安裝墊和使用該安裝墊的汙染控制裝置的製作方法

2023-06-19 07:41:16 2

專利名稱：安裝墊和使用該安裝墊的汙染控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及適用於汙染控制裝置中的材料，特別涉及用於在汙染 控制裝置中安裝汙染控制元件的墊，更特別地涉及含有這類材料的汙 染控制裝置。
背景技術：
在機動車上使用汙染控制裝置以減少大氣汙染。這樣的汙染控制 裝置包括安裝在外殼內的一個或多個汙染控制元件。目前廣泛使用兩 種裝置催化轉化器和柴油機微粒過濾器或捕集器。催化轉化器含有 一種或多種催化劑，其被塗布到通常為單塊結構形式的襯底上。儘管 已有使用金屬單塊，但是所述單塊結構通常為陶瓷。催化劑氧化一氧 化碳和烴，還原廢氣中的氮氧化物，或它們的組合。柴油機微粒過濾 器或捕集器通常包括由多孔結晶陶瓷材料製成的蜂窩狀單塊結構形式 的壁流過濾元件。在這些汙染控制裝置的現有技術構造中，每種單塊 結構都裝入外殼內。典型的單塊汙染控制元件一般具有相對薄的壁以提供大量的表面 積。因此，該結構相對較脆且易破裂。用陶瓷材料形成的典型的單塊 汙染控制元件往往具有比包含它的金屬(通常不鏽鋼)外殼或外套小一 個數量級的熱膨脹係數。例如膨脹性或非膨脹性墊等保護性填充或安 裝材料通常填充在陶瓷單塊與金屬外殼之間以避免例如道路衝擊和振 動對單塊的損壞、補償熱膨脹差、和防止廢氣在單塊和金屬外殼之間 通過。放置或插入安裝材料的過程稱為"裝罐(canning)"，包括如將糊 料注入單塊與金屬外殼之間的縫隙中、或在單塊周圍包裹片材(即安裝墊)和將包裹的單塊插入外殼中等過程。
用來形成常規的安裝材料的組合物包括能提供如高溫耐久性、良 好操作性、彈性、撓性和強度等性能的耐火陶瓷纖維。也使用在高溫 下自發膨脹的膨脹性材料。這種膨脹可以在高溫使用時幫助將單塊固定就位。例如在公開的德國專利申請DE 19858025(Asglawo)，和美國 專利3，916,057(Hatch等人)、4,305，992(Langer等人)、4，385，135(Langer 等人)、5,254，410(Langer等人)和5,242,871(Hashimoto等人)中描述了用 來在汙染控制裝置的外殼中安裝汙染控制元件的材料。相對小的耐火陶瓷纖維，即直徑小於約5 6Mm的那些陶瓷纖維， 是墊組合物的重要組分。但是，有時小纖維可能是麻煩的。小纖維被 認為是可吸入的，通常在生理流體、特別是肺流體中是耐久的。這樣， 對能避免使用耐久的可吸入性耐火纖維的安裝墊組合物存在需求。但 是，製造沒有這種組分的可接受的安裝墊是非常大的工程挑戰。在包括美國專利5,874,375和其中所述文獻的各種文獻中，已經描 述了在生理流體中不耐久的纖維。當吸入這樣的纖維時，它在人體流 體中分解。不幸的是，可溶性無機纖維本身不是耐火纖維的實用性替 代品。這種可互換性的缺乏可歸因於可溶性無機纖維的缺陷。當這樣 的纖維經受典型催化轉化器中遇到的溫度極限時將表現出過分的收 縮。墊收縮可以使脆的催化轉化器元件鬆散保持在其外殼內，對單塊、 並從而對汙染控制裝置造成潛在的損壞。因而對改進這種安裝墊組合物存在持續的需求。本發明提供這種 改進的組合物。發明內容己經發現一些已知的安裝材料僅在相對高的操作溫度(即約70(TC 至約95(TC)下才表現出理想的安裝性能。相同的這些安裝材料在相對 中等的操作溫度(即約40(TC至約60(TC)和/或相對低的操作溫度(即小 於約40(TC)下表現出低於理想的安裝性能。本發明人發現了一種安裝
材料的協同組合，其結合在一起不僅可在相對高的操作溫度，而且可 在這樣相對中等的操作溫度和/或相對低的操作溫度下表現出理想的安 裝性能。由此，本發明解決了對更通用的安裝材料的需要。本發明還 可以解決對避免使用可吸入性、不可分解的耐火纖維的安裝材料的需要。本發明的一方面提供了組合物，其可以用作例如在汙染控制裝置 中安裝汙染控制元件用的安裝材料。特別地，這些組合物包括生物 可溶性(biosoluble)纖維；熱處理的二氧化矽纖維，其具有按纖維總重量 計大於約67重量。/。(pbw)的二氧化矽含量；和膨脹性材料。在一些實施 方案中，該組合物還可以包含有機粘合劑。該組合物可以以例如片材 形式、或糊料或漿體形式提供。這些材料也可以用作例如位於汙染控 制裝置的一個或兩個末端錐體區域中的絕緣材料。在本發明的另一方面，提供使用這樣的組合物製成的安裝墊。在本發明的其他方面，提供包括外殼、布置在外殼中的汙染控制 元件和這樣的組合物的汙染控制裝置。該組合物可以用作布置在外殼 的至少一部分與汙染控制元件之間的縫隙中的安裝材料。通常為糊料 或片材形式的安裝材料包括生物可溶性纖維；熱處理的二氧化矽纖維，其具有按纖維總重量計大於約67重量y。(pbw)的二氧化矽含量；膨 脹性材料；和任選的有機粘合劑。該安裝材料可以保護脆性汙染控制 元件免受由於例如道路衝擊和振動而致的損壞，可以補償汙染控制元 件與外殼之間的熱膨脹差，可以防止廢氣繞過汙染控制元件，或它們 的組合。該組合物也可以用作汙染控制裝置中的絕緣材料(例如在末端 錐體區域中)。在本發明的再一方面中，提供了一種製造汙染控制裝置的方法， 該汙染控制裝置包括汙染控制元件、外殼和安裝材料。該方法包括 製備如下安裝材料，其含有生物可溶性纖維、基於纖維的總重量
有大於約67重量。/。(pbw)的二氧化矽含量的熱處理的二氧化矽纖維、膨 脹性材料和任選的有機粘合劑；將汙染控制元件放在外殼中；和將安 裝材料定位在外殼的至少一部分與汙染控制元件之間。安裝材料可以 是片材或糊料的形式。本發明的上述概述不是意圖描述本發明的每個公開的實施方案或 每個實施。隨後的附圖和詳細描述示例出本發明的一些實施方案。


結合附圖來考慮本發明的各個實施方案的下述詳細說明，可以更 全面地理解本發明，其中圖1是結合本發明實施方案的以分解關係示出的催化轉化器的透 視圖；和圖2是結合本發明實施方案的柴油機微粒過濾器的縱向中心剖面圖。儘管本發明可以有許多修改和變化形式，但是其細節已經以舉例 的方式顯示在附圖中並將詳細描述。但是，應理解該意圖不是將本發 明限制在所述的特定實施方案中。相反，該意圖覆蓋落在本發明精神 和範圍內的所有修改、等同物和替代物。
具體實施方式
