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MXPA05003402A - Dispositivo para el tratamiento de gases de combustion y metodo para elaborarlo. - Google Patents

Dispositivo para el tratamiento de gases de combustion y metodo para elaborarlo.

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MXPA05003402A
MXPA05003402A MXPA05003402A MXPA05003402A MXPA05003402A MX PA05003402 A MXPA05003402 A MX PA05003402A MX PA05003402 A MXPA05003402 A MX PA05003402A MX PA05003402 A MXPA05003402 A MX PA05003402A MX PA05003402 A MXPA05003402 A MX PA05003402A
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MX
Mexico
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support plate
glass fibers
fibers
housing
mounting
Prior art date
Application number
MXPA05003402A
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English (en)
Inventor
Lacki Thomas
Original Assignee
Unifrax Corp
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Publication date
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Abstract

Un dispositivo (10) para el tratamiento de gases de combustion incluye un alojamiento (12); una estructura fragil (18) montada elasticamente en el alojamiento (12); y una placa de sustentacion para montaje (20) dispuesta en un espacio entre el alojamiento (12) y la estructura fragil (18). La placa de sustentacion para montaje (20) comprende fibras de vidrio lixiviadas, formadas por fusion de alto contenido de silice y que ejerce una presion de retencion minima para tener la estructura fragil (18) en el alojamiento (12) y uno de (i) al menos 10 kPa despues de 1000 ciclos de prueba a una temperatura en la cara caliente de 900 ¦C, una densidad aparente de espacio de entre 0.3 y 0.5 g/cm3 y un por ciento de expansion de espacio de 5 por ciento; y (ii) al menos 50 kPa despues de 100 ciclos de prueba a una temperatura en la cara caliente de 300 ¦C, una densidad aparente de espacio entre 0.3 y 0.5 g/cm3 y un por ciento de expansion de espacio de 2 por ciento.

Description

DISPOSITIVO PARA EL TRATAMIENTO DE GASES DE COMBUSTION Y METODO PARA ELABORARLO CAMPO DE LA INVENCION Se proporciona un dispositivo para el tratamiento de gases de combustión, tal como un convertidor catalítico o una trampa para partículas generadas por motores diesel, que tiene una estructura frágil montada en un alojamiento que es soportado en éste por una placa de sustentación para montaje dispuesta entre el alojamiento y la estructura frágil.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION Un montaje de convertidor catalítico para tratar gases de combustión de un automóvil o motor diesel contiene una estructura frágil, tal como una estructura de soporte del catalizador, para retener el catalizador que es usado para efectuar la oxidación del monóxido de carbono e hidrocarburos y la reducción de óxidos de nitrógeno. La estructura frágil es montada en un alojamiento metálico, y preferiblemente es elaborada de un material rompible, tal como una estructura monolítica formada de metal o de un material de cerámica aprueba de fuego, quebradizo, tal como óxido de aluminio, dióxido de silicio, óxido de magnesio, zirconio, cordierita, carburo de silicio y los similares. Estos materiales proporcionan un tipo de estructura esquelética con una pluralidad de microcanales de flujo. No obstante, como se hizo notar anteriormente, estas estructuras pueden ser, y algunas veces son, muy frágiles. De hecho, estas estructuras monolíticas pueden ser tan frágiles que pequeñas fuerzas o cargas de choque son a menudo suficientes para fisurarlas o aplastarlas. La estructura frágil está contenida en un alojamiento metálico, con un espacio o separación entre la superficie externa de la estructura frágil y la superficie interna del alojamiento. A fin de proteger la estructura frágil del choque mecánico o térmico y otras fuerzas anteriormente mencionadas, así como también para proporcionar aislamiento térmico y hermeticidad al gas, se sabe posicionar al menos un doblez o capa de montaje o material de soporte en el espacio entre la estructura frágil y el alojamiento. Por ejemplo, Las Patentes U.S. Nos. de asignación 4,863,700, 4,999,168, 5,032,441, 5,580,532, 5,666,726, y 6,231,818, cuya descripción se incorpora a la presente como referencia, describen dispositivos de convertidores catalíticos que tienen un material de soporte o de montaje dispuesto en el espacio entre el alojamiento y la estructura frágil contenida en los dispositivos para proteger la estructura frágil y de otro modo retenerlo en su lugar en el alojamiento. Actualmente, los materiales para ser usados en placas de sustentación para el montaje para convertidores catalíticos y otros dispositivos para tratar gases de combustión pueden variar desde materiales relativamente poco costosos tales como, por ejemplo, fibras de vidrio amorfas tales como vidrio-S, a materiales más costosos tales como, por ejemplo fibras de óxido de cerámica altos en alúmina. Materiales entumescentes así como también materiales no entumescentes se han y continúan siendo empleados en placas de sustentación para montajes, dependiendo de la aplicación y condiciones bajo las cuales van a ser usadas las placas de sustentación para montajes. El tipo de estructura monolítica a ser empleada así como también la aplicación y las condiciones bajo las cuales se usa la placa de sustentación para montaje deben de ser determinados antes de la selección de los materiales de la placa de sustentación para montaje. Por ejemplo, uno usaría un material para la placa de sustentación de montaje resistente a temperaturas altas adaptable sobre un amplio intervalo de temperatura para una aplicación a altas temperaturas tal como el encontrado típicamente en convertidores catalíticos, mientras que un material flexible, elástico, resistente a temperaturas más bajas puede ser tanto o más adecuados para aplicaciones de altas cargas G que usan substratos más pesados tales como los que se pueden encontrar en estructuras de catalizadores para motores diesel y trampas para partículas generadas por motores diesel. En cualquier caso, los materiales para placas de sustentación para montaje serían capaces de satisfacer cualquiera de numerosos diseños o requerimientos físicos expuestos por los fabricantes de estructuras frágiles o por los. fabricantes de convertidores catalíticos. Por ejemplo, dobleces o contrachapas de un estado del arte de material de placas de sustentación para montaje, preferiblemente ejercería una presión de retención residual efectiva sobre la estructura frágil, aún cuando el convertidos catalítico haya sufrido amplias fluctuaciones de temperatura, las cuales causan la expansión y contracción significativa del alojamiento metálico en relación a la estructura frágil, también mencionada como la estructura soporte del catalizador, la cual a su vez causa la compresión significativa y ciclos de liberación para la placa de sustentación del montaje durante un período de tiempo. Las placas de sustentación para montaje del estado del arte, las mejores usadas en aplicaciones de alta temperatura se han encontrado que retienen suficientemente la estructura frágil en la más severa de las aplicaciones donde las temperaturas alcanzan más de 900 °C, y a menudo sufren ciclos térmicos constantes a temperatura ambiente. Otras placas de sustentación para montaje, mientras que no requieran ser usadas a temperaturas más altas que las ambientales, deben de proporcionar suficiente flexibilidad y elasticidad para retener efectivamente la estructura frágil con suficiente fuerza o resistencia, sin aplastar aún la estructura frágil bajo ciclos térmicos constantes. Bajo condiciones de operación normales para un convertidor catalítico, se requiere una resistencia al esfuerzo cortante mínima para una placa de sustentación para montaje de al menos 5 kPa para prevenir que la estructura frágil sea desalojada y dañada. La resistencia al esfuerzo cortante de la placa de sustentación se define como la presión de retención de la placa de sustentación multiplicada por el coeficiente de fricción de la inferíase placa de sustentación/estructura frágil. El coeficiente de fricción de productos para placas de sustentación típico en convertidores catalíticos es de aproximadamente 0.45 en la condición en-uso. Por consiguiente, una placa de sustentación para montaje para aplicaciones a altas temperaturas, es decir, aquellas temperaturas donde la temperatura en el convertidor catalítico puede aumentar hasta aproximadamente 900 °C o más, tendría una presión de retención mínima residual después de 1000 ciclos de prueba a una temperatura de la cara caliente de aproximadamente 900 °C de al menos 10 kPa. Para otros dispositivos para tratar gases de combustión, tales como trampas para partículas generadas por motores diesel o estructuras de catalizadores para motores diesel, se apreciará que mientras que estos dispositivos no alcancen las temperaturas proporcionadas en convertidores catalíticos a altas temperaturas, el peso de la estructura frágil y las técnicas de carga empleadas requieren que la placa de sustentación para montajes utilizadas tengan una presión de retención mínima residual efectiva diferente a la expuesta anteriormente. En estas aplicaciones, una resistencia al esfuerzo cortante mínima más alta para la placa de sustentación para montajes de al menos 25 kPa se logra preferiblemente para prevenir que la estructura frágil sea desalojada y dañada. El coeficiente de fricción de estos productos para placas de sustentación en aplicaciones de carga-G altas con substratos pesados es aún de aproximadamente 0.45 en las condiciones en-uso. Por consiguiente, una placa de sustentación para montaje para este tipo de aplicaciones tendría una presión de retención mínima residual efectiva después de 1000 ciclos de prueba a una temperatura de aproximadamente 300 °C de al menos aproximadamente 50 kPa . Muchas placas de sustentación para montaje, hasta ahora, han intentado vencer el problema de la ciclización térmica asociada, con aplicaciones a altas temperaturas usando fibras de cerámica mullita o altas en alúmina. En una modalidad conocida, una solución acuosa o una dispersión coloidal, a menudo llamada un "organosol" o "gel sol" se usa para producir las fibras de cerámica. Mientras que las fibras de cerámica formadas por medio de los procesos de gel sol pueden ofrecer un alto grado de elasticidad necesario