CN101331255B - 用于污染控制装置的安装垫 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种将污染控制元件(20)或单片安装在污染控制装置(10)中的安装垫(30)，所述安装垫包括含有长、短纤维混合物的层，其中所述短纤维具有不大于约13mm的长度，并且其中所述长纤维具有至少约20mm的长度，并且其中基于所述长、短纤维混合物的总重量，所述短纤维的量为至少约3重量％。

Description

用于污染控制装置的安装垫
技术领域
本发明涉及一种用于在污染控制装置中安装污染控制元件或单片的安装垫。本发明还涉及一种污染控制装置，其包括用于安装污染控制元件的安装垫。本发明还涉及一种具有污染控制装置的机器和一种使用污染控制装置处理废气(特别是柴油机废气)的方法。
背景技术
污染控制装置典型地包括具有单片元件的金属外壳，该单片元件通过一种弹性和柔性安装垫牢固地安装在该外壳内。机动车辆普遍采用污染控制装置来控制大气污染。因为取决于产生废气的发动机类型，废气组成及其温度可能不同，所以一般根据要处理的废气类型来设计污染控制装置。因此，已知用污染控制装置处理汽油机和柴油机废气。污染控制装置包括催化转化器和微粒过滤器或捕集器。两种类型的装置目前被广泛使用--催化转化器和柴油微粒过滤器或捕集器。催化转化器包含催化剂，该催化剂通常涂覆于单片结构上，该单片结构安装在金属外壳内。该单片结构典型地为陶瓷的，但也使用过金属单片。催化剂氧化一氧化碳和碳氢化合物并减少汽车废气中的氮氧化物，以控制大气污染。
柴油微粒过滤器或捕集器典型地为壁流式过滤器，其具有蜂窝状单片结构，该蜂窝状单片结构典型地由多孔晶体陶瓷材料制成。蜂窝结构的替换单元典型地被塞紧，以使得废气进入一个单元并被迫通过多孔壁到达邻近单元，在该邻近单元废气可以排出此结构。这样，柴油机废气中存在的油烟微粒得到收集。
用于污染控制装置的单片，特别是陶瓷污染控制单片，易碎并易受振动或震动影响而损坏和破损。它们具有一般比包含它们的金属外壳小约一个量级的热膨胀系数。这意味着，当污染控制装置受热时，在外壳内周壁和单片外壁之间的间隙会增大。同样，当污染控制装置的温度下降时(如，关掉发动机时)，该间隙会减小。即使由于垫的绝热效果金属外壳经受较小温度变化，金属外壳的较高热膨胀系数还是会导致外壳比单片元件更快膨胀到较大周边尺寸。较高热膨胀系数还会导致金属外壳比单片元件更快收缩到较小周边尺寸。在污染控制装置的有效期和使用期间，热循环以及这些所得物理变化可发生数百或者甚至数千次。
为避免损坏诸如陶瓷单片的污染控制元件(如，由于路面震动和振动)，为补偿热膨胀差值，并且为防止废气从单片和金属外壳之间通过(因此绕过催化剂和/或过滤器)，安装垫设置在污染控制元件和外壳之间。这些垫必须施加足够压力以便在期望温度范围内将污染控制元件保持在适当位置，但此压力不能大到会损坏污染控制元件(如，陶瓷单片)。
在本领域中所描述的多个安装垫已被开发用于安装催化转化器的催化剂载体，此催化转化器用于处理典型地在高温下运行的汽油机废气。已知安装垫包括由陶瓷纤维构成的膨胀型薄片材料，膨胀型材料和有机和/或无机粘结剂。用于将催化转化器安装在外壳内的膨胀型薄片材料在(例如)美国专利No.3,916,057(Hatch等人)、No.4,305,992(Langer等人)、No.5,151,253(Merry等人)、No.5,250,269(Langer)和No.5,736,109(Howorth等人)中有所描述。最近几年，由多晶陶瓷纤维和粘结剂构成的非膨胀型垫专门用于所谓的超薄壁单片中，但由于其极薄的单元壁，此类单片具有显著较低的强度。非膨胀型垫的实例在(例如)美国专利No.4,011,651(Bradbury等人)、No.4,929,429(Merry)、No.5,028,397(Merry)、No.5,996,228(Shoji等人)和No.5,580,532(Robinson等人)中有所描述。多晶纤维比常规熔融成形的陶瓷纤维昂贵许多，因此，使用这些纤维的垫仅被用于绝对必要的地方，例如超薄壁单片。
