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CN103547777A - 安装垫和废气处理装置 - Google Patents

安装垫和废气处理装置 Download PDF

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CN103547777A
CN103547777A CN201180064878.6A CN201180064878A CN103547777A CN 103547777 A CN103547777 A CN 103547777A CN 201180064878 A CN201180064878 A CN 201180064878A CN 103547777 A CN103547777 A CN 103547777A
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Abstract

本发明提供一种用于将催化剂载体结构安装在废气处理装置中壳体内的安装垫。所述安装垫包括高硅石含量纤维层以及多晶体和/或高氧化铝无机纤维层。所述废气处理装置包括外部壳体、脆性催化剂、以及布置在所述壳体和脆性催化剂载体结构之间的间隙中的安装垫。此外，本发明公开了制作安装垫的方法以及制造结合安装垫的废气处理装置的方法。

Description

安装垫和废气处理装置
本发明公开了安装垫(mounting mat)和废气处理装置，如催化转换器或者柴由机微粒捕集器(diesel particulate trap)。所述废气处理装置包括脆性结构，其通过安装垫安装在壳体内，所述安装垫布置在壳体和脆性结构之间的间隙内。
废气处理装置用于汽车上以减少来自于发动机排放的大气污染。广泛使用的废气处理装置的实例包括催化转换器和柴油机微粒捕集器。
用于处理汽车发动机废气的催化转换器包括壳体；用于支撑催化剂的脆性催化剂载体结构，所述催化剂用于影响一氧化碳和碳氢化合物的氧化作用以及氮氧化物的还原作用；以及布置在脆性催化剂载体结构的外表面和壳体内表面之间以将脆性催化剂载体结构弹性地(resiliently)保持在壳体内的安装垫。
用于控制由柴油发动机产生的污染的柴油机微粒捕集器一般包括壳体，用于从柴油发动机排放中收集颗粒的脆性微粒过滤器或者捕集器，以及布置在过滤器或者捕集器的外表面和壳体内表面之间以将脆性过滤器或者捕集器结构弹性地保持在壳体内的安装垫。
提供了用于废气处理装置的安装垫，所述安装垫包括高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝无机纤维层。
同时提供了一种制作垫结构的方法，其包括将高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层连接在一起。
同时提供了一种废气处理装置，所述废气处理装置包括壳体；安装在所述壳体内的脆性结构；以及布置在所述壳体和所述脆性结构之间的间隙内的安装垫，其中所述安装垫包括高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层。
同时提供一种制作处理废气的装置的方法，所述方法包括提供安装垫，该安装垫包括高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝无机纤维层；围绕适用于处理废气的脆性结构的至少一部分周长包裹安装垫；以及在壳体内布置脆性结构和安装垫。
此外提供了废气处理装置，所述废气处理装置包括壳体；安装在壳体内的脆性结构；以及布置在所述壳体和所述脆性结构之间的间隙内的安装垫，包括内部和外部锥形壳体的夹壁端锥形壳体，以及布置在所述端锥形壳体的壁之间的绝缘垫，所述绝缘垫包括高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝无机纤维层。
进一步提供了用于废气处理装置的端锥体(end cone)，所述端锥体包括外部金属锥体，内部金属锥体，以及位于所述端锥形壳体的内部和外部金属锥体之间的绝缘垫，所述绝缘垫包括高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝无机纤维层。
图1表示包括本发明的安装垫的废气处理装置的说明性片段视图。