para estructuras monolíticas de montaje, el alto costo de las fibras ha forzado a los fabricantes a buscar otras, soluciones menos costosas. Además, estas fibras de cerámica tienen típicamente un diámetro promedio de fibra de menos de 5, y en algunos casos, de menos de 3.5 micrones. Así, estas fibras son respirables, es decir, son capaces de ser respiradas en los pulmones. En otros casos, un material fibroso para montaje puede usarse en combinación con otros materiales, tales como materiales entumescentes y capas de refuerzo, a fin de proporcionar suficiente resistencia para el manejo, elasticidad para obtener una presión de retención adecuada . Como otra alternativa para usar fibras de cerámica derivadas del gel sol, se ha intentado elaborarlas para formar fibras de cerámica refractaria usando técnicas de procesamiento por fusión. Solamente en los últimos diez años más o menos habían fibras de cerámica refractarias, es decir, fibras que contenían desde aproximadamente 45 a 60 por ciento de alúmina y desde aproximadamente 40 a aproximadamente 55 por ciento de sílice satisfacieron a los fabricantes de convertidores catalíticos para altas temperaturas proporcionando placas de sustentación para montaje que tenían valores de elasticidad suficientes para satisfacer las demandas de los fabricantes. No solamente son placas de sustentación para montaje que contenían las fibras de cerámica refractaria costosas, sino que son difíciles de fabricar, particularmente con respecto a los tratamientos de procesamiento que deben sufrir. Deben tomarse muchas precauciones para que estén substancialmente libres de perlas de vidrio. Un ejemplo del uso de fibras de cerámica refractaria usadas para placas de sustentación para montaje en convertidores catalíticos y el proceso requerido proporciona un producto suficiente se describe en la Patente U.S. No. 5 , 250 , 269 . En aplicaciones de convertidores catalíticos de baja temperatura, tales como vehículos con energía diesel por inyección directa turbocargados , la temperatura de combustión es típicamente de aproximadamente 150 °C y nunca puede exceder de 300 °C. Varios tipos de placas de sustentación para montaje pueden usarse para éstas y otras aplicaciones a temperaturas ligeramente más altas. Para muchas aplicaciones de convertidores catalíticos, se han usado placas de sustentación entumescentes, es decir, placas de sustentación para montaje elaboradas de materiales entumescentes tales como grafito o vermiculita.
Más recientemente se observó que placas de sustentación para montaje elaboradas con material entumescente pueden fallar para estas aplicaciones a bajas temperaturas. Una posible razón para esta falla es que la temperatura de combustión puede ser demasiado baja para expandir suficientemente las partículas típicamente de vermiculita, entumescentes. Por consiguiente, las placas de sustentación fallan por proporcionar suficiente presión contra la estructura frágil y tienden a fallar. Una segunda razón posible para esta falla es que los sistemas de aglutinantes orgánicos usados en la placa de sustentación entumescente producen degradación y causan una pérdida en la presión de retención. Así, se han desarrollado sistemas de placas de sustentación no entumescentes y actualmente son comunes en la industria. Estos materiales son adecuados para uso en un intervalo de temperatura mucho más amplio que el de las placas de sustentación entumescentes del arte previo.
Los sistemas de placas de sustentación no entumescentes incluyen materiales substancialmente no entumescentes tales como grafito o vermiculita y, por consiguiente, son substancialmente no expansivos. Por "substancialmente "no expansivos" se quiere decir que la placa de sustentación no se expande fácilmente a partir de la aplicación de calor como se esperaría con placas de sustentación entumescentes. Por supuesto, alguna expansión de la placa de sustentación tiene lugar con base en su coeficiente de expansión térmica, pero la cantidad de expansión es insubstancial y mínima en comparación con la expansión de placas de sustentación que emplean cantidades útiles de materiales entumescentes. Estas placas de sustentación no entumescentes, hasta ahora, han comprendido fibras inorgánicas, resistentes a altas temperaturas y, opcionalmente , un aglutinante. Por resistente a altas temperaturas, se quiere decir que la fibra puede tener una temperatura de uso de hasta aproximadamente 1260 °C. Dependiendo de la aplicación, el régimen de temperatura en la cual se usa la placa de sustentación, y el tipo de monolito empleado, las placas no entumescentes han sido hasta ahora conocidos por contener generalmente uno o más tipos de fibras seleccionadas de alúmina / sílice (disponible bajo la marca comercial FIBERFRAX de Unifrax Corporation, Niágara Falls, New York), alúmina/silice/magnesia (tal como Vidrio S2 de Owens Corning, Toledo, Ohio) . Actualmente, las fibras empleadas en placas de sustentación no entumescentes del estado-del-arte para aplicaciones a temperaturas más altas son generalmente de alto contenido de alúmina. Por ejemplo, las fibras de cerámica refractaria se componen substancialmente de alúmina y sílice y típicamente contienen desde aproximadamente 45 a aproximadamente 60 por ciento en peso de alúmina y desde aproximadamente 40 a aproximadamente 55 por ciento en peso de sílice, mientras que otras fibras de cerámica de alúmina/sílice, tales como fibras de cerámica de alúmina o mullita elaboradas por medio del proceso del gel sol, contienen usualmente más de 50 % de alúmina. Las fibras de vidrio-S2 contienen típicamente desde aproximadamente 64 a aproximadamente 66 por ciento de sílice, desde aproximadamente 24 a 25 por ciento de alúmina, y desde aproximadamente 9 a aproximadamente 10 por ciento de magnesia. Generalmente, se ha pensado que a la cantidad más alta de alúmina empleada en las fibras, corresponde la temperatura más alta para la aplicación en la cual las fibras podrían ser empleadas. Por consiguiente, el uso de fibras que consisten substancialmente de alúmina ha sido propuesto para este Para evitar el alto costo de usar las fibras de cerámica que contienen alúmina, derivadas del gel sol, algunos fabricantes de placas de sustentación para montaje recurren a una etapa de procesamiento costosa tal como enlace de sujeción del material antes de instalación de la placa de sujeción. Pero dichas técnicas de enlace de sujeción no pueden usarse en todas las aplicaciones de convertidores catalíticos. Otras placas de sustentación para montaje no entumescentes son generalmente muy gruesas y carecen de la integridad estructural necesaria y pueden aún requerir ser manejadas en un saco para prevenir el desmoronamiento de la placa de sustentación para montaje. Estas placas de sustentación para montaje son también difíciles de cortar y calibrar para instalación, y adicionalmente deben de ser substancialmente comprimidas para adaptar suficiente material necesario para el montaje de soporte en el espacio entre la estructura de soporte del catalizador y el alojamiento. Se ha intentado usar aún otros tipos de materiales en la producción de placas de sustentación para montaje no entumescentes para convertidores catalíticos y otros dispositivos para tratar gases de combustión para aplicaciones a altas temperaturas. Por ejemplo, la Patente U.S. No. 5,380,580 describe una placa de sustentación para montaje no tejida, flexible que comprende fibras de óxido de cerámica libre de perlas de vidrio que comprenden fibras de aluminosilicato que contienen desde aproximadamente 60 a aproximadamente 85 por ciento en peso de alúmina y desde aproximadamente 40 a aproximadamente 15 por ciento en peso de sílice; fibras de cuarzo cristalino; o ambos. Las fibras de aluminosilicato descritas tienen un contenido más alto de alúmina que las fibras de cerámica refractarias, pero se producen usando las técnicas del gel sol discutidas anteriormente. Por otro lado, las fibras de cuarzo cristalino son hechas esencialmente de sílice puro (es decir 99.9 por ciento de sílice) . Estas fibras son hechas por medio de un proceso de estirado por fusión usando materiales crudos derivados de cuarzo cristalino y no lixiviados en manera alguna. Dichas fibras están disponibles de J. P. Stevens, Slater, New York, bajo la marca comercial ASTROQUARTZ , o de Saint Gobain, Louisville, Kentucky, bajo la marca comercial QUARTZEL. No obstante, el costo de estas fibras de cuarzo las hace comercialmente prohibitivas para uso en placas de sustentación para montaje. De manera similar, la Patente U.S. No. 5,290,522 describe una placa de sustentación para montaje no tejida, para un convertidor catalítico que puede contener fibras de silicato/alúmina/magnesia como es sabido en el arte y comercialmente disponible de Owens Corning, Toledo, Ohio como S2-GLASS, asi como también las fibras de cuarzo ASTROQUARTZ discutidas en la patente citada. En esta Patente, se hace notar expresamente en el Ejemplo Comparativo 1 que una placa de sustentación de montaje que contiene una fibra de vidrio lixiviada disponible comercialmente que contiene sílice no pasa la prueba de la agitación en caliente usada por las patentes para determinar la adecuabilidad como una placa de sustentación para convertidores catalíticos para temperaturas más altas. Placas de sustentación para montajes que contienen fibras de sílice en combinación con materiales entumescentes han sido probadas para uso en convertidores catalíticos, por ejemplo en la Publicación de Patente Alemana No. 19858025. Una descripción detallada y proceso para elaborar fibras de vidrio lixiviadas ricas en contenido de sílice está contenida en la Patente U.S. No. 2, 624, 658, cuya descripción completa se incorpora a la presente como referencia. Otro proceso para elaborar fibras de vidrio lixiviadas ricas en contenido de sílice se describe en la Publicación de Solicitud de Patente Europea No. 0973697. Aunque tanto la publicación de Patente Europea como de la Patente U.S. describen la producción de fibras de sílice lixiviadas en la formación de productos resistentes a altas temperaturas elaboradas de las fibras resultantes, no se hace mención a cualquiera de las fibras que son adecuadas para uso o aún que sean capaces de ser usadas como placas de sustentación de montaje para dispositivos para el tratamiento de gases de combustión, tales como convertidores catalíticos.
