制備用于安裝污染控制元件的安裝墊的方法
【專利說明】
[0001] 本專利申請是申請日為2008年10月7日，發(fā)明名稱為"制備用于安裝污染控制元 件的安裝墊的方法"的中國專利申請200880110880. 0的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及制備用于將污染控制元件安裝到催化轉(zhuǎn)化器中的安裝墊的方法。具體 地講，本發(fā)明涉及制備膨脹型或非膨脹型安裝墊的方法。本發(fā)明還涉及制備催化轉(zhuǎn)化器的 方法。本發(fā)明也涉及減少含渣球無機纖維中的渣球量的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 在機動車輛上采用污染控制裝置來控制大氣污染。這種裝置包括污染控制元件。 示例性的污染控制裝置包括催化轉(zhuǎn)化器及柴油機顆粒過濾器或捕集器。催化轉(zhuǎn)化器通常包 含陶瓷單片結(jié)構(gòu)，該陶瓷單片結(jié)構(gòu)具有支承催化劑的壁。催化劑通常氧化一氧化碳和碳?xì)?化合物并還原發(fā)動機廢氣中的氮氧化物，以控制大氣污染。單片結(jié)構(gòu)也可以由金屬制成。柴 油機顆粒過濾器或捕集器通常包括壁流過濾器，壁流過濾器經(jīng)常是由（例如）多孔陶瓷材 料制成的蜂窩狀單片結(jié)構(gòu)。過濾器通常移除發(fā)動機廢氣中的煤煙及其它排出的顆粒。這些 裝置中的每一個都具有容納污染控制元件的殼體（通常由類似不銹鋼的金屬制成）。單片 污染控制元件經(jīng)常由其壁厚和每平方英寸的開口或孔的數(shù)量（cpsi)來描述。在20世紀(jì)70 年代初，常見的是壁厚為12密耳（304微米）且孔密度為300cpsi (47個孔/平方厘米）的 陶瓷單片污染控制元件（"300/12單片"）。
[0004] 隨著排放法規(guī)變得更加嚴(yán)格，作為增加幾何表面積的方法，壁厚已經(jīng)減小，從而減 少了熱容并且降低了單片的壓降。該標(biāo)準(zhǔn)已進展到900/2單片。陶瓷單片結(jié)構(gòu)由于其壁薄 而易碎并且易受振動或沖擊損壞和破壞的影響。損壞力可以來自在污染控制裝置的組裝 期間操縱不當(dāng)或下落、來自發(fā)動機振動或來自在不平坦路面上的行駛。由于高度的熱沖擊 (例如來自與路面噴灑的接觸），陶瓷單片也容易受到損壞。
[0005] 陶瓷單片具有通常比其被包含的金屬殼體小一個數(shù)量級的熱膨脹系數(shù)。例如，隨 著發(fā)動機將催化轉(zhuǎn)化器單片元件從25°c加熱到約900°C的最大操作溫度，金屬殼體的周壁 與單片之間的間隙可以從約4mm開始，并且總共可增加約0. 33mm。同時，金屬殼體的溫度從 約25°C增加到約530°C。即使金屬殼體經(jīng)歷了較小的溫度變化，金屬殼體較高的熱膨脹系 數(shù)導(dǎo)致殼體膨脹到較大的外圍尺寸，其膨脹速度比單片元件的膨脹速度快。在車輛的使用 壽命期間，這種熱循環(huán)通常發(fā)生成百上千或成千上萬次。
[0006] 為了避免路面沖擊和振動對陶瓷單片造成損壞，為了補償熱膨脹差，并且為了抑 制廢氣穿過單片和金屬殼體之間（從而繞過催化劑），在陶瓷單片和金屬殼體之間設(shè)置安 裝墊。將單片放置在殼體內(nèi)的工藝也稱作罐裝，并包括以下步驟，例如在單片周圍包裹墊材 料的片、將包裹好的單片置于殼體中、將殼體擠壓閉合以及沿著殼體的側(cè)向邊緣焊接法蘭。
