KR101224288B1 - 오염제어장치용 다층 매트 - Google Patents

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Abstract

다층 매트, 다층 매트를 함유하는 오염제어장치, 및 다층 매트의 제조 방법이 제공된다. 다층 매트는 2개의 팽창성 층들 사이에 삽입된 비-팽창성 층을 포함한다. 매트의 외부층은 팽창성 물질을 함유한다.
오염제어장치, 오염제어요소, 다층 매트, 팽창성 층, 비-팽창성 층

Description

오염제어장치용 다층 매트{MULTILAYER MATS FOR USE IN POLLUTION CONTROL DEVICES}
오염제어장치 내에 오염제어요소를 장착시키는데 사용되기에 적합한 다층 매트가 개시된다.
오염제어장치는 대기 오염을 저감시키기 위해 자동차에서 사용된다. 촉매변환기 및 디젤입자 필터 또는 트랩이라는 2가지 유형의 장치가 현재 널리 사용되고 있다. 촉매변환기는 전형적으로 단일체형(monolithic) 구조물의 표면 상에 코팅된 1종 이상의 촉매를 함유한다. 단일체형 구조물은 전형적으로 세라믹이지만, 금속 단일체도 사용되어 왔다. 촉매는 일산화탄소 또는 탄화수소를 산화시키거나 배기가스 중 질소 산화물을 환원시킨다. 디젤입자 필터 또는 트랩은 전형적으로는 다공질 결정질 세라믹 물질로부터 제조된 벌집형 단일체형 구조를 갖는 격벽-유동식(wall flow) 필터의 형태를 갖는다. 이러한 현존하는 최신형 오염제어장치 구조물에서, 각 유형의 단일체형 구조물은 금속 하우징 내에 넣어진다.
보호용 포장재가 전형적으로 단일체와 금속 하우징 사이에 위치함으로써, 단일체를 노면 충격 및 진동으로부터 보호하고, 금속 하우징과 단일체 사이의 열팽창 차이를 보상하고, 배기가스가 단일체와 금속 하우징 사이를 통과하지 못하게 한다. 보호용 포장재를 위치시키는 공정은 "캐닝(canning)"이라고 지칭되며, 패이스트를 단일체와 금속 하우징 사이의 틈새에 주입하는 공정, 또는 시트 물질(즉 장착 매트)로써 단일체를 감싸고, 이렇게 감싸진 단일체를 하우징에 삽입시키고, 하우징을 가압 밀폐시키고, 하우징의 측부 모서리를 따라 플랜지를 용접하는 공정을 포함한다.
전형적으로, 통상적인 보호용 포장재를 제조하는데 사용되는 조성물은 고온 내구성, 우수한 취급성, 탄성, 가요성 및 강도와 같은 성질을 제공하는 유리 또는 내화성 세라믹 섬유를 포함한다. 승온에서 보호용 포장재의 부피를 팽창시킬 수 있는 팽창성 물질도 포함될 수 있다. 이러한 팽창은 단일체를 사용시 제자리에 고정시키는 것을 돕는다.
발명의 요약
다층 매트, 이러한 다층 매트를 함유하는 오염제어장치, 및 이러한 다층 매트의 제조 방법이 제공된다. 더욱 구체적으로는, 다층 매트는 2개의 팽창성 층들 사이에 삽입된 비-팽창성 층을 포함한다.
한 양태에서는, 3개 이상의 층들을 포함하는 다층 매트가 제공된다: 제 1 주표면 및 상기 제 1 주표면에 대향되는 제 2 주표면을 갖는, 무기 섬유를 포함하는 비-팽창성 층; 비-팽창성 층의 제 1 주표면에 대향되는, 다층 매트의 제 1 외부층인 제 1 팽창성 층; 및 비-팽창성 층의 제 2 주표면에 대향되는, 다층 매트의 제 2 외부층인 제 2 팽창성 층.
또다른 양태에서는, 제 1 금속 하우징, 제 1 금속 하우징 내에 위치하는 오 염제어요소, 및 제 1 금속 하우징과 오염제어요소 사이에 위치하는 다층 매트를 갖는 오염제어장치가 제공된다. 다층 매트는 3개 이상의 층들을 포함한다: 제 1 주표면 및 상기 제 1 주표면에 대향되는 제 2 주표면을 갖는, 무기 섬유를 포함하는 비-팽창성 층; 비-팽창성 층의 제 1 주표면에 대향되는, 다층 매트의 제 1 외부층인 제 1 팽창성 층; 및 비-팽창성 층의 제 2 주표면에 대향되는, 다층 매트의 제 2 외부층인 제 2 팽창성 층. 몇몇 실시양태에서, 오염제어장치는 머플러와 같은 제 2 금속 하우징 내에 위치하며, 배기가스는 제 1 금속 하우징과 제 2 금속 하우징 사이를 통과한다.
또다른 양태에서는, 다층 매트의 제조 방법이 제공된다. 제 1 주표면 및 상기 제 1 주표면에 대향되는 제 2 주표면을 갖는 팽창성 층이 제공된다. 제 1 팽창성 층을 비-팽창성 층의 제 1 주표면에 대향되게 위치시키는데, 여기서, 제1 팽창성 층은 다층 매트의 제 1 외부층이다. 제 2 팽창성 층을 비-팽창성 층의 제 2 주표면에 대향되게 위치시키는데, 여기서, 제 2 팽창성 층은 다층 매트의 제 2 외부층이다.
본원에서 사용된 "1개(또는 1종)(a, an 및 the)"라는 용어는, 기술된 1개(또는 1종) 이상의 요소를 의미하는 "1개(또는 1종) 이상의"라는 용어와 구분없이 사용된다.
첨부된 도면과 관련된 본 발명의 다양한 실시양태의 하기 상세한 설명을 숙지하면, 본 발명을 보다 완전하게 이해할 수 있다.
도 1은 다층 매트의 한 실시양태의 횡단면도이다.
도 2는 해체된 상태로 도시된, 본 발명의 한 실시양태를 포함하는 촉매변환기의 투시 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시양태를 포함하는 디젤입자필터를 통과하는 종방향 중심의 단면도이다.
도 4는 배기가스가 제 1 금속 하우징과 제 2 금속 하우징 사이를 통과하는 오염제어장치의 단면도이다.
본 발명은 다양한 개조양태 및 대체양태로 수정될 수 있는데, 이것의 양태는 도면에 예시되어 있으며 상세하게 기술될 것이다. 그러나, 본 발명이 기술된 특정 실시양태에만 국한되지는 않는다는 것을 알아야 한다. 반대로, 본 발명은 본 발명의 개념 및 범주에 속하는 모든 개조양태, 동등양태 및 대체양태를 포함한다.
본 발명의 한 양태에서는, 3개 이상의 층들을 포함하는 다층 매트가 제공된다: 제 1 주표면 및 상기 제 1 주표면에 대향되는 제 2 주표면을 갖는, 무기 섬유를 함유하는 비-팽창성 층; 비-팽창성 층의 제 1 주표면에 대향되는, 다층 매트의 제 1 외부층인 제 1 팽창성 층; 및 비-팽창성 층의 제 2 주표면에 대향되는, 다층 매트의 제 2 외부층인 제 2 팽창성 층. 즉, 비-팽창성 층은 2개의 팽창성 층들 사이에 삽입되며, 다층 매트의 각 외부층은 팽창성 물질을 함유한다.
다층 매트(100)의 한 실시양태가 도 1에 도시되어 있다. 다층 매트(100)는 제 1 팽창성 층(110), 무기 섬유를 함유하는 비-팽창성 층(120) 및 제 2 팽창성 층(130)의 순서로 배열된 3개의 층을 포함한다. 도 1에는 단 3개의 층들을 갖는 다층 매트가 도시되어 있지만, 다층 매트의 외부층이 팽창성인 한, 추가의 층이 존재할 수 있다. 다층 매트는 예를 들면 2개 이상의 인접한 팽창성 층, 2개 이상의 인접한 비-팽창성 층, 및 비-팽창성 층과 팽창성 층의 교대층을 가질 수 있다.
몇몇 특정 예는 팽창성/비-팽창성/팽창성/비-팽창성/팽창성; 팽창성/팽창성/비-팽창성/팽창성; 및 팽창성/비-팽창성/비-팽창성/팽창성; 등의 순서로 배열된 층을 포함하지만, 여기에만 국한되는 것은 아니다. 이러한 각 예는 2개의 팽창성 층들 사이에 삽입된 비-팽창성 층을 갖는다. 또한, 이러한 각 예는 팽창성인 외부층을 갖는다.
본원에서 사용된 "팽창성"이란, 물질이 약 800 내지 약 900 ℃의 온도로 가열될 때, 두께가 10% 이상 자유 팽창함을 지칭한다. 몇몇 팽창성 물질은 상기 온도로 가열될 때, 두께가 12% 이상, 15% 이상 또는 20% 이상 자유 팽창한다. 팽창성 물질은, 약 400℃ 이상 또는 약 500℃ 이상의 온도에서, 통상적으로 적어도 어느 정도는 팽창할 수 있다. 자유 팽창이란, 물질이 억제되지 않은 상태로 가열될 때 Z-축으로 팽창하는 양을 지칭한다.
본원에서 사용된 "비-팽창성"이란, 물질이 동일한 조건에서 두께가 10% 미만으로 자유 팽창함을 지칭한다. 몇몇 비-팽창성 물질은 가열될 때 8% 미만, 6% 미만, 4% 미만, 2% 미만 또는 1% 미만으로 팽창한다.
다층 매트는 2개의 팽창성 층들 사이에 삽입된 비-팽창성 층을 포함한다. 비-팽창성 층은 무기 섬유를 함유한다. 오염제어장치 장착용 매트에 사용되기에 적합한 것으로 공지된 임의의 무기 섬유가 선택될 수 있다. 예를 들면, 무기 섬유는 알루미나 섬유, 뮬라이트(mullite) 섬유, 석영 섬유, 탄화규소 섬유, 질화규소 섬유, 금속 섬유, 알루미노실리케이트 섬유, 마그네슘 알루미노실리케이트 섬유, 알루미노보로실리케이트 섬유, 지르코니아 섬유, 티타니아 섬유 등일 수 있다. 이러한 섬유는 비결정질, 결정질 또는 이것들의 조합일 수 있다.
석영 섬유는 미국 노쓰캐롤라이나주 슬라터 소재의 제이 피 스티븐스 인코포레이티드(J.P. Stevens, Inc.)에서 "아스트로쿼터즈(ASTROQUARTZ)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다. 탄화규소 섬유는 일본 도쿄 소재의 니폰 카본(Nippon Carbon)에서 "니칼론(NICALON)"이라는 상표명, 또는 미국 매사추세츠주 로웰 소재의 텍스트론 스페셜티 머터리얼즈(Textron Specialty Materials)에서 "티라노(TYRANNO)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다. 질화규소 섬유는 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 토렌 에너지 인터네셔널 코포레이션(Toren Energy International Corp.)에서 상업적으로 입수가능하다. 금속 섬유는 벨기에 즈워간 소재의 벡카에르트(Beckaert)에서 "베키-쉴드 GR 90/C2/4(BEKI-SHELD GR 90/C2/4)"라는 상표명, 및 미국 오하이오주 가하나 소재의 리본 테크놀로지 코포레이션(Ribbon Technology Corp.)에서 "리브텍(RIBTEC)"이라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다.
비-팽창성 층의 몇몇 실시양태에서, 무기 섬유는 유리섬유이다. 본원에서 사용된 "유리섬유"란, 실질적인 결정화 없이 냉각된 무기 융합 물질로부터 제조된 무기 섬유를 지칭한다. 유리섬유는 x-선 회절 또는 투과전자현미경으로 결정시 비결정질이다. 유리섬유는, 적어도 몇몇 용도에서는, 쇼트(shot)를 함유하지 않는다(즉, 섬유는 5 중량% 이하의 쇼트, 3 중량% 이하의 쇼트, 2 중량% 이하의 쇼트, 1 중량% 이하의 쇼트 또는 0.5 중량% 이하의 쇼트를 함유함). 본원에서 사용된 "쇼트"란 몇몇 무기 섬유 제조 공정의 부산물일 수 있는 비-섬유상 입자를 지칭한다.
