KR102115058B1

KR102115058B1 - 인성 무기 섬유의 처리 및 배기 가스 처리 기기용 장착 매트에서의 인성 무기 섬유의 용도

Info

Publication number: KR102115058B1
Application number: KR1020157011363A
Authority: KR
Inventors: 켈빈 윅스; 애덤 켈잘
Original assignee: 유니프랙스 아이 엘엘씨
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2020-05-25
Also published as: EP2914767B1; JP6444878B2; CN104903506A; BR112015009822A2; PL2914767T3; ZA201502341B; HK1212742A1; JP2016501990A; US10526730B2; US20140127083A1; ES2752193T3; CN104903506B; EP2914767A1; KR20150081278A; WO2014068528A1

Abstract

인성 무기 섬유 다발들의 처리 방법은, 균질한 섬유 집합체를 축적하기 위해서 인성 무기 섬유들이 액체 슬러리에 분산될 수 있도록 복수의 인성 무기 섬유 다발들을 개섬하는 단계를 포함하고, 인성 무기 섬유들은 250 ㎖ 초과, 선택적으로 450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 가진다. 또한, 인성 무기 섬유 다발들의 처리 방법은 균질한 섬유 집합체를 축적하기에 효과적인 약 0.1 % ~ 약 2 %, 선택적으로 약 0.1 % ~ 약 1 % 의 희석제로 슬러리에 복수의 인성 무기 섬유 다발들을 분산하는 단계를 포함하고, 인성 무기 섬유들은 250 ㎖ 초과, 선택적으로 450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 갖는다.

Description

인성 무기 섬유의 처리 및 배기 가스 처리 기기용 장착 매트에서의 인성 무기 섬유의 용도{TREATMENT OF TOUGH INORGANIC FIBERS AND THEIR USE IN A MOUNTING MAT FOR EXHAUST GAS TREATMENT DEVICE}

다결정 울 섬유들은, 선택적으로 약 3 ~ 약 10 ㎛ 의 범위에 있는 평균 섬유 직경들과, 약 1 ~ 약 28 중량 퍼센트의 SiO₂ 와 약 72 ~ 약 99 중량 퍼센트의 Al₂O₃ 의 범위에 있는 조성을 포함할 수도 있는, 고성능 섬유들 (또한 본원에서 "인성 (tough) 무기 섬유들" 이라고도 함) 이다. 고성능 섬유들은, 약 40 ~ 약 60 중량 퍼센트의 Al₂O₃ 과 약 60 ~ 약 40 중량 퍼센트의 SiO₂ 를 포함하는 종래의 내화 세라믹 섬유들과 특성상 상이하다. 고성능 섬유들의 인성은 그것이 배기 가스 처리 기기용 장착 매트와 같은 절연 및 지지 용품들에서 사용하기에 바람직하게 한다.

배기 가스 처리 기기들은 엔진 배출물로부터 대기 오염을 감소시키기 위해서 자동차들에서 사용된다. 널리 사용되는 배기 가스 처리 기기들의 예로는 촉매 컨버터들 및 디젤 입자 트랩들을 포함한다.

자동차 엔진의 배기 가스를 처리하기 위한 예시적인 촉매 컨버터는 하우징, 일산화탄소와 탄화수소의 산화 및 질소 산화물의 환원을 달성하는데 사용되는 촉매를 홀딩하기 위한 취성 촉매 지지 구조체, 및 하우징 내에 취성 촉매 지지 구조체를 탄성적으로 홀딩 또는 지지하기 위해서 취성 촉매 지지 구조체의 외면과 하우징의 내면 사이에 배치된 장착 매트를 포함한다.

디젤 엔진들에 의해 발생된 오염을 제어하기 위한 예시적인 디젤 입자 트랩은 일반적으로 하우징, 디젤 엔진 배출물로부터 입자를 수집하기 위한 취성 입자 필터 또는 트랩, 및 하우징 내에 취성 필터 또는 트랩 구조체를 탄성적으로 홀딩하기 위해서 필터 또는 트랩의 외면과 하우징의 내면 사이에 배치된 장착 매트를 포함한다.

취성 촉매 지지 구조체는 일반적으로 취성 금속 재료 또는 부서지기 쉬운 세라믹 재료로 제조된 모놀리식 (monolithic) 구조체를 포함한다. 이 취성 촉매 지지 구조체들은 복수의 가스 유동 채널들을 제공한다. 촉매 지지 구조체들은 너무 취성이어서 심지어 작은 충격 하중 또는 응력으로도 자주 구조체들을 균열 또는 크러시하기에 충분할 수 있다. 금속 촉매 지지 구조체들은 또한 장착 매트를 이용해 금속 하우징 내에 장착될 수도 있다.

열적 및 기계적 충격과 기타 응력으로부터 취성 촉매 지지 구조체를 보호할 뿐만 아니라 단열 및 가스 시일을 제공하기 위해서, 장착 매트는 취성 구조체와 하우징 사이 간극 내에 위치결정된다.

이용된 장착 매트 재료들은 취성 구조체 제조자들 또는 배기 가스 처리 기기 제조자들에 의해 명시된 다수의 설계 또는 물리적 요건들 중 임의의 요건을 만족시킬 수 있어야 한다. 예를 들어, 취성 구조체에 대해 금속 하우징의 상당한 팽창 및 수축을 유발하고, 이것은 차례로 일정 기간에 걸쳐 장착 매트들에 대한 상당한 압축 및 해제 사이클을 유발하는 넓은 온도 변동을 배기 가스 처리 기기가 겪을 때에도, 장착 매트 재료는 취성 구조체에 효과적인 잔류 홀딩 압력을 가할 수 있어야 한다.

장착 매트는 시트형 재료들을 형성하기 위해 본 기술분야에 공지된 임의의 방식으로 제조될 수도 있다. 예를 들어, 핸드 레이드 (hand laid) 또는 머신 레이드 (machine laid) 의 종래의 제지 프로세스들이 시트 재료를 제조하는데 사용될 수도 있다. 핸드시트 몰드, 포드리니어 (Fourdrinier) 제지기, 또는 로토포머 (rotoformer) 제지기가 시트 재료를 만드는데 이용될 수 있다.

예를 들어, 제지 프로세스를 사용할 때, 무기 섬유들, 팽창성 재료, 및 산화방지제가 바인더 또는 바인더로서 작용할 수 있는 다른 섬유들과 함께 혼합되어 혼합물 또는 슬러리를 형성할 수도 있다. 성분들의 슬러리는 슬러리에 응집제를 첨가함으로써 응집될 수도 있다. 응집된 혼합물 또는 슬러리는 섬유 함유 종이의 플라이 (ply) 또는 시트로 형성되도록 제지기에 놓여진다. 시트는 공기 건조 또는 오븐 건조에 의해 건조된다.

대안적으로, 플라이들 또는 시트들은 슬러리를 진공 주조함으로써 형성될 수도 있다. 이 방법에 따르면, 성분들의 슬러리는 이전 웨브에 습식 레이드된다. 진공은 슬러리로부터 수분 대부분을 추출하기 위해서 웨브에 적용되어서, 젖은 시트를 형성한다. 젖은 플라이들 또는 시트들은 그 후 전형적으로 오븐에서 건조된다. 시트는 건조 전 시트를 압축하기 위해서 일련의 롤러들을 통과할 수도 있다. 이용된 표준 제지 기술을 보다 상세히 설명하기 위해, 미국 특허 제 3,458,329 호가 참조된다.

습식-레이드 팽창성 또는 비팽창성 매트들은 제지 또는 진공 주조 기기에 층 또는 층들로서 제조될 수도 있다. 매트가 균질한 인성 무기 섬유 집합체의 적어도 하나의 층으로 이루어진다면 장착 매트의 성능은 크게 개선될 수 있음을 발견하였다. 균질한 인성 무기 섬유 집합체의 적어도 하나의 층으로 이루어진 매트는 더 큰 마찰 계수를 보이고 종래의 매트의 압력 성능을 초과하는 것을 발견하였다. 예를 들어, 종래의 다결정 울 섬유들로 이루어진 통상적인 습식-레이드 장착 매트의 주기 압력 성능은 평균적으로 대략 90 kPa 일 수도 있고, 반면에 개섬된 (opened) 인성 무기 섬유들의 균질한 층으로 이루어진 습식-레이드 매트는 최대 약 145 kPa 이상의 주기 탄성을 보여주는 것으로 발견되었다.

