CN105829607A - 无机纤维纸 - Google Patents

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Abstract

一种无机纤维纸包含无机纤维、短切玻璃纤维和粘合剂体系，所述粘合剂体系包含无机和有机粘合剂组分两者。所述粘合剂体系包含低含量的有机粘合剂，该有机粘合剂向所述无机纤维纸赋予适当的加工性能和拉伸强度而不使纸当用于苛刻的高温环境时发出火焰。所述无机纤维纸可以用于各种机动车和工业热绝缘应用。

Description

无机纤维纸
本申请根据35 U.S.C.119（e）要求保护在2013年8月26日提交的美国临时申请专利序号61/870014的提交日的权益。
技术领域
本公开涉及用于各种高温热绝缘应用的耐高温无机纤维纸和结合所述纸的绝缘产品。
背景
基于无机纤维的绝缘材料用于通常在各种机动车应用中遭受的高温环境。通常将该无机纤维绝缘材料加工成必须具有适当的加工性能以允许制造结合该绝缘材料的市售产品的纸。也就是说，该无机纤维纸必须能够保持其结构且具有一定的柔韧水平。
当前的制造方法，例如用于生产机动车防热罩的那些方法要求基于无机纤维的绝缘材料具有一定的最小拉伸强度。
有机粘合剂已用于改进柔韧性和加工性能，并向无机纤维纸赋予拉伸强度。然而，发现当用于苛刻的高温机动车环境时常用的有机粘合剂发出火焰。从机动车的发动机室中的无机纤维纸产生明火是在用于机动车应用的绝缘纸中包含高水平的有机粘合剂所造成的危险和不期望的后果。
在本领域中仍是需要用于机动车和工业热绝缘的具有良好柔韧性、良好加工性能、拉伸强度和阻燃性的基于无机纤维的绝缘材料。
详述
所述无机纤维纸包含多个无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的玻璃纤维、有机纤维增强材料和有机粘合剂。所述无机纤维绝缘纸呈现良好柔韧性、良好加工性能和良好拉伸强度。所述无机纤维纸当暴露到400℃或更高的温度时不发出火焰。因此，所述无机纤维纸呈现阻燃性，这是因为所述有机粘合剂在新机动车的正常操作期间所经历的第一热周期时不发出火焰。无机纤维纸还呈现150kPa或更大的拉伸强度。根据说明性实施方案，纸的拉伸强度为200kPa或更大，或300kPa或更大，或400kPa或更大。
根据某些说明性实施方案，所述无机纤维纸包含多个陶瓷纤维；多个在化学组成方面不同于所述陶瓷纤维的玻璃纤维；有机粘合剂纤维；和有机液体粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述无机纤维纸包含多个二氧化硅纤维、多个在化学组成方面不同于所述二氧化硅纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述无机纤维纸包含多个二氧化硅纤维、多个在化学组成方面不同于所述二氧化硅纤维的短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些实施方案，所述无机纤维纸包含多个生物可溶无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述生物可溶纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述无机纤维纸包含多个生物可溶无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述生物可溶纤维的短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
还公开了用于高温热绝缘应用的防热罩。所述防热罩包括至少一个载体层和至少一个连接到载体层的层，所述至少一个连接到载体层的层包含多个无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切玻璃纤维、有机增强纤维和有机粘合剂，其中所述纸具有至少150kPa的拉伸强度且当暴露到400℃或更大的温度时不发出火焰。
根据某些实施方案，所述防热罩包括至少一个载体层和至少一个包含多个无机纤维、多个短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂的无机纤维纸。
根据某些说明性实施方案，所述防热罩包括至少一个载体层和至少一个包含多个陶瓷纤维、多个短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂的陶瓷纤维纸。
根据某些说明性实施方案，所述防热罩包括至少一个载体层和至少一个包含多个陶瓷纤维、多个短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂的陶瓷纤维纸。
