專利名稱：多層安裝墊和包含該多層安裝墊的污染控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于在污染控制裝置(例如催化轉化器、發(fā)動機排氣 過濾器等)中安裝污染控制元件的系統(tǒng)，具體地講，本發(fā)明涉及用于 安裝污染控制元件的墊，更具體地講，此類安裝墊具有多層。本發(fā)明 還涉及使用此類安裝墊的污染控制裝置和包括此類裝置的排氣系統(tǒng)。
背景技術：
污染控制裝置用于減少諸如，例如，用于機動車(例如汽車、船 舶和飛機，等)的內燃機之類的內燃機，發(fā)電機和類似設施的排氣系 統(tǒng)造成的大氣污染。兩個典型的此類污染控制裝置是催化轉化器和排 氣系統(tǒng)過濾器(例如柴油微粒過濾器)或捕集器。催化轉化器包含一 個或多個催化劑支架元件，這些元件通常為涂敷有所需催化劑材料的 單片結構。盡管也可使用金屬，該單片結構仍通常是陶瓷制成的。(一 種或者數(shù)種)催化劑氧化排氣中的一氧化碳和烴或還原排氣中的氮氧 化物。排氣系統(tǒng)過濾器通常包含蜂窩狀單片結構的，多孔晶體陶瓷材 料制成的過濾器濾芯。在達到當前最新技術發(fā)展水平的這些污染控制 裝置的構造中，它們的單片結構安裝在金屬外殼內。
保護性填料或安裝材料通常布置在污染控制元件(例如單片結構) 和金屬外殼之間，對污染控制元件提供，例如，針對路面震動和振動， 的保護，和防止排氣從污染控制元件和金屬外殼之間通過。使用陶瓷 單片結構時，此類安裝材料通常必需補償金屬外殼和陶瓷單片之間的 熱脹冷縮差。利用安裝材料將此單片結構安裝到外殼內的工藝被稱作 "罐裝"。此類安裝工藝包括將單片結構插入外殼并將糊劑注入單片 結構和金屬外殼之間的間隙。其它安裝工藝還包括將薄片材料或墊包 裹在單片結構周圍，將包裹后的單片結構插入外殼內并焊接閉合的外殼。用于形成常規(guī)安裝材料的組合物包括多種非膨脹型材料和膨脹型 材料。
本發(fā)明是對此類前污染控制元件安裝系統(tǒng)的改進。
發(fā)明內容
本發(fā)明可提供一種或多種用于將污染控制元件安裝到污染控制裝 置(例如，催化轉化器、發(fā)動機排氣過濾器，等)中的多層安裝墊、 包括此類多層墊的污染控制裝置、包括此類污染控制裝置的排氣系統(tǒng) 和制造此類多層墊、裝置和排氣系統(tǒng)的方法。
在一方面，本發(fā)明提供了用于將污染控制元件安裝到污染控制裝 置中的多層墊。該墊可包括至少一個包含陶瓷纖維和由相對的橫向邊 緣限定的寬度的非膨脹型材料層，和至少一個包含膨脹型材料和由相 對側橫向邊緣限定的寬度的膨脹型材料層。膨脹型材料層的寬度小于 非膨材料脹層的寬度。膨脹型材料層具有暴露的主表面是可取的。如 果該多層墊用于以相對高的溫度運行的污染控制裝置，膨脹型材料層 的暴露主表面朝向污染控制裝置的外殼并可與之直接接觸，使得非膨 脹型材料層位于膨脹型材料層和污染控制元件之間。通過這種方式， 非膨脹型材料層可隔離并保護膨脹型材料層不受該相對高的運行溫度 的影響。相比之下，在一些應用中，在污染控制裝置的運行溫度相對 較低的位置，膨脹型材料層朝向污染控制元件并可與之接觸，而且至 少部分非膨脹型材料層位于外殼和膨脹型材料層之間。在污染控制元
件產生的熱量沒有高到足以幾乎完全損害膨脹型材料層的膨脹伸展能 力時，后一實施例是可用的，但是在非膨脹型材料層位于污染控制元 件和膨脹型材料層之間時，污染控制元件達到的溫度不足以引起這種 膨脹伸展。
可將至少一個非膨脹型材料層和至少一個膨脹型材料層接合在一起。所述"至少一個非膨脹型材料層"可包含至少兩個非膨脹型材料 層；所述"至少一個膨脹型材料層"可包含至少兩個膨脹型材料層， 或同時"至少一個非膨脹型材料層"可包含至少兩個非膨脹型材料層 和"至少一個膨脹型材料層"可包含至少兩個膨脹型材料層。
至少兩個非膨脹型材料層的每一層的組成可以是不同的。例如， 一個非膨脹型材料層的彈性可以大于另外一個非膨脹型材料層的彈 性。至少兩個膨脹型材料層的每一層的組成可以是不同的，使得兩個 膨脹型材料層具有不同的膨脹、壓縮和/或腐蝕特性。
至少兩個非膨脹型材料層的每一層的寬度可以是不同的。還可預 期，至少兩個膨脹型材料層中的每一層的寬度可以是不同的。然而， 優(yōu)選地，每個膨脹型材料層的寬度均小于每個非膨脹型材料層的寬度。
在至少一個實施例中，至少一個非膨脹型材料層和至少一個膨脹
型材料層彼此相對布置，使得至少一個膨脹型材料層的兩條橫向邊緣 位于至少一個非膨脹型材料層的橫向邊緣以內。
在至少一個實施例中，至少一個非膨脹型材料層和至少一個膨脹
型材料層彼此相對布置，使得至少一個膨脹型材料層的一條橫向邊緣 和至少一個膨脹型材料層的一條橫向邊緣基本成一條直線，至少一個
膨脹型材料層的僅另外一條橫向邊緣位于至少一非膨脹型材料層的橫 向邊緣以內。
非膨脹型材料層的厚度可在約0.5mm至約20mm范圍內和堆 密度在約0.05g/cc至約0.4g/cc范圍內，膨脹型材料層的厚度可在約 0.5mm至約15mm范圍內和堆密度在約0.4g/cc至約0.75g/cc范圍內。在至少一個實施例中，多層墊還可包括含有陶瓷纖維的單層或多 層的非膨脹型材料帶。該帶可沿至少一個膨脹型材料層的橫向邊緣布 置。優(yōu)選地，該帶的寬度小于至少一個膨脹型材料層的寬度。還優(yōu)選 的是，非膨脹型材料帶和膨脹型材料層的組合寬度總計基本上等于非 膨脹型材料層的寬度。
還可預期，也可提供另一個含陶瓷纖維的單層或多層的非膨脹型 材料帶?？裳刂辽僖粋€膨脹型材料層的每個橫向邊緣布置一條非膨脹 型材料帶，其中每條帶的寬度均小于至少一個膨脹型材料層的寬度。 優(yōu)選的是，非膨脹型材料帶和膨脹型材料層的組合寬度總計基本上等 于非膨脹型材料層的寬度。
非膨脹型材料帶和至少一個膨脹型材料層可基本上是共平面的。
每條非膨脹型材料帶的長度可基本上等于至少一個膨脹型材料層 的長度。
每條非膨脹型材料帶的彈性可以大于非膨脹型材料層的彈性。作 為另外一種選擇，非膨脹型材料層的彈性可以大于任一條非膨脹型材 料的彈性。每條非膨脹型材料帶的厚度均可在約0.5mm至約20mm 范圍內和堆密度均可在約0.05g/cc至約0.4g/cc范圍內。非膨脹型材 料層的厚度可在約0.5mm至約20mm范圍內和堆密度在約0.05g/cc 至約0.4g/cc范圍內。膨脹型材料層的厚度可在約0.5mm至約15mm 范圍內和堆密度在約0.4g/cc至約0.75g/cc范圍內。
根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了污染控制裝置，該裝置包含具有內 壁的外殼、布置在外殼內，與外殼之間形成間隙的污染控制元件和諸 如上面討論的多層墊之一的多層墊。多層墊布置在所述間隙內，從而 將污染控制元件安裝在外殼內。根據(jù)至少一個實施例，該外殼的部分內壁可限定凹槽?？蓪|布 置在外殼內，使得僅至少部分的膨脹型材料層被安放在凹槽內。
根據(jù)至少一個實施例，該外殼的部分內壁限定了凹槽。墊的布置 可使至少部分的膨脹型材料層被安放在該凹槽內，并且膨脹型材料層 的橫向邊緣均不暴露于通過污染控制裝置的排氣。
根據(jù)至少一個實施例，該外殼的部分內壁限定了凹槽。墊的布置 使得膨脹型材料層被安放在該凹槽內，膨脹型材料層的一條橫向邊緣 暴露于通過污染控制裝置的排氣。
根據(jù)至少一個實施例，該外殼的部分內壁限定了凹槽。墊可布置 可使膨脹型材料層被安放在該凹槽內且不暴露于通過污染控制裝置的 排氣，和一條膨脹型材料帶暴露于通過污染控制裝置的排氣。
優(yōu)選的是，將非膨脹型材料層布置成與污染控制元件相鄰。
非膨脹型材料層可與污染控制元件接觸。
膨脹型材料層可被布置成與外殼的內壁相鄰。
根據(jù)至少一個實施例，可幾乎完全防止膨脹型材料層的至少一條 橫向邊緣暴露于通過污染控制裝置的排氣。
污染控制裝置可包含催化轉化器或排氣系統(tǒng)過濾器。
根據(jù)第三方面，本發(fā)明提供了用于內燃機的排氣系統(tǒng)。該排氣系 統(tǒng)包含根據(jù)上面討論的任一實施例構造的污染控制裝置。
圖1是根據(jù)第一實施例構造的墊的示意性剖視圖2是圖1所示墊的示意性俯視圖3是包括圖1所示墊的催化轉化器分解透視圖4是包括圖1所示墊的催化轉化器示意性剖視圖4A是催化轉化器示意性剖視圖，其中包括帶有凹槽和根據(jù)第
三實施例形成的多層墊的金屬外殼；
圖5是包括根據(jù)第四實施例形成的多層墊的催化轉化器示意性
剖視圖5A是包括根據(jù)第五實施例形成的多層墊的催化轉化器示意性 剖視圖6是根據(jù)第六實施例形成的多層墊示意性剖視圖； 圖7是包括圖6所示墊的催化轉化器示意性剖視圖； 圖8是根據(jù)第七實施例形成的多層墊示意性剖視圖； 圖9是包括圖8所示墊的催化轉化器示意性剖視圖； 圖10是包括根據(jù)第八實施例形成的多層墊的催化轉化器示意性 剖視圖11是根據(jù)第九實施例形成的多層墊的示意性剖視圖； 圖12是包括圖11所示墊的催化轉化器示意性剖視圖；以及 圖13是包括根據(jù)第二實施例形成的多層墊的催化轉化器示意性 剖視圖。
具體實施例方式
圖1和圖2示出了根據(jù)第一實施例構造的多層墊10。如同下文 的討論所示，所述墊10可用于在污染控制裝置中安裝污染控制元件。 墊10包括包含合適陶瓷或其它無機纖維的非膨脹型材料層12，并具 有由相對的橫向邊緣14和16限定的寬度W,和長度L,。墊10另 外包括包含膨脹型材料的膨脹型材料層20，并具有由相對的橫向邊緣 22和24限定的寬度W2和長度L2。在圖示的實施例中，膨脹型材 料層20的寬度W2小于非膨脹型材料層12的寬度WlQ此外，相 對于非膨脹型材料層布置膨脹型材料層20，從而它的兩條橫向邊緣22和24被布置在非膨脹型材料層12的兩條橫向邊緣14和16 以內。如圖1所示，膨脹型材料層20包含暴露的主表面20A,該主 表面具有由其寬度W2與其長度L2相乘限定的面積。該主表面20A 也限定墊10的最外層。
如上文所述，墊10可用于將污染控制元件安裝到污染控制裝置 內。例如，墊10可用于安裝包含催化劑支架元件40的污染控制元 件，在圖示的實施例中，所述污染控制元件包含位于金屬外殼50內 涂敷有催化劑材料的單片結構，參見圖3和圖4。參見圖3，催化劑 支架元件40、墊10和金屬外殼50限定了催化轉化器60。金屬外 殼50擁有入口 52和出口 54，排氣通過這兩個出入口流入和流出催 化轉化器60。金屬外殼50可由一種或多種金屬、金屬合金或諸如不 銹鋼或奧氏體鋼之類的中間組合物制成。
優(yōu)選地，選擇彈性較大的非膨脹型材料層12，從而一旦將墊10 和催化劑支撐架元件40安裝在金屬外殼50中，非膨脹型材料層12 的外部18A和18B就填塞外殼50的內壁和支持元件40之間的間 隙G，至少填塞密封區(qū)域As，參見圖4，從而密封間隙G和保護膨 脹型材料層20的橫向邊緣22與24。處于環(huán)境溫度或較高運行溫度 時，外部18A和18B彈性地填塞間隙G。換句話講，無論間隙G 是處于其最小值(即在環(huán)境溫度時)，還是處于其最大值(即在最高 運行溫度時)，至少非膨脹型材料層12的外部18A和18B的彈性 均足以施加足夠的密封間隙G和保護膨脹型材料層20的壓力。希望 在污染控制裝置的預期壽命內至少這些外部18A和18B也是耐用 的，足以經受得住間隙G在其最小值和最大值之間的循環(huán)。優(yōu)選的是 整個非膨脹型材料層12都表現(xiàn)出這種程度的彈性和耐久性。
