WO 2004/011785 Al !MniHI!!IMliRBfillB
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PLACA PARA MONTAR ELEMENTO DE CONTROL DE CONTAMINACION EN DISPOSITIVO DE CONTROL DE CONTAMINACION PARA TRATAMIENTO DE
GAS DE ESCAPE
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención es concerniente con dispositivos de control de la contaminación que incluyen una placa de montaje para montar un elemento de control de la contaminación en el dispositivo de control de contaminación. En particular, la invención es concerniente con dispositivos de control de contaminación que están diseñados para el tratamiento del escape de un motor de combustión interna (por ejemplo, un motor a diesel). La placa de montaje del dispositivo de control de contaminación puede ser diseñada de tal manera que sea particularmente apropiada para aplicaciones a temperaturas más bajas, tales como convertidores catalíticos para diesel u otros elementos de control de contaminación adaptados para reducir la contaminación del escape de motores a diesel. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los dispositivos de control de contaminación para diesel incluyen convertidores catalíticos y filtros o trampas para partículas del diesel. Los dispositivos de control de contaminación comprenden comúnmente un alojamiento de metal o caja con un elemento de control de contaminación montado de Ref.: 161854 2
manera segura dentro de la caja mediante una placa de montaje resiliente y flexible. Los dispositivos de control de contaminación son empleados universalmente en vehículos motorizados para controlar la contaminación atmosférica. Dos tipos de dispositivos están actualmente en uso extenso: convertidores catalíticos y filtros o trampas para diesel. Los convertidores catalíticos contienen un catalizador, que está recubierto comúnmente sobre una estructura monolítica montada dentro de un alojamiento metálico. Las estructuras monolíticas son comúnmente de cerámica, aunque también se han usado monolitos de metal. El catalizador oxida el monóxido de carbono e hidrocarburos y reduce los óxidos de nitrógeno en los gases del escape del automóvil para controlar la contaminación atmosférica. Los filtros o trampas para partículas de diesel son comúnmente filtros de flujo laminar, que tienen estructuras monolíticas de panal fabricadas de materiales de cerámica cristalina porosa. Celdas alternadas de la estructura de panal son comúnmente taponadas de tal manera que el gas del escape entra a una celda y es forzado a través de la pared porosa a una celda adyacente, en donde puede salir de la estructura. De esta manera, las partículas de hollín pequeñas que están presentes en el gas de escape de diesel son recolectadas . Los monolitos y en particular los monolitos de 3
control de la contaminación de cerámica, usados en los dispositivos de control de la contaminación son frágiles y susceptibles a daños por vibración o choque y ruptura. Tienen un coeficiente de expansión térmica en general de un orden de magnitud menor que el alojamiento de metal que los contiene. Esto significa que a medida que el dispositivo de control de la contaminación es calentado, se incrementa el espacio entre la pared periférica interna del alojamiento y la pared externa del monolito. Aunque el alojamiento metálico sufre un cambio de temperatura más pequeño debido al efecto aislante de la placa, el coeficiente de expansión térmica más alto del alojamiento metálico provoca que el alojamiento se expanda a un tamaño periférico más grande de manera más rápida que la expansión del elemento monolítico. Tales ciclos térmicos ocurren cientos de veces durante la vida de uso del dispositivo de control de contaminación. Para evitar daños a los monolitos de cerámica de, por ejemplo choque y vibraciones del camino, para compensar la diferencia de expansión térmica y para impedir que los gases del escape pasen entre el monolito y el alojamiento de metal (omitiendo mediante esto el catalizador) se disponen placas de montaje entre el monolito de cerámica y el alojamiento de metal. Estas placas deben ejercer presión suficiente para mantener el monolito en su lugar en el intervalo de temperatura deseado pero no demasiada presión 4
para dañar el monolito de cerámica. Muchas de las placas de montaje descritas en la técnica han sido desarrolladas para montar convertidores catalíticos para tratamiento del escape de motores a gasolina, los cuales operan comúnmente a alta temperatura. Las placas de montaje conocidas incluyen materiales laminares intumescentes que consisten de fibras de cerámica, materiales intumescentes y aglutinantes orgánicos y/o inorgánicos. Materiales laminares intumescentes útiles para montar un convertidor catalítico en un alojamiento son descritos por ejemplo en las patentes norteamericanas Nos. 3,916,057 (Hatch et al.), 4,305,992 (Langer et al.), 5,151,253 (Merry et al.), 5,250,269 (Langer) y 5,736,109 (Howorth et al.) . En años recientes se han usado placas no intumescentes que consiste de fibras de cerámica policristalinas y aglutinante, especialmente para los llamados monolitos de pared ultra-delgada, que tienen resistencia significativamente más baja debido a sus paredes de celda extremadamente delgadas . Ejemplos de placas no intumescentes son descritos por ejemplo en las patentes norteamericanas Nos. 4,011,651 (Bradbury et al.), 4,929,429 (Merry), 5,028,397 (Merry) , 5,996,228 (Shoji et al.) y 5,580,532 (Robinson et al.) . Las fibras policristalinas son mucho más caras que las fibras de cerámica normales formadas por fusión y por consiguiente las placas que usan estas fibras son usadas solamente en donde 5
sea absolutamente necesario, por ejemplo, con monolitos de pared ultra-delgada. La patente norteamericana No. 5,290,522 describe un convertidor catalítico que tiene una placa de montaje no tejida que comprende por lo menos 60% en peso de fibras de vidrio de aluminosilicato de magnesio de alta resistencia, libre de tornasolado, que tiene un diámetro mayor de 5 mieras. Las placas de montaje enseñadas en esta referencia están diseñadas principalmente para uso en aplicaciones de alta temperatura, como se puede ver de los datos de prueba en los ejemplos, en donde las placas son sometidas a temperaturas de gas del escape de más de 700°C. La patente norteamericana No. 5,380,580 describe una placa no tejida flexible que comprende fibras de óxido de cerámica libres de tornasolado del grupo que consiste de: (a) fibras de aluminosilicato que comprenden óxido de aluminio en el intervalo de 60 a aproximadamente 85% en peso y óxido de silicio en el intervalo de 40 a aproximadamente 15% en peso de óxido de silicio, en base al peso total de las fibras a base de aluminosilicato, las fibras a base de aluminosilicato son por lo menos 20% en peso cristalinas, (b) fibras de cuarzo cristalinas y (c) mezclas de (a) y (b) y en donde el peso combinado de las fibras a base de aluminosilicato y las fibras de cuarzo cristalinas es por lo menos 50% en peso del peso total de la placa no tejida. La tela no tejida flexible 6
