷氧基硅烷與四烷氧基硅烷的共混物，所述四烷氧基硅烷 由公式Si (OR)4或Si (OR)3OR'或Si (OR)2 (OR' )2表示，其中R和R'是可任選取代的烷基， 其優(yōu)選地含有1至20個(gè)，更優(yōu)選地1至16個(gè)，甚至更優(yōu)選地1至10或1至8個(gè)碳原子。優(yōu) 選的烷基是甲基、乙基、丙基、甲基乙基、丁基、戊基、己基和環(huán)己基。可選的取代基優(yōu)選地從 氨基中選擇，其可任選地進(jìn)一步被例如C1-C6-烷基或氨基-C1-C6-烷基；環(huán)氧、3-氧化縮水 甘油基、3_(甲基)丙烯酰氧基、巰基和C1-C6-烷氧基取代。在壓縮和限制纖維墊之前或之后，可以用上述材料中的任何材料浸漬纖維墊。另 外，也可以在纖維供應(yīng)到成型箱之前浸漬纖維。在另一個(gè)實(shí)施例中，在安裝墊的內(nèi)表面(即，安裝墊的將接觸污染控制元件的表 面)或可選地外表面(即，安裝墊的將接觸外殼的表面)上形成連續(xù)或不連續(xù)的高摩擦力 涂層材料的薄涂層。涂布高摩擦力涂層使得高摩擦力涂層材料基本上不侵入安裝墊。此外， 用高摩擦力涂層涂布安裝墊的內(nèi)表面和可選的外表面，使得可選地被涂布的安裝墊的外表 面和外殼之間的摩擦系數(shù)小于纖維墊的被涂布的內(nèi)表面和催化劑成分之間的摩擦系數(shù)。高 摩擦力涂層的有機(jī)部分在催化劑成分的常規(guī)操作條件下部分地或全部地分解和消散。安裝 墊的外表面的高摩擦力涂層可與內(nèi)表面的高摩擦力涂層相同或不同。如果在兩個(gè)表面上均 使用相同的涂層材料，則為了獲得所需的安裝特性，必須采取預(yù)防措施，從而安裝墊的外表 面?zhèn)群蛢?nèi)表面?zhèn)鹊慕n量之間存在差值。對(duì)于同樣的高摩擦力涂層的浸漬，浸漬內(nèi)表面?zhèn)?的涂層材料的固體組分含量應(yīng)大于浸漬外表面?zhèn)鹊耐繉硬牧系墓腆w組分含量。已經(jīng)表明， 當(dāng)兩個(gè)面之間的摩擦力差值最大化時(shí)，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的填充結(jié)果。盡管對(duì)于安裝墊上的高摩 擦力涂層的含量的差值沒有特別限定，安裝墊的內(nèi)表面?zhèn)壬系母吣Σ亮ν繉拥墓腆w組分含 量優(yōu)選地為約5g/m2至100g/m2，更優(yōu)選地為約20g/m2至50g/m2。另一方面，安裝墊的外表面上的高摩擦力涂層的固體組分含量優(yōu)選地為約0. 5g/m2至10g/m2。高摩擦力涂層通常在(如催化劑填充(常用的罐裝方法)期間)起到提高性能的 作用。選擇高摩擦力涂層，從而在催化劑成分的表面上得到防滑性質(zhì)，以避免罐裝期間墊的 滑動(dòng)。涂層可以選自天然或合成的聚合物材料，優(yōu)選地為樹脂或橡膠材料，例如丙烯酸樹脂 或橡膠(例如丙烯酸酯共聚物)、腈類樹脂或橡膠、乙烯基乙酸酯共聚物、聚苯乙烯樹脂、丙 烯酸酯_苯乙烯共聚物、苯乙烯_ 丁二烯樹脂、SIS嵌段共聚物、EPDM、ABS、PE或PP膜等、 及其組合。這些有機(jī)聚合物材料中的多種材料提供優(yōu)良的防滑性質(zhì)。這些有機(jī)聚合物中的 一些有機(jī)聚物在高溫下會(huì)發(fā)生軟化，這會(huì)導(dǎo)致在有機(jī)聚合物材料降解和消散之前在某一個(gè) 溫度/時(shí)間窗口中的固定性能降低。可使用無機(jī)涂層(例如硅石、礬土、和粘土-凝膠或顆 粒漿料等)，但這些無機(jī)涂層有時(shí)與有機(jī)聚合物材料相比防滑性質(zhì)較差。