Устройство для обработки выхлопных газов

Устройство для обработки выхлопных газов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область применения изобретения

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию устройства для обработки выхлопных (отработавших) газов, такого как каталитический дожигатель выхлопных газов или сажеуловитель дизельного двигателя. Указанное устройство содержит хрупкую структуру, установленную внутри корпуса с использованием установочного мата, который расположен в зазоре между корпусом и хрупкой структурой.

Предпосылки к созданию изобретения

Устройства для обработки выхлопных газов используют в автомобилях для снижения загрязнения атмосферы выбросами выхлопных газов двигателей автомобилей. В качестве примеров широко используемых устройств для обработки выхлопных газов можно привести каталитический дожигатель выхлопных газов и сажеуловитель дизельного двигателя.

Каталитический дожигатель выхлопных газов, предназначенный для обработки выхлопных газов автомобильного двигателя, содержит корпус, опорную структуру (конструкцию) хрупкого катализатора, предназначенную для поддержки катализатора, который используют для осуществления окисления угарного газа и углеводородов и снижения содержания оксидов азота, и установочный мат, расположенный между внешней поверхностью опорной структуры хрупкого катализатора и внутренней поверхностью корпуса, для упругой поддержки опорной структуры хрупкого катализатора внутри корпуса.

Сажеуловитель дизельного двигателя, предназначенный для снижения загрязнения, созданного дизельными двигателями, обычно содержит корпус, хрупкий порошковый фильтр или уловитель для накопления частиц выбросов дизельного двигателя и установочный мат, расположенный между внешней поверхностью фильтра или уловителя и внутренней поверхностью корпуса, для упругой поддержки структуры (конструкции) хрупкого фильтра или уловителя внутри корпуса.

Хрупкая структура обычно представляет собой монолитную структуру. изготовленную из хрупкого металла или хрупкого керамического материала, такого как оксид алюминия, диоксид кремния, оксид магния, диоксид циркония, кордиерит, карбид кремния и т.п. Из этих материалов образуют структуру типа каркаса с множеством газовых каналов. Эти монолитные структуры являются такими хрупкими, что даже небольшие ударные нагрузки часто являются достаточными, чтобы создать в них трещины или их разрушить. Для защиты хрупкой структуры от термических и механических ударов и других указанных выше нагрузок, а также для создания тепловой изоляции и газонепроницаемого уплотнения используют установочный мат, расположенный в зазоре между хрупкой структурой и корпусом.

Материалы, из которых изготовлен установочный мат, должны удовлетворять любым из ряда проектных или физических требований, заданных фирмами-изготовителями хрупкой структуры или фирмами-изготовителями устройства для обработки выхлопного газа. Например, материал установочного мата должен оказывать эффективное остаточное удерживающее давление на хрупкую структуру, даже когда устройство для обработки выхлопного газа подвергается широким флуктуациям температуры, которые вызывают существенное расширение и сжатие металлического корпуса относительно хрупкой структуры, что в свою очередь создает циклы существенного сжатия и освобождения установочных матов в течение времени.

Керамические и металлические подложки, которые используют в устройстве для обработки выхлопных газов, чаще всего устанавливают внутри металлического корпуса с использованием установочного мата, изготовленного на базе неорганического волокна. Такой материал установочного мата может иметь только неорганические волокна. Однако материал установочного мата также может иметь другие типы волокон, органические связующие материалы, неорганические связующие материалы и разбухающие материалы.

Установочный мат должен работать в широком диапазоне рабочих температур, чтобы эффективно поддерживать структуру в заданном положении. К подложкам приложены осевые усилия, возникающие за счет вибраций. Установочный мат также должен компенсировать большее или меньшее расширение металлического корпуса по сравнению с самой подложкой. Различные устройства для обработки выхлопных газов работают в диапазоне температур от 20°С (температура окружающей среды) до 1200°С. Поэтому установочный мат должен обеспечивать надежное давление удержания в этом широком диапазоне температур.

Так как области применения при низких температурах становятся все более распространенными за счет более эффективной конструкции двигателя или роста популярности дизельных двигателей, желательно иметь установочные маты, которые хорошо работают как при низких, так и при высоких температурах.