從而，幾乎完全防止膨脹型材料層橫向邊緣22和24暴露于流 經催化轉化器60的排氣，尤其是高溫排氣。催化轉化器60經歷高 運行溫度時，膨脹型材料層20暴露于高溫排氣可損害層20，尤其是沿暴露表面的膨脹型材料(即膨脹特性)。隨著越來越多地暴露于流 動排氣，這種損害可加劇膨脹型材料層20的腐蝕。例如，當暴露于
超過約75(TC的溫度時，可用于形成一些膨脹型材料層20整體組成 部分的蛭石可失去其膨脹特性。因此，如果膨脹型材料層20暴露于 這種損害性高溫，層20的受損部分就可能不能充分膨脹并以足以防 止層20腐蝕的安裝力填充間隙G。即使暴露于低于這種損害性高溫 的排氣，排氣仍會引起層20腐蝕。通過非膨脹型材料層12外部18A 和18B隔離膨脹型材料層20或防止其暴露于排氣，同時通過非膨脹 型材料層12使膨脹型材料層20與元件40輻射的高溫隔離，因此， 膨脹型材料層20不太可能失去其隨金屬外殼50膨脹而膨脹的能 力，外殼膨脹的原因是使用催化轉化器60期間的溫度升高。由于一 些膨脹型材料較一些非膨脹型材料便宜，所以這一實施例可以提供比 主要由(一種或者數(shù)種)非膨脹型材料制成的墊成本更低的墊，且仍 可以在使用催化轉化器60期間以合適的方式將催化劑支持元件40 堅固地支持在催化轉化器金屬外殼50內。
除了可以相互不固定外，可以利用諸如，例如，粘結、針式接合、 縫合、條帶包扎、附著或共成形之類的方法使膨脹型材料層20與非 膨脹型材料層12接合或可以使限定層12和20的材料相鄰部分 機械互連。
盡管圖1和圖2示出的墊10僅含兩層，但可提供一個或多個 附加的膨脹型材料層和/或提供一個或多個附加的非膨脹型材料層。不 同的膨脹型材料層可具有諸如不同的膨脹、壓縮和/或腐蝕特性之類的 不同屬性。不同的非膨脹型材料層也可具有諸如不同的彈性值和/或最 高溫度限值之類的不同特性。根據(jù)第一實施例構造的多層墊的另外一 個實例包括按下列次序排列的層膨脹型材料/非膨脹型材料/膨脹型材 料/非膨脹型材料。
在用于本文時，術語"膨脹型材料層"指除了僅由其熱膨脹系數(shù)引起的膨脹以外，還可以用加入諸如蛭石、可膨脹石墨、云母和類似 材料的膨脹型材料的方法膨脹伸展的層。通常，需要保護此類層，以 免發(fā)生暴露于高溫排氣引起腐蝕。
在用于本文時，術語"非膨脹型材料層"指極少或沒有表現(xiàn)出膨 脹性伸展的層。也就是說，熱暴露引起的絕大多數(shù)或所有的層膨脹是 其熱膨脹系數(shù)的結果。非膨脹型材料的實例包括，但不限于，陶瓷和 其它無機纖維。
可用于制備非膨脹型材料層12的大體上是彈性的非膨脹型材料 具體實例包括可從3M Company (St.Paul， MN)以商品名"INTERAM 1000HT"、 "INTERAM 1100HT"、 "INTERAM 1101HT"、 "INTERAM 1200NC"、 "INTERAM 1500HT"、 "INTERAM 1535HT"、 "INTERAM 1550HT" 、 "INTERAM 1600HT"和"INTERAM 1600HTE"商購獲 得的材料?？捎糜谥苽渑蛎浶筒牧蠈?0的膨脹型材料具體實例包括 可從3M Company (StPaul, MN)以商品名"INTERAM 100"、 "INTERAM 200" 、 "INTERAM 550" 、 "INTERAM 2000LT"、 "INTERAM X-D " 、 " INTERAM 1M " 、 " INTERAM 1S " 、 " INTERAM 570NC"禾卩"INTERAM 600NC"商購獲得的材料。
催化轉化器60使用墊10和包括位于外殼50內壁和支持元件 40之間等于約3mm的間隙G，參見圖4，所述墊10包括由 "INTERAM 1100HT"或"INTERAM 1535HT"制備的彈性非膨脹型 材料層12、由"INTERAM 550"或"INTERAM 1M"制備的膨脹型材 料層20，相信彈性非膨脹型材料層12可以具有約750g/m2的最小 基重，膨脹型材料層20可以具有約675g/m2的最小基重，和其中在 間隙G的安裝區(qū)域AM非膨脹型材料層12和膨脹型材料層20的 總密度等于約0.475g/cc，而在間隙G的密封區(qū)域AS非膨脹型材料 層12的外部18A和18B的密度等于約0.25g/cc。在間隙等于約 4mm時，相信彈性非膨脹型材料層12可以具有約1000g/m2的最小
15基重，膨脹型材料層20可以具有約900g/m2的最小基重，和其中在 間隙G的安裝區(qū)域AM非膨脹型材料層12和膨脹型材料層20的 總密度等于約0.475 g/cc和在間隙G的密封區(qū)域As非膨脹型材料 層12的外部18A和18B的密度等于約0.25g/cc。在間隙等于約 6mm時，相信彈性非膨脹型材料層12可以具有約1500g/m2的最小 基重，膨脹型材料層20可以具有約1350g/m2的最小基重，和其中 在間隙G的安裝區(qū)域AM非膨脹型材料層12和膨脹型材料層20 的總密度等于約0.475g/cc和在間隙G的密封區(qū)域As非膨脹型材 料層12的外部18A和18B的密度等于約0.25g/cc。在間隙等于約 8mm時，相信彈性非膨脹型材料層12可以具有約2000g/m2的最小 基重，膨脹型材料層20可以具有約1800g/m2的最小基重，和其中 在間隙G的安裝區(qū)域AM非膨脹型材料層12和膨脹型材料層20 的總密度等于約0.475g/cc和在間隙G的密封區(qū)域As非膨脹型材 料層12的外部18A和18B的密度等于約0.25g/cc。在上面列出的 每一個預測性實例中，在同時布置有膨脹型材料層20和非膨脹型材 料層12的間隙G安裝區(qū)域AM，相信膨脹型材料層20將填充約 25%的間隙，而非膨脹型材料層12將填充約75%的間隙。相信如 果位于間隙G密封區(qū)域As的非膨脹型材料層12的外部18A和 18B具有約0.25g/cc的最低密度，就可以可接受的方式防止膨脹型材 料層20暴露于排氣。
可預期，圖1-2示出的墊10也可用于低溫應用。圖13示出了 根據(jù)第二實施例構造的這樣的多層墊710。墊710包括包含有陶瓷纖 維的非膨脹型材料層712，并具有由相對的橫向邊緣714和716限 定的寬度和長度墊710還包括包含有膨脹型材料的膨脹型 材料層720，并具有由相對的橫向邊緣722和724限定的寬度W2 和長度L2。在圖示的實施例中，膨脹型材料層720的寬度W2小于 非膨脹型材料層712的寬度此外，膨脹型材料層720相對于非 膨脹型材料層布置，使得其兩條橫向邊緣722和724被布置在非膨 脹型材料層712的兩條橫向邊緣714和716以內。如圖13所示，膨脹型材料層720包含暴露的主表面720A，該主表面具有由其寬度 W2與其長度L2相乘限定的面積。主表面720A也限定墊710的最 內層。
如圖13所示，墊710的布置允許將諸如催化劑支持元件40之 類的污染控制元件安裝到金屬外殼50內。催化劑支持元件40、墊 710和金屬外殼50限定了催化轉化器760。
優(yōu)選地，選擇大體上彈性的非膨脹型材料層712，從而一旦將墊 710和催化劑支持元件40安裝到金屬外殼50內，非膨脹型材料層 712的外部718A和718B就在外殼50的內壁和支持元件40之間 的間隙G密封區(qū)域As內膨脹，該膨脹足以在間隙G隨溫度升高而 擴大時密封膨脹型材料層720的橫向邊緣722和724。因而，當處 于環(huán)境溫度或較高運行溫度時，外部718A和718B繼續(xù)填塞間隙 G。換句話講，無論間隙G是處于其最小值(即，在環(huán)境溫度時)， 還是處于其最大值(即，在最高的運行溫度時)，至少非膨脹型材料 層712的外部718A和718B的彈性足以施加足夠的密封間隙G 和保護膨脹型材料層720的壓力。希望在污染控制裝置的預期壽命期 間至少這些外部718A和718B也是耐用的，足以經受得住間隙G 在其最小值和最大值之間的循環(huán)?？梢詢?yōu)選的使整個非膨脹型材料層 712都表現(xiàn)出這種程度的彈性和耐久性。因此，幾乎完全防止膨脹型 材料層橫向邊緣722和724暴露于流經催化轉化器760的高溫或 低溫排氣。
在圖3-4的污染控制裝置60中，膨脹型材料層20形成墊10 的最外層。因此，在用于將污染控制元件安裝到高溫運行的污染控制 裝置中時墊10是有利的，它使膨脹型材料層20面向污染控制裝置 的金屬外殼并與之接觸。其結果是，當暴露于高溫時，有效地將熱能 從膨脹型材料層20傳遞輸給金屬外殼，幫助防止膨脹型材料層20 過熱。非膨脹型材料層12還防止膨脹型材料層20經歷元件40輻射形成的高溫。圖13所示的污染控制裝置760中，膨脹型材料層
720形成了墊710的最內層。因此，在用于將諸如元件40之類的污 染控制元件安裝在運行溫度相對較低的污染控制裝置中時，墊710是 有利的，它使膨脹型材料層720面向污染控制元件并與之接觸，從而 膨脹型材料層720接受到足以使層720膨脹伸展到所需程度的熱
在第三實施例中類似的附圖標號表示類似的元件，在該實施例中 墊10A用于在金屬外殼150內支承和安裝支持元件40，以此限定催 化轉化器180，參見圖4A。金屬外殼150是軋制成形的或以其它方 式成形的，從而包含凹槽150A，在圖示的實施例中，該凹槽150A環(huán) 繞整個外殼150伸展。通過在外殼150內形成凹槽150A的方法， 外殼剛度增大。在X和Z-方向為外殼凹槽150A成形，從而限定凹 穴，按照接納膨脹型材料層20的要求決定所述凹穴的尺寸和按照幾 乎完全防止膨脹型材料層橫向邊緣22和24暴露于通過催化轉化器 180的排氣的要求決定所述凹穴的形狀。由于間隙GA不能容納膨脹 型材料層20和非膨脹型材料層13 二者的厚度，因此在間隙隨溫度 升高擴大時，層13無需膨脹到充分填充間隙Ga。其結果是，在圏4A 的實施例中，制備非膨脹型材料層13的材料彈性可以小于用于制備 圖4實施例的非膨脹型材料層12的材料彈性。例如，非膨脹型材料 層13可由從3M Company (St.Paul， MN)以商品名"INTERAM 900HT"商購獲得的材料制備。
圖5示出根據(jù)第四實施例構造的多層墊70，其中類似的附圖標 號表示類似的元件。墊70包括含有陶瓷纖維的非膨脹型材料層12， 并具有由相對的橫向邊緣14和16限定的寬度W,和長度Lp墊 10還包括含有膨脹型材料的膨脹型材料層72，并具有由相對的橫向 邊緣74和76限定的寬度W3和基本上等于非膨脹型材料層12長 度"的長度。在圖示的實施例中，膨脹型材料層72的寬度W3小 于非膨脹型材料層12的寬度Wi。此外，膨脹型材料層72相對于非膨脹型材料層12布置，使得橫向邊緣74布置在非膨脹型材料層12
