KR101525271B1 - 오염 제어 장치, 이에 사용하기 위한 보강 매트 재료 및 이들의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

오염 제어 장치용 보강 매트(10)는 제1 주 표면(12), 제2 주 표면(14) 및 두께를 갖고, 매트는 세라믹 섬유 및 보강 메시(22)를 포함하며, 보강 메시는 매트가 메시에 의해 2개의 층(16, 18)으로 대체로 분리되도록 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치된다. 메시는 매트의 층들이 메시를 통해 함께 일체적으로 결합되기에 충분히 큰 공간을 사이에 형성하도록 이격된 비금속성 섬유들을 포함한다. 매트는 매트의 총 중량의 최대 약 5%인 총 유기 성분 중량을 갖고, 매트는 오염 제어 요소를 장착하기 위한 장착 매트로서, 또는 내연 기관의 배기 시스템에서 오염 제어 장치 내의 영역을 절연하기 위한 절연체로서 사용되도록 치수결정된다.

Description

오염 제어 장치, 이에 사용하기 위한 보강 매트 재료 및 이들의 제조 방법{POLLUTION CONTROL DEVICES, REINFORCED MAT MATERIAL FOR USE THEREIN AND METHODS OF MAKING SAME}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 2007년 7월 17일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/950299호 및 2007년 7월 10일자로 출원된 제60/948883호의 이익을 주장한다.

본 발명은 오염 제어 장치, 구체적으로는 오염 제어 장치 내에서 사용하기에 적합한 매트(mat) 재료, 더 구체적으로는 낮은 유기 함유량을 갖고 오염 제어 요소를 오염 제어 장치에 장착하기에 또는 오염 제어 장치의 부분들을 절연하기에 적합한 매트 재료, 그리고 더욱 더 구체적으로는 그러한 매트 재료 및 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.

오염 제어 장치는 대기 오염을 제어하기 위해 자동차에 채용된다. 그러한 장치는 촉매 변환기(catalytic converter) 및 디젤 미립자 필터 또는 트랩(trap)을 포함한다. 촉매 변환기는 전형적으로 촉매를 지지하는 세라믹 모놀리식(monolithic) 구조체(즉, 촉매 담체 또는 요소)를 포함한다. 디젤 미립자 필터 또는 트랩은 전형적으로는 다공성 결정질 세라믹 재료로부터 전형적으로 제작되는 벌집형 모놀리식 구조체(즉, 필터 요소)를 갖는 벽 유동 필터이다. 이 장치들 각각은 오염 제어 요소가 내부에 수용되는 금속 하우징(전형적으로, 스테인레스강)을 갖는다. 세라믹 섬유를 포함하는 매트는 전형적으로 하우징 내에서 오염 제어 요소를 장착하고 보호하기 위해 사용된다. 필터 요소뿐만 아니라 촉매 담체는 촉매를 상부에서 갖는 벽을 가질 수 있다. 촉매는 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키고, 엔진 배기 가스 내의 질소의 산화물을 감소시켜 대기 오염을 제어한다.

그러한 장치에 사용되는 세라믹 섬유를 포함하는 장착 매트는 보통 최대 10%의 유기 결합제로 구성된다. 결합제는 섬유들을 함께 보유하기 위해 사용된다. 그러한 높은 결합제 비(ratio) 없이는, 예를 들어 오염 제어 장치의 조립 동안 매트의 표면 균열, 매트의 낮은 인장 강도 및 보다 낮은 벌크 밀도와 같은 많은 문제들이 발생할 수 있다.

본 발명은 그러한 문제들 중 하나 이상을 나타내지 않는, 오염 제어 장치에서 사용하기 위한 낮은 결합제 함량의 매트를 제공하는 것에 관한 것이다.

본 발명의 일 태양에서, 내연 기관의 배기 시스템용 오염 제어 장치 내에서 사용을 위해 치수결정되고 존속하도록 설계된 보강 매트가 제공된다. 매트는 제1 주 표면(major surface), 제2 주 표면 및 두께를 갖고, 매트는 세라믹 섬유(예를 들어, 내화성 세라믹 섬유, 유리 섬유 또는 이들의 조합) 및 보강 메시(mesh)(예를 들어, 네팅(netting))를 포함하며, 보강 메시는 매트가 메시에 의해 2개의 층으로 대체로 분리되도록 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치된다. 메시는 매트의 층들이 메시를 통해 함께 일체적으로 결합될 수 있기에 충분히 큰 공간 또는 개구를 사이에 형성하도록 이격된 비금속성 섬유(즉, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 중합체 섬유 또는 이들의 조합)들을 포함한다.

매트는 매트의 총 중량의 약 5% 이하인 총 유기 성분 중량(예를 들어, 유기 결합제 함량, 유기 섬유 결합제 함량 및/또는 유기 섬유 메시 함량)을 갖는다. 매트는 오염 제어 요소(예를 들어, 촉매 변환기, 필터 요소 및/또는 촉매촉진 필터 요소)를 장착하기 위한 장착 매트로서, 또는 내연 기관의 배기 시스템에서 오염 제어 장치(예를 들어, 촉매 변환기, 엔진 배기 필터 등) 내의 영역 또는 일부분을 절연하기 위한 절연체로서 사용되도록 치수결정된다.

