污染控制装置及用来固定污染控制元件的垫子制造方法及图纸

一种用来在污染控制装置中固定污染控制元件的垫子，它至少包含由氧化铝纤维层和陶瓷纤维层分别构成的两个层。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及污染控制装置(如催化转化器、柴油机颗粒过滤器等)，涉及用于在此类控制装置中固定污染控制元件的垫子，具体涉及在废气净化装置中使用的催化转化器，并尤其具体涉及在催化转化器外壳上用来固定催化剂支撑体的垫子。
技术介绍
汽车和柴油机发动机的废气净化装置使用的催化转化器一般都在金属外壳中含有一个催化剂支撑体，该支撑体是具有许多通孔排列其中成为蜂窝形状的所谓“蜂窝结构”的整料部分。这种整料部分上载有催化剂，诸如贵金属，通过使一氧化碳和碳氢化合物发生氧化以及减少氮氧化物而净化废气。这种整料部分催化剂支撑体由金属或陶瓷材料构成。为了在金属外壳中容纳催化剂支撑体，在金属外壳和催化剂支撑体之间备有一个用来固定催化剂支撑体的垫子(催化剂支撑体固定材料)，该垫子由基于氧化铝-二氧化硅的纤维或其它陶瓷纤维构成，能固定催化剂支撑体并保护其不受损害。然而，陶瓷催化剂支撑体的热膨胀系数通常几乎不足金属外壳热膨胀系数的十分之一。尽管催化转化器通常都暴露于几百度的高温，但在如此高温之下，由于金属外壳与陶瓷催化剂支撑体的热膨胀系数不同，金属外壳的热膨胀超过陶瓷材料的热膨胀，结果导致金属外壳与催化剂支撑体间的间隙扩大，造成催化剂支撑体的夹持强度下降，从而产生诸如使催化剂支撑体发出卡嗒声的毛病。因此，人们提出了在用于固定催化剂支撑体的垫子中包含一种膨胀剂而在金属外壳与催化剂支撑体的间隙膨胀时防止催化剂支撑体夹持强度下降的建议。参见例如日本未审查特许公开第2002-514283号(第2页，第16-18页)。即，在该特许公开中，在金属外壳与催化剂支撑体间放置了由柔性膨胀层和含有膨胀物质的柔性膨胀层构成的单片。
技术实现思路
然而，近年来，由于要求改善汽车的燃料消耗和日益严格的排放控制要求，应用于汽车的催化装置正越来越暴露于更高的温度之下，这是因为发动机排出的废气本身温度升高了，还因为使用了一种系统，在该系统中通过将催化装置紧置于发动机后面而在尽可能高的温度下对废气进行处理以便提高净化效能。例如，众所周知的是，在某些驾驶条件下，使用汽油发动的车辆的废气温度超过1000℃是习以为常的。然而，当暴露于800-1000℃温度时，日本未审查特许公开第2002-514283号使用的膨胀物质，诸如蛭石、膨胀石墨或膨胀硅酸钠等会变质，其强度也会显著地降低。除了这种热变质之外，还会发生机械震动，致使催化剂支撑体的夹持强度下降。在该特许公开中，虽然膨胀物质的使用能有效地适应金属外壳与催化剂支撑体间隙的变化，但未讨论在超过800℃高温时的耐久性。本专利技术提供一种用来固定像催化剂支撑体之类的污染控制元件的垫子，即使长期暴露于超过800℃高温下，它也能维持支撑体夹持强度而不影响其弹性。为了解决一个或多个上述问题，本专利技术提供一种用来固定污染控制元件(例如，催化剂支撑体、柴油机颗粒过滤器等)的垫子和包含所述垫子的污染控制装置，其中所述垫子至少包括两层，一个氧化铝纤维层和一个陶瓷纤维层。这些纤维层可以单片的形式提供，勿需使用辅助结合手段。附图说明图1是一个催化净化装置的分解透视图。图2是本专利技术用来固定催化剂支撑体的垫子构造的截面图。图3是显示用来固定催化剂支撑体的垫子的试样3所承受的压力随时间变化的图。图4是显示实施例1和2及比较例1的试样在10年后所承受压力的外推值的图。具体实施例方式以下是参照附图对本专利技术的说明。图1是一个典型催化转化器的分解透视图。催化转化器10包括在金属外壳11中的催化剂支撑体20，它是个具有所谓“蜂窝结构”的整料部分，其中许多通孔排列成蜂窝形状。这种整料部分上载有一种能使一氧化碳和碳氢化合物氧化以及减少氮氧化物而净化废气的催化剂。