用于污染控制元件的安装垫制造技术

本发明专利技术公开一种用于将污染控制元件安装在外壳中的垫(1)，该垫(1)包含无机纤维材料。在该垫的边缘表面(20)处，多根纤维(30)被热熔融以形成熔融体积(90)。每平方毫米的该边缘表面的熔融体积的平均数量为至少100，并且至少80％的这些熔融体积具有介于10μm和100μm之间的投影尺寸。

Installation pad for pollution control elements

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于污染控制元件的安装垫
本公开涉及用于将如催化剂主体的污染控制元件安装在外壳中的垫，并且具体地，涉及包含包括无机纤维的纤维材料的此类垫。本专利技术还涉及包括此类垫的污染控制装置，并且涉及用于形成此类垫的方法。
技术介绍
在机动车辆上采用污染控制装置来控制大气污染。此类装置包括催化转化器及柴油机颗粒过滤器或捕集器。这些装置包括污染控制元件。例如，催化转化器通常包含支撑催化剂的陶瓷或金属单片结构。催化剂使一氧化碳和碳氢化合物氧化并且还原发动机废气中的氮氧化物，以控制大气污染。此外，柴油机颗粒过滤器或捕集器通常包含呈蜂窝状单片结构形式的通常由多孔结晶陶瓷材料制成的壁流式过滤器。这些装置中的每者具有保持或安装污染控制元件的金属外壳(通常为不锈钢)。此类污染控制元件通常是易碎并且易受振动或冲击损坏和破损影响的。损坏力可来自发动机组装期间的粗略处理或掉落、来自发动机振动或来自在不平坦路面上行进。此类污染控制元件也容易由于高度热冲击(诸如因与路面喷雾(roadspray)的接触)受到损坏。为保护污染控制元件(尤其是陶瓷单片类型)并且防止废气在污染控制元件和周围外壳之间通过(由此绕过催化剂或过滤器)，安装垫被设置在污染控制元件和外壳之间。一些安装垫和绝缘元件(例如，端锥绝缘件)主要包括无机纤维以及无机或有机粘结剂、填料等。此类安装垫通常使用金属刀片来模切，或者由更大的无机纤维材料片材激光切割而成。安装垫(诸如本公开的垫)主要由较大的纤维材料片材切割而成。已发现，使用切割刀片或其它这种装置来从此类无机纤维材料片材机械地切出安装垫或绝缘元件(例如，端锥绝缘件)通常导致无机纤维破裂或断裂而不是实际上切割。因为纤维破裂，所以机械切割操作产生大量纤维粉尘。也可导致由粘结剂和/或填料材料生成粉尘。这种粉尘保留在切出的垫上。稍后，当将安装垫或端锥绝缘件结合到污染控制装置中时，粉尘从垫的纤维材料逸出并且可对处理这些垫的工人造成瘙痒或皮肤刺激问题。因此期望减少通过垫的边缘表面离开垫的纤维和粉尘的量。本公开涉及减少尤其是在污染控制装置组装操作期间处理此类垫时从垫逸出的粉尘的量。之前已尝试过解决此问题。例如，国际专利申请2006/055188A1提及用于在污染控制装置中使用的无机纤维安装和绝缘片材，其中无机纤维片材的至少一个边缘的至少一组两根或更多根纤维熔融在一起。类似地，美国专利US7,951,731B2涉及纤维分散问题，并且在一个方面，提及包括无机纤维聚集体的无机纤维垫，该无机纤维聚集体包括无机纤维，其中位于无机纤维聚集体表面上的无机纤维的至少一部分通过加热彼此熔融。
技术实现思路