根据某些说明性实施方案，所述防热罩包括至少一个载体层和至少一个包含多个二氧化硅纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂的二氧化硅纤维纸。
根据某些说明性实施方案，所述防热罩包括至少一个载体层和至少一个包含多个二氧化硅纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂的二氧化硅纤维纸。
根据某些说明性实施方案，所述防热罩包括至少一个载体层和至少一个包含多个生物可溶无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机液体粘合剂的生物可溶无机纤维纸。
根据某些说明性实施方案，所述防热罩包括至少一个载体层和至少一个包含多个生物可溶无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机液体粘合剂的生物可溶无机纤维纸。
所述防热罩可以包括第一和第二外层以及至少一个内层，所述内层包含多个无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂，其中所述纸具有至少150kPa的拉伸强度且当暴露到400℃或更高的温度时不发出火焰。
所述防热罩通常包括第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个无机纤维绝缘内层。所述无机纤维绝缘内层包含无机纤维纸，所述无机纤维纸包含多个无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。第一和第二外层以及无机纤维绝缘内层的构造为柔韧的夹层结构。
根据某些说明性实施方案，所述防热罩包括第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个陶瓷纤维绝缘内层。所述陶瓷纤维绝缘内层包含陶瓷纤维纸，所述陶瓷纤维纸包含多个陶瓷纤维、多个在化学组成方面不同于所述陶瓷纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述防热罩包括第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个陶瓷纤维绝缘内层。所述陶瓷纤维绝缘内层包含陶瓷纤维纸，所述陶瓷纤维纸包含多个陶瓷纤维、多个在化学组成方面不同于所述陶瓷纤维的短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据其他说明性实施方案，所述防热罩包括第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个二氧化硅纤维绝缘内层。所述二氧化硅纤维绝缘内层包含二氧化硅纤维纸，所述二氧化硅纤维纸包含多个二氧化硅纤维、多个在化学组成方面不同于所述二氧化硅纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据其他说明性实施方案，所述防热罩包括第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个二氧化硅纤维绝缘内层。所述二氧化硅纤维绝缘内层包含二氧化硅纤维纸，所述二氧化硅纤维纸包含多个二氧化硅纤维、多个在化学组成方面不同于所述二氧化硅纤维的短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据其他说明性实施方案，所述防热罩包括第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个生物可溶无机纤维绝缘内层。所述生物可溶无机纤维绝缘内层包含生物可溶无机纤维纸，所述生物可溶无机纤维纸包含多个生物可溶无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据其他说明性实施方案，所述防热罩包括第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个生物可溶无机纤维绝缘内层。所述生物可溶无机纤维绝缘内层包含生物可溶无机纤维纸，所述生物可溶无机纤维纸包含多个生物可溶无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
防热罩的第一和第二外层可以包含金属、金属合金、金属-基质复合材料、金属合金-基质复合材料或其组合。根据某些说明性实施方案，防热罩夹层结构的第一和第二外层包括不锈钢的层或片。
还提供了一种机动车，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少一个载体层和至少一个无机纤维纸的防热罩，所述无机纤维纸包含多个无机纤维、多个短切玻璃纤维、有机粘合剂纤维和有机粘合剂。防热罩使用于从机动车排放废气的系统的至少一部分热绝缘。
