專利名稱：具有柔性邊緣保護的安裝墊和結合有該安裝墊的排氣處理設備的制作方法
技術領域：
提供了一種用于將易碎結構安裝在排氣處理設備(例如催化式排氣凈化器或柴油機顆粒捕集器)的殼體內的安裝墊。還提供了一種排氣處理設備，其包括由設置在殼體與易碎結構之間的間隙中的安裝墊安裝在殼體內的易碎結構。
背景技術：
在機動車上使用排氣處理設備以減少來自發動機排氣排放物的污染。普通的排氣處理設備的示例包括催化式排氣凈化器和柴油機顆粒捕集器。用于處理機動車發送機排氣的催化式排氣凈化器一般包括殼體、用于保持用來影響一氧化碳及碳氫化合物的氧化以及氮氧化物的減少的催化劑的易碎催化劑支撐結構、以及設置在易碎催化劑支撐結構的外表面與殼體的內表面之間以在工作期間將易碎催化劑支撐結構保持在殼體內的安裝墊。用于控制由柴油機發動機產生的污染的柴油機顆粒捕集器一般包括殼體、用于收集來自柴油機發動機排放物的顆粒的易碎顆粒過濾器或捕集器、以及設置在過濾器或捕集器的外表面與殼體的內表面之間以在工作期間將易碎過濾器或捕集器結構保持在殼體內的安裝墊。易碎結構(催化劑支撐結構或柴油機顆粒過濾器)包含在殼體內，其中在易碎結構的外表面與殼體的內表面之間存在空間或間隙。易碎結構通常包括由脆性陶瓷材料，例如氧化鋁、鈦酸鋁、二氧化硅、氧化鎂、氧化鋯、堇青石、碳化硅等的易碎材料制成的結構。這些材料提供具有多個氣流通道的構架類型結構。這些結構可以是非常易碎的以至于小的沖擊載荷或應力經常足以使它們斷裂或破碎。為了在該設備的正常工作期間保護易碎結構免于遭到熱和機械沖擊以及其他應力，并且提供熱絕緣和有效的氣體密封，而將安裝或支撐墊材料定位在易碎結構和殼體之間的間隙內。所使用的安裝墊材料應該能夠滿足易碎結構制造者或排氣處理設備制造者提出的許多設計或物理要求的任一種。例如，安裝墊材料應該能夠在易碎結構上施加有效殘余保持壓力，即使當排氣處理設備已經承受寬的溫度波動，這導致與易碎結構相關的金屬殼體的顯著膨脹和收縮，且繼而導致在一段時間內安裝墊的顯著壓縮和釋放循環。—般有兩種類型的可用于排氣處理設備中的安裝墊，即膨脹性和非膨脹性安裝墊。膨脹性安裝墊包括響應于施加熱而膨脹的材料。膨脹性材料在安裝墊中的使用依賴于想要的應用和安裝墊將經受的條件。非膨脹性安裝墊是基本上不膨脹的。“基本上不膨脹的”意味著在如膨脹性墊所期待的那樣施加熱時墊不容易膨脹。當然，基于墊的熱膨脹系數墊的確會發生些許膨脹。然而，與膨脹性墊的膨脹相比，這個膨脹量是極其小的。當結合在排氣處理設備內時所有的安裝墊都會遭受邊緣腐蝕。內燃機產生的熱排放氣體在進入排氣處理設備之前經過排氣管。在經過排氣管時，這些排放物必須進入入口區域并且通過排氣處理設備的出口區域退出。排氣處理設備的安裝墊的前緣和后緣暴露于這些熱氣體中，這會繼而導致安裝墊邊緣的老化。膨脹性和非膨脹性安裝墊都不總是抵抗熱氣體邊緣腐蝕。支撐墊的不正確的安裝或殼體內的安裝墊的保持力的不足可能導致支撐墊腐蝕。并且，根據具體應用，在排氣處理設備內使用非膨脹性安裝墊可能對排氣處理設備提供不足的保護和支撐。關于膨脹性墊， 將非膨脹性墊的特殊窄條粘合到膨脹性墊的邊緣以便提供邊緣保護是已知的。然而，這是相對昂貴和復雜的工序，因為它包括物理地將兩個單獨的部件(即安裝墊和非膨脹性墊的條)相互附接到一起。存在多種用于膨脹性墊的邊緣保護的方法。耐高溫布料和硬化溶液也已經用于試圖減輕邊緣腐蝕問題。例如，耐高溫布料的使用要求纏繞墊的邊緣以便提高抗氣體腐蝕性。 布料邊緣處理保護了墊的前緣和后緣。由于將纏繞有耐高溫布料的安裝墊裝配到殼體中的復雜性，因此單獨的耐高溫布料的使用不是被高度接受的方案。還已知的是將高溫硬化溶液加入到設置在催化劑支撐元件和金屬殼體之間的安裝墊。高溫硬化溶液材料可在安裝墊組裝在金屬殼內之前或之后加入。硬化溶液雖然很有效，但是必須在罐裝操作期間由最終用戶應用并且是應用到安裝墊的骯臟產品。而且，在易碎結構周圍組裝安裝墊之前將硬化溶液應用到安裝墊是不可能的，因為干的溶液很硬，并且使得安裝墊太僵硬而不能繞易碎催化劑支撐結構纏繞。
發明內容
提供了一種包括無機纖維墊的用于排氣處理設備的安裝墊，其包括第一和第二對置主表面、前緣和后緣以及相對側緣，其中至少一個所述相對側緣的至少一部分包括基本上干燥的柔性邊緣保護劑，其包括聚合物和吸附在該聚合物上的抗氣體腐蝕劑。還提供了一種排氣處理設備，包括殼體；無機纖維墊，其包括第一和第二對置主表面、前緣和后緣以及相對側緣，其中至少一個所述相對側緣的至少一部分包括基本上干燥的柔性邊緣保護劑，其包括聚合物和吸附在該聚合物上的抗氣體腐蝕劑；以及易碎催化劑支撐結構，其通過所述安裝墊彈性地安裝在所述殼體內。此外還提供了一種制造用于排氣處理設備的安裝墊的方法，包括將包括聚合物和抗氣體腐蝕劑的液體柔性邊緣保護劑應用到包括無機纖維的安裝墊的至少一個邊緣的至少一部分；以及從所述邊緣保護劑去除所述液體的至少一部分。還提供了一種制造排氣處理設備的方法，包括用在此描述的安裝墊纏繞適于處理排氣的易碎催化劑結構的至少一部分；以及將被纏繞的易碎結構設置在殼體內。
圖1表示包含用柔性邊緣保護劑處理過的安裝墊的排氣處理設備的剖視圖。圖2表示具有舌-槽構造的安裝墊的平面圖。圖3表示用柔性邊緣保護劑處理過的具有舌-槽結構的安裝墊的立體圖。