催化剂支撑体20一般由陶瓷材料构成，常常是极脆的。因此，用来固定催化剂支撑体的垫子3置于金属外壳11与催化剂支撑体20之间，以保护催化剂支撑体20不受损害。如图2所示，本专利技术用来固定催化剂支撑体的垫子30至少包含由氧化铝纤维层31和陶瓷纤维层32组成的两层，这些纤维层不需要使用辅助结合手段而形成一个单片。氧化铝纤维层31是用前体纤维化工艺制备成的氧化铝纤维形成的，陶瓷纤维层32是用通过熔化氧化铝(Al3O3)、二氧化硅(SiO2)及其他氧化物的混合物，尔后经过熔体喷射或熔融纺丝制备的陶瓷纤维形成的。这些纤维由80-95重量％的纤维和5-20重量％的粘合剂形成。这里，在本专利技术的说明书中，构成氧化铝纤维层31的氧化铝纤维是含有50重量％或更多，最好是70重量％或更多的氧化铝的结晶纤维。另一方面，构成陶瓷纤维层32的陶瓷纤维是含有45重量％或更多二氧化硅的耐火陶瓷纤维(RCF)。氧化铝和二氧化硅以外的其它氧化物包括二氧化锆(ZrO2o)、氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化铬(Cr2O3)、氧化钇(Y2O3)和氧化镧(La2O3)。构成陶瓷纤维层32的陶瓷纤维优选经过退火。退火处理能改善垫子的弹性并改善夹持强度和耐久性。退火在700-1200℃进行，优选在950-1100℃进行，退火时间优选为0.5-2小时。丙烯酸树脂、苯乙烯-丁二烯、乙烯基吡啶、丙烯腈、氯乙烯或聚氨酯等可用作粘合剂。此外，垫子除了含有氧化铝纤维和陶瓷纤维和粘合剂外，还可含有无机粘合剂(如玻璃颗粒、碳酸钙、云母或氢氧化镁)或柔性热固性树脂(如不饱和聚酯、环氧树脂或聚乙烯酯)。本专利技术用来固定催化剂支撑体的垫子是不使用辅助结合手段形成的一个单片，其方法形成诸如同时在氧化铝纤维层上表面上形成一个陶瓷纤维层。术语“辅助结合手段”是指外用的附着手段，诸如树脂、胶粘剂、胶粘带、缝线或钉子。现有技术中用来固定催化剂支撑体的垫子是由多层层合物组成的垫子，其形成是首先单个地制作每一层，然后再用粘合剂、粘结膜、缝线或钉子将各层相互附着起来。可是，用胶粘剂或胶粘膜将各单个层附着起来的多层垫子用于催化转化器时常常会产生讨厌的烟雾或气味。此外，这种胶粘剂或胶粘膜还会影响垫子的抗热性。再者，由于将各层相互附着的成本和使用胶粘剂或胶粘膜的成本，这种垫子的生产成本也增加。另一方面，对于层与层之间用缝线等机械方式附着的垫子而言，在缝线穿透垫子的部位，垫子的机械强度会下降，而且会因要求额外步骤和材料而有成本增加的问题。由于不采用这种辅助结合手段而是由氧化铝纤维层和陶瓷纤维层组成单片，本专利技术消除了上述问题。具体地说，本专利技术用来固定催化剂支撑体的垫子，其形成是制备一种含有氧化铝纤维的浆料和一种含有陶瓷纤维的浆料(这些浆料的固体含量优选在5重量％或以下)、将第一浆料粘附到滚光机的网子或金属丝网等上面；通过重力和/或真空使该第一浆料部分脱水而形成一个底层、再将第二浆料粘附到上述部分脱水的底层上、通过类似的部分脱水形成上层、然后用压辊加压以增加这二层的密度、随后用加热的滚筒使其完全干燥。虽然氧化铝纤维层或是陶瓷纤维层均可在起始作为底层形成，但在干燥期间优选是最厚的一层应为首先形成的底层。采用这种方法，由于是将第二浆料粘附到第一浆料部分脱水后形成的层上、随后再将第二浆料脱水，这二种组分会部分地混合，尤其是在这二层的界面处。其结果是，这二层便持久而有效地附着在一起，勿需使用诸如胶粘剂等辅助结合手段，从而可形成一个整体的单片。在本专利技术用来固定催化剂支撑体的垫子中，氧化铝纤维层与陶瓷纤维层的重量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边俊行，宫坂宗樹，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：