본 발명에 사용되는 메시는 매트의 총 유기 성분 중량에 대해 약 0.4 중량% 내지 약 2.0 중량% 범위로 기여하는 이격된 중합체 섬유들로 제조될 수 있다. 메시의 이격된 비금속성 섬유들은 서로 겹치도록 배치될 수 있고, 이에 의해 메시의 이격되고 겹친 비금속성 섬유들에 의해 한정된 개구를 갖는 네팅을 형성하거나, 또는 서로 교차하지 않도록 배치될 수 있다.

매트의 총 유기 성분 중량이 매트의 총 중량의 약 2.5% 이하인 것이 바람직하다. 매트의 총 유기 성분 중량이 매트의 총 중량의 약 1.5% 이하인 것이 더 바람직하다. 매트는 매트의 총 유기 성분 중량의 전부를 제공하는 유기 결합제를 포함할 수 있다.

본 발명의 추가의 태양에서, 본 발명에 따른 오염 제어 장치를 포함하는 내연 기관용 배기 시스템이 제공된다.

본 발명에 따른 오염 제어 장치를 포함하는 배기 시스템을 포함하는 내연 기관을 제공하는 것이 또한 본 발명의 태양이다.

본 발명에 따른 보강 매트를 제조하는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 추가의 태양이다. 본 방법은 세라믹 섬유를 포함하는 제1 층을 형성하는 단계; 세라믹 섬유를 포함하는 제2 층을 형성하는 단계; 제1 층의 주 표면과 제2 층의 주 표면 사이에 메시를 개재시키는 단계; 매트의 제1 층 및 제2 층이 메시의 공간의 적어도 일부분을 통해 함께 일체적으로 결합되도록 제1 층의 주 표면과 제2 층의 주 표면을 함께 부착하는 단계; 및 오염 제어 요소를 장착하기 위한 장착 매트로서, 또는 내연 기관의 배기 시스템에서 오염 제어 장치 내의 영역을 절연하기 위한 절연체로서 사용되도록 매트를 치수결정하는 단계를 포함한다. 생성된 매트는 매트의 총 중량의 약 5% 이하인 총 유기 성분 중량을 갖는다.

제1 층 및/또는 제2 층은 웨트 레이드(wet laid) 공정 또는 임의의 다른 적합한 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 제1 층의 주 표면 및 제2 층의 주 표면은 보조 접합 수단(예를 들어, 라미네이팅 접착제)을 사용하거나 또는 사용하지 않고 함께 부착될 수 있다. 임의의 보조 접합 수단 없이 웨트 레이드 공정이 사용되면, 층들 중 적어도 하나로부터의 세라믹 섬유가 메시의 공간을 통과하고 층들 중 다른 하나 내로 들어간다.

본 발명의 이들 및 다른 이점은 동일한 도면 부호가 동일한 부분을 나타내도록 사용되는 본 발명의 상세한 설명 및 도면에서 더욱 완전하게 설명 및 도시된다. 그러나, 도면 및 설명은 예시의 목적만을 가지며 본 발명의 범주를 부당하게 제한하는 방식으로 읽혀져서는 안 된다는 것을 이해하여야 한다.

본 발명은 첨부 도면을 참고하여 더욱 이해될 수 있으며, 여러 도면에 걸쳐 유사한 부품은 유사한 도면 부호로 지시된다.
<도 1a>
도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 보강 네팅의 평면도.
<도 1b>
도 1b는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 보강 네팅의 평면도.
<도 1c>
도 1c는 본 발명의 추가 실시 형태에 따른 보강 네팅의 평면도.
<도 2>
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 보강된 장착 매트의 단면도.
<도 3>
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라 보강된 장착 매트의 단면도.
<도 4>
도 4는 본 발명의 추가 실시 형태에 따라 보강된 장착 매트의 단면도.
<도 5>
도 5는 도 1a의 보강 네팅의 확대 평면도.
<도 6>
도 6은 세라믹 섬유를 포함하는 제1 층, 보강 네팅, 및 세라믹 섬유를 포함하는 제2 층을 더 명확하게 보기 위해 매트의 부분들이 제거된, 본 발명에 따른 보강 장착 매트를 포함하는 개방된 오염 제어 장치의 사시도.

본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명함에 있어서, 명확함을 위하여 특정 용어가 사용된다. 그러나, 본 발명은 이와 같이 선택된 특정 용어로 제한하고자 하는 것은 아니며, 이와 같이 선택된 각각의 용어는 유사하게 작동하는 모든 기술적 등가물을 포함한다. 본 발명에 따른 보강 매트는 내연 기관의 배기 시스템용 오염 제어 장치 내에서 사용을 위해 치수결정되고 존속하도록 설계된다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 보강 매트(10)는 제1 주 표면(12), 제2 주 표면(14) 및 두께(즉, 표면(12, 14)들 사이의 거리)를 갖는다. 매트(10)는 적어도 제1 층(16) 및 제2 층(18)을 갖고, 하나 이상의 추가 층(20)(도 4 참조)을 포함할 수 있다. 이들 매트 층(16, 18, 20) 각각은 세라믹 섬유, 예를 들어 내화성 세라믹 섬유(예를 들어, 알루미나 섬유, 알루미나-실리카 섬유 등), 유리 섬유(예를 들어, 실리카 섬유 등) 또는 이들의 조합, 및 임의의 다른 원하는 재료(예를 들어, 팽창성 재료)를 포함한다. 도 2 및 도 3의 실시 형태에서, 보강 메시(22)는 제1 주 표면(12) 및 제2 주 표면(14)과 대체로 동일 평면이도록 층(16, 18)들 사이에 배치된다. 도 4의 실시 형태에서, 다른 보강 메시(22')가 또한 층(18, 20)들 사이에 배치된다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 오염 제어 장치(60)(예를 들어, 촉매 변환기 및/또는 배기 필터)는 하우징(50), 하우징(50)의 내부에 장착된 오염 제어 요소(40)(예를 들어, 촉매 요소 및/또는 필터), 및 하우징(50) 내에 요소(40)를 장착하기 위해 사이에 개재된 본 명세서에 설명된 것과 같은 장착 매트(10)를 포함할 수 있다. 하우징(50)은 전형적으로 예를 들어 스테인레스강과 같은 금속으로 제조되고, 내연 기관으로부터의 배기 가스가 장치(60)를 통과하게 하는 입구(52) 및 출구(54)를 포함한다. 요소(40)는 전형적으로 상대적으로 부서지기 쉬운 얇은 벽의 모놀리식 구조체이다. 매트(10)는 열 관련 손상 및 기계(예를 들어, 진동) 관련 손상 둘 모두로부터 요소(40)에 보호를 제공한다.