В случае работающих при низких температурах устройств для обработки выхлопного газа, таких как сажеуловители дизельных двигателей или каталитические структуры дизельных двигателей, в которых температуры не доходят до температур высокотемпературных каталитических дожигателей выхлопных газов, вес хрупкой структуры и использованная техника приложения нагрузки требуют, чтобы установочный мат прикладывал эффективное остаточное минимальное давление удержания. В этих областях применения необходимо обеспечивать более высокую минимальную прочность на сдвиг (сопротивление сдвигу) установочного мата, которая составляет по меньшей мере около 25 кПа и преимущественно предотвращает перемещение и повреждение хрупкой структуры. Коэффициент трения таких матов в указанных применениях с высокой G нагрузкой в случае тяжелых подложек все еще составляет около 0.45 в рабочем состоянии. Таким образом, установочный мат для таких областей применения должен иметь эффективное остаточное минимальное давление удержания после 1000 циклов испытаний при температуре около 300°С, составляющее по меньшей мере около 50 кПа.

В областях применения при низких температурах, таких как дизельный двигатель с прямым впрыском и с турбонагнетателем (TDI), температура выхлопа типично составляет около 150°С и никогда не превышает 300°С. Было обнаружено, что в этом случае каталитические дожигатели выхлопных газов, которые собраны с использованием типовых разбухающих матов, выходят из строя с неожиданно высокой частотой.

Одной из причин таких отказов является то, что температура выхлопа является слишком низкой для расширения разбухающего материала, типично содержащего частицы вермикулита. Это наблюдается даже в дожигателях с предварительным подогревом до 500°С, чтобы произвести предварительное расширения разбухающих частиц. При последующем использовании в областях применения при низких температурах маты не обеспечивают приложение достаточного давления к хрупкой структуре, в результате чего возникают отказы. При температурах свыше 350°С разбухающие частицы расширяются и повышают усилие удержания мата, приложенное к хрупкой структуре.

Гибкость мата достигается за счет пропитки установочного мата различными органическими связующими материалами. Однако устройства для обработки выхлопных газов имеют плохие характеристики в области низких температур (<300°С) за счет присутствия органического связующего материала в мате, который разлагается и приводит к потере удерживающей силы. От комнатной температуры до 200°С потеря удерживающей силы является постепенной. Однако потеря удерживающей силы становится быстрой в диапазоне ориентировочно от 200°С до 250°С.

Уже были предприняты попытки улучшения низкотемпературных характеристик материалов установочного мата для устройств для обработки выхлопных газов. Одна такая попытка предусматривает введение расширяющихся частиц в установочный мат, которые расширяются (то есть увеличиваются в объеме) в диапазоне температур, в котором органический связующий материал оказывает отрицательное влияние. К сожалению, такие расширяющиеся частицы продолжают расширяться при температурах, которые выше температур, при которых органические связующие материалы оказывают отрицательное влияние на характеристики мата.

Что необходимо в промышленности, так это гибкий установочный мат для устройств для обработки выхлопных газов, который может быть легко установлен и который может работать в широком диапазоне входных температур газа, без существенной потери толщины мата и соответствующего снижения давления удержания.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предлагается установочный мат для устройства для обработки выхлопного газа, который содержит неорганические волокна, органический связующий материал, противоокислитель и, возможно, разбухающий материал.

В соответствии с некоторыми вариантами установочный мат для устройства для обработки выхлопного газа содержит неорганические волокна, органический связующий материал, глину, противоокислитель и, возможно, разбухающий материал.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также устройство для обработки выхлопного газа, которое содержит корпус, опорную структуру хрупкого катализатора, упруго установленную внутри указанного корпуса, и установочный мат, расположенный в зазоре между указанным корпусом и указанной хрупкой структурой, причем указанный установочный мат содержит неорганические волокна, органический связующий материал, противоокислитель и, возможно, разбухающий материал.

В соответствии с некоторыми вариантами устройство для обработки выхлопного газа содержит корпус, опорную структуру хрупкого катализатора, упруго установленную внутри указанного корпуса, и установочный мат, расположенный в зазоре между указанным корпусом и указанной хрупкой структурой, причем указанный установочный мат содержит неорганические волокна, органический связующий материал, глину, противоокислитель и, возможно, разбухающий материал.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также способ изготовления устройства для обработки выхлопного газа, причем указанный способ предусматривает (а) намотку установочного мата, который содержит (1) неорганические волокна, (2) органический связующий материал, (3) противоокислитель и (4), возможно, разбухающий материал вокруг участка хрупкой структуры, адаптированной для обработки выхлопных газов; и (b) размещение обмотанной хрупкой структуры внутри корпуса, за счет чего установочный мат упруго удерживает хрупкую структуру внутри корпуса.