US 5,290,522描述了一种催化转化器，该催化转化器具有一个非织造材料安装垫，该安装垫包含至少60重量％、直径大于5微米的无渣球高强度硅酸镁铝玻璃纤维。从安装垫经受高于700℃废气温度的实例中的测试数据可以看出，本参考提出的安装垫主要旨在用于高温应用中。
US 5,380,580描述了一种含无渣球陶瓷氧化物纤维的柔性非织造垫，该纤维选自由以下材料组成的组：(a)硅铝酸盐纤维，其包含在60重量％到约85重量％范围内的氧化铝和在40重量％到约15重量％范围内的二氧化硅(基于所述基于硅铝酸盐的纤维的总重量)，所述基于硅铝酸盐的纤维具有至少20重量％晶体；(b)晶体石英纤维；和(c)(a)和(b)的混合物，并且其中所述基于硅铝酸盐的纤维和所述晶体石英纤维的总重量至少为所述非织造垫总重量的50重量％。此柔性非织造垫可另外包含高强度纤维，该纤维选自由碳化硅纤维、氮化硅纤维、碳纤维、玻璃纤维、不锈钢纤维、黄铜纤维、易变纤维以及它们的混合物组成的组。
柴油机氧化催化剂(DOC)用于现代柴油机来氧化所排柴油微粒中的可溶性有机馏分(SOF)。由于相对低的废气温度，用传统安装材料安装DOC一直存在问题。现代柴油机(诸如涡轮增压直喷(TDI)发动机)的废气永远不会超过300℃。这个温度低于大多数膨胀型垫膨胀所需的温度。为了在催化转化器内形成和保持适当压力，这种膨胀是需要的。
通过使用由非晶态无机纤维构成的非膨胀型垫，US 6,231,818尝试克服安装低温柴油机催化剂的现有困难。尽管该发明提出垫可以不含有机粘结剂，但是看起来实例中所用的垫中有几种需要使用大量粘结剂。此外，发现该美国专利所公开的安装垫在处理柴油机(具体地讲，TDI发动机)废气方面，性能依然不足。
EP 1388649公开了一种适用于柴油机的污染控制装置，其包括布置在金属外壳内的柴油污染控制单片，金属外壳和柴油污染控制单片之间设置有非织造垫。非织造垫为非膨胀型垫，以垫的总重量为基数，该垫包括至少90重量％的硅酸镁铝玻璃短纤维，该纤维具有5μm或更大的平均直径数和0.5到15cm的长度，并且该玻璃纤维为针刺纤维或缝合纤维，并且此垫不含或基本上不含有机粘结剂。
发明内容
虽然现有技术所公开的安装垫能够为柴油污染控制单片提供良好的支持特性，但仍然期望进一步改进安装垫，具体地讲，期望改进低温下的弹性和支持力。
还期望得到如此改善的安装垫，该垫可用一种更容易和更方便的方式、以更易于负担的成本制备出来。另外，期望进一步发现在实况设备测试(RCFT)、循环压缩测试和热振动测试中的至少一个或多个中显示好到极好性能的安装垫。还期望该安装垫具有良好的健康、安全及环保特性。
在一个方面，本发明提供了一种将污染控制元件或单片安装在污染控制装置中的安装垫，所述安装垫包括具有长、短无机纤维混合物的层，其中所述短纤维具有不超过约13mm的长度，其中所述长纤维具有至少约20mm的长度，并且其中所述短纤维的量为至少约3重量％(基于长、短纤维所述混合物的总重量)。
在一个具体实施例中，长、短纤维混合物为长、短陶瓷纤维混合物，该混合物被连续形成然后切断或以其它方式分割(例如，通过在后续纤维或垫处理中使纤维断裂)成期望长度。
在本发明的一个具体实施例中，安装垫包括层，该层包括至少约90％的硅酸镁铝玻璃纤维(基于该层的总重量)，该玻璃纤维包含长、短纤维混合物，其中短纤维具有不超过约13mm的长度，并且其中长纤维具有至少约20mm的长度，并且其中所述短纤维的量为至少约3重量％(基于玻璃纤维的总重量)。
已经发现的是，该安装垫在安装污染控制元件或单片(具体地讲，柴油污染控制元件)中具有有益特性。例如，通过实例所述压缩测试所测量的冷支持力可以得到改进。期望包含此类较长和较短纤维的本安装垫呈现至少约200kPa，优选地至少约250kPa的静压测试结果。同样，在热振动测试中使用本安装垫可得到良好结果。
在另一方面，本发明提供了一种制备安装垫的方法。所述方法包括：提供多个连续形成的无机纤维；将连续形成的无机纤维分割为长、短纤维，短纤维具有不超过约13mm的长度，长纤维具有至少约20mm的长度；将长、短纤维混合到一起以形成纤维混合物；以及使用长、短纤维混合物形成安装垫。分割步骤可包括在安装垫成形步骤中断裂纤维混合物中的长、短纤维，以便生产具有不超过约13mm的长度的短纤维和具有至少约20mm的长度的长纤维中的至少一种。分割步骤还可包括将连续形成的无机纤维切断为长、短纤维，以便生产具有不超过约13mm的长度的短纤维和具有至少约20mm的长度的长纤维中的至少一种。在进行分割操作之前，该方法还可包括将连续形成的无机纤维断裂为长于期望长度。
