ES2216159T3

ES2216159T3 - Manta compuesta.

Info

Publication number: ES2216159T3
Application number: ES97932921T
Authority: ES
Inventors: John Dinwoodie
Original assignee: Saffil Ltd
Current assignee: Saffil Ltd
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 2004-10-16
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: EP0914246B1; EP0914246A1; DE69728399T2; WO1998004404A1; AU3628797A; CN1267269C; KR20000029471A; DE69728399D1; JP2000515825A; CN1226199A; GB9615720D0

Abstract

SE EXPONE UNA ESTERA LAMINADA COMPUESTA, QUE COMPRENDE UNAS CAPAS PRIMERA Y SEGUNDA, INCLUYENDO LA PRIMERA CAPA UN MATERIAL INTUMESCENTE, Y LA SEGUNDA CAPA UNA SERIE DE FIBRAS INORGANICAS Y UN AGLUTINANTE QUE SIRVE PARA UNIR LAS FIBRAS ENTRE SI Y FIJAR LA SEGUNDA CAPA A LA PRIMERA. SE DESCRIBE IGUALMENTE UN PROCESO PARA PREPARAR LA ESTERA COMPUESTA.

Description

Manta compuesta.

La presente invención se refiere a una manta compuesta laminada que comprende una capa de fibras inorgánicas que están unidas con un ligante y una capa de un material intumescente. Más particularmente, la presente invención se refiere a una manta compuesta laminada que se puede utilizar para el montaje elástico de los monolitos de cerámica frágil o de metal que se encuentran en los convertidores catalíticos y en los filtros particulados diesel en sus cubiertas de metal. La presente invención se refiere asimismo a un procedimiento para preparar una manta compuesta laminada.

Los convertidores catalíticos y los filtros particulados diesel se instalan de forma rutinaria en los automóviles y en otros vehículos rodados para purificar los gases de escape que se generan por el motor. Estos dispositivos comprenden generalmente un monolito celular de cerámica que se empotra dentro de una cubierta de metal y proporciona un soporte para el catalizador. El monolito de cerámica comprende una pluralidad de canales de flujo minúsculos y es una estructura frágil que es susceptible de dañarse cuando se somete a la clase de fuerzas vibracionales que prevalecen cuando se utiliza cualquier vehículo rodado. Además, el monolito y la cubierta de metal de alrededor se someten a temperaturas extremadamente elevadas durante su utilización lo que causa que se expandan, pero no en la misma medida. En consecuencia, el sistema de montaje que se utiliza para montar el monolito de cerámica en su cubierta de metal debe aislar el monolito de las fuerzas vibracionales intrínsecas y compensar cualquier diferencia entre la expansión del monolito y la cubierta. De esta manera, se pueden reducir a un nivel aceptable las fuerzas a las que se somete el monolito durante su utilización como resultado de la expansión diferencial o de las fuerzas vibracionales.

Es conocida la utilización de una manta de fibra compuesta para montar el monolito de cerámica frágil alrededor de la cubierta de metal, ver por ejemplo los documentos US-4.011.651 y WO-94/24425. La manta de fibra se dispone en el espacio anular entre el monolito y la cubierta de metal de alrededor y se mantiene bajo compresión en el espacio anular para ejercer una presión radial sobre el monolito y la cubierta que retiene el monolito en el lugar.

El documento EP-0573834A describe un convertidor catalítico que incluye un monolito montado en un recipiente mediante una manta aislante de calor que está compuesto de fibras de cerámica refractaria formadas por fusión que se han recocido para dar a la manta un valor denominado de resiliencia de por lo menos 10 kPa. Preferentemente, las fibras están en forma cristalina de grano fino. La manta puede asimismo contener una capa separada que comprende escama de vermiculita expandida.

Se ha desarrollado ahora una manta compuesta laminada que comprende una capa de fibras inorgánicas que están unidas con un ligante y una capa de un material intumescente. La manta compuesta se puede utilizar para montar los monolitos de cerámica o de metal encontrados en los convertidores catalíticos y los filtros particulados diesel en sus cubiertas de metal.

Según la presente invención, se proporciona una manta compuesta laminada que comprende una primera y una segunda capas, comprendiendo la primera capa un material intumescente (expandible) y comprendiendo la segunda capa una pluralidad de fibras inorgánicas y un ligante que se utiliza para unir las fibras y para unir la segunda capa a la primera capa.

La manta compuesta laminada según la presente invención comprende dos capas discretas que están unidas para formar un conjunto integral mediante la acción adhesiva del ligante que está contenido en la segunda capa.

