專利名稱：高強(qiáng)度生物可溶性無機(jī)纖維隔絕墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
提供了包括生物可溶性無機(jī)纖維的耐高溫、抗振隔絕墊，其適用于汽車排氣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
催化轉(zhuǎn)換器和/或催化柴油顆粒過濾器通常包括在汽車的排氣系統(tǒng)中以減小排放到空氣中的污染物水平。盡管當(dāng)前使用的催化轉(zhuǎn)換器令人滿意地運(yùn)行，但是一旦達(dá)到其起燃溫度，在起燃期間存在污染問題。例如，已經(jīng)確定了從包括催化轉(zhuǎn)換器的汽車排氣系統(tǒng)排到大氣中的大量污染物在起燃周期形成。如本文使用的，起燃溫度是催化轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)化器中與排氣發(fā)生催化反應(yīng)的溫度。 催化起燃周期是催化轉(zhuǎn)化器達(dá)到其起燃溫度所需的時(shí)間。如果從發(fā)動(dòng)機(jī)移動(dòng)到催化轉(zhuǎn)換器的排氣熱量能夠比傳統(tǒng)的排氣系統(tǒng)保持更長的時(shí)間段，達(dá)到起燃溫度所需的時(shí)間將會(huì)減少。這將減少排氣污染物經(jīng)過排氣系統(tǒng)而不催化的持續(xù)時(shí)間，并且從而將減少釋放到大氣中的污染物量。隔絕的汽車排氣系統(tǒng)管保持排氣熱量的應(yīng)用，至少在它們接觸催化轉(zhuǎn)換器或其它催化排氣凈化裝置之前，將縮短起燃周期并對減少排向大氣的污染物量有利。例如，隔絕的排氣管可用于由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛的排氣系統(tǒng)中以將發(fā)動(dòng)機(jī)連接到催化轉(zhuǎn)換器。已知通過利用同心管中管結(jié)構(gòu)，以包含隔熱材料的管之間的空間，來隔絕汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管。還提出利用絕緣毯或排氣管外的墊。此用途中提出的墊包括由溶出二氧化硅纖維組成的墊和由多晶陶瓷纖維組成的墊。然而溶出二氧化硅墊具有有限允許溫度暴露和當(dāng)暴露在高溫時(shí)這些墊經(jīng)受的熱收縮百分比上的顯著缺點(diǎn)。多晶氧化鋁纖維墊通常昂貴得多并且具有顯示出不良振動(dòng)性能上的更多缺點(diǎn)。當(dāng)多晶氧化鋁纖維墊在操作中被加熱，用于制備墊的有機(jī)粘接劑被燃盡。這些墊然后將膨脹并且如果在壓力下未能充分抑制將會(huì)破碎。

發(fā)明內(nèi)容
希望提供用于汽車排氣系統(tǒng)的隔絕墊，其能夠被容易地處理和安裝，并且其使與更傳統(tǒng)使用的耐用耐火陶瓷氧化物纖維的吸入相關(guān)聯(lián)的控制問題最小化。


圖1是汽車排氣處理系統(tǒng)的一部分的示意性剖視圖。圖2是經(jīng)受針刺操作的濕墊的示意性擴(kuò)大剖視圖。圖3是實(shí)驗(yàn)性熱分析測試設(shè)置的示意性立式圖。圖4是顯示隔絕墊在熱暴露之后的線性收縮的曲線。圖5是顯示隔絕墊在熱暴露之前和之后的拉伸強(qiáng)度的曲線。
具體實(shí)施方式
提供了包括耐高溫?zé)o機(jī)纖維的耐高溫、抗振隔絕墊，其適用于汽車排氣系統(tǒng)。墊可包括生物可溶性無機(jī)纖維，在某些實(shí)施例中耐直到1100° C的溫度。隔絕墊適于包含汽車排氣系統(tǒng)內(nèi)的熱能，從而允許催化轉(zhuǎn)換器和/或催化柴油顆粒過濾器(DPF’ s)優(yōu)化地運(yùn)行。S卩，墊對熱管理和‘熱端’汽車排氣系統(tǒng)的隔絕有貢獻(xiàn)(包含排氣系統(tǒng)內(nèi)的熱能)從而使在催化轉(zhuǎn)換器或柴油顆粒過濾器中的催化更有效。