KR20050105191A - 오염 제어 장치의 단부 원추 또는 장착 매트 고정 시스템 - Google Patents

오염 제어 장치의 단부 원추 또는 장착 매트 고정 시스템 Download PDF

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KR20050105191A
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조세프 씨. 페이서트
케빈 칵조렉
이안 알. 하딩
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

얇은 벽 구조체(예를 들어, 단부 원추 단열체(12) 및/또는 장착 매트(12))는 오염 제어 장치(16) 내의 일부(예를 들어, 단부 원추)를 단열하고 및/또는 오염 제어 장치(16) 내의 오염 제어 요소(예를 들어, 촉매 변환기 내의 촉매 요소, 디젤 또는 가솔린 엔진 배기 필터의 필터 요소 등)을 장착하기에 적절한 장착재를 포함한다. 얇은 벽 구조체는 예를 들어, 시트, 매트(12) 또는 삼차원 얇은 벽 구조체(예를 들어, 단일편 또는 다중편 및/또는 감압성 열가소성재) 중 하나의 형태의 단열재 및/또는 장착재를 포함할 수 있다. 중간 접착제(18)(예를 들어, 열 활성화 접착제, 고온 용융 접착제 및/또는 접착성 열가소성재)는 적어도 하나의 주요면을 코팅 및 침투하도록 얇은 벽 구조체의 적어도 하나의 주요면에 접합된다. 중간 접착제(18)는 얇은 벽 구조체에 적어도 기계적으로 접합된다. 감압성 접착제(20)는 중간 접착제(18)에 접합되어 얇은 벽 구조체가 오염 제어 장치(16) 내에서 제 위치에 고정되는데 사용된다.

Description

오염 제어 장치의 단부 원추 또는 장착 매트 고정 시스템{SYSTEM FOR SECURING THE END CONE OR MOUNTING MAT OF A POLLUTION CONTROL DEVICE}
본 발명은 내연 기관의 배기 시스템에 사용되는 오염 제어 장치, 자세하게는 오염 제어 장치에 오염 제어 요소를 장착 및/또는 단열하는데 사용되는 시스템, 더 자세하게는 이러한 오염 제어 장치의 조립 동안 장착 및/또는 단열 시스템의 일부 또는 모든 부분을 제 위치에 고정하는데 사용되는 구성 및 기술에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 고정 구성 및/또는 기술의 사용을 포함하는 이러한 오염 제어 장치의 조립 방법에 관한 것이다.
종래의 오염 제어 장치(예를 들어, 촉매 변환기, 배기 필터 등)는 내연 기관, 예를 들어 다양한 차량(예를 들어, 자동차, 배, 항공기 등), 동력 발전기 등에 사용되는 엔진의 배기 시스템에 사용되었다. 이러한 오염 제어 장치는 통상적으로 다양한 단열재 및 장착재를 채용한다. 이러한 재료는 통상적으로 세라믹 섬유, 팽창성 입자 또는 그 조합을 사용하여 구성된다. 이러한 재료들은 PCT 출원 번호 PCT/US97/15864(WO 98/50688)에 개시된 바와 같은 단부 원추 단열재 및 미국 특허 제4,305,992호, 제4,999,168호 및 제6,245,301호에 개시된 바와 같은 장착 매트의 형태로 사용되었다. 사용된 다양한 재료에 추가하여, 오염 제어 장치로 이러한 단열재 및 매트를 조립하기 위해 다수의 기술이 채용되었다.
오염 제어 장치가 조립되는 방식에 있어서 지속적인 개선이 요구되고 있다.
도1은 본 발명에 따른 오염 제어 장치에 사용된 예시적인 고정 시스템의 단면도이다.
상술된 요구는 오염 제어 장치의 조립 동안 단열재 및/또는 장착재를 제 위치에 고정하는 개선된 방법이다. 본 발명은 이러한 요구를 적어도 부분적으로 충족시키는 것에 관한 것이다. 오염 제어 장치 내의 소정 위치에 통상의 단열재 또는 장착재를 고정하는 것이 바람직할 수 있다. 감압성 접착제(Pressure sensitive adhesive, PSA)가 섬유를 포함하는 경우, 매우 짧은 섬유(예를 들어, 약 5 mm 이하)가 사용되고 및/또는 유기 바인더가 적은 양 사용되거나 또는 사용되지 않을 때, 불충분한 본드가 더 형성되기 쉬운 것을 발견하였다. 또한 길게 얽힌 섬유가 더 많은 양의 유기 바인더로 조합되어 사용되는 경우, 이러한 불충분한 본드가 덜 형성되는 것을 발견하였다.