具體實施例方式公開了一種用于排氣處理設備應用的安裝墊。安裝墊包括由耐熱無機纖維和柔性邊緣保護劑處理劑構成的至少一個板或片。根據某些實施例，安裝墊包括由耐熱無機纖維、膨脹性材料和柔性邊緣保護劑處理劑構成的至少一個板或片。已經令人驚訝并且出乎預料地發現包括柔性邊緣保護劑處理劑使得不需要鄰近安裝墊的前緣和后緣附接單獨的邊緣保護劑材料以便保護安裝墊免于由于熱排放氣體而遭到腐蝕。在邊緣保護劑處理劑應用到墊并且基本上干燥之后，安裝墊保持其大部分的原始柔性以使得它能夠繞催化劑支撐結構纏繞，并且從而克服與將安裝墊硬化的邊緣保護劑溶液相關的問題。還提供了一種處理排氣的設備，其具有安裝在殼體內的易碎催化劑支撐結構，該結構由設置在殼體和易碎結構之間的安裝墊支撐在其內。術語“易碎結構”旨在表示和包括例如金屬或陶瓷整料等的催化劑支撐結構，其可在本質上是易碎的或脆的并且將從例如在此描述的安裝墊中受益。圖1示出了示意性排氣處理設備。應該理解排氣處理設備不是意在被限制為使用在圖1所示的催化式排氣凈化器中，所以示出的形狀僅為例示性實施例。實際上，安裝墊可以用來安裝或支撐適于處理排氣的任何易碎結構，例如柴油機催化劑結構、柴油機顆粒捕集器、NOx捕集器等。催化劑支撐結構通常包括由耐熱材料安裝在殼體內的一個或多個多孔管狀或蜂窩狀結構。根據排氣處理設備的類型，每個結構可包括在任何地方每平方英寸從大約200 到大約900或更多的通道或網格。柴油機顆粒捕集器與催化劑結構不同之處在于，顆粒捕集器內的每個通道或網格在一端或另一端是閉合的。在柴油機顆粒捕集器中，從多孔結構中的排氣收集顆粒直到由高溫燃盡過程重新產生。任何用于催化式排氣凈化器或柴油機顆粒捕集器的已知催化劑支撐結構都可用在排氣處理設備中。本發明的安裝墊的非機動車應用可包括用于化學工業排放(排氣)塔的催化式排氣凈化器。催化式排氣凈化器10可包括由通過凸緣16保持在一起的兩塊金屬例如耐高溫鋼形成的大致管狀的殼體12。可替代地，殼體可包括預成形罐，由安裝墊纏繞的催化劑支撐結構插入在該預成形罐中。殼體12包括在一端的入口 14和在其相對端的出口(未示出)。入口 14和出口適當地形成在它們的外部端，從而它們可固定至內燃機的排氣系統中的管道。 設備10包括易碎催化劑支撐結構，例如脆性陶瓷整料18，其由安裝墊20支撐和限制在殼體12內，這將被進一步描述。整料18包括從其一端處的入口端表面軸向延伸到其相對端處的出口端表面的多個透氣通道。整料18可由任何合適的耐火金屬或陶瓷材料以任何已知方式和構造來形成。整料的截面構造一般是橢圓形或圓形的，但也可以是其他形狀。任何已知的整料可與殼體和安裝墊組合使用。整料與其殼體以一定距離或間隙間隔開，一定距離或間隙將根據使用的排氣處理設備的類型和設計而不同，例如根據催化式排氣凈化器、柴油機催化劑結構、或柴油機顆粒捕集器而不同。該間隙填充有安裝墊20以為陶瓷整料18提供彈性支撐。彈性安裝墊21 既提供了與外部環境的隔熱又為催化劑支撐結構提供了機械支撐，從而保護易碎結構免于在寬范圍的排氣處理設備工作溫度內受到機械沖擊。轉到圖2，示出了示意性安裝墊20。安裝墊20是耐高溫無機纖維的均質墊，其已經被模壓以實現具有舌-槽構造的安裝墊。安裝墊20包括前緣22和后緣M。安裝墊還包括可能會暴露于熱排氣排放物的相對側緣沈、28。將柔性邊緣保護劑32應用到安裝墊20 的第一主表面30和側緣沈、28，以在催化劑排氣凈化器工作期間保護安裝墊20免于遭受熱排放氣體的邊緣腐蝕和老化。柔性邊緣保護劑32也可應用到安裝墊的鄰近側緣的第二主表面(未示出)的部分。
轉到圖3，示出了示意性安裝墊20。安裝墊20是耐高溫無機纖維的均質墊，其已經被模壓以實現具有舌-槽構造的安裝墊。安裝墊20包括前緣22和后緣M。安裝墊還包括可能會暴露于熱排氣排放物的相對側緣沈、28。將柔性邊緣保護劑32應用到安裝墊20 的側緣沈、觀并且應用到第一主表面30，以在催化劑排氣凈化器工作期間保護安裝墊20免于遭受熱排放氣體的邊緣腐蝕和老化。邊緣保護劑32也可應用到安裝墊的鄰近側緣的第二主表面(未示出)的部分。總體上，安裝墊包括無機纖維，該無機纖維具有吸收在其一部分上的柔性邊緣保護劑，可選地至少一種類型的膨脹性材料、以及可選地至少一種類型的有機粘合劑。術語 “吸收”意味著邊緣保護設置在側緣的表面上和可選地設置在第一和第二主表面的鄰近側緣的部分上，和/或邊緣保護劑材料已經沿著墊的側緣滲透進入安裝墊的厚度的至少一部分以及可選地滲透進入第一和第二主表面的被吸收在墊的側表面上的部分。在燃盡邊緣保護劑中的聚合物時，抗氣體腐蝕劑被留下來以保護安裝墊的邊緣免于撞擊沖擊氣體而遭受老化。在抗氣體腐蝕材料已經滲透安裝墊的厚度的部位，安裝墊的那些部分變得致密并且抗熱氣體腐蝕。邊緣保護劑材料被吸收到安裝墊20的至少前緣和后緣的一部分。根據某些實施例，邊緣保護劑可吸收到安裝墊20的前緣和后緣的至少一個的一部分。根據其他實施例， 邊緣保護劑可被吸收到安裝墊的前緣和后緣的一部分。根據其他實施例，邊緣保護劑可沿著安裝墊的前緣和后緣的至少一個的邊緣的整個長度被吸收。根據另外的實施例，邊緣保護劑可沿著安裝墊的前緣和后緣的整個長度被吸收。