CN101397927B - 垫材及其制造方法、废气处理装置及消音装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种与现有的垫材相比更难发生无机纤维的飞散的垫材。本发明的垫材，含有无机纤维，而且具有第一主表面、第二主表面及包围该第一主表面及第二主表面的端面，还包含无机纤维飞散抑制部，该无机纤维飞散抑制部形成在所述垫材的端面的至少一部分，用于抑制所述无机纤维的飞散。

Description

垫材及其制造方法、废气处理装置及消音装置
技术领域
本发明涉及一种含有无机纤维的垫材，尤其涉及用于车辆等废气处理装置及消音装置的垫材。
背景技术
汽车的数量在进入本世纪后飞跃增长，与此同时，汽车内燃机排出的废气量也在急剧增加。特别是柴油发动机废气中含有的各种物质，已经成为引起污染的原因，目前正对世界环境产生严重的影响。
在这样的情况下，已经提出了各种废气处理装置，并且已被实用化。一般的废气处理装置是在连接至发动机排气歧管的排气管的中途设置筒状部件(壳体)，其中配置废气处理体，该废气处理体具有用于废气入口及出口的开口面，而且内部具有多个微细气孔。作为废气处理体的一个例子，有触媒载体以及柴油微粒过滤器(DPF)等的排气过滤器。例如，如果是DPF，由上述结构，废气通过废气处理体的入口开口面至出口开口面排出的过程中，微粒被气孔周围的壁所捕捉，这样即可从废气中除去微粒。
一般来说，上述废气处理体和壳体之间设有支撑用密封材。支撑用密封材用来防止车辆行走时等产生的、由于废气处理体和壳体接触而引起的损伤，另外，还用来防止废气未经处理就从壳体和废气处理体之间的缝隙泄露。另外，支撑用密封材还可以防止由于废气的排出压力而引起的废气处理体脱落。另外，废气处理体因为要维持其反应性，还需要保持高温，这就要求支撑用密封材还要具有隔热性能。由氧化铝系纤维等无机纤维构成的垫材能够满足这些条件。
该垫材被卷绕在废气处理体的除开口面之外的外表面的至少一部分上，并用胶带等将其与废气处理体固定成一体，使其起到支撑用密封材的作用。之后，将这个一体化的部件压入到壳体内，构成废气处理装置。
垫材包含大量的微细的无机纤维(通常，直径约为3μm～8μm左右)，而这种无机纤维经常导致作业环境恶化。例如，操作者对垫材进行操作时，发生无机纤维从垫材中被抽出并飞散到周围的问题。
因此，为了抑制这种在操作中发生的无机纤维的飞散问题，有人提出在垫材的内外表面设置由高分子树脂制造的薄膜的技术(参照日本专利公开“特开平8-61054号公报”和“特开2003-293756号公报”)。
但是，本申请的发明人注意到，即使是上述的在内外表面设置由高分子树脂制造的薄膜的垫材，在操作垫材时也有许多无机纤维从垫材中飞散。因此，为了证实现有的无机纤维飞散抑制方法(即，在内外表面设置由高分子树脂制造的薄膜的技术)的效果，使用上述垫材实际进行了无机纤维飞散量的测定(在后面说明无机纤维飞散试验的方法)。根据该测定结果，得知现有的在垫材的内外表面设置薄膜的方法，不能充分抑制无机纤维的飞散。
如上所述，由于现有的方法不能充分抑制从垫材的无机纤维的飞散，因此估计以后会需要能进一步降低无机纤维飞散量的方法。
发明内容
本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于提供一种难以发生无机纤维的飞散的垫材、制作这种垫材的方法及具有这种垫材的废气处理装置和消音装置。
本发明的垫材，含有无机纤维，而且具有第一主表面、第二主表面及包围该第一主表面及第二主表面的端面，还包含无机纤维飞散抑制部，其形成在所述垫材的端面的至少一部分，用于抑制所述无机纤维的飞散。
所述无机纤维飞散抑制部可以具有有机物。
或者，所述无机纤维飞散抑制部可以具有高分子薄膜或第一有机结合材。
尤其，所述第一有机结合材可以从环氧树脂、丙烯树脂、橡胶系树脂、苯乙烯系树脂中选择。
所述第一有机结合材的设置密度P最好在0＜P≤25mg/cm2的范围内。
所述无机纤维飞散抑制部最好形成在所述端面总面积的75％～100％的区域。
所述垫材可以在第一主表面及/或第二主表面具有无机纤维飞散抑制部。
所述第一主表面及/或第二主表面的无机纤维飞散抑制部可以具有高分子薄膜。
所述无机纤维可以含有氧化铝和二氧化硅。
所述垫材可以在第一主表面、第二主表面以及端面以外的部位具有无机结合材及/或第二有机结合材。
所述垫材可以含有有机成分，其相对于该垫材的总重量为大于0wt％并小于或等于4.5wt％，尤其可以大于0wt％并小于或等于2.5wt％。