Preferentemente, el ligante sustancialmente se distribuye uniformemente en toda la segunda capa por medio de lo cual la segunda capa posee una resistencia a la cizalladura laminar de por lo menos 0,1 MPa.

El material intumescente contenido en la primera capa es preferentemente un mineral de silicato laminar sin expandir y más preferentemente es vermiculita sin expandir. La vermiculita sin expandir está preferentemente en forma de escamas y se puede no tratar o tratar intercambiándola iónicamente con compuestos de amonio tales como dihidrógenofosfato de amonio, carbonato de amonio o cloruro de amonio. En una forma de realización preferida, la primera capa es en si misma una lámina compuesta flexible que comprende una combinación de escamas de vermiculita sin expandir, un ligante orgánico, una carga inorgánica y opcionalmente un material inorgánico fibroso. Materiales inorgánicos fibrosos adecuados incluyen fibras de aluminosilicatos, fibras de vidrio, fibras de zirconia, fibras de zirconia-sílica, fibras de alúmina, rebabas de alúmina, fibras de aluminoborosilicato, fibras de mullita y fibras de titania. Ligantes orgánicos adecuados incluyen caucho natural, copolímeros de estireno-butadieno, copolímeros de butadieno-acrilonitrilo y polímeros y copolímeros de acrilatos y de metacrilatos. Cargas inorgánicas adecuadas incluyen vermiculita expandida, microesferas de vidrio huecas y bentonita. En esta forma de realización preferida, la primera capa comprenderá preferentemente de 20,0 a 65,0% en peso de las escamas de vermiculita expandidas, de 3,0 a 20,0% en peso del ligante orgánico, hasta 40,0% en peso de la carga inorgánica y de 10,0 a 50,0% en peso del material inorgánico fibroso (si está presente). Tales láminas compuestas flexibles están disponibles en un espesor de aproximadamente 1,5 a aproximadamente 10,0 mm bajo la denominación comercial de Interam.

Las fibras inorgánicas contenidas en la segunda capa de la manta compuesta según la presente invención pueden ser cualquiera de las fibras inorgánicas conocidas en la técnica. Sin embargo, cuando la manta compuesta se va a utilizar en los convertidores catalíticos y en los filtros particulados diesel para el montaje elástico de los monolitos de cerámica o metal que contienen, las fibras necesitarán ser estables térmicamente (es decir, no se degradaran) a las condiciones de temperatura elevadas que prevalecen en tales dispositivos. Típicamente, las fibras contenidas en las mantas compuestas que se van a utilizar en tales aplicaciones de montaje serán térmicamente estables a temperaturas superiores a 700ºC, preferentemente superiores a 800ºC y más preferentemente superiores a 900ºC.

Térmicamente, las fibras inorgánicas estables incluyen fibras de cerámica tales como fibras de alúmina, mullita, aluminosilicato, aluminoborosilicato, zirconia y titania así como fibras de cristal vítreo. Las fibras inorgánicas térmicamente estables preferidas son fibras inorgánicas policristalinas, particularmente fibras de óxidos inorgánicos policristalinos, tales como, fibras de alúmina, mullita, aluminosilicato, aluminoborosilicato, zirconia y titania. De éstas, se prefieren particularmente, las fibras de alúmina, por medio de cuyo término se pretende asimismo incluir las fibras de alúmina que comprenden un pequeño % en peso de sílica añadida como estabilizador de fase, Las fibras son preferentemente fibras cortadas cortas que poseen una longitud en el intervalo de 1 a 10 cms y un diámetro medio en el intervalo de 1 a 10 micrones. Fibras de alúmina especialmente preferidas son las que se venden en forma de manta de baja densidad, unido flojo, por Imperial Chemical Industries PLC bajo la denominación comercial de Saffil que son estables térmicamente a temperaturas superiores a 1000ºC.

La segunda capa puede comprender dos o más tipos diferentes de fibras inorgánicas que se pueden mezclar íntimamente o si no segregar y disponer en estructuras definidas, p.ej., en capas discretas.

El ligante contenido en la segunda capa puede ser un material inorgánico, pero es preferentemente orgánico y más preferentemente es un polímero orgánico. Los ligantes orgánicos adecuados se describen más particularmente en los documentos US-4.011.651 y WO-94/24425, cuyas descripciones se incorporan en la presente memoria mediante referencia, e incluyen polímeros derivados de polímeros precursores o prepolímeros que solidifican in situ sobre las fibras inorgánicas como parte del procedimiento utilizado para fabricar la manta compuesta.