도 2를 참조하면, 메시(22)가 매트(10)의 표면(12)에 가까이 배치되는 것(즉, 층(16)이 층(18)보다 상대적으로 더 얇은 것)이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 총 중량이 약 1600 g/㎡인 매트(10)와, 중량이 약 80 내지 약 160 g/㎡ 범위인 네팅(22)에 의해, 층(16)이 약 40 내지 약 800 g/㎡ 범위의 중량을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 달리 말해서, 층(16)이 매트(10)의 총 중량의 3% 내지 10% 범위로 포함되는 것이 바람직할 수 있다.

도 1a 내지 도 1c 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 메시(22)는 비금속성 섬유(24)(즉, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 중합체 섬유 또는 이들의 조합)를 포함한다. 섬유(24)가 유리로 제조되는 것이 바람직할 수 있다. 도시된 실시 형태에서, 섬유(24)들은 일반적으로 사이에 공간 또는 개구(26)를 형성하도록 동일 평면에 있고 이격되어 있다. 이격된 비금속성 섬유(24)들은 서로 교차하지 않도록(예를 들어, 도 1c 참조), 서로 교차하거나 다르게 겹치도록(예를 들어, 도 1a 및 도 1b 참조), 또는 이들의 조합이 되도록 배치될 수 있다. 도시된 메시 설계의 바람직한 실시 형태는 도 1a에 도시된 것이다. 비스듬한 섬유(24)를 갖는 도 1c의 메시 설계는, 매트(10)가 굴곡될 때(예를 들어, 촉매 담체 또는 필터 요소 둘레에 감싸질 때) 층(16, 18, 20)들이 분리되게 할 수 있기 때문에, 도시된 실시 형태 중 가장 덜 바람직한 것이다.

개구(26)는 매트(10)의 층(16, 18, 20)(적용가능한 경우)들이 메시(22)를 통해 함께 일체적으로 결합되거나 접합되게 하기에 충분히 크다. 즉, 대향 층(16 및 18, 18 및 20)들의 각각의 쌍은 보조 접합 수단(예를 들어, 유기 및/또는 무기 라미네이팅 접착제)에 의해 개구(26)를 통해 함께 접합될 수 있다. 대안적으로 또는 추가하여, 대향 층들의 각각의 쌍은 예를 들어 웨트 레이드 공정에 의하는 것과 같은 보조 접합 수단 없이 함께 접합될 수 있다. 웨트 레이드 공정이 임의의 보조 접합 수단 없이 사용된다면, 대향 층(16 및 18, 18 및 20)들 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 모두로부터의 세라믹 섬유는 메시 개구(26)를 통과하고 대응하는 대향 층 내로 들어간다. 매트 층(16, 18, 20) 각각은 함께 접합되기 전에 웨트 레이드 공정 또는 임의의 다른 적합한 공정을 사용하여 형성될 수 있다.

본 발명에 따라 보조 접합 수단을 사용하여 메시 개구(26)를 통해 그러한 대향 층들을 접합하기 위해 사용될 수 있는 공정의 예는, 전체적으로 본 명세서에 참고된 포함된, 2007년 5월 29일자로 출원되고 발명의 명칭이 다층 장착 매트(Multilayer Mounting Mat)인 국제특허출원 제PCT/US2007/069839호에 개시되어 있다. 그러한 공정에서, 다수의 층을 갖는 보강 매트는 먼저 기부 또는 하부 층(18)을 제공하고, 하부 층(18)의 상부 표면 상에 무기 접착제의 코팅을 도포하며, 하부 층(18)의 상부 상에 메시(22)를 배치하고, 이어서 상부 층(16)을 위치시켜 메시(22)가 층(16, 18)들 사이에 개재되도록 함으로써 제조될 수 있다. 이러한 다층 구조물은 그 다음에 압축되고 접착제가 경화되어 완성된 보강 매트를 형성한다.