提供具有安装在壳体内的脆性结构的用于处理废气的装置，该脆性结构在所述壳体中通过布置在壳体和脆性结构之间的安装垫支撑。将会理解到本发明并不打算限制用于图中所示的催化转换器中，并且因，此形状仅作为实施例示出以说明本发明。事实上，安装垫能够用于安装或者支撑适用于处理废气的任何脆性结构，如柴油机催化剂结构，柴油机微粒捕集器等。催化剂结构一般包括一个或者多个由壳体内的耐热材料安装的多孔管状或者蜂窝状的结构。每种结构可包括每平方英尺大约200至大约900之间或者更多通道或者单元，这取决于废气处理装置的类型。柴油机微粒捕集器与催化剂结构的不同之处在于在粒子捕集器内的每个通道或者单元在其中一端或者另一端是封闭的。从多孔结构内的废气中收集颗粒，直至通过高温烧近过程被再生。本发明所述的安装垫的非汽车应用可包括用于化学工业排放(排气)烟囱的催化转换器。术语“脆性结构”意欲指并且包括如金属或者陶瓷整体块等的结构，所述结构在性质上可以是脆性的或者脆弱的，并且将得益于如本文所述的安装垫。
用于处理废气的装置的一种代表形式作为催化转换器被示出，一般由图中的数码10指定。催化转换器10可包括由两片金属形成的大致管状壳体12，例如，耐高温钢，它们由凸缘16保持在一起。作为选择，所述壳体可包括预成形的筒，安装垫包裹的催化剂载体结构插入其内。壳体12包括位于其中一端的入口14和在其相反端的出口(未示出)。所述入口14和出口在它们的外端被合适地形成，借此它们被固定在内燃机的排气系统内的导管中。装置10包括脆性催化剂载体结构，如脆弱的陶瓷整体块18，所述陶瓷整体块通过安装垫20被支撑并且约束在壳体12内，下面将进一步描述。整体块18包括多个气体可通过的通道，其从其在一端的入口端表面沿轴向延伸至其相反端的出口端表面。整体块18可以用任何合适的难熔金属或者陶瓷材料以任何已知方式和构型构成。整体块的横截面构型典型地是椭圆形或者圆形，但是其他形状也是可能的。
整体块通过距离或者间隙与它的壳体间隔开，该距离或间隔根据所用装置的类型和设计将会发生变化，例如，催化转换器，柴油机催化剂结构，或者柴油机微粒捕集器。所述间隙由安装垫20填充以给陶瓷整体块18提供弹性支撑。所述弹性安装垫20向外部环境提供热绝缘并且向催化剂载体结构提供机械支撑，以保护脆性结构免于机械冲击。
在某些实施方案中，所述安装垫20包括一个或多个熔化成型的、非结晶的、耐高温沥滤的玻璃纤维的非膨胀层，其具有高含量的硅石并且，任选地包括粘合剂或者其他适合作为粘合剂的纤维。所谓术语“硅石含量高”，它是指所述纤维比纤维中的其他任何组成成分包含更多硅石。实际上，如下所讨论的，将会理解到这些纤维中的硅石含量在经过沥滤后优选地比包含硅石的任何其他玻璃纤维更多，包括S-玻璃纤维，除了结晶石英衍生的纤维或者纯硅石纤维之外。
安装垫的其中一层可包括完整的，大体上非扩展的复合片材或者包含硅石的熔化成型的沥滤玻璃纤维片材以及任选的少量的氧化铝和其他非硅质氧化物。所谓“熔化成型的”，它是指所述纤维使用熔融工艺技术生成并且没有从溶胶凝胶或者其他化学分散技术形成。所谓“完整的”，它是指经过生产和压实后，安装垫具有自承重结构，不需要纤维、塑料或者纸(包括那些缝制-结合至垫子的)的加固或约束层(containment layers)并且能够被处理或者操控而不会发生瓦解。
熔化成型玻璃纤维优选被处理以增加纤维的硅石含量。即，当第一次熔融加工并且形成纤维如通过熔融拉伸纤维时，这些玻璃纤维典型地包括很多非硅质氧化物以及其他成分。即，例如，它们可以具有纤维玻璃的特征。它们最初没有从纯硅石纤维，如美国专利第5,290,522号或者第5,380,580号公开的结晶石英衍生的纤维形成。相反，这些“不纯的”玻璃纤维必须被处理，以去除非硅质氧化物如氧化铝，氧化内，氧化硼以及存在的任何其他水或者酸可溶性成分，借此生产高硅石含量纤维，所述高硅石含量纤维比被处理之前的玻璃纤维的硅石含量要大。由此产生的沥滤的玻璃纤维的硅石含量取决于非硅质氧化物和其他最初存在的成分的含量以及从纤维中提取的这些材料的程度。
沥滤是用于玻璃纤维的一种优选的处理方式，其将增加纤维的硅石含量。玻璃纤维可以以任何方式并且使用任何在本领域中已知的技术被沥滤。一般地，沥滤可以通过将熔化成型的玻璃纤维经历酸溶液或者其他适于自纤维提取非硅质氧化物以及其他成分的溶液来完成。正如先前提到的，关于多种已知的沥滤技术的更加详细的描述公开在美国专利第2,624,658号和欧洲专利申请公布第0973697号中，尽管这些技术不限于此。
这些玻璃纤维经过沥滤之后，硅石的纯度比沥滤之前高很多。一般地，沥滤的玻璃纤维将具有至少67％重量的硅石含量。这比S-玻璃的硅石含量要大。根据某些实施方案，沥滤的玻璃纤维包含至少90％重量，或者从大约90％重量至小于99％重量的硅石。应该理解这些纤维的高硅石含量比任何其他已知的包含硅石的玻璃纤维的已知纯度要大，包括S-玻璃纤维，除了石英纤维或者包含大于99.9％的硅石的纯硅石纤维之外。