安裝墊的組合能夠保護暴露于熱排氣的安裝墊邊緣，以防止安裝墊的邊緣腐蝕或過早地分解。根據某些實施例，吸收在安裝墊上的柔性邊緣保護劑的載荷值是從大約0. 1到大約2ml/cm2。根據其他實施例，吸收在安裝墊上的柔性邊緣保護劑的載荷值是從大約0. 2到大約0. 8ml/cm2。根據其他實施例，吸收在安裝墊上的柔性邊緣保護劑的載荷值是從大約 0. 4 到大約 0. 6ml/cm2。任何耐熱無機纖維可用在安裝墊的構造中，只要纖維能夠經受安裝墊成形處理， 能夠經受排氣處理設備的工作溫度，能夠在預期的工作溫度下在保持用于將易碎結構保持在排氣處理設備殼體內的壓力性能時提供最小的隔熱以及機械沖擊保護。沒有限制，可用來制備安裝墊和排氣處理設備的適當的無機纖維包括某些氧化物纖維(例如高氧化鋁多晶體纖維和硅酸鋁纖維、氧化鋁-氧化鎂-二氧化硅纖維)、堿土金屬硅酸鹽纖維(例如氧化鈣-氧化鎂-二氧化硅纖維和氧化鎂-二氧化硅纖維)、S-玻璃纖維、S2-玻璃纖維、E-玻璃纖維、石英纖維、二氧化硅纖維及其組合物。根據某些實施例，用來制備安裝墊的耐熱無機纖維包括陶瓷氧化物纖維。沒有限制，適當的陶瓷氧化物纖維包括氧化鋁纖維、硅酸鋁纖維、氧化鋁-氧化鋯-二氧化硅纖維、 氧化鋯-二氧化硅纖維、氧化鋯纖維以及類似纖維。有用的硅酸鋁陶瓷纖維是Unifrax I LLC (Niagara Falls, New York)生產的注冊商標為 FIBERFRAX 的市售產品。FIBERFRAX 陶瓷纖維包括大約45到大約75重量百分比的氧化鋁和大約25到大約55重量百分比的二氧化硅的纖維化制品。FIBERFRAX纖維呈現直到大約1540°C的工作溫度和直到大約1870°C 的熔點溫度。FIBERFRAX纖維容易形成為耐高溫片、紙、板和墊。氧化鋁/ 二氧化硅纖維可包括大約45重量百分比到大約60重量百分比的氧化鋁和大約40重量百分比到大約55重量百分比的二氧化硅。氧化鋁/ 二氧化硅纖維可包括大約50重量百分比的氧化鋁和大約 50重量百分比的二氧化硅。氧化鋁/ 二氧化硅/氧化鎂玻璃纖維通常包括大約64重量百分比到大約66重量百分比的二氧化硅、和大約M重量百分比到大約25重量百分比的氧化鋁以及大約9重量百分比到大約10重量百分比的氧化鎂。E-玻璃纖維通常包括大約52重量百分比到大約 56重量百分比的二氧化硅、大約16重量百分比到大約25重量百分比的氧化鈣、大約12重量百分比到大約16重量百分比的氧化鋁、大約5重量百分比到大約10重量百分比的氧化硼、達到大約5重量百分比的氧化鎂、達到大約2重量百分比的氧化鈉和氧化鉀以及微量的氧化鐵和氟化物，其中通常的組合是陽重量百分比的二氧化硅、15重量百分比的氧化鋁、 7重量百分比的氧化硼、3重量百分比的氧化鎂、19重量百分比的氧化鈣及微量的上面提到的材料。根據某些實施例，用來制備安裝墊的堿土金屬硅酸鹽纖維是耐熱的并且生物可溶性的。沒有限制，用來制備用于排氣處理設備的安裝墊的生物可溶性堿土金屬硅酸鹽纖維的適當的示例包括公開在美國專利第6953757、6030910、6025沘8、5874375、5585312、 5332699、5714421、7259118、7153796、6861381、5955389、5928075、5821183、和 58111360 中公開的那些纖維，這些通過引用方式被合并于此。根據某些實施例，生物可溶性堿土金屬硅酸鹽纖維可包括氧化鎂和二氧化硅的氧化物的混合物的纖維化制品。這些纖維通常稱為硅酸鎂纖維。硅酸鎂纖維一般包括大約60 到大約90重量百分比的二氧化硅、大于0到35重量百分比的氧化鎂及5重量百分比或更少的雜質的纖維化制品。根據某些實施例，堿土金屬硅酸鹽纖維包括大約65到大約86重量百分比的二氧化硅、大約14到大約35重量百分比的氧化鎂及5重量百分比或更少的雜質的纖維化制品。根據其他實施例，堿土金屬硅酸鹽纖維包括大約70到大約86重量百分比的二氧化硅、大約14到大約30重量百分比的氧化鎂及5重量百分比或更少的雜質的纖維化制品。適當的硅酸鎂纖維是Unifrax I LLC (Niagara Falls, New York)生產的注冊商標為IS0FRAX的市售產品。市售的IS0FRAX纖維一般包括大約70到大約80重量百分比的二氧化硅、大約18到大約27重量百分比的氧化鎂及4重量百分比或更少的雜質的纖維化制品。根據某些實施例，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的混合物的纖維化制品。這些纖維通常稱為氧化鈣-氧化鎂-二氧化硅纖維。根據某些實施例，氧化鈣-氧化鎂-二氧化硅纖維包括大約45到大約90重量百分比的二氧化硅、 大于0到大約45重量百分比的氧化鈣、大于0到大約35重量百分比的氧化鎂及10重量百分比或更少的雜質的纖維化制品。有用的氧化鈣-氧化鎂-二氧化硅纖維是Unifrax I LLCCNiagara Falls, New York)生產的注冊商標為 INSULFRAX 的市售產品。INSULFRAX 纖維一般包括大約61到大約67重量百分比的二氧化硅、從大約27到大約33重量百分比的氧化鈣及從大約2到大約7重量百分比的氧化鎂的纖維化制品。其他適當的氧化鈣-氧化鎂-二氧化硅纖維是 Thermal Ceramics (Augusta Georgia)生產的商標為 SUPERW00L 607 和SUPERW00L 607 MAX的市售產品。SUPERW00L 607纖維包括大約60到大約70重量百分比的二氧化硅、從大約25到大約35重量百分比的氧化鈣、從大約4到大約7重量百分比的氧化鎂及微量氧化鋁。SUPERW00L 607 MAX纖維包括大約60到大約70重量百分比的二氧
