CN101089375B - 保持用密封材、废气处理装置及其制造方法 - Google Patents

保持用密封材、废气处理装置及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种保持用密封材、废气处理装置及其制造方法。具体地说，所述保持用密封材即使在具有等压强度较低的废气处理体的废气处理装置中进行制造和使用时，所述废气处理体不会破损，并且还能够在使用时适当地保持所述废气处理体。所述保持用密封材包含无机纤维，并且该保持用密封材具有第一表面和第二表面，其中所述第一表面具有沟槽状结构。

Description

保持用密封材、废气处理装置及其制造方法
技术领域
本发明主要涉及包含无机纤维的保持用密封材、包括所述保持用密封材的废气处理装置及其制造方法。
背景技术
从本世纪开始，汽车的数量日益剧增，来自汽车发动机室的废气量也随着汽车数量的上升而急剧增加。特别是来自柴油发动机的废气中的各种物质造成了环境的污染，因此这些物质目前正严重影响着全球的环境。
在此环境下，已经提出了各种废气处理装置，并且这些装置也已经付诸实际应用。典型的废气处理装置在与发动机的废气集管连接的排气管上具有外壳(例如由金属等制成)，在该外壳中布置具有由孔壁分隔的大量孔的废气处理体。通常，将这些孔构造成蜂窝状结构。特别是在该情况中，所述废气处理体称为蜂窝状结构体。作为这种废气处理体的实例，有诸如催化剂载体和柴油微粒过滤器(DPF)等废气过滤器。例如，在DPF的情况中，基于上述结构，在废气经由各个孔通过废气处理体的过程中，由孔壁来捕集颗粒。由此可以从废气中除去颗粒。废气处理体的材料为金属、合金和陶瓷等。作为包含陶瓷的废气处理体的典型实例，已知有由堇青石制成的蜂窝状过滤器。从耐热性、机械强度和化学稳定性的观点来看，近来采用多孔性硅碳刚石烧结体作为废气处理体。
通常将保持用密封材放置于上述废气处理体与外壳之间。保持用密封材用于防止车辆运行过程中由于废气处理体与外壳内表面接触而导致的破损，以及用于防止废气从外壳与废气处理体之间的缝隙中泄漏出来。另外，保持用密封材还在防止废气处理体由于废气的排出压力而脱落方面起着重要的作用。此外，为了稳定反应，废气处理体需要保持高温，因此保持用密封材需要具有耐热性。作为满足这些要求的部件，有包含诸如氧化铝系纤维等无机纤维的片状部件。
保持用密封材卷绕在废气处理体的除了开口面以外的外周面的至少一部分上。例如，将保持用密封材的两端接合，并通过利用胶带将保持用密封材与废气处理体固定成一体来使用所述保持用密封材。然后，通过压入外壳中而将该一体物组装到废气处理装置中。
当将所述一体物压入到外壳中或者当使用废气处理装置时，由保持用密封材施加的作用于废气处理体的表面压力必须处于所谓的等压强度内，以防止来自保持用密封材的压缩应力对废气处理体造成的损害。这里，等压强度是将各向同性的静水压荷重施加于废气处理体上造成损坏时的压缩破坏荷重(力)。所述等压强度是由社团法人自动车技术协会发行的汽车标准JASO M505-87所规定。
已经提出了对保持用密封材进行设置，以使得当保持用密封材组装卷绕在蜂窝状结构体上时，保持用密封材的舌状配合部面向蜂窝状结构体的孔壁布置的方法，由此来防止当将超过等压强度的荷重施加于蜂窝状结构体上时蜂窝状结构体发生破损的现象(见专利文献1)。在专利文献1的方法中，公开了蜂窝状结构体不易发生破损，原因是将例如保持用密封材的舌状配合部等表面压力变大的位置布置在构成蜂窝状结构体的每个孔上的容许荷重变得最大的方向上(即，将表面压力施加于几乎与孔壁垂直的方向上)。
专利文献1：JP 2000-204938
发明内容
然而，如专利文献1所示，在通过面向蜂窝状结构体的孔壁设置保持用密封材的舌状配合部的方法中，需要小心地将保持用密封材放置在这样的相对位置，并且保持用密封材的组装过程变得复杂。而且，当改变蜂窝状结构体的形状时，保持用密封材的舌状配合部可能会无法装在所希望的位置上。为了防止这种情况的发生，需要使蜂窝状结构体的尺寸和形状保持一致。然而，在设定这类限定的情况中，存在的问题是严重限制了装置设计的自由度。另外，在保持用密封材与蜂窝状结构体的接触面上，无法保证施加有最大表面压力的区域总是舌状配合部，并且存在当表面压力在其它区域变得最大时蜂窝状结构体可能破损的问题。