根据某些实施方案，所述机动车可以包括防热罩以保护乘客舱免受经过废气系统的热。可以将防热罩安装到、接近或邻近发动机、发动机废气歧管、催化转化器、柴油颗粒过滤器、管路或消声器。包括防热罩降低了来自机动车排放的热损失并保护其他机动车部件和系统免受热损害和降解。由于防热罩降低了废气系统热损失，降低了发动机室和发动机入口歧管温度。降低的发动机室温度和发动机入口歧管温度导致发动机功率和性能提高。而且，防热罩保持较高的废气温度，通过让废气更快流动通过废气系统来改进发动机性能。提高的废气温度导致更有效的催化反应。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少一个载体层和至少一个陶瓷纤维纸的防热罩，所述陶瓷纤维纸包含多个陶瓷纤维、多个在化学组成方面不同于所述陶瓷纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少一个载体层和至少一个陶瓷纤维纸的防热罩，所述陶瓷纤维纸包含多个陶瓷纤维、多个在化学组成方面不同于所述陶瓷纤维的短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少一个载体层和至少一个二氧化硅纤维纸的防热罩，所述二氧化硅纤维纸包含多个二氧化硅纤维、多个在化学组成方面不同于所述二氧化硅纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少一个载体层和至少一个二氧化硅纤维纸的防热罩，所述二氧化硅纤维纸包含多个二氧化硅纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少一个载体层和至少一个生物可溶无机纤维纸的防热罩，所述生物可溶无机纤维纸包含多个生物可溶无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少一个载体层和至少一个生物可溶无机纤维纸的防热罩，所述生物可溶无机纤维纸包含多个生物可溶无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个无机纤维绝缘内层的防热罩，所述绝缘层包含无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个无机纤维绝缘内层的防热罩，所述绝缘层包含无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个陶瓷纤维绝缘内层的防热罩，所述绝缘层包含陶瓷纤维、多个在化学组成方面不同于所述陶瓷纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个陶瓷纤维绝缘内层的防热罩，所述绝缘层包含陶瓷纤维、多个在化学组成方面不同于所述陶瓷纤维的短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个无机纤维绝缘内层的防热罩，所述绝缘层包含二氧化硅纤维、多个在化学组成方面不同于所述二氧化硅纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个无机纤维绝缘内层的防热罩，所述绝缘层包含二氧化硅纤维、多个在化学组成方面不同于所述二氧化硅纤维的短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少第一和第二外层以及夹在第一和第二外层之间的至少一个无机纤维绝缘内层的防热罩，所述绝缘层包含生物可溶无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
根据某些说明性实施方案，所述机动车包括产生废气的发动机、用于排放由发动机产生的废气的废气系统和包括至少第一和第二外层以及夹在第一和第二外层的至少一个无机纤维绝缘内层的防热罩，所述绝缘层包含生物可溶无机纤维、多个在化学组成方面不同于所述无机纤维的短切S-玻璃纤维、有机增强粘合剂纤维和有机粘合剂。
所述无机纤维纸可以包含约90-约98.5重量%的所述无机纤维，或约90-约98重量%的所述无机纤维，或约90-约97.5重量%的所述无机纤维。
所述无机纤维纸可以包含约90-约98.5重量%的所述陶瓷纤维，或约90-约98重量%的所述陶瓷纤维，或约90-约97.5重量%的所述陶瓷纤维。
所述无机纤维纸可以包含约90-约98.5重量%的所述二氧化硅纤维，或约90-约98重量%的所述二氧化硅纤维，或约90-约97.5重量%的所述二氧化硅纤维。
所述无机纤维纸可以包含约90-约98.5重量%的所述生物可溶无机纤维，或约90-约98重量%的所述生物可溶无机纤维，或约90-约97.5重量%的所述生物可溶无机纤维。
