CN102196855B - 具有柔性边缘保护的安装垫和结合有该安装垫的排气处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于排气处理设备的安装垫，包括第一和第二对置主表面、前缘和后缘及相对侧缘。一个或两个相对侧缘的至少一部分包括边缘保护剂，其在排气处理设备的正常工作期间保护安装垫免遭热气的腐蚀。所述边缘保护剂在其已经应用到安装垫并且基本上干燥后仍然保持柔性。还公开了一种排气处理设备，其包括壳体以及通过安装垫安装在壳体内的易碎结构。此外还公开了制造所述安装垫和排气处理设备的方法。

Description

具有柔性边缘保护的安装垫和结合有该安装垫的排气处理设备
技术领域
提供了一种用于将易碎结构安装在排气处理设备（例如催化式排气净化器或柴油机颗粒捕集器）的壳体内的安装垫。还提供了一种排气处理设备，其包括由设置在壳体与易碎结构之间的间隙中的安装垫安装在壳体内的易碎结构。
背景技术
在机动车上使用排气处理设备以减少来自发动机排气排放物的污染。普通的排气处理设备的示例包括催化式排气净化器和柴油机颗粒捕集器。
用于处理机动车发送机排气的催化式排气净化器一般包括壳体、用于保持用来影响一氧化碳及碳氢化合物的氧化以及氮氧化物的减少的催化剂的易碎催化剂支撑结构、以及设置在易碎催化剂支撑结构的外表面与壳体的内表面之间以在工作期间将易碎催化剂支撑结构保持在壳体内的安装垫。
用于控制由柴油机发动机产生的污染的柴油机颗粒捕集器一般包括壳体、用于收集来自柴油机发动机排放物的颗粒的易碎颗粒过滤器或捕集器、以及设置在过滤器或捕集器的外表面与壳体的内表面之间以在工作期间将易碎过滤器或捕集器结构保持在壳体内的安装垫。
易碎结构（催化剂支撑结构或柴油机颗粒过滤器）包含在壳体内，其中在易碎结构的外表面与壳体的内表面之间存在空间或间隙。易碎结构通常包括由脆性陶瓷材料，例如氧化铝、钛酸铝、二氧化硅、氧化镁、氧化锆、堇青石、碳化硅等的易碎材料制成的结构。这些材料提供具有多个气流通道的构架类型结构。这些结构可以是非常易碎的以至于小的冲击载荷或应力经常足以使它们断裂或破碎。为了在该设备的正常工作期间保护易碎结构免于遭到热和机械冲击以及其他应力，并且提供热绝缘和有效的气体密封，而将安装或支撑垫材料定位在易碎结构和壳体之间的间隙内。
所使用的安装垫材料应该能够满足易碎结构制造者或排气处理设备制造者提出的许多设计或物理要求的任一种。例如，安装垫材料应该能够在易碎结构上施加有效残余保持压力，即使当排气处理设备已经承受宽的温度波动，这导致与易碎结构相关的金属壳体的显著膨胀和收缩，且继而导致在一段时间内安装垫的显著压缩和释放循环。
一般有两种类型的可用于排气处理设备中的安装垫，即膨胀性和非膨胀性安装垫。膨胀性安装垫包括响应于施加热而膨胀的材料。膨胀性材料在安装垫中的使用依赖于想要的应用和安装垫将经受的条件。非膨胀性安装垫是基本上不膨胀的。“基本上不膨胀的”意味着在如膨胀性垫所期待的那样施加热时垫不容易膨胀。当然，基于垫的热膨胀系数垫的确会发生些许膨胀。然而，与膨胀性垫的膨胀相比，这个膨胀量是极其小的。
当结合在排气处理设备内时所有的安装垫都会遭受边缘腐蚀。内燃机产生的热排放气体在进入排气处理设备之前经过排气管。在经过排气管时，这些排放物必须进入入口区域并且通过排气处理设备的出口区域退出。排气处理设备的安装垫的前缘和后缘暴露于这些热气体中，这会继而导致安装垫边缘的老化。
膨胀性和非膨胀性安装垫都不总是抵抗热气体边缘腐蚀。支撑垫的不正确的安装或壳体内的安装垫的保持力的不足可能导致支撑垫腐蚀。并且，根据具体应用，在排气处理设备内使用非膨胀性安装垫可能对排气处理设备提供不足的保护和支撑。关于膨胀性垫，将非膨胀性垫的特殊窄条粘合到膨胀性垫的边缘以便提供边缘保护是已知的。然而，这是相对昂贵和复杂的工序，因为它包括物理地将两个单独的部件（即安装垫和非膨胀性垫的条）相互附接到一起。
存在多种用于膨胀性垫的边缘保护的方法。耐高温布料和硬化溶液也已经用于试图减轻边缘腐蚀问题。例如，耐高温布料的使用要求缠绕垫的边缘以便提高抗气体腐蚀性。布料边缘处理保护了垫的前缘和后缘。由于将缠绕有耐高温布料的安装垫装配到壳体中的复杂性，因此单独的耐高温布料的使用不是被高度接受的方案。
还已知的是将高温硬化溶液加入到设置在催化剂支撑元件和金属壳体之间的安装垫。高温硬化溶液材料可在安装垫组装在金属壳内之前或之后加入。硬化溶液虽然很有效，但是必须在罐装操作期间由最终用户应用并且是应用到安装垫的肮脏产品。而且，在易碎结构周围组装安装垫之前将硬化溶液应用到安装垫是不可能的，因为干的溶液很硬，并且使得安装垫太僵硬而不能绕易碎催化剂支撑结构缠绕。
发明内容
提供了一种包括无机纤维垫的用于排气处理设备的安装垫，其包括第一和第二对置主表面、前缘和后缘以及相对侧缘，其中至少一个所述相对侧缘的至少一部分包括基本上干燥的柔性边缘保护剂，其包括聚合物和吸附在该聚合物上的抗气体腐蚀剂。
还提供了一种排气处理设备，包括：壳体；无机纤维垫，其包括第一和第二对置主表面、前缘和后缘以及相对侧缘，其中至少一个所述相对侧缘的至少一部分包括基本上干燥的柔性边缘保护剂，其包括聚合物和吸附在该聚合物上的抗气体腐蚀剂；以及易碎催化剂支撑结构，其通过所述安装垫弹性地安装在所述壳体内。