SUMARIO DE LA INVENCION En el sentido amplio, las fibras de vidrio lixiviadas, estiradas por fusión de alto contenido de sílice se usan para formar placas de sustentación para montaje no entumescentes para convertidores catalíticos y otros dispositivos para tratar gases de combustión. En ciertas modalidades, se encontró que tratar térmicamente las fibras de vidrio lixiviadas que contienen sílice o las placas de sustentación para montaje que las comprenden antes de ser dispuestas en un convertidor catalítico incrementa adicionalmente los resultados de presión de retención de las placas de sustentación para montaje. En general, se proporciona un dispositivo de tratamiento para gases de combustión que comprende un alojamiento; una estructura frágil montada elásticamente en el alojamiento, y una placa de sustentación para montaje no entumescente dispuesta en un espacio entre el alojamiento y la estructura frágil, en donde la placa de sustentación para montaje incluye fibras de vidrio lixiviadas , formadas por fusión que contienen al menos 67 % en peso de sílice y ejercen una presión de retención mínima para retener la estructura frágil en el alojamiento de uno de (i) al menos aproximadamente 10 kPa después de 1000 ciclos de prueba a una temperatura en la cara caliente de aproximadamente 900 °C, una densidad aparente de espacio desde aproximadamente 0.3 a aproximadamente 0.5 g/cm3, y un por ciento de expansión de espacio de aproximadamente 5 %, o (ii) al menos aproximadamente 50 kPa después de 1000 ciclos de prueba a una temperatura de la cara caliente de aproximadamente 300 °C, un densidad aparente de espacio desde aproximadamente 0.3 a aproximadamente 0.5 g/cm3, y un por ciento de expansión de espacio de aproximadamente 2 %.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura es una vista en alzada, fragmentaria de un convertidor catalítico que contiene una placa de sustentación para montaje de conformidad con la presente invención .
DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Se proporciona un dispositivo para tratar gases de combustión que tiene una estructura frágil montada en un alojamiento que es soportada ahí por medio de una placa de sustentación para montaje dispuesta entre el alojamiento y la estructura frágil. Se comprenderá que la presente invención no se pretende que esté limitada por el uso del convertidor catalítico mostrado en la Figura, y por tanto la forma es mostrada solamente como un ejemplo para ilustrar la invención. De hecho, la placa de sustentación para montaje pooría ser usada para montar c soportar cualquier estructura frágil adecuada para tratar gases de combustión, tales como la estructura del catalizador para motores diesel, una trampa para partículas generadas por motores diesel o los similares. Las estructuras catalizadoras incluyen una o más estructuras similares a panal de abejas o tubulares porosas montadas en un material resistente térmicamente en un alojamiento. Cada una de las estructuras puede incluir en alguna parte desde aproximadamente 200 a aproximadamente 900 o más canales o celdas por pulgada cuadrada, dependiendo del tipo de ¦ dispositivo de gases de combustión. Una trampa para partículas generadas por motores diesel difiere de una estructura para catalizador en la que cada canal o celda en la trampa para partículas está cerrada en un extremo o en el otro. El material en forma de partículas es colectado de los gases de combustión en la estructura porosa hasta que se regenera por medio de un proceso de post-combustión a alta temperatura. Las aplicaciones no automotrices para la placa de sustentación para montaje de la presente invención pueden incluir convertidores catalíticos para chimeneas de emisiones (de combustión) de la industria química. Con el término "estructura frágil" se quiere decir e incluir estructuras tales como monolitos de cerámica o metálicos o los similares que pueden ser de naturaleza frágiles o rompibles y se beneficiarían de una placa de sustentación para montaje como se describe en la presente . Una forma representativa de un dispositivo para tratar gases de combustión se muestra como un convertidor catalítico, generalmente designado por el numeral 10 en la Figura. El convertidor catalítico 10 puede incluir un alojamiento tubular 12 formado de dos piezas de metal, por ejemplo, acero resistente a altas temperaturas, retenida juntas por una brida 16. Alternativamente, el alojamiento puede incluir un cartucho preformado en el cual es insertada una estructura de soporte para el catalizador envuelto en una placa de sustentación para montaje. El alojamiento 12, incluye una entrada 14 en un extremo y una salida (no mostrada) en su extremo opuesto. L entrada 14 y la salida son conformadas adecuadamente en sus extremos exteriores con los cuales pueden ser asegurados a conductos en el sistema de combustión de un motor de combustión interna. El dispositivo 10 contiene una estructura soporte del catalizador frágil, tal como un monolito 18 de cerámica rompible, el cual es soportado y contenido en el alojamiento 12 por medio de una placa de sustentación par montaje 20, que se describirá adicionalmente . El monolito 18 incluye una pluralidad de pasajes permeables al gas que se extienden axialmente desde su superficie en el extremo de entrada a un extremo de su superficie en el extremo de salida a su extremo opuesto. El monolito 18 puede ser construido de cualquier metal refractario o material de cerámica adecuados en cualquier manera y configuración conocidas. Los monolitos son típicamente de configuración de la sección transversal ovales o redondos, pero son posibles otras formas. Los monolitos está espaciados desde su alojamiento por una distancia de un separación que variará de acuerdo con el tipo y diseño del dispositivo utilizado, por ejemplo, un convertidor catalítico, una estructura catalizadora diesen, o una trampa para partículas generadas por motores diesel. Esta separación es llenada con una placa de sustentación para montaje 20 para proporcionar soporte elástico al monolito de cerámica 18. La base de sustentación para montaje elástica 20 proporciona tanto aislamiento térmico al medio externo como soporte mecánico para la estructura del soporte del catalizador, que protege la estructura frágil del chogue mecánico . En ciertas modalidades, la placa de sustentación para montaje 20 comprende una o más capas no entumescentes de fibras de vidrio lixiviadas resistentes a altas temperaturas, amorfas formadas por fusión que tienen un alto contenido de sílice y, opcionalmente, incluyen un aglutinante u otras fibras adecuadas para actuar como aglutinantes. Por el término "alto contenido de sílice", se quiere decir que las fibras contienen más sílice que cualquier otro ingrediente composicional en las fibras. De hecho, como se discute posteriormente, se apreciará que el contenido de sílice de estas fibras después de lixiviado es preferiblemente mayor que el de cualquier otra fibra de vidrio que contenga sílice, incluyendo las fibras de vidrio-S, excepto fibras derivadas de cuarzo cristalino o fibras de sílice puro. La placa de sustentación para montaje es generalmente una hoja u hojas compuestas no expandibles substancialmente, integrales de fibras de vidrio lixiviadas formadas por fusión que contienen sílice y opcionalmente cantidades menores de alúmina y de otros óxidos no siliciosos. Por "formadas por fusión", se quiere decir que las fibras son creadas usando técnicas de procesamiento por fusión y no son formadas de gel sol o de otras técnicas de dispersión químicas. Por "integral", se quiere decir que, después de la manufactura y la densificación, la placa de sustentación para montaje tiene una estructura de auto-soporte, que no necesita refuerzo o capas de contención de tela, plástico o papel, (incluyendo aquellas que están enlazadas juntas a la placa de sustentación) y pueden ser manejadas o manipuladas sin desintegración. El término "substancialmente no-expandióles" , se usa como se definió anteriormente. Por consiguiente, en una modalidad, se apreciará que la placa de sustentación para montaje está desprovista de materiales entumescentes , fibras de sílice de vidrio derivado de gel sol y/o capaz de refuerzo y/o de respaldo. Como se hizo notar anteriormente, las fibras de vidrio son tratadas preferiblemente para incrementar el contenido de sílice de las fibras. Esto es, cuando el primer fundido procesado y conformado en fibras tales como las fibras estiradas por fusión, estas fibras de vidrio incluyen típicamente muchos óxidos no siliciosos y otros componentes. Esto es, pueden tener las características de fibra de vidrio, por ejemplo. Pueden no ser inicialmente formadas de fibras de sílice puro como las fibras derivadas de cuarzo cristalino descritas en las Patentes U.S. Nos. 5,290,522 o 5,380,580. Preferentemente, estas fibras de vidrio "impuro" deben de ser tratadas para eliminar los óxidos no siliciosos tales como alúmina, óxido de sodio, óxido de boro, y cualquier otros componentes solubles en ácido o en agua presente. Produciendo así fibras de alto contenido de sílice que sea mayor que el contenido de sílice de las fibras de vidrio antes de ser tratadas. El contenido de sílice de una fibra de vidrio lixiviada resultante depende de la cantidad de óxidos no siliciosos y de otros componentes presentes inicialmente y del grado de extracción de estos materiales de las fibras. Como se hizo notar previamente, una descripción más detallada de varias técnicas de lixiviado conocidas se discuten en la Patente U.S. No. 2,624,658 y la Publicación de la Solicitud de Patente Europea No. 0973697, aunque éstas técnicas no se limitan a ellas . La pureza de sílice después de lixiviar estas fibras de vidrio es mucho más alta que antes del lixiviado. Generalmente las fibras de vidrio lixiviadas tendrán un contenido de sílice de al menos 67 por ciento en peso. Esto es mayor que el contenido de sílice del vidrio-S. Más preferiblemente, las fibras de vidrio lixiviadas contienen al menos 90 por ciento