為了促進對本發明原理的理解，下面是本發明的具體實施方案的 說明，使用具體語言描述該具體實施方案。然而要理解使用具體語言 不是故意限制本發明的範圍。對於本發明所屬領域的普通技術人員來 說，可正常地預期所討論的本發明原理的替換、進一步修改和進一步 應用。本發明涉及可以用作汙染控制裝置中的安裝材料的組合物。特別地，該組合物包含生物可溶性纖維、基於纖維的總重量具有大於約67重量M(pbw)的二氧化矽含量的熱處理的二氧化矽纖維、和膨脹性材料以及一種或多種任選的粘合劑。該組合物可以為例如糊料形式，但 是優選為片材形式。該安裝材料組合物可以用在例如汙染控制元件的脆性單塊結構與 汙染控制裝置的外殼之間。g卩，該組合物可以放在汙染控制元件與汙 染控制裝置外殼之間的縫隙中。該組合物可以為例如糊料或片材形式。 在一個實施方案中，片材是圍繞汙染控制元件的至少一部分而包裹的 安裝墊形式。包裹的汙染控制元件放在汙染控制裝置的外殼中。在另 一個實施方案中，該組合物是糊料形式。這樣的糊料可以注入或插入 到汙染控制元件的至少一部分與汙染控制裝置外殼之間的縫隙中。例 如，該糊料可以預成型(例如模製)為縫隙所需要的形狀，然後插入該縫 隙中。本發明的組合物也可以用在汙染控制裝置中作為絕緣材料。例如， 該組合物可以定位在汙染控制裝置的入口或出口區域(即末端錐體區域) 中。例如，入口和/或出口區域可以分別由內端錐體外殼和外端錐體外 殼限定，本組合物放在內端錐體外殼和外端錐體外殼之間。也可以使 用該組合物使排氣系統的其它部分以及發動機與使用時遭遇到的溫度 絕緣。例如，排氣管的一或多段可以具有雙壁構造(即內壁和外壁)，本 組合物放在兩個壁之間。當該組合物是片材形式時，該片材可以切割或成形從而形成用於 汙染控制裝置的所需的安裝墊或絕緣構件(例如末端錐體)。或者，該組 合物可以成型為所需的中間或最終形狀。例如，本組合物可以成型成 具有所需最終尺寸的平片材，然後變形成所需要的最終形狀。例如， 在安裝到汙染控制裝置之前，可將成型的平型安裝墊圍繞汙染控制元 件而包裹。另外，可將成型的平型末端錐體絕緣片圍繞內端錐體外殼 而包裹，然後放在外端錐體外殼內。
催化轉化器IO形式的汙染控制裝置的說明性例子顯示在圖1中。 催化轉化器10 —般包括圍繞催化轉化器元件20的外殼11。外殼11具有廢氣流分別通過它們流進和流出催化轉化器10的入口 12和出口 13。也稱為罐或外套的外殼11可以用本領域公知的用於這種應用的合適材 料製成。通常，外殼ll包括一種或多種金屬、金屬合金和/或金屬間組 合物(此後統一稱為"金屬")。例如外殼11可以是不鏽鋼。也稱為單塊的合適的催化轉化器元件在本領域中是已知的，包括 用金屬、金屬氧化物、陶瓷或其它材料製成的那些元件。許多陶瓷催 化轉化器元件商業上可從許多來源得到。例如一種蜂窩狀陶瓷催化轉化器元件由Corning Inc.以商品名"CELCOR"銷售，另一種由NGK Insulated Ltd.以商品名"HONEYCERAM"銷售。金屬催化轉化器元件 商業上可從Germany Lohmar的Emitec GmbH and Co.得至U 。可以根據常規慣例將一種或多種催化劑材料塗布到催化轉化器元 件20上。用在催化轉化器元件20中的催化劑通常為一種或多種金屬(例 如釕、鋨、銠、銥、鎳、鈀和鉑)和/或金屬氧化物(例如五氧化二釩和 二氧化鈦)。最普通地，這些催化劑起氧化或以其他方式除去如一氧化 碳和烴等排氣汙染物的功能。這樣的催化劑也可以起有助於減少發動 機排氣中氮氧化物的量的功能。為了提供大量的表面積，催化轉化器元件20的實施方案一般具有 很薄的壁。薄壁可以使催化轉化器元件20脆並容易破裂。另外，在一 些實施方案中，催化轉化器元件20可以具有比外殼11小約一個數量 級的熱膨脹係數。當外殼11包括金屬(通常不鏽鋼)和元件20是陶瓷時， 特別是這種情況。熱性能的差別可以使催化轉化器元件20面臨隨溫度 變化而損壞的危險。布置在外殼11和元件20之間的安裝墊或片材30 幫助保護元件20免受由於例如道路衝擊和振動和/或熱膨脹差而致的 損壞。安裝墊或片材30也幫助防止廢氣從元件20和金屬外殼11之間 通過。
圖2表示柴油機微粒過濾器40形式的汙染控制裝置的代表性例子。柴油機微粒過濾器或捕集器40是壁流過濾器，該壁流過濾器包括 具有管束或通道束的單塊結構的蜂窩狀過濾元件42。這樣的柴油機微 粒過濾元件商業上可從許多來源得到，包括例如NY, Coming的Coming Inc.禾口 Japan Nagoya的NGK Insulator Ltd.。 SAE Technical Paper Series, 1981, Howitt等的"Cellular Ceramic Diesel Particulate Filter",第810114 頁中討論了有用的柴油機微粒過濾元件。催化劑可以塗布到安裝在柴油機微粒過濾器40中的過濾器結構 42上。柴油機微粒過濾器40包括具有入口 46和出口 48的外殼44。 外殼44圍繞微粒過濾元件42(也稱為單塊或單塊結構)。安裝墊或片材 50布置在過濾元件42與金屬外殼44之間，提供與圖1的安裝片30相 同的好處。相對小的耐火陶瓷纖維，即具有小於約5 6 Ami平均直徑和大於 約5pm長度的耐火陶瓷纖維，已經是用於汙染控制裝置的公知安裝墊 組合物的重要組分。但是，該尺寸範圍的纖維可能是可吸入的，通常 在生理流體、特別是在肺流體中是耐久的。因此，可能需要沒有耐久 性、可吸入的耐火陶瓷纖維的安裝材料組合物。但是製造沒有耐久性、 可吸入的耐火陶瓷纖維的可接受片材，如用於汙染控制裝置的安裝墊 等，是相當大的工程挑戰。另外，儘管單獨的陶瓷纖維組合物具有良 好的耐溫性，但是它可能具有不合適的彈性，並在膨脹性組分產生充 分保持力的上限溫度時難以提供可接受的耐久性。如本文使用的，術語"纖維"是指其長度大於其寬度或直徑的材 料。在一些實施方案中，長度是寬度或直徑的至少10倍，至少100倍 或至少1000倍。如本文使用的，術語"可吸入性"是指纖維可以被動物吸入其肺