적합한 유리섬유는 종종 마그네슘 알루미노실리케이트 섬유이다. 이러한 유리섬유는 50 중량% 이상의 SiO2, 8 중량% 이상의 Al2O3 및 1 중량% 이상의 산화마그네슘을 함유할 수 있다. 예를 들면, 마그네슘 알루미노실리케이트 섬유는 50 내지 70 중량%, 50 내지 60 중량%, 60 내지 70 중량%, 또는 55 내지 65 중량%의 SiO2; 8 내지 30 중량%, 10 내지 20 중량%, 또는 20 내지 30 중량%의 Al2O3; 및 1 내지 15 중량%, 1 내지 12 중량%, 1 내지 10 중량%, 또는 1 내지 8 중량%의 산화마그네슘을 함유할 수 있다. 산화나트륨, 산화칼륨, 산화붕소, 산화칼슘 등과 같은 추가의 산화물이 존재할 수 있다.
마그네슘 알루미노실리케이트 유리섬유의 특정 예는 E-유리섬유, S-유리섬유, S2-유리섬유 및 R-유리섬유이다. E-유리섬유는 종종 약 55 중량%의 SiO2, 약 11 중량%의 Al2O3, 약 6 중량%의 B2O3, 약 18 중량%의 CaO, 약 5 중량%의 MgO 및 약 5 중량%의 기타 산화물을 함유한다. S-유리 및 S2-유리섬유는 전형적으로 약 65 중량%의 SiO2, 약 25 중량%의 Al2O3 및 약 10 중량%의 MgO를 함유한다. R-유리섬유는 통상적으로 약 60 중량%의 SiO2, 약 25 중량%의 Al2O3, 약 9 중량%의 CaO 및 약 6 중량%의 MgO를 함유한다. E-유리섬유, S-유리섬유 및 S2-유리섬유는 미국 사우쓰캐롤라이나주 아이켄 소재의 어드밴스드 글래스파이버 얀스 엘엘씨(Advanced Glassfiber Yarns, LLC) 및 미국 오하이오주 그랜빌 소재의 오웬스-코닝 파이버글래스 코포레이션(Owens-Corning Fiberglass Corp.)에서 상업적으로 입수가능하다. R-유리섬유는 독일 헤르조겐라트 소재의 사인트-고바인 베트로텍스(Saint-Gobain Vetrotex)에서 상업적으로 입수가능하다.
다양한 내화성 세라믹 섬유가 비-팽창성 층에 사용될 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 세라믹 섬유는 비결정질이고 주로 Al2O3 및 SiO2를 함유한다. 소량의 기타 산화물이 존재할 수 있다. Al2O3 대 SiO2의 중량비(Al2O3:SiO2)는 통상적으로 20:80, 30:70, 35:65, 40:60, 45:55, 50:50, 55:45, 60:40 또는 70:30 이상이다. 세라믹 섬유는 전형적으로 30 중량% 이상의 SiO2 및 20 중량% 이상의 Al2O3를 포함한다. 예를 들면, 적합한 세라믹 섬유는 섬유의 중량을 기준으로 30 내지 80 중량%의 SiO2 및 20 내지 70 중량%의 Al2O3를 함유할 수 있다. 몇몇 특정 예에서, 세라믹 섬유는 섬유의 중량을 기준으로 40 내지 60 중량%의 SiO2 및 40 내지 60 중량%의 알루미나를 함유할 수 있다. 기타 특정 예에서, 세라믹 섬유는 섬유의 중량을 기준으로 45 내지 55 중량%의 SiO2 및 45 내지 55 중량%의 Al2O3를 함유할 수 있다.
예시적인 비결정질 세라믹 섬유는 미국 조지아주 오거스타 소재의 써멀 세라믹스(Thermal Ceramics)에서 "카오울 하 벌크(KAOWOOL HA BULK)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 50 중량%의 SiO2 및 50 중량%의 Al2O3를 함유하는 것; 써멀 세라믹스에서 "세라파이버(CERAFIBER)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 54 중량%의 SiO2 및 46 중량%의 Al2O3를 함유하는 것; 써멀 세라믹스에서 "카오울 D73F"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 54 중량%의 SiO2 및 46 중량%의 Al2O3를 함유하는 것; 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 라쓰(Rath)에서 "라쓰 2300 RT"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 52 중량%의 SiO2, 47 중량%의 Al2O3 및 1 중량% 이하의 Fe2O3, TiO2 및 기타 산화물을 함유하는 것; 라쓰에서 "라쓰 알루미노-실리케이트 찹트 파이버(RATH ALUMINO-SILICATE CHOPPED FIBER)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 54 중량%의 SiO2, 46 중량%의 Al2O3 및 1 중량% 이하의 기타 산화물을 함유하는 것; 미국 뉴욕주 버팔로 소재의 베수비우스(Vesuvius)에서 "서-울 RT(CER-WOOL RT)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 49 내지 53 중량%의 SiO2, 43 내지 47 중량%의 Al2O3, 0.7 내지 1.2 중량%의 Fe2O3, 1.5 내지 1.9 중량%의 TiO2 및 1 중량% 이하의 기타 산화물을 함유하는 것; 베수비우스에서 "서-울 LT"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 49 내지 57 중량%의 SiO2, 38 내지 47 중량%의 Al2O3, 0.7 내지 1.5 중량%의 Fe2O3, 1.6 내지 1.9 중량%의 TiO2 및 0 내지 0.5 중량%의 기타 산화물을 함유하는 것; 및 베수비우스에서 "서-울 HP"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 50 내지 54 중량%의 SiO2, 44 내지 49 중량%의 Al2O3, 0 내지 0.2 중량%의 Fe2O3, 0 내지 0.1 중량%의 TiO2 및 0.5 중량% 이하의 기타 산화물을 함유하는 것을 포함하지만, 여기에만 국한되는 것은 아니다.
또다른 실시양태에서, 세라믹 섬유는 비결정절이고, 주로 SiO2, Al2O3 및 ZrO2를 함유한다. 소량의 기타 산화물이 존재할 수 있다. Al2O3 대 SiO2의 중량비(Al2O3:SiO2)는 20:80, 30:70, 35:65, 40:60, 45:55, 50:50, 55:45, 60:40 또는 70:30 이상이다. 섬유는 섬유의 중량을 기준으로 3 중량% 이상의 ZrO2, 30 중량% 이상의 SiO2 및 20 중량% 이상의 Al2O3를 함유한다. 몇몇 실시양태에서, 섬유는 섬유의 중량을 기준으로 5 중량% 이하, 7 중량% 이하, 10 중량% 이하, 12 중량% 이하, 15 중량% 이하, 16 중량% 이하, 20 중량% 이하, 또는 25 중량% 이하의 ZrO2를 함유한다. 세라믹 섬유는 섬유의 중량을 기준으로 30 내지 70, 40 내지 65, 45 내지 60, 45 내지 55 또는 50 내지 60 중량%의 SiO2를 함유할 수 있다. 세라믹 섬유는 섬유의 중량을 기준으로 20 내지 60, 25 내지 50, 25 내지 45, 25 내지 40, 25 내지 35, 30 내지 50, 또는 30 내지 40 중량%의 Al2O3를 함유할 수 있다. 몇몇 특정 예에서, 세라믹 섬유는 섬유의 중량을 기준으로 25 내지 50 중량%의 Al2O3, 40 내지 60 중량%의 SiO2, 및 3 내지 20 중량%의 ZrO2를 함유한다. 또다른 특정 예에서, 세라믹 섬유는 섬유의 중량을 기준으로 30 내지 40 중량%의 Al2O3, 45 내지 60 중량%의 SiO2, 및 5 내지 20 중량%의 ZrO2를 함유한다.
SiO2, Al2O3 및 ZrO2를 함유하는 예시적인 비결정질 세라믹 섬유는, 미국 조지아주 오거스타 소재의 써멀 세라믹스에서 "카오울 ZR" 및 "세라켐(CERACHEM)"이라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 50 중량%의 SiO2, 35 중량%의 Al2O3 및 15 중량%의 ZrO2를 함유하는 것; 미국 뉴욕주 토나완다 소재의 유니프락스(Unifrax)에서 "유니프락스 파이버프락스 파이버매트(UNIFRAX FIBERFRAX FIBERMAT)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 52 내지 57 중량%의 SiO2, 29 내지 47 중량%의 Al2O3 및 18 중량% 이하의 ZrO2를 함유하는 것; 유니프락스에서 "유니프락스 파이버프락스 듀라백(UNIFRAX FIBERFRAX DURABACK)"이라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 50 내지 54 중량%의 SiO2, 31 내지 35 중량%의 Al2O3, 5 중량%의 ZrO2, 1.3 중량%의 Fe2O3, 1.7 중량%의 TiO2, 0.5 중량%의 MgO 및 7 중량% 이하의 CaO를 함유하는 것; 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 라쓰에서 "라쓰 2600 HTZ"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 48 중량%의 SiO2, 37 중량%의 Al2O3, 15 중량%의 ZrO2, 1 중량% 이하의 기타 산화물을 함유하는 것; 및 미국 뉴욕주 버팔로 소재의 베수비우스에서 "서-울 HTZ"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 44 내지 51 중량%의 SiO2, 33 내지 37 중량%의 Al2O3, 13 내지 19 중량%의 ZrO2, 0.1 내지 0.6 중량%의 Fe2O3, 0.1 내지 0.6 중량%의 TiO2, 및 1 중량% 이하의 기타 산화물을 함유하는 것이다.
비-팽창성 층의 몇몇 실시양태에서, 세라믹 섬유는, 열적 기계적 분석(TMA: Thermal Mechanical Analyzer) 시험을 사용시, 10% 이하, 8% 이하, 6% 이하, 4% 이하, 3% 이하, 2% 이하 또는 1% 이하의 벌크(bulk) 수축률을 갖는다. 세라믹 섬유는 전형적으로 0.5% 이상 수축한다. 몇몇 실시양태에서, 세라믹 섬유는 0.5 내지 2 %, 0.5 내지 3 %, 0.5 내지 5 %, 또는 0.5 내지 6 %의 벌크 수축률을 갖는다.
TMA 시험에서는, 하중(예를 들면 50 psi 또는 345 N/㎡)이 가해진 샘플을 1000℃로 가열한 후 냉각시킨다. 750℃에서 가열 및 냉각 사이클 동안에 샘플의 캘리퍼를 측정함으로써 % 수축률을 계산할 수 있다. % 수축률은 가열 및 냉각 단계 동안 750℃에서의 캘리퍼의 차이에, 100을 곱한 후, 가열 단계 동안 750℃에서의 캘리퍼로 나눈 것과 동일하다. TMA 시험을 사용하여 세라믹 섬유 또는 세라믹 섬유로부터 제조된 비-팽창성 층을 특징지을 수 있다. 비-팽창성 층 내에 존재할 수 있는 유기 물질의 대부분 또는 전부는 열적 기계적 분석기의 온도가 750℃에 도달할 때까지는 제거된다.
공급된 상태에서 10% 이하의 벌크 수축률을 갖는 세라믹 섬유(즉 섬유는 열처리되지 않은 상태로 공급된 그대로 사용될 수 있음)의 예는 결정질이면서 Al2O3와 SiO2 둘 다를 함유하는 섬유를 포함하지만, 여기에만 국한되는 것은 아니다. Al2O3 대 SiO2의 중량비(Al2O3:SiO2)는 60:40, 65:35, 70:30, 72:28, 75:25, 80:20, 90:10, 95:5, 96:4, 97:3 또는 98:2 이상일 수 있다. 몇몇 특정 예에서, 세라믹 섬유는 섬유의 중량을 기준으로 60 내지 98 중량%의 Al2O3 및 2 내지 40 중량%의 SiO2를 함유한다. 기타 특정 예에서, 세라믹 섬유는 섬유의 중량을 기준으로 70 내지 98 중량%의 Al2O3 및 2 내지 30 중량%의 SiO2를 함유한다. 미량의 기타 산화물이 존재할 수 있다. 본원에서 사용된 "미량"이라는 용어는 2 중량% 이하, 1 중량% 이하, 또는 0.5 중량% 이하의 양을 지칭한다.
결정질이면서 10% 이하의 벌크 수축률을 갖는 적합한 세라믹 섬유는 일본 도쿄 소재의 미쓰비시 케미칼(Mitsubishi Chemical)에서 "마프텍(MAFTEC)"(예를 들면 MLS1, MLS2 및 MLS3)라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 28 중량%의 SiO2 및 72 중량%의 Al2O3를 함유하는 것; 영국 위드니스 체셔 소재의 사필 리미티드(Saffil Limited)에서 "사필(SAFFIL)"(예를 들면 SF, LA 벌크(Bulk), HA 벌크, HX 벌크)이라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 3 내지 5 중량%의 SiO2 및 95 내지 약 97 중량%의 Al2O3를 함유하는 것; 및 미국 뉴욕주 토나완다 소재의 유니프락스에서 "유니프락스 파이버프락스 파이버맥스(UNIFRAX FIBERFRAX FIBERMAX)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 섬유의 중량을 기준으로 27 중량%의 SiO2 및 72 중량%의 Al2O3를 함유하는 것을 포함하지만, 여기에만 국한되는 것은 아니다.