此外还提供了一种制造用于排气处理设备的安装垫的方法，包括将包括聚合物和抗气体腐蚀剂的液体柔性边缘保护剂应用到包括无机纤维的安装垫的至少一个边缘的至少一部分；以及从所述边缘保护剂去除所述液体的至少一部分。
还提供了一种制造排气处理设备的方法，包括用在此描述的安装垫缠绕适于处理排气的易碎催化剂结构的至少一部分；以及将被缠绕的易碎结构设置在壳体内。
附图说明
图1表示包含用柔性边缘保护剂处理过的安装垫的排气处理设备的剖视图。
图2表示具有舌-槽构造的安装垫的平面图。
图3表示用柔性边缘保护剂处理过的具有舌-槽结构的安装垫的立体图。
具体实施方式
公开了一种用于排气处理设备应用的安装垫。安装垫包括由耐热无机纤维和柔性边缘保护剂处理剂构成的至少一个板或片。根据某些实施例，安装垫包括由耐热无机纤维、膨胀性材料和柔性边缘保护剂处理剂构成的至少一个板或片。已经令人惊讶并且出乎预料地发现包括柔性边缘保护剂处理剂使得不需要邻近安装垫的前缘和后缘附接单独的边缘保护剂材料以便保护安装垫免于由于热排放气体而遭到腐蚀。在边缘保护剂处理剂应用到垫并且基本上干燥之后，安装垫保持其大部分的原始柔性以使得它能够绕催化剂支撑结构缠绕，并且从而克服与将安装垫硬化的边缘保护剂溶液相关的问题。
还提供了一种处理排气的设备，其具有安装在壳体内的易碎催化剂支撑结构，该结构由设置在壳体和易碎结构之间的安装垫支撑在其内。术语“易碎结构”旨在表示和包括例如金属或陶瓷整料等的催化剂支撑结构，其可在本质上是易碎的或脆的并且将从例如在此描述的安装垫中受益。图1示出了示意性排气处理设备。应该理解排气处理设备不是意在被限制为使用在图1所示的催化式排气净化器中，所以示出的形状仅为例示性实施例。实际上，安装垫可以用来安装或支撑适于处理排气的任何易碎结构，例如柴油机催化剂结构、柴油机颗粒捕集器、NOX捕集器等。
催化剂支撑结构通常包括由耐热材料安装在壳体内的一个或多个多孔管状或蜂窝状结构。根据排气处理设备的类型，每个结构可包括在任何地方每平方英寸从大约200到大约900或更多的通道或网格。柴油机颗粒捕集器与催化剂结构不同之处在于，颗粒捕集器内的每个通道或网格在一端或另一端是闭合的。在柴油机颗粒捕集器中，从多孔结构中的排气收集颗粒直到由高温燃尽过程重新产生。任何用于催化式排气净化器或柴油机颗粒捕集器的已知催化剂支撑结构都可用在排气处理设备中。本发明的安装垫的非机动车应用可包括用于化学工业排放（排气）塔的催化式排气净化器。
催化式排气净化器10可包括由通过凸缘16保持在一起的两块金属例如耐高温钢形成的大致管状的壳体12。可替代地，壳体可包括预成形罐，由安装垫缠绕的催化剂支撑结构插入在该预成形罐中。壳体12包括在一端的入口14和在其相对端的出口（未示出）。入口14和出口适当地形成在它们的外部端，从而它们可固定至内燃机的排气系统中的管道。设备10包括易碎催化剂支撑结构，例如脆性陶瓷整料18，其由安装垫20支撑和限制在壳体12内，这将被进一步描述。整料18包括从其一端处的入口端表面轴向延伸到其相对端处的出口端表面的多个透气通道。整料18可由任何合适的耐火金属或陶瓷材料以任何已知方式和构造来形成。整料的截面构造一般是椭圆形或圆形的，但也可以是其他形状。任何已知的整料可与壳体和安装垫组合使用。
整料与其壳体以一定距离或间隙间隔开，一定距离或间隙将根据使用的排气处理设备的类型和设计而不同，例如根据催化式排气净化器、柴油机催化剂结构、或柴油机颗粒捕集器而不同。该间隙填充有安装垫20以为陶瓷整料18提供弹性支撑。弹性安装垫21既提供了与外部环境的隔热又为催化剂支撑结构提供了机械支撑，从而保护易碎结构免于在宽范围的排气处理设备工作温度内受到机械冲击。
转到图2，示出了示意性安装垫20。安装垫20是耐高温无机纤维的均质垫，其已经被模压以实现具有舌-槽构造的安装垫。安装垫20包括前缘22和后缘24。安装垫还包括可能会暴露于热排气排放物的相对侧缘26、28。将柔性边缘保护剂32应用到安装垫20的第一主表面30和侧缘26、28，以在催化剂排气净化器工作期间保护安装垫20免于遭受热排放气体的边缘腐蚀和老化。柔性边缘保护剂32也可应用到安装垫的邻近侧缘的第二主表面（未示出）的部分。
转到图3，示出了示意性安装垫20。安装垫20是耐高温无机纤维的均质垫，其已经被模压以实现具有舌-槽构造的安装垫。安装垫20包括前缘22和后缘24。安装垫还包括可能会暴露于热排气排放物的相对侧缘26、28。将柔性边缘保护剂32应用到安装垫20的侧缘26、28并且应用到第一主表面30，以在催化剂排气净化器工作期间保护安装垫20免于遭受热排放气体的边缘腐蚀和老化。边缘保护剂32也可应用到安装垫的邻近侧缘的第二主表面（未示出）的部分。
总体上，安装垫包括无机纤维，该无机纤维具有吸收在其一部分上的柔性边缘保护剂，可选地至少一种类型的膨胀性材料、以及可选地至少一种类型的有机粘合剂。术语“吸收”意味着边缘保护设置在侧缘的表面上和可选地设置在第一和第二主表面的邻近侧缘的部分上，和/或边缘保护剂材料已经沿着垫的侧缘渗透进入安装垫的厚度的至少一部分以及可选地渗透进入第一和第二主表面的被吸收在垫的侧表面上的部分。在燃尽边缘保护剂中的聚合物时，抗气体腐蚀剂被留下来以保护安装垫的边缘免于撞击冲击气体而遭受老化。在抗气体腐蚀材料已经渗透安装垫的厚度的部位，安装垫的那些部分变得致密并且抗热气体腐蚀。