在另一方面，本发明提供了一种污染控制装置，该装置包括布置在壳体或外壳内的污染控制元件或单片，安装垫设置在壳体和污染控制元件之间，其中该安装垫为上述限定的安装垫。
在另一方面，本发明提供了一种包括柴油机和上述限定的污染控制装置的机器。
在另一方面，本发明提供了一种处理柴油机废气的方法，其通过用上述污染控制装置来处理废气。
用术语“柴油污染控制元件”表示一种结构体，该结构体适用于和/或适合于减少柴油机废气引起的污染，并且具体地讲，包括单片结构，所述单片结构在低温(例如350℃或更低)下可有效减少污染。柴油污染控制元件包括但不限于催化剂载体、柴油微粒过滤元件或捕集器以及氮氧化物(NOx)吸收器或捕集器。
术语“硅酸镁铝玻璃纤维”包括包含硅、铝和镁的氧化物的玻璃纤维，不排除其它氧化物的存在，特别是其它金属氧化物。
附图说明
仅仅为了举例说明和更好地理解本发明，并且无意以任何方式限制本发明，提供下面附图：
图1为本发明催化转化器的透视图，以拆卸后的关系示出。
具体实施方式
参见图1，污染控制装置10包括金属壳体11，该壳体分别具有一般为截头圆锥体的进口端和出口端12和13。污染控制单片20设置在壳体11内。根据本发明的一个具体实施例，污染控制单片20为柴油污染控制单片，例如，由具有多个贯穿其上的气流通道(未示出)的蜂窝状单片形成。污染控制单片20还可适合于处理汽油机废气。不过，本发明的安装垫尤其适用于柴油污染控制单片，因此将结合柴油机废气处理对本发明作进一步描述，然而无意将本发明限制于此。安装垫30围绕柴油污染控制单片20，该垫包括一层长、短无机纤维，例如被断裂或以其它方式分割(例如，通过在后续纤维或垫处理中断裂纤维)的长、短硅酸铝玻璃纤维，该垫用来紧紧但有弹性地支承壳体11内的单片元件20。安装垫30将柴油污染控制单片20保持在壳体内的适当位置，并且密封柴油污染控制单片20和壳体11之间的间隙，因此防止或最大程度地减少了柴油机废气绕过柴油污染控制单片20。
金属壳体可由本领域中已知的用于此用途的材料制成，包括不锈钢。
污染控制装置10中使用的柴油污染控制单片的实例包括催化转化器和柴油微粒过滤器或捕集器。催化转化器包含催化剂，该催化剂典型地涂覆于单片结构上，该单片结构安装在金属外壳内。该催化剂典型地适合在低温(通常不超过350℃)下操作和实施。该单片结构典型地为陶瓷的，但也使用过金属单片。催化剂氧化一氧化碳和碳氢化合物并且减少废气中的氮氧化物，以控制大气污染。虽然在汽油机中所有这三种污染物都可在所谓的“三元转换器”中同时进行反应，但大多数柴油机仅配备柴油机氧化催化转化器。用来减少氮氧化物的催化转化器现在仅有限应用于柴油机，一般由一个单独的催化转化器组成。用作催化剂载体的合适陶瓷单片可分别以商品名“CELCOR”从Corning Inc.(Corning，N.Y)以及以商品名“HONEYCERAM”从NGKInsulated Ltd(Nagoya，Japan)商购获得。
柴油机微粒过滤器或捕集器典型地为壁流式过滤器，其具有蜂窝状单片结构，该蜂窝状单片结构典型地由多孔晶体陶瓷材料制成。蜂窝结构的替换单元典型地被塞紧，以使得废气进入一个单元并被迫通过多孔壁到达邻近单元，在该邻近单元废气可以排出此结构。这样，柴油机废气中存在的油烟微粒得到收集。由堇青石制成的合适柴油微粒过滤器可从Corning Inc.(Corning，N.Y.)和NGK InsulatedInc.(Nagoya，Japan)商购获得。由碳化硅制成的柴油微粒过滤器可从Ibiden Co.Ltd.(Japan)商购获得，并且在(例如)JP 2002047070A中有所描述。
