KR20110089330A - 장착 매트 및 장착 매트가 구비된 오염 제어 장치 - Google Patents

장착 매트 및 장착 매트가 구비된 오염 제어 장치 Download PDF

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Abstract

부직 매트는 현무암 및 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 및/또는 열처리 실리카 섬유를 포함한다. 놀랍게도, 부직 매트의 실시예는 실제 조건 고정구 시험의 25℃로부터 700℃/400℃로의 3회의 열 사이클 후의 부직 매트의 임의의 개개 유형의 섬유로 구성된 동류의 부직 매트의 탄성값보다 적어도 1.1 배 큰 탄성값을 갖는다. 부직 매트는 예를 들어, 오염 제어 장치 및 그 외의 다른 단열 응용예에 유용하다.

Description

장착 매트 및 장착 매트가 구비된 오염 제어 장치{MOUNTING MAT AND POLLUTION CONTROL DEVICE WITH THE SAME}
가솔린 기관용 촉매 변환기와 같은 오염 제어 장치가 30년 이상 알려져 왔다. 지난 수년간, 디젤 차량에 대한 보다 엄격한 규제로 인해 디젤 산화 촉매(DOC), 디젤 미립자 필터(DPF), 및 선택적 촉매 환원 장치(SCR)를 포함한 그 외의 다른 오염 제어 장치가 신속히 증가되었다. 오염 제어 장치는 전형적으로는 탄성 및 가요성 장착 매트에 의해 케이싱 내에 견고하게 장착된 오염 제어 요소를 구비한 금속 하우징 또는 케이싱을 포함한다. 디젤 산화 변환기를 포함한 촉매 변환기는 전형적으로는 모노리식 구조체 상에 코팅된 촉매를 함유한다. 금속 모노리스도 또한 공지되었지만, 모노리식 구조체는 전형적으로는 세라믹이다. 가솔린 기관 내의 촉매는 대기 오염을 제어하기 위해 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키고 질소 산화물을 환원시킨다. 디젤 산화 촉매는 매연 입자(soot particle)의 용해성 유기 분체(soluble organic fraction)뿐만 아니라 존재하는 임의의 일산화탄소를 산화시킨다.
전형적으로, 디젤 미립자 필터 또는 트랩은 전형적으로는 다공성 결정질 세라믹 재료로 제조되는 벌집형 모노리식 구조체를 갖는 벽 유동 필터(wall-flow filters)이다. 벌집형 구조체의 교대하는 셀들은 전형적으로 배기 가스가 하나의 셀 내로 진입하고 다공성 벽을 통해 인접한 셀로 가압되어 여기서 구조체를 빠져나갈 수 있도록 막혀 있다. 이러한 방식으로, 디젤 배기 가스 내에 존재하는 작은 매연 입자가 수집된다. 때때로, 배기 가스의 온도는 매연 입자의 소각 온도를 초과하여 상승되어 이 매연 입자들이 연소된다. 이 공정은 "재생(regeneration)"으로 불린다.
선택적 촉매 환원기는 촉매 변환기와 구조 및 기능(즉, NOx 저감)이 유사하다. 가스 또는 액체 환원제(통상적으로 암모니아 또는 우레아)가 선택적 촉매 환원기 모노리스에 도달되기 전 배기 가스에 첨가된다. 혼합된 가스는 NOx 방출물질과 암모니아 또는 우레아 사이에 반응을 야기한다. 이 반응은 NOx 방출물질을 순수한 질소와 산소로 변환시킨다.
오염 제어 장치에 사용되는 모노리스, 및 특히 세라믹 오염 제어 모노리스는 깨지기 쉽고, 진동 또는 충격 손상 및 파손에 취약하다. 모놀리스는 이를 포함하는 금속 하우징보다 대체로 한 차수 정도로 크기가 더 작은 열팽창 계수를 갖는다. 이는 오염 제어 장치가 가열됨에 따라 하우징의 내측 주연벽과 모노리스의 외측 벽 사이의 간극이 증가한다는 것을 의미한다. 금속성 하우징이 매트의 단열 효과로 인해 비교적 작은 온도 변화를 겪는다 할지라도, 금속성 하우징의 비교적 큰 열팽창 계수로 인해 하우징은 세라믹 모노리스의 팽창보다 빠르게 비교적 큰 주연 크기로 팽창한다. 이러한 열 사이클은 오염 제어 장치의 수명 및 사용 동안 수백회 일어난다.
예를 들어 도로 충격 및 진동으로부터 세라믹 모노리스가 파손되는 것을 방지하고, 열팽창 차이를 보상하며, 배기 가스가 모노리스와 금속 하우징 사이를 통과(이에 따라 촉매를 바이패스)하는 것을 방지하기 위하여, 세라믹 모노리스와 금속 하우징 사이에 장착 매트가 배치된다. 이러한 매트에는 모노리스를 소정 온도 범위로 유지시키기에 충분한 압력, 하지만 세라믹 모노리스를 파손시키지 않을 정도의 압력이 가해져야 한다.
공지된 매트는 세라믹 섬유, 팽창성 재료 및 유기질 및/또는 무기질 결합제로 구성된 팽창성 시트 재료를 포함한다. 최근에는, 비-팽창성 매트, 특히 다결정 세라믹 섬유 및 결합제로 구성된 것들이 사용되어 왔다. 다결정 섬유는 (용융-성형된) 비정질 내화 세라믹 섬유(즉, 실질적으로 결정이 없도록(분말 x-선 회절에 의해 결정화도가 검출되지 않음을 의미) 섬유를 어닐링하거나 또는 결정화하기 위해 열처리에 의해 후처리되지 않고 용융 성형된 섬유)보다 훨씬 고가이며, 이에 따라 이러한 섬유를 사용하는 매트는, 사용 중 물에 노출되는 오염 제어 장치(필터 세척, 물 응축, 수직 스택으로부터의 빗물, 기타 등등으로 인해)에 대해 또는 초박-벽 모노리스(ultra thin-wall monolith)가 절대적으로 필요할 때만 사용된다. 물은 특정의 팽창성 장착 재료에 대해 유해한 영향을 미칠 수 있다. 단지 비정질 내화 세라믹 섬유만을 포함하는 비-팽창성 매트는 장착 매트와 같이 기능을 하기 위해 필요한 보유력이 통상적으로 부족하다. 비정질 내화 세라믹 섬유의 성능은 향상될 수 있지만 전형적으로는 섬유를 적어도 부분적으로 결정화하기 위해 고가의 샷 제거(shot removal) 및 고온으로의 열처리가 필요하다. 또한, 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유를 포함한 매트가 시도되어 왔지만, 일반적으로 충분한 온도 용량이 부족하다.
일 양태에서, 본 명세서에는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 25 중량%(일부 실시예에서, 적어도 30 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 45 중량%, 50 중량%, 55 중량%, 60 중량%, 65 중량%, 70 중량%, 75 중량%, 80 중량%, 85 중량%, 또는 심지어 90 중량%)의 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 10 중량%(일부 실시예에서, 적어도 15 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 35 중량%, 또는 심지어 40 중량%)의 섬유로 구성된 블렌드로 구성된 부직 매트가 기재되며, 여기서 부직 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 총체적으로 적어도 80 중량%(일부 실시예에서, 적어도 85 중량%, 90 중량%, 95 중량%, 96 중량%, 97 중량%, 98 중량%, 99 중량%, 또는 심지어 100 중량%)의 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유로구성된다. 일부 실시예에서, 500℃ 초과로 가열되기 전의 제조된 그대로의 상태에서 매트는, 매트의 총 중량을 기준으로 5 중량% 이하(일부 실시예에서, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 1 중량% 이하, 0.75 중량% 이하, 0.5 중량% 이하, 0.25 중량% 이하, 0.1 중량% 이하, 또는 심지어 0)의 유기 재료(예를 들어, 접합제)를 함유한다.