습식 레이드 매트들은 전형적으로 평량 (basic weight) 및 두께 분포가 균일하다. 습식 레이드 시스템에서, 적당한 희석 레벨 및 분산 화학물질의 보조로, 균일한 시트를 제조할 수 있다. 종래의 무기 섬유들은 습식-레이드 프로세스에 아주 적합한데 왜냐하면 섬유들은 부러지기 쉽고 파괴되거나 쉽게 절단되며, 액체에서 어려움 없이 균등하게 분산되기 때문이다.

종래의 무기 섬유들과는 대조적으로, 인성 무기 섬유들은 강하고, 예외적으로 탄성이 있고, 파괴되기보다는 벤딩되는 경향이 있다. 제지 프로세스에서 인성 섬유들의 사용은, 고탄성 섬유들이 얽히게 되어서 슬러리에서 분리되지 않고 균등하게 분산되지 않는 다발들 및 클럼프들 (clumps) 을 형성하기 때문에 문제점이 있다. 따라서, 균등하게 분산된, 인성 무기 섬유들의 균일한 시트를 달성하는 것이 어렵다. 섬유들의 이런 불균등한 분포는 성능 감소를 유발하는데, 이 성능은 불균등한 분포가 없다면 위에서 검토한 장착 매트 또는 다른 절연성 또는 내화성 섬유 집합체와 같은 섬유 집합체에서 인성 무기 섬유들의 사용을 통하여 달성될 것이다.

인성 무기 섬유 다발들의 개섬은 섬유들의 번칭 (bunching), 볼링 (balling) 및 엮임을 최소화하고 종이, 매트, 블랭킷 등과 같은 섬유 집합체 전체에 섬유들이 보다 균등하게 분산될 수 있도록 허용한다. 각각의 개별 섬유는 분산되어 장착 매트 제품의 전체 성능에 기여할 수 있도록 개섬된 인성 무기 섬유들은 혼합 중 서로 분리된다. 균질한 인성 무기 섬유 집합체의 적어도 하나의 층으로 이루어진 매트는, 잘 분산되지 않은 얽혀 있는 인성 무기 섬유들로 제조된 매트와 비교했을 때, 증가된 탄성, 가요성, 및 균열 없이 촉매 지지 구조체를 둘러쌀 수 있는 능력을 보일 수도 있다.

도전 과제는, 섬유들의 고성능 특성 상실을 방지하기 위해서, 섬유들의 통합성 또는 모폴로지 (morphology) 를 파괴하지 않으면서 균질한 섬유 집합체를 달성할 수 있도록 인성 무기 섬유 다발들을 제조 또는 처리하는 것이다.

잘 분산된 인성 섬유들은 비교적 긴 길이를 가질 수도 있고 크러시 침전 부피 테스트될 때 높은 크러시 침전 부피를 보일 수도 있다. 보다 짧은 섬유들은 보다 높은 밀도로 패킹되어서 보다 낮은 크러시 침전 부피를 유발한다. 보다 높은 섬유 크러시 침전 부피는 균질한 인성 무기 섬유 집합체의 적어도 하나의 층으로 이루어진 매트의 개선된 압력 성능과 상관관계가 있을 수도 있다.

도 1 은 본원의 장착 매트를 포함한 예시적인 배기 가스 처리 기기의 부분 도면을 나타낸다.

본원의 개시를 위해, "인성 (tough)" 무기 섬유는 또한 "고탄성" 무기 섬유 또는 "고성능" 무기 섬유로서 지칭될 수도 있다.

본원의 개시를 위해, "인성" 무기 섬유는, 크러시 침전 부피 테스트에 따라 테스트될 때, 1.4 kN 하중이 5 분 동안 인가된 후, 스테인리스 강 홀더 내에 놓인 인성 무기 섬유의 5 g 샘플이 250 ㎖ 초과, 선택적으로 450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 보이는 무기 섬유로서 정의된다.

본원의 개시를 위해, 인성 무기 섬유의 "개섬" 은, 길이, 직경, 탄성, 및 주기적 성능과 같은 섬유들의 바람직한 물리적 특성을 보유하면서 인성 무기 섬유들 및/또는 섬유 다발들을 기계적으로 변형하는 것으로서 정의된다. "개섬된" 섬유는 개섬 프로세스를 부여받은 섬유로서 정의된다.

인성 무기 섬유 다발들의 처리 방법이 제공된다. 예시적인 실시형태에서, 크러시 침전 부피 테스트에 따라, 1.4 kN 하중이 5 분 동안 인가된 후, 스테인리스 강 홀더 내에 놓인 인성 무기 섬유의 5 g 샘플이 250 ㎖ 초과, 선택적으로 450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 보이는 섬유에 관련될 때, 방법은 균질한 섬유 집합체를 축적하기 위해서 인성 무기 섬유가 액체 슬러리에 분산될 수 있도록 복수의 인성 무기 섬유 다발들을 개섬하는 단계를 포함한다.

배기 가스 처리 기기용 장착 매트의 제조 방법이 또한 제공된다. 실시형태에서, 배기 가스 처리 기기용 장착 매트의 제조 방법은 개섬된 인성 무기 섬유들 및 액체의 슬러리를 제조하는 단계, 및 개섬된 인성 무기 섬유들을 함유한 습식 레이드 층을 형성하도록 슬러리로부터 액체의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함한다.

배기 가스 처리 기기 용도에 사용하기 위한 장착 매트가 또한 제공된다. 실시형태에서, 장착 매트는 개섬된 인성 무기 섬유들 및 액체의 슬러리로부터 제조된 층과 같은 균질한 인성 무기 섬유 집합체를 포함하고, 개섬된 인성 무기 섬유들을 함유한 습식 레이드 층을 형성하도록 슬러리로부터 액체의 적어도 일부가 제거된다. 임의의 실시형태들에 따르면, 장착 매트는 선택적으로 개섬된 인성 무기 섬유를 함유한 층에 팽창성 재료를 포함할 수도 있다.

배기 가스를 처리하기 위한 기기가 또한 제공된다. 실시형태에 따르면, 기기는 하우징; 하우징 내에 탄성적으로 장착된 취성 구조체; 및 전술한 개섬된 인성 무기 섬유들 층과 같은 인성 무기 섬유 집합체의 균질한 층을 구비한 장착 매트를 포함한다. 용어 "취성 구조체" 는, 취성이거나 부러지기 쉬운 성질일 수도 있는 금속 또는 세라믹 모놀리스 등과 같은 구조체들을 의미하고 포함하도록 되어있고, 본원에서 설명한 바와 같은 장착 매트로부터 이점을 얻을 것이다.

배기 가스를 처리하기 위한 기기의 예시적인 형태는 도 1 에서 도면부호 10 으로 지정된다. 장착 매트는 도 1 에 나타낸 기기에서 사용하는데 제한되지 않도록 되어있고, 따라서 형상은 단지 예시적인 실시형태로서 나타낸 것으로 이해되어야 한다. 사실상, 장착 매트는, 디젤 촉매 구조체, 디젤 입자 트랩 등과 같은, 배기 가스를 처리하기에 적합한 임의의 취성 구조체를 장착하거나 지지하는데 사용될 수 있다.