长、短纤维混合物纤维优选为非吸入性纤维。该纤维典型地具有至少5μm的平均直径。优选地，平均直径将为至少7μm，并且典型地在7到14μm的范围内。一般来讲，长、短纤维混合物为连续形成陶瓷纤维(例如，玻璃纤维)混合物。典型地，短纤维具有不超过约13mm的长度，例如，不超过10或8mm。长纤维典型地具有至少20mm的长度，例如至少25mm或者在一个具体实施例中至少30mm。长纤维的最大长度不是特别关键，但为了方便，最大可为约15cm。基于长、短纤维混合物的总重量，短纤维的量典型地为至少3重量％，例如至少5重量％或者在一个具体实施例中至少6重量％。典型地，长、短纤维混合物将构成层中纤维的至少50重量％，例如至少80重量％，并且典型地可为该层中纤维总重量的90重量％或约100重量％。一般来讲，期望短纤维在整个纤维层上均匀分布。本文中“均匀”应理解为在该层中没有或仅有少数区域有短纤维聚集。换句话讲，该纤维层应看起来相当均匀。然而，对于该层内的短纤维，也可以采用非均匀或参差分布，不过，那样一般需要使用大量短纤维来获得上述优点。
包含短长纤维混合物的层可包含其它纤维，包括长度在13到20mm之间的其它纤维。在一个具体实施例中，短长纤维混合物为玻璃纤维混合物，具体地讲，为硅酸镁铝玻璃纤维混合物。在一个具体实施例中，安装垫的纤维层包括长、短硅酸镁铝玻璃纤维混合物，该纤维混合物构成安装垫层中纤维总重量的至少50重量％。在一个具体实施例中，混合物的量为至少60％或至少80％，并且在一个典型实施例中该纤维层基本上全部(90到100％)都由长、短硅酸铝玻璃纤维混合物构成。
优选地，纤维为个体纤维。为提供个体(即，将每个纤维相互分开)纤维，可用(例如)玻璃粗纱切割器(例如，可从Finn &Fram，Inc.(Pacoma，Calif.)以商品名“MODEL 90 GLASS ROVINGCUTTER”商购获得)将纤维绳或纤维线断裂为期望长度。该纤维典型地不含渣球或包含非常少量渣球，典型地少于1重量％(基于纤维总重量)。另外，该纤维典型地在直径上相当一致，即，直径在平均值+/-3μm以内的纤维量一般为纤维总重量的至少70重量％，优选地至少80重量％，并且最优选地至少90重量％。
垫可包括不同纤维的混合物，例如，硅酸镁铝玻璃纤维与其它纤维(例如，无水硅酸铝纤维或多晶纤维)的混合物。然而优选地，该垫仅包含基本上全部或大部分为硅酸镁铝玻璃的纤维。如果该垫中包含其它纤维，它们可能包含在短长纤维混合物的层中，或者它们可能存在于安装垫的单独层或部分中。一般来讲，所述除硅酸镁铝玻璃纤维之外的其它纤维应为非晶态纤维，并且它们应当优选地同样具有至少5μm的平均直径。优选地，垫应不含或基本上不含具有3μm或更小直径的纤维，更优选地，垫应不含或基本上不含具有小于5μm直径的纤维。此处基本上不含表示，此类小直径纤维的量不大于垫中纤维的总重量的2重量％，优选地不大于1重量％。
可用在本发明中的硅酸镁铝玻璃纤维的实例包括具有10重量％到30重量％之间的氧化铝、52重量％到70重量％之间的氧化硅以及1重量％到12重量％之间的氧化镁的玻璃纤维。上述氧化物的重量百分比基于Al2O3、SiO2和MgO的理论量。应当进一步理解，硅酸镁铝玻璃纤维可包含另外的氧化物。例如，可存在的另外的氧化物包括钠或钾的氧化物、氧化硼和氧化钙。硅酸镁铝玻璃纤维的具体实例包括：E-玻璃纤维，其典型地含有约55％SiO2、11％Al2O3、6％B2O3、18％CaO、5％MgO和5％其它氧化物的组合物；S和S-2玻璃纤维，其典型地含有约65％SiO2、25％Al2O3和10％MgO的组合物；以及R-玻璃纤维，其典型地含有60％SiO2、25％Al2O3、9％CaO和6％MgO的组合物。E-玻璃、S-玻璃和S-2玻璃可得自Advanced Glassfiber Yarns LLC，R-玻璃可得自Saint-GobainVetrotexare。
在制备安装垫的一种具体方法中，纤维可被切割或断裂，然后使之通过常规的两区Laroche Opener(例如，可从Laroche S.A.(Cours laVille，France)商购获得)而得到分离。还可通过使纤维通过锤式粉碎机(优选地是鼓风放电锤式粉碎机，如可从C.S.Bell Co.(Tiffin，Ohio)以商品名“BLOWER DISCHARGE MODEL 20HAMMER MILL”商购获得)而使其得到分离。尽管效率较低，使用常规鼓风机还是能够对纤维进行个体化，例如，所述鼓风机可从W.W.Grainger(Chicago，Ill)以商品名“DAYTON RADIAL BLOWER”(Model 3C 539、31.1cm(12.25英寸)，3马力)商购获得。断裂的纤维通常仅需通过LarocheOpener一次。使用锤式粉碎机时，一般必须通过两次。如果单独使用鼓风机，纤维典型地需要通过至少两次。优选地，至少50重量％的纤维在其形成安装垫的层之前被个体化。已经发现的是，此分离加工可用于将比期望纤维更长的纤维进一步分割或断裂成期望长度。