它們的優(yōu)點(diǎn)在于在 較高溫度下不分解，因此使摩擦力持久增大，從而造成墊的固定性能提高?？赏ㄟ^在墊的殼 體側(cè)設(shè)置無機(jī)高摩擦力涂層來實(shí)現(xiàn)固定性能的進(jìn)一步優(yōu)化，這并不明顯地改變填充性能， 但造成摩擦力和墊的固定性能增加。在具體實(shí)施例中，高摩擦力涂層組成由乳膠構(gòu)成，該乳膠可在催化轉(zhuǎn)化器的操 作期間適用的高溫條件下發(fā)生的任意反應(yīng)中分解和消散。本文可用的乳膠包括通過將 天然或合成聚合物材料分散到水性介質(zhì)或另一個(gè)介質(zhì)或有機(jī)材料(例如聚(乙烯醇)) 中而獲得的膠態(tài)分散體，該聚合材料優(yōu)選地是樹脂材料，例如丙烯酸酯共聚物、乙烯基 乙酸酯共聚物、聚苯乙烯樹脂、丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯樹脂、及其組 合?？扇芜x地是，乳膠還包括混合于其中的硅石、礬土或粘土顆粒中的一者或多者。采 用使用丙烯酸樹脂的丙烯酸乳膠會(huì)是特別有利的。優(yōu)選的晶格的實(shí)例是可以得自Air ProductsPolymers (Allentown,PA,USA)的商品名為“AIRFLEX EAF67”的乙烯基乙酸酯-乙 烯聚合物分散體和得自BASF(Ludwigshafen，Germany))的商品名為“ACRONAL A 420S”以 及“ACRONAL LA 471S”的丙烯酸酯的可熱交聯(lián)共聚物的水性、無增塑劑分散體。 在另一個(gè)實(shí)施例中，纖維墊涂布的高摩擦力涂層也可包括上述有機(jī)聚合物材料和 一種或多種類型的磨粒。更多詳情(尤其是關(guān)于可用的有機(jī)聚合物材料和可用的磨粒)可 見于2006年2月23日公布的W0-A-2006/020058。例如，將通過將磨料的細(xì)小顆粒在有機(jī) 聚合物材料中分散制成的漿料涂布到纖維墊的表面。因此獲得具有涂層的纖維墊，在該涂 層中，磨料的細(xì)小顆粒選擇性地固定在至少纖維墊的內(nèi)表面并可選地固定在纖維墊的外表 面上。因?yàn)槟チ系募?xì)小顆粒至少布置在纖維墊與催化劑成分的接觸表面上，所以可增加與 催化劑成分的摩擦系數(shù)并且可進(jìn)一步改善催化劑成分的保持可靠性。此外，當(dāng)催化劑成分 和在催化劑成分的周圍纏繞的纖維墊被罐裝時(shí)，可以抑制或至少明顯減小催化劑成分和纏 繞纖維墊之間的移動(dòng)，而不會(huì)對(duì)將被組裝的催化轉(zhuǎn)化器的能力產(chǎn)生不利影響。
上述具有高摩擦力涂層的安裝墊的涂布可用已知的常規(guī)技術(shù)(例如噴霧、涂刷、 層合、印刷(如絲網(wǎng)印刷))有利地進(jìn)行。優(yōu)選的方法是通過利用(例如)噴漆系統(tǒng)(例如 噴槍)來噴涂，這通過如下方法滿意地進(jìn)行例如，僅制備噴霧溶液或分散體，并且連續(xù)或 同時(shí)將溶液或分散體(如上述丙烯酸乳膠等晶格)噴到纖維墊的一個(gè)或兩個(gè)主表面上。因 此該操作簡單并且經(jīng)濟(jì)。噴射后的溶液或分散體可以自然干燥或通過加熱到合適的溫度 (如Il(TC)來干燥。纖維墊的內(nèi)表面?zhèn)鹊母吣Σ亮ν繉拥墓腆w組分含量優(yōu)選為約5g/m2至 100g/m2、更優(yōu)選地為約10g/m2至50g/m2，并且安裝墊的外表面上的高摩擦力涂層的固體組