임의의 실시형태들에 따르면, 촉매 컨버터 (10) 는, 플랜지 (16) 에 의해 함께 홀딩되는, 두 피스의 금속, 예를 들어, 내고온성 강으로 형성된 하우징 (12) 을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 하우징은 장착 매트로 둘러싼 취성 구조체가 삽입되는 미리 형성된 캐니스터를 포함할 수도 있다. 하우징 (12) 은 일 단부에 입구 (14) 를 포함하고 그것의 반대쪽 단부에 출구 (미도시) 를 포함한다. 입구 (14) 및 출구는 그것의 외측 단부들에 적합하게 형성되어서 입구와 출구는 내연 기관의 배기 시스템에서 도관들에 고정될 수도 있다. 기기 (10) 는, 장착 매트 (20) 에 의해 하우징 (12) 내에 지지되고 구속되는, 부러지기 쉬운 세라믹 모놀리스 (18) 와 같은, 취성 구조체를 포함한다. 모놀리스 (18) 는, 일 단부의 입구로부터 반대쪽 단부의 출구까지 축선방향으로 연장되는 복수의 가스 투과 통로들을 포함한다. 모놀리스 (18) 는 임의의 공지된 방식과 구성으로 임의의 적합한 내화 금속 또는 세라믹 재료로 구성될 수도 있다. 모놀리스들은 단면 구성이 전형적으로 타원형 또는 원형이지만, 다른 형상들도 가능하다.

모놀리스는, 이용된 기기, 예를 들어, 촉매 컨버터, 디젤 촉매 구조체, 또는 디젤 입자 트랩의 유형 및 설계에 따라 달라지는 거리 또는 간극에 의해 하우징의 내면들로부터 이격되어 있다. 이 간극은 세라믹 모놀리스 (18) 에 대해 탄성 지지를 제공하기 위해서 장착 매트 (20) 로 충전된다. 탄성 장착 매트 (20) 는 외부 환경에 대해 단열 및 취성 구조체에 대해 기계적 지지 쌍방을 제공하여서, 광범위한 배기 가스 처리 기기 작동 온도에 걸쳐 기계적 충격으로부터 취성 구조체를 보호한다.

일반적으로, 장착 매트는 개섬된 인성 무기 섬유들을 포함할 수도 있고, 선택적으로 희생적으로 전소 (burned out) 되도록 된 유기 바인더를 포함할 수도 있다. 장착 매트 (20) 는 광범위한 온도에 걸쳐 배기 가스 처리 기기 (10) 의 하우징 (12) 내에 취성 촉매 지지 구조체 (18) 를 탄성적으로 홀딩하기에 충분한 홀딩 압력을 제공할 수 있다.

섬유들이 장착 매트 형성 프로세스를 견딜 수 있고, 배기 가스 처리 기기들의 작동 온도를 견딜 수 있고, 작동 온도로 배기 가스 처리 기기의 하우징 내에서 취성 구조체를 홀딩하기 위한 최소 홀딩 압력 성능을 제공할 수 있기만 하면 임의의 탄성, 고성능 또는 인성 무기 섬유들이 장착 매트에서 이용될 수도 있다.

비제한적으로, 개섬되어 균질한 섬유 집합체를 제조하는데 사용될 수도 있는 적합한 인성 무기 섬유들은, 예를 들어, 고 알루미나 다결정 섬유들, 다결정 울, 탄소 섬유들, 물라이트 섬유들, 알루미나-마그네시아-실리카 섬유들, S-유리 섬유들, S2-유리 섬유들, E-유리 섬유들, R-유리 섬유들, 석영 섬유들, 실리카 섬유들 및 그것의 조합체를 포함한다. 실시형태에서, 다결정 울 섬유는 선택적으로 약 3 ~ 10 ㎛ 범위의 평균 섬유 직경들과 약 1 ~28 % SiO₂ 및 72 ~ 99 % Al₂O₃범위의 조성을 포함할 수도 있다.

배기 가스 처리 기기용 장착 매트의 제조에 유용한 적합한 실리카 섬유들은, 독일 BelChem Fiber Materials GmbH 의 상표명 BELCOTEX, 캘리포니아주 가디너의 Hitco Carbon Composites, Inc. 의 등록 상표명 REFRASIL, 및 벨로루시 공화국의 Polotsk-Steklovolokno 의 명칭 PS-23(R) 로부터 이용가능한 침출 유리 섬유들을 포함한다.

BELCOTEX 섬유들은 표준형, 단섬유 프리얀이다. 이 섬유들은 약 550 tex 의 평균 섬도를 가지고 일반적으로 알루미나로 개질된 규산으로 만들어진다. BELCOTEX 섬유들은 비정질이고 일반적으로 약 94.5 실리카, 약 4.5 퍼센트 알루미나, 0.5 퍼센트 미만의 산화나트륨, 및 0.5 퍼센트 미만의 다른 성분들을 함유한다. 이 섬유들은 약 9 미크론의 평균 섬유 직경 및 1,500 ~ 1,550 ℃ 범위의 융점을 가지고 있다. 이 섬유들은 1,100 ℃ 까지 온도에 내열성이고, 전형적으로 무쇼트이고 무바인더이다.

BELCOTEX 섬유들과 같은 REFRASIL 섬유들은 1,000 ℃ ~ 1,100 ℃ 온도 범위에서 적용하기 위해 단열을 제공하기 위한 고실리카 함량을 가지는 비정질 침출된 유리 섬유들이다. 이 섬유들은 직경이 약 6 ~ 약 13 미크론이고, 약 1,700 ℃ 의 융점을 가지고 있다. 침출 후, 섬유들은 전형적으로 약 95 중량 퍼센트의 실리카 함량을 갖는다. 알루미나는 약 4 중량% 의 양으로 존재할 수도 있고 다른 성분들은 1 % 이하의 양으로 존재한다.

Polotsk-Steklovolokno 의 PS-23 (R) 섬유들은 실리카 함량이 높은 비정질 유리 섬유들이고 적어도 약 1,000 ℃ 에 대한 내성을 요구하는 용도를 위한 단열에 적합하다. 이 섬유들은 약 5 ~ 약 20 ㎜ 범위의 섬유 길이 및 약 9 미크론의 섬유 직경을 가지고 있다. REFRASIL 섬유들과 같은 이 섬유들은 약 1,700 ℃ 의 융점을 갖는다.

E-유리 섬유는 전형적으로 약 52 중량 퍼센트 ~ 약 56 중량 퍼센트의 SiO₂, 약 16 중량 퍼센트 ~ 약 25 중량 퍼센트 CaO, 약 12 중량 퍼센트 ~ 약 16 중량 퍼센트 Al₂O₃, 약 5 중량 퍼센트 ~ 약 10 중량 퍼센트 B₂O₃, 최대 약 5 중량 퍼센트 MgO, 최대 약 2 중량 퍼센트의 산화나트륨 및 산화칼륨 및 미량의 산화철과 불화물을 포함하고, 전형적인 조성은 55 중량 퍼센트의 SiO₂, 15 중량 퍼센트의 Al₂O₃, 7 중량 퍼센트의 B₂O₃, 3 중량 퍼센트의 MgO, 19 중량 퍼센트의 CaO 및 미량의 전술한 재료들을 갖는다.

임의의 실시형태들에 따르면, 장착 매트를 제조하는데 또한 사용될 수도 있는 부가적인 내열성 무기 섬유들은 세라믹 섬유들, 알칼리 실리케이트 섬유들, 알칼리 토류 실리케이트 울, 칼시아-마그네시아-실리카 섬유들 및 마그네시아-실리카 섬유들과 같은 알칼리 토류 실리케이트 섬유들을 포함한다. 비제한적으로, 적합한 세라믹 섬유들은 알루미나 섬유들, 알루미나-실리카 섬유들, 알루미나-지르코니아-실리카 섬유들, 지르코니아-실리카 섬유들, 지르코니아 섬유들 및 유사한 섬유들을 포함한다. 유용한 알루미나-실리카 세라믹 섬유는 Unifrax I LLC (뉴욕주, 나이아가라 폴스) 의 등록 상표명 FIBERFRAX 로 상업적으로 이용가능하다. FIBERFRAX 세라믹 섬유들은 약 45 ~ 약 75 중량 퍼센트의 알루미나와 약 25 ~ 약 55 중량 퍼센트의 실리카의 섬유화 제품을 포함한다. FIBERFRAX 섬유들은 최대 약 1,540 ℃ 의 작동 온도와 최대 약 1,870 ℃ 의 융점을 보인다. FIBERFRAX 섬유들은 쉽게 내고온성 시트 및 종이로 형성된다.