또한, 이러한 문제는 단열재 또는 장착재와 PSA 사이의 중간 열 활성화 접착제 또는 고온 용융 접착제 또는 접착성 열가소성재를 사용함으로써 회피될 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 오염 제어 장치의 단열체에 적합한 단열재 및/또는 오염 제어 장치 내의 오염 제어 요소(예를 들어, 촉매 변환기 내의 촉매 요소, 디젤 또는 가솔린 엔진 배기 필터 내의 필터 요소 등)의 장착에 적합한 장착재를 포함하는 얇은 벽 구조체(예를 들어, 단부 원추 단열체 및/또는 장착 매트)가 제공된다. 얇은 벽 구조체는 예를 들어, 시트, 매트 또는 삼차원 얇은 벽 구조체(예를 들어, 단일편 또는 다중편 삼차원 단부 원추 단열체) 형태의 단열재 및/또는 장착재를 포함할 수 있다. 중간 접착제(예를 들어, 열 활성화 접착제, 고온 용융 접착제 및/또는 접착성 열가소성재)는 적어도 하나의 주요부를 코팅 및 침투하도록 얇은 벽 구조체의 적어도 하나의 주요부에 접합된다. 중간 접착제는 얇은 벽 구조체에 적어도 기계적으로 접합된다. 중간 접착제가 얇은 벽 구조체에 화학적으로 접합하거나 또는 대안으로 기계적으로 접합하는 것이 바람직할 수 있다. 감압성 접착제는 중간 접착제에 접합된다.
단열재 및/또는 장착재는 팽창성 재료 및/또는 비팽창성 재료를 포함할 수 있다. 비팽창성 재료는 통상적으로 예를 들어 세라믹 섬유와 같은 무기 섬유를 포함한다. 세라믹 섬유는 굴절 세라믹 섬유일 수 있다. 팽창성 재료는 통상적으로 예를 들어 질석 및 이러한 다른 재료를 포함한다. 유기 바인더는 무기 섬유를 서로 포함하고 예를 들어 단부 원추 단열체 또는 장착 매트인 얇은 벽 구조체는 높은 밀도 및 얇은 상태로 유지될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 상술된 얇은 벽 구조체를 포함하는 단부 원추 단열체 및/또는 장착 매트를 포함하는 오염 제어 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 상술된 오염 제어 장치를 포함하는 내연 기관을 구비하거나 또는 구비하지 않는 내연 기관용 배기 시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 상술된 오염 제어 장치를 포함하는, 내연 기관을 구비하거나 또는 구비하지 않는 내연 기관용 배기 시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 오염 제어 장치 내에서 단부 원추 단열체 및/또는 장착 매트를 제 위치에 접합시키는데 사용되는 감압성 접착제와 단부 원추 단열체, 장착 매트 또는 다른 얇은 벽 구조체 사이에서, 중간 열 활성화 접착제 또는 고온 용융 접착제 또는 접착성 열가소성재를 사용하여 오염 제어 장치 내에 단부 원추 단열체 및/또는 장착 매트를 고정하는 단계를 포함하고, 상기 단부 원추 단열체 및/또는 장착 매트의 사용을 포함하는 오염 제어 장치를 제작하는 방법이 제공된다.
본 발명은 소정 실시예의 관점에서 설명되었지만, 기술 분야의 숙련자들에게는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 다양한 개조, 재구성 및 대체가 제공될 수 있는 것이 명백할 것이다.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 예시적인 고정 시스템(10)이 도시되며, 이는 내연 기관(예를 들어, 자동차의 엔진, 동력 발전기, 배, 항공기 등)의 배기 시스템에 사용된 오염 제어 장치(16, 예를 들어, 촉매 변환기, 엔진 배기 필터 등)의 내부 단부 원추 하우징(14)과 외부 단부 원추 하우징(22) 사이에 단부 원추 단열체(12)를 고정하는데 사용될 수 있다. 고정 시스템(10)은 특히 단부 원추 단열체(12)가 대칭이지 않은 경우(예를 들어, 단부 원추를 통한 배기 유동축을 중심으로 대칭이지 않은 경우), 두 개 부분의 단부 원추 단열체(12)(클램 쉘 절반)를 내부 하우징(14) 및 외부 하우징(14) 중 하나 또는 서로에 대해 제 위치에 고정하기 위해 특히 유용하지만, 이는 유일하지는 않다. 단부 원추 단열체(12)가 대칭이지 않은 경우(즉, 단부 원추 하우징(14, 22)이 대칭이지 않은 경우), 하우징(14, 22) 내의 단부 원추 단열체(12)의 위치 설정은 오염 제어 장치(16)의 단부 원추 부분을 적절하게 조립시키는 것을 보장하기 위해 중요할 수 있다. 단부 원추 단열체(12)와 단부 원추 하우징(14, 22) 사이의 오정렬로 인해, 오염 제어 장치(16)의 단부 원추가 재조립되거나 또는 몇몇의 경우, 폐기된다.