边缘保护剂材料被吸收到安装垫20的至少前缘和后缘的一部分。根据某些实施例，边缘保护剂可吸收到安装垫20的前缘和后缘的至少一个的一部分。根据其他实施例，边缘保护剂可被吸收到安装垫的前缘和后缘的一部分。根据其他实施例，边缘保护剂可沿着安装垫的前缘和后缘的至少一个的边缘的整个长度被吸收。根据另外的实施例，边缘保护剂可沿着安装垫的前缘和后缘的整个长度被吸收。安装垫的组合能够保护暴露于热排气的安装垫边缘，以防止安装垫的边缘腐蚀或过早地分解。
根据某些实施例，吸收在安装垫上的柔性边缘保护剂的载荷值是从大约0.1到大约2ml/cm2。根据其他实施例，吸收在安装垫上的柔性边缘保护剂的载荷值是从大约0.2到大约0.8ml/cm2。根据其他实施例，吸收在安装垫上的柔性边缘保护剂的载荷值是从大约0.4到大约0.6ml/cm2。
任何耐热无机纤维可用在安装垫的构造中，只要纤维能够经受安装垫成形处理，能够经受排气处理设备的工作温度，能够在预期的工作温度下在保持用于将易碎结构保持在排气处理设备壳体内的压力性能时提供最小的隔热以及机械冲击保护。没有限制，可用来制备安装垫和排气处理设备的适当的无机纤维包括某些氧化物纤维（例如高氧化铝多晶体纤维和硅酸铝纤维、氧化铝-氧化镁-二氧化硅纤维）、碱土金属硅酸盐纤维（例如氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维和氧化镁-二氧化硅纤维）、S-玻璃纤维、S2-玻璃纤维、E-玻璃纤维、石英纤维、二氧化硅纤维及其组合物。
根据某些实施例，用来制备安装垫的耐热无机纤维包括陶瓷氧化物纤维。没有限制，适当的陶瓷氧化物纤维包括氧化铝纤维、硅酸铝纤维、氧化铝-氧化锆-二氧化硅纤维、氧化锆-二氧化硅纤维、氧化锆纤维以及类似纤维。有用的硅酸铝陶瓷纤维是 Unifrax I LLC（Niagara Falls, New York）生产的注册商标为FIBERFRAX的市售产品。FIBERFRAX陶瓷纤维包括大约45到大约75重量百分比的氧化铝和大约25到大约55重量百分比的二氧化硅的纤维化制品。FIBERFRAX纤维呈现直到大约1540℃的工作温度和直到大约1870℃的熔点温度。FIBERFRAX纤维容易形成为耐高温片、纸、板和垫。氧化铝/二氧化硅纤维可包括大约45重量百分比到大约60重量百分比的氧化铝和大约40重量百分比到大约55重量百分比的二氧化硅。氧化铝/二氧化硅纤维可包括大约50重量百分比的氧化铝和大约50重量百分比的二氧化硅。
氧化铝/二氧化硅/氧化镁玻璃纤维通常包括大约64重量百分比到大约66重量百分比的二氧化硅、和大约24重量百分比到大约25重量百分比的氧化铝以及大约9重量百分比到大约10重量百分比的氧化镁。E-玻璃纤维通常包括大约52重量百分比到大约56重量百分比的二氧化硅、大约16重量百分比到大约25重量百分比的氧化钙、大约12重量百分比到大约16重量百分比的氧化铝、大约5重量百分比到大约10重量百分比的氧化硼、达到大约5重量百分比的氧化镁、达到大约2重量百分比的氧化钠和氧化钾以及微量的氧化铁和氟化物，其中通常的组合是55重量百分比的二氧化硅、15重量百分比的氧化铝、7重量百分比的氧化硼、3重量百分比的氧化镁、19重量百分比的氧化钙及微量的上面提到的材料。
根据某些实施例，用来制备安装垫的碱土金属硅酸盐纤维是耐热的并且生物可溶性的。没有限制，用来制备用于排气处理设备的安装垫的生物可溶性碱土金属硅酸盐纤维的适当的示例包括公开在美国专利第6953757、6030910、6025288、5874375、5585312、5332699、5714421、7259118、7153796、6861381、5955389、5928075、5821183、和58111360中公开的那些纤维，这些通过引用方式被合并于此。
根据某些实施例，生物可溶性碱土金属硅酸盐纤维可包括氧化镁和二氧化硅的氧化物的混合物的纤维化制品。这些纤维通常称为硅酸镁纤维。硅酸镁纤维一般包括大约60到大约90重量百分比的二氧化硅、大于0到35重量百分比的氧化镁及5重量百分比或更少的杂质的纤维化制品。根据某些实施例，碱土金属硅酸盐纤维包括大约65到大约86重量百分比的二氧化硅、大约14到大约35重量百分比的氧化镁及5重量百分比或更少的杂质的纤维化制品。根据其他实施例，碱土金属硅酸盐纤维包括大约70到大约86重量百分比的二氧化硅、大约14到大约30重量百分比的氧化镁及5重量百分比或更少的杂质的纤维化制品。适当的硅酸镁纤维是 Unifrax I LLC（Niagara Falls, New York）生产的注册商标为ISOFRAX的市售产品。市售的ISOFRAX纤维一般包括大约70到大约80重量百分比的二氧化硅、大约18到大约27重量百分比的氧化镁及4重量百分比或更少的杂质的纤维化制品。