결정질이면서 공급된 상태에서 10% 이하의 벌크 수축률을 갖는 세라믹 섬유의 추가의 예는 알루미노보로실리케이트 섬유이다. 이러한 섬유는 전형적으로 섬유의 중량을 기준으로 50 중량% 이상의 Al2O3, 50 중량% 이하의 SiO2, 및 25 중량% 이하의 B2O3를 함유한다. 몇몇 특정 알루미노보로실리케이트 섬유는 섬유의 중량을 기준으로 50 내지 75 중량%의 Al2O3, 25 내지 50 중량%의 SiO2, 및 1 내지 25 중량%의 B2O3를 함유한다. 이러한 알루미노보로실리케이트 섬유는 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 캄파니(3M Company)에서 "넥스텔 312(NEXTEL 312)" 및 "넥스텔 440"이라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다.
결정질이면서 제조사에 의해 공급된 상태에서 10% 이하의 벌크 수축률을 갖는 이러한 세라믹 섬유들 중 적어도 몇 개는 졸-겔 공정에 의해 제조된다. 졸-겔 공정에서는, 용액, 분산액 또는 점성 농축액을 방사 또는 압출시킴으로써 세라믹 섬유를 제조한다. 추가로 미국특허 제 3,760,049 호(Borer 등)에 기술된 졸-겔 공정은 용액, 분산액 또는 농축액을 오리피스를 통해 압출시켜, 미소결(green) 섬유를 형성하고, 이어서 이것을 소결하여 세라믹 섬유를 제조함을 포함할 수 있다. 용액, 분산액 또는 농축액은 섬유 내의 산화물 또는 산화물의 전구체를 함유한다.
몇몇 실시양태에서는, 상업적으로 입수가능한 비결정질 세라믹 섬유를, 10% 이하의 벌크 수축률을 갖는 세라믹 섬유를 제공하도록 열처리할 수 있다. 10% 이하의 벌크 수축률을 갖는 세라믹 섬유를 제공하도록 열처리될 수 있는 세라믹 섬유를 전형적으로는 Al2O3와 SiO2의 혼합물, 또는 Al2O3 및 SiO2와 B2O3, P2O5 또는 ZrO2와 같은 기타 산화물의 혼합물로부터 용융-블로우잉시키거나 용융-방사시킨다. 열처리될 수 있는 예시적인 비결정질 세라믹 섬유는 미국 조지아주 오거스타 소재의 써멀 세라믹스에서 "카오울 하 벌크", "세라파이버", "카오울 D73F", "카오울 ZR" 또는 "세라켐"이라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한 세라믹 섬유; 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 라쓰에서 "라쓰 2300 RT", "라쓰 알루미노-실리케이트 찹트 파이버" 또는 "라쓰 2600 HTZ"라는 상표명으로서 입수가능한 세라믹 섬유; 미국 뉴욕주 버팔로 소재의 베수비우스에서 "서-울 RT", "서-울 LT", "서-울 HTZ" 또는 "서-울 HP"라는 상표명으로서 입수가능한 세라믹 섬유; 및 미국 뉴욕주 토나완다 소재의 유니프락스에서 "유니프락스 파이버프락스 파이버매트" 또는 "유니프락스 파이버프락스 듀라백"이라는 상표명으로서 입수가능한 세라믹 섬유를 포함하지만, 여기에만 국한되는 것은 아니다.
세라믹 섬유는 열처리 공정 동안에 투명성을 상실하는(즉 적어도 부분적으로 비결정질 상태로부터 미세결정질 또는 결정질 상태로 변하는) 경향이 있다. 통상적으로, 개별 세라믹 섬유의 일부만이 투명성을 상실한다. 즉 열처리 후, 개별 세라믹 섬유는 비결정질 물질 뿐만 아니라 결정질 물질, 미세결정질 물질 또는 결정질 물질과 미세결정질 물질의 조합을 함유한다.
투과전자현미경 및 x-선 회절과 같은 기술을 사용하여, 무기 섬유의 비결정질, 결정질 또는 미세결정질을 특징지을 수 있다. 본원에서 사용된 "비결정질"이라는 용어는 결정질 또는 미세결정질 영역을 갖지 않는 무기 섬유를 지칭한다. 무기 섬유가 비결정질이면, 투과전자현미경 또는 x-선 회절을 사용할 때, 아무런 회절 피크(즉 회절 패턴)가 검출될 수 없다. 무기 섬유가 작은 결정크기를 갖는(즉 미세결정질인) 영역을 함유한다면, 회절 피크(즉 회절 패턴)가 투과전자현미경에 의해서는 검출될 수 있지만 x-선 회절에 의해서는 검출될 수 없다. 본원에서 사용된 "미세결정질"이라는 용어는 결정질의 특징을 갖는 적어도 몇 개의 영역을 갖는, 투과전자현미경에 의해서는 검출될 수 있지만 x-선 회절에 의해서는 검출되지 않는 결정크기를 갖는 무기 섬유를 지칭한다. 무기 섬유가 보다 큰 결정크기를 갖는(즉 결정질인) 영역을 함유한다면, 회절 패턴은 x-선 회절에 의해 검출될 수 있다. 본원에서 사용된 "결정질"이라는 용어는 결정질의 특징을 갖는 적어도 몇 개의 영역을 갖는, x-선 회절에 의해서 검출될 수 있는 결정크기를 갖는 무기 섬유를 지칭한다. x-선 회절에 의해 검출될 수 있는 가장 작은 결정크기는 전형적으로 윤곽이 뚜렷한 피크를 갖지 않는 넓은 회절 패턴을 초래한다. 보다 좁은 피크는 보다 큰 결정크기를 나타낸다. 회절 피크의 너비를 사용하여 결정크기를 결정할 수 있다. 결정질인 무기 섬유는 전형적으로 단일 결정이라기 보다는 다결정질이다.
몇몇 용도에서는, 세라믹 섬유를 700℃ 이상의 온도로 열처리한다. 예를 들면, 세라믹 섬유를, 800℃ 이상의 온도, 900℃ 이상의 온도, 1000℃ 이상의 온도 또는 1100℃ 이상의 온도에서 열처리할 수 있다. 적합한 열처리 온도는 세라믹 섬유의 조성 및 세라믹 섬유가 열처리 온도에 머무르는 시간에 따라 다양할 수 있다. 적합한 열처리 방법 및 적합한 열처리된 세라믹 섬유는 예를 들면 국제특허출원 제 WO 99/46028 호(Fernando 등) 및 미국특허 제 5,250,269 호(Langer)에 추가로 기술되어 있다.
열처리 공정 동안에 형성되는 결정 또는 미세결정의 크기와 관련하여 시간-온도 관계가 존재한다. 예를 들면 필적할만한 결정질 또는 미세결정질 상태를 달성하기 위해서는, 세라믹 섬유를 보다 낮은 온도에서 보다 오랜 시간 동안 열처리하거나, 보다 높은 온도에서 보다 짧은 시간 동안 열처리할 수 있다. 열처리 온도에서의 시간은 1시간 이하, 40분 이하, 30분 이하, 20분 이하, 10분 이하, 5분 이하, 3분 이하, 또는 2분 이하일 수 있다. 예를 들면 열처리 온도는 비교적 짧은 열처리 시간(예를 들면 10분 이하)을 사용하도록 선택될 수 있다.
열처리 온도는 투명성 상실 온도(즉 세라믹 섬유가 비결정질 상태로부터 미세결정질 또는 결정질 상태로 변하는 온도)보다 20℃ 이상, 30℃ 이상, 40℃ 이상, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 70℃ 이상, 80℃ 이상, 90℃ 이상 또는 100℃ 이상 높도록 선택될 수 있다. 세라믹 섬유에 적합한 열처리 시간 및 온도를 예를 들면 시차열분석법(DTA: Differential Thermal Analysis)과 같은 기술을 사용하여 결정할 수 있다. Al2O3-SiO2 섬유를 위한 온도는 전형적으로 700 내지 1200 ℃, 800 내지 1200 ℃, 900 내지 1200 ℃ 또는 950 내지 1200 ℃이다.
완전히 비결정질인 세라믹 섬유는 통상적으로 미세결정질, 결정질 또는 이것들의 조합인 영역을 함유하는 세라믹 섬유보다 더 많이 수축한다. 적어도 부분적으로 결정질이거나 미세결정질인 세라믹 섬유를 오염제어장치에 사용되기에 적합한 온도로 반복적으로 가열된 후 냉각될 수 있는 장착 매트로 제작할 수 있다. 미세결정질 또는 결정질 세라믹 섬유는 비-팽창성 층의 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 추가의 수축에 저항하는 경향이 있다.
열처리되는 세라믹 섬유의 경우, 섬유의 취성을 저-벌크 수축 특성과 균형잡을 수 있다. 결정질 또는 미세결정질 세라믹 섬유는 비결정질 세라믹 섬유보다 더 취성인 경향이 있다. 결정질 또는 미세결정질 세라믹 섬유로부터 제조된 비-팽창성 층은 비결정질 섬유로부터 제조된 절연체보다 더 쉽게 깨질 수 있다. 한편으로는, 결정질 또는 미세결정질 세라믹 섬유는 비결정질 세라믹 섬유보다 더 낮은 벌크 수축률을 갖는 경향이 있다.
무기 섬유의 평균 직경은 전형적으로 3 마이크로미터 이상, 4 마이크로미터 이상, 5 마이크로미터 이상, 6 마이크로미터 이상, 또는 7 마이크로미터 이상이다. 무기 섬유는 통상적으로 20 마이크로미터 이하, 18 마이크로미터 이하, 16 마이크로미터 이하, 또는 14 마이크로미터 이하인 평균 직경을 갖는다. 몇몇 실시양태에서, 60 중량% 이상의 무기 섬유는 평균 직경의 3 마이크로미터 이내에 속하는 평균 직경을 갖는다. 예를 들면, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상 또는 90 중량% 이상의 무기 섬유는 평균 직경의 3 마이크로미터 이내에 속하는 평균 직경을 갖는다.
비-팽창성 층은 추가로 비-팽창성 층의 중량을 기준으로 20 중량% 이하의 유기 결합제를 함유할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 유기 결합제는 비-팽창성 층의 중량을 기준으로 10 중량% 이하, 5 중량% 이하 또는 3 중량% 이하의 양으로 존재한다. 유기 결합제는, 비-팽창성 층을 함유하는 다층 매트가 오염제어장치에서 전형적인 온도와 같은 승온에서 사용될 때, 전형적으로 연소된다.
적합한 유기 결합제 물질은 수성 중합체 유화액, 용매계 중합체 및 무용매 중합체를 포함할 수 있다. 수성 중합체 유화액은 라텍스 형태의 유기 결합제 중합체 및 탄성중합체(예를 들면 천연 고무 라텍스, 스티렌-부타디엔 라텍스, 부타디엔-아크릴로니트릴 라텍스, 및 아크릴레이트와 메타크릴레이트 중합체 또는 공중합체의 라텍스)를 포함할 수 있다. 용매계 중합체성 결합제 물질은 아크릴, 폴리우레탄, 비닐 아세테이트, 셀룰로스 또는 고무계 유기 중합체와 같은 중합체를 포함할 수 있다. 무용매 중합체는 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무 및 기타 탄성중합체를 포함할 수 있다.
몇몇 실시양태에서, 유기 결합제 물질은 수성 아크릴 유화액을 포함한다. 아크릴 유화액은 유리하게는 우수한 노화 성질을 갖고 비-부식성 연소 생성물을 생성하는 경향이 있다. 적합한 아크릴 유화액은 미국 팬실바니아주 필라델피아 소재의 롬 앤드 하스(Rohm and Hass)에서 "로플렉스 TR-934(RHOPLEX TR-934)"(44.5 중량%의 고체 함량을 갖는 수성 아크릴 유화액) 및 "로플렉스 HA-8"(45.5 중량%의 고체 함량을 갖는 아크릴 공중합체의 수성 유화액)이라는 상표명으로서 판매되는 것; 미국 매사추세츠주 윌밍톤 소재의 아이씨아이 레진즈 유에스(ICI Resins US)에서 "네오크릴 XA-2022(NEOCRYL XA-2022)"(60.5%의 고체 함량을 갖는 아크릴 수지의 수성 분산액)라는 상표명으로서 판매되는 것; 및 미국 팬실바니아주 필라델피아 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미칼 인코포레이티드(Air Products and Chemical, Inc.)에서 "에어플렉스 600BP DEV(AIRFLEX 600BP DEV)"(55 중량%의 고체 함량을 갖는 에틸렌 비닐 아크릴레이트 삼원공중합체의 수성 유화액)라는 상표명으로서 판매되는 것과 같은 상업적으로 입수가능한 것을 포함하지만, 여기에만 국한되는 것은 아니다.