В соответствии с некоторыми вариантами, способ изготовления устройства для обработки выхлопного газа предусматривает (а) намотку установочного мата, который содержит (1) неорганические волокна, (2) органический связующий материал, (3) глину, (4) противоокислитель и (5), возможно, разбухающий материал, вокруг участка хрупкой структуры, адаптированной для обработки выхлопных газов; и (b) размещение обмотанной хрупкой структуры внутри корпуса, за счет чего установочный мат упруго удерживает хрупкую структуру внутри корпуса.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также концевой конус для устройства для обработки выхлопного газа, который содержит внешний металлический конус; внутренний металлический конус; и конусную изоляцию, расположенную между указанными внешним и внутренним металлическими концевыми конусами, причем указанная конусная изоляция содержит неорганические волокна, органический связующий материал, противоокислитель и, возможно, разбухающий материал.

В соответствии с некоторыми вариантами концевой конус для устройства для обработки выхлопного газа содержит внешний металлический конус; внутренний металлический конус; и конусную изоляцию, расположенную между указанными внешним и внутренним металлическими концевыми конусами, причем указанная конусная изоляция содержит неорганические волокна, органический связующий материал, глину, противоокислитель и, возможно, разбухающий материал.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также концевой конус для устройства для обработки выхлопного газа, который содержит внешний металлический конус; самоподдерживающуюся (автономную) конусную изоляцию, которая содержит неорганические волокна, противоокислитель и, возможно, разбухающий материал, расположенную рядом с внутренней поверхностью указанного внешнего металлического концевого конуса.

В соответствии с некоторыми вариантами описанными со ссылкой на чертежи, концевой конус для устройства для обработки выхлопного газа содержит внешний металлический конус; самоподдерживающуюся конусную изоляцию, которая содержит неорганические волокна, глину, противоокислитель и, возможно, разбухающий материал, расположенную рядом с внутренней поверхностью указанного внешнего металлического концевого конуса.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано фрагментарно устройство для обработки выхлопного газа, имеющее заявленный установочный мат.

На фиг.2 показан график относительного расширения заявленного разбухающего установочного мата в сравнении с известным ранее установочным матом, в функции температуры (°С).

На фиг.3 показан график деформации сдвига заявленного разбухающего установочного мата в сравнении с известным ранее установочным матом, в функции температуры (°С).

На фиг.4 показан график относительного расширения заявленного разбухающего установочного мата в сравнении с известным ранее установочным матом, в функции температуры (°С).

На фиг.5 показан график деформации сдвига заявленного разбухающего установочного мата в сравнении с известным ранее установочным матом, в функции температуры (°С).

Подробное описание изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предлагается установочный мат для устройства для обработки выхлопного газа. Установочный мат содержит по меньшей мере один слой или лист, который содержит жаростойкие неорганические волокна, органический связующий материал и противоокислитель. В соответствии с некоторыми вариантами установочный мат может содержать глину и/или разбухающий материал. С удивлением было обнаружено, что введение противоокислителя в установочный мат снижает (уменьшает) отрицательное расширение мата при температурах 350°С и ниже. Установочный мат обеспечивает улучшенную характеристику давления удержания в широком диапазоне температур.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также устройство для обработки выхлопных газов. Заявленное устройство содержит внешний металлический корпус, по меньшей мере одну хрупкую структуру, которая установлена внутри корпуса при помощи установочного мата, который расположен между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью хрупкой структуры. Под "хрупкой структурой" понимают такую структуру, как металлическая или керамическая монолитная структура (конструкция), которая может быть хрупкой по своей природе и установку которой преимущественно осуществляют при помощи заявленного установочного мата.