的兩條橫向邊緣14和16以內，橫向邊緣76與橫向邊緣16基本 成一條直線。
在圖5中，在金屬外殼50內提供示出的墊70，從而支承和安 裝金屬外殼50內的催化劑支持元件40。墊70、金屬外殼50和支 持元件40限定了催化轉化器80。如圖5所示，排氣從左到右流經 催化轉化器80。
優(yōu)選地，選擇大體上彈性的非膨脹型材料層12用于催化轉化器 S0，從而一旦將墊70和催化劑支持元件40布置在金屬外殼50，非 膨脹型材料層12的外部或暴露部分18A就填塞間隙G，密封并保 護膨脹型材料層72的橫向邊緣74。因而，幾乎完全防止膨脹型材料 層橫向邊緣74直接暴露于流經催化轉化器80的高溫排氣。應該說 明的是，在圖5的實施例中，膨脹型材料層72的另外一條橫向邊緣 76沒有被非膨脹型材料層12密封。然而，由于橫向邊緣76沒有直 接暴露于流入的排氣，所以在一些諸如，例如，大體上呈圓形外殼設 計的催化轉化器設計中，橫向邊緣76的膨脹型材料損耗可能極小或 不存在。
可以利用與上文列出的用于制備圖1的實施例中層12的相同 的材料之一制備非膨脹型材料層12。可以利用與上文列出的用于制備 圖1的實施例中層20的相同的材料之一制備膨脹型材料層72
在圖5的實施例中，示出的膨脹型材料層72被布置成與催化轉 化器的金屬外殼50相鄰。但是，在諸如低溫應用之類的一些應用中， 膨脹型材料層72可被布置成與催化劑支持元件40相鄰。
在第五實施例中類似的附圖標號表示類似的元件，在該實施例中 墊170用于在金屬外殼250內支承和安裝支持元件40，從而限定催化轉化器280，參見圖5A。金屬外殼250的成形使之包括凹槽 250A,在圖示實施例中，該凹槽環(huán)繞整個外殼250伸展。沿X和Z-方向使外殼凹槽250A成型，從而接納膨脹型材料層72并幾乎完全 防止膨脹型材料層的橫向邊緣74暴露于流經催化轉化器280的排 氣。因此，幾乎完全防止膨脹型材料層橫向邊緣74直接暴露于流經 催化轉化器280的流入高溫排氣。應該說明的是在圖5A的實施例 中，沒有利用非膨脹型材料層13密封膨脹型材料層72的橫向邊緣 76。然而，由于沒有將橫向邊緣76布置在排氣的流入通道中，所以 在一些催化轉化器的外殼設計中橫向邊緣76的膨脹型材料的損耗可 能極小。還應該說明的是由于非膨脹型材料層13幾乎完全不需要為 了防止膨脹型材料層72的橫向邊緣74和76暴露于排氣而在Z-方向膨脹，因此用于制備圖5A的實施例非膨脹型材料層13的材料 彈性可以小于用于制備圖5的實施例非膨脹型材料層12的材料彈 性。例如，可以利用與上文列出的用于制備圖4A的實施例非膨脹型 材料層13相同的非膨脹型材料制備非膨脹型材料層13。
圖6示出根據(jù)第六實施例構造的多層墊90，其中類似的附圖標 號表示類似的元件。墊90包括含有陶瓷纖維的內部非膨脹型材料層 13，并具有由相對的橫向邊緣14和16限定的寬度W\和長度Llt) 墊10還包括含有膨脹型材料的膨脹型材料層20，并具有由相對的橫 向邊緣22和24限定的寬度W2和基本上等于非膨脹型材料層13 長度"的長度。在圖示的實施例中，膨脹型材料層20的寬度W2小 于非膨脹型材料層13的寬度Wp而且，相對于非膨脹型材料層13 布置膨脹型材料層20，將其橫向邊緣22和24布置在非膨脹型材料 層13的兩條橫向邊緣14和16以內。
多層墊90另外分別包括由非膨脹型材料制備的第一帶92和第 二帶94。第一非膨脹型材料帶92布置在非膨脹型材料層13的第一 外部18A上，第二非膨脹型材料帶94布置在非膨脹型材料層13的 第二外部18B上。第一非膨脹型材料帶92具有寬度W4和長度基本上等于內部非膨脹型材料層13和膨脹型材料層20的長度。第二非
膨脹型材料帶94具有寬度W5和長度基本上等于內部非膨脹型材料 層13和膨脹型材料層20的長度。在圖示的實施例中，膨脹型材料 層20的寬度W2、第一非膨脹型材料帶92的寬度W4和第二非膨 脹型材料帶94的寬度W5的總和基本上等于內部非膨脹型材料層 13的寬度W1(>
在圖7中，在金屬外殼50內提供示出的墊90，從而將催化劑 支持元件40支承和安裝金屬外殼50內。墊90、外殼50和支持元 件40限定了催化轉化器380。
優(yōu)選地，在用于催化轉化器380時，利用大體上彈性的非膨脹型 材料制備非膨脹型材料帶92和94，從而一旦將墊90和催化劑支持 元件40布置于金屬外殼50內，帶92和94就在位于外殼50內 壁和支持元件40之間的間隙G密封區(qū)域As內膨脹，參見圖7，該 膨脹足以在間隙G隨溫度升高而擴大時密封膨脹型材料層20的橫 向邊緣22和24。換句話講，無論間隙G是處于其最小值(即，在 環(huán)境溫度時)，還是處于其最大值(即，在最高運行溫度時)，至少 非膨脹型材料帶92和94是彈性的，足以施加密封間隙G和保護膨 脹型材料層的橫向邊緣22和24的足夠壓力。希望在污染控制裝置 的預期壽命內至少這些帶92和94是耐用的，足以經受得住間隙G 在其最小值和最大值之間的循環(huán)。優(yōu)選的是非膨脹型材料層13也表
現(xiàn)出這種程度的彈性和耐久性。從而，幾乎完全防止膨脹型材料層橫 向邊緣22和24暴露于流經催化轉化器380的高溫排氣。應該說明 的是制備內部非膨脹型材料層13的材料彈性可以小于非膨脹型材料 帶92和94的材料彈性。通常，彈性較小的非膨脹型材料比彈性較 大的非膨脹型材料便宜。例如，可利用與上文列出的用于制備圖1的 實施例中層12的相同的非膨脹型材料之一制備非膨脹型材料帶92 和94?？衫门c上文列出的，用于制備圖1的實施例中膨脹型材料 層20的相同膨脹型材料之一制備膨脹型材料層72?？衫门c上文列出的，用于制備圖4A的實施例中非膨脹型材料層13的相同的非膨 脹型材料層材料制備非膨脹型材料層13。
也可預期，可利用彈性較小的非膨脹型材料制備非膨脹型材料帶
92和94，同時可利用彈性較大的非膨脹型材料層材料制備非膨脹型 材料層13。在此實施例中， 一旦將墊和催化劑支持元件40布置到金 屬外殼50內，非膨脹型材料層13就提供密封位于外殼50的內壁 和支持元件40之間的間隙G密封區(qū)域As必需的彈性，從而在污染 控制裝置處于低和高運行溫度期間保護膨脹型材料層20的橫向邊緣 22禾卩24。
催化轉化器380包括墊90和包括位于外殼50的內壁和支持 元件40之間約等于3mm的間隙G，參見圖7，所述墊90包含利 用"INTERAM 900HT"制備的非膨脹型材料層13、利用"INTERAM 100"或"INTERAM 550"制備的膨脹型材料層20和利用"INTERAM IIOOHT"、 "INTERAM 1101HT"、 "INTERAM 1535HT"或"INTERAM 1600HTE"制備的非膨脹型材料帶92和94，在所述催化轉化器380 中，相信非膨脹型材料層13可具有約750g/m2的最小基重，膨脹型 材料層20可具有約1550 g/m2的最小基重，每條非膨脹型材料帶92 和94可均具有約450g/m2的最小基重，其中在間隙G的安裝區(qū)域 AM非膨脹型材料層13和膨脹型材料層20的總壓縮密度為約 0.77g/cc和在間隙G的每個密封區(qū)域非膨脹型材料層13和非膨脹 型材料帶92或94的總壓縮密度均等于約0.40g/cc。在間隙等于約 4mm時，相信非膨脹型材料層13可具有約1020g/m2的最小基重， 膨脹型材料層20可具有約2100 g/m2的最小基重，而非膨脹型材料 帶92和94可分別具有約600g/m2的最小基重，其中在間隙G的 安裝區(qū)域AM非膨脹型材料層13和膨脹型材料層20的總壓縮密度 為約0.77g/cc和在間隙G的每個密封區(qū)域As非膨脹型材料層13 和非膨脹型材料帶92或94的總壓縮密度均等于約0.40g/cc。在間 隙等于約6mm時，相信非膨脹型材料層13可具有約1435g/m2的最小基重，非膨脹型材料層20可具有約3100g/m2的最小基重，每 條非膨脹型材料帶92和94均可具有約900g/m2的最小基重，其中 在間隙G的安裝區(qū)域AM非膨脹型材料層13和膨脹型材料層20 的總壓縮密度為約0.77g/cc和在間隙G的每個密封區(qū)域As非膨脹 型材料層13和非膨脹型材料帶92或94的總壓縮密度均等于約 0.40g/cc。在間隙等于約8mm時，相信非膨脹型材料層13可具有約 2000g/m2的最小基重，膨脹型材料層20可具有約4695g/m2的最小 基重，和非膨脹型材料帶92和94各自可具有約1200g/m2的最小 基重，其中在間隙G的安裝區(qū)域AM非膨脹型材料層13和膨脹型 材料層20的總壓縮密度為約0.77g/cc和在間隙G的每個密封區(qū)域 As非膨脹型材料層13和非膨脹型材料帶92或94的總壓縮密度均 等于約0.40g/cc。在上面列出的每一個預測性實例中，在布置有膨脹 型材料層20和非膨脹型材料層13的間隙G安裝區(qū)域AM，相信膨 脹型材料層20將填充約60%的間隙G，和非膨脹型材料層13將 填充約40%的間隙。在上面列出的每一個預測性實例中，在布置有非 膨脹型材料層13和非膨脹型材料帶92或94的間隙G密封區(qū)域 As，相信非膨脹型材料層13將填充約60%的間隙，和非膨脹型材 料帶92或94將填充約40%的間隙G。
在圖7的實施例中，示出的膨脹型材料層20被布置成與催化轉 化器的金屬外殼50相鄰。但是，在諸如低溫應用之類的一些應用中， 可將膨脹型材料層20布置成與催化劑支持元件40相鄰。在這類實 施例中，非膨脹型材料帶92和94還可被布置成與催化劑支持元件 40相鄰。
圖8示出根據(jù)第七實施例構造的多層墊100，其中類似的附圖標 號表示類似的元件。墊100包括含有陶瓷纖維的內部非膨脹型材料層 13，并具有由相對的橫向邊緣14和16限定的寬度和長度Lj。 墊100還包括含有膨脹型材料的膨脹型材料層72，并具有由相對的 橫向邊緣74和76限定的寬度W3和基本上等于非膨脹型材料層200680042975.4 13長度M的長度。在圖示的實施例中，膨脹型材料層72的寬度W3
小于非膨脹型材料層13的寬度W^此外，相對于非膨脹型材料層13 布置膨脹型材料層72，將橫向邊緣74布置在非膨脹型材料層13的 兩條橫向邊緣14和16以內，橫向邊緣76與橫向邊緣16基本成
一條直線。
多層墊100另外包括利用非膨脹型材料制備的帶102。非膨脹型 材料帶102被布置在非膨脹型材料層13第一外部18A上方。非膨 脹型材料帶102具有寬度W4和基本上等于內部非膨脹型材料層13 長度"的長度。在圖示的實施例中，膨脹型材料層72的寬度W3和 非膨脹型材料帶102的寬度W4總和基本上等于內部非膨脹型材料 層13的寬度Wj。
在圖9中，在金屬外殼50內提供示出的墊100，從而支承和安 裝位于催化劑金屬外殼50內的支持元件40。墊100、金屬外殼50 和支持元件40限定了催化轉化器480。