보조 접합 수단을 사용하지 않고 메시 개구(26)를 통해 그러한 대향 층들을 접착하기 위해 사용될 수 있는 공정의 예는, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,458,418호에 개시된 것과 같은 "웨트 레이드" 공정이다. 그러한 웨트 레이드 공정에서, 다수의 층을 갖는 보강 매트는 세라믹 섬유 및 임의의 다른 원하는 재료를 포함하는 적어도 둘의 희석한(바람직하게, 중량 기준으로 5% 고형물을 초과하지 않음) 수성 슬러리를 사용하고, 스크린 또는 제지 기계의 "와이어(wire)"와 같은 침투성 기재(substrate) 상에 제1 슬러리를 침착시키며, 중력 및/또는 진공에 의해 제1 슬러리를 부분적으로 탈수하여 기부 또는 "하부" 층(18)을 형성하고, 하부 층(18)의 상부 상에 메시(22)를 위치시키고, 메시(22) 및 부분적으로 탈수된 하부 층(18) 상에 제2 슬러리를 침착시키며, 제2 또는 상부 층(16)을 부분적으로 탈수시키고, 그 다음에 메시(22)가 사이에 개재된 상태로 층(16, 18) 둘 모두의 밀도를 증가시키도록 (예를 들어, 가압 롤러로) 가압하여 제조될 수 있다. 이어서, 이러한 다층 구조물은 가열된 롤러로 완전히 건조되어 완성된 보강 매트를 형성한다.

본 발명의 매트의 층들 중 어느 하나 또는 임의의 것이 먼저 매트의 하부 층으로서 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 건조시 최대 두께를 갖는 층(예를 들어, 도 2의 실시 형태의 층(18))이 바람직하게는 먼저 형성된 층이다.

매트 층(16, 18, 20)을 제조하기 위해 사용된 재료에 따라, 메시(22)의 위 및 아래의 매트 재료가 메시 섬유(24)들 사이에서 간격(26)을 통해 함께 일체적으로 결합되기 위해, 비금속성 섬유(24)가 적어도 약 1.5 ㎜ 내지 적어도 약 8.0 ㎜ 범위의 최소 거리로 이격되는 것이 바람직할 수 있다. 비금속성 섬유(24)가 적어도 약 1.5 ㎜ 내지 약 25 ㎜ 범위로 이격되는 것이 바람직할 수 있고, 이 간격이 적어도 약 8.0 ㎜ 내지 약 15 ㎜의 범위인 것이 더 바람직할 수 있다. 비금속성 섬유(24)들이 서로 교차되어, 겹치고 이격된 비금속성 섬유(24)들에 의해 한정된 개구(26)들로 네팅을 형성하게 하는 것이 바람직할 수 있다(도 1a, 도 1b 및 도 5 참조). 그러한 네팅(22)의 개구(26)는 적어도 약 2.25 ㎟ (예를 들어, 1.5 × 1.5 ㎜)의 메시 크기 또는 면적, 또는 약 2.25 ㎟ (예를 들어, 1.5 × 1.5 ㎜) 내지 약 625 ㎟ (예를 들어, 25 × 25 ㎜)의 범위의 메시 크기 또는 면적을 가질 수 있다. 개구(26)가 약 64.0 ㎟ (예를 들어, 8.0 × 8.0 ㎜) 내지 약 225 ㎟ (예를 들어, 15 ㎜ × 15 ㎜)의 범위의 메시 크기를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 매트 층(16, 18, 20)을 제조하기 위해 사용된 재료에 따라, 개구(26)가 적어도 약 2.25 ㎟ (예를 들어, 1.5 × 1.5 ㎜) 내지 적어도 약 64.0 ㎟ (예를 들어, 8.0 × 8.0 ㎜)의 범위의 최소 메시 크기 또는 면적을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

매트(10)는 매트(10)의 총 중량의 약 5% 이하인 총 유기 성분 중량(예를 들어, 유기 결합제 함량, 유기 섬유 결합제 함량 및/또는 유기 섬유 메시 함량)을 갖는다. 매트(10)가 매트(10)의 성능 및 특성에 악영향을 미침이 없이 가능한 최저의 총 유기 성분 중량을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 매트(10)가 4.5%, 4.0%, 3.5%, 3.0%, 2.5%, 2.0%, 1.5%, 1.0% 또는 심지어 0% 이하의 유기 성분 중량을 갖는 것이 바람직하다. 매트의 총 중량의 1.5% 이하의 총 유기 성분 중량을 갖는 것이 상업적으로 바람직한 것으로 밝혀졌다. 메시(22)를 제조하기 위해 사용된 섬유(24)가 유기 물질(즉, 중합체)일 때, 섬유(24)가 매트(10)의 총 유기 성분 중량에 대해 약 0.4 중량% 내지 약 2.0 중량% 범위로 기여하는 것만이 바람직할 수 있다.

매트(10)는 오염 제어 요소(예를 들어, 촉매 담체, 필터 요소 및/또는 촉매촉진 필터 요소)를 오염 제어 장치(예를 들어, 촉매 변환기, 엔진 배기 필터 등)의 하우징 내에 장착하기 위한 장착 매트로서, 또는 내연 기관의 배기 시스템의 오염 제어 장치 내의 단부-원뿔 영역 또는 다른 영역을 절연하기 위한 단부-원뿔 절연체 또는 다른 절연체로서 사용되도록 치수결정된다.

보강 매트 재료의 제조를 위한 일반적인 절차

매트(10)의 이중층 일 실시 형태는 하기 절차에 따라 제조될 수 있다.