根据制备安装垫的一种方法，将切碎的个体纤维放入传统的成网机(例如，可以商品名“RANDO WEBBER”从Rando Machine Corp.(Macedon，N.Y.)或者以商品名“DAN WEB”从ScanWeb Co.(Denmark)商购获得)，其中纤维被引到金属丝网筛或网带(如金属带或尼龙带)上。如果使用“DAN WEB”型成网机，优选地先使用锤式粉碎机然后使用鼓风机来将纤维个体化。在成网工艺中，具有大于约2.5cm的长度的纤维容易出现缠绕。为了便于垫处理，该垫可在稀松布上形成或放置。根据纤维长度，所得的垫典型地具有足够的可操纵性以便不需要载体(如稀松布)就可传送到针刺机中。
通过将期望短长纤维的混合物放入成网机可得到本发明的短长纤维混合物。作为另外一种选择，只有比期望纤维更长的纤维才可以放入成网机，并且应设置个体化和/或成网条件以便故意使一定量的纤维发生断裂，而不是如通常情况那样设置条件来避免纤维断裂。就地分割或断裂纤维的方法尤其适于在纤维层中产生均匀分布的纤维。然而，还可能将期望混合物放入成网工艺中。也可将放入期望短长纤维混合物与引起一定量的纤维(长于期望纤维)断裂的条件结合起来实行。
在安装垫制备过程中，使纤维断裂或以其它形式分割的方法有：对各个纤维施加应力，如使纤维股(束)通过间隙，在快速旋转刺辊时夹紧纤维，或者使用含销轴或齿(可引起纤维断裂)的刺辊。可以使纤维在松解或者成网阶段的任一个中或同时在两个阶段断裂。
在一个具体实施例中，安装垫为针刺非织造垫。针刺非织造垫是指其中有纤维物理缠绕的垫，纤维缠绕是通过多次全部或部分(优选的是全部)穿透垫形成的，例如通过刺针。可以使用传统针刺装置(如，从Dilo(Germany)以商品名“DILO”商购获得的针刺机，该刺针机所含刺针可从(例如)Foster Needle Company，Inc.(Manitowoc，Wis)商购获得)对非织造垫进行针刺以形成针刺非织造垫。形成纤维缠绕的针刺典型地包括：压缩垫，然后冲孔，以及拖拉刺针穿过垫。单位面积的垫上针孔的最佳数目会依据具体应用而有所不同。典型地，非织造垫通过针刺形成约5到约60个针孔/cm2。优选地，垫通过针刺形成约10到约20个针孔/cm2。
优选地，针刺非织造垫具有从约1000到约3000g/m2范围内的单位面积重量值，并且在另一方面具有从约0.5到约3厘米范围内的厚度。5kPA负荷下的典型堆积体积密度范围为0.1到0.2g/cc。
可以使用传统技术(参见例如美国专利No.4,181,514(Lefkowitz等人)，因其提出了非织造垫缝合，因此其公开内容以引用方式并入本文)缝合非织造垫。典型地，使用有机线来缝合垫。较薄的无机或有机薄片材料在缝合时可被放置在垫的任意一侧或两侧，以防止线割穿垫或使这种割穿作用最小化。如果期望缝合线在使用中不发生分解，可使用无机线，例如陶瓷或金属(如不锈钢)。针脚的间距通常为3至30mm，以使得纤维在垫的整个面积上被均匀地压缩。
根据本发明的一个具体实施例，垫可由多层硅酸镁铝玻璃纤维构成，至少其中一层应具有短长纤维混合物。此类层可通过所用纤维的平均直径、所用纤维的长度和/或所用纤维的化学组成相互区分。由于一定温度下纤维的耐热性和机械强度随着他们的组成和(较小程度上)纤维直径的不同而有所变化，因此可以挑选纤维层以便在优化性能的同时将成本最小化。例如，由一层S-2玻璃结合一层E-玻璃组成的非织造垫可用于安装柴油催化转化器。在应用中，S-2玻璃层放置在正对催化转化器较热的单片一侧的位置，而E-玻璃对着催化转化器较冷的金属壳体一侧。分层组合垫能够比仅由E-玻璃纤维组成的垫经受高得多的温度；而与仅由S-2玻璃纤维组成的垫相比，分层组合垫成本低得多。利用前述形成技术，分层垫的制备需要首先形成各个非织造层，该非织造层具有具体类型的纤维。然后这些层被针缝到一起形成含有期望分立层的完成垫。