例如，隔絕墊可用于隔絕用于將排氣從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)輸送到汽車排氣系統(tǒng)中的催化轉(zhuǎn)換器的排氣管，并且可適于允許在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到催化轉(zhuǎn)換器的起燃溫度，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間維持催化溫度。此外，本文所述的隔絕墊可用作用于排氣處理裝置的錐形隔絕物。例如，排氣處理裝置典型地包括殼體，位于殼體內(nèi)的易碎結(jié)構(gòu)，置于易碎結(jié)構(gòu)和殼體之間的安裝墊，用于將排氣管或?qū)Ч芨浇拥綒んw的入口和出口端部錐形組件。每個(gè)端部錐形組件典型地包括內(nèi)端部錐形殼體，外端部錐形殼體，和置于內(nèi)和外端部錐形殼體之間的間隙或空間內(nèi)的端部錐形隔絕物。典型地提供端部錐形隔絕物來阻止熱量從排氣處理裝置的端部錐形區(qū)域放射并且防止置于排氣處理裝置的易碎結(jié)構(gòu)和殼體之間的安裝墊的端部錐形面對邊緣暴露于熱排氣。根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，隔絕墊可為自支撐的以置于排氣處理裝置的端部錐形內(nèi)， 排氣處理裝置包括外金屬錐形和自支撐錐形隔絕物。根據(jù)本實(shí)施例，端部錐形組件不具有內(nèi)金屬錐形。隔絕墊為了安全原因還可用于熱隔絕汽車排氣系統(tǒng)的其他部分，和/或保護(hù)和隔絕周圍的電氣和塑料部件。根據(jù)某些實(shí)施例，隔絕墊包括大致整體，大體上不膨脹層，耐高溫、生物可溶性無機(jī)纖維的板層或片，例如堿土金屬硅酸鹽纖維?！按篌w上不膨脹”意味著隔絕墊在對于包含墊的膨脹材料所期望的熱量應(yīng)用時(shí)不容易膨脹。當(dāng)然，墊的一些膨脹不根據(jù)其熱膨脹系數(shù)發(fā)生，而是膨脹量與采用膨脹材料的可用量的墊膨脹相對是不大的且最小化的。術(shù)語“生物可溶性無機(jī)纖維”指的是可溶的或以其他方式在生理介質(zhì)中或在模擬生理介質(zhì)(例如模擬肺液，鹽溶液，緩沖鹽溶液等等)中可分解的無機(jī)纖維。纖維的溶解度可通過在模擬生理介質(zhì)中測量作為時(shí)間的函數(shù)的纖維的溶解度而評估。生物可溶性還能夠通過在測試動(dòng)物中觀察纖維直接移植的效果或通過已經(jīng)暴露于纖維的動(dòng)物或人體的檢查而估計(jì)，即生物難分解性。在生理介質(zhì)中用于測量纖維的生物可溶性(即非持久性)的方法在受讓給Unifrax I LLC的美國專利No. 5，874，375中公開，其通過引用并入本文。其他方法適于評估無機(jī)纖維的生物可溶性。根據(jù)某些實(shí)施例，生物可溶性纖維當(dāng)作為0. Ig樣本暴露于37° C的0. 3ml/min的模擬肺液流時(shí)呈現(xiàn)至少30ng/cm2-hr的溶解度。根據(jù)其他實(shí)施例，生物可溶性無機(jī)纖維當(dāng)作為0. Ig樣本暴露于37° C的0. 3ml/min的模擬肺液流時(shí)呈現(xiàn)至少 50ng/cm2-hr，或至少 IOOng/cm2_hr，或至少 1000ng/cm2_hr 的溶解度。估計(jì)纖維的生物可溶性的另一途徑是基于纖維的組分。例如，德國基于組分索引 (KI值)分類可吸入無機(jī)氧化物纖維。KI值通過加上堿和堿土氧化物的重量百分比和減去無機(jī)氧化物纖維中氧化鋁重量百分比的兩倍來計(jì)算。生物可溶性的無機(jī)纖維典型地具有約 40或更大的KI值。
能夠被用于為汽車排氣系統(tǒng)的各個(gè)部件(包括但不限于下行管隔絕物和端部錐形隔絕物)制備隔絕墊的非限制性適合例子包括在美國專利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 中公開的那些生物可溶性無