[0007] 通常，安裝墊材料包括無機纖維（可選的為膨脹型材料）、有機粘結(jié)劑、填料及其 它佐劑。用于在殼體中安裝單片的已知的墊材料在（例如）以下專利中有所描述：美國專利 No. 3, 916, 057 (Hatch 等人）、No. 4, 305, 992 (Langer 等人）、No. 4, 385, 135 (Langer 等人）、 No. 5, 254, 410 (Langer 等人）、No. 5, 242, 871 (Hashimoto 等人）、No. 3, 001，571 (Hatch)、 No. 5, 385, 873 (MacNeil)和 No. 5, 207, 989 (MacNeil);英國專利 GB1, 522, 646 (Wood)， 1978 年 8 月 23 日公布；日本 Kokai No. J. Ρ· Sho. 58-13683,1983 年 1 月 26 日公布（即， 專利申請公開 No. J. Ρ. Hei. 2-43786 和申請 No. J. Ρ. -Sho. 56-1 12413)和日本 Kokai No. J. P. Sho. 56-85012,1981 年 7 月 10 日公布（g卩，專利申請 No. Sho. 54-168541)。安裝材 料應(yīng)當(dāng)在長時間的使用期間在整個操作溫度范圍內(nèi)保持非常好的回彈力。
[0008] 對如下的安裝系統(tǒng)存在著需求：該安裝系統(tǒng)有足夠的回彈力且可壓縮，以在寬泛 的操作溫度范圍和大量的熱循環(huán)內(nèi)適應(yīng)單片和金屬殼體之間的變化間隙。雖然最先進的安 裝材料具有其自身的實用性和優(yōu)點，但仍然需要改進污染控制裝置中使用的安裝材料。另 外，在形成安裝墊中的主要問題之一是在材料成本與性能屬性之間進行平衡。希望以可能 的最低成本提供這種高質(zhì)量的安裝系統(tǒng)。
[0009] 主要通過濕法成網(wǎng)工藝來制備用于安裝污染控制裝置或單片的安裝墊。具體地 講，使用濕法成網(wǎng)工藝來制備膨脹型安裝墊。然而，由于濕法成網(wǎng)工藝在設(shè)備方面要求有 大量的投資并且由于要求進行干燥導(dǎo)致進一步消耗大量的能量，所以濕法成網(wǎng)工藝是昂貴 的。另外，該工藝通常涉及需要處理的大量水基溶液以及相關(guān)的廢水，出于環(huán)境的原因可能 需要對其進行處理。因為所需配方的組分的不同的相互作用，所以配制特定組成（如，具有 某些所需的佐劑）的安裝墊的過程還是復(fù)雜的。此外，濕法成網(wǎng)工藝通常要求使用大量的 有機粘結(jié)劑，以避免在安裝期間安裝墊破裂。這在安裝墊包含添加劑（例如為膨脹型材料） 的情況下尤其如此。尤其是在（例如）采用柴油發(fā)動機（其排氣的溫度通常比大多數(shù)汽油 發(fā)動機的排氣溫度低很多）的情況下，在旨在用于"低溫"催化轉(zhuǎn)化器的安裝墊中，使用有 機粘結(jié)劑是不可取的。因為在組裝轉(zhuǎn)化器之后需要燒盡有機粘結(jié)劑，所以出于環(huán)境的原因， 有機粘結(jié)劑也是不可取的。
[0010] 另外，可在濕法成網(wǎng)工藝中使用的纖維長度會施加限制。
[0011] 也使用干法成網(wǎng)工藝來制備安裝墊。例如，已經(jīng)使用以下市售的成網(wǎng)機制備安裝 墊：例如由 Rando Machine Corp. (Macedon，N.Y.)以商品名"RAND0 WEBBER"、或由 ScanWeb Co. (Denmark)以商品名"DAN WEB"銷售的那些，其中纖維被拖曳到篩網(wǎng)或網(wǎng)帶上。遺憾的 是，這些設(shè)備中的每一個相對于制備安裝墊而言均有其自身的局限性，因此將其有效性局 限于與這些機器一起使用而優(yōu)化的特定的安裝墊配制。例如，可用在這些機器上的纖維長 度通常受限制。另外，在安裝墊的配制過程中所需的佐劑與這些機器可能不相容、或其使用 會導(dǎo)致不滿足所需的性能的安裝墊或會導(dǎo)致在性能上有大變化的墊的產(chǎn)生。另外，已知的 干法成網(wǎng)工藝可能太有力，從而在制備過程中導(dǎo)致不期望的纖維破損、不可再現(xiàn)的性能、形 成灰塵等。
