BE1026559B1 - MODIFIED FIRE RESISTANT ALUMINUM SILICATE CERAMIC FIBER, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND SUBSTRATE CARRIER MAT FOR A VEHICLE EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE - Google Patents

MODIFIED FIRE RESISTANT ALUMINUM SILICATE CERAMIC FIBER, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND SUBSTRATE CARRIER MAT FOR A VEHICLE EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine modifizierte feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser, ein Verfahren zur Herstellung davon und eine Substratträgermatte für eine Fahrzeug-Abgasreinigungsvorrichtung bereit. Bei der vorliegenden Erfindung wird zuerst eine Granalienentfernungsbehandlung an der feuerfesten Aluminiumsilicat-Keramikfaser durchgeführt, um die Granalien zu entfernen, die keine Nachgiebigkeit in der Faser aufweisen, anschließend wird die Oberfläche der Faser mit Fluorwasserstoffsäure geätzt, um mehr Reaktionsstellen an der Oberfläche der Faser zu bilden, dann wird durch Kalzinieren eine Schicht von Mullitkristallen auf der Oberfläche der Faser gebildet. Die vorliegende Erfindung verbessert die Nachgiebigkeit der feuerfesten Aluminiumsilicat-Keramikfaser durch Modifikation stark, und die Substratträgermatte für die Fahrzeug-Abgasreinigungsvorrichtung, wie unter Verwendung der modifizierten feuerfesten Aluminiumsilicat-Keramikfaser gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt, weist eine ausgezeichnete Alterungsbeständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit auf.The present invention provides a modified refractory aluminum silicate ceramic fiber, a method of manufacturing the same, and a substrate support mat for a vehicle exhaust gas purification device. In the present invention, a granule removal treatment is first performed on the refractory aluminum silicate ceramic fiber to remove the granules that have no compliance in the fiber, then the surface of the fiber is etched with hydrofluoric acid to form more reaction sites on the surface of the fiber , then a layer of mullite crystals is formed on the surface of the fiber by calcining. The present invention greatly improves the compliance of the refractory aluminum silicate ceramic fiber by modification, and the substrate support mat for the vehicle exhaust gas purification device as manufactured using the modified refractory aluminum silicate ceramic fiber according to the present invention has excellent aging resistance and fatigue resistance.

Description

MODIFIZIERTE FEUERFESTE ALUMINIUMSILICAT-KERAMIKFASER, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DAVON UND SUBSTRATTRÄGERMATTE FÜR EINE FAHRZEUG-ABGASREINIGUNGSVORRICHTUNGMODIFIED FIRE RESISTANT ALUMINUM SILICATE CERAMIC FIBER, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND SUBSTRATE CARRIER MAT FOR A VEHICLE EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Abgasbehandlung, insbesondere eine modifizierte feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser, ein Verfahren zur Herstellung davon und eine Substratträgermatte für eine Fahrzeug-Abgasreinigungsvorrichtung.The present invention relates to the technical field of exhaust gas treatment, in particular a modified refractory aluminum silicate ceramic fiber, a method for the production thereof and a substrate carrier mat for a vehicle exhaust gas cleaning device.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Der Aufbau einer Fahrzeug-Abgasreinigungsvorrichtung umfasst drei Teile, d. h. ein keramisches Substrat, eine Substratträgermatte und einen Metallmantel. Das keramische Substrat ist spröde und benötigt Halterung und Schutz durch die Trägermatte. Da der Unterschied derThe construction of a vehicle exhaust gas purification device comprises three parts, i. H. a ceramic substrate, a substrate support mat and a metal jacket. The ceramic substrate is brittle and requires support and protection from the carrier mat. Because the difference of

Wärmeausdehnungskoeffizienten der Keramik und des Metalls groß ist, dehnt sich der Spalt zwischen dem keramischen Substrat und dem Metallmantel unter herkömmlichen Arbeitsbedingungen stark aus, die Größe des Spalts nimmt aber wieder den ursprünglichen Wert an, wenn dieCoefficient of thermal expansion of the ceramic and the metal is large, the gap between the ceramic substrate and the metal shell expands greatly under conventional working conditions, but the size of the gap returns to the original value when the

Abgasreinigungsvorrichtung auf Raumtemperatur zurückkehrt. Diese hin- und hergehendeExhaust purification device returns to room temperature. This back and forth

Beschaffenheit des Spalts lässt die Substratträgermatte ermüden und altern und die Faserstruktur der Matte leicht brechen, wodurch die Trägermatte keine ausreichende Haltekraft für das Substrat mehr bieten kann, mit der Folge, dass sich das Substrat verschiebt, kollidiert, bricht und das Abgassystem blockiert und damit Ausfallen verursacht.The nature of the gap causes the substrate support mat to tire and age and the fiber structure of the mat to break easily, as a result of which the support mat can no longer offer sufficient holding force for the substrate, with the result that the substrate moves, collides, breaks and the exhaust system is blocked and thus fails caused.