機(jī)纖維，其每個(gè)通過弓I用并入本文。根據(jù)某些實(shí)施例，生物可溶性堿土金屬硅酸鹽纖維可包括鎂和二氧化硅的氧化物混合物的纖維化產(chǎn)物。這些纖維通稱為鎂-硅酸鹽纖維。鎂-硅酸鹽纖維通常包括約60% 到約90%重量百分比的二氧化硅，從大于0到約35%重量百分比的氧化鎂和5%重量百分比或更少的雜質(zhì)的纖維化產(chǎn)物。根據(jù)某些實(shí)施例，堿土金屬硅酸鹽纖維包括約65%到約86%重量百分比的二氧化硅，約14%到約35%重量百分比的氧化鎂，0到約7%重量百分比的氧化鋯和5%重量百分比或更少的雜質(zhì)的纖維化產(chǎn)物。根據(jù)其他實(shí)施例，堿土金屬硅酸鹽纖維包括約70%到約86%重量百分比的二氧化硅，約14%到約30%重量百分比的氧化鎂，和5%重量百分比或更少的雜質(zhì)的纖維化產(chǎn)物。適合的鎂-硅酸鹽纖維可從Unifrax I LLCCNiagara Falls, New York)的注冊商標(biāo)為IS0FRAX 商業(yè)獲得?？缮逃玫腎S0FRAX纖維通常包括約 70%到約80%重量百分比的二氧化硅，約18%到約27%重量百分比的氧化鎂和4%重量百分比或更少的雜質(zhì)的纖維化產(chǎn)物。根據(jù)某些實(shí)施例，生物可溶性堿土金屬硅酸鹽纖維可包括鈣，鎂和二氧化硅的氧化物混合物的纖維化產(chǎn)物。這些纖維通稱為氧化鈣-氧化鎂-硅酸鹽纖維。根據(jù)某些實(shí)施例，氧化鈣-氧化鎂-硅酸鹽纖維包括約45%到約90%重量百分比的二氧化硅，從大于0 到約45%重量百分比的氧化鈣，從大于0到約35%重量百分比的氧化鎂，和10%重量百分比或更少的雜質(zhì)的纖維化產(chǎn)物?？捎玫难趸}-氧化鎂-硅酸鹽纖維可從Unifrax I LLC (Niagara Falls, New York)的注冊商標(biāo)為INSULFRAX商業(yè)獲得。INSULFRAX 纖維通常包括約61%到約67%重量百分比的二氧化硅，從約27%到約33%重量百分比的氧化鈣，和從約 2%到約7%重量百分比的氧化鎂的纖維化產(chǎn)物。其他適合的氧化鈣-氧化鎂-硅酸鹽纖維可從Thermal Ceramics (Augusta, Georgia)的商標(biāo)名稱為 SUPERW00L 607 和 SUPERW00L 607 MAX 商業(yè)獲得。SUPERW00L 607 纖維包括約60%到約70%重量百分比的二氧化硅，從約25%到約35%重量百分比的氧化鈣， 和從約4%到約7%重量百分比的氧化鎂，和微量氧化鋁。SUPERW00L 607 MAX纖維包括約 60%到約70%重量百分比的二氧化硅，從約16%到約2 重量百分比的氧化鈣，和從約1 到約19%重量百分比的氧化鎂，和微量氧化鋁。隔絕墊可包括粘結(jié)劑或多于一種類型的粘結(jié)劑的混合物。適合的粘結(jié)劑包括有機(jī)粘結(jié)劑，無機(jī)粘結(jié)劑和這兩種類型的粘結(jié)劑的混合物。根據(jù)某些實(shí)施例，隔絕墊包括一種或多種有機(jī)粘結(jié)劑。有機(jī)粘結(jié)劑可以固體，液體，溶液，分散劑，乳膠，或類似形式提供。有機(jī)粘結(jié)劑可包括熱塑性或熱固性粘結(jié)劑，其在固化之后為柔性材料，該柔性材料能夠可選地在安裝的隔絕墊燃盡。適合的有機(jī)粘結(jié)劑的例子包括但不限于丙烯酸或(甲基)丙烯酸，苯乙烯和丁二烯的共聚物，乙烯基吡啶，丙烯腈，丙烯腈和苯乙烯的共聚物，氯乙烯，聚氨酯， 醋酸乙烯酯和乙烯的共聚物，聚酰胺，硅酮，等等的水基乳膠。其他樹脂包括低溫，柔性熱固性樹脂，例如不飽和聚酯，環(huán)氧樹脂和聚乙烯酯(例如聚乙烯乙酸脂或聚乙烯基丁醛乳膠)。有機(jī)粘結(jié)劑基于隔絕墊的總重量可被包括在0到約20%重量百分比量的隔絕墊中。沒有有機(jī)粘結(jié)劑，或使用少量(例如從約1%到約10%)重量百分比的有機(jī)粘結(jié)劑，有助于消除或減少在車輛第一次啟動(dòng)期間粘結(jié)劑燃盡產(chǎn)生的排氣。用于粘結(jié)劑的溶劑如果需要的話能夠包括用于所用粘結(jié)劑的水或適合的有機(jī)溶劑，例如丙酮。溶劑(如果使用的話)中粘結(jié)劑的溶液濃度能夠基于所需的粘結(jié)劑裝載和粘結(jié)劑系統(tǒng)的施工性能(粘度，固體含量等)由常規(guī)方法確定。