en peso , y aún más preferiblemente, desde aproximadamente 90 por ciento en peso a al menos 99 por ciento en peso de sílice. Se apreciará que el alto contenido de sílice de estas fibras es mayor que la pureza conocida de cualquier otra fibra de vidrio que contenga sílice conocida, incluyendo las fibras de vidrio-S, excepto las fibras de cuarzo o las fibras de sílice puro que contengan más de 99.9 por ciento de sílice . En ciertas modalidades, las fibras de vidrio contendrán desde aproximadamente 93 a aproximadamente 95 por ciento en peso de sílice, siendo el remanente de la fibra de óxidos no siliciosos tales como alúmina, óxido de sodio, y óxidos de otros metales alcalinos y alcalino férreos. las cantidades de alúmina pueden variar preferiblemente desde aproximadamente 4 a aproximadamente 6 por ciento en peso, mientras que otros óxidos y componentes de cerámica, incluyendo óxidos de sodio, comprenden generalmente menos de aproximadamente 1 por ciento en peso de la fibra de vidrio lixiviada. En ciertas modalidades, se prefiere que las fibras de vidrio lixiviadas contengan menos de 1 por ciento en peso de metales alcalinos o alcalino tórreos. Se comprenderá que no todos los óxidos no siliciosos necesitan ser eliminados de las fibras de vidrio lixiviadas. No obstante, las fibras de vidrio lixiviadas requieren un contenido de sílice en exceso del contenido de alúmina y, más preferiblemente, en exceso de al menos aproximadamente 67 por ciento en peso. Las fibras están también substancialmente libres de perlas de vidrio. De manera importante, estas fibras de vidrio lixiviadas son relativamente poco costosas en comparación con fibras de cerámica tales como fibras altas en alúmina y particularmente las fibras derivadas de cuarzo cristalino descritas anteriormente. El diámetro de fibra promedio de estas fibras de vidrio lixiviadas es preferiblemente mayor que al menos 3.5 micrones, y más preferiblemente, mayor que al menos aproximadamente 5 micrones. En promedio, las fibras de vidrio tienen típicamente un diámetro de aproximadamente 9 micrones. Se prefiere un diámetro de fibra promedio desde aproximadamente 5 a 14 micrones. Por consiguiente, las fibras de vidrio lixiviadas de la presente invención no son respirables. Las fibras de vidrio lixiviadas pueden ser proporcionadas en cualquier forma usada comúnmente en la producción de placas de sustentación para montaje. En ciertas modalidades, estas fibras cableadas trituradas. Antes de lixiviar, se apreciará que las fibras puedan ser producidas por medio de cualquier método conocido en el arte, pero son típicamente formadas usando técnicas de procesamiento por fusión tales como ya sea por hilado por fusión o estirado por fusión en una manera en la cual se proporcionará un procedimiento de costo efectivo para la producción de las fibras. En ciertas modalidades, las fibras de vidrio son estiradas por fusión. Los ejemplos de fibras de vidrio lixiviadas de alto contenido de sílice y adecuadas para uso en la producción de una placa de sustentación para montaje para un convertidor catalítico u otro dispositivo para tratar gases conocido, incluyen las fibras de vidrio lixiviadas disponibles de BelChem Fiber Materials GmbH, Alemania, bajo la marca comercial BELCOTEX y de Hitco Carbón Composites, Inc. of Gardena California, bajo la marca comercial registrada REFRASIL. Las fibras BELCOTEX son de tipo estándar, fibras cortadas pre-hiladas. Estas fibras tienen una fineza promedio de aproximadamente 550 tex y generalmente son elaboradas de ácido silícico modificado con alúmina. Las fibras BELCOTEX generalmente contienen aproximadamente 94.5 de sílice, aproximadamente 4.5 por ciento de alúmina, menos de 0.5 por ciento de óxido de sodio, y menos de 0.5 por ciento de otros componentes. Tienen un diámetro de fibra promedio de aproximadamente 9 micrones y un punto de fusión de 1500 a 1550 °C . Estas fibras son resistentes al calor a temperaturas de hasta 1100 °C, y son típicamente libres de perlas de vidrio y libres de aglutinante. Las fibras REFRASIL, como las fibras BELCOTEX, son fibras de vidrio lixiviadas amorfas altas en contenido de sílice para proporcionar aislamiento térmico para aplicaciones en el intervalo de 1000 a 1100 °C. Estas fibras son de entre aproximadamente 6 y aproximadamente 13 micrones de diámetro, y tienen un punto de fusión de aproximadamente 1700 °C. Las fibras, después de lixiviar, tienen típicamente un contenido de sílice de aproximadamente 95 por ciento en peso. La alúmina está presente en una cantidad de aproximadamente 4 por ciento en peso con otros componentes que están presentes en una cantidad de 1 por ciento o menos. Las fibras de vidrio lixiviadas que son útiles como la placa de sustentación para montaje para dispositivos de tratamiento para gases de combustión tales como convertidores catalíticos son fibras formadas por fusión altas en contenido de sílice. Se cree que ninguna placa de sustentación para el montaje de convertidores catalíticos ha sido aún elaborada comercialmente de manera substancial de fibras de vidrio lixiviada. Donde las fibras de vidrio lixiviadas pueden haber sido probadas, han fallado ya sea en mantener una presión de retención mínima efectiva y suficiente a partir de la ciclización térmica para ser usadas como una placa de sustentación para montaje en un dispositivo de tratamiento para gases de combustión o bien han sido usadas con cantidades substanciales de otros materiales, tales como materiales entumescentes , los cuales auxiliaron al proporcionar una presión de retención residual efectiva y suficiente para la placa de sustentación para montaje. Se encontró que las fibras de vidrio lixiviadas elaboradas en forma de placas de sustentación típicamente proporcionan menos resistencia a la placa de sustentación. Esto es el lixiviado de materiales no siliciosos, incluyendo alúmina, de fibras de vidrio disminuirá predeciblemente la fuerza de retención de una placa de sustentación en la medida en la que la placa de sustentación tendrá menos resistencia al esfuerzo cortante. Mientras sea posible para una placa de sustentación para montaje que comprenda fibras de vidrio lixiviadas que contengan sílice para proporcionar inicialmente una presión de retención mínima adecuada para retener una estructura frágil en un alojamiento de un convertidor catalítico, la ciclización térmica o mecánica de la placa de sustentación destruirá rápidamente su habilidad para mantener esa mínima presión de retención. Por consiguiente, uno se alejaría de usar fibras de vidrio lixiviadas altas en contenido de sílice en la producción de una placa de sustentación para el montaje de un convertidor catalítico. Este hecho se confirma en la Patente U.S. No. 5,290,522. Sin embargo, se encontró que por tratamiento adicional ya sea las fibras de vidrio lixiviadas antes de la formación de la placa de sustentación para montaje, o bien las placas de sustentación para montaje elaboradas de estas fibras después d e formación, los resultados de presión de retención de las placas de sustentación para montaje pueden ser mejorados suficientemente, aún después de ciclizar, para ser adaptables para uso en un dispositivo de tratamiento de gases de combustión. No obstante, sin este tratamiento adicional, una placa de sustentación para montaje que comprende estas fibras de vidrio lixiviadas no mantiene una presión de retención mínima suficiente para retener la estructura frágil en el alojamiento del dispositivo de tratamiento de gases de combustión después de ser sometido a la ciclización térmica. Sorprendentemente se encontró que tratar térmicamente las fibras proporciona resultados de presión de retención significativamente más altos, particularmente con respecto a aplicaciones a altas temperaturas, aunque también se logran presiones de retención más altas para aplicaciones a bajas temperaturas también. En una modalidad particular, estas fibras de vidrio lixiviadas (o las placas de sustentación para montaje que las contienen) pueden ser tratadas a temperaturas que varían desde superiores a al menos 900 °C, preferiblemente desde aproximadamente 900 °C a aproximadamente 1100 °C, de modo que la placa de sustentación para montaje que emplea estas fibras puede ejercer la presión de retención mínima requerida en el dispositivo para el tratamiento de gases de combustión, aún después de 1000 ciclos de expansión y contracción. Hasta ahora, a partir del tratamiento térmico de estas fibras, no se esperaría que la placa de sustentación para montaje mantenga una presión de retención mínima efectiva después de ciclización térmica. Se encontró que tratar térmicamente las fibras ricas en sílice mejoró también muchas de las propiedades físicas de las fibras. Por ejemplo, se cree que la resistencia a la deformación plástica de las fibras aumenta, así como también el área superficie de las fibras. Si adoptar teoría alguna, se cree que tratar térmicamente las fibras de vidrio ya lixiviadas "pre-contraen" las fibras. Se sabe también que poca contracción contribuye a buena resistencia a la deformación. Se cree también que tratar térmicamente las fibras elimina los componentes acuosos adicionales de las fibras, proporcionando así área superficial creciente. Por consiguiente, el uso de fibras de vidrio lixiviadas, particularmente fibras de sílice de vidrio lixiviadas, permite la producción de una placa de sustentación para montaje que tiene todas las excelentes características físicas de la fibra de vidrio pero adecuadas para aplicaciones a temperaturas más altas, bien más allá del punto de fusión de la fibra de vidrio. El tratamiento térmico de las fibras de vidrio lixiviadas puede tener lugar antes de la formación de la placa de sustentación para montaje o después de la formación de la placa de sustentación para montaje. Cuando son tratadas térmicamente después de la formación de la placa de sustentación para montaje, la placa de sustentación para montaje es tratada térmicamente a una temperatura de al menos 900 °C por un periodo de tiempo