高強度生物可溶性無機纖維隔絕墊的製作方法

2023-05-28 09:41:41 4

專利名稱：高強度生物可溶性無機纖維隔絕墊的製作方法
技術領域：
提供了包括生物可溶性無機纖維的耐高溫、抗振隔絕墊，其適用於汽車排氣系統。
背景技術：
催化轉換器和/或催化柴油顆粒過濾器通常包括在汽車的排氣系統中以減小排放到空氣中的汙染物水平。儘管當前使用的催化轉換器令人滿意地運行，但是一旦達到其起燃溫度，在起燃期間存在汙染問題。例如，已經確定了從包括催化轉換器的汽車排氣系統排到大氣中的大量汙染物在起燃周期形成。如本文使用的，起燃溫度是催化轉換器在轉化器中與排氣發生催化反應的溫度。 催化起燃周期是催化轉化器達到其起燃溫度所需的時間。如果從發動機移動到催化轉換器的排氣熱量能夠比傳統的排氣系統保持更長的時間段，達到起燃溫度所需的時間將會減少。這將減少排氣汙染物經過排氣系統而不催化的持續時間，並且從而將減少釋放到大氣中的汙染物量。隔絕的汽車排氣系統管保持排氣熱量的應用，至少在它們接觸催化轉換器或其它催化排氣淨化裝置之前，將縮短起燃周期並對減少排向大氣的汙染物量有利。例如，隔絕的排氣管可用於由內燃發動機驅動的車輛的排氣系統中以將發動機連接到催化轉換器。已知通過利用同心管中管結構，以包含隔熱材料的管之間的空間，來隔絕汽車發動機排氣管。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矽纖維組成的墊和由多晶陶瓷纖維組成的墊。然而溶出二氧化矽墊具有有限允許溫度暴露和當暴露在高溫時這些墊經受的熱收縮百分比上的顯著缺點。多晶氧化鋁纖維墊通常昂貴得多並且具有顯示出不良振動性能上的更多缺點。當多晶氧化鋁纖維墊在操作中被加熱，用於製備墊的有機粘接劑被燃盡。這些墊然後將膨脹並且如果在壓力下未能充分抑制將會破碎。

發明內容
希望提供用於汽車排氣系統的隔絕墊，其能夠被容易地處理和安裝，並且其使與更傳統使用的耐用耐火陶瓷氧化物纖維的吸入相關聯的控制問題最小化。


圖1是汽車排氣處理系統的一部分的示意性剖視圖。圖2是經受針刺操作的溼墊的示意性擴大剖視圖。圖3是實驗性熱分析測試設置的示意性立式圖。圖4是顯示隔絕墊在熱暴露之後的線性收縮的曲線。圖5是顯示隔絕墊在熱暴露之前和之後的拉伸強度的曲線。
具體實施方式
提供了包括耐高溫無機纖維的耐高溫、抗振隔絕墊，其適用於汽車排氣系統。墊可包括生物可溶性無機纖維，在某些實施例中耐直到1100° C的溫度。隔絕墊適於包含汽車排氣系統內的熱能，從而允許催化轉換器和/或催化柴油顆粒過濾器(DPF』 s)優化地運行。S卩，墊對熱管理和『熱端』汽車排氣系統的隔絕有貢獻(包含排氣系統內的熱能)從而使在催化轉換器或柴油顆粒過濾器中的催化更有效。例如，隔絕墊可用於隔絕用於將排氣從內燃發動機輸送到汽車排氣系統中的催化轉換器的排氣管，並且可適於允許在短時間內達到催化轉換器的起燃溫度，並且在發動機操作期間維持催化溫度。此外，本文所述的隔絕墊可用作用於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，位於殼體內的易碎結構，置於易碎結構和殼體之間的安裝墊，用於將排氣管或導管附接到殼體的入口和出口端部錐形組件。每個端部錐形組件典型地包括內端部錐形殼體，外端部錐形殼體，和置於內和外端部錐形殼體之間的間隙或空間內的端部錐形隔絕物。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域放射並且防止置於排氣處理裝置的易碎結構和殼體之間的安裝墊的端部錐形面對邊緣暴露於熱排氣。根據進一步的實施例，隔絕墊可為自支撐的以置於排氣處理裝置的端部錐形內， 排氣處理裝置包括外金屬錐形和自支撐錐形隔絕物。根據本實施例，端部錐形組件不具有內金屬錐形。隔絕墊為了安全原因還可用於熱隔絕汽車排氣系統的其他部分，和/或保護和隔絕周圍的電氣和塑料部件。根據某些實施例，隔絕墊包括大致整體，大體上不膨脹層，耐高溫、生物可溶性無機纖維的板層或片，例如鹼土金屬矽酸鹽纖維。「大體上不膨脹」意味著隔絕墊在對於包含墊的膨脹材料所期望的熱量應用時不容易膨脹。當然，墊的一些膨脹不根據其熱膨脹係數發生，而是膨脹量與採用膨脹材料的可用量的墊膨脹相對是不大的且最小化的。術語「生物可溶性無機纖維」指的是可溶的或以其他方式在生理介質中或在模擬生理介質(例如模擬肺液，鹽溶液，緩衝鹽溶液等等)中可分解的無機纖維。纖維的溶解度可通過在模擬生理介質中測量作為時間的函數的纖維的溶解度而評估。