Die vorliegende Lösung ist die Verwendung einer polykristallinen Mullitfaser zur Herstellung einer Substratträgermatte. Diese Faser weist eine ausreichende Nachgiebigkeit auf und neigt dazu, zurückzufedern anstatt zu brechen, nachdem sie gepresst worden ist, so dass eine daraus hergestellte Substratträgermatte eine ausgezeichnete Antiermüdungs- und Antialterungsleistung zeigt. Allerdings ist die polykristalline Mullitfaser sehr kostspielig und weist eine geringe Ergiebigkeit auf. Feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfasern sind preiswert und leicht verfügbar, weisen aber eine Alterungsbeständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit auf, die den Anforderungen nicht entsprechen können, wenn sie direkt für die Herstellung der Substratträgermatte verwendet werden.The present solution is to use a polycrystalline mullite fiber to make a substrate support mat. This fiber has sufficient compliance and tends to spring back rather than break after being pressed, so a substrate support mat made therefrom exhibits excellent anti-fatigue and anti-aging performance. However, the polycrystalline mullite fiber is very expensive and has a low yield. Fireproof aluminum silicate ceramic fibers are inexpensive and readily available, but have aging resistance and fatigue resistance that cannot meet the requirements when used directly for the manufacture of the substrate support mat.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Aus diesen Gründen ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer modifizierten feuerfesten Aluminiumsilicat-Keramikfaser, eines Verfahrens zur Herstellung davon und einer Substratträgermatte für eine Fahrzeug-Abgasreinigungsvorrichtung. Die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte modifizierte feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser ist preiswert und leicht erhältlich, weist eine gute Nachgiebigkeit auf und liefert eine Matte mit guter Ermüdungsbeständigkeit und Alterungsbeständigkeit, wenn sie zur Herstellung der Substratträgermatte für dieFor these reasons, an object of the present invention is to provide a modified refractory aluminum silicate ceramic fiber, a method for producing the same, and a substrate support mat for a vehicle exhaust gas purification device. The modified refractory aluminum silicate ceramic fiber provided by the present invention is inexpensive and readily available, has good compliance, and provides a mat with good fatigue resistance and aging resistance when used to make the substrate support mat for the

BE2018/5840BE2018 / 5840

Fahrzeug-Abgasreinigungsvorrichtung verwendet wird.Vehicle exhaust gas purification device is used.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer modifizierten feuerfesten Aluminiumsilicat-Keramikfaser bereit, umfassend folgende Schritte:The present invention provides a method of making a modified refractory aluminum silicate ceramic fiber, comprising the steps of:

(1) Durchführen einer Granalienentfernungsbehandlung („shot removal treatment“) der feuerfesten Aluminiumsilicat-Keramikfaser, um den Granaliengehalt der Faser nach(1) Performing a shot removal treatment on the refractory aluminum silicate ceramic fiber to adjust the granule content of the fiber

Granalienentfernung auf unter 5 Gew.-% zu bringen;Bring granule removal to below 5 wt .-%;

(2) Mischen der Faser nach Granalienentfernung mit einer Fluorwasserstoffsäurelösung und anschließend Durchführen einer Wärmebehandlung, so dass die Oberfläche der Faser durch die Fluorwasserstoffsäure geätzt wird, um eine geätzte Faser zu erhalten; und (3) Kalzinieren der geätzten Faser, um die modifizierte feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser zu erhalten.(2) mixing the fiber after granule removal with a hydrofluoric acid solution and then performing heat treatment so that the surface of the fiber is etched by the hydrofluoric acid to obtain an etched fiber; and (3) calcining the etched fiber to obtain the modified refractory aluminum silicate ceramic fiber.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Granalienentfernungsbehandlung an der feuerfesten Aluminiumsilicat-Keramikfaser durchgeführt, um den Granaliengehalt der Faser nach Granalienentfernung auf unter 5 Gew.-% und vorzugsweise auf 3 Gew.-% zu bringen. Die feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser ist eine im Handel erhältliche, gewöhnliche feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser; und weist als Hauptbestandteil Aluminiumsilicat auf (40 Gew.-% bis 60 Gew.-% Al2O3 und 60 Gew.-% bis 40 Gew.-% SiO2), wobei der mittlere Durchmesser 2-5 μm beträgt.In the present invention, the granule removal treatment is carried out on the refractory aluminum silicate ceramic fiber to bring the granule content of the fiber after granule removal to less than 5% by weight, and preferably to 3% by weight. The refractory aluminum silicate ceramic fiber is a commercially available ordinary refractory aluminum silicate ceramic fiber; and has aluminum silicate as the main component (40% by weight to 60% by weight of Al 2 O 3 and 60% by weight to 40% by weight of SiO 2 ), the mean diameter being 2-5 μm.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Granalienentfernungsbehandlung vorzugsweise unter Verwendung der Vorrichtung des Patents CN201520062324.8 durchgeführt, wobei die Granalien durch den Unterschied der Sedimentierungsgeschwindigkeit der Faser und der Granalien von der Faser abgetrennt werden.In the present invention, the granule removal treatment is preferably carried out using the device of the patent CN201520062324.8, the granules being separated from the fiber by the difference in the sedimentation rate of the fiber and the granules.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die feuchte Faser nach dem Entfernen der Granalien vorzugsweise getrocknet, um die Faser nach Granalienentfernung zu erhalten.In the present invention, the wet fiber is preferably dried after removing the granules to obtain the fiber after removing the granules.