本发明的垫材制作方法，该垫材含有无机纤维，而且具有第一主表面、第二主表面以及包围该第一主表面及第二主表面的端面，在所述垫材的端面的至少一部分形成无机纤维飞散抑制部，以用于抑制所述无机纤维的飞散。
形成所述无机纤维飞散抑制部的步骤可以包含在所述垫材的端面的至少一部分涂敷有机结合材的步骤。
所述方法还可以包含在第一主表面及/或第二主表面形成无机纤维飞散抑制部的步骤。
在所述第一主表面及/或第二主表面形成无机纤维飞散抑制部的步骤还可以包含在所述第一主表面及/或第二主表面设置高分子薄膜的步骤。
本发明的废气处理装置，包含具有用于流通废气的开口面的废气处理体、被卷绕在所述废气处理体的开口面之外的外周面的至少一部分的支撑用密封材、用于收容卷绕该支撑用密封材的所述废气处理体的筒状部件，其中，所述支撑用密封材由所述垫材构成。
本发明的废气处理装置，包含废气入口管及出口管、设置在所述入口管及出口管之间的废气处理体，其中，在所述入口管的至少一部分设置隔热材，该隔热材由所述垫材构成。
废气处理装置的所述废气处理体可以为触媒载体或废气过滤器。
本发明的消音装置包含内管、覆盖该内管的外周的外壳、设置在所述内管与外壳之间的吸音材，其中，所述吸音材由所述垫材构成。
本发明可以提供有效地抑制操作时可能发生的无机纤维的飞散的垫材。并且，可以提供制作这种垫材的方法及具有这种垫材并使其作为支撑用密封材及/或隔热材的废气处理装置。并且，可以提供具有这种垫材并使其作为吸音材的消音装置。
附图说明
图1为没有进行掩蔽的样本和被掩蔽垫材预定部分(第一主表面及第二主表面、第一主表面及端面、以及第二主表面及端面)的样本的无机纤维飞散量(上侧)和无机纤维飞散率(下侧)的示意图。
图2为本发明的垫材的一个实施方式的示意图。
图3为将本发明的垫材作为支撑用密封材而构成废气处理装置时的构成图。
图4为表示用高分子薄膜在垫材端面形成无机纤维飞散抑制部的方法的模式图。
图5为用有机结合材在垫材端面形成无机纤维飞散抑制部的方法的模式图。
图6为本发明的废气处理装置的一个构成例的示意图。
图7为本发明的消音装置的一个构成例的示意图。
图8为本发明的垫材的制造方法的流程图。
图9为简单表示无机纤维飞散性试验装置的一部分的图。
图10为在比较例1、2的垫材及实施例1、6～8的垫材中，比较无机纤维飞散率的示意图。
图11为表示第一有机结合材在端面的设置密度与无机纤维飞散率的关系的图。
主要符号说明：2为入口管，4为出口管，10为废气处理装置，12为壳体，20为废气处理体，24为支撑用密封材，26为隔热材，30为垫材，50为嵌合凸部，60为嵌合凹部，70为消音装置，72为内管，74为吸音材，76为外壳，110为试验装置，160为试验样本，250为第一主表面，260为第二主表面，280为端面，290为无机纤维飞散抑制部，290F为薄膜，310为掩蔽部件，330为涂敷器。
本发明的最佳实施方式
以下参照附图说明本发明的最佳实施方式。
图2表示本发明的垫材的一个实施方式。图3表示将本发明的垫材用作支撑用密封材的废气处理装置的结构分解图。
通常，本发明的垫材30包含由氧化铝及氧化硅构成的多个微细无机纤维(通常，直径约为3μm～8μm左右)和预定量(例如，按重量比为1％)的有机粘结剂(下面有时称为“第二有机结合材”)。
如图2所示，本发明的垫材30包含第一主表面250、第二主表面260以及包围两者的端面280。而且，该垫材30具有长边(平行于X方向的边)和短边(平行于Y方向的边)，近似地构成矩形。短边70、71上分别设置嵌合凸部50和嵌合凹部60。并且，在与短边71的嵌合凹部60相邻的位置形成两个凸部61。但是，本发明的垫材的短边70、71并不限定于图2的形状，也可以做成不具有如图所示的嵌合部的形状，或者各短边分别具有多个嵌合凸部50及嵌合凹部60的形状等。在本申请中，“近似为矩形”的概念包含如图2所示的短边具有一组嵌合凸部50和嵌合凹部60的矩形。而且还包含长边和短边交叉形成的交角具有90°以外的角度的形状(例如，具有曲率的形状)。
当该垫材30被用作支撑用密封材24时，使长边方向为卷绕方向(X方向)。当垫材30作为支撑用密封材24被卷绕在触媒载体等废气处理体20时，如图3所示，垫材30的嵌合凸部50与嵌合凹部60嵌合，垫材30被固定在废气处理体20上。然后，卷绕有支撑用密封材24的废气处理体20以压入等方式被压入和安装在由金属等制成的筒状壳体12内。
再参照图2，本发明的垫材30在该垫材30的整个端面280形成用于抑制无机纤维的飞散的无机纤维飞散抑制部290。
如上所述，由于一般的垫材含有大量的微细无机纤维，因此在操作者进行操作时，现有的垫材发生无机纤维从垫材中抽出并飞散到周围的问题。