在某些实施方案中，玻璃纤维将包含以重量计约93％至约95％的硅石，同时纤维的剩余物是非硅质氧化物如氧化铝，氧化钠，以及其他碱或者碱土金属的氧化物。氧化铝的含量可以在以重量计约4％至约6％的范围内，同时包括氧化钠的其他陶瓷氧化物和成分一般占小于以沥滤的玻璃纤维的重量计约1％。在某些实施方案中，沥滤的玻璃纤维包含小于1％重量的碱或者碱土金属。将会理解并不是所有的非硅质氧化物需要从沥滤的玻璃纤维中去除。然而，沥滤的玻璃纤维要求硅石的含量大于氧化铝的含量并且，更加优选地，按照大于至少约67％重量。所述纤维也基本是无疵的。
沥滤过的玻璃纤维相比于陶瓷纤维如高氧化铝纤维以及特别是上述结晶石英衍生的纤维来说相对不那么昂贵。这些沥滤的玻璃纤维的平均纤维直径优选地大于至少约3.5微米，并且更加优选地大于至少约5微米。平均来说，玻璃纤维的直径典型地是大约9微米。平均纤维直径大约5至14微米是优选的。因此，沥滤过的玻璃纤维是非吸入性的。
沥滤过的玻璃纤维可以以普遍用于安装垫的生产中的任何形式提供。在某些实施方案中，这些纤维是短切束纤维(chopped tow fibers)。在沥滤之前，将会理解到所述纤维能够通过本领域中任何已知的方法生产，但是典型地使用已知的熔融工艺技术如或者通过熔体纺丝或者熔体拉伸(rnelt drawing)的方式形成，所述方式将会给纤维的生产提供一个成本效率途径。在某些实施方案中，所述玻璃纤维是熔体拉伸。
具有硅石含量高并且适合用于生产用于催化转换器或者其他已知的气体处理装置的安装垫的沥滤的玻璃纤维的实例包括那些从德国BelChemFiber Materials GmbH公司，商标为BELCOTEX以及从加利福尼亚州Gardena的Hitco Carbon Composites，Inc.，注册商标为REFRASIL得到的沥滤的玻璃纤维。所述BELCOTEX纤维是标准类型的短纤维预纱(pre-yarns)。这些纤维的平均细度是大约550tex并且一般由通过氧化铝修饰的硅酸制成。所述BELCOTEX纤维一般包含约94.5％硅石，约4.5％氧化铝，小于0.5％的氧化钠，以及小于0.5％的其他成分。它们的平均纤维直径是大约9微米并且熔点在1500至1550℃的范围内。这些纤维耐热的温度高达1100℃，并且典型地是无疵的并且无粘合剂的。
所述REFRASIL纤维，像BELCOTEX纤维一样，是非晶状体的具有硅石含量高的沥滤的玻璃纤维，用于提拱在1000至1100℃范围应用的热绝缘。这些纤维的直径在大约6至大约13微米之间，并且它们的熔点是大约1700℃。所述纤维在经过沥滤后，典型地具有约95％重量的硅石含量。氧化铝以约4％重量的量存在，同时其他成分以1％或者更少的量存在。
热处理高硅石含量纤维可以给予较高的保压性能，尤其相对于高温应用，尽管较高的保压性在较低的温度应用中也同样被获得。在一个特定的实施方案中，这些沥滤过的玻璃纤维(或者包含它们的安装垫)可以在至少约900℃之上的温度范围内经热处理，优选从大约900℃至大约1100℃，使得采用这些纤维的安装垫可以在废气处理装置内运用最小的所需保压，甚至经过1000次膨胀和收缩循环之后。
热处理沥滤过的玻璃纤维可以在安装垫形成之前或者安装垫形成之后发生。当热处理在安装垫形成之后发生时，安装垫在至少900℃的温度下经热处理长达一个有效的时间段，以满足或者超过所需的有效的最小保压，以将脆性结构保持在壳体内，用于所述应用。相似地，当热处理在安装垫形成之前发生时，沥滤过的玻璃纤维可以优选在至少900℃的温度下被加热长达一个有效的时间段，使得当形成安装垫时，用于保持壳体内的脆性结构的最小保压被满足。在其他因素中，热处理的特定时间量可以根据垫子的厚度，加热的均匀性，所用热源的类型，升温时间以及热源的温度等因素而广泛地发生变化。所有这些变化为本领域的技术人员充分的理解，所以在900℃或者更高温度下加热的有效的时间段可以在不进行过度试验的情况下被轻易地确定。