而且，如下所述，目前存在使施加于蜂窝状结构体的废气处理体上的表面压力的上限与表面压力的下限之差变小的趋势。(1)为了进一步提高废气处理装置的废气处理能力，需要增加废气处理体每单位面积的孔数和增加内部比表面积。与此相伴，存在使废气处理体的孔壁厚度逐渐变薄和使表面压力的上限(即，等压强度)变低的趋势。(2)另一方面，在废气高压化和废气处理体重量增加的进程中，由于需要通过保持用密封材适当地保持废气处理体，因此存在表面压力的下限上升的趋势。因此，需要通过准确控制由保持用密封材施加于废气处理体的表面压力，使实际表面压力处于适当的表面压力范围内(在表面压力的下限和表面压力的上限之间)。
因此，本发明的一个主要目的是提供一种保持用密封材，其中所述保持用密封材在具有等压强度较低的废气处理体的废气处理装置的装入和使用时，所述废气处理体也不会破损，而且还能够在使用时适当地保持废气处理体。另外，本发明的另一个目的是提供采用上述保持用密封材的废气处理装置。此外，本发明的另一个目的是提供上述废气处理装置的制造方法。
为了实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种包含无机纤维的保持用密封材，所述保持用密封材具有第一表面和第二表面，其中所述第一表面具有沟槽状结构。
在采用具有沟槽状结构的保持用密封材的情况中，例如，当将具有沟槽状结构的保持用密封材卷绕在废气处理装置的废气处理体上以面向第一表面外侧时，若将压缩应力施加于所述保持用密封材，则所述保持用密封材可以变形以填入到所述沟槽状结构中。由此可以分散施加于废气处理体的压缩应力。
因此，在根据本发明的保持用密封材中，所述保持用密封材可以在所述第一表面上具有沿两个不同方向分别平行形成的多个沟槽状结构。
此外，在根据本发明的保持用密封材中，所述沟槽状结构可以由凹槽线构成。在这种情况中，所述沟槽状结构可以容易地形成。
此外，在根据本发明的保持用密封材中，所述保持用密封材可以通过针刺处理形成。
此外，在根据本发明的保持用密封材中，所述保持用密封材可以包含无机粘合剂和/或有机粘合剂。通过将上述粘合剂加入到所述保持用密封材中可以增加纤维之间的粘合力，并且可以使所述保持用密封材容易处理。
为了达到上述目的，本发明的另一个方面提供了一种废气处理装置，该废气处理装置包括废气处理体、包含无机纤维的保持用密封材和其中容纳有所述废气处理体和所述保持用密封材的外壳，其中，所述保持用密封材具有第一表面，而且所述保持用密封材卷绕在所述废气处理体的外周面的至少一部分上，使得所述第一表面朝向外侧，并且所述保持用密封材在所述第一表面上具有沟槽状结构。
因此，在本发明的所述废气处理装置中，通过所述保持用密封材的上述效果，施加于所述废气处理体上的压缩应力可以得到分散，并且直接施加于所述废气处理体上的压缩应力得到降低。因此，即使采用孔壁薄且等压强度低的废气处理体，所述废气处理体也很少发生破损。
另外，在根据本发明的废气处理装置中，所述废气处理体可以是催化剂载体或者废气过滤器。
另外，在根据本发明的废气处理装置中，可以采用压配方式、蛤壳方式、卷绕紧固方式和精压方式中的任意方式，将卷绕有所述保持用密封材的所述废气处理体容纳在所述外壳中。
而且，为了达到上述目的，本发明的另一个方面提供了废气处理装置的制造方法，所述废气处理装置包括废气处理体、包含无机纤维的保持用密封材和其中容纳有所述废气处理体和所述保持用密封材的外壳，所述制造方法包括：
提供在第一表面上具有沟槽状结构的所述保持用密封材的步骤，
将所述保持用密封材卷绕在所述废气处理体的外周面的至少一部分上使得所述第一表面朝向外侧的步骤，和
通过压配方式、蛤壳方式、卷绕紧固方式和精压方式中的任意方式，将卷绕有所述保持用密封材的所述废气处理体容纳在所述外壳中的步骤。
因此，通过将本发明的保持用密封材用于废气处理装置可以获得下述的废气处理装置：其可以维持所述保持用密封材对所述废气处理体的良好的保持性，并且所述废气处理体很少发生破损。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据以下详细描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1是本发明的保持用密封材的结构的实例。
图2是显示将本发明的保持用密封材和废气处理体容纳在外壳中的状态的示意图。
图3是显示本发明的原理的示意图。
图4是显示保持用密封材的沟槽状结构的一个实例的示意图。
图5是显示保持用密封材的沟槽状结构的另一个实例的示意图。
图6是显示保持用密封材的沟槽状结构的又一个实例的示意图。