비제한적으로, 배기 가스 처리 기기용 장착 매트를 제조하는데 사용될 수 있는 생체용해성 알칼리 토류 실리케이트 섬유들의 적합한 예로는, 본원에 참조로 원용되는, 미국 특허 제 6,953,757 호, 제 6,030,910 호, 제 6,025,288 호, 제 5,874,375 호, 제 5,585,312 호, 제 5,332,699 호, 제 5,714,421 호, 제 7,259,118 호, 제 7,153,796 호, 제 6,861,381 호, 제 5,955,389 호, 제 5,928,975 호, 제 5,821,183 호,및 제 5,811,360 호에 개시된 섬유들을 포함한다.

임의의 실시형태들에 따르면, 생체용해성 알칼리 토류 실리케이트 섬유들은 마그네슘 산화물과 실리카 산화물의 혼합물의 섬유화 제품을 포함할 수도 있다. 이 섬유들은 보통 마그네슘-실리케이트 섬유들로 지칭된다. 마그네슘-실리케이트 섬유들은 일반적으로 약 60 ~ 약 90 중량 퍼센트 실리카, 0 초과 ~ 약 35 중량 퍼센트 마그네시아 및 5 중량 퍼센트 이하 불순물의 섬유화 제품을 포함한다. 임의의 실시형태들에 따르면, 열 처리된 알칼리 토류 실리케이트 섬유들은 약 65 ~ 약 86 중량 퍼센트 실리카, 약 14 ~ 약 35 중량 퍼센트 마그네시아 및 5 중량 퍼센트 이하 불순물의 섬유화 제품을 포함한다. 다른 실시형태들에 따르면, 열 처리된 알칼리 토류 실리케이트 섬유들은 약 70 ~ 약 86 중량 퍼센트 실리카, 약 14 ~ 약 30 중량 퍼센트 마그네시아, 및 5 중량 퍼센트 이하 불순물의 섬유화 제품을 포함한다. 적합한 마그네슘-실리케이트 섬유는 Unifrax I LLC (뉴욕주, 나이아가라 폴스) 의 등록 상표명 ISOFRAX 로 상업적으로 이용가능하다. 상업적으로 이용가능한 ISOFRAX 섬유들은 일반적으로 약 70 ~ 약 80 중량 퍼센트의 실리카, 약 18 ~ 약 27 중량 퍼센트의 마그네시아 및 4 중량 퍼센트 이하 불순물의 섬유화 제품을 포함한다.

임의의 실시형태들에 따르면, 생체용해성 알칼리 토류 실리케이트 섬유들은 칼슘 산화물, 마그네슘 산화물 및 실리카 산화물의 혼합물의 섬유화 제품을 포함할 수도 있다. 이 섬유들은 보통 칼시아-마그네시아-실리카 섬유들로 지칭된다. 임의의 실시형태들에 따르면, 칼시아-마그네시아-실리카 섬유들은 약 45 ~ 약 90 중량 퍼센트 실리카, 0 초과 ~ 약 45 중량 퍼센트 칼시아, 0 초과 ~ 약 35 중량 퍼센트 마그네시아, 및 10 중량 퍼센트 이하 불순물의 섬유화 제품을 포함한다. 유용한 칼시아-마그네시아-실리케이트 섬유들은 Unifrax I LLC (뉴욕주, 나이아가라 폴스) 의 등록 상표명 INSULFRAX 로 상업적으로 이용가능하다. INSULFRAX 섬유들은 일반적으로 약 61 ~ 약 67 중량 퍼센트 실리카, 약 27 ~ 약 33 중량 퍼센트 칼시아, 및 약 2 ~ 약 7 중량 퍼센트 마그네시아의 섬유화 제품을 포함한다. 다른 적합한 칼시아-마그네시아-실리케이트 섬유들은 Thermal Ceramics (조지아주, 오거스타) 의 상표 명칭 SUPERWOOL 607, SUPERWOOL 607 MAX 및 SUPERWOOL HT 로 상업적으로 이용가능하다. SUPERWOOL 607 섬유들은 약 60 ~ 약 70 중량 퍼센트 실리카, 약 25 ~ 약 35 중량 퍼센트 칼시아, 약 4 ~ 약 7 중량 퍼센트 마그네시아, 및 미량의 알루미나를 포함한다. SUPERWOOL 607 MAX 섬유들은 약 60 ~ 약 70 중량 퍼센트 실리카, 약 16 ~ 약 22 중량 퍼센트 칼시아, 약 12 ~ 약 19 중량 퍼센트 마그네시아, 및 미량의 알루미나를 포함한다. SUPERWOOL HT 섬유는 약 74 중량 퍼센트 실리카, 약 24 중량 퍼센트 칼시아 및 미량의 마그네시아, 알루미나 및 산화철을 포함한다.

알루미나/실리카 내화 세라믹 섬유 (RCF) 는 약 40 중량 퍼센트 ~ 약 60 중량 퍼센트 Al₂O₃ 및 약 60 중량 퍼센트 ~ 약 40 중량 퍼센트 SiO₂ 를 포함할 수도 있다. 섬유는 약 50 중량 퍼센트 Al₂O₃ 및 약 50 중량 퍼센트 SiO₂를 포함할 수도 있다. 알루미나/실리카/마그네시아 유리 섬유는 전형적으로 약 64 중량 퍼센트 ~ 약 66 중량 퍼센트 SiO₂, 약 24 중량 퍼센트 ~ 약 25 중량 퍼센트 Al₂O₃, 및 약 9 중량 퍼센트 ~ 약 10 중량 퍼센트 MgO 를 포함한다.

인성 무기 섬유들은 바람직한 성질, 예를 들어, 강도 및 인성을 보일 수도 있다. 하지만, 인성 섬유들은 특징상 길고 제조될 때 다소 엉켜있다. 습식-레이드 제지 프로세스의 혼합 단계는 섬유들을 추가로 엉키게 하고 번칭한다. 종래의 섬유들은 부서지기 쉽고 그것이 균등하게 분산되도록 절단하기 위해서 혼합기에서 블레이딩될 수 있다. 한편, 인성 무기 섬유들은 탄성이 있고 혼합기에서 엉키게 되어서, 습식-레이드 제지 프로세스에서 사용하기에 부적합하게 만든다.

균질한 섬유 집합체는 균등하게 분산되는 개섬된 인성 무기 섬유들을 포함할 수도 있다. 인성 무기 섬유 다발들은 섬유들을 개섬함으로써 분리될 수도 있다. 인성 무기 섬유들 또는 섬유 다발들은 섬유의 바람직한 성질을 손상시키지 않으면서 개별 섬유들을 분리할 수 있는 임의의 방법을 사용해 개섬될 수도 있다.

실시형태에서, 복수의 인성 무기 섬유들이 슬러리에 포함될 수도 있고 습식 개섬될 수도 있다. 슬러리의 섬유 농도는 변할 수도 있다. 인성 무기 섬유들의 습식 개섬은 섬유들의 길이를 실질적으로 유지하면서 섬유 다발들을 개섬할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 섬유들의 길이는 제조 후 섬유들을 초핑 (chopping) 함으로써 짧아질 수도 있고, 그 후 인성 무기 섬유 다발들의 습식 개섬이 뒤따른다.

인성 무기 섬유들은, 약 0.1 질량% ~ 약 1 질량% 섬유들과 같이, 저 희석 인성 무기 섬유 슬러리를 디스크 리파이닝함으로써 개섬될 수도 있다. 예를 들어, 디스크 리파이너는 섬유 슬러리에 전단 에너지를 부여하는 회전 디스크와 고정 디스크를 포함할 수도 있다. 디스크들의 표면 세부 및 구조는 섬유들을 분산 및 개섬하는데 사용될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 인성 무기 섬유들은 저 희석 슬러리를 디플레이킹함으로써 개섬될 수도 있다.

추가 실시형태들에서, 인성 무기 섬유들은 섬유 슬러리를 하이드로펄핑함으로써 개섬될 수도 있다. 예를 들어, 하이드로펄퍼의 회전 블레이드 및 배플들은 섬유 다발들을 파괴하여 섬유들을 분산하도록 혼합기에서 예를 들어 회전 블레이드 및 배플들을 이용해 난류 와상 전류를 형성할 수도 있다.