根据某些实施例，生物可溶性碱土金属硅酸盐纤维可包括钙、镁和二氧化硅的氧化物的混合物的纤维化制品。这些纤维通常称为氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维。根据某些实施例，氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维包括大约45到大约90重量百分比的二氧化硅、大于0到大约45重量百分比的氧化钙、大于0到大约35重量百分比的氧化镁及10重量百分比或更少的杂质的纤维化制品。有用的氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维是 Unifrax I LLC（Niagara Falls, New York）生产的注册商标为INSULFRAX的市售产品。INSULFRAX纤维一般包括大约61到大约67重量百分比的二氧化硅、从大约27到大约33重量百分比的氧化钙及从大约2到大约7重量百分比的氧化镁的纤维化制品。其他适当的氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维是Thermal Ceramics(Augusta Georgia)生产的商标为SUPERWOOL 607和SUPERWOOL 607 MAX的市售产品。SUPERWOOL 607纤维包括大约60到大约70重量百分比的二氧化硅、从大约25到大约35重量百分比的氧化钙、从大约4到大约7重量百分比的氧化镁及微量氧化铝。SUPERWOOL 607 MAX纤维包括大约60到大约70重量百分比的二氧化硅、从大约16到大约22重量百分比的氧化钙、从大约12到大约19重量百分比的氧化镁及微量氧化铝。
在某些实施例中，安装垫20可包括一个或多个熔制、无定形的耐高温的具有高二氧化硅含量的沥滤玻璃纤维以及可选地粘合剂或适于用作粘合剂的其他纤维的非膨胀性板。玻璃纤维可以任何方式并且使用本领域任何已知技术沥滤。总体上，沥滤可以通过使熔制玻璃纤维经受酸溶液或适于从纤维分离出非硅的氧化物和其他成分的其他溶液来完成。在美国专利NO.2624658和欧洲专利申请公开NO.0973697中论述了各种已知沥滤技术的更详细描述，但沥滤技术并不局限于此。根据术语“高二氧化硅含量”，其意味着纤维包含比纤维中的任何其他组合成分更多的二氧化硅。实际上，如下面讨论的，可以认识到在沥滤后这些纤维的二氧化硅含量优选地比包含二氧化硅的任何其他玻璃纤维（包括S-玻璃纤维，多晶体石英派生纤维或纯二氧化硅纤维除外）都大。
对于生产用于排气处理设备的安装垫有用的的适当二氧化硅纤维包括从德国BelChem Fiber Materials GmbH生产的商标为BELCOTEX、从Gardena California的Hitco Carbon CompositesInc. 生产的注册商标为REFRASIL、以及从白俄罗斯共和国的Polotsk-Steklovolokno生产的商标为PS-23（R）的那些沥滤玻璃纤维。
BELCOTEX纤维是标准类型的人造纤维预纱线。这些纤维具有大约550特的平均细度并且通常由氧化铝改性的硅酸制成。BELCOTEX纤维是无定形的，并且通常包含大约94.5的二氧化硅、大约4.5百分比的氧化铝、少于0.5百分比的氧化钠以及少于0.5百分比的其他成分。这些纤维具有大约9微米的平均纤维直径和1500℃到1550℃范围的熔点。这些纤维耐热的温度高达1100℃，并且一般是无疵点且无粘合剂的。
REFRASIL纤维，如同BELCOTEX纤维一样，是无定形的沥滤玻璃纤维，其具有高二氧化硅含量以对1000℃到1100℃温度范围中的应用提供隔热。这些纤维具有大约6到大约13微米之间的直径，并且具有大约1700℃的熔点。在沥滤后，该纤维一般具有大约95重量百分比的二氧化硅含量。氧化铝可呈现大约4重量百分比的量，以及其他成分呈现为1重量百分比或更少的量。
来自Polotsk-Steklovolokno的PS－23（R）纤维是无定形的玻璃纤维，其具有高二氧化硅含量并且适于为需要耐热到至少大约1000℃的应用提供隔热。这些纤维具有在大约5到大约20mm范围的纤维长度和大约9微米的纤维直径。这些纤维，如同REFRASIL纤维一样，具有大约1700℃的熔点。
在某些实施例中，安装垫20可包括膨胀性安装垫。膨胀性安装垫20包括膨胀性材料，例如未膨胀蛭石、离子交换蛭石、热处理蛭石、可膨胀石墨、水黑云母、水膨胀四硅氟云母、碱金属硅酸盐或其混合物。安装垫可包括超过一种类型的膨胀性材料的混合物。根据某些实施例，包括在安装垫内的膨胀性材料可包括未膨胀蛭石和可膨胀石墨的混合物，蛭石:石墨的相对量为大约9:1到大约1:2，如在美国专利NO.5384188中描述的那样。
如前面提及的，安装垫可包括或可不包括与柔性边缘保护剂分离的粘合剂。当使用粘合剂时，可将组分混合来形成混合物或浆。纤维可选地膨胀性材料的浆以及粘合剂然后形成垫结构，并去除粘合剂，从而提供基本上仅包括耐高温无机纤维和可选地膨胀性材料的安装垫。
适当的粘合剂包括有机粘合剂、无机粘合剂及这两种粘合剂的混合物。根据某些实施例，安装垫包括一种或多种有机粘合剂。有机粘合剂可提供为固体、液体、溶液、分散体、乳胶、乳液或类似形式。有机粘合剂可包括热塑性或热固性粘合剂，其固化后是可以从安装后的安装垫中燃烧尽的柔性材料。适当的有机粘合剂的示例包括，但不限于，丙烯酸乳胶、（甲基）丙烯酸乳胶、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、硅树脂等。其他树脂包括低温、柔性热固性树脂，例如不饱和聚酯、环氧树脂和聚乙烯酯。