中。通常，可吸入性纖維具有小於約5/mi的平均直徑。在一些實施方 案中，可吸入性纖維具有小於約3pm的平均直徑。相反，如本文使用 的，術語"非可吸入性"是纖維指不能被動物吸入其肺中。通常，非 可吸入性纖維具有至少約3;mi的平均直徑。在一些實施方案中，非可 吸入性纖維具有至少約5 的平均直徑。I.組合物本發明的組合物包含許多對所得產品提供所需特性的組分。並且， 本發明的組合物具有結構構造，這對所得產品進一步提供所需特性。 下面給出組合物組分和結構構造的說明。A.組合物組分本發明的組合物包含膨脹性材料、生物可溶性纖維、熱處理的二 氧化矽纖維，還可以包含一種或多種任選的纖維、粘合劑和其它添加 劑。下面給出每類組分的說明。1.膨脹性材料本發明的組合物包含一種或多種膨脹性材料。含有一種或多種膨 脹性材料的組合物在加熱時可以膨脹，當用作安裝材料時通常可以在 汙染控制元件與汙染控制裝置外殼之間施加充分的壓力以形成支持 性、保護性的密封。在一些實施方案中，這樣的組合物可以保持為彈 性的可壓縮性，使得汙染控制元件緩衝物理衝擊。合適的膨脹性材料的例子可以包括未膨脹蛭石、蛭石礦、水黑雲 母、美國專利3,001，571(Hatch)中描述的水膨脹性合成四矽氟型雲母、 美國專利4，521,333(Gmham等)中描述的鹼金屬矽酸鹽顆粒、可膨脹石 墨、這些的組合等。其它合適的膨脹性材料包括例如3M(St. Paul,MN) 以商品名"EXPANTROL 4BW"銷售的顆粒。當加熱到約20(TC或約 30(TC以上的溫度時，這些膨脹性材料中的一些在厚度上可以表現出大 於10%的自由膨脹。另外，當加熱時，這些膨脹性材料中的一些可以
表現出大於約50%的自由膨脹。本發明使用的膨脹性材料理想地具有大於約300 pm的平均粒度。 在一些實施方案中，一部分膨脹性材料可以具有小於300 /mi但大於150 Mm(即顆粒不通過100目網篩)的粒度。通常，膨脹性材料具有從大於 約300 /mi至約2000 (um範圍的平均粒度。在一個理想的實施方案中， 本發明使用的膨脹性材料具有從大於約300 /mi至約800 Mm範圍的平 均粒度。包含在該組合物中的膨脹性材料的量可以在很寬的範圍內變化。 通常，基於該組合物的總乾重量，膨脹性材料以高至約80重量 。/。(pbw)(或高至約70、 60、 50、 40、 30、 20或10 pbw)的量出現在該組 合物中。以一個示例性實施方案中，基於該組合物的總乾重量，該組 合物包含從大於0至約80 pbw，約10至約70 pbw，約25至約60 pbw 或約35至約50pbw的一種或多種膨脹性材料。2.纖維本發明的組合物包含一種或多種下述的纖維。 a.生物可溶性纖維本發明的組合物包含生物可溶性纖維。如本文使用的，"生物可 溶性纖維"是指在生理介質或模擬的生理介質中可分解的纖維。生理 介質包括但不局限於通常在如動物或人體的肺等呼吸道中找到的那些 身體流體。如本文使用的，"耐久的"是指纖維不是生物可溶的。生物可溶性可以通過觀察將纖維直接置入試驗動物中的效果、或 檢查已經遭受了纖維的動物或人體來估計。生物可溶性也可以通過以 時間的函數測定纖維在如鹽水溶液、緩衝鹽水溶液等模擬生理介質中 的溶解度來估計。美國專利5,874,375(Zoitas等)中描述了一種這樣的確 定溶解度的方法。 通常，生物可溶性纖維在約1年內可溶於或基本可溶於生理介質 中。如本文使用的，術語"基本可溶"是指至少約75重量％溶解的纖維。在一些實施方案中，至少約50%的纖維在約6個月內可溶於生理 介質。在其它實施方案中，至少約50%的纖維在約3個月內可溶於生 理流體。在其它的實施方案中，至少約50%的生物可溶性纖維在至少 約40天內可溶於生理流體中。例如，該纖維可以由the Fraunhofer Institut通過氣管內滴注之後高溫絕緣纖維在大鼠中的生物持久性的試 驗證實(即該纖維具有小於40天的半衰期)。估計纖維的生物可溶性的另一種方法是基於纖維的組成。例如德 國基於致癌指數(KI值)對可吸入性無機氧化物纖維作了分類。用鹼金 屬氧化物和鹼土金屬氧化物的重量百分比的總和減去無機氧化物纖維 中兩倍的氧化鋁重量百分比，從而計算KI值。生物可溶的無機纖維通 常具有約40或更大的KI值。在本發明的一個期望的實施方案中，生物可溶性纖維包含生物可 溶性無機纖維。適合用在本發明中的生物可溶性無機纖維通常包括但 不局限於如Na20、 K20、 CaO、 MgO、 P205、 Li20、 BaO等無機氧化 物或它們與二氧化矽的組合。其它金屬氧化物或其它陶瓷成分也可以 包含在該生物可溶性無機纖維中，即使這些成分本身缺少所需要的溶 解度但是以足夠低的量出現使得纖維作為整體在生理介質中仍可分 解。這樣的金屬氧化物包括例如A1203、 Ti02、 Zr02、 8203和鐵氧化物。 生物可溶性無機纖維也可以以纖維在生理介質或模擬生理介質中可分 解的量包括金屬組分。在一個實施方案中，生物可溶性無機纖維包括矽、鎂和鈣的氧化 物。這些類型的纖維通常稱為矽酸鈣鎂纖維。矽酸鈣鎂纖維通常含有 小於約10重量％的氧化鋁。在一些實施方案中，該纖維包含約45重量 %至約90重量％ Si02、高至約45重量％ CaO、高至約35重量％ MgO
和小於約10重量％ A1203。例如，該纖維可以含有約55重量％至約75 重量％ Si02、約25重量％至約45重量％ CaO、約1重量％至約10重 量％ MgO和小於約5重量％ A1203。在另一個實施方案中，生物可溶性無機纖維包括二氧化矽和氧化 鎂的氧化物。這些類型的纖維通常稱為矽酸鎂纖維。矽酸鎂纖維通常 含有約60重量％至約90重量％ Si02、高至約35重量％ MgO(通常約 15重量％至約30重量％ MgO)和小於約5重量％ A1203。例如，該纖維 可以含有約70重量％至約80重量％ Si02、約18重量％至約27重量％ MgO和小於約4重量％其它微量元素。美國專利5,332,699號(01ds等人)、5,585,312號(Ten Eyck等人)、 5,714,421號(01ds等人)、5,874,375號(Zoitas等人)和2002年7月31日 提交的歐洲專利申請02078103.5號中描述了合適的生物可溶性無機氧 化物纖維。可以使用各種方法形成生物可溶性無機纖維，包括但不局 限於溶膠凝膠形成、晶體生長過程和如旋轉或吹制等熔體形成技術。生物可溶性纖維商業上可從Unifrax Corpomtion(Niagara Falls, NY) 以商品名"ISOFRAX"和"INSULFRAX"得到。其它生物可溶性纖維 由Thermal Ceramics(位於Augusta, GA)以商品名"SUPERWOOL"牽肖售。 例如，SUPERWOOL 607含有60重量％ 70重量％ Si02、 25重量°/。