[0012] 因此，存在找到制備安裝墊的進一步方法的需要。找到這樣的墊恐怕是特別理想 的，即允許制備大量不同配方（包括非膨脹型材料以及膨脹型材料）的安裝墊。還理想的 是，找到容許以低成本以及以便利的方式制備安裝墊的方法。另外理想的是，找到可用來制 備沒有或具有非常少量粘結(jié)劑的安裝墊、尤其是粘結(jié)劑含量低并且還可以包括佐劑（例如 為顆?；蚺蛎浶筒牧希┑膲|的方法。當(dāng)然，期望的方法通常應(yīng)當(dāng)允許制備所需的安裝墊，其 性能水平與迄今為止用來制備安裝墊的其他方法所制備的安裝墊的性能等同或比之更好。 通常，該方法應(yīng)當(dāng)允許制備質(zhì)量一致的安裝墊。例如，可通過使用渣球含量低的無機纖維來 實現(xiàn)質(zhì)量令人滿意的安裝墊。因此，也期望找出減少安裝墊中適用的無機纖維（尤其是干 纖維）的渣球含量的工藝。優(yōu)選地，可將該工藝與制備安裝墊的工藝相結(jié)合或一體化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 在一個方面，本發(fā)明涉及一種制備在污染控制裝置中使用的安裝墊的方法，該方 法包括如下步驟：
[0014] (i)穿過在成型絲網(wǎng)上方設(shè)置的具有開放底部的成型箱的入口供應(yīng)無機纖維，以 在所述成型絲網(wǎng)上形成纖維墊，所述成型箱具有多個纖維分離輥和環(huán)形帶篩機，所述多個 纖維分離輥在所述入口和殼體底部之間的殼體中設(shè)置成至少一排，以用于打散纖維團；
[0015] (ii)捕獲纖維分離輥下方和成型絲網(wǎng)上方的環(huán)形帶篩機的下行帶上的纖維團；
[0016] (iii)將捕獲的纖維團在纖維分離輥上方的環(huán)形帶上傳送，以使捕獲的纖維團能 夠從環(huán)形帶釋放，并接觸纖維分離輥并被纖維分離輥打散；
[0017] (iv)通過成型絲網(wǎng)將纖維墊運出成型箱；以及
[0018] (V)壓縮所述纖維墊并且將纖維墊限制在其壓縮狀態(tài)，從而獲得具有所需厚度的 安裝墊，該安裝墊適用于將污染控制元件安裝在催化轉(zhuǎn)化器的殼體中。
[0019] 上述制備安裝墊的方法通常提供以下優(yōu)點中的一個或多個。通常，該方法允許以 高性價比和便利的方式制備多種組成的安裝墊。具體來講，本方法允許制備此前恐怕需要 通過不同的方法和設(shè)備來制備的不同的安裝墊配方。另外，制備的安裝墊具有通常至少等 于或優(yōu)于采用用于制備安裝墊的已知或通用方法制備的安裝墊的性能水平。另外，可以容 易、便利、高性價比和可靠的方式來制備沒有有機粘結(jié)劑或有機粘結(jié)劑含量低的安裝墊，從 而得到一致的品質(zhì)和性能。例如，可以容易地制備沒有有機粘結(jié)劑或具有不大于5重量％ 的有機粘結(jié)劑（例如不大于3重量％或不大于2重量％)的安裝墊。在具體實施例中，可 制備有機粘結(jié)劑含量低（如，沒有粘結(jié)劑，不大于5重量％的有機粘結(jié)劑，例如不大于3重 量％或不大于2重量％)的具有極佳的性能和一致的品質(zhì)的膨脹型安裝墊。該方法還可以 提供的優(yōu)點是能夠制備采用已知方法難以制備或不可能制備的安裝墊。
[0020] 另外，該方法允許減小含渣球的無機纖維的渣球含量。雖然可以商購渣球減少的 纖維，但它們通常是通過濕法成網(wǎng)法純化，因此包含需要被移除的液體或溶劑。還可以商購 干式渣球減少的纖維，但它們已通過短切工藝（"短纖維"）純化，因此造成纖維長度減小。 因此，本發(fā)明的另一個優(yōu)點是提供獲得渣球減少的纖維而不會減小纖維長度的方式。因此， 可以得到澄球減少的纖維長度從4mm至IOmm或甚至大于IOmm的干式無機纖維。澄球減少 工藝可以結(jié)合到用于制備墊的工藝中、或它可以是單獨的工藝，例如將纖維遞送到墊制備 之前的預(yù)處理工藝。
【附圖說明】
[0021] 圖1示出成型箱的示意性透視圖；
[0022] 圖2示出成型箱的示意性側(cè)視圖；以及