인성 무기 섬유들은 인성 무기 섬유들을 비팅함으로써 개섬될 수도 있다. 예를 들어, 비터들 (beaters) 은 고정 베이스 플레이트에 대해 회전하는 패들 휠 플레이트를 포함할 수도 있다. 회전 플레이트와 고정 플레이트 사이 간극은 섬유 다발들의 분산을 최적화하도록 조절될 수도 있다.

실시형태에 따르면, 복수의 인성 무기 섬유들은 건식 개섬될 수도 있다. 임의의 실시형태들에서, 인성 무기 섬유들의 건식 개섬은 실질적으로 섬유들의 길이를 유지하면서 섬유 다발들을 개섬할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 인성 무기 섬유들의 건식 개섬은 섬유 다발들의 개섬 및 개별 섬유들의 길이 축소를 포함할 수도 있다.

인성 무기 섬유들은 소면에 의해 건식 개섬될 수도 있다. 소면 기술은 건조 섬유들에 기계적 정소면 유형의 작용을 부여하는 것을 포함할 수도 있다. 인성 무기 섬유들의 부피를 늘려 개섬하기 위해서 섬유들 또는 섬유 블랭킷을 통하여 핀들을 드래그할 수도 있다. 블랭킷의 소면 후에 선택적으로 소면된 블랭킷의 초핑이 뒤따를 수도 있다.

실시형태에서, 인성 무기 섬유들은 밀링에 의해 건식 개섬될 수도 있다. 섬유들은 마멸 밀 겸용 섬유 피커를 이용해 밀링될 수도 있다. 마멸 밀 겸용 섬유 피커는 섬유 다발들을 연마함으로써 섬유 다발들을 분산하고 그리고/또는 섬유 길이를 감소시킬 수도 있다. 마멸 밀 겸용 섬유 피커는, 건조 섬유들에 전단 에너지를 부여하는 회전 디스크 및 고정 디스크를 포함할 수도 있다. 디스크 리파이닝은 섬유 다발들을 분산하고 그리고/또는 섬유들을 짧게 하는데 이용될 수도 있다.

인성 무기 섬유들은 해머 밀 및/또는 ROTOPLEX® 입상 절단 밀로 밀링함으로써 건식 개섬될 수도 있다. 인성 무기 섬유들은 해머 밀의 연마 챔버 내부에서 고속으로 회전하는 샤프트에 부착된 해머들에 의해 타격될 수도 있다. 섬유들은 반복된 해머 충격에 의해 개섬된다. ROTOPLEX® 입상 절단 밀은 인성 무기 섬유 다발들을 개섬하고 세그먼트화 나이프들을 구비한 크로스 시저 절단 (cross-scissor-cut) 회전자를 이용해 개별 섬유들을 짧게 할 수도 있다.

위에서 검토한 대로, 인성 무기 섬유들은 초핑 또는 절단에 의해 짧아질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 인성 무기 섬유들은 인성 무기 섬유들을 개섬하기 전 초핑될 수도 있다. 섬유들은 임의의 적합한 초핑 또는 절단 방법, 예를 들어, 다이 절단, 길로틴 초핑 및/또는 물 분사 절단을 이용해 초핑될 수도 있다. 섬유들이 방향성을 가지고, 또는 랜덤하게 배열되기 보다는 층을 이룰 때 인성 무기 섬유들은 섬유 제조 프로세스와 관련하여 초핑되거나 절단될 수도 있다. 섬유 길이는 섬유 다발들을 개섬하는데 필요한 에너지를 감소시킬 수도 있고 제지 프로세스에서 펄핑 단계에서 부가적 엉킴을 방지할 수도 있다.

실시형태에서, 인성 무기 섬유들이 시트 또는 블랭킷에 배치될 수도 있다. 섬유들의 길이 축소는 예를 들어 5 ㎠ 로 인성 무기 섬유들의 시트들의 다이 절단을 포함할 수도 있어서, 섬유들은 길이가 5 ㎝ 를 초과하지 않는다. 다른 실시형태들에서, 섬유들은 보다 작은 제곱 센티미터, 예를 들어, 2 ㎠ 이하로 절단되거나 초핑될 수도 있다. 섬유들은 인성 무기 섬유 시트 또는 블랭킷을 스트립들로 크로스 절단함으로써 짧아질 수도 있다.

임의의 실시형태들에서, 인성 무기 섬유들은 초핑 또는 절단에 의해 특정 길이로 짧아질 수도 있다. 초핑되거나 절단된 인성 무기 섬유들은, 선택적으로, 보다 긴 섬유의 특성을 이용하기 위해서 임의의 후속 프로세싱에 의해, 예를 들어 섬유들을 개섬함으로써 추가로 실질적으로 짧아지지 않을 수도 있다.

추가 실시형태에서, 섬유 슬러리의 저 희석, 즉 저 농도, 예로 약 0.1 질량% ~ 약 1 질량% 의 인성 무기 섬유들은, 인성 무기 섬유들의 엉킴 및 엮임이 최소화되도록 인성 무기 섬유들이 분리되도록 허용할 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 섬유 슬러리의 고 희석, 즉 고 농도, 예로 약 1 질량% ~ 약 2 질량% 의 인성 무기 섬유들은 더많은 섬유 상호작용을 허용할 수도 있다. 더많은 섬유 상호작용은 단위 섬유 질량당 에너지 전달을 증가시킴으로써 섬유 길이 축소 단계의 효율성을 개선할 수도 있다.

저 희석과 고 희석의 경쟁 효과는, 예를 들어, 슬러리에 점진적 섬유 부가를 이용함으로써 전체 효과를 최적화하도록 조합될 수도 있다.

실시형태에서, 예시적 인성 무기 섬유 슬러리 희석제는 인성 무기 섬유들의 약 0.1 질량% ~ 약 2 질량%, 선택적으로 약 0.1 질량% ~ 약 1 질량% 범위의 희석제를 포함한다. 임의의 실시형태들에서, 인성 무기 섬유들은 희석 전 초핑될 수도 있다.

습식-레이드 매트의 압력 성능은 침전 높이 테스트 및/또는 크러시 침전 부피 테스트의 결과들과 상관 관계가 있을 수도 있다. 침전 높이 테스트는 임의의 바인더 재료를 제거함으로써 수행될 수도 있고, 예를 들어, 바인더는 인성 무기 섬유들을 포함한 매트 재료의 샘플로부터 전소될 수도 있다. 침전 높이 테스트와 크러시 침전 부피 테스트 둘 다 장착 매트 재료와 같은 섬유 용품으로 프로세싱되지 않은 인성 무기 섬유들의 샘플을 사용해 수행될 수도 있다. 인성 무기 섬유들의 소스에 관계없이, 인성 무기 섬유들의 5 g 샘플을 재어서 덜어낸다. 5 g 의 인성 무기 섬유들은 그 후 400 ㎖ 의 물에 부가되고 패들 교반기를 사용해 2 분 동안 1,000 rpm 에서 교반된다. 비제한적으로, 적합한 패들 교반기는 50 ㎜ 패들 직경, 8 ㎜ 샤프트 직경, 및 450 ㎜ 의 총 샤프트 길이를 가지는 VWR International LLC 의 4-블레이드 교반기를 포함할 수도 있다. 물을 포함하는 분산된 섬유들은 1,000 ㎖ 실린더로 옮겨지고 부가적인 물로 1,000 ㎖ 까지 충전된다. 비제한적으로, 적합한 1,000 ㎖ 실린더는 147 ㎜ 의 높이와 109 ㎜ 의 외경을 가지는 낮은 형태의 비커이다. 실린더는 그 후 스토퍼로 막고 10 번 뒤집는다. 스토퍼가 제거되고 섬유들은 30 분 동안 침전되도록 허용된다. 침전 부피는 1 리터 실린더에서 침전, 분산된 인성 무기 섬유들에 의해 차지된 부피로서 측정된다.