유기 결합제는 가소제, 점착부여제 또는 이것들의 조합을 포함할 수도 있다. 가소제는 중합체 매트릭스를 연화시키는 경향이 있고, 팽창성 층의 가요성 및 성형성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면 유기 결합제는 미국 미주리주 세인트루이스 소재의 몬산토(Monsanto)에서 "산티사이저 148(SANTICIZER 148)"이라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한 이소데실 디페닐 디포스페이트와 같은 가소제를 포함할 수 있다. 점착부여제 또는 점착부여 수지는 절연 물질을 함께 붙잡아 놓는 것을 도울 수 있다. 적합한 점착부여제의 예는 캐나다 토론토 소재의 에카 노벨 인코포레이티드(Eka Nobel, Inc.)에서 "스노우택 810A(SNOWTACK 810A)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다.
비-팽창성 층은 가소제, 습윤제, 분산제, 소포제, 라텍스 응결제 및 살진균제를 포함하지만 여기에만 국한되는 것은 아닌 기타 물질을 함유할 수도 있다. 유리 입자, 탄산칼슘, 팽창된 질석, 박리된 질석, 운모, 진주암, 알루미늄 3수화물, 인산마그네슘 6수화물, 붕산아연 및 수산화마그네슘과 같은 충전제 물질이 첨가될 수 있다. 또한, 점토, 벤토나이트 및 콜로이드성 실리카와 같은 무기 결합제가 첨가될 수 있다.
비-팽창성 층은 유기 섬유, 예를 들면 아크릴, 셀룰로스, 폴리올레핀, 폴리비닐 알콜, 폴리에스테르 또는 이것들의 조합을 함유할 수도 있다. 섬유는 스테이플 섬유 또는 피브릴화 섬유일 수 있다. 유용한 스테이플 섬유는 전형적으로 약 0.5 내지 5 데니어의 크기를 갖는다. 1.5 데니어/필라멘트의 크기를 갖는 적합한 레이온 섬유는 미국 텍사스주 존슨 시티 소재의 미니파이버 인코포레이티드(Minifiber, Inc.)에서 상업적으로 입수가능하다. 적합한 폴리비닐 알콜 섬유는 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 쿠라레이 아메리카즈 인코포레이티드(Kuraray Americas, Inc.)에서 "쿠랄론(KURALON)"이라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다. 아크릴 섬유 펄프는 미국 뉴저지주 웨스트 패터슨 소재의 사이텍 인더스트리즈 인코포레이티드(Cytek Industries, Inc.)에서 "CFF"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다.
적합한 비-팽창성 층은, 적어도 몇몇 실시양태에서는, 10 내지 99.5 중량%의 무기 섬유 및 0.5 내지 20 중량%의 유기 결합제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 비-팽창성 층은 20 내지 99.5 중량%의 무기 섬유, 0.5 내지 20 중량%의 유기 결합제 및 60 중량% 이하의 무기 결합제 또는 충전제를 함유할 수 있다.
열처리된 알루미노실리케이트 세라믹 섬유를 함유하는 적합한 비-팽창성 층은 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 캄파니에서 "인테람 900HT(INTERAM 900HT)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다. 이러한 매트는 약 0.25 g/㎤의 벌크 밀도 및 약 1020 내지 약 2455 g/㎡의 단위면적당 중량을 갖는다. 결정질(즉 다결정질) 알루미나 섬유를 함유하는 기타 적합한 비-팽창성 층은 쓰리엠 캄파니에서 "인테람 1100HT" 및 "인테람 1101HT"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한 것을 포함한다. 이러한 매트는 약 0.15 g/㎤의 벌크 밀도 및 약 440 내지 약 2100 g/㎡의 단위면적당 중량을 갖는다. 마그네슘 알루미노실리케이트 유리섬유를 포함하는 또다른 적합한 비-팽창성 층은 쓰리엠 캄파니에서 "인페 571.02(INPE 571.02)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다. 이러한 매트는 0.12 g/㎤의 벌크 밀도 및 약 600 내지 약 1400 g/㎡의 단위면적당 중량을 갖는다. 니들본딩된(needle-bonded) 매트는 일본 도쿄 소재의 미쓰비시 케미칼 캄파니에서 "마프텍 MLS-3"이라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한, 약 0.16 g/㎤의 벌크 밀도를 갖는 것이다. 이러한 매트는 섬유의 중량을 기준으로 약 72 중량%의 Al2O3 및 약 28 중량%의 SiO2를 함유한다.
다층 매트에서, 비-팽창성 층은 제 1 팽창성 층과 제 2 팽창성 층 사이에 삽입된다. 2개의 팽창성 층들의 조성은 동일하거나 상이할 수 있다. 각 팽창성 층은 1종 이상의 팽창성 물질을 함유한다. 팽창성 층은 추가로 무기 섬유, 유기 결합제, 가소제, 습윤제, 분산제, 소포제, 라텍스 응결제, 살진균제, 충전제 물질, 무기 결합제 및 유기 섬유를 포함할 수 있다.
팽창성 층에 적합한 팽창성 물질의 예는 팽창되지 않은 질석, 히드로바이오타이트(hydrobiotite), 미국특허 제 3,001,571 호(Hatch)에 기술된 수-팽윤성 합성 4규소 플루오르형(tetrasilicic fluorine type) 운모, 미국특허 제 4,521,333 호(Graham 등)에 기술된 알칼리금속 규산염 과립, 팽창성 흑연 또는 이것들의 조합을 포함한다. 알칼리금속 규산염 과립은 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 캄파니에서 "엑스판트롤 4BW(EXPANTROL 4BW)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다. 팽창성 흑연은 미국 오하이오주 클리브랜드 소재의 우카 카본 캄파니 인코포레이티드(UCAR Carbon Co., Inc.)에서 "그라포일 그레이드 338-5O(GRAFOIL GRADE 338-5O)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다. 팽창되지 않은 질석은 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 코메탈즈 인코포레이티드(Cometals Inc.)에서 상업적으로 입수가능하다. 몇몇 용도에서, 팽창성 물질은 팽창되지 않은 질석, 팽창성 흑연 또는 이것들의 조합 중에서 선택된다.
질석을 예를 들면 염, 예를 들면 이수소인산암모늄, 질산암모늄, 염화암모늄, 염화칼륨 또는 해당 분야에 공지된 기타 가용성 염으로써 처리할 수 있다. 이러한 처리는 이온교환반응에 근거를 둔 것이다.
팽창성 층은, 적어도 어느 정도는 이러한 층의 두께에 따라서, 비-팽창성 층을 절연시킬 수 있다. 따라서, 절연 팽창성 층이 존재하기 때문에, 다층 매트의 외부층에 포함되면 연화 및 수축하는 무기 섬유를 내부 비-팽창성 층에 사용할 수 있다. 오염제어요소의 가동온도 및 팽창성 층의 두께에 따라서, 10% 초과의 벌크 수축률을 갖는 세라믹 물질을 다층 매트의 비-팽창성 층에 사용할 수 있다.
팽창성 층은 종종 팽창성 층의 중량을 기준으로 5 중량% 이상, 10 중량% 이상, 20 중량% 이상, 40 중량% 이상 또는 60 중량% 이상의 팽창성 물질을 함유한다. 몇몇 예에서, 팽창성 층은 팽창성 층의 중량을 기준으로 5 내지 약 85 중량%의 팽창성 물질 및 20 중량% 이하의 유기 결합제를 함유한다. 팽창성 층의 전부가 아니라 그 일부가 추가로 무기 섬유를 포함할 수 있다.
몇몇 보다 특정한 예에서, 팽창성 층은 팽창성 층의 중량을 기준으로 5 내지 85 중량%의 팽창성 물질, 0.5 내지 15 중량%의 유기 결합제, 및 10 내지 60 중량%의 무기 섬유를 포함한다. 또다른 예에서, 팽창성 층은 팽창성 층의 중량을 기준으로 5 내지 70 중량%의 팽창성 물질, 0.5 내지 10 중량%의 유기 결합제, 및 30 내지 45 중량%의 무기 섬유를 포함한다. 또다른 예에서, 팽창성 층은 20 내지 65 중량%의 팽창성 물질, 0.5 내지 20 중량%의 유기 결합제, 10 내지 65 중량%의 무기 섬유, 및 40 중량% 이하의 무기 충전제 또는 무기 결합제를 포함한다.
적합한 팽창성 층은 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 캄파니에서 "인테람 100", "인테람 200", "인테람 550" 및 "인테람 2000 LT"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다. 이러한 매트는 통상적으로 약 0.4 내지 약 0.7 g/㎤의 벌크 밀도 및 약 1050 내지 약 8140 g/㎡의 단위면적당 중량을 갖는다. 기타 적합한 팽창성 층은 쓰리엠 캄파니에서 "인페 570"이라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다. 이러한 층은 통상적으로 약 1050 내지 약 4070 g/㎡의 단위면적당 중량을 갖고, 유럽 비-분류 섬유 규정(European non-classified fiber regulation)에 부합되는 무기 섬유를 함유한다.
몇몇 팽창성 층에는, 생분해성(biosoluble) 무기 섬유가 포함된다. 생분해성 섬유를 함유하는 팽창성 층은 추가로 국제특허출원공개 제 WO 03/031368 호(Howorth)에 기술되어 있다. 본원에서 사용된 "생분해성 무기 섬유"란 생리학적 매질 또는 합성 생리학적 매질에서 분해될 수 있는 무기 섬유를 지칭한다. 생리학적 매질은 전형적으로 기도(예를 들면 동물 또는 인간의 폐)에서 발견되는 신체 유체를 지칭하지만, 여기에만 국한되는 것은 아니다.
생분해성 무기 섬유는 전형적으로 무기 산화물, 예를 들면 Na2O, K2O, CaO, MgO, P2O5, Li2O 및 BaO, 또는 이것과 실리카의 조합을 포함한다. 기타 금속 산화물 또는 기타 세라믹 성분이 생분해성 무기 섬유에 포함될 수 있는데, 비록 이것들은 그 자체는 원하는 용해도를 갖지는 못하지만, 섬유가 전체적으로 생리학적 매질에서 여전히 분해가능하기에 충분히 적은 양으로 존재한다. 이러한 금속 산화물은 예를 들면 Al2O3, TiO2, ZrO2, B2O3 및 산화철을 포함한다. 생분해성 무기 섬유는, 이러한 섬유가 생리학적 매질 또는 합성 생리학적 매질에서 분해가능하도록 하는 양의 금속성 성분도 포함할 수 있다.
한 실시양태에서, 생분해성 무기 섬유는 실리카, 마그네슘 및 칼슘의 산화물을 포함한다. 이러한 유형의 섬유는 전형적으로 규산칼슘마그네슘 섬유라고 지칭된다. 규산칼슘마그네슘 섬유는 통상적으로 약 10 중량% 미만의 산화알루미늄을 함유한다. 적합한 생분해성 섬유는 45 내지 90 중량%의 SiO2, 45 중량% 이하의 CaO, 35 중량% 이하의 MgO, 및 10 중량% 미만의 Al2O3를 포함할 수 있다. 예를 들면, 섬유는 약 55 내지 약 75 중량%의 SiO2, 약 25 내지 약 45 중량%의 CaO, 약 1 내지 약 10 중량%의 MgO, 및 약 5 중량% 미만의 Al2O3를 함유할 수 있다.
예시적인 생분해성 무기 산화물 섬유는 미국특허 제 5,332,699 호(Olds 등), 미국특허 제 5,585,312 호(TenEyck 등), 미국특허 제 5,714,421 호(Olds 등) 및 미국특허 제 5,874,375 호(Zoitas 등)에 기술되어 있다. 졸-겔 형성, 결정 성장 공정, 및 방사 또는 블로우잉과 같은 용융 형성법을 포함하지만 여기에만 국한되지는 않는 다양한 방법을 사용하여 생분해성 무기 섬유를 형성할 수 있다.