在催化轉化器480中，可利用大體上彈性的非膨脹型材料制備非 膨脹型材料帶102，從而一旦將墊100和催化劑支持元件40布置于 金屬外殼50內，非膨脹型材料帶102就在位于外殼50的內壁和支 持元件40之間的間隙G密封區(qū)域As內膨脹，參見圖9，該膨脹足 以在間隙G隨溫度升高而擴大時密封膨脹型材料層72的橫向邊緣 74。換句話講，無論間隙G是處于其最小值(即，在環(huán)境溫度時)， 還是處于其最大值(即，在最高運行溫度時)，至少非膨脹型材料帶102
的彈性足以施加足夠的密封間隙G和保護膨脹型材料層72橫向邊 緣74的壓力。希望在污染控制裝置的預期壽命內至少非膨脹型材料 帶102是耐用的，足以經受得住間隙G在其最小值和最大值之間的 循環(huán)。優(yōu)選的是非膨脹型材料層13也表現(xiàn)出這種程度的彈性和耐久 性。因此，幾乎完全防止膨脹型材料層橫向邊緣74直接暴露于流經 催化轉化器480的高溫排氣。應該說明的是，制備內部非膨脹型材料
24層13的材料彈性可以小于非膨脹型材料帶102的材料彈性。例如， 可利用與上文列出的，用于制備圖1的實施例中層12的相同的材料 之一制備非膨脹型材料帶102?？衫门c上文列出的，用于制備圖1
的實施例中膨脹型材料層20的相同的材料之一制備膨脹型材料層 72?？衫门c上文列出的，用于制備圖4A的實施例中非膨脹型材料 層13的相同的非膨脹型材料制備非膨脹型材料層13
應該說明的是在圖9的實施例中，非膨脹型材料層13沒有密封 膨脹型材料層72的橫向邊緣76。然而，由于橫向邊緣76沒有布置 在排氣的流入通道中，所以在一些催化轉化器的設計中，橫向邊緣76 的膨脹型材料損耗可能極小。
在圖9的實施例中，出示的膨脹型材料層72被布置成與催化轉 化器的金屬外殼50相鄰。但是，在諸如低溫應用之類的一些應用中， 膨脹型材料層72可被布置成與催化劑支持元件40相鄰。在這類實 施例中，非膨脹型材料帶102還可被布置成與催化劑支持元件40相 鄰。
圖10示出根據(jù)第八實施例構造的多層墊110，其中類似的附圖 標號表示類似的元件。墊110與圖8和圖9出示的墊100類似， 不同的是膨脹型材料層112的寬度W6小于圖8的實施例中膨脹型 材料層72的寬度W3。膨脹型材料層112具有橫向邊緣114和 116。如圖10所示，膨脹型材料層112限定了最外層并被布置成與 非膨脹型材料層13相鄰。
墊110用于在金屬外殼550中支承并安裝支持元件40，從而限 定催化轉化器580，參見圖10。金屬外殼550的成形包括凹槽550A， 在圖示的實施例中，該凹槽環(huán)繞整個外殼550的周邊伸展。外殼凹槽 550A在X和Z-方向成型，從而接納膨脹型材料層112并幾乎完全 防止膨脹型材料層的橫向邊緣116暴露于流經催化轉化器580的排氣，如圖10所示，所述排氣在從左到右的方向流動。因此，幾乎完 全防止膨脹型材料層橫向邊緣116暴露于流經化器580的高溫排 氣。
如圖8的實施例所示，在用于催化轉化器580時，利用大體上 彈性的非膨脹型材料制備非膨脹型材料帶102，從而一旦將墊110， 和催化劑支持元件40布置在金屬外殼550內，帶102就在支持元 件40和外殼550內壁之間的間隙內膨脹，該膨脹足以在間隙隨溫度 升高而擴大時，密封膨脹型材料層112的橫向邊緣114。換句話講， 無論間隙G是處于其最小值(即，在環(huán)境溫度時)，還是處于其最大 值(即，在最高運行溫度時)，至少非膨脹型材料帶102是彈性的， 足以施加足夠的密封間隙G并保護膨脹型材料層112橫向邊緣114 的壓力。希望在污染控制裝置的預期壽命內至少非膨脹型材料帶102 是耐用的，足以經受得住間隙G在其最小值和最大值之間的循環(huán)。優(yōu) 選的是，非膨脹型材料層13也表現(xiàn)出這種程度的彈性和耐久性。從 而，幾乎完全防止膨脹型材料層橫向邊緣114直接暴露于流經催化轉 化器580的流入的高溫排氣?？衫门c上文列出的，用于制備圖1的 實施例中膨脹型材料層20的相同的材料之一制備膨脹型材料層 112。可利用與上文列出的，用于制備圖4A的實施例中非膨脹型材料 層13的相同的非膨脹型材料層材料制備非膨脹型材料層13?？衫?與上文列出的，用于制備圖1的實施例中層12的相同的材料之一制 備非膨脹型材料帶102。
圖11示出根據(jù)第九實施例構造的多層墊120，其中類似的附圖 標號表示類似的元件。墊120包括含有陶瓷纖維的內部非膨脹型材料 層13，并具有由相對的橫向邊緣14和16限定的寬度Wi和長度 "。墊120另外包括含有膨脹型材料的膨脹型材料層112，并具有由 相對的橫向邊緣114和116限定的寬度W6和基本上等于非膨脹型 材料層13長度的長度。在圖示的實施例中，膨脹型材料層112 的寬度W6小于非膨脹型材料層13的寬度Wp此外，相對于非膨脹型材料層13布置膨脹型材料層112，將橫向邊緣114和116布
置在非膨脹型材料層13的兩條橫向邊緣14和16以內。
多層墊120進一步包括非膨脹型材料制備的帶122。非膨脹型材 料帶122被布置在非膨脹型材料層13外部18A的上方。非膨脹型 材料帶122具有寬度W5和長度基本上等于內部非膨脹型材料層13 和膨脹型材料層112的長度。
在圖12中，在金屬外殼650內提供示出墊120，從而支承和安 裝金屬外殼650內的催化劑支持元件40。墊120、金屬外殼650和 支持元件40限定了催化轉化器680。
優(yōu)選地，在用于催化轉化器680中時，利用大體上彈性的非膨脹 型材料制備非膨脹型材料帶122，從而一旦將墊120和催化劑支持元 件40布置于金屬外殼650以內，非膨脹型材料帶122就在支持元 件40和外殼650內壁之間的間隙內膨脹，該膨脹足以在間隙隨溫度 升高而擴大時，密封膨脹型材料層112的橫向邊緣116。換句話講， 無論間隙G是處于其最小值(即，在環(huán)境溫度時)，還是處于其最大 值(即，最高運行溫度)，至少非膨脹型材料帶122是彈性的，足以 施加足夠的密封間隙G并保護膨脹型材料層112橫向邊緣116的 壓力。希望在污染控制裝置的預期壽命內至少非膨脹型材料帶122是 耐用的，足以經受得住間隙G在其最小值和最大值之間的循環(huán)。優(yōu)選 的是，非膨脹型材料層13也表現(xiàn)出這種程度的彈性和耐久性。因此， 幾乎完全防止膨脹型材料層橫向邊緣116暴露于流經催化轉化器 680的高溫排氣。
金屬外殼650的成形包括凹槽650A，在圖示的實施例中，該凹 槽環(huán)繞整個外殼650伸展，參見圖12。外殼凹槽650A沿X和Z-方向成型，從而接納膨脹型材料層112并幾乎完全防止膨脹型材料層 的橫向邊緣114暴露于流經催化轉化器680的排氣。從而，幾乎完全防止膨脹型材料層橫向邊緣114直接暴露于流經催化轉化器680 的流入的高溫排氣。可利用與上文列出的，用于制備圖1的實施例中
膨脹型材料層20的相同的材料之一制備膨脹型材料層112。可利用 與上文列出的，用于制備圖4A的實施例中非膨脹型材料層13的相 同的非膨脹型材料層材料制備非膨脹型材料層13?？衫门c上文列出 的，用于制備圖1的實施例中層12的相同的材料之一制備非膨脹型 材料帶122。
應該說明的是，作為另外一種選擇，可利用上文列出的多層墊將諸 如過濾器濾芯之類的污染控制元件固定在排氣過濾器或捕集器外殼 內。應該進一步說明的是，根據(jù)本發(fā)明，此類污染控制裝置可用于內 燃機排氣系統(tǒng)(例如，車輛排氣系統(tǒng)、發(fā)電機排氣系統(tǒng))。
所述多層墊通常是柔性的。通常利用所述墊無損壞或斷裂地搬運 和巻繞污染控制裝置中的污染控制元件。巻繞污染控制元件時，多層 墊的末端可用于多種接合，其討論見2004年4月14日提交的，標 題為"SANDWICH HYBRID MOUNTING MAT "(夾層結構的混合安 裝墊)的未決美國專利申請序列號10/824,029，該專利申請公開內容 以引用方式并入本文中。
如上文所述，非膨脹型材料層12和非膨脹型材料層帶102和 122的彈性可以大于非膨脹型材料層13的彈性。此外，非膨脹型材 料帶92和94的彈性可以大于非膨脹型材料層13的彈性，反之亦 然。因此，制備非膨脹型材料層13的材料組成可不同于用于制備非 膨脹型材料層12和非膨脹型材料帶92、 94、 102和122的材料的 組成。
每個非膨脹型材料層或非膨脹型材料帶均包括無機纖維?？梢赃x
擇任何已知適用于污染控制裝置的安裝墊的無機纖維。例如，無機纖 維可以是氧化鋁纖維、莫來石纖維、石英纖維、碳化硅纖維、氮化硅纖維、金屬纖維、硅酸鋁纖維、硅酸鎂鋁纖維、鋁硼硅酸鹽纖維、氧 化鋯纖維和二氧化鈦纖維及類似纖維。這些纖維可以是非晶形的、晶 體或它們的組合。
可從J.P.Stevens， Inc. (Slater, NC)以商品名"ASTROQUARTZ" 商購獲得石英纖維?？蓮腘ippon Carbon (Tokyo, Japan)以商品名 "NICALON"和從Textron Specialty Materials (Lowell, MA)以商品 名"TYRANNO"商購獲得碳化硅纖維?？蓮腡oren Energy International Corp.(New York, NY)商購獲得氮化硅纖維?？蓮腂eckaert(Zweregan， Belgium)以商品名"BEKI-SHELD GR 90/C2/4"和從Ribbon Technology Corp. (Gahana， OH)以商品名"RIBTEC"商購獲得金屬纖維。
在一些(一個或者數(shù)個)非膨脹型材料層或(一個或者數(shù)個)帶
的實施例中，無機纖維為玻璃纖維。在用于本文時，術語"玻璃纖維" 指由無機熔融材料制備的無機纖維，冷卻時所述無機熔融材料基本無 結晶。根據(jù)要么使用X射線衍射，要么使用透射電子顯微鏡技術的測 定，玻璃纖維為非晶態(tài)的。至少在一些應用中，玻璃纖維不含小珠(即， 該纖維的小珠含量不大于5%重量、小珠含量不大于3%重量、小珠 含量不大于2%重量、小珠不大于1%重量或小珠含量不大于0.5% 重量)。在用于本文時用，術語"小珠"指可能是一些無機纖維制備 工藝的副產物的非纖維顆粒。
合適的玻璃纖維常常為硅酸鎂鋁纖維。此類玻璃纖維可含有至少 50%重量的Si02,至少8%重量的A1203和至少1%重量的氧化 鎂。例如，硅酸鎂鋁纖維可包含50至70%重量、50至60%重量、 60至70%重量或55至65%重量的Si02; 8至30%重量、10至 20%重量或20至30%重量的A1203和1至15%重量、1至 12%重量、1至10%重量或1至8%重量的氧化鎂?？梢源嬖谥T 如氧化鈉、氧化鉀、氧化硼，氧化鈣，和類似物質的其它氧化物。硅酸鎂鋁玻璃纖維的具體實例為E—玻璃纖維、S—玻璃纖維、S2
