CN104903506A - 韧性无机纤维的处理及其在用于废气处理装置的安装垫中的用途 - Google Patents

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Abstract

处理韧性无机纤维束的方法，其包括开松多个韧性无机纤维束以使韧性无机纤维可以分散在液体浆料中以铺设均匀的纤维聚集体，其中该韧性无机纤维具有大于250毫升，任选大于450毫升的压碎沉降体积。此外，处理韧性无机纤维束的方法包括以有效铺设均匀的纤维聚集体的大约0.1%至大约2%，任选大约0.1%至大约1%的稀释度将多个韧性无机纤维束分散在浆料中，其中该韧性无机纤维具有大于250毫升，任选大于450毫升的压碎沉降体积。

Description

韧性无机纤维的处理及其在用于废气处理装置的安装垫中的用途
多晶羊毛纤维是高性能纤维（在本文中也称为“韧性无机纤维”），其可以包含大约1至大约28重量%的SiO2和大约72至大约99重量%的Al2O3的组合物，任选具有大约3至大约10微米的平均纤维直径。高性能纤维在特性上不同于包含大约40重量%至大约60重量%的Al2O3和大约60重量%至大约40重量%的SiO2的常规耐火陶瓷纤维。高性能纤维的韧度令它们合意地用于绝缘和支撑制品，如用于废气处理装置的安装垫。
废气处理装置在汽车上用于减少来自发动机排放物的大气污染。广泛使用的废气处理装置的实例包括催化转化器和柴油机微粒捕集器。
用于处理汽车发动机废气的示例性催化转化器包括外壳、用于保持催化剂的易碎催化剂支撑结构，所述催化剂用于实现一氧化碳与烃的氧化和氮氧化物的还原、以及安置在易碎催化剂支撑结构的外表面与外壳的内表面之间以便将所述易碎催化剂支撑结构弹性保持或支承在该外壳内的安装垫。
用于控制由柴油机发动机产生的污染的示例性柴油机微粒捕集器通常包括外壳、用于收集来自柴油机发动机排放物的微粒的易碎微粒过滤器或捕集器、以及安置在过滤器或捕集器的外表面与外壳的内表面之间以便使所述易碎过滤器或捕集器构件弹性保持在该外壳内的安装垫。
易碎催化剂支撑结构通常包括由易碎金属材料或脆的陶瓷材料制成的整料结构。这些易碎催化剂支撑结构提供多个气体流动通道。该催化剂支撑结构可以如此易碎，以至于甚至小的冲击载荷或应力通常足以使它们破裂或碎裂。还可以利用安装垫将金属催化剂支撑结构安装在金属外壳内。
为了保护易碎催化剂支撑结构免受热和机械冲击与其它应力，以及提供绝热和气体密封，将安装垫定位在该易碎结构与外壳之间的间隙内。
使用的安装垫材料应当能够满足易碎结构制造商或废气处理装置制造商所提出的任何设计或物理要求。例如，即使在该废气处理装置已经经历温度的大幅波动时，安装垫材料也应当能够在易碎结构上施加有效的残留保持压力，所述温度的大幅波动造成了金属外壳相对于该易碎结构的显著膨胀与收缩，这又导致一段时间内安装垫的显著压缩和释放循环。
安装垫可以以任何本领域已知用于形成片状材料的方式制造。例如，传统造纸工艺，手工成网或机械成网均可用于制备该片材。手抄片模具、长网抄纸机或真空圆网抄纸机可用于制造该片材。
例如，采用造纸工艺，无机纤维、膨胀性材料和抗氧化剂可以与粘合剂或能够充当粘合剂的其它纤维混合在一起以形成混合物或浆料。可以通过向浆料中添加絮凝剂来絮凝该组分浆料。将絮凝的混合物或浆料放置到造纸机上，以便成型为含纤维纸张的叠或片。通过空气干燥或烘箱干燥将该片材干燥。
或者，叠或片可以通过真空浇铸该浆料来成型。根据这种方法，组分的浆料湿法成网到透水网上。向该网施加真空以便从浆料中提取大部分水分，由此形成湿片材。随后通常在烘箱中将湿的叠或片干燥。在干燥前可以使该片材通过一组辊以压缩该片材。对于采用的标准造纸技术的更详细描述参见美国专利号3,458,329。
湿法成网的膨胀或非膨胀垫可以以单层或多层形式在造纸或真空浇铸装置上制得。已经发现，如果该垫包含至少一层均匀的韧性无机纤维聚集体的话，可以显著改善该安装垫的性能。已经发现包含至少一层均匀的韧性无机纤维聚集体的垫表现出更大的摩擦系数，并超出了常规垫的压力性能。例如，包含常规多晶羊毛纤维的传统湿法成网安装垫的循环压力性能平均为大约90 kPa，而包含开松的韧性无机纤维的均匀层的湿法成网垫已经发现展现出高达大约145 kPa或更大的循环弹性。
湿法成网垫通常具有均匀的基重和厚度分布。在湿法成网系统中，借助于适当的稀释水平和分散化学品，可以制得均匀的片材。常规无机纤维非常适于湿法成网工艺，因为该纤维易碎和易断，或容易切割，并可以毫无困难地均匀分散在液体中。
与常规无机纤维不同，韧性无机纤维是牢固的，特别有弹性，并且倾向于弯曲而不是断裂。在造纸工艺中使用韧性纤维是有问题的，因为高弹性纤维会缠结在一起，形成无法打散和均匀分散在浆料中的束和团块。因此，难以获得均匀分散的韧性无机纤维的均匀片材。纤维的这种不均匀分布导致原本通过在纤维聚集体如上述安装垫或其它绝缘或耐火纤维聚集体中使用韧性无机纤维可以实现的性能降低。