Un ligante particularmente adecuado es el obtenido en la solidificación de una composición de polímero curable. Los ejemplos adecuados de composiciones de polímeros curables son los que comprenden una combinación de un polímero acrílico y un agente de reticulación, particularmente un agente de reticulación que contiene un grupo epoxi tal como una resina epoxi. Las composiciones de polímeros curables de este tipo comprenderán típicamente de 90,0% a 99,0% en peso, preferentemente de 95,0 a 99,0% en peso del polímero acrílico y de 1,0 a 10,0% en peso, preferentemente de 1,0 a 5,0% en peso del agente de reticulación. El polímero acrílico es un homopolímero o copolímero apropiado que comprende unidades de monómero derivado de por lo menos un monómero acrílico seleccionado de entre (C_{1-4} alquil)acrilatos de C_{1-8} alquilo, y en una forma de realización preferida es un homopolímero o copolímero que comprende unidades de monómero derivadas de por lo menos un monómero acrílico seleccionado de entre C_{1-4} alquil(met)acrilatos, por ejemplo, metacrilato de metilo, acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de propilo y acrilato de butilo. Un ejemplo adecuado de tal ligante es un copolímero basado en acrilato de n-butilo y acrilonitrilo.

Cuando una manta compuesta según la presente invención va a ser utilizada para montar un monolito de cerámica o de metal en un convertidor catalítico o en una fibra particulada diesel, el ligante contenido en la segunda capa es preferentemente un ligante
orgánico que será sustancialmente pirolizado/quemado por las elevadas temperaturas a las que se someterá la manta en su utilización. Además, el ligante orgánico es preferentemente el que no llevará a la generación de emisiones tóxicas cuando se pirolize/queme y por esta razón está preferentemente libre de cloro y nitrógeno.

La carga del ligante en la segunda capa estará típicamente dentro del intervalo de 2 a 15% en peso y preferentemente dentro del intervalo de 5 a 15% en peso.

Cuando una manta compuesta según la presente invención va a ser utilizada para montar un monolito de cerámica o de metal, las fibras inorgánicas contenidas en la segunda capa se mantendrán en general en un estado comprimido por el ligante de forma que puedan ejercer una presión que actúa entre el monolito y la cubierta de alrededor una vez que se elimina el ligante. Típicamente, la segunda capa tendrá una densidad en el intervalo de 30 a 700 kg/m^{3}, preferentemente en el intervalo de 100 a 500 kg/m^{3} y más preferentemente en el intervalo de 100 a 350 kg/m^{3}.

Preferentemente, la distribución del ligante en la segunda capa es tal que el porcentaje en peso de ligante en cada región de 1 mm^{3}de la capa basado en el peso total de la capa en esa región está dentro del 40%, más preferentemente dentro del 30% y particularmente preferentemente dentro del 20% del porcentaje total en peso del ligante en la capa basado en el peso total de la capa. En una forma de realización especialmente preferida, la distribución del ligante en la segunda capa es tal que el porcentaje en peso del ligante en cada región de 1 mm^{3} de la capa basado en el peso total de la capa en esa región está dentro del 10% del porcentaje total en peso del ligante en la capa basado en el peso total de la capa.

En la manta compuesta según la presente invención, la segunda capa preferentemente posee una resistencia a la cizalladura laminar, por lo cual se quiere significar la fuerza que se debe aplicar para provocar la delaminación de la capa, de por lo menos 0,1 MPa, más preferentemente de por lo menos 0,2 MPa y más preferentemente de por lo menos 0,3 Mpa. La resistencia a la cizalladura laminar se puede medir convenientemente con un instron o máquina similar utilizando una prueba de flexión de tres puntos. Preferentemente, la segunda capa es asimismo capaz de ejercer una presión de por lo menos 10^{4} Pa (1,0 kgf/cm^{2}), más preferentemente en el intervalo de 14,7 x 10^{4} Pa a 39,2 x 10^{4} Pa (1,5 a 4,0 kgf/cm^{2}) cuando una muestra de la capa posee un espesor en el intervalo de 5 a 10 mm se comprime a un espesor de 3 mm entre dos placas y se elimina el ligante.

La segunda capa se forma convenientemente mediante la impregnación de una manta de fibra que comprende las fibras inorgánicas con un sistema ligante líquido que comprende el ligante o un precursor del mismo y un líquido portador. Después de que la masa de fibra se haya impregnado con el sistema ligante líquido, y generalmente seguido por la eliminación de cualquier exceso de líquido portador, se somete la masa de fibra impregnada a la etapa de secado. La masa de fibra impregnada se mantiene preferentemente bajo compresión durante por lo menos una parte de la etapa de secado hasta tal tiempo que el ligante sea capaz de mantener las fibras y limite significativamente la expansión de la capa fibrosa una vez se liberen las fuerzas compresivas. En general, el conjunto de la etapa de secado se realizará mientras la masa de fibra impregnada se mantenga bajo compresión, pero puede asimismo ser posible realizar solo las etapas finales de la etapa de secado de esta manera y todavía obtener resultados satisfactorios. Durante la etapa de secado, se eliminarán sustancialmente todo y preferentemente todo de cualquier líquido portador residual. La eliminación del líquido portador en exceso antes del secado se puede conseguir mediante la presión de la masa de fibra impregnada entre rodillos o placas, colocándola al vacío o por centrifugación.

