DE69833136T2

DE69833136T2 - Mehrschichtige Blähmatte

Info

Publication number: DE69833136T2
Application number: DE69833136T
Authority: DE
Inventors: Roger L. Hudson Langer; Stephen M. Stillwater Sanocki; Gary F. Oakdale Howorth
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2018-01-29
Also published as: WO1998035144A1; CN1429971A; US6458418B2; EP0972130A1; AU6244398A; DE69822804T2; CA2278486C; DE69833136D1; JP2002514283A; DE69822804D1; EP0972130B1; CN1246912A; BR9807177A; CN1098771C; JP4130972B2; CN1270056C; US20010046456A1; CA2278486A1

Description

Diese Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Schadstoffbekämpfung, die flexible, mehrschichtige, intumeszente Flächengebilde enthalten, welche mindestens zwei Schichten mit unterschiedlichen intumeszenten Eigenschaften aufweisen.
Vorrichtungen zur Schadstoffbekämpfung werden bei motorisierten Fahrzeugen angewendet, um die Luftverschmutzung zu kontrollieren. Solche Vorrichtungen schließen Katalysatoren und Dieselteilchen-Filter oder -Abscheider ein. Katalysatoren enthalten typischerweise eine keramische monolithische Struktur, die das Katalysatormaterial trägt. Die monolithische Struktur kann auch aus Metall gefertigt sein. Dieselteilchen-Filter oder -Abscheider sind Wandstromfilter, welche wabenförmige, monolithische Strukturen aufweisen, die typischerweise aus porösen, kristallinen, keramischen Materialien gefertigt sind.
Jede dieser Vorrichtungen verfügt über ein Metallgehäuse (typischerweise Edelstahl), welches eine monolithische Struktur enthält, die aus Keramik oder Metall, wie Stahl, gefertigt ist. Die monolithischen Strukturen weisen Wände mit einem Katalysatormaterial daran auf. Das Katalysatormaterial oxidiert Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe und reduziert die Oxide von Stickstoff in Abgasen von Kraftmaschinen, um die Luftverschmutzung zu kontrollieren.
Keramische Monolithe werden oft über ihre Wanddicke und die Anzahl von Öffnungen oder Zellen pro Quadratinch (cpsi, cells per square inch) beschrieben. In den frühen 1970er-Jahren waren Monolithe mit einer Wanddicke von 12 Mil und einer Zellendichte von 300 cpsi gebräuchlich („12/300 Monolithe"). Als die Emissionsgesetze verschärft wurden, nahmen, als ein Weg die geometrische Oberfläche zu erhöhen, die Wärmekapazität zu erniedrigen und den Druckabfall des Monolithen zu erniedrigen, die Wanddicken ab. Der Standard schritt fort zu 6/400 Monolithen.
Mit ihren dünnen Wänden sind keramische monolithische Strukturen zerbrechlich und vibrationsempfindlich oder anfällig gegenüber einem Schaden oder Bruch durch Erschütterung. Die Schaden zufügenden Kräfte können durch grobe Handhabung oder Herunterfallen während der Montage der Kraftmaschine, durch Kraftmaschinenvibration oder durch Fortbewegen über holprige Straßen verursacht werden. Die Monolithe sind auch ein Zielobjekt für eine Beschädigung durch hohen Wärmeschock, wie durch Kontakt mit Spritzflüssigkeit von der Straße.
Die keramischen Monolithe weisen einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Allgemeinen in einer Größenordnung auf, die geringer ist, als die des Metallgehäuses, welches diese enthält. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen der Außenwand des Metallgehäuses und dem Monolithen am Anfang bei etwa 4 mm liegen und kann um insgesamt etwa 0,33 mm ansteigen, wenn die Kraftmaschine das monolithische Katalysatorelement von 25°C auf eine maximale Arbeitstemperatur von etwa 900°C erwärmt. Zur selben Zeit erhöht sich die Temperatur des metallischen Gehäuses von etwa 25°C auf etwa 530°C. Obwohl das metallische Gehäuse einer kleineren Temperaturveränderung unterliegt, verursacht die koeffizientenbedingt höhere thermische Expansion des metallischen Gehäuses, verglichen mit der Expansion des monolithischen Elements, dass das Gehäuse schneller zu einer größeren Außengröße expandiert. Ein solches Durchlaufen von thermischen Zyklen tritt typischerweise hunderte oder tausende Male während der Laufzeit des Fahrzeugs auf.
Um einen Schaden von den keramischen Monolithen durch Straßenerschütterung und Vibrationen abzuwenden, um den thermischen Expansionsunterschied auszugleichen und um zu verhindern, dass sich Abgase zwischen den Monolithen und den Metallgehäusen hindurchbewegen (wobei sie sich am Katalysatormaterial vorbeibewegen), werden Befestigungsmatten oder Pasten-Befestigungsmaterialien zwischen den keramischen Monolithen und den Metallgehäusen angeordnet. Das Verfahren von Platzieren des Monolithen im Gehäuse wird auch Einblechen genannt und schließt solche Schritte ein, wie Wickeln eines Mattenmaterial-Flächengebildes um den Monolithen, Einsetzen des eingewickelten Monolithen in das Gehäuse, Zudrücken des Gehäuses und Anschweißen von Flanschen entlang der Seitenkanten des Gehäuses. Die Paste kann in den Abstand zwischen dem Monolithen und dem Metallgehäuse eingespritzt werden, vielleicht als ein Schritt des Einblechverfahrens.
Typischerweise enthalten die Pasten oder Flächengebilde-Befestigungsmaterialien anorganische Bindemittel, anorganische Fasermaterialien, intumeszente Materialien, organische Bindemittel, Füllstoffe und andere Zusatzstoffe. Die Materialien können als Flächengebilde, Matten oder Pasten verwendet werden. Bekannte Mattenmaterialien, Pasten und intumeszente Flächengebildematerialien zur Verwendung bei der Befestigung eines Monolithen in einem Gehäuse sind zum Beispiel in US-A-3,916,057 (Hatch et al.), 4,305,992 (Langer et al.), 4,385,135 (Langer et al.), 5,254,410 (Langer et al.), 5,242,871 (Hashimoto et al.), 3,001,571 (Hatch), 5,385,873 (MacNeil), 5,207,989 (MacNeil) und GB-A-1,522,646 (Wood) beschrieben. Mit jedem dieser Materialien sollte das Befestigungsmaterial innerhalb einem ganzen Bereich von Arbeitstemperaturen über einen verlängerten Verwendungszeitraum stark federnd bleiben.
Um kontinuierlich die Emissionsstandards zu verbessern, war es gewünscht, den Katalysator näher zur Kraftmaschine hin zu verschieben und dabei die Temperatur der Abgase, welche sich durch den Katalysator bewegen, zu erhöhen. Der heißere Katalysator und die heißeren Abgase darin erhöhen die Effizienz der Umsetzungen, die eine Verschmutzung aus den Abgasen entfernen. Da heißere Katalysatortemperaturen verwendet werden, müssen die Befestigungsmaterialien in der Lage sein, den strengen Temperaturen zu widerstehen. Außerdem werden die thermischen Transmissionseigenschaften des Befestigungsmaterials beim Schützen von eng befestigten Komponenten der Kraftmaschine vor den heißen Abgastemperaturen wichtiger. Beim Schützen vor Wärmebeschädigung im Raumbereich der Kraftmaschine und vor Wärmestrahlung in den Raumbereich der Fahrgäste ist eine Erniedrigung der Katalysatormaterialoberflächenaußentemperatur wichtig.
Es war auch gewünscht, kontinuierlich die Wanddicken der keramischen, monolithischen Struktur zu erniedrigen, um die Arbeit des Katalysators zu steigern. Monolithe mit äußerst dünnen Wänden, wie 4/400, 4/600, 4/900, 3/600, 3/900 und 2/900 Monolithe, wurden entwickelt oder es wird erwartet, dass sie in der nicht zu weit entfernten Zukunft entwickelt werden. Die Monolithe mit äußerst dünnen Wänden sind sogar noch heikler und anfälliger gegenüber Bruch. Typische intumeszente Befestigungsstrukturen stellen Kompressionsdrucke bereit, welche während der Verwendung des Katalysators auf einen Druck über dem Anfangsbefestigungsdruck ansteigen. Ansteigende Kompressionsdrucke während der Verwendung des Katalysators verringern auch die Fähigkeit von Trägermatten oder -pasten, den Monolith ausreichend vor Vibrationsbeschädigung oder mechanischer Erschütterung zu isolieren. Wegen dieser verschiedenen Probleme wurde in veröffentlichten Berichten von einer Verwendung von intumeszenten Befestigungsmatten bei Monolithen mit äußerst dünnen Wänden, welche nahe der Kraftmaschine befestigt sind, abgeraten. Siehe zum Beispiel Umehara et al., „Design Development of High Temperature Manifold Converter Using Thin Wall Ceramic Substrate", („Entwicklung der Gestaltung von Hochtemperatur-Mehrfachkatalysatoren unter Verwendung eines dünnwandigen Keramiksubstrats"), SAE Paper Nr. 971030, Seiten 123 bis 129, 1997.
Die exponierten Kanten der Befestigungsmaterialien sind ein Angriffsziel für Erosion durch die pulsierenden heißen Abgase, insbesondere wenn die Befestigungsmaterialien sehr häufig thermischen Zyklen unterworfen werden. Unter strengen Bedingungen über einen Zeitraum können die Befestigungsmaterialien erodieren und Teile der Materialien können ausgeblasen werden. Mit der Zeit kann eine ausreichende Menge der Befestigungsmaterialien ausgeblasen werden und die Befestigungsmaterialien können nicht mehr den benötigten Schutz des Monolithen bereitstellen.
Lösungen für das Erosionsproblem schließen die Verwendung eines Drahtsiebs aus Edelstahl (siehe z. B. US-A-5,008,086 (Merry)) und umflochtene oder Seilähnliche keramische (d. h. Glas, kristalline Keramik oder Glaskeramik) Fasermaterialumflechtungen oder Metalldrahtnetzmaterial (siehe z. B. US-A-4,156,333 (Close et al.)) und Kantenschutzvorrichtungen, welche aus Zusammensetzungen mit Glasteilchen (siehe z. B. EP-A1-639 701 (Howorth et al.), EP-A1-639 702 (Howorth et al.) und EP-A1-639 700 (Stroom et al.)) gebildet werden, ein, um die Kante der intumeszenten Matte vor Erosion durch Abgase zu schützen. Bei diesen Lösungen werden Befestigungsmaterialien nach dem Stand der Technik als der Primärträger für den Monolithen verwendet.
Bekannte gebundene mehrschichtige Befestigungsmatten werden typischerweise zuerst durch getrenntes Herstellen der Schichten und dann Zusammenbinden der Schichten unter Verwendung eines Klebstoffs oder eines Films oder anderer Mittel, wie zum Beispiel Steppungen oder Klammerungen, gefertigt. Typischerweise enthalten mit Klebstoff oder Film verbundene mehrschichtige Befestigungsmatten höhere Level an organischem Material, welches unerwünschten Rauch und Geruch erzeugt, wenn sie in einem Katalysator verwendet werden. Um einen solchen Rauch und Geruch zu verhindern, müssten die Befestigungsmatten vor einer Installation vorerwärmt werden, um die organischen Bindematerialien abzubrennen. Die Klebstoff- oder Film-Bindeschicht beeinflusst auch die thermischen Eigenschaften der Matte. Außerdem sind solche Befestigungsmatten wegen der Kosten für ein Zusammenbinden der Schichten und der Kosten für den verwendeten Klebstoff oder Film bei der Herstellung teuerer. Einige Nachteile von mechanisch verbundenen oder angebrachten mehrschichtigen Befestigungsmatten schließen die Aufwendung für hinzugefügte Schritte und Materialien ein, und die Matte kann am Punkt der mechanischen Anbringung geschwächt werden, so wie da, wo Steppungen oder Klammerungen die Matte durchlöchern. Andere mehrschichtige Befestigungsmatten umfassen getrennte Schichten, welche einzeln in dem Katalysatorgehäuse befestigt werden müssen.
EP-A-0 579 956 beschreibt eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen, umfassend:
eine Heißgaskammer sowie
mindestens einen in der Kammer so angeordneten Katalysator, dass der Katalysator von Heißgas in der Kammer im Wesentlichen umgeben ist, wobei der Katalysator umfasst:
eine keramische Wabenstruktur mit Gaskanälen zwischen zwei gegenüber liegenden Enden, wobei die Gaskanäle durch vergleichsweise dünne Wände definiert sind, die innerhalb einer sich zwischen den Enden erstreckenden Umfangswand umfasst sind,
ein die Umfangswand beabstandet umgebendes Gehäuse,
eine die Umfangswand umgebende hochtemperaturbeständige und wenig wärmeleitfähige erste Schicht aus anorganischer Faser und
mindestens eine zwischen der ersten Schicht aus anorganischer Faser und dem Gehäuse angeordnete Schicht aus intumeszentem Material.
Ein Nachteil einer/eines einschichtigen Matte oder Flächengebildes, welche/welches expandierbares Graphit oder ein Gemisch von expandierbarem Graphit und nicht expandiertem Vermiculit enthält, ist, dass typischerweise solche Aufbauten von einzelnen Flächengebilden mit einer homogenen oder gleichmäßigen Zusammensetzung überall im Flächengebilde für die gewünschte niedrige Temperaturexpansion relativ hohe Mengen an expandierbarem Graphit erfordern, wodurch die Kosten der Matte erhöht werden.
So besteht ein Bedarf für ein Befestigungssystem, welches ausreichend federnd und komprimierbar ist, damit es sich dem verändernden Abstand zwischen dem Monolithen und dem Metallgehäuse über einen großen Bereich von Arbeitstemperaturen und eine große Anzahl von thermischen Zyklen anpasst. Obwohl die Befestigungsmaterialien nach dem Stand der Technik ihre eigenen Zweckmäßigkeiten und Vorteile aufweisen, bleibt ein fortdauernder Bedarf für eine Verbesserung von Befestigungsmaterialien zur Verwendung in Vorrichtungen zur Schadstoffbekämpfung. Außerdem ist eines der wichtigsten Anliegen bei der Herstellung der Befestigungsmatte ein Ausgleich zwischen den Kosten der Materialien und den Leistungseigenschaften. Es ist wünschenswert ein Befestigungssystem mit so hoher Qualität mit den niedrigstmöglichen Kosten bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Schadstoffbekämpfung (10, 40) bereit, umfassend ein Gehäuse (11, 44), eine monolithische Struktur (20, 42), die in dem Gehäuse (11, 44) angeordnet ist, und ein flexibles intumeszentes, mehrschichtiges Flächengebilde (30, 50), das zwischen dem Gehäuse (11, 44) und der monolithischen Struktur (20, 42) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zur Schadstoffbekämpfung (10, 40) dadurch gekennzeichnet ist, dass das Flächengebilde umfasst:

(A) eine erste nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht, umfassend ein erstes intumeszentes Material, umfassend ein Gemisch von mindestens zwei Materialien aus nicht expandiertem Vermiculiterzmaterial, nicht expandiertem, behandeltem Vermiculiterzmaterial, teilweise dehydratisiertem Vermiculiterzmaterial, expandierbarem Graphit und expandierbarem Natriumsilicat, und
(B) eine zweite nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht, umfassend ein zweites intumeszentes Material aus nicht expandiertem Vermiculiterzmaterial, nicht expandiertem, behandeltem Vermiculiterzmaterial, teilweise dehydratisiertem Vermiculiterzmaterial, expandierbarem Graphit, expandierbarem Natriumsilicat, wobei das erste intumeszente Material und das zweite intumeszente Material verschiedene Zusammensetzungen aufweisen.