一般地，已经认识到热处理可以在15分钟或者更少的时间到多于1小时的范围内的任何处发生，在15分钟或者更少的时间的情况下，使用相对小的，薄的垫子以及极好的并且均匀的热源，在多于1小时的情况下，使用较大的，较厚的垫子(不包括温度的提升和降低时间)。在某些实施方案中，所述安装垫或者沥滤过的玻璃纤维在大约900℃和1100℃之间的温度下被加热多于1小时。这将进一步理解热处理可以供选择地通过使沥滤的玻璃纤维和/或由此制成的安装垫经受较低的加热温度，如300℃来进行。然而，如果热处理发生的时间长于24小时，那么为获得满意的具有所需有效保压的安装垫所需的时间长度被看作为商业上不可行的。在低于导致纤维脱玻化的时间和/或温度下的任何时间和温度区域下进行热处理以获得上面概述的同样有益的作用将落入本发明的范围内。一般地，所述纤维或者垫可以在计划使用的温度或者该温度之上经热处理。应该注意到，在较低的温度下进行热处理可以影响安装垫在需要在基本上高于热处理温度的温度下热循环的应用中的有用性。
一层安装垫可以使用高达100％重量的高硅石含量纤维，如包含硅石的沥滤过的玻璃纤维。然而，在其他实施方案中，所述层可以任选地包括其他已知的纤维如氧化铝/硅石纤维，或者其他适合用于所需的特定温度应用的安装垫生产的陶瓷或者玻璃纤维。因此，氧化铝/硅石纤维如耐火陶瓷纤维可以任选地用于高温或者广泛范围内的温度应用中。其他陶瓷或者玻璃纤维，如S-玻璃可以与沥滤过的玻璃硅石纤维一起在相似的或者较低的温度应用中使用。然而，在这样的情况中，所述安装垫优选地包括至少50％重量的包含硅石的沥滤的玻璃纤维。换句话说，用于生产垫的纤维中的大多数将会是包含硅石的沥滤的玻璃纤维，并且在一个更优选的实施方案中，至少80％重量的纤维将是包含硅石的沥滤的玻璃纤维。
在某些可替代的实施方案中，基于100％的总垫子重量计，纤维如S2-玻璃等可以以从大于0％至约50％重量的量加入至安装垫中。可以设想这些玻璃纤维由于它们的熔融温度等将主要被用在低温应用中。
在其他可替代的实施方案中，所述安装垫除了沥滤过的玻璃纤维外，还可以包括耐火陶瓷纤维。当耐火陶瓷纤维，即，氧化铝/硅石纤维等被使用时，它们可以基于100％的总垫子重量计，以从大于0％至小于约50％重量的范围内的量存在。
安装垫也包括多晶体和/或高氧化铝纤维层。多晶体和/或高氧化铝纤维可包括溶胶-凝胶衍生的纤维。溶胶-凝胶衍生的纤维通过将氧化物前体溶解在液体中并且纺丝以形成纤维而制成。纺成纤维被干燥并且被煅烧以形成最终的氧化物纤维。所述纺丝步骤可以通过离心纺丝，拉伸，喷吹，丁字纺，通过喷丝头挤压液体或者它们适当的组合来完成。美国专利第4,159,205号和第4,277,269号讨论了制作溶胶-凝胶衍生的纤维的各种方法。合适的溶胶-凝胶衍生的纤维包括但不限于氧化铝纤维，高氧化铝纤维和莫来石纤维。在某些实施方案中，氧化铝纤维可包括至少大约60％重量的氧化铝。在某些实施方案中，高氧化铝纤维可包括至少大约70％重量的氧化铝，在一些实施方案中至少大约95％的重量氧化铝，剩余物通常是硅石，但是可能有另外的氧化物。在某些施方案中，莫来石纤维可包括约72％重量的氧化铝和约28％重量的硅石，任选地具有另外的少量氧化物存在。
在某些实施方案中，所述多晶体和/或高氧化铝纤维层被定位在废气处理装置的基底的附近，其被称为安装垫的“热侧”。通过本该安装垫多晶体和/或高氧化铝纤维层放置在安装垫的热侧，其可以经历大约700℃至大约1100℃的温度，可以实现大体上与100％多晶体和/或高氧化铝纤维的安装垫相似的性能。如此安装，只有安装垫的热侧将会经受非常高的温度(如高达大约1100℃)，多晶体和/或高氧化铝纤维尤其适于该温度。因此，用不太昂贵的纤维，例如高硅石含量纤维代替不会经受上述非常高温度的安装垫内的一些纤维将会降低安装垫的成本而不会牺牲性能。安装垫的“冷侧”可以经受高达大约600℃的温度。
如上所述，安装垫可以包括或者可以不包括粘合剂。当使用粘合剂时，所述成分被混合以形成混合物或者浆料。然后纤维和粘合剂的浆料形成垫结构并且粘合剂被去除，借此提供大体上仅包含热处理纤维(以及任选的其它纤维)的安装垫。典型地，使用牺牲的粘合剂以最初将纤维粘合在一起。使用的粘合剂典型地是有机粘合剂。术语“牺牲的”，它是指所述粘合剂将最终从安装垫中烧掉，仅剩下沥滤过的玻璃纤维(以及其他陶瓷或者玻璃纤维，如果使用的话)作为用于支撑脆性结构的安装垫。
合适的粘合剂包括含水的和非含水的粘合剂，但是优选所用的粘合剂是活性的，热定型乳胶，其经过处理之后是弹性材料，其能够被如上所示的安装好的安装垫燃烧掉。合适的粘合剂或者树脂的实施例包括但不限于丙烯酸，苯乙烯-丁二烯，乙烯基吡啶，丙烯腈，氯乙烯、聚氨基甲酸乙酯等的水基乳胶。其他树脂包括低温，柔性热固性树脂，如不饱和聚酯，环氧树脂以及聚乙烯酯。优选使用约5％至约10％的乳胶，其中大约8％是最优选的。粘合剂的溶剂可包括水，或者合适的有机溶剂，如丙酮，用于所用的粘合剂。溶剂中粘合剂(如果使用)的溶液浓度能够通过传统的方法，根据所需的粘合剂承载能力以及粘合剂系统的可加工性(粘度，固体含量等)而确定。