La presión que se aplica generalmente durante la etapa de secado para comprimir la masa de fibra impregnada estará generalmente en el intervalo de 5 a 500 KPa, preferentemente en el intervalo de 5 a 200 KPa. En general, la presión aplicada es tal como para producir una capa fibrosa unida que posee una densidad en el intervalo de 30 a 700 kg/m^{3}, preferentemente en el intervalo de 100 a 500 kg/m^{3}, más preferentemente en el intervalo de 100 a 350 kg/m^{3}. Cuando la masa de fibra que se impregna es un producto multifibra que posee un espesor en el intervalo de 10 a 60 mm, p.ej., en el intervalo de 30 a 50 mm, y una densidad de área en el intervalo de 0,2 a 2,0 kg/m^{2}, p.ej., en el intervalo de 1,0 a 2,0 kg/m^{2}, la masa de fibra impregnada que resulta se comprimirá generalmente a un espesor en el intervalo de 2 a 5 mm durante la etapa de secado. Esta presión se aplica convenientemente en un procedimiento discontinuo mediante la intercalación de la masa de fibra impregnada o una laminación de la masa de fibra impregnada y una lámina intumescente formada previamente entre placas y a continuación apretando las placas, p.ej., por medio de mordazas, grapas accionadas por resorte o prensas hidráulicas. Alternativamente, en un procedimiento continuo, puede ser conveniente generar las fuerzas compresivas necesarias de la masa de fibra impregnada utilizando una disposición de rodillos o cintas.

La masa de fibra que se impregna puede comprender una pluralidad de fibras discretas o puede tomar la forma de un producto multifibra en el que las fibras individuales se reúnan en una manta de baja densidad que se mantiene flojo junto con el entretejido de la fibra o quizás se consolida más robustamente por alguno de otros medios tales como coserlo, tejerlo, hilvanarlo, troquelarlo con aguja o envasarlo al vacío. Preferentemente, la masa de fibra que se impregna es un producto multifibra, particularmente el que posee un espesor en el intervalo de 10 a 60 mm, más particularmente en el intervalo de 30 a 50 mm, y una densidad de área en el intervalo de 0,2 a 2,0 kg/m^{2}, más particularmente en el intervalo de 1,0 a 2,0 kg/m^{2}.

El sistema ligante líquido puede comprender un material ligante inorgánico, pero preferentemente comprende un ligante orgánico o un precursor del mismo y un líquido portador acuoso u orgánico que es capaz de disolver o dispersar el ligante orgánico o precursor. Los sistemas de ligante adecuados se describen en los documentos US-4.011.651 y WO-94/24425 e incluyen dispersiones o soluciones de polímeros o de polímeros precursores curables (prepolímeros) que pueden solidificar in situ sobre la masa de fibra impregnada como parte de la etapa de secado o en una etapa de procesamiento posterior. El ligante orgánico o su precursor puede ser un material reciclable que permite la recuperación de fibras a partir de producto de residuo generado en la fabricación de la manta compuesta laminada según la presente invención. Un sistema de ligante adecuado particularmente es el que comprende una dispersión, preferentemente una dispersión acuosa, de una composición de polímero curable, algunas veces denominada una resina o látex. Ejemplos adecuados de composiciones de polímero curables son los que comprenden una combinación de un polímero acrílico y un agente de reticulación, en particular un agente de reticulación que contiene un grupo epoxi tal como una resina epoxi. Las composiciones de polímero curable de este tipo comprenderán típicamente de 90,0 a 99,0% en peso, preferentemente de 95,0 a 99,0% en peso del polímero acrílico y de 1,0 a 10,0% en peso, preferentemente de 1,0 a 5,0% en peso del agente de reticulación. El polímero acrílico es adecuadamente un homopolímero o copolímero que comprende unidades de monómero derivadas de por lo menos un monómero acrílico seleccionado de (C_{1-4} alquil)acrilatos de C_{1-8} alquilo, y en una forma de realización preferida es un homopolímero o copolímero que comprende unidades de monómero derivadas de por lo menos un monómero acrílico seleccionado de C_{1-4} alquil(met)acrilatos, por ejemplo metacrilato de metilo, acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de propilo y acrilato de butilo. Un sistema de ligante preferido es el que comprende una dispersión acuosa de un copolímero curable basado en acrilato de n-butilo y acrilonitrilo.