开松韧性无机纤维束会尽量减少纤维的聚束、成球和交织，并使得纤维可以更均匀地分散在整个纤维聚集体如纸张、垫、毯等等中。开松的韧性无机纤维在混合过程中彼此分离，使得各单独的纤维可以分散，并有助于该安装垫产品的整体性能。与使用未充分分散的交缠的韧性无机纤维制备的垫相比时，包含至少一层均匀的韧性无机纤维聚集体的垫可以表现出提高的弹性、柔韧性和包裹催化剂支撑结构而不开裂的能力。
挑战是制备或处理该韧性无机纤维束，使得可以实现均匀的纤维聚集体而不破坏该纤维的完整性或形态，以防止损失其高性能特性。
充分分散的韧性纤维可以具有相对长的长度，并在施以压碎沉降体积（crush settle volume）试验时表现出高压碎沉降体积。较短的纤维更致密地堆积，导致较低的压碎沉降体积。更高的纤维压碎沉降体积可能与包含至少一层均匀的韧性无机纤维聚集体的垫的改善的压力性能相关。
图1显示了包括该主题安装垫的示例性废气处理装置的局部视图。
对本公开的目的而言，“韧性”无机纤维还可称为“高弹性”无机纤维或“高性能”无机纤维。
对本公开的目的而言，“韧性”无机纤维定义为在根据压碎沉降体积试验测试时，放置在不锈钢夹持器（holder）中的5克韧性无机纤维样品在施加1.4 kN载荷5分钟后表现出大于250毫升、任选大于450毫升的压碎沉降体积的无机纤维。
对本公开的目的而言，“开松”韧性无机纤维定义为机械改变韧性无机纤维和/或纤维束，同时保持该纤维的合意的物理性质如长度、直径、弹性和循环性能。“开松的”纤维定义为已经施以开松工艺的纤维。
提供一种处理韧性无机纤维束的方法。在涉及根据压碎沉降体积试验，放置在不锈钢夹持器中的5克韧性无机纤维样品在施加1.4 kN载荷5分钟后表现出大于250毫升、任选大于450毫升的压碎沉降体积的纤维的一个示例性实施方案中，该方法包括开松多个韧性无机纤维束，以使得韧性无机纤维可以分散在液体浆料中以铺设均匀的纤维聚集体。
还提供了制造用于废气处理装置的安装垫的方法。在一个实施方案中，制造用于废气处理装置的安装垫的方法包括制造开松的韧性无机纤维与液体的浆料，并从该浆料中除去至少一部分所述液体以形成含有开松的韧性无机纤维的湿法成网层。
进一步提供了用于废气处理装置应用的安装垫。在一个实施方案中，该安装垫包含均匀的韧性无机纤维聚集体，如由开松的韧性无机纤维与液体的浆料制备的层，其中从该浆料中除去至少一部分该液体以形成含有开松的韧性无机纤维的湿法成网层。根据某些实施方案，该安装垫，任选在含有开松的韧性无机纤维的层中，可以包括膨胀性材料。
还提供了处理废气的装置。根据一个实施方案，该装置包括外壳；弹性安装在该外壳内的易碎结构；和包含韧性无机纤维聚集体的均匀层，如上述开松的韧性无机纤维的层的安装垫。术语“易碎结构”意在表示并包括如金属或陶瓷整料等等的结构，其性质可以是脆的或易碎的，并将得益于如本文中所述的安装垫。
由图1中的附图标记10标出处理废气的装置的示例形式。应该理解的是，并不打算将该安装垫限制为用于图1中显示的装置，因此该形状仅作为示例性实施方案显示。事实上，该安装垫可用于安装或支撑适于处理废气的任何易碎结构，如柴油机催化剂结构、柴油机微粒捕集器等等。
根据某些实施方案，催化转化器10可以包括通过凸缘16固定在一起的由两片金属例如耐高温钢构成的外壳12。或者，该外壳可以包括预成型的罐体（canister），安装垫包裹的易碎结构插入到其中。外壳12包括在一端的入口14和在其相反一端的出口（未显示）。入口14和出口在其外端处适当地成型，由此它们可以固定到内燃机发动机的排气系统中的管道上。装置10含有易碎结构，如易碎陶瓷整料18，其通过安装垫20支撑和约束在外壳12中。整料18包括多个由其在一端的入口处向其在其相反一端的出口轴向延伸的气体流通通道。整料18可以由任何合适的耐火金属或陶瓷材料以任何已知的方式和构造构成。整料通常具有椭圆形或圆形的横截面构造，但是其它形状也有可能。
该整料与该外壳的内表面相隔一段距离或间隙，其可以根据所用装置的类型和设计（例如，催化转化器、柴油机催化剂结构或柴油机微粒捕集器）而不等。该间隙填充有安装垫20以便向该陶瓷整料18提供弹性支撑。该弹性安装垫20提供对外部环境的热绝缘和对易碎结构的机械支撑，由此在废气处理装置运行温度的宽范围内保护该易碎结构免受机械冲击。
通常，该安装垫包含开松的韧性无机纤维，并可以包括任选适于被牺牲烧除的有机粘合剂。该安装垫20能够提供足以在宽温度范围内将该易碎催化剂支撑结构18弹性保持在废气处理装置10的外壳12中的保持压力。
任何弹性的高性能或韧性无机纤维可用于该安装垫，只要该纤维可以经受安装垫成型工艺、可以经受废气处理装置的运行温度并可以提供在运行温度下将易碎结构保持在废气处理装置外壳中的最小保持压力性能。