400 ㎖ 의 물에 부가되고 교반되기 전 인성 무기 섬유들의 5 g 샘플을 37.5 ㎜ 의 내경을 가지는 튜브 안에 넣고 5 분 동안 1.4 kN 으로 압축하는 것을 제외하고는, 크러시 침전 부피 테스트는 침전 높이 테스트와 유사하게 수행될 수도 있다. 크러시 침전 부피는 1 리터 실린더에서 크러시되고, 침전되고 분산된 인성 무기 섬유들에 의해 차지되는 부피로서 측정된다.

250 ㎖ 초과의 침전 부피는 250 ㎖ 미만의 크러시 침전 부피를 가지는 섬유들에 대해 90 kPa 의 압력 성능과 연관될 수도 있다. 450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피 및 침전 부피를 가지는 섬유들은 120 kPa 초과의 압력 성능 또는 주기적 탄성과 연관될 수도 있다.

실험

하기 실시예들은 배기 가스 처리 기기용 개섬된 인성 무기 섬유들로 이루어진 장착 매트를 단지 추가로 보여주기 위해서 기술된다. 예시적인 실시예들은 장착 매트, 장착 매트를 통합한 배기 가스 처리 기기, 또는 장착 매트 또는 배기 가스 처리 기기를 제조하는 방법을 임의의 방식으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

비교예 1

450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피 및 350 ㎖ 의 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들이 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다. 부가적 섬유 예비 초핑 또는 인성 섬유 개섬 기술 없이 종래의 제지 프로세스를 이용하여 매트가 제조되었다.

실시예 2

450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피 및 400 ㎖ 의 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들이 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다. 인성 무기 섬유들은 건식 개섬 기술을 부여받았다. 건조 베일 (bale) 개섬기 유형의 머신이 섬유 다발들을 분산 및/또는 개섬하는데 이용되었다.

실시예 3

450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피 및 400 ㎖ 의 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들이 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다. 인성 무기 섬유들은 건식 개섬 기술을 부여받았다. 소면 유형의 머신이 섬유 다발들을 분산 및/또는 개섬하는데 이용되었다.

실시예 4

450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들이 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다. 인성 무기 섬유들은 습식 개섬 기술을 부여받았다. ROTOPLEX® 입상 절단 밀이 섬유 다발들을 분산 및/또는 개섬하는데 이용되었다.

실시예 5

450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피 및 500 ㎖ 의 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들이 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다. 인성 무기 섬유들은 보다 짧은 길이로 절단되었다.

실시예 6

450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피 및 650 ㎖ 의 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들이 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다. 인성 무기 섬유들은 습식 개섬 기술을 부여받았다. 고속 블레이드 및 배플들을 구비한 하이드로펄퍼가 섬유 다발들을 분산 및/또는 개섬하는데 이용되었다.

실시예 7

450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피 및 400 ㎖ 의 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들이 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다. 인성 무기 섬유들은 습식 개섬 기술을 부여받았다. 정합 그루브가 있는 스테인리스 강 베드 플레이트와 비팅 롤을 포함하는 홀랜더 (Hollander) 비터가 섬유 다발들을 분산 및/또는 개섬하는데 이용되었다.

실시예 8

450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들이 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다. 인성 무기 섬유들은 습식 개섬 기술을 부여받았다. 서로에 대해 회전하고 섬유 슬러리가 통과하는 일련의 플레이트들을 포함하는 디스크 리파이너가 섬유 다발들을 분산 및/또는 개섬하는데 이용되었다.

실시예 9

450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피 및 420 ㎖ 의 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들이 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다. 슬러리 희석제 및 유동 특징은 섬유 다발들을 분산 및/또는 개섬하기 위해서 펄퍼 작동 중 최적화되었다.

테스팅

실시예 1 내지 실시예 5 의 샘플 매트들은 전술한 대로 제조되었고 2500 주기 압력 성능 테스트를 사용해 테스트되었다. 테스트는 25 ㎠ 크기의 매트 재료의 샘플에서 수행된 표준 주기 압력 성능 테스트의 2500 기계적 주기 동안 실시되었다. 간극 팽창은 8 % 로 유지되었고 테스트 매트 간극 벌크 밀도는 0.4 g/㎤ 이었다.

실시예 6 내지 실시예 9 의 샘플 매트들은 전술한 대로 제조되었고 1000 주기 압력 성능 테스트를 사용해 테스트되었다. 테스트는 50 ㎠ 크기의 매트 재료의 샘플에서 수행된 표준 주기 압력 성능 테스트의 1000 기계적 주기 동안 실시되었다. 간극 팽창은 8 % 로 유지되었고 테스트 매트 간극 벌크 밀도는 0.4 g/㎤ 이었다. 일반적으로, 1000 주기 압력 성능의 결과는 1000 주기 테스트 결과로부터 15 kPa 를 감산함으로써 2500 주기 테스트 결과와 비교될 수도 있다.

용어 "주기" 라고 하면, 고정 압축 압반과 이동 압반 사이 간극이 미리 정해진 비율로 특정한 거리에 대해 개폐되는 것을 의미한다. 샘플 매트들은 이동 압반과 고정 압반 사이 간극 내에 배치되었다. 10 kN 로드 셀이 이동 압반에 적용되었고 매트 재료의 결과적인 압력 성능이 측정되었다.

본 기술분야의 당업자는 과도한 실험 없이 위의 파라미터들을 이용해 1000 주기 테스트 또는 2500 주기 테스트 중 어느 하나를 수행할 수 있음을 이해할 것이다. 즉, 상기 설정된 파라미터들은 본 기술분야의 당업자가 매트의 특징 또는 간극의 크기에 관계없이 매트의 유효 압력 성능의 유사한 비교를 할 수 있도록 할 것이다.

각각의 실시예의 압력 성능은 하기 표 1 에 나타나 있다.

개섬된 인성 무기 섬유들의 균질한 층을 포함하는 실시예 2 의 습식-레이드 매트는, 개섬되지 않은 인성 무기 섬유들로 이루어진 비교예 1 의 장착 매트에 비해 26 % 의 홀딩 압력 증가를 보여주었다. 실시예 2 내지 실시예 5 에서 이용된 인성 무기 섬유들 및 개섬 기술의 범위는 홀딩 압력에서 7 ~ 26 % 의 증가를 보여주었다.

실시예 10

450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들이 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다. 인성 무기 섬유 재료는 2 ㎠ 로 절단되었고 슬러리에서 0.67 % 희석제로 희석되었다.

실시예 11

450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들이 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다. 인성 무기 섬유 재료는 2 ㎠ 로 절단되었고 슬러리에서 1 % 희석제로 희석되었다.

실시예 12

450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들이 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다. 인성 무기 섬유 재료는 5 ㎠ 로 절단되었고 슬러리에서 0.67 % 희석제로 희석되었다.

실시예 13

450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들이 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다. 인성 무기 섬유 재료는 5 ㎠ 로 절단되었고 슬러리에서 1 % 희석제로 희석되었다.

테스팅

실시예 10 내지 실시예 13 의 샘플 매트들은 위에서 검토한 대로 제조되었고 2500 주기 압력 성능 테스트를 사용하여 테스트되었다. 테스트는 25 ㎠ 크기의 매트 재료의 샘플에서 수행된 표준 주기 압력 성능 테스트의 2500 기계적 주기 동안 실시되었다. 간극 팽창은 8 % 로 유지되었고 테스트 매트 간극 벌크 밀도는 0.4 g/㎤ 이었다.

각각의 실시예의 압력 성능은 아래 표 2 에 나타나 있다.

테스트 결과들은 매트의 침전 높이 및 압력 성능에 대한 섬유 절단 또는 예비 초핑 및 인성 무기 섬유 슬러리의 희석제 영향을 보여준다.

실시예 14

250 ㎖ 미만의 크러시 침전 부피를 가지는 종래의 무기 섬유들은 무기 섬유들의 균질한 층을 포함하는 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다.

실시예 15

예비 초핑된 450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 가지는 인성 무기 섬유들은 인성 무기 섬유들의 균질한 층을 포함하는 샘플 습식-레이드 매트를 구성하는데 사용되었다.

테스팅

실시예 14 및 실시예 15 의 샘플 매트들은 전술한 대로 제조되었고 바인더 전소 단계 전후에 매트의 두께 또는 자유 높이가 측정되었다.