puede comprender adicionalmente fibras de alta resistencia seleccionadas del grupo que consiste de fibras de carburo de silicio, fibras de nitruro de silicio, fibras de carbono, fibras de nitruro de silicio, fibras de vidrio, fibras de acero inoxidable, fibras de latón, fibras fugitivas y mezclas de las mismas. Se usan catalizadores de oxidación de diesel (DOC, por sus siglas en inglés) en los motores a diesel modernos para oxidar la fracción orgánica soluble (SOF, por sus siglas en inglés) de las partículas de diesel emitidas. Debido a la temperatura del gas del escape extremadamente baja, el montaje de los DOC con materiales de montaje convencionales ha sido problemático. El gas del escape de los motores a diesel modernos, tales como motores de inyección directa turbo-cargados (TDI, por sus siglas en inglés) puede nunca exceder de 300°C. Esta temperatura es menor que la temperatura necesaria para expandir la mayorxa de las placas intumescentes . La expansión es necesaria para desarrollar y mantener la presión apropiada dentro del convertidor catalítico. Adicionalmente, esta temperatura es demasiado baja para quemar el aglutinante orgánico contenido en los materiales de placa intumescentes. A estas temperaturas, el aglutinante solamente se reblandece, lo cual actúa para interferir con la resiliencia de las fibras de cerámica. Como resultado, han ocurrido fallas de campo con los DOC cuando se 7
usan placas de montaje intumescentes convencionales. Para superar estas dificultades, los convertidores son algunas veces tratados térmicamente antes de la instalación para expandir la vermiculita y quemar el aglutinante. Esto es caro y toma mucho tiempo. También se han empleado sellos en WL" de malla de alambre auxiliares para aumentar la fuerza de contención de las placas intumescentes a baja temperatura, pero también se suman al costo y complejidad del montaje. La mayoría de las placas no intumescentes, en tanto que se desempeñan un tanto mejor, todavía contienen un aglutinante orgánico, lo cual reduce significativamente la resiliencia de las fibras en el intervalo de temperatura de 200 - 300°C. Se espera que esto sea cierto para otros dispositivos de control de contaminación del escape de diesel también, en los que se incluyen catalizadores de bajo contenido de NOx, trampas regeneradoras continuas (CRT, por sus siglas en inglés) y trampas de NOx. La patente norteamericana 6,231,818 intenta superar las dificultades de montaje presentes de los catalizadores de diesel de baja temperatura al utilizar placas no intumescentes que consisten de fibras inorgánicas amorfas. Aunque se enseña en esta patente que la placa puede estar libre de aglutinante, parece que varias de las placas usadas en los ejemplos requieren el uso de cantidades sustanciales de aglutinantes. Además, se encontró que las placas de 8
montaje reveladas en la patente norteamericana todavía no se desempeñan apropiadamente para el tratamiento de escape de motores a diesel, en particular motores TDI . Fue así deseable encontrar una placa de montaje alternativa para montar un monolito de control de contaminación a diesel en la caja metálica de un dispositivo de control de contaminación para el tratamiento del escape de un motor a diesel. En particular, fue deseable obtener tales placas de montaje mejoradas que pueden ser manufacturadas de una manera fácil y conveniente 'a un costo razonable. Adicionalmente , se deseaba encontrar placas de montaje que mostraran excelente desempeño en por lo menos una de las siguientes pruebas : Prueba de Accesorio en Condición Real (RCFT) , Prueba de Compresión Cíclica y Prueba de Vibración en Caliente. De manera deseable, la placa de montaje es también más aceptable en términos de salud, seguridad y aspectos ambientales . BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona una placa no tejida y no intumescente que comprende por lo menos 90% en peso, en base al peso total de la placa, de fibras de vidrio de silicato de magnesio aluminio fragmentadas que tienen un diámetro promedio en número de 5 µt? o más y una longitud de 0.5 a 15 cm, mediante lo cual las fibras de vidrio son punzonadas por aguja o 9
cosidas tricotadas y la placa está libre o sustancialmente libre de aglutinante orgánico. "Sustancialmente libre" significa que la cantidad de aglutinante no es de más del 1% en peso, en base al peso de la placa, preferiblemente no más de 0.5% en peso. La placa es usada en un dispositivo de control de contaminación para el tratamiento del escape de un motor de combustión interna (por ejemplo un motor a diesel) de una máquina. El motor puede estar incluido en una máquina estacionaria, tal como por ejemplo en un generador de energía o en un vehículo motorizado. La placa de montaje monta un elemento de control de contaminación (por ejemplo un monolito de control de contaminación a diesel) en un alojamiento (por ejemplo, una caja metálica) del dispositivo de control de contaminación y es arreglada comúnmente entre la caja y el elemento de control de contaminación. De acuerdo con un aspecto particular, se proporciona una placa para montar un elemento de control de contaminación (por ejemplo, un monolito de control de contaminación a diesel) en un alojamiento (por ejemplo una caja metálica) de un dispositivo de control de contaminación, la placa es una placa no intumescente que comprende por lo menos 90% en peso, en base al peso total de las fibras de vidrio de silicato de aluminio magnesio fragmentadas que tiene un diámetro promedio en número de 5 µt? o más y una longitud de 0.5 a 15 cm, las fibras de vidrio son punzonadas 10
por aguja o cosidas tricotadas, la placa está libre o sustancialmente libre de aglutinante orgánico y consiste de por lo menos dos capas de las fibras de vidrio de silicato de magnesio aluminio fragmentadas, en donde las dos capas son diferentes en su composición de fibra de vidrio. Se encontró que una placa de acuerdo con este aspecto es particularmente apropiada para optimizar el desempeño y manufactura de una placa de montaje para dispositivos de control de contaminación para escape de motor a diesel . En otro aspecto de la invención, se proporciona un método de tratamiento de gas del escape de un motor de combustión interna (por ejemplo un motor a diesel) al someter el gas del escape a un dispositivo de control de contaminación que comprende un elemento de control de contaminación (por ejemplo un monolito de control de contaminación a diesel) arreglado en un alojamiento (por ejemplo una caja metálica) con una placa no tejida dispuesta entre la caja y el elemento de control de contaminación, la placa no tejida es una placa no intumescente que comprende por lo menos 90% en peso, en base al peso total de la placa, de fibras de vidrio de silicato de magnesio aluminio fragmentadas que tienen un diámetro promedio en número de 5 µt? o más y una longitud de 0.5 a 15 cm, las fibras de vidrio son punzonadas por aguja o cosidas tricotadas y la placa está libre o sustancialmente libre de aglutinante orgánico.