生物可溶性還能夠通過在測試動物中觀察纖維直接移植的效果或通過已經暴露於纖維的動物或人體的檢查而估計，即生物難分解性。在生理介質中用於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，其通過引用併入本文。其他方法適於評估無機纖維的生物可溶性。根據某些實施例，生物可溶性纖維當作為0. Ig樣本暴露於37° C的0. 3ml/min的模擬肺液流時呈現至少30ng/cm2-hr的溶解度。根據其他實施例，生物可溶性無機纖維當作為0. Ig樣本暴露於37° C的0. 3ml/min的模擬肺液流時呈現至少 50ng/cm2-hr，或至少 IOOng/cm2_hr，或至少 1000ng/cm2_hr 的溶解度。估計纖維的生物可溶性的另一途徑是基於纖維的組分。例如，德國基於組分索引 (KI值)分類可吸入無機氧化物纖維。KI值通過加上鹼和鹼土氧化物的重量百分比和減去無機氧化物纖維中氧化鋁重量百分比的兩倍來計算。生物可溶性的無機纖維典型地具有約 40或更大的KI值。
能夠被用於為汽車排氣系統的各個部件(包括但不限於下行管隔絕物和端部錐形隔絕物)製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
機纖維，其每個通過弓I用併入本文。根據某些實施例，生物可溶性鹼土金屬矽酸鹽纖維可包括鎂和二氧化矽的氧化物混合物的纖維化產物。這些纖維通稱為鎂-矽酸鹽纖維。鎂-矽酸鹽纖維通常包括約60% 到約90%重量百分比的二氧化矽，從大於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的纖維化產物。根據某些實施例，鹼土金屬矽酸鹽纖維包括約65%到約86%重量百分比的二氧化矽，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的纖維化產物。根據其他實施例，鹼土金屬矽酸鹽纖維包括約70%到約86%重量百分比的二氧化矽，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的纖維化產物。適合的鎂-矽酸鹽纖維可從Unifrax I LLCCNiagara Falls, New York)的註冊商標為IS0FRAX 商業獲得。可商用的IS0FRAX纖維通常包括約 70%到約80%重量百分比的二氧化矽，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的纖維化產物。根據某些實施例，生物可溶性鹼土金屬矽酸鹽纖維可包括鈣，鎂和二氧化矽的氧化物混合物的纖維化產物。這些纖維通稱為氧化鈣-氧化鎂-矽酸鹽纖維。根據某些實施例，氧化鈣-氧化鎂-矽酸鹽纖維包括約45%到約90%重量百分比的二氧化矽，從大於0 到約45%重量百分比的氧化鈣，從大於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的纖維化產物。可用的氧化鈣-氧化鎂-矽酸鹽纖維可從Unifrax I LLC (Niagara Falls, New York)的註冊商標為INSULFRAX商業獲得。INSULFRAX 纖維通常包括約61%到約67%重量百分比的二氧化矽，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物。其他適合的氧化鈣-氧化鎂-矽酸鹽纖維可從Thermal Ceramics (Augusta, Georgia)的商標名稱為 SUPERW00L 607 和 SUPERW00L 607 MAX 商業獲得。SUPERW00L 607 纖維包括約60%到約70%重量百分比的二氧化矽，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矽，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。隔絕墊可包括粘結劑或多於一種類型的粘結劑的混合物。適合的粘結劑包括有機粘結劑，無機粘結劑和這兩種類型的粘結劑的混合物。根據某些實施例，隔絕墊包括一種或多種有機粘結劑。有機粘結劑可以固體，液體，溶液，分散劑，乳膠，或類似形式提供。有機粘結劑可包括熱塑性或熱固性粘結劑，其在固化之後為柔性材料，該柔性材料能夠可選地在安裝的隔絕墊燃盡。適合的有機粘結劑的例子包括但不限於丙烯酸或(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，聚醯胺，矽酮，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)。