10化硅、從大約16到大約22重量百分比的氧化鈣、從大約12到大約19重量百分比的氧化鎂
及微量氧化鋁。在某些實施例中，安裝墊20可包括一個或多個熔制、無定形的耐高溫的具有高二氧化硅含量的浙濾玻璃纖維以及可選地粘合劑或適于用作粘合劑的其他纖維的非膨脹性板。玻璃纖維可以任何方式并且使用本領域任何已知技術浙濾。總體上，浙濾可以通過使熔制玻璃纖維經受酸溶液或適于從纖維分離出非硅的氧化物和其他成分的其他溶液來完成。 在美國專利NO. 2624658和歐洲專利申請公開NO. 0973697中論述了各種已知浙濾技術的更詳細描述，但浙濾技術并不局限于此。根據術語“高二氧化硅含量”，其意味著纖維包含比纖維中的任何其他組合成分更多的二氧化硅。實際上，如下面討論的，可以認識到在浙濾后這些纖維的二氧化硅含量優選地比包含二氧化硅的任何其他玻璃纖維(包括S-玻璃纖維，多晶體石英派生纖維或純二氧化硅纖維除外)都大。對于生產用于排氣處理設備的安裝墊有用的的適當二氧化硅纖維包括從德國 BelChem Fiber Materials GmbH 生產的商標為 BELC0TEX、從 Gardena California 的 Hitco Carbon CompositesInc.生產的注冊商標為REFRASIL、以及從白俄羅斯共和國的 Polotsk-Steklovolokno生產的商標為PS-23 (R)的那些浙濾玻璃纖維。BELC0TEX纖維是標準類型的人造纖維預紗線。這些纖維具有大約550特的平均細度并且通常由氧化鋁改性的硅酸制成。BELC0TEX纖維是無定形的，并且通常包含大約94. 5 的二氧化硅、大約4. 5百分比的氧化鋁、少于0. 5百分比的氧化鈉以及少于0. 5百分比的其他成分。這些纖維具有大約9微米的平均纖維直徑和1500°C到1550°C范圍的熔點。這些纖維耐熱的溫度高達1100°C，并且一般是無疵點且無粘合劑的。REFRASIL纖維，如同BELC0TEX纖維一樣，是無定形的浙濾玻璃纖維，其具有高二氧化硅含量以對1000°c到1100°c溫度范圍中的應用提供隔熱。這些纖維具有大約6到大約13微米之間的直徑，并且具有大約1700°C的熔點。在浙濾后，該纖維一般具有大約95重量百分比的二氧化硅含量。氧化鋁可呈現大約4重量百分比的量，以及其他成分呈現為1 重量百分比或更少的量。來自Polotsk-Meklovolokno的PS - 23 (R)纖維是無定形的玻璃纖維，其具有高二氧化硅含量并且適于為需要耐熱到至少大約100(TC的應用提供隔熱。這些纖維具有在大約5到大約20mm范圍的纖維長度和大約9微米的纖維直徑。這些纖維，如同REFRASIL 纖維一樣，具有大約1700°C的熔點。在某些實施例中，安裝墊20可包括膨脹性安裝墊。膨脹性安裝墊20包括膨脹性材料，例如未膨脹蛭石、離子交換蛭石、熱處理蛭石、可膨脹石墨、水黑云母、水膨脹四硅氟云母、堿金屬硅酸鹽或其混合物。安裝墊可包括超過一種類型的膨脹性材料的混合物。根據某些實施例，包括在安裝墊內的膨脹性材料可包括未膨脹蛭石和可膨脹石墨的混合物， 蛭石石墨的相對量為大約9:1到大約1:2，如在美國專利N0. 5384188中描述的那樣。如前面提及的，安裝墊可包括或可不包括與柔性邊緣保護劑分離的粘合劑。當使用粘合劑時，可將組分混合來形成混合物或漿。纖維可選地膨脹性材料的漿以及粘合劑然后形成墊結構，并去除粘合劑，從而提供基本上僅包括耐高溫無機纖維和可選地膨脹性材料的安裝墊。適當的粘合劑包括有機粘合劑、無機粘合劑及這兩種粘合劑的混合物。根據某些實施例，安裝墊包括一種或多種有機粘合劑。有機粘合劑可提供為固體、液體、溶液、分散體、乳膠、乳液或類似形式。有機粘合劑可包括熱塑性或熱固性粘合劑，其固化后是可以從安裝后的安裝墊中燃燒盡的柔性材料。適當的有機粘合劑的示例包括，但不限于，丙烯酸乳膠、(甲基)丙烯酸乳膠、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、乙酸乙烯和乙烯的共聚物、聚酰胺、硅樹脂等。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。基于安裝墊的總重量，有機粘合劑可以大于0到大約20重量百分比、從大約0. 5 到大約15重量百分比、從大約1到大約10重量百分比、從大約2到大約8重量百分比的量被包括在安裝墊內。安裝墊可包括聚合粘合劑纖維而沒有或還有樹脂或液體粘合劑。基于100重量百分比的總組成，這些聚合粘合劑纖維可使用的量為從大于0到大約20重量百分比、從大約1 到大約15重量百分比、從大約2到大約10重量百分比的范圍以幫助將耐熱無機纖維粘合在一起。