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El término "monolito de control de contaminación a diesel" significa una estructura monolítica que es apropiada para y/o está adaptada para reducir la contaminación • provocada por el escape de un motor a diesel y en particular incluye estructuras monolíticas que son efectivas para reducir la contaminación a bajas temperaturas, por ejemplo de 350°C o menos. Los monolitos de control de contaminación a diesel incluyen sin limitación convertidores catalíticos, trampas para partículas de diesel y absorbedores o trampas para NOx. El término "fibras de vidrio de silicato de magnesio aluminio" incluye fibras de vidrio que comprenden óxidos de silicio, aluminio y magnesio sin excluir la presencia de otros óxidos, en particular otros óxidos de metal . BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Solamente por el propósito de ilustración y mejor comprensión de la invención y sin la intención de limitar la invención de ninguna manera a las mismas, se proporcionan las siguientes figuras: La figura 1 es una vista en perspectiva de un convertidor catalítico de la presente invención, mostrado en una condición desmontada. Las figuras 2 y 3 muestran los resultados del ejemplo 1 y ejemplos comparativos 1 y 2 en una Prueba de 12
Accesorio en Condición Real . DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA PRESENTE INVENCIÓN Refiriéndose a la figura 1, el dispositivo de control de contaminación 10 comprende la caja metálica o alojamiento 11, con extremos de entrada y salida en general de tronco cónico 12 y 13 respectivamente. Dispuesto dentro de la caja 11 se encuentra un monolito de control de contaminación a diesel 20, por ejemplo formado de un cuerpo monolítico de panal que tiene una pluralidad de canales de flujo de gas (no mostrados) a través del mismo. Rodeando el monolito de control de contaminación a diesel 20 se encuentra la placa de montaje 30 que comprende fibras de vidrio de silicato de magnesio aluminio fragmentadas que sirve para soportar de manera fuerte pero resiliente el elemento monolítico 20 dentro de la caja 11. La placa de montaje 30 mantiene el monolito de control de contaminación a diesel en su lugar en la caja y sella el espacio entre el monolito de control de contaminación a diesel 20 y la caja 11 para así impedir o minimizar que los gases de escape del diesel omitan el monolito de control de contaminación a diesel 20. La caja metálica puede ser fabricada a partir de materiales conocidos en la técnica para tal uso, en los que se incluyen acero inoxidable. Ejemplos de monolitos de control de contaminación a diesel para uso en el dispositivo de control de contaminación 13
10 incluyen convertidores catalíticos y filtros o trampas para partículas de diesel. Los convertidores catalíticos contienen un catalizador, el cual es comúnmente recubierto sobre una estructura monolítica montada dentro de una caja metálica. El catalizador está comúnmente adaptado para se operativo y efectivo a baja temperatura, comúnmente no más de 350 °C. Las estructuras monolíticas son comúnmente de cerámica, aunque también se han usado monolitos de metal. El catalizador oxida el monóxido de carbono e hidrocarburos y reduce los óxidos de nitrógeno en los gases de escape para controlar la contaminación atmosférica. En tanto que en un motor a gasolina todos los tres de estos contaminantes se pueden hacer reaccionar simultáneamente en un llamado "convertidor tri-direccional" , la mayoría de los motores a diesel están equipados con solamente un convertidor catalítico de oxidación a diesel. Los convertidores catalíticos para reducir los óxidos de nitrógeno, los cuales están solamente en uso limitado hoy para motores a diesel, consisten en general de un convertidor catalítico separado. Los monolitos de cerámica apropiados usados como soportes catalíticos están disponibles comercialmente de Corning Inc. (Corning N.Y.) bajo el nombre comercial de "CELCOR" y disponibles comercialmente de NGK Insulated Ltd. (Nagoya, Japón) bajo el nombre comercial de "HONEYCERAM" , respectivamente..
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Los filtros o trampas para partículas de diesel son comúnmente filtros de flujo laminar, que tienen estructuras monolíticas de panal fabricadas de materiales de cerámica cristalina porosa. Celdas alternadas de la estructura de panal son comúnmente taponadas de tal manera que el gas del escape entra a una celda y es forzado a través de la pared porosa a una celda adyacente, en donde puede salir de la estructura. De esta manera, las partículas de hollín pequeñas que están presentes en el gas de escape de diesel son recolectadas. Filtros para partículas de diesel apropiadas fabricadas de cordierita están disponibles comercialmente de Corning Inc. (Corning N.Y.) y NG Insulated Ltd. (Nagoya, Japón) . Filtros para partículas de diesel fabricados de carburo de silicio están disponibles comercialmente de Ibiden Co . Ltd. (Japón) y son descritos por ejemplo en JP 2002047070?. Las fibras de vidrio de silicato de magnesio aluminio usadas en la placa de montaje no tejida tienen un diámetro promedio de por lo menos 5 µt? y una longitud de 0.5 y 15 cm, preferiblemente entre 1 y 12 cm. Preferiblemente, el diámetro promedio será de por lo menos 7 µt? y está comúnmente en el intervalo de 7 a 14 µp?. Las fibras de vidrio son preferiblemente individualizadas. Para proporcionar fibras individualizadas (esto es, cada fibra separada de otra), una 15
estopa o hilo de fibras puede ser fragmentado por ejemplo, usando un cortador de mechas de vidrio (disponible comercialmente por ejemplo bajo la designación comercial "MODEL 90 GLASS ROVING CUTTER" de Finn & Fram, Inc., de Pacoma, California) a la longitud deseada (comúnmente en el intervalo de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 15 cm) . Las fibras están comúnmente libres de tornasolado o contienen una cantidad muy baja de tornasolado, comúnmente menos de 1% en peso, en base al peso total de fibras. Adicionalmente, las fibras son comúnmente uniformes razonablemente en diámetro, esto es, la cantidad de fibras que tienen un diámetro en +/-3 µ?? del promedio es en general por lo menos 70% en peso, preferiblemente por lo menos 80% en peso y más preferiblemente por lo menos 90% en peso, del peso total de las fibras de vidrio de silicato de magnesio aluminio. La placa puede contener hasta 10% en peso de fibras diferentes a las fibras de vidrio de silicato de magnesio aluminio. Sin embargo, preferiblemente, la placa consistirá de solamente fibras de vidrio de silicato de magnesio aluminio. Si otras fibras están contenidas en la placa, serán comúnmente fibras amorfas y deben también preferiblemente tener un diámetro promedio de por lo menos 5 µp Preferiblemente, la placa estará libre o esencialmente libre de fibras que tienen un diámetro de 3 µp? o menos, más 16