일부 실시예에서, 블렌드는 총체적으로 적어도 80 중량%(일부 실시예에서, 적어도 85 중량%, 90 중량%, 95 중량%, 96 중량%, 97 중량%, 98 중량%, 99 중량%, 또는 심지어 100 중량%)의 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유를 포함한다. 일부 실시예에서, 블렌드는 총체적으로 적어도 80 중량%(일부 실시예에서, 적어도 85 중량%, 90 중량%, 95 중량%, 96 중량%, 97 중량%, 98 중량%, 99 중량%, 또는 심지어 100 중량%)의 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유를 포함한다. 일부 실시예에서, 블렌드는 총체적으로 적어도 80 중량%(일부 실시예에서, 적어도 85 중량%, 90 중량%, 95 중량%, 96 중량%, 97 중량%, 98 중량%, 99 중량%, 또는 심지어 100 중량%)의 현무암 섬유와 생체용해성 세라믹 섬유를 포함한다. 일부 실시예에서, 블렌드는 총체적으로 적어도 80 중량%(일부 실시예에서, 적어도 85 중량%, 90 중량%, 95 중량%, 96 중량%, 97 중량%, 98 중량%, 99 중량%, 또는 심지어 100 중량%)의 현무암 섬유와 열처리 실리카 섬유를 포함한다.
놀랍게도, 본원에 기재된 부직 매트의 일부 실시예의 경우, 블렌드 내에 존재하는 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유는 총체적으로, 섬유의 블렌드 내에 존재하는 임의의 개별 현무암 섬유, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유 및 열처리 실리카 섬유로 구성된 동류의 부직 매트의 탄성값보다 적어도 1.1 배(일부 실시예에서, 적어도 1.2 배, 1.25 배, 1.3 배, 1.4 배, 1.5 배, 1.6 배, 1.7 배, 1.75 배, 또는 심지어 1.8 배) 큰, 실제 조건 고정구 시험(하기 제공된 기술 내용에 따라 측정되는 바와 같이)의 25℃로부터 700℃/400℃로의 3회의 열 사이클 후의 탄성값을 부직 매트에 제공한다.
전형적으로, 본원에 기재된 부직 매트를 제조하기 위해 사용된 현무암 섬유는 샷이 없거나 또는 매우 소량의 샷(일부 실시예에서, 섬유의 총 중량을 기준으로 1 중량% 미만)을 함유한다.
본원에 기재된 부직 매트는 예를 들어, 오염 제어 장치 및 단열 응용에 유용하다. 예시적 오염 제어 장치는 본원에 기재된 부직 매트와 함께 케이싱 내에 장착된 오염 제어 요소(예를 들어, 촉매 변환기, 디젤 미립자 필터, 또는 선택적 촉매 환원 요소)를 포함한다.
<도 1>
도 1은 본원에 기재된 예시적 오염 제어 장치의 사시도.
<도 2>
도 2는 본원에 기재된 예시적 배기관의 종방향 횡단면도.
도 1을 참조하면, 오염 제어 장치(10)는 각각 일반적으로 절두-원추형 입구 및 출구 단부(12, 13)를 갖는 금속 케이싱(11)을 포함한다. 케이싱(11) 내에는 본 발명에 따르는 장착 매트(30)에 의해 둘러싸인 오염 제어 요소(20)가 배열된다.장착 매트는 모노리식 요소(20)를 케이싱(11) 내에 빡빡하지만 탄성적으로 지지 및 보유하기 위해 제공되고, 오염 제어 요소 케이싱(11) 사이의 간극을 밀봉하여, 배기 가스가 오염 제어 요소(20)를 바이패스하는 것을 방지하거나 또는 감소시킨다(바람직하게, 최소화시킴).
이제 도 2를 참조하면, 배기관(exhaust pipe, 19)은 제 1 외측 금속 벽(22), 제 2 내측 금속 벽(20)을 갖는 이중 벽을 포함한다.본 발명에 따르는 매트(24)는 외측 벽(22)과 내측 벽(20) 사이의 간극 내에 배열되고, 단열 효과를 제공한다. 배기관(19)의 이중 벽은 내측 공간(26)을 둘러싸고, 배기관(19)이 차량의 배기 시스템 내에서 사용 시 배기 가스가 상기 내측 공간을 통해 유동한다.
현무암 섬유(basalt fiber)는 광물 현무암으로부터 제조된다. 현무암은 대부분의 나라에서 발견될 수 있는 경질의 농후한 화산암이다. 현무암은 분쇄되고, 세척되며, 용융되고 및 백금-로듐 압출 부싱 내에 공급되어 연속 필라멘트로 형성된다. 이 섬유들이 광물로부터 얻어지기 때문에, 섬유들의 조성은 가변될 수 있지만 일반적으로 약 45 내지 약 55 중량%의 SiO2, 약 2 내지 약 6 중량%의 알칼리, 약 0.5 내지 약 2 중량%의 TiO2, 약 5 내지 약 14 중량%의 FeO, 약 5 내지 약 12 중량%의 MgO, 적어도 약 14 중량% 이상의 Al2O3, 및 흔히 거의 약 10 중량%의 CaO의 조성을 갖는다. 현무암 섬유는 전형적으로 적어도 5 마이크로미터의 직경을 갖는다(일부 실시예에서, 5 내지 22 마이크로미터(바람직하게, 9 내지 13 마이크로미터)의 범위). 섬유는 전형적으로 샷이 없거나 또는 매우 소량의 샷(전형적으로 1 중량% 미만)을 함유한다. 연속 섬유는 사전정해진 길이로 절단될 수 있다. 전형적으로, 약 0.5 내지 약 15 ㎝의 길이가 본원에 기재된 장착 매트에 대해 적합할 수 있다. 적합하게 잘려진 현무암 섬유는 예를 들어, 수다글라스 파이버 테크놀로지(Sudaglass Fiber Technology)(텍사스, 휴스턴에 소재)와 카멘니 베크(Kamenny Vek)(러시아, 두브나에 소재)로부터 상용으로 입수가능하다. 현무암 섬유는 전형적으로 연속적이다.전형적으로, 연속 섬유는 통상적으로 개별화된다. 개별화된 섬유를 제공하기 위해, 섬유의 토우 또는 얀이 소정의 길이(전형적으로는 약 0.5 ㎝ 내지 대략 15 ㎝의 범위)로, 예를 들어 유리 로빙 커터(glass roving cutter)(예를 들어, 상표명 "MODEL 90 GLASS ROVING CUTTER"으로 캘리포니아 파코마 소재의 핀 & 프램, 인코포레이티드.(Finn & Fram, Inc.)로부터 상용으로 입수가능함)를 사용하여 잘려질 수 있다.
예시적인 알루미노실리케이트 비정질 내화 세라믹 섬유는 블로운 또는 스펀 내화 세라믹 섬유(예를 들어, 상표명 "카오울(KAOWOOL)" 및 "세라파이버(CERAFIBER)"로 조지아 어거스타 소재의 서멀 세라믹스(Thermal Ceramics) 및 상표명 "파이버프랙스(FIBERFRAX)"로 뉴욕 나이아가라, 폴스 소재의 유니플랙스 코포레이션(Unifrax Corporation)으로부터 상용으로 입수가능함)를 포함한다.
예시적인 생체용해성 무기 섬유는 실리콘, 마그네슘, 및 칼슘의 산화물로 구성되는 것들을 포함한다. 이러한 유형의 섬유는 전형적으로 칼슘 마그네슘 실리케이트 섬유로 불린다. 칼슘 마그네슘 실리케이트 섬유는 통상적으로 약 10 중량% 미만의 All2O3를 포함한다. 일부 실시예에서, 섬유는 약 45 내지 약 90 중량%의 SiO2, 최대 약 45 중량%의 CaO, 최대 약 35 중량%의 MgO, 및 약 10 중량% 미만의 Al2O3를 포함한다. 예를 들어, 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 포함할 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 생체용해성 무기 섬유는 실리카 및 마그네슘의 산화물을 포함한다. 이러한 유형의 섬유는 전형적으로 마그네슘 실리케이트 섬유로 불린다. 마그네슘 실리케이트 섬유는 통상적으로 약 60 내지 약 90 중량%의 SiO2, 최대 약 35 중량%의 MgO (전형적으로, 약 15 내지 약 30 중량%의 MgO), 및 약 5 중량% 미만의 A12O3를 포함한다. 예를 들어, 섬유는 약 70 내지 약 80 중량%의 SiO2, 약 18 내지 약 27 중량%의 MgO, 및 약 4 중량% 미만의 기타 미량 원소들을 포함할 수 있다.