Cuando el sistema ligante líquido es aquel que comprende una composición de polímero curable, puede comprender asimismo un catalizador para acelerar el proceso de solidificación.

A partir de la exposición anterior se apreciará, que mediante el término de sistema ligante líquido se pretende asimismo incluir los sistemas de ligante que comprenden dispersiones o suspensiones de sólidos finamente divididos en vehículos líquidos.

El sistema ligante líquido comprenderá típicamente de 0,5 a 50,0% en peso del ligante o precursor y de 50,0 a 99,5% en peso del líquido portador. Preferentemente el sistema ligante líquido comprenderá de 0,5 a 10,0% en peso, más preferentemente de 1,0 a 5,0% en peso del ligante o precursor y de 90,0 a 99,5% en peso, más preferentemente de 95,0 a 99,0% en peso del líquido portador.

La etapa de secado normalmente implica la aplicación de calor. Se puede emplear un horno convencional para proporcionar calor, pero en un procedimiento que se utiliza para preparar una manta compuesta laminada según la presente invención se emplea un calentador dieléctrico, tal como el calentamiento por microondas o por radiofrecuencia, preferentemente en combinación con un medio de calentamiento convencional tal como un flujo de aire caliente, ya que puede resultar en una distribución del ligante en la segunda capa fibrosa más uniforme apreciablemente. Típicamente, la etapa de secado implicará calentamiento de la masa de fibra impregnada a una temperatura en el intervalo de 80 a 200ºC, preferentemente en el intervalo de 100 a 170ºC. Se prefieren especialmente las temperaturas en el intervalo de 140 a 160ºC.

En consecuencia, en un tercer aspecto según la presente invención se proporciona un procedimiento para la producción de una manta compuesta laminada que comprende las capas primera y segunda, comprendiendo la primera capa un material intumescente y comprendiendo la segunda capa una pluralidad de fibras inorgánicas y un ligante que une las fibras inorgánicas, comprendiendo dicho procedimiento formar la segunda capa mediante un procedimiento que comprende impregnar una masa de fibra que comprende las fibras inorgánicas con un sistema ligante líquido que comprende el ligante o un precursor del mismo y un líquido portador y someter la masa de fibra impregnada que se obtiene a una etapa de secado que comprende la utilización del calentamiento dieléctrico de forma que por lo menos se elimine el líquido portador.

En otro procedimiento que se utiliza para preparar una manta compuesta laminada según la presente invención, se conducen por lo menos las etapas finales del procedimiento utilizadas para eliminar el líquido portador mientras la masa de fibra impregnada se coloca en un lado de una lámina formada previamente del material intumescente para permitir que el ligante realice la función de unir la primera y segunda capas.

En consecuencia, en un cuarto aspecto según la presente invención se proporciona un procedimiento para la producción de una manta compuesta laminada que comprende la primera y segunda capas, comprendiendo la primera capa un material intumescente y comprendiendo la segunda capa una pluralidad de fibras inorgánicas y un ligante que se utiliza par unir las fibras inorgánicas y para unir la segunda capa a la primera capa, comprendiendo dicho procedimiento impregnar una masa de fibra que comprende las fibras inorgánicas con un sistema ligante líquido que comprende el ligante o un precursor del mismo y un líquido portador y someter la masa de fibra impregnada que se obtiene a una etapa de secado mientras se deposita como una capa en un lado de una lámina formada previamente que comprende el material intumescente de forma que por lo menos sustancialmente se elimina el líquido portador.

En el procedimiento según este cuarto aspecto, la etapa de secado implica la aplicación de calor. Se puede emplear un horno convencional para proporcionar el calor pero en una forma de realización preferida se utiliza el calentamiento dieléctrico tal como el calentamiento por microondas o radiofrecuencia, preferentemente en combinación con un calentamiento convencional tal como un flujo de aire caliente. Las temperaturas típicas y preferidas utilizadas en la etapa de secado son como se han descrito anteriormente.