35重量％ Ca0、4重量％ 7重量％ MgO和微量的A1203。SUPERWOOL 607 MAX可以在稍微更高的溫度下使用，含有60重量％ 70重量％ Si02、 16重量。/。 22重量y。CaO、 12重量％ 19重量％ MgO和微量的 A1203。用在本發明中的合適的生物可溶性無機纖維可以具有寬範圍的平 均直徑和平均長度。商業上可得到具有約0.05/mi至約15/mi範圍的平 均纖維直徑的生物可溶性無機纖維。在一些實施方案中，生物可溶性 無機纖維具有約0.1 /mi至約5 Mm範圍的平均纖維直徑(即該纖維是可 吸入性纖維)。隨著生物可溶性無機纖維的平均直徑降低，可以將增加 量的纖維摻入給定體積的片材中。具有更高纖維密度的製造的片材將 具有更好的彈性和撓性。在其它實施方案中，生物可溶性無機纖維具有大於約3.0 Mm或大於約5 ;mi的平均纖維直徑(即該纖維是非可吸入 性纖維)。在另外的其它實施方案中，用來形成給定組合物的生物可溶 性無機纖維包含非可吸入性和可吸入性纖維的混合物。生物可溶性無機纖維具有約0.1 cm至約3 cm範圍的平均纖維長 度。 一般地，由於任何選定的纖維在製造過程期間如需要均可以破碎 成較小的長度，所以生物可溶性無機纖維的長度不是關鍵。基於組合物的總乾重量，本發明的組合物理想地包含至少約10重 量％和如90重量％之多的生物可溶性纖維。通常，基於組合物的總幹 重量，本發明的組合物包含約16重量％至約80重量％(或約20重量％ 至約80重量％，約30重量％至約60重量％，約40重量％至約50重量 %)的生物可溶性纖維。在一個期望的實施方案中，基於組合物的總幹 重量，本發明的組合物包含約20重量％至約60重量％的生物可溶性纖 維。b.熱處理的二氧化矽纖維本發明的組合物還包含熱處理的二氧化矽纖維。如本文使用的，術語"熱處理的二氧化矽纖維"是指這樣的二氧化矽纖維(i)基於纖維的總重量，具有大於約67重量。/。(pbw)的二氧化矽含量，和(ii)經受 過熱處理，所述熱處理包括將該纖維暴露於至少約40(TC的熱處理溫度 持續至少約5分鐘的熱處理時間。基於纖維的總重量，本發明使用的 熱處理的二氧化矽纖維可以包含大於約67 pbw直至如99.9bpw之多的 二氧化矽。通常，基於纖維的總重量，熱處理的二氧化矽纖維包含大 於約67 pbw直至如95.0bpw之多的二氧化矽。在一個期望的實施方案 中，基於纖維的總重量，本發明的熱處理的二氧化矽纖維包含約92.0 pbw至約95.0 pbw的二氧化矽和約8.0 pbw至約5.0 pbw的氧化鋁。 另外，本發明使用的熱處理的二氧化矽纖維可以如下熱處理將纖維暴露於至少約40(TC或50(TC(或600°C、 70(TC、 80CTC、 900。C或 IOO(TC或更高)的熱處理溫度持續至少約5分鐘(IO分鐘、15分鐘、20 分鐘、25分鐘、30分鐘或遞增任意個5分鐘直至約60分鐘，或更長) 的熱處理時間。在一個示例性實施方案中，本發明使用的熱處理的二 氧化矽纖維按如下所述進行熱處理(i)將纖維從室溫加熱到約60(TC至 約IIO(TC範圍的最高熱處理溫度，(ii)維持最高的熱處理溫度約5至約 60分鐘的熱處理時間(更通常約60分鐘)和(iii)使纖維冷卻至室溫。在 一個期望的實施方案中，本發明使用的熱處理的二氧化矽纖維按如下 所述進行熱處理(i)將纖維從室溫加熱到至少85(TC的最高熱處理溫度 (理想地為約85(TC至約1050°C)， (ii)維持最高的熱處理溫度至少約60 分鐘的熱處理時間(通常約60分鐘)和(m)使纖維冷卻至室溫。已經發現，含有膨脹性材料和單獨的上述生物可溶性纖維(即沒有 熱處理的二氧化矽纖維)的組合物在用作安裝材料時在高溫(即約600°C 至約95(TC)下可以表現出理想的安裝性能；但是，該組合物在中等溫 度(即約40(TC至約60(TC)和低溫(即小於約40(TC)下不能表現得這樣 好。已經發現，如下面的例子所示，加入熱處理的二氧化矽纖維改進 了該組合物在中等溫度和低溫下保持汙染控制元件在汙染控制裝置內 的位置的能力。可以使用各種方法形成熱處理的二氧化矽纖維，包括但不局限於 美國專利2,624,658、美國專利2,718,461和美國專利6,468,932中公開 的浸出方法；和美國專利3,498,774和美國專利4,038,214中公開的熱 處理方法；它們所有的主題內容以引用的方式整體包括到本文中。示例性熱處理的高二氧化矽含量纖維商業上可從Hitco Carbon Composites, Inc. (Gardena, CA)以商品名REFRASIL逸和從belChem Fiber Materials GmbH (Freiberg, GERMANY)以商品名BELCOTEX⑧得
到。例如，REFRASIL F100纖維含有約96重量％ 99重量％ Si02， 而BELCOTEX⑧纖維含有約94.5重量％ Si02。用在本發明中的合適的熱處理的二氧化矽纖維可以具有寬範圍的 平均直徑和平均長度。商業上可得到具有約0.05 Atm至約15pm範圍的 平均纖維直徑的熱處理的二氧化矽纖維。在一些實施方案中，熱處理 的二氧化矽纖維具有約5.0pm至約10.0/mi範圍的平均纖維直徑(即該 纖維是非可吸入性纖維)。但是，在其它的實施方案中，熱處理的二氧 化矽纖維具有小於約5.0/m!範圍的平均纖維直徑(即該纖維是可吸入性 纖維)。隨著熱處理的二氧化矽纖維的平均直徑降低，可以將增加量的 纖維摻入給定體積的片材中。具有更高纖維密度的製造的片材將具有 更好的彈性和撓性。在其它實施方案中，用來形成給定組合物的熱處 理的二氧化矽纖維包含非可吸入性和可吸入性纖維的混合物。熱處理的二氧化矽纖維通常具有約O.l cm至約3cm範圍的平均纖 維長度。 一般地，由於任何選定的纖維在製造過程中如需要均可以破 碎成較小長度，所以熱處理的二氧化矽纖維的長度不是關鍵。基於組合物的總乾重量，本發明的組合物包含從大於0重量％直 至99重量％的熱處理的二氧化矽纖維。通常，基於組合物的總乾重量， 該組合物包含至少約4.0重量％和90重量％之多(或約10重量％至約90 重量％，約20重量％至約80重量％，約30重量％至約60重量％，約 40重量％至約50重量％)的熱處理的二氧化矽纖維。基於組合物的總幹 重量，本發明的組合物理想地包含約5.0重量％至約40重量％，更理想 地約8.0重量％至約80重量％的熱處理的二氧化矽纖維。c.任選的附加纖維除了上述纖維，該組合物可以任選地包含其它無機纖維。當存在 附加的無機纖維時，儘管也可以使用附加的可吸入性纖維，但是附加 的無機纖維理想地為非可吸入性纖維。合適的附加纖維包括但不局限 於用如陶瓷氧化物、陶瓷氮化物、玻璃材料或它們的組合等陶瓷材料 形成的纖維。如本文使用的，術語"玻璃"是指無定形無機材料，例 如其瀰漫X射線衍射圖至少基本沒有明確的晶相線或其它指示的氧化 物。