Der Granaliengehalt der im Handel erhältlichen feuerfesten Aluminiumsilicat-Keramikfaser beträgt etwa 50 Gew.-%, und die Granalien, die keine Nachgiebigkeit bieten können, werden durch die Granalienentfernungsbehandlung in den Fasern verringert, so dass der relative Gehalt an Fasern zunimmt und die Mahlschädigung durch die Granalien für die umgebenden Fasern bei der Kompression der Matte verringert wird.The granule content of the commercially available refractory aluminum silicate ceramic fiber is about 50% by weight, and the granules that cannot offer compliance are reduced by the granule removal treatment in the fibers, so that the relative content of the fibers increases and the grinding damage by the Granules for the surrounding fibers are reduced when the mat is compressed.

Bei der vorliegenden Erfindung wird nach dem Abschluss der Granalienentfernungsbehandlung die Ätzbehandlung durchgeführt, indem die Faser nach Granalienentfernung mit der Fluorwasserstoffsäurelösung gemischt wird, um die geätzte Faser zu erhalten. Bei der vorliegenden Erfindung beträgt die Massekonzentration der Fluorwasserstoffsäurelösung vorzugsweise 4-6 Gew.-%, bevorzugter 5 Gew.-%; die Ätzbehandlung wird bei einer Temperatur von vorzugsweise unter 40 °C,In the present invention, after the granule removal treatment is completed, the etching treatment is carried out by mixing the fiber with the hydrofluoric acid solution after granule removal to obtain the etched fiber. In the present invention, the mass concentration of the hydrofluoric acid solution is preferably 4-6% by weight, more preferably 5% by weight; the etching treatment is carried out at a temperature of preferably below 40 ° C.,

BE2018/5840 bevorzugter 20-40 °C, über einen Zeitraum von vorzugsweise 5-120 min, bevorzugter 10-30 min, durchgeführt; die Ätzbehandlung wird vorzugsweise unter Rühren mit einer Rotationsgeschwindigkeit des Rührens von vorzugsweise 5-60 U/min durchgeführt; und das Volumen der Fluorwasserstoffsäurelösung muss lediglich die Faser nach Granalienentfernung eintauchen. Das Durchführen der Ätzbehandlung unter den genannten Bedingungen kann gewährleisten, dass die Reaktion ausreichend ist und die Faser nicht durch übermäßige Schädigung zerbrochen wird.BE2018 / 5840 more preferably 20-40 ° C, carried out over a period of preferably 5-120 min, more preferably 10-30 min; the etching treatment is preferably carried out with stirring at a rotation speed of the stirring of preferably 5-60 rpm; and the volume of the hydrofluoric acid solution only has to immerse the fiber after granule removal. Carrying out the etching treatment under the conditions mentioned can ensure that the reaction is sufficient and the fiber is not broken by excessive damage.

Fluorwasserstoffsäure ist hochkorrosiv und kann mit SiO2 reagieren. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Oberfläche der Faser durch Fluorwasserstoffsäure geätzt, um die Defekte an der Oberfläche der Faser anzureichern und damit ausreichend aktive Stellen für die Kristallisationsreaktion an der Oberfläche der Faser während des nachfolgenden Kristallisationsverfahrens bereitzustellen, so dass die Kristallisationsreaktion mit einer schnelleren Rate und unter milderen Bedingungen durchgeführt werden kann. Dies macht einerseits die Oberflächenkristallisation zu der Hauptreaktion im Vergleich zu einer Kristallisationsreaktion in Massenphase und verbessert die Wirkung der Kalzinierung, und kann andererseits die Kalzinierungstemperatur verringern, die Kalzinierungsdauer verkürzen, die Produktionseffizient verbessern und die Kosten senken.Hydrofluoric acid is highly corrosive and can react with SiO 2 . In the present invention, the surface of the fiber is etched by hydrofluoric acid to enrich the defects on the surface of the fiber and thus provide enough active sites for the crystallization reaction on the surface of the fiber during the subsequent crystallization process so that the crystallization reaction occurs at a faster rate and can be carried out under milder conditions. On the one hand, this makes surface crystallization the main reaction compared to a bulk-phase crystallization reaction and improves the effect of calcination, and on the other hand, it can lower the calcining temperature, shorten the calcining time, improve the production efficiency and reduce the cost.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die geätzte Faser nach dem Abschluss der Ätzbehandlung kalziniert, um die modifizierte feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser zu erhalten. Die Kalzinierung wird bei einer Temperatur von vorzugsweise 950-1.000 °C, bevorzugter 960-980 °C, über einen Zeitraum von vorzugsweise 10-20 min, bevorzugter 15 min, durchgeführt. Die Kalzinierung wird vorzugsweise in einem Muffelofen von Chargentyp oder in einem kontinuierlichen Tunnelofen durchgeführt.In the present invention, the etched fiber is calcined after the completion of the etching treatment to obtain the modified refractory aluminum silicate ceramic fiber. The calcination is carried out at a temperature of preferably 950-1,000 ° C, more preferably 960-980 ° C, for a period of preferably 10-20 minutes, more preferably 15 minutes. The calcination is preferably carried out in a batch type muffle furnace or in a continuous tunnel furnace.