Структура катализатора обычно содержит одну или несколько пористых трубчатых или сотовых структур, установленных при помощи термостойкого материала внутри корпуса. Каждая такая структура содержит ориентировочно от 200 до 900 или больше каналов или ячеек на квадратный дюйм, в зависимости от типа устройства для обработки выхлопных газов. Сажеуловитель дизельного двигателя отличается от структуры катализатора тем, что каждый канал (или ячейка) внутри сажеуловителя дизельного двигателя закрыт на одном или другом конце. Частицы из выхлопных газов накапливаются в пористой структуре до тех пор, пока они не будут регенерированы за счет высокотемпературного процесса сгорания. Не связанные с автомобилями области применения установочного мата могут предусматривать использование каталитического дожигателя отходящих газов для дымовых труб в химической промышленности.

Одно из возможных устройств 10 для обработки выхлопных газов показано на фиг.1. Однако следует иметь в виду, что установочный мат может быть использован не только в устройстве, показанном на фиг.1, которое приведено только в качестве примера. Установочный мат может быть использован для установки или поддержки любой хрупкой структуры, предназначенной для обработки выхлопных газов, такой как структура катализатора дизельного двигателя, сажеуловитель дизельного двигателя и т.п.

Каталитический дожигатель 10 выхлопных газов может иметь трубчатый корпус 12, образованный двумя металлическими деталями, например деталями из термостойкой стали, которые соединены вместе при помощи фланца 16. Альтернативно, корпус может быть выполнен в виде предварительно отформованного контейнера, в который вводят хрупкую структуру, обмотанную установочным матом. Корпус 12 имеет впуск 14 на одном конце и выпуск (не показан) на своем противоположном конце. Впуск 14 и выпуск на своих внешних концах имеют соответствующую конфигурацию, позволяющую их соединять с трубками в системе выпуска (выхлопа) двигателя внутреннего сгорания. Устройство 10 содержит хрупкую структуру, такую как хрупкий керамический монолит 18, который поддерживается внутри корпуса 12 при помощи установочного мата 20. Монолит 18 имеет множество газовых каналов, которые идут по оси от его входной торцевой поверхности на одном конце до выходной торцевой поверхности на его противоположном конце. Монолит 18 может быть изготовлен из любого подходящего тугоплавкого металла или керамического материала любым известным способом и может иметь любую подходящую конфигурацию. Монолит обычно имеет овальное или круглое поперечное сечение, но возможны и другие его конфигурации.

Монолит смещен от внутренних поверхностей корпуса на определенное расстояние или имеет зазор относительно внутренних поверхностей корпуса, который может изменяться в зависимости от типа и конструкции использованного устройства, которым может быть, например, каталитический дожигатель выхлопных газов, структура катализатора дизельного двигателя или сажеуловитель дизельного двигателя. Этот зазор заполнен установочным матом 20, чтобы создать упругую поддержку для керамического монолита 18. Упругий установочный мат 20 обеспечивает как теплоизоляцию от внешней среды, так и механическую поддержку хрупкой структуры, защищая таким образом хрупкую структуру от механических ударов в широком диапазоне рабочих температур устройства для обработки выхлопного газа.

Как правило, установочный мат содержит неорганические волокна, возможно, по меньшей мере один тип разбухающего материала, органический связующий материал, глину и противоокислитель. Композиция установочного мата 20 достаточна для того, чтобы создать давление удержания, позволяющее упруго удерживать (поддерживать) опорную структуру 18 хрупкого катализатора внутри корпуса 12 устройства 10 для обработки выхлопного газа в широком диапазоне рабочих температур.