粘合劑纖維的適合示例包括聚乙烯醇纖維、聚烯烴纖維例如聚乙烯和聚丙烯、丙烯酸纖維、聚酯纖維、乙基醋酸乙烯纖維、尼龍纖維及其組合物。包括皮芯結構的雙成分纖維可用作粘合劑纖維。一般，有機粘合劑是用來最初將纖維粘合在一起的犧牲粘合劑。用“犧牲”表示有機纖維將最終被從安裝墊燃燒盡，留下無機纖維和可選地膨脹性材料的一體安裝墊，以用于將催化劑支撐結構支撐在金屬殼體內。根據某些示意性的實施例，安裝墊是一體的。用“一體的”表示在制造后，安裝墊具有自支撐結構，不需要織品、塑料、或紙的加強或包含層，(包括針腳式接合到墊的那些)并且可以無需分解地被處理、操作或安裝。除了有機粘合劑，安裝墊也可包括無機粘合劑材料。沒有限制，適當的無機粘合劑材料包括氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯和其混合物的膠體分散體。將粘合劑或邊緣保護劑應用到墊的方法包括涂覆、浸入、浸沒、淹沒、輥壓、刷、飛濺、噴射等。關于粘合劑應用到墊，在連續的處理中，可以以卷軸的形式被輸送的纖維墊被展開并且例如在輸送器上或纖維織品上被移動經過將粘合劑應用到墊的噴射噴嘴。可替代地，墊可以是重力供給經過噴射噴嘴。墊/粘合劑預浸品然后經過壓輥之間，這去除了過量的液體并且使預浸品致密化以接近其期望厚度。致密化的預浸品然后可穿過爐以去除任何剩余的溶劑，并且如果必要的話則部分地固化粘合劑以形成復合物。干燥溫度和固化溫度主要依賴于使用的粘合劑和溶劑(如果有)。復合物然后可以被切割或輥壓以存儲或輸送。在排氣處理設備10的工作期間，熱排氣排放物進入排氣處理設備10的入口 14并且通過出口(未示出)退出。這些排放物導致位于安裝墊的入口 14側上的前緣沈和位于出口側(未示出)上的后緣觀(前緣和后緣未用邊緣保護劑處理劑)隨著時間而被腐蝕從而導致安裝墊的整體老化。將邊緣保護劑應用到安裝墊20上，保護墊20免于遭到因高溫排氣排放物導致的腐蝕。包含柔性聚合物和抗氣體腐蝕劑的液體邊緣保護劑在制作安裝墊時被應用到安裝墊上，并且在使邊緣保護劑基本上干燥以后它保持足夠柔性以允許墊繞易碎催化劑支撐結構的至少一部分纏繞并且安裝在排氣處理設備內，而不會干擾它的安裝或功能。安裝墊不會受到將導致難以在殼體內組裝的增加的破裂或非柔性，這通常與硬化邊緣保護劑材料相關。鑒于邊緣腐蝕的現有溶液的缺點，本安裝墊還包括邊緣保護劑處理劑，其有效地抵抗邊緣腐蝕和老化并且更易于應用。邊緣保護劑處理劑可應用至包含上面提及的任何無機纖維的膨脹性或非膨脹性安裝墊。可以在將墊繞催化劑支撐件纏繞之前，將邊緣保護劑處理劑應用到安裝墊，但也可以在沿著排氣處理設備的制造過程的任何步驟，包括安裝墊組裝在殼體內之后，應用邊緣保護劑處理劑。過去繞安裝墊的邊緣纏繞二氧化硅布料以提供邊緣保護。這導致安裝墊的厚度增加，并且墊的柔性降低。然而，本邊緣保護劑處理劑的應用不會導致安裝墊增加厚度，并且允許安裝墊保持其大部分原始柔性。柔性邊緣保護劑也是優于非膨脹性材料邊緣保護劑的使用的，因為不需要粘接帶或使用其他接合方式來將安裝墊的單獨且不同的部分保持在一起。在某些實施例中，邊緣保護劑處理劑可通過使安裝墊的一部分與液體邊緣保護劑池接觸來應用。一種應用邊緣保護劑處理劑的方法涉及將單個均質安裝墊的至少邊緣部分浸入包含邊緣保護劑溶液的貯存器內。安裝墊吸附溶液并且變成至少部分地浸透有邊緣保護劑處理劑。安裝墊浸入邊緣保護劑溶液的長度可根據實施例而變化，并且足夠在安裝墊上賦予抗熱氣腐蝕性。安裝墊浸入貯存器中優選地發生在特定的深度，以便安裝墊的前緣或后緣的一部分用邊緣保護劑處理。邊緣保護劑處理劑由安裝墊的纖維通過毛細管作用來吸附。然后在安裝墊組裝到排氣處理設備內之前或之后，使安裝墊經受從邊緣保護劑處理劑去除一部分水分的處理，以便獲得上面具有基本上干燥的柔性邊緣保護劑的安裝墊。 關于邊緣保護劑，術語“基本上干燥”意味著邊緣保護劑的含水量是干燥之前邊緣保護劑的原始含水量的大約10%。根據某些實施例，術語“基本上干燥”意味著邊緣保護劑的含水量是干燥之前邊緣保護劑的原始含水量的大約5%。根據另一實施例，術語“基本上干燥”意味著邊緣保護劑的含水量是干燥之前邊緣保護劑的原始含水量的大約洲。根據某些實施例，具有浸透的邊緣保護劑的安裝墊在其組裝在排氣處理設備之前經受干燥處理。可使用熱和高的空氣移動來迫使干燥。一種干燥的方法是，將用柔性邊緣保護劑處理過的安裝墊放置在具有大約200°C或以上的空氣溫度的對流爐內。干燥處理允許邊緣保護劑溶液內的水或其他液體蒸發。在干燥中，抗氣體腐蝕劑，例如二氧化硅固體隨液體載體移動到汽化發生的地方并且比其他地方更加相當大的程度地沉積在那些地方。這意味著二氧化硅固體趨向于集中在安裝墊的暴露端并且更小程度地集中在安裝墊20和管狀殼體12或預成形罐和整料18的接口處。如果需要，可以使用選擇性加熱取代爐干燥，以控制二氧化硅沉積的面積。在干燥之后，具有邊緣保護劑的安裝墊保持足夠柔性以繞整料纏繞，從而允許排氣處理設備的零件的方便組裝，而不會使墊破裂或斷裂或者以其他方式干擾安裝或功能。用邊緣保護劑處理過的安裝墊維持足夠的柔性以在整塊易碎支撐結構周圍定位。實際上，具有邊緣保護劑的安裝墊基本上保持與均質底層安裝墊材料相同的柔性， 并且將因此不會改變安裝墊產品的使用。