所述无机纤维纸可以包含约1-约10重量%的所述多个玻璃纤维，或约1-约6重量%的所述多个玻璃纤维，或约1-约5重量%的所述多个玻璃纤维。
所述无机纤维纸可以包含约1-约10重量%的所述多个短切玻璃纤维，或约1-约6重量%的所述多个短切玻璃纤维，或约1-约5重量%的所述多个短切玻璃纤维。
所述无机纤维纸可以包含约1-约10重量%的所述多个短切S-玻璃纤维，或约1-约6重量%的所述多个短切S-玻璃纤维，或约1-约5重量%的所述多个短切S-玻璃纤维。
所述无机纤维纸可以包含约0.1-约5重量%的所述有机增强纤维，或约0.25-约5重量%的所述有机增强纤维，或约0.25-约1重量%的所述有机增强纤维。
所述无机纤维纸可以包含约0.25-约5重量%的所述有机粘合剂，或约0.5-约5重量%的所述有机粘合剂，或约0.5-约3.25重量%的所述有机粘合剂。
根据其他说明性实施方案，所述无机纤维纸包含约90-约97.5重量%的所述无机纤维、约1-约6重量%的所述多个玻璃纤维、约0.25-约1重量%的所述有机增强纤维和约0.5-约3.25重量%的所述有机粘合剂。
根据其他说明性实施方案，所述无机纤维纸包含约90-约97.5重量%的所述陶瓷纤维、约1-约6重量%的所述多个短切S-玻璃纤维、约0.25-约1重量%的所述聚乙烯醇有机增强纤维和约0.5-约3.25重量%的所述丙烯酸型胶乳粘合剂。
根据其他说明性实施方案，所述无机纤维纸包含约90-约97.5重量%的所述铝硅酸盐陶瓷纤维、约1-约6重量%的所述多个短切S-玻璃纤维、约0.25-约1重量%的所述聚乙烯醇有机增强纤维和约0.5-约3.25重量%的所述丙烯酸型胶乳粘合剂。
根据其他说明性实施方案，所述无机纤维纸包含约90-约97.5重量%的所述铝硅酸盐陶瓷纤维、约1-约6重量%的具有约0.5英寸的平均长度的所述多个短切S-玻璃纤维、约0.25-约1重量%的所述聚乙烯醇有机增强纤维和约0.5-约3.25重量%的所述丙烯酸型胶乳粘合剂。
任何耐热无机纤维可以用作无机纤维纸中的无机纤维组分，只要该纤维可以经受纸形成过程，可以形成具有足够柔韧性的纸以便将纸结合到其他最终产品（例如机动车防热罩）中且可以经受在绝缘纸所处环境中经历的操作温度。可以用于制备纸的合适无机纤维的非限制性例子包括高氧化铝多晶纤维、耐火陶瓷纤维例如铝硅酸盐纤维、氧化铝-氧化镁-二氧化硅纤维、高岭土纤维、生物可溶无机纤维例如碱土硅酸盐纤维，包括氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维和氧化镁-二氧化硅纤维、氧化钙-氧化铝纤维、石英纤维、二氧化硅纤维及其组合。
根据某些实施方案，用于制备纸的耐热无机纤维包括陶瓷纤维。合适的陶瓷纤维的非限制性例子包括氧化铝纤维、氧化铝-二氧化硅纤维（也称为铝硅酸盐）、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。有用的氧化铝-二氧化硅陶瓷纤维以注册商标FIBERFRAX®由Unifrax I LLC（Tonawanda，New York）市售。FIBERFRAX®陶瓷纤维包含约45-约75重量%的氧化铝和约25-约55重量%二氧化硅的纤维化产品。FIBERFRAX®纤维呈现至多约1540℃的操作温度和至多约1870℃的熔点。FIBERFRAX®纤维易于形成耐高温片和纸。
根据某些实施方案，氧化铝-二氧化硅纤维可以包含约40重量%-约60重量%的Al2O3和约60重量%-约40重量%SiO2。所述纤维可以包含约50重量%Al2O3和约50重量%的SiO2。
氧化铝/二氧化硅/氧化镁玻璃纤维通常包含约64重量%-约66重量%的SiO2、约24重量%-约25重量%的Al2O3和约9重量%-约10重量%的MgO。
E-玻璃纤维通常包含约52重量%-约56重量%的SiO2、约16重量%-约25重量%的CaO、约12重量%-约16重量%的Al2O3、约5重量%-约10重量%的B2O3、至多约5重量%的MgO、至多约2重量%的氧化钠和氧化钾以及痕量的氧化铁和氟化铁，其中典型的组成为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。
术语“生物可溶的”无机纤维是指在生理学介质或模拟生理学介质（例如模拟肺液）中可降解的纤维。纤维的溶解性可以通过测量纤维在模拟生理学介质中随时间的溶解性来评估。用于测量纤维在生理学介质中的生物溶解性（即不耐用性）的方法在授予Unifrax I LLC的美国专利号5874375中公开，尽管其他方法还适用于评估无机纤维的生物溶解性。这些纤维在本领域还称为不耐用的纤维或低生物持续性(low biopersistence)纤维。