图7是显示保持用密封材的沟槽状结构的再一个实例的示意图。
图8是显示保持用密封材的沟槽状结构的另外一个实例的示意图。
图9是根据本发明的一个实施方式的废气处理装置的制造流程图。
图10是显示通过压配方式将经被覆的废气处理体放置到外壳中的方法的示意图。
图11是显示通过蛤壳方式将经被覆的废气处理体放置到外壳中的方法的示意图。
图12是显示通过卷绕紧固方式将经被覆的废气处理体放置到外壳中的方法的示意图。
图13是显示通过精压方式将经被覆的废气处理体放置到外壳中的方法的示意图。
图14是显示本发明的一个实施方式的废气处理装置的一个构成例的示意图。
图15是显示用于评价测试的保持用密封材样品的凹槽线的布置图。
图16是显示用于评价测试的保持用密封材样品的另一种凹槽线的布置图。
图17是显示用于评价测试的保持用密封材样品的又一种凹槽线的布置图。
图18是显示用于评价测试的保持用密封材样品的再一种凹槽线的布置图。
图19是显示用于表面压力试验的装置的示意图。
图20是显示表面压力试验结果的曲线图。
图21是显示复原表面压力试验结果的图。
具体实施方式
下面将参考附图给出对本发明的实施方式的说明。
在图1中显示了本发明的一个实施方式的保持用密封材的结构的实例。然而，本发明的保持用密封材并不限于图1中的形状。另外在图2中显示了包含本实施方式的保持用密封材的废气处理装置的分解图。
如图1所示，根据本实施方式的保持用密封材在垂直于卷绕方向(X方向)的各端部70和71处具有一对嵌合凸部50和嵌合凹部60，当保持用密封材24卷绕在诸如催化剂载体等废气处理体20上时，嵌合凸部50和嵌合凹部60如图2所示嵌合在一起，于是使保持用密封材24固定在废气处理体20上。然后通过例如压配方式，将卷绕有保持用密封材24的废气处理体20装入到由金属等制成的圆筒状外壳12中。
这里，在本发明中，本实施方式具有的特征是，在保持用密封材24与外壳12接触的表面(即，第一表面80)上设置沟槽状结构300。当保持用密封材24卷绕在废气处理体20上，这些沟槽状结构300被压入到外壳12中时，或者在使用废气处理装置时，通过保持用密封材24可使施加于废气处理体20的压缩应力得以分散，并且可以防止废气处理体20的破损。
通过采用图3来说明这一原理。图3是显示应力由于保持用密封材24的沟槽状结构300而得以分散的图。当沿保持用密封材24的厚度方向施加恒定应力P时，保持用密封材24可以变形，从而使作为沟槽状结构300而形成的空间310得到填充。即，沿保持用密封材24的厚度方向施加的压缩应力P因保持用密封材24的X方向(卷绕方向)的变形机制而得到部分吸收。因此，压缩应力P的全部荷重(力)没有直接施加于废气处理体20上，并且可以防止废气处理体20的破损。
构造这类沟槽状结构300，使得诸如凹槽等沟槽形成于例如保持用密封材24的第一表面80上。另外，在本实施方式中，所述凹槽是一种沟槽，并且该凹槽是使得在水平设置保持用密封材的状态(即在卷绕和使用前的状态)中，保持用密封材的厚度方向的最深位置处的宽度和开口面(即第一表面)的宽度均小于1mm的沟槽。另外，所述沟槽并不限于开口面和厚度方向上最深位置处的宽度在水平设置状态时相等的上述沟槽，而是还包括在厚度方向具有诸如反三角、半圆形和梯形等各种形状的截面图的沟槽。
另外，当在第一表面形成沟槽状结构时，对沟槽的形状、延伸方向、沟槽的数量、间距和尺寸等不作限定，任意的沟槽的形状、任意的延伸方向、任意的沟槽数量、任意的间距和任意的尺寸等都可以采用。
在图4～8中显示了保持用密封材的沟槽状结构的实例。在图4中，沿着保持用密封材24的短边长度方向的多个沟槽301以等距离形成于保持用密封材24的第一表面80上。在图5中，沟槽沿着与图4所示的沟槽相同方向延伸，并且等距离地形成没有延伸到保持用密封材两个端部的多个沟槽。在图6中，形成沟槽使得图5的各沟槽没有以连续的一个沟槽布置，而是作为具有较短长度的多个沟槽303布置成不连续的沟槽。在图7中，形成了具有相对于保持用密封材24的短边方向倾斜的角度的沟槽304。另外，在图8中，非直线地形成了沟槽305。
因此，当将作为沟槽状结构的沟槽形成于保持用密封材的第一表面上时，对其形状不作限定。另外，当将作为沟槽状结构的沟槽形成于保持用密封材的第一表面上时，对其延伸方向不作限定，但是该方向可以是与保持用密封材的卷绕方向基本平行的方向(X方向)、基本垂直的方向(Y方向)、对角方向或者这些多种方向的组合。特别是，如以下实例所示，优选由分别沿两个不同方向(例如相互垂直的方向)平行布置的沟槽来构造沟槽状结构。