일반적으로, 층(16, 18) 각각을 제조하기 위해, 완성된 층을 위하여 요구되는 단위 면적당 목표 중량을 얻기 위해 필요한 소정량의 세라믹 섬유와, 목표 점화 손실(loss of ignition, LOI)을 얻기 위해 필요한 소정량의 유기 결합제와, 유기 결합제의 양의 약 20% 이상 범위의 소정량의 응집제를, 충분한 양의 물 중에 균일하게 분산되도록 혼합함으로써 슬러리가 먼저 제조된다. 예시적인 슬러리는 하기의 구성성분들, 즉 원하는 세라믹 섬유(예를 들어, 알루미나 섬유) 98.5 중량%(wt%), 원하는 유기 결합제(예를 들어, 라텍스 결합제) 1.5 중량%, 및 원하는 응집제(예를 들어, 상표명 MP 9307C로 미국 루이지애나주 린골드 소재의 미드-사우스 케미칼(Mid-South Chemical)에 의해 판매되는 응집제) 0.3 중량% 미만을, 10 리터의 물 중에 혼합함으로써 제조될 수 있다.

층들 사이에 메시를 포함시키는 하나의 방법은 물 중력 진공을 사용하여 제지업자의 핸드 시트 주형(hand sheet mold)에서, 전술된 것처럼, 슬러리를 탈수하는 것에 의하는 것이다. 이는 손으로 일시적으로 취급되기에 충분히 내구성이 있는 습윤된 내구성 시트 또는 층을 남긴다. 메시를 포함시키기 위해, 2개의 그러한 층이 목표 평량으로 개별적으로 형성될 수 있고, 메시가 층들 사이에 개재될 수 있다. 이어서, 생성된 다층 매트는 압축된다. 압축 상태에 있는 동안, 매트는 이어서 예를 들어 150℃의 오븐 내에서 30분 동안 건조된다. 대안적으로, 층들 사이의 그리고 메시를 통한 세라믹 섬유들의 보다 양호한 혼합이 요구된다면, 메시가 사이에 있는 상태로 상부 층이 하부 층의 상부 상에 웨트 레이드될 수 있다.

메시를 매트 내로 포함시키는 대안적인 방법은, 전술된 바와 같이 제1 층을 제조하고, 제1 층이 여전히 핸드 시트 주형에 있는 동안 습윤된 제1 층의 상부 위에 메시를 배치하는 것에 의하는 것이다. 습윤된 제1 층 상에 제2 슬러리를 직접 붓는 것을 피하기 위해, 제2 층은 전환기 고정구(diverter fixture)를 핸드 시트 주형 상에 배치함으로써 메시의 상부 상에 형성된다. 제2 슬러리는 이어서 메시의 상부 상에 그리고 제1 층의 상부 상에 부어진다. 이는 제2 층이 제1 매트 및 메시의 상부 상에 형성되고 습윤된 제1 층의 구조가 파괴되지 않도록 전환기 고정구에 먼저 충돌하게 제2 슬러리를 붓는 것에 의해 행해진다. 생성된 다층 매트는 이어서 전술된 바와 같이 오븐 내에서 건조된다.

<실시예>

실시예 1 내지 실시예 11의 요약

실시예 1: 상이한 섬유(사필(Saffil) LDM)

실시예 2: 더 큰 메시 크기

실시예 3: 더 작은 메시 크기

실시예 4: 사이징(sizing) 결합제를 갖는 메시

실시예 5: 무기 결합제에 의한 라미네이팅

실시예 6: 천(넥스텔(Nextel))에 의해 개구가 없음

실시예 7: 상이한 제형 (결합제: LX816)

실시예 8: 평행 섬유 메시

실시예 9: 매트 방향에 대해 비스듬함

실시예 10: 매트 내에 2개의 메시

실시예 11: 매트 방향에 대해 비스듬함

동시 형성되는 보유 매트의 전형적인 웨트 레이드 매트 제조 절차를 따라 사필 알루미나 LDM 섬유 및 EVA 라텍스 600BP로 2개의 매트를 제조하였다. 하나는 2개의 층들 사이에서 상기 표 2에 열거된 네트 A를 가졌고, 다른 하나는 갖지 않았다. 이 실험에서, 라텍스 양은 약 1.5%였고 매트의 단위 면적당 중량은 약 1200 g/㎡인데, 이때 상부 층(즉, 더 얇은 층)의 단위 면적당 중량은 약 80 g/㎡이고 하부 층(즉, 더 두꺼운 층)의 단위 면적당 중량은 약 1120 g/㎡이다. 상부 층은 또한 약 8%의 LOI를 갖고 하부 층은 약 1%의 LOI를 갖는다.

인장 측정에 대한 결과가 표 3에 열거되어 있다. 결과에서 보여지는 바와 같이, 보강 네트는 다양한 섬유 매트에서 작용할 수 있다.

하기에 열거된 각각의 네트에 대해 동시 형성되는 보유 매트의 전형적인 웨트 레이드 매트 제조 절차를 따라 CEF02 섬유 및 EVA 라텍스 600BP로 2개의 매트를 제조하였다. 각각의 하나는 2개의 층들 사이에서 상기 표 2에 열거된 네트를 가졌고, 각각의 다른 하나는 갖지 않았다. 이 실험에서, 라텍스 양은 약 1.5%였고 매트의 단위 면적당 중량은 약 1200 g/㎡인데, 이때 상부 층(더 얇은 층)의 단위 면적당 중량은 약 80 g/㎡이고 하부 층(즉, 더 두꺼운 층)의 단위 면적당 중량은 약 1120 g/㎡이다. 상부 층은 또한 약 8%의 LOI를 갖고 하부 층은 약 1%의 LOI를 갖는다.