Wenn die Aluminiumsilicatfaser unter den genannten Bedingungen kalziniert wird, wird das amorphe Aluminiumsilicat durch eine Feststoff-Feststoff-Reaktion zu SiO2 und Mullitphase umgewandelt, wobei die an der Oberfläche der Faser ablaufende Reaktion eine Oberflächenreaktion ist, die eine Schicht aus gleichmäßigen und feinen Mullitkristallen auf der Oberfläche der Faser bildet und entscheidend zum Verbessern der Nachgiebigkeit der Faser ist; während die in der Massenphase (dem Inneren) der Faser ablaufende Reaktion eine Massenphasereaktion ist, die keine wesentliche Wirkung zur Verbesserung der Nachgiebigkeit der Faser zeigt. Bei der vorliegenden Erfindung wird durch die Ätzbehandlung und durch Steuern der Kalzinierungsbedingungen die Oberflächenreaktion zu der Hauptreaktion, so dass der an der Oberfläche der Faser gebildete Mullitkristall eine ausreichende Kristallinität erreicht, um eine Mullitphase zu präzipitieren; wobei bei der vorliegenden Erfindung die durch Kalzinieren erhaltene Mullitkristall eine Kristallinität von vorzugsweise 40-60%, bevorzugter 50%, aufweist und die Kristallitgröße des Mullitkristalls vorzugsweise kleiner als 500 A ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird durch Kalzinieren eine Schicht aus gleichmäßigen, dichten und feinenWhen the aluminum silicate fiber is calcined under the conditions mentioned, the amorphous aluminum silicate is converted to SiO 2 and mullite phase by a solid-solid reaction, the reaction taking place on the surface of the fiber being a surface reaction which comprises a layer of uniform and fine mullite crystals forms the surface of the fiber and is critical to improving the compliance of the fiber; while the reaction taking place in the bulk phase (the interior) of the fiber is a bulk phase reaction, which has no significant effect on improving the flexibility of the fiber. In the present invention, by the etching treatment and by controlling the calcining conditions, the surface reaction becomes the main reaction, so that the mullite crystal formed on the surface of the fiber achieves sufficient crystallinity to precipitate a mullite phase; in the present invention, the mullite crystal obtained by calcining has a crystallinity of preferably 40-60%, more preferably 50%, and the crystallite size of the mullite crystal is preferably less than 500 Å. In the present invention, calcining creates a layer of uniform, dense and fine

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Mullitkristallen auf der Oberfläche der Faser gebildet, um die Nachgiebigkeit der Faser stark zu verbessern.Mullite crystals are formed on the surface of the fiber to greatly improve the compliance of the fiber.

Die vorliegende Erfindung umfasst nach dem Abschluss der Kalzinierung vorzugsweise ferner: Durchführen einer Wärmebehandlung der kalzinierten Faser. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 800-900 °C, bevorzugter 850 °C, über einen Zeitraum von vorzugsweise 30-60 min, bevorzugter 40-50 min, durchgeführt. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur nach dem Abschluss der Kalzinierung vorzugsweise auf 800-900 °C gesenkt, anschließend wird die Temperatur 30-60 min gehalten; und die in der Faser entstandene Spannung wird durch die Wärmebehandlung beseitigt, so dass die innere Spannung der Faser in dem heißen Zustand vollständig gelöst wird, um die Nachgiebigkeit der Faser zu erhöhen.After the completion of the calcination, the present invention preferably further comprises: performing a heat treatment on the calcined fiber. The heat treatment is preferably carried out at a temperature of 800-900 ° C, more preferably 850 ° C, for a period of preferably 30-60 min, more preferably 40-50 min. In the present invention, the temperature is preferably lowered to 800-900 ° C after the completion of the calcination, then the temperature is held for 30-60 min; and the tension created in the fiber is removed by the heat treatment, so that the internal tension of the fiber in the hot state is completely released to increase the compliance of the fiber.