preferiblemente la placa estará libre o esencialmente libre de fibras que tienen un diámetro de menos de 5 µp?. Esencialmente libre significa en la presente que la cantidad de tales fibras de diámetro pequeño no es de más del 2% en peso, preferiblemente no más de 1% en peso del peso total de fibras en la placa. En un método preferido para fabricar la placa no tejida, las fibras cortadas o fragmentadas pueden ser separadas al hacerlas pasar a través de un "Laroche Opener" de dos zonas convencional (por ejemplo disponible comercialmente de Laroche S.A., Cours la Ville, Francia). Las fibras también pueden ser separadas al hacerlas pasar a través de un molino de martillos, preferiblemente un molino de martillos de descarga de soplado (por ejemplo disponible comercialmente bajo la designación comercial "BLOWER DISCHARGE MODEL 20 HAMMER MILL" , de C.S. Bell Co . de Tiffin, Ohio) . Aunque es menos eficiente, las fibras pueden ser individualizadas usando un soplador convencional, tal como aquel disponible comercialmente bajo la designación comercial "DAYTON RADIAL BLOWER" , Modelo 3C 539, de 31.1 cm (12.25 pulgadas) , de 3 caballos de fuerza, de W.W. Grainger de Chicago, IL. Las fibras fragmentadas normalmente solo necesitarán hacerse pasar a través del "Laroche Opener" una vez. Cuando se usa el molino de martillos, se deben hacer 17
pasar en general dos veces. Si se usa un soplador solo, las fibras se hacen pasar comúnmente a través del mismo por lo menos dos veces. Preferiblemente, por lo menos 50 por ciento en eso de las fibras son individualizadas antes de que sean formadas en una placa no tejida. Aunque fibras cortadas o fragmentadas mayores de aproximadamente 15 cm son también útiles en la preparación de la placa no tejida, tienden a ser más difíciles de procesar. La separación de las fibras tiende a incrementar la esponjosidad (esto es, disminuir la densidad global) de las fibras que componen la tela no tejida, disminuyendo mediante esto la densidad de la placa resultante. Para facilitar el procesamiento y separación de las fibras fragmentadas o cortadas con mínima ruptura, un lubricante antiestático (por ejemplo, tal como aquel disponible comercialmente bajo la designación comercial "NEUTROSTAT" de Simco Co . Inc., de Hatfield, N.J.) puede ser atomizado al molino de martillos en tanto que las fibras son separadas . Las fibras de vidrio de silicato de magnesio aluminio comprenden preferiblemente entre 10 y 30% en peso de óxido de aluminio, entre 52 y 70% en peso de óxido de silicio y entre 1 y 12% de óxido de magnesio. El porcentaje en peso de los óxidos mencionados anteriormente está basado en la cantidad teórica de Al203, Si02 y MgO. Se comprenderá además 18
que la fibra de vidrio de silicato de magnesio aluminio puede contener óxidos adicionales. Por ejemplo, óxidos adicionales que pueden estar presentes incluyen óxidos de sodio o potasio, óxido de boro y óxido de calcio. Ejemplos particulares de fibras de vidrio de silicato de magnesio aluminio incluyen fibras de vidrio E que tienen comúnmente una composición de aproximadamente 55% de Si02, 11% de Al203, 6% de B203, 18% de CaO, 5% de MgO y 5% de otros óxidos; fibras de vidrio S y S-2 que tienen comúnmente una composición de aproximadamente 65% de Si02, 25% de Al203 y 10% de MgO y fibras de vidrio R que tienen comúnmente una composición de 60% de Si02, 25% de Al203í 9% de CaO y 6% de MgO. Vidrio E, vidrio S y vidrio S-2 están disponibles por ejemplo de Advanced Glassfiber Yarns LLC y vidrio R está disponible de Saint-Gobain Vetrotex. De acuerdo con un método para fabricar la tela no tejida, fibras individualizadas fragmentadas (preferiblemente de alrededor de 2.5 a aproximadamente 5 cm de longitud) son alimentadas a una máquina formadora de tela convencional (disponible comercialmente por ejemplo bajo la designación comercial "RANDO WEBBER" de Rando Machine Corp. de Macedón, ?.?. o "DAN WEB" de ScanWeb Co. de Dinamarca) , en donde las fibras son estiradas sobre un tamiz de alambre o banda de malla (por ejemplo banda de metal o nylon) . Si se usa una máquina formadora de tela tipo "DAN WEB" , las fibras son 19
preferiblemente individualizadas usando un molino de martillo y luego un soplador. Las fibras que tienen una longitud mayor de aproximadamente 2.5 cm tienden a enredarse durante el proceso de formación de tela. Para facilitar la manipulación de la placa, la placa puede ser formada sobre o colocada sobre una tela soporte. Dependiendo de la longitud de las fibras, la placa resultante tiene comúnmente suficiente manejabilidad para ser transferida a una máquina de punzonar sin la necesidad de un soporte (por ejemplo una tela soporte) . La placa no tejida puede también ser fabricada usando formación en húmedo o cardado textil convencional . Para procesos de formación en húmedo, la longitud de la fibra es preferiblemente de alrededor de 0.5 a aproximadamente 6 cm. Para procesos textiles, la longitud de fibra es preferiblemente de alrededor de 5 a aproximadamente 10 cm. Una placa no tejida punzonada se refiere a una placa en donde hay enredo fxsico dé fibras proporcionado por penetración múltiple o parcial (preferiblemente completa) de la placa, por ejemplo, mediante agujas de enmarañar. La placa no tejida puede ser punzonada por agujas usando un aparato para punzonar convencional (por ejemplo, una máquina de punzonar disponible comercialmente bajo la designación comercial "DILO" de Dilo de Alemania, con agujas de enmarañar (disponibles comnercialmente, por ejemplo de Foster Needle 20
Company, Inc., de anitowoc , Wis.)) para proporcionar una placa no tejida punzonada. El punzonamiento que proporciona el entrelazamiento de las fibras involucra comúnmente comprimir la placa y luego punzonar y estirar agujas de enmarañar a través de la placa. El número óptimo de, punzonados por área de placa variará dependiendo de la aplicación particular. Comúnmente, la placa no tejida es punzonada para proporcionar aproximadamente 5 a aproximadamente 60 punzonados/cm2. Preferiblemente, la placa es punzonada para proporcionar aproximadamente 10 a aproximadamente 20 punzonados/cm2. Preferiblemente, la tela no tejida punzonada tiene un valor de peso por área unitaria en el intervalo de aproximadamente 1000 a aproximadamente 3000 g/m2 y en otro aspecto un espesor en el intervalo de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 3 centímetros. La densidad global típica bajo una carga de 5 Kpa está en el intervalo de 0.1 - 0.2 g/cc. La placa no te ida puede ser cosida tricotada usando técnicas convencionales (véase por ejemplo patente norteamericana No. 4,181,514 (Lefkowitz et al), la revelación de la cual es incorporada en la presente por referencia por sus enseñanzas de cosido tricotado de placas no tejidas) . Comúnmente, la placa es cosida tricotada con hilo orgánico. Una capa delgada de material laminar orgánico o inorgánico puede ser colocada ya sea sobre uno o ambos lados de la placa 21
durante el cosido tricotado para impedir o minimizar que los hilos corten a través de la placa. En donde se desea que el hilo de tricotado no se descomponga en el uso, un hilo inorgánico, tal como de cerámica o metal (por ejemplo de acero inoxidable) puede ser usado. El espaciamiento de los cosidos tricotados es usualmente de 3 a 30 mm, de tal manera que las fibras son comprimidas uniformemente en toda el área de la placa. De acuerdo con una modalidad particular de la presente invención, la placa puede consistir de una pluralidad de capas de fibras de vidrio de silicato de magnesio aluminio. Tales capas se pueden distinguir entre si en el diámetro promedio de las fibras usadas, la longitud de las fibras usadas y/o la composición química de las fibras usadas. Puesto que la resistencia térmica y la resistencia mecánica de las fibras a una temperatura variarán con su composición y a un grado menor con el diámetro de fibra, las capas de fibras pueden ser seleccionadas para optimizar el desempeño en tanto que se minimiza el costo. Por ejemplo, una placa no tejida que consiste de una capa de vidrio S-2 combinado con una capa de vidrio E puede ser usada para montar un convertidor catalítico a diesel. En uso, la capa de vidrio S-2 es colocada directamente contra el lado del monolito más caliente del convertidor catalítico, en tanto que la capa de vidrio E está contra el lado del alojamiento 22