Любые жаростойкие неорганические волокна могут быть использованы в установочном мате, при условии, что эти волокна могут выдерживать процесс формирования установочного мата, могут выдерживать рабочие температуры устройства для обработки выхлопных газов и обеспечивают минимальное давление удержания хрупкой структуры внутри корпуса устройства для обработки выхлопного газа в диапазоне рабочих температур. В качестве примеров подходящих неорганических волокон, которые могут быть использованы для приготовления установочного мата для устройства для обработки выхлопного газа, можно привести (но без ограничения) поликристаллические волокна с высоким содержанием оксида алюминия, жаростойкие керамические волокна, такие как волокна из оксида алюминия-диоксида кремния, волокна из оксида алюминия-оксида магния-диоксида кремния, волокна из каолина, щелочноземельные силикатные волокна, такие как волокна из оксида кальция-оксида магния-диоксида кремния и волокна из оксида магния-диоксида кремния, волокна из S-стекла, волокна из S2-стекла, волокна из Е-стекла, кварцевые волокна, волокна из диоксида кремния и их комбинации.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения жаростойкие неорганические волокна, которые используют для приготовления установочного мата, содержат керамические волокна. Без ограничения, подходящие керамические волокна включают в себя волокна из оксида алюминия, волокна из оксида алюминия-диоксида кремния, волокна из оксида алюминия-диоксида циркония-диоксида кремния, волокна из диоксида циркония-диоксида кремния, волокна из диоксида циркония и другие аналогичные волокна. Подходящие керамические волокна из оксида алюминия-диоксида кремния могут быть закуплены на фирме Unifrax I LLC (Niagara Falls, New York), зарегистрированная торговая марка FIBERFRAX. Керамические волокна FIBERFRAX содержат продукт волокнообразования материалов, содержащих ориентировочно от 45 до 75 вес.% оксида алюминия и ориентировочно от 25 до 55 вес.% диоксида кремния. Волокна FIBERFRAX имеют рабочие температуры до 1540°С и температуру плавления 1870°С. Из волокон FIBERFRAX легко могут быть образованы стойкие при высоких температурах листы и бумаги.

Волокна из оксида алюминия/ диоксида кремния могут содержать ориентировочно от 40 вес.% до 60 вес. % Аl₂О₃ и ориентировочно от 60 вес.% до 40 вес.% SiO₂. Эти волокна могут содержать около 50 вес.% Al₂O₃ и около 50 вес.% SiO₂. Волокна из оксида алюминия/ диоксида кремния/ оксида магния типично содержат ориентировочно от 64 вес.% до 66 вес.% SiO₂, ориентировочно от 24 вес.% до 25 вес.% Аl₂O₃ и ориентировочно от 9 вес.% до 10 вес.% MgO. Волокно из Е-стекла типично содержит ориентировочно от 52 вес.% до 56 вес.% SiO₂, ориентировочно от 16 вес.% до 25 вес.% СаО, ориентировочно от 12 вес.% до 16 вес.% Аl₂О₃, ориентировочно от 5 вес.% до 10 вес.% В₂O₃, ориентировочно до 5 вес.% MgO, ориентировочно до 2 вес.% оксида натрия и оксида калия и следовые количества оксида железа и фторидов, и имеет типичную композицию, которая содержит 55 вес.% SiO₂, 15 вес.% Аl₂O₃, 7 вес.% В₂O₃, 3 вес.% MgO, 19 вес.% СаО и следы указанных примесей.

Без ограничения, подходящие примерные биорастворимые щелочноземельные силикатные волокна, которые могут быть использованы для приготовления установочного мата для устройства для обработки выхлопного газа, включают в себя волокна, раскрытые в патентах США Nos. 6,953,757, 6,030,910, 6,025,288, 5.874,375, 5.585,312, 5,332,699, 5.714,421, 7,259,118, 7,153,796. 6,861.381. 5,955,389, 5.928,075, 5,821,183 и 5,811,360, которые включены в данное описание в качестве ссылки.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения биорастворимые щелочноземельные силикатные волокна могут содержать продукт волокнообразования смеси оксидов магния и диоксида кремния. Эти волокна обычно называют магний-силикатными волокнами. Магний-силикатные волокна обычно содержат продукт волокнообразования материалов, содержащих ориентировочно от 60 до 90 вес.% диоксида кремния, от больше чем 0 до 35 вес.% оксида магния и 5 вес.% или меньше примесей. В соответствии с некоторыми вариантами термообработанные щелочноземельные силикатные волокна содержат продукт волокнообразования материалов, содержащих ориентировочно от 65 до 86 вес.% диоксида кремния, ориентировочно от 14 до 35 вес.% оксида магния и 5 вес.% или меньше примесей. В соответствии с другими вариантами термообработанные щелочноземельные силикатные волокна содержат продукт волокнообразования материалов, содержащих ориентировочно от 70 до 86 вес.% диоксида кремния, ориентировочно от 14 до 30 вес.% оксида магния и 5 вес.% или меньше примесей. Подходящие магний-силикатные волокна могут быть закуплены на фирме Unifrax I LLC (Niagara Falls, New York), зарегистрированная торговая марка ISOFRAX. Серийные волокна ISOFRAX обычно содержат продукт волокнообразования материалов, содержащих ориентировочно от 70 до 80 вес.% диоксида кремния, ориентировочно от 18 до 27 вес.% оксида магния и 4 вес.% или меньше примесей.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения биорастворимые щелочноземельные силикатные волокна могут содержать продукт волокнообразования смеси оксидов кальция, магния и диоксида кремния. Эти волокна обычно называют волокнами из оксида кальция-оксида магния-диоксида кремния. В соответствии с некоторыми вариантами волокна из оксида кальция-оксида магния-диоксида кремния содержат продукт волокнообразования материалов, содержащих ориентировочно от 45 до 90 вес.% диоксида кремния, от больше чем 0 до 45 вес.% оксида кальция, от больше чем 0 до 35 вес.% оксида магния и 10 вес.% или меньше примесей.