21分含量優(yōu)選地為約0. 5g/m2至10g/m2。優(yōu)選地，分別在安裝墊的內(nèi)表面和可選地外表面上形成連續(xù)或不連續(xù)的高摩擦力 涂層材料的薄涂層。采用所用的涂布方法，使得安裝墊的任何毛細(xì)管作用最小化，并且高摩 擦力涂層材料基本上不侵入安裝墊。即，高摩擦力涂層基本上只存在于安裝墊的表面上，并 且基本上不會(huì)滲入該墊。這可通過如下方法獲得使用(例如)固體濃度高的涂布溶液或分 散體，向溶液或分散體中添加乳化劑或觸變劑或具有類似效應(yīng)的添加劑，涂布安裝墊(在 該涂布條件下，用過的溶劑迅速蒸發(fā))等；或通過層合基本上不含溶劑的高摩擦力涂層。優(yōu) 選的是，高摩擦力涂層滲透小于安裝墊厚度的10%，優(yōu)選地小于5%、更優(yōu)選地小于3%并 且最優(yōu)選地小于1%。鍾以下實(shí)例進(jìn)一步示出了本發(fā)明，而不意圖限制本發(fā)明。材料列表塑0這左法
循還的壓縮試驗(yàn)
進(jìn)行循環(huán)的壓縮試驗(yàn)的測試設(shè)備包括下列元件
a．)張力檢驗(yàn)器，型號(hào)為ZWiCk／R。e11 M。del Zolo，可購自ZWiCkGmbH&C。KG(Ulm，Germany)，其包括具有能夠測量高達(dá)lokN的力的測力傳感器的固定下部和以定義為“夾頭速度”的速率在垂直方向上與下部可移動(dòng)地分開的上部；b.)測試固定裝置，其由基部區(qū)域?yàn)?cmX8cm的2個(gè)不銹鋼塊組成，每一個(gè)不銹鋼 塊都包含能夠?qū)⒃搲K彼此獨(dú)立地加熱到至少900°C的加熱元件。不銹鋼下塊牢牢附接到測 力傳感器上，而不銹鋼上塊牢牢附接到拉力試驗(yàn)機(jī)的可移動(dòng)上部(夾頭)上，從而該塊的基 部區(qū)域垂直地設(shè)置在彼此的上方。每一個(gè)不銹鋼塊都配有位于該塊中心中的熱偶；C.)激光伸長儀,可購自 Fiedler Optoelektronik (Lutzen, Germany)，其測量不銹 鋼塊之間的開口距離(間隙)。待測的安裝墊樣品具有大約2英寸(51mm)的直徑并且直接設(shè)置在不銹鋼下塊上。然后閉合間隙，從而將安裝墊壓縮到限定的壓縮密度(也稱為開放間隙)。在開放 間隙位置中松弛一分鐘之后記錄由安裝墊施加的壓力。之后，以30°C /分鐘的速率加熱這 兩個(gè)不銹鋼塊，直到達(dá)到限定的測試溫度為止。在這段時(shí)期，不銹鋼塊之間的間隙保持恒定 (即，用激光伸長儀來持續(xù)補(bǔ)償金屬膨脹)。記錄在加熱期間的最低壓力。在加熱之后，通過將間隙閉合至第二限定墊密度(也稱為閉合間隙)來開始循環(huán)。 然后間隙再打開成開放間隙位置。該循環(huán)重復(fù)500次。循環(huán)期間的夾頭速度為2.5米/分 鐘。記錄最后一次循環(huán)的開放間隙和閉合間隙的壓力。魏式I (RCFT)RCFT的測試設(shè)備包括如下設(shè)備a.)以商品名"MTS，，(Model Alliance RT/5)從 Material TestSystems (Eden Prairie,MN)商購獲得的張力檢驗(yàn)器，其包括固定下部和上部，該上部以定義為“夾頭速度” 的速率在垂直方向上與下部可移動(dòng)地分開并且載有能夠測量高達(dá)5kN的力的測力傳感器。b.)測試固定裝置，其由基部區(qū)域?yàn)?cmX8cm的2個(gè)不銹鋼塊組成，每一個(gè)不銹 鋼塊都包含能夠?qū)⒃搲K彼此獨(dú)立地加熱到至少900°C的加熱元件。不銹鋼下塊牢牢附接到 固定下部，不銹鋼上塊在拉力試驗(yàn)機(jī)的可移動(dòng)上部(夾頭)處牢牢附接到測力傳感器，從而 該塊的基部區(qū)域被垂直地設(shè)置在彼此的上方。每一個(gè)不銹鋼塊都配有位于該塊中心中的熱 偶。