de metal más frío del convertidor catalítico. La placa combinada en capas puede soportar temperaturas considerablemente más altas que una placa que consiste de solamente fibras de vidrio E a un costo extensamente reducido en comparación con una placa que consiste de fibras de vidrio S-2. Las placas en capas son fabricadas al formar primero las capas no tejidas individuales que tienen un tipo especifico de fibra usando las técnicas de formación descritas anteriormente. Estas capas son luego cosidas conjuntamente para formar la placa terminada que tiene las capas discretas deseadas . Las placas de montaje de la invención son particularmente apropiadas para montar un monolito de control de contaminación a diesel en un dispositivo de control de contaminación. Comúnmente, la densidad de montaje de la placa, esto es, la densidad global de la placa después del montaje, debe ser de por lo menos 0.2 g/cm3 para proporcionar suficiente presión para mantener el monolito seguramente en su lugar. A densidades de montaje mayores de aproximadamente 0.70 g/cm3, las fibras pueden ser aplastadas indebidamente. También a una densidad de montaje muy alta puede haber el riesgo de que el monolito se rompa durante el montaje del dispositivo de control de contaminación. Preferiblemente, la densidad de montaje debe ser de entre aproximadamente 0.25 g/cm3 y 0.45 g/cm3. El dispositivo de control de contaminación 23
tiene excelentes características de desempeño para uso en aplicaciones de baja temperatura, tal como en el tratamiento del escape de motor a diesel . El dispositivo de control de contaminación puede ser usado en una máquina estacionaria para tratar el escape que sale de un motor a diesel contenido en la misma. Tales máquinas estacionarias incluyen por ejemplo fuentes de energía para generar electricidad o bombear fluidos . El dispositivo de control de contaminación es en particular apropiado para el tratamiento del escape de motores a diesel en vehículos motorizados. Ejemplos de tales vehículos motorizados incluyen trenes, autobuses, camiones y vehículos de pasajeros de "baja capacidad". Vehículos de pasajeros de baja capacidad significa un vehículo motorizado que está diseñado para transportar un número pequeño de pasajeros, comúnmente no más de 15 personas. Ejemplos de los mismos incluyen automóviles, furgonetaas y los llamados vehículos de mono-volumen. El dispositivo de control de contaminación es particularmente apropiado para el tratamiento del escape de motores a diesel de inyección directa turbo-cargados (TDI) que son usados más y más frecuentemente en vehículos motorizados, en particular en Europa . Los siguientes ejemplos ilustran adicionalmente la invención, sin pretender no obstante limitar el alcance de la 24
invención a los mismos . Ej emplos Materiales empleados en los ejemplos Fibras de vidrio S-2, diámetro de aproximadamente 9 µt?, fragmentadas a una longitud de 25.4 mm (1.0 pulgadas), obtenible como Hebras Fragmentadas de Vidrio 401 S-2 de Advanced Glassfiber Yarns LLC (AGY) , Aiken, South Carolina/U. S .A. Hebras de Vidrio Fragmentadas E, diámetro 9 µ?a, f agmentadasa una longitud de 25.4 mm (1 pulgada) de Advanced Glassfiber Yarns LLC (AGY), Aiken, South Carolina/U. S .A. Fibras de vidrio R (composición típica 60% de Si02, 25% de Al203, 9% de CaO y 6% de MgO) que tiene un diámetro de aproximadamente 10 µ?t?, fragmentadas a una longitud de 36 mm, disponible de Saint-Gobain Vetrotex, Alemania, GmbH, Herzogenrath/Alemania . Métodos de prueba Prueba de Accesorio en Condición Real (RCFT) Esta prueba modela condiciones reales encontradas en un dispositivo de control de contaminación con un monolito o trampa para partículas de diesel durante el uso típico y mide la presión ejercida por el material de montaje bajo aquellas condiciones de uso modeladas . El método de RCFT es descrito en detalle en Material Aspects in Automotive Pollution control devices, ed. Hans Bode, Wiley-VCH, 2002, 25
pp. 206-208. Dos placas de acero inoxidable calentadas de 50.8 mm por 50.8 rara, controladas independientemente, fueron calentadas a diferentes temperaturas para simular las temperaturas del alojamiento de metal y monolito respectivamente. De manera simultánea, el espacio o separación entre las placas fue incrementado por un valor calculado a partir de la temperatura y los coeficientes de expansión térmica de un dispositivo de control de contaminación típico del tipo especificado. Condiciones de manejo normales para el dispositivo de control de contaminación a diesel por una temperatura del monolito de hasta 300°C y una temperatura del alojamiento de metal de hasta 100 °C y condiciones más severas como pueden ocurrir durante el manejo continuo a altas velocidades, por ejemplo en una autopista, fueron simuladas con una temperatura del monolito de hasta 500°C y una temperatura del alojamiento de metal de hasta 200 °C. Se llevaron a cabo tres ciclos de CFT en cada muestra de placa de montaje usando un peso de 1200 - 1400 g/m2 por área de placa. La densidad de la placa cuando está montada en la muestra de prueba fue de 0.35 g/cm3. El ejemplo comparativo de material intumescente fue probado a una densidad de 1.0 g/cc. Después que los tres ciclos de RCFT fueron 26
corridos, se generaron curvas de datos. Las curvas muestran la presión entre las dos placas como función de la temperatura, en donde las temperaturas de las primeras y segundas placas, respectivamente, fueron incrementadas primero, mantenidas a la temperatura por 15 minutos y luego reducida . Prueba de Vibración en Caliente La prueba de vibración en caliente fue usada para evaluar adicionalmente la conveniencia de la placa de montaje de acuerdo con la presente invención como una placa de montaje para un dispositivo de control de contaminación de baja temperatura para motores a diesel. La prueba de vibración en caliente involucró hacer pasar el gas del escape a través de un elemento del dispositivo de control de contaminación montado en una placa de montaje en una caja metálica (denominada como montaje de prueba posteriormente en la presente) en tanto que simultáneamente se somete el montaje de convertidor a vibración mecánica suficiente para servir como una prueba de durabilidad acelerada. El montaje de prueba consistía de: (1) un monolito de cerámica cilidrico (11.8 cm (4.666 pulgadas)) de diámetro por (7.6 cm (3.0 pulgadas)) de longitud, que tiene 350 celdas/2.54 cm (1 pulgada) y espesor de pared de 0.14 mm (5.5 milésimas de pulgada) . (2) una placa de montaje descrita en los ejemplos o 27