Nach einer Ausführungsform der besagten Vorrichtung zur Schadstoffbekämpfung sind die mindestens zwei intumeszenten Materialien der ersten nicht formbaren, flexiblen, intumeszenten Schicht nicht expandiertes Vermiculiterzmaterial und expandierbarer Graphit und ist das intumeszente Material der zweiten nicht formbaren, intumeszenten Schicht nicht expandiertes Vermiculiterzmaterial, nicht expandiertes, behandeltes Vermiculiterzmaterial, oder ein Gemisch davon.
Nach einer weiteren Ausführungsform der besagten Vorrichtung zur Schadstoffbekämpfung enthält die erste nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht etwa 20 bis etwa 90% des intumeszenten Gemisches, wobei das intumeszente Gemisch 5 bis etwa 95 Prozent des Trockengewichts nicht expandiertes Vermiculiterzmaterial und etwa 95 bis etwa 5 Prozent des Trockengewichts expandierbaren Graphit, bezogen auf das Gewicht des intumeszenten Gemisches in der ersten Schicht, enthält, und das intumeszente Material in der zweiten Schicht in einer Menge von etwa 10 bis etwa 65 Prozent des Trockengewichts vorhanden ist.
In einem Aspekt enthält die zum keramischen Monolithen benachbarte Schicht ein Gemisch von nicht teuerem, durchwirktem, anorganischem Fasermaterial und teurerem, nicht durchwirktem, anorganischem Fasermaterial. Die zum Metallgehäuse benachbarte Schicht enthält ein intumeszentes Material. In einem anderen Aspekt der Erfindung ist die zum Metallgehäuse benachbarte Schicht dünn genug und das intumeszente Material weist eine Intumeszenztemperatur auf, die hoch genug ist, dass sich das intumeszente Material erst dann ausdehnt, wenn sich der Abstand zwischen dem keramischen Monolithen und dem Metallgehäuse auszudehnen beginnt.
Einige der Vorteile der vorliegenden Erfindung schließen zum Beispiel ein, dass das flexible, mehrschichtige Flächengebilde: ohne Klebstoffe oder andere Hilfsbindemittel gefertigt wird; so formuliert werden kann, dass es unter Verwendung von relativ wenig intumeszentem Material über spezielle Temperaturbereiche expandiert oder intumesziert; unter Verwendung eines kontinuierlichen Verfahrens gefertigt werden kann; einfacher zu handhaben ist und weniger Arbeit bei der Installation erfordert, als Matten, die aus zwei oder mehr einzeln verbundenen Flächengebilden gefertigt wurden; und weniger organische Materialien erfordert als mit Klebstoff verbundene oder laminierte Flächengebilde, da ein Klebstoff nicht erforderlich ist.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dargelegt in und werden offensichtlich durch der/die folgende(n) Beschreibung und den/die folgenden Beispiele(n).
1 ist eine perspektivische Darstellung eines Katalysators, welcher eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließt und in einer auseinandergezogenen Beziehung gezeigt wird.
2 ist ein Längsschnitt durch die Mitte eines Dieselteilchen-Filters, welcher eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließt.
3 ist ein Ausdruck von Abstandsveränderung gegen Erwärmungs/Zeit-Intervall beim Befestigungstest unter realen Bedingungen von Tabelle 2.
4 ist ein Graph von Temperatur gegen Radialort gegen Erwärmungs/Zeit-Intervall beim Befestigungstest unter realen Bedingungen von Tabelle 2.
5 sind Ergebnisse eines Befestigungstests unter realen Bedingungen einer intumeszenten Befestigungsmatte nach dem Stand der Technik.
6 sind Ergebnisse eines Befestigungstests unter realen Bedingungen der Befestigungsmatte von Beispiel 10.
7 sind Ergebnisse eines Befestigungstests unter realen Bedingungen der Befestigungsmatte von Beispiel 11.
8 sind Ergebnisse eines Befestigungstests unter realen Bedingungen der Befestigungsmatte von Beispiel 12.
9 sind Ergebnisse eines Befestigungstests unter realen Bedingungen der Befestigungsmatte von Beispiel 13.
10 sind Ergebnisse eines Befestigungstests unter realen Bedingungen der Befestigungsmatte von Beispiel 14.
11 ist der Graph von Temperatur gegen Radialort gegen Zeit von 4, überlagert mit einem intumeszenten Temperaturbereich von Beispiel 13.
12 sind Ergebnisse eines Befestigungstests unter realen Bedingungen eines zusätzlichen Vergleichsbeispiels.
Allgemein ausgedrückt ist das in der vorliegenden Erfindung verwendete flexible, mehrschichtige Flächengebilde im Wesentlichen anorganisch und umfasst mindestens zwei nicht formbare, flexible Schichten, wobei die Schichten ein intumeszentes Material umfassen. Die zwei Schichten bilden wünschenswerterweise ein einzelnes federndes Flächengebilde ohne Hilfsbindemittel, wie durch Anschmiegen einer Schicht auf der anderen bei einem einzelnen nassgelegten Flächengebilde.
Eines der einzigartigen Merkmale der intumeszenten Flächengebilde der vorliegenden Erfindung ist, dass die Flächengebilde als Ganzes genommen und insbesondere im Querschnitt eine nicht homogene Zusammensetzung aufweisen. Dieses Merkmal resultiert aus dem Bilden eines einzelnen Flächengebildes aus mindestens zwei benachbarten Schichten, wobei jede benachbarte Schicht eine homogene aber unterschiedliche Zusammensetzung aufweist. In einer Ausführungsform enthält eine erste intumeszente Schicht ein Gemisch von expandierbarem Graphit und nicht expandiertem Vermiculit und eine zweite intumeszente Schicht enthält entweder nicht expandiertes Vermiculit, nicht expandiertes behandeltes Vermiculit oder ein Gemisch von Beidem.
In einem Aspekt stellt die Erfindung eine Vorrichtung zur Schadstoffbekämpfung bereit, welche ein Gehäuse, (ein(e)) monolithisches) Struktur oder Element e) und ein mehrschichtiges, intumeszentes Flächengebilde umfasst, welches mindestens (a) eine erste nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht, welche ein erstes intumeszentes Material umfasst; und (b) eine zweite nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht, welche ein zweites intumeszentes Material umfasst, umfasst, wobei die ersten und die zweiten intumeszenten Materialien verschieden sind und die Schichten ohne die Verwendung von Hilfsbindemitteln ein einzelnes Flächengebilde bilden, wobei das mehrschichtige Flächengebilde zwischen der Struktur und dem Gehäuse angeordnet ist, um die Struktur zu fixieren.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen, intumeszenten Flächengebildes bereitgestellt, welches die Schritte (a) Bereitstellen einer ersten Aufschlämmung und einer zweiten Aufschlämmung, wobei die ersten und zweiten Aufschlämmungen anorganische Materialien umfassen und wobei mindestens eine der Aufschlämmungen ein intumeszentes Material umfasst; (b) Ablagern der ersten Aufschlämmung auf einem permeablen Substrat; (c) teilweises Entwässern der ersten Aufschlämmung, um eine erste Schicht zu bilden; (d) Ablagern der zweiten Aufschlämmung auf der ersten Schicht; und (e) Entwässern der zweiten Aufschlämmung, um eine zweite Schicht zu bilden, umfasst, wobei die Schichten ohne Hilfsbindemittel ein einzelnes Flächengebilde bilden, wobei dieses Verfahren ein kontinuierliches Verfahren ist.
Im Allgemeinen kann jede der in der Erfindung verwendeten homogenen Schichten der mehrschichtigen Flächengebilde 0,3 bis 99,7 Prozent des Trockengewichts des gesamten mehrschichtigen Flächengebildes umfassen. Wünschenswerterweise umfasst jede der Schichten 1,5 bis 98,5 Prozent des Trockengewichts, stärker gewünscht 8 bis 92 Prozent des Trockengewichts und noch stärker gewünscht 15 bis 85 Prozent des Trockengewichts des Flächengebildes. In einer Ausführungsform umfasst die Innenschicht mindestens 50 Prozent des Trockengewichts des Flächengebildes und stärker gewünscht etwa 60 bis 85 Prozent des Trockengewichts des Flächengebildes. Die Prozente des Trockengewichts können aus den einzelnen Aufschlämmungszusammensetzungen berechnet werden.
Natürlich kann die Zusammensetzung, die Dicke und die Breite von jeder der Schichten verändert werden, um sie für jede in Betracht gezogene Endverwendung anzupassen.
Im Allgemeinen weisen die in der Erfindung verwendeten mehrschichtigen, intumeszenten Flächengebilde eine Dicke von mindestens 0,1 mm, wünschenswerterweise mindestens 0,5 mm und stärker gewünscht mindestens 1 mm auf. Typische Dicken von mehrschichtigen, intumeszenten Flächengebilden zur Verwendung bei Vorrichtungen zur Schadstoffbekämpfung liegen in einem Bereich von etwa 2 bis etwa 11 mm.
Bevor sie während einer Verwendung in einer Vorrichtung zur Schadstoffbekämpfung erwärmt werden, sind die intumeszenten Flächengebilde flexibel und federnd und sie können ohne Brechen oder unerwünschtes Reißen gehandhabt und um einen Monolithen gebogen und gewickelt werden.
Bei den in der vorliegenden Erfindung verwendeten mehrschichtigen Flächengebilden werden auch Flächengebilde in Betracht gezogen, welche drei oder mehr nicht formbare, flexible Schichten umfassen, die ohne Hilfsbindemittel ein einzelnes Flächengebilde bilden, wobei mindestens zwei der Schichten ein intumeszentes Material umfassen.
Wie hier verwendet bedeutet der Ausdruck „ohne Hilfsbindemittel" ohne die Verwendung von Bindemitteln, wie Harzen, Klebstoffen, Klebstoffbändern, Steppungen, Klammerungen und anderen extern verwendeten Bindemitteln.
Wie hier verwendet bedeutet „Schicht" eine Dicke eines Materials mit einer homogenen Zusammensetzung, welche getrennt durch zuerst Ablagern und dann mindestens teilweises Entwässern einer verdünnten Aufschlämmung mit einer homogenen Zusammensetzung gebildet wird. Jede der Schichten der mehrschichtigen Flächengebilde kann die selbe oder unterschiedliche Breite(n) und Dicke(n) aufweisen.
Wie hier verwendet bedeutet „nicht formbare Schicht" eine Schicht, welche aus Zusammensetzungen von Materialien gefertigt ist, die 10 Gewichtsprozent oder weniger Feststoffe enthalten, welche unter Verwendung von Papierherstellungstechniken nassgelegt wurden.
Wie hier verwendet bedeutet „intumeszentes Material" ein Material, welches expandiert, schäumt oder quillt, wenn es einer ausreichenden Menge an thermischer Energie ausgesetzt wird.
Wie hier verwendet bedeutet „intumeszente Schicht" eine Schicht des Flächengebildes, welche ein intumeszentes Material enthält.
Wie hier verwendet bedeutet „nicht intumeszente Schicht" eine Schicht des Flächengebildes, welche kein intumeszentes Material enthält.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten nicht formbaren, flexiblen, intumeszenten Schichten enthalten Zusammensetzungen von Materialien, welche zu flexiblen und federnden Flächengebilden nassgelegt werden können. Im Allgemeinen umfassen die nicht formbaren, flexiblen, intumeszenten Schichten der Erfindung in Prozent des Trockengewichts der Schicht etwa 5 bis etwa 85 Prozent intumeszentes Material und weniger als 20 Prozent organisches Bindemittel.
Die nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht umfasst wünschenswerterweise auf einer Basis des Trockengewichts der Schicht etwa 5 bis etwa 85 Prozent intumeszentes Material, etwa 0,5 bis etwa 15 Prozent organisches Bindemittel und etwa 10 bis etwa 65 Prozent anorganisches Fasermaterial und stärker gewünscht umfasst sie etwa 5 bis etwa 70 Prozent intumeszentes Material, etwa 0,5 bis etwa 9 Prozent organisches Bindemittel und etwa 30 bis etwa 45 Prozent anorganisches Fasermaterial. Die nicht formbaren, flexiblen, intumeszenten Schichten können auch ein oder mehrere anorganische Füllstoffe, anorganische Bindemittel, organische Fasermaterialien und Gemische davon enthalten.
Eine andere nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht umfasst in Prozent des Trockengewichts wünschenswerterweise etwa 20 Prozent bis etwa 65 Prozent nicht expandierte(s) Vermiculitflocken oder -erzmaterial, etwa 10 Prozent bis etwa 65 Prozent anorganische Fasermaterialien, etwa 0,5 Prozent bis etwa 20 Prozent organische Bindemittel und bis zu 40 Prozent anorganische Füllstoffe.
Eine andere nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht umfasst in Prozent des Trockengewichts wünschenswerterweise etwa 20 Prozent bis etwa 90 Prozent expandierbares Graphit, etwa 10 Prozent bis etwa 65 Prozent anorganische Fasermaterialien, etwa 0,5 Prozent bis etwa 20 Prozent organische Bindemittel und bis zu 40 Prozent anorganische Füllstoffe.
Eine andere nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht umfasst in Prozent des Trockengewichts wünschenswerterweise etwa 20 Prozent bis etwa 90 Prozent expandierbares Natriumsilicat, etwa 10 Prozent bis etwa 65 Prozent anorganisches Fasermaterial, etwa 0,5 Prozent bis etwa 20 Prozent organische Bindemittel und bis zu 40 Prozent anorganische Füllstoffe.
Eine andere nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht umfasst in Prozent des Trockengewichts wünschenswerterweise etwa 20 Prozent bis etwa 90 Prozent eines Gemisches von expandierbarem Graphit und entweder behandeltem oder nicht behandeltem nicht expandiertem Vermiculit, wobei der expandierbare Graphit etwa 5 bis etwa 95 Prozent des Trockengewichts des intumeszenten Gemisches und das nicht expandierte Vermiculit etwa 95 bis etwa 5 Prozent des Trockengewichts des intumeszenten Gemisches ausmacht, etwa 10 Prozent bis etwa 50 Prozent anorganische Fasermaterialien, etwa 0,5 Prozent bis etwa 20 Prozent organische Bindemittel und bis zu 40 Prozent anorganische Füllstoffe.
Die Wahl der intumeszenten Materialien kann abhängig von der gewünschten Endverwendung variieren. Zum Beispiel für höhere Temperaturen, das heißt für über etwa 500°C, sind nicht expandierte Vermiculitmaterialien geeignet, da ihre Expansion in einem Temperaturbereich von etwa 300°C bis etwa 340°C beginnt, wobei sie den expandierenden Abstand zwischen expandierendem Metallgehäuse und Monolithen in einem Katalysator füllen. Zur Verwendung bei niedrigerer Temperatur, das heißt bei Temperaturen unter etwa 500°C, so wie bei Dieselmonolithen oder -teilchen-Filtern, kann expandierbares Graphit oder ein Gemisch aus expandierbarem Graphit und nicht expandierten Vermiculitmaterialien wünschenswert sein, da expandierbarer Graphit bei etwa 210°C zu expandieren oder zu intumeszieren beginnt. Behandelte Vermiculite sind auch nützlich und expandieren bei einer Temperatur von etwa 290°C.