基于安装垫的总重量，有机粘合剂可以大于0到大约20重量百分比、从大约0.5到大约15重量百分比、从大约1到大约10重量百分比、从大约2到大约8重量百分比的量被包括在安装垫内。
安装垫可包括聚合粘合剂纤维而没有或还有树脂或液体粘合剂。基于100重量百分比的总组成，这些聚合粘合剂纤维可使用的量为从大于0到大约20重量百分比、从大约1到大约15重量百分比、从大约2到大约10重量百分比的范围以帮助将耐热无机纤维粘合在一起。粘合剂纤维的适合示例包括聚乙烯醇纤维、聚烯烃纤维例如聚乙烯和聚丙烯、丙烯酸纤维、聚酯纤维、乙基醋酸乙烯纤维、尼龙纤维及其组合物。包括皮芯结构的双成分纤维可用作粘合剂纤维。
一般，有机粘合剂是用来最初将纤维粘合在一起的牺牲粘合剂。用“牺牲”表示有机纤维将最终被从安装垫燃烧尽，留下无机纤维和可选地膨胀性材料的一体安装垫，以用于将催化剂支撑结构支撑在金属壳体内。
根据某些示意性的实施例，安装垫是一体的。用“一体的”表示在制造后，安装垫具有自支撑结构，不需要织品、塑料、或纸的加强或包含层，（包括针脚式接合到垫的那些）并且可以无需分解地被处理、操作或安装。
除了有机粘合剂，安装垫也可包括无机粘合剂材料。没有限制，适当的无机粘合剂材料包括氧化铝、二氧化硅、氧化锆和其混合物的胶体分散体。
将粘合剂或边缘保护剂应用到垫的方法包括涂覆、浸入、浸没、淹没、辊压、刷、飞溅、喷射等。关于粘合剂应用到垫，在连续的处理中，可以以卷轴的形式被输送的纤维垫被展开并且例如在输送器上或纤维织品上被移动经过将粘合剂应用到垫的喷射喷嘴。可替代地，垫可以是重力供给经过喷射喷嘴。垫/粘合剂预浸品然后经过压辊之间，这去除了过量的液体并且使预浸品致密化以接近其期望厚度。致密化的预浸品然后可穿过炉以去除任何剩余的溶剂，并且如果必要的话则部分地固化粘合剂以形成复合物。干燥温度和固化温度主要依赖于使用的粘合剂和溶剂（如果有）。复合物然后可以被切割或辊压以存储或输送。
在排气处理设备10的工作期间，热排气排放物进入排气处理设备10的入口14并且通过出口（未示出）退出。这些排放物导致位于安装垫的入口14侧上的前缘26和位于出口侧（未示出）上的后缘28（前缘和后缘未用边缘保护剂处理剂）随着时间而被腐蚀从而导致安装垫的整体老化。将边缘保护剂应用到安装垫20上，保护垫20免于遭到因高温排气排放物导致的腐蚀。
包含柔性聚合物和抗气体腐蚀剂的液体边缘保护剂在制作安装垫时被应用到安装垫上，并且在使边缘保护剂基本上干燥以后它保持足够柔性以允许垫绕易碎催化剂支撑结构的至少一部分缠绕并且安装在排气处理设备内，而不会干扰它的安装或功能。安装垫不会受到将导致难以在壳体内组装的增加的破裂或非柔性，这通常与硬化边缘保护剂材料相关。
鉴于边缘腐蚀的现有溶液的缺点，本安装垫还包括边缘保护剂处理剂，其有效地抵抗边缘腐蚀和老化并且更易于应用。边缘保护剂处理剂可应用至包含上面提及的任何无机纤维的膨胀性或非膨胀性安装垫。可以在将垫绕催化剂支撑件缠绕之前，将边缘保护剂处理剂应用到安装垫，但也可以在沿着排气处理设备的制造过程的任何步骤，包括安装垫组装在壳体内之后，应用边缘保护剂处理剂。过去绕安装垫的边缘缠绕二氧化硅布料以提供边缘保护。这导致安装垫的厚度增加，并且垫的柔性降低。然而，本边缘保护剂处理剂的应用不会导致安装垫增加厚度，并且允许安装垫保持其大部分原始柔性。柔性边缘保护剂也是优于非膨胀性材料边缘保护剂的使用的，因为不需要粘接带或使用其他接合方式来将安装垫的单独且不同的部分保持在一起。
在某些实施例中，边缘保护剂处理剂可通过使安装垫的一部分与液体边缘保护剂池接触来应用。一种应用边缘保护剂处理剂的方法涉及将单个均质安装垫的至少边缘部分浸入包含边缘保护剂溶液的贮存器内。安装垫吸附溶液并且变成至少部分地浸透有边缘保护剂处理剂。安装垫浸入边缘保护剂溶液的长度可根据实施例而变化，并且足够在安装垫上赋予抗热气腐蚀性。安装垫浸入贮存器中优选地发生在特定的深度，以便安装垫的前缘或后缘的一部分用边缘保护剂处理。边缘保护剂处理剂由安装垫的纤维通过毛细管作用来吸附。
然后在安装垫组装到排气处理设备内之前或之后，使安装垫经受从边缘保护剂处理剂去除一部分水分的处理，以便获得上面具有基本上干燥的柔性边缘保护剂的安装垫。关于边缘保护剂，术语“基本上干燥”意味着边缘保护剂的含水量是干燥之前边缘保护剂的原始含水量的大约10%。根据某些实施例，术语“基本上干燥”意味着边缘保护剂的含水量是干燥之前边缘保护剂的原始含水量的大约5%。根据另一实施例，术语“基本上干燥”意味着边缘保护剂的含水量是干燥之前边缘保护剂的原始含水量的大约2%。