一玻璃纖維和R—玻璃纖維。E —玻璃纖維通常包含約55%重量的 Si02，約11%重量的A1203，約6%重量的B203，約18%重量的 CaO，約5%重量的MgO和約5%重量的其它氧化物。S —玻璃和 S2 —玻璃纖維通常包含約65%重量的Si02，約25%重量的A1203 和約10%重量的MgO。R—玻璃纖維通常包含約60%重量的Si02, 約25%重量的A1203，約9%重量的CaO和約6%重量的MgO。 可從 Advanced Glassfiber Yarns, LLC (Aiken， SC)禾口 Owens-Corning Fiberglass Corp. (Granville, OH)商購獲得E —玻璃纖維、S —玻璃纖 維禾卩S2 —玻璃纖維?？蓮腟aint-Gobain Vetrotex (Herzogenrath， Germany)商購獲得R玻璃纖維。
多種耐火陶瓷纖維可用于(一個或者數(shù)個)非膨脹型材料層或(一 個或者數(shù)個)帶。在一些實施例中，陶瓷纖維為非晶態(tài)的和主要包含 A1203和Si02?？梢源嬖谏倭康钠渌趸?。A1203與Si02 (A1203: Si02)的重量比率通常大于或等于20:80、 30:70、 35:65、 40:60、 45:55、 50:50、 55:45、 60:40或70:30。陶瓷纖維通常包括至少30%重量的 Si02和至少20%重量的A1203。例如，以纖維的重量計，合適的陶 瓷纖維可包含總計30至80%重量的Si02和總計20至70%重 量的A1203。在一些具體實例中，以纖維的重量計，陶瓷纖維可以包含 總計40至60%重量的Si02和總計40至60%重量的氧化鋁。 在其它具體實例中，以纖維的重量計，陶瓷纖維可包含總計45至55% 重量的Si02和總計45至55%重量的A1203。
主要包含A1203和Si02的示例性非晶態(tài)陶瓷纖維包括，但不限 于，可從Thermal Ceramics (Augusta, GA)以商品名"KAOWOOL HA BULK"商購獲得的，以纖維的重量計，含有50%重量的Si02禾n 50% 重量的 A1203的陶瓷纖維；可從Thermal Ceramics以商品名 "CERAFIBER"商購獲得的，以纖維的重量計，含有54%重量的Si02 和46%重量的八1203的陶瓷纖維；可從Thermal Ceramics以商品名"KAOWOOLD73F"商購獲得的，以纖維的重量計，含有54%重量 的Si02禾卩46%重量的八1203的陶瓷纖維；可從Rath (Wilmington, DE)以商品名"RATH 2300 RT"商購獲得的，以纖維的重量計，含有 52%重量的Si02、 47%重量的A1203和不大于1%重量的Fe203、 Ti02和其它氧化物的陶瓷纖維；可從Rath以商品名"RATH ALUMINO-SILICATE CHOPPED FIBER"商購獲得的，以纖維的重量 計，含有Si02、 46%重量的A1203和不大于1%重量的其它氧化物 的陶瓷纖維；可從Vesuvius (Buffalo ， NY)以商品名"CER-WOOL RT " 商購獲得的，以纖維的重量計，含有49至53%重量的Si02、 43至 47%重量的A1203、 0.7至1.2%重量的Ti02和不大于1%重量的 其它氧化物的陶瓷纖維；可從Vesuvius以商品名"CER-WOOL LT" 商購獲得的，以纖維的重量計，含有49至57%重量的Si02、 38至 47%重量的A1203、 0.7至1.5%重量的Fe203、 1.6至1.9%重量 的Ti02和0至0.5%重量的其它氧化物的陶瓷纖維以及可從 Vesuvius以商品名"CER-WOOLHP"商購獲得的，以纖維的重量計， 含有50至54%重量的Si02、44至49%重量的A1203、 0至0.2% 重量的Fe203、 0至0.1%重量的Ti02和不大于0.5%重量的其它 氧化物的陶瓷纖維。
在其他實施例中，陶瓷纖維為非晶態(tài)的和主要包含Si02、 A1203 和Zr02?？梢源嬖谏倭康钠渌趸?。A1203與Si02 (A1203: Si02) 的重量比率大于或等于20:80、 30:70、 35:65、 40:60、 45:55、 50:50、 55:45、 60:40或70:30。以纖維的重量計，該纖維包含至少3%重量 的Zr02，至少30%重量的Si02和至少20%重量的A1203。在一 些實施例中，以纖維的重量計，所述纖維包含總計最多5%重量、最 多7%重量、最多10%重量、最多12%重量、最多15%重量、最 多16%重量、最多20%重量或最多25%重量的Zr02。以纖維的重 量計，所述陶瓷纖維可包含總計30至70、 40至65、 45至60、 45 至55或50至60%重量的Si02。以纖維的重量計，所述陶瓷纖維 可包含總計20至60、 25至50、 25至45、 25至40、 25至35、30至50或30至40%重量的A1203。在一些具體實例中，以纖維 的重量計，所述陶瓷纖維包括25至50%重量的A1203、 40至60% 重量的Si02和3至20%重量的Zr02。在其它具體實例中，以纖維 的重量計，所述陶瓷纖維包含30至40%重量的A1203、 45至60% 重量的Si02和5至20%重量的Zr02。
示例性非晶態(tài)陶瓷纖維包含Si02、 A1203和Zr02，可從Thermal Ceramics (Augusta, GA)以商品名"KAOWOOL ZR"禾卩"CERACHEM" 商購獲得，以纖維的重量計，含有50%重量的Si02、 35%重量的 A1203和15%重量的Zr02的非晶態(tài)陶瓷纖維；可從Unifrax (Tonawonda， NY)以商品名"UNIFRAX FIBERFRAX FIBERMAT" 商購獲得，以纖維的重量計，含有52至57%重量的Si02、 29至 47%重量的A1203和不大于18%重量的Zr02的非晶態(tài)陶瓷纖維；可 從Unifrax以商品名"UNIFRAX FIBERFRAX DURABACK" 商購獲 得以纖維的重量計，含有50至54%重量的Si02、 31到35%重量 的A1203、 5%重量的Zr02、 1.3%重量的Fe203、 1.7%重量的Ti02、 0.5%重量的MgO和不大于7%重量的CaO的非晶態(tài)陶瓷纖維；可 從Rath (Wilmington, DE)以商品名"RATH 2600 HTZ"商購獲得以 纖維的重量計，含有48%重量的Si02、 37%重量的A1203、 15%重 量的Zr02和不大于1%重量的其它氧化物的非晶態(tài)陶瓷纖維；可從 Vesuvius (Buffalo， NY)以商品名"CER-WOOL HTZ"商購獲得以纖 維的重量計，含有44至51%重量的Si02、 33至37%重量的 A1203、 13至19%重量的Zr02、 0.1至0.6%重量的Ti02和不大 于1%重量的其它氧化物的非晶態(tài)陶瓷纖維。
在一些(一個或者數(shù)個)非膨脹型材料層或(一個或者數(shù)個)帶 的實施例中，在利用熱機械分析儀(TMA)測試時，陶瓷纖維具有不 大于10%，不大于8%，不大于6%，不大于4%,不大于3%，不大 于2%或不大于1%的體縮。陶瓷纖維通常收縮至少0.5%。在一些 實施例中，陶瓷纖維具有0.5至2%， 0.5至3%， 0.5至5%或0.5至6%的體縮。
在TMA測試中，承載(例如，50psi或345 N/m2)負荷的樣品 被加熱到IOO(TC和然后冷卻?？梢酝瑫r在750°C的加熱和冷卻循環(huán) 期間測量樣本厚度，計算收縮百分率。收縮百分率等于在750°C的加 熱和冷卻步驟期間的厚度差乘以100再被在750°C的加熱步驟期間 的直徑除。TMA測試可用于確定陶瓷纖維或由陶瓷纖維制成的非膨脹 型材料層的特性。在熱機械分析儀達到750°C時，清除可能存在于非 膨脹型材料層中的絕大多數(shù)或所有有機材料。
交付狀態(tài)(即，可以以交付形式使用，無熱處理的纖維)下具有 不大于10%體縮的陶瓷纖維實例包括，但不限于，晶態(tài)的和同時包含 A1203禾卩Si02的纖維。A1203與Si02的重量比率(A1203: Si02)可 以大于或等于60:40、 65:35、 70:30、 72:28、 75:25、 80:20、 90:10、 95:5、 96:4、 97:3或98:2。在一些具體實例中，以纖維的重量計，陶瓷纖維 包含60到98%重量的A1203和2到40%重量的Si02。在其它 具體實例中，以纖維的重量計，陶瓷纖維包含70到98%重量的 A1203和2到30%重量的Si02。可以存在其它痕量的氧化物。在用 于本文時，術語"痕量"指不大于2%重量、不大于1%重量或不大 于0.5%重量的量。
晶態(tài)的并具有不大于10%體縮的合適的陶瓷纖維包括，但不限 于，可從Mitsubishi Chemical (Tokyo, Japan)以商品名"MAFTEC" (例如MLS1、 MLS2和MLS3)商購獲得的，以纖維的重量計，含 有28%重量的Si02和72%重量的^203的陶瓷纖維；可從Saffil Limited (Widness Cheshire, U.K.)以商品名"SAFFIL"(例如SF、 LABulk、 HABulk、 HX Bulk)商購獲得的，以纖維的重量計，含有3 至5%重量的Si02和95至約97%重量的A1203的陶瓷纖維；可 從Unifrax (Tonawonda， NY)以商品名"UNIFRAX FIBERFRAX FIBERMAX"商購獲得的，以纖維的重量計，含有27%重量的Si02和72%重量的八1203的陶瓷纖維。
晶態(tài)的和交付狀態(tài)下具有不大于10%體縮的陶瓷纖維其它實例
為鋁硼硅纖維。以纖維的重量計，這些纖維通常包含總計至少50%重 量的A1203和總計不大于50%重量的SiOF 5〉2和總計不大于 25%重量的B203。以纖維的重量計， 一些具體的鋁硼硅纖維含有50 到75%重量的A1203、 25至U 50%重量的Si02和1至lj 25%重量 的B203。此類鋁硼硅纖維可從3M Company (St.Paul， MN)以商品 名"NEXTEL312，，禾卩"NEXTEL440，，商購獲得。
至少一些晶態(tài)的和在制造廠家交付狀態(tài)下具有不大于10%體縮 的此類陶瓷纖維是采用溶膠-凝膠工藝制備的。在溶膠-凝膠工藝中，通 過溶液、分散體或粘性濃縮液的紡絲或擠出方法制備陶瓷纖維。美國 專利No. 3,760,049 (Borer等人)進一步描述的溶膠-凝膠方法可包括 從噴絲孔擠出溶液、分散體或濃縮液，形成綠色纖維，然后燒制所述 綠色纖維，形成陶瓷纖維。溶液、分散體或濃縮液包含纖維中的氧化 物或氧化物的前體。