Vorzugsweise umfasst es vor dem Kalzinieren ferner: Laden einesBefore calcining, it preferably further comprises: loading one

Kristallkeimbildungsbeschleunigers auf die Oberfläche der geätzten Faser. DerNucleation accelerator on the surface of the etched fiber. Of the

Kristallkeimbildungsbeschleuniger ist ein Metalloxid oder ein Metalloxid-Vorläuferstoff; wobei das Metalloxid vorzugsweise eines oder mehrere von Zirkoniumdioxid, Titandioxid und Aluminiumoxid ist; wobei das Metalloxid vorzugsweise ein Metalloxid-Nanopartikel ist;wobei der Metalloxid-Vorläuferstoff vorzugsweise eines oder mehrere von Zirkoniumhydroxid, Titanhydroxid und Aluminiumhydroxid ist; wobei bei dem nachfolgenden Kalzinierungsverfahren der Metalloxid-Vorläuferstoff zu einem Metalloxid pyrolysiert wird; und die Lademenge des Keimbildungsbeschleunigers nicht mehr als 1,0 Gew.-%, vorzugsweise 0,4-0,6 Gew.-%, der Gesamtmasse der Faser beträgt.Nucleation accelerator is a metal oxide or a metal oxide precursor; wherein the metal oxide is preferably one or more of zirconium dioxide, titanium dioxide and aluminum oxide; wherein the metal oxide is preferably a metal oxide nanoparticle, wherein the metal oxide precursor is preferably one or more of zirconium hydroxide, titanium hydroxide and aluminum hydroxide; wherein in the subsequent calcination process, the metal oxide precursor is pyrolyzed to a metal oxide; and the loading amount of the nucleation accelerator is not more than 1.0% by weight, preferably 0.4-0.6% by weight, of the total mass of the fiber.

Wenn der Kristallkeimbildungsbeschleuniger das Metalloxid ist, umfasst das Verfahren des Beladens mit dem Kristallkeimbildungsbeschleuniger vorzugsweise folgende Schritte:When the nucleation accelerator is the metal oxide, the method of loading the nucleation accelerator preferably comprises the following steps:

Mischen der geätzten Faser und einer wässrigen Dispersion des Metalloxids, um Beladen durchzuführen, und anschließend Entwässern der beladenen Faser. Die wässrige Dispersion des Metalloxids weist eine Konzentration von vorzugsweise 0,05-0,5 mol/l, bevorzugter 0,1-0,3 mol/l, auf; bei der vorliegenden Erfindung werden insbesondere die geätzte Faser und die wässrige Dispersion des Metalloxids unter Rühren gemischt; die Rotationsgeschwindigkeit des Rührens beträgt vorzugsweise 5-60 U/min; wobei während des Rührens das Metalloxid an die Oberfläche der Faser anhaftet, um das Beladen zu erzielen.Mixing the etched fiber and an aqueous dispersion of the metal oxide to perform loading, and then dewatering the loaded fiber. The aqueous dispersion of the metal oxide has a concentration of preferably 0.05-0.5 mol / l, more preferably 0.1-0.3 mol / l; in the present invention, in particular, the etched fiber and the aqueous dispersion of the metal oxide are mixed with stirring; the speed of rotation of the stirring is preferably 5-60 rpm; the metal oxide adhering to the surface of the fiber during stirring to accomplish the loading.

Bei der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein grenzflächenaktives Mittel zu dem Gemisch der Faser und der wässrigen Dispersion des Metalloxids zugegeben, um das Haften des Metalloxids an der Oberfläche der Faser zu fördern. Das grenzflächenaktive Mittel wird vorzugsweise in einer Menge von 0,02 Gew.-% der Gesamtmenge der Faser und der wässrigen Dispersion des Metalloxids zugegeben; wobei das grenzflächenaktive Mittel ein herkömmliches grenzflächenaktives Mittel ist, das fähig ist, dasIn the present invention, a surfactant is preferably added to the mixture of the fiber and the aqueous dispersion of the metal oxide to promote adhesion of the metal oxide to the surface of the fiber. The surfactant is preferably added in an amount of 0.02% by weight of the total amount of fiber and the aqueous dispersion of the metal oxide; wherein the surfactant is a conventional surfactant capable of

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Haften des Metalloxids an der Faser zu fördern.To promote adhesion of the metal oxide to the fiber.

Wenn der Kristallkeimbildungsbeschleuniger der Metalloxid-Vorläuferstoff ist, umfasst das Verfahren des Beladens mit dem Kristallkeimbildungsbeschleuniger vorzugsweise folgende Schritte:When the nucleation accelerator is the metal oxide precursor, the method of loading the nucleation accelerator preferably comprises the following steps:

Mischen der geätzten Faser und einer Matallsalzlösung, um ein gemischtes Material zu erhalten; Einstellen des pH-Werts des gemischten Materials auf 5-7 mit wässrigem Ammoniak, so dass der Metalloxid-Vorläuferstoff in situ auf die Oberfläche der geätzten Faser präzipitiert wird; und anschließend Entwässern der erhaltenen beladenen Faser. Das Metallsalz ist ein Salz, das dem Metalloxid der genannten Lösung entspricht, vorzugsweise ein Nitrat; wobei die Konzentration der Metallsalzlösung vorzugsweise 0,05-0,5 mol/l, bevorzugter 0,1-0,3 mol/l, beträgt; bei der vorliegenden Erfindung werden die geätzten Fasern und die Metallsalzlösung vorzugsweise unter Rühren gemischt; wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Rührens jener der genannten Lösung entspricht.Mixing the etched fiber and a metal salt solution to obtain a mixed material; Adjusting the pH of the mixed material to 5-7 with aqueous ammonia so that the metal oxide precursor is precipitated in situ on the surface of the etched fiber; and then dewatering the resulting loaded fiber. The metal salt is a salt which corresponds to the metal oxide of the solution mentioned, preferably a nitrate; wherein the concentration of the metal salt solution is preferably 0.05-0.5 mol / l, more preferably 0.1-0.3 mol / l; in the present invention, the etched fibers and the metal salt solution are preferably mixed with stirring; wherein the rotation speed of the stirring corresponds to that of said solution.

Bei der vorliegenden Erfindung wird der pH-Wert des gemischten Materials vorzugsweise mit wässrigem Ammoniak eingestellt. Bei der vorliegenden Erfindung wird der pH-Wert des gemischten Materials auf 5-7 eingestellt, so dass der Metalloxid-Vorläuferstoff durch Einstellen des pH-Werts präzipitiert und an die Faser angehaftet wird.In the present invention, the pH of the mixed material is preferably adjusted with aqueous ammonia. In the present invention, the pH of the mixed material is adjusted to 5-7, so that the metal oxide precursor is precipitated by adjusting the pH and adhered to the fiber.

Bei der vorliegenden Erfindung können durch Laden des Kristallkeimbildungsbeschleunigers auf die Oberfläche der Faser mehr aktive Stellen für die Oberflächenkristallisationsreaktion der Faser während des Kalzinierungsverfahrens bereitgestellt werden, um die Kalzinierungswirkung zu verbessern.In the present invention, by loading the nucleation accelerator on the surface of the fiber, more active sites for the surface crystallization reaction of the fiber during the calcining process can be provided to improve the calcining effect.

Die vorliegende Erfindung stellt eine modifizierte feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser bereit, die durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestellt ist. Die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellte modifizierte feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser weist eine gute Nachgiebigkeit auf und ist daher ein gutes Material für die Herstellung der Substratträgermatte für die Fahrzeug-Abgasreinigungsvorrichtung.The present invention provides a modified refractory aluminum silicate ceramic fiber made by the method described above. The modified refractory aluminum silicate ceramic fiber provided by the present invention has good compliance and is therefore a good material for the manufacture of the substrate support mat for the vehicle exhaust gas purification device.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Substratträgermatte für eineThe present invention provides a substrate support mat for a

Fahrzeug-Abgasreinigungsvorrichtung bereit, die die bei der vorstehenden Lösung beschriebene modifizierte feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser enthält. Dabei ist es nur erforderlich, die Substratträgermatte unter Verwendung der vorstehend beschriebenen modifizierten feuerfesten Aluminiumsilicat-Keramikfaser als Ausgangsmaterial durch ein herkömmliches Verfahren aus dem Stand der Technik herzustellen.Vehicle exhaust gas purification device ready which contains the modified refractory aluminum silicate ceramic fiber described in the above solution. It is only necessary to manufacture the substrate support mat using the above-described modified refractory aluminum silicate ceramic fiber as a raw material by a conventional method in the prior art.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele ausführlich beschrieben, diese dürfen aber nicht als den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränkend angesehen werden.The present invention is described in detail with reference to the following examples, but these should not be considered as limiting the scope of the present invention.

Bei diesem Beispiel war die verwendete feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser die von Unifrax erworbene Fiberfrax-Faser.In this example, the refractory aluminum silicate ceramic fiber used was the Fiberfrax fiber purchased from Unifrax.

BE2018/5840 (1) Die unbehandelte feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser wurde derBE2018 / 5840 (1) The untreated refractory aluminum silicate ceramic fiber became the

Granalienentfernungsbehandlung unter Verwendung der Vorrichtung von CN201520062324.8 unterzogen, wobei der Granaliengehalt der Faser nach der Behandlung 3 Gew.-% betrug.Granule removal treatment was carried out using the device of CN201520062324.8, wherein the granule content of the fiber after the treatment was 3% by weight.

(2) Die Faser nach Granalienentfernung und eine verdünnte Lösung von Fluorwasserstoffsäure wurden gemischt, um die Ätzbehandlung bei einer Temperatur von 25 °C für 20 min durchzuführen.(2) The fiber after granule removal and a dilute solution of hydrofluoric acid were mixed to carry out the etching treatment at a temperature of 25 ° C for 20 minutes.