没有限制，可以开松和用于制备该均匀的纤维聚集体的合适的韧性无机纤维包括例如高氧化铝多晶纤维、多晶羊毛、碳纤维、莫来石纤维、氧化铝-氧化镁-二氧化硅纤维、S-玻璃纤维、S2-玻璃纤维、E-玻璃纤维、R-玻璃纤维、石英纤维、二氧化硅纤维及其组合。在一个实施方案中，多晶羊毛纤维可以包含大约1-28% SiO2和72-99% Al2O3的组合物，任选具有大约3-10微米的平均纤维直径。
可用于制造用于废气处理装置的安装垫的合适的二氧化硅纤维包括以商标BELCOTEX可获自BelChem Fiber Materials GmbH, Germany、以注册商标REFRASIL可获自Gardena California的Hitco Carbon Composites, Inc.和以名称PS-23(R)获自Polotsk-Steklovolokno, Republic of Belarus的那些沥滤玻璃纤维。
BELCOTEX纤维是标准类型的定长纤维预制纱。这些纤维的平均细度为大约550特克斯，并且通常由氧化铝改性的硅酸制得。该BELCOTEX纤维是非晶的，并通常含有大约94.5%的二氧化硅、大约4.5%的氧化铝、小于0.5%的氧化钠和小于0.5%的其它组分。这些纤维的平均纤维直径为大约9微米，且熔点为1500℃-1550℃。这些纤维对最高1100℃的温度耐热，并且通常无疵且不含粘合剂。
REFRASIL纤维，类似BELCOTEX纤维，是具有高二氧化硅含量以便对1000℃至1100℃温度范围内的应用提供热绝缘的非晶沥滤玻璃纤维。这些纤维的直径为大约6微米至大约13微米，且熔点为大约1700℃。该纤维在沥滤后通常具有大约95重量%的二氧化硅含量。氧化铝可以以大约4重量%的量存在，其它组分以1%或更少的量存在。
获自Polotsk-Steklovolokno的PS-23(R)纤维是高二氧化硅含量的非晶玻璃纤维，并适于需要耐受至少大约1000℃的应用的热绝缘。这些纤维的纤维长度为大约5毫米至大约20毫米，且纤维直径为大约9微米。这些纤维，类似REFRASIL纤维，具有大约1700℃的熔点。
该E-玻璃纤维通常包含大约52重量%至大约56重量%的SiO2、大约16重量%至大约25重量%的CaO、大约12重量%至大约16重量%的Al2O3、大约5重量%至大约10重量%的B2O3、最多大约5重量%的MgO、最多大约2重量%的氧化钠和氧化钾以及痕量的氧化铁和氟化物，典型组成为55重量%的SiO2、15重量%的Al2O3、7重量%的B2O3、3重量%的MgO、19重量%的CaO和痕量的上述材料。
根据某些实施方案，也可用于制备该安装垫的附加耐热无机纤维包括陶瓷纤维、碱金属硅酸盐纤维、碱土金属硅酸盐羊毛、碱土金属硅酸盐纤维如氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维和氧化镁-二氧化硅纤维。没有限制，合适的陶瓷纤维包括氧化铝纤维、氧化铝-二氧化硅纤维、氧化铝-氧化锆-二氧化硅纤维、氧化锆-二氧化硅纤维、氧化锆纤维和类似的纤维。可用的氧化铝-二氧化硅陶瓷纤维可以以注册商标FIBERFRAX商购自Unifrax I LLC（Niagara Falls, New York）。该FIBERFRAX陶瓷纤维包含大约45至大约75重量%的氧化铝和大约25至大约55重量%的二氧化硅的纤维化产物。该FIBERFRAX纤维表现出最高大约1540℃的运行温度和高达大约1870℃的熔点。该FIBERFRAX纤维容易成型为耐高温片材和纸张。
没有限制，可用于制备用于废气处理装置的安装垫的生物可溶性碱土金属硅酸盐纤维的合适实例包括美国专利号6,953,757、6,030,910、6,025,288、5,874,375、5,585,312、5,332,699、5,714,421、7,259,118、7,153,796、6,861,381、5,955,389、5,928,975、5,821,183和5,811,360中公开的那些纤维，其经此引用并入本文。
根据某些实施方案，该生物可溶性碱土金属硅酸盐纤维可以包含镁氧化物与二氧化硅的混合物的纤维化产物。这些纤维通常称为硅酸镁纤维。硅酸镁纤维通常包含大约60至大约90重量%的二氧化硅、大于0至大约35重量%的氧化镁和5重量%或更少的杂质的纤维化产物。根据某些实施方案，热处理碱土金属硅酸盐纤维包含大约65至大约86重量%的二氧化硅、大约14至大约35重量%的氧化镁和5重量%或更少的杂质的纤维化产物。根据其它实施方案，该热处理碱土金属硅酸盐纤维包含大约70至大约86重量%的二氧化硅、大约14至大约30重量%的氧化镁和5重量%或更少的杂质的纤维化产物。合适的硅酸镁纤维可以以注册商标ISOFRAX商购自Unifrax I LLC（Niagara Falls, New York）。市售ISOFRAX纤维通常包含大约70至大约80重量%的二氧化硅、大约18至大约27重量%的氧化镁和4重量%或更少的杂质的纤维化产物。