Подходящие волокна из оксида кальция-оксида магния-диоксида кремния могут быть закуплены на фирме Unifrax I LLC (Niagara Falls, New York), зарегистрированная торговая марка INSULFRAX. Волокна INSULFRAX обычно содержат продукт волокнообразования материалов, содержащих ориентировочно от 61 до 67 вес.% диоксида кремния, ориентировочно от 27 до 33 вес.% оксида кальция и ориентировочно от 2 до 7 вес.% оксида магния. Другие подходящие волокна из оксида кальция-оксида магния-диоксида кремния могут быть закуплены на фирме Thermal Ceramics (Augusta, Georgia), зарегистрированные торговые марки SUPERWOOL 607, SUPERWOOL 607 MAX и SUPERWOOL HT. Волокна SUPERWOOL 607 содержат ориентировочно от 60 до 70 вес.% диоксида кремния, ориентировочно от 25 до 35 вес.% оксида кальция, ориентировочно от 4 до 7 вес.% оксида магния и следовые количества оксида алюминия. Волокна SUPERWOOL 607 MAX содержат ориентировочно от 60 до 70 вес.% диоксида кремния, ориентировочно от 16 до 22 вес.% оксида кальция, ориентировочно от 12 до 19 вес.% оксида магния и следовые количества оксида алюминия. Волокна SUPERWOOL HT содержат около 74 вес.% диоксида кремния, около 24 вес.% оксида кальция и следовые количества оксида магния, оксида алюминия и оксида железа.

Подходящие волокна из диоксида кремния, которые могут быть использованы при изготовлении установочного мата для устройства для обработки выхлопного газа включают в себя выщелоченные стекловолокна, которые могут быть закуплены на фирме BelChem Fiber Materials GmbH, ФРГ, зарегистрированная торговая марка BELCOTEX, а также на фирме Hitco Carbon Composites, Inc. of Gardena California. зарегистрированная торговая марка REFRASIL, и на фирме Polotsk-Steklovolokno (Полоцк-Стекловолокно), Беларусь, торговая марка PS-23(R).

Волокна BELCOTEX стандартного типа обычно образуют предориентированную нить (pre-yarn) из штапельного волокна. Эти волокна имеют среднюю тонкость около 550 текс, причем их обычно изготавливают из кремниевой кислоты, модифицированной оксидом алюминия. Волокна BELCOTEX являются аморфными и обычно содержат около 94.5 вес.% диоксида кремния, около 4.5 вес.% оксида алюминия, меньше чем 0.5 вес.% оксида натрия и меньше чем 0.5 вес.% других компонентов. Эти волокна имеют средний диаметр волокна около 9 мкм и температуры плавления в диапазоне от 1500 до 1550°С. Эти волокна являются жаростойкими и выдерживают температуры до 1100°С и обычно не содержат дроби и связующего материала.

Волокна REFRASIL, как и волокна BELCOTEX представляют собой аморфные выщелоченные стекловолокна, имеющие высокое содержание диоксида кремния для создания тепловой изоляции для областей применения при температурах от 1000°С до 1100°С. Эти волокна имеют диаметры в диапазоне ориентировочно от 6 до 13 мкм и температуру плавления около 1700°С. Эти волокна, после выщелачивания, типично имеют содержание диоксида кремния около 95 вес.%. Эти волокна имеют содержание оксида алюминия около 4 вес.% и содержание других компонентов в количестве 1 вес.% или меньше.