图1表示在用高分子薄膜掩蔽100mm×100mm×7.1mm大小的垫材中的预定部分(第一主表面及第二主表面、第一主表面及端面、以及第二主表面及端面)的状态下，或者完全没有掩蔽的状态下，进行无机纤维飞散试验(在后面说明详细内容)而得到的无机纤维飞散量(上侧)及无机纤维飞散率(下侧)的结果。在图1中，样本1是完全没有进行掩蔽的垫材。样本2是对第一及第二主表面进行掩蔽，只露出整个端面的样本。样本3是对第一主表面及整个端面进行掩蔽，只露出第二主表面的样本。样本4是对第二主表面及整个端面进行掩蔽，只露出第一主表面的样本。纵轴的“无机纤维飞散量”表示飞散的无机纤维相对于垫材的未掩蔽区域(露出面)表面积的重量，“无机纤维飞散率”表示飞散的无机纤维相对于垫材总重量的重量百分率。各样本左侧的柱形图(白色柱形)是对含浸整体重量的4.5wt％的有机粘结剂的垫材的测定结果，右侧的柱形图(有花纹的柱形)是对含浸整体重量的1.0wt％的有机粘结剂的垫材的测定结果。
其结果，意外地发现样本2，即相当于在第一主表面及第二主表面设置薄膜的现有垫材的样本的“无机纤维飞散量”最大。尤其，垫材中含有的有机粘结剂的量越少(1.0wt％)，该倾向越明显。另外，至少掩蔽了垫材端面的样本3(或样本4)，其无机纤维飞散量大致相同或小于样本1。这说明主要发生无机纤维的飞散的部分并不是垫材的第一或第二主表面，而是垫材的端面。
这是由于垫材的端面相当于垫材的切断面，无机纤维网络在该部分处于被切断状态，因此存在大量的无机纤维。即，无机纤维之间的约束力在垫材的端面变弱，无机纤维处于容易飞出或脱落的状态，因此在操作时端面的无机纤维的飞散更加明显。需要说明的是，对任一个样本，都使垫材从第一主表面侧含浸一定量(1％或4.5wt％)的有机粘结剂。因此，样本3和4的差异是由有机粘结剂在垫材内部(厚度方向)的不均匀分布产生的。即，垫材的第一主表面(有机粘结剂导入面)侧的有机粘结剂的量有比第二主表面侧的有机粘结剂的量多的倾向，因此产生无机纤维的飞散量的差异。
以上结果表明，现有的在垫材的第一及/或第二主表面设置高分子薄膜的方法，不能充分并有效地抑制无机纤维从垫材飞散。尤其是在汽车的尾气处理领域中，从环保的观点出发，为了抑制使用时由尾气处理装置排出的有机成分的量，人们正在探讨将支撑用密封材所含有的有机粘结剂量从目前的4.5wt％减少至比方说1wt％左右的方案。
如果根据这种方针减少被含浸在垫材的有机粘结剂量，则从图1的结果可知，由垫材端面侧发生的无机纤维的飞散的影响会更加明显。
另外，根据图1下侧的图示(尤其是样本3或4)可知，可以通过某种方法覆盖垫材端面来更有效地抑制无机纤维的飞散。
针对作为无机纤维的主要飞散源的垫材端面，本发明采取措施抑制无机纤维由该端面飞散，以此直接并有效地抑制无机纤维的飞散。例如，在图2所示的例子中，在垫材的整个端面280形成无机纤维飞散抑制部290。此时，由于可以抑制无机纤维从垫材抽出和飞散，因此可以充分并有效地抑制在操作时由垫材发生的无机纤维的飞散。
在此，“无机纤维飞散抑制部”290可以具有任何形态，只要能够抑制或减弱无机纤维从垫材端面被抽出和飞散即可。例如，“无机纤维飞散抑制部”290可以通过向端面280设置高分子薄膜等薄膜或涂敷有机结合材(为了便于和“第二有机结合材”进行区别，下面也称为“第一有机结合材”，其中，“第二有机结合材”是在一般的垫材中从第一主表面侧添加并含浸到内部的有机结合材)等各种方法形成。
在图2的例子中，无机纤维飞散抑制部290形成在垫材的整个端面280，但是本发明并不限定于这种形态。比如，只要比以往更能抑制由垫材发生的无机纤维的飞散量，无机纤维飞散抑制部290也可以形成在垫材端面280的一部分。根据计算，如下所述，如果端部的无机纤维飞散抑制部290相对于垫材的整个端面280的比例为75％以上，则与第一及第二主表面设置高分子薄膜的垫材相比，更能抑制由垫材发生的无机纤维的飞散量。这种形态尤其在希望进一步降低垫材中含有的有机成分总量的时候更为有效。
需要说明的是，在主表面设置高分子薄膜的垫材中，所述主表面在概念上相当于“无机纤维飞散抑制部”。因此，在下面的描述中，有时将具有高分子薄膜的垫材主表面也称为“无机纤维飞散抑制部”。