這樣允許罐裝操作更系統地進行，允許安裝墊繞易碎支撐結構簡單的纏繞，而在組裝之后無需任何附加步驟，使得安裝墊在邊緣腐蝕保護方面完美。將邊緣保護劑處理劑應用到安裝墊的另一種方法涉及在安裝墊已經組裝在排氣處理設備的殼體內之前或之后，將邊緣保護劑處理劑灌注或注射到安裝墊中。該方法涉及用針將邊緣保護劑處理劑注射到安裝墊的暴露的前緣或后緣的至少一個。然后，灌注或注射的邊緣保護劑處理劑將自身分布到整個安裝墊。排氣處理設備的正常工作溫度可與其他干燥方法一起用來促進安裝墊的干燥處理，以使得安裝墊抗邊緣腐蝕。根據某些實施例，邊緣保護劑處理劑包括乳膠和抗氣體腐蝕劑。根據某些實施例， 邊緣保護劑溶液是乳液，其中分散相包括在水的連續相內的彈性體、以及抗氣體腐蝕劑。根據某些實施例，彈性體熱分解留下抗氣體腐蝕劑，例如耐高溫無機顆粒。根據某些實施例， 這些顆粒足夠小以滲透安裝墊纖維的邊緣表面和主表面，而不滲透纖維到膠體二氧化硅會滲透的顯著深度。例如，具有大約小于2. 6X 10_3mm2的顆粒尺寸的無機顆粒，例如氣相二氧化硅，可實現這種表面滲透。根據某些實施例，沒有限制，邊緣保護劑包括聚硅醚乳液。沒有限制，適當的聚硅醚乳液是商標名稱為Dow84的市售產品。Dow84是水基聚硅醚，其作為不透明乳液供應。它包括大量二氧化硅固體，但是當它干燥成膜時仍然保持柔性。Dow84是可從Dow Corning Corporation (Midland, Michigan)白勺。可用來開展邊緣保護劑處理的其他成分包括但不限于膠體二氧化硅、各種粘土、 各種聚合物等。可選地，表面活性劑可作為邊緣保護劑池的成分被包括進來以促進邊緣保護劑液體被吸收到墊內。通過促進邊緣保護劑液體被吸收到墊內，表面活性劑的使用可允許邊緣保護劑處理劑的更方便的應用。一旦將安裝墊形成為上面吸收有基本上干燥的柔性邊緣保護劑，那么它可沖切為將用于具體的排氣處理設備的最終形狀。邊緣保護劑處理劑的應用涉及將沖切的安裝墊的部件邊緣浸入邊緣保護劑池中。已經用邊緣保護劑處理過的安裝墊保持足夠的柔性以便繞適于處理排氣的易碎結構的至少一部分纏繞。然后將用由邊緣保護劑處理過的安裝墊纏繞的易碎結構設置在排氣處理設備的殼體部件內。在將由邊緣保護劑處理過的安裝墊纏繞的易碎結構設置在殼體內后，然后組裝和密封殼體以形成排氣處理設備。示例
下面的描述僅僅意在進一步示范安裝墊和排氣處理設備的例示性實施例。應該理解， 這些示例僅是為了說明并且不應該認為是在任何方面對要求保護的安裝墊、排氣處理設備、或方法進行限制。示例是基于包含從Unifrax I LLC (Niagara Falls, New York)的注冊商標為 XPE -AV2的市售的耐火硅酸鋁纖維的基于無機纖維的安裝墊的。XPE -AV2是設計成用作對陶瓷基板機械支撐并且用作排氣密封件的膨脹性墊，同時在排氣處理設備內提供隔熱。耐用性測試
制備和測試三個安裝墊XPE -AV2的樣品，來評估柔性邊緣保護劑對安裝墊的性能特性和邊緣腐蝕的影響。安裝墊XPE -AV2的樣品沖切為1.5" X 2"的測量尺寸。然后，對這些樣品稱重，以計算安裝墊的間隙容積密度(GBD)，并且計算在測試期間定位在安裝墊的第一和第二對置主表面周圍的安裝板所留下的必要間隙。安裝板所留下的間隙用來容納安裝墊的間隙容積密度或厚度，并且接近易碎催化劑支撐結構的外表面與用于將安裝墊保持在排氣處理設備內的殼體的內表面之間留下的距離或間隙。樣品安裝在工作夾具內并且在600°C加熱30分鐘，冷卻到100°C，并且在允許冷卻到周圍溫度之前又重新在600°C再加熱30分鐘。該加熱使得邊緣保護劑的有機聚合物部分從安裝墊燃燒盡。然后從工作夾具取下樣品并且將樣品放置在包括用于保持安裝墊的第一和第二對置主表面的兩個相對安裝板的安裝工作夾具內。然后將安裝工作夾具/安裝墊組件放置在用于氣體腐蝕測試的耐蝕性測試儀內。在測試期間，馬達工作來引導脈動氣流通過安裝工作夾具的安裝板內的孔到達安裝墊的暴露部分。兩個樣品在1.60巴的空氣壓力、 666rpm的馬達速度、以及周圍溫度的條件下測試50分鐘，而一個樣品在1. 60巴的空氣壓力、666rpm的馬達速度、以及周圍溫度的條件下測試M小時。然后將樣品從耐蝕性測試儀取出，并測量腐蝕。測量腐蝕是通過用金剛砂填充樣品內的任何腐蝕導致的空隙，并且以克為單位稱量填充在每個樣品的空隙內的金剛砂的量來實現的。利用金剛砂的逆密度因子1.67cm7g 來確定以立方厘米(cc)為單位測量的體積損失的平均值，從而計算耐用性。示例 1
示例1示出了在對沒有用柔性邊緣保護劑處理過的XPE -AV2墊進行測試之后的間隙容積密度和耐蝕性。從纖維墊切下1.5" X 2"的樣本并且如上面所述加熱。纖維墊樣品如上面所述地定位在耐蝕性測試儀內。XPE -AV2纖維樣品在周圍溫度下經受1. 60巴的脈動氣流50分鐘以評估性能和墊腐蝕。在測試之后，XPE -AV2纖維樣品呈現0. 58g/cm3的間隙容積密度和0. 14cm3的腐蝕或體積損失。示例 2
示例2是根據示例No. 1形成的基于無機纖維的安裝墊，其中例外的是在加熱安裝墊之前，XPE -AV2纖維墊用柔性邊緣保護劑處理過。用熱和柔性邊緣保護劑處理過的 XPE -AV2纖維樣品在周圍溫度下經受1. 60巴的脈動氣流50分鐘以評估性能和墊腐蝕。在測試之后，處理過的XPE -AV2纖維樣品呈現0. 58g/cm3的間隙容積密度。該墊沒有呈現出任何腐蝕或體積損失。示例 3