另外，对沟槽的间距也不作限定，其可以根据废气处理体的等压强度来自由确定。然而，当以凹槽来构成沟槽状结构时，如果凹槽的数量过少(例如，凹槽的间距小于0.2条/1cm)，可能无法充分发挥保持用密封材的应力分散功能。另一方面，如果凹槽的数目过大(例如，凹槽的间距大于10条/1cm)，由于相对于保持用密封材的废气处理体的保持表面压力有所降低，因此需要使得保持表面压力不低于上述表面压力的适当下限。具体地说，凹槽的间距优选约为0.5～5条/1cm。另外，沟槽并非必须以等间隔形成，而是可以以不等间隔进行构造。
在图1所示的实例中，沿着基本垂直于卷绕方向的方向(Y方向)的多个凹槽以6.2mm的间隔布置在保持用密封材24的第一表面80上以形成沟槽状结构300。这些凹槽具有对应于保持用密封材24的Y方向上的全长的相等长度、1mm以下的宽度和保持用密封材24厚度的大约1/2的深度。另外，如上述实例所示，优选沟槽的深度为保持用密封材24的厚度的大约1/2。如果沟槽过深，在开始操作时，保持用密封材会从沟槽开始发生破裂。另外，如果沟槽过浅，可能无法充分发挥保持用密封材的应力分散功能。然而，沟槽的深度与沟槽的数目(和间距)相关。如果沟槽的数目过多，沟槽的深度可以小于保持用密封材24厚度的大约1/2。
如上所述，实现本发明效果的一个重要事情是，在保持用密封材上提供沟槽状结构300，由此，当将保持用密封材卷绕在废气处理体等物体的外周面上时，在保持用密封材的第一表面(外周面)的一部分上形成保持用密封材中不存在的三维空间。沟槽状结构300可以是任何形式，只要能形成所述三维空间即可。
通过使用具有所述沟槽状结构300的保持用密封材24，如下构造废气处理装置10。在图9中，示例性地图示了废气处理装置10的制造流程。
首先，在步骤S100中，在第一表面80上提供具有沟槽状结构300的保持用密封材24。然后，在步骤S110中，将保持用密封材24卷绕在废气处理体20的外周面上，并通过将保持用密封材24的端部嵌合在一起并将它们固定，使保持用密封材24和废气处理体20一体化。在这种情况中，将保持用密封材24卷绕在废气处理体20上，从而将第一表面80布置在外周面侧。接着，在步骤S120中，通过压配方式、蛤壳方式、卷绕紧固方式和精压方式中的任意一种装入方法，将卷绕有所述保持用密封材24的所述废气处理体20(下文称为“经被覆的废气处理体210”)放置到外壳12中。由此构造废气处理装置10。
参照附图说明各种装入方法。图10、11、12和13是各装入方法的示意图，其中分别通过压配方式、蛤壳方式、卷绕紧固方式和精压方式将经被覆的废气处理体210放置到外壳中。
压配反式是通过将经被覆的废气处理体210从外壳121的一个开口侧推入到外壳121中从而将经被覆的废气处理体210放置到预定位置而构造废气处理装置10的方法。为了便于将废气处理体210插入到外壳121中，如图10所示的是这样的情况，即，可以采用内径从一端到另一端逐渐减小并且最小内径被调整为与外壳121的内径几乎相同的压配工具230。在这种情况中，将经被覆的废气处理体210从压配工具的较大内径侧插入，并通过最小内径侧放置到外壳121中。
在蛤壳方式中，如图11所示，采用分开从而在相互面向时形成一对外壳的外壳部件(122A和122B)(例如，在图11的实例中分为两个部分)。在将经被覆的废气处理体210放置到一个外壳部件中之后，合上剩下的外壳部件，然后在例如边缘部220(220A和220B)焊接这些部件以形成外壳122，如此可以获得经被覆的废气处理体210被放置到预定位置的废气处理装置10。
如图12所示，卷绕紧固方式是在将作为外壳部件的金属板123卷绕在经被覆的废气处理体210上之后，使用钢丝绳等将金属板绑紧，使金属板123以预定的表面压力与经被覆的废气处理体210外周直接接触。
最后，将金属板123的一端焊接到另一端或者下侧的金属板123的表面上，由此可以获得经被覆的废气处理体210被放置到外壳123内部的废气处理装置10。
另外，如图13所示，精压方式是在将经被覆的废气处理体210插入到内径大于经被覆的废气处理体210的外径的金属壳124中之后，通过压床等从外周侧均匀地压缩(精压(JIS-z2500-4002))金属壳124。通过精压法将金属壳124的内径准确调节为所需的尺寸，并且可以将经被覆的废气处理体210放置到预定的位置。在精压方式中，由于压缩应力在操作过程中被瞬间强烈地施加到废气处理体20上，因此，特别是具有较低等压强度的废气处理体20很可能会出现破损。然而，如果采用根据本发明的保持用密封材，即使采用精压方式对废气处理体20进行压制，也可以通过上述保持用密封材的应力分散作用来防止废气处理体20的破损。