고정 시스템(10)은 또한 오염 제어 장치(14)(예를 들어, 촉매 요소, 디젤 또는 가솔린 엔진 필터 요소 등)가 오염 제어 장치(16)에 장착되는 것을 허용하도록 하우징(22)과 요소(14) 사이에 있는 매트(12)가 예를 들어, 하우징(22)의 내부면 상의 위치에 고정되도록 사용될 수 있다.
시스템(10)은 적어도 하나의 주요면을 완전히 또는 적어도 상당량 코팅하고 단부 원추 단열체 또는 장착 매트(12)로 침투하도록 단부 원추 단열체 및/또는 장착 매트(12)의 적어도 주요면에 접합되는 중간 접착제(18)(예를 들어, 열 활성화 접착제, 고온 용융 접착제 및/또는 접착성 열가소성재)의 하나 이상의 층을 포함한다. 고온 용융 접착제는 감압성 또는 열 활성 즉, 실온에서는 비점착성일 수 있다. 고온 용융 접착제는 또한 열가소성(즉, 재용융성) 또는 열경화성 조성일 수 있다. 감압성 접착제(PSA)(20)의 하나 이상의 층은 필름, 막(scrim), 직포 또는 부직포 등으로 또는 이를 통하지 않고 그 사이에 개재되거나 또는 감압성 접착제 층(20)의 상부에 접합된다. 필름, 막, 직포 또는 부직포 등이 감압성 접착제 층(20)의 상부에 있으면, 예를 들어, 하나 이상의 감압성 접착제층(20)은 장치(16)의 하우징부(예를 들어, 금속 캔)의 내부면에 감압성 접착제(20)를 접합시킴으로써 오염 제어 장치(16)의 내부의 장착 매트(12) 또는 단부 원추 단열체를 고정하는데 사용된다. 중합체 막, 직포 또는 부직포 또는 필름은 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 나일론 등으로 제조될 수 있다.
단부 원추 단열체 및/또는 장착 매트(12)는 시트, 매트 또는 다른 이러한 얇은 벽 구조체 형태의 팽창성 재료 및/또는 비팽창성 재료(무기 섬유)를 포함할 수 있다. 무기 섬유는 세라믹 섬유일 수 있다. 세라믹 섬유는 굴절 세라믹 섬유일 수 있다. 유기 바인더는 무기 섬유를 서로 포함하고 단부 원추 단열체 또는 장착 매트(12)를 높은 밀도 및 얇은 상태로 유지하는데 사용될 수 있다. 오염 제어 장치(16) 내의 단열 및/또는 장착 적용에 사용되기 적절한 시트를 포함한 무기 섬유의 예는 미국 특허 제5,380,580호 및 제4,863,700호 및 PCT 공개 공보 제WO 00/75496호에 개시된 세라믹 섬유 시트 또는 층을 포함하며, 이는 본원에 온전히 참조로 합체된다.
단부 원추 단열체의 예는 PCT 출원 PCT/US97/15864(WO 98/50688)에서 찾을 수 있으며, 이는 본원에 온전히 참조로 합체된다. 장착 매트의 예는 미국 특허 제4,305,992호, 제4,999,168호 및 제6,245,301호에서 찾을 수 있으며, 이는 본원에 온전히 참조로 합체된다.
중간 접착제는 장착 매트 또는 단부 원추 단열체를 침투하고 코팅하기에 적절한 모든 유형일 수 있다. 감압성 접착제는 오염 제어 장치의 도포 가능면(예를 들어, 오염 제어 장치의 외부면 상에 또는 오염 제어 장치에 인접한 또는 장치의 단부의 하우징의 내부면)에 부착되기에 적절한 유형일 수 있다. 감압성 접착제의 예는 아크릴 감압성 접착제, 점착성 블록 코폴리머 감압성 접착제, 폴리우레탄 감압성 접착제, 에틸렌 비닐 아세테이트 감압성 접착제 등을 포함한다. 적절한 감압성 접착제는 예를 들어 라텍스와 같은 수성 접착제 및 유성 접착제 모두 포함할 수 있다. 중간 접착제는 분사되거나 또는 다르게는 도포(예를 들어, 브러시 도포) 또는 필름, 직포 또는 부직포 등으로 제공될 수 있고, 장착 매트 또는 단부 원추 단열체에 적층될 수 있다. 감압성 접착제는 분사되거나 또는 전이 접착제 또는 이중 코팅 테이프로 제공되거나 또는 중간 접착제에 적층될 수 있다. 접착성 전이 테이프는 제품 번호 접착제 전이 테이프 468MP, 접착제 전이 테이프 468MPF, 접착제 전이 테이프 966 등과 같은 3MTM 거래 지정 하의 3M 컴퍼니로부터 입수 가능하다.