Nützliche intumeszente Materialien schließen nicht expandiertes Vermiculiterzmaterial, behandeltes nicht expandiertes Vermiculiterzmaterial, teilweise dehydratisiertes Vermiculiterzmaterial, expandierbares Graphit, Gemische von expandierbarem Graphit mit behandeltem oder nicht behandeltem nicht expandiertem Vermiculiterzmaterial, verarbeitetes expandierbares Natriumsilicat, zum Beispiel nicht lösliches EXPANTROL^TM Natriumsilicat, im Handel erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN, und Gemische davon ein, sind aber nicht auf diese eingeschränkt. Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung ist es beabsichtigt, dass jedes der vorstehend aufgeführten Beispiele von intumeszenten Materialien als verschieden und unterscheidbar voneinander betrachtet wird. Gewünschte intumeszente Materialien schließen nicht expandiertes Vermiculiterzmaterial, behandeltes nicht expandiertes Vermiculiterzmaterial, expandierbares Graphit und Gemische davon ein. Ein Beispiel eines wünschenswerten im Handel erhältlichen expandierbaren Graphitmaterials ist die expandierbare Graphitflocke GRAFOIL^TM Qualität 338-50 von UCAR Carbon Co., Inc., Cleveland, OH.
Behandelte(s) nicht expandierte(s) Vermiculitflocken oder -erzmaterial schließen/schließt nicht expandiertes Vermiculit ein, welches über Verfahren behandelt wurde, wie Ionenaustausch mit Ionenaustauschsalzen, wie Ammoniumdihydrogenphosphat, Ammoniumnitrat, Ammoniumchlorid, Kaliumchlorid oder anderen geeigneten Verbindungen, wie auf dem Fachgebiet bekannt.
Die Menge und der Typ des intumeszenten Materials, welches in der Befestigungsmatte eingeschlossen ist, tragen wesentlich zu den Kosten des Produkts bei. Nicht behandelte intumeszente Materialien, wie nicht expandiertes Vermiculit, sind im Allgemeinen weniger teuer als behandelte intumeszente Materialien, können aber verschiedene Intumeszenztemperaturen und Ausmaße und Geschwindigkeiten von Expansion bereitstellen. In einem Aspekt führt die vorliegende Erfindung wünschenswerterweise zu einer wesentlichen intumeszenten Expansion mit einem niedrigen Anteil an intumeszentem Material, wie höher als 0 und weniger als etwa 30 % intumeszente Teilchen in Prozent des Trockengewichts der Gesamtmatte. Eine zeitlich passende und wesentliche intumeszente Expansion wird durch eine nicht homogene Anordnung der intumeszenten Teilchen in der Außenschicht oder zur Außenseite der Matte hin erreicht.
Geeignete organische Bindemittelmaterialien schließen wässrige Polymeremulsionen, Polymerlösungen auf Lösungsmittel-Basis und Polymere oder Polymerharze (100 Prozent Feststoffe) ein. Wässrige Polymeremulsionen sind organische Bindemittelpolymere und Elastomere in der Form von Latex, zum Beispiel Latizen von natürlichem Kautschuk, Latizen von Styrol/Butadien, Latizen von Butadien/Acrylnitril, Latizen von Ethylen vinylacetat und Latizen von Acrylat- und Methacrylatpolymeren und -copolymeren. Polymere und Polymerharze schließen natürlichen Kautschuk, Styrol/Butadien-Kautschuk und andere elastomere Polymerharze ein. Organische Acryllatex- und Polyvinylacetat-Bindemittel sind wünschenswert.
Beispiele von wünschenswerten im Handel erhältlichen organischen Bindemitteln schließen RHOPLEX^® HA-8 (eine wässrige Acrylemulsion mit 45,5 Gewichtsprozent Feststoffen) von Rohm & Haas, Philadelphia, PA und AIRFLEX^® 600BP (eine wässrige Polyvinylacetatemulsion mit 55 Prozent Feststoffen) von Air Products, Allentown, PA ein.
Nützliche anorganische Fasermaterialien schließen zum Beispiel Glasfasermaterial, keramische Fasermaterialien, anorganische Nichtoxid-Fasermaterialien, wie Graphit-Fasermaterialien oder Bor-Fasermaterialien, und Gemische davon ein. Nützliche keramische Fasermaterialien schließen Aluminoborosilicat-Fasermaterialien, Aluminosilicat-Fasermaterialien, Aluminiumoxid-Fasermaterialien und Gemische davon ein.
Beispiele von wünschenswerten Aluminoborosilicat-Fasermaterialien schließen jene ein, die im Handel unter den Handelsnamen „NEXTEL" 312 und „NEXTEL" 440 von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN erhältlich sind. Beispiele von wünschenswerten Aluminosilicat-Fasermaterialien schließen jene ein, die unter den Handelsnamen „FIBERFRAX" 7000M von Unifrax Corp., Niagara Falls, NY, „CERAFIBER" von Thermal Ceramics, Augusta, GA; und „SNSC Type 1260 D1" von Nippon Steel Chemical Company, Tokyo, Japan erhältlich sind. Ein Beispiel eines gewünschten im Handel erhältlichen Aluminiumoxid-Fasermaterials sind SAFFIL^TM Fasermaterialien, welche polykristalline Aluminiumoxid-Fasermaterialien, erhältlich von ICI Chemicals and Polymers, Widnes Chesire, UK, sind.
Beispiele von anderen geeigneten anorganischen Fasermaterialien schließen ein: Quarz-Fasermaterialien, welche im Handel zum Beispiel unter dem Handelsnamen „ASTROQUARTZ" von J.P. Stevens, Inc., Slater, NC erhältlich sind; Glasfasermaterialien, wie Magnesiumaluminosilicat-Glasfasermaterialien, wie zum Beispiel jenes, welches im Handel unter dem Handelsnamen „S2-GLASS" von Owens-Corning Fiberglass Corp., Granville, OH erhältlich ist; Siliciumcarbid-Fasermaterialien, wie zum Beispiel jene, welche im Handel unter den Handelsnamen „NICALON" von Nippon Carbon, Tokyo, Japan oder Dow Corning, Midland, MI und „TYRANNO" von Textron Specialty Materials, Lowell, MA erhältlich sind; Siliciumnitrid-Fasermaterialien, wie zum Beispiel jene, welche von Toren Energy International Corp., New York, NY erhältlich sind; Materialien von Metallfasern mit dünnem Durchmesser, wie BEKI-SHIELD^® GR 90/C2/4 Edelstahl-Fasermaterialien, welche im Handel von Beckaert, Zweregan, Belgien erhältlich sind, und Mikrometall-Fasermaterialien, welche unter dem Handelsnamen „RIBTEC" von Ribbon Technology Corp., Gahanna, OH erhältlich sind, und Gemische davon. Nützliche im Handel erhältliche Kohlenstoff (Graphit)-Fasermaterialien (nicht intumeszent) schließen jenes mit dem Handelsnamen „IM7" von Hercules Advanced Material Systems, Magna, UT ein.
Die nicht formbaren, flexiblen, intumeszenten Schichten können auch ein oder mehrere Füllstoffmaterial(ien) enthalten. Füllstoffmaterialien können in der flexiblen, intumeszenten Schicht in Leveln des Trockengewichts von bis zu etwa 90 Prozent, wünschenswerterweise in Leveln von bis zu etwa 60 Prozent und stärker gewünscht in Leveln von bis zu 40 Prozent vorhanden sein.
Geeignete Füllstoffe und nicht intumeszente Teilchen schließen zum Beispiel Glasteilchen, hohle Glaskügelchen, inerte Füllstoffmaterialien, wie Calciumcarbonat, Verstärkungsmaterialien und/oder Füllstoffmaterialien niedrigen Gewichts, wie Glimmer, Perlit, expandiertes Vermiculit, verarbeitete expandierte Vermiculitplättchen, delaminiertes Vermiculit, endothermische Füllstoffmaterialien, wie Aluminiumtrihydrat, Magnesiumphosphathexahydrat, Zinkborat und Magnesiumhydroxid, und Gemische davon ein.
Die nicht formbaren, flexiblen, intumeszenten Schichten können auch anorganisches Bindemittel bis zu etwa 90 Prozent des Trockengewichts, wünschenswerterweise bis zu etwa 30 Prozent des Trockengewichts und stärker gewünscht bis zu etwa 15 Prozent des Trockengewichts der Schicht enthalten. Nützliche anorganische Bindemittel schließen Tonmaterialien, wie Bentonit und kolloidale Kieselsäuren und Gemische davon ein.
Die nicht formbaren, flexiblen, intumeszenten Schichten können auch organisches Fasermaterial bis zu etwa 90 Prozent des Trockengewichts, wünschenswerterweise bis zu etwa 10 Prozent des Trockengewichts und stärker gewünscht bis zu etwa 3 Prozent des Trockengewichts enthalten. Nützliche organische Fasermaterialien schließen Aramid-Fasermaterialien, wie KEVLAR^® Polyamid-Fasermaterialien, thermobindende Fasermaterialien, zum Beispiel Hoechst Celanese HC-106 Zweikomponenten-Fasermaterialien und Rayon-Fasermaterialien, Polyolefin-Fasermaterialien und Gemische davon ein.
Andere geeignete Beispiele von intumeszenten Flächengebildematerialien mit Zusammensetzungen, welche für eine Verwendung als eine nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht der Erfindung geeignet sind, schließen jene ein, die in US-A-3,916,057 (Hatch et al.), US-A-4,305,992 (Langer et al.), US-A-4,385,135 (Langer et al.), US-A-5,254,410 (Langer et al.), US-A-4,865,818 (Merry et al.), US-A-5,151,253 (Merry et al.), US-A-5,290,522 (Rogers et al.) und US-A-5,523,059 (Langer) beschrieben werden.
Das mehrschichtige, flexible Flächengebilde kann auch mindestens eine nicht formbare, flexible, nicht intumeszente Schicht umfassen. Im Allgemeinen können die nicht formbaren, flexiblen, nicht intumeszenten Schichten mindestens eines von anorganischen Fasermaterialien, organischen Bindemitteln, Füllstoffmaterialien, organischen Fasermaterialien enthalten oder sie können jedwede Kombination davon enthalten. Nützliche nicht intumeszente Schichten schließen Kombinationen von anorganischem Fasermaterial und organischem Bindemittel, und organischem Bindemittel und organischem Fasermaterial ein.
Eine geeignete nicht formbare, flexible, nicht intumeszente Schicht umfasst in Prozent des Trocken gewichts etwa 10 Prozent bis etwa 99,5 Prozent anorganische Fasermaterialien, etwa 0,5 Prozent bis etwa 20 Prozent organische Bindemittel und bis zu 90 Prozent Füllstoffe. Eine wünschenswerte flexible, nicht intumeszente Schicht umfasst in Prozent des Trockengewichts etwa 20 bis etwa 99,5 Prozent anorganisches Fasermaterial, etwa 0,5 bis 20 Prozent organisches Bindemittel und bis zu 60 Prozent Füllstoffe. Die nicht formbare, flexible, nicht intumeszente Schicht kann auch ein oder mehrere organische(s) Fasermaterial(ien), anorganische(s) Bindemittel und Gemische davon enthalten.
Anorganische Fasermaterialien, welche in den nicht formbaren, flexiblen, nicht intumeszenten Schichten nützlich sind, schließen jene ein, die vorstehend beschrieben sind und insbesondere Aluminosilicat-Fasermaterialien, welche im Handel unter den Handelsnamen „FIBERFRAX" 7000M von Unifrax Co., Niagara Falls, NY und „CERAFIBER" von Thermal Ceramics, Augusta, GA erhältlich sind; polykristalline Aluminiumoxid-Fasermaterialien, welche im Handel als SAFFIL^TM-Fasermaterialien von ICI Chemicals and Polymers, Widnes Chesire, UK erhältlich sind, und andere, wie Glasfasermaterialien, Zirconiumoxid/Siliciumoxid-Fasermaterialien, kristalline Aluminiumoxid-Whisker und Mikroglasfasermaterial, welches von Schuller International Co., Denver, CO erhältlich ist; Hochtemperatur-Glasfasermaterial, wie jenes mit dem Handelsnamen „S-2 GLASS" HT von Owens-Corning, und Gemische davon.
Im Allgemeinen sind anorganische Fasermaterialien, welche ein wesentliches Ausmaß an Durchwirkung aufweisen, weniger teuer als nicht durchwirkte anorganische Fasermaterialien. Wie in US-A-4,929,429 erörtert, stellen jedoch nicht durchwirkte anorganische Fasermaterialien im Allgemeinen stärker federnde Matten bereit, welche Haltekräfte bei allen Temperaturen, einschließend eine Rückkehr zu Raumtemperatur, besser aufrechterhalten. Der verwendete Typ der anorganischen Fasermaterialien beeinflusst auch die Kosten. Im Allgemeinen sind anorganische Aluminiumoxid/Siliciumoxid-Fasermaterialien, wie Fasermaterialien mit etwa 50% Aluminiumoxid und 50% Siliciumoxid, vergleichsweise billig.
In einem Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Gemisch von nicht durchwirktem anorganischem Fasermaterial und durchwirktem anorganischem Fasermaterial. Dieses Gemisch wird wünschenswerterweise sowohl in der nicht intumeszenten Schicht, als auch in der intumeszenten Schicht verwendet. Bei einer solchen Verwendung des Gemisches ist das nicht durchwirkte anorganische Fasermaterial der Außenschicht vom selben Typ wie das nicht durchwirkte anorganische Fasermaterial der Innenschicht und das durchwirkte anorganische Fasermaterial der Außenschicht ist vom selben Typ wie das durchwirkte anorganische Fasermaterial der Innenschicht. Auch sind sowohl für die Innenschicht, als auch für die Außenschicht die relativen Anteile von nicht durchwirktem anorganischem Fasermaterial zu durchwirktem anorganischem Fasermaterial die Selben. Man nimmt an, dass dies zu einer einheitlicheren Wärmeleitfähigkeit und zu einheitlicheren spezifischen Wärmen innerhalb der beiden Schichten führt.
Das Gemisch kann in Prozent des Trockengewichts mindestens etwa 40% durchwirktes anorganisches Fasermaterial und bis zu etwa 98% durchwirktes anorganisches Fasermaterial enthalten. Der Gehalt an Durchwirkung kann größer als etwa 10%, stärker gewünscht größer als etwa 25% sein und am stärksten gewünscht kann er etwa 50% des Gehalts der anorganischen Bulkware betragen, wie 50% Fasermaterial und 50% Durchwirkungsbulkware. Das anorganische Fasermaterial können Aluminiumoxid/Siliciumoxid- Fasermaterialien, wie Fasermaterialien mit etwa 50% Aluminiumoxid und 50% Siliciumoxid, sein.
Das Gemisch kann mehr als 0% nicht durchwirktes anorganisches Fasermaterial und bis zu etwa 50 % nicht durchwirktes anorganisches Fasermaterial enthalten. Die vorliegende Erfindung umfasst wünschenswerterweise mehr als 0% bis etwa 30% nicht durchwirktes anorganisches Fasermaterial in Prozent des Trockengewichts der Schicht. Noch stärker gewünscht ist es, wenn in der vorliegenden Erfindung eine Mischung von etwa 25 nicht durchwirktem anorganischem Fasermaterial und 75 durchwirktem anorganischem Fasermaterial in Prozent des Trockengewichts des Gehalts an anorganischem Fasermaterial verwendet wird. In der vorliegenden Erfindung wird wünschenswerterweise ein Fasermaterial mit hohem Aluminiumoxid-Gehalt als das nicht durchwirkte anorganische Fasermaterial verwendet, wie ein etwa 96 %iges Aluminiumoxid-Fasermaterial. Nicht durchwirktes anorganisches Fasermaterial kann auch in höheren Bereichen verwendet werden, aber in der vorliegenden Erfindung werden vorteilhafte Ergebnisse erhalten, sogar wenn kleine Anteile an nicht durchwirktem anorganischem Fasermaterial verwendet werden.