有機粘結劑基於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。沒有有機粘結劑，或使用少量(例如從約1%到約10%)重量百分比的有機粘結劑，有助於消除或減少在車輛第一次啟動期間粘結劑燃盡產生的排氣。用於粘結劑的溶劑如果需要的話能夠包括用於所用粘結劑的水或適合的有機溶劑，例如丙酮。溶劑(如果使用的話)中粘結劑的溶液濃度能夠基於所需的粘結劑裝載和粘結劑系統的施工性能(粘度，固體含量等)由常規方法確定。隔絕墊可包括聚合粘結劑纖維來代替樹脂或液體粘結劑或與樹脂或液體粘結劑結合。這些聚合粘結劑纖維(如果存在的話)可在基於總組分的100%重量百分比的從大於 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%重量百分比範圍內的量中使用，以有助於將無機，生物可溶性纖維粘結在一起。粘結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。除了有機粘結劑以外，隔絕墊還可包括無機粘結劑材料。非限制性的適合無機粘結劑材料可包括氧化鋁，二氧化矽，和/或氧化鋯的膠體分散劑，例如膠體二氧化矽，膠體氧化鋁，膠體氧化鋯，或它們的混合物。膠體二氧化矽(例如那些可從Nalco Chemical Company獲得的)為水或其他液體介質中納米尺寸二氧化矽顆粒的穩定分散劑。膠體二氧化矽顆粒的直徑尺寸可在約4到約100納米的範圍內。膠體二氧化矽可被例如鈉或銨離子穩定化，並且可具有約2到約12的pH值範圍。其他適合的可選無機粘結劑材料包括煅燒和/或未煅燒粘土座位對溼法成型工藝的輔助，例如但不限於，矽鎂土，球狀粘土，膨潤土，鋰蒙脫石，高嶺石，藍晶石，蒙脫石，坡縷石，皂石，海泡石，矽線石，或者它們的組合。粘土無機粘結劑顆粒尺寸可為約150微米或更小，在某些實施例中小於約45微米。根據某些實施例，隔絕墊可選地包括其他已知的非吸入性無機纖維(二次無機纖維)例如二氧化矽纖維，溶出二氧化矽纖維(塊狀或短切連續)，S-玻璃纖維，S2玻璃纖維， E-玻璃纖維，玻璃絲纖維，短切連續礦物纖維(包括但不限於玄武巖或輝綠巖纖維)和它們的組合物等等，其適合於所需的特定溫度應用。這種無機纖維可以基於整個墊的100%重量百分比的從大於0到約40%重量百分比的量被添加到隔絕墊。二次無機纖維可商業獲得。例如，溶出二氧化矽纖維可使用本領域已知的任何技術溶出，例如通過使玻璃纖維受到酸溶液或適於從纖維提取非矽酸氧化物和其他組分的其他溶液。一種製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 BELCOTEX, Gardena California 的 Hitco Carbon Composites, Inc.的註冊商標 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%的二氧化矽，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商業獲得。在一個實施例中，隔絕墊通過造紙工藝製備，其中纖維可與粘結劑或其他粘結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。漿體然後可以水稀釋以增強成型，並且其可最終利用絮凝劑或排水保持輔助化學品絮凝。其他典型的造紙組分或化學品可存在，例如粘度改性劑，粘結劑等等。絮凝混合物或漿體可被放置到造紙機上以形成為包含紙的纖維板層或片。為了更詳細地描述造紙技術，見美國專利3，458，329，其公開通過引用併入本文。隔絕墊能夠替代地由真空鑄造漿體成型。在用於製造主題隔絕墊的工藝的一個實施例中，耐高溫纖維和有機/無機粘結劑在Rotoformer (真空圓網抄紙機)上被溼法紡織，並且然後仍然溼的紙或板在進給通過乾燥箱之前通過「針機」處理。該處理包括仍在乾燥片之前利用液態造紙溶液或漿體弄溼時， 針刺纖維以此來交織或纏繞所述纖維。由此產生的隔絕墊與現有技術的隔絕片相比是緻密和加強的。在典型的纖維針刺操作中(一般緊隨纖維化步驟之後)，潤滑液體(通常為油或其他潤滑有機材料)用於阻止纖維破壞並有助於纖維移動和交織。在本工藝中，來自水成型， 造紙工藝的水用於輔助針刺處理。針刺意味著將導致纖維從紙或片內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。