代替粘合剂，除所述纤维外，所述垫还可包括其他纤维以将垫子保持在一起。基于总复合物的重量的100％计，这些纤维可以以按照重量计大于0％至大约20％的范围内的量使用，以帮助将沥滤过的玻璃纤维粘合在一起。
所述安装垫的各层能够通过广泛用于安装垫制备中任何已知的技术被制备。例如，使用造纸工艺，所述纤维可以与粘合剂或者其他能够用作粘合剂的纤维混合以形成混合物或浆料。可以使用任何混合的方法，但是优选地，当使用粘合剂时，纤维成分以大约0.25％至5％浓度或者固体含量(0.25～0.5份的固体：99.75～95份的水)被混合。所述浆料然后可以用水稀释以加强成形，并且其可以最终用絮凝剂和疏水助留剂化学物絮凝。然后，絮凝的混合物或者浆料可以被放置在造纸机上以被形成一层包含纤维的纸。可替代地，所述各层可以通过真空下浇铸浆料形成。在两种状况下，它们典型地在烤箱中被干燥。关于所用的标准造纸技术的更加详细的描述请参见美国专利第3,458,329号，其公开通过引用合并于此。将会理解到当粘合剂被使用并且沥滤过的玻璃纤维被热处理时，热处理纤维的步骤应该在将粘合剂或者粘合材料添加至沥滤过的玻璃纤维之前进行。
在其他实施方案中，所述纤维通过传统的方法如干燥的空中压条法(dryair laying)可以被加工成垫。在这个阶段中产生的垫子具有非常小的结构完整性并且相对于传统的催化转换器和柴油机捕集器安装垫来说具有非常大的厚度。由此产生的垫能够因此被干燥缝制(dry needled)，就如本领域中通常已知的那样，以压实垫并且增加它的强度。纤维的热处理可以在形成垫子之前或者垫子被缝制之后发生。
在采用干燥空气铺设技术时，所述垫可以可替代地通过浸渍将粘合剂添加至垫中而被加工，以形成间断的纤维复合物。在此技术中，所述粘合剂在形成垫子之后被添加，而不是如上文关于传统造纸技术所述的的形成垫子的预浸渍料。制备垫子的这种方法有助于通过减少损坏来保持纤维的长度。然而，将会理解到热处理可以在添加任何粘合剂之前发生。
用粘合剂浸渍垫子的方法包括在液体粘合剂系统中完全的浸没所述垫，或者可替代的喷淋所述垫。在一个连续的程序中，能够以卷形式被运输的纤维垫子被展开并且移动，如在传送器或者纱罩上，经过将粘合剂施加到垫上的喷嘴。可替代地，所述垫可以经重力自动进料地经过所述喷嘴。所述垫/粘合剂预浸渍料坯然后在压辊之间通过，这去除了过量的液体并且将所述预浸渍料坯压实至大约是它所需的厚度。压实的预浸渍料坯然后可以通过烤箱以去除任何残留的溶剂，并且如果需要，部分固化所述粘合剂以形成复合物。干燥和处理的温度主要取决于所用的粘合剂和溶剂(若有的话)。所述复合物然后可或者被切割或者被卷起以用于存储或者运输。
所述安装垫也能够以成批处理的方式被制作，即：通过将一部分垫子浸没在液体粘合剂中，去除预浸渍料坯并且挤压以去除过量的液体，此后进行干燥以形成复合物并且存储或者切割成合适的尺寸。
所述安装垫可以制备为单一的完整的具有一层高硅石含量纤维以及一层多晶体和/或高氧化铝无机纤维的垫。根据可替代的实施方案，所述安装垫可以通过将高硅石含量纤维片材层和多晶体和/或高氧化铝纤维片材层连接在一起而被制备。所述高硅石含量纤维片材层和多晶体和/或高氧化铝纤维片材层可以或者粘附地结合在一起或者机械地结合在一起。所述高硅石含量纤维片材层和多晶体和/或高氧化铝无机纤维片材层可以通过针刺法或者水刺(hydroentangling)将层状片材机械地结合在一起，以使来自两层中的其中一层的部分纤维被重新定向(reoriented)并且至少部分地通过另一层的厚度延伸。
在某些实施方案中，高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层可以达到邻近的接触，然后被缝制，以生产具有两层的单一安装垫。在某些实施方案中，各层可以在被缝制在一起之前单独缝制。在某些实施方案中，所述层可以在被缝制在一起之前或者之后被加热处理成单一的安装垫。
无论采用上述哪项技术，所述复合物能被切割，如通过模压以形成具有可再现公差(reproducible tolerances)的精确形状和尺寸的安装垫。一旦通过缝制或者类似的操作压实，安装垫20展现合适的操纵性能，这意味着其能够被轻易地处理并且它不那么脆而像很多其他的纤维毯或者垫一样在人的手中就会弄碎。它能够轻易地并且柔性地配合或者包裹在催化剂载体结构18或类似脆性结构的周围而不会破裂，然后被放置在催化转换器壳体12的内部。一般地，安装垫包裹的脆性结构能够被插在壳体内或者所述壳体能够围绕安装垫包裹的脆性结构建造或者以其他方式制造。