ejemplos comparativos a continuación, arreglada de manera cilindrica entre el monolito y alojamiento de metal y (3) un alojamiento cilindrico en forma de lata que comprende acero inoxidable 409 que tiene un diámetro interior de aproximadamente 12.4 cm (4.88 pulgadas). Una mesa agitadora convencional (disponible comercialmente de Unholtz-Dickie Corp de allingford, Conn. /U. S .A. ) fue usada para proporcionar vibración al montaje de prueba. La - fuente de calor consistía de un quemador de gas natural capaz de proporcionar una temperatura de entrada del gas al convertidor de hasta 1000°C. El convertidor fue equipado con un termopar para medir la temperatura de interfase entre la superficie exterior del monolito y la superficie interna de la placa de montaje. La temperatura del gas del escape fue' sometida a ciclos (elevada y abatida repetidamente) para poner tensión extra sobre el material de la placa de montaje. Se llevó a cabo una etapa de acondicionamiento térmico de 15 horas antes de que se iniciara el segmento de agitación de la prueba. La etapa de acondicionamiento térmico consistía de 5 ciclos de dos horas a una temperatura elevada seleccionada, seguida por 1 hora a 50 °C. Durante el segmento de agitación de la prueba, se usó vibración tipo "seno aleatorio" para generar tensión adicional y simular el envejecimiento acelerado del montaje de prueba bajo condiciones de uso. En una primera etapa, la 28
vibración comenzó a un nivel de vibración de 1.75 g (en esta prueba de vibración, "g" representa la fuerza de la gravedad) en 0.1 g2 aleatorio (pico de aproximadamente 10 g) . La vibración fue proseguida por 3 horas a la temperatura elevada seleccionada y luego detenida. Se permite que el montaje de prueba se enfríe a 50 °C y es mantenido a esa temperatura por 1 hora adicional sin agitación. En una segunda etapa, el nivel de vibración fue luego duplicado (esto es, 3.5 g seno en 0.02 g2/hz aleatorio) a medida que el montaje de prueba fue calentado por 3 horas adicionales a aquella temperatura. Luego la vibración fue detenida por una segunda hora y enfriada y mantenida a 50°C. En una tercera etapa, los parámetros de vibración recién descritos fueron duplicados y se repitió el ciclo (que comprende 3 horas de agitación a la temperatura elevada seleccionada y 1 hora a 50 °c) . En una cuarta etapa, los parámetros de vibración fueron duplicados otra vez, para un total de 5 etapas, esto es, hasta que se obtienen parámetros de vibración que comprenden un seno de 28 g en 0.16 g2/hz aleatorio (pico de aproximadamente 61 g) . El montaje de prueba fue sometido adicionalmente al último conjunto de parámetros de vibración hasta que se notaron fallas del montaje de prueba o hasta que se alcanzan 14 ciclos a 28 g seno en 0.16 g2/hz aleatorio. Prueba de Compresión Cíclica El aparato de prueba para la prueba de compresión 29
cíclica consistía de: (a) un instrumento de prueba disponible comercialmente (comúnmente conocido como aparato de pruebas de tracción) que comprende una porción inferior fija y una porción superior movible separada de la porción inferior en la dirección vertical a una velocidad definida como la "velocidad transversal a la cabeza" y que lleva una celda de carga capaz de medir fuerzas de hasta 30 N ( TS™ Model Alliance RT/30, disponible de Material Test Systems, Cary, North Carolina) , (b) un primer tubo de cuarzo (50.8 mm de diámetro x 20 cm de largo) anexado de manera vertical a la porción inferior fija del instrumento, (c) un segundo tubo de cuarzo (50.8 mm de diámetro x 20 cm de largo) anexado de manera vertical a la celda de carga en la porción superior del instrumento, (d) un termopar que se extiende a través del tubo de cuarzo superior para hacer contacto con el montaje de prueba y (e) un horno calentado eléctricamente que tiene un forro de ladrillos que lleva un agujero tubular arreglado de tal manera que rodea íntimamente las porciones, de los dos tubos de cuarzo más cercanos entre sí . El montaje de prueba consistía de tres discos superpuestos uno sobre el otro: 30
(a) un disco de cuarzo más grande inferior (20.0 mm de espesor, 75 mm de diámetro) para soportar la muestra de prueba, (b) una muestra de prueba de una placa de montaje a ser> probada, que consiste de un disco pesado de la placa de montaje a ser probada, que tiene un diámetro de aproximadamente 51 mm (2 pulgadas) , (c) un disco de cuarzo superior más pequeño (12.5 mm de espesor, 51 mm de diámetro) localizado encima de la muestra de prueba. El montaje de prueba fue colocado entre el extremo superior del tubo de cuarzo inferior y el extremo inferior del tubo de cuarzo superior, de tal manera que los tres discos del montaje de prueba estaban arreglados verticalmente entre si. Dos distancias de separación fueron luego seleccionadas : (1) Separación 1 - una primera distancia más pequeña entre los dos discos de cuarzo, (2) Separación 2 - una segunda distancia más grande entre los dos discos de cuarzo. Las distancias de separación fueron seleccionadas de tal manera que la muestra de placa de montaje a ser probada tenía una densidad correspondiente con la densidad de montaje recomendada para un material dado en la "separación 31
1" más pequeña y en la "separación 2" más grande, una densidad de 10% por encima de la densidad en la "separación 1" más pequeña, estos parámetros son seleccionados en base a densidades de placa comúnmente encontradas cuando se usan placas de montaje bajo condiciones de uso reales. Asi, las dos distancias de separación seleccionadas fueron luego programadas en el instrumento, el horno fue cerrado alrededor del montaje de prueba y calentado y mantenido a 250 °C y finalmente el instrumento fue programado para moverse repetidamente de una distancia de separación a otra, incrementando y disminuyendo así repetidamente la presión sobre el disco de muestra localizado en el montaje de prueba entre los dos discos de cuarzo. La velocidad transversal de cabeza fue de 5.0 mm/minuto y no hubo esencialmente tiempo de estancia ya sea en las posiciones de "separación 1" o "separación 2" . La presión ejercida por el disco de muestra en cualquier tiempo dado fue registrada en unidades de Kilopascals (KPa) . El ciclo de compresión fue repetido 1000 veces . La presión ejercida por el disco de muestra al comienzo de la prueba (presión inicial) fue registrada, en tanto que el instrumento estaba en la ubicación de "separación 1" más pequeña del ciclo de compresión. La presión ejercida por el disco de muestra después de 1000 32
ciclos de compresión a 250°C (presión final) fue también registrada, otra vez en tanto que el instrumento estaba en la ubicación de "separación 1" más pequeña del ciclo de compresión. Estos dos números fueron comparados de la siguiente manera: (presión final/presión inicial) x 100% = por ciento de retención. Ejemplo 1 40 litros de fibra de vidrio S-2 de aproximadamente 9 µt? de diámetro promedio y 2.54 cm de longitud fueron obtenidos de Advanced Glassfiber Yarns LLC (AGY) . Las fibras estaban esencialmente libres de tornasolado. Las fibras de vidrio fueron abiertas en un Laroche Opener de dos zonas . La primera zona tenía una velocidad de alimentación de 2 m/minuto y una velocidad de rodillo Lickerin de 2,500 revoluciones/minuto. La segunda zona tenia una velocidad de alimentación de 4 metros/minuto y una velocidad de rodillo Lickerin de 2,500 revoluciones/minuto. La velocidad de salida fue de 6.5 m/minuto. Luego las fibras abiertas fueron alimentadas a una máquina formadora de tela convencional (disponible comercialmente bajo la designación comercial "Rando Webber" de Rando Machine Corp. de Macedón, N.Y. , en donde las fibras fueron sopladas sobre un rodillo de metal poroso para formar una tela continua. Luego la tela continua fue cosida sobre un 33