각각의 실시예의 자유 높이 또는 두께는 아래 표 3 에 나타나 있다.

균질한 인성 무기 섬유 집합체 층들은 예로 다이 스탬핑에 의해 절단되고 선택적으로 적층되고, 추가로 선택적으로 니들링되어, 재현가능한 공차로 정확한 형상 및 크기의 장착 매트들을 형성할 수 있다. 전술한 장착 매트들은 촉매 컨버터 및 디젤 입자 트랩 산업에 유리하다. 장착 매트들은, 균열 없이, 원한다면, 촉매 지지 구조체를 완전히 둘러쌀 수 있도록, 취급의 경우라면, 얇은 프로파일로, 그리고 가요성이 있는 형태로 탄성 지지부들로서 작동가능하다. 대안적으로, 장착 매트는 촉매 지지 구조체의 전체 원주 또는 적어도 일부의 주변 둘레에 일체로 둘러쌀 수도 있다.

전술한 장착 매트들은 또한 다양한 용도들, 예로, 다른 것들 중에서, 모터사이클들 및 기타 소형 엔진 머신들용 종래의 자동차 촉매 컨버터들, 및 자동차 프리컨버터들 뿐만 아니라 고온 스페이서들, 가스켓들, 및 심지어 차세대 자동차 하부 촉매 컨버터 시스템들에 유용하다. 일반적으로, 장착 매트들은, 매트 또는 가스켓이 실온에서 홀딩 압력을 가하도록 요구하고 보다 중요하게는 열 사이클링 동안을 포함한 상승된 온도에서 홀딩 압력을 유지할 수 있는 능력을 제공하도록 요구하는 임의의 용도에서 사용될 수 있다.

전술한 장착 매트들은, 보호 장착될 필요가 있는 취성 허니콤 유형의 구조체들을 포함하는 것들을 비롯해, 배기가스 또는 배출물 스택들 내에 위치한 화학 산업에 이용되는 촉매 컨버터들에서 또한 사용될 수 있다.

전술한 대로 섬유 다발들을 개섬한 후 습식 레이드된 인성 무기 섬유 집합체들은 다양한 용도들, 예로 절연 및/또는 방화 제품들, 예를 들어, 절연성 또는 내화성 블랭킷들, 종이들, 및 펠트들에 또한 유용하다.

제 1 실시형태는, 균질한 섬유 집합체를 축적하기 위해서 인성 무기 섬유들이 액체 슬러리에 분산될 수 있도록 복수의 인성 무기 섬유 다발들을 개섬하는 단계를 포함하는 인성 무기 섬유 다발들의 처리 방법을 제공하고, 인성 무기 섬유들은 250 ㎖ 초과, 선택적으로 450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 갖는다.

제 1 실시형태의 방법은, 복수의 인성 무기 섬유들의 개섬이 인성 무기 섬유들의 습식 개섬 및/또는 건식 개섬을 포함하는 것을 추가로 포함할 수도 있다. 인성 무기 섬유들의 습식 개섬은 (i) 인성 무기 섬유들의 디스크 리파이닝; (ⅱ) 인성 무기 섬유들의 디플레이킹; (ⅲ) 인성 무기 섬유들의 하이드로펄핑; 또는 (ⅳ) 인성 무기 섬유들의 비팅 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 인성 무기 섬유들의 건식 개섬은 (i) 인성 무기 섬유들의 소면; 또는 (ⅱ) 선택적으로 마멸 밀 겸용 섬유 피커, 해머 밀, 또는 입상 절단 밀 중 적어도 하나를 이용한 인성 무기 섬유들의 밀링 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.

제 1 실시형태 또는 임의의 후속 실시형태의 방법은 인성 무기 섬유들을 개섬하기 전 인성 무기 섬유들의 초핑을 추가로 포함할 수도 있다. 인성 무기 섬유들의 초핑은 인성 무기 섬유들의 다이 절단, 길로틴 초핑 및/또는 물 분사 절단을 포함할 수도 있다.

제 1 실시형태 또는 임의의 후속 실시형태들의 방법은 인성 무기 섬유 다발들을 개섬하면서 인성 무기 섬유들 및/또는 초핑된 인성 무기 섬유들의 길이를 실질적으로 유지하는 것을 추가로 포함할 수도 있다.

제 1 실시형태 또는 임의의 후속 실시형태들의 방법은, 인성 무기 섬유 슬러리 희석제가 약 0.1 % ~ 약 2 %, 선택적으로 약 0.1 % ~ 약 1 % 의 희석제를 포함하는 것을 추가로 포함할 수도 있다.

제 1 실시형태 또는 임의의 후속 실시형태의 방법은, 개섬된 인성 무기 섬유들이 (i) 약 72 ~ 약 99 중량 퍼센트 알루미나 및 약 1 ~ 약 28 중량 퍼센트 실리카의 섬유화 제품; 및/또는 (ⅱ) 고 알루미나 섬유들; 및/또는 (ⅲ) 탄소 섬유들, 유리 섬유들, 석영 섬유들 또는 실리카 섬유들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 추가로 포함할 수도 있다.

제 2실시형태에서, 배기 가스 처리 기기용 장착 매트의 제조 방법은 제 1 실시형태 또는 후속 실시형태들 중 임의의 실시형태의 개섬된 인성 무기 섬유들의 슬러리를 제조하는 단계, 및 개섬된 인성 무기 섬유들을 함유한 습식 레이드 층을 형성하도록 슬러리로부터 상기 액체의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함한다.

제 2 실시형태의 배기 가스 처리 기기용 장착 매트의 제조 방법은 개섬된 인성 무기 섬유들을 가지는 층에 세라믹 섬유들 또는 알칼리 토류 실리케이트 섬유들 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 한 가지 부가적 유형의 무기 섬유들을 혼합하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다.

제 2 실시형태 또는 후속 실시형태의 배기 가스 처리 기기용 장착 매트의 제조 방법은, 개섬된 인성 무기 섬유들을 가지는 층에, 비발포성 질석, 이온 교환된 질석, 열 처리된 질석, 발포성 흑연, 하이드로바이오타이트, 물 팽윤 테트라실릭 플루오르 운모 또는 알칼리 금속 실리케이트 중 적어도 하나를 포함하는 팽창성 재료를 혼합하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다.

제 3 실시형태에서, 장착 매트는 제 2 실시형태 또는 후속 실시형태들 중 어느 하나에 따라 제조된 개섬된 인성 무기 섬유들의 층을 포함한다.

제 4 실시형태에서, 배기 가스 처리 기기는, 하우징; 하우징 내에 탄성적으로 장착된 취성 구조체; 및 하우징과 취성 구조체 사이 간극에 배치된 제 3 실시형태의 장착 매트를 포함한다.

제 5 실시형태는, 균질한 섬유 집합체를 축적하기에 효과적인 약 0.1 % ~ 약 2 %, 선택적으로 약 0.1 % ~ 약 1 % 의 희석제로 슬러리에서 복수의 인성 무기 섬유 다발들을 분산하는 단계를 포함하는 인성 무기 섬유 다발들의 처리 방법을 제공하고, 인성 무기 섬유들은 250 ㎖ 초과, 선택적으로 450 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 갖는다.

제 5 실시형태의 방법은 인성 무기 섬유 다발들을 상기 분산하는 단계 전 인성 무기 섬유 다발들을 절단하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다.

제 5 실시형태 또는 후속 실시형태의 방법은, 인성 무기 섬유들이 (i) 약 72 ~ 약 99 중량 퍼센트 알루미나 및 약 1 ~ 약 28 중량 퍼센트 실리카의 섬유화 제품; 및/또는 (ⅱ) 고 알루미나 섬유들; 및/또는 (ⅲ) 탄소 섬유들, 유리 섬유들, 석영 섬유들 또는 실리카 섬유들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 추가로 포함할 수도 있다.

제 6 실시형태에서, 배기 가스 처리 기기용 장착 매트의 제조 방법은, 제 5 실시형태 또는 후속 실시형태들 중 어느 하나에 따른 인성 무기 섬유들의 슬러리를 제조하는 단계, 및 인성 무기 섬유들을 함유한 습식 레이드 층을 형성하도록 슬러리로부터 상기 액체의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함한다.