本发明的安装垫尤其适用于将柴油污染控制单片安装在污染控制装置中。典型地，垫的装配密度(即，组装后垫的堆积体积密度)应为至少0.2g/cm3以提供足够压力来将单片固定地保持在适当位置。当装配密度超过约0.70g/cm3时，纤维可能会被不当挤压。同样在很高的装配密度下，在组装污染控制装置时，可能存在单片破裂的风险。优选地，装配密度应在约0.25g/cm3到0.45g/cm3之间。污染控制装置在低温应用中使用时(例如在处理柴油机废气时)具有极好的性能特性。污染控制装置可用于固定机器来处理来自柴油机(包含在该固定机器内)的废气。此类固定机器包括(例如)用来发电或泵抽液体的电源。
污染控制装置尤其适用于处理来自机动车辆中柴油机的废气。此类机动车辆的实例包括火车、公共汽车、卡车和“低容量”乘用车辆。用“低容量”乘用车辆表示设计用来运送少量乘客(典型地，不超过15人)的机动车辆。其实例包括轿车、厢式车和所谓的单厢汽车。此污染控制装置尤其适用于处理来自涡轮增压直喷柴油机(TDI)的废气，这种柴油机越来越频繁地应用于机动车辆中，特别是在欧洲。
以下实例进一步说明了本发明，而非意图限制本发明的范围。
实例
实例中采用的材料
使用R-玻璃纤维(RC-10 P109)，其平均直径为约10μm，长度为36mm。(得自Saint-Gobain Vetrotex France SA(Chambery Cedex，France)。)
测试方法
纤维长度测量
对样品(来自实例中准备的垫)进行纤维长度测量以确定具有小于12.7mm长度的纤维量。
此测试装置包括检测样品重量的天平、为了单纤维测量而分离纤维束的区以及气动传送单纤维通过光学传感器的区。采用的具体装置为一种测量装置，可以Model“Advanced Fiber Information System”(AFIS)从USTER Technologies AG(Uster，Switzerland)商购获得。该仪器用在“L-模块”模式中，用来测量纤维长度。使用已知长度的聚酯纤维来校准机器。
从要测试的垫中取出十份纤维样品，每份重约0.5g。然后在AFIS测试仪上称量每份样品。然后用手将样品放置到传送带上，确保纤维束被取向，以使得纤维平行于传送方向。
纤维被自动给送到分离区，反转梳理辊承细针在这里将纤维束分离为单纤维。然后该纤维通过气流以规定的速度进一步气动传送通过光学红外传感器。此传感器检测单纤维的数目和它们的长度。在检测到3000个纤维后测量终止。
以示出纤维频率(％)对纤维长度(mm)的坐标图来显示测试结果。使用集成到AFIS系统的软件，从坐标图中得到具有小于12.7mm长度的纤维的百分比。计算并报告十次测量值的平均值。报告的百分比基于W(基于重量的纤维平均长度)。
静压测试
在环境条件下对实例中准备的垫进行静压测试以确定它们的抗压缩力。测试装置包括两个砧板，砧板可以彼此靠近，从而压缩已放置在其间的垫样品。采用的具体装置为Material Test System Model RT/30(从MTS AllienceTM(Eden Prairie MN，USA)商购获得)。该装置配有5kN测力传感器以测量样品垫的抗压缩力，并且配有高度测量装置用于测量不同压缩阶段样品的厚度。
通过对完成安装垫进行直径为50.8mm的圆形冲切来制备样品。在穿过垫的宽度位置(距离边缘至少25mm)上按相等空间间隔提取三份样品。样品间距为至少100mm。每个样品都具有大约1300g/m2(+/-15％)的单位面积重量。通过下列工序进行测试。首先对每个样品进行称重。然后通过样品重量除以样品表面积(由已知的50.8mm直径计算)来计算每个样品的单位面积重量，并且以g/mm2记录。
然后计算砧板(需达到0.40g/cm3的最终压缩密度)间的间隙。这是测量抗压缩力的期望密度。
实例计算：
Figure S2006800473475D00141
这样，单位面积重量为1300g/m2并且初始密度为约0.15g/cm3的样品将需要被压缩到0.325cm(3.25mm)的厚度以得到0.4g/cm3的最终密度。样品然后被放置到测试装置的较低砧板上。然后，从砧板间20mm间距开始，以每分钟25.4mm的速度关闭砧板间的间隙。然后在上述所算的砧板间隙处停止砧板的前进。
在所算间隙距离处压缩45秒的时间后，测量抗压缩力并以kPa记录。
实例1