本公开尝试提供对此类现有技术安装垫的改进。本公开提供一种用于将污染控制元件安装在外壳中的垫，其中该垫包含纤维材料，该纤维材料包括无机纤维并且限定该垫的第一主表面和相反的第二主表面以及至少一个边缘表面，该至少一个边缘表面在这些主表面的周边的一部分处连接这些主表面，其中该边缘表面限定边缘平面，并且该纤维材料的多根无机纤维在该边缘表面处热熔融，以形成多个熔融体积，其中每个熔融体积具有由该熔融体积到该边缘平面上的平行投影的最长几何延伸限定的投影尺寸，并且其中每平方毫米的该边缘平面的平均熔融体积数为至少100，该垫的特征在于至少80％的这些熔融体积具有介于10μm和100μm之间的投影尺寸。如本文所提及，污染控制元件可为催化剂载体，例如，支撑催化剂的陶瓷或金属单片结构。该污染控制元件安装在外壳中，该外壳可为金属外壳。为提供较大的表面积，催化剂载体通常具有非常薄的壁。这些薄壁可导致这些催化剂载体是易碎并且易受破损影响的。另外，在一些实施方案中，该催化剂载体的热膨胀系数可比外壳的热膨胀系数少一个数量级。在该外壳由金属(通常为不锈钢)形成并且该催化剂载体为陶瓷的情况下尤其如此。热特性的差异可使催化剂载体经受温度变化造成的损坏的风险。根据本公开的设置在该外壳和该催化剂载体之间的安装垫有助于保护该催化剂载体免受由于道路冲击和振动和/或热膨胀差异所致的损坏。此类安装垫还有助于防止废气在污染控制元件和金属外壳之间通过。已发现，部分地密封根据本公开的包含无机纤维材料(即，包括无机纤维的纤维材料)的垫的边缘表面可以特定方式进行，使得减少纤维粉尘即分散的断裂纤维和/或其它碎屑颗粒从该垫内部通过该边缘表面脱落到环境空气中。在根据本公开的安装垫中，当在污染控制装置组装操作期间处理该垫时，减少量的截留的断裂纤维和其它颗粒离开该垫。因此，据信，处理此类垫的工人将具有减少的瘙痒和较少的皮肤刺激问题。脱落的量在下文描述的所谓纤维损失测试中来确定。根据本公开，提供一种用于将污染控制元件安装在外壳中的垫，其中该垫可通过激光束或机械方式(例如，通过刀片、通过模具或线)从无机纤维材料片材切出。该无机纤维材料片材可为非织造材料片材。本专利技术人已惊奇地发现，足够高数量的足够大的熔融体积通过阻止纤维粉尘从该垫内部通过边缘表面到该垫外部的环境空气的潜在迁移路径而至少部分地闭合该边缘表面。在探索该问题时，似乎仅足够高的熔融体积密度(即每平方毫米的边缘表面的熔融体积数)不足以实现该边缘表面的有效闭合。仅足够大的熔融体积尺寸(即，投影尺寸)也无法实现该边缘表面的有效闭合。本专利技术的专利技术人已惊奇地发现，熔融体积的密度和尺寸的组合提供该边缘表面的有效闭合，并由此减少从该垫出现的纤维粉尘的量。为了部分地密封根据本公开的垫的边缘表面，可对该边缘表面进行热处理。该热处理可例如通过激光束或通过加热元件、通过火焰或通过加热的气体来进行。在该边缘表面的热处理是使用激光器来执行的情况下，该热处理可通过用于生成该边缘表面的激光切割过程来执行或与该过程同时执行。在这种情形下，使用合适地选取的激光设定来生成边缘表面的激光切割过程可在该边缘表面处提供用于减少通过该边缘表面的脱落的具有合适的密度和投影尺寸的熔融体积。该热处理可致使该边缘表面处的两根或更多根纤维的组熔融在一起。该热处理还可致使单根纤维(即未与其它纤维熔融的纤维)的部分变大，或表现出诸如像蘑菇状部分的修圆形状。在一根或多根纤维熔融的位置中，纤维的熔融部分形成在三维上延伸的“熔融体积”。因此，熔融体积可位于单根纤维处或者两根或更多根纤维熔融在一起的位置处。在任何情况下，纤维的这些熔融部分由于它们的形状和延伸而在显微照片中与未熔融部分清晰可辨。熔融体积包括一根或多根纤维的在一个熔融位置中的熔融部分，并且不包括纤维的未熔融部分。熔融体积通常具有不规则形状，但许多为微球形。纤维的热熔融为特定纤维上的熔融体积的尺寸和投影尺寸不可预测的随机过程。而且，当在适当的条件下进行热熔融时，较粗的纤维将比较细的纤维生成更大的熔融体积。