Organische Bindemittel, welche in den nicht formbaren, flexiblen, nicht intumeszenten Schichten nützlich sind, schließen jene ein, die vorstehend beschrieben sind und insbesondere Strukturanordnungen von natürlichem Kautschuk, Polyvinylacetat, Strukturanordnungen von Styrol/Butadien, Strukturanordnungen von Butadien/Acrylnitril und Strukturanordnungen von Acrylat- und Methacrylatpolymeren und -copolymeren.
Füllstoffe, welche in den nicht formbaren, flexiblen, nicht intumeszenten Schichten nützlich sind, schließen jene ein, die vorstehend beschrieben sind und insbesondere expandiertes Vermiculit, delaminiertes Vermiculit, hohle Glasmikrokügelchen, Perlit, und Andere, wie Aluminiumtrihydrat, Magnesiumphosphathexahydrat, Calciumcarbonat und Gemische davon. Füllstoffmaterialien können in der flexiblen, nicht intumeszenten Schicht in Leveln des Trockengewichts von bis zu etwa 90 Prozent, wünschenswerterweise in Leveln von bis zu etwa 60 Prozent und stärker gewünscht in Leveln von bis zu 40 Prozent vorhanden sein.
Anorganische Bindemittel, welche in den nicht formbaren, flexiblen, nicht intumeszenten Schichten nützlich sind, schließen jene ein, die vorstehend für die nicht formbaren, flexiblen, intumeszenten Schichten beschrieben sind und insbesondere Bentonit und andere Tone. Anorganische Bindemittel können in den nicht formbaren, flexiblen Schichten in Leveln von bis zu etwa 90 Prozent, wünschenswerterweise bis zu etwa 30 Prozent und stärker gewünscht bis zu etwa 15 Prozent des Trockengewichts der Schicht vorhanden sein.
Organische Fasermaterialien, welche in den nicht formbaren, flexiblen, nicht intumeszenten Schichten nützlich sind, schließen jene ein, die vorstehend für die nicht formbaren, flexiblen, intumeszenten Schichten beschrieben sind. Organische Fasermaterialien können in den nicht formbaren, flexiblen Schichten der Erfindung in Leveln von bis zu etwa 90 Prozent, wünschenswerterweise bis zu etwa 10 Prozent und stärker gewünscht bis zu etwa 3 Prozent in Prozent des Trockengewichts der Schicht vorhanden sein.
Andere Zusatzstoffe oder Verfahrenshilfsmittel, welche in jedweder der in der Erfindung verwendeten Schichten enthalten sein können, schließen Entschäumungsmittel, oberflächenaktive Mittel, dispergierende Mittel, Netzmittel, Fällungssalze, Fungizide und Bakterizide ein. Im Allgemeinen sind diese Typen von Zusatzstoffen in einer oder mehreren der Schichten in Mengen von weniger als etwa 5 Prozent des Trockengewichts vorhanden.
Wünschenswerterweise werden die mehrschichtigen Flächengebilde der Erfindung gefertigt, indem mindestens zwei verdünnte (wünschenswerterweise nicht über 5 Gewichtsprozent Feststoffe) wässrige Aufschlämmungen hergestellt werden, welche die gewünschten Materialien enthalten, die erste Aufschlämmung auf einem permeablen Substrat, wie einem Sieb oder einem „Drahtnetz" einer Papiermaschine, abgelagert wird, die erste Aufschlämmung durch Gravitation und/oder Vakuum teilweise entwässert wird, um eine Grund- oder „Unter"-Schicht zu bilden, die zweite Aufschlämmung auf der teilweise entwässerten Unterschicht abgelagert wird, die zweite oder Oberschicht teilweise entwässert wird und dann verpresst wird, um beide Schichten mit zum Beispiel Druckwalzen zu verdichten und dann das Flächengebilde mit Wärmewalzen vollständig getrocknet wird, um das fertige Flächengebilde zu bilden. Es sollte als selbstverständlich angesehen werden, dass eine oder jede der Schichten des Flächengebildes der vorliegenden Erfindung zuerst als die Unterschicht des Flächengebildes gebildet werden kann. Jedoch ist die Schicht mit der größten Dicke, wenn trocken, (wie die nicht intumeszente Innenschicht) wünschenswerterweise die Schicht, die zuerst gebildet wird.
Die Schritte von Ablagern und dann Entwässern einer Aufschlämmung auf einer teilweise entwässerten Schicht umfassen ein teilweises Vermischen der Komponenten von beiden Aufschlämmungen. Dieses Vermischen bindet die Schichten dauerhaft und wirkungsvoll zusammen, wobei ein Flächengebilde in einem Stück gebildet wird, wo die Schichten nicht sauber voneinander getrennt sein müssen. Das Vermischen der Schichtkomponenten kann praktisch für das Auge unsichtbar sein oder es kann in einem solchen Ausmaß stattfinden, dass es eine sichtbare Grenz- oder Gradientenschicht zwischen den zwei Schichten bildet. In jedem Fall sind die Schichten dauerhaft aneinander gebunden und bilden ein einzelnes Flächengebilde, wobei jede Schicht einen Teil des gesamten Flächengebildes bildet. Ablagern einer zweiten Schichtaufschlämmung auf einer ersten Schichtaufschlämmung, wenn die erste Schichtaufschlämmung entwässert ist, führt zu einem hohen Ausmaß an Vermischen zwischen den Schichten. Ablagern einer zweiten Schichtaufschlämmung auf einer teilweise entwässerten und zuerst gebildeten Schicht stellt zwei unterschiedliche, aber gebundene Schichten mit geringem sichtbarem Vermischen bereit. Die Erstere wird im Allgemeinen unter Verwendung von Vakuumentwässern auf einem geneigten Drahtnetzbereich einer Drahtnetzbildungsvorrichtung durch nahe aufeinanderfolgendes Ablagern und dann Entwässern der beiden Aufschlämmungen erhalten. Die Letztere wird im Allgemeinen durch Ablagern und Vakuumbilden der Unterschicht auf dem geneigten Bereich einer Drahtnetzbildungsvorrichtung und dann Ablagern und Entwässern der Oberschicht durch ausreichendes Vakuum (durch die Unterschicht) auf einem ebenen oder flachen Teil einer Drahtnetzbildungsvorrichtung erhalten. Die Oberschicht sollte in einer ausreichenden Geschwindigkeit entwässert werden, um so ein unerwünschtes Absetzen der intumeszenten oder anderer Füllstoffmaterialien mit hoher Dichte zu verhindern. Eine ausreichende Entwässerungsgeschwindigkeit stellt Schichten mit homogenen Zusammensetzungen außerhalb der „vermischten" oder „Gradienten"-Schicht bereit.
Bei der Herstellung der Aufschlämmungen werden im Allgemeinen die Materialien mit höherer Dichte, wie die intumeszenten Materialien und die Füllstoffe mit höherer Dichte (wenn verwendet), zu den Aufschlämmungen in einem kleineren Volumenmischgefäß mit einer konstanten Geschwindigkeit kurz vor dem Ablagerungsschritt gegeben. Die Aufschlämmungen, welche die Füllstoffe und die intumeszenten Materialien enthalten, werden ausreichend gerührt, um so zu verhindern, dass sich diese Teilchen in dem Mischtank vor dem Bilden der einzelnen Schichten absetzen. Solche Aufschlämmungen sollten nahezu sofort nachdem sie auf dem Drahtnetz abgelagert wurden teilweise entwässert werden, um ein unerwünschtes Absetzen der Teilchen höherer Dichte zu verhindern. Vakuumentwässern der Aufschlämmungen ist wünschenswert.
Nachdem das teilweise entwässerte, mehrschichtige Flächengebilde gebildet wurde, wird das Flächengebilde getrocknet, um ein Produkt für Endverwendung zu bilden. Nützliche Trocknungsmittel schließen Nasspressen des Flächengebildematerials mit Komprimierungs- oder Druckwalzen, gefolgt von Leiten des Flächengebildematerials durch erwärmte Walzen und Trocknen mit heißer Gebläseluft, wie auf dem Fachgebiet bekannt, ein.
Die mehrschichtigen Flächengebilde der Erfindung können unter Verwendung von Langsiebmaschinen mit sowohl einem geneigten als auch einem flachen Drahtnetzbereich und einem zweiten Stoffauflauf zusätzlich zum Stoffauflauf, mit dem solche Maschinen normalerweise ausgestattet sind, hergestellt werden. Die mehrschichtigen Flächengebilde der Erfindung können auch auf jeder im Handel erhältlichen geneigten Drahtnetzbildungsvorrichtung, welche zur Herstellung von Vielfachflächengebilden gestaltet wurde, wie zum Beispiel einem DOUMAT^TM DELTAFORMER^TM von Sandy Hill Corp., Hudson Falls, NY, hergestellt werden. Eine wünschenswerte Langsiebmaschine weist sowohl einen geneigten Siebbereich, als auch einen darauffolgenden flachen oder horizontalen gerasterten Bereich auf, wobei die „zweite" Schicht aus einem zweiten Stoffauflauf auf die Unterschicht abgelagert und dann unter Verwendung von Vakuum entwässert werden kann.
Zusätzlich können die in der Erfindung verwendeten mehrschichtigen Flächengebilde zudem Kantenschutzmaterialien enthalten. Geeignete Materialien schließen ein Edelstahldrahtsieb, welches um die Kanten gewickelt ist, wie in US-A-5,008,086 (Merry) beschrieben und Umflochtenes oder Seil-ähnliche keramische (das heißt Glas, kristalline Keramik oder Glaskeramik) Fasermaterialumflechtungen oder Metalldrahtnetzmaterial, wie in US-A-4,156,533 (Close et al.) beschrieben, ein. Kantenschutzvorrichtungen können auch aus Zusammensetzungen mit Glasteilchen gebildet werden, wie in EP-A1-639 701 (Howorth et al.), EP-A1-639 702 (Howorth et al.) und EP-A1-639 700 (Stroom et al.) beschrieben.
In einem Aspekt stellt die Erfindung unter Verwendung eines mehrschichtigen Flächengebildes der Erfindung eine Vorrichtung zur Schadstoffbekämpfung bereit, zum Beispiel einen Katalysator oder einen Dieselteilchen-Filter. 1 zeigt einen Katalysator 10, der ähnlich ist zu dem, der in US-A-4,865,818 von Merry et al. offenbart wird. Der Katalysator 10 enthält ein Katalysatormaterial, welches typischerweise auf einer monolithischen Struktur 20, die in dem Katalysator 10 befestigt ist, beschichtet ist. Die monolithische Struktur 20 ist typischerweise keramisch, obwohl auch Metallmonolithen verwendet werden. Das Katalysatormaterial oxidiert Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe und reduziert die Oxide von Stickstoff in Abgasen von Autos, um die Luftverschmutzung zu kontrollieren.
Der Katalysator 10 weist ein Metallgehäuse 11 auf, welches in sich die monolithische Struktur 20 beinhaltet, ein. Das Gehäuse 11 weist Einlass- bzw. Auslassenden 12 bzw. 13 auf.
Die monolithische Struktur 20 weist im Allgemeinen sehr dünne Wände auf, um einen großen Umfang an Oberfläche bereitzustellen, wodurch sie zerbrechlich und anfällig gegenüber Bruch ist. Die monolithische Struktur 20 weist auch einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Allgemeinen in einer Größenordnung auf, die geringer ist, als die des Metallgehäuses (normalerweise Edelstahl) 11, in welchem sie enthalten ist. Um einen Schaden des Monolithen 20 durch Erschütterung und Vibration zu vermeiden, um den thermischen Expansionsunterschied auszugleichen und um zu verhindern, dass sich Abgase zwischen dem Monolithen 20 und dem Metallgehäuse 11 hindurchbewegen, wird eine intumeszente Flächengebildematerialmatte 30 gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen der monolithischen Struktur 20 und dem Metallgehäuse 11 angeordnet. Das Flächengebildematerial 30 kann ein erstes Ende 31 und ein zweites Ende 32 aufweisen.
Das Gehäuse 11, welches auch als eine Einblechung oder eine Ummantelung bezeichnet wird, kann aus geeigneten Materialien hergestellt sein, welche für eine solche Verwendung auf dem Fachgebiet bekannt sind, und wird typischerweise aus Metall hergestellt. Wünschenswerterweise wird das Gehäuse 11 aus Edelstahl gefertigt.
Geeignete Katalysatorelemente 20, welche auch als Monolithen bezeichnet werden, sind auf dem Fachgebiet bekannt und schließen jene ein, welche aus Metall oder Keramik gefertigt sind. Die Monolithe oder Elemente 20 werden zum Tragen der Katalysatormaterialien für den Katalysator 10 verwendet. Ein nützliches Katalysatorelement ist zum Beispiel in US-RE-27,747 (Johnson) offenbart.
Keramische Katalysatorelemente sind im Handel zum Beispiel von Corning Inc., Corning, NY und NGK Insulator Ltd., Nagoya, Japan erhältlich. Zum Beispiel wird ein wabenförmiger keramischer Katalysatormaterialträger unter dem Handelsnamen „CELCOR" von Corning Inc. und „HONEYCERAM" von NGK Insulator Ltd. vermarktet. Metallkatalysatorelemente sind im Handel von Behr GmbH und Co., Deutschland erhältlich.
Der Monolith 20 kann insbesondere ein keramisches Element mit äußerst dünnen Wänden sein. Wie in dieser Anwendung verwendet, ist ein Monolith „mit äußerst dünnen Wänden" ein Monolith mit einer Wanddicke von weniger als 6 Mil (weniger als 0,15 mm). Der Monolith mit äußerst dünnen Wänden 20 kann sogar noch stärker gewünscht ein Monolith mit einer Wanddicke von 4 Mil oder weniger (0,10 mm oder weniger) sein, wie zum Beispiel ein 4/400, 4/600, 4/900, 3/600, 3/900 oder 2/900 Monolith.
Für zusätzliche Details betreffend katalytische Monolithe siehe zum Beispiel „Advanced Ceramic Substrate: Catalytic Performance Improvement by High Geometric Surface Area and Low Heat Capacity" ("Weiterentwickeltes keramisches Substrat: Katalytische Leistungsverbesserung durch hohe geometrische Oberfläche und niedrige Wärmekapazität"), Umehara et al., Paper Nr. 971029, SAE Technical Paper Reihe, 1997; „Systems Approach to Packaging Design for Automotive Catalytic Converters" („Systeme einer Vorgehensweise bei der Gestaltung der Packung von Autokatalysatoren"), Stroom et al., Paper Nr. 900500, SAE Technical Paper Reihe, 1990; "Thin Wall Ceramics as Monolithic Catalyst Supports" („Keramiken mit dünnen Wänden als monolithische Katalysatormaterialträger"), Howitt, Paper 800082, SAE Technical Paper Reihe, 1980 und "Flow Effects in Monolithic Honeycomb Automotive Catalytic Converters" („Fließwirkungen in monolithischen wabenförmigen Autokatalysatoren"), Howitt et al., Paper Nr. 740244, SAE Technical Paper Reihe, 1974.
Die Katalysatormaterialien, welche auf den Katalysatorelementen beschichtet sind, schließen jene ein, die auf dem Fachgebiet bekannt sind (zum Beispiel Metalle, wie Ruthenium, Osmium, Rhodium, Iridium, Nickel, Palladium und Platin, und Metalloxide, wie Vanadiumpentoxid und Titandioxid). Für weitere Details betreffend katalytische Beschichtungen siehe zum Beispiel US-A-3,441,381 (Keith et al.).