隔絕墊可包括聚合粘結(jié)劑纖維來代替樹脂或液體粘結(jié)劑或與樹脂或液體粘結(jié)劑結(jié)合。這些聚合粘結(jié)劑纖維(如果存在的話)可在基于總組分的100%重量百分比的從大于 0到約20%重量百分比，從約1%到約15%重量百分比，或從約m到約10%重量百分比范圍內(nèi)的量中使用，以有助于將無機(jī)，生物可溶性纖維粘結(jié)在一起。粘結(jié)劑纖維的適合的例子包括聚乙烯醇纖維，聚烯烴纖維(例如聚乙烯和聚丙烯)，丙烯酸纖維，聚酯纖維，乙烯基醋酸乙脂纖維，尼龍纖維或者它們的組合。除了有機(jī)粘結(jié)劑以外，隔絕墊還可包括無機(jī)粘結(jié)劑材料。非限制性的適合無機(jī)粘結(jié)劑材料可包括氧化鋁，二氧化硅，和/或氧化鋯的膠體分散劑，例如膠體二氧化硅，膠體氧化鋁，膠體氧化鋯，或它們的混合物。膠體二氧化硅(例如那些可從Nalco Chemical Company獲得的)為水或其他液體介質(zhì)中納米尺寸二氧化硅顆粒的穩(wěn)定分散劑。膠體二氧化硅顆粒的直徑尺寸可在約4到約100納米的范圍內(nèi)。膠體二氧化硅可被例如鈉或銨離子穩(wěn)定化，并且可具有約2到約12的pH值范圍。其他適合的可選無機(jī)粘結(jié)劑材料包括煅燒和/或未煅燒粘土座位對濕法成型工藝的輔助，例如但不限于，硅鎂土，球狀粘土，膨潤土，鋰蒙脫石，高嶺石，藍(lán)晶石，蒙脫石，坡縷石，皂石，海泡石，硅線石，或者它們的組合。粘土無機(jī)粘結(jié)劑顆粒尺寸可為約150微米或更小，在某些實(shí)施例中小于約45微米。根據(jù)某些實(shí)施例，隔絕墊可選地包括其他已知的非吸入性無機(jī)纖維(二次無機(jī)纖維)例如二氧化硅纖維，溶出二氧化硅纖維(塊狀或短切連續(xù))，S-玻璃纖維，S2玻璃纖維， E-玻璃纖維，玻璃絲纖維，短切連續(xù)礦物纖維(包括但不限于玄武巖或輝綠巖纖維)和它們的組合物等等，其適合于所需的特定溫度應(yīng)用。這種無機(jī)纖維可以基于整個(gè)墊的100%重量百分比的從大于0到約40%重量百分比的量被添加到隔絕墊。二次無機(jī)纖維可商業(yè)獲得。例如，溶出二氧化硅纖維可使用本領(lǐng)域已知的任何技術(shù)溶出，例如通過使玻璃纖維受到酸溶液或適于從纖維提取非硅酸氧化物和其他組分的其他溶液。一種制造溶出玻璃纖維的工藝被包含在美國專利2，624，658和歐洲專利申請 0973697 中。溶出玻璃纖維可從 BelChem Fiber Materials GmbH, Germany 的商標(biāo) BELCOTEX, Gardena California 的 Hitco Carbon Composites, Inc.的注冊商標(biāo) REFRASIL 以及 Polotsk-Steklovolokno, Republic of Belarus 的名稱 PS-23 (R)獲得。S2-玻璃纖維典型地包含從約64%到約66%的二氧化硅，從約24%到約25%的氧化鋁,和從約9%到約10%的氧化鎂。S2-玻璃纖維可從Owens Corning, Toledo, Ohio商業(yè)獲得。在一個(gè)實(shí)施例中，隔絕墊通過造紙工藝制備，其中纖維可與粘結(jié)劑或其他粘結(jié)劑纖維混合以形成混合物或漿體。纖維組分可以約0. 25%到5%稠度或固體含量(0. 25-5份固體對99. 75-95份水)混合。漿體然后可以水稀釋以增強(qiáng)成型，并且其可最終利用絮凝劑或排水保持輔助化學(xué)品絮凝。其他典型的造紙組分或化學(xué)品可存在，例如粘度改性劑，粘結(jié)劑等等。絮凝混合物或漿體可被放置到造紙機(jī)上以形成為包含紙的纖維板層或片。為了更詳細(xì)地描述造紙技術(shù)，見美國專利3，458，329，其公開通過引用并入本文。隔絕墊能夠替代地由真空鑄造漿體成型。在用于制造主題隔絕墊的工藝的一個(gè)實(shí)施例中，耐高溫纖維和有機(jī)/無機(jī)粘結(jié)劑在Rotoformer (真空圓網(wǎng)抄紙機(jī))上被濕法紡織，并且然后仍然濕的紙或板在進(jìn)給通過干燥箱之前通過“針機(jī)”處理。該處理包括仍在干燥片之前利用液態(tài)造紙溶液或漿體弄濕時(shí)， 針刺纖維以此來交織或纏繞所述纖維。