根据某些实施方案，该生物可溶性碱土金属硅酸盐纤维可以包含钙、镁的氧化物与二氧化硅的混合物的纤维化产物。这些纤维通常称为氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维。根据某些实施方案，该氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维包含大约45至大约90重量%的二氧化硅、大于0至大约45重量%的氧化钙、大于0至大约35重量%的氧化镁和10重量%或更少的杂质的纤维化产物。可用的氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维以注册商标INSULFRAX商购自Unifrax I LLC（Niagara Falls, New York）。INSULFRAX纤维通常包含大约61至大约67重量%的二氧化硅、大约27至大约33重量%的氧化钙和大约2至大约7重量%的氧化镁的纤维化产物。其它合适的氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维可以以商品名SUPERWOOL 607、SUPERWOOL 607 MAX和SUPERWOOL HT商购自Thermal Ceramics（Augusta, Georgia）。SUPERWOOL 607纤维包含大约60至大约70重量%的二氧化硅、大约25至大约35重量%的氧化钙、大约4至大约7重量%的氧化镁和痕量的氧化铝。SUPERWOOL 607 MAX纤维包含大约60至大约70重量%的二氧化硅、大约16至大约22重量%的氧化钙和大约12至大约19重量%的氧化镁，以及痕量的氧化铝。SUPERWOOL HT纤维包含大约74重量%的二氧化硅、大约24重量%的氧化钙和痕量的氧化镁、氧化铝和氧化铁。
该氧化铝/二氧化硅耐火陶瓷纤维（RCF）可以包含大约40重量%至大约60重量%的Al2O3和大约60重量%至大约40重量%的SiO2。该纤维可以包含大约50重量%的Al2O3和大约50重量%的SiO2。该氧化铝/二氧化硅/氧化镁玻璃纤维通常包含大约64重量%至大约66重量%的SiO2、大约24重量%至大约25重量%的Al2O3和大约9重量%至大约10重量%的MgO。
韧性无机纤维可以表现出合意的品质，例如强度与韧度。但是，韧性纤维特性地长并在生产时多少会缠结。湿法成网造纸工艺的混合步骤进一步令该纤维缠结和聚束。常规纤维是脆性的，并可以在混合机中用刀刃将它们切断分开以使得它们均匀分散。另一方面，韧性无机纤维是弹性的，并在混合机中缠结，使得它们不适于在湿法成网造纸工艺中使用。
均匀的纤维聚集体可以包含均匀分散的开松的韧性无机纤维。韧性无机纤维束可以通过开松该纤维来分离。韧性无机纤维，或纤维束，可以采用能够分离单根纤维而不削弱该纤维的合意品质的任何方法来开松。
在一个实施方案中，多个韧性无机纤维可以包含在浆料中并湿开松。浆料的纤维浓度可以改变。湿开松该韧性无机纤维可以开松纤维束，同时基本保留该纤维的长度。在其它实施方案中，该纤维的长度可以通过在生产后短切（chopping）该纤维来截短，随后湿开松该韧性无机纤维束。
该韧性无机纤维可以通过盘磨（disc refining）低稀释度韧性无机纤维浆料（如大约0.1质量%至大约1质量%的纤维）来开松。例如，盘磨机可以包含对纤维浆料施加剪切能量的固定盘和旋转盘。盘的表面细节和结构可用于分散和打开该纤维。在另一实施方案，该韧性无机纤维可以通过碎解（de-flaking）低稀释度浆料来开松。
在进一步的实施方案中，该韧性无机纤维可以通过将纤维浆料水力碎浆（hydropulping）来开松。例如，水力碎浆机的旋转叶片和隔板可以例如使用旋转叶片和隔板在混合机中设置紊流涡流以打散纤维束并分散该纤维。
该韧性无机纤维可以通过将所述韧性无机纤维打浆来开松。例如，打浆机可以包含朝向固定底板旋转的桨轮板。旋转板与固定板之间的间隙可以调节以优化纤维素的分散。
根据一个实施方案，多个韧性无机纤维可以干开松。在某些实施方案中，干开松该韧性无机纤维可以开松该纤维束，同时基本保留该纤维的长度。在其它实施方案中，干开松该韧性无机纤维可以包含开松该纤维束并截短单个纤维的长度。
该韧性无机纤维可以通过梳理来干开松。梳理技术可以包含对干纤维施以机械梳理式活动。梳针可以穿过该纤维或纤维毯拖动以疏松（volumize）和打开该韧性无机纤维。梳理毯可以任选接着伴随短切梳理过的毯。
在一个实施方案中，该韧性无机纤维可以通过研磨来干开松。该纤维可以利用磨碎机（attrition mill）组合纤维清棉机（fiber picker）来研磨。磨碎机组合纤维清棉机可以通过研磨该纤维束来分散该纤维束和/或降低纤维长度。磨碎机组合纤维清棉机可以包含对干纤维施加剪切能量的固定盘和旋转盘。盘磨可用于分散纤维束和/或截短该纤维。