생분해성 무기 섬유는 미국 뉴욕주 나이아가라 폴즈 소재의 유니프락스 코포레이션에서 "인슐프락스(INSULFRAX)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다. 기타 생분해성 섬유는 미국 조지아주 오거스타 소재의 써멀 세라믹스에서 "수퍼울(SUPERWOOL)"이라는 상표명으로서 판매된다. 예를 들면, 수퍼울 607은 60 내지 70 중량%의 SiO2, 25 내지 35 중량%의 CaO, 4 내지 7 중량%의 MgO, 및 미량의 Al2O3를 함유한다. 수퍼울 607 MAX는 약간 더 높은 온도에서 사용될 수 있으며, 60 내지 70 중량%의 SiO2, 16 내지 22 중량%의 CaO, 12 내지 19 중량%의 MgO, 및 미량의 Al2O3를 함유한다.
예시적인 팽창성 층은 10 내지 80 중량%의 팽창성 물질, 5 내지 80 중량%의 생분해성 무기 섬유, 및 5 내지 80 중량%의 운모상(micaceous) 결합제를 포함할 수 있다.
본원에서 사용된 "운모상 결합제"란 습윤되고 건조되면 자립형(self-supporting) 응집체를 형성할 수 있는 1종 이상의 운모상 광물질을 지칭한다. 본원에서 사용된 "자립형"이란, 운모상 결합제가, 25℃ 및 50% 이하의 상대습도에서 5분 이상 동안 임의의 모서리에서 무너지거나 달리 망가지지 않고서 수직으로 서 있을 수 있는, 아무런 기타 물질을 함유하지 않는 5 ㎝ × 5 ㎝ × 3 ㎜의 건조 시트로 형성될 수 있음을 지칭한다.
본원에서 사용된 "운모상 광물질"이라는 문구는 쪼개어 지거나 달리 평면 시트 또는 판으로 분리되지 않는 광물질군을 지칭한다. 운모상 광물질은 팽창된 질석, 팽창되지 않은 질석 및 운모를 포함하지만, 여기에만 국한되는 것은 아니다. 운모상 광물질은 전형적으로 약 3보다 큰 평균 종횡비(즉 입자의 길이를 입자의 두께로 나눈 것)을 갖는다. 운모상 광물질은 전형적으로 약 150 마이크로미터 미만의 입자크기를 갖는다(예를 들면, 운모상 결합제는 100 메시 체를 통과할 수 있는 운모상 광물질을 함유함). 몇몇 실시양태에서, 운모상 결합제는 약 150 마이크로미터 미만의 크기, 및 약 8 초과 또는 약 10 초과의 평균 종횡비를 갖는 운모상 광물질을 함유한다.
적합한 운모상 결합제는 분쇄된(crushed) 운모상 광물질을 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 "분쇄된"이란 운모상 광물질이 임의의 적합한 방법에 의해 평균 입자크기가 감소되도록 가공됨을 지칭한다. 분쇄 방법은 묽은 또는 진한 슬러리의 기계적 전단, 밀링, 공기 충격 및 압연을 포함하지만, 여기에만 국한되는 것은 아니다. 기타 방법을 단독으로 또는 분쇄 방법과 조합으로 사용하여 입자크기를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 열적 또는 화학적 방법을 사용하여 운모상 광물질을 팽창 또는 팽창/박리시킬 수 있다. 팽창된 질석을 전단하거나 달리 물에서 가공하여 박리된 질석 입자 또는 판의 수성 분산액을 제조할 수 있다. 전단을, 예를 들면 블렌더와 같은 고전단 믹서를 사용하여, 적절하게 수행할 수 있다.
몇몇 실시양태에서, 운모상 결합제는 가공된 질석(즉 팽창, 박리 및 분쇄된 질석)을 포함한다. 가공된 질석은 전형적으로 비-팽창성이다. 또다른 실시양태에서, 운모상 결합제는 팽창 및 박리되지 않거나 부분적으로만 팽창 및 박리된 질석을 포함한다. 이러한 물질은 팽창성인 경향이 있다.
적합한 운모상 결합제는 더블유 알 그레이스 앤드 캄파니(W.R.Grace & Company)에서 상업적으로 입수가능하며, ("VFPS"라는 상표명의) 박리된 질석 분말 및 ("마이크롤라이트(MICROLITE)"라는 상표명의) 화학적으로 박리된 질석의 수성 분산액을 포함한다. 또한, 팽창된 질석 박편이, 더블유 알 그레이스 앤드 캄파니에서 ("조넬라이트 #5(ZONELITE #5)"라는 상표명으로서) 입수가능한데, 이것은 입자크기가 감소됨으로써 운모상 결합제를 형성할 수 있다.
운모상 결합제는 약 150 마이크로미터 미만의 입자크기를 갖는 질석, 및 약 150 마이크로미터 초과의(100 메시 체를 통과할 수 없는) 입자크기를 갖는 질석을 포함할 수 있다. 팽창성 질석은 약 300 마이크로미터 초과의 평균 입자크기를 가질 수 있다.
다층 매트의 한 실시양태에서, 비-팽창성 층은 유리섬유를 함유하고, 팽창성 층은 질석 뿐만 아니라 알루미노실리케이트 섬유를 함유한다. 다층 매트의 또다른 실시양태에서, 비-팽창성 층은 TMA 시험으로 측정시 10% 이하의 수축률을 갖는 세라믹 섬유를 함유하고, 팽창성 층은 질석 뿐만 아니라 TMA 시험으로 측정시 10% 히하의 수축률을 갖는 세라믹 섬유를 함유한다. 다층 매트의 또다른 실시양태에서, 비-팽창성 층은 유리섬유를 함유하고, 팽창성 층은 질석 뿐만 아니라 생분해성 무기 섬유를 함유한다.
모서리 보호 물질을 다층 매트에 첨가할 수도 있다. 모서리 보호 물질은 미국특허 제 5,008,086 호(Merry)에 기술된 바와 같이 모서리를 감싸는 스테인레스강선일 수 있다. 기타 적합한 모서리 보호 물질은 땋은 또는 로프와 유사한 유리, 세라믹, 또는 미국특허 제 4,156,533 호(Close 등)에 기술된 바와 같은 금속 섬유를 포함한다. 모서리 보호 물질을 EP 639 701 A1(Howorth 등), EP 639 702 A1(Howorth 등) 및 EP 639 700 A1(Stroom 등)에 기술된 바와 같은 유리 입자를 갖는 조성물로부터 제조할 수도 있다.
다층 매트 내 각 층의 두께는 특정 용도에 따라 다양할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 비-팽창성 층의 두께는 제 1 팽창성 층의 두께보다 크고, 제 2 팽창성 층의 두께보다 크다. 몇몇 용도에서, 비-팽창성 층의 두께는 다층 매트의 총 두께의 50% 이상, 55% 이상, 60% 이상, 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 또는 80% 이상이다. 매트의 총 비-압축 두께는 전형적으로 40㎜ 이하, 36㎜ 이하, 32㎜ 이하, 30㎜ 이하, 24㎜ 이하, 또는 20㎜ 이하이다.
몇몇 용도에서, 비-팽창성 층은 1㎜ 이상, 2㎜ 이상, 3㎜ 이상, 4㎜ 이상, 5㎜ 이상, 또는 6㎜ 이상의 두께를 갖는다. 비-팽창성 층의 두께는 전형적으로 30㎜ 미만, 20㎜ 미만, 또는 15㎜ 미만이다. 예를 들면, 비-팽창성 층의 두께는 3 내지 20 ㎜, 3 내지 16 ㎜, 3 내지 12 ㎜, 3 내지 10 ㎜, 4 내지 20 ㎜, 4 내지 16 ㎜, 4 내지 10 ㎜, 5 내지 20 ㎜, 5 내지 16 ㎜, 5 내지 12 ㎜, 6 내지 20 ㎜, 6 내지 16 ㎜, 6 내지 12 ㎜, 또는 6 내지 10 ㎜일 수 있다. 본원에서 기술된 두께는 비-압축 두께이다.
팽창성 층은 0.5㎜ 이상, 0.8㎜ 이상, 1㎜ 이상, 또는 1.2㎜ 이상의 두께를 갖는다. 팽창성 층의 두께는 통상적으로 20㎜ 미만, 10㎜ 미만, 또는 5㎜ 미만이다. 예를 들면, 팽창성 층의 두께는 0.5 내지 10 ㎜, 0.5 내지 8 ㎜, 0.5 내지 6 ㎜, 0.5 내지 5 ㎜, 0.5 내지 3 ㎜, 0.5 내지 2.5 ㎜, 0.5 내지 2 ㎜, 0.8 내지 3 ㎜, 1 내지 3 ㎜, 1.2 내지 3 ㎜, 1 내지 2.5 ㎜, 또는 1 내지 2 ㎜일 수 있다. 본원에서 기술된 두께는 비-압축 두께이다.
다층 매트 내 각 비-팽창성 층은 통상적으로 약 0.1 내지 약 0.3 g/㎤의 벌크 밀도를 갖는 반면에, 팽창성 층은 약 0.4 내지 약 0.7 g/㎤의 벌크 밀도를 갖는다. 본원에서 사용된 "벌크 밀도"라는 용어는 압축되지 않은 상태에서의 층 또는 다층 매트의 밀도를 지칭한다. 다층 매트의 벌크 밀도는 다양한 층의 두께 및 조성에 따라 달라지지만, 전형적으로는 약 0.15 내지 약 0.5 g/㎤, 또는 약 0.2 내지 약 0.4 g/㎤이다. 몇몇 용도에서, 다층 매트는 약 0.3 내지 약 1.0 g/㎤, 또는 약 0.5 내지 약 0.9 g/㎤의 압축 밀도를 갖는다. 본원에서 사용된 "압축 밀도"라는 용어는 오염제어장치의 조립 후 다층 매트의 밀도를 지칭한다(즉 이 용어는 매트가 금속 하우징과 오염제어요소 사이에 위치할 때의 매트의 밀도를 지칭함).
다층 매트는 종종 가요성이다. 매트를 전형적으로, 깨뜨리거나 부수지 않고서도 오염제어장치 내의 오염제어요소 주위를 감싸도록 취급할 수 있다.
또다른 양태에서는, 다층 매트의 제조 방법이 제공된다. 제 1 주표면 및 이러한 제 1 주표면과 대향되는 제 2 주표면을 갖는 비-팽창성 층을 제공한다. 비-팽창성 층은 무기 섬유를 포함한다. 제 1 팽창성 층을 비-팽창성 층의 제 1 주표면과 대향되게 위치시켜 다층 매트의 제 1 외부층을 형성한다. 제 2 팽창성 층을 비-팽창성 층의 제 2 주표면과 대향되게 위치시켜 다층 매트의 제 2 외부층을 형성한다.
몇몇 실시양태에서는, 비-팽창성 층, 팽창성 층 또는 이것들의 조합을 제조하는데에 제지 공정을 사용한다. 예를 들면, 무기 섬유의 수성 슬러리를 형성함으로써 비-팽창성 층을 제조할 수 있다. 수성 슬러리는 종종, 슬러리의 중량을 기준으로 30 중량% 이하의 고체를 함유한다(예를 들면, 슬러리는 슬러리의 중량을 기준으로 20 중량% 이하 또는 10 중량% 이하의 고체를 함유할 수 있음). 슬러리는 종종 슬러리의 중량을 기준으로 1% 이상의 고체를 함유한다(예를 들면, 슬러리는 2 중량% 이상 또는 3 중량% 이상의 고체를 함유할 수 있음). 몇몇 실시양태에서, 슬러리는 1 내지 10 중량%, 2 내지 8 중량%, 또는 3 내지 6 중량%의 고체를 함유할 수 있다. 고체 함량이 보다 높은 것이 유리할 수 있는데, 왜냐하면 예비성형물을 제조하기 위해 보다 적은 물을 제거하면 되기 때문이다. 그러나, 보다 높은 고체 함량을 갖는 슬러리는 혼합하기가 보다 어려운 경향이 있다.
마찬가지로, 팽창성 물질의 수성 슬러리를 형성함으로써, 팽창성 층을 제조할 수 있다. 고체 함량은 비-팽창성 층을 제조하는데 사용된 것에 필적할 수 있다.
각 수성 슬러리에 사용되는 물은 지하수, 지표수, 또는 염 및 유기 화합물과 같은 불순물이 제거되도록 처리된 물일 수 있다. 지하수 또는 지표수를 수성 슬러리에서 사용하는 경우, 물에 존재하는 염(예를 들면 칼슘 및 마그네슘 염)이 무기 결합제로서의 기능을 할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 물은 탈이온수, 증류수 또는 이것들의 조합이다.