示例3是根據示例No. 1形成的基于無機纖維的安裝墊，其中例外的是在如上面所述地加熱安裝墊之前，XPE -AV2纖維墊用柔性邊緣保護劑處理過。如上所述，用柔性邊緣保護劑處理過的XPE -AV2纖維樣品在周圍溫度下經受1. 60巴的脈動氣流M小時以評估性能和墊腐蝕。在測試之后，處理過的XPE -AV2纖維樣品呈現0.58g/cm3的間隙容積密度。該墊沒有呈現出任何腐蝕或體積損失。示例1、2和3的測試結果記錄在下面的表1中。表 權利要求
1.一種用于排氣處理設備的安裝墊，包括無機纖維墊，該墊包括第一和第二對置主表面、前緣和后緣以及相對側緣，其中至少一個所述相對側緣的至少一部分包括基本上干燥的柔性邊緣保護劑，該柔性邊緣保護劑包括聚合物和吸附在該聚合物上的抗氣體腐蝕劑。
2.如權利要求1所述的安裝墊，其中所述墊包括有機粘合劑和無機粘合劑的至少一種。
3.如權利要求1所述的安裝墊，其中所述無機纖維選自由高氧化鋁多晶體纖維、耐火陶瓷纖維、玻璃纖維、生物可溶性纖維、石英纖維、二氧化硅纖維及其組合物構成的組。
4.如權利要求3所述的安裝墊，其中所述陶瓷纖維包括硅酸鋁纖維，所述硅酸鋁纖維包括大約45到大約75重量百分比的氧化鋁和大約20到大約55重量百分比的二氧化硅的纖維化制品。
5.如權利要求3所述的安裝墊，其中所述生物可溶性纖維包括大約65到大約86重量百分比的二氧化硅和大約14到大約35重量百分比的氧化鎂的纖維化制品。
6.如權利要求5所述的安裝墊，其中所述生物可溶性纖維包括大約70到大約86重量百分比的二氧化硅、大約14到大約30重量百分比的氧化鎂及大約5重量百分比或更少的雜質的纖維化制品。
7.如權利要求6所述的安裝墊，其中所述生物可溶性纖維包括大約70到大約80重量百分比的二氧化硅、大約18到大約27重量百分比的氧化鎂及0到4重量百分比的雜質的纖維化制品。
8.如權利要求3所述的安裝墊，其中所述生物可溶性纖維包括大約45到大約90重量百分比的二氧化硅、大于0到大約45重量百分比的氧化鈣、及大于0到大約35重量百分比的氧化鎂的纖維化制品。
9.如權利要求8所述的安裝墊，其中所述生物可溶性纖維包括大約60到大約70重量百分比的二氧化硅、從大約16到大約35重量百分比的氧化鈣、及從大約4到大約19重量百分比的氧化鎂的纖維化制品。
10.如權利要求9所述的安裝墊，其中所述生物可溶性纖維包括大約61到大約67重量百分比的二氧化硅、從大約27到大約33重量百分比的氧化鈣、及從大約2到大約7重量百分比的氧化鎂的纖維化制品。
11.如權利要求1所述的安裝墊，其中所述柔性邊緣保護劑包括水基硅樹脂乳液。
12.如權利要求11所述的安裝墊，其中所述抗氣體腐蝕劑包括無機顆粒。
13.如權利要求12所述的安裝墊，其中所述無機顆粒包括氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯及其混合物。
14.如權利要求13所述的安裝墊，其中所述無機顆粒包括無定形二氧化硅。
15.如權利要求14所述的安裝墊，其中所述無機顆粒的顆粒尺寸是從大約5納米到大約100納米。
16.如權利要求11所述的安裝墊，其中所述邊緣保護劑還包括表面活性劑。
17.如權利要求1所述的安裝墊，還包括膨脹性材料。
18.如權利要求17所述的安裝墊，其中所述膨脹性材料選自由非未膨脹蛭石、離子交換蛭石、熱處理蛭石、可膨脹石墨、水黑云母、水膨脹四硅氟云母、堿金屬硅酸鹽或其混合物構成的組。
19.如權利要求18所述的安裝墊，其中所述膨脹性材料包括未膨脹蛭石。
20.如權利要求2所述的安裝墊，其中所述有機粘合劑包括丙烯酸乳膠。
21.如權利要求2所述的安裝墊，其中所述無機粘合劑包括膠體二氧化硅、膠體氧化鋁、膠體氧化鋯及其混合物。
22.如權利要求2所述的安裝墊，其中所述安裝墊還包括粘土。
23.如權利要求22所述的安裝墊，其中所述粘土選自由綠坡縷石、球粘土、膨潤土、鋰蒙脫石、藍晶石、高嶺石、膠嶺石、坡縷石、皂石、海泡石、硅線石及其組合物構成的組。
24.—種排氣處理設備，包括殼體；無機纖維墊，其包括第一和第二對置主表面、前緣和后緣以及相對側緣，其中至少一個所述相對側緣的至少一部分包括基本上干燥的柔性邊緣保護劑，所述柔性邊緣保護劑包括聚合物和抗氣體腐蝕劑；以及易碎催化劑支撐結構，其通過所述安裝墊彈性地安裝在所述殼體內。
25.如權利要求M所述的排氣處理設備，其中所述殼體具有在一端的入口和在相對端的出口，排氣通過所述出口流出；并且其中所述催化劑支撐結構具有外表面、在一端與所述殼體的所述入口連通的入口端表面以及在相對端與所述殼體的所述出口端連通的出口端表面。
26.如權利要求M所述的排氣處理設備，其中所述墊包括有機粘合劑和無機粘合劑的至少一種。
27.如權利要求M所述的排氣處理設備，其中所述無機纖維選自由高氧化鋁多晶體纖維、耐火陶瓷纖維、玻璃纖維、生物可溶性纖維、石英纖維、二氧化硅纖維及其組合物構成的組。
28.如權利要求27所述的排氣處理設備，其中所述陶瓷纖維包括硅酸鋁纖維，所述硅酸鋁纖維包括大約45到大約75重量百分比的氧化鋁和大約25到大約55重量百分比的二氧化硅的纖維化制品。