aparato mecánico de telares convencional. La velocidad de aguja fue de 100 ciclos/minuto y la velocidad de salida fue de 1.1 metros/minuto . El "peso/área" de la placa de montaje podría ser ajustado como se desee. En pruebas en donde el valor de "peso/área" influencia sustancialmente los resultados de prueba, este parámetro es indicado junto con los resultados de prueba. La composición de la placa de montaje del ejemplo 1 es resumida en la tabla 1 a continuació . La placa del ejemplo 1 fue probada de acuerdo con el método de RCFT descrito anteriormente bajo Métodos de Prueba. Se generó una familia de tres curvas de datos, que representan cada uno de tres ciclos. Las placas de montaje del ejemplo 1 mostraron una presión muy uniforme en el intervalo de temperatura examinado y proporcionó una presión bien por encima de la presión mínima (aproximadamente 40 KPa) necesaria para mantener el monolito de manera segura en su lugar. Los datos de RCFT para el ejemplo 1 son mostrados en la figura 2. En la figura 2, el eje de las X representa la escala de temperatura para la temperatura simulada del monolito y la temperatura simulada del forro. Para la temperatura del monolito, el intervalo de temperatura representado en la figura 1 fue de 20 a 300°C en la linea indicada con A" y de 300 (indicada por la línea "B" ) de regreso a 50°C. Para la temperatura de forro simulada, los 34
intervalos fueron respectivamente 20 a 100°C y 100°C a 25°C. El intervalo entre las líneas A y B representa un período de 15 minutos para los cuales la muestra fue mantenida a la temperatura máxima. El eje de las y representa la presión medida. La escala era de 0 a 500 KPa. Las curvas 1 a 3 representan los resultados del lo al 3er ciclo respectivamente . Una f erza de retención apropiada en todo el intervalo de temperatura probado fue encontrada como se puede ver en la figura 2. La placa del ejemplo 2 fue también sometida a la
Prueba de Vibración en Caliente como se describe anteriormente en los Métodos de Prueba. La prueba de vibración en caliente fue llevada a cabo a dos temperaturas; 300°C y 500°C respectivamente. A 300°C, la placa del ejemplo 1 no había fallado después de 72 horas. A 500 °C, el ejemplo 1 no había fallado después de 80 horas. Los resultados de la Prueba de Vibración en Caliente son resumidos a continuación en la tabla 2. Ejemplo 2 El ejemplo 2 fue preparado mediante el método descrito en el ejemplo 1, con la excepción de que se emplearon fibras de vidrio E (hebras de vidrio fragmentadas, diámetro 9 µt?, fragmentadas a una longitud de 25.4 mm (1 pulgada) disponibles de Advanced Glassfiber Yarns LLC (AGY) , Aiken, SC, U.S.A.) . La composición de la placa del ejemplo 2 35
es resumida en la tabla 1. Las pruebas en la placa del ejemplo 2 incluyen la Prueba de Compresión Cilindrica. Los resultados son resumidos en la tabla 3 y muestran que a las temperaturas del dispositivo de control de contaminación a diesel (esto es, temperatura de placa promedio de 250°C), la placa mantiene 8S.3% de su presión original después de 1000 ciclos de compresión. El ejemplo 2 también fue probado en RCFT usando las mismas condiciones como las usadas en el ejemplo 1. El ejemplo 2 mantuvo una fuerza de retención apropiada en todo el intervalo de temperatura. Ej emplo 3 Fibras de vidrio R (60% de Si02í 25% de Al203, 9% de CaO y 6% de MgO) que tienen un diámetro de aproximadamente 10 µ?t?, fragmentadas a una longitud de 36 rom, obtenidas de Saint-Gobain Vetrotex, fueron procesadas a una tela mediante el método descrito en el ejemplo 1. La composición de la placa del ejemplo 4 es resumida en la tabla 1. Las pruebas en la placa de vidrio R del ejemplo 3 incluyen la Prueba de Compresión Cíclica. Los resultados son resumidos en la tabla 3 a continuación y demuestran que a temperaturas del dispositivo de control de contaminación a diesel (esto es, temperatura de placa promedio de 250°C) , la placa mantiene 95.5% de su presión original después de 1000 36
ciclos de compresión. Adicionalmente, una prueba de RCFT fue llevada a cabo en la placa del ejemplo 3 de la misma manera como para la placa del ejemplo 1, excepto que el intervalo de temperatura simulado para el monolito fue de 25°C a 500 °C y 25 a 200°C para el forro. El ejemplo 3 mantuvo una fuerza de retención apropiada en todo el intervalo de temperatura. Ejemplo 4 Una placa de dos capas fue preparada mediante laminación de manera conjunta de dos capas preparadas separadamente. La primera capa comprendía vidrio R. La segunda capa comprendía vidrio E. Las dos capas fueron unidas mediante costura. La placa de montaje formada de esta manera tenía dos capas discretas de vidrio de diferentes composiciones. Las composiciones de la placa de dos capas del ejemplo 4 es resumido en la tabla 1. La placa de dos capas del ejemplo 4 fue sometida a la prueba RCFT usando las condiciones de temperatura del ejemplo 3. La placa de montaje del ejemplo 4 mantuvo una fuerza de retención apropiada en todo el intervalo de temperatura . Ej emplo 5 Una placa de dos capas fue preparada mediante laminación de manera conjunta de dos capas preparadas separadamente. La primera capa comprendía vidrio S-2. La 37
segunda capa comprendía vidrio E. Las dos capas fueron unidas mediante costura. La placa de montaje formada de esta manera tenía dos capas discretas de vidrio de diferentes composiciones. La composición de la placa del ejemplo 5 es resumido en la tabla 1. La placa del ejemplo 5 fue sometida a la Prueba de Compresión Cíclica. Los resultados son resumidos en la tabla 3 y demuestran que a temperaturas del convertidor a diesel (esto es, temperatura de placa promedio de 250 °C) , la placa mantiene 82.2% de su presión original después de 1000 ciclos de compresión. Ejemplo comparativo 1 El ejemplo comparativo 1 (Cl) consistía de una fibra no tejida, libre de aglutinante, fabricada de fibras de sílice Belcotex que tienen un diámetro de fibra de 9 mieras, obtenida de Belchem Fiber Materials GmbH, Brand-Erbisdorf, Alemania . Este material fue sometido a la Prueba de Accesorio en Condiciones Reales (RCFT) a una densidad de montaje de 0.4 g/cm3. Los intervalos de temperatura usados fueron los mismos como los usados en el ejemplo 3 anterior. Los resultados de prueba son mostrados en la figura 2 por la curva CI . La figura 3 muestra los resultados del tercer ciclo. La placa del ejemplo 1 fue sometida a las mismas condiciones como las usadas en la prueba de RCFT para la placa de este ejemplo 38
comparativo 1 y es mostrada como curva 1 en la figura 3. Se puede ver de la figura 3 que la placa del ejemplo comparativo 1 no mantiene una presión suficiente para mantener el monolito en su lugar bajo las condiciones simuladas, mientras que la placa del ejemplo 1 mantuvo una presión suficiente para mantener el monolito. Ej emplo comparativo 2 El ejemplo comparativo 2 (C2) consistía de una placa de fibra no tejida, libre de aglutinante, fabricada de fibras de sílice disponibles comercialmente bajo el nombre Silcosoft™ de BGF Industries en Altavista, Virginia. Las fibras en la placa tienen un diámetro promedio de 9 mieras. Este material fue sometido a la Prueba de Accesorio en Condiciones Reales (RCFT) usando las condiciones de temperatura simuladas del ejemplo comparativo 1 a una densidad de montaje de 0.4 y 0.45 g/cm3. Los resultados de prueba para el tercer ciclo son mostrados en la figura 3 como curva C2a (densidad de montaje 0.45 g/cm3) y C2b (densidad de montaje 0.40 g/cm3) y demuestran que la placa del ejemplo comparativo 2 tampoco mantiene presión suficiente para mantener el monolito en su lugar bajo condiciones que simulan esta encontrada con un motor a diesel. El eje de las y de la figura 3 representan la presión que tenía una escala de 0 a 600 KPa.