可以用于制备绝缘纸的生物可溶无机纤维的合适的非限制性例子包括，包括在美国专利号6953757、6030910、6025288、5874375、5585312、5332699、5714421、7259118、7153796、6861381、5955389、5928075、5821183和5811360中公开的生物可溶碱土硅酸盐纤维的那些，这些专利通过引用结合到文中。
根据某些实施方案，所述生物可溶碱土硅酸盐纤维可以包含镁的氧化物和二氧化硅的混合物的纤维化产品。这些纤维通常称为镁-硅酸盐纤维。镁-硅酸盐纤维通常包含约60-约90重量%的二氧化硅、大于0-约35重量%的氧化镁和5重量%或更少的杂质的纤维化产品。根据某些实施方案，所述碱土硅酸盐纤维包含约65-约86重量%的二氧化硅、约14-约35重量%的氧化镁和5重量%或更少的杂质的纤维化产品。根据其他实施方案，所述碱土硅酸盐纤维包含约70-约86重量%的二氧化硅、约14-约30重量%的氧化镁和5重量%或更少的杂质的纤维化产品。合适的镁-硅酸盐纤维以注册商标ISOFRAX®由Unifrax I LLC（Tonawanda，New York）市售。市售的ISOFRAX®纤维通常包含约70-约80重量%的二氧化硅、约18-约27重量%的氧化镁和4重量%或更少的杂质的纤维化产品。
根据某些实施方案，所述生物可溶碱土硅酸盐纤维可以包含钙、镁的氧化物和二氧化硅的混合物的纤维化产品。这些纤维通常称为氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维。根据某些实施方案，氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维包含约45-约90重量%的二氧化硅、大于0-约45重量%的氧化钙、大于0-约35重量%的氧化镁和10重量%或更少的杂质的纤维化产品。有用的氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维以注册商标INSULFRAX®由Unifrax I LLC（Tonawanda，NewYork）市售。INSULFRAX®纤维通常包含约61-约67重量%的二氧化硅、约27-约33重量%的氧化钙和约2-约7重量%的氧化镁的纤维化产品。其他合适的氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维以商标SUPERWOOL 607、SUPERWOOL 607 MAX和SUPERWOOL HT由Thermal Ceramics（Augusta，Georgia）市售。SUPERWOOL 607纤维包含约60-约70重量%的二氧化硅、约25-约35重量%的氧化钙和约4-约7重量%的氧化镁以及痕量的氧化铝。SUPERWOOL 607 MAX纤维包含约60-约70重量%的二氧化硅、约16-约22重量%的氧化钙和约12-约19重量%的氧化镁以及痕量的氧化铝。SUPERWOOL HT纤维包含约74重量%的二氧化硅、约24重量%的氧化钙以及痕量的氧化镁、氧化铝和氧化铁。
用于生产绝缘纸的合适的二氧化硅纤维包括那些淋溶玻璃纤维(leached glassfiber)（得自BelChem Fiber Materials GmbH，Germany，商标BELCOTEX®；得自GardenaCalifornia的Hitco Carbon Composites，Inc.，注册商标REFRASIL®；和得自Republic ofBelarus的Polotsk-Steklovolokno，，名称为PS-23（R））。
BELCOTEX®纤维为标准型短纤维预制纱（pre-yarns）。这些纤维具有约550特的平均纤度且通常由用氧化铝改性的硅酸制备。BELCOTEX®纤维是无定形的且通常包含约94.5%的二氧化硅、约4.5%的氧化铝、少于0.5%的氧化钠和少于0.5%的其他组分。这些纤维具有约9微米的平均纤维直径和1500℃-1550℃范围的熔点。这些纤维具有温度高达1100℃的耐热性，且通常不含散粒(shot)且不含粘合剂。
REFRASIL®纤维，例如BELCOTEX®纤维，为无定形的淋溶玻璃纤维，其二氧化硅含量高来为在1000℃-1100℃温度范围中的应用提供热绝缘性。这些纤维的直径为约6-约13微米且具有约1700℃的熔点。在淋溶之后，纤维通常具有约95重量%的二氧化硅含量。氧化铝可以以约4重量%的量存在，且其他组分以1%或更少的量存在。
来自Polotsk-Steklovolokno的PS-23（R）纤维为无定形的玻璃纤维，其二氧化硅含量高且适用于需要对至少约1000℃具有耐性的应用的热绝缘性。这些纤维具有约5-约20mm范围的纤维长度和约9微米的纤维直径。这些纤维，例如REFRASIL®纤维，具有约1700℃的熔点。
根据某些说明性实施方案，所述无机纤维纸包含作为无机纤维组分的陶瓷纤维的无纺基质。所述陶瓷纤维可以为本领域已知的任何铝硅酸盐耐火陶瓷纤维，其适用于耐高温热绝缘应用。不进行限制且只作为例示，合适的铝硅酸盐耐火陶瓷纤维以注册商标FIBERFRAX®由Unifrax I LLC（Tonawanda，New York，USA）市售。该纤维可以具有约50-约100微米（约0.002-约0.004英寸）的平均长度。