2 zeigt einen Dieselteilchen-Filter 40, der ähnlich ist zu dem, der in US-A-5,174,969 von Fischer et al. offenbart wird. Der Dieselteilchen-Filter oder -Abscheider 40 ist ein Wandstromfilter, welcher eine wabenförmige monolithische Struktur 42 aufweist, die ein Bündel von Röhren umfasst. Ein Katalysatormaterial ist typischerweise auf der monolithischen Struktur 42, welche in dem Dieselteilchen-Filter 40 befestigt ist, beschichtet. Das Katalysatormaterial oxidiert Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe und reduziert die Oxide von Stickstoff in Dieselabgasen von Kraftmaschinen, um die Luftverschmutzung zu kontrollieren.
Der Dieselteilchen-Filter 40 weist ein Metallgehäuse 44, welches in sich die monolithische Struktur 42 beinhaltet, auf. Das Gehäuse 44 weist Einlass- bzw. Auslassenden 46 bzw. 48 auf. Die monolithische Struktur 42 weist im Allgemeinen sehr dünne Wände auf, um einen großen Umfang an Oberfläche bereitzustellen, wodurch sie zerbrechlich und anfällig gegenüber Bruch ist. Die monolithische Struktur 42 weist auch einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Allgemeinen in einer Größenordnung auf, die geringer ist, als die des Metallgehäuses (normalerweise Edelstahl) 44, in welchem sie enthalten ist. Um einen Schaden des Monolithen 42 durch Erschütterung und Vibration zu vermeiden, um den thermischen Expansionsunterschied auszugleichen und um zu verhindern, dass sich Abgase zwischen dem Monolithen 42 und dem Metallgehäuse 44 hindurchbewegen, wird eine intumeszente Flächengebildematerialmatte 50 gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen der monolithischen Struktur 42 und dem Metallgehäuse 44 angeordnet.
Nützliche Dieselteilchen-Filterelemente vom Typ Monolith 42 sind typischerweise Wandstromfilter, welche wabenförmiges, poröses, kristallines keramisches (zum Beispiel Cordierit) Material umfassen. Abwechselnde Zellen der wabenförmigen Struktur werden typischerweise eingeschoben, so dass das Abgas in eine Zelle eintritt und durch die poröse Wand einer Zelle gezwungen wird und aus der Struktur durch eine andere Zelle austritt. Die Größe des Dieselteilchen-Filterelements 42 ist abhängig von den besonderen Anwendungsbedürfnissen. Nützliche Dieselteilchen-Filterelemente sind im Handel zum Beispiel von Corning Inc., Corning, NY und NGK Insulator Ltd., Nagoya, Japan erhältlich. Nützliche Dieselteilchen-Filterelemente sind in „Cellular Ceramic Diesel Particulate Filter" („Keramische Dieselteilchen-Zellenfilter"), Howitt et al., Paper Nr. 810114, SAE Technical Paper Reihe, 1981 erörtert.
Bei Verwendung ist das in der Erfindung verwendete mehrschichtige Flächengebilde 30, 50 zwischen dem Monolithen 20, 42 und dem Gehäuse 11, 44 in ähnlicher Weise, sowohl bei einem Katalysator 10, als auch bei einem Dieselteilchen-Filter 40 angeordnet. Dies kann geschehen, indem der Monolith 20, 42 mit dem mehrschichtigen Flächengebilde 30, 50 der Erfindung eingewickelt wird, der eingewickelte Monolith in das Gehäuse 11, 44 eingesetzt wird und das Gehäuse 11, 44 verschlossen wird. Das intumeszente, mehrschichtige Flächengebilde 30, 50 fixiert den Monolithen 20, 42 in dem Gehäuse 11, 44 und verschließt den Abstand zwischen dem Monolithen 20, 42 und dem Gehäuse 11, 44, um zu verhindern, dass sich Abgase am Monolithen 20, 42 vorbeibewegen.
Das mehrschichtige Flächengebilde 30, 50 wird wesentlich zwischen dem Monolithen 20, 42 und dem Gehäuse 11, 44 komprimiert. Zum Beispiel beträgt die Dicke des mehrschichtigen Flächengebildes im Allgemeinen mehr als 100% bis etwa 400% des Umfangsabstandes. Die Kompression des mehrschichtigen Flächengebildes 30, 50 stellt einen Anfangsbefestigungsdruck bereit, der wünschenswerterweise zwischen etwa 20 und 500 kPa liegt. Die Kompression erhöht auch die Dichte des mehrschichtigen Flächengebildes auf eine gewünschte Befestigungsdichte von etwa 0,3 bis 0,6 g/cm³, stärker gewünscht auf eine Befestigungsdichte von etwa 0,4 bis 0,5 g/cm³ und am stärksten gewünscht auf eine Befestigungsdichte von etwa 0,45 g/cm³.
Die Matten 30, 50 sind mehrschichtige Flächengebilde, welche (a) mindestens eine nicht formbare, flexible Schicht, die intumeszent ist, und (b) mindestens eine nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht, welche ein intumeszentes Material umfasst, umfassen, wobei die Schichten wünschenswerterweise ohne die Verwendung von Hilfsbindemitteln ein einzelnes Flächengebilde bilden.
Ein Beispiel eines mehrschichtigen Flächengebildes 50, welches für eine Verwendung in einem Dieselteilchen-Filter 40 geeignet ist, umfasst eine erste nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht, die keramisches Fasermaterial, nicht expandiertes Vermiculit und organisches Bindemittel umfasst, und eine zweite nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht, die keramisches Fasermaterial, expandierbares Graphit und organisches Bindemittel umfasst.
Die Orientierung des mehrschichtigen Flächengebildes zwischen dem Gehäuse und dem Monolithen ist abhängig von den Zusammensetzungen der Schichten des Flächengebildes. So wird zum Beispiel die intumeszente Schicht eines Flächengebildes der Erfindung, welche ein intumeszentes Material, wie expandierbares Graphit, enthält, vorteilhafterweise benachbart zu einem Dieselmonolithen angeordnet. Dies ist deshalb so, weil Dieselteilchen-Filter typischerweise auf Temperaturen unter etwa 500°C erwärmt werden und expandierbares Graphit bei einer Temperatur von etwa 210°C zu expandieren beginnt.
Während der Verwendung der Vorrichtung zur Schadstoffbekämpfung sollte die Befestigungsmatte bei allen Arbeitstemperaturen für eine große Anzahl von thermischen Zyklen federnd bleiben. In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen maximalen Befestigungsdruck von weniger als etwa 500 kPa und einen minimalen Befestigungsdruck von größer als etwa 15 kPa bereit. Bei der Bereitstellung des minimalen Befestigungsdrucks kann es auch wünschenswert sein, dass er größer als etwa 20 kPa ist. In einem anderen Aspekt stellt die Erfindung einen niedrigen Level von Erosion bereit, wie eine Anfangserosionsgeschwindigkeit von weniger als etwa 0,1 g/Stunde, und stärker gewünscht eine Anfangserosionsgeschwindigkeit von weniger als etwa 0,05 g/Stunde und am stärksten gewünscht eine Anfangserosionsgeschwindigkeit von weniger als 0,01 g/Stunde oder weniger.
Die vorliegende Erfindung zieht auch intumeszente Flächengebilde mit drei oder mehr Schichten in Betracht, wobei mindestens eine Schicht ein intumeszentes Material umfasst und wobei benachbarte Schichten wünschenswerterweise unterschiedliche Zusammensetzungen umfassen.
Befestigungstest unter realen Bedingungen (RCFT, real condition fixture test)
Der RCFT ist ein Test, bei welchem wirkliche Bedingungen, welche in einem Katalysator (Auto oder Diesel) mit einem Monolithen (Metall oder Keramik) oder in einem Dieselteilchen-Abscheider während normaler Verwendung vorgefunden werden, modellhaft nachgeahmt werden und bei welchem der Druck gemessen wird, der durch das Befestigungsmaterial unter solchen modellhaft nachgeahmten Bedingungen bei normaler Verwendung ausgeübt wird.
Zwei unabhängig voneinander kontrollierte erwärmte Heizplatten aus Edelstahl mit 50,8 mm mal 50,8 mm werden auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt, um jeweils die Temperaturen des Metallgehäuses und des Monolithen zu simulieren. Gleichzeitig steigt der Raum oder der Abstand zwischen den Heizplatten um einen Wert, welcher aus der Temperatur und den thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines typischen Katalysators des spezifizierten Typs berechnet wurde. Die Temperaturen der Heizplatte und der Abstand sind nachstehend in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt. Die Druckkraft, welche durch das Befestigungsmaterial ausgeübt wird, wird mit einem computerkontrollierten Sintech ID Belastungsrahmen mit einem Extensometer, erhältlich von MTS Systems Corp., Research Triangle Park, NC, gemessen.
TABELLE 1
Die Bedingungen in vorstehender Tabelle 1 ahmen einen keramischen Monolithen mit einem Durchmesser von 12,7 cm mit einer Umhüllung aus 409 Edelstahl nach und sind für die Bedingungen repräsentativ, welche in einem Dieselkatalysator mit einem keramischen Monolithen vorgefunden werden.
TABELLE 2
Die Bedingungen in vorstehender Tabelle 2 ahmen einen keramischen Monolithen mit einer Umhüllung aus Edelstahl und einen Anfangsabstand von 4 mm nach und sind für die Bedingungen repräsentativ, welche in einem Autokatalysator während eines vollständigen Erwärmungs- und Abkühlzyklus vorgefunden werden. Zum Beispiel ahmen die Bedingungen von Tabelle 2 einen Zyklus nach, wie Fahren des Autos über eine wesentliche Strecke, wobei es ermöglicht wird, dass sich die Kraftmaschine vollständig erwärmt, und Abschalten der Kraftmaschine und Ermöglichen, dass sich die Kraftmaschine vollständig auf Umgebungsbedingungen abkühlt. Ein solcher thermischer Zyklus wird typischerweise hunderte oder tausende Male während der Laufzeit des Fahrzeugs auftreten.
3 und 4 sind graphische Darstellungen des vorstehenden Befestigungstests unter realen Bedingungen von Tabelle 2. Ein detailliertes Verständnis, wie die thermischen Bedingungen in einem wirklichen Katalysator vorliegen, ist für ein Verständnis, warum die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Befestigungsmatten verbesserte Ergebnisse gegenüber Befestigungsmatten nach dem Stand der Technik zeigen, nützlich.
Die Beziehung zwischen dem mit dem Befestigungsmaterial gefüllten Abstand und der Arbeitstemperatur des keramischen Monolithen zu jeder besonderen Zeit ist ein komplexes, nicht lineares Phänomen. Wie in 3 gezeigt, kann die Abstandsveränderung während eines ganzen thermischen Laufzyklus in drei Grundabschnitten charakterisiert werden. Während anfänglichem Erwärmen bei niedriger Temperatur (d. h. von Zeit/Erwärmungs-Intervall „a" bis Zeit/Erwärmungs-Intervall „j", während dem anfänglichen Laufen der Kraftmaschine) weist der Abstand einen Keine-Veränderung-Abschnitt 60 auf. Während Erwärmen bei hoher Temperatur (d. h. von Zeit/Erwärmungs-Intervall „k" bis Zeit/Erwärmungs-Intervall „u", während die Kraftmaschine stationäre thermische Arbeitsbedingungen erreicht) durchläuft der Abstand einen Hoher-Anstieg-Abschnitt 62. Der Hoher-Abstandsanstieg-Abschnitt 62 beginnt bei einer Temperatur T_g, die niedrigste Temperatur des Monolithen 20, bei welcher ein wesentlicher Anstieg der Abstandsgröße beobachtet wird. Während dem Abkühlen (d. h. von Zeit/Erwärmungs-Intervall „v" bis zu einer Umgebungstemperatur, nachdem die Kraftmaschine ausgeschaltet ist und man die Kraftmaschine abkühlen lässt) durchläuft der Abstand einen Ständige-Abnahme-Abschnitt 64. Man erkennt, dass dann, wenn die Kraftmaschine weniger als einen ganzen thermischen Zyklus durchläuft, oder neu gestartet wird, bevor die Kraftmaschine vollständig abgekühlt ist, die verschiedenen Abschnitte 60, 62, 64 miteinander vermischt werden.
Die Beziehung zwischen Abstandsveränderung und Temperatur des keramischen Monolithen wird zudem unter Bezug auf 4 erläutert. Die Temperaturen der Monolithoberfläche und die Temperaturen der Gehäuseoberfläche für ausgewählte Zeit/Erwärmungs-Intervalle basieren auf Messungen, welche während einem wirklichen Erwärmen und Abkühlen eines Katalysators durch eine Kraftmaschine erhalten wurden. Die Temperatur gegen den Radialort in der Befestigungsmatte als eine Funktion der Zeit während des Erwärmungs/Abkühlungs-Zyklus der Kraftmaschine wird, basierend auf mehreren Annahmen, modellhaft nachgeahmt.
Der Ort der monolithischen Wand 20 bewegt sich radial nach außen, als eine Funktion der Temperatur gemäß seinem thermischen Ausdehnungskoeffizienten 68, wodurch die Steigung von Gerade 68 bestimmt wird. Gemäß dem relativ niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten 68 des Monolithen 20 verändert sich der Radialort der Kante des Monolithen 20 während seines Erwärmungszyklus von 25°C auf 900°C sehr wenig. Der Ort der Gehäusewand 11 bewegt sich auch radial nach außen, nach außen als eine Funktion der Temperatur, aber mit einer wesentlich größeren Steigung, gemäß seines höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten 70. Gemäß seinem relativ größeren Ausdehnungskoeffizienten 70 verändert sich der Radialort der Außenwand 11 während seines Erwärmungszyklus von 25°C auf 530°C wesentlich.
Man nimmt an, dass ein Temperaturunterschied 72 mindestens während dem Erwärmungszyklus gemäß einem thermischen Kontaktwiderstand an der Berührungsfläche zwischen dem Monolithen 20 und der Befestigungsmatte 30 existiert. In ähnlicher Weise nimmt man an, dass ein Temperaturunterschied 74 mindestens während dem Erwärmungszyklus gemäß einem thermischen Kontaktwiderstand zwischen der Befestigungsmatte 30 und der Außenwand des Gehäuses 11 existiert. Thermische Kontaktwiderstände existieren auch während stationären Zuständen (Zeit/Erwärmungs-Intervall „u") und Abkühlen (Zeit/Erwärmungs-Intervalle „v" bis „ll"), aber man nimmt an, dass sie zu wesentlich kleineren Temperaturunterschieden führen. Der Betrag der thermischen Kontaktwiderstände und die so erhaltenen Temperaturunterschiede 72, 74 sind nicht bekannt und werden von System zu System basierend auf der molekularen Wechselwirkung zwischen dem Material der Befestigungsmatte 30 und den Materialien des keramischen Monolithen 20 und des Gehäuses 11 variieren. Man nimmt an, dass die Temperaturunterschiede 72, 74 relativ zum Gesamttemperaturabfall vom Monolithen 20 zum Gehäuse 11 ziemlich klein sind.