針刺設備典型地包括水平面，纖維網放置在水平表面上或在其上移動，並且包括針板，其承載一列向下延伸的針。針板使針反覆進出網，並使一些網纖維重新定向到與網表面基本上垂直的表面。針能夠推動纖維從一個方向通過網，或例如通過使用針上的倒刺能夠從網頂部推動纖維和從網底部拉動纖維。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，水交織方法可用於纏繞和交織纖維。在水交織工藝中，小的高強度水射流衝擊到鬆散纖維的層或片上，其中纖維被支撐在穿孔表面上，例如金屬絲網篩或穿孔滾筒。液體射流導致纖維(相對短並且具有鬆散端部)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。在某些實施例中，耐高溫生物可溶性無機纖維(例如IS0FRAX鹼土金屬矽酸鹽纖維)可具有約1微米到約3. 5微米的平均直徑；在一些實施例中，為約2到約2. 5微米。二次無機纖維(例如S2玻璃纖維)可具有約5微米到約15微米的平均直徑；在一些實施例中， 為約9微米。鹼土金屬矽酸鹽纖維的長度範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，生物可溶性無機纖維具有對應於300ml的最小SV的最小長度。二次無機纖維(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；在一些實施例中，約為0. 5英寸。在某些實施例中，二次纖維可通過對複合系統做出貢獻而以拉伸強度和總『網強度』協助，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纖維輔助形成結構，或『支架連接』，其將所有纖維保持在一起。在針刺或水交織仍溼的紙或真空鑄造墊之後，墊在烘箱中被乾燥，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，或能夠被模製出。隔絕墊可作為薄外形的彈性隔絕片操作，提供易於處理且靈活的形式，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，在一個實施例中，互鎖纖維隔絕墊10適於在汽車排氣管12的外表面周圍放置，其連接具有例如催化轉換器的排氣處理裝置14的發動機，或如所示的，柴油顆粒過濾器，其可包括碳化矽(SiC)基底16。因此，互鎖纖維隔絕墊10暴露於排氣系統的熱端，接近內燃發動機中存在的熱排氣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內部或外部)也可將熱排氣 20與外部環境熱隔離。錐形隔絕物18可包括類似於或等同於隔絕墊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經過排氣處理裝置14，例如具有碳化矽(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以外的所需特徵。當排氣20經過排氣處理裝置14時，它們基本上完全轉化成CO2, H2O和N2氣體M。例子
隔絕墊根據下面的配方和工藝製備，並且在典型地用於測試汽車排氣下行管隔絕物的條件下進行測試。配方
洗滌Isofrax鹼土金屬矽酸鹽纖維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劑5%
Rotoformer造紙工藝洗滌纖維，
添加粘土，S2玻璃纖維，粘結劑，絮凝， 在Rotoformer滾筒上溼法成型， 溼針刺， 烘箱乾燥，
從墊產物卷軋或製備片。質量測試。溼針刺步驟允許非常易碎纖維纏繞而不顯著破壞。溼針刺進一步提供高強度，甚至在有機粘結劑已經在下面所述的測試程序或車輛的初始操作期間已經被燃盡之後，其導致墊保持耐用性，甚至在汽車排氣系統經受的振動條件下。如圖2所示，針刺包括在仍溼的條件下在座板32和脫模板34之間通過成型紙30。 座板32內的孔口 36和脫模板34內的孔口 38允許帶倒刺的針40以往複方式通過，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，使在烘箱中基本上乾燥的紙30加強。如圖3所示，隔絕紙墊10通過沿收縮縫M纏繞在不鏽鋼排氣管50 (SS304)周圍而測試其熱性能。熱氣52在約600° C經過不鏽鋼管50以模擬汽車排氣下行管應用中的熱排氣。主題隔絕墊10和溶出二氧化矽類型墊以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，並最終結果在30分鐘獲得。