由此產(chǎn)生的隔絕墊與現(xiàn)有技術(shù)的隔絕片相比是致密和加強(qiáng)的。在典型的纖維針刺操作中(一般緊隨纖維化步驟之后)，潤滑液體(通常為油或其他潤滑有機(jī)材料)用于阻止纖維破壞并有助于纖維移動(dòng)和交織。在本工藝中，來自水成型， 造紙工藝的水用于輔助針刺處理。針刺意味著將導(dǎo)致纖維從紙或片內(nèi)的水平面位移以及在紙或片的相對表面之間延伸一定長度的任何操作。針刺設(shè)備典型地包括水平面，纖維網(wǎng)放置在水平表面上或在其上移動(dòng)，并且包括針板，其承載一列向下延伸的針。針板使針反復(fù)進(jìn)出網(wǎng)，并使一些網(wǎng)纖維重新定向到與網(wǎng)表面基本上垂直的表面。針能夠推動(dòng)纖維從一個(gè)方向通過網(wǎng)，或例如通過使用針上的倒刺能夠從網(wǎng)頂部推動(dòng)纖維和從網(wǎng)底部拉動(dòng)纖維。通過帶倒刺的針利用纖維紙或片的全部或部分穿刺提供了纖維的物理交織。另外地或替代地，水交織方法可用于纏繞和交織纖維。在水交織工藝中，小的高強(qiáng)度水射流沖擊到松散纖維的層或片上，其中纖維被支撐在穿孔表面上，例如金屬絲網(wǎng)篩或穿孔滾筒。液體射流導(dǎo)致纖維(相對短并且具有松散端部)變得重新排列，其中纖維的至少一些部分變得圍繞彼此物理交織，卷繞和/或纏繞。在某些實(shí)施例中，耐高溫生物可溶性無機(jī)纖維(例如IS0FRAX堿土金屬硅酸鹽纖維)可具有約1微米到約3. 5微米的平均直徑；在一些實(shí)施例中，為約2到約2. 5微米。二次無機(jī)纖維(例如S2玻璃纖維)可具有約5微米到約15微米的平均直徑；在一些實(shí)施例中， 為約9微米。堿土金屬硅酸鹽纖維的長度范圍可從太短而不能有效針刺，到足夠長以針刺、交織和纏繞。在某些實(shí)施例中，通a^ttled Volume (SV)方法(定體積)的直接長度測量方法，生物可溶性無機(jī)纖維具有對應(yīng)于300ml的最小SV的最小長度。二次無機(jī)纖維(例如S2 玻璃纖維)可具有從約1/8英寸到約1. 5英寸的平均長度；在一些實(shí)施例中，約為0. 5英寸。在某些實(shí)施例中，二次纖維可通過對復(fù)合系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)而以拉伸強(qiáng)度和總‘網(wǎng)強(qiáng)度’協(xié)助，由此更長的二次纖維輔助纖維混合物的針刺。不受理論的限制，想到更長的二次無機(jī)纖維輔助形成結(jié)構(gòu)，或‘支架連接’，其將所有纖維保持在一起。在針刺或水交織仍濕的紙或真空鑄造墊之后，墊在烘箱中被干燥，例如但不是限制，在約80° C到約700° C。隔絕墊能夠以輥形式提供，或能夠被模制出。隔絕墊可作為薄外形的彈性隔絕片操作，提供易于處理且靈活的形式，以此來能夠提供排氣組件的至少一部分的總纏繞(如果需要的話)而不破裂。如圖1所示，在一個(gè)實(shí)施例中，互鎖纖維隔絕墊10適于在汽車排氣管12的外表面周圍放置，其連接具有例如催化轉(zhuǎn)換器的排氣處理裝置14的發(fā)動(dòng)機(jī)，或如所示的，柴油顆粒過濾器，其可包括碳化硅(SiC)基底16。因此，互鎖纖維隔絕墊10暴露于排氣系統(tǒng)的熱端，接近內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中存在的熱排氣20 (未示出)。因此，隔絕墊10輔助維持氣體20的熱量直到它們經(jīng)過排氣處理裝置14。錐形隔絕物18 (排氣管12和排氣處理裝置14之間的入口連接器19內(nèi)部或外部)也可將熱排氣 20與外部環(huán)境熱隔離。錐形隔絕物18可包括類似于或等同于隔絕墊10的互鎖纖維隔絕墊，或替代地可包括與互鎖纖維隔絕墊10不同的纖維組分。仍熱的排氣20經(jīng)過排氣處理裝置14，例如具有碳化硅(SiC)基底16的柴油顆粒過濾器(DPF)，其可通過隔絕支撐墊22安裝在排氣處理裝置14中。支撐墊22具有除了隔絕墊10以外的所需特征。當(dāng)排氣20經(jīng)過排氣處理裝置14時(shí)，它們基本上完全轉(zhuǎn)化成CO2, H2O和N2氣體M。例子