[0023] 圖3示出圖2中示出的成型箱的詳細(xì)視圖；
[0024] 圖4示出污染控制裝置的示意圖。
[0025] 根據(jù)該方法，通過成型箱的纖維入口向成型箱供應(yīng)纖維。可以單獨地和/或成團 地向成型箱供應(yīng)纖維。通常，團的尺寸在約2mm至約60_、或5mm至30mm(就團不是球形的 情況而言是指團的直徑或最長尺寸）。
[0026] 已經(jīng)于2005年5月19日公布的WO 2005/044529中公開了與本發(fā)明結(jié)合使用的 適合的成型箱。該成型箱包括布置成至少一排且拆分纖維團的多個纖維分離輥。纖維分離 輥將纖維團分成較小的團或各個纖維。纖維分離輥是具有不平整表面的輥，并且包含能夠 與纖維或團接合的至少一個突出部。這種突出部可以是刺突、凸塊或節(jié)。通常，纖維分離輥 是齒輥?？梢酝ㄟ^可選的空氣流或氣流來支持纖維分離輥將纖維從團中分離的動作或通過 接合和/或滾動團或纖維來減小團的尺寸。這可通過以下方法完成：在用纖維分離輥對纖 維進行處理的同時或之后、或在對纖維處理過之后且在用相同的或不同的纖維分離輥再次 對纖維進行處理之前，通過來自適當(dāng)定位以滾動纖維的成型箱中的噴嘴（任選）的空氣或 氣體噴射來完成?？梢猿掷m(xù)地或間斷地通入氣流。
[0027] 布置在成型箱中的環(huán)形帶篩機具有上行帶和位于成型箱的下部中的下行帶，上行 帶直接在齒輥排的下方和/或上方（即，例如在兩排齒輥之間）行進。因此，抑制纖維團或 過大的纖維鋪設(shè)在成型絲網(wǎng)上并被保留在成型箱中的帶篩機上，然后從成型箱的下部運離 并返回到齒輥上，以用于進一步地分解。在實施例中，環(huán)形帶篩機提供自清潔的濾篩或纖維 篩網(wǎng)構(gòu)件，這是由于過大的纖維保留在環(huán)形帶篩機的下行帶的一個上側(cè)上，并因為在成型 箱和成型絲網(wǎng)下方的真空而在環(huán)形帶篩機的上行帶的下側(cè)上被釋放。
[0028] 在實施例中，兩排齒輥設(shè)置在帶篩機的上行帶的每一側(cè)上。籍此，在帶篩機篩選之 前可以對供應(yīng)的纖維進行初始分解，并且在該首次篩選之后進行進一步的分解。在進一步 的實施例中，在帶篩機的上行帶正下方那排中的齒輥被這樣設(shè)置，即，在帶篩機的上行帶的 行進方向，齒輥的旋轉(zhuǎn)軸線和帶篩機之間的距離減小。藉此，隨著保留在帶篩機的下行帶上 的纖維團或纖維簇返回到帶篩機的上部進行再處理，這些保留的纖維被逐漸地再分解。通 過開始對返回的纖維進行"路線"處理，然后逐漸減小帶篩機和各個齒輥之間的間隙的尺 寸，可確保返回的纖維團被分解，并且沒有被壓縮并拖曳經(jīng)過兩個相鄰的齒輥之間的間隙。 藉此，可以實現(xiàn)較好的分解。為了實現(xiàn)對纖維的進一步分解，從而更加均勻地分布，可以在 帶篩機的下行帶的每一側(cè)上設(shè)置另外的兩排齒輥。
[0029] 在本發(fā)明的實施例中，齒輥沿著帶篩機的至少一個豎行帶設(shè)置。籍此，沿著帶篩機 拖曳的纖維在返回路徑上也可以被再處理和/或可通過沿著帶篩機的豎直路徑設(shè)置的齒 輥來清潔帶篩機。在本發(fā)明的實施例中，在相對于成型絲網(wǎng)的行進方向的下游方向，帶篩機 延伸超出殼體。或者，帶篩機被設(shè)置在殼體的內(nèi)部。
[0030] 可以驅(qū)動帶篩機，使下行帶的移動方向與基礎(chǔ)成型絲網(wǎng)相同或相反。此外，帶篩機 可以要么被連續(xù)地驅(qū)動（如，以恒定的速度）、要么被間歇性地驅(qū)動。在一個實施例中，可 以在帶篩機的下行帶的每一側(cè)上設(shè)置另外的兩排齒輥。帶篩機優(yōu)選具有預(yù)定圖案的網(wǎng)格開