平均直径为大约10μm并且长度为36mm的R-玻璃P109纤维可得自Saint-Gobain Vetrotex France SA(Chambery Cedex，France)。该纤维基本上不含渣球。
在含有刺辊(配有销轴)的La Roche开松机中松解一些40kg的玻璃纤维。纤维股以3m/min的进料速度和2,000rpm的刺辊速导入第二区。输出速度为6.0m/min。然后松解后的纤维被放入传统成网机Rando成网机中，其中纤维被吹到多孔金属辊上形成连续纤维网。刺辊具有齿，速度为1900rpm，升降机速度为300rpm，冲孔模板速度350rpm。进料辊速为1.1rpm，进料机压力为7.5psi，成网机压力为7psi。封盖开口为30mm。线速为1m/min。
然后在传统针式缝纫机上对连续纤维网进行针缝。针型为
Figure S2006800473475D00151
(Groz-Beckert Group，Germany)。针密度为每平方厘米1.2针，该密度由大小为19的上压板分度进行随机化。针板从顶部以100循环/分钟的针频率工作。输入速度为1m/min并且输出速度为1.05m/min。针穿透为10mm，产品具有每平方厘米24针的密度，Rando基重为1000g/m2。
松解工艺在常规条件下进行，然而，由于使用带齿的刺辊代替带销轴的刺辊，纤维网成形是非常积极的。这导致10.5％的纤维具有短于12.7mm的长度。
表1概述了实例1生产的工艺参数。表1中还有具有短于12.7mm长度的纤维的百分比含量，该含量根据上述测试方法测得。不考虑引起最大破坏的工艺步骤，表1中每个实例的工艺参数被分为几类：平稳、适中、积极。静压测试结果可见于表1。
实例2
按照实例1所述方法准备实例2，所不同的是，所用的Roche预开松机和精密开松机都具有配有销轴的刺辊。
两个开松机辊的转速都为2000rpm，预开松机的间隙为0.8mm，实例2精密开松机的间隙为2mm。
实例2生产所用的成网机为La Roche成网机，其中的刺辊配有销轴。转速为2000rpm。线速为2.4m/min。
在具有上压板和下压板的DiloTM缝纫机上进行针缝工艺。穿透深度为15mm，针频率为每分钟330毂。缝纫机的线速为3m/min。
在积极条件下进行松解工艺，其通过两个松解步骤中夹紧纤维和刺辊的销轴之间相当小的间隙松解得到。将它们给送穿过小间隙时，用刺辊的销轴更有效地打击各个纤维。然而，由于使用带销轴的刺辊代替带齿的刺辊，纤维网成形可设计为避免纤维破损。Uster AFIS测试方法示出6.5％的纤维具有短于12.7mm的长度。
使用上述“冷压缩测试”来测试实例2。结果概述于表1中。
实例3
按照实例2所述方法准备实例3，所不同的是，第一开松机间隙为2mm，第二开松机间隙为3mm。
按照与实例2所述相同的方法进行纤维网成形以及针缝，所不同的是，针频率为每分钟300毂。
在适中条件下进行松解处理，其通过两个松解步骤中的适中间隙松解得到。2mm和3mm的小间隙导致比实例2中更少的纤维破损。这一点可见于Uster AFIS测试方法，该方法导致4.3％的纤维具有短于12.7mm的长度。
使用上述“冷压缩测试”来测试实例3。结果概述于表1中。
实例4
按照实例2所述方法准备实例4，所不同的是，开松机的进料为由80重量％R-玻璃纤维(直径约10μm，被断裂为1.5英寸(36mm)的长度，以R-玻璃分散断裂纤维股从Saint-Gobain Vetrotex France SA(Chambery Cedex，France)获得)和20重量％R-纤维(直径约10μm，被断裂为0.5英寸(12mm)的长度，可得自相同的供应商)组成的纤维共混物。
按照与实例2所述相同的方法进行纤维网成形以及针缝。工艺参数概述于表1中。
在0.8mm和2mm间隙内纤维的机械应力与实例2所述类似。
使用上述“冷压缩测试”来测试实例4。结果概述于表1中。
实例5
按照实例2所述方法准备实例5，所不同的是，纤维在通过第一和第二开松机进行处理之前先通过第三开松机进行积极预松解，第一开松机间隙为3mm，第二开松机间隙为4mm。第三开松机间隙设置1.0mm，并且由与开松机2(从Laroche S.A.(Cours la Ville，France)商购获得)相同的制造商制造，但是需要使用的销轴数为开松机2中的两倍的。