기타 첨가제를 각 수성 슬러리 조성물에 첨가할 수도 있다. 이러한 첨가제는 무기 결합제, 무기 충전제, 소포제, 엉김제(flocculant), 계면활성제 등일 수 있다. 예를 들면 유기 섬유와 같은 보강제를 첨가할 수도 있다.
전체 다층 매트를 제지 공정을 사용하여 제조할 수 있다. 이러한 공정 중 하나가 미국특허공개 제 2001/0046456 호(Langer 등)에 기술되어 있다. 팽창성 물질을 함유하는 제 1 슬러리를 제조한 후, 이것을 투과성 기재 상에 침착시킬 수 있다. 침착된 제 1 슬러리를 부분적으로 탈수시켜 제 1 층을 형성할 수 있다. 비-팽창성이면서 무기 섬유를 함유하는 제 2 슬러리를 제조한 후, 이것을 제 1 층의 외부 표면 상에 침착시킬 수 있다. 침착된 제 2 슬러리를 부분적으로 탈수시켜 제 2 층을 형성할 수 있다. 팽창성 물질을 함유하는 제 3 슬러리를 제조하고, 이것을 제 2 층의 외부 표면 상에 침착시킬 수 있다. 침착된 제 3 슬러리를 적어도 부분적으로 탈수시켜 제 3 층을 형성할 수 있다. 마지막 층을 침착시킨 후에는, 매트를 건조시켜, 임의의 잔류 물의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 예를 들면, 매트를 가열된 롤러에 통과시킴으로써 압축 건조시킬 수 있다.
이러한 공정의 결과, 층이 다소 혼합(intermingling)될 수 있다. 층의 혼합은 실제로 눈으로는 식별되지 않거나, 가시적인 경계선 또는 구배층이 2개의 인접한 층들 사이에 형성되는 정도일 수 있다. 이러한 공정을 사용할 경우, 접착제, 스티치(stitch), 바늘 또는 스테이플을 사용하지 않고서 층들을 서로 결합시킬 수 있다.
또다른 실시양태에서는, 제지 공정 또는 대체 공정을 사용하여 제조된 비-팽창성 층의 표면 상에 1개 이상의 팽창성 층을 분무할 수 있다.
개별 층들을 개별적으로 제조한 후 서로 결합시킬 수 있다. 몇몇 다층 매트는 비-팽창성 층을 제 1 팽창성 층, 제 2 팽창성 층 또는 이것들의 조합에 부착시키는 접착제를 갖는다. 접착제는 감압성 접착제 또는 열용융형 접착제일 수 있다. 몇몇 다층 매트에서, 접착제는 열용융형 접착제, 예를 들면 미국 매사추세츠주 미들톤 소재의 보스틱 파인들리(Bostik Findley)에서 "PE 105-50" 또는 "PE 65-50"이라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한 접착제이다. 이것은 폴리에스테르-기재의 열용융형 접착제이지만, 해당 분야에 공지된 기타 열용융형 접착제를 사용할 수 있다. 다른 실시양태에서, 다층 매트의 다양한 층들을 니들펀칭(needle punching) 또는 스티치본딩(stitch bonding) 기술을 사용하여 서로 결합시킬 수 있다. 니들펀칭 방법을 사용하는 경우, 1개의 층으로부터 섬유 몇 개를 인접 층으로 잡아당겨, 인접한 층들 사이에 적어도 몇 개의 결합을 형성한다.
기타 방법을 사용하여 비-팽창성 층을 제조할 수 있다. 몇몇 용도에서는, 개별 무기 섬유를 원하는 길이로 토막냄으로써(chopping), 비-팽창성 층을 부직 매트로서 제조할 수 있다. 예를 들면, 미국 캘리포니아주 파코마 소재의 핀 앤드 프람 인코포레이티드(Finn and Fram, Inc.)에서 "모델 90 글라스 로빙 커터(MODEL 90 GLASS ROVING CUTTER)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한 유리 로빙 커터를 사용하여 섬유의 토우 또는 얀을 토막냄으로써, 개별화 섬유를 제조할 수 있다. 별법으로, 해머밀에 이어 송풍기를 사용하여, 토막내어진 개별화 섬유를 제조할 수 있다. 섬유를 통상적으로 약 0.5 내지 약 15 ㎝의 길이가 되게 토막낸다. 미국 뉴욕주 마세돈 소재의 란도 머신 코포레이션(Rando Machine Corp.)에서 "란도 웨버(RANDO WEBBER)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한 것, 또는 덴마크 스칸웹 캄파니(ScanWeb Co.)에서 "단 웹(DAN WEB)"이라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능한 것과 같은 통상적인 웹 제조기를 사용하여, 매트를 제조할 수 있다. 토막내어진 개별화 섬유를 철망 또는 메시벨트(예를 들면 금속 또는 나일론 벨트) 상에 연신시킬 수 있다. 섬유의 길이에 따라서, 제조되는 매트는 스크림과 같은 지지체 없이도 니들펀칭기 또는 스티치본딩기로 옮기기에 충분한 취급성을 가질 수 있다. 취급을 용이하게 하기 위해서, 몇몇 매트를 스크림 상에서 제조 또는 위치시킬 수 있다.
니들펀칭된 부직 매트란, 매트에 코바늘을 여러번 완전 또는 부분 침투시킴으로써 무기 섬유를 물리적으로 얽은 매트를 지칭한다. 니들펀칭은 일반적으로 부직 매트를 압축시키고 매트를 코바늘로 찌르고 잡아당김을 포함한다. 매트의 면적당 니들펀치의 최적 개수는 특정 용도에 따라 달라지지만, 부직 매트를 종종 약 5 내지 약 60 개 펀치/㎠를 갖도록 펀칭한다. 몇몇 용도에서, 매트는 10 내지 약 20 개 펀치/㎠를 갖는다. 부직 매트를, 미국 위스콘신주 마니토왁 소재의 포스터 니들 캄파니(Foster Needle Company)에서 상업적으로 입수가능한 코바늘을 사용하고 독일 딜로(Dilo)에서 상업적으로 입수가능한 것과 같은 통상적인 니들펀칭기를 사용하여 니들펀칭할 수 있다.
별법으로, 부직 매트를, 미국특허 제 4,181,514 호(Lefkowitz 등)에 개시된 바와 같은 기술을 사용하여, 스티치본딩할 수 있다. 매트를 유기 또는 무기 실(예를 들면 세라믹 또는 스테인레스강)을 사용하여 스티치본딩할 수 있다. 실들이 매트를 통해 짤리는 것을 방지 또는 최소화하기 위해서, 스티칭 동안에는, 무기 또는 유기 시트 물질의 비교적 얇은 층들을 매트의 한 면 또는 양면 상에 위치시킬 수 있다. 스티치 간격은 다양할 수 있지만, 통상적으로는, 섬유가 매트의 전체 면적에 걸쳐 균일하게 압축되도록, 약 3 내지 약 30 ㎜이다. 상업적으로 입수가능한 니들펀칭된 비-팽창성 층은 일본 도쿄 소재의 미쓰비시 케미칼에서 "마프텍"이라는 상표명으로서 입수될 수 있다.
또다른 양태에서는, 제 1 금속 하우징, 제 1 금속 하우징 내에 위치하는 오염제어요소, 및 제 1 금속 하우징과 오염제어요소 사이에 위치하는 다층 매트를 갖는 오염제어장치가 제공된다. 다층 매트는 3개 이상의 층들을 포함한다: 제 1 주표면 및 상기 제 1 주표면에 대향되는 제 2 주표면을 갖는, 무기 섬유를 포함하는 비-팽창성 층; 비-팽창성 층의 제 1 주표면에 대향되는, 다층 매트의 제 1 외부층인 제 1 팽창성 층; 및 비-팽창성 층의 제 2 주표면에 대향되는; 다층 매트의 제 2 외부층인 제 2 팽창성 층. 오염제어장치는 대기 오염을 저감시키기 위해서 자동차의 배기 시스템 내에 장착된다. 촉매변환기(10) 형태의 오염제어장치의 예가 도 2에 도시되어 있다. 촉매변환기(10)는 일반적으로, 촉매변환기 요소 또는 단일체라고도 지칭되는 오염제어요소(20)를 둘러싸는 금속 하우징(11)을 포함한다. 금속 하우징(11)은 배기가스가 각각 촉매변환기(10)로 유입 및 유출되는 입구(12) 및 출구(13)를 갖는다. 캔 또는 케이스라고도 지칭되는 금속 하우징(11)은 1종 이상의 금속, 금속 합금 또는 금속간 조성물로부터 제작될 수 있다. 예를 들면 금속 하우징(11)은 스테인레스강 또는 오스테나이트강일 수 있다.
적합한 촉매변환기 요소는 해당 분야에 공지되어 있고, 금속, 세라믹 또는 기타 물질로 제조된 것을 포함한다. 다양한 세라믹 촉매변환기 요소가 상업적으로 입수가능하다. 예를 들면, 벌집형 세라믹 촉매변환기 요소가 미국 뉴욕주 코닝 소재의 코닝 인코포레이티드(Corning Inc.)에서 "셀코(CELCOR)"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하고, 또다른 것이 일본 나고야 소재의 엔지케이 인슐레이티드 리미티드(NGK Insulated Ltd)에서 "하니세람(HONEYCERAM)"이라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다. 금속 촉매변환기 요소는 독일 로마 소재의 에미텍(Emitec)에서 상업적으로 입수가능하다.
1종 이상의 촉매 물질을 통상적인 실시에 따라 촉매변환기 요소(20) 상에 코팅할 수 있다. 촉매변환기 요소(20)에 사용되는 촉매는 전형적으로 1종 이상의 금속(예를 들면 루테늄, 오스뮴, 로듐, 이리듐, 니켈, 팔라듐 및 백금) 및/또는 금속 산화물(예를 들면 오산화바나듐 및 이산화티탄)이다. 가장 통상적으로는, 이러한 촉매는 일산화탄소 및 탄화수소와 같은 배기 오염물을 산화시키거나 달리 제거하는 기능을 한다. 이러한 촉매는 엔진 배기가스 중 질소 산화물의 양을 저감시키는 것을 돕는 기능을 할 수도 있다.
큰 표면적을 제공하기 위해서, 촉매변환기 요소(20)는 일반적으로 비교적 얇은 격벽을 갖는다. 이러한 얇은 격벽 때문에, 촉매변환기 요소(20)는 취약하거나 깨지기 쉬울 수 있다. 금속 하우징(11)과 촉매변환기 요소(20) 사이에 위치한 장착 매트 또는 시트 물질(30)은 취약한 촉매변환기 요소(20)를 노면 충격 및 진동으로 인한 위험으로부터 보호하는 것을 돕는다. 장착 매트 또는 시트 물질(30)은 또한 배기가스가 촉매변환기 요소(20)와 금속 하우징(11) 사이를 통과하지 못하게 하는 것을 돕는다.
도 3은 디젤입자필터(40) 형태의 오염제어장치의 대표적인 예를 도시한다. 이러한 디젤입자필터(40)는 관다발을 갖는 벌집형 단일체형 구조(42)(단일체 또는 단일체형 구조라고도 지칭됨)를 포함하는 격벽-유동식 필터이다. 촉매는 디젤입자필터(40)의 단일체형 구조(42) 상에 코팅될 수 있다. 단일체형 구조(42)는 종종 세라믹 물질로부터 제조된다. 이러한 디젤입자필터 요소는 예를 들면 미국 뉴욕주 코닝 소재의 코닝 인코포레이티드 및 일본 나고야 소재의 엔지케이 인튜메슨트 레이어 리미티드(NGK Intumescent Layer Ltd.)를 포함하는 많은 제조사로부터 상업적으로 입수가능하다. 유용한 디젤입자필터 요소는 문헌[Howitt 등, "Cellular Ceramic Diesel Particulate Filter", Paper No. 810114, SAE Technical Paper Series, 1981]에 논의되어 있다.
디젤입자필터(40)는 입구(46) 및 출구(48)를 갖는 금속 하우징(44)을 포함한다. 금속 하우징(44)은 단일체(42)를 둘러싼다. 단일체(42)와 금속 하우징(44) 사이에 위치한 장착 매트 또는 시트 물질(50)은 도 3의 장착 매트(30)와 동일한 이점을 제공한다.