졸 젤 형성, 결정 성장 공정, 및 용융 성형 기술(예를 들어, 방사 또는 블로잉)을 포함한 다양한 방법을 사용하여 생체용해성 무기 섬유를 제조할 수 있다. 적합한 생체용해성 무기 산화물 섬유가 예를 들어 미국 특허 제5,332,699호 (올즈(Olds) 등), 제5,585,312호 (텐 에이크(Ten Eyck) 등), 제5,714,421호 (올즈 등), 및 제5,874,375호 (조이타스(Zoitas) 등); 및 2002년 7월 31일 출원된 유럽특허 출원 제02078103.5호에 기재되어 있다.
생체용해성 섬유는 예를 들어, 뉴욕 나이아가라 폴즈 소재의 유니플랙스 코포레이션(상표명 "아이소프랙스(ISOFRAX)" 및 "인슐프랙스(INSULFRAX)"), 멕시코 모테레이 소재의 뉴텍 파이버라텍(Nutec Fiberatec)(상표명 "수퍼맥 1200(SUPERMAG 1200)"), 및 조지아주 오거스타 소재의 서멀 세라믹스(상표명 "수퍼울"(SUPERWOOL))로부터 상용으로 입수가능하다.예를 들어, "수퍼울 607" 생체용해성 섬유는 60 내지 70 중량%의 SiO2, 25 내지 35 중량%의 CaO, 4 내지 7 중량%의 MgO 및 미량의 Al2O3를 포함한다.예를 들어 다소 높은 온도에서 사용될 수 있는 상표명 "수퍼울 607 맥스" 생체용해성 섬유는 60 내지 70 중량%의 SiO2, 16 내지 22 중량%의 CaO, 12 내지 19 중량%의 MgO, 및 미량의 Al2O3를 포함한다.
본원에 기재된 부직 매트를 제조하는데 사용되는 적합한 생체용해성 무기 섬유는 넓은 범위의 평균 직경과 평균 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 약 0.05 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터 범위의 평균 섬유 직경을 갖는 생체용해성 무기 섬유가 상용으로 입수가능하다. 일부 실시예에서, 생체용해성 무기 섬유는 약 0.1 마이크로미터 내지 약 5 마이크로미터 범위의 평균 섬유 직경을 갖는다.
생체용해성 무기 섬유는 전형적으로 약 0.1 ㎝ 내지 약 3 ㎝ 범위의 평균 섬유 길이를 갖는다.
본원에서 사용된 용어 "열처리 실리카 섬유"는 적어도 5분의 열처리 기간 동안 적어도 400℃의 열처리 온도에 노출되는 적어도 80 중량%(일부 실시예에서 적어도 85 중량%, 90 중량%, 92 중량%, 93 중량%, 94 중량%, 95 중량%, 96 중량%, 97 중량%, 98 중량%, 99 중량%, 99.5 중량%, 99.9 중량%, 또는 심지어 100 중량%)의 SiO2를 포함한 섬유를 말한다. 실리카 섬유 내에 존재할 수 있는 그 외의 다른 산화물은 Al2O3, MgO, B2O3, CaO, 및 TiO2를 포함한 이러한 섬유의 당업계에 공지된 것들을 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 열처리 실리카 섬유는 섬유의 총 중량을 기준으로 약 92 내지 약 95 중량%의 실리카 및 약 8 내지 약 5 중량%의 알루미나를 포함한다. 일부 실시예에서, 열처리 실리카 섬유는 적어도 약 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 45분, 50분, 55분, 60분, 또는 이보다 긴 열처리 기간 동안 적어도 400℃, 500℃, 600℃, 700℃, 800℃, 900℃, 1000℃, 또는 심지어 이보다 높은 열처리 온도에 섬유를 노출시킴으로써 열처리될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 열처리 실리카 섬유는 (i) 상온으로부터 약 600℃ 내지 약 1100℃의 최대 열처리 온도로 섬유를 가열시키고, (ii) 약 5 내지 60분(보다 전형적으로 약 60분)의 열처리 기간 동안 최대 열처리 온도를 유지시키며, (iii) 섬유를 상온으로 냉각시킴으로써 열처리되었다. 일부 예시적인 실시예에서, 본 발명에서 사용된 열처리 실리카 섬유는 (i) 상온으로부터 적어도 약 850℃(일부 실시예에서, 약 850℃ 내지 약 1050℃)의 최대 열처리 온도로 섬유를 가열시키고, (ii) 적어도 약 60분(전형적으로 약 60분)의 열처리 기간 동안 최대 열처리 온도를 유지시키며, (iii) 섬유를 상온으로 냉각시킴으로써 열처리되었다.
열처리 실리카 섬유를 형성하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있으며(미국 특허 제2,624,658호(파커(Parker) 등), 제2,718,461호(파커(Parker) 등), 제6,468,932호(리치터(Richter) 등), 제3,498,774호(사파디(Saffadi) 등), 및 제4,038,214호(소토지(Sotoji) 등)에 개시됨), 상기 문헌은 본원에 참고로 인용된다.
예시적인 열처리된 고함량 실리카 섬유는 상표명 리프라실(REFRASIL)로서 힛코 카본 컴포지츠, 인코포레이티드.(Hitco Carbon Composites, Inc.)(캘리포니아 가데나에 소재)로부터 및 상표명 벨코텍스(BELCOTEX)로서 벨켐 파이버 머티리얼즈 게엠베하(belChem Fiber Materials GmbH)(독일 프라이베르그에 소재)로부터 상용으로 입수 가능하다. 예를 들어, "리프라실 F100" 섬유는 약 96 내지 99 중량%의 SiO2를 함유하며, 한편 "벨코텍스" 섬유는 약 94.5 중량%의 SiO2를 함유한다.
적합한 열처리 실리카 섬유는 넓은 범위의 평균 직경 및 평균 길이를 가질 수 있다. 약 0.05 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터(일부 실시예에서, 약 5 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터) 범위의 평균 섬유 직경을 갖는 열처리 실리카 섬유가 상용으로 입수가능하다.
열처리 실리카 섬유는 전형적으로 약 0.1 ㎝ 내지 약 3 ㎝의 범위의 평균 섬유 길이를 갖는다. 통상적으로, 열처리 실리카 섬유의 길이는 중요하지 않으며 이것은 요구에 따라 임의의 선택된 섬유(들)가 제조 공정 동안에 더 작은 길이로 파쇄될 수 있기 때문이다.
전형적으로, 열처리 실리카 섬유는 연속적이며, 통상적으로 현무암 섬유에 대해 전술한 바와 같이 개별화된다.
선택적으로, 본원에 기재된 부직 매트의 일부 실시예는 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유를 포함한 그 외의 다른 섬유를 추가로 포함한다. 본원에 기재된 장착 매트를 제조하기 위한 예시적인 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유는 E-유리 섬유, S-유리 섬유, S-2 유리 섬유, R-유리 섬유, 및 그 혼합물을 포함한다. 부직 장착 매트 내에서 사용되는 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유는 전형적으로 적어도 5 마이크로미터(일부 실시예에서, 적어도 7 마이크로미터; 일부 실시예에서, 7 마이크로미터 내지 14 마이크로미터의 범위)의 평균 직경과 0.5 ㎝ 내지 15 ㎝의 범위(일부 실시예에서, 1 ㎝ 내지 12 ㎝의 범위)의 길이를 갖는다. 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유는 전형적으로 연속적이고, 통상적으로 현무암 섬유에 대해 전술한 바와 같이 개별화된다. 전형적으로, 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유는 샷이 없거나 또는 매우 소량의 샷(전형적으로 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유의 총 중량을 기준으로 1 중량% 미만)을 함유한다. 추가로, 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유는 전형적으로 직경이 합리적으로 균일하다(즉, 평균하여 +/- 3 마이크로미터 이내의 직경을 갖는 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유의 양이 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유의 총 중량의 적어도 70 중량%(일부 실시예에서, 적어도 80 중량%, 또는 심지어 적어도 90 중량%).