根据某些实施例，具有浸透的边缘保护剂的安装垫在其组装在排气处理设备之前经受干燥处理。可使用热和高的空气移动来迫使干燥。一种干燥的方法是，将用柔性边缘保护剂处理过的安装垫放置在具有大约200℃或以上的空气温度的对流炉内。干燥处理允许边缘保护剂溶液内的水或其他液体蒸发。在干燥中，抗气体腐蚀剂，例如二氧化硅固体随液体载体移动到汽化发生的地方并且比其他地方更加相当大的程度地沉积在那些地方。这意味着二氧化硅固体趋向于集中在安装垫的暴露端并且更小程度地集中在安装垫20和管状壳体12或预成形罐和整料18的接口处。如果需要，可以使用选择性加热取代炉干燥，以控制二氧化硅沉积的面积。在干燥之后，具有边缘保护剂的安装垫保持足够柔性以绕整料缠绕，从而允许排气处理设备的零件的方便组装，而不会使垫破裂或断裂或者以其他方式干扰安装或功能。用边缘保护剂处理过的安装垫维持足够的柔性以在整块易碎支撑结构周围定位。实际上，具有边缘保护剂的安装垫基本上保持与均质底层安装垫材料相同的柔性，并且将因此不会改变安装垫产品的使用。这样允许罐装操作更系统地进行，允许安装垫绕易碎支撑结构简单的缠绕，而在组装之后无需任何附加步骤，使得安装垫在边缘腐蚀保护方面完美。
将边缘保护剂处理剂应用到安装垫的另一种方法涉及在安装垫已经组装在排气处理设备的壳体内之前或之后，将边缘保护剂处理剂灌注或注射到安装垫中。该方法涉及用针将边缘保护剂处理剂注射到安装垫的暴露的前缘或后缘的至少一个。然后，灌注或注射的边缘保护剂处理剂将自身分布到整个安装垫。排气处理设备的正常工作温度可与其他干燥方法一起用来促进安装垫的干燥处理，以使得安装垫抗边缘腐蚀。
根据某些实施例，边缘保护剂处理剂包括乳胶和抗气体腐蚀剂。根据某些实施例，边缘保护剂溶液是乳液，其中分散相包括在水的连续相内的弹性体、以及抗气体腐蚀剂。根据某些实施例，弹性体热分解留下抗气体腐蚀剂，例如耐高温无机颗粒。根据某些实施例，这些颗粒足够小以渗透安装垫纤维的边缘表面和主表面，而不渗透纤维到胶体二氧化硅会渗透的显著深度。例如，具有大约小于2.6×10-3mm2的颗粒尺寸的无机颗粒，例如气相二氧化硅，可实现这种表面渗透。
根据某些实施例，没有限制，边缘保护剂包括聚硅醚乳液。没有限制，适当的聚硅醚乳液是商标名称为Dow84的市售产品。Dow84是水基聚硅醚，其作为不透明乳液供应。它包括大量二氧化硅固体，但是当它干燥成膜时仍然保持柔性。Dow84是可从Dow Corning Corporation(Midland, Michigan)在市场上获得的。
可用来开展边缘保护剂处理的其他成分包括但不限于胶体二氧化硅、各种粘土、各种聚合物等。可选地，表面活性剂可作为边缘保护剂池的成分被包括进来以促进边缘保护剂液体被吸收到垫内。通过促进边缘保护剂液体被吸收到垫内，表面活性剂的使用可允许边缘保护剂处理剂的更方便的应用。
一旦将安装垫形成为上面吸收有基本上干燥的柔性边缘保护剂，那么它可冲切为将用于具体的排气处理设备的最终形状。边缘保护剂处理剂的应用涉及将冲切的安装垫的部件边缘浸入边缘保护剂池中。已经用边缘保护剂处理过的安装垫保持足够的柔性以便绕适于处理排气的易碎结构的至少一部分缠绕。然后将用由边缘保护剂处理过的安装垫缠绕的易碎结构设置在排气处理设备的壳体部件内。在将由边缘保护剂处理过的安装垫缠绕的易碎结构设置在壳体内后，然后组装和密封壳体以形成排气处理设备。
示例
下面的描述仅仅意在进一步示范安装垫和排气处理设备的例示性实施例。应该理解，这些示例仅是为了说明并且不应该认为是在任何方面对要求保护的安装垫、排气处理设备、或方法进行限制。
示例是基于包含从Unifrax I LLC（Niagara Falls, New York）的注册商标为XPE®-AV2的市售的耐火硅酸铝纤维的基于无机纤维的安装垫的。XPE®-AV2是设计成用作对陶瓷基板机械支撑并且用作排气密封件的膨胀性垫，同时在排气处理设备内提供隔热。
耐用性测试
制备和测试三个安装垫XPE®-AV2的样品，来评估柔性边缘保护剂对安装垫的性能特性和边缘腐蚀的影响。安装垫XPE®-AV2的样品冲切为1.5″× 2″的测量尺寸。然后，对这些样品称重，以计算安装垫的间隙容积密度（GBD），并且计算在测试期间定位在安装垫的第一和第二对置主表面周围的安装板所留下的必要间隙。安装板所留下的间隙用来容纳安装垫的间隙容积密度或厚度，并且接近易碎催化剂支撑结构的外表面与用于将安装垫保持在排气处理设备内的壳体的内表面之间留下的距离或间隙。
样品安装在工作夹具内并且在600℃加热30分钟，冷却到100℃，并且在允许冷却到周围温度之前又重新在600℃再加热30分钟。该加热使得边缘保护剂的有机聚合物部分从安装垫燃烧尽。
然后从工作夹具取下样品并且将样品放置在包括用于保持安装垫的第一和第二对置主表面的两个相对安装板的安装工作夹具内。然后将安装工作夹具/安装垫组件放置在用于气体腐蚀测试的耐蚀性测试仪内。在测试期间，马达工作来引导脉动气流通过安装工作夹具的安装板内的孔到达安装垫的暴露部分。两个样品在1.60巴的空气压力、666rpm的马达速度、以及周围温度的条件下测试50分钟，而一个样品在1.60巴的空气压力、666rpm的马达速度、以及周围温度的条件下测试24小时。然后将样品从耐蚀性测试仪取出，并测量腐蚀。
测量腐蚀是通过用金刚砂填充样品内的任何腐蚀导致的空隙，并且以克为单位称量填充在每个样品的空隙内的金刚砂的量来实现的。利用金刚砂的逆密度因子1.67cm3/g来确定以立方厘米（cc）为单位测量的体积损失的平均值，从而计算耐用性。
示例1