“无机纤维飞散抑制部”290最好设置为从垫材30端面280的上部只覆盖该端面，但并不限定于此。此时，可以最大限度地抑制由于形成“无机纤维飞散抑制部”290而产生的垫材30的有机成分量的上升。例如，当在端面280设置高分子薄膜而形成“无机纤维飞散抑制部”290时，如图4所示，可按端面的被设置区域的大小事先剪切高分子薄膜290F，并将该高分子薄膜290F设置在端面280的所述被设置区域。再例如，当通过喷雾涂敷有机结合材而形成“无机纤维飞散抑制部”290时，如图5所示，可事先用掩蔽部件310掩蔽垫材30的第一主表面250及第二主表面260的端部附近，然后使用涂敷器330将有机结合材喷雾涂敷到端面280的“无机纤维飞散抑制部”290的被设置区域。据此，可以只在端面280(或端面的预定区域)设置“无机纤维飞散抑制部”290，避免将“无机纤维飞散抑制部”290形成在垫材30的第一主表面250及第二主表面260。
在垫材的端面280设置高分子薄膜来形成无机纤维飞散抑制部290时，这种高分子薄膜的材质或厚度并没有被限定。例如，可以使用厚度为0.08mm的CLAF(是日本NISSEKI PLASTO(株)公司生产的，已注册商标)。尤其，当高分子薄膜的厚度小于或等于1mm时，可以有效地抑制由于在垫材的端面形成无机纤维飞散抑制部290而产生的垫材的总有机成分量的上升。
同样，当在垫材的端面280涂敷有机结合材而形成无机纤维飞散抑制部290时，这种有机结合材并没有被限定。例如，有机结合材可以使用环氧树脂、丙烯树脂、橡胶系树脂、苯乙烯系树脂等目前用作垫材的第二有机结合材的材质，或者未被使用的各种材质。例如，最好使用丙烯系(ACM)、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)树脂等。
当通过涂敷第一有机结合材来形成无机纤维飞散抑制部290时，被涂敷到该端面的第一有机结合材的量(以下称为“设置密度(P)”)并没有被限定。通常，设置密度P增加时，无机纤维飞散的抑制效果也随之提高，但如果设置密度P超过25mg/cm2时，其效果不佳。如上所述，从环保角度考虑，最好尽量抑制垫材中所含有的有机成分量。因此，设置密度P最好在0＜P≤25mg/cm2的范围内。此时，可以将由于设置无机纤维飞散抑制部而产生的、垫材中含有的总有机成分量的上升幅度抑制到小于或等于1.5wt％(例如，当垫材中事先含浸1wt％的有机粘结剂时，将垫材中所含有的总有机成分量抑制为≤2.5wt％)。第一有机结合材的设置密度，如下所述，优选为小于或等于6mg/cm2。此时，可以将由于设置无机纤维飞散抑制部而产生的、垫材中含有的有机成分量的上升幅度抑制到0.5wt％左右(例如，当垫材中事先含浸1wt％的有机粘结剂时，将垫材中所含有的总有机成分量抑制为≤1.5wt％)。
第一有机结合材的端面的设置密度P按下述方式计算。以离某一个端面为5mm的宽度切断制作好的垫材，截取长方形样本A(样本A被截取为在六个面中只有一个面F相当于原来的垫材的端面)。然后，不包含所述垫材的端面和离端面的距离为5mm范围内的区域截取样本B。在110℃的大气中保存样本A及B一个小时，然后测定两个样本的重量(mg)(分别为WA1、WB1)。然后，在600℃温度下焙烧两个样本一个小时。然后，降温至室温再次测定样本A及B的重量(mg)(分别为WA2、WB2)。利用得到的值根据下式求出端面的第一有机结合材的设置密度。
设置密度P(mg/cm2)＝
{(WA1-WA2)-(WB1-WB2)}/(样本A的面F的面积(cm2))  式(1)
在本发明中，至少在垫材端面280的一部分形成“无机纤维飞散抑制部”290。因此，本发明并不受到垫材自身特性，例如无机纤维的材质、纤维直径、垫材的形状以及/或第一主表面及第二主表面是否具有薄膜等的限制。
比如，本发明也能应用于现有的在主表面设置高分子薄膜的垫材。根据本发明，对于主表面上未设置高分子薄膜的垫材，除了端面之外，还可以在垫材的第一主表面及/或第二主表面的一部分或全部涂敷第一有机结合材而形成“无机纤维飞散抑制部”。当在垫材的第一主表面及/或第二主表面上也形成“无机纤维飞散抑制部”时，可以进一步抑制由垫材发生的无机纤维的飞散量。但是，此时垫材中含有的有机成分的总量可能会显著增加。因此，最好调整“无机纤维飞散抑制部”290中含有的有机成分量，使垫材中含有的有机成分的总量≤4.5wt％。
如上所述，由于本发明在无机纤维的主要飞散源的垫材端面采取了抑制无机纤维从该处飞散的措施，因此本发明的垫材可以充分并有效地抑制在操作时从垫材发生的纤维的飞散。
本发明的这种垫材可以用作废气处理装置10的支撑用密封材及/或隔热材。图6中示出了本发明的废气处理装置10的一个例子。