En el procedimiento según este cuarto aspecto, una capa de fibras inorgánicas se puede depositar en un lado de la lámina intumescente formada previamente y a continuación impregnarla con el sistema ligante líquido mientras se coloca sobre esa lámina. La eliminación del líquido portador de la capa de fibra impregnada y la solidificación del ligante precursor cuando se utiliza tal material producirá una manta compuesta laminada según la presente invención en el que la capa de fibras inorgánicas se unen y se unen asimismo a la lámina intumescente formada previamente por la acción del ligante que se deja atrás. Alternativamente, la masa de fibra se puede impregnar primero con el sistema ligante líquido y a continuación depositar en un lado de la lámina intumescente formada previamente para formar una capa. Como antes, la eliminación del líquido portador de la masa de fibra impregnada y la solidificación del ligante precursor cuando se utiliza producirá una manta compuesta laminada según la presente invención, pero con esta última técnica se puede eliminar una proporción del líquido portador de la masa de fibra impregnada antes de que se deposite en la lámina intumescente formada previamente.

Puede resultar ventajoso recubrir la lámina intumescente formada previamente con el sistema ligante líquido antes de depositar la masa de fibra o la masa de fibra impregnada sobre ella, p.ej., mediante pulverización de la lámina con el sistema ligante líquido o por inmersión de la lámina en un baño del sistema ligante líquido.

Según este cuarto aspecto según la presente invención, se puede conseguir cualquier eliminación del líquido portador en exceso antes del secado o antes o cuando la masa de fibra impregnada está colocada sobre la lámina intumescente formada previamente. Puede resultar asimismo deseable someter la masa de fibra impregnada a una etapa de secado previo, en la que una proporción sustancial del líquido portador se elimina por la aplicación de calor, antes de que se coloque en posición sobre la lámina intumescente formada previamente. Se lleva a cabo la etapa de secado en si misma mientras la masa de fibra impregnada está en posición sobre la lámina intumescente formada previamente.

Se pueden utilizar diversas técnicas para impregnar la masa de fibras inorgánicas. Por ejemplo, se pueden dispersar las fibras individuales completamente en el sistema ligante líquido y el moldeo de dispersión que resulta en una capa, p.ej., utilizando un procedimiento de fabricación de papel. En el procedimiento del cuarto aspecto según la presente invención, la dispersión se puede moldear como una capa sobre una lámina intumescente formada previamente. Alternativamente, las fibras individuales se pueden depositar como una capa, p. ej., sobre una lámina intumescente formada previamente, y la capa de fibra que resulta impregnarse con el sistema ligante líquido.

Cuando la masa de fibras inorgánicas toma la forma de un producto multifibra en el que las fibras individuales se reúnen en una manta de baja densidad, se puede simplemente sumergir o empapar la manta en el sistema ligante líquido. Alternativamente, la manta de fibra de baja densidad se puede pulverizar con el sistema ligante líquido. En el procedimiento del cuarto aspecto según la presente invención, se puede llevar a cabo el tratamiento de la manta con el sistema ligante líquido antes o después de que la manta se coloque en posición sobre la lámina intumescente formada previamente.

Cuando el sistema ligante líquido comprende una dispersión de un polímero precursor curable, según se prefiere, la etapa de secado puede estar seguida por una etapa de procesamiento adicional en la que solidifica el polímero precursor. Este procedimiento de solidificación implica preferentemente que el polímero precursor experimente alguna forma de reacción de reticulación. Sin embargo, las temperaturas que se emplean en la etapa de secado son suficientes generalmente para secar a la vez la masa de fibra impregnada y solidificar el polímero precursor de forma que generalmente es innecesaria una etapa de solidificación separada. Cuando se utiliza una etapa de solidificación separada, sin embargo, se desea mantener la masa de fibra impregnada bajo compresión para la duración de la etapa de solidificación.

El espesor de la manta compuesta según la presente invención dependerá de la utilización final pretendida para la manta. Sin embargo, cuando la manta compuesta se va a utilizar para montar el monolito de cerámica o de metal en un convertidor catalítico o en un filtro particulado diesel, poseerá típicamente un espesor en el intervalo de 3 a 15 mm, preferentemente en el intervalo de 5 a 12 mm y más preferentemente en el intervalo de 5 a 9 mm.

El espesor de la primera y segundas capas relativo uno a otro puede ser diferente para aplicaciones diferentes y se puede ajustar de forma que la manta compuesta proporcione el mejor rendimiento en una aplicación dada en línea con un coste aceptable. Sin embargo, la primera capa que contiene el material intumescente constituirá típicamente de 10 a 50% del espesor total de la manta compuesta.

La manta compuesta laminada según la presente invención se utiliza asimismo para dar soporte a los monolitos de cerámica encontrados en las unidades de filtración de gas caliente y en las plantas de gasificación de carbón. La manta compuesta laminada según la presente invención se puede asimismo utilizar de manera provechosa en aplicaciones de juntas.

La presente invención se ilustrará a continuación con referencia al siguiente ejemplo, pero sin limitarse al mismo.