인장 측정에 대한 결과가 표 3에 열거되어 있다. 결과에서 보여지는 바와 같이, 시험 단편에서 시험 축(axis)을 따른 스트랜드만을 갖는 큰 개구 크기의 네트가 그러한 부서지기 쉬운 매트에서 인장 강도를 향상시킬 수 있다.

하기에 열거된 각각의 네트에 대해 동시 형성되는 보유 매트의 전형적인 웨트 레이드 매트 제조 절차를 따라 CEF02 섬유 및 EVA 라텍스 600BP로 2개의 매트를 제조하였다. 각각의 하나는 2개의 층들 사이에서 상기 표 2에 열거된 네트 E를 가졌고, 각각의 다른 하나는 갖지 않았다. 이 실험에서, 라텍스 양은 약 1.5%였고 매트의 단위 면적당 중량은 약 1200 g/㎡인데, 이때 상부 층(즉, 더 얇은 층)의 단위 면적당 중량은 약 80 g/㎡이고 하부 층(즉, 더 두꺼운 층)의 단위 면적당 중량은 약 1120 g/㎡이다. 상부 층은 또한 약 8%의 LOI를 갖고 하부 층은 약 1%의 LOI를 갖는다.

인장 측정에 대한 결과가 표 2에 열거되어 있다. 이 결과에서 보여지는 바와 같이, 개구 크기가 적어도 3.6 ㎜인 이 보강 네트가 잘 동시 형성될 수 있고 인장 강도를 향상시킨다. 네트 G처럼 개구 크기가 더 작은 네팅은 때때로 매트에 이를 동시 형성하는 데 어려움이 있다. 그러나, 실시예 4에 기술된 사이징 결합제를 포함하는 네트의 사용에 의한 것 또는 실시예 5 및 실시예 6에 기술된 라미네이팅에 의한 것과 같은, 문제에 대한 몇몇 해법이 있다.

하기에 열거된 각각의 네트에 대해 동시 형성되는 보유 매트의 전형적인 웨트 레이드 매트 제조 절차를 따라 CEF02 섬유 및 EVA 라텍스 600BP로 2개의 매트를 제조하였다. 각각의 하나는 2개의 층들 사이에서 상기 표 2에 열거된 네트 F를 가졌고, 각각의 다른 하나는 갖지 않았다. 이 실험에서, 라텍스 양은 약 1.5%였고 매트의 단위 면적당 중량은 약 1200 g/㎡인데, 이때 상부 층(즉, 더 얇은 층)의 단위 면적당 중량은 약 80 g/㎡이고 하부 층(즉, 더 두꺼운 층)의 단위 면적당 중량은 약 1120 g/㎡이다. 상부 층은 또한 약 8%의 LOI를 갖고 하부 층은 약 1%의 LOI를 갖는다.

인장 측정에 대한 결과가 표 3에 열거되어 있다. 이 결과에서 보여지는 바와 같이, 스트랜드 상에 사이징 결합제를 갖는 이 보강 네트는 층 접합을 더 강인하게 만들고 인장 강도를 향상시킨다.

보유 매트의 전형적인 웨트 레이드 매트 제조 절차를 따라 CEF02 섬유 및 EVA 라텍스 600BP로 4개의 매트를 준비하였다. 콜로이드 실리카 O에 의해 라미네이팅함으로써 4개의 매트들 중 2개로 새로운 매트를 제조하였다. 무기 접착제로서의 콜로이드 실리카 O에 의해 라미네이팅함으로써 나머지 2개의 매트 및 상기 표 2에 열거된 네트 G로 다른 새로운 매트를 제조하였다. 네트를 2개의 매트들 사이에 배치하였다. 이 실험에서, 라텍스 양은 약 1.5%였고 매트의 단위 면적당 중량은 약 1000 g/㎡인데, 이때 상부 층의 단위 면적당 중량은 약 500 g/㎡이고 하부 층의 단위 면적당 중량은 약 500 g/㎡이다. 상부 층과 하부 층 둘 모두 각각은 약 1.5%의 LOI를 갖는다.

2개의 매트의 인장 측정에 대한 결과가 표 3에 열거되어 있다. 결과에서 보여지는 바와 같이, 이 보강 네트는 라미네이팅된 매트에서 작용한다. 그리고, 네트 G처럼 2개의 층들 사이에 동시 형성하기에 너무 작은 개구 크기를 갖는 네트는 이러한 유형의 라미네이션이 사용되는 경우에 사용될 수 있다.

보유 매트의 전형적인 웨트 레이드 매트 제조 절차를 따라 CEF02 섬유 및 EVA 라텍스 600BP로 4개의 매트를 준비하였다. 콜로이드 실리카 O에 의해 라미네이팅함으로써 4개의 매트들 중 2개로 새로운 매트를 제조하였다. 무기 접착제로서의 콜로이드 실리카 O에 의해 라미네이팅함으로써 나머지 2개의 매트 및 상기 표 2에서 D로서 열거된 넥스텔 직조 천으로 다른 새로운 매트를 제조하였다. 천을 2개의 매트들 사이에 배치하였다. 이 실험에서, 라텍스 양은 약 1.5%였고 매트의 단위 면적당 중량은 약 1000 g/㎡인데, 이때 상부 층의 단위 면적당 중량은 약 500 g/㎡이고 하부 층의 단위 면적당 중량은 약 500 g/㎡이다. 상부 층과 하부 층 둘 모두 각각은 약 1.5%의 LOI를 갖는다.