隔絕墊10外部的熱圖像顯示出91.7° C的冷麵溫度。比較以相同方式測試的溶出二氧化矽基墊，其顯示出105.9° C 的冷麵溫度。因此，主題隔絕墊10在管50內保持熱能更有效，而不是允許其耗散到系統外部。為了測試收縮，生物可溶性纖維隔絕墊和溶出二氧化矽纖維墊的樣本在1100° C 受熱M小時。如圖4所示，溶出二氧化矽纖維墊(圖4中稱作(II))收縮約7%，而生物可溶性無機纖維隔絕墊(圖4中稱作(I))收縮小於1%。生物可溶性纖維隔絕墊，溶出二氧化矽纖維墊，多晶氧化鋁墊以及非膨脹催化轉換器隔絕墊的樣本被測試以確定未處理時的(green)條件(S卩，乾燥但不受到模擬汽車排氣應用的熱量)和在暴露於800° C之後的條件下的拉伸強度。圖5示出了測試結果，其中(I) 表示生物可溶性纖維隔絕墊，(II)表示溶出二氧化矽纖維墊，(III)表示多晶氧化鋁墊，和 (IV)表示非膨脹催化轉換器隔絕墊。這些結果指示生物可溶性纖維隔絕墊(I)在暴露於高溫之後經受最小百分比的拉伸強度下降。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後拉伸強度。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，模擬以再現在墊的使用壽命期間在汽車應用中經受的振動。墊首先在700° C加熱10小時。當振動頻率變化超過10%時預測的測試規程失效。多晶氧化鋁墊在約19小時失效，而生物可溶性纖維隔絕墊在25小時測試的持續時間內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製成。主題隔絕墊比多晶氧化鋁纖維墊(其被提議用於汽車排氣系統應用)具有顯著低的單元損失。主題隔絕墊比由溶出二氧化矽纖維材料製備的墊顯示出顯著低的熱收縮。主題隔絕墊還配方設計為包含較低有機粘結劑含量，使得在汽車應用中的初始啟動期間最小化氣味和煙生成。粘結劑可被添加到主題隔絕墊配方以易於處理和安裝。粘結劑提供了更光滑更人滿意的表面並且還提供了靈活性。然而，由於用於生產主題隔絕墊的溼針刺工藝，不唯一依靠有機粘結劑來在生產、安裝和操作期間將墊保持在一起。即使在現有任何有機粘結劑燃盡之後，主題隔絕墊仍被墊的針刺纖維結構保持在一起。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振動和溫度條件下，尤其在『熱端』排氣隔絕應用下， 隔絕墊不需要被壓縮到目標密度(間隙體積密度)以此來在操作期間保持完整。然而，在典型操作環境中，隔絕墊可具有薄覆蓋(例如薄金屬片)以保護其以防衝擊和一般環境。然而， 隔絕墊不需要被密封以防外部環境。例如在某些應用中，邊緣可暴露於空氣或溼氣。非膨脹生物可溶性纖維隔絕墊顯示出良好的隔絕值(好於氣隙)，對溼氣和鹽分的抵抗以在汽車環境中具有耐用性，耐高溫(直到1000° C)，靈活性以易於在複雜形狀周圍安裝，以及提高的徑向振動耐用性。主題隔絕墊顯示出高拉伸強度，其足以允許墊在暴露以高溫之後保持就位，並且具有低有機含量(在一些實施例中小於約3%)以在初始加熱期間低粘結劑燃盡以及點火的低損失。主題墊成本比高性能轉化器墊(例如多晶氧化鋁墊)低，同時提供優越的性能。生物可溶性纖維隔絕墊對於隔絕汽車排氣應用(例如下行管，歧管)和消音器隔絕物以及催化轉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。 主題隔絕墊還可用於包裹燃料電池內的發熱元件。包括隔絕墊的隔絕墊和設備或裝置不限於上述說明性實施例，而是包括由下面權利要求限定的變體、修改和等同實施例。上述實施例在替代物中不是必須的，因為各種實施例可結合以提供所需特性。
權利要求
1.一種高強度生物可溶性無機纖維隔絕墊，包括耐高溫鹼土金屬矽酸鹽纖維和可選添加的非吸入性無機纖維，其特徵在於，所述隔絕墊具有部分互鎖的纖維結構和在暴露於至少600° C的溫度之前的小於20%重量百分比的有機物含量。
2.如權利要求1所述的隔絕墊，其特徵在於，所述生物可溶性纖維包括氧化鎂和二氧化矽的纖維化產物。
3.如權利要求2所述的隔絕墊，其特徵在於，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矽，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的纖維化產物。