Zur Vereinfachung werden die Temperaturverteilungen durch die Befestigungsmatte 30 als linear abfallend modellhaft nachgeahmt. Es ist bekannt, dass die radiale Natur des Wärmetransfers in den meisten Katalysatorsystemen eine Krümmung bei jeder der Temperaturverteilungsgeraden bereitstellen wird, aber der Betrag der Krümmung ist ziemlich klein, da der Radius der Matte 30 relativ zu ihrer Dicke ziemlich klein ist. Außerdem ist der Wärmetransfer transient, was auch das Ausmaß der Krümmung des Temperaturprofils durch die Matte 30 beeinflussen wird. Die in 4 gezeigte Temperaturverteilung basiert auf einem konstanten Wert für den Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten durch die Befestigungsmatte 30, ohne jedwede Berührungsflächen in der Matte 30. Obwohl sich die angegebenen Annahmen basierend auf den besonderen Umständen von jeder Befestigungsmatte verändern, ist das in 4 gezeigte Temperaturverteilungsprofil für Erklärungszwecke der vorliegenden Erfindung ausreichend.
Wenn der keramische Monolith 20 anfänglich erwärmt wird, baut sich ein zeitabhängiger thermischer Gradient durch die Befestigungsmatte 30 auf. Während des typischen Erwärmungszyklus des Monolithen 20 von 25°C (Umgebung) auf 500°C (d. h. von Zeitintervall „a" bis Zeitintervall „j", T_m = 475°C) erhöht sich die Temperatur des Gehäuses 11 nur in einem relativ kleinen Ausmaß von 25°C auf 70°C (T_h = 45°C). Ein Großteil der Anfangswärme des Monolithen 20 wird nicht direkt auf das Gehäuse 11 übertragen, sondern wird durch einen Anstieg der Temperatur der Befestigungsmatte 30 als eine Funktion der spezifischen Wärme der Befestigungsmatte absorbiert. Außerdem findet die Wärmeleitung durch die Befestigungsmatte 30 nicht sofort statt, sondern benötigt Zeit, als eine Funktion des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten durch die Befestigungsmatte 30. Diese Faktoren verursachen eine thermische Erwärmungs-„Verzögerung" vom Monolithen 20 zum Gehäuse 11.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient 70 des Metallgehäuses 11 beträgt etwa das Zehnfache des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des keramischen Monolithen 20. Während des Erwärmungs/Zeit-Intervalls „a" bis „j" wird der Unterschied zwischen T_m und T_h durch den Unterschied bei den thermischen Ausdehnungskoeffizienten 68, 70 gleichmäßig ausgeglichen und der Abstand bleibt im Wesentlichen konstant.
Während Erwärmen bei hoher Temperatur, so wie die Kraftmaschine stationäre thermische Arbeitsbedingungen erreicht, weitet sich die thermische „Verzögerung" aus oder sie holt auf, wobei ein beträchtlicher Anstieg der Temperatur des Gehäuses 11 stattfindet. Während dem Erwärmen des Monolithen 20 von 550°C auf 900°C (d. h. von Zeitintervall „k" zu Zeitintervall „u", T_m = 350°C) erhöht sich die Temperatur des Gehäuses 11 in einem relativ großen Umfang, von 85°C auf 530°C (T_h = 445°C). Der höhere thermische Ausdehnungskoeffizient 70 des Metallgehäuses 11 tritt kombiniert mit der größeren Temperaturveränderung auf und der Abstand erhöht sich beträchtlich.
Während dem Abkühlen gibt es keine Wärmequelle für den Monolithen 20 und das Temperaturprofil entspricht der Zeit, die notwendig ist, die im Katalysator gespeicherte thermische Energie abzuleiten. Thermische „Verzögerungs"-Wirkungen treten gleich sowohl an der Innenseite, als auch an der Außenseite der Befestigungsmatte 30 auf und der Temperaturgradient durch die Befestigungsmatte 30 weist eine wesentlich flachere Steigung auf. Während dem Abkühlen des Monolithen 20 von 900°C auf 50°C (d. h. von Zeitintervall „u" bis Zeitintervall „ll", T_m = 850°C) erniedrigt sich die Temperatur des Gehäuses 11 entsprechend von 530°C auf 50°C (T_h = 480°C). Der höhere thermische Ausdehnungskoeffizient 70 des Metalls gleicht die kleinere Temperaturveränderung mehr als aus und der Abstand verringert sich langsam.
Die ideale Befestigungsmatte wird Expansionseigenschaften aufweisen, welche die Abstandsgrößenveränderung bei den verschiedenen thermischen Temperaturen widerspiegeln, die für die keramische Wand des Monolithen und die Außenwand erreicht wurde. Außerdem wird die Befestigungsmatte Federungseigenschaften aufweisen, welche im Wesentlichen konstant bleiben, trotz Durchlaufen von thermischen Zyklen und jedweden Kompressionszyklen. Ein Erwärmen und Durchlaufen von thermischen Zyklen der Matte sollte weder Brüchigkeit verursachen, noch die Erosionsbeständigkeit erniedrigen. Es ist wünschenswert eine Befestigungsmatte herzustellen, welche niedrige Kosten aufweist, während eine im Wesentlichen konstante Haltekraft bei allen Abstandsveränderungen erhalten bleibt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass die thermischen Expansionseigenschaften der intumeszenten Materialien relativ zur Veränderung beim Abstand besser angewendet werden.
Dickenmessung
Die Dicke der flexiblen, nicht formbaren Flächengebilde wird durch Platzieren eines Gewichts mit 2 ½ Inch (6,35 Zentimeter) Durchmesser, welches 0,7 psi (4,8 kPa) ausübt, über dem Flächengebilde und Messen der komprimierten Dicke gemessen. Wie hier verwendet, wird die „Dicke" der Flächengebilde oder Schichten über diese Messung bestimmt, obwohl die Flächengebilde bei der Installation zwischen dem keramischen Monolithen 20 und der Außenwand des Metallgehäuses 11 mit wesentlich größeren Kräften komprimiert werden. Vergleiche zwischen der Dicke der Außenschicht und der Dicke der Innenschicht können an jedem Ort des Umfangs der Matte 30, 50 angestellt werden.
Die Messung der Dicke wird auch vor dem ersten und den darauffolgenden Erwärmungszyklen durchgeführt, die eine Expansion des nicht expandierten Vermiculit oder eines anderen intumeszenten Materials verursachen. Wie zudem erläutert wird, kann sich die Kompressionskraft (und folglich die nicht komprimierte Dicke der Matte 30, 50) basierend auf der Kompression und dem zeitlichen Verlauf der Erwärmung der Matte 30, 50 verändern.
Kalterosionstest
Dieser Test ist ein beschleunigter Test, welcher unter Bedingungen durchgeführt wurde, die strenger sind, als wirkliche Bedingungen in einem Katalysator, der Vergleichsdaten für die Erosionsbeständigkeit eines Mattenbefestigungsmaterials bereitstellt.
Eine Testprobe wird zu einem Quadrat, welches 2,54 cm mal 2,54 cm misst, geschnitten, gewogen und zwischen zwei Inconel 601 Hochtemperatur-Stahlplatten unter Verwendung eines Abstandhalters befestigt, wobei eine Befestigungsdichte von 0,700 ± 0,005 g/cm³ erhalten wird. Die Testanordnung wird dann für etwa zwei Stunden bei 800°C erwärmt und auf Raumtemperatur abgekühlt. Die abgekühlte Testanordnung wird dann 3,8 mm vor einem Luftstrahl positioniert, welcher abwechselnd über der Kante der Matte mit 20 Zyklen pro Minute bläst bzw. ansaugt. Der Test wird abgebrochen, nachdem 0,2 Gramm des Materials verloren gegangen sind, oder nach 24 Stunden, je nachdem welcher Fall zuerst eintritt. Der Luftstrahl trifft auf der Matte mit einer Geschwindigkeit von 305 Metern pro Sekunde auf. Die Erosionsgeschwindigkeit wird über den Gewichtsverlust dividiert durch die Zeit des Tests bestimmt und wird in Gramm/Stunde (g/Std.) angegeben.
Beispiele
Die nachstehend beschriebenen Beispiele wurden auf einer Langsiebmaschine zur Papierherstellung mit einem geneigten Drahtnetzbereich und einem darauffolgenden flachen Drahtnetzbereich hergestellt. Der geneigte Drahtnetzbereich war in einem Winkel von 23 Grad zur Horizontale geneigt. Ein erster Stoffauflauf war auf dem geneigten Drahtnetzbereich befestigt. Ein zweiter Stoffauflauf war entweder auf dem geneigten Drahtnetzbereich in der Aufschlämmungsansammlung des ersten Stoffauflaufs oder auf dem flachen Drahtnetzbereich befestigt. Die Stoffaufläufe stellen eine Aufschlämmungsansammlungszone bereit, wobei die Fließgeschwindigkeit der Aufschlämmung auf das sich bewegende Drahtnetz kontrolliert werden kann. Vakuumquellen oder -kammern wurden unter oder nahe vor jedem Stoffauflauf platziert, um die Aufschlämmungen zu entwässern, als sie auf dem Drahtnetzbereich abgelagert wurden. Um ein unerwünschtes Absetzen von relativ dichten Füllstoffen und intumeszenten Teilchen während der Ablagerung der Aufschlämmungen auf dem Drahtnetz zu verhindern, wurden die Vakuumkammern in großer Nähe zu den Stoffaufläufen platziert, so dass ein Entwässern der Aufschlämmungen mit der Ablagerung der Aufschlämmungen auf dem Drahtnetz zusammenfiel. Die Langsiebmaschine war über ein Förderband mit einer herkömmlichen Nasspresswalze und einer Reihe von herkömmlichen dampferwärmten Trockenwalzen und schließlich mit einer herkömmlichen Wickelwalze verbunden. Herkömmliche Pumpen wurden zum Pumpen der Aufschlämmungen zu jedem der Stoffaufläufe verwendet und die Pumpgeschwindigkeiten wurden unter Verwendung von Durchflussregelvorrichtungen kontrolliert.
Beispiele 1 bis 5 (nicht anspruchsgemäß)
Hundert Pfund (45,4 kg) keramische Fasermaterialien (FIBERFRAX^TM 7000M, erhältlich von Unifrax Co., Niagara Falls, NY) wurden in 960 Gallonen (3.634 l) Wasser in einer Mordon-Aufschlämmungsapparatur für eine Minute aufgeschlämmt. Die Fasermaterialaufschlämmung wurde in einen Behälter mit 2000 Gallonen (7.520 l) überführt und mit zusätzlich 140 Gallonen (526 l) Wasser verdünnt. Während dem Mischen wurden neununddreißig Pfund (17,7 kg) Latex mit 45,5 Prozent Feststoffen (RHOPLEX^® HA-8, erhältlich von ROHM & HAAS, Philadelphia, PA) zugegeben. Dann wurden elf Pfund (5,0 kg) Aluminiumsulfat (50 Prozent Feststoffe) zugegeben, um den Latex zur Ausflockung zu bringen. Diese Latexfasermaterial-Aufschlämmung wird hier nachstehend als Formulierung „A" bezeichnet.
Eine zweite Aufschlämmung wurde hergestellt, indem 100 Pfund (45,4 kg) keramische Fasermaterialien (FIBERFRAX^TM 7000M) in 960 Gallonen (3.634 l) Wasser aufgeschlämmt und für eine Minute gemischt wurden. Zu den aufgeschlämmten Fasermaterialien wurden dreiundvierzig Pfund (19,5 kg) expandiertes Vermiculit (ZONOLITE^® #5, erhältlich von W. R. Grace Co., Cambridge, MA) gegeben und es wurde gemischt, bis es dispergiert war. Die Aufschlämmung aus Fasermaterial und expandiertem Vermiculit wurde in einen Behälter mit 1500 Gallonen (5.678 l) gepumpt und mit zusätzlichen 140 Gallonen (526 l) Wasser verdünnt. Neununddreißig Pfund (17,7 kg) Latex (RHOPLEX^® HA-8, 45,5 Prozent Feststoffe) wurden während dem Mischen zugegeben und 11 Pfund (5,0 kg) Alaun (50 Prozent Feststoffe) wurden zugegeben, um den Latex zur Ausflockung zu bringen. Diese Aufschlämmung wird hier nachstehend als Formulierung „B" bezeichnet.
Die Aufschlämmungen der Formulierungen A und B wurden in getrennten Mischtanks mit 50 Gallonen (189 l) dosiert, wobei nicht expandiertes Vermiculit mit einer Maschenweite zwischen 20 und 50 mesh, welches nachstehend als „V" bezeichnet wird, und expandierbares Graphit (expandierbare GRAFOIL^® Qualität 338-50 Graphitflocke, erhältlich von UCAR Carbon Co., Inc., Cleveland, OH), welches nachstehend als „G" bezeichnet wird, zudosiert und in die „A"- und/oder „B"-Aufschlämmungen mit einer ausreichenden Geschwindigkeit gemischt wurden, um eine im Wesentlichen konstante Konzentration aufrecht zu erhalten. Die Aufschlämmungen, welche die intumeszenten Materialien enthielten, standen unter Verwendung einer Propellerrührvorrichtung mit 3 Blättern, welche sich mit einer ausreichenden Geschwindigkeit drehte, um das intumeszente Material in der Aufschlämmung suspendiert zu halten, unter kontinuierlichem Rühren. Die Aufschlämmungen und Teilchen wurden in verschiedenen Geschwindigkeiten zudosiert und entweder in die Stoffaufläufe der Oberschicht oder in die der Unterschicht geleitet, wobei mehrschichtige Flächengebilde mit den gewünschten Trockengewichtszusammensetzungen und Dicken hergestellt wurden. Die Aufschlämmung, welche im Stoffauflauf der Unterschicht enthalten war, wurde unter Verwendung einer horizontal rotierenden Mischwalze kontinuierlich gerührt. Beide Stoffaufläufe wurden am geneigten Bereich des Drahtnetzes befestigt, wie vorstehend beschrieben. Die Drahtnetzgeschwindigkeit wurde bei etwa 2 Fuß/Minute (0,61 m/Minute) gehalten und die A- und B-Aufschlämmmungen wurden zu den jeweiligen Stoffaufläufen mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 Gallonen/Minute (18,9 l/Minute) gepumpt, um das gewünschte Schichtflächengewicht und die gewünschte Dicke zu erreichen. Ausreichend Vakuum wurde auf die Aufschlämmungen angewendet, um geformte und entwässerte Schichten zu erhalten. Die entwässerten, mehrschichtigen Flächengebilde wurden dann durch Walzen nassgepresst, unter Verwendung von Trocknungswalzen getrocknet und dann an einer Wickelvorrichtung aufgewickelt, wobei eine kontinuierliche Rolle gebildet wurde. Die Flächengebildegesamtdicke, die Flächengebilde- und Schichtflächengewichte und die Trockengewichtsprozentanteile von V und G in jeder Schicht der Beispiele 1 bis 5 sind nachstehend in Tabelle 3 gezeigt.