(3) Die geätzte Faser wurde mit einer wässrigen Dispersion von Aluminiumoxid gemischt, in ein Reaktionsgefäß gleichmäßig gerührt und nach dem Entnehmen entwässert.(3) The etched fiber was mixed with an aqueous dispersion of alumina, stirred evenly in a reaction vessel, and dewatered after removal.

(4) Kalzinieren wurde unter Verwendung eines kontinuierlichen Tunnelofens durchgeführt, wobei sie für 15 min auf 950 °C erhitzt, dann auf 850 °C abgekühlt und 45 min bei dieser Temperatur gehalten und schließlich schnell auf Raumtemperatur abgekühlt wurde, um die modifizierte feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser zu erhalten.(4) Calcining was carried out using a continuous tunnel kiln, heating to 950 ° C for 15 minutes, then cooling to 850 ° C and held at that temperature for 45 minutes, and finally rapidly cooling to room temperature to obtain the modified refractory aluminum silicate Get ceramic fiber.

Die erhaltene .modifizierte feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser, ein Dispergiermittel und Wasser wurden gemischt und dispergiert, um eine Dispersion der modifizierten Faser zu erhalten; die Dispersion der modifizierten Faser, ein Bindemittel, ein grenzflächenaktives Mittel und ein Flockungsmittel wurden gemischt, um eine Aufschlämmung zu bilden; die Aufschlämmung wurde Tauchnetzformen unterzogen, um einen feuchten Mattenrohling zu erhalten; der feuchte Mattenrohling wurde getrocknet, um die Substratträgermatte für dieThe obtained modified aluminum silicate refractory ceramic fiber, a dispersant and water were mixed and dispersed to obtain a dispersion of the modified fiber; the modified fiber dispersion, a binder, a surfactant and a flocculant were mixed to form a slurry; the slurry was subjected to dip molding to obtain a wet blank mat; the moist blank mat was dried to form the substrate support mat for the

Fahrzeug-Abgasreinigungsvorrichtung zu erhalten.Obtain vehicle exhaust gas purification device.

Die Mattenprobe wurde in Quadrate von 40*40 mm geschnitten und in einen Prüfstand einer Kompressionsprüfmaschine platziert. Nach dem Wiegen wurde die Dicke, auf die das Quadrat komprimiert wird, entsprechend einer Dichte von 0,4g/cm3 berechnet. Nach dem Komprimieren des Quadrats auf die genannte Dicke mit einer Rate von 10 mm/min wurde die obere Oberfläche der Mattenprobe auf 900 °C erhitzt und die untere Oberfläche der Mattenprobe wurde auf 700 °C erhitzt. Anschließend wurde der Spalt mit einer Rate von 10 mm/min auf 110% des ursprünglichen Spalts expandiert, 10 s gehalten und anschließend mit der Rate von 10 mm/min auf den ursprünglichen Wert verkleinert. Das genannte Verfahren wurde 1.000-mal wiederholt und der geringste Oberflächendruck, der von der Mattenprobe geliefert wurde, wurde als der gealterte Oberflächendruck betrachtet.The mat sample was cut into 40 × 40 mm squares and placed in a test bench of a compression testing machine. After weighing, the thickness to which the square is compressed was calculated according to a density of 0.4 g / cm 3 . After compressing the square to said thickness at a rate of 10 mm / min, the upper surface of the mat sample was heated to 900 ° C and the lower surface of the mat sample was heated to 700 ° C. The gap was then expanded to 110% of the original gap at a rate of 10 mm / min, held for 10 s and then reduced to the original value at a rate of 10 mm / min. The above procedure was repeated 1,000 times and the lowest surface pressure provided by the mat sample was considered the aged surface pressure.

Der gealterte Oberflächendruck konnte, wie nachgewiesen, 51,6 kPa erreichen.As demonstrated, the aged surface pressure could reach 51.6 kPa.

Claims (2)