该韧性无机纤维可以通过用锤磨机（hammer mill）和/或ROTOPLEX®颗粒切磨机（granular cutting mill）研磨来干开松。可以通过连接到在锤磨机研磨室内部以高速旋转的柄（shaft）上的锤来撞击该韧性无机纤维。通过反复的锤冲击开松该纤维。ROTOPLEX®颗粒切磨机可以使用具有分割刀的交叉剪切转子开松韧性无机纤维束并截短单个纤维。
如上所讨论的那样，该韧性无机纤维可以通过短切或切割来截短。在一些实施方案中，可以在开松韧性无机纤维之前短切该韧性无机纤维。可以利用任何合适的短切或切割方法，例如模切、铡刀短切（guillotine chopping）和/或水射流切割来短切该纤维。当该纤维具有方向性或是层状的而非随机排列的时候，可以连接纤维制造工艺短切或切割该韧性无机纤维。降低纤维长度可以降低开松纤维束所需的能量，并防止造纸工艺中制浆步骤中的附加缠绕。
在一个实施方案中，该韧性无机纤维可以安置在片材或毯中。截短该纤维可以包括将韧性无机纤维的片材模切成例如5厘米方块，以使得该纤维长度不超过5厘米。在其它实施方案中，该纤维可以切割或短切成更小的方块，例如2厘米方块或更小。该纤维可以通过将韧性无机纤维片材或毯横切为条来截短。
在某些实施方案中，该韧性无机纤维可以通过短切或切割截短至特定长度。短切或切割的韧性无机纤维任选不通过任何后继处理（例如通过开松该纤维）进一步显著缩短，以利用较长纤维的特性的优点。
在进一步的实施方案中，该纤维浆料的低稀释度，即低浓度，如大约0.1质量%至大约1质量%的该韧性无机纤维，可以允许该韧性无机纤维分离，以尽量减少该韧性无机纤维的缠结和交织。
在其它实施方案中，该纤维浆料的高稀释度，即高浓度，如大约1质量%至大约2质量%的该韧性无机纤维，可以允许更大的纤维相互作用。更大的纤维相互作用可以通过提高每单位纤维质量的能量传递来改善纤维截短步骤的效率。
低稀释度与高稀释度的竞争效应可以结合以优化整体效果，例如通过采用向浆料中逐渐添加纤维。
在一个实施方案中，一种示例性的韧性无机纤维浆料稀释度包括大约0.1质量%至大约2质量%、任选大约0.1质量%至大约1质量%的韧性无机纤维的稀释度。在某些实施方案中，在稀释前短切该韧性无机纤维。
湿法成网垫的压力性能可能与沉降高度试验或压碎沉降体积试验的结果相关。沉降高度试验可以通过从包含韧性无机纤维的垫材料样品中除去任何粘合剂材料（例如可以将该粘合剂烧除）来进行。沉降高度试验和压碎沉降体积试验均可以使用尚未加工成纤维制品如安装垫材料的韧性无机纤维样品来进行。不考虑韧性无机纤维的来源，称取5克韧性无机纤维样品。随后将这5克的韧性无机纤维添加到400毫升水中并使用桨式搅拌器在1,000 rpm下搅拌2分钟。没有限制，合适的桨式搅拌器可以包括来自VWR International LLC的四叶片搅拌器，桨叶直径50毫米，杆直径8毫米，且总杆长度450毫米。将包含水的分散纤维转移到1,000毫升的筒中，并用附加的水填充至1,000毫升。没有限制，合适的1,000毫升筒是高度为147毫米和外径为109毫米的低型烧杯。随后将该筒塞上塞子并倒置10次。取下塞子，并使纤维沉降30分钟。测量1升筒中沉降的、分散的韧性无机纤维所占据的体积作为该沉降体积。
压碎沉降体积试验可以类似于沉降高度试验进行，除了将5克韧性无机纤维样品放置到内径为37.5毫米的管内并在添加到400毫升水并搅拌之前在1.4 kN下压缩五分钟。测量1升筒中压碎的、沉降的和分散的韧性无机纤维占据的体积作为该压碎沉降体积。
对于具有小于250毫升的压碎沉降体积的纤维而言，大于250毫升的沉降体积可能与90 kPa的压力性能相关。具有大于450毫升的压碎沉降体积和沉降体积的纤维可能与大于120 kPa的压力性能或循环弹性相关。
实验
提出下列实施例仅为进一步说明用于废气处理装置的包含开松的韧性无机纤维的安装垫。该说明性实施例不应解释为以任何方式限制该安装垫、结合该安装垫的废气处理装置、或制造该安装垫或该废气处理装置的方法。
对比例1
具有大于450毫升的压碎沉降体积和350毫升的沉降体积的韧性无机纤维用于构造样品湿法成网垫。该垫采用常规造纸工艺制备，不使用附加的纤维预短切或韧性纤维开松技术。
实施例2
具有大于450毫升的压碎沉降体积和400毫升的沉降体积的韧性无机纤维用于构造样品湿法成网垫。对该韧性无机纤维施以干开松技术。干开包机（dry bale opener）类型的机器用于分散和/或开松该纤维束。
实施例3
具有大于450毫升的压碎沉降体积和400毫升的沉降体积的韧性无机纤维用于构造样品湿法成网垫。对该韧性无机纤维施以干开松技术。梳理型机器用于分散和/或开松该纤维束。
实施例4
具有大于450毫升的压碎沉降体积的韧性无机纤维用于构造样品湿法成网垫。对该韧性无机纤维施以湿开松技术。ROTOPLEX®颗粒切磨机用于分散和/或开松该纤维束。