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Ej emplo comparativo 3 El ejemplo comparativo 3 (C3) consistía de una placa de montaje de dispositivo de control de la contaminación intumescente disponible comercialmente . Consiste de aproximadamente 55% de vermiculita sin expandir, aproximadamente 37% de fibra y aproximadamente 8% de aglutinante orgánico. Las fibras son fibras de alumina/sílice que contienen tornasolado, formadas por fusión, amorfas, que tienen un diámetro de aproximadamente 2 - 3 mieras, que tienen una longitud de más de 1.27 cm (0.5 pulgadas) . El ejemplo comparativo 3 fue probado de acuerdo con la Prueba de Vibración en Caliente a 300°C. La muestra falló después de 8 horas . Los resultados de la Prueba de Vibración en Caliente son resumidos en la tabla 2. El ejemplo comparativo 3 también fue probado en la Prueba de Compresión Cíclica. Los resultados son mostrados en la tabla 3 y demuestran que a temperaturas del dispositivo de control de contaminación a diesel (esto es, temperatura de placa promedio de 250°C) , la placa mantiene solo el 25.3% de su presión original después de 1000 ciclos de compresión, el cual es inaceptablemente bajo. El ejemplo comparativo 3 también fue probado en la prueba RCFT usando las condiciones de presión del ejemplo 1. Se nota una fuerza de retención inaceptablemente baja ya después del primer ciclo.
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Ejemplo comparativo 4 El ejemplo comparativo 4 (C4) consistía de una placa de montaje del dispositivo de control de contaminación intumescente de vermiculita reducida. Consiste aproximadamente de 37% de vermiculita sin expandir, aproximadamente 54% de fibra y aproximadamente 8% de aglutinante orgánico. Las fibras fueron las mismas como aquellas del ejemplo comparativo 3. El ejemplo comparativo 4 fue probado de acuerdo con la Prueba de Vibración en Caliente tanto a 300°C como a 500°C. La muestra falló después de 8 horas a 300°C y falló después de 18 horas a 500°C. Los resultados de la Prueba de Vibración en Caliente son resumidos en la tabla 2. Ejemplo comparativo 5 El ejemplo comparativo 5 (C5) consistía de una placa tendida en húmedo preparada a partir de fibras de silicato de alumina que contienen tornasolado, formadas por fusión, amorfas, disponibles como Kaowool Bulk Fibers de Thermal Ceramics, en Augusta, Georgia. Las fibras tienen un diámetro de 2 - 3 mieras y una longitud de aproximadamente 1.27 cm (0.5 pulgadas) . El ejemplo comparativo 5 fue probado de acuerdo con la Prueba de Compresión Cíclica descrita anteriormente en los Métodos de prueba y exhibía un por ciento de retención de 49.8% que es inaceptable para uso en un dispositivo de 41
control de contaminación para motores a diesel . Los resultados de la Prueba de Compresión Cíclica son resumidos en la tabla 3. Ejemplo comparativo 6 El ejemplo comparativo 6 (C6) consistía de "un material de placa no tejido libre de aglutinante" disponible comercialmente de Thermal Ceramics UK, Lmtd. , irrel, Merseyside, Inglaterra, como Papel Ultrafelt™ que tiene una densidad de 0.2 g/cm3 (12 libras/pie3) . La placa es una placa cosida de fibras de alúmina/sílice (47% de Al203 y 53% de Si02) . De acuerdo con la hoja de datos técnicos del fabricante de la placa, las fibras tendrían una longitud que es más larga que la usada comúnmente en la fabricación de papel. Esto indicaría que las fibras tendrían una longitud de más de 1.27 cm (0.5 pulgadas). El ejemplo comparativo 6 fue también probado de acuerdo con la Prueba de Compresión Cíclica descrita anteriormente en los Métodos de prueba y exhibía un por ciento de retención de 41.2% que es inaceptablemente bajo. Los resultados de la Prueba de Compresión Cíclica son resumidos en la tabla 3. Ej emplo comparativo 5 El ejemplo comparativo 7 (C7) consistía de una placa de montaje del dispositivo de control de contaminación no intumescente disponible comercialmente fabricado de fibras 42
de cerámica policristalinas de alto contenido de alúmina. Las fibras están esencialmente libres de tornasolado y tienen un diámetro promedio de 3 mieras. El ejemplo comparativo 7 fue también probado de acuerdo con la Prueba de Compresión Cíclica descrita anteriormente en los Métodos de prueba y exhibía un por ciento de retención de 81.1%. Los resultados de la Prueba de Compresión Cíclica son resumidos en la tabla 3. La fuerza de retención de estas fibras muy caras fue aceptable, pero no tan buena como la presente invención. Tabla 1: Resumen de composiciones de placas de montaje de acuerdo con la invención
Tabla 2: Resumen de resultados de la prueba de vibración en caliente Ej- Densidad Temp. Vibración No. Resultados montaje Pico pico (g2/Hz) Ciclos (°C) total 1 0.32 300 0.16 23 Sin fallas después 72 h 1 0.32 500 0.16 25 Sin fallas después 80 h C3 1.04 300 0.04 2 Falla después de 8 horas C4 0.81 300 0.04 2 Falla después de 8 horas C4 0.85 500 0.16 4 Falla después de 18 horas 43
Tabla 3: Resumen de resultados de prueba de compresión cíclica
Se hace constar que, con relación a esta fecha, mejor método conocido por la solicitante para llevar a práctica la citada invención, es el que resulta claro de presente descripción de la invención.