마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유는 10 내지 30 중량%의 Al2O3, 52 내지 70 중량%의 SiO2 및 1 내지 12 중량%의 MgO를 포함한다(이론적 양을 기준). 선택적으로, 마그네슘 알루미노 실리케이트 유리 섬유는 추가 산화물(예를 들어, Na2O, K2O, B2O3, 및/또는 CaO)을 추가로 포함한다. 마그네슘 알루미늄 실리케이트 유리 섬유의 구체적인 예는 전형적으로 약 55 중량%의 SiO2, 11 중량%의 Al2O3, 18 중량%의 CaO, 6 중량%의 B2O3, 5 중량%의 MgO 및 5 중량%의 그 외의 다른 산화물을 포함하는 E-유리 섬유; 전형적으로 약 65 중량%의 SiO2, 25 중량%의 Al2O3, 및 10 중량%의 MgO를 포함한 S 및 S-2 유리 섬유; 및 전형적으로 약 60 중량%의 SiO2, 25 중량%의 Al2O3, 9 중량%의 CaO 및 6 중량%의 MgO를 포함한 R-유리 섬유를 포함한다. E-유리, S-유리 및 S-2 유리는 예를 들어 어드밴스드 글래스화이버 얀스, 엘엘씨(Advanced Glassfiber Yarns, LLC)(사우스캐롤라이나 에이켄 소재)로부터 상용으로 입수가능하다. R-유리는 예를 들어 세인트 고바인 베트로텍스(Saint Gobain Vetrotex)(프랑스, 샹베히 소재)로부터 상용으로 입수가능하다.
선택적으로, 부직 매트가 전형적으로 비-팽창성(즉, 팽창성 재료가 없는(예를 들어, 질석이 없는))인 것이 선호될지라도, 본원에 기재된 장착 매트는 팽창성 재료(예를 들어, 질석)를 추가로 포함할 수 있다.
비록 매트의 총 중량을 기준으로 5 중량% 이하(일부 실시예에서, 4 중량%, 3 중량%, 2 중량%, 1 중량%, 0.75 중량%, 0.5 중량%, 0.25 중량%, 0.1 중량%, 또는 심지어 0)의 유기 재료(예를 들어, 결합제)를 포함하는 제조된 그대로의 상태의 장착 매트(즉, 500℃ 초과로 임의의 가열 이전)가 건조 가공 방법에 의해 제조될지라도, 본원에 기재된 부직 매트는 예를 들어, 당업계에 공지된 습윤(전형적으로 웨트-레이드(wet-laid)) 또는 건조(전형적으로 드라이-레이드(dry-laid)) 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 선택적으로, 본원에 기재된 부직 매트는 열처리될 수 있다.
본원에 기재된 부직 매트의 일부 실시예는 결합제를 추가로 포함한다. 결합제는 유기, 무기 또는 이의 조합일 수 있다. 유기 결합제를 포함한 부직 매트의 경우, 오염 장치를 사용하는 중 통상적으로 직면하는 작동 온도 중 유기 결합제는 분해되거나, 연소되거나 또는 이와는 달리 제거된다. 따라서, 유기 구성요소는 전형적으로 부직 매트의 영구적인 성분이기보다는 일시적인 성분이거나 또는 곧 사라지는 성분이다.
중합체성 및 그 외의 다른 유기 결합제는 부직 매트가 웨트-레이드 또는 변형된 제지 공정(papermaking process)을 이용하여 제조될 때 특히 유용하지만 드라이-레이드 공정을 이용하여 제조된 부직 매트도 또한 이러한 결합제의 혼입으로부터 득이 될 수 있다. 하나 이상의 유기 결합제가 부직 매트의 본체 내에 혼입될 수 있고 및/또는 매트를 위한 코팅으로서 사용될 수 있다.
적합한 중합체성 결합제는 열가소성이거나 또는 열경화성일 수 있으며, 다양한 형태의 고체로서 제공될 수 있거나, 또는 100%의 고형 조성물, 용액, 분산액, 라텍스, 에멀젼, 이들의 조합, 등등을 포함하는 액체로서 제공될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 중합체성 결합제는 탄성중합체이다. 적합한 중합체에는 천연 고무, 스티렌과 부타디엔을 포함한 둘 이상의 공중합성 종의 공중합체, 부타디엔과 아크릴로니트릴을 포함한 둘 이상의 공중합성 종의 공중합체, (메트)아크릴레이트 중합체와 공중합체, 폴리우레탄, 실리콘, 폴리에스테르, 폴리아미드, 셀룰로오스계 중합체, 그 외의 다른 탄성중합체 중합체, 또는 이들의 조합이 포함된다.
결합제를 포함한 부직 매트의 경우, 결합제(예를 들어, 유기 결합제)의 예시적인 량은 건조 중량 기준으로 약 0.1 내지 약 15 중량%(일부 실시예에서, 약 0.5 내지 약 12 중량%, 또는 약 1 내지 10 중량%)를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 중합체 결합제는 아크릴- 및/또는 메타크릴레이트-함유 라텍스 조성물이다. 그러한 라텍스 조성물은 바람직하지 못한 양의 독성 또는 부식성 부산물을 생성하지 않고 깨끗하게 연소하는 경향이 있다. 적합한 아크릴 에멀젼의 예는 펜실베이니아 필라델피아 소재의 롬 앤드 하스(Rohm and Haas)로부터의 상표명 "로플렉스(RHOPLEX) HA-8"(아크릴 공중합체의 44.5 중량％의 고체 수성 에멀젼) 및 펜실베니아 알렌타운 소재의 에어 프러덕츠(Air Products)로부터의 상표명 "에어플렉스(AIRFLEX) 600BP" (55％ 고형 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체)로부터 상용으로 입수가능한 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
특히 부직 매트가 드라이-레이드 공정에 의해 제조될 때 취급성, 가요성, 탄성(resiliency) 또는 이의 조합을 개선하기 위해 중합체성 섬유가 조성물 내의 결합제 성분으로서 사용될 수 있다. 중합체성 섬유는 부직 매트의 가공성을 향상시키고 강도를 개선시키는 경향이 있다. 중합체성 결합제를 사용할 때, 조성물이 오염 제어 장치에서 사용된다면 하나 이상의 가열 사이클 후에 중합체성 섬유가 연소되는(즉, 분해되거나 제거되는) 경향이 있다.
예시적인 중합체성 섬유는 열가소성 섬유(예를 들어, 폴리올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌) 섬유, 폴리스티렌 섬유, 폴리에테르 섬유, 폴리에스테르(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT)) 섬유, 비닐 중합체(예를 들어, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리비닐리덴 플루오라이드) 섬유, 폴리아미드(예를 들어, 폴리카프로락탐, 폴리우레탄 및 나일론) 섬유, 및 폴리아라미드 섬유를 포함한다. 본원에 기재된 부직 매트 내에서 열 접합을 위해 특히 유용한 섬유에는 전형적으로 상이한 조성 또는 상이한 물리적 특성을 갖는 중합체들을 포함하는 소위 2성분 섬유가 포함된다. 전형적으로, 이러한 섬유는 코어/시스(core/sheath) 섬유인데, 예를 들어 코어의 중합체성 성분은 구조체를 제공하고 시스는 용융가능하거나 열가소성이어서 섬유의 접합을 가능하게 한다. 예를 들어, 일 실시 형태에서, 2성분 섬유는 코어/시스 폴리에스테르/폴리올레핀 섬유일 수 있다. 사용될 수 있는 2성분 섬유에는, 상표명 "트레비라(TREVIRA) 255"으로 독일 보빙엔 소재의 트레비라 게엠베하(Trevira GmbH)로부터, 그리고 상표명 "파이버비젼 크리에이트(FIBERVISION CREATE) WL"으로 덴마크 바데 소재의 파이버비젼스(FiberVisions)로부터 상용으로 입수가능한 것들이 포함된다. 전형적으로, 존재한다면 중합체성 섬유의 양은 건조 중량 기준으로 최대 약 5 중량%(일부 실시예에서 1 내지 5 중량%의 범위)의 중합체성 섬유이다. 중합체성 섬유는 스테이플 섬유(staple fiber) 또는 세섬유(fibrillated fiber)일 수 있다. 일 실시예에서, 중합체성 섬유는 약 0.5 데니어 내지 약 5 데니어 범위의 스테이플 섬유이다.