29.如權利要求27所述的排氣處理設備，其中所述生物可溶性纖維包括大約65到大約 86重量百分比的二氧化硅和大約14到大約35重量百分比的氧化鎂的纖維化制品。
30.如權利要求四所述的排氣處理設備，其中所述生物可溶性纖維包括大約70到大約 86重量百分比的二氧化硅、大約14到大約30重量百分比的氧化鎂及大約5重量百分比或更少的雜質的纖維化制品。
31.如權利要求30所述的排氣處理設備，其中所述生物可溶性纖維包括大約70到大約 80重量百分比的二氧化硅、大約18到大約27重量百分比的氧化鎂及0到4重量百分比的雜質的纖維化制品。
32.如權利要求27所述的排氣處理設備，其中所述生物可溶性纖維包括大約45到大約 90重量百分比的二氧化硅、大于0到大約45重量百分比的氧化鈣、及大于0到大約35重量百分比的氧化鎂的纖維化制品。
33.如權利要求32所述的排氣處理設備，其中所述生物可溶性纖維包括大約60到大約70重量百分比的二氧化硅、從大約16到大約35重量百分比的氧化鈣、及從大約4到大約19重量百分比的氧化鎂的纖維化制品。
34.如權利要求33所述的排氣處理設備，其中所述生物可溶性纖維包括大約61到大約 67重量百分比的二氧化硅、從大約27到大約33重量百分比的氧化鈣、及從大約2到大約7 重量百分比的氧化鎂的纖維化制品。
35.如權利要求M所述的排氣處理設備，其中所述柔性邊緣保護劑包括水基硅樹脂乳液。
36.如權利要求35所述的排氣處理設備，其中所述抗氣體腐蝕劑包括無機顆粒。
37.如權利要求36所述的排氣處理設備，其中所述無機顆粒包括氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯及其混合物。
38.如權利要求37所述的排氣處理設備，其中所述無機顆粒包括無定形二氧化硅。
39.如權利要求37所述的排氣處理設備，其中所述無機顆粒的顆粒尺寸是從大約5納米到大約100納米。
40.如權利要求35所述的排氣處理設備，其中所述邊緣保護劑還包括表面活性劑。
41.如權利要求M所述的排氣處理設備，其中所述安裝墊還包括膨脹性材料。
42.如權利要求41所述的排氣處理設備，其中所述膨脹性材料選自由未膨脹蛭石、離子交換蛭石、熱處理蛭石、可膨脹石墨、水黑云母、水膨脹四硅氟云母、堿金屬硅酸鹽或其混合物構成的組。
43.如權利要求42所述的排氣處理設備，其中所述膨脹性材料包括未膨脹蛭石。
44.如權利要求沈所述的排氣處理設備，其中所述有機粘合劑包括丙烯酸乳膠。
45.如權利要求沈所述的排氣處理設備，其中所述無機粘合劑包括膠體二氧化硅。
46.如權利要求沈所述的排氣處理設備，其中所述安裝墊還包括粘土。
47.如權利要求46所述的排氣處理設備，其中所述粘土選自由綠坡縷石、球粘土、膨潤土、鋰蒙脫石、藍晶石、高嶺石、膠嶺石、坡縷石、皂石、海泡石、硅線石及其組合物構成的組。
48.如權利要求M所述的排氣處理設備，其中所述設備是催化式排氣凈化器、柴油機顆粒捕集器、或者NOx捕集器。
49.一種制造用于排氣處理設備的安裝墊的方法，包括將包括聚合物和抗氣體腐蝕劑的液體柔性邊緣保護劑應用到包括無機纖維的安裝墊的至少一個邊緣的至少一部分；以及從所述邊緣保護劑去除所述液體的至少一部分。
50.如權利要求49所述的方法，其中所述去除所述液體包括在周圍溫度下基本上干O
51.如權利要求50所述的方法，其中所述液體的所述去除包括通過加熱所述安裝墊而基本上干燥。
52.如權利要求51所述的方法，其中所述加熱包括在對流爐中在從大約100攝氏度到大約200攝氏度的溫度下加熱所述墊。
53.如權利要求49所述的方法，其中在所述液體的所述去除之后，所述邊緣保護劑的含水量是所述邊緣保護劑的原始含水量的大約10%。
54.如權利要求53所述的方法，其中在所述液體的所述去除之后，所述邊緣保護劑的含水量是所述邊緣保護劑的原始含水量的大約5%。
55.如權利要求M所述的方法，其中在所述液體的所述去除之后，所述邊緣保護劑的含水量是所述邊緣保護劑的原始含水量的大約2%。
56.如權利要求52所述的方法，其中使用選擇性加熱來控制所述邊緣保護劑在所述安裝墊上的沉積面積。
57.一種制造排氣處理設備的方法，包括用權利要求1任意一項所述的安裝墊來纏繞適于處理排氣的易碎催化劑結構的至少一部分；以及將被纏繞的所述易碎結構設置在殼體內。
全文摘要
本發明涉及一種用于排氣處理設備的安裝墊，包括第一和第二對置主表面、前緣和后緣及相對側緣。一個或兩個相對側緣的至少一部分包括邊緣保護劑，其在排氣處理設備的正常工作期間保護安裝墊免遭熱氣的腐蝕。所述邊緣保護劑在其已經應用到安裝墊并且基本上干燥后仍然保持柔性。還公開了一種排氣處理設備，其包括殼體以及通過安裝墊安裝在殼體內的易碎結構。此外還公開了制造所述安裝墊和排氣處理設備的方法。
文檔編號B01D53/34GK102196855SQ200980142983
公開日2011年9月21日 申請日期2009年8月28日 優先權日2008年8月29日
發明者J·D·滕埃克, J·R·奧爾森, P·J·加佐 申請人:尤尼弗瑞克斯 I 有限責任公司