Волокна PS-23 (R) фирмы Polotsk-Steklovolokno представляют собой аморфные стекловолокна, имеющие высокое содержание диоксида кремния. Эти волокна подходят для создания теплоизоляции в областях применения с температурами по меньшей мере около 1000°С. Эти волокна имеют длину в диапазоне ориентировочно от 5 до 20 мм и диаметр около 9 мкм. Эти волокна, как и волокна REFRASIL, имеют температуру плавления около 1700°С.

Разбухающий материал, который может быть введен в установочный мат, содержит (но без ограничения) нерасправленный вермикулит, ионообменный вермикулит, термообработанный вермикулит, расширяемый графит, гидробиотит, разбухающую в воде тетракремнистую порошковую слюду, силикаты щелочного металла или их смеси. Установочный мат может содержать смеси нескольких типов разбухающего материала. Разбухающий материал может содержать смесь не расправленного вермикулита и расширяемого графита, при соотношении вермикулита к графиту ориентировочно от 9:1 до 1:2, как это описано в патенте США No. 5,384,188.

Установочный мат также содержит связующий материал или смесь нескольких типов связующего материала. В качестве подходящих примеров связующих материалов можно привести органические связующие материалы, неорганические связующие материалы и смеси этих двух типов связующих материалов. В соответствии с некоторыми вариантами разбухающий установочный мат содержит один или несколько органических связующих материалов. Органические связующие материалы могут присутствовать в твердом виде, в виде жидкости, раствора, дисперсии, латекса или в другом аналогичном виде. Органический связующий материал может содержать термопластичный или термореактивный связующий материал, который после отверждения становится гибким материалом, который может быть удален за счет выжигания из установленного установочного мата. В качестве примеров подходящих органических связующих материалов можно привести (но без ограничения) акриловый латекс, (мет)акриловый латекс, сополимеры стирола и бутадиена, винилпиридин, акрилонитрил, сополимеры акрилонитрила и стирола, винилхлорид, полиуретан, сополимеры винилацетата и этилена, полиамиды, силиконы, и т.п. Другие смолы включают в себя низкотемпературные, гибкие термореактивные смолы, такие как ненасыщенные полиэфиры, эпоксидные смолы и поливинилэфиры.

Органический связующий материал может быть введен в установочный мат в количестве от больше чем 0 до 20 вес.%, ориентировочно от 0.5 до 15 вес.%, ориентировочно от 1 до 10 вес.% и ориентировочно от 2 до 8 вес.%, в пересчете на полный вес установочного мата.

Установочный мат может содержать волокна из полимерного связующего материала вместо загустевшего или жидкого связующего материала или в дополнение к нему. Эти волокна из полимерного связующего материала могут быть использованы в количествах от больше чем 0 до 20 вес.%, ориентировочно от 1 до 15 вес.% и ориентировочно от 2 до 10 вес.% в пересчете на 100 вес.% всей композиции, чтобы содействовать сцеплению вместе жаростойких неорганических волокон. В качестве подходящих примеров волокон из связующего материала можно привести волокна из поливинилового спирта, волокна из полиолефина, такого как полиэтилен и полипропилен, акриловые волокна, полиэфирные волокна, волокна из этилвинилацетата, нейлоновые волокна и их комбинации.

Типично, органический связующий материал представляет собой расходуемый связующий материал, который используют для первоначального сцепления волокон друг с другом. Под "расходуемым" материалом понимают то, что органический связующий материал в конечном счете выжигают из установочного мата, так что в нем остаются только неорганические волокна, возможно разбухающий материал и возможно глина, которые образуют установочный мат для поддержки хрупкой структуры внутри металлического корпуса.