Beispiel 6 (nicht anspruchsgemäß)
Fünfundsiebzig Pfund (34,1 kg) keramische Fasermaterialien (FIBERFRAX^TM 7000M) wurden in 400 Gallonen (1514 l) Wasser für 90 Sekunden in einer Mordon-Aufschlämmungsapparatur aufgeschlämmt und dann in einen Behälter mit 2000 Gallonen (7570 l) überführt. Davon unterschiedliche 75 Pfund (34,1 kg) keramische Fasermaterialien (FIBERFRAX^TM 7000M) wurden wie vorstehend beschrieben aufgeschlämmt und zum Behälter mit 2000 Gallonen (7570 l) gegeben und die kombinierten Chargen wurden mit 250 Gallonen (946 l) Spülwasser verdünnt. Zweiundzwanzig Pfund (10 kg) Latex (AIRFLEX^TM 600 BP, 55 Prozent Feststoffe), 3,3 Pfund (1,5 kg) flüssiges Natriumaluminat (NALCO^TM 2372 von Nalco Chemical, Naperville, IL) und 3,1 Unzen (0,09 Liter) Entschäumungsmittel (FOAMASTER^TMIII von Henkel Co., Edison, NJ) wurden dann während dem Mischen zu dem Behälter gegeben. Nach 2 bis 3 Minuten wurde der pH-Wert des Gemisches mit 5,6 gemessen. Dann wurden 23 Pfund (10,4 kg) Aluminiumsulfat (50 Prozent Feststoffe) mit einem äquivalenten Volumen an Wasser verdünnt und langsam während Mischen zu dem Behälter gegeben, wobei eine Aufschlämmung gebildet wurde. Diese Aufschlämmung wird hier nachstehend als Formulierung „C" bezeichnet.
Zweihundert Gallonen (757 l) der Aufschlämmung von Formulierung „C" wurden dann in einen Behälter mit 1500 Gallonen (5678 l) gepumpt und mit zusätzlichen 200 Gallonen (757 l) Wasser verdünnt. Fünfzig Gallonen (189 l) dieser Aufschlämmung wurden von dem Behälter abgelassen. Die so erhaltene Aufschlämmung wird hier nachstehend als Formulierung „D" bezeichnet. Fünfzig Pfund (22,7 kg) expandierbares Graphit (G) (expandierbare GRAFOIL^TM Qualität 338-50 Graphitflocke) wurden während Mischen zu der Aufschlämmung von Formulierung „D" gegeben. Zu diesem Zeitpunkt wurden 3,4 Unzen (0,1 l) roter Farbstoff (GRAPHTOL^TM Red Pigmentdispersion von Sandoz Colors and Chemicals East Hanover, NJ) zu der Aufschlämmung von Formulierung „C" in dem Behälter mit 2000 Gallonen (7570 l), welcher die Stammsuspension enthielt, gegeben. Kontinuierliches Mischen wurde aufrechterhalten, zusätzlich zur Zirkulation der Aufschlämmungen über Pumpen durch einen Auslass am Boden durch einen Schlauch mit 2 Inch (5,1 Zentimeter), mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend war, um alle Feststoffe in beiden Behältern in Suspension zu halten.
Die Aufschlämmung von Formulierung „C" wurde dann dosiert mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend war, das gewünschte Flächengewicht der Grundbahn aufrecht zu erhalten, in einen Mischtank mit 50 Gallonen (189 l) Kapazität überführt. Nicht expandiertes Vermiculit (V) wurde in einer Geschwindigkeit zu dem Mischtank gegeben, die ausreichend war, den gewünschten Anteil an Vermiculit in der Unterschicht des Flächengebildes aufrecht zu erhalten. Diese Anteile wurden erhalten, indem zuerst das Flächengewicht der ohne Vermiculit gebildeten Schicht gemessen wurde und dann der Zufluss der Aufschlämmung von Formulierung „C" zu dem Mischtank, bevor das nicht expandierte Vermiculit zu dem Mischtank zudosiert wurde, angepasst wurde und dann die Geschwindigkeit der Zugabe von nicht expandiertem Vermiculit angepasst wurde, wobei das gewünschte Flächengewicht der so erhaltenen Unterschicht erhalten wurde.
Die Aufschlämmung der Formulierung „C" + V aus dem Mischtank wurde über Gravitation in den ersten Stoffauflauf gegeben, welcher an dem geneigten Drahtnetzbereich der vorstehend beschriebenen Langsiebmaschine befestigt war, wobei bei einer Drahtnetzgeschwindigkeit von 26,4 Inch (67,1 cm) pro Minute eine Schicht mit einer Breite von 12 Inch (30,5 cm) gebildet wurde. Die Aufschlämmung der Formulierung „D" + G wurde in den zweiten Stoffauflauf gegeben, welcher an dem flachen Drahtnetzbereich der Langsiebmaschine befestigt war. Ausreichend Vakuum durch die Unterschicht wurde an dem Punkt aufrechterhalten, an dem die Aufschlämmung der Formulierung „D" + G aufgebracht wurde, so dass die Aufschlämmung teilweise entwässert wurde, wobei eine nicht formbare, flexible Schicht mit etwa 70 Gew.-% expandierbarem Graphit gebildet wurde. Beispiel 6 ist nachstehend in Tabelle 3 beschrieben.
TABELLE 3

1. V = nicht expandiertes Vermiculit; G = expandierbares Graphit; (%) = in Prozent des Trockengewichts der Schicht.
2. Das Gesamtflächengewicht von beiden Schichten ist in Klammern gezeigt.
3. Die Gesamtdicke von beiden Schichten ist in Klammern gezeigt.

Alle vorstehenden mehrschichtigen Flächengebilde waren flexibel und federnd und die Schichten waren zusammengebunden, so dass die Schichten nicht sauber an der Grenze zwischen den Schichten getrennt werden konnten. Jedes der mehrschichtigen Flächengebildebeispiele konnte ohne Brechen oder unerwünschtes Reißen gehandhabt werden. Die vorstehenden Beispiele zeigen auch, dass solche flexiblen und federnden mehrschichtigen Flächengebilde unter Verwendung eines kontinuierlichen Verfahrens, welches, verglichen mit einem Verfahren, wobei Mehrfachschichten unter Verwendung eines Klebstoffes oder anderer Hilfsbindemittel zusammengebunden werden, weniger teuer und effizienter ist, hergestellt werden können.
Beispiel 7 (nicht anspruchsgemäß)
Das vorstehend beschriebene Beispiel 6 und das nachstehend beschriebene Vergleichsbeispiel 1 wurden nach dem vorstehend beschriebenen Befestigungstest unter realen Bedingungen (RCFT) auf Haltefestigkeit getestet und verglichen. Die beim RCFT verwendeten Temperaturen sind repräsentativ für jene, die in einem Dieselkatalysator vorgefunden werden. Vergleichsbeispiel 1 (C1) war eine Einzelschicht mit 4070 Gramm pro Quadratmeter (Nennwert), ein intumeszentes Niedrigtemperaturflächengebilde aus keramischem Fasermaterial, welches nicht expandiertes Vermiculit enthielt und im Handel unter dem Handelsnamen „INTERAM" TYPE 200 von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN erhältlich ist. Die Startbefestigungsdichten von Beispiel 6 und C1 waren 0,9 bzw. 1,0 Gramm pro Kubikzentimeter.
Die Ergebnisse des RCFT für Beispiel 6 und C1 sind nachstehend in Tabelle 4 gezeigt. Die Ergebnisse des Tests zeigen, dass das mehrschichtige Flächengebilde von Beispiel 6 höhere Drucke oder eine höhere Haltekraft über den Temperaturbereich bereitstellt, als das Flächengebilde von Vergleichsbeispiel 1.
TABELLE 4
Beispiel 8
Ein mehrschichtiges Flächengebilde, welches in der Oberschicht ein Gemisch von nicht expandiertem Vermiculit und expandierbarem Graphit und in der Unterschicht nicht expandiertes Vermiculit enthielt, wurde, wie vorstehend für die Beispiele 1 bis 5 beschrieben, hergestellt. Beispiel 8 ist nachstehend in Tabelle 5 beschrieben.
TABELLE 5

Das mehrschichtige, intumeszente Flächengebilde von Beispiel 8 war flexibel und konnte ohne Brechen oder unerwünschtes Reißen gehandhabt werden. Das mehrschichtige Flächengebilde von Beispiel 8 konnte auch nicht sauber an der Grenze zwischen den Schichten getrennt werden.
Beispiel 9
Das vorstehend beschriebene Beispiel 8 und das nachstehend beschriebene Vergleichsbeispiel 2 wurden nach einem RCFT unter Verwendung des für einen Autokatalysator vorstehend beschriebenen Temperaturprofils auf Haltefestigkeit getestet und verglichen. Das Vergleichsbeispiel (C2) war eine Einzelschicht mit 3100 Gramm pro Quadratmeter (Nennwert), ein intumeszentes Flächengebilde aus keramischem Fasermaterial, welches nicht expandiertes, behandeltes Vermiculit enthielt und im Handel unter dem Handelsnamen „INTERAM" TYPE 100 von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN erhältlich ist. Die Startbefestigungsdichte von Beispiel 8 und C2 betrug 1,0 Gramm pro Kubikzentimeter.
Die Ergebnisse des RCFT für Beispiel 8 und C2 sind nachstehend in Tabelle 6 gezeigt. Die Ergebnisse des Tests zeigen, dass das intumeszente, mehrschichtige Flächengebilde von Beispiel 8 höhere Drucke oder eine höhere Haltekraft über den Temperaturbereich bereitstellt und dass es einen niedrigeren Druckabfall bei niedrigen Temperaturen (25 bis 400°C) bereitstellt, als das intumeszente Flächengebilde von Vergleichsbeispiel 2.
TABELLE 6
Der Haltedruck weist ein ersten Zyklus-Minimum (im Erwärmungs/Zeit-Intervall „f") auf, welches zahlenmäßig als ein Prozentsatz des Anstiegs der Anfangshaltekraft charakterisiert werden kann: (183 – 65)/183 = 64 %
Der Haltedruck weist einen wesentlichen Anstiegsanteil von Erwärmungs/Zeit-Intervall „f" zu Erwärmungs/Zeit-Intervall „r" auf, verbunden mit dem ersten Erwärmen des nicht expandierten Vermiculitmaterials auf eine Temperatur über seiner Intumeszenztemperatur T_int von etwa 300 bis 340°C. Der Haltedruck weist ein ersten Zyklus-Maximum (im Erwärmungs/Zeit-Intervall „r") auf, welches zahlenmäßig als ein Prozentsatz des Anstiegs der Anfangshaltekraft charakterisiert werden kann: (1022 – 183)/183 = 458 %
Dieses ersten Zyklus-Maximum zeigt, dass die vollständige Expansion des intumeszenten Materials während dem ersten Zyklus im Wesentlichen beim Erwärmungs/Zeit-Intervall „r" abgeschlossen ist, wenn das Gehäuse 430°C aufweist. Der Haltedruck fällt (d. h. er weist einen ersten Zyklus-Verlust auf) auf eine Nachzyklus-Umgebungshaltekraft 80. Der ersten Zyklus-Verlust beträgt ungefähr 41 %. Der ersten Zyklus-Verlust ist gemäß den andauernden Wirkungen des zeitlichen Verlaufs von hoher Kompression/Erwärmen des Mattenmaterials.
Zusätzliche RCFT Ergebnisse von Vergleichsbeispiel 2 sind zudem in 5 gezeigt. Dieser RCFT wurde an einer zweiten, unterschiedlichen „INTERAM" TYPE 100 Matte von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN durchgeführt und gemäß leichten Unterschieden bei der Befestigungsdichte wurden etwas höhere Befestigungsdrucke (d. h. eher etwa 300 kPa als 183 kPa) bereitgestellt, als jene, die in Tabelle 6 gegeben sind. Das ersten Zyklus-Minimum 76 beträgt etwa 60 %, das ersten Zyklus-Maximum 78 beträgt etwa 305 und der ersten Zyklus-Verlust kann zahlenmäßig als ein Prozentsatz der Abnahme der Anfangshaltekraft charakterisiert werden: (300 – 146)/300 = 51 %
5 zeigt auch darauffolgende thermische/Kompressions-Zyklen der CE2-Befestigungsmatte. Der Haltedruck weist ein darauffolgendes Zyklus-Minimum 82 auf, welches zahlenmäßig als ein Prozentsatz der Abnahme der Anfangshaltekraft charakterisiert werden kann: (300 – 90)/300 = 70 %
Der darauffolgende Punkt des Zyklus-Minimums 82 kann auch zur Bestimmung eines zweiten Zyklus-Verlusts verwendet werden, welcher zahlenmäßig als ein Prozentsatz der Abnahme der Nachzyklus-Umgebungshaltekraft 80 charakterisiert ist: (145 – 90)/145 = 38 %
Die ideale Befestigungsmatte würde sowohl das ersten Zyklus-Minimum 76, als auch das ersten Zyklus-Maximum 78, den ersten Zyklus-Verlust, das darauffolgende Zyklus-Minimum 82 und den zweiten Zyklus-Verlust verringern, so nahe wie möglich an Null Prozent (d. h. so nahe wie möglich an konstanten Druck) heran.
Beispiele 10 bis 16 (nicht anspruchsgemäß)
Vierzehn Pfund (6,3 kg) 50 % Kieselsäure, 50 Aluminiumoxidmasse, welches etwa 50 % Fasermaterialien, 50 % Durchwirkung (KAOWOOL^® HA Masse, erhältlich von Thermal Ceramics, Augusta, GA) enthält, und 4,2 Pfund (1,9 kg) 96 %ige Aluminiumoxid-Fasermaterialien, welche im Wesentlichen keine Durchwirkung enthalten (SAFFIL^® LDM, erhältlich von ICI Chemicals and Polymers, Widnes Chesire, UK) wurden in 400 Gallonen (1514 l) Wasser in einer Mordon-Aufschlämmungsapparatur für 65 Sekunden aufgeschlämmt. Die Fasermaterialaufschlämmung wurde in einen Behälter mit 1500 Gallonen (5679 l) überführt und mit zusätzlichen 300 Gallonen (1136 l) Spülwasser verdünnt. Während dem Mischen wurden sechs Pfund (2,7 kg) Acryl-Ethylvinylacetat-Latexbindemittel (55% Feststoffe, AIRFLEX^® 600 BP, erhältlich von Air Products, Allentown, PA) zugegeben. Dann wurden sechs Pfund (2,7 kg) wässrige Aluminiumsulfat-Lösung, bekannt als Papierherstellungs-Alaun (50 Prozent Feststoffe), zugegeben, um den Latex zur Ausflockung zu bringen. Auch wurden zweidrittel Unzen (20 ml) eines Entschäumungsmittels (FOAMASTER^® III, erhältlich von Henkel Corp., Edison NJ) und sieben Pfund (3,2 kg) eines 0,1%igen flüssigen Polyacrylamid-Flockungsmittels (NALCO^® 7530, erhältlich von Nalco Chemical Co. von Naperville, IL) zugegeben. Diese Latexfasermaterial-Aufschlämmung wird hier nachstehend als Formulierung „E" bezeichnet.
Die Aufschlämmung der Formulierung „E" wurde in zwei getrennte Anteile aufgeteilt, wobei etwa 80% der Aufschlämmung in einem Anteil und etwa 20% der Aufschlämmung im zweiten Anteil vorhanden waren. Eine Menge von nicht expandiertem Vermiculit mit einer Maschenweite zwischen 18 und 50 mesh (erhältlich von Cometals, Inc.) wurde zudosiert und in den 20% Anteil der Aufschlämmung „E" mit einer Geschwindigkeit gemischt, so dass eine im Wesentlichen konstante Konzentration aufrechterhalten wurde. Die intumeszentes Material enthaltende Aufschlämmung „E" stand unter kontinuierlichem Rühren, um das intumeszente Material in der Aufschlämmung suspendiert zu halten.