當所述附加無機纖維存在時，其摻入該組合物中的量可以在寬範 圍內變化。通常，基於組合物的總千重量，本發明的組合物可以包含 高至約15重量％的附加的無機纖維。在一些實施方案中，基於組合物的總乾重量，該組合物含有高至約10重量％，高至約5重量％或高至 約3重量％的附加的無機纖維。
附加的無機纖維可以具有與生物可溶性纖維和熱處理的二氧化矽 纖維的上述纖維長度類似的纖維長度。如果在從期望的來源得到時附 加的無機纖維比所需要的長，則可對該纖維進行剁碎、切割或其它加 工，從而將纖維長度降低至所需要的長度。所述附加的無機纖維通常 具有約0.1 cm至約1 cm範圍的平均長度。
3.粘合劑
本發明的組合物可以包含一種或多種粘合劑。合適的粘合劑包括 有機粘合劑，可以包括無機粘合劑或它們的組合。
在本發明的一個示例性實施方案中，該組合物包括一種或多種聚 合或有機粘合劑。在該組合物的形成時和操作時可以使用這樣的粘合 劑以提供增加的彈性和撓性。例如，當該組合物是如用於汙染控制裝 置的安裝墊等片材形式時，可以更容易地圍繞汙染控制元件包裹安裝 墊。在這樣的裝置中遭遇到的操作溫度通常會分解、燒掉或以其他方 式除去該有機成分。這樣，該有機成分通常是組合物的瞬時而不是永 久的組分。
當使用溼法成網或修改的造紙方法製造安裝墊時，聚合的有機粘 合劑和其它有機粘合劑是特別有用的；但是，使用幹法製成的墊也可 以受益於這樣的粘合劑的摻入。可將一種或多種有機粘合劑摻入該墊 的主體中和/或用作該墊所用的塗料。該墊可以含有很少量的有機粘合 劑(低於1重量％)或不含有機粘合劑。合適的聚合粘合劑可以是熱塑性或熱固性，可以以各種形式的固 體或包含100%固體組合物的液體、溶液、分散液、膠乳、乳液、這些 的組合等提供。在一些實施方案中，聚合粘合劑是彈性體。合適的聚 合物包括但不局限於天然橡膠、兩種或更多種包括苯乙烯和丁二烯的 共聚性物質的共聚物、兩種或更多種包括丁二烯和丙烯腈的共聚性物 質的共聚物、(甲基)丙烯酸酯聚合物和共聚物、聚氨酯、矽樹脂、聚酯、 聚醯胺、纖維素聚合物、其它彈性體聚合物或這些的組合。在乾重量基礎上，該組合物可以包含約0.1重量％至約15重量％， 約0.5重量％至約12重量％或約1重量％至約10重量％的有機粘合劑。在一些實施方案中，聚合物粘合劑是含有丙烯酸酯和/或甲基丙烯 酸酯的膠乳組合物。這樣的膠乳組合物傾向於清潔地燃燒，不產生不 期望量的有毒或腐蝕性副產物。合適的丙烯酸乳液的例子包括但不局 限於商業上從Rohm和Hass(Philadelphia, PA)以商品名"RHOPLEX HA-8" (44.5重量％固體的丙烯酸共聚物的水乳液)和從Air Products(Allentown， PA)以商品名"AIRFLEX 600BP" (55%固體的乙烯 -乙酸乙烯酯共聚物)得到的那些。沿汙染控制裝置(例如催化轉化器)的縱軸移動所述安裝的汙染控 制元件(例如單塊催化元件或載體)所需力的數量，直接與安裝墊對汙染 控制元件施加的保持力相關。用本安裝墊配方，已經發現通過使用在 汙染控制裝置的升高的操作溫度下不容易燃燒的粘合劑(例如有機矽膠 乳粘合劑)代替容易燃燒的粘合劑(例如丙烯酸膠乳粘合劑)，由安裝墊 施加的保持力可以顯著增加。以這種方式，軸向地移動該元件所需要
的力的量可以顯著增加。儘管不打算必然地受任何理論束縛，但是認為這種行為差別至少 部分是當使用有機矽粘合劑時具有較低的重量損失的結果，這是因為 當有機矽暴露於髙溫時可以形成固體Si02，而不像膠乳粘合劑大部分 地燃燒掉。燃燒有機矽粘合劑也通常需要更高的溫度。例如，有機矽 膠乳粘合劑一般在高至約20(TC下是穩定的，丙烯酸膠乳粘合劑一般在高至15(TC下是穩定的。具有較少的安裝材料損失，在汙染控制裝置操作之後安裝材料施加的壓力 一般具有較少的降低。例如，已經發現，無論在空氣或氮氣環境中暴露於高溫，Dow Corning DC85有機矽粘合劑都比Airflex 600BP丙烯酸膠乳粘合劑燒掉 得晚得多。對於柴油機應用和一些直接噴射汽油發動機應用，安裝墊 粘合劑一般暴露於約20(TC至約30(TC範圍的操作溫度。在這樣相對低 的溫度下，有機粘合劑、尤其有機矽粘合劑的燃燒/降解相當慢。已經 發現高達至少約30%的有機矽粘合劑保留在安裝材料中(即沒有燒掉)， 這樣減少了由於喪失粘合劑而導致的體積損失。聚合纖維也可以用作組合物中的粘合劑組分以改進操作性、撓性、 彈性或它們的組合。當組合物是片材形式時，聚合纖維將提高片材的 加工和改進片材的溼強度。由於具有聚合粘合劑，如果該組合物用在 汙染控制裝置中，那麼在一個和多個加熱循環之後聚合纖維將燒掉(即 分解或除去)。聚合物纖維可以由關於聚合粘合劑的上述聚合物中的任意一種形 成。在乾重量基礎上，該組合物可以包含高至約5重量％聚合纖維。在 一些實施方案中，該組合物包含高至約2重量％或高至約1重量％的聚合纖維。例如，在乾重量基礎上，該組合物可以包含約o.i重量％至約2重量％或約0.2重量％至約1.0重量％的聚合纖維。聚合纖維可以是人 造短纖維或原纖化纖維。在一個實施方案中，聚合纖維是約0.5至約5