示例1示出了在对没有用柔性边缘保护剂处理过的XPE®-AV2垫进行测试之后的间隙容积密度和耐蚀性。从纤维垫切下1.5″× 2″的样本并且如上面所述加热。纤维垫样品如上面所述地定位在耐蚀性测试仪内。XPE®-AV2纤维样品在周围温度下经受1.60巴的脉动气流50分钟以评估性能和垫腐蚀。在测试之后，XPE®-AV2纤维样品呈现0.58g/cm3的间隙容积密度和0.14cm3的腐蚀或体积损失。
示例2
示例2是根据示例No.1形成的基于无机纤维的安装垫，其中例外的是在加热安装垫之前，XPE®-AV2纤维垫用柔性边缘保护剂处理过。用热和柔性边缘保护剂处理过的XPE®-AV2纤维样品在周围温度下经受1.60巴的脉动气流50分钟以评估性能和垫腐蚀。在测试之后，处理过的XPE®-AV2纤维样品呈现0.58g/cm3的间隙容积密度。该垫没有呈现出任何腐蚀或体积损失。
示例3
示例3是根据示例No.1形成的基于无机纤维的安装垫，其中例外的是在如上面所述地加热安装垫之前，XPE®-AV2纤维垫用柔性边缘保护剂处理过。如上所述，用柔性边缘保护剂处理过的XPE®-AV2纤维样品在周围温度下经受1.60巴的脉动气流24小时以评估性能和垫腐蚀。在测试之后，处理过的XPE®-AV2纤维样品呈现0.58g/cm3的间隙容积密度。该垫没有呈现出任何腐蚀或体积损失。
示例1、2和3的测试结果记录在下面的表1中。
表1
这些结果示出柔性边缘保护剂材料的应用是适于使安装垫的热气腐蚀最小化或避免的。
虽然上面已经结合某些例示性实施例描述了安装垫和排气处理设备，但是应该理解，也可以使用其他类似的实施例，或者在不偏离它们的情况下，也可以对描述的实施例作出修改和添加以用于执行相同功能。并且，公开的所有实施例不必须是替代性的，因为各实施例可组合或删减以提供期望的特征。在不脱离本文的精神和范围的情况下本领域的普通技术人员可以作出变形。因此，安装垫和排气处理设备不应该限制为任何单个实施例，而是在根据所附权利要求的叙述的外延和范围内来解释。

Claims (57)

1.一种用于排气处理设备的安装垫，包括无机纤维垫，该无机纤维垫包括第一和第二对置主表面、前缘和后缘以及相对侧缘，其中所述相对侧缘的至少一个的至少一部分包括基本上干燥的柔性边缘保护剂，该柔性边缘保护剂包括弹性体，所述弹性体热分解留下吸附在安装垫上的抗气体腐蚀剂。
2.如权利要求1所述的安装垫，其中所述垫包括有机粘合剂和无机粘合剂的至少一种。
3.如权利要求1所述的安装垫，其中所述无机纤维选自由高氧化铝多晶体纤维、耐火陶瓷纤维、玻璃纤维、生物可溶性纤维、石英纤维、二氧化硅纤维及其组合物构成的组。
4.如权利要求3所述的安装垫，其中所述陶瓷纤维包括硅酸铝纤维，所述硅酸铝纤维包括45到75重量百分比的氧化铝和25到55重量百分比的二氧化硅的纤维化制品。
5.如权利要求3所述的安装垫，其中所述生物可溶性纤维包括65到86重量百分比的二氧化硅和14到35重量百分比的氧化镁的纤维化制品。
6.如权利要求5所述的安装垫，其中所述生物可溶性纤维包括70到86重量百分比的二氧化硅、14到30重量百分比的氧化镁及5重量百分比或更少的杂质的纤维化制品。
7.如权利要求6所述的安装垫，其中所述生物可溶性纤维包括70到80重量百分比的二氧化硅、18到27重量百分比的氧化镁及0到4重量百分比的杂质的纤维化制品。
8.如权利要求3所述的安装垫，其中所述生物可溶性纤维包括45到90重量百分比的二氧化硅、大于0到45重量百分比的氧化钙、及大于0到35重量百分比的氧化镁的纤维化制品。
9.如权利要求8所述的安装垫，其中所述生物可溶性纤维包括60到70重量百分比的二氧化硅、从16到35重量百分比的氧化钙、及从4到19重量百分比的氧化镁的纤维化制品。
10.如权利要求9所述的安装垫，其中所述生物可溶性纤维包括61到67重量百分比的二氧化硅、从27到33重量百分比的氧化钙、及从2到7重量百分比的氧化镁的纤维化制品。
11.如权利要求1所述的安装垫，其中所述柔性边缘保护剂包括水基硅树脂乳液。
12.如权利要求11所述的安装垫，其中所述抗气体腐蚀剂包括无机颗粒。
13.如权利要求12所述的安装垫，其中所述无机颗粒包括氧化铝、二氧化硅、氧化锆及其混合物。
14.如权利要求13所述的安装垫，其中所述无机颗粒包括无定形二氧化硅。
15.如权利要求14所述的安装垫，其中所述无机颗粒的颗粒尺寸是从5纳米到100纳米。
16.如权利要求11所述的安装垫，其中所述边缘保护剂还包括表面活性剂。
17.如权利要求1所述的安装垫，还包括膨胀性材料。
18.如权利要求17所述的安装垫，其中所述膨胀性材料选自由未膨胀蛭石、离子交换蛭石、热处理蛭石、可膨胀石墨、水黑云母、水膨胀四硅氟云母、碱金属硅酸盐或其混合物构成的组。
19.如权利要求18所述的安装垫，其中所述膨胀性材料包括未膨胀蛭石。
20.如权利要求2所述的安装垫，其中所述有机粘合剂包括丙烯酸乳胶。
21.如权利要求2所述的安装垫，其中所述无机粘合剂包括胶体二氧化硅、胶体氧化铝、胶体氧化锆及其混合物。
22.如权利要求2所述的安装垫，其中所述安装垫还包括粘土。
23.如权利要求22所述的安装垫，其中所述粘土选自由绿坡缕石、球粘土、膨润土、锂蒙脱石、蓝晶石、高岭石、胶岭石、皂石、海泡石、硅线石及其组合物构成的组。
24.一种排气处理设备，包括：
壳体；