efectivo para satisfacer o exceder la presión de retención mínima efectiva deseada para retener la estructura frágil en el alojamiento para la aplicación. De manera similar cuando son tratadas térmicamente antes de la formación de la placa de sustentación para montaje, las fibras de vidrio lixiviadas puede ser preferiblemente calentadas a una temperatura de al menos 900 °C por un período de tiempo efectivo De modo que, cuando son conformadas en la placa de sustentación para montaje, se satisface la presión de retención mínima para retener la frágil estructura en el alojamiento. La cantidad particular de tiempo para tratamiento térmico puede variar ampliamente dependiendo de, entre otras cosas, el espesor de la placa de sustentación, la uniformidad del calentamiento, el tipo de fuente de calor usada, la pendiente ascendente de tiempo y de temperatura de la fuente de calor, etc. Los expertos en la materia comprenden bien que todas estas variables tanto como un periodo de tiempo efectivo para calentar a la temperatura de 900 °C o superior pueden ser determinados fácilmente sin experimentación indebida. De manera general, se reconoce que el tratamiento térmico puede ser en cualquier parte de 15 minutos o menos, donde se usan placas de sustentación delgadas, relativamente pequeñas y excelentes fuentes de calor uniformes, a más de 1 hora cuando se emplean placas de sustentación más gruesas, más grandes (que no incluyen pendientes ascendentes de temperatura y pendientes descendentes de tiempo) . En ciertas modalidades, la placa de sustentación para montaje o fibras de vidrio lixiviadas son calentadas a una temperatura de entre 900 °C y 1100 °C por más de un ahora. Adicionalmente se apreciará que el tratamiento térmico puede ser conducido alternativamente sometiendo las fibras de vidrio lixiviadas y/o las placas de sustentación para montaje elaboradas de éstas a temperaturas de calentamiento más bajas, tales como 300 °C. No obstante, el lapso de tiempo necesario para obtener una placa de sustentación para montaje satisfactoria que tenga la presión de retención efectiva necesaria no pareció comercialmente factible si el tratamiento térmico toma más de 24 horas. El tratamiento térmico bajo cualquier régimen de temperatura y tiempo inferiores al tiempo y/o temperatura que dan como resultado la desvitrificación de las fibras, para lograr los mismos efectos benéficos señalados anteriormente caerían en el alcance de la invención. De manera general, las fibras o placas de sustentación pueden ser tratadas a o encima de la temperatura de uso pretendida. Se hace notar que el tratamiento térmico a temperaturas más bajas puede afectar la utilidad de la placa de sustentación para montaje en aplicaciones que requieran ciclización térmica a temperaturas substancialmente superiores a la temperatura de tratamiento térmico. Pueden usarse otros métodos para tratar las fibras de vidrio lixiviadas para uso en la placa de sustentación para montaje a fin de mantener una presión de retención mínima para retener la estructura frágil en el alojamiento, por ejemplo, un proceso por intercambio iónico o un proceso de difusión para incrementar la resistencia a la deformación plástica de las fibras. Por ejemplo, se comprenderá que esencialmente puede usarse cualquier método por medio del cual se puedan tratar fibras de vidrio lixiviadas o la placa de sustentación para montaje para mantener así una presión de retención mínima para que la placa de sustentación retenga la estructura frágil en el alojamiento después de la ciclización térmica. La placa de sustentación para montaje preferiblemente emplea hasta 100 por ciento en peso de fibras de vidrio lixiviadas que contienen sílice. No obstante, en otras modalidades, la placa de sustentación puede comprender opcionalmente otras fibras conocidas tales como fibras de alúmina/sílice, u otras fibras de vidrio o de cerámica adecuadas para uso en la producción de placas de sustentación para montaje para las aplicaciones a temperaturas particulares deseadas. Así, las fibras de alúmina/sílice tales como las fibras de cerámica refractaria pueden emplearse opcionalmente para aplicaciones a altas temperaturas o temperaturas que varían ampliamente. Otras fibras de vidrio o de cerámica tales como de vidrio-S pueden usarse con las fibras de vidrio de sílice lixiviadas en aplicaciones a temperaturas más bajas o similares. En muchos casos, sin embargo, la palca de sustentación para montaje incluye preferiblemente al menos 50 por ciento en peso de fibras de vidrio lixiviadas que contienen sílice. En otras palabras, la mayoría de las fibras utilizadas en la producción de la placa de sustentación serán fibras de vidrio lixiviadas que contengan sílice, y en una modalidad más preferida, al menos 80 por ciento en peso de las fibras serán fibras de vidrio lixiviadas que contengan sílice.
En ciertas modalidades alternativas, fibras tales como de vidrio-S2 y las similares pueden añadirse a las placas de sustentación para montaje en cantidades desde más de 0 hasta aproximadamente 50 por ciento en peso, con base en el 100 por ciento en peso de la placa de sustentación total. Se contempló que estas fibras de vidrio se usarán principalmente en aplicaciones a bajas temperaturas debido a sus temperaturas de fusión y las similares . En otras modalidades alternativas, la placa de sustentación para montaje puede incluir fibras de cerámica refractaria además de las fibras de vidrio lixiviadas. Cuando se usan fibras de cerámica refractaria, esto es fibras de alúmina/sílice o las similares, pueden estar presentes en cantidades que varían desde más de 0 a menos de 50 por ciento en peso, con base en el 100 por ciento en peso de la placa de sustentación total. Como se hizo notar previamente, las placas de sustentación para montaje pueden incluir o no un aglutinante. Cuando se usa un aglutinante, los componentes se mezclan para formar una mezcla o suspensión. La suspensión de fibras y el aglutinante se conforman entonces en una estructurar estándar y se elimina el aglutinante, proporcionando así una placa de sustentación para montaje que contiene substancialmente solamente fibras tratadas térmicamente (y opcionalmente fibras adicionales) . Típicamente, se emplea inicialmente un aglutinante sacrificable para enlazar juntas las fibras. Los aglutinantes usados son típicamente aglutinantes orgánicos. Por "sacrificables" se quiere decir que el aglutinante puede eventualmente ser eliminado por combustión de la placa de sustentación para montaje, dejando solamente las fibras de vidrio lixiviadas (y otras fibras de vidrio o de cerámica, si se usan) como la placa de sustentación para montaje para soportar la estructura frágil . Los aglutinantes adecuados incluyen aglutinantes acuosos y no acuosos, pero preferiblemente el aglutinante utilizado es un látex fraguado térmicamente, reactivo, el cual después de curado es un material flexible que puede ser eliminado por combustión de una placa de sustentación para montaje como se indicó anteriormente. Ejemplos de aglutinantes o resinas adecuadas incluyen, pero no se limitan a, látex de acrílicos, estireno-butadieno, vinil piridina, acrilonitrilo , cloruro de vinilo, poliuretano con base acuosa y los similares. Otras resinas incluyen resinas termofraguables flexibles, a baja temperatura, tales como poliésteres insaturados, resinas epoxi y ésteres de polivinilo. Preferiblemente, se emplea aproximadamente 5 a aproximadamente 10 por ciento de látex, siendo más preferido con aproximadamente 8 por ciento. Los solventes para los aglutinantes pueden incluir agua, o un solvente orgánico adecuado, tal como acetona, para el aglutinante utilizado. La fuerza de la solución del aglutinante en el solvente (si se usa) puede determinarse por medio de métodos convencionales basados en la carga de aglutinante deseada y de las posibilidades de trabajo del sistema aglutinante (viscosidad, contenido de sólidos, etc. ) . En vez de aglutinante la placa de sustentación puede contener otras fibras además de las fibras de vidrio lixiviadas para retener compacta la placa de sustentación. Estas fibras pueden ser usadas en cantidades que varían desde más de 0 a aproximadamente 20 por ciento en peso, con base en el 100 por ciento en peso de la composición total, para ayudar en la aglutinación de las fibras de vidrio lixiviadas juntas. La placa de sustentación para montaje que contiene fibras de vidrio lixiviadas que contienen sílice puede prepararse por cualquiera de las técnicas conocidas usadas comúnmente en la preparación de placas de sustentación para montajes. Por ejemplo, usando un proceso de fabricación de papel, las fibras de vidrio lixiviadas pueden mezclarse con un aglutinante u otras fibras capaces de actuar como un aglutinante para formar una mezcla o suspensión. Puede usarse cualquier medio de mezclado, pero preferiblemente, cuando se usa un aglutinante, los componentes fibrosos se mezclan a aproximadamente 0.25 % a 5 % de consistencia o de contenidos de sólidos (0.25 - 5 partes de sólidos a 99.75-95 partes de agua) . La suspensión puede entonces ser diluida con agua para mejorar la formación, y poder ser finalmente floculada con un agente floculante y productos químicos auxiliares en la retención del escurrimiento . Entonces, la mezcla o suspensión floculada puede tener lugar en una máquina de fabricación de papel para ser conformada en capas de papel que contenga la fibra. Alternativamente, las capas pueden ser formadas por moldeado al vacío de la suspensión. En cada caso o en ambos, se secan típicamente en hornos. Para una descripción detallada de las técnicas de fabricación de papel estándares empleadas, ver la Patente U.S. No. 3,458,329, cuya descripción se incorpora a la presente como referencia. Se apreciará que cuando se emplea un aglutinante y las fibras de vidrio lixiviadas son para ser tratadas térmicamente, la etapa del tratamiento térmico de las fibras se efectuaría antes de añadir el aglutinante o las fibras aglutinantes a las fibras de vidrio lixiviadas.