c.)可購自 Fiedler Optoelektronik(Lutzen,Germany)的激光伸長儀,其測量不 銹鋼塊之間的開口距離(間隙)。尺寸為44. 5mmX44. 5mm的安裝墊樣品被布置在不銹鋼塊之間。間隙以1. Om/min 的夾頭速度閉合成限定的安裝墊密度。之后每一個(gè)不銹鋼塊被逐步加熱到不同溫度分布， 以模擬廢氣處理裝置中的金屬殼體和陶瓷基底的溫度。在加熱期間，不銹鋼塊之間的間隙 增加了一定值，該值由通常的廢氣處理裝置殼體和陶瓷基底的溫度和熱膨脹系數(shù)計(jì)算得 出ο此處用兩種不同的溫度分布來進(jìn)行RCFT。第一分布模擬陶瓷基底的最高溫度為 500°C和金屬罐的最高溫度為200°C。第二分布模擬陶瓷基底的最高溫度為700°C和金屬罐 的最高溫度為400°C。在加熱到最高溫度之后，不銹鋼塊逐步冷卻，間隙減小了一定的值，該值由溫度和 熱膨脹系數(shù)計(jì)算得出。記錄在加熱和冷卻循環(huán)期間由安裝墊施加的壓力。安裝墊樣品和不 銹鋼塊冷卻到35°C，循環(huán)再重復(fù)兩次同時(shí)記錄由安裝墊施加的壓力。用于3次循環(huán)中的每 一次的最小壓力為至少50kPa對(duì)于安裝墊來說通常被認(rèn)為是可取的。
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實(shí)例1A、實(shí)例IB和實(shí)例IC在比較例Cl中，制備以下組成的膨脹型安裝墊比較例Cl的組成(桉重量份計(jì))46. 2%的纖維(““SUPERW00L”607HT”)11. 5%的短切的R-玻璃纖維，其為6mm長，在700°C下被熱處理1小時(shí)38. 5%的未膨脹蛭石3. 8% 的 Pl 粉末("VESTAMELT 4680”)比較例Cl的膨脹型安裝墊在可購自Formfiber (Denmark)的3IOnm寬的非織造機(jī) 上制備并且根據(jù)上述公開的方法來操作。該非織造機(jī)的成型箱基本上對(duì)應(yīng)于圖2所示的示 意圖，由此，成型箱具有兩排在成型箱上部彼此相對(duì)布置的三個(gè)齒輥和兩排在成型箱底部 附近彼此相對(duì)布置的三個(gè)齒輥。如圖2所示，環(huán)形帶篩機(jī)在上齒輥排和下齒輥排之間運(yùn)行。 成型絲網(wǎng)布置在成型箱的底部下面。無機(jī)纖維和聚合物粉末被通過傳送帶送進(jìn)非織造機(jī)中。首先，纖維穿過具有2個(gè) 旋轉(zhuǎn)齒輥的預(yù)開口部分。之后，纖維被吹入成型箱的頂部中。然后，蛭石被第二傳送帶直接 送入成型部分的頂部中。纖維和顆粒被收集到以約lm/min的速度移動(dòng)的成型帶上。單位 面積的重量為約18g/m2的薄紙式非織造稀松布通過布置在成型絲網(wǎng)上而送入成型箱的下 部中，以便在傳送期間支承該墊。在成型部分之后，墊穿過熱空氣烘箱。烘箱溫度為140°C， 其熱激活聚合物粉末。在烘箱之后，立即用輥壓縮該墊，其壓縮方式為使初始形成的約25mm 的厚度減小至約8mm。然后，所述安裝墊(實(shí)例)經(jīng)受真實(shí)條件固定裝置試驗(yàn)(“RCFT”)和循環(huán)壓縮測試。實(shí)例IA實(shí)例IA的膨脹性材料安裝墊按照上述方式相同的方式制備，不同之處在于1. 0% (相對(duì)于總的墊組成)的分散體(以商品名“AERODISPW 630L”得自Evonik Industries股 份公司(Frankfurt，Germany))在它們被送進(jìn)到預(yù)開口部分之前被利用手動(dòng)泵噴灑機(jī)均勻 地噴到傳送帶上的纖維上。