적합한 중합체성 결합제가 단독으로 사용될 수 있거나, 추가의 성분과 조합될 수 있다. 추가의 성분은 단량체, 가소제, 충전제, 점착제, 계면 활성제 또는 그 외의 다른 개질제를 포함할 수 있다.
적합한 무기 결합제 재료는 콜로이드상 미립자; 예를 들어 2003년 4월 17일에 공개된 제WO03/031368호(이의 주제가 그 전체가 참고로 인용됨)에 개시된 바와 같은 무기 운모질 결합제(inorganic micaceous binder); 및 알.티. 반더빌트 컴퍼니, 인코포레이티드.(R.T. Vanderbilt, Inc.)(코네티컷, 노워크에 소재)로부터 상용으로 입수가능한 상표명 "딕시 클레이(DIXIE CLAY)" 제품을 포함할 수 있다. 본원에 기재된 부직 매트 내에 존재할 때, 제WO03/031368호에 기재된 바와 같은 운모질 결합제는 전형적으로 부직 매트의 총 건조 중량 기준으로 약 5 중량% 미만(일부 실시예에서, 약 2 중량% 미만, 또는 1 중량% 미만)의 양으로 존재한다. 본원에 기재된 부직 매트의 대부분의 실시예는 운모질 결합제 재료가 없다.
본원에 기재된 장착 매트의 실시예는 예를 들어, 잘려진, 개별화된 섬유(예를 들어, 약 2.5 ㎝ 내지 약 5 ㎝ 길이)를, 섬유가 와이어 스크린 또는 메쉬 벨트(예를 들면, 금속 또는 나일론 벨트) 상으로 연신되는, 종래의 웨브-형성 기계(예를 들어, 뉴욕 메세든 소재의 란도 머신 코포레이션.(Rando Machine Corp.)으로부터 상표명 "란도 웨버(RANDO WEBBER)"하에 상용으로 입수가능하거나, 덴마크 소재의 스칸웨브 코.(ScanWeb Co.)로부터 상표명 "댄 웨브(DAN WEB)"하에 상용으로 입수가능함) 및/또는 라로쉐(Laroche)(프랑스, 꾸흐 라 빌르 소재)로부터 입수가능한 것과 같은 핀이 장착된 리커린 롤(lickerin roll)로 공급함으로써 형성될 수 있다. "댄 웨브"형 웨브 형성 기계가 사용되면, 섬유들은 바람직하게는 해머 밀과 이어서 송풍기를 사용하여 개별화된다. 매트의 취급 용이성을 촉진시키기 위하여, 매트를 스크림(scrim) 상에 형성하거나 위치시킬 수 있다.
본원에 기재된 장착 매트의 실시예는 또한 예를 들어 종래의 습윤-형성(wet-forming) 또는 텍스타일 카딩(textile carding)을 사용하여 형성될 수 있다. 습윤 형성 공정의 경우, 섬유 길이는 종종 약 0.5 ㎝ 내지 약 6 ㎝이다.
일부 실시예에서, 특히 습윤 형성 공정에 따라 매트의 형성을 촉진시키기 위하여 결합제가 사용된다. 일부 실시예에서, 본원에 기재된 부직 배트는 매트의 총 중량을 기준으로 10 중량%(일부 실시예에서, 4 중량%, 3 중량%, 2 중량%, 1 중량%, 0.75 중량%, 0.5 중량%, 0.25 중량% 또는 심지어 0.1 중량% 이하) 이하의 결합제를 포함하며, 반면 그 외의 다른 것들은 결합제를 함유하지 않는다.
선택적으로, 본원에 기재된 장착 매트의 일부 실시예는 니들 펀칭된다(즉, 예를 들어 바브형 니들에 의해 매트의 다수회의 전체적 또는 부분적 (일부 실시예에서, 전체적) 관통에 의해 제공되는 섬유의 물리적 얽힘이 있음). 부직 매트는 니들 펀칭된 부직 매트를 제공하기 위해 종래의 니들 펀칭 장치(예를 들어, 독일 소재의 딜로(Dilo)로부터 상표명 "딜로"로 상용으로 입수 가능하고, 바브형 니들(예를 들어, 위스콘신, 매니토웍 소재의 포스터 니들 컴퍼니, 인코포레이티드.(Foster Needle Company, Inc.) 또는 독일 소재의 그로즈-벡케르트 그룹(Groz-Beckert Group)으로부터 상용으로 입수가능함)을 갖춘 니들 펀치기)를 사용하여 니들 펀칭될 수 있다. 섬유의 엉킴을 제공하는 니들 펀칭은 전형적으로 매트를 압축한 다음 매트를 통해 바브형 니들을 펀칭하고 당기는 것을 포함한다. 전술된 중합체성 및/또는 2성분 유기 섬유가 매트 구조체 내에 포함될 때, 니들 펀칭 동안 섬유의 물리적 엉킴의 효과가 통상적으로 향상된다. 향상된 엉킴은 부직 매트의 취급성을 향상시키며 인장 강도를 추가로 증가시킬 수 있다. 매트 면적당 니들 펀치의 최적 개수는 특정 응용에 따라 변할 것이다. 전형적으로, 부직 매트는 약 5 내지 약 60 니들 펀치/㎠(일부 실시예에서, 약 10 내지 약 20 니들 펀치/㎠) 제공하도록 니들 펀칭된다.
선택적으로, 본원에 기재된 장착 매트의 일부 실시예는 종래의 기법(예를 들어, 미국 특허 제4,181,514호(레프코위츠(Lefkowitz) 등.)에 개시됨)을 사용하여 스티치 본딩되며, 이의 개시 내용은 스티치본딩 부직 매트의 교시에 대하여 본원에서 참고로 인용된다. 전형적으로, 매트는 유기 실(organic thread)로 스티치 본딩된다. 얇은 무기 또는 유기 시트 재료 층은 실이 매트를 관통 절단하는 것을 방지 또는 최소화하기 위해 스티칭 접합 동안에 매트의 일 측 또는 양 측에 배치될 수 있다. 스티칭 실이 사용 중에 분해되지 않는 것이 요구되는 경우, 무기 실(예를 들어, 세라믹 또는 금속(스테인리스강과 같은))가 사용될 수 있다. 스티치들의 간격은 섬유가 매트의 전체 면적을 통하여 균일하게 압축되도록 통상적으로 약 3 ㎜ 내지 약 30 ㎜이다.
일부 실시예에서, 본원에 기재된 장착 매트는 0.05 g/㎤ 내지 0.3 g/㎤ 범위(일부 실시예에서, 0.1 g/㎤ 내지 0.25 g/㎤의 범위)의 제조된(즉, 50℃ 초과로 임의의 가열 이전) 벌크 밀도를 갖는다. 또 다른 양태에서, 장착 시, 매트는 전형적으로 0.2 g/㎤ 내지 0.6 g/㎤ 범위(또 다른 실시예에서, 0.3 g/㎤ 내지 0.5 g/㎤의 범위)의 장착 밀도(즉, 매트는 장착 이후 압축됨)를 갖는다.
일부 실시예에서, 부직 매트는 3 ㎜ 내지 50 ㎜ 범위의 두께를 갖는다. 일부 실시예에서, 부직 매트는 실례에 기술된 바와 같이 측정 시 적어도 10 ㎪의 인장 강도를 갖는다.
금속 케이싱은 스테인리스강을 포함한, 이러한 용도로 당업계에 공지된 재료로부터 제조될 수 있다.
부직 매트는 예를 들어, 배기관, 오염 제어 장치의 입구 또는 출구 단부 원추 또는 내연 기관의 배기 매니폴드를 포함한 배기 시스템의 다양한 부품들을 단열하기 위한 단열 재료로서 사용될 수 있다. 본원에 기재된 부직 매트는 예를 들어, 오염 제어 장치 내에서 유용하다. 오염 제어 장치는 전형적으로 본원에 기재된 부직 매트와 함께 케이싱 내에 장착된 오염 제어 요소(예를 들어, 촉매 변환기, 디젤 미립자 필터 또는 선택적 촉매 환원 요소)를 포함한다. 일 예시적 실시예에서, 이중 벽 구조의 배기 부품(예를 들어, 배기관, 단부 원추 단부 캡, 또는 오염 제어 장치의 그 외의 다른 부분, 및/또는 배기 매니폴드)과 부직 매트를 포함한 배기 시스템이 본원에 기재된다. 부직 매트는 이중 벽 구조의 부품의 제 1 외측 벽과 제 2 내측 벽 사이의 간극 내에 장착될 수 있다. 예시적인 장착 밀도는 약 0.1 g/㎠ 내지 약 0.6 g/㎠의 범위이다.