用于纤维纸的粘合剂体系可以包括无机粘合剂和有机粘合剂组分两者。粘合剂体系的无机粘合剂组分包含短切玻璃纤维。所述短切玻璃纤维具有不同于纸的其他无机纤维的化学组成。根据某些实施方案，短切玻璃纤维包含短切S-玻璃纤维。短切S-玻璃纤维束比纸中包含的其他无机纤维束例如陶瓷纤维束长且能够迂回(weave)编织通过无机纤维基质以使纸牢固地在一起。根据某些实施方案，短切S-玻璃纤维的平均长度为约0.1英寸-约1.5英寸。根据某些实施方案，短切S-玻璃纤维的平均长度为约0.25英寸-约1.0英寸。根据某些实施方案，短切S-玻璃纤维的平均长度为约0.4-约0.75英寸。根据某些实施方案，短切S-玻璃纤维的平均长度为约0.5英寸。使用短切S-玻璃纤维作为纸粘合剂体系的组分为纸赋予强度且使得该纸通过标准湿式造纸方法生产而不需要包含大量的有机粘合剂。短切S-玻璃束还提高最终纸产品的拉伸强度，使其足够耐用以经受住制造环境。短切S-玻璃的合适源以商品名称401 S-2 Glass由AGY（Aiken，South Carolina，USA）市售。
粘合剂体系还包含有机粘合剂组分。粘合剂体系的有机组分的至少一部分包含有机增强纤维。根据某些说明性实施方案，包含在用于纸的粘合剂体系中的有机增强纤维包含聚乙烯醇（PVA）纤维。包含很低浓度的PVA粘合剂纤维向具有低有机含量的纸赋予强度。PVA纤维的合适源为由Kuraray（Japan）市售的KURALON VPB105-2级PVA纤维。VPB105-2级PVA纤维具有约4mm的切割长度并呈现1.0丹尼尔的纤度、11微米的平均直径，且在60℃下在水中可溶。其他增强有机增强纤维可以包括，但不限于，芳族聚酰胺，例如芳纶纤维或类纤维、例如KEVLAR®纤维或类纤维、NOMEX®纤维或类纤维和聚丙烯腈纤维或类纤维。
所述粘合剂体系包含不同于有机增强纤维的另一种有机粘合剂组分。有机粘合剂材料可以包含有机聚合物胶乳。胶乳包含在粘合剂体系中以改进纸的柔韧性、抗开裂和总体加工性能并降低由于包含来自无机纤维的未纤维化颗粒导致的产品扬尘。用于包含在纸的粘合剂体系中的合适胶乳的非限制性例子为HYCAR 26083，市售自Lubrizol AdvancedMaterials，Inc.（Cleveland，Ohio，USA）。HYCAR 26083胶乳为羧化的丙烯酸型共聚物胶乳。可以使用的其他有机粘合剂可以包括，但不限于，丙烯酸类、苯乙烯-丁二烯、腈、聚氯乙烯、有机硅、聚乙酸乙烯酯或聚丁酸乙烯酯胶乳。
通常用于纸制备方法的其他组分可以包含在本发明的纸产品中。这些另外的加工组分不存在于所得的最终纸产品中。这些另外的产品可以包括絮凝剂例如明矾（硫酸铝）、助滤助留助剂和分散剂。絮凝剂用于使有机胶乳粘合剂沉淀在无机纤维的表面上。助滤助留助剂用于将经涂布的纤维拉在一起并使任何游离水除去。分散剂通常有助于无机纤维的均匀混合。合适的絮凝剂为以商品名称Nalco 7530由Nalco（Naperville，Illinois，USA）市售的三硫酸二铝。
无机纤维纸可以以本领域已知的任何方式来生产以形成片状材料。例如，常规的纸制备方法（手工铺放或机器铺放）可以用于制备无机纤维纸材料。手抄纸模具、Fourdrinier造纸机或旋转成型(rotoformer)造纸机可以用于制备纸。
例如，使用造纸方法，可以将无机纤维、短切S-玻璃纤维、有机粘合剂纤维和液体有机粘合剂混合在一起以形成混合物或浆料。组分的浆料可以通过将絮凝剂加到浆料中来絮凝。将絮凝的混合物或浆料放到造纸机上以形成含纤维的纸的层或片。通过空气干燥或烘箱干燥将片干燥。对于所用标准造纸技术的更详细描述，参见美国专利号3458329，其内容通过引用结合到文中。
根据备选实施方案，纸的层或片可以通过使浆料真空流延形成。根据该方法，将组分的浆料湿式铺放在透过性网上。对网施加真空以从浆料提取大多数水分，由此形成湿润的片。随后通常在烘箱中将该湿润层或片干燥。该片可以经过一组辊将片压制，随后进行干燥。
不管采用上述哪种技术，例如可以通过模压将纤维纸切割以形成具有可再现公差的精确形状和尺寸。纸呈现适当的加工性能，这表示其可以容易地加工且可以保持其纸形状而不开裂或碎裂。纸可以容易地且灵活地匹配在两个结构之间或卷绕待热绝缘的结构。
实验
给出以下实施例只为了进一步说明无机纤维纸和结合该无机纤维纸的防热罩。该例示性实施例不应当视为以任何方式限制该无机纤维纸、防热罩、结合该纸或防热罩的设备或制备或使用该纸或防热罩的方法。
拉伸试验