废气处理装置10包含外周面卷绕支撑用密封材24的废气处理体20、用于收容该废气处理体的壳体12、分别连接于该壳体的入口侧及出口侧的废气入口管2及出口管4。入口管2及出口管4为锥形，其口径在与壳体12连接的位置变大。在入口管2的锥形部设置隔热材26，据此可以抑制废气处理装置10内部的热量通过入口管2传到外部。在该图的例子中，废气处理体20是一个触媒载体，其具有作为废气入口和出口的开口面，在平行于气流的方向具有多个贯通孔。触媒载体由蜂窝(honeycomb)状的多孔质碳化硅等构成。但是，本发明的废气处理装置10并不限定于这种结构。例如，废气处理体20也可由贯通孔的一部分被密封的柴油微粒过滤器(DPF：Diesel Particulate Filter)构成。
在此，支撑用密封材24及隔热材26由本发明的垫材30构成。在将垫材30安装在废气处理装置中10用作支撑用密封材及隔热材时，废气处理装置10可以有效地抑制无机纤维的飞散。
使用本发明的垫材作为支撑用密封材时，无需在垫材的两个主表面设置高分子薄膜。这是由于在端面已形成无机纤维飞散抑制部，能够获得足够的无机纤维飞散抑制效果。由于无需在垫材的两个主表面设置高分子薄膜，因此在使用时(尤其在使用初期)本发明的废气处理装置10可以有效地抑制由废气热量分解排出的有机成分量。例如，当垫材中事先含浸1wt％的有机粘结剂时，可以将垫材所含有的总有机成分量抑制为小于或等于1.5wt％。
下面说明本发明的垫材的其它应用例。图7表示具有本发明的垫材的消音装置。该消音装置设置在汽车等发动机排气管中。消音装置70包含内管72(例如，由不锈钢等金属制造的)、覆盖内管外周的外壳76(例如，由不锈钢等金属制造的)、设置在内管与外壳之间的吸音材74。通常，内管72的表面设有小穿孔。废气在内管72内部流动时，这种消音装置70可以通过消音材74衰减废气中所含有的噪音成份。
吸音材74可以使用上述本发明的垫材30。吸音材74使用本发明的垫材，可以有效地抑制可能在将吸音材74安装到消音装置70时发生的无机纤维的飞散。
下面说明本发明的垫材30的制作方法之一例。本领域技术人员应该知道，除下面记载的方法之外，还可以通过其它方法制作垫材30。
图8为制作本发明的垫材的方法流程图。制作本发明的垫材的方法包含：提供具有第一主表面、第二主表面及端面的垫材的步骤110；在垫材端面的至少一部分形成无机纤维飞散抑制部的步骤120。下面对该两个步骤进行详细说明。
(步骤110)
首先，制作由无机纤维构成的层叠状片材。在下面的说明中，使用氧化铝和二氧化硅的混合物作为无机纤维，但无机纤维材料并不限定于这些，例如无机纤维还可以只由氧化铝或二氧化硅构成。在铝含有量为70g/l、Al/Cl＝1.8(原子比)的碱性氯化铝水溶液中添加氧化铝和二氧化硅组成比为60～80∶40～20的硅溶胶(silica sol)，调制无机纤维的前躯体。氧化铝和二氧化硅组成比最好为70～74∶30～26。这是由于当氧化铝组成比小于或等于60％时，由氧化铝和二氧化硅生成的莫来石(mullite)组成比率下降，因此得到的垫材的导热性有升高的倾向。
然后，在该氧化铝系纤维的前躯体中加入聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)等有机聚合物。然后，浓缩该液体调制纺丝液。进而，使用该纺丝液通过吹气处理法进行纺丝。
吹气处理法是利用空气喷嘴喷出的空气流和纺丝液供应喷嘴挤出的纺丝液流进行纺丝的方法。由空气喷嘴喷出的对应于一个狭缝的空气流速通常为40～200m/s。纺丝喷嘴的直径通常为0.1～0.5mm，一个纺丝液供应喷嘴的纺丝液流量通常为1～120ml/h左右，最好为3～50ml/h左右。遵照这种条件，由纺丝液供应喷嘴挤出的纺丝液不仅形成为雾状，还被充分地延伸，而且纤维之间难以粘着，因此优化纺丝条件可以得到纤维直径分布窄的均匀的氧化铝纤维前躯体。
所制作的氧化铝系纤维的平均纤维长度最好大于或等于250μm，优选为大于或等于500μm。这是由于当平均纤维长度小于250μm时，纤维之间不能充分缠绕，不能获得足够大的强度。此外，无机纤维的平均直径并没有被限定，但最好在约3μm至约8μm的范围内，优选为在约5μm至约7μm的范围内。
通过层叠完成纺丝的前躯体制作层叠状片材。并且，对层叠状片材进行针刺处理。针刺处理是向层叠状片材插入拔出针对片材进行薄壁化的处理。针刺处理通常使用针刺装置。
通常，针刺装置包含可以沿针刺方向(一般为上下方向)往返移动的针板、设在层叠状片材的表面及背面这两面的一对支撑板。针板上以约25～5000个/100cm2的密度装有用于刺入层叠状片材的多个针。各支撑板上设有针刺用的多个贯通孔。因此，在用一对支撑板压住层叠状片材两面的状态下，使针板靠近或远离层叠状片材并向层叠状片材插入拔出针，以此形成纤维交织的多个交织点。