另外，可以使用诸如耐热合金等金属作为这些方法中所使用的外壳材料。
图14中显示了采用这种方法构造的废气处理装置10的一个构成例。在图14的实例中，废气处理体20是具有平行于气流方向的许多贯通孔的催化剂载体。催化剂载体例如由蜂窝状多孔碳硅刚石等构成。另外，本实施方式的废气处理装置10并不限于这种结构。例如，废气处理体20可以是DPF，其中贯通孔的端部以棋盘状设计密封。在这种废气处理装置中，在将废气处理体20加入到外壳内的情况中或者在使用该装置时将压缩应力施加在保持用密封材上的情况中，由于上述保持用密封材24的作用，可以避免废气处理体20的破损。
以下说明本发明的保持用密封材的制造方法的一个实例。
本发明的保持用密封材如下制造。首先，制造包含无机纤维的前体。在以下描述中，可以使用氧化铝和二氧化硅的混合物作为无机纤维，但是无机纤维并不限于上述混合物。例如，对于无机纤维的构成，可以单独使用氧化铝和二氧化硅中的任意一种。在一个实例中，向碱性氯化铝溶液(70g/1的铝，Al:Cl＝1.8(原子比))加入硅溶胶以达到60～80∶40～20的氧化铝:二氧化硅比，由此制备无机纤维前体。如果氧化铝的比率在60％以下，由氧化铝和二氧化硅生成的莫来石的存在比率会变小，由此使保持用密封材的热导率上升，无法实现足够的热绝缘。特别优选的是，氧化铝:二氧化硅比为70～74∶30～26。
其次，向氧化铝纤维的前体中加入诸如聚乙烯醇等有机聚合物。然后，浓缩该液体并制备纺丝溶液。另外，通过使用该纺丝溶液采用吹制法进行纺丝。
吹制法是利用从空气喷嘴吹出的空气流和从纺丝溶液供应喷嘴压出的纺丝溶液流进行纺丝的方法。来自空气喷嘴的每个狭缝的气体流速通常为40m/s～200m/s。另外，纺丝喷嘴的直径通常为0.1mm～0.5mm。每个纺丝溶液供应喷嘴的溶液量通常为1ml/小时～120ml/小时，但是优选为3ml/小时～50ml/小时。在这种条件下，从纺丝溶液供应喷嘴压出的纺丝溶液虽然没有变成喷雾形式(雾状)，但是可以充分地铺展，并且纤维之间很难溶接。因此，即便是纤维直径分布较窄的氧化铝纤维的前体也可以通过优化纺丝条件来获得。
通过层压完成了纺丝的前体来制造层压片。另外，使用针刺机在层压片上进行针刺处理。针刺处理是使许多针刺入层压片并从层压片中拔出，由此使得各层更加紧密地接触并使层压片变薄。通常将针刺机用于针刺处理。针刺机包括可沿着针的刺穿方向前后移动的针板和设置在层压片两侧并对层压片进行固定的支持板。在针板上，大量用于刺穿层压片的针(例如包括大约100根针/100c m2～5000根针/100c m2)垂直于该板平面布置。另外，在支持板上设置大量针用贯通孔，由此使针能够穿过这些贯通孔并达到层压片。使用这样的针刺机，通过进行将针刺入层压片并将针从层压片上拔出的针刺处理，相互复杂交缠的纤维沿着厚度方向取向，并能够提高层压片厚度方向的耐剥离性。
接着，使经过特殊针刺处理的层压片从环境温度开始加温，通过以大约为1250℃的最高温度进行连续烧制，可以获得预定基重(concentration)的保持用密封材。
为了易于操作，将以上述处理获得的保持用密封材切成预定的尺寸。
然后，如果需要，使诸如树脂等有机粘合剂浸入到切好的保持用密封材中。优选有机粘合剂的含量为1.0重量％～10.0重量％。如果该含量低于1.0重量％，则无法充分地防止无机纤维的脱离。另外，如果该含量高于10.0重量％，则无法使保持用密封材具有柔软性，并难易将完成后的保持用密封材卷绕在废气处理体上。
另外，优选使用丙烯酸类树脂(ACM)、丙烯腈-丁二烯树胶(NBR)和苯乙烯-丁二烯树胶(SBR)作为有机粘合剂。
使用由上述有机粘合剂和水制成的水性分散液通过喷涂而将树脂浸入至保持用密封材中。另外，通过以下步骤除去包含在保持用密封材中的任何过量的涂覆固体和水。
在以下步骤中，除去任何过量的固体并进行干燥处理。除去过量的固体通过真空抽吸进行。另外，除去过量的水采用加热压缩干燥法进行。在该方法中，由于向保持用密封材施加挤压压力，可以除去过量的水，并且使保持用密封材变薄。干燥处理在大约95℃～155℃进行。如果温度低于95℃，则干燥所需更长的时间，因此使生产效率降低。另外，如果干燥温度高于155℃，则有机粘合剂本身开始发生分解并丧失因有机粘合剂而产生的粘接性能。