단열재 및/또는 장착재의 일 측면에 접합하도록 도포된 중합체 필름, 막 또는 다른 층을 포함하는 다수의 장점이 있다. 단열재 및/또는 장착재의 개선된 처리 강도, 단열재 및/또는 장착재의 개선된 마모 강도, 오염 제어 요소를 용이하게 장착 및 설치하고 오염 제어 장치를 용이하게 조립하기 위해 감소된 마찰 계수, 감압성 접착제(PSA) 테이프를 단열재 및/또는 장착재의 표면에 도포할 수 있는 능력 중 하나 이상의 이하의 예시적인 장점이 제공될 수 있다.
예1
본 발명의 예시는 섬유 단열 시트 재료(예를 들어, 3M 컴퍼니에 의해 제조된 900HT 세라믹 섬유 시트 재료)를 사용하여 제조될 수 있고, 주형 폴리프로필렌 필름의 주요면은 제품 지정 PE-65 하의 보스틱(Bostik)에 의해 제조된 부직포 열가소성 웨브에 의해 제공된 중간 접착제 층에 의해 시트 재료의 주요면에 접합된다. 중간 접착제 층은 폴리머 필름의 주요면과 시트 재료의 주요면 사이에 개재되어 이에 접합된다. 접착제 층은 가열되었고, 시트 재료의 주요 면으로 침투하도록 사용된다. 상기 구조를 제작할 때, 시트 재료는 바닥부에 배치되고, PE-65는 중간부에 배치되고, 중합체 필름은 상부에 배치된다. 그 후, 상기 구조는 충분히 가열된 고온 롤 적층제를 통과하여 중합체 필름을 손상시키지 않고 열가소성 웨브를 용융시킨다. 발생된 적층체는 단열 접합에 대해 강한 필름을 가진다. 단열체로부터 필름이 분리된 180° 필(peel) 시험은 시트 재료에 중합체 필름을 접합시키는 감압성 접착제의 사용과 비교하여 4배 내지 5배의 증가를 나타낸다.
예2
폴리프로필렌 필름이 보스틱 PE-65와 잘 접합되는 감압성 접착제에 의해 지지되는 것을 제외하고는 예1의 구조와 동일하며, 상기 구조는 적층되어 필름의 감압성 접착제 측은 중간 접착제층과 접합된다.
예3
본 발명의 다른 예시는 중간 접착제로서 고온 용융 접착제(보스틱 코포레이션으로부터 입수 가능한 보스틱 폴리에스테르 105 웨브 접착제)를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 접착제 웨브는 통상의 세라믹 섬유계 장착 매트 상에 위치되고, 접착제가 약 110 내지 140℃가 되도록 가열된다. 약 0.1 mm의 두께와 85 ounces/yard2의 기본 중량을 갖는 스펀 본드 나일론 부직포 막(세렉스(Cerex) 거래 지정 하에서 입수 가능)가 닙 롤(nip roll)을 사용하여 가열된 접착제 웨브에 적층되어, 감압성 접착제를 고정하기 위해 매트 상에 표면을 제공한다. 감압성 접착제 전이 테이프는 나일론 막에 부착되어 본 발명에 따른 단열 매트를 제공한다.
예4
본 발명의 추가 예시는 섬유 재료층(예를 들어, 3M 컴퍼니에 의해 제조된 900HT 세라믹 섬유 재료)을 사용하여 제조될 수 있고, 낮은 접착성으로 지지된 주형 폴리프로필렌 필름의 주요면은 제품 지정 PE-56-50(기본 중량 50g/m2) 하의 보스틱에 의해 제조된 부직포 열가소성 웨브에 의해 제공된 중간 접착제층에 의해 시트 재료의 주요면에 부착된다. 중간 접착제층은 시트 재료의 주요면과 중합체 필름의 주요면 사이에 개재되어 접합된다. 접착제층은 가열되어 시트 재료의 주요면으로 침투되는 것을 허용한다. 이러한 구조를 제작할 때, 시트 재료는 바닥부에 위치되고, PE-65-60 보스틱 접착제는 중간부에 위치되고, 중합체 필름은 상부에 위치된다. 그 후, 상기 구조는 충분히 가열된 고온 롤 적층제를 통과하여, 중합체 필름을 손상시키지 않고 열 가소성 웨브를 용융시킨다. 그 후, 제품 번호 9671LE의 3M 컴퍼니에 의해 제조되고 유성/비유성 금속면에 접착되는데 적절한 이중측 300LSE 고강도 전이 접착제 테이프의 접착제 일 측면은 중합체 필름에 도포되어 접합된다. 전이 테이프의 다른 접착제 측면(즉, 주요면)은 박리지 라이너에 의해 보호된다. 섬유 시트 재료를 오염 제어 장치 하우징의 내부면에 부착하기 위해, 박리 라이너가 제거되고 다른 접착측이 하우징의 내부면에 도포된다.