旦尼爾範圍的人造短纖維。合適的聚合粘合劑可以單獨地使用或與附加的組分組合。附加的 組分可以包括但不局限於單體、增塑劑、填料、增粘劑、表面活性 劑或其它改性劑。合適的無機粘合劑材料可以包括但不局限於膠體粒子；如授權 給3M Innovative Properties Company (St. Paul, MN)的WO03/031368公 開的無機雲母粘合劑，該文獻的主題內容以引用的方式整體包括到本 文中；和商業上可從R.T. Vanderbilt Company, Inc. (Norwalk, CT)得到 的DIXIE 0^八丫@產品。如WO 03/031368中描述的雲母粘合劑當存在 於本發明的組合物中時，其基於墊的總乾重量以小於約5.0重量％的量 存在。通常，基於墊的總乾重量，雲母粘合劑以小於約2.0重量％或1.0 重量％的量出現。在本發明的大部分實施方案中，該組合物不含有任何 雲母粘合劑材料。4.添加劑本發明的墊可以含有一種或多種添加劑，從而為所得產物提供所 需要的特性。合適的添加劑包括但不局限於增塑劑、潤溼劑、消泡 劑、膠乳凝結劑、粘土、輕質填料、耐火填料、金屬纖維或這些的組在一些實施方案中，該組合物是片材形式，該片材包括邊緣護體 以最小化對片材邊緣的侵蝕。當該片材用在汙染控制裝置中時，例如 廢氣可以產生這樣的侵蝕。合適的邊緣護體可以包括例如置於片材的 邊緣上的金屬網，或如美國專利6,245,301(Stroom等)中公開的粘合劑 與玻璃的混合物。可以使用本領域知道的其它邊緣護體。B.組合物結構構造用在本發明中的上述組合物組分可以構造成單片或可以形成多層
物品中的一層或多層。在本發明的一個理想的實施方案中，該組合物 是包含一種或多種上述組合物組分的單片材形式。當以單片材存在時， 該組合物通常具有高至約10 cm(4英寸)的平均片厚度，更通常地，高 至約4cm(1.57英寸)。在本發明的其它實施方案中，該組合物可以是包含兩個或多個不 同層的多層結構形式。每層可以獨立地是具有與其它層、塗層、膜或 任何其它層類似或不同的片材組成的片材形式。在一個示例性實施方 案中，多層物品包含含有上述組合物組分中的一種或多種或全部的第 一片材、和附著至該第一片材的第二片材，其中第二片材包含陶瓷纖 維(例如多晶陶瓷纖維等)或玻璃纖維(例如S2玻璃纖維、R玻璃纖維、 E玻璃纖維等)的無紡墊或層。可以理想地將陶瓷纖維層放在汙染控制 元件(例如催化元件)與第一片材之間，尤其當第一片材暴露於熱溫度時 (例如當進入汙染控制裝置的氣體的溫度在約90(TC以上時)。以這種方 式，該陶瓷纖維層可以絕緣並保護第一片材免受暴露於有害的高溫(例 如破壞膨脹性材料重複膨脹的能力的溫度)。也可理想地將玻璃和/或陶 瓷纖維層放在第一片材與汙染控制裝置外殼之間，尤其當第一片材暴 露於相對冷的溫度時(例如當進入汙染控制裝置的氣體的溫度小於約 60(TC時)。以這種方式，該玻璃和/或陶瓷纖維層可以起保持第一片材 的溫度足夠熱、使得第一片材的膨脹性材料至少被部分活化(即膨脹) 的作用。或者，也可理想地將第一片材夾在兩層第二片材之間。例如， 陶瓷纖維層可以放在汙染控制元件(例如催化元件)與第一片材之間，玻 璃和/或陶瓷纖維層可以放在第一片材與汙染控制裝置外殼之間。當第 一片材暴露於相對中等的溫度時(例如當進入汙染控制裝置的氣體的溫 度在約60(TC至約90(TC範圍中時)，這樣的夾層結構將是希望的。在本發明的其它實施方案中，該組合物可以形成具有三維形狀的 物體。具有三維形狀的合適物體包括但不局限於擠出物品、模鑄物品 和成型物品。II.製造組合物的方法本發明也涉及製造上述組合物的方法。可以使用許多常規製造技 術形成該組合物。 一個代表性的製造方法涉及形成上述組合物的單片。 如果需要，使用粘合材料(或存在聚合粘合劑材料時使用聚合粘合劑材料)，可以相互層壓多層片材。也可以如美國專利5,853,675(Howorth) 中所述形成多層片材。或者，如美國專利6，051,193(Langer等人)所述將一層形成於另一層上面，由此形成多層。由本發明的組合物製造的片材可以使用許多合適的技術中的任一 種而形成，例如造紙方法。在造紙方法的一個實施方案中，將粘合劑 材料添加到水中以製造無機或聚合粘合劑。濃度和溫度都可以在寬範 圍內變化。在一些實施方案中，可以使用溫水如約3(TC至約75'C溫度 的水來製造漿體。例如，水溫可以是約35t:至約45"C。可以將水添加到粘合劑材料中以製造稀釋的漿體。生物可溶性纖 維和熱處理的二氧化矽纖維可以添加到該漿體中。可以使用任何量的 分散粘合劑材料和纖維的剪切力。在一些實施方案中，可以使用如1 秒至10分鐘或約3至80秒等相對短時間的低至中等剪切力來分散纖 維。可以以中等速度混合該漿體以保持固體成分懸浮。可以加入如消 泡劑和聚合粘合劑等其它成分。也可以加入如酸化劑等合適的凝結劑。也可以根據常規慣例使用 如通過鹼手段可以產生凝結的試劑等其它凝結劑。在凝結時，當存在 時，通常形成較大的聚合粘合劑粒子。存在於組合物中的任何微粒物 質將粘結在粘合劑上，被捕集在纖維基質中。也就是，微粒物質不引 起用於過濾的絲網的堵塞。將微粒物質粘結到纖維基質上促使漿體排 出水，可以降低製造片材所需要的處理時間。通常在粘結之後加入理想地具有大於約300 /mi平均粒度的膨脹 性材料。這種特定的加入順序也可以促使將固體分散在漿體中並從漿
體中除去水。但是，加入順序不是關鍵，其它的加入順序是可以接受 的。得到的漿體組合物可以澆鑄至合適的絲網上，排水和擠壓。或者，通過將該漿體真空澆鑄到金屬絲網或篩網上可以形成層片(ply)。得到的擠壓的片材可以以任何合適的方式乾燥，例如空氣乾燥或烘箱乾燥。 對於使用的標準造紙技術的更詳細的說明，例如見美國專利3,458，329(Owens等)。片材可以切割成所需要的形狀，例如適合用作安裝墊或用作汙染 控制裝置的末端錐體區域中的熱屏障(即絕緣材料)的形狀。例如使用模 壓印花過程可以完成切割。可以重複地切割用本發明的組合物製造的 片材以滿足嚴格的尺寸公差。該片材可以表現出合適的操作性能，且 不會如在手中就弄碎那般脆。例如，該片材可以容易並柔軟地圍繞汙 染控制元件安裝，不分裂，從而在汙染控制裝置中形成彈性、保護性、 支持性的密封。本發明的組合物也可以製成糊料形式。為製造糊料，總的固體通 常高於約30%。在一些實施方案中，固體為約30%至約60%。糊料通 常具有可以注入例如汙染控制元件與汙染控制裝置外殼之間的縫隙中 的稠度和粘度。美國專利5,736,109(Howorth)描述了一種製造糊料的合 適方法。糊料也可以通過初始地形成漿體，然後除去一部分水以增加 固體百分比來形成。另外，可以使用該糊料形成片材或三維物體。為 形成片材或三維物體，可將該組合物澆鑄在三維模具中，成型或通過 模具擠出。在本發明的另一個實施方案中，將該組合物與上述膨脹性材料一 道幹鋪。使用已知的技術，可將片材形式的一個或多個單層組合物與其它