En otras modalidades, las fibras de vidrio lixiviadas pueden ser procesadas en una placa de sustentación por medios convencionales tales como recubrimiento con aire seco. La placa de sustentación en esta etapa tiene muy poca integridad estructural y es muy gruesa en relación a las placas de sustentación para montaje del convertidor catalítico y de las trampas para partículas generadas por motores diesel convencionales. Por consiguiente las placas de sustentación resultantes pueden ser perforadas con agujas en seco, como se sabe en el arte, para densificar la placa de sustentación e incrementar su resistencia. El tratamiento térmico de las fibras puede tener lugar antes de la formación de la placa de sustentación o después de que la placa de sustentación sea perforada con agujas. Cuando se usa la técnica de recubrimiento con aire seco, la placa de sustentación puede ser alternativamente procesada por la adición de un aglutinante a la placa de sustentación por impregnación para formar una fibra compuesta discontinua. En esta técnica, el aglutinante se añade después de la formación de la placa de sustentación, en vez de formar la placa de sustentación pre-impregnada como se hizo notar anteriormente con respecto a la técnica de fabricación de papel convencional. Este método de preparar la placa de sustentación ayuda al mantener la longitud de la fibra al reducir la ruptura. No obstante, se apreciará que el tratamiento térmico, puede tener lugar antes de la adición de cualquier aglutinante. Los métodos de impregnación de la placa de sustentación con el aglutinante incluyen la inmersión completa de la placa de sustentación en un sistema aglutinante liquido, o alternativamente rociar la placa de sustentación. En un procedimiento continuo, una placa de sustentación de fibra que puede ser transportado en forma de rollo, es desenrrollada y movida, tal como sobre un transportador o alisador, pasa las boquillas de rociado que aplican el aglutinante a la placa de sustentación. Alternativamente, la placa de sustentación puede ser alimentada por gravedad al pasar las boquillas de rociado. La placa de sustentación/pre-impregnada de aglutinante pasa entonces entre los rodillos de presión, los cuales elimina el exceso de liquido y densifican la hoja pre-impregnada a aproximadamente su espesor deseado. La hoja pre-impregnada densificada puede entonces pasar a través de un horno para eliminar cualquier solvente remanente y si es necesario curar parcialmente el aglutinante para formar un compuesto. La temperatura de curado y de secado es primeramente dependiente del aglutinante y del solvente usado (si se usa alguno) . El compuesto puede entonces ser ya sea cortado o enrollado para almacenamiento o transporte . La placa de sustentación para montaje puede también elaborarse en una modalidad discontinua, por inmersión de una sección de la placa de sustentación en un aglutinante líquido, remoción de la hoja pre-impregnada y compresión para eliminare el exceso de líquido, después de eso secado para formar el compuesto y almacenar o cortar al tamaño. Se hace notar que placas de sustentación para montajes producidas de fibras de vidrio lixiviadas pueden ser tan bajas de densidad para facilitar el uso en ciertas aplicaciones de convertidores catalíticos. Por consiguiente, preferiblemente sufrirán densificación adicional por medio de cualquier manera conocida en el arte para proporcionar una densidad más alta. Una manera tal de densificación es perforar con agujas las fibras para así entretejerlas y enmarañarlas. De manera adicional o alternativa, pueden usarse los métodos de hidro-enmarañar. Otra alternativa es comprimir las fibras en una forma de placa de sustentación arrollándolas a través de los rodillos de presión. Cualquiera de estos métodos de densificación de las placas de sustentación o una combinación de estos métodos pueden ser usados fácilmente para obtener una placa de sustentación para montaje de la forma correcta y deseada. Independientemente de que sean empleadas las técnicas anteriormente descritas, el compuesto puede ser cortado, tal como por estampado en frío, para formar placas de sustentación para montajes de formas y tamaños exactos con tolerancias reproducibles . La placa de sustentación para montaje 20 exhibe propiedades de manejo adecuadas a partir de la densificación por perforación con agujas o los similares, lo que significa que puede ser fácilmente manejada y no ser quebradiza para desmoronarse en la mano de uno como muchas otras placas de sustentación o telas de fibra. Puede ser fácil y flexiblemente adaptada o envuelta alrededor de la estructura soporte del catalizador 18 o estructuras frágiles similares sin fisuras y luego ser dispuestas en el alojamiento del convertidor catalítico 12. Generalmente la estructura frágil envuelta en la placa de sustentación para montaje puede ser insertada en . un alojamiento o el alojamiento puede ser construido o de otro modo fabricado alrededor de la estructura frágil envuelta en la placa de sustentación para montaje. De manera adicional, y sorprendentemente, se encontró que la placa de sustentación para montaje de la invención es capaz de mantener una presión de retención mínima de al menos 50 kPa después de sufrir 1000 ciclos mecánicos de una prueba de expansión de espacio de 1000 ciclos estándar conducida a una temperatura en la cara caliente de aproximadamente 300 °C, con una densidad aparente del espacio de la placa de sustentación desde aproximadamente 0.3 a aproximadamente 0.5 g/cm3, y un por ciento de expansión de espacio de aproximadamente 2 por ciento. Se apreciará que esta prueba es adaptada particularmente para placas de sustentación para montajes para ser usadas en substratos más pesados de retener en aplicaciones de carga G alta en aplicaciones a baja temperatura. Los dispositivos de tratamiento de gases de combustión para dichas aplicaciones incluyen estructuras para catalizadores para motores diesel y trampas para partículas generadas por motores diesel. Para aplicaciones a altas temperaturas, tales como las que son comunes en convertidores catalíticos, se encontró que la placa de sustentación para montaje es capaz de mantener una presión de retención mínima de al menos 10 kPa después de sufrir 100 ciclos mecánicos de la prueba de expansión de espacio de 1000 ciclos estándar conducida a una temperatura en la cara caliente de aproximadamente 900 °C, con una densidad aparente de espacio de la placa de sustentación desde aproximadamente 0.3 a aproximadamente 0.5 g/cm3, y un por ciento de expansión de espacio de aproximadamente 5 por ciento . Por el término "ciclo" se quiere decir que el espacio entre el monolito (por ejemplo, la estructura frágil) y el alojamiento es abierto y cerrado sobre una distancia específica y a una velocidad determinada. A fin de estimular las condiciones reales, la expansión del espacio entre un alojamiento y una estructura frágil de un diámetro dado puede determinarse calculando el coeficiente de expansión térmica de un alojamiento convencional a una temperatura de, por ejemplo, aproximadamente 900 °C. El peso final de una base de placa de sustentación se seleccionará de modo que satisfaga los criterios de la prueba, y proporcione una fuerza de retención mínima (Pmin) de más de aproximadamente 10 kPa después de 1000 ciclos. El objetivo es proporcionar el soporte adecuado al menor costo, así se selecciona el peso mínimo de la base que satisface el requerimiento de más de 10 kPa. Aunque ciertas placas de sustentación para montajes no entumescentes del arte previo pueden también tener la capacidad de mantener una presión mínima "alta" después de 1000 ciclos a una temperatura en la cara caliente de al menos aproximadamente 900 °C, estas placas de sustentación contienen uniformemente fibras de cerámica derivadas de gel sol, costosas que tienen un alto contenido de alúmina de al menos 30 por ciento o superior, o fibras derivadas de cuarzo cristalino, o ambas. Las placas de sustentación no entumescentes del arte previo no contienen fibras de vidrio lixiviadas que tengan más de aproximadamente 67 por ciento de sílice. En operación, los convertidores catalíticos experimentan un cambio significativo en la temperatura. Debido a las diferencias en sus coeficientes de expansión térmica, el alojamiento puede expandir más que la estructura soporte 18, de modo que el espacio entre estos elementos aumentará ligeramente. En un caso típico, el espacio puede expandirse y contraerse en el orden de aproximadamente 0.25 a aproximadamente 50 mm durante la ciclización térmica del convertidor. El espesor y al densidad de la placa de sustentación para montaje son seleccionados de modo que una presión de retención mínima de al menos aproximadamente 10 kPa se mantenga bajo todas las condiciones para prevenir pérdidas vibratorias de la estructura frágil. La presión de montaje ejercida por la placa de sustentación para montaje 20 bajo estas condiciones permite el acomodamiento de las características térmicas de conjunto sin comprometer la integridad física de los elementos constituyentes. Para placas de sustentación para montajes para ser usadas en aplicaciones a temperaturas más bajas, la prueba es conducida a aproximadamente 300 °C. No obstante, la prueba se conduce de la misma manera que la prueba a altas temperaturas descrita. No obstante, dada las diferencias de aplicaciones de carga y el hecho de que estructuras de catalizadores más pesadas son usadas a menudo, la presión de retención mínima debe de ser más alta. Por consiguiente, como se hizo notar anteriormente, la placa de sustentación debe de proporcionar una presión de retención contra la estructura frágil de al menos 50 kPa después de 1000 ciclos de prueba a