实施例5
具有大于450毫升的压碎沉降体积和500毫升的沉降体积的韧性无机纤维用于构造样品湿法成网垫。将该韧性无机纤维切割至更短的长度。
实施例6
具有大于450毫升的压碎沉降体积和650毫升的沉降体积的韧性无机纤维用于构造样品湿法成网垫。对该韧性无机纤维施以湿开松技术。具有高速叶片和隔板的水力碎浆机用于分散和/或开松该纤维束。
实施例7
具有大于450毫升的压碎沉降体积和400毫升的沉降体积的韧性无机纤维用于构造样品湿法成网垫。对该韧性无机纤维施以湿开松技术。包含打浆辊与匹配开槽的不锈钢底板的Hollander打浆机用于分散和/或开松该纤维束。
实施例8
具有大于450毫升的压碎沉降体积的韧性无机纤维用于构造样品湿法成网垫。对该韧性无机纤维施以湿开松技术。包含一系列彼此相对旋转且纤维浆料流经其的板的盘磨机用于分散和/或开松该纤维束。
实施例9
具有大于450毫升的压碎沉降体积和420毫升的沉降体积的韧性无机纤维用于构造样品湿法成网垫。在碎浆机操作过程中优化浆料稀释度和流动特性以分散和/或开松该纤维束。
测试
如上所述制造实施例1-5的样品垫并采用2500次循环压力性能试验进行测试。在测量25cm2的垫材料样品上实施标准循环压力性能试验的2500次机械循环，由此进行该测试。间隙膨胀（gap expansion）保持在8%，且测试垫间隙堆积密度为0.4 g/cm3。
如上所述制造实施例6-9的样品垫并采用1000次循环压力性能试验进行测试。在测量50 cm2的垫材料样品上实施标准循环压力性能试验的1000次机械循环，由此进行该测试。间隙膨胀保持在8%，且测试垫间隙堆积密度为0.4 g/cm3。通常，通过从1000次循环测试结果中减去15 kPa，可以将1000次循环压力性能的结果与2500次循环测试的结果进行比较。
术语“循环”指的是固定压缩压板与移动压板之间的间隙以预定速率在特定距离内打开并关闭。样品垫放置在移动压板与固定压板之间的间隙中。10 kN测压仪施加到移动压板上并测量所得的垫材料压力性能。
要理解的是，本领域普通技术人员能够在无需进行过度实验的情况下采用上述参数进行1000次循环测试或2500次循环测试。也就是说，上面设定的参数将使得本领域普通技术人员能够类似比较垫的有效压力性能，而不考虑垫的特性或间隙的尺寸。
各实施例的压力性能报道在下表1中。
表 1
实施例 测试 结果
对比例1 2500次循环测试 95 kPa
实施例2 2500次循环测试 125 kPa
实施例3 2500次循环测试 105 kPa
实施例4 2500次循环测试 102 kPa
实施例5 2500次循环测试 106 kPa
实施例6 1000次循环测试 140 kPa
实施例7 1000次循环测试 150 kPa
实施例8 1000次循环测试 145 kPa
实施例9 1000次循环测试 135 kPa
实施例2的湿法成网垫，包含开松的韧性无机纤维的均匀层，显示了超越包含未开松的韧性无机纤维的对比例1的安装垫的26%的保持压力提高。实施例2-5中采用的韧性无机纤维的范围和开松技术显示了在保持压力方面7-26%的提高。
实施例10
具有大于450毫升的压碎沉降体积的韧性无机纤维用于构造样品湿法成网垫。将该韧性无机纤维材料切割成2厘米方块并以0.67%的稀释度稀释在浆料中。
实施例11
具有大于450毫升的压碎沉降体积的韧性无机纤维用于构造样品湿法成网垫。将该韧性无机纤维材料切割成2厘米方块并以1%的稀释度稀释在浆料中。
实施例12
具有大于450毫升的压碎沉降体积的韧性无机纤维用于构造样品湿法成网垫。将该韧性无机纤维材料切割成5厘米方块并以0.67%的稀释度稀释在浆料中。
实施例13
具有大于450毫升的压碎沉降体积的韧性无机纤维用于构造样品湿法成网垫。将该韧性无机纤维材料切割成5厘米方块并以1%的稀释度稀释在浆料中。
测试
如上所述制造实施例10-13的样品垫并采用2500次循环压力性能试验进行测试。在测量25cm2的垫材料样品上实施标准循环压力性能试验的2500次机械循环，由此进行该测试。间隙膨胀保持在8%，且测试垫间隙堆积密度为0.4 g/cm3。
各实施例的压力性能报道在下表2中。
表 2
实施例 测试 沉降高度 结果
实施例10 2500次循环测试 580 mL 143.09 kPa
实施例11 2500次循环测试 540 mL 150.98 kPa
实施例12 2500次循环测试 575 mL 137.55 kPa
实施例13 2500次循环测试 515 mL 133.81 kPa
测试结果证实了纤维切割或预短切以及韧性无机纤维浆料稀释度对沉降高度和垫的压力性能的效果。
实施例14
具有小于250毫升的压碎沉降体积的常规无机纤维用于构造包含无机纤维均匀层的样品湿法成网垫。
实施例15
预短切的具有大于450毫升的压碎沉降体积的韧性无机纤维用于构造包含韧性无机纤维均匀层的样品湿法成网垫。