在一些實施例中，可以熱處理可商購獲得的非晶態(tài)陶瓷纖維，提 供具有不大于10%體縮的陶瓷纖維?？梢越邮軣崽幚恚峁┚哂胁淮?于10%體縮的陶瓷纖維通常是A1203和Si02的混合物或A1203、 Si02和其它的諸如B203、 P205或Zr02之類的氧化物的混合物熔噴 或熔紡纖維?？梢越邮軣崽幚淼氖纠苑蔷B(tài)陶瓷纖維包括，但不限 于，可從Thermal Ceramics (Augusta, GA)以商品名"KAOWOOL HA BULK" 、 "CERAFIBER" 、 "KAOWOOL D73F" 、 "KAOWOOL ZR" 或"CERACHEM"商購獲得的陶瓷纖維；可從Rath (Wilmington, DE)以商品名"RATH 2300 RT" 、 "RATH ALUMINO-SILICIATE CHOPPED FIBER"或"RATH 2600 HTZ"商購獲得的陶瓷纖維；可從 Vesuvius (Buffalo, NY)以商品名"CER-WOOLRT" 、 "CER-WOOL UT"或"CER-WOOL HTZ"或"CER-WOOL HP"商購獲得的陶瓷纖維；可從Unifrax(Tonawonda， NY)以商品名"UNIFRAX FIBERFRAX FIBERMAT"或"UNIFRAX FIBERFRAX DURABACK"商購獲得的陶 瓷纖維。
陶瓷纖維在熱處理過程期間趨于析晶(即，至少一部分從非晶態(tài) 變成微晶或晶體狀態(tài))。通常，單根陶瓷纖維中只有一部分發(fā)生析晶。 也就是說，熱處理后，單根陶瓷纖維包含非晶態(tài)材料以及晶體材料、 微晶材料，或晶體和微晶體材料的組合。
可以利用諸如透射電子顯微鏡和X—射線衍射之類的技術確定非 晶態(tài)、晶體或微晶性質無機纖維的特性。在用于本文時，術語"非晶 態(tài)的"指不含晶體或微晶區(qū)域的無機纖維。如果無機纖維是非晶態(tài)的， 要么采用透射電子顯微鏡，要么采用X射線衍射技術就均不能檢測到 衍射峰(即，沒有衍射圖形)。如果無機纖維包含擁有小尺寸晶體(即，
微晶)的區(qū)域，采用透射電子顯微鏡，而不是采用x—射線衍射技術，
可以檢測到衍射峰(即，衍射圖形)。在用于本文時，術語"微晶" 指包括至少一些具有晶體性質的區(qū)域和具有可利用透射電鏡，而不是
利用x—射線衍射技術，檢測的晶體尺寸的無機纖維。如果無機纖維
包括擁有較大尺寸晶體(即，晶體)的區(qū)域，采用x—射線衍射技術
就可以得到衍射圖形。在用于本文時，術語"晶體"指包括至少一些
具有晶體性質的區(qū)域和具有可利用x—射線衍射技術檢測的晶體尺寸 的無機纖維。可采用x—射線衍射技術檢測的最小尺寸晶體通常產生
寬泛的沒有清晰峰部的衍射圖形。較窄的峰部表示較大尺寸的晶體。 衍射峰的寬度可用于測定晶體尺寸。晶態(tài)的無機纖維通常是多晶的，
而不是單晶的。
在一些應用中，陶瓷纖維接受溫度至少是70(TC的熱處理。例如， 陶瓷纖維可以接受溫度至少是800°C、溫度是至少900°C、溫度是至 少IOO(TC的或溫度至少是IIO(TC的熱處理。合適的熱處理溫度因 陶瓷纖維的組成和陶瓷纖維保持熱處理溫度的時間而異。合適的熱處
35理方法和合適的已熱處理的陶瓷纖維的進一步描述見，例如，國際專
利申請WO 99/46028 (Fernando等人)和美國專利No. 5,250,269 (Langer)，它們的公開內容以引用的方式并入本文。
存在與熱處理過程期間形成的晶體或微晶尺寸有關的時間-溫度 關系。例如，陶瓷纖維可以接受較低溫度和較長時間的熱處理，或較 高溫度和較短時間的熱處理，產生與結晶或微晶類似的形態(tài)。保持熱 處理溫度的時間可最多為1小時、最多為40分鐘、最多為30分鐘、 最多為20分鐘、最多為10分鐘、最多為5分鐘、最多為3分鐘 或最多為2分鐘。例如，可以選擇熱處理溫度，從而使用諸如最多10 分鐘之類相對短的熱處理時間。
選擇的熱處理溫度可以高出析晶溫度(即，陶瓷纖維從非晶態(tài)材 料變?yōu)槲⒕Щ蚓w材料的溫度)至少20°C、至少30°C、至少40°C、 至少5(TC、至少6(TC、至少70"C、至少8(TC、至少90°C或至少100 °C?？梢圆捎弥T如，例如，差熱分析(DTA)之類的技術確定合適的 陶瓷纖維熱處理時間和溫度。用于Al203-Si02纖維的溫度通常在700 。C至1200°C的范圍內、在80CTC至1200°C的范圍內、在900°C 至1200°C的范圍內或在950°C至1200°C的范圍內。
完全非晶態(tài)的陶瓷纖維收縮通常大于包含微晶、晶體或它們的組 合的區(qū)域的陶瓷纖維收縮。至少部分為晶體或微晶的陶瓷纖維可以制 成安裝墊，所述安裝墊可反復加熱到適用于污染控制裝置的溫度，然 后冷卻。微晶或晶體陶瓷纖維趨于抵抗可能對非膨脹型材料層性能產 生不利影響的進一步收縮。
在經過熱處理的陶瓷纖維中，纖維的脆性可被低體縮特性平衡。 晶體或微晶陶瓷纖維趨于比非晶態(tài)陶瓷纖維更易碎。由晶體或微晶陶 瓷纖維制成的非膨脹型材料層可比由非晶態(tài)纖維制成的絕緣材料更易 斷裂。另一方面，晶體或微晶陶瓷纖維趨于比非晶態(tài)陶瓷纖維具有更低的體縮。無機纖維的平均直徑通常為至少3微米、至少4微米、至少5微米、至少6微米或至少7微米。無機纖維通常具有不大于20微 米、不大于18微米、不大于16微米或不大于14微米的平均直徑。 在一些實施例中，至少60%重量的無機纖維平均直徑是3微米以內 的平均直徑。例如，至少70%重量、至少80%重量或至少90%重 量的無機纖維平均直徑是3微米以內的平均直徑。以非膨脹型材料層的重量計，(一個或者數(shù)個)非膨脹型材料層 或(一個或者數(shù)個)帶還可包含最多20%重量的有機粘結劑。在一些 實施例中，以非膨脹型材料層或帶的重量計，可存在總計最多10%重 量、最多5%重量或最多3%重量的有機粘結劑。當包含非膨脹型材 料層或帶的多層墊用于諸如污染控制裝置通常存在的溫度之類的高溫 時，所述有機粘結劑通常被燒掉。合適的有機粘結劑材料可以包括水性聚合物乳液、溶劑基聚合物 和不含溶劑的聚合物。水性聚合物乳液可包括有機粘結劑聚合物和膠 乳形式的彈性體(如天然橡膠乳膠、苯乙烯-丁二烯乳膠、丁二烯-丙烯 腈乳膠和丙烯酸酯和異丁烯酸酯聚合物或共聚物的乳膠)。溶劑基聚 合物粘結劑材料可包括諸如丙烯酸、聚氨酯、乙酸乙烯、纖維素之類 的聚合物或橡膠基有機聚合物。不含溶劑的聚合物可包括天然橡膠、 苯乙烯-丁二烯橡膠和其它彈性體。在一些實施例中，有機粘結劑材料包括水性丙烯酸乳液。丙烯酸 乳液有利地趨于具有良好老化特性和非腐蝕性燃燒產物。合適的丙烯 酸乳液可以包括，但不限于，可從RohmandHass (Philadelphia, PA) 商購獲得的商品名為"RHOPLEXTR-934"的產品(含有44.5%固體 重量的水性丙烯酸乳液)和名為"RHOPLEXHA-8"的產品(含有45.5% 固體重量的丙烯酸共聚物的水性乳液)；可從ICI Resins US(Wilmington, MA)以商品名"NEOCRYL XA-2022"商購獲得的產 品(含有60.5%固體重量的丙烯酸樹脂的水性分散體)；可從Air Products and Chemical, Inc. (Philadelphia, PA)以商品名"AIRFLEX 600BPDEV"商購獲得的產品(含有55%固體重量的乙烯-乙烯基-乙 烯酸酯三元聚合物的水性乳液)。有機粘結劑還可包括增塑劑、增粘劑或它們的組合。增塑劑趨于 軟化聚合物基體并可以提高非膨脹型材料層的柔韌性和可塑性。例如， 有機粘結劑可包括諸如可從Monsanto (St. Louis， MO)以商品名 "SANTICIZER 148"商購獲得的二磷酸二苯基異癸酯之類的增塑劑。 增粘劑或增粘樹脂可輔助將絕緣材料固定在一起。合適的增粘劑實例 是可從Eka Nobel， Inc. (Toronto, Canada)以商品名"SNOWTACK 810A"商購獲得的增粘劑。(一個或者數(shù)個)非膨脹型材料層或(一個或者數(shù)個)帶也可包 含其它的諸如，但不限于，增塑劑、潤濕劑、分散劑、消泡劑、膠乳 凝結劑和殺真菌劑之類的材料?？梢蕴砑又T如玻璃顆粒、碳酸鈣、膨 脹蛭石、分層蛭石、云母、珍珠巖、氫氧化鋁、六水合磷酸鎂、硼酸 鋅和氫氧化鎂之類的填充劑材料。此外，可以添加諸如粘土、膨潤土 和硅溶膠之類的無機粘結劑。(一個或者數(shù)個)非膨脹型材料層或(一個或者數(shù)個)帶還可包 含諸如，例如丙烯酸、纖維素、聚烯烴、聚乙烯醇、聚酯或它們的組 合之類的有機纖維。這些纖維可以為人造短纖維或原纖化纖維?？捎?的穩(wěn)定纖維通常具有約0.5至5旦尼爾的纖度?？蓮腗inifiber， Inc. (Johnson City, TX)商購獲得長絲纖度1.5的合適的人造絲纖維?？?從Kuraray Americas,Inc. (New York, NY)以商品名"KURALON" 商購獲得合適的聚乙烯醇纖維?？蓮腃ytek Industries, Inc. (West Paterson， NJ)以商品名"CFF"商購獲得丙烯酸纖維漿。至少在一些實施例中，合適的非膨脹型材料層或帶可以包括總計10至99.5%重量的無機纖維和總計0.5至20%重量的有機粘結 劑。例如，非膨脹型材料層或帶可包含總計20至99.5%重量的無機 纖維，總計0.5至20%重量的有機粘結劑和最多60%重量的無機 粘結劑或填充劑。一種根據(jù)本發(fā)明可以使用的非膨脹型材料層包含經過熱處理的硅 酸鋁陶瓷纖維，可從3M Company (St.Paul， MN)以商品名"INTERAM 卯0HT"商購獲得該陶瓷纖維。這一墊具有約0.25g/cm3的堆密度和 約1020至2455g/m2的單位面積重量。其它彈性更大的(一個或者 數(shù)個)非膨脹型材料層或(一個或者數(shù)個)帶包括可從3M Company以 商品名"INTERAM 1100HT"和"INTERAM 1101HT"商購獲得的非 膨脹型材料層或帶。這些墊具有約0.15g/cm3的堆密度和約440至 2100g/cm2的單位面積重量。這些墊含有晶體氧化鋁纖維(即，多晶氧 化鋁纖維)?？蓮?M Company以商品名"INPE 571.02"商購獲得另 一種含有鋁硅酸鎂玻璃纖維的合適的非膨脹型材料層。該墊具有 0.12g/cm3的堆密度和約600至約1400g/m2的單位面積重量?？蓮?Mitsubishi Chemical Company (Tokyo, Japan)以商品名"MAFTEC MLS-3"商購獲得針式接合墊，所述墊具有約0.16g/cm3的堆密度。 以纖維的重量為計，這一墊包含約72%重量的A1203和約28%重 量的Si02。所述膨脹型材料層包含至少一種膨脹型材料。所述膨脹型材料層 可進一步包括無機纖維、有機粘結劑、增塑劑、潤濕劑、分散劑、消 泡劑、膠乳凝結劑、殺真菌劑、填充材料、無機粘結劑和有機纖維。 這些附加組分與上文有關非膨脹型材料層討論的附加組分相同。適用于膨脹型材料層的膨脹型材料實例包括非膨脹蛭石、水黑云 母、如美國專利No. 3,001,571 (Hatch)描述的水可溶脹合成四硅氟云 母、如美國專利No. 4,521,333 (Graham等人)描述的堿金屬硅酸鹽顆粒、可膨脹的石墨或它們的組合。可從3M Company (St.Paul， MN) 以商品名"EXPANTROL 4BW"商購獲得堿金屬硅酸鹽顆粒?？蓮?UCAR Carbon Co.， Inc. (Cleveland, OH)以商品名"GRAFOIL GRADE 338-50"商購獲得可膨脹的石墨?？