的相同、類似或不同的層組合，從而形成多層物品。例如，可將另外 的層塗布到片材的外表面上。另外如上所述，可使用任選的粘合劑使 多層片材或其它層相互層壓。將多層材料組合而形成多層物品的其它 機械方法包括但不局限於針刺、縫合等。本發明用下列實施例進一步解釋，不能以任何方式理解將限制施 加在其範圍上。相反，應清晰地理解在不偏離本發明的精神和/或附帶 的權利要求的範圍下，可以使用的方法有本領域的技術人員閱讀這裡 的說明之後可以暗示給他們的許多其它實施方案、修改和等同物。實施例例如可以根據Nathan Brunner在SAE論文2004-01-0146題目為 "Catalytic Converter Hot Vibration Test Methods at 3M Company"中描述的試驗，測定如催化轉化器組件等汙染控制裝置中的安裝墊在模擬 操作條件下的耐久性和性能。該SAE論文的全部內容以引用的方式包 括到本文中。根據這樣的試驗，圍繞具有4.7英寸(約119.4 mm)近似直徑、約3 英寸(約76.2 mm)長度和約260 g重量的圓柱形堇青石單塊包裹根據實 施例1 3中每個的安裝墊。該包裹的單塊罐裝在催化轉化器外殼中至 實施例指定的安裝密度，用50(TC的氣體入口溫度進行熱振動試驗。熱 調節該轉化器組件5個循環，每個循環為用熱入口氣體加熱2小時和 冷卻1小時。在調節之後，試驗開始4小時循環，該4小時循環為使 用50(TC溫度的熱入口氣體加熱3小時，同時以2.7 g-12dB(分貝)振動。 以冷卻l小時結束該循環，將該組件冷卻至約環境溫度。在-9dB下開 始第二個4小時循環，在-6dB下開始第三個，如此直到達到0dB。如 果該組件仍然是完整的，該試驗在0dB下繼續4小時循環，直到失敗 或直到達到設計的時間，通常為72小時或96小時。實施例1:
將剁碎的二氧化矽纖維(直徑為7微米、長6mm的BELCOTEX 纖維，可從belChem fiber materials Gmbh, Freiburg, Germany得至lj)方夂在 環境溫度的爐子中，熱處理該纖維。開啟該爐子，控制器設定在95(TC。 當爐子中的溫度達到95(TC時，使纖維保溫l小時，然後關閉該爐子。 當爐子冷至環境溫度時，移出纖維用於片材的製作。製造具有如下幹組成的墊27重量％上述熱處理的二氧化矽纖維、 27重量。/。生物可溶性纖維(SUPERWOOL 607，可從Thermal Ceramic, Augusta, GA得到)、8重量。/。乙酸乙烯酯膠乳固體(AIRFLEX 600BP乙 酸乙烯酯膠乳，具有約55%的固體，可從Air Products Polymers L.P., Allentown, PA得到)和38重量％未膨脹蛭石。將加熱到40。C的3000 ml自來水加到混合器中，加入熱處理的二 氧化矽纖維並混合10秒，製得漿體。加入生物可溶性纖維，低速混合 5秒。將該漿體轉移到大的混合容器中；使用1000ml的4(TC自來水漂 洗混合器中的纖維，並加到該容器中的漿體中。用螺旋槳葉混合器以 中等速度混合該漿體，同時加入三滴消泡劑(FOAMASTER 111消泡劑) 和乙酸乙烯酯膠乳。當分散時，加入11.4g50重量。/。明礬溶液(普通化 學品)，混合約2分鐘。然後加入未膨脹蛭石，混合2分鐘。將該漿體 迅速倒入具有80目篩網的20.3 mmX20.3 mm的片材模具中，脫水。 打開模具，將吸墨紙放在脫水的片材上，用輥壓杖輥壓8次。將新鮮 的吸墨紙放在位於兩個粗目篩(course screen)之間的片材的每側上，在 約414 kPa至552 kPa之間壓5分鐘。移出該片材，放在11(TC的烘箱 中，乾燥約60分鐘。從烘箱中移出該片材，在環境溫度和溼度下調節 過夜。將所得墊罐裝至0.76 g/cc的安裝密度，如上述進行熱振動試驗。 試驗達到OdB水平，在72小時之後中斷該試驗。在墊或罐裝的組件中 沒有觀察到失敗。 將以相同方式製造的由54重量o/。生物可溶性纖維(SUPERWOOL 607)、 8重量M幹膠乳固體(AIRFLEX 600BP)和38重量％未膨脹蛭石組 成的墊罐裝至1.01 g/cc的安裝密度。對罐裝後的組件試驗其堅固性， 在6.72小時之後在-6 dB水平下注意到失敗。實施例2:將生物可溶性纖維(ISOFRAX，可從Unifrax得到)在加熱至約40°C 的水中以約1.05重量％固體製漿兩次60秒。將該漿體泵入存儲槽中， 稀釋至約0.84%固體。將稀釋的漿體通過旋風分離器泵到第二個存儲槽 中以減少細粒(shot)約20% 。如上述熱處理的二氧化矽纖維 (BELCOTEX )以約0.37重量％固體製漿3分鐘，轉移到具有生物可溶 性纖維的槽中，該漿體再稀釋至約0.35重量％固體。將稀釋的漿體加 熱到40°C ，加入膠乳(AIRFLEX 600BP)和鋁酸鈉(纖維重量的1.18%)， 同時混合以保持漿體為懸浮液。在約3分鐘之後，加入50重量％明礬 水溶液(基於總漿體重量，0.18重量％明礬)以沉澱膠乳和纖維。然後將 該漿體連續泵入槽中，與計量供給至漿體中的未膨脹蛭石混合。將得 到的漿體通過歧管泵到織帶上。使用真空使該漿體脫水並形成具有約 30重量％ 40重量％水的墊。用輥壓擠該墊，並使該墊通過一系列旋 轉蒸汽加熱罐，從而乾燥並形成具有31.1重量％生物可溶性纖維、20.7 重量％熱處理的二氧化矽纖維、8.2重量％膠乳固體和40重量％未膨脹 蛭石的幹組成的墊。將該墊罐裝至約0.70 g/cc的安裝密度，用50(TC的入口氣體溫度 如上述地進行熱振動試驗。試驗達到OdB水平，96小時(24個全循環)之後中斷該試驗。在該墊或罐裝的組件中沒有觀察到失敗。實施例3:除如下指出的以外，根據實施例2製造墊。生物可溶性纖維 (ISOFRAX)以1.68重量％固體製漿。在用水第一次稀釋以除去細粒之 後，該槳體為約1.05重量％固體。熱處理的二氧化矽纖維以0.32重量 %固體製漿，最後的漿體含有約0.629重量％固體。以總幹纖維重量的 1.15重量％的水平加入鋁酸鈉。得到的墊具有39.6重量％生物可溶性纖維、9.9重量％熱處理的二 氧化矽纖維、10.3重量％膠乳固體和40.2重量％未膨脹蛭石的幹組成。 