[发明专利]制备用于安装污染控制元件的安装垫的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备用于将污染控制元件安装到催化转化器中的安装垫的方法。具体地讲，本发明涉及制备膨胀型或非膨胀型安装垫的方法。本发明还涉及制备催化转化器的方法。本发明也涉及减少含渣球无机纤维中的渣球量的方法。

背景技术

在机动车辆上采用污染控制装置来控制大气污染。这种装置包括污染控制元件。示例性的污染控制装置包括催化转化器及柴油机颗粒过滤器或捕集器。催化转化器通常包含陶瓷单片结构，该陶瓷单片结构具有支承催化剂的壁。催化剂通常氧化一氧化碳和碳氢化合物并还原发动机废气中的氮氧化物，以控制大气污染。单片结构也可以由金属制成。柴油机颗粒过滤器或捕集器通常包括壁流过滤器，壁流过滤器经常是由(例如)多孔陶瓷材料制成的蜂窝状单片结构。过滤器通常移除发动机废气中的煤烟及其它排出的颗粒。这些装置中的每一个都具有容纳污染控制元件的壳体(通常由类似不锈钢的金属制成)。单片污染控制元件经常由其壁厚和每平方英寸的开口或孔的数量(cpsi)来描述。在20世纪70年代初，常见的是壁厚为12密耳(304微米)且孔密度为300cpsi(47个孔/平方厘米)的陶瓷单片污染控制元件(“300/12单片”)。

随着排放法规变得更加严格，作为增加几何表面积的方法，壁厚已经减小，从而减少了热容并且降低了单片的压降。该标准已进展到900/2单片。陶瓷单片结构由于其壁薄而易碎并且易受振动或冲击损坏和破坏的影响。损坏力可以来自在污染控制装置的组装期间操纵不当或下落、来自发动机振动或来自在不平坦路面上的行驶。由于高度的热冲击(例如来自与路面喷洒的接触)，陶瓷单片也容易受到损坏。

陶瓷单片具有通常比其被包含的金属壳体小一个数量级的热膨胀系数。例如，随着发动机将催化转化器单片元件从25℃加热到约900℃的最大操作温度，金属壳体的周壁与单片之间的间隙可以从约4mm开始，并且总共可增加约0.33mm。同时，金属壳体的温度从约25℃增加到约530℃。即使金属壳体经历了较小的温度变化，金属壳体较高的热膨胀系数导致壳体膨胀到较大的外围尺寸，其膨胀速度比单片元件的膨胀速度快。在车辆的使用寿命期间，这种热循环通常发生成百上千或成千上万次。

为了避免路面冲击和振动对陶瓷单片造成损坏，为了补偿热膨胀差，并且为了抑制废气穿过单片和金属壳体之间(从而绕过催化剂)，在陶瓷单片和金属壳体之间设置安装垫。将单片放置在壳体内的工艺也称作罐装，并包括以下步骤，例如在单片周围包裹垫材料的片、将包裹好的单片置于壳体中、将壳体挤压闭合以及沿着壳体的侧向边缘焊接法兰。

通常，安装垫材料包括无机纤维(可选的为膨胀型材料)、有机粘结剂、填料及其它佐剂。用于在壳体中安装单片的已知的垫材料在(例如)以下专利中有所描述：美国专利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)；英国专利GB1,522,646(Wood)，1978年8月23日公布；日本Kokai No.J.P.Sho.58-13683，1983年1月26日公布(即，专利申请公开No.J.P.Hei.2-43786和申请No.J.P.-Sho.56-112413)和日本Kokai No.J.P.Sho.56-85012，1981年7月10日公布(即，专利申请No.Sho.54-168541)。安装材料应当在长时间的使用期间在整个操作温度范围内保持非常好的回弹力。

对如下的安装系统存在着需求：该安装系统有足够的回弹力且可压缩，以在宽泛的操作温度范围和大量的热循环内适应单片和金属壳体之间的变化间隙。虽然最先进的安装材料具有其自身的实用性和优点，但仍然需要改进污染控制装置中使用的安装材料。另外，在形成安装垫中的主要问题之一是在材料成本与性能属性之间进行平衡。希望以可能的最低成本提供这种高质量的安装系统。