una temperatura en la cara caliente de aproximadamente 300 °C . Habiendo descrito la invención en términos generales, se ilustrará ahora con mayor detalle por medio de ejemplos. Se comprenderá que estos ejemplos son solamente ilustrativos y de ningún modo se considerarán limitantes en algún aspecto, a menos que se declare de otra manera. Estos ejemplos se usan para demostrar solamente la práctica de la invención. EJEMPLOS A fin de demostrar la práctica de la invención, la fibra de vidrio con sílice lixiviada BELCOTEX fue tratada térmicamente por dos horas a temperaturas entre aproximadamente 900 °C y 1100 °C. Las fibras tratadas térmicamente fueron entonces mezcladas con aproximadamente 6.5 por ciento en peso de una fibra adecuada para enlazar juntas las fibras de vidrio con sílice lixiviadas a partir del calentamiento. Las fibras combinadas fueron entonces humedecidas en la forma de una placa de sustentación. La placa de sustentación fue secada en un horno a una temperatura de aproximadamente 60 °C . La placa de sustentación seca fue entonces comprimida térmicamente a una densidad de aproximadamente 148 kg/m3. La placa de sustentación se produjo en una forma final adecuada para uso en una placa de sustentación para montaje en una aplicación para convertidor catalítico. En otra modalidad, al invención fue demostrada por medio del primer recubrimiento húmedo de las fibras de vidrio con sílice lixiviadas en una placa de sustentación. La placa de sustentación fue entonces perforada con agujas para lograr una densidad de aproximadamente 148 kg/m3. La placa de sustentación perforada con agujas fue entonces tratada térmicamente por 2 horas entre aproximadamente 900 °C y 1100 °C. Después de retirarla del tratamiento térmico, la placa de sustentación estuvo en su forma de producto final para uso como una placa de sustentación para montaje en una aplicación para convertidor catalítico. Otras placas de sustentación para montajes que comprenden fibras de vidrio con sílice lixiviadas obtenidas de otros fabricantes fueron también producidas usando esencialmente uno de los métodos descritos anteriormente, con la placa de sustentación o las fibras tratadas térmicamente a temperaturas de al menos aproximadamente 900 °C. Para propósitos de comparación, se produjeron muestras de placas de sustentación que contienen fibras de vidrio lixiviadas altas en contenido de sílice, pero no se condujo el tratamiento térmico de las fibras o de las palcas de sustentación. Estas placas de sustentación se consideró que estaban en un estado "corno tal".
En al menos otro caso, se probó una manta de fibras de vidrio con sílice lixiviadas "pre-contraídas" . Esta manta de fibra está comercialmente disponible para varias aplicaciones pero nunca ha sido probada o se ha sugerido como adecuada para uso como una placa de sustentación para montaje para dispositivos para el tratamiento de gases de combustión. Por "pre-contraída" , se quiere decir que las fibras de vidrio con sílice lixiviadas han sido ya sometidas a procesamiento adicional para disminuir la contracción de la manta. Hay numerosas aplicaciones en las que una manta de fibra deseablemente deberá de mantener su forma y no contraerse por el uso en aplicaciones a altas temperaturas . Cada placa de sustentación fue sometida a la prueba de expansión del espacio en 1000 ciclos a alta temperatura (900 °C) . Las condiciones de prueba consistieron de un grupo de parámetros constantes que fueron utilizados para comparar las placas de sustentación muestras. Estos parámetros de prueba incluyeron tres temperaturas diferentes de la cara caliente de 300 °C, 600 °C y 900 °C, una densidad aparente de espacio de 0.3 g/cm3, y un por ciento de expansión de espacio de aproximadamente 5 por ciento. Dados estos parámetros y el peso base conocido de las placas de sustentación para montajes, se empleó en esta prueba un espacio de 2.9 a 5.45 mm para efectuar una densidad aparente de espacio de 0.3 g/cm3. Para la prueba de 1000 ciclos a baja temperatura (300 °C) , se usó un espacio de 4.13 mm y una expansión de espacio de aproximadamente 2 por ciento. Se apreciará que un experto en la materia será capaz de conducir estas pruebas de 1000 ciclos empleando estos parámetros sin experimentación indebida. Esto es, el grupo de parámetros anteriores facilitaran a un experto en la materia hacer una comparación similar de la presión de retención efectiva de una placa de sustentación independientemente de las características de la placa de sustentación o del tamaño del espacio. Para las placas de sustentación particulares probadas en la presente, un tamaño de espacio de 2.9 a 5.45 mm fue realmente apropiado con base en las características conocidas de la placa de sustentación tales como el peso base y otro grupo de parámetros tales como la densidad aparente del espacio. También se comprenderá que la densidad aparente del espacio de la placa de sustentación para montaje puede variar dependiendo de la aplicación. Es posible que una presión de retención mínima aceptable no pueda alcanzarse a una densidad aparente de espacio más baja tal como 0.3 g/cm3 pero puede aún alcanzarse a una densidad aparente de espacio más alta, tal como 0.5 g/cm3, para algunas aplicaciones. Por consiguiente, puede completarse la prueba usando cualquier densidad aparente de espacio apropiada para la aplicación generalmente que caiga en el intervalo desde aproximadamente 0.3 a aproximadamente 0.5 g/cm3. Los resultados de estas pruebas se muestran en la Tabla 1 siguiente. Tabla 1 Resultados de la Prueba de Expansión de Espacio a 1000 Ciclos (En kPa) Ejemplo No. /Prueba 1 2 3 4 Pmin 1000 a 0.3 GBD y 7.93 124 14.73 63.16 300 °C Pmin 1000 a GBD de 0.3 2.00 98.79 4.07 39.71 y 900 °C Espacio Pfijo a GBD de 24.82 264.04 21.71 114.44 0.3 y 300 °C Espacio Pfijo a GBD de 6.98 259.01 10.86 122.09 0.3 y 600 °C Espacio Pfijo a GBD de 7.75 253.56 8.14 126.37 0.3 y 900 °C Tabla 1 (Continuación) 1 = Como tal 2 = Tratado Térmicamente 3 = Como tal 4 = Pre-contraído 5 = Tratado Térmicamente 6 = Como tal 7 = Tratado Térmicamente 8 = Densidad Aparente de Espacio De la revisión de los resultados se apreciará que todas las placas de sustentación de fibra de vidrio lixiviadas, tratadas comenzaron con una presión de retención superior a la presión de retención mínima requerida tanto para aplicaciones a altas temperaturas (es decir Pmin = 10 kPa) como para bajas temperaturas (es decir Pmin = 50 kPa) de las pruebas iniciales a 300 °C y 900 °C. (resultados de Espacio a Pfija) . No obstante las placas de fibra de vidrio con sílice lixiviadas "como tales" no mantuvieron una presión de retención adecuada a partir de la ciclización inicial, lo hicieron solo después de 100 ciclos. En comparación, las placas de sustentación que emplearon fibras de vidrio lixiviadas, tratadas, todas mantuvieron una presión de retención efectiva o carga (Pmin) después de ciclo 1000 en la prueba anterior superior a la mínima requerida. Para las aplicaciones a altas temperaturas, se apreciará que la presión de retención efectiva mínima (Pmin) para las fibras tratadas fue de aproximadamente 29 kPa después de 1000 ciclos a 900 °C superior a los 10 kPa mínimos. En vista de que los resultados de las pruebas de expansión de espacio a 1000 ciclos sobresalientes demostrados por las placas de sustentación para montaje no entumescentes para los dispositivos para el tratamiento de gases de combustión de la presente invención y el costo relativamente bajo asociado con la producción de fibras de vidrio lixiviadas que contienen sílice en comparación con las fibras de cerámica de gel sol o fibras derivadas de cuarzo cristalino, estas placas de sustentación son ventajosas para la industria de los convertidores catalíticos y de trampas para partículas generadas por motores diesel. Las placas de sustentación para montaje pueden ser cortadas con troquel y son operables como soportes elásticos en un perfil fino, proporcionando facilidad de manejo, y una forma flexible, para así ser capaces de proporcionar una envoltura total de la estructura soporte del catalizador, si se desea, sin fisuras. Alternativamente, la placa de sustentación para montaje puede ser envuelta integralmente aproximadamente el perímetro o la circunferencia completa de al menos una porción de la estructura soporte del catalizador. La placa de sustentación para montaje puede también ser parcialmente envuelta e incluir un sello final como se usa corrientemente en algunos dispositivos convertidores convencionales, si se desea para prevenir la desviación de los gases. Las placas de sustentación para montaje descritas anteriormente son también útiles en una variedad de aplicaciones tales como convertidores catalíticos automotrices convencionales para, entre otros, motocicletas y otras máquinas de motor pequeño, y pre-convertidores automotrices, así como también juntas de estanqueidad, espaciadores, y aún sistemas de convertidores catalíticos para bajos de carrocerías de automóviles de generaciones futuras. Generalmente, pueden usarse en cualquier aplicación que requiera una placa de sustentación o junta de estanqueidad para ejercer presión de retención a temperatura ambiente y, de manera más importante, proporcionar la capacidad para mantener la presión de retención a temperaturas elevadas desde aproximadamente 20 °C a al menos aproximadamente 1100 °C, incluyendo durante la ciclizacíón térmica. Las placas de sustentación para montajes descritas anteriormente también pueden ser usadas en convertidores catalíticos empleados en la industria química que se localizan en conductos de humos emitidos o de combustión incluyendo las que contienen estructuras frágiles de tipo panal de abejas que necesitan ser montadas con protección.