无机纤维纸的拉伸试验采用1英寸宽、约6英寸长的条。该试验纸的各个末端包括与拉伸试验相同的常规“狗骨式”形状。制备模板且根据模板使用刀具将样品切割成材料的片以确保各个样品尺寸相同且以相同方式制备。使用小气动夹具将样品固定在Instron机器上。一旦夹具关闭，Instron机器缓慢拉伸样品直到样品断裂。该机器记录所测量的最大力且这被确定为样品的断裂点。
燃烧试验
燃烧试验在由陶瓷基材构建的装置上进行，所述陶瓷基材具有迂回编织通过基材外层的加热丝。将该基材卷绕在点焊的金属片中。使用2片特定尺寸的不锈钢箔和本发明的无机纤维纸的一段形成防热罩。将箔放在纸的任一面上且将边缘折叠并卷曲以形成尽可能类似于产品的部件。围绕加热装置形成防热罩且用不锈钢软管夹具紧紧地固定。加热丝与控制器连接，该控制器使加热丝升温并根据需要保持。控制热电偶位于加热装置的壳上，与防热罩所处的位置相对且还通过带夹具固定。经5分钟将装置加热到700℃且随后保持该温度10分钟。观察到该装置在试验期间的任何点由样品无机纤维纸发出的任何火焰。
由浆料制备无机纤维纸，所述浆料包含93.5重量%的具有70的纤维指数(fiberindex)的FIBERFRAX®铝硅酸盐陶瓷纤维、2重量%的HYCAR 26083丙烯酸型胶乳、0.5重量%的PVV纤维（KURALON VPB105-2级）、4重量%的短切S-玻璃纤维、明矾（NALCO 7530）和水。评估无机纤维纸的LOI (烧失量，Loss on Ignition)、拉伸强度和火焰产生。
下表IA和IB表示LOI试验结果：
表IA
表IB
下表II显示拉伸强度试验结果：
表II
下表III显示火焰试验结果：
表III
热导率试验
热导率为表明材料在稳态条件下通过其主体导热的能力的材料性能。热导率值可以通过实验室试验获得，例如在题目为“Standard Test Method for Steady-State ThermalTransmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus（通过热流计装置的稳态传热性能的标准试验方法）”的ASTM C518（2004）中所述的装置。ASTM C518描述了通过片状样品使用热流计装置测量稳态传热的试验程序。
根据ASTM C518，该试验采用两个等温平板组件（一个热的，一个冷的）、一个或多个热通量变换器、控制和测量温度的设备和具有给定厚度的样品。根据ASTM C518程序对3个0.33英寸（0.84cm）厚的根据本发明要求保护的实施方案的试验样品进行试验。该试验结果示于下表IV中：
ASTM C518要求材料具有低于0.2W/m-K的热导率。试验样品1、2和3都呈现0.0344的热导率值，其低于标准要求。因此，根据说明性实施方案制备的试验样品呈现低于ASTM C518热导率试验要求的热导率水平并通过该标准。
材料可燃性试验
材料可燃性涉及其中材料燃烧或烧灼的速率。该试验方法旨在测量用于车辆的操作员和乘客室的聚合材料的燃烧速率。该适用的试验在题目为“Flammability of PolymericInterior Materials-Horizontal Test Method（聚合的内部材料的可燃性-水平试验方法）”的SAE J369中描述。
根据SAE J369对5个1/8英寸（0.32cm）厚的根据说明性实施方案制备的样品进行试验。将样品以水平取向保持在火焰上方。试验结果示于下表V中：
SAE J369要求材料呈现少于4英寸/分钟的燃烧速率。试验样品1、2、3、4和5都呈现0.00英寸每分钟的燃烧速率且完全不燃烧。因此，根据说明性实施方案制备的试验样品满足SAEJ369的材料可燃性标准。
气体可燃性试验
气体可燃性试验为测定材料的燃烧特征的实验室试验方法。将样品放在空气气氛的燃烧炉中且随后加热到几百摄氏度以观察样品材料的燃烧隐患和燃烧风险。气体可燃性试验可以根据题目为“Standard Test Method for Behavior of Materials in a VerticalTube Furnace at 750℃（在750℃的垂直管燃烧炉中的材料的性能的标准试验方法）”的ASTM E316进行。
然而，ASTM E316要求试验样品的厚度为2英寸（5.1cm）。对约1/8英寸（0.32cm）厚的根据要求保护的实施方案的无机纤维纸和防热罩的样品进行试验。因此，将ASTM E316标准修改以反映废气处理设备的操作条件。出于测试说明性实施方案的目的，采用仅1/8英寸（0.32cm）厚、1.5英寸（3.8cm）长、1.5英寸（3.8cm）宽的样品。而且，将试验温度从750℃提高到850℃并关闭燃烧炉空气供应。
将垂直管燃烧炉加热到850℃。接近加热后的耐火材料的第一热电偶记录一组读数，且随后位于燃烧炉的体积中心的第二热电偶记录第二组读数。当达到850℃的设定温度时，第二热电偶被其本身具有两个热电偶（总共是第三和第四热电偶）的试验样品置换。第三热电偶测量试验样品表面上的温度数据，而第四热电偶测量来自试验样品的体积中心的温度数据。