본원에 기재된 장착 매트와 장착될 수 있는 예시적인 오염 제어 요소는 가솔린 오염 제어 요소뿐만 아니라 디젤 오염 제어 요소를 포함한다. 오염 제어 요소는 촉매 변환기 또는 미립자 필터 또는 트랩일 수 있다. 촉매 변환기는 금속 하우징 내에 장착된 모놀리식 구조체 상에 전형적으로 코팅된 촉매를 포함한다. 촉매는 전형적으로 필요 온도에서 작동하고 유효하도록 구성된다. 예를 들어, 가솔린 기관과의 사용을 위해 촉매 변환기는 전형적으로 400℃ 내지 950℃ 범위의 온도에서 효과적이여야 하며, 반면 디젤 기관의 경우에는 더 낮은 온도(전형적으로 350℃ 이하)가 통상적이다. 모놀리식 구조체는 전형적으로 세라믹이지만, 금속 모놀리스도 또한 종종 사용된다. 촉매는 대기 오염을 제어하기 위해 배기 가스 내에서 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키고 질소 산화물을 환원시킨다. 가솔린 엔진에서, 3가지의 이러한 모든 오염물이 소위 "3원 변환기(three way converter)" 내에서 동시에 반응될 수 있지만, 대부분의 디젤 엔진은 디젤 산화 촉매 변환기만을 갖추고 있다. 오늘날 디젤 엔진에 대해서만 제한적으로 사용되는 질소 산화물을 환원시키기 위한 촉매 변환기는 대체로 별도의 촉매 변환기로 구성된다. 가솔린 기관과 함께 사용하기 위한 오염 제어 요소의 예는 뉴욕, 코닝 소재의 코닝 인코포레이티드.(Corning Inc.) 또는 일본 나고야 소재의 엔지케이 인슐레이터스, 엘티디.(NGK Insulators, LTD.)로부터 상용으로 입수가능한 근청석(cordierite)으로 제조된 것들, 또는 독일, 로말 소재의 에미텍(Emitec)으로부터 상용으로 입수가능한 금속 모놀리스를 포함한다.
적합한 선택적 촉매 환원 요소가 예를 들어, 뉴욕, 코닝 소재의 코닝 인코포레이티드.로부터 입수가능하다.
디젤 미립자 필터 또는 트랩은 전형적으로는 다공성 결정질 세라믹 재료로부터 전형적으로 제작되는 벌집형 모놀리식 구조체를 갖는 벽 유동 필터이다. 벌집형 구조체의 교대하는 셀들은 전형적으로 배기 가스가 하나의 셀 내로 진입하고 다공성 벽을 통해 인접한 셀로 가압되어 여기서 구조체를 빠져나갈 수 있도록 막혀 있다. 이러한 방식으로, 디젤 배기 가스 내에 존재하는 작은 매연 입자가 수집된다. 근청석으로 제조된 적합한 디젤 미립자 필터는 코닝 인코포레이티드. 및 엔지케이 인슐레이터스, 인코포레이티드.로부터 상용으로 입수가능하다. 탄화규소로 제조된 디젤 미립자 필터는 일본 소재의 이비덴 코. 엘티디.(Ibiden Co. Ltd.)로부터 상용으로 입수가능하고, 예를 들어 2002년 2월 12일자로 공개된 제JP2002047070A호에 기재되어 있다.
-예시적인 실시예
1. 부직 매트는, 매트의 총 중량을 기준으로, 총체적으로 적어도 25 중량%의 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 10 중량%의 섬유로 구성된 블렌드로 구성되었고, 여기서 부직 매트는, 매트의 총 중량을 기준으로, 적어도 80 중량%의 상기 현무암 섬유와 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 상기 섬유로 구성되었다.
2. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 적어도 85 중량%의 상기 현무암 섬유와 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 상기 섬유를 총체적으로 포함한다.
3. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 90 중량%의 상기 현무암 섬유와 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 상기 섬유를 포함한다.
4. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 95 중량%의 상기 현무암 섬유와 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 상기 섬유를 포함한다.
5. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 95 중량%의 상기 현무암 섬유와 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 상기 섬유를 포함한다.
6. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 100 중량%의 상기 현무암 섬유와 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 상기 섬유를 포함한다.
7. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 80 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 비정질 내화 세라믹 섬유를 포함한다.
8. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 85 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 비정질 내화 세라믹 섬유를 포함한다.
9. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 90 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 비정질 내화 세라믹 섬유를 포함한다.
10. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 95 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 비정질 내화 세라믹 섬유를 포함한다.
11. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 99 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 비정질 내화 세라믹 섬유를 포함한다.
12. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 100 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 비정질 내화 세라믹 섬유를 포함한다.
13. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 80 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 생체용해성 세라믹 섬유를 포함한다.
14. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 85 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 생체용해성 세라믹 섬유를 포함한다.
15. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 90 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 생체용해성 세라믹 섬유를 포함한다.
16. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 95 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 생체용해성 세라믹 섬유를 포함한다.
17. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 99 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 생체용해성 세라믹 섬유를 포함한다.
18. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 100 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 생체용해성 세라믹 섬유를 포함한다.
19. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 80 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 열처리 실리카 섬유를 포함한다.
20. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 85 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 열처리 실리카 섬유를 포함한다.
21. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 90 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 열처리 실리카 섬유를 포함한다.
22. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 95 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 열처리 실리카 섬유를 포함한다.
23. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 99 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 열처리 실리카 섬유를 포함한다.
24. 실시예 1에 따르는 부직 매트는 총체적으로 적어도 100 중량%의 상기 현무암 섬유와 상기 열처리 실리카 섬유를 포함한다.
25. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 블렌드 내에 존재하는 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유는 총체적으로, 섬유의 블렌드로 구성된 부직 매트 내에 존재하는 임의의 개별 현무암 섬유, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유 및 열처리 실리카 섬유로 구성된 동류의 부직 매트의 탄성값(Resiliency Value)보다 적어도 1.1 배 큰, 실제 조건 고정구 시험(Real Condition Fixture Test)의 25℃로부터 700℃/400℃로의 3회의 열 사이클 후의 탄성값을 부직 매트에 제공한다.
26. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 블렌드 내에 존재하는 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유는 총체적으로, 섬유의 블렌드 내에 존재하는 임의의 개별 현무암 섬유, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유 및 열처리 실리카 섬유로 구성된 동류의 부직 매트의 탄성값보다 적어도 1.2 배 큰, 실제 조건 고정구 시험의 25℃로부터 700℃/400℃로의 3회의 열 사이클 후의 탄성값을 부직 매트에 제공한다.
27. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 블렌드 내에 존재하는 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유는 총체적으로, 섬유의 블렌드 내에 존재하는 임의의 개별 현무암 섬유, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유 및 열처리 실리카 섬유로 구성된 동류의 부직 매트의 탄성값보다 적어도 1.25 배 큰, 실제 조건 고정구 시험의 25℃로부터 700℃/400℃로의 3회의 열 사이클 후의 탄성값을 부직 매트에 제공한다.
28. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 블렌드 내에 존재하는 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유는 총체적으로, 섬유의 블렌드 내에 존재하는 임의의 개별 현무암 섬유, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유 및 열처리 실리카 섬유로 구성된 동류의 부직 매트의 탄성값보다 적어도 1.3 배 큰, 실제 조건 고정구 시험의 25℃로부터 700℃/400℃로의 3회의 열 사이클 후의 탄성값을 부직 매트에 제공한다.
29. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 블렌드 내에 존재하는 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유는 총체적으로, 섬유의 블렌드 내에 존재하는 임의의 개별 현무암 섬유, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유 및 열처리 실리카 섬유로 구성된 동류의 부직 매트의 탄성값보다 적어도 1.4 배 큰, 실제 조건 고정구 시험의 25℃로부터 700℃/400℃로의 3회의 열 사이클 후의 탄성값을 부직 매트에 제공한다.
30. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 블렌드 내에 존재하는 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유는 총체적으로, 섬유의 블렌드 내에 존재하는 임의의 개별 현무암 섬유, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유 및 열처리 실리카 섬유로 구성된 동류의 부직 매트의 탄성값보다 적어도 1.5 배 큰, 실제 조건 고정구 시험의 25℃로부터 700℃/400℃로의 3회의 열 사이클 후의 탄성값을 부직 매트에 제공한다.
31. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 블렌드 내에 존재하는 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유는 총체적으로, 섬유의 블렌드 내에 존재하는 임의의 개별 현무암 섬유, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유 및 열처리 실리카 섬유로 구성된 동류의 부직 매트의 탄성값보다 적어도 1.6 배 큰, 실제 조건 고정구 시험의 25℃로부터 700℃/400℃로의 3회의 열 사이클 후의 탄성값을 부직 매트에 제공한다.
32. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 블렌드 내에 존재하는 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유는 총체적으로, 섬유의 블렌드 내에 존재하는 임의의 개별 현무암 섬유, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유 및 열처리 실리카 섬유로 구성된 동류의 부직 매트의 탄성값보다 적어도 1.7 배 큰, 실제 조건 고정구 시험의 25℃로부터 700℃/400℃로의 3회의 열 사이클 후의 탄성값을 부직 매트에 제공한다.
33. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 블렌드 내에 존재하는 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유는 총체적으로, 섬유의 블렌드 내에 존재하는 임의의 개별 현무암 섬유, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유 및 열처리 실리카 섬유로 구성된 동류의 부직 매트의 탄성값보다 적어도 1.75 배 큰, 실제 조건 고정구 시험의 25℃로부터 700℃/400℃로의 3회의 열 사이클 후의 탄성값을 부직 매트에 제공한다.
34. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 블렌드 내에 존재하는 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유는 총체적으로, 섬유의 블렌드 내에 존재하는 임의의 개별 현무암 섬유, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유 및 열처리 실리카 섬유로 구성된 동류의 부직 매트의 탄성값보다 적어도 1.8 배 큰, 실제 조건 고정구 시험의 25℃로부터 700℃/400℃로의 3회의 열 사이클 후의 탄성값을 부직 매트에 제공한다.
35. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 섬유들의 블렌드는 비정질 내화 섬유 또는 생체용해성 섬유들 중 적어도 하나를 포함한다.
36. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 30 중량%의 현무암 섬유를 포함한다.
37. 임의의 실시예 1 내지 35에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 35 중량%의 현무암 섬유를 포함한다.
38. 임의의 실시예 1 내지 35에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 40 중량%의 현무암 섬유를 포함한다.
39. 임의의 실시예 1 내지 35에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 45 중량%의 현무암 섬유를 포함한다.
40. 임의의 실시예 1 내지 35에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 50 중량%의 현무암 섬유를 포함한다.
41. 임의의 실시예 1 내지 35에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 55 중량%의 현무암 섬유를 포함한다.
42. 임의의 실시예 1 내지 35에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 60 중량%의 현무암 섬유를 포함한다.
43. 임의의 실시예 1 내지 35에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 65 중량%의 현무암 섬유를 포함한다.
44. 임의의 실시예 1 내지 35에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 70 중량%의 현무암 섬유를 포함한다.
45. 임의의 실시예 1 내지 35에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 75 중량%의 현무암 섬유를 포함한다.
46. 임의의 실시예 1 내지 35에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 80 중량%의 현무암 섬유를 포함한다.
47. 임의의 실시예 1 내지 35에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 85 중량%의 현무암 섬유를 포함한다.
48. 임의의 실시예 1 내지 35에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 적어도 90 중량%의 현무암 섬유를 포함한다.
49. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 15 중량%의 섬유를 포함한다.
50. 임의의 실시예 1 내지 48에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 20 중량%의 섬유를 포함한다.
51. 임의의 실시예 1 내지 48에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 25 중량%의 섬유를 포함한다.
52. 임의의 실시예 1 내지 48에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 30 중량%의 섬유를 포함한다.
53. 임의의 실시예 1 내지 48에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 35 중량%의 섬유를 포함한다.
54. 임의의 실시예 1 내지 48에 따르는 부직 매트로서, 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 40 중량%의 섬유를 포함한다.
55. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 부직 매트는 니들-펀칭된다.
56. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 부직 매트는 웨트-레이드 공정에 의해 제조된다.
57. 임의의 실시예 1 내지 55에 따르는 부직 매트로서, 부직 매트는 드라이-레이드 공정에 의해 제조된다.
58. 실시예 57에 따르는 부직 매트로서, 500℃ 초과로 가열되기 전의 제조된 그대로의 상태에서의 부직 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 5 중량% 이하의 유기 재료를 함유한다.
59. 실시예 57에 따르는 부직 매트로서, 500℃ 초과로 가열되기 전의 제조된 그대로의 상태에서의 부직 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 4 중량% 이하의 유기 재료를 함유한다.
60. 실시예 57에 따르는 부직 매트로서, 500℃ 초과로 가열되기 전의 제조된 그대로의 상태에서의 부직 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 3 중량% 이하의 유기 재료를 함유한다.
61. 실시예 57에 따르는 부직 매트로서, 500℃ 초과로 가열되기 전의 제조된 그대로의 상태에서의 부직 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 2 중량% 이하의 유기 재료를 함유한다.
62. 실시예 57에 따르는 부직 매트로서, 500℃ 초과로 가열되기 전의 제조된 그대로의 상태에서의 부직 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 1 중량% 이하의 유기 재료를 함유한다.
63. 실시예 57에 따르는 부직 매트로서, 500℃ 초과로 가열되기 전의 제조된 그대로의 상태에서의 부직 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 0.75 중량% 이하의 유기 재료를 함유한다.
64. 실시예 57에 따르는 부직 매트로서, 500℃ 초과로 가열되기 전의 제조된 그대로의 상태에서의 부직 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 0.5 중량% 이하의 유기 재료를 함유한다.
65. 실시예 57에 따르는 부직 매트로서, 500℃ 초과로 가열되기 전의 제조된 그대로의 상태에서의 부직 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 0.25 중량% 이하의 유기 재료를 함유한다.
66. 실시예 57에 따르는 부직 매트로서, 500℃ 초과로 가열되기 전의 제조된 그대로의 상태에서의 부직 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 이하의 유기 재료를 함유한다.
67. 실시예 57에 따르는 부직 매트로서, 500℃ 초과로 가열되기 전의 제조된 그대로의 상태에서의 부직 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 0 중량%의 유기 재료를 함유한다.
68. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 부직 매트는 0.05 g/ ㎤ 내지 0.3 g/ ㎤의 범위로 형성된 벌크 밀도를 갖는다.69. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 비정질 내화 세라믹은 알루미노실리케이트이다.
70. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 생체용해성 세라믹은 마그네슘 실리케이트 또는 칼슘 마그네슘 실리케이트 중 적어도 하나이다.
임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 부직 매트는 3 ㎜ 내지 50 ㎜ 범위의 두께를 갖는다.
72. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 부직 매트는 적어도 10 ㎪의 인장 강도를 갖는다.
73. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 현무암 섬유는 적어도 5 마이크로미터의 직경을 갖는다.
74. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 현무암 섬유는 샷이 없다.
75. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 부직 매트는 매트의 총 중량을 기준으로 5 중량% 이하의 유기 재료를 포함한다.
76. 실시예 75에 따르는 부직 매트로서, 결합제를 추가로 포함한다.
77. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 부직 매트는 비-팽창성이다.
78. 임의의 전술된 실시예에 따르는 부직 매트로서, 부직 매트는 질석이 없다.
79. 오염 제어 장치는 임의의 전술된 실시예에 따르는 매트와 함께 케이싱 내에 장착된 오염 제어 요소를 포함한다.