Ejemplo 1

Se sumergió en un látex (Acronal (TM) 35D, una dispersión acuosa al 50% de un copolímero curable basado en acrilato de n-butilo y acrilonitrilo disponible en BASF) que se había diluido a un contenido de sólidos de aproximadamente 3% peso/peso una muestra de manta de fibra de alúmina de baja densidad Saffil (TM) que posee un área de aproximadamente 520 mm por 210 mm y un espesor de 25 a 55 mm. La manta Saffil impregnada pesó aproximadamente 131,0 g y tuvo un peso específico por área de superficie de aproximadamente 1,2 kg/m^{2}.

La manta Saffil impregnada se colocó a continuación sobre la parte superior de un trozo de tamaño similar de manta de montaje Interam (TM) 100 (un material laminado intumescente disponible en 3M: densidad de área aproximadamente 1,05 kg/m^{2}) que se había sumergido anteriormente en la misma solución de látex que la manta de Saffil. El laminado que resultó se intercaló entre dos láminas de malla de fibra de vidrio recubierta de PTFE que proporcionó una superficie liberadora y este eMParedado se colocó entre dos láminas de tablero de resina de silicona rellena de fibra de vidrio. El conjunto entero a continuación se prensó junto utilizando abrazaderas de topo hasta que la capa impregnada de "Saffil" se redujo a un espesor de aproximadamente 5 mm (igual a una presión aplicada de aproximadamente 0,5 bar (50 kPa)), y se mantuvo en esta posición con mordazas. Durante este montaje se drenó el exceso de látex de las muestras.

El montaje de molde completo se colocó a continuación sobre la cinta de un horno asistido por aire/radiofrecuencia (RF) y la velocidad de la cinta se ajustó para dar un tiempo de residencia de aproximadamente 20 minutos. La potencia RF del horno se estableció a aproximadamente 5,5 KW y la temperatura del aire en el horno se ajustó a aproximadamente 155ºC. La muestra se eliminó del horno cuando el látex se había secado y solidificado completamente (entrecruzado). Se eliminaron a continuación las mordazas y los tableros cuidadosamente de las muestras y la malla de PTFE se despegó para revelar la manta compuesta final que tenía un espesor de aproximadamente 8 a 9 mm.

Claims

1. Manta compuesta laminada que comprende una primera y una segunda capas, comprendiendo la primera capa un material intumescente y comprendiendo la segunda capa una pluralidad de fibras inorgánicas y un ligante que se utiliza para unir las fibras y para unir la segunda capa a la primera capa.

2. Manta compuesta laminada según la reivindicación 1, en la que sustancialmente el ligante se distribuye uniformemente en toda la segunda capa de tal modo que la segunda capa posee una resistencia a la cizalladura laminar de por lo menos 0,1 MPa.

3. Manta compuesta laminada según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que la distribución del ligante en la segunda capa es tal que el porcentaje en peso de ligante en cada región de 1 mm^{2} de la capa basado en el peso total de la capa en esa región está comprendido dentro del 40% del porcentaje total en peso de ligante en la capa basado en el peso total de la capa.

4. Manta compuesta laminada según la reivindicación 3, en la que la distribución del ligante en la segunda capa es tal que el porcentaje en peso del ligante en cada región de 1 mm^{2} de la capa basado en el peso total de la capa en esa región está comprendido dentro del 10% del porcentaje total en peso del ligante en la capa basado en el peso total de la capa.

5. Manta compuesta laminada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la segunda capa posee una resistencia a la cizalladura laminar de por lo menos 0,2 MPa.

6. Manta compuesta laminada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la segunda capa es capaz de ejercer una presión de por lo menos 9,8 x 10^{4} Pa (1,0 kgf/cm^{2}) cuando una muestra de la capa que posee un espesor en el intervalo de 5 a 10 mm se comprime a un espesor de 3 mm entre dos placas y se elimina el ligante.

7. Manta compuesta laminada según la reivindicación 6, en la que la segunda capa es capaz de ejercer una presión en el intervalo de 14,7 x 10^{4} Pa a 39,2 x 10^{4} Pa (1,5 a 4,0 kgf/cm^{2}) cuando una muestra de la capa que posee un espesor en el intervalo de 5 a 10 mm se comprime a un espesor de 3 mm entre dos placas y se elimina el ligante.

8. Manta compuesta laminada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la primera capa es una lámina compuesta que comprende una combinación de escamas de vermiculita no expandida, un ligante orgánico, una carga inorgánica y opcionalmente un material inorgánico fibroso.

9. Manta compuesta laminada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las fibras inorgánicas contenidas en la segunda capa son estables térmicamente a temperaturas superiores a 700ºC.

10. Manta compuesta laminada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las fibras inorgánicas contenidas en la segunda capa son fibras cerámicas.