当四个试验样品中的三个满足以下条件时，认为试验样品满足ASTM E316标准：1）第三和第四热电偶的温度不超过：由第二热电偶测定的设定点的温度＋30℃；2） 在30秒之后没有火焰从试验样品冒出；和3） 当试验样品的重量损失超过50%时，所记录的第三和第四热电偶的温度在试验开始时未提高到高于燃烧炉空气温度且试验样品不燃烧。对说明性实施方案进行的独立试验证实四个试验样品中的三个满足ASTM E316要求的标准。
虽然描述了结合各种说明性实施方案的无机纤维纸和防热罩，应当理解可使用其他类似的实施方案，且可对所描述的实施方案进行添加以在不偏离本发明实施方案的情况下实施文中所公开的相同功能。上述实施方案并不必在备选方案中，原因是各种实施方案可以被合并以提供需要的特征。因此，安装垫和废气处理设备不应当限于任何单个实施方案，而应当视为在根据随附权利要求的叙述的幅度和范围内。

Claims (18)

1.无机纤维纸，其包含：
多个无机纤维，
多个短切玻璃纤维；
有机增强纤维；和
有机粘合剂，
其中所述纸具有至少150kPa的拉伸强度且当暴露到400℃或更高的温度时不发出火焰。
2.权利要求1的无机纤维纸，其包含：
约90-约98.5重量%的所述无机纤维；
约1-约10重量%的所述多个玻璃纤维；
约0.1-约5重量%的所述有机增强纤维；和
约0.25-约5重量%的所述有机粘合剂。
3.权利要求2的无机纤维纸，其包含：
约90-约98重量%的所述无机纤维；
约1-约6重量%的所述多个玻璃纤维；
约0.25-约5重量%的所述有机增强纤维；
和
约0.5-约5重量%的所述有机粘合剂。
4.权利要求3的无机纤维纸，其包含：
约90.5-约97.5重量%的所述无机纤维；
约1-约6重量%的所述多个玻璃纤维；
约0.25-约1重量%的所述有机增强纤维；和
约0.5-约3.25重量%的所述有机粘合剂。
5.权利要求1的无机纤维纸，其中所述无机纤维选自陶瓷纤维、高氧化铝多晶纤维、莫来石纤维、生物可溶无机纤维、氧化钙-氧化铝纤维、石英纤维、二氧化硅纤维及其组合。
6.权利要求5的无机纤维纸，其中所述高氧化铝多晶纤维包含约72-约100重量%的氧化铝和约0-约28重量%的二氧化硅的纤维化产品。
7.权利要求5的无机纤维纸，其中所述陶瓷纤维包含铝硅酸盐纤维，所述铝硅酸盐纤维包含约45-约72重量%的氧化铝和约28-约55重量%的二氧化硅的纤维化产品。
8. 权利要求5的无机纤维纸，其中所述生物可溶纤维包含氧化镁-二氧化硅纤维，所述氧化镁-二氧化硅纤维包含：（i） 约65-约86重量%的二氧化硅、约14-约35重量%的氧化镁和约5重量%或更少的杂质的纤维化产品，（ii） 约70-约86重量%的二氧化硅、约14-约30重量%的氧化镁和约5重量%或更少的杂质的纤维化产品，或（iii） 约70-约80重量%的二氧化硅、约18-约27重量%的氧化镁和0-4重量%的杂质的纤维化产品。
9. 权利要求5的无机纤维纸，其中所述生物可溶纤维包含氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维，所述氧化钙-氧化镁-二氧化硅纤维包含：（i） 约45-约90重量%的二氧化硅、大于0-约45重量%的氧化钙和大于0-约35重量%的氧化镁的纤维化产品，（ii） 约60-约70重量%的二氧化硅、约16-约35重量%的氧化钙和约4-约19重量%的氧化镁的纤维化产品，或（iii） 包含约61-约67重量%的二氧化硅、约27-约33重量%的氧化钙和约2-约7重量%的氧化镁的纤维化产品。
10.权利要求1的无机纤维纸，其中所述短切玻璃纤维包含短切S-玻璃纤维。
11.权利要求10的无机纤维纸，其中所述短切S-玻璃纤维的长度为约0.5英寸。
12.权利要求1的无机纤维纸，其中所述有机增强纤维包含聚乙烯醇（PVA）纤维。
13.权利要求1的无机纤维纸，其中所述有机粘合剂包含丙烯酸型胶乳。
14.权利要求1的无机纤维，其中所述无机纤维包含铝硅酸盐陶瓷纤维，其中所述短切玻璃纤维包含具有约0.5英寸的长度的短切S-玻璃纤维，其中所述有机增强纤维包含聚乙烯醇（PVA）纤维，且其中所述有机粘合剂包含丙烯酸型胶乳。
15. 一种防热罩，其包括：
第一和第二外层；和
包含权利要求1-14中任一项的无机纤维纸的至少一个内层。
16.权利要求15的防热罩，其中所述第一和第二层包含金属、金属合金、金属-基质复合材料、金属合金-基质复合材料或其组合的层或片。
17.权利要求16的防热罩，其中所述金属合金包含不锈钢。
18.机动车，其包括：
产生废气的发动机；
与所述发动机连通用于从机动车排放所产生的废气的废气处理设备；和
安装到、接近或邻近所述发动机或废气处理设备的权利要求15-17中任一项的防热罩。
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