在操作中，催化转换器在温度方面经受重大的变化。由于它们的热膨胀系数的差异，所述壳体比载体结构18膨胀更多，因此在这些元件之间的间隙将会稍微的增大。在转换器热循环期间，所述间隙可以以大约0.25至大约1.5mm的数量级膨胀并且收缩。选择所述安装垫的厚度和安装密度，以使至少大约10kpa的最小保压在所有条件下被保持以防止脆性结构因振动而松散。在这些条件下通过安装垫20施加的安装压力允许在不降低构成元件的物理完整性的情况下适应组件的热学特征。
对于用于低温应用中的安装垫，试验在大约300℃进行。然而，所述试验以与所描述的高温试验同样的方式进行。然而，已知载荷施加方面的不同以及较重的催化剂结构经常被使用这样的事实，最小的保压必须更高。在大约300℃的热表面温度下进行1000次循环试验后，安装垫相对于脆性结构提供了至少50kpa的保压。
提出以下实施例仅仅是进一步说明安装垫和废气处理装置。说明性的实施例不应该被解释为以任何方式限制安装垫，结合有该安装垫的废气处理装置，或者制作安装垫或者废气处理装置的方法。
实施例1
具有高氧化铝纤维层(来自于Unifrax I LLC，Niagara Falls，NY的
Figure BPA0000175387670000111
2000i)和高硅石含量纤维层的安装垫如下制备：高硅石含量纤维和水的浆料被浇铸并且暴露在真空条件下，以去除大部分的水。所述高硅石含量纤维层然后在150℃下被干燥3-4小时。预先制备的
Figure BPA0000175387670000112
2000i层被放置在针刺机内，并且所述高硅石含量纤维层被放置在
Figure BPA0000175387670000113
2000i层的顶部。所述两层被缝制在一起并且在900℃下被热处理1小时。
安装垫的保压性能在具有0.35间隙体积密度和4％间隙膨胀(gapexpansion)的条件下，对热侧以1000℃进行试验，而对冷侧以400℃进行试验。第一次试验在高氧化铝纤维面向热侧时进行，并且垫子的最小保压在经过1000次循环后是78.8kpa。第二次试验在沥滤的硅石纤维面向热侧的情况下进行，并且所述垫的最小保压在经过1000次循环后是43.4kpa。
对比实施例2
安装垫被制备仅有单层高氧化铝纤维(来自于Unifrax I LLC，NiagaraFalls，NY的
Figure BPA0000175387670000121
2000i)并且以实施例1中同样的方式进行试验。经过1000次循环后，所述垫的最小保压是85.9kpa。
实施例3
具有高氧化铝纤维层和高硅石含量纤维层的安装垫如下制备：高硅石含量纤维和水的浆料被浇铸并且暴露在真空条件下，以去除大部分的水。所述高硅石含量纤维层然后在150℃下干燥3-4小时。高氧化铝纤维层以与制备高硅含量纤维层同样的方式被制备。所述两层被压在一起以形成分层的安装垫。
安装垫的保压性能在具有0.35间隙体积密度和4％间隙膨胀的条件下，对热侧以1000℃进行试验，而对冷侧以400℃进行试验。第一次试验在高氧化铝纤维面向热侧时进行，并且所述垫的最小保压在经过1000次循环后是41.1kpa。第二次试验在沥滤的硅石纤维面向热侧时进行，并且所述垫的最小保压在经过1000次循环后是30.9kpa。
对比实施例4
安装垫被制备为仅有单层的与实施例3中相同的高氧化铝纤维并且以实施例3中同样的方式进行试验。经过1000次循环后，所述垫的最小保压是42.8kpa。
这些实施例表明包含相对较昂贵的多晶体和/或高氧化铝纤维层以及不太昂贵的沥滤过的硅石纤维层的目标安装垫，在所述目标安装垫被取向成所述多晶体和/或高氧化铝纤维层邻近热侧或者基底时，与仅包含同样昂贵的多晶体和/或高氧化铝纤维的安装垫性能相似。
安装垫能被模切并且在薄的型面内如同弹性支架一样操作，提供操纵的容易性，并且以柔性的形式，从而能够提供催化剂载体结构的总体包裹(如果需要的话)而不会断裂。可替代地，安装垫可以围绕至少部分催化剂载体结构的整个圆周或者周长来整体地包裹。所述安装垫也可以被部分包裹并且包括如目前用于一些传统的转换器装置中的端部密封，如果需要，以防止气体旁通。
上述安装垫也可以用在各种应用中，如传统的汽车催化转换器用于，除了别的以外，摩托车和其他小型发动机，以及汽车前置转换器(preconverters)，和高温间隔装置，衬垫以及甚至是下一代的车身底板(underbody)催化转换器系统。一般地，它们能够用于需要垫或者衬垫以在室温下施加保压的任何应用并且，更加重要地，以提供在从大约20℃至至少大约1100℃的升高温度下保持保压的能力，包括在热循环期间。