В дополнение к органическим связующим материалам установочный мат также может содержать неорганический связующий материал. Без ограничения, подходящие неорганические связующие материалы содержат коллоидную степень дисперсии оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида циркония и их смеси.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения установочный мат содержит эффективное количество глины, чтобы дополнительно минимизировать уменьшение полной толщины мата и соответствующее ухудшение характеристик при низких температурах, за счет размягчения органического связующего материала и реконфигурации волокон. Без ограничения, глина может быть введена в разбухающий установочный мат в количестве ориентировочно от 1 до 10 вес.%, в пересчете на полный вес установочного мата. Альтернативно, глина может быть введена в установочный мат в количестве ориентировочно от 2 до 8 вес.% или в количестве ориентировочно от 3 до 5 вес.%, в пересчете на полный вес установочного мата. В качестве примеров подходящей глины, которая может быть введена в разбухающий установочный мат, можно привести, но без ограничения, аттапульгит, комовую глину, бентонит, гекторит, кианит, каолинит, монтмориллонит, палыгорскит, сапонит, сепиолит, силиманит или их комбинации.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения установочный мат содержит эффективное количество аттапульгита. Подходящий аттапульгит может быть закуплен на фирме Wesbond, торговое обозначение Wesil NS; на фирме ITС Industrials (Hunt Valley, MD), торговое обозначение Min-U-Gel 400P; на фирме MinTech International (Bloomington, IN), торговое обозначение PalyGel 325NA; и на фирме Zemex Corporation (Artapulugus, GA), торговое обозначение Super Gel В. Не желая связывать себя какой-либо конкретной теорией, все же можно полагать, что кристаллическая структура аттапульгита в виде удлиненных иголок может влиять на перестройку неорганических волокон, содержащихся в установочном мате, когда органический связующий материал размягчается при нагревании во время работы устройства для обработки выхлопного газа.

В соответствии с некоторыми вариантами глина также может содержать флокулирующий материал и/или коллоидный порошковый материал.

Установочный мат также содержит эффективное количество противоокислителя для задержки или замедления окисления органического связующего материала, введенного в установочный мат. В соответствии с некоторыми вариантами противоокислитель может быть введен в установочный мат в количестве ориентировочно от 0.1 до 10 вес.%, в пересчете на полный вес установочного мата. Противоокислитель также может быть введен в количестве ориентировочно от 0.3 до 5 вес.% или ориентировочно от 0.5 до 1.5 вес.%, в пересчете на полный вес установочного мата.

В качестве примеров подходящих противоокислителей можно привести первичные противоокислители, вторичные противоокислители, многофункциональные противоокислители и их комбинации. Без ограничения, первичные противоокислители содержат стерично блокированные фенолы и вторичные ароматические амины. Подходящие стерично блокированные фенолы могут быть закуплены на фирме Elikochem (Villejust, Франция), торговое обозначение Wingstay, на фирме RT Vanderbilt (Norwalk СТ), торговые обозначения Agerite Resin и Vanox, и на фирме Ciba Specialty Chemicals (High Point, NC), торговое обозначение Irganox.

В качестве примеров подходящих вторичных противоокислителей можно привести фосфорорганические соединения, которые разлагают пероксиды и гидропероксиды в стабильные, не радикальные продукты, и тиосинергисты, которые являются очень эффективными при длительном термическом старении.

Многофункциональные противоокислители оптимально комбинируют функции первичных и вторичных противоокислителей в одном составном противоокислителе.

В соответствии с некоторыми вариантами смесь противоокислителей в виде блокированных фенолов и тиосинергистов может быть использована в качестве материала противоокислителя установочного мата для устройства для обработки выхлопного газа.

Материал противоокислителя может быть использован в виде дисперсий или эмульсий первичных противоокислителей или смесей первичных и вторичных противоокислителей. Подходящие дисперсии противоокислителей могут быть закуплены на фирме Akron Dispersions (Akron, Ohio), торговое обозначение Bostex, на фирме Aquaspersions (West Yorkshire, Великобритания), торговое обозначение Aquanox, на фирме Tiarco Chemical (Dalton, GA), торговое обозначение Octolite, и на фирме Great Lakes Chemical Co. (Indianapolis, IN), торговые обозначения Lowinx, Durad и Anox.

В качестве примеров дисперсий противоокислителей можно привести дисперсию Bostex 24, которая представляет собой дисперсию Wingstay L, и Bostex 362A, которая представляет собой 50 % Wingstay L/ DTDTDP синергаст (тиосинергист/ вторичный противоокислитель). Температура термической деструкции Wingstay L (противоокислителя, который содержится в дисперсии Bostex 362A) превышает 300°С, а температура самовозгорания составляет около 440°С. Таким образом, материал противоокислителя не будет деградировать или гореть до тех пор, пока не будет достигнута такая температура, при которой органический связующий м