然后，在通过切割获得具有预定形状的保持用密封材之后，可以通过使用切割机等在保持用密封材的至少一个表面上形成所需的凹槽线，来制造在其表面上具有沟槽状结构的保持用密封材。或者，通过对设置有预定沟槽的模板进行挤压处理，在完成后的保持用密封材的至少一个表面上形成沟槽状结构。
另外，可以通过抄造法而不是上述的针刺法来制造本发明的保持用密封材。抄造法也称为普通湿式处理，该方法是用于通过如抄造中的纤维混合、搅拌、纤维开织、制浆、纸成型和压缩干燥的各处理来制造保持用密封材的处理方法。以下说明本发明的保持用密封材的制造方法。
首先，将预定量的无机纤维原料、无机粘合剂和有机粘合剂混合在水中。例如可以使用氧化铝和二氧化硅的混合纤维的原棉松散材料作为无机纤维原料。然而，无机纤维原料并不限于上述材料；例如，无机纤维原料可以仅由氧化铝和二氧化硅组成。例如，可以使用氧化铝溶胶和二氧化硅溶胶等作为无机粘合剂。另外，可以使用胶乳等作为有机粘合剂。
接着，在抄造器等混合器内对所得混合物进行搅拌，制备开织纤维浆料。通常，搅拌和开织纤维处理进行大约20秒～120秒。然后，在成型机中将所得浆料成型至需要的形状，并通过进一步脱水获得保持用密封材的材料毡。在此，例如通过采用其底部形成有所需形状的沟槽的成型机来对浆料进行成型，可以制造在任意一个表面(或者前后两个表面)上具有多个沟槽(或者一个沟槽)的材料毡。
另外，使用压力机等对该材料毡进行压缩，然后在预定的温度进行加热干燥。由此可以获得本发明的保持用密封材。进行压缩处理，使保持用密封材的密度在常规压缩结束后变为大约0.10g/cm3～0.40g/cm3。将材料毡放到诸如烘箱等加热处理器中，例如在大约90℃～150℃进行大约5分钟～60分钟的加热干燥处理。
为便于操作，对如上制得的保持用密封材进行切割，并进一步用于切割成预定的最终形状。另外，在切割之前或之后，可以使用所获得的保持用密封材进行进一步处理。
如果需要，将诸如树脂等有机粘合剂浸入至切好的保持用密封材中。由此可以控制保持用密封材的膨松度，并提高当将保持用密封材卷绕在废气处理装置中的废气处理体上时的组装性。另外，当向废气处理装置中导入热的废气时，会使保持用密封材中的有机粘合剂发生损耗。由此使经压缩的保持用密封材复原，并改善保持用密封材的保持力。
有机粘合剂的量优选为1.0重量％～10.0重量％。如果有机粘合剂的量小于1.0重量％，则组装性的改善效果不足。另外，如果有机粘合剂的量大于10.0重量％，则无法提供保持用密封材的柔软性，从而难于将保持用密封材卷绕在废气处理体上。
另外，优选使用丙烯酸类树脂(ACM)、丙烯腈-丁二烯树胶(NBR)和苯乙烯-丁二烯树胶(SBR)作为有机粘合剂。
使用由上述有机粘合剂和水制成的水性分散液通过喷涂而将树脂浸入至保持用密封材中。另外，通过以下步骤除去包含在保持用密封材中的任何过量的涂覆固体和水。
在接下来的步骤中，除去任何过量的固体并进行干燥处理。除去过量的固体通过真空抽吸进行。另外，除去过量的水采用加热压缩干燥法进行。在该方法中，由于向保持用密封材施加挤压压力，可以除去过量的水，并且使保持用密封材变薄。干燥处理在大约95℃～155℃进行。如果温度低于95℃，则干燥需要更长的时间，因此使生产效率降低。另外，如果干燥温度高于155℃，则有机粘合剂本身开始发生分解并丧失因有机粘合剂而产生的粘接性能。
将通过上述针刺处理、抄造或其它方法制造的保持用密封材卷绕在废气处理体的外周面上，从而将具有沟槽状结构的第一表面置于外周面。然后，采用上述任意一种装入方法，将卷绕有保持用密封材的废气处理体放入到外壳内，由此构造废气处理装置10。由于采用根据本发明的实施方式的具有沟槽状结构的保持用密封材来构造所述废气处理装置，因此，即使使用孔壁薄(例如，厚度为0.03mm～0.10mm)的废气处理体，也很少发生由于来自保持用密封材的压缩应力而造成的废气处理体的破损。因此，可以获得其中保持用密封材对废气处理体的良好保持性得以维持并且废气处理体很少出现破损的废气处理装置。
下文将利用实施例来说明本发明的效果。
实施例
为了验证本发明的效果，使用本发明的保持用密封材进行了各种试验。保持用密封材采用针刺处理通过如下工序来制造。
保持用密封材的制造
将二氧化硅溶胶与碱性氯化铝溶液(铝含量：70g/l，Al/Cl＝l.8(原子比))混合以使氧化铝纤维的组成中Al2O3:SiO2＝72∶28，然后形成氧化铝纤维的前体。