此外，作为另一种结构，针刺装置也可以具有两组针板。各针板分别具有支撑板。通过将两组针板分别设置在层叠状片材的表面及背面，从而由各支撑板从两面固定层叠状片材。在此，一个针板的针被布置成进行针处理时不会与另一个针板的针群发生位置重合的状态。各支撑板根据两侧针板的针布置情况设有多个贯通孔，以用于从层叠状片材的两面进行针处理时，防止针接触支撑板。通过这种装置，可以用两张支撑板从层叠状片材的两面夹住层叠状片材，并使用两组针板由层叠状片材的两侧进行针处理。通过这种方法插入拔出针，可以缩短处理时间。
然后，从常温加热完成针刺处理的层叠状片材，在最高温度1250℃左右连续焙烧，由此可以得到预定基准重量(单位面积的重量)的垫材。
通常，为了提高垫材的针刺性，从垫材的第一主表面侧向得到的垫材含浸树脂等有机粘结剂(第二有机结合材)。但是，在使用具有所述垫材的废气处理装置时，被含浸到垫材的有机粘结剂可能导致由装置排出的有机成分量的增加。因此，在下面的工序中，使有机粘结剂的含有量(相对于垫材总重量的有机粘结剂的重量)在1.0～4.0重量％的范围内，该有机粘结剂的含有量包含形成在垫材端面的无机纤维飞散抑制部中含有的有机成分量。据此，至少可以使完成后的垫材中所含有的总有机成分量小于或等于目前用作支撑用密封材的垫材的总有机成分量(相对于垫材总重量为4.5wt％)。
这种有机粘结剂可以使用环氧树脂、丙烯树脂、橡胶系树脂、苯乙烯系树脂等。例如，最好使用丙烯系(ACM)、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)树脂等。
(步骤120)
通过上述步骤制造的垫材被切断为预定形状(例如，图2中示出的形状)。
然后，在被切断的垫材的整个端面或一部分端面形成无机纤维飞散抑制部。可以通过将高分子薄膜热融着到垫材端面或用粘接剂粘贴到垫材端面来形成无机纤维飞散抑制部。或者，直接将含有第一有机结合材的组成物喷雾涂敷到端面或用刷子涂到端面来形成无机纤维飞散抑制部。使用喷雾涂敷法时，可以使用含有苯乙烯丁二烯等的有机结合材。
然后，经过垫材的干燥工序，得到在端面具有无机纤维飞散抑制部的垫材。
下面通过实施例说明本发明的效果。
(制作实施例1的垫材)
首先，在铝含有量为70g/l、Al/Cl＝1.8(原子比)的碱性氯化铝水溶液中混合硅乳液，以使氧化铝系纤维的组成为Al2O3∶SiO2＝72∶28，形成氧化铝系纤维的前躯体。然后，在氧化铝系纤维的前躯体内添加聚乙烯醇。接下来，浓缩该液体作为纺丝液，并使用该纺丝液以吹气纺丝处理进行纺丝。载波气体(空气)流量为52m/s，纺丝液的供应速度为5.3ml/h。
然后，层叠对氧化铝系纤维的前躯体进行折叠的物质，制作氧化铝系纤维的原料片。
接下来，对该原料片进行针刺处理。针刺处理只在原料片的一侧设置针设置密度为80个/100cm2的针板，从原料片的一侧进行针刺处理。
之后，从常温开始加热该原料片至1250度，并连续焙烧一个小时。接下来，从第一主表面侧向得到的原料垫含浸有机粘结剂(第二有机结合材)。有机粘结剂使用丙烯系橡胶乳液，含浸量为原料垫总量(包含有机粘结剂)的1wt％。
然后，将根据上述方法得到的厚度为7.3mm、基准重量为1160g/m2的垫材切断成100mm×100mm的大小。
然后，根据上述方法，将苯乙烯丁二烯系的(第一)有机结合材(KONISHI(株)公司制造，喷雾涂敷粘接剂Z-2)喷雾涂敷到垫材的整个端面，在整个端面形成无机纤维飞散抑制部。第一有机结合材的设置密度为1.8mg/cm2。将由此获得的垫材作为第一实施例。
(实施例2～5)
根据与实施例1相同的方法制作在整个端面具有无机纤维飞散抑制部的垫材(实施例2～5)。但是，在实施例2中，使有机结合材的设置密度为6.2mg/cm2，在实施例3中，使有机结合材的设置密度为10.7mg/cm2，在实施例4中，使有机结合材的设置密度为15.1mg/cm2，在实施例5中，使有机结合材的设置密度为24.3mg/cm2。
(实施例6～8)
根据与实施例1相同的方法制作端面上具有无机纤维飞散抑制部的垫材。但是，在实施例6中，只在垫材整个端面的25％的区域喷雾涂敷所述有机结合材，形成无机纤维飞散抑制部。另外，在实施例7中，在垫材的整个端面的50％的区域形成无机纤维飞散抑制部，在实施例8中，在垫材的整个端面的75％的区域形成无机纤维飞散抑制部。其中，任意一个无机纤维飞散抑制部中的有机结合材的设置密度均为1.8mg/cm2。
(实施例9)
根据与实施例1相同的方法制作具有无机纤维飞散抑制部的垫材。但是，在实施例9中，还对垫材的一侧主表面(第一主表面)的整个面喷雾涂敷所述第一有机结合材。因此，在垫材的整个端面之外，还在垫材的一侧主表面(第一主表面)的整个面形成无机纤维飞散抑制部。无机纤维飞散抑制部(端面及第一主表面)中的第一有机结合材的设置密度为1.8mg/cm2。