隔絕墊根據(jù)下面的配方和工藝制備，并且在典型地用于測試汽車排氣下行管隔絕物的條件下進(jìn)行測試。配方
洗滌Isofrax堿土金屬硅酸鹽纖維77%
1/2英寸短切S2玻璃纖維15%
膨潤土粘土3%
丙烯酸樹脂乳膠粘結(jié)劑5%
Rotoformer造紙工藝洗滌纖維，
添加粘土，S2玻璃纖維，粘結(jié)劑，絮凝， 在Rotoformer滾筒上濕法成型， 濕針刺， 烘箱干燥，
從墊產(chǎn)物卷軋或制備片。質(zhì)量測試。濕針刺步驟允許非常易碎纖維纏繞而不顯著破壞。濕針刺進(jìn)一步提供高強(qiáng)度，甚至在有機(jī)粘結(jié)劑已經(jīng)在下面所述的測試程序或車輛的初始操作期間已經(jīng)被燃盡之后，其導(dǎo)致墊保持耐用性，甚至在汽車排氣系統(tǒng)經(jīng)受的振動(dòng)條件下。如圖2所示，針刺包括在仍濕的條件下在座板32和脫模板34之間通過成型紙30。 座板32內(nèi)的孔口 36和脫模板34內(nèi)的孔口 38允許帶倒刺的針40以往復(fù)方式通過，如箭頭 44所示。針40推拉紙30中的纖維42以引入交織三維互鎖方向到纖維42，使在烘箱中基本上干燥的紙30加強(qiáng)。如圖3所示，隔絕紙墊10通過沿收縮縫M纏繞在不銹鋼排氣管50 (SS304)周圍而測試其熱性能。熱氣52在約600° C經(jīng)過不銹鋼管50以模擬汽車排氣下行管應(yīng)用中的熱排氣。主題隔絕墊10和溶出二氧化硅類型墊以6mm厚度和1000g/m2的紙張重量安裝。 熱圖片在5，10，15和20分鐘獲取，并最終結(jié)果在30分鐘獲得。隔絕墊10外部的熱圖像顯示出91.7° C的冷面溫度。比較以相同方式測試的溶出二氧化硅基墊，其顯示出105.9° C 的冷面溫度。因此，主題隔絕墊10在管50內(nèi)保持熱能更有效，而不是允許其耗散到系統(tǒng)外部。為了測試收縮，生物可溶性纖維隔絕墊和溶出二氧化硅纖維墊的樣本在1100° C 受熱M小時(shí)。如圖4所示，溶出二氧化硅纖維墊(圖4中稱作(II))收縮約7%，而生物可溶性無機(jī)纖維隔絕墊(圖4中稱作(I))收縮小于1%。生物可溶性纖維隔絕墊，溶出二氧化硅纖維墊，多晶氧化鋁墊以及非膨脹催化轉(zhuǎn)換器隔絕墊的樣本被測試以確定未處理時(shí)的(green)條件(S卩，干燥但不受到模擬汽車排氣應(yīng)用的熱量)和在暴露于800° C之后的條件下的拉伸強(qiáng)度。圖5示出了測試結(jié)果，其中(I) 表示生物可溶性纖維隔絕墊，(II)表示溶出二氧化硅纖維墊，(III)表示多晶氧化鋁墊，和 (IV)表示非膨脹催化轉(zhuǎn)換器隔絕墊。這些結(jié)果指示生物可溶性纖維隔絕墊(I)在暴露于高溫之后經(jīng)受最小百分比的拉伸強(qiáng)度下降。此外，生物可溶性纖維隔絕墊(I)顯示出測試的墊的最高暴露后拉伸強(qiáng)度。生物可溶性纖維隔絕墊和多晶氧化鋁墊的樣本為抗振性測試，模擬以再現(xiàn)在墊的使用壽命期間在汽車應(yīng)用中經(jīng)受的振動(dòng)。墊首先在700° C加熱10小時(shí)。當(dāng)振動(dòng)頻率變化超過10%時(shí)預(yù)測的測試規(guī)程失效。多晶氧化鋁墊在約19小時(shí)失效，而生物可溶性纖維隔絕墊在25小時(shí)測試的持續(xù)時(shí)間內(nèi)顯示出基本上不變的頻率。主題隔絕墊由作為其大組分的生物可溶性纖維制成。主題隔絕墊比多晶氧化鋁纖維墊(其被提議用于汽車排氣系統(tǒng)應(yīng)用)具有顯著低的單元損失。主題隔絕墊比由溶出二氧化硅纖維材料制備的墊顯示出顯著低的熱收縮。主題隔絕墊還配方設(shè)計(jì)為包含較低有機(jī)粘結(jié)劑含量，使得在汽車應(yīng)用中的初始啟動(dòng)期間最小化氣味和煙生成。粘結(jié)劑可被添加到主題隔絕墊配方以易于處理和安裝。粘結(jié)劑提供了更光滑更人滿意的表面并且還提供了靈活性。