上述的安装垫也能够用于化学工业中采用的催化转换器，其位于排气或者排放烟囱内，包括那些包含需要被保护性地安装的脆性蜂窝型结构。
本发明主题的第一实施方案包括用于废气处理装置的安装垫，其包括高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层。
第一实施方案的安装垫可以进一步包括所述高硅石含量纤维是熔化成型的硅石纤维。所述熔化成型的硅石纤维可被沥滤。所述熔化成型的和沥滤的硅石纤维可包含按照重量计至少67％的硅石。所述熔化成型的和沥滤的硅石纤维可经热处理。
第一或者随后的实施方案中的任一个或二者的安装垫可进一步包括，所述多晶体和/或高氧化铝纤维包括溶胶-凝胶衍生的纤维。所述溶胶-凝胶衍生的纤维可包括按照重量计至少60％的氧化铝。所述溶胶-凝胶衍生的纤维可包括至少72％重量的氧化铝。所述溶胶-凝胶衍生的纤维可包括约72％至约75％重量的氧化铝和约25％至大约28％重量的硅石。所述溶胶-凝胶衍生的纤维可包括至少90％重量的氧化铝。
第一或者随后的实施方案中的任一个的安装垫可进一步包括，高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层包括整体的层。
第一或者随后的实施方案中的任一个的安装垫可进一步包括，高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层被粘结地结合在一起。
第一或者随后的实施方案中的任一个的安装垫可进一步包括，高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层被机械结合在一起。高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层可以是物理上缠绕的。
本发明主题的第二实施方案包括制作垫子结构的方法，该方法包括将高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层连接在一起。
第二实施方案的方法可进一步包括所述连接，所述连接包括将所述高硅石含量纤维层和所述多晶体和/或高氧化铝纤维层热复合在一起。
第二或者随后的实施方案中的任一个或二者的方法可进一步包括，所述连接包括将所述高硅石含量纤维层和所述多晶体和/或高氧化铝纤维层粘接地结合在一起。
第二或者随后的实施方案中的任一个的方法可进一步包括，所述连接包括将所述高硅石含量纤维层和所述多晶体和/或高氧化铝纤维层机械地结合在一起。所述机械地结合可包括将所述高硅石含量纤维层和所述多晶体和/或高氧化铝纤维层针刺在一起。所述机械地结合可包括将所述高硅石含量纤维层和所述多晶体和/或高氧化铝纤维层水刺在一起。
第二或者随后的实施方案中的任一个的方法可进一步包括，所述高硅石含量纤维是熔化成型的硅石纤维。所述熔化成型的硅石纤维可以是被沥滤的。所述熔化成型的和被沥滤的硅石纤维可包括至少67％重量的硅石。所述熔化成型的和被沥滤的硅石纤维可以是热处理的。
第二或者随后的实施方案中的任一个的方法可进一步包括，所述多晶体和/或高氧化铝纤维包括溶胶-凝胶衍生的纤维。所述溶胶-凝胶衍生的纤维可包括至少60％重量的氧化铝。所述溶胶-凝胶衍生的纤维可包括至少72％重量的氧化铝。所述溶胶-凝胶衍生的纤维可包括约72％至约75％重量的氧化铝和约25％至约28％重量的硅石。所述溶胶-凝胶衍生的纤维可包括至少90％重量的氧化铝。
本发明主题的第三实施方案包括废气处理装置，所述废气处理装置包括：壳体；安装在所述壳体内的脆性结构；以及放置在所述壳体和所述脆性结构之间的间隙内的安装垫，其中所述安装垫包括高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层。
第三实施方案的废气处理装置可进一步包括，所述高硅石含量纤维是熔化成型的硅石纤维。所述熔化成型的硅石纤维可以是被沥滤的。所述熔化成型的和被沥滤的硅石纤维可包括至少67％重量的硅石。所述熔化成型的和被沥滤过的硅石纤维可以是热处理的。
第三或者随后的实施方案中的任一个或二者的废气处理装置可进一步包括，所述多晶体和/或高氧化铝纤维包括溶胶-凝胶衍生的纤维。所述溶胶-凝胶衍生的纤维可包括至少60％重量的氧化铝。所述溶胶-凝胶衍生的纤维可包括至少72％重量的氧化铝。所述溶胶-凝胶衍生的纤维可包括约72％至约75％重量的氧化铝和约25％至约28％重量的硅石。所述溶胶-凝胶衍生的纤维可包括至少90％重量的氧化铝。