(实施例10)
根据与实施例1相同的方法制作具有无机纤维飞散抑制部的垫材。但是，在实施例10中，还对垫材的两侧主表面(第一主表面及第二主表面)的整个面喷雾涂敷所述第一有机结合材。因此，在垫材的整个端面之外，还在垫材的两侧主表面的整个面形成无机纤维飞散抑制部。无机纤维飞散抑制部(端面、第一主表面及第二主表面)中的第一有机结合材的设置密度为1.8mg/cm2。
(实施例11)
根据与实施例1相同的方法制作在垫材的整个端面具有无机纤维飞散抑制部的垫材。但是，在实施例11中，在垫材的端面喷雾涂敷所述第一有机结合材之前，将高分子薄膜(厚度为0.08mm，NISSEKI PLASTO(株)公司生产)热融着到垫材的两侧主表面(整个面)。端面的第一有机结合材的设置密度为1.8mg/cm2。
(比较例1)
根据与实施例1相同的方法制作垫材。但是，在比较例1中，没有在垫材端部形成无机纤维飞散抑制部。
(比较例2)
根据与比较例1相同的方法制作垫材。但是，在比较例2中，将高分子薄膜(厚度为0.08mm，NISSEKI PLASTO(株)公司生产)热融着到垫材的两侧主表面的整个面。
(有机量的测定)
使用上述各垫材测定垫材中所含有的总有机成分量。总有机成分量的测定方法，如下所述。
首先，以110℃温度干燥垫材样本(100mm×100mm)长达一个小时，然后测定样本的重量(mg，焙烧前的重量)。然后，以600℃温度焙烧样本长达1个小时。然后，降温至室温，再次测定重量(mg，焙烧后的重量)。使用得到的值根据下式求出垫材的总有机成分量。
总有机成分量(％)＝
{(焙烧前重量-焙烧后重量)/(焙烧前重量)}×100   式(2)
表1中显示各垫材的总有机成分量的测定结果。
[表1]
使用所述各垫材进行无机纤维的飞散性试验。图9中示出试验装置的一部分。
飞散性试验按如下所述的方法进行。首先，将所述各垫材(100mm×100mm)作为试验样本160。如图9所示，使用两个压板130将该试验样本160固定在从试验装置110突出的臂框140(全长为915mm，宽度为322mm)前端。臂框140的另一个前端被连接到试验装置110的垂直框150。垂直框150直立于底框151之上。垂直框150具有在图9的XZ平面延伸的主平面(Z方向的高度(除底框部分151的高度)1016mm×X方向的长度322mm)。在图中，构成垂直框150的两根金属柱153的X方向宽度为25mm，Y方向宽度为25mm。臂框140以连接在垂直框150上端(未图示)的前端部为支点，可以在垂直平面(YZ平面)上相对于垂直框的主平面旋转。该旋转至少可以在相对于主平面的旋转角度为小于或等于90度的范围内进行。进行试验时，使臂框140从与垂直方向维持90度(即，水平方向)的状态落下，臂框140沿着YZ平面向箭头方向旋转90度，样本160也随之旋转。臂框140最终和垂直框150的金属柱153碰撞。由于此时的碰撞，有部分无机纤维从样本160中飞散。试验后，轻轻地从压板130取出样本160。然后，通过下式求出无机纤维的飞散率：
无机纤维的飞散率(％)＝(试验前的垫材样本重量-试验后的垫材样本重量)/(试验前的垫材样本重量)×100       式(3)
上述表1中显示各垫材的飞散性试验结果。可以从表1得知，至少在端面的一部分设置无机纤维飞散抑制部的实施例1～11的垫材(第一有机结合材的设置密度1.8～24.3mg/cm2)与没有在端面设置无机纤维飞散抑制部的垫材(比较例)相比，可以有效地抑制无机纤维的飞散量。
图10中表示比较例1、2以及实施例1、6～8的垫材的无机纤维飞散率的比较结果。从实施例1、6～8的垫材的无机纤维飞散率的比较结果可知，设置无机纤维飞散抑制部的端面区域相对于垫材的整个端面的比率越大，垫材的无机纤维飞散率越小(在此，实施例6中“端面设置比率”为25％，实施例7中“端面设置比率”为50％，实施例8中“端面设置比率”为75％，实施例1中“端面设置比率”为100％)。但是可以看到，即使不在整个端面形成无机纤维飞散抑制部，本发明的垫材对无机纤维的飞散也具有一定的效果。即，从比较例2和这些实施例的比较结果可知，垫材的“端面设置比率”大于或等于75％时(实施例8、实施例1)，比在两个主表面设置薄膜的现有的垫材(比较例2)更能降低无机纤维的飞散率。