제 6 실시형태의 장착 매트의 제조 방법은, 인성 무기 섬유들을 가지는 층에, 세라믹 섬유들 또는 알칼리 토류 실리케이트 섬유들 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 한 가지 부가적 유형의 무기 섬유들을 혼합하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다.

제 6 실시형태 또는 후속 실시형태의 장착 매트의 제조 방법은, 인성 무기 섬유들을 가지는 층에, 비발포성 질석, 이온 교환된 질석, 열 처리된 질석, 발포성 흑연, 하이드로바이오타이트, 물 팽윤 테트라실릭 플루오르 운모 또는 알칼리 금속 실리케이트 중 적어도 하나를 포함하는 팽창성 재료를 혼합하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다.

제 7 실시형태에서, 장착 매트는 제 6 실시형태 또는 후속 실시형태들에 따라 제조된 인성 무기 섬유들의 층을 포함한다.

제 8 실시형태에서, 배기 가스 처리 기기는, 하우징; 하우징 내에 탄성적으로 장착된 취성 구조체; 및 하우징과 취성 구조체 사이 간극에 배치된 제 7 실시형태의 장착 매트를 포함한다.

원하는 결과를 제공하기 위해서 다양한 실시형태들이 조합될 수도 있으므로, 전술한 실시형태들이 반드시 대안적인 것은 아니다.

Claims

인성 (tough) 무기 섬유 다발들의 처리 방법으로서,
균질한 섬유 집합체를 축적 (lay down) 하기 위해서 인성 무기 섬유들이 액체 슬러리에 분산될 수 있도록 복수의 인성 무기 섬유 다발들을 개섬 (opening) 하는 단계를 포함하고, 상기 인성 무기 섬유들은 72 ~ 99 중량 퍼센트의 알루미나 및 1 ~ 28 중량 퍼센트의 실리카의 섬유화 제품을 포함하고, 상기 개섬은 상기 인성 무기 섬유들 및/또는 섬유 다발들을 기계적으로 변형하는 것을 포함하고, 상기 인성 무기 섬유들은 250 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피 (crush settle volume) 를 가지는, 인성 무기 섬유 다발들의 처리 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 인성 무기 섬유들을 개섬하는 단계는 상기 인성 무기 섬유들을 습식 개섬 및/또는 건식 개섬하는 단계를 포함하고; 선택적으로 상기 복수의 인성 무기 섬유들을 습식 개섬하는 단계는 (i) 상기 인성 무기 섬유들의 디스크 리파이닝 (disc refining); (ⅱ) 상기 인성 무기 섬유들의 디플레이킹 (de-flaking); (ⅲ) 상기 인성 무기 섬유들의 하이드로펄핑; 또는 (ⅳ) 상기 인성 무기 섬유들의 비팅 (beating) 중 적어도 하나를 포함하고; 또한 선택적으로 상기 복수의 인성 무기 섬유들을 건식 개섬하는 단계는 (i) 상기 인성 무기 섬유들의 소면 (carding); 또는 (ⅱ) 선택적으로 (a) 마멸 밀 겸용 섬유 피커 (attrition mill combination fiber picker); (b) 해머 밀; 또는 (c) 입상 절단 밀 중 적어도 하나를 이용한 상기 인성 무기 섬유들의 밀링 중 적어도 하나를 포함하는, 인성 무기 섬유 다발들의 처리 방법.
제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인성 무기 섬유들을 개섬하기 전에 상기 인성 무기 섬유들을 초핑 (chopping) 하는 단계를 더 포함하고, 선택적으로 상기 인성 무기 섬유들을 초핑하는 단계는 상기 인성 무기 섬유들의 다이 절단, 길로틴 초핑 및/또는 물 분사 절단을 포함하고, 선택적으로 상기 인성 무기 섬유 다발들을 개섬하면서 초핑된 인성 무기 섬유들의 길이를 유지하는 단계를 더 포함하는, 인성 무기 섬유 다발들의 처리 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 인성 무기 섬유 다발들을 개섬하면서 상기 인성 무기 섬유들의 길이를 유지하는 단계를 더 포함하는, 인성 무기 섬유 다발들의 처리 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
인성 무기 섬유 슬러리 분산은 0.1 질량% ~ 2 질량% 의 희석제를 포함하는, 인성 무기 섬유 다발들의 처리 방법.
삭제
배기 가스 처리 기기용 장착 매트의 제조 방법으로서,
제 1 항에 따른 개섬된 인성 무기 섬유들 및 액체의 슬러리를 제조하는 단계, 및 상기 개섬된 인성 무기 섬유들을 함유한 습식 레이드 층을 형성하도록 상기 슬러리로부터 상기 액체의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는, 배기 가스 처리 기기용 장착 매트의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 개섬된 인성 무기 섬유들을 가지는 층에, (i) 세라믹 섬유들 또는 알칼리 토류 실리케이트 섬유들 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 부가적 유형의 무기 섬유들; 또는 (ⅱ) 비발포성 질석, 이온 교환된 질석, 열 처리된 질석, 발포성 흑연, 하이드로바이오타이트 (hydrobiotite), 물 팽윤성 테트라실릭 플루오르 운모 또는 알칼리 금속 실리케이트 중 적어도 하나를 포함하는 팽창성 재료 중 적어도 하나를 혼합하는 단계를 포함하는, 배기 가스 처리 기기용 장착 매트의 제조 방법.
인성 무기 섬유 다발들의 처리 방법으로서,
균질한 섬유 집합체를 축적하기 위해서 인성 무기 섬유들이 액체 슬러리에 분산될 수 있도록 복수의 인성 무기 섬유 다발들을 개섬 (opening) 하는 단계와, 균질한 섬유 집합체를 축적하기에 효과적인 0.1 질량% ~ 2 질량% 의 희석제로 슬러리에서 복수의 인성 무기 섬유 다발들을 분산하는 단계를 포함하고, 상기 인성 무기 섬유들은 72 ~ 99 중량 퍼센트의 알루미나 및 1 ~ 28 중량 퍼센트의 실리카의 섬유화 제품을 포함하고, 상기 개섬은 상기 인성 무기 섬유들 및/또는 섬유 다발들을 기계적으로 변형하는 것을 포함하고, 상기 인성 무기 섬유는 250 ㎖ 초과의 크러시 침전 부피를 가지는, 인성 무기 섬유 다발들의 처리 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 인성 무기 섬유 다발들을 분산하는 단계 전에 상기 인성 무기 섬유 다발들을 절단하는 단계를 포함하는, 인성 무기 섬유 다발들의 처리 방법.
삭제
배기 가스 처리 기기용 장착 매트의 제조 방법으로서,
제 9 항에 따른 인성 무기 섬유들의 슬러리를 제조하는 단계, 및 상기 인성 무기 섬유들을 함유한 습식 레이드 층을 형성하도록 상기 슬러리로부터 액체의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는, 배기 가스 처리 기기용 장착 매트의 제조 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 인성 무기 섬유들을 가지는 층에, (i) 세라믹 섬유들 또는 알칼리 토류 실리케이트 섬유들 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 부가적 유형의 무기 섬유들; 또는 (ⅱ) 비발포성 질석, 이온 교환된 질석, 열 처리된 질석, 발포성 흑연, 하이드로바이오타이트, 물 팽윤성 테트라실릭 플루오르 운모 또는 알칼리 금속 실리케이트 중 적어도 하나를 포함하는 팽창성 재료 중 적어도 하나를 혼합하는 단계를 포함하는, 배기 가스 처리 기기용 장착 매트의 제조 방법.
제 7 항 내지 제 8 항 및 제 12 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따라 제조된 인성 무기 섬유들의 층을 포함하는 장착 매트.
배기 가스 처리 기기로서,
하우징; 상기 하우징 내에 탄성적으로 장착된 취성 구조체; 및 상기 하우징과 상기 취성 구조체 사이의 간극에 배치된 제 14 항의 장착 매트를 포함하는, 배기 가스 처리 기기.