實(shí)例IB實(shí)例IB的膨脹性材料安裝墊按照上述方式相同的方式制備，不同之處在于 3.0% (相對(duì)于總的墊組成)的分散體(以商品名“VPDISPERSION W2650X”得自Evonik Industries股份公司(Frankfurt，Germany))在它們被送進(jìn)到預(yù)開口部分之前被利用手動(dòng) 泵噴灑機(jī)均勻地噴到傳送帶上的纖維上。表1 500°C下的循環(huán)壓縮試驗(yàn)，安裝密度為0. 73R/cma(開放間隙)和0. 80g/ cm3(閉合間隙) 表2 安裝密度為0. 8R/cm3時(shí)RCFT的結(jié)果 循環(huán)壓力測試和RCFT的結(jié)果顯示了相對(duì)于比較例Cl，兩個(gè)含有納米粒子的 (“AERODISP W 630”和"VP DISPERSION W2650X”)膨脹型材料安裝墊實(shí)例的保持壓力性 能的提高。實(shí)例2A、2B 和 C2比較例C2在比較例C2中，制造了具有以下組成的安裝墊比較例C2的組成32. 4%的纖維(“SUPERffOOL 607HT，，)32. 4%的短切的R-玻璃纖維，其為36mm長，在700°C下被熱處理1小時(shí)32. 4%的短切的(“BELD0TEX 225，，)玻璃纖維，其位6mm長，在800°C下被熱處理 1小時(shí)2. 9%的雙組分纖維(”TREVIRA 255，，)在如上述比較例Cl中構(gòu)建的310mm寬的非織造機(jī)上制造對(duì)比實(shí)例C2的安裝墊。無機(jī)纖維和粘結(jié)劑纖維經(jīng)由傳送帶送入非織造機(jī)中。首先，纖維穿過具有2個(gè)旋 轉(zhuǎn)齒輥的預(yù)開口部分。之后，纖維被吹入成型箱的頂部中。然后，纖維被收集到以約lm/min 的速度移動(dòng)的成型帶上。單位面積的重量為約18g/m2的薄紙式非織造稀松布通過布置在 成型絲網(wǎng)上而送入成型箱的下部中，以便在傳送期間支承該墊。在成型部分之后，墊穿過熱 空氣烘箱。烘箱溫度在140°C，以熱激活粘結(jié)劑纖維。在烘箱之后，用輥立即壓縮該墊，其壓 縮方式使得初始形成的約45mm的厚度減小至約13mm。實(shí)例2A的組成實(shí)例2A的膨脹型安裝墊按照與上述對(duì)比實(shí)例2的方式相同的方式制備，不同之處 在于，曾被減為5%固體的10%的納米粒子分散體(相對(duì)于總墊組成)(以商品名‘‘BINDZIL CAT 220”得自Eka Chemicals(Sweden))在它們被送進(jìn)到預(yù)開口部分之前被利用手動(dòng)泵噴 灑機(jī)均勻地噴到傳送帶上的纖維上。實(shí)例2B的組成
實(shí)例2B的膨脹性材料安裝墊按照與上述對(duì)比實(shí)例2的方式相同的方式制備，不 同之處在于，2. 8%的納米粒子分散體(相對(duì)于總墊組成)(以商品名“AER0SIL 200”得自 Evonik Industries (Germany))在它們被送進(jìn)到預(yù)開口部分之前被利用手工地添加到傳送 帶上的纖維上。表3 500°C下的循環(huán)ff.縮試駘安裝密度為0. 5Qg/cm3(開放間隙)和0. 55g/ cm3(閉合間隙) 對(duì)于利用納米粒子的兩個(gè)實(shí)例(“BINDZIL CAT 220"and "AEROSIL 200”)，循環(huán) 壓力測試的結(jié)果顯示出了良好的壓力增加。表4 =RCFT的結(jié)果，安裝密度為0. 5R/cma 在兩個(gè)RCFT測試中，對(duì)于利用納米粒子的兩個(gè)實(shí)例，RCFT結(jié)果都顯示了良好的壓 力增加。