La presente invención no se limita a las modalidades específicas descritas anteriormente, sino que incluye variaciones, modificaciones y modalidades equivalentes definas por las reivindicaciones siguientes. Las modalidades descritas anteriormente no son necesariamente en la alternativa, que varias modalidades pueden ser combinadas para proporcionar las características deseadas.

Claims (23)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo para el tratamiento de gases de combustión, caracteri zado porque comprende: un alojamiento una estructura frágil montada elásticamente en el alo amiento; y una placa de sustentación para montaje no entumescente dispuesta en un espacio entre el alojamiento y la estructura frágil, en donde la placa de sustentación para montaje incluye fibras de vidrio lixiviadas conformadas por fusión que contienen al menos 67 por ciento en peso de sílice y que ejercen una presión de retención mínima para retener la estructura frágil en el alojamiento de uno de (i) al menos aproximadamente 10 kPa después de 1000 ciclos de prueba a una temperatura en la cara caliente de aproximadamente 900 °C, una densidad aparente de espacio desde aproximadamente 0.3 a aproximadamente 0.5 g/cm3, y un por ciento de expansión de espacio de aproximadamente 5 por ciento, o (ii) al menos aproximadamente 50 kPa después de 1000 ciclos de prueba a una temperatura en la cara caliente de aproximadamente 300 °C, una densidad aparente de espacio desde aproximadamente 0.3 a aproximadamente 0.5 g/cmJ, y un por ciento de expansión de espacio de aproximadamente 2 por ciento.
2. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el alojamiento tiene una entrada en un extremo y una salida en el extremo opuesto a través de los cuales fluyen los gases de combustión; y porque la estructura frágil tiene una superficie externa , una superficie final de entrada en un extremo en comunicación con la entrada del alojamiento y una superficie final de salida en un extremo opuesto en comunicación con el extremo de salida del alojamiento.
3. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la placa de sustentación de montaje comprende al menos una capa substancialmente no expandióle, integral que comprende fibras de vidrio lixiviadas, estiradas por fusión que contienen sílice.
4. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras de vidrio lixiviadas contienen al menos 90 por ciento en peso de sílice.
5. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras de vidrio lixiviadas contienen desde aproximadamente 90 a menos de 99 por ciento en peso de sílice.
6. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras de vidrio lixiviadas contienen desde aproximadamente 93 a aproximadamente 95 por ciento en peso de sílice y desde aproximadamente 4 a aproximadamente 6 por ciento en peso de alúmina.
7. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras de vidrio lixiviadas contienen menos de aproximadamente 1 por ciento en peso de metales alcalinos o alcalino férreos.
8. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la placa de sustentación de montaje comprende desde 50 a 100 por ciento en peso de las fibras de vidrio lixiviadas.
9. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la placa de sustentación de montaje comprende al menos 80 por ciento en peso de las fibras de vidrio lixiviadas.
10. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la placa de sustentación de montaje está substancialmente libre de aglutinante.
11. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras de vidrio lixiviadas tienen un diámetro mayor de 3.5 micrones .
12. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras de vidrio lixiviadas tienen un diámetro mayor de 5 micrones.
13. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras de vidrio lixiviadas son estiradas por fusión.
14. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque, las fibras de vidrio lixiviadas están substancialmente libres de perlas de vidrio.
15. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la placa de sustentación para montaje contiene más de 0 a aproximadamente 50 por ciento, con base en el 100 por ciento en peso de la placa de sustentación total, de fibras de vidrio-S2 o de fibras de cerámica refractaria.
16. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la placa de sustentación de montaje es tratada térmicamente a una temperatura de al menos aproximadamente 300 °C o al menos aproximadamente 900 °C por un período de tiempo efectivo para satisfacer la presión de retención mínima efectiva para retener la estructura frágil en el alojamiento.
17. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras de vidrio lixiviadas son tratadas térmicamente a una temperatura de al menos aproximadamente 900 °C por un período de tiempo efectivo tal que las fibras de vidrio lixiviadas, cuando se conforman en la placa de sustentación para montaje, satisfacen la presión de retención mínima para retener la estructura frágil en el aloj amiento .
18. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo es un convertidor catalítico o una trampa para partículas generadas por un motor diesel.
19. Un método de elaborar un dispositivo para tratar gases de combustión, caracterizado porque comprende: proporcionar una placa de sustentación para montaje que comprende fibras de vidrio formadas por fusión que contienen sílice, en donde las fibras de vidrio formadas por fusión se forman por tratar las fibras de vidrio formadas por fusión en donde las fibras de vidrio tratadas tienen un contenido de sílice mayor que el contenido de sílice de las fibras de vidrio antes de ser tratadas y en donde las fibras de vidrio tratadas contienen al menos 67 por ciento en peso de sílice, envolver la placa de sustentación para montaje alrededor de una estructura frágil adaptada para tratar gases de combustión; y disponer la estructura frágil y la placa de sustentación para montaje en un alojamiento, con lo cual la placa de sustentación para montaje retiene la estructura frágil elásticamente en el alojamiento y en donde la placa de sustentación para montaje ejerce una presión de retención mínima para retener la estructura frágil en el alojamiento de uno de (i) al menos aproximadamente 10 kPa después de 1000 ciclos de prueba a una temperatura de la cara caliente de aproximadamente 900 °C, una densidad aparente de espacio desde aproximadamente 0.3 a aproximadamente 0.5 g/cm3, y un por ciento de expansión de espacio de aproximadamente 5 por ciento, o (ii) al menos aproximadamente 50 kPa después de 1000 ciclos de prueba a una temperatura de la cara caliente de aproximadamente 300 °C, una densidad aparente de espacio desde aproximadamente 0.3 a aproximadamente 0.5 g/cm3, y un por ciento de expansión de espacio de aproximadamente 2 por ciento.
20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la etapa de tratar las fibras de vidrio estiradas por fusión incluye lixiviar las fibras de vidrio en una solución ácida.
21. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque adicionalmente incluye la etapa de tratar térmicamente la placa de sustentación para montaje antes de envolver la estructura frágil.
22. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la etapa de tratamiento térmico comprende calentar las fibras o la placa de sustentación para montaje a una temperatura entre aproximadamente 900 °C y aproximadamente 1100 °C, por más de una hora.
23. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la etapa de tratamiento térmico comprende calentar las fibras o la placa de sustentación para montaje a una temperatura de al menos aproximadamente 300 °C por un periodo de tiempo efectivo para satisfacer la presión de retención mínima efectiva para retener la estructura frágil en el alojamiento.
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