촉매변환기와 디젤입자필터 요소 둘 다는 종종 세라믹 단일체 형태를 갖는다. 세라믹 단일체는 종종 격벽 두께/제곱인치당 개구 또는 셀의 개수(cpsi)로 표현된다. 1970년대 초에는, 12 mil의 격벽 두께 및 300 cpsi의 셀 밀도를 갖는 단일체가 통상적이었다("12/300 단일체"에서, 분자는 격벽의 두께(mil)를 나타내며, 분모는 제곱인치당 셀의 개수를 나타냄). 배출에 관한 법규가 점점 강화됨에 따라, 기하학적 표면적을 증가시키기 위한 방편으로 격벽 두께를 감소시켜 왔다. 표준은 6/400 단일체로 발전되었다. 그러나, 오염제어장치의 성능을 추가로 향상시키기 위해서, 4/400, 4/600, 4/900, 3/600, 3/900 및 2/900과 같은 보다 얇은 격벽을 갖는 단일체를 개발해 왔다. 이러한 단일체는 보다 더 정밀하고 보다 깨지기 쉽다.
세라믹 단일체는 이것을 함유하는 금속 하우징의 열팽창계수보다 작을 수 있는 열팽창계수를 갖는다. 몇몇 오염제어장치에서, 엔진이 오염제어요소를 약 25℃로부터 약 900℃의 최대 가동온도로 가열함에 따라, 금속 하우징은 약 530℃의 온도까지 가열된다(즉 금속 하우징의 외부 표면은 주위 조건에 노출되기 때문에 금속 하우징의 온도는 보다 낮음). 금속 하우징이 오염제어요소보다 더 적은 온도 변화를 겪음에도 불구하고, 금속 하우징은 세라믹 단일체보다 높은 열팽창계수를 갖기 때문에, 금속 하우징은 더 많이 팽창하게 된다. 몇몇 용도에서는, 금속 하우징과 세라믹 단일체 사이의 틈새는 약 4 내지 약 4.3 ㎜로 증가할 수 있다. 이러한 틈새는 다른 용도에서는 더 클 수 있다.
예를 들면, 오염제어장치가 선택적 촉매 환원(SCR: Selective Catalytic Reduction) 시스템을 포함하는 경우, 질소 산화물(NOx)을 질소로 변환시키기 위해서, 약품(예를 들면 수성 우레아 용액)을 첨가한다. SCR 시스템은 일반적으로 디젤 엔진이 장착된 중부하용 상용차에 사용된다. SCR 시스템의 부식성 환경 때문에, 종종 오염제어장치 내의 금속 하우징에는 오스테나이트강을 사용한다. 그러나 오스테나이트강은 비-부식성 환경에서 사용되기에 적합한 기타 금속의 열팽창계수보다 높은 열팽창계수를 갖는다(예를 들면 오스테나이트강의 열팽창계수는 페라이트 스테인레스강의 열팽창계수보다 약 50% 더 높음). 이러한 보다 높은 열팽창계수로 인해, 금속 하우징과 세라믹 단일체 사이에는 보다 큰 틈새가 생길 수 있다.
오염제어장치는 추가로 제 1 금속 하우징을 둘러싸는 제 2 금속 하우징을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 1 하우징 내의 오염제어요소는 머플러 내에 장착될 수 있다(즉 제 1 금속 하우징은 장착 매트에 인접하며, 제 2 하우징은 머플러의 격벽을 포함함). 배기가스는 오염제어요소를 통과하기 전 또는 후에 제 1 하우징과 제 2 하우징 사이를 통과한다. 제 1 금속 하우징과 제 2 금속 하우징 사이의 공간에 뜨거운 가스가 존재함으로 인해, 제 1 금속 하우징의 온도는 오염제어요소의 온도와 상대적으로 비슷해진다. 이러한 오염제어장치의 디자인 때문에, 장착 매트에 인접한 금속 하우징(즉 제 1 금속 하우징)의 온도는 오염제어요소의 온도와 상대적으로 비슷한 온도까지 상승할 수 있다. 주위 조건에 노출된 금속 하우징의 온도에 비해 상승된 제 1 하우징의 온도로 인해, 제 1 금속 하우징이 세라믹 단일체에 비해 더 많이 열팽창할 수 있다. 제 1 금속 하우징과 세라믹 단일체 사이의 틈새는, 금속 하우징의 외부 표면이 주위 조건에 노출된 오염장치 내의 틈새에 비해 증가할 수 있다.
이러한 오염제어장치 중 하나가 도 4에 도시되어 있다. 배기가스는 오염제어장치(200)를 함유하는 머플러에 들어간다. 배기가스는 파이프(210)를 통해 머플러에 들어가고 파이프(220)를 통해 머플러를 빠져나간다. 배기가스는 머플러에 있는 동안, 오염제어요소(230)를 통과한다. 머플러는 1개 이상의 오염제어요소(230)를 함유할 수 있다. 도 4에는, 병렬로 배열된 2개의 오염제어요소가 도시되어 있다. 각 오염제어요소(230)는 장착 매트(250)로 감싸진다. 장착 매트(250)는 오염제어요소(230)와 제 1 금속 하우징(240) 사이에 위치한다. 배기가스는 오염제어요소(230)를 통과한 후, 배기 파이프(220)에 들어갈 수 있다. 배기 파이프(220)는 천공부(260)를 갖는다. 배기가스의 일부는 천공부(260) 내의 구멍을 통과하여 머플러의 주 챔버(270)로 들어갈 수 있다. 배기가스가 머플러의 주 챔버(270)에 들어감으로써, 내부 금속 하우징(240)과 머플러 하우징(280) 사이에는 배기가스가 존재한다.
정상적인 사용 동안에는, 장착 매트가 예를 들면 가동 시간 및 지리적 공간에 따라서는 특정 범위의 온도에 노출될 수 있다는 사실 때문에, 오염제어장치의 제 1 금속 하우징과 오염제어요소 사이의 틈새 변화를 보상하는 일이 복잡해진다. 어떤 조건에서는, 매트가 팽창성 물질을 팽창시키기에 불충분한 온도(예를 들면 약 400℃ 미만 또는 약 500 ℃ 미만)에 노출될 수 있다. 기타 조건에서는, 매트는 약 900℃ 이하의 온도에 노출될 수 있다. 이러한 상승된 온도는 몇몇 매트를 수축하게 만들 수 있다. 수축한 매트는 장착 매트로서의 기능을 효과적으로 수행하지 못할 수 있다. 이러한 고온에서 가동되는 오염제어장치의 경우, 비-팽창성 층은 전형적으로 TMA로 시험시 10% 이하의 벌크 수축률을 갖는 무기 섬유를 포함한다.
제 1 금속 하우징(즉 오염제어요소에 가장 가까운 금속 하우징, 이러한 금속 하우징은 다층 매트에 인접함)과 오염제어요소 사이의 틈새의 크기는 세라믹 단일체와 제 1 금속 하우징 둘 다의 온도에 따라 달라진다. 이들 중 하나 또는 둘 다의 온도가 약 400℃ 미만 또는 약 500℃ 미만인 경우, 팽창성 물질은 종종 팽창되지 않은 상태에 있으며, 전형적으로 실온에서 압축된 다층 매트는 오염제어요소를 위해 충분한 보압(hold pressure)을 제공할 수 있다. 약 400℃ 이상 또는 약 500℃ 이상과 같은 보다 높은 온도에서는, 팽창성 물질이 팽창하여, 금속 하우징과 세라믹 단일체 사이의 열팽창 차이로 인해 증가된 틈새를 메울 수 있다.
본 발명의 다층 매트는, 조성에 따라서는, 다양한 가동 및 온도 조건에서 유리하게 사용될 수 있다. 다층 매트는 대부분의 공지된 차량용 오염제어장치와 사용되기에 적합할 수 있다.
전술된 내용에서는 본 발명이, 본 발명의 발명자에 의해 예측된, 합법적 기술이 유효한 실시양태를 참고로 기술되었는데, 그럼에도 불구하고, 본원에서 예측되지 않은 본 발명의 가상적 개조양태도 본 발명의 동등양태일 수 있다.
시험 방법
실제조건설정시험
실제조건설정시험(RCFT: Real Condition Fixture Test)은 장착 매트에 의해 둘러싸여진 단일체(예를 들면 촉매변환기 요소 또는 디젤입자필터)를 갖는 오염제 어장치 내에서 발견되는 실제가동조건을 모방한다. 이러한 시험은 장착 매트에 의해 발휘되는 압력을 측정하며, 머플러 내에 장착된 오염제어장치를 모방하는 등온 조건에서 수행된다. RCFT 방법은 문헌[Hans Bode 편집, Material Aspects in Automotive Pollution Control Devices, Wiley-VCH, 206 내지 208 페이지(2002)]에 상세하게 기술되어 있다.
44.45 ㎜ × 44.45 ㎜의 다층 매트 샘플을 2개의 50.8 ㎜ × 50.8 ㎜의 가열된 스테인레스강 압반들 사이에 넣었다. 다층 샘플의 장착 밀도, 즉 다층 매트가 압반들 사이에 장착될 때의 밀도는 0.70 내지 0.73 g/㎤이었다. 장착 밀도는 팽창성 매트의 경우 약 1 g/㎤이었고, 비-팽창성 매트의 경우에는 약 0.40 g/㎤이었다. 독립적으로 제어되는 각 압반을 450℃ 또는 550℃의 온도로 가열하였다. 이와 동시에, 압반들 사이의 공간 또는 틈새를, 특정 유형의 전형적인 오염제어장치 내의 물질의 온도 및 열팽창계수로부터 계산된 값이 되도록, 증가시켰다. 3회의 가열 및 냉각 사이클을 각 온도에서 각 샘플에 대해 수행하였다. 제 1 샘플을 사용하는 각 사이클에서는, 각 압반을 450℃의 피크 온도로 가열하고, 15분 동안 유지한 후, 약 실온(예를 들면 약 20℃)으로 냉각시켰다. 제 2 샘플을 사용하는 각 사이클에서는, 각 압반을 550℃의 피크 온도로 가열하고, 15분 동안 유지한 후, 약 실온으로 냉각시켰다.
3회의 RCFT 사이클을 수행한 후, 2개의 판들 사이의 압력을 온도의 함수로서 나타내는 데이타 곡선을 생성하였다. 제 1 사이클 및 제 3 사이클 동안의 각 피크 온도에서의 압력(즉 장착 압력) 뿐만 아니라 제 1 사이클 동안의 최소 장착 압력을 기록하였다. 오염제어장치를 실제로 사용하는 동안에 단일체를 고정시키는데에는 일반적으로 약 50 kPa의 최소 장착 압력이 필요하다.
벌크 수축률(TMA)
세라믹 섬유 덩어리의 벌크 수축률을, 챠트 기록기를 갖는, (미국 뉴욕주 포트 워싱톤 소재의 쎄타 인더스트리즈 인코포레이티드(Theta Industries, Inc.)로부터 입수된) 쎄타 딜라트로닉 II 써멀 애널라이저(Theta Dilatronic II Thermal Analyzer) 모델 MFE-715를 사용하는 열적 기계적 분석(TMA)을 사용하여 결정하였다. 11㎜의 직경을 갖는, 노 내의 압반 상에 놓여진 원형 다이를 사용하여, 무기 섬유 샘플을 절단하였다. 1350g의 분동을 받치는 7㎜ 직경의 석영 막대(길이 약 35.6㎝)를 샘플 상에 놓고, 노를 닫았다. 이는 샘플에 가해진 약 50 psi(345 kN/㎡)의 하중에 상응한다. 분동과 샘플을 약 5분 동안 안정화시킨 후, 15 ℃/min의 속도로 1000℃로 가열하였다. 오븐이 1000℃에 도달한 후, 노를 끄고 실온으로 냉각시켰다. 샘플을 노 내에서 냉각시켰다. 막대 말단과 압반 사이의 틈새로서 측정된 샘플의 두께가 가열 및 냉각 사이클 동안에 챠트 기록기에 기록되었다. % 수축률은 가열 사이클 동안 750℃에서 기록된 두께(T1), 및 냉각 사이클 동안 750℃에서 기록된 두께(T2)로부터 계산되었다. 벌크 수축률은 다음과 같이 계산되었다:
% 벌크 수축률 = [(T1-T2)/T1]×100
TMA 시험을 유기 결합제 물질을 함유하거나 함유하지 않는 샘플에 대해 사용할 수 있다. 유기 물질은 통상적으로 약 500℃에서 연소될 것이다. 가열 사이클 동안, 750℃에서 측정된 샘플의 두께는, 경우에 따라서는 무기 결합제 및 입자를 함유하는, 섬유 덩어리의 두께와 본질적으로 동일하다. 샘플을 추가로 가열함에 따라, 750℃에서 측정된 두께가 가열 사이클 동안의 샘플의 두께보다 작다면, 냉각 사이클 동안에 1000℃ 이하에서 일어나는 섬유의 임의의 수축은 뚜렷해질 것이다.