然而，由于用于生產(chǎn)主題隔絕墊的濕針刺工藝，不唯一依靠有機(jī)粘結(jié)劑來在生產(chǎn)、安裝和操作期間將墊保持在一起。即使在現(xiàn)有任何有機(jī)粘結(jié)劑燃盡之后，主題隔絕墊仍被墊的針刺纖維結(jié)構(gòu)保持在一起。因此，主題隔絕墊即使在高溫下也是抗振的。不像催化轉(zhuǎn)換器安裝墊材料，主題隔絕墊能夠使用而不必須將其保持在任何顯著壓力下。換言之，在典型汽車排氣系統(tǒng)振動(dòng)和溫度條件下，尤其在‘熱端’排氣隔絕應(yīng)用下， 隔絕墊不需要被壓縮到目標(biāo)密度(間隙體積密度)以此來在操作期間保持完整。然而，在典型操作環(huán)境中，隔絕墊可具有薄覆蓋(例如薄金屬片)以保護(hù)其以防沖擊和一般環(huán)境。然而， 隔絕墊不需要被密封以防外部環(huán)境。例如在某些應(yīng)用中，邊緣可暴露于空氣或濕氣。非膨脹生物可溶性纖維隔絕墊顯示出良好的隔絕值(好于氣隙)，對濕氣和鹽分的抵抗以在汽車環(huán)境中具有耐用性，耐高溫(直到1000° C)，靈活性以易于在復(fù)雜形狀周圍安裝，以及提高的徑向振動(dòng)耐用性。主題隔絕墊顯示出高拉伸強(qiáng)度，其足以允許墊在暴露以高溫之后保持就位，并且具有低有機(jī)含量(在一些實(shí)施例中小于約3%)以在初始加熱期間低粘結(jié)劑燃盡以及點(diǎn)火的低損失。主題墊成本比高性能轉(zhuǎn)化器墊(例如多晶氧化鋁墊)低，同時(shí)提供優(yōu)越的性能。生物可溶性纖維隔絕墊對于隔絕汽車排氣應(yīng)用(例如下行管，歧管)和消音器隔絕物以及催化轉(zhuǎn)換器入口和出口錐形隔絕物是有用的。主題隔絕墊還適合用作汽車熱屏蔽。 主題隔絕墊還可用于包裹燃料電池內(nèi)的發(fā)熱元件。包括隔絕墊的隔絕墊和設(shè)備或裝置不限于上述說明性實(shí)施例，而是包括由下面權(quán)利要求限定的變體、修改和等同實(shí)施例。上述實(shí)施例在替代物中不是必須的，因?yàn)楦鞣N實(shí)施例可結(jié)合以提供所需特性。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度生物可溶性無機(jī)纖維隔絕墊，包括耐高溫堿土金屬硅酸鹽纖維和可選添加的非吸入性無機(jī)纖維，其特征在于，所述隔絕墊具有部分互鎖的纖維結(jié)構(gòu)和在暴露于至少600° C的溫度之前的小于20%重量百分比的有機(jī)物含量。
2.如權(quán)利要求1所述的隔絕墊，其特征在于，所述生物可溶性纖維包括氧化鎂和二氧化硅的纖維化產(chǎn)物。
3.如權(quán)利要求2所述的隔絕墊，其特征在于，所述生物可溶性纖維包括約65%到約86% 重量百分比的二氧化硅，約14%到約35%重量百分比的氧化鎂和5%重量百分比或更少的雜質(zhì)的纖維化產(chǎn)物。
4.如權(quán)利要求3所述的隔絕墊，其特征在于，所述生物可溶性纖維包括約70%到約86% 重量百分比的二氧化硅，約14%到約30%重量百分比的氧化鎂和約5%重量百分比或更少的雜質(zhì)的纖維化產(chǎn)物。
5.如權(quán)利要求4所述的隔絕墊，其特征在于，所述生物可溶性纖維包括約70%到約80% 重量百分比的二氧化硅，約18%到約27%重量百分比的氧化鎂和0到4%重量百分比的雜質(zhì)的纖維化產(chǎn)物。
6.如權(quán)利要求1所述的隔絕墊，其特征在于，生物可溶性纖維包括氧化鈣，氧化鎂和二氧化硅的纖維化產(chǎn)物。
7.如權(quán)利要求6所述的隔絕墊，其特征在于，所述生物可溶性纖維包括約45%到約90% 重量百分比的二氧化硅，大于0到約45%重量百分比的氧化鈣，和大于0到約35%重量百分比的氧化鎂的纖維化產(chǎn)物。
8.如權(quán)利要求7所述的隔絕墊，其特征在于，所述生物可溶性纖維包括約60%到約70% 重量百分比的二氧化硅，從約16%到約35%重量百分比的氧化鈣，和從約4%到約19%重量百分比的氧化鎂的纖維化產(chǎn)物。
9.如權(quán)利要求8所述的隔絕墊，其特征在于，所述生物可溶性纖維包括約61%到約67% 重量百分比的二氧化硅，從約27%到約33%重量百分比的氧化鈣，和從約洲到約7%重量百分比的氧化鎂的纖維化產(chǎn)物。