Claims (22)

  1. 오염 제어 장치에 사용되는 단열체이며,
    오염 제어 장치의 일부를 단열하는데 적절한 단열재를 포함하는 얇은 벽 구조체와,
    상기 얇은 벽 구조체에 적어도 기계적으로 접합되도록 적어도 하나의 주요면을 코팅하고 상기 단열재로 침투하기 위해 상기 얇은 벽 구조체의 적어도 하나의 주요면에 접합된 중간 접착제와,
    상기 얇은 벽 구조체에 대향하여 상기 중간 접착제에 접합된 감압성 접착제를 포함하는 단열체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단열체는 촉매 변환기의 단부를 단열하는데 적절한 단열체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단열체는 디젤 또는 가솔린 엔진 배기 필터 조립체의 단부를 단열하는데 적절한 단열체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열재는 팽창성 재료를 더 포함하는 단열체.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단부 원추 단열체는 비팽창성 단부 원추 단열체인 단열체.
  6. 오염 제어 장치 내에 오염 제어 요소를 장착하는데 적절한 장착 매트이며,
    오염 제어 장치 내에 오염 제어 요소를 장착하는데 적절한 장착재를 포함하는 얇은 벽 구조체와,
    상기 얇은 벽 구조체에 적어도 기계적으로 접합되도록 상기 적어도 하나의 주요부를 코팅하고 상기 장착재로 침투하기 위해 얇은 벽 구조체의 적어도 하나의 주요면에 접합된 중간 접착제와,
    상기 얇은 벽 구조체에 대향하여 상기 중간 접착제에 접합된 감압성 접착제를 포함하는 장착 매트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 매트는 촉매 변환기 내의 촉매 요소를 장착하는데 적절한 장착 매트.
  8. 제6항에 있어서, 상기 매트는 디젤 또는 가솔린 엔진 배기 필터 조립체 내의 필터 요소를 장착하는데 적절한 장착 매트.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 장착재는 팽창성 재료를 포함하는 장착 매트.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 매트는 비팽창성 매트인 장착 매트.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간 접착제는 열 활성화 접착제, 고온 용융 접착제, 접착성 열가소성재 또는 그 조합 중 하나 이상인 단열체.
  12. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간 접착제는 열 활성화 접착제, 고온 용융 접착제, 접착성 열가소성재 또는 그 조합 중 하나 이상인 장착 매트.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 상기 단열체를 포함하는 오염 제어 장치.
  14. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 장착 매트를 포함하는 오염 제어 장치.
  15. 제13항에 따른 상기 오염 제어 장치를 포함하는 내연 기관용 배기 시스템.
  16. 제14항에 따른 상기 오염 제어 장치를 포함하는 내연 기관용 배기 시스템.
  17. 제15항에 따른 배기 시스템을 포함하는 내연 기관.
  18. 제16항에 따른 배기 시스템을 포함하는 내연 기관.
  19. 제17항에 따른 내연 기관을 포함하는 차량.
  20. 제18항에 따른 내연 기관을 포함하는 차량.
  21. 오염 제어 장치를 제작하는 방법이며,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 단열체를 제공하는 단계와,
    오염 제어 장치를 위한 하우징을 제공하는 단계와,
    상기 하우징의 내부면에 단열체를 접합시키기 위해 감압성 접착제를 사용하여 단열체를 오염 제어 장치 내에서 제 위치에 고정시키는 단계를 포함하는 방법.
  22. 오염 제어 장치를 제작하는 방법이며,
    제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 장착 매트를 제공하는 단계와,
    오염 제어 장치를 위한 하우징을 제공하는 단계와,
    상기 하우징의 내부면에 상기 매트를 접합시키기 위해 감압성 접착제를 사용하여 매트를 오염 제어 장치 내에서 제 위치에 고정시키는 단계를 포함하는 방법.
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