Ansprüche:Expectations: 1. Verfahren zur Herstellung einer modifizierten feuerfesten Aluminiumsilicat-Keramikfaser, umfassend wenigstens folgende Schritte:1. A method for producing a modified refractory aluminum silicate ceramic fiber, comprising at least the following steps: (1) Durchführen einer Granalienentfernungsbehandlung an der feuerfesten(1) Perform granule removal treatment on the refractory Aluminiumsilicat-Keramikfaser, wobei der Granaliengehalt der Faser nach Granalienentfernung weniger als 5 Gew.-% beträgt;Aluminum silicate ceramic fiber, the granule content of the fiber after granule removal being less than 5% by weight; (2) Mischen der Faser nach Granalienentfernung mit einer Fluorwasserstoffsäurelösung und anschließend Durchführen einer Wärmebehandlung, um eine geätzte Faser zu erhalten; und (3) Kalzinieren der geätzten Faser, um die modifizierte feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser zu erhalten.(2) mixing the fiber after granule removal with a hydrofluoric acid solution and then performing heat treatment to obtain an etched fiber; and (3) calcining the etched fiber to obtain the modified refractory aluminum silicate ceramic fiber. 2. Verfahren zur Herstellung gemäß Anspruch 1, wobei die Konzentration der2. A method of manufacturing according to claim 1, wherein the concentration of Fluorwasserstoffsäurelösung bei Schritt (2) 0,05-0,5 mol/l beträgt; und die Wärmebehandlung bei Schritt (2) bei einer Temperatur von 40 °C für 5-120 min durchgeführt wird.Hydrofluoric acid solution in step (2) is 0.05-0.5 mol / l; and the heat treatment in step (2) is carried out at a temperature of 40 ° C for 5-120 minutes. 3. Verfahren zur Herstellung gemäß Anspruch 1, wobei die Kalzinierung von Schritt (3) bei einer Temperatur von 950-1.000 °C für 10-20 min durchgeführt wird.3. The method for producing according to claim 1, wherein the calcination of step (3) is carried out at a temperature of 950-1,000 ° C for 10-20 minutes. 4. Verfahren zur Herstellung gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren vor der Kalzinierung ferner umfasst:4. A method of making according to claim 1, the method prior to calcining further comprising: Laden eines Kristallkeimbildungsbeschleunigers auf die Oberfläche der geätzten Faser, wobei der Kristallkeimbildungsbeschleuniger ein Metalloxid oder ein Metalloxid-Vorläuferstoff ist.Loading a nucleation accelerator onto the surface of the etched fiber, the nucleation accelerator being a metal oxide or a metal oxide precursor. 5. Verfahren zur Herstellung gemäß Anspruch 4, wobei das Metalloxid eines oder mehrere von Zirkoniumdioxid, Titandioxid und Aluminiumoxid ist; und der Metalloxid-Vorläuferstoff eines oder mehrere von Zirkoniumhydroxid, Titanhydroxid und Aluminiumhydroxid ist.5. A method of manufacture according to claim 4, wherein the metal oxide is one or more of zirconium dioxide, titanium dioxide and aluminum oxide; and the metal oxide precursor is one or more of zirconium hydroxide, titanium hydroxide and aluminum hydroxide. 6. Verfahren zur Herstellung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei das Verfahren des Ladens des Kristallkeimbildungsbeschleunigers folgende Schritte umfasst:6. A method of manufacturing according to claim 4 or 5, wherein the method of loading the nucleation accelerator comprises the following steps: wenn der Kristallkeimbildungsbeschleuniger das Metalloxid ist, Mischen der geätzten Faser und einer wässrigen Dispersion des Metalloxids, um Laden durchzuführen, und anschließend Entwässern der erhaltenen beladenen Faser; und wenn der Kristallkeimbildungsbeschleuniger der Metalloxid-Vorläuferstoff ist, Mischen der geätzten Faser und einer Metallsalzlösung, um ein gemischtes Material zu erhalten; Einstellen des pH-Werts des gemischten Materials auf 5-7 mit wässrigem Ammoniak, so dass der Metalloxid-Vorläuferstoff in situ auf die Oberfläche der geätzten Faser präzipitiert wird; und anschließend Entwässern der erhaltenen beladenen Faser.if the nucleation accelerator is the metal oxide, mixing the etched fiber and an aqueous dispersion of the metal oxide to perform loading, and then dewatering the resulting loaded fiber; and when the nucleation accelerator is the metal oxide precursor, mixing the etched fiber and a metal salt solution to obtain a mixed material; Adjusting the pH of the mixed material to 5-7 with aqueous ammonia so that the metal oxide precursor is precipitated in situ on the surface of the etched fiber; and then dewatering the resulting loaded fiber. BE2018/5840BE2018 / 5840 7. Verfahren zur Herstellung gemäß Anspruch 1 oder 3, wobei das Verfahren nach der Kalzinierung ferner umfasst: Durchführen einer Wärmebehandlung der kalzinierten Faser, wobei die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 800-900 °C für 30-60 min durchgeführt wird.7. The method for producing according to claim 1 or 3, wherein the method after calcining further comprises: performing heat treatment of the calcined fiber, the heat treatment being carried out at a temperature of 800-900 ° C for 30-60 min. 5 8. Modifizierte feuerfeste Aluminiumsilicat-Keramikfaser, hergestellt durch das Verfahren zur5 8. Modified refractory aluminum silicate ceramic fiber made by the process of Herstellung gemäß einem der Ansprüche 1-7.Manufacture according to one of claims 1-7. 9. Substratträgermatte für eine Fahrzeug-Abgasreinigungsvorrichtung, umfassend die modifizierte Aluminiumsilicat-Keramikfaser gemäß Anspruch 8.9. A substrate support mat for a vehicle exhaust gas purification device comprising the modified aluminum silicate ceramic fiber according to claim 8.
BE20185840A 2018-08-23 2018-11-29 MODIFIED FIRE RESISTANT ALUMINUM SILICATE CERAMIC FIBER, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND SUBSTRATE CARRIER MAT FOR A VEHICLE EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE BE1026559B1 (en)

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