4.如權利要求3所述的隔絕墊，其特徵在於，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矽，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的纖維化產物。
5.如權利要求4所述的隔絕墊，其特徵在於，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矽，約18%到約27%重量百分比的氧化鎂和0到4%重量百分比的雜質的纖維化產物。
6.如權利要求1所述的隔絕墊，其特徵在於，生物可溶性纖維包括氧化鈣，氧化鎂和二氧化矽的纖維化產物。
7.如權利要求6所述的隔絕墊，其特徵在於，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矽，大於0到約45%重量百分比的氧化鈣，和大於0到約35%重量百分比的氧化鎂的纖維化產物。
8.如權利要求7所述的隔絕墊，其特徵在於，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矽，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物。
9.如權利要求8所述的隔絕墊，其特徵在於，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矽，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物。
10.如權利要求1所述的隔絕墊，其特徵在於，所述隔絕墊包括所述生物可溶性無機纖維的從約50%到100%重量百分比。
11.如權利要求10所述的隔絕墊，其特徵在於，所述非吸入性無機纖維包括二氧化矽纖維，溶出二氧化矽纖維，S-玻璃纖維，S2玻璃纖維，E-玻璃纖維，玻璃絲纖維，短切連續礦物纖維，或者它們的組合中的至少一個。
12.如權利要求1所述的隔絕墊，還包括至少一個有機粘結劑，至少一個無機粘結劑， 或者它們的組合。
13.如權利要求12所述的隔絕墊，其特徵在於，所述有機粘結劑包括丙烯酸或(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，聚醯胺，矽酮，不飽和聚酯，環氧樹脂，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。
14.如權利要求12所述的隔絕墊，其特徵在於，所述有機粘結劑包括丙烯酸乳膠。
15.如權利要求12所述的隔絕墊，其特徵在於，所述無機粘結劑包括膠體二氧化矽，膠體氧化鋁，膠體氧化鋯，或它們的混合物中的至少一個。
16.如權利要求12所述的隔絕墊，其特徵在於，所述無機粘結劑包括膠體二氧化矽。
17.如權利要求12所述的隔絕墊，其特徵在於，所述無機粘結劑包括粘土。
18.如權利要求12所述的隔絕墊，其特徵在於，所述粘土包括煅燒和/或未煅燒矽鎂土，球狀粘土，膨潤土，鋰蒙脫石，高嶺石，藍晶石，蒙脫石，坡縷石，皂石，海泡石，矽線石，或者它們的組合。
19.一種用於生產如權利要求1所述的隔絕墊的工藝，包括製備溼紙或板，其包括耐高溫纖維和可選地有機粘結劑或無機粘結劑的至少一個；以及在乾燥之前在所述溼紙或板中交織或纏繞所述纖維。
20.如權利要求19所述的工藝，其特徵在於，所述交織或纏繞包括針刺或水刺所述溼紙或板中的至少一個。
21.一種如權利要求1所述的高強度無機生物可溶性纖維隔絕墊由以下工藝獲得a.製備溼紙或板，其包括耐高溫鹼土金屬矽酸鹽纖維和可選地有機粘結劑或無機粘結劑的至少一個；以及b.在乾燥之前在所述溼紙或板中交織或纏繞所述纖維。
22.如權利要求1所述的隔絕墊，其特徵在於，所述隔絕墊接合汽車排氣系統的下行管。
23.如權利要求1所述的隔絕墊，其特徵在於，所述隔絕墊包括錐形隔絕物。
全文摘要
一種高強度無機生物可溶性纖維隔絕墊(10)包含耐高溫鹼土金屬矽酸鹽纖維(42)和可選地添加的非吸入性無機纖維，其中，所述隔絕墊(10)具有部分互鎖的纖維(42)結構和在暴露於至少600°C的溫度之前的小於20%重量百分比的有機物含量。一種生產所述隔絕墊(10)的工藝包括製備溼紙(30)或板，其包括耐高溫纖維(42)和可選地有機粘結劑或無機粘結劑的至少一個；以及在乾燥之前在所述溼紙(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 優先權日2009年1月5日
發明者A. 費爾南多 J., B. 米勒 K. 申請人:尤尼弗瑞克斯 I 有限責任公司