特別地，在循環(huán)1和3的模擬應(yīng)用條件下，最低壓力的提高是顯著的(> 100% )。實(shí)例C3 和 3A根據(jù)上述用于制造實(shí)例C2、2A和2B的方法制造具有下述組成的比較例C3和 實(shí)例3A。除了在成型部分之后的粘結(jié)劑纖維的熱粘合工藝之外，利用針刺機(jī)(得自 Dilo(Eberbach. Germany))以每平方厘米24針來針刺墊。比較例C3的組成31. 8% 的纖維(‘‘IS0FRAX”)31. 8%的纖維(“SAFFIL 3D+，，)31. 8 %短切的石英纖維，其為65_長(以商品名‘‘SILICA YARNKl 1 C"得自 Steklovolokno)；所述纖維在800°C下的窖爐中被熱處理1小時(shí)
4. 6%的雙組分纖維(“TREVIRA 255，，)比較例3A的組成具有與比較例3的安裝墊相同組成的樣品被水中0. 5%納米粒子(‘‘LAP0NITE RD”)懸浮液浸漬，這是通過將墊浸漬到懸浮液中隨后在120°C的烘箱中干燥50分鐘來完成 的。
_3] 表5 500°C下的循環(huán)ff.縮試駘安裝密度為0. 52g/cm3(開放間隙)和0. 58g/
cm3(閉合間隙) 與不含納米粒子的比較例C3相比，可看出含有納米粒子(‘‘LAPONITE RD”)的安 裝墊的顯著(>100%)壓力增加。 對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的前 提下，可以對(duì)本發(fā)明作出可預(yù)見的修改和更改。本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)限于為了進(jìn)行示意性的說明 而在本申請中闡述的實(shí)施例。
權(quán)利要求
用于將污染控制裝置安裝到催化轉(zhuǎn)化器中的安裝墊，所述安裝墊包括無機(jī)纖維的非織造墊，其具有分布于其中的平均直徑為1nm至100nm的無機(jī)粒子，其中所述安裝墊不含有機(jī)粘結(jié)劑或含有基于所述安裝墊的總重量的不超過5重量％的有機(jī)粘結(jié)劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的安裝墊，其中所述無機(jī)粒子的粉末以至少0.5重量％的量包 含于所述墊中。
3.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的安裝墊，其中所述安裝墊還包含膨脹型材料。
4.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的安裝墊，其中所述無機(jī)纖維選自包括經(jīng)退火的熔 融形成的陶瓷纖維的熔融形成的陶瓷纖維、溶膠_凝膠形成的陶瓷纖維、多晶纖維、包括經(jīng) 熱處理的玻璃纖維的玻璃纖維、鋁硅纖維、生物可溶性纖維及它們的組合。
5.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的安裝墊，其中所述安裝墊是針刺的或縫編的。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的安裝墊，其還包括選自稀松布和結(jié)網(wǎng)的一個(gè)或多個(gè)層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的安裝墊，其中所述墊的一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)的主 要面包括稀松布或結(jié)網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的安裝墊，其中所述稀松布或結(jié)網(wǎng)包括無機(jī)纖維。