실시예 1
비-팽창성 섬유층을 2개의 팽창성 층들 사이에 라미네이팅시킴으로써 다층 매트를 구성하였다. 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 캄파니의 2개의 "인테람 100" 인튜메슨트 매트 마운트(Intumescent Mat Mount)를 팽창성 층으로서 사용하였다. 각 팽창성 층은 1050 g/㎡의 단위면적당 중량 및 약 1.7㎜의 두께를 가졌다. 쓰리엠 캄파니의 유리섬유 매트인 "인페 571.02" 매트 마운트를 비-팽창성 층으로서 사용하였다. 이 유리 매트는 약 0.14 g/㎤의 벌크 밀도, 800 g/㎡의 단위면적당 중량, 및 약 5.8㎜의 두께를 가졌다. 각 팽창성 층의 주표면 중 하나에, 쓰리엠 캄파니의 "폼 패스트 74 스프레이 어드헤시브(FOAM FAST 74 SPRAY ADHESIVE)"를 분무하였다. 비-팽창성 층의 주표면 중 하나를 1개의 팽창성 층에 부착시킨 후, 비-팽창성 층의 또다른 주표면을 또다른 팽창성 층에 부착시켰다. 즉 비-팽창성 유리섬유층을 2개의 팽창성 층들 사이에 라미네이팅시킨 것이다. 롤링핀을 3층 매트 상에 가볍게 굴림으로써 층들을 결합시키고, 매트를 85℃로 설정된 오븐에서 약 5분 동안 건조시켰다. 그 결과의 다층 매트는 약 9.2㎜의 두께를 가졌다.
2개의 상이한 피크 온도에서 RCFT를 사용하여 다층 매트를 시험하였다. 표 1의 데이타는 실온 압력, 제 1 가열 사이클 동안의 최소 압력, 최대 온도에서 제 1 시이클 후 압력, 및 최대 온도에서 제 3 사이클 후의 압력을 포함한다.
실시예 2
2개의 팽창성 층이 각각 1050 g/㎡의 중량 및 약 1.7㎜의 두께를 갖는 "인페 570" 인튜메슨트 매트 마운트라는 것만 제외하고는 실시예 1의 공정과 동일한 공정에 따라, 다층 매트를 구성하였다. 이러한 팽창성 층은 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 캄파니에서 입수되었다. 그 결과의 다층 매트는 약 9.2㎜의 두께를 가졌다. RCFT를 사용하여 매트를 시험하였고, 그 결과는 표 1에 명시되어 있다.
참고 실시예 R1
참고 실시예 R1은 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 캄파니에서 입수된 "인페 571.02" 비-팽창성 매트였다. 이러한 샘플에 대한 데이타는 표 1에 명시되어 있다.
참고 실시예 R2
참고 실시예 R2는 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 캄파니에서 입수된 "인테람 100" 인튜메슨트 매트 마운트였다. 이러한 샘플에 대한 데이타는 표 1에 명시되어 있다.
Figure 112006082762735-pct00001
실시예 3 내지 5
실시예 3 내지 5를 위한 유리섬유 매트를 각각 PCT 특허공개 제 WO 2004/011785 호(Merry)의 실시예 1 내지 3에 따라 제조하였다. 모든 매트는 약 800 g/㎡의 단위면적당 중량 및 약 5.8㎜의 두께를 가졌다. 각 유리섬유 매트를, 1050 g/㎡의 단위면적당 중량을 갖는, 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 캄파니에서 입수가능한 2개의 "인테람 100" 인튜메슨트 매트 마운트 층들 사이에 라미네이팅시킴으로써, 다층 매트를 제조하였다.
실시예 3의 유리섬유 매트를, 본질적으로 쇼트를 갖지 않는, 약 9 ㎛의 직경을 갖는, 25.4㎜의 길이로 토막내어진 S-2 유리섬유(미국 싸우스캐롤라이나주 아이켄 소재의 어드밴스드 글래스파이버 얀스 엘엘씨에서 입수된 401 S-2 글래스 찹트 스트랜드)로부터 제조하였다.
실시예 4의 유리섬유 매트를, 9 ㎛의 직경을 갖는, 25.4㎜의 길이로 토막내어진 (미국 싸우스캐롤라이나주 아이켄 소재의 어드밴스드 글래스파이버 얀스 엘엘씨에서 입수된) E 찹트 유리 스트랜드로부터 제조하였다.
실시예 5의 유리섬유 매트를, (독일 헤르조겐라트 소재의 사인트-고바인 베트로텍스 도이칠란트 게엠베하)에서 입수가능한), 약 10 ㎛의 직경을 갖는, 36 ㎜의 길이로 토막내어진, R-유리섬유(전형적인 조성은 60% SiO2, 25% Al2O3, 9% CaO 및 6% MgO)로부터 제조하였다.
유리섬유 매트를 실시예 1에 기술된 공정을 사용하여 팽창성 층에 라미네이팅시켰다.
실시예 6 내지 7
비-팽창성 세라믹 섬유층을 2개의 팽창성 층들 사이에 라미네이팅시킴으로써, 실시예 1의 공정에 따라 다층 매트를 제조하였다. 2개의 팽창성 층은 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 캄파니에서 입수가능한 "인테람 100" 인튜메슨트 매트 마운트였다. 각 팽창성 층은 1050 g/㎡의 단위면적당 중량 및 약 1.7㎜의 두께를 가졌다. 실시예 6의 비-팽창성 매트는 쓰리엠 캄파니에서 입수가능한 "인테람 1100 HT" 논-인튜메슨트 매트 마운트였다. 실시예 7의 비-팽창성 매트는 쓰리엠 캄파니에서 입수가능한 "인테람 1101 HT" 논-인튜메슨트 매트 마운트였다. 비-팽창성 매트는 둘 다 쓰리엠 캄파니에서 입수가능하고, 결정질 알루미나 섬유(즉 다결정질 알루미나 섬유)로부터 제조되었다.
실시예 8
실시예 2의 S-2 유리섬유 매트를, 1050 g/㎡의 단위면적당 중량 및 약 1.7 ㎜의 두께를 갖는 2개의 "인테람 100" 인튜메슨트 매트 마운트의 층들 사이에 넣음으로써, 다층 매트를 제조하였다. 이러한 층들은 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 캄파니에서 입수가능하였다. 이어서 매트를 코바늘로써 니들펀칭하여, 3개의 층들 사이에서 섬유들을 물리적으로 얽었다. 적합한 니들펀칭기는, (미국 위스콘신주 마니토왁 소재의 포스터 니들 캄파니 인코포레이티드의) 상업적으로 입수가능한 코바늘을 사용하고, 독일 딜로에서 "딜로"라는 상표명으로서 상업적으로 입수가능하다. 매트를, 약 12개 니들펀치/㎠를 달성하도록, 니들펀칭하였다.
실시예 9 내지 14
생분해성 섬유를 갖는 팽창성 매트를 WO 03/031368의 실시예 1에 기술된 바와 같이 제조하였다. 요약하자면, 팽창 박리된 질석을 와링(Waring) 블렌더에서 약 3분 동안 물에 분산시켜, 질석을 박리하고 분쇄시켰다. 이렇게 하여 운모상 결합제를 형성하였다. 팽창 박리된 질석은 미국 매사추세츠주 캠브리지 소재의 더블유 알 그레이스에서 "조놀라이트 팽창 질석 #5(ZONOLITE EXPANDED VERMICULITE #5)"라는 상표명으로서 입수가능하였다. 섬유(생분해성 무기 섬유와 레이온 섬유 둘 다)를 슬러리에 약 5 초동안 분산시키고, 라텍스(즉 유기 결합제)를 첨가하였다. 생분해성 무기 섬유는 미국 조지아주 오거스타 소재의 써멀 세라믹스에서 입수가능한 "수퍼울 607"이었다. 레이온 섬유는, 미국 테네시주 존슨 시티 소재의 미니파이버즈 인코포레이티드(Minifibers, Inc.)에서 입수가능한, 길이가 0.635㎜인 레이온 섬유였다. 유기 결합제를 라텍스 형태로 첨가하였다. 라텍스는 미국 팬실바니아주 알렌타운 소재의 에어 프로덕츠 폴리머즈(Air Products Polymers)에서 입수가능한 55% 고체 함량의 에틸렌 비닐 아세테이트 라텍스인 "에어플렉스 600BP(AIRFLEX 600BP)"였다. 황산알루미늄의 50% 고체 함량의 수용액을 첨가하여 라텍스를 응결시키고, 팽창되지 않은 질석(즉 팽창성 물질)을 첨가하고 혼합하여, 통상적인 제지 공정에 의해 매트로 형성될 수 있는 균일한 분산액을 형성하였다. 팽창되지 않은 질석을 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 코메탈즈 인코포레이티드(Cometals, Inc.)에서 입수할 수 있다. 건조중량%로 표시된 매트 조성이 표 2에 명시되어 있다.
이어서 2장의 팽창성 매트를 열용융형 접착제로써 각각 실시예 3 및 실시예 5에 기술된 S-2 유리섬유 매트 및 R-유리섬유 매트에 라미네이팅시켰다. 미국 매사추세츠주 미들톤 소재의 보스틱 파인들리 코포레이션에서 "보스틱 폴리에스테르 105-50 웹 어드헤시브(BOSTIK POLYESTER 105-50 WEB ADHESIVE)"라는 상표명으로서 입수가능한 열용융형 접착제 시트를 팽창성 매트의 시트 상에 놓고, 접착제가 용융되어 매트를 코팅시킬 때까지 (약 110 내지 약 140℃에서) 가열하였다. 이어서 비-팽창성 유리섬유층을 2개의 접착제-코팅된 팽창성 시트들 사이에 넣고 롤링핀을 가볍게 굴림으로써 층들을 라미네이팅시켰다. 그 구조가 표 2에 요약되어 있다.
Figure 112006082762735-pct00002
해당 분야의 숙련자들이라면, 본 명세서 또는 본원에서 개시된 발명의 실시를 숙지함으로써, 본 발명의 기타 실시양태를 명백하게 알게 될 것이다. 해당 분야의 숙련자가, 첨부된 청구의 범위에 의해 지시된 본 발명의 진정한 범주 및 개념에서 벗어나지 않게, 본원에서 기술된 원리 및 실시양태를 다양하게 생략, 개조 및 변경할 수 있다.

Claims (20)

  1. 제 1 주표면 및 상기 제 1 주표면에 대향되는 제 2 주표면을 갖는, 유리 섬유 및 세라믹 섬유 중 하나 이상을 포함하는 비-팽창성 층;
    비-팽창성 층의 제 1 주표면에 대면하는, 다층 매트의 제 1 외부층인 제 1 팽창성 층; 및
    비-팽창성 층의 제 2 주표면에 대면하는, 다층 매트의 제 2 외부층인 제 2 팽창성 층을 포함하는, 오염제어장치에 오염제어요소를 장착하는데 사용되는 다층 장착 매트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 매트의 비-압축 두께는 40㎜ 이하이고, 상기 비-팽창성층의 비-압축 두께는 1㎜ 이상이고, 상기 각각의 팽창성 층의 비-압축 두께는 0.5㎜ 이상인 다층 매트.
  3. 제 1 항에 있어서, 비-팽창성 층이 다층 매트의 총 두께의 50% 이상인 두께를 갖는 다층 매트.
  4. 제 1 항에 있어서, 비-팽창성 층이 제 1 팽창성 층보다 더 두껍고, 비-팽창성 층이 제 2 팽창성 층보다 더 두꺼운 다층 매트.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 비-팽창성 층이 10% 이하의 벌크 수축률을 갖는 세라믹 섬유를 포함하는 다층 매트.
  6. 제 1 금속 하우징;
    제 1 금속 하우징 내에 위치하는 오염제어요소;
    제 1 금속 하우징과 오염제어요소 사이에 위치하는, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 다층 장착 매트를 포함하는 오염제어장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 추가로 제 1 금속 하우징을 둘러싸는 제 2 금속 하우징을 포함하고, 배기가스가 제 1 금속 하우징과 제 2 금속 하우징 사이를 통과하는 오염제어장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 오염제어요소가 디젤입자필터인 오염제어장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 장착 매트가, 제 1 팽창성 층 및 제 2 팽창성 층이 팽창하는 온도보다 높은 가동온도와 낮은 가동온도 둘 다에서 보압을 갖는 오염제어장치.
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