按照与实例2所述相同的方法进行纤维网成形以及针缝。实例5的工艺参数概述于表1中。
使用上述“冷压缩测试”来测试实例5。结果概述于表1中。
比较例1
按照实例3所述方法准备比较例1，所不同的是，第一开松机间隙为3mm，第二开松机间隙为4mm。
按照与实例3所述相同的方法进行纤维网成形以及针缝。
在平稳条件下进行松解处理，其通过两个松解步骤中的宽间隙松解得到。在3mm和4mm间隙中出现的应力导致比实例2和3更少的纤维破损。比较例1的工艺参数概述于表1中。测试结果可见于表1。

Claims (19)

1.一种安装垫，其用于将污染控制元件安装在污染控制装置内，所述安装垫包括具有多根纤维的层，所述多根纤维包括长、短无机纤维混合物，在所述层中所述长、短无机纤维混合物组成所述多根纤维的至少50重量％，所述短无机纤维具有不大于13mm的长度，所述长无机纤维具有至少20mm的长度，基于所述长、短无机纤维混合物的总重量，所述短无机纤维的量为至少3重量％，并且所述安装垫围绕污染控制元件，且用来紧紧但有弹性地支承污染控制装置的壳体内的污染控制元件，所述安装垫将污染控制元件保持在壳体内的适当位置，并且密封污染控制元件和壳体之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的安装垫，其中所述长、短无机纤维混合物为长、短玻璃纤维混合物。
3.根据权利要求1或2所述的安装垫，其中基于所述层的总重量，所述长、短无机纤维混合物的至少90重量％为硅酸镁铝玻璃纤维。
4.根据权利要求1或2所述的安装垫，其中所述短无机纤维的量为至少5重量％。
5.根据权利要求1或2所述的安装垫，其中所述长无机纤维的长度为至少25mm。
6.根据权利要求1或2所述的安装垫，其中所述短无机纤维和所述长无机纤维共同组成具有所述长、短无机纤维混合物的所述层的纤维的至少80重量％。
7.根据权利要求1或2所述的安装垫，其中所述垫由单层断裂硅酸镁铝玻璃纤维构成。
8.根据权利要求1或2所述的安装垫，其中所述垫包括两层或更多层断裂硅酸镁铝玻璃纤维。
9.根据权利要求1或2所述的安装垫，其中所述垫表现出至少200kPa的静压测试结果。
10.根据权利要求1或2所述的安装垫，其中所述垫表现出至少250kPa的静压测试结果。
11.一种制备根据权利要求1到10中任何一项权利要求所述的安装垫的方法，所述方法包括：
提供多根连续形成的无机纤维；
将连续形成的无机纤维分割为长、短无机纤维，所述短无机纤维具有不大于13mm的长度，所述长无机纤维具有至少20mm的长度；
将所述长、短无机纤维混合到一起以形成纤维混合物；以及
用所述长、短无机纤维混合物形成安装垫。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述分割包括在所述安装垫成形过程中断裂纤维混合物中的长、短无机纤维，以便生产具有不大于13mm长度的短无机纤维和具有至少20mm长度的长无机纤维中的至少一种。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述分割包括将连续形成的无机纤维断裂为长、短无机纤维，以便生产具有不大于13mm长度的短无机纤维和具有至少20mm长度的长无机纤维中的至少一种。
14.根据权利要求11或12所述的方法，还包括：
在进行所述分割前，将所述连续形成的无机纤维断裂为长于期望长度。
15.一种污染控制装置，其包括布置在壳体内的污染控制元件，安装垫放置在所述壳体和所述污染控制元件之间，其中所述安装垫为如权利要求1到10中任何一项权利要求中所限定的安装垫。
16.根据权利要求15所述的污染控制装置，其中所述污染控制元件为柴油污染控制元件。
17.根据权利要求15或16所述的污染控制装置，其中所述安装垫的装配密度在从0.2到0.7g/cm3的范围内。
18.一种机器，其包括柴油机和如权利要求15到17中任何一项权利要求中所限定的污染控制装置。
19.一种处理柴油机废气的方法，其通过如权利要求15到17中的任何一项权利要求中所限定的污染控制装置来处理所述废气。
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