无机纤维垫，其包括第一和第二对置主表面、前缘和后缘以及相对侧缘，其中所述相对侧缘的至少一个的至少一部分包括基本上干燥的柔性边缘保护剂，所述柔性边缘保护剂包括弹性体，所述弹性体热分解留下吸附在安装垫上的抗气体腐蚀剂；以及易碎催化剂支撑结构，其通过所述安装垫弹性地安装在所述壳体内。
25.如权利要求24所述的排气处理设备，其中所述壳体具有在一端的入口和在相对端的出口，排气通过所述出口流出；并且其中所述催化剂支撑结构具有外表面、在一端与所述壳体的所述入口连通的入口端表面以及在相对端与所述壳体的所述出口端连通的出口端表面。
26.如权利要求24所述的排气处理设备，其中所述垫包括有机粘合剂和无机粘合剂的至少一种。
27.如权利要求24所述的排气处理设备，其中所述无机纤维选自由高氧化铝多晶体纤维、耐火陶瓷纤维、玻璃纤维、生物可溶性纤维、石英纤维、二氧化硅纤维及其组合物构成的组。
28.如权利要求27所述的排气处理设备，其中所述陶瓷纤维包括硅酸铝纤维，所述硅酸铝纤维包括45到75重量百分比的氧化铝和25到55重量百分比的二氧化硅的纤维化制品。
29.如权利要求27所述的排气处理设备，其中所述生物可溶性纤维包括65到86重量百分比的二氧化硅和14到35重量百分比的氧化镁的纤维化制品。
30.如权利要求29所述的排气处理设备，其中所述生物可溶性纤维包括70到86重量百分比的二氧化硅、14到30重量百分比的氧化镁及5重量百分比或更少的杂质的纤维化制品。
31.如权利要求30所述的排气处理设备，其中所述生物可溶性纤维包括70到80重量百分比的二氧化硅、18到27重量百分比的氧化镁及0到4重量百分比的杂质的纤维化制品。
32.如权利要求27所述的排气处理设备，其中所述生物可溶性纤维包括45到90重量百分比的二氧化硅、大于0到45重量百分比的氧化钙、及大于0到35重量百分比的氧化镁的纤维化制品。
33.如权利要求32所述的排气处理设备，其中所述生物可溶性纤维包括60到70重量百分比的二氧化硅、从16到35重量百分比的氧化钙、及从4到19重量百分比的氧化镁的纤维化制品。
34.如权利要求33所述的排气处理设备，其中所述生物可溶性纤维包括61到67重量百分比的二氧化硅、从27到33重量百分比的氧化钙、及从2到7重量百分比的氧化镁的纤维化制品。
35.如权利要求24所述的排气处理设备，其中所述柔性边缘保护剂包括水基硅树脂乳液。
36.如权利要求35所述的排气处理设备，其中所述抗气体腐蚀剂包括无机颗粒。
37.如权利要求36所述的排气处理设备，其中所述无机颗粒包括氧化铝、二氧化硅、氧化锆及其混合物。
38.如权利要求37所述的排气处理设备，其中所述无机颗粒包括无定形二氧化硅。
39.如权利要求37所述的排气处理设备，其中所述无机颗粒的颗粒尺寸是从5纳米到100纳米。
40.如权利要求35所述的排气处理设备，其中所述边缘保护剂还包括表面活性剂。
41.如权利要求24所述的排气处理设备，其中所述安装垫还包括膨胀性材料。
42.如权利要求41所述的排气处理设备，其中所述膨胀性材料选自由未膨胀蛭石、离子交换蛭石、热处理蛭石、可膨胀石墨、水黑云母、水膨胀四硅氟云母、碱金属硅酸盐或其混合物构成的组。
43.如权利要求42所述的排气处理设备，其中所述膨胀性材料包括未膨胀蛭石。
44.如权利要求26所述的排气处理设备，其中所述有机粘合剂包括丙烯酸乳胶。
45.如权利要求26所述的排气处理设备，其中所述无机粘合剂包括胶体二氧化硅。
46.如权利要求26所述的排气处理设备，其中所述安装垫还包括粘土。
47.如权利要求46所述的排气处理设备，其中所述粘土选自由绿坡缕石、球粘土、膨润土、锂蒙脱石、蓝晶石、高岭石、胶岭石、皂石、海泡石、硅线石及其组合物构成的组。
48.如权利要求24所述的排气处理设备，其中所述设备是催化式排气净化器、柴油机颗粒捕集器、或者NOX捕集器。
49.一种制造用于排气处理设备的安装垫的方法，包括：
将液体柔性边缘保护剂应用到包括无机纤维的安装垫的至少一个边缘的至少一部分，所述边缘保护剂包括弹性体，所述弹性体热分解留下吸附在安装垫上的抗气体腐蚀剂；以及从所述边缘保护剂去除所述液体的至少一部分。
50.如权利要求49所述的方法，其中所述去除所述液体包括在周围温度下基本上干燥。
51.如权利要求50所述的方法，其中所述液体的所述去除包括通过加热所述安装垫而基本上干燥。
52.如权利要求51所述的方法，其中所述加热包括在对流炉中在从100摄氏度到200摄氏度的温度下加热所述垫。
53.如权利要求49所述的方法，其中在所述液体的所述去除之后，所述边缘保护剂的含水量是所述边缘保护剂的原始含水量的10％。
54.如权利要求53所述的方法，其中在所述液体的所述去除之后，所述边缘保护剂的含水量是所述边缘保护剂的原始含水量的5％。
55.如权利要求54所述的方法，其中在所述液体的所述去除之后，所述边缘保护剂的含水量是所述边缘保护剂的原始含水量的2％。
56.如权利要求52所述的方法，其中使用选择性加热来控制所述边缘保护剂在所述安装垫上的沉积面积。
57.一种制造排气处理设备的方法，包括：
用权利要求1-23的任意一项所述的安装垫来缠绕适于处理排气的易碎催化剂结构的至少一部分；以及
将被缠绕的所述易碎结构设置在壳体内。
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