11. Manta compuesta laminada según la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en la que las fibras inorgánicas contenidas en la segunda capa son fibras de óxidos inorgánicos policristalinos seleccionados de entre el grupo que consiste en fibras de alúmina, fibras de mullita, fibras de aluminosilicato, fibras de aluminoborosilicato, fibras de zirconia y fibras de titania.

12. Manta compuesta laminada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las fibras inorgánicas contenidas en la segunda capa son fibras cortadas cortas que poseen una longitud en el intervalo de 1 a 10 cm y un diámetro medio en el intervalo de 1 a 10 micrones.

13. Manta compuesta laminada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el ligante contenido en la segunda capa es un material orgánico.

14. Manta compuesta laminada según la reivindicación 13, en la que el ligante es un polímero orgánico.

15. Manta compuesta laminada según la reivindicación 14, en la que el ligante es un polímero derivado de la solidificación de una composición de polímero precursor curable.

16. Manta compuesta laminada según la reivindicación 15, en la que el ligante es un polímero derivado de solidificar una composición de polímero precursor curable que comprende un polímero acrílico y un agente de reticulación que contiene un grupo epoxi.

17. Manta compuesta laminada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la segunda capa contiene de 2 a 15% en peso del ligante basado en el peso total de dicha capa.

18. Manta compuesta laminada según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la segunda capa posee un peso específico por área de superficie en el intervalo de 30 a 700 kg/m^{3}.

19. Manta compuesta laminada según la reivindicación 18, en la que la segunda capa posee una densidad comprendida en el intervalo de 100 a 500 kg/m^{3}.

20. Procedimiento para la producción de una manta compuesta laminada que comprende una primera y una segunda capas, comprendiendo la primera capa un material intumescente y comprendiendo la segunda capa una pluralidad de fibras inorgánicas y un ligante que se utiliza par unir las fibras inorgánicas y para unir la segunda capa a la primera capa, comprendiendo dicho procedimiento formar la segunda capa por un procedimiento que comprende impregnar una masa de fibra que comprende las fibras inorgánicas con un sistema ligante líquido que comprende el ligante o un precursor del mismo y un líquido portador y someter la masa de fibra impregnada obtenida a una etapa de secado que implica la utilización de calentamiento dieléctrico de tal modo que por lo menos se elimine sustancialmente el líquido portador.

21. Procedimiento para la producción de una manta compuesta laminada que comprende una primera y una segunda capas, comprendiendo la primera capa un material intumescente y comprendiendo la segunda capa una pluralidad de fibras inorgánicas y un ligante que se utiliza para unir las fibras inorgánicas y para unir la segunda capa a la primera capa, comprendiendo dicho procedimiento impregnar una masa de fibra que comprende las fibras inorgánicas con un sistema ligante líquido que comprende el ligante o un precursor del mismo y un líquido portador; y depositar la masa de fibra impregnada resultante como una capa sobre un lado de un lámina formada previamente que comprende el material intumescente y someter la masa a una etapa de secado de forma que por lo menos sustancialmente se elimine el líquido portador.

22. Procedimiento según la reivindicación 21, en el que en la etapa de secado se utiliza el calentamiento dieléctrico.

23. Procedimiento según la reivindicación 21 o la reivindicación 22, en el que en la etapa de secado se utiliza una combinación de calentamiento dieléctrico y un flujo de aire caliente.

24. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 21, 22 ó 23, en el que en la etapa de secado se utiliza el calentamiento de microondas y de radiofrecuencia.

25. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 24, en el que la masa de fibra impregnada se mantiene bajo compresión durante por lo menos una parte de la etapa de secado.

26. Procedimiento según la reivindicación 25, en el que se realiza por completo la etapa de secado mientras la masa de fibra impregnada se mantiene bajo compresión.

27. Procedimiento según la reivindicación 25 o la reivindicación 26, en el que la presión que se aplica durante la etapa de secado para comprimir la masa de fibra impregnada está comprendida en el intervalo de 5 a 500 KPa.

28. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 21 a 27, en el que la masa de fibra que se impregna es un producto multifibra en el que las fibras individuales se reúnen en una manta de baja densidad.

29. Procedimiento según la reivindicación 28, en el que el producto multifibra posee un espesor comprendido en el intervalo de 10 a 60 mm y un peso específico por área de superficie de 0,2 a 2,0 kg/m^{2}.

30. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 29, en el que sustancialmente el ligante se distribuye uniformemente en toda la masa de fibra de tal modo que la segunda capa proporcionag, después de la etapa de secado, una resistencia a la cizalladura laminar de por lo menos 0,1 MPa.