2개의 매트의 인장 측정에 대한 결과가 표 3에 열거되어 있다. 결과에서 보여지는 바와 같이, 보강 재료가 개구 크기를 갖지 않는다면, 이는 무기 또는 유기 결합제에 의해 라미네이팅될 수 있고 부서지기 쉬운 매트에서 강도 개선제로서 작용할 수 있다.

동시 형성된 보유 매트의 전형적인 웨트 레이드 매트 제조 절차를 따라 CEF02 섬유 및 아크릴 라텍스 LX-816A로 2개의 매트를 제조하였다. 하나는 2개의 층들 사이에서 상기 표 2에 열거된 네트 A를 가졌고, 다른 하나는 갖지 않았다. 이 실험에서, 라텍스 양은 약 1.5%였고 매트의 단위 면적당 중량은 약 1200 g/㎡인데, 이때 상부 층(즉, 더 얇은 층)의 단위 면적당 중량은 약 80 g/㎡이고 하부 층(즉, 더 두꺼운 층)의 단위 면적당 중량은 약 1120 g/㎡이다. 상부 층은 또한 약 8%의 LOI를 갖고 하부 층은 약 1%의 LOI를 갖는다.

인장 측정에 대한 결과가 표 3에 열거되어 있다. 결과에서 보여지는 바와 같이, 이 보강 네트는 다양한 결합제 및 제조 방법의 매트에서 작용한다.

상기 표 2에 열거된 섬유 H가 사이에 있는 상태로 동시 형성되는 보유 매트의 전형적인 웨트 레이드 매트 제조 절차를 따라 CEF 섬유 및 EVA 라텍스 600BP로 하나의 매트를 제조하였다. 이 실험에서, 매트의 LOI는 약 1.82 중량%이고 매트의 단위 면적당 중량은 약 1160 g/㎡이다.

인장 측정에 대한 결과가 표 3에 열거되어 있다. 이 결과에서 보여지는 바와 같이, 보강 메시는 네팅일 필요가 없다.

동시 형성되는 보유 매트의 전형적인 웨트 레이드 매트 제조 절차를 따라 CEF02 섬유 및 EVA 라텍스 600BP로 2개의 매트를 제조하였다. 하나는 2개의 층들 사이에 인장 측정 축을 따르지 않는 구성 스트랜드를 갖도록 배치된 상기 표 2에 열거된 네트 #1을 가졌고, 다른 하나는 갖지 않았다. 이 실험에서, 라텍스 양은 약 1.5%였고 매트의 단위 면적당 중량은 약 1200 g/㎡인데, 이때 상부 층(즉, 더 얇은 층)의 단위 면적당 중량은 약 80 g/㎡이고 하부 층(즉, 더 두꺼운 층)의 단위 면적당 중량은 약 1120 g/㎡이다. 상부 층은 또한 약 8%의 LOI를 갖고 하부 층은 약 1%의 LOI를 갖는다.

인장 측정에 대한 결과가 표 3에 열거되어 있다. 이 결과에서 보여지는 바와 같이, 인장 측정 축을 따르는 스트랜드를 갖지 않은 보강 네트는 그러한 부서지기 쉬운 매트의 인장 강도를 개선시킬 수 있다.

섬유가 매트 방향에 대해 비스듬한 상태로 네트가 배치될 때(예를 들어, 도 1b 참조), 복합 스트랜드는 하나의 가위처럼 작용할 수 있고 매트는 탈층될 수 있다.

단일 층 보유 매트의 전형적인 웨트 레이드 매트 제조 절차를 따라 CEF02 섬유 및 EVA 라텍스 600BP로 6개의 매트를 제조하였다. 6개의 매트 중 3개는 무기 접착제로서의 콜로이드 실리카 O를 사용하여 상기 표 2에 열거된 2개의 네트 A에 의해 교대로 라미네이팅되었고 6개 중 다른 3개는 네트 없이 라미네이팅되었다. 이 실험에서, 라텍스 양은 약 1.5%였고 매트의 단위 면적당 중량은 약 1500 g/㎡인데, 이때 각각의 층의 단위 면적당 중량은 약 500 g/㎡이고 각각의 층의 LOI는 약 1.5%이다.

인장 측정에 대한 결과가 표 3에 열거되어 있다. 이 결과에서 보여지는 바와 같이, 하나보다 많은 보강 층을 포함하는 매트는 매트의 인장 강도 및 굽힘 내구성을 개선할 수 있다.

하기에 열거된 각각의 네트에 대해 동시 형성되는 보유 매트의 전형적인 웨트 레이드 매트 제조 절차를 따라 CEF02 섬유 및 EVA 라텍스 600BP로 2개의 매트를 제조하였다. 각각의 하나는 2개의 층들 사이에서 상기 표 2에 열거된 네트를 가졌고, 각각의 다른 하나는 갖지 않았다. 네트를 인장 축에 대해 15도로 배치하였다. 이 실험에서, 라텍스 양은 약 1.5%였고 단위 면적당 중량은 약 1200 g/㎡이다.

인장 측정에 대한 결과가 표 3에 열거되어 있다. 결과에서 보여지는 바와 같이, 인장 측정 축을 따르는 스트랜드를 갖지 않은 보강 네트는 그러한 부서지기 쉬운 매트의 인장 강도를 개선시킬 수 있다. 그리고 또한, 비스듬한 네트는 각도에 근거하여 약간의 연신(elongation)을 제공할 수 있고 인장 측정 방향을 따르는 네트는 거의 연신을 갖지 않는다.