图11表示在对整个端面形成无机纤维飞散抑制部的垫材中，无机纤维飞散率及总有机成分量相对于端面的有机结合材设置密度的关系。从该图中可知，当第一有机结合材的设置密度P小于或等于25mg/cm2时，即使在整个端面形成无机纤维飞散抑制部，也能将垫材中含有的总有机成分量抑制为小于或等于2.5wt％(无机纤维飞散抑制部中的含量为1.5wt％)。图11中，在0～6mg/cm2的设置密度范围内具有显著的飞散率下降效果。在此之后，飞散率下降效果随着有机结合材设置密度的增加而减小。因此，为了进一步降低总有机成分量，最好将端面的无机纤维飞散抑制部中的有机结合材的设置密度设定为小于或等于6mg/cm2。此时，可以将垫材中含有的、由于在端面形成无机纤维飞散抑制部而产生的有机成分量的上升幅度抑制为0.5wt％左右。
可以得知，如实施例9～11所示，在垫材主表面的一侧或两侧形成无机纤维飞散抑制部的垫材，对无机纤维的飞散具有更好的效果。因此可以了解到，还可以在端面之外的主表面形成无机纤维飞散抑制部，只要在使用时从垫材排出的总有机成分量不超过预定的上限(例如，4.5wt％)即可。
[工业上的应用]
本发明的垫材可以应用于车辆等的废气处理装置的支撑用密封材及隔热材以及消音装置的吸音材等。

Claims (14)

1.一种垫材，含有无机纤维，而且具有第一主表面、第二主表面及包围该第一主表面及第二主表面的端面，所述垫材的特征在于，
由该垫材的第一主表面侧向垫材内部添加并含浸有第二有机结合材，
所述垫材包括无机纤维飞散抑制部，该无机纤维飞散抑制部具有高分子薄膜或第一有机结合材，该无机纤维飞散抑制部用于抑制所述无机纤维的飞散，该无机纤维飞散抑制部从端面的上部形成在所述垫材的该端面的至少一部分，
所述垫材含有有机成分，该有机成分相对于该垫材的总重量为大于0wt%并小于或等于4.5wt%。
2.根据权利要求1所述的垫材，其特征在于，所述第一有机结合材从环氧树脂、丙烯树脂、橡胶系树脂、苯乙烯系树脂中选择。
3.根据权利要求1或2所述的垫材，其特征在于，所述第一有机结合材的设置密度P在0<P≦25mg/cm2的范围内。
4.根据权利要求1所述的垫材，其特征在于，所述无机纤维飞散抑制部形成在所述端面总面积的75%～100%的区域。
5.根据权利要求1所述的垫材，其特征在于，所述垫材还在第一主表面及/或第二主表面具有无机纤维飞散抑制部，
所述第一主表面及/或第二主表面的无机纤维飞散抑制部具有高分子薄膜。
6.根据权利要求1所述的垫材，其特征在于，所述无机纤维含有氧化铝和二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的垫材，其特征在于，所述垫材含有有机成分，其相对于该垫材的总重量为大于0wt%并小于或等于2.5wt%。
8.一种垫材制作方法，该垫材含有无机纤维，而且具有第一主表面、第二主表面以及包围该第一主表面及第二主表面的端面，由该垫材的第一主表面侧向垫材内部添加并含浸有第二有机结合材，所述垫材含有有机成分，该有机成分相对于该垫材的总重量为大于0wt%并小于或等于4.5wt%，
所述垫材制作方法的特征在于，
在所述垫材的端面的至少一部分从该端面的上部形成无机纤维飞散抑制部，该无机纤维飞散抑制部用于抑制所述无机纤维的飞散，该无机纤维飞散抑制部具有高分子薄膜或第一有机结合材。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，形成所述无机纤维飞散抑制部的步骤包含在所述垫材的端面的至少一部分涂敷所述第一有机结合材的步骤。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述方法还具有在第一主表面及/或第二主表面形成无机纤维飞散抑制部的步骤，
在所述第一主表面及/或第二主表面形成无机纤维飞散抑制部的步骤包含在所述第一主表面及/或第二主表面设置高分子薄膜的步骤。
11.一种废气处理装置，其特征在于，包含:
具有用于流通废气的开口面的废气处理体;
被卷绕在所述废气处理体的开口面之外的外周面的至少一部分的支撑用密封材;
用于收容被卷绕该支撑用密封材的所述废气处理体的筒状部件;
其中，
所述支撑用密封材由权利要求1至7中的任意一项所述的垫材构成。
12.一种废气处理装置，其特征在于，包含:
废气入口管及出口管;
设置在所述入口管及出口管之间的废气处理体;
其中，
在所述入口管的至少一部分设置隔热材，
该隔热材由权利要求1至7中的任意一项所述的垫材构成。
13.根据权利要求11或12所述的废气处理装置，其特征在于，所述废气处理体为触媒载体或废气过滤器。
14.一种消音装置，包含:
内管，
覆盖该内管的外周的外壳，
设置在所述内管与外壳之间的吸音材，
其中，
所述吸音材由权利要求1至7中的任意一项所述的垫材构成。
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