80. 실시예 79에 따르는 오염 제어 장치로서, 오염 요소는 촉매 변환기, 디젤 미립자 필터 또는 선택적 촉매 환원 요소 중 하나이다.
81. 임의의 실시예 1 내지 78에 따르는 매트와 이중 벽 구조의 배기 부품을 포함하는 배기 시스템으로서, 매트는 이중 벽 배기 부품의 벽들 사이의 간극 내에 위치된다.
82. 실시예 81에 따르는 배기 시스템으로서, 이중 벽 구조의 배기 부품은 배기관이다.
83. 실시예 81에 따르는 배기 시스템으로서, 이중 벽 구조의 배기 부품은 오염 제어 장치의 단부 원추이다.
84. 실시예 81에 따르는 배기 시스템으로서, 이중 벽 구조의 배기 부품은 배기 매니폴드이다.
시험 방법
-실제 조건 고정구 시험( RCFT )
이 시험은 실제 사용중의 촉매 변환기와 같은 오염 제어 요소에 기초한 실제 조건을 나타내는 조건 하에서 시트 재료에 의해 가해진 압력을 측정하기 위해 사용된다.
44.45 ㎜ × 44.45 ㎜의 치수를 갖는 시트 샘플 재료를 독립적인 가열 컨트롤을 갖는 2개의 50.8 ㎜ × 50.8 ㎜ 가열된 금속 압반(platen)들 사이에 배치시켰다. 오염 제어 장치 내의 모노리스와 금속 하우징의 온도를 모의실험하기 위하여(simulate) 각각의 압반을 상온(약 25℃)으로부터 상이한 온도 프로파일로 점진적으로 가열하였다. 가열 중, 압반들 사이의 간극을 전형적인 촉매 변환기 하우징과 모노리스의 열 팽창계수와 온도로부터 계산된 값만큼 증가시켰다. 모노리스 측을 나타내는 압반에 대해 700℃의 최대 온도로 그리고 금속 하우징 측을 나타내는 압반에 대해 400℃의 온도로 가열한 후(여기서 700℃/400℃로 언급됨), 압반들을 상온(약 25℃)으로 점진적으로 냉각시키고, 동시에 간극을 온도와 열 팽창계수로부터 계산된 값만큼 감소시켰다. 이 열 사이클 3회 수행하였다.
오염 제어 장치 내의 장착 재료의 조건을 모의실험하기 위해 개시 압력값(예를 들어, 200 킬로파스칼(㎪)) 또는 선택된 장착 밀도로 초기에 재료들을 압축시켰다. 장착 재료에 의해 가해진 압력은 MTS 시스템스 코포레이션.(MTS Systems Corp.)(노스캐롤라이나 리서치 트라이앵글 파크 소재)으로부터 구입된 신장계(Extensometer)를 갖춘 신테크(Sintech) ID 컴퓨터-제어된 로드 프레임을 사용하여 측정하였다. 가열 및 냉각 사이클 동안 매트에 의해 가해진 압력은 온도 프로파일에 대해 좌표화되었다. 샘플과 압반을 상온으로 냉각시키고, 이 사이클을 3회 이상 통상적으로 반복시켜서 온도 대 압력의 3개의 플롯을 갖는 그래프가 생성되었다. 각각의 3 사이클에 대한 적어도 50 ㎪의 최소값은 전형적으로 장착 매트에 대해 선호되는 것으로 고려된다. 특정 응용예에 의존하여 비교적 낮은 값이 여전히 적합할 수 있다.
열 기계적 분석(TMA)
이 개시의 의도로는, 이 시험은 특정의 상승된 온도에서 본원에 기재된 비-팽창성 부직 매트의 수축률(shrinkage)을 평가하기 위해 사용되었다. 이 시험에서, 부직 매트의 두께는, 700℃ 또는 750℃로 등온 가열하고 그 뒤 상온으로 냉각시킴으로써, 일정한 압력 하에서 연속적으로 측정되고 기록되었다. 그러나, 이 시험은 실제 변환기 환경을 모의실험하기 위한 의도는 아니다.
각각의 샘플(11 ㎜ 직경의 원)을 종래의 노 내에 배치시키고, 분당 15℃의 속도로 일정하게 가열하였다. 1350 그램 중량을 지지하는 7 ㎜ 석영 로드를 매트 위에 배치하여 매트 상에 345 ㎪(50 psi)의 일정한 압력이 형성되었다. 매트가 수축됨에 따라, 석영 로드는 하향 이동하였다. 이러한 변위는 매트 온도의 함수로서 측정되고 기록되었다. 석영이 매우 작은 열 팽창계수를 갖기 때문에, 로드는 측정된 수축률에 영향을 미치지 못하는 것으로 추정된다.
-인장 시험
인장 시험은 매트를 제조하고 사용하기 위한 공정과 결부될 수 있음에 따라 부직 매트의 특정의 취급 특성을 평가하기 위해 사용되었다. 부직 매트는 취급하거나, 모노리스 주위에 감거나 또는 밀폐 시(canned) 찢어지거나 또는 파열되지 않는 것이 선호될 수 있다. 매트가 변환기 조립체 내측에 장착된 후, 인장 강도는 더 이상 문제가 되질 않는다.
하측-웨브 방향으로 각각의 샘플을 스트립 2.5 ㎝(1 인치)의 폭과 17.8 ㎝(7 인치)의 길이로 절단하였다. 4.9 ㎪(0.715 psi)의 압력 하에서 6.25 ㎝(2.5 인치) 직경 면적에 대해 샘플의 두께를 측정하기 위하여 종래의 캘리퍼스를 사용하였다. 12.7 ㎝(5 인치)의 초기 간극과 2.5 ㎝/분(1 인치/분)의 크로스헤드 속도(crosshead speed)를 갖는 인장 시험기(뉴저지, 웨스트 베를링 소재의 트윙 & 앨버트(Thwing & Albert)로부터의 상표명 "QC1000 MATERIALS TESTER"로 입수됨)에서 샘플들을 시험하였다.
본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않고도 본 발명에 대한 예측가능한 변형 및 변경이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 본 발명은 예시 목적으로 본 출원에 개시된 실시 형태들에 한정되지 않아야 한다.

Claims (10)

  1. 매트의 총 중량을 기준으로, 적어도 25 중량%의 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 10 중량%의 섬유로 구성되는 블렌드로 구성되며, 매트의 총 중량을 기준으로, 총체적으로 적어도 80 중량%의, 현무암 섬유와 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유로 구성되는 부직 매트.
  2. 제1항에 있어서, 총체적으로 적어도 80 중량%의 현무암 섬유와 비정질 내화 세라믹 섬유를 포함하는 부직 매트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 블렌드 중에 존재하는 현무암 섬유와, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 섬유는 총체적으로, 섬유의 블렌드로 구성된 부직 매트 내에 존재하는 임의의 개별 현무암 섬유, 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유 및 열처리 실리카 섬유로 이루어진 동류의 부직 매트의 탄성값(Resiliency Value)보다 적어도 1.1 배 큰, 실제 조건 고정구 시험(Real Condition Fixture Test)의 25℃로부터 700℃/400℃로의 3회의 열 사이클 후의 탄성값을 부직 매트에 제공하는 부직 매트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 매트의 총 중량을 기준으로 하여 비정질 내화 세라믹 섬유, 생체용해성 세라믹 섬유, 열처리 실리카 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 15 중량%의 섬유를 포함하는 부직 매트.
  5. 제4항에 있어서, 500℃ 초과로 가열되기 전의 제조된 그대로의 상태에서, 매트의 총 중량을 기준으로, 5 중량% 이하의 유기 재료를 함유하는 부직 매트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 매트와 함께 케이싱 내에 장착된 오염 제어 요소를 포함하는 오염 제어 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 매트 및 이중 벽 구조의 배기 부품을 포함하는 배기 시스템으로서, 매트는 이중 벽 배기 부품의 벽들 사이의 간극 내에 위치되는 배기 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 이중 벽 구조의 배기 부품은 배기관인 배기 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 이중 벽 구조의 배기 부품은 오염 제어 장치의 단부 원추인 배기 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 이중 벽 구조의 배기 부품은 배기 매니폴드인 배기 시스템.
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