蓮腃ometals Inc. (New York, NY)商購獲得非膨脹蛭石。在一些應用中，從非膨脹蛭石、膨脹蛭石或它 們的組合中選擇膨脹型材料。例如，可以利用諸如磷酸二氫銨、硝酸銨、氯化銨、氯化鉀或其 它本領域已知的可溶鹽之類的鹽處理蛭石。該處理以離子交換反應為 基礎。以膨脹型材料層的重量計，膨脹型材料層通常包含至少5、至少 10、至少20、至少40或至少60%重量的膨脹型材料。在一些膨脹 型材料層中，所述層可不含無機纖維。在其它膨脹型材料層中，所述 層可不含無機纖維和有機粘結劑。在另一些膨脹型材料層中，以膨脹 型材料層的重量計，所述層包含5至約85%重量的膨脹型材料和小 于20%重量的有機粘結劑。無機纖維被收入一些膨脹型材料層。在一些更加具體的實例中，以膨脹型材料層的重量計，膨脹型材 料層包括總計5至85%重量的膨脹型材料層材料、總計0.5至15% 重量的有機粘結劑和總計10至60%重量的無機纖維。在其它實例 中，以膨脹型材料層的重量計，膨脹型材料層包括總計5至70%重 量的膨脹型材料，總計0.5至10%重量的有機粘結劑和總計30至 45%重量的無機纖維。在另一些實例中，膨脹型材料層包括總計20至 65%重量的膨脹型材料，總計0.5至20%重量的有機粘結劑，總計 10至65%重量的無機纖維和最多40%重量的無機填充劑或無機粘 結劑。可從3M (St.Paul ， MN)以商品名"INTERAM 100"、 " INTERAM 200" 、 "INTERAM 550"禾P "INTERAM 2000 LT"商購獲得合適的40膨脹型材料層。這些墊通常具有約0.4至約0.7g/cm3的堆密度和約 1050g/m2至約8140g/m2的單位面積重量?？蓮?M以商品名 "INTERAM 570NC"商購獲得其它合適的膨脹型材料層。這一層通常 具有約1050g/m2至4070g/m2的單位面積重量并含有符合歐洲非危 險纖維規(guī)則規(guī)定的無機纖維。在一些膨脹型材料層中，收入了生物溶解性無機纖維。包含生物 溶解性纖維的膨脹型材料層的進一步描述見國際專利申請公開WO 03/031368 (Howorth)，該專利申請全文以引用方式并入本文。在用于 本文時，"生物溶解性無機纖維"指可在生理介質或模擬生理介質中 分解的無機纖維。生理介質指，但不限于，通常見于諸如，例如，動 物或人類的肺之類呼吸道的體液。生物溶解性無機纖維通常包括諸如，例如，Na20、 K20、 CaO、 MgO、 P205、 Li20和BaO或它們與二氧化硅的組合之類的無機氧化 物。其它金屬氧化物或其它陶瓷組分可被收入生物可溶溶解性無機纖 維，即使這些組分本身缺乏所需的溶解度，但其少量存在足以使纖維 就整體而言仍可在生理介質中分解。此類金屬氧化物包括，例如，八1203、 Ti02、 Zr02、 B203和氧化鐵。生物溶解性無機纖維還可包括其數(shù)量使 纖維可在生理介質或模擬生理介質中分解的金屬組分。在一個實施例中，生物可溶溶解性無機纖維包括二氧化硅、氧化 鎂和氧化,丐。這些類型的纖維通常被稱為鈣鎂硅酸鹽纖維。鈣鎂硅酸 鹽纖維通常包含小于約10%重量的氧化鋁。合適的生物溶解性纖維可 包括45至90%重量的Si02，最多45%重量的CaO，最多35%重 量的MgO和小于10%重量的A1203。例如，該纖維可包含約55至 約75%重量的Si02，約25至約45%重量的CaO，約1至約10% 重量的MgO和小于約5%重量的A1203。示例性生物溶解性無機氧化物纖維的描述見美國專利No.5,332,699 (Olds等人)、5,585,312 (TenEyck等人)、5，714，421 (Olds 等人)和5,874,375 (Zoitas等人)。可用于制備生物溶解性無機纖維 的多種方法包括，但不限于，溶膠凝膠形成、結晶生長工藝和諸如紡 絲或吹制之類的熔融形成技術?？蓮?Unifrax Corporation ( Niagara Falls ， NY ) 以商品名 "INSULFRAX"商購獲得生物溶解性纖維。Thermal Ceramics (位于 Augusta, GA)以商品名"SUPERWOOL"出售其它生物可溶纖維。例 如，SUPERWOOL 607包含60至70%重量的Si02、 25至35%重 量的CaO、 4至7%MgO和痕量的A1203。 SUPERWOOL 607 MAX 可用于稍高的溫度和包含60至70%重量的Si02、 16至22%重量 的CaO、 12至19%重量的MgO和痕量的A1203。示例性膨脹型材料層可包括總計10至80%重量的膨脹型材 料、總計5至80%重量的生物溶解性無機纖維、總計5至80%重 量的云母粘結劑和總計0.5至20%重量的有機粘結劑。在用于本文時，"云母粘結劑"指可被潤濕和然后干燥，形成自 承的粘結體的一種或多種云母類礦物。在用于本文時，"自承"指可 形成不含其它材料的5 cmX5 cmX3mm薄片的云母粘結劑，從而可 以在25°C和最高50%相對濕度下在任一邊緣水平地保持干燥的薄 片至少5分鐘，不會破碎或換句話說崩潰。在用于本文時，短語"云母類礦物"指可被劈開或換句話說分離 成平面薄片或小板片的一類礦物。云母類礦物包括，但不限于，膨脹 蛭石、非膨脹蛭石，以及云母。云母類礦物的平均長寬比(即，顆粒 的長度除以其厚度)通常大于約3。云母類礦物的粒度通常小于約150 微米(例如，云母粘結劑包含可通過100目篩網(wǎng)的云母類礦物)。在 一些實施例中，云母粘結劑包含粒度小于約150微米和平均長寬比大 于約8或大于約10的的云母類礦物。合適的云母粘結劑可包括已被粉碎的云母類礦物。在用于本文時， "被粉碎"指已利用任一減少平均粒度的適宜方法處理過的云母類礦 物。粉碎的方法包括，但不限于，機械剪切稀釋或濃縮漿液、研磨、 空氣沖擊和滾軋?？蓡为毜幕蚪Y合粉碎使用其它方法減小粒度。例如， 可以利用熱方法或化學方法膨脹或膨脹及剝離云母類礦物?？杉羟谢?在水里處理膨脹蛭石，生成分層蛭石顆粒或小板片的水分散體?？梢?， 例如，利用諸如摻和器之類的高剪力混合器充分剪切。在一些實施例中，云母粘結劑包括處理過的蛭石(即，已膨脹、 分層和粉碎的蛭石)。處理過的蛭石通常為非膨脹的。在其它實施例 中，云母粘結劑包括未經膨脹和分層或僅部分膨脹和分層的蛭石。此 類材料趨于是膨脹型材料?？蓮腤.R. Grace & Company商購獲得合適的云母粘結劑，其中 包括分層蛭石粉(商品名"VFPS")和化學片狀脫落蛭石的水分散體 (商品名"MICROLITE")。另夕卜，可從W.R. Grace and Company以 商品名"ZONELITE #5"商購獲得膨脹蛭石片，可減小其粒度，形成 云母粘結劑。云母粘結劑可包括粒度小于約150微米的蛭石，膨脹型材料可包 括粒度大于約150微米的蛭石(兩者都不能通過100目篩網(wǎng))。膨 脹蛭石的平均粒度可大于約300微米。在多層墊的一個實施例中，(一個或者數(shù)個)非膨脹型材料層或 (一個或者數(shù)個)帶包含玻璃纖維和(一個或者數(shù)個)膨脹型材料層 包含蛭石。在另一個多層墊的實施例中，根據(jù)TMA測試，(一個或 者數(shù)個)非膨脹型材料層或(一個或者數(shù)個)帶包含收縮不大于10% 的耐火陶瓷纖維和(一個或者數(shù)個)膨脹型材料層包含蛭石。多層墊的每個非膨脹型材料層或帶通常具有約0.05g/cm3至約 0.4g/m3范圍內的堆密度，而膨脹型材料層具有約0.4g/m3至約 0.75g/cm3范圍內的堆密度。在用于本文時，術語"堆密度"指未壓縮 的層、帶或多層墊的密度。多層墊的堆密度取決于各層的厚度和組分， 但通常為約0.2g/m3至約0.5g/m3。在一些應用中，所述多層墊具有約 0.4g/m3至約0.9g/m3的壓縮密度。在用于本文時，術語"壓縮密度" 指多層墊在組裝在污染控制裝置中污染控制元件周圍以后的密度。造 紙工藝用于制備(一個或者數(shù)個)非膨脹型材料層、(一個或者數(shù)個) 帶、(一個或者數(shù)個)膨脹型材料層，或它們的組合。例如，可通過 制備包含無機纖維的含水漿液的方法制備(一個或者數(shù)個)非膨脹型 材料層或(一個或者數(shù)個)帶。以漿液的重量計，所述含水漿液常常 包含有最多30%重量的固體(例如，以漿液的重量計，漿液可包含最 多20%重量或最多10%重量的固體。以漿液的重量計，所述漿液常 常包含至少1%固體(例如，漿液可包含至少2%重量或至少3%重 量的固體)。在一些實施例中，該漿液可包含1至10、 2至8、或3 到6%重量的固體。較多的固體可以是有利的，原因是制備預成型件 時需要除去的水較少。但是，固體比例較高的槳液趨于較難混合。通過制備包含膨脹型材料的含水漿液的方法制備膨脹型材料層。 固體百分率可相當于用于制備非膨脹型材料層的固體百分率。用于膨脹型材料層的含水漿液經常包含無機纖維，但膨脹型材料層可以不含 無機纖維。用于每種含水漿液的水均可以為井水、地表水或經過處理，除去 諸如鹽和有機化合物之類雜質的水。在將井水或地表水用于含水漿液 時，水中存在的鹽(例如，鈣鹽和鎂鹽)可以起無機粘結劑的作用。 在一些實施例中，水為去離子水、蒸餾水或它們的組合。在每種含水漿液組合物中也可包括其它添加劑。此類添加劑可包 括無機粘結劑、無機填充劑、消泡劑、絮凝劑、表面活性劑等，和類似材料。也可包括諸如，例如，有機纖維之類的增強劑?？梢允褂闷渌椒ㄖ苽?一個或者數(shù)個)非膨脹型材料層或(一 個或者數(shù)個)帶。在一些應用中，利用將單個無機纖維切成所需長度 的方法，可以將非膨脹型材料層或帶制備成非織造墊。此種方法的描 述見國際專利申請公開WO 2004/011785 (Merry等人)，該專利申請 以引用的方式并入本文。利用玻璃粗紗切割器短切纖維絲束或纖維紗， 可以以此方法制備單根纖維?？蓮腇inn and Fram， Inc. (Pacoma， CA) 以商品名"MODEL 90 GLASS ROVING CUTTER"商購獲得所述粗紗 切割器。作為另外一種選擇，可以使用錘式粉碎機、然后用鼓風機制 備單根短纖維。通常將纖維短切至為約0.5至約15cm范圍內的長 度?？墒褂弥T如可從Rando Machine Corp. (Macedon， NY)以商品名 "RANDO WEBBER"或從Scan Web Co. (Denmark)以商品名"DAN WEB"商購獲得的那些常規(guī)成網(wǎng)機制備墊?？梢詫胃汤w維拉延到 網(wǎng)篩或網(wǎng)帶(例如，金屬或尼龍帶)上。所得的墊具有的易操作性足 以將它傳送至針刺機或縫編機，無需使用支承(如稀松布)，具體情 況取決于纖維的長度。為了有利于搬運，可利用稀松布制備一些墊或 將一些墊放置在稀松布上。針刺非織造墊指具有無機纖維物理纏結的墊，所述無機纖維物理 纏結是鉤針對整個或部分墊進行多次穿透而形成的。針刺法通常涉及 壓縮非織造墊，然后在墊上刺孔并拉延鉤針，使其穿過墊。盡管墊的 單位面積最佳針刺數(shù)目取決于具體應用，但通常針刺非織造墊，形成 約5至約60個孔/cm2。在一些應用中，所述墊具有10至約20個 孔/cm2。可采用諸如可從Dilo (Germany)商購獲得的之類的常規(guī)針刺 機和可從Foster Needle Company (Manitowoc, WI)商購獲得的之類 的鉤針針刺非織造墊。作為另外一種選擇，可采用諸如美國專利No. 4,181,514 (Lefkowitz等人)公開的之類的技術縫編非織造墊，該專利公開內容以引用方式并入本文中?？衫糜袡C線或無機線(例如陶瓷或不銹鋼) 縫編所述墊。縫合時可將很薄的無機或有機薄片材料放置在墊的一側 或兩側，防止刺穿墊或使其最小化?？p編的間距可以變化，但通常為 約3至約30mm，從而在墊的整個面積上均勻地壓縮纖維?？蓮?Mitsubishi Chemical (Tokyo, Japan)以商品名"MAFTEC"可商購獲 得的針刺非膨脹型材料層。