Der 80% Anteil der Aufschlämmung „E" wurde in den Stoffauflauf der Unterschicht geleitet und der 20% Anteil der Aufschlämmung „E", welcher die intumeszenten Teilchen enthielt, wurde in den Stoffauflauf der Oberschicht geleitet, wobei mehrschichtige Flächen gebilde mit den gewünschten Trockengewichtszusammensetzungen hergestellt wurden. Die Drahtnetzgeschwindigkeit wurde bei etwa 1,7 Fuß/Minute (0,52 m/Minute) gehalten und die Aufschlämmmungsanteile wurden zu den jeweiligen Stoffaufläufen mit einer Gesamtgeschwindigkeit von etwa 16 Gallonen/Minute (61 l/Minute) gepumpt, um das gewünschte Schichtflächengewicht und die gewünschte Dicke zu erreichen. Ausreichend Vakuum wurde auf die Aufschlämmungen angewendet, um geformte und entwässerte Schichten zu erhalten. Die entwässerten, mehrschichtigen Flächengebilde wurden dann durch Walzen nassgepresst, unter Verwendung von Trocknungswalzen getrocknet und dann an einer Wickelvorrichtung aufgewickelt, wobei eine kontinuierliche Rolle gebildet wurde. Die Trockengewichtsprozentanteile von intumeszenten Teilchen in jeder Schicht und insgesamt, die Schicht- und Flächengebildegesamtdicke und die Schicht- und Flächengebildeflächengewichte der Beispiele 10 bis 14 sind nachstehend in Tabelle 7 gezeigt.
TABELLE 7
Die RCFT Ergebnisse der Beispiele 10 bis 14 sind in den 6 bis 10 gezeigt. Bei jeder dieser Proben wurden für den RCFT mehrfache thermische/Kompressions-Zyklen durchlaufen. Die Testergebnisse für aufeinanderfolgende Zyklen sind auffallend unterschiedlich, im Vergleich zu den Testergebnissen für jeden ersten Zyklus. Während die Abstandsveränderung trotz des früher durchlaufenen thermischen/Kompressions-Zyklus im Wesentlichen gleich ist, verändert sich die durch die Matte ausgeübte Druckkraft wesentlich. Das heißt, der frühere thermische zeitliche Verlauf und der frühere zeitliche Verlauf der Kompression von jeder Matte beeinflussen das Ausmaß des Haltedrucks in darauffolgenden Erwärmungszyklen wesentlich.
Man nimmt an, dass mehrere miteinander in Beziehung stehende Wirkungen zu der wesentlichen Veränderung, welche durch einen vorhergehenden thermischen zeitlichen Verlauf und einen vorhergehenden zeitlichen Verlauf der Kompression von jeder Matte verursacht wird, beitragen. Das Ausmaß der intumeszenten Expansion ist im Wesentlichen unterschiedlich für nicht expandiertes Vermiculit gegenüber früher expandiertem Vermiculit. Während der nicht expandierte Vermiculit beim ersten Erwärmen auf seine intumeszente Temperatur T_int einer wesentlichen Expansion unterliegt, sind die intumeszenten Expansionseigenschaften beim Durchlaufen von darauffolgenden thermischen Zyklen wesentlich verringert. Man nimmt an, dass hohe Kompressionskräfte einen wesentlichen Einfluss auf die Fasermaterialmatrix in der Matte haben. Hohe Kompressionskräfte in der Matte, insbesondere wenn mit einer hohen Temperatur kombiniert, können einen mikroskopischen Schaden am Fasermaterial, Schrumpfung und/oder eine Kompressionsverformung verursachen, was folgend dem/der hohen Befestigungsdruck/Befestigungstemperatur dazu führt, dass die Fasermaterialmatrix weniger federnd ist und eine niedrigere Befestigungskraft ausübt. Wirkungen von Durchlaufen von Zyklen von Kompression und hoher Temperatur auf die Fasermaterialmatrix können auch die Erosionsbeständigkeitseigenschaften der Matte und die Wärmeleitfähigkeit der Matte verändern.
Das erste Zyklus-Minimum 76, das erste Zyklus-Maximum 78, der erste Zyklus-Verlust, das darauffolgende Zyklus-Minimum 82 und der zweite Zyklus-Verlust für jedes der Beispiele 10 bis 14, verglichen mit dem Vergleichsbeispiel 2 sind nachstehend in Tabelle 8 aufgeführt.
TABELLE 8
Die ideale Befestigungsmatte würde sowohl das erste Zyklus-Minimum 76, als auch das erste Zyklus-Maximum 78, den ersten Zyklus-Verlust, das darauffolgende Zyklus-Minimum 82 und den zweiten Zyklus-Verlust verringern, so nahe wie möglich an Null Prozent (d. h. konstant bei einem Befestigungsdruck) heran. Im Gegensatz zu Vergleichsbeispiel 2, welches auch ein intumeszentes Material einschließt, verringert die vorliegende Erfindung wünschenswerterweise das erste Zyklus-Maximum 78 auf einen Wert von weniger als etwa 100, stärker gewünscht auf einen Wert von weniger als etwa 50% und noch stärker gewünscht auf einen Wert von weniger als etwa 10%. Im Gegensatz zu Beispiel 10, welches das selbe Fasermaterialgemisch aber ohne die intumeszente Schicht enthält, verringert die vorliegende Erfindung wünschenswerterweise das erste Zyklus-Minimum 76 auf einen Wert von weniger als etwa 90 % und noch stärker gewünscht auf einen Wert von weniger als etwa 75%. Im Gegensatz zu Beispiel 10 verringert die vorliegende Erfindung wünschenswerterweise das darauffolgende Zyklus-Minimum 82 auf einen Wert von weniger als etwa 95%, stärker gewünscht auf einen Wert von etwa 90% oder weniger und stärker gewünscht auf einen Wert von etwa 75% oder weniger.
Auch im Gegensatz zu Beispiel 10 verringert die vorliegende Erfindung wünschenswerterweise den zweiten Zyklus-Verlust auf einen Wert von weniger als etwa 95%, stärker gewünscht auf einen Wert von weniger als etwa 85% und noch stärker gewünscht auf einen Wert von etwa 45% oder weniger. Diese ausgezeichneten Ergebnisse werden bei minimalen Kosten für Material, welches nur eine kleine Menge an intumeszentem Material und eine kleine Menge an nicht durchwirktem Fasermaterial mit hohem Aluminiumoxid-Gehalt einschließt, erreicht.
Die ausgezeichneten Ergebnisse können zudem unter Bezug auf 11 erklärt werden. 11 einthält eine „intumeszente Zone" 84 von Beispiel 13, welche mit dem Graphen von Temperatur-Radialort-Zeit/Erwärmungs-Intervall von 3 überlagert ist. Die „intumeszente Zone" 84 ist durch die Intumeszenztemperatur des intumeszenten Materials und durch den Radialort des intumeszenten Materials in der Matte 30 definiert. Das intumeszente Material von Beispiel 13 ist nicht expandiertes Vermiculit mit einer Intumeszenztemperatur T_int von etwa 300 bis 340°C. Andere intumeszente Materialien werden unterschiedliche Intumeszenztemperaturen aufweisen und können in einem engeren oder breiteren Temperaturbereich intumeszent sein. Das intumeszente Material von Beispiel 13 ist nur im Äußeren, etwa 15 bis 40 %, der Dicke der Matte 30 lokalisiert (nachdem die Matte 30 zwischen dem Monolithen 20 und dem Gehäuse 11 komprimiert wird).
Man nimmt an, dass die Transmission von Wärme durch die Matte der vorliegenden Erfindung ziemlich kontinuierlich bleibt. Das heißt, da die Matte gleichzeitig entstanden ist und vielleicht auch weil die Matte die selbe anorganische Fasermaterialmischung überall in der Matte aufweist, dass Wärme durch die Matte übertragen wird, ohne einen thermischen Kontaktwiderstand (d. h. einen Punkt von Temperaturdiskontinuität) zwischen den zwei Schichten der Matte aufzubauen. Dementsprechend bleibt die Annahme einer linearen Temperaturverteilung durch die Matte nahezu genau.
Die erste Temperaturgerade, welche die intumeszente Zone 84 trifft, tritt nach dem Erwärmungs/Zeit-Intervall „j", etwa beim Erwärmungs/Zeit-Intervall „l" auf. Dies fällt mit dem Beginn des Hoher-Anstieg-Abschnitt 62 des Abstandes zusammen. Während sich die Temperaturgeraden durch die intumeszente Zone bewegen (d. h. bis etwa Erwärmungs/Zeit-Intervall „q") expandiert das intumeszente Material. Die Expansion des intumeszenten Materials erhöht den Befestigungsdruck während dieser wichtigen Stufe der RCFT-Kurve (9), genau dann, wenn sich der Abstand am stärksten vergrößert.
Mit dem kleinen Anteil an verwendetem intumeszentem Material und der geeigneten Lokalisierung in der Matte tritt nur eine eingeschränkte Expansion der Matte auf, so dass das ersten Zyklus-Maximum 78 ziemlich niedrig liegt. Eine Federungsverringerung der Fasermaterialmatrix aufgrund hoher Kompressionskräfte bei hohen Temperaturen wird minimiert. Dementsprechend erhalten darauffolgende Zyklen eine maximale Federung und Haltekraft, welche durch die Fasermaterialmatrix bereitgestellt werden.
Um die am stärksten gewünschten Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erhalten, sollte das Verhältnis zwischen der Dicke der Außenschicht t_o und der Dicke der Innenschicht t_i so sein, dass die Temperaturkurve die intumeszente Zone 84 nicht trifft, bis der Abstand den Hoher-Anstieg-Abschnitt 62 trifft. Bei einem Abstand, der bei einem Hoher-Anstieg-Abschnitt bei einer Monolithtemperatur von 500°C (475°C über Umgebung) beginnt, kann dies mathematisch ausgedrückt werden als: to ≤ (to + ti)(Tint – 25°C)/475°C
Anerkennend, dass die transienten Wirkungen des Wärmetransfers, die radiale Natur des Systems und jedwede Unterschiede bei der Wärmeleitfähigkeit zwischen den zwei Schichten die Linearität des thermischen Gradienten durch die Befestigungsmatte beeinflussen, kann der Rand der intumeszenten Zone 84 innerhalb von etwa 10 bis 20 % variiert werden, wobei die Vorteile der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen noch erhalten werden. Die Temperatur des Monolithen T_g, bei welcher der Hoher-Abstandsanstieg-Abschnitt 62 beginnt, kann auch verschieden von 500°C sein, wenn die Größe des Abstandes oder die Wärmeleitfähigkeit wesentlich verändert wird. Das heißt: 0,8(to + ti)(Tint – 25°C)/(Tg – 25°C) ≤ to ≤ 1,2 (to + ti)(Tint – 25°C)/(Tg – 25°C)
12 zeigt einen RCFT eines einzelnen Zyklus an einer einschichtigen, nicht intumeszenten Matte, welche ähnlich zu Beispiel 10 ist, aber kein nicht durchwirktes anorganisches Fasermaterial mit hohem Aluminiumoxid-Gehalt enthält. Statt dessen wurde das gesamte anorganische Fasermaterial durch eine Masse von etwa 50% Aluminiumoxid, 50% Kieselgel, welche etwa 50% Fasermaterialien und etwa 50% Durchwirkung enthielt, bereitgestellt. Wie durch einen Vergleich mit den Beispielen 10 bis 14, welche in den 6 bis 10 gezeigt sind, ersichtlich, stellt diese Matte schlechte Ergebnisse bereit, einschließend ein erstes Zyklus-Minimum von 100%, einen ersten Zyklus-Verlust von 68%, ein darauffolgendes Zyklus-Minimum von 100% und einen zweiten Zyklus-Verlust von 100%. Die Kombination von nicht durchwirktem, anorganischem Fasermaterial und anorganischem Fasermaterial, welches Durchwirkung enthält, von jedem der Beispiele 10 bis 14 stellt viel bessere Ergebnisse bereit.
Kalterosionstests wurden an den Beispielen 10, 11 und an zwei zusätzlichen Beispielen 15 und 16 durchgeführt. Die Parameter und Ergebnisse des Kalterosionstests sind nachstehend in Tabelle 9 angegeben.
TABELLE 9
Wie durch diese Daten gezeigt wird, stellen die Beispiele 11, 15 und 16 ausgezeichnete Erosionsgeschwindigkeitsergebnisse bereit, wie weniger als etwa 0,1 g/Stunde und stärker gewünscht etwa 0,01 g/Stunde oder weniger und am stärksten gewünscht etwa 0,001 g/Stunde oder weniger, mit der Maßgabe, dass der Vermiculit-Teilchengehalt in der Außenschicht nicht zu hoch ist. Die Erosionsgeschwindigkeit variiert im Wesentlichen basierend auf der Befestigungsdichte, und höhere Befestigungsdichten können bei Matten mit hohem Vermiculit-Gehalt oder Matten mit Schichten mit hohem Vermiculit-Gehalt verwendet werden.
Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen bei den Gegenständen der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel sind die Dicken von jeder der hier erörterten verschiedenen Schichten im Wesentlichen überall in der Schicht konstant. Es ist anerkannt, dass Matten innerhalb der vorliegenden Erfindung aufgebaut werden könnten, die aber keinen auf die Fläche bezogenen gleichmäßigen Aufbau aufweisen, wie mit Seitenkanten, die im Vergleich zur Mitte der Matte dicker sind oder unterschiedliche thermische Eigenschaften bereitstellen.

Claims

Vorrichtung zur Schadstoffbekämpfung (10, 40), umfassend ein Gehäuse (11, 44), eine monolithische Struktur (20, 42), die in dem Gehäuse (11, 44) angeordnet ist, und ein flexibles intumeszentes, mehrschichtiges Flächengebilde (30, 50), das zwischen dem Gehäuse (11, 44) und der monolithischen Struktur (20, 42) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zur Schadstoffbekämpfung (10, 40) dadurch gekennzeichnet ist, dass das Flächengebilde umfasst: (A) eine erste nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht, umfassend ein erstes intumeszentes Material, umfassend ein Gemisch von mindestens zwei Materialien aus nicht expandiertem Vermiculiterzmaterial, nicht expandiertem, behandeltem Vermiculiterzmaterial, teilweise dehydratisiertem Vermiculiterzmaterial, expandierbarem Graphit und expandierbarem Natriumsilicat, und (B) eine zweite nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht, umfassend ein zweites intumeszentes Material aus nicht expandiertem Vermiculiterzmaterial, nicht expandiertem, behandeltem Vermiculiterzmaterial, teilweise dehydratisiertem Vermiculiterzmaterial, expandierbarem Graphit, expandierbarem Natriumsilicat, wobei das erste intumeszente Material und das zweite intumeszente Material verschiedene Zusammensetzungen aufweisen.
Vorrichtung zur Schadstoffbekämpfung (10, 40) nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei intumeszenten Materialien der ersten nicht formbaren, flexiblen, intumeszenten Schicht nicht expandiertes Vermiculiterzmaterial und expandierbarer Graphit sind und das intumeszente Material der zweiten nicht formbaren, intumeszenten Schicht nicht expandiertes Vermiculiterzmaterial, nicht expandiertes, behandeltes Vermiculiterzmaterial, oder ein Gemisch davon ist.
Vorrichtung zur Schadstoffbekämpfung (10, 40) gemäß Anspruch 2, wobei die erste nicht formbare, flexible, intumeszente Schicht etwa 20 bis etwa 90% des intumeszenten Gemisches enthält, wobei das intumeszente Gemisch 5 bis etwa 95 Prozent des Trockengewichts nicht expandiertes Vermiculiterzmaterial und etwa 95 bis etwa 5 Prozent des Trockengewichts expandierbaren Graphit, bezogen auf das Gewicht des intumeszenten Gemisches in der ersten Schicht, enthält, und das intumeszente Material in der zweiten Schicht in einer Menge von etwa 10 bis etwa 65 Prozent des Trockengewichts vorhanden ist.