[0031] 在一個實施例中，帶篩機可以是具有預(yù)定網(wǎng)孔的絲網(wǎng)。在另一個實施例中，帶篩機 具有橫向取向的網(wǎng)格構(gòu)件，在網(wǎng)格構(gòu)件之間具有開口。在本發(fā)明的實施例中，帶篩機的下行 帶直接在成型絲網(wǎng)上方，從而帶篩機與氣紡在成型絲網(wǎng)上的纖維形成物的上側(cè)接觸。籍此， 真空在成型箱的底部開口中的一些區(qū)域中被篩選，并可實現(xiàn)紡成的產(chǎn)品的預(yù)定表面結(jié)構(gòu)。 這些真空篩選的區(qū)域由帶篩機的篩網(wǎng)圖案確定。
[0032] 此外，如果具有高渣球含量的纖維被送入成型箱中，則篩網(wǎng)可以包含其尺寸被設(shè) 計為分離渣球顆粒的部分、或可以提供將渣球顆粒與纖維分離的單獨的篩網(wǎng)或濾篩。
[0033] 以下，參照圖1-3更加詳細(xì)地描述在本發(fā)明的方法中采用的成型箱的實施例。
[0034] 在圖1和圖2中，示出本方法采用的成型箱。成型箱包括殼體1，纖維3從入口 2 被供應(yīng)到該殼體中。成型箱被布置在成型絲網(wǎng)4上方，由于成型絲網(wǎng)4下方的真空箱5,導(dǎo) 致纖維3被氣紡到該成型絲網(wǎng)上，以在干法成型工藝中形成纖維板6。在圖1中，示出成型 箱，殼體中的內(nèi)部元件是可見的。然而應(yīng)該認(rèn)識到，殼體壁可以由要么透明的材料、要么不 透明的材料制成。
[0035] 纖維3通過入口 2被吹入成型箱的殼體1中。在成型箱的內(nèi)部，多個齒輥7被設(shè) 置成一排或多排（如，四排15個）齒輥71、72、73、74，如圖1和圖2所示。在殼體中，也設(shè) 置環(huán)形帶篩機8。該環(huán)形帶篩機8具有傳輸路徑，包括上行帶85、豎直部分88 (在此處，帶 篩機8沿著向下的方向運動）、下行帶86 (在此處，帶篩機8與下方的成型絲網(wǎng)5基本平行 地行進）和向上取向的20行程87,如圖3所示。
[0036] 與帶篩機8的上行帶85相鄰地設(shè)置有至少一排齒輥71。在示出的實施例中，上兩 排齒輥71、72與下兩排齒輥73、74設(shè)置在殼體1中的不同高度處。帶篩機被如下布置，SP， 上行帶85位于上兩排齒輥71、72之間，下行帶86位于下兩排齒輥73、74之間。纖維3可 以成團地供應(yīng)到殼體1中。然后，齒輥7分解或撕碎纖維3的團，以便確保纖維3均勻地分 布在成型絲網(wǎng)5上形成的產(chǎn)品6中。隨著纖維在成型箱中被朝下吸，纖維經(jīng)過第一排齒輥 71，然后經(jīng)過帶篩機8和第二排齒輥72。在帶篩機8的下行帶86中，過大的纖維被保留在 帶篩機8上并返回到成型箱的上段，以用于進一步分解。保留的纖維在帶篩機8的下行帶 86的頂部上被捕獲，該頂部然后變成上行帶85的下表面，并且纖維被吸離帶篩機8,并且纖 維團被齒棍再一次撕碎。
[0037] 如圖3所示，在帶篩機8的上行帶85的正下方的齒輥排72傾斜。該排72接收從 以下的保留過程返回的被保留的"過大的"纖維。為了確保纖維3在該排72中被有效地撕 碎，該排72中的第一齒輥72'、72"、72"'和72""在各個齒輥72'、72"、72"'和72""的旋 轉(zhuǎn)軸線與帶篩機8的上行帶85之間具有不同的距離。該排中的第一齒輥72'被定位為具 有最大距離，并且逐漸地，后續(xù)的齒輥72"、72" '和72""被定位為具有更靠近的距離，從而 返回的過大的纖維團中的纖維被輕輕地"剝離"，由此確保纖維團被撕碎和分解，而不是被 吸離以及拖離帶篩機并進入到兩個相鄰的齒輥之間。
[0038] 環(huán)形帶篩機8包括按照預(yù)定圖案設(shè)置的閉合部分81和開口 82。或者，帶篩機8可 以是絲網(wǎng)。通過帶篩機8的開口 82和閉合部分81的特定圖案，通過編排帶篩機8的下行 帶86使得其與紡在成型絲網(wǎng)4上的纖維的頂部表面接觸，可以實現(xiàn)通過干法成型工藝形成 的纖維板6上的預(yù)定表面圖案。
[0039] 在豎直取向的行程