9.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的安裝墊，其中所述無機(jī)粒子的粉末包括二氧化硅、 氧化鋁或氧化鋯、二氧化鈦或硅酸鹽的氧化物。
10.污染控制裝置，所述污染控制裝置具有殼體、設(shè)置在所述殼體中的污染控制元件和 設(shè)置在所述污染控制元件與所述殼體之間用于定位所述污染控制元件并用于吸收機(jī)械和 熱沖擊的安裝墊，其中所述安裝墊包括根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的安裝墊。
11.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的安裝墊的方法，所述方法包括以下步驟(i)穿過在成型絲網(wǎng)上方設(shè)置的具有開放底部的成型箱的入口供應(yīng)無機(jī)纖維，以在所 述成型絲網(wǎng)上形成纖維墊，所述成型箱具有多個(gè)纖維分離輥和環(huán)形帶篩機(jī)，所述多個(gè)纖維 分離輥在所述入口和殼體底部之間的所述殼體中設(shè)置成至少一排，用于打散纖維團(tuán)；( )在纖維分離輥下方和所述成型絲網(wǎng)上方的環(huán)形帶篩機(jī)的下行帶上捕獲纖維團(tuán)；(iii)將捕獲的纖維團(tuán)在纖維分離輥上方的環(huán)形帶上傳送，以使捕獲的纖維團(tuán)能夠從 所述環(huán)形帶釋放，并接觸所述纖維分離輥并被所述纖維分離輥分開；(iv)通過所述成型絲網(wǎng)將所述纖維墊運(yùn)出所述成型箱；以及(ν)壓縮所述纖維墊并且將所述纖維墊限制在其壓縮狀態(tài)，從而獲得具有所需厚度的 安裝墊，其適用于將污染控制元件安裝在催化轉(zhuǎn)化器的所述殼體中，并且其中在所述安裝墊中提供平均直徑為Inm至IOOnm的無機(jī)粒子。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中通過將無機(jī)粒子的粉末供應(yīng)到所述成型箱中來 將所述無機(jī)粒子布置在所述安裝墊中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中通過在將所述無機(jī)纖維供應(yīng)到所述成型箱中之 前將所述無機(jī)粒子的分散體噴到所述無機(jī)纖維上，或者在所述墊的壓縮之前或之后將所述 分散體噴到所述纖維墊上，將所述無機(jī)粒子布置在所述安裝墊中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于將污染控制裝置安裝在催化轉(zhuǎn)化器中的安裝墊，所述安裝墊包括具有分布于其中的平均直徑為1nm至100nm的無機(jī)粒子的無機(jī)纖維的非織造墊，其中所述安裝墊不含有機(jī)粘結(jié)劑或含有基于所述安裝墊的總重量的不超過5重量％的有機(jī)粘結(jié)劑。本發(fā)明還涉及包括所述安裝墊的污染控制裝置和制造所述安裝墊的方法。
文檔編號(hào)F01N3/28GK101883917SQ200880118863
公開日2010年11月10日 申請日期2008年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日
發(fā)明者烏爾里?！だテ? 克勞斯·米登多夫, 哈拉爾德·H·克里格, 拉侯賽因·拉勞科 申請人:3M創(chuàng)新有限公司