10.如權(quán)利要求1所述的隔絕墊，其特征在于，所述隔絕墊包括所述生物可溶性無機(jī)纖維的從約50%到100%重量百分比。
11.如權(quán)利要求10所述的隔絕墊，其特征在于，所述非吸入性無機(jī)纖維包括二氧化硅纖維，溶出二氧化硅纖維，S-玻璃纖維，S2玻璃纖維，E-玻璃纖維，玻璃絲纖維，短切連續(xù)礦物纖維，或者它們的組合中的至少一個(gè)。
12.如權(quán)利要求1所述的隔絕墊，還包括至少一個(gè)有機(jī)粘結(jié)劑，至少一個(gè)無機(jī)粘結(jié)劑， 或者它們的組合。
13.如權(quán)利要求12所述的隔絕墊，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)劑包括丙烯酸或(甲基) 丙烯酸，苯乙烯和丁二烯的共聚物，乙烯基吡啶，丙烯腈，丙烯腈和苯乙烯的共聚物，氯乙烯，聚氨酯，醋酸乙烯酯和乙烯的共聚物，聚酰胺，硅酮，不飽和聚酯，環(huán)氧樹脂，聚乙烯酯， 聚醋酸乙烯酯，聚乙烯基丁醛，聚乙烯醇纖維，聚乙烯纖維，聚丙烯纖維，丙烯酸纖維，聚酯纖維，乙烯基醋酸乙脂纖維，尼龍纖維，或者它們的組合的乳膠中的至少一個(gè)。
14.如權(quán)利要求12所述的隔絕墊，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)劑包括丙烯酸乳膠。
15.如權(quán)利要求12所述的隔絕墊，其特征在于，所述無機(jī)粘結(jié)劑包括膠體二氧化硅，膠體氧化鋁，膠體氧化鋯，或它們的混合物中的至少一個(gè)。
16.如權(quán)利要求12所述的隔絕墊，其特征在于，所述無機(jī)粘結(jié)劑包括膠體二氧化硅。
17.如權(quán)利要求12所述的隔絕墊，其特征在于，所述無機(jī)粘結(jié)劑包括粘土。
18.如權(quán)利要求12所述的隔絕墊，其特征在于，所述粘土包括煅燒和/或未煅燒硅鎂土，球狀粘土，膨潤土，鋰蒙脫石，高嶺石，藍(lán)晶石，蒙脫石，坡縷石，皂石，海泡石，硅線石，或者它們的組合。
19.一種用于生產(chǎn)如權(quán)利要求1所述的隔絕墊的工藝，包括制備濕紙或板，其包括耐高溫纖維和可選地有機(jī)粘結(jié)劑或無機(jī)粘結(jié)劑的至少一個(gè)；以及在干燥之前在所述濕紙或板中交織或纏繞所述纖維。
20.如權(quán)利要求19所述的工藝，其特征在于，所述交織或纏繞包括針刺或水刺所述濕紙或板中的至少一個(gè)。
21.一種如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度無機(jī)生物可溶性纖維隔絕墊由以下工藝獲得a.制備濕紙或板，其包括耐高溫堿土金屬硅酸鹽纖維和可選地有機(jī)粘結(jié)劑或無機(jī)粘結(jié)劑的至少一個(gè)；以及b.在干燥之前在所述濕紙或板中交織或纏繞所述纖維。
22.如權(quán)利要求1所述的隔絕墊，其特征在于，所述隔絕墊接合汽車排氣系統(tǒng)的下行管。
23.如權(quán)利要求1所述的隔絕墊，其特征在于，所述隔絕墊包括錐形隔絕物。
全文摘要
一種高強(qiáng)度無機(jī)生物可溶性纖維隔絕墊(10)包含耐高溫堿土金屬硅酸鹽纖維(42)和可選地添加的非吸入性無機(jī)纖維，其中，所述隔絕墊(10)具有部分互鎖的纖維(42)結(jié)構(gòu)和在暴露于至少600°C的溫度之前的小于20%重量百分比的有機(jī)物含量。一種生產(chǎn)所述隔絕墊(10)的工藝包括制備濕紙(30)或板，其包括耐高溫纖維(42)和可選地有機(jī)粘結(jié)劑或無機(jī)粘結(jié)劑的至少一個(gè)；以及在干燥之前在所述濕紙(30)或板中交織或纏繞所述纖維(42)。
文檔編號B01D53/94GK102271781SQ200980153724
公開日2011年12月7日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月5日
發(fā)明者A. 費(fèi)爾南多 J., B. 米勒 K. 申請人:尤尼弗瑞克斯 I 有限責(zé)任公司