[发明专利]非吸入的多晶铝硅酸盐陶瓷单纤维、纤维和非织造垫及其制造和使用方法

说明书

本发明公开的非织造幅材包含多根非吸入的多晶铝硅酸盐陶瓷单纤维，所述多根非吸入的多晶铝硅酸盐陶瓷单纤维缠结以形成黏聚垫，所述多晶铝硅酸盐陶瓷单纤维的平均莫来石百分比为至少75重量％。当根据疲劳测试测量时，所述黏聚垫优选地在900℃下在1,000次循环之后表现出的压缩回弹性为至少30kPa。本发明还描述了包括所述黏聚垫或通过将所述陶瓷垫短切成陶瓷纤维而形成的绝缘制品、包括所述绝缘制品的污染控制装置以及制造所述非吸入的多晶铝硅酸盐陶瓷单纤维和所述纤维、所述非织造幅材、所述绝缘制品和所述污染控制装置的方法。

技术领域

本公开涉及制造多晶铝硅酸盐陶瓷单纤维和非织造陶瓷垫的方法。更特别地，本公开涉及可用于安装载运工具污染控制装置的非吸入的多晶铝硅酸盐陶瓷单纤维、纤维和非织造陶瓷垫。

背景技术

在机动载运工具上采用污染控制装置来控制大气污染。当前广泛使用两种类型的此类装置：催化转化器和柴油颗粒过滤器或捕集器。催化转化器包含催化剂，其通常涂覆到安装在转化器中的单片结构上。单片结构通常为陶瓷的，但也使用过金属单片。催化剂氧化一氧化碳和碳氢化合物，并减少汽车废气中的氮氧化物，以控制大气污染。柴油颗粒过滤器或捕集器一般为壁流式过滤器，其具有通常由多孔晶体陶瓷材料制成的蜂窝状单片结构。通常，如所构造的，这些装置中的每种装置具有将单片结构或元件保持在其内的金属外壳，单片结构或元件可为金属或陶瓷，并且最常见地为陶瓷。陶瓷单片一般具有很薄的壁以提供大量的表面区域，并且是易碎的且容易断裂。它还具有一般比容纳它的金属(通常为不锈钢)外壳小一个数量级的热膨胀系数。

为了避免因路面冲击和振动对陶瓷单片造成损坏、补偿热膨胀差以及抑制废气从单片和金属外壳之间穿过，通常在陶瓷单片和金属外壳之间设置陶瓷垫或膨胀型片状材料。将陶瓷单片和安装材料设置或插入金属外壳内的过程也称为罐装并且包括如下过程：将膨胀型片材或陶瓷垫包裹在单片周围并且将包裹的单片插入外壳中。

为了使催化转化器正常工作，它们必须达到其起燃温度。直到它们达到其起燃温度，污染物的排放才可以发生。为了减少达到起燃温度所需的时间，从发动机到排放控制装置的废气的热量在排气系统组件的内部应当得到保持。这应当减少排出污染物穿过排气系统而未被催化的时间，进而应当减少释放到大气的污染物的量。

已知使用安装在汽车发动机排气管或催化消声器外部的陶瓷绝缘毯或垫来使排气管和消声器绝缘。绝缘材料通常由热屏蔽件覆盖或放置在套管式组件中以保护绝缘垫的外部。

发明内容

用于生产非织造幅材的工艺大体上表征为连续单纤维纺丝工艺或不连续纤维吹制工艺。单纤维纺丝工艺产生通常呈粗纱形式的连续的或基本上连续的单纤维，单纤维大体上需要进一步处理以转化为非织造垫。呈粗纱形式的连续单纤维通常被短切成更短的纤维股线，纤维股线可被打开成单独的纤维、之后(例如，通过湿法成网或气流成网)铺设成均匀的垫，随后通过机械或化学手段进行加固。这种工艺通常导致一定程度上均匀的纤维直径分布，但由于高成本、大量的工艺步骤以及工艺固有的生产率限制，它不是生产多晶纤维垫的商业上可行的解决方案。气流成网还可导致产生不期望的可吸入陶瓷纤维或颗粒，例如由于气流成网纤维的断裂。

使用纤维吹制工艺还可产生不连续陶瓷纤维。在纤维吹制工艺中，将初始地低粘度的陶瓷前体分散体或溶胶泵送通过喷嘴，然后使用高速气流对其进行拉伸和原纤化以形成离散纤维，随后收集离散纤维以形成非织造生坯(未焙烧)纤维垫，随后在升高的温度下焙烧纤维垫以形成非织造陶瓷单纤维垫。成纤步骤处的低粘度和高流量的组合通常导致广泛的纤维直径分布和纤维直径可变性的宽泛变化，这不允许精确控制纤维直径以便商业生产非吸入的多晶陶瓷单纤维或纤维或包含此类非吸入的单纤维或纤维的制品。