然后，向氧化铝纤维的前体中加入诸如聚乙烯醇等有机共聚物。另外，将该溶液浓缩成纺丝溶液，并采用该纺丝溶液通过吹制法进行纺丝。
然后，对氧化铝纤维的前体的折叠结构进行层压，制造氧化铝纤维的层压片。采用具有500根针/100c m2的针板在层压片上进行针刺处理。
然后，从环境温度至1250℃的最高温度对所获得的片部件进行连续烧制，于是获得基重为1400g/cm2的氧化铝纤维保持用密封材。氧化铝纤维的平均纤维直径为5.0μm，而最小直径为3.2μm。另外，保持用密封材的厚度为9mm。
另外，纤维的平均直径通过以下方法测量。首先，将氧化铝纤维放到圆筒中，在20.6Mpa进行加压粉碎处理。然后，将这些样品放到滤网上，并将通过滤网的样品作为用于电子显微观察的试验体。在将金蒸镀在试验体的表面上之后，拍摄电子显微图片(大约为1500倍)。根据所获得的图片，对至少40根纤维的纤维直径进行测量。对5个样品重复该步骤，平均测量值即是纤维的平均直径。
将根据上述步骤制得的保持用密封材切割成50mm×50mm的尺寸。另外，使用具有1mm厚的刀片的切割机形成7道凹槽线300L，以在保持用密封材的一侧形成沟槽状结构300。按基本平行于保持用密封材的一边的方式等距离设置凹槽线300L(线间距为6.2mm)(参见图15)。所有凹槽线300L的长度均为50mm，并且各凹槽线300L最大深度大约为4mm。将通过上述方法获得的保持用密封材设定为实施例1。
接着，采用与实施例1相同的方法制造保持用密封材样品，不同之处在于该样品具有15道凹槽线。线的间距为3.1mm。该样品被设定为实施例2(参见图16)。另外，采用与实施例1相同的方法制造实施例3的保持用密封材样品，不同之处在于该样品除等距离地形成与实施例1相同的7道等距离(线间距为6.2mm)的凹槽线300L以外，还等距离(线间距为6.2mm)地形成基本垂直于凹槽线300L的7道凹槽线300L＇(参见图17)。另外，采用与实施例1相同的方法制造实施例4的保持用密封材样品，不同之处在于该样品沿着对角线等距离(线间距为8.8mm)地形成7道凹槽线300L，此外还等距离(线间距为8.8mm)形成基本垂直于凹槽线300L的7道凹槽线300L＇(参见图18)。并且，采用与实施例1相同的方法，制造不带有凹槽线的保持用密封材样品。该样品被设定为比较例。
评价表面压力的试验
接着，对采用上述方法制造的各个样品进行评价表面压力的试验。用于评价表面压力的试验的装置110如图19所示。该装置110包括设置在几乎水平的样品保持台120上的门型支柱130。将上下移动并具有荷重测量功能的滑块140设置在装置110的中央(样品保持台120的上部)。将直径近似为103mm的由不锈钢制成的半圆筒状上部圆盘板150设置在滑块140的底侧。将位移计160设置在上部圆盘板150上。将直径近似为111mm的由不锈钢制成的半圆筒状底部圆盘板170设置在样品保持台120上。挖出底部圆盘板170的半圆筒状的内部，使得底部圆盘板170的内表面与上部圆盘板150的外形相匹配，并将它们放置成底部圆盘板170的内表面面向上部圆盘板150。在试验的过程中，将重量已知的各个保持用密封材样品180放置在底部圆盘板170的内表面上。将样品180放置在底部圆盘板170上，使得具有凹槽线的表面朝下。在此，将实施例1或2的样品180放置成凹槽线300L的方向基本平行于上部圆盘板150(或者底部圆盘板170)的圆筒的轴向。样品的这种设置对应于这样的情况，即设置凹槽线以沿着基本平行于废气流入方向的方向延伸。然而，对于实施例3和4的样品，将样品放置成在放置样品时样品的长度A基本垂直于上部圆盘板150(或者底部圆盘板170)的圆筒的轴向。
使用所述装置110以如下方法进行表面压力的测量。首先，预先使滑块140向下移动到样品180与上部圆盘板150之间似乎不形成间隙的水平。在此状态下，滑块140以1mm/分钟的速度向下移动，样品180受到压缩，当样品180的松密度(下文称为GBD)变为预定值(0.35g/cm3～0.50g/cm3)时，测量在样品180上产生的荷重(力)。另外，样品180的松密度可以由样品180的重量/样品180的面积/上部圆盘板150和底部圆盘板170之间的间隔来进行测量。将所得的荷重除以样品的面积，由此得到表面压力(kPa)。
评价复原表面压力的试验
接着，对采用上述方法制造的各个保持用密封材样品进行评价复原表面压力的试验。评价复原表面压力的试验的测量采用所述装置110按如下方法进行。