测试
如上所述制造实施例14和15的样品垫，并在粘合剂烧除步骤之前和之后测量该垫的厚度或自由高度。
各样品的自由高度或厚度报道在下表3中。
表 3
均匀的韧性无机纤维聚集体的层可以如通过模冲压（die stamping）进行切割，并任选堆叠，且进一步任选针刺，以形成具有可重复的公差的精确形状与尺寸的安装垫。上述安装垫对催化转化器和柴油机微粒捕集器行业是有利的。该安装垫可以以薄型形式、提供情况处理并以灵活形式用作弹性支撑，以便能够在需要的情况下完全包裹该催化剂支撑结构而不会开裂。或者，该安装垫可以整体缠绕该催化剂支撑结构的至少一部分的大致整个圆周或周边。
上述安装垫还可用于多种应用，如用于尤其是摩托车和其它小型发动机的常规的汽车催化转化器，和汽车预转化器，以及高温间隔件、垫片，和甚至下一代汽车的车底催化转化器系统。通常，它们可以用于需要垫或垫片以在室温下提供保持压力且更重要的是能够在提高的温度下（包括在热循环过程中）提供保持该保持压力的能力的任何应用。
上述安装垫还可以用于在化学工业中使用的催化转化器，其位于废气或排放物烟囱中，包括含有需要保护性安装的易碎蜂窝状结构的那些。
如上所述在开松纤维束后的韧性无机纤维聚集体湿法成网还可用于多种应用，如用于绝缘和/或防火产品，例如绝热或耐火的毯、纸张和毡。
第一实施方案提供处理韧性无机纤维束的方法，包括开松多个韧性无机纤维束以使韧性无机纤维可以分散在液体浆料中以铺设均匀的纤维聚集体，其中所述韧性无机纤维具有大于250毫升、任选大于450毫升的压碎沉降体积。
第一实施方案的方法可以进一步包括，开松多个韧性无机纤维包括湿开松和/或干开松该韧性无机纤维。湿打开该韧性无机纤维可以包含以下的至少一种：（i）盘磨该韧性无机纤维；（ii）将所述韧性无机纤维碎解；（iii）将所述韧性无机纤维水力碎浆；或（iv）将所述韧性无机纤维打浆。干开松该韧性无机纤维可以包含以下的至少一种：（i）梳理所述韧性无机纤维；或（ii）研磨所述韧性无机纤维，任选采用磨碎机组合纤维清棉机、锤磨机或颗粒切磨机的至少一种。
第一实施方案或任一后继实施方案的方法可以进一步包括在开松所述韧性无机纤维之前短切所述韧性无机纤维。短切该韧性无机纤维可以包含模切、铡刀短切和/或水射流切割该韧性无机纤维。
第一实施方案或任一后继实施方案的方法可以进一步包括在开松所述韧性无机纤维束的同时基本保持该韧性无机纤维和/或短切韧性无机纤维的长度。
第一实施方案或任一后继实施方案的方法可以进一步包括所述韧性无机纤维浆料稀释度包含大约0.1%至大约2%、任选大约0.1%至大约1%的稀释度。
第一实施方案或任一后继实施方案的方法可以进一步包括开松的韧性无机纤维包含：（i）大约72至大约99重量%的氧化铝和大约1至大约28重量%的二氧化硅的纤维化产物；（ii）高氧化铝纤维；和/或（iii）碳纤维、玻璃纤维、石英纤维或二氧化硅纤维的至少一种。
在第二实施方案中，制造用于废气处理装置的安装垫的方法包括制备第一或后继实施方案任一项的开松的韧性无机纤维和液体的浆料，并从浆料中除去至少一部分所述液体以形成含有开松的韧性无机纤维的湿法成网层。
第二实施方案的制造用于废气处理装置的安装垫的方法可以进一步包括在含有开松的韧性无机纤维的层中混合至少一种附加类型的无机纤维，包括陶瓷纤维或碱土金属硅酸盐纤维的至少一种。
第二实施方案或后继实施方案的制造用于废气处理装置的安装垫的方法可以进一步包括在含有开松的韧性无机纤维的层中混合膨胀性材料，所述膨胀性材料包括未膨胀蛭石、离子交换蛭石、热处理蛭石、可膨胀石墨、水黑云母、水溶胀四硅氟云母（water-swelling tetrasilicic flourine mica）或碱金属硅酸盐的至少一种。
在第三实施方案中，安装垫包含根据第二实施方案或后继实施方案任一项制备的开松的韧性无机纤维的层。
在第四实施方案中，废气处理装置包括：外壳；弹性安装在所述外壳内的易碎结构；和安置在所述外壳与所述易碎结构之间的间隙中的第三实施方案的安装垫。
第五实施方案提供处理韧性无机纤维束的方法，包括以有效铺设均匀的纤维聚集体的大约0.1%至大约2%、任选大约0.1%至大约1%的稀释度将多个韧性无机纤维束分散在浆料中，其中所述韧性无机纤维具有大于250毫升、任选大于450毫升的压碎沉降体积。
第五实施方案的方法可以进一步包括在所述分散该韧性无机纤维束之前切割该韧性无机纤维束。
第五实施方案或后继实施方案的方法可以进一步包括该韧性无机纤维包含：（i）大约72至大约99重量%的氧化铝和大约1至大约28重量%的二氧化硅的纤维化产物；和/或（ii）高氧化铝纤维；和/或（iii）碳纤维、玻璃纤维、石英纤维或二氧化硅纤维的至少一种。
在第六实施方案中，制造用于废气处理装置的安装垫的方法包括制备第五或后继实施方案任一项的韧性无机纤维的浆料，并从浆料中除去至少一部分所述液体以形成含有该韧性无机纤维的湿法成网层。