为了阐明用于确定熔融体积的密度的计数方法，无机纤维材料的纤维上的通过热熔融产生的特征仅在熔融体积的投影尺寸(包括纤维的投影尺寸)比形成无机纤维材料的纤维的平均直径(如材料的制造商所指定的)大至少35％的情况下才被视为熔融体积。例如，如果纤维材料被指定为由平均直径为6.0μm的纤维制成，则在热熔融之后，仅具有至少8.1μm的投影尺寸的特征被视为熔融体积，并且在确定密度和百分比时这样计数。据信影响脱落性能(即，通过纤维粉尘的重量损失)的参数为熔融体积的密度(即它们在每平方毫米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将污染控制元件安装在外壳中的垫(1)，其中所述垫包含纤维材料，所述纤维材料包括无机纤维(30)并且限定所述垫的第一主表面和相反的第二主表面(10,11)以及至少一个边缘表面(20)，所述至少一个边缘表面(20)在所述主表面的周边的一部分处连接所述主表面，其中所述边缘表面限定边缘平面(80)，并且所述纤维材料的多根所述无机纤维在所述边缘表面处热熔融，以形成多个熔融体积(90)，其中每个熔融体积具有投影尺寸，所述投影尺寸由所述熔融体积到所述边缘表面上的平行投影的最长几何延伸限定，并且其中每平方毫米的所述边缘表面的熔融体积的平均数量为至少100，所述垫的特征在于，至少80％的所述熔融体积具有介于10μm和100μm之间的投影尺寸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.21 EP 16205774.91.一种用于将污染控制元件安装在外壳中的垫(1)，其中所述垫包含纤维材料，所述纤维材料包括无机纤维(30)并且限定所述垫的第一主表面和相反的第二主表面(10,11)以及至少一个边缘表面(20)，所述至少一个边缘表面(20)在所述主表面的周边的一部分处连接所述主表面，其中所述边缘表面限定边缘平面(80)，并且所述纤维材料的多根所述无机纤维在所述边缘表面处热熔融，以形成多个熔融体积(90)，其中每个熔融体积具有投影尺寸，所述投影尺寸由所述熔融体积到所述边缘表面上的平行投影的最长几何延伸限定，并且其中每平方毫米的所述边缘表面的熔融体积的平均数量为至少100，所述垫的特征在于，至少80％的所述熔融体积具有介于10μm和100μm之间的投影尺寸。2.根据权利要求1所述的垫，其中所述纤维材料的所述纤维(30)具有介于4.5μm和6.5μm之间，诸如5.5μm的标称平均直径。3.根据权利要求1或权利要求2所述的垫，其中所述垫在未压缩状态下具有介于0.5cm和5.0cm之间的厚度。4.根据前述权利要求中任一项所述的垫，其中所述纤维材料为非织造材料。5.根据前述权利要求中任一项所述的垫，其中所述纤维材料具有介于500g/m2和8000g/m2之间的质量密度。6.根据前述权利要求中任一项所述的垫，其中所述无机纤维(30)包括氧化铝纤维和/或二氧化硅纤维和/或氧化铝-二氧化硅纤维。7.根据前述权利要求中任一项所述的垫，其中所述多根无机纤维通过激光辐射来热熔融。8.根据前述权利要求中任一项所述的垫，其中所述纤维材料为非织造材料，其中所述纤维材料的所述纤维(30)为具有5.5μm的标称平均直径的氧化铝-二氧化硅纤维，并且其中所述边缘表面(20)为几何平面。9.根据前述权利要求中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：克斯廷·C·罗森，克努特·舒马赫，蒂洛·雷姆霍夫，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US