首先，预先使滑块140向下移动到样品180与上部圆盘板150之间似乎不形成间隙的水平。在此状态下，滑块140以1mm/分钟的速度向下移动，样品180受到压缩。当样品位移变为4mm时，停止压缩。然后使滑块140反向移动(向上移动)仅0.36mm并让样品复原。这种压缩和复原反复进行10次，当样品最终复原到原始状态时测量荷重。将所得荷重除以样品的面积，由此得到复原表面压力(kPa)。
测量结果
由各个保持用密封材获得的表面压力的测量结果显示在图20中，而复原表面压力的测量结果显示在图21中。图20的横轴为保持用密封材的GBD，而图20的纵轴为所测得的表面压力。根据上述效果，可以证实与没有设置凹槽线的保持用密封材(比较例)相比，设置有作为沟槽状结构的凹槽线的保持用密封材(实施例1～4)的表面压力受到抑制。另外还证实了与设置有7道平行的凹槽线的保持用密封材(实施例1)相比，设置有14道平行的凹槽线作为沟槽状结构的保持用密封材(实施例2)的表面压力降低趋势非常显著。而且，与实施例1的保持用密封材相比，设置有相对于样品以纵向和水平的垂直方向设置的共14道凹槽线作为沟槽状结构的保持用密封材(实施例3)和设置有相对于样品以垂直对角线方向设置的共14道凹槽线作为沟槽状结构的保持用密封材(实施例4)的表面压力都下降。
基于这些结果，从限制表面压力的角度来看，证实了在保持用密封材上设置尽可能多的沟槽状结构是有利的。为了有效地将这种沟槽状结构导入到保持用密封材中，以两个以上方向而不是限于一个方向设置诸如凹槽线等沟槽是有利的。另外，与实施例3的保持用密封材相比，实施例4的保持用密封材的表面压力降低了。因此，在沿着多个方向导入沟槽的情况中，优选将这些沟槽的方向限定为当将保持用密封材卷绕在废气处理体上时形成较宽的三维空间。
另外，在图21中，对于设置有7道平行凹槽线作为沟槽状结构的保持用密封材的实施例1或设置有15道平行凹槽线作为沟槽状结构的保持用密封材的实施例2的复原表面压力与没有设置凹槽线的保持用密封材的比较例相同。基于该结果，证实了即使当在保持用密封材的第一表面上形成沟槽状结构时，保持用密封材的保持力也基本没有下降。
工业实用性
根据本发明的实施方式的保持用密封材和废气处理装置适用于车辆的诸如废气处理单元等。

Claims (7)

1.一种包含无机纤维的保持用密封材，该保持用密封材用于卷绕废气处理装置的废气处理体，其中所述保持用密封材具有第一表面和第二表面，其中所述第一表面具有沿两个不同方向分别平行形成的多个沟槽状结构，其中所述沟槽状结构由凹槽线构成，所述凹槽线的延伸方向是所述保持用密封材的对角方向。
2.如权利要求1所述的保持用密封材，其中所述保持用密封材通过针刺处理形成。
3.如权利要求1或2所述的保持用密封材，其中所述保持用密封材包含无机粘合剂和/或有机粘合剂。
4.一种废气处理装置，该废气处理装置包括废气处理体、包含无机纤维的保持用密封材和其中容纳有所述废气处理体和所述保持用密封材的外壳，其中所述保持用密封材具有第一表面，并且所述保持用密封材卷绕在所述废气处理体的外周面的至少一部分上，使得所述第一表面朝向外侧，并且所述保持用密封材在所述第一表面上具有沿两个不同方向分别平行形成的多个沟槽状结构，其中所述沟槽状结构由凹槽线构成，所述凹槽线的延伸方向是所述保持用密封材的对角方向。
5.如权利要求4所述的废气处理装置，其中所述废气处理体为催化剂载体或者废气过滤器。
6.如权利要求4或5所述的废气处理装置，其中通过压配方式、蛤壳方式、卷绕紧固方式和精压方式中的任意方式，将卷绕有所述保持用密封材的所述废气处理体容纳在所述外壳中。
7.一种废气处理装置的制造方法，其中所述废气处理装置包括废气处理体、包含无机纤维的保持用密封材和其中容纳有所述废气处理体和所述保持用密封材的外壳，所述制造方法包括：
提供所述保持用密封材的步骤，所述保持用密封材在第一表面上具有沿两个不同方向分别平行形成的多个沟槽状结构，其中所述沟槽状结构由凹槽线构成，所述凹槽线的延伸方向是所述保持用密封材的对角方向，
将所述保持用密封材卷绕在所述废气处理体的外周面的至少一部分上使得所述第一表面朝向外侧的步骤，和
通过压配方式、蛤壳方式、卷绕紧固方式和精压方式中的任意方式，将卷绕有所述保持用密封材的所述废气处理体容纳在所述外壳中的步骤。
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