본 발명은 세라믹 섬유를 포함하는 층들 사이에 비금속성 섬유의 메시를 사용함으로써 더 높은 인장 강도 및 보다 양호한 균열 내구성을 갖는, 총 유기 성분 중량이 낮은 것으로부터 전혀 없는 매트를 제공한다. 그러한 메시는 생성된 매트 재료의 인장 강도 및 표면 균열 내구성을 개선하는 보강 층으로서 작용한다. 일반적으로, 더 높은 LOI를 갖는 메시를 갖지 않는 매트가 더 높은 인장 강도를 나타낸다는 것이 밝혀졌다. 평행 스트랜드의 메시가 약 6.5% 결합제 함량과 동일한 인장 강도를 제공할 수 있다는 것이 또한 밝혀졌다.

본 발명은 그 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경을 취할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 것에 의해 제한되는 것이 아니라, 하기의 특허청구범위 및 이의 임의의 균등물에 기술된 한계에 의해 좌우되어야 한다.

본 발명은 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소의 부재 시에도 적합하게 실시될 수 있다.

배경기술 단락에 인용된 것을 비롯하여 상기 인용된 모든 특허 및 특허 출원은 전체적으로 본 명세서에서 참조로 포함된다.

Claims (28)

1. 오염 제어 장치용 보강 매트로서,
   상기 매트는 제1 주 표면(major surface), 제2 주 표면 및 두께를 갖고, 상기 매트는 세라믹 섬유 및 보강 메시(mesh)를 포함하며, 상기 보강 메시는 상기 매트가 상기 메시에 의해 2개의 층으로 분리되도록 상기 제1 주 표면과 상기 제2 주 표면 사이에 배치되고, 상기 메시는 상기 매트의 층들이 상기 메시를 통해 함께 일체적으로 결합되기에 충분히 큰 공간을 사이에 형성하도록 이격된 비금속성 섬유들을 포함하며,
   상기 매트는 상기 매트의 총 중량의 5% 이하인 총 유기 성분 중량을 갖고, 상기 매트는 오염 제어 요소를 장착하기 위한 장착 매트로서, 또는 내연 기관의 배기 시스템에서 오염 제어 장치 내의 영역을 절연하기 위한 절연체로서 사용되도록 치수결정되고,
   상기 메시는 상기 매트의 총 유기 성분 중량에 대해 0.4 중량% 내지 2.0 중량% 범위를 차지하는 중합체 섬유로 제조된, 오염 제어 장치용 보강 매트.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 메시의 이격된 비금속성 섬유들은 1.5 ㎜ 내지 25 ㎜ 범위의 거리로 분리된 매트.
4. 제1항에 있어서, 상기 메시의 이격된 비금속성 섬유들은 서로 교차하지 않도록 배치된 매트.
5. 제1항에 있어서, 상기 메시의 이격된 비금속성 섬유들은 서로 겹치도록 배치되어, 상기 메시의 이격되고 겹친 비금속성 섬유들에 의해 한정된 개구들을 갖는 네팅(netting)을 형성하고, 상기 개구는 2.25 ㎟ 내지 625 ㎟ 범위의 메시 크기를 갖는 매트.
6. 제1항에 있어서, 오염 제어 요소를 오염 제어 장치의 하우징 내에 장착하기 위한 장착 매트로서 사용되도록 치수결정되거나, 오염 제어 장치의 단부-원뿔 영역 내에서 절연을 위한 절연체로서 사용되도록 치수결정된 매트.
7. 오염 제어 요소, 및 하우징 내에 배치된 제1항에 따른 보강 매트를 포함하는 오염 제어 장치이며,
   상기 보강 매트는 상기 오염 제어 요소와 상기 하우징 사이에 배치된 장착 매트이거나, 또는 상기 하우징은 단부-원뿔 영역을 포함하고, 상기 보강 매트는 상기 단부-원뿔 영역 내에 배치된 절연체인 오염 제어 장치.
8. 제7항에 따른 상기 오염 제어 장치를 포함하는 내연 기관용 배기 시스템.
9. 제8항에 따른 상기 배기 시스템을 포함하는 내연 기관.
10. 제1항에 따른 보강 매트의 제조 방법으로서,
    세라믹 섬유를 포함하는 제1 층을 형성하는 단계;
    세라믹 섬유를 포함하는 제2 층을 형성하는 단계;
    제1 층의 주 표면과 제2 층의 주 표면 사이에 메시를 개재시키는 단계;
    매트의 제1 층 및 제2 층이 메시의 공간의 적어도 일부분을 통해 함께 일체적으로 결합되도록 제1 층의 주 표면과 제2 층의 주 표면을 함께 부착하는 단계; 및
    오염 제어 요소를 장착하기 위한 장착 매트로서, 또는 내연 기관의 배기 시스템에서 오염 제어 장치 내의 영역을 절연하기 위한 절연체로서 사용되도록 매트를 치수결정하는 단계를 포함하며,
    생성된 매트는 매트의 총 중량의 5% 이하인 총 유기 성분 중량을 갖고, 제1 층의 주 표면 및 제2 층의 주 표면은 보조 접합 수단을 사용하여 함께 부착되는 방법.
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