第六实施方案的制造安装垫的方法可以进一步包括在具有该韧性无机纤维的层中混合至少一种附加类型的无机纤维，其包括陶瓷纤维或碱土金属硅酸盐纤维的至少一种。
第六实施方案或后继实施方案的制造安装垫的方法可以进一步包括在含有该韧性无机纤维的层中混合膨胀性材料，所述膨胀性材料包括未膨胀蛭石、离子交换蛭石、热处理蛭石、可膨胀石墨、水黑云母、水溶胀四硅氟云母或碱金属硅酸盐的至少一种。
在第七实施方案中，安装垫包含根据第六实施方案或后继实施方案制备的韧性无机纤维的层。
在第八实施方案中，废气处理装置包括：外壳；弹性安装在所述外壳内的易碎结构；和安置在所述外壳与所述易碎结构之间的间隙中的第七实施方案的安装垫。
上述实施方案不一定在替代方案中，因为可以组合各种实施方案以提供所需结果。

Claims (15)

1.处理韧性无机纤维束的方法，其包括开松多个韧性无机纤维束以使韧性无机纤维可以分散在液体浆料中以铺设均匀的纤维聚集体，其中所述韧性无机纤维具有大于250毫升，任选大于450毫升的压碎沉降体积。
2.权利要求1的方法，其中所述开松多个韧性无机纤维包括湿开松和/或干开松所述韧性无机纤维；任选地其中所述湿开松多个韧性无机纤维包括以下步骤的至少一个：（i）盘磨该韧性无机纤维；（ii）将所述韧性无机纤维碎解；（iii）将所述韧性无机纤维水力碎浆；或（iv）将所述韧性无机纤维打浆；进一步任选地其中所述干开松多个韧性无机纤维包括以下步骤的至少一个：（i）梳理所述韧性无机纤维；或（ii）研磨所述韧性无机纤维，任选用以下设备的至少一种：（a）磨碎机组合纤维清棉机；（b）锤磨机；或（c）颗粒切磨机。
3.权利要求1或权利要求2的方法，其进一步包括在开松所述韧性无机纤维之前短切所述韧性无机纤维，任选地其中短切所述韧性无机纤维包括模切、铡刀短切和/或水射流切割所述韧性无机纤维，任选进一步包括在开松所述韧性无机纤维束的同时基本保持所述短切韧性无机纤维的长度。
4.权利要求1至3任一项的方法，其进一步包括在开松所述韧性无机纤维束的同时基本保持所述韧性无机纤维的长度。
5.权利要求1至4任一项的方法，其中所述韧性无机纤维浆料分散体包含大约0.1%至大约2%、任选大约0.1%至大约1%的分散体。
6.权利要求1至5任一项的方法，其中所述开松的韧性无机纤维包含以下至少一种的纤维化产物：（i）大约72至大约99重量%的氧化铝和大约1至大约28重量%的二氧化硅；（ii）高氧化铝纤维；或（iii）碳纤维、玻璃纤维、石英纤维或二氧化硅纤维的至少一种。
7.制造用于废气处理装置的安装垫的方法，其包括制备权利要求1至6任一项的开松的韧性无机纤维和液体的浆料，并从浆料中除去至少一部分所述液体以形成含有开松的韧性无机纤维的湿法成网层。
8.权利要求7的制造用于废气处理装置的安装垫的方法，其包括在所述含有开松的韧性无机纤维的层中混合以下的至少一种：（i）至少一种附加类型的无机纤维，所述附加类型的无机纤维包括陶瓷纤维或碱土金属硅酸盐纤维的至少一种；或（ii）膨胀性材料，所述膨胀性材料包括未膨胀蛭石、离子交换蛭石、热处理蛭石、可膨胀石墨、水黑云母、水溶胀四硅氟云母或碱金属硅酸盐的至少一种。
9.处理韧性无机纤维束的方法，其包括以有效铺设均匀的纤维聚集体的大约0.1%至大约2%，任选大约0.1%至大约1%的稀释度将多个韧性无机纤维束分散在浆料中，其中所述韧性无机纤维具有大于250毫升，任选大于450毫升的压碎沉降体积。
10.权利要求9的方法，其包括在分散所述韧性无机纤维束之前切割所述韧性无机纤维束。
11.权利要求9或权利要求10的方法，其中所述韧性无机纤维包括以下的至少一种：（i）大约72至大约99重量%的氧化铝和大约1至大约28重量%的二氧化硅的纤维化产物；（ii）高氧化铝纤维；或（iii）碳纤维、玻璃纤维、石英纤维或二氧化硅纤维的至少一种。
12.制造用于废气处理装置的安装垫的方法，其包括制备如权利要求9至11任一项所述的韧性无机纤维的浆料，并从所述浆料中除去至少一部分所述液体以形成含有所述韧性无机纤维的湿法成网层。
13.权利要求12的制造用于废气处理装置的安装垫的方法，其包括在所述含有韧性无机纤维的层中混合以下的至少一种：（i）至少一种附加类型的无机纤维，所述附加类型的无机纤维包括陶瓷纤维或碱土金属硅酸盐纤维的至少一种；或（ii）膨胀性材料，所述膨胀性材料包括未膨胀蛭石、离子交换蛭石、热处理蛭石、可膨胀石墨、水黑云母、水溶胀四硅氟云母或碱金属硅酸盐的至少一种。
14.包含根据权利要求7至8或12至13任一项制备的韧性无机纤维的层的安装垫。
15.废气处理装置，其包含：外壳；弹性安装在所述外壳内的易碎结构；和安置在所述外壳与所述易碎结构之间的间隙中的权利要求14的安装垫。
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