可以糊劑形式膨脹型材料層涂布到非膨脹型材料層主表面上。適 用于膨脹型材料層的糊劑組合物進一步描述見，例如，美國專利No. 5，853，675 (Howorth)和5,207,989 (MacNeil)，這些專利內容以引用 的方式并入本文。除了膨脹型材料之外，這些組合物中的一部分還包 括無機纖維?？梢允紫葘⑦@些糊劑涂布到，例如，諸如隔離襯片或紙 張之類的基底。在非膨脹型材料層主表面與糊劑接觸后，可以移除基 底。
在其它多層墊中，可通過將合適的膨脹組合物噴涂到非膨脹型材 料層主表面上的方法形成膨脹型材料層。這些組合物可以包括，例如， 諸如無機纖維或有機粘結劑之類的其它材料。作為另外一種選擇，可 以將不含有粘結劑的膨脹型材料涂布到非膨脹型材料層的部分主表面 上。
可以分別制備不同的層，然后將它們粘結在一起?？梢圆捎冕槾?法或縫編技術使多層墊的不同層相互結合。 一些多層墊具有粘結劑， 可以將非膨脹型材料層和膨脹型材料層粘結到一起?？煞謩e制備每一 層，然后將它們粘結到一起。粘結劑可以為壓敏粘結劑或熱熔粘合劑。 在一些多層墊中，該粘結劑為諸如，例如，可從Bostik-Findley( Stafford, UK)以商品名"PE 105-50"或"PE 65-50"商購獲得的粘結劑之類的 熱熔粘合劑。
可以采用造紙工藝制備多層墊。 一種此類工藝的描述見美國專利公開2001/0046456 (Langer等人)，該專利公開內容以引用的方式并 入本文。可制備含有無機纖維的半料漿，然后將其沉積在可滲透的基 底上?？墒钩练e的半料漿部分脫水，形成第一層?？蔀椴糠值牡谝粚?涂布膨脹組合物，形成第二層。該膨脹組合物的涂布方式可為，例如， 在該組合物包含液體時的噴涂或者在該組合物不含液體時的噴撒?？?制備含有無機纖維的次生漿，然后將其沉積在第二層和所有外露的第 一層上?？芍辽偈钩练e的三次漿部分脫水，形成第三層。在沉積最后 一層之后，可干燥所述墊，至少除去部分殘余的水分。例如，可以用 使所述墊通過加熱滾筒的方法壓縮和干燥它。
此種工藝可導致一些層相互混合。這些層的混合可能實際上是肉 眼不可見的，或者混合程度在相鄰兩層之間形成可見邊界或梯度層。 使用此種工藝可將所述層粘結到一起，無需使用粘結劑、縫針、針或 訂書機。
上文根據(jù)發(fā)明者預見的實施例描述了本發(fā)明，有關這些具體實施 例的受權描述可供使用，盡管目前尚無預見的本發(fā)明非實質性修改形 式，但是所述修改形式仍然是上述實施例的等同物。
權利要求
1.一種用于將污染控制元件安裝到污染控制裝置中的多層墊，所述墊包括至少一個包含陶瓷纖維和具有由相對的橫向邊緣限定的寬度的非膨脹型材料層；以及至少一個包含膨脹型材料和具有由相對的橫向邊緣限定的寬度的膨脹型材料層，其中所述膨脹型材料層的寬度小于所述非膨脹型材料層的寬度，所述膨脹型材料層具有暴露的主表面。
2. 根據(jù)權利要求1所述的多層墊，其中所述至少一個非膨脹型 材料層和所述至少一個膨脹型材料層接合在一起。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的多層墊，其中所述至少一個非膨 脹型材料層為至少兩個非膨脹型材料層，所述至少一個膨脹型材料層 為至少兩個膨脹型材料層，或者同時所述至少一個非膨脹型材料層為 至少兩個非膨脹型材料層和所述至少一個膨脹型材料層為至少兩個膨 脹型材料層。
4. 根據(jù)權利要求3所述的多層墊，其中所述至少兩個非膨脹型 材料層的每層組成是不同的。
5. 根據(jù)權利要求3所述的多層墊，其中所述至少兩個非膨脹型 材料層的每層寬度是不同的，所述至少兩個膨脹型材料層的每層寬度 是不同的，并且所述每個膨脹型材料層的寬度均小于所述每個非膨脹 型材料層的寬度。
6. 根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的多層墊，其中所述至少 一個非膨脹型材料層和所述至少一個膨脹型材料層彼此相對布置，使得所述至少一個膨脹型材料層的兩條橫向邊緣布置在所述至少一個非 膨脹型材料層的橫向邊緣以內。
7. 根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的多層墊，其中所述至少 一個非膨脹型材料層和所述至少一個膨脹型材料層彼此相對布置，使 得所述至少一個膨脹型材料層的一條橫向邊緣與所述至少一個非膨脹 型材料層的一條橫向邊緣成一條直線，所述至少一個膨脹型材料層的 僅另外一條橫向邊緣位于所述至少一個非膨脹型材料層的橫向邊緣以 內。
8. 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的多層墊，其中所述非膨 脹型材料層具有約0.5mm至約20mm范圍內的厚度和約0.05g/cc 至約0.4g/cc范圍內的堆密度，所述膨脹型材料層具有約0.5mm至約 15mm范圍內的厚度和約0.4g/cc至約0.75g/cc范圍內的堆密度。
9. 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的多層墊，所述多層墊還 包括含有陶瓷纖維的一層或多層的非膨脹型材料帶，沿所述至少一個 膨脹型材料層的一條橫向邊緣布置所述帶，其中所述帶的寬度小于所 述至少一個膨脹型材料層的寬度。
10. 根據(jù)權利要求9所述的多層墊，其中所述非膨脹型材料帶與 所述膨脹型材料層的組合寬度總計基本上等于所述非膨脹型材料層的 寬度。
11. 根據(jù)權利要求9所述的多層墊，所述多層墊還包括含有陶瓷 纖維的一層或多層的另一條非膨脹型材料帶，沿所述至少一個膨脹型 材料層的每條橫向邊緣布置一條所述非膨脹型材料帶，其中每條所述 帶的寬度小于所述至少一個膨脹型材料層的寬度。
12. 根據(jù)權利要求11所述的多層墊，其中所述非膨脹型材料帶與所述膨脹型材料層的組合寬度總計基本上等于所述非膨脹型材料層 的寬度。
13. 根據(jù)權利要求9至12中任一項所述的多層墊，其中每條所 述非膨脹型材料帶均與所述至少一個膨脹型材料層基本上是共平面 的。
14. 根據(jù)權利要求9至13中任一項所述的多層墊，其中每條所 述非膨脹型材料帶的長度均基本上等于所述至少一個膨脹型材料層的 長度。
15. 根據(jù)權利要求9至14中任一項所述的多層墊，其中每條所 述非膨脹型材料帶的彈性均大于所述非膨脹型材料層的彈性。
16. 根據(jù)權利要求9至14中任一項所述的多層墊，其中所述非 膨脹型材料層的彈性均大于任何所述非膨脹型材料帶的彈性。
17. 根據(jù)權利要求9至15中任一項所述的多層墊，其中每條所 述非膨脹型材料帶具有約0.5mm至約20mm范圍內的厚度和約 0.05g/cc至約0.4g/cc范圍內的安裝密度堆密度，所述非膨脹型材料層 具有約0.5mm至約20mm范圍內的厚度和約0.05g/cc至約0.4 g/cc范圍內的安裝密度堆密度，所述膨脹型材料層具有約0.5mm至 約15mm范圍內的厚度和約0.4g/cc至約0.75g/cc范圍內的安裝密 度堆密度。
18. —種污染控制裝置，包括 具有內壁的外殼；布置在所述外殼內的污染控制元件，從而在其間形成間隙；以及 根據(jù)權利要求1至8中任一項所述的多層墊， 其中所述墊布置在所述間隙內，從而將所述污染控制元件安裝在所述外殼內。
19. 根據(jù)權利要求18所述的污染控制裝置，其中所述外殼的一 部分內壁限定了凹槽，所述墊的布置使得僅至少部分的所述膨脹型材 料層被安放在所述凹槽內。
20. 根據(jù)權利要求18所述的污染控制裝置，其中所述外殼的部分內壁限定了凹槽，所述墊的布置使得至少部分所述膨脹型材料層被 安放在所述凹槽內，而且所述膨脹型材料層的橫向邊緣均不暴露于流 經所述污染控制裝置的排氣。
21. 根據(jù)權利要求18所述的污染控制裝置，其中所述外殼的部 分內壁限定了凹槽，所述墊的布置使得所述膨脹型材料層被安放在所 述凹槽內，而且所述膨脹型材料層的一條橫向邊緣暴露于流經所述污 染控制裝置的排氣。
22. —種污染控制裝置，包括 具有內壁的外殼；布置在所述外殼內的污染控制元件，從而在其間形成間隙；以及 根據(jù)權利要求9至17中任一項所述的多層墊， 其中所述墊布置在所述間隙內，從而將所述污染控制元件安裝在 所述外殼內。
23. 根據(jù)權利要求22所述的污染控制裝置，其中所述外殼的部 分內壁限定了凹槽，所述墊的布置使得所述膨脹型材料層被安放在所 述凹槽內并且不暴露于流經所述污染控制裝置的排氣，以及一條所述 膨脹型材料帶暴露于流經所述污染控制裝置的排氣。
24. 根據(jù)權利要求18至23中所述的污染控制裝置，其中所述 非膨脹型材料層被布置成與所述污染控制元件相鄰。
25. 根據(jù)權利要求24所述的污染控制裝置，其中所述非膨脹型 材料層與所述污染控制元件接觸。
26. 根據(jù)權利要求18至25中任一項所述的污染控制裝置，其 中所述膨脹型材料層被布置成與所述外殼的內壁相鄰。
27. 根據(jù)權利要求18至26中任一項所述的污染控制裝置，其 中幾乎完全防止所述膨脹型材料層的至少一條橫向邊緣暴露于流經所 述污染控制裝置的排氣。
28. 根據(jù)權利要求18至27中任一項所述的污染控制裝置，其 中所述裝置為催化轉化器或排氣系統(tǒng)過濾器。
29. —種用于內燃機的排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括根據(jù)權利要 求18至28中任一項所述的污染控制裝置。
全文摘要
一種用于將污染控制元件(40)安裝在污染控制裝置(60)中的多層墊(10)。所述墊包括至少一個含陶瓷纖維和由相對的橫向邊緣限定的寬度的非膨脹型材料層和至少一個含膨脹型材料和由相對的橫向邊緣限定的寬度的膨脹型材料層。所述膨脹型材料層的寬度小于所述非膨脹型材料層的寬度。所述膨脹型材料層可具有暴露的主表面。
文檔編號B01D53/94GK101310096SQ200680042975
公開日2008年11月19日 申請日期2006年10月10日 優(yōu)先權日2005年10月13日
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