第三或者随后的实施方案中的任一个的废气处理装置可进一步包括，高硅石含量纤维层和多晶体纤维层包括整体的层。
第三或者随后的实施方案中的任一个的废气处理装置可进一步包括，高硅石含量纤维层和多晶体纤维层被粘结地结合在一起。
第三或者随后的实施方案中任一个的废气处理装置可进一步包括，高硅石含量纤维层和多晶体纤维层被机械地结合在一起。高硅石含量纤维层和多晶体纤维层可以是物理上缠绕的。
本发明主题的第四实施方案包括制作用于处理废气的装置的方法，所述方法包括：提供安装垫，所述安装垫包括高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层；围绕适于处理废气的脆性结构的周长的至少一部分包裹所述安装垫；以及将所述脆性结构和安装垫设置在壳体中。所述安装垫可以是上述第一或者随后的实施方案中任一个所述的安装垫。
本发明主题的第五实施方案包括废气处理装置，所述废气处理装置包括：壳体；安装在壳体内的脆性结构；设置在所述壳体和所述脆性结构之间的间隙内的安装垫；包括内部和外部锥形壳体的夹侧壁端锥形壳体；以及没置在所述端锥形壳体的壁之间的绝缘垫，所述绝缘垫包括高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层。所述绝缘垫可以是上述第一或者随后实施方案中任一个所述的安装垫。
本发明主题的第六实施方案包括用于废气处理装置的端锥体，所述端锥体包括：外部金属锥体；内部金属锥体；以及设置在端部锥形壳体的所述内部和外部金属锥体之间的绝缘垫，所述绝缘垫包括高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层。所述绝缘垫可以是上述第一或者随后实施方案中任一个所述的安装垫。

Claims (17)

1.一种用于废气处理装置的安装垫，所述安装垫包括高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层。
2.权利要求1所述的安装垫，其中所述高硅石含量纤维是熔化成型的硅石纤维。
3.权利要求2所述的安装垫，其中所述熔化成型的硅石纤维是沥滤的。
4.权利要求3所述的安装垫，其中所述熔化成型的和沥滤的硅石纤维包括至少67％重量的硅石。
5.权利要求4所述的安装垫，其中所述熔化成型的和沥滤的硅石纤维经过热处理。
6.权利要求1所述的安装垫，其中所述多晶体和/或高氧化铝纤维包括溶胶-凝胶衍生的纤维。
7.权利要求6所述的安装垫，其中所述溶胶-凝胶衍生的纤维包括至少70％重量的氧化铝。
8.权利要求6所述的安装垫，其中所述溶胶-凝胶衍生的纤维包括约72％至约75％重量的氧化铝和约25％至约28％重量的硅石。
9.权利要求6所述的安装垫，其中所述溶胶-凝胶衍生的纤维包括至少95％重量的氧化铝。
10.权利要求1所述的安装垫，其中所述高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层包括整体层。
11.一种制作如权利要求1-10中任一项所述的安装垫的方法，所述方法包括将高硅石含量纤维层和多晶体和/或高氧化铝纤维层连接在一起。
12.权利要求11所述的制作垫的方法，其中所述连接包括将所述高硅石含量纤维层和所述多晶体和/或高氧化铝纤维层热层压在一起。
13.权利要求11所述的制作垫的方法，其中所述连接包括将所述高硅石含量纤维层和所述多晶体和/或高氧化铝纤维层粘附地结合在一起。
14.权利要求11所述的制作垫的方法，其中所述连接包括将所述高硅石含量纤维层和所述多晶体和/或高氧化铝纤维层机械地结合在一起。
15.一种废气处理装置，其包括：
壳体；
安装所述壳体内的脆性结构；和
设置在所述壳体和所述脆性结构之间的间隙内的如权利要求1-10中任一项所述的安装垫。
16.一种废气处理装置，包括：
壳体；
安装在所述壳体内的脆性结构；
布置在所述壳体和所述脆性结构之间的间隙内的安装垫；
包括内部和外部锥形壳体的夹壁端锥形壳体；以及
布置在所述端锥形壳体的壁之间的绝缘垫，所述绝缘垫包括如权利要求1至10中任一项所述的安装垫。
17.一种用于废气处理装置的端锥体，包括：
外部金属锥体；
内部金属锥体；以及
布置在端锥形壳体的所述内部和外部金属锥体之间的绝缘垫，所述绝缘垫包括如权利要求1-10中任一项所述的安装垫。
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