以0.70 g/cc的安裝密度罐裝該墊，使用50(TC的熱氣體入口溫度進行熱 振動試驗。試驗達到0 dB水平，96小時(24個全循環)之後中斷該試驗。 在該墊或罐裝的組件中沒有觀察到失敗。實施例4除如下指出的以外，根據實施例3製造墊。將8￡1^0丁￡乂@高二 氧化矽含量纖維在90(TC下熱處理。所得安裝墊具有約10.2重量％的 BELCOTEX⑧高二氧化矽含量纖維、約40.8重量％ ISOFRAX 1260生物 可溶性纖維、約40重量％的來自位於One Penn Plaza, New York, NY的 Cometals的未膨脹蛭石和約9重量％的AIRFLEX 600BP丙烯酸膠乳粘 合劑的幹組成。實施例5除用相同量的DOW CORNING DC85有機矽粘合劑代替丙烯酸膠 乳粘合劑以外，如上述實施例4所述並使用相同組分也可以構造替換 性的安裝墊材料。認為可以對該示例性安裝材料進行許多修改。例如通常而言，本 發明安裝材料中使用的有機粘合劑可以包含例如丙烯酸膠乳粘合劑、 有機矽粘合劑或兩種的組合，由其組成，或基本由其組成。認為本發明安裝材料的乾重組成可以如下地變化(a)約2重量％ 至約80重量％範圍的熱處理的高二氧化矽含量纖維，(b)至少一些高至 約75重量％的生物可溶性陶瓷纖維，(c)約10重量％至約75重量％範 圍的膨脹性材料(例如未膨脹蛭石)，和(d)約1重量％至約15重量％範圍的有機粘合劑。總纖維含量(即二氧化矽和生物可溶性纖維的組合) 應為至少約10重量％。認為根據本發明的理想安裝材料的乾重組成可以如下地變化(a)約5重量％至約50重量％範圍的熱處理的高二氧化矽含量纖維，(b)約10重量％至約60重量％的生物可溶性陶瓷纖維，(c)約20重量％至約 70重量％範圍的膨脹性材料(例如未膨脹蛭石)，和(d)約2重量％至約 12重量％範圍的有機粘合劑。總纖維含量(即二氧化矽和生物可溶性纖 維的組合)可以為至少約15重量％。本發明的安裝材料的優選乾重組成可以如下地變化(a)約5重量 %至約25重量％範圍的熱處理的高二氧化矽含量纖維，(b)約20重量％ 至約50重量％的生物可溶性陶瓷纖維，(c)約25重量％至約60重量％ 範圍的膨脹性材料(例如未膨脹蛭石)，禾P(d)約4重量％至約11重量％ 範圍的有機粘合劑。總纖維含量(即二氧化矽和生物可溶性纖維的組合) 可以為至少約30重量％。儘管關於其具體實施方案詳細地描述了說明，但是認為本領域的 技術人員在理解前述內容時可以容易地想到這些實施方案的變更、變 化和等價。例如，本發明的組合物也可以用作熱屏障(即絕緣材料)、防 火屏障或擋塊或它們的組合。例如，可用於繞管子、加熱裝置或如建 築支承體等結構元件包裹或以其他方式布置發明的組合物。本發明的 組合物也可以用來圍繞燃料電池的單塊結構。因此，本發明的範圍應 由附帶的權利要求和它的等同物確定。
權利要求
1.一種安裝墊，包括(a)生物可溶性纖維；(b)熱處理的二氧化矽纖維，其具有按纖維總重量計大於約67重量％(pbw)的二氧化矽含量；和(c)膨脹性材料。
2. 如權利要求l所述的墊，其中基於墊的總乾重，所述墊包括-(a) 約16wt。/。至約80wty。的生物可溶性纖維；(b) 約4wt。/。至約80wt。/。的熱處理的二氧化矽纖維；和(c) 約10wt。/。至約80wt。/。的膨脹性材料。
3. 如權利要求l或2所述的墊，其中生物可溶性纖維包括Na20、 K20、 CaO、 MgO、 P205、 Li20、 BaO或它們的組合。
4. 如權利要求1 3中任一項所述的墊，其中所述熱處理的二氧化矽纖維已經經受熱處理，所述熱處理包括將所述纖維暴露於至少約40(TC的熱處理溫度，持續至少約5分鐘的熱處理時間。
5. 如權利要求1 3中任一項所述的墊，其中所述熱處理的二氧 化矽纖維已經經受熱處理，所述熱處理包括將所述纖維暴露於至少 約85(TC的熱處理溫度，持續至少約60分鐘的熱處理時間。
6. 如權利要求1 5中任一項所述的墊，其中基於纖維的總重量， 所述熱處理的二氧化矽纖維具有約67pbw至約99.9pbw範圍的二氧化 矽含量。
7. 如權利要求1 6中任一項所述的墊，其中所述膨脹性材料包 括未膨脹蛭石、可膨脹石墨或它們的組合。
8. 如權利要求1 6中任一項所述的墊，其中所述膨脹性材料包 括未膨脹蛭石。
9. 如權利要求1 8中任一項所述的墊，其中基於墊的總乾重， 所述墊含有高至約5wt。/。的雲母粘合劑材料。
10. 如權利要求1 8中任一項所述的墊，其中基於墊的總乾重， 所述墊含有小於lwt。/。的雲母粘合劑材料。
11. 如權利要求1 8中任一項所述的墊，其中所述墊不含有任何 雲母粘合劑材料。
12. 如權利要求1 11中任一項所述的墊，還包括有機粘合劑。
13. 如權利要求12所述的墊，其中所述有機粘合劑包括丙烯酸膠 乳粘合劑。
14. 如權利要求1 13中任一項所述的墊，其中所述熱處理的二 氧化矽纖維為非可吸入性纖維。
15. 如權利要求1 14中任一項所述的墊，其為片材或糊料形式。
16. —種汙染控制裝置，包括如權利要求1 15中任一項所述的墊。
17. 如權利要求16所述的汙染控制裝置，其中所述墊定位在外殼 與位於外殼內的汙染控制元件之間。
18. 如權利要求16或17所述的汙染控制裝置，其中所述汙染控制元件包括催化轉化器。
19. 如權利要求16或17所述的汙染控制裝置，其中所述汙染控 制元件包括過濾元件。
20. 如權利要求16 19中任一項所述的汙染控制裝置，還包括 定位在汙染控制元件與墊之間的第一層，或定位在墊與外殼之間的第二層，或這兩者，其中所述第一層包括陶瓷纖維，所述第二層包括陶瓷纖維、玻璃 纖維、或這兩者。
全文摘要
本發明公開了用於汙染控制裝置的安裝材料，其包括生物可溶性纖維、基於纖維總重量具有大於約67重量％(pbw)的二氧化矽含量的熱處理的二氧化矽纖維、和膨脹性材料，以及任選的粘合劑組分。本發明還公開了製造和使用所述材料的方法。
文檔編號F01N3/28GK101115688SQ200580047946
公開日2008年1月30日 申請日期2005年11月30日 優先權日2004年12月13日
發明者克勞斯·米登多夫, 哈維爾·E·岡薩雷斯, 蓋瑞·F·豪沃思 申請人:3M創新有限公司