CN101397928B - 垫材、废气处理装置以及消音装置 - Google Patents

垫材、废气处理装置以及消音装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有适当层间强度和良好操作性的垫材。所述垫材的特征在于，其包括无机纤维，并且还具有通过针刺处理而形成的多个针迹，该针迹沿第一和第二表面向各自相反侧的表面延伸。从第一表面开始延伸的针迹的至少一部分具有大于垫材厚度一半且小于垫材厚度的刺入深度D，从第二表面开始延伸的针迹的至少一部分到达大于垫材厚度减去上述刺入深度D后得到的值的深度，从第二表面观察时，在位于从第一表面开始延伸的针迹的延长线上的第二表面处，几乎不存在无机纤维束凸起部，从第一表面观察时，在位于从第二表面开始延伸的针迹的延长线上的第一表面处，几乎不存在无机纤维束凸起部。

Description

垫材、废气处理装置以及消音装置 
技术领域
本发明涉及一种含有无机纤维的垫材，特别地，涉及一种用于车辆等的废气处理装置和消音装置的垫材。 
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大。特别是柴油发动机废气中含有的各种物质，已经成为污染的重要原因，正对世界环境产生严重的影响。 
在这样的情况下，已经提出了多种废气处理装置，并且已被实用化。一种典型的废气处理装置包含废气处理体，该废气处理体具有多个微细孔，并被安装在设置在连接至发动机排气歧管的排气管中途的箱体(例如，金属壳)内。废气处理体包括触媒载体(触媒转换器)以及柴油微粒过滤器(DPF)。例如，如果是DPF，当废气通过废气处理体时，微粒被上述结构中的微细孔壁所捕捉，所以可以从废气中除去微粒。废气处理体的构成材料为陶瓷、金属和合金。陶瓷废气处理体的一个熟知的例子是蜂窝过滤器。最近，从耐热性、机械强度、化学稳定性等观点出发，多孔质碳化硅烧结体已被用作废气处理体材料。 
一般来说，在上述废气处理体和箱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产生的、由废气处理体和箱体的接触而引起的损伤。另外，它还可以防止废气从箱体和废气处理体之间的缝隙发生泄露。再有，支撑用密封材还可以起到防止由废气的排出压力而引起的废气处理体脱落的作用。另外，因为废气处理体需要保持高温以维持其反应性，这就要求支撑用密封材还要具有良好的绝热性能。可以满足上述要求的材料的一个例子是由例如氧化铝系列纤维等无机纤维构成的垫材。 
这种垫材被卷绕在废气处理体的除了开口面之外的外表面的至少一部分上，并且例如以胶带固定的方式被一体地配置在废气处理体上。然后，通过压配合或其他方式等将这个一体化的部品安装至箱体内，构成废气处理装置。 
一般地，上述垫材由“针刺(needling)处理法”制成，针刺处理法是通过向垫材刺入和拔出针来使垫材变薄的方法。该方法在垫材厚度减小时可以使无机纤维在垫材的厚度方向变成交织状。采用这样方法，就可以减小垫材的体积高度(例如，参考日本发明专利公开“特平06-077639号公报”)。 
如果对垫材所进行的针刺处理不适当，其层间强度也会降低。例如，如果使用具有比制成的垫材厚度还短的针进行针刺处理时，在针不能到达的垫材深度区域内就不会形成交织部分。因此，在那个区域内的层间强度就会沿厚度方向降低。另外，如果上述比较短的针被用来从垫材的两面进行针刺处理时，在垫材厚度方向的中间部分就会形成一个具有较低层间强度的、无机纤维交织减少的区域。 
如果上述具有较低层间强度的垫材被用作废气处理装置的支撑用密封材，在将其卷绕在废气处理体时，或者，其在废气处理装置中被实际实用时就会发生层间剥离。 
因此，为了防止垫材层间强度的降低，在一般的针刺处理中需要使用比制成的垫材厚度还要长的针。这样，当针刺入垫材时，沿厚度方向将无机纤维卷入的同时，针在厚度方向贯穿垫材。所以，在这样的“贯穿”式针刺处理过程中，无机纤维可以沿厚度方向被交织，因此，就可以有效地防止制成的垫材层间强度降低的问题。 
但是，在上述贯穿式针刺处理过程中，长针从垫材的一个表面沿其厚度方向刺入和拔出，直至贯穿至另一个表面。所以，无机纤维被针卷入并被压向另一表面，这就导致表面针迹(针迹是针插入和拔出时在垫材上生成的开口，其被无机纤维所填充)处会出现纤维束凸起部。该无机纤维束凸起部在工人处理垫材时会使工人的皮肤受伤，或者，其容易发生破损并飞散到空气中，严重影响工作环境。 
因此，使用过短的针在针刺处理过程中会导致垫材层间强度下降，另外，为保证垫材具有足够的层间强度而使用的贯穿式针刺处理也会使垫材出现表面生成凸起部的问题，以及由此而导致的操作性下降的问题(例如，由于无机纤维的飞散等)。 
发明内容
本发明的目的在于解决上述课题，具体地，在于提供一种具有足够层间强度和良好操作性的垫材，以及具有该垫材的废气处理装置和消音器。 
一方面，本发明提供一种垫材，其包括无机纤维，并且还具有通过针刺处理而形成的多个针迹。针迹沿第一和第二表面向各自相反的方向延伸。从第一表面开始延伸的针迹的至少一部分具有大于垫材厚度一半且小于垫材厚度的刺入深度D。从第二表面开始延伸的针迹的至少一部分到达大于垫材厚度减去上述刺入深度D后得到的值的深度。在位于从第一表面开始延伸的针迹的延长线上的第二表面处，几乎不存在无机纤维束凸起部。在位于从第二表面开始延伸的针迹的延长线上的第一表面处，几乎不存在无机纤维束凸起部。 
另一方面，本发明还提供一种垫材，其包括无机纤维，并且还具有通过针刺处理而形成的多个针迹。针迹沿第一和第二表面向各自相反的方向延伸。从第一表面开始延伸的针迹的至少一部分到达超过垫材厚度一半的深度。从第二表面延伸的针迹的至少一部分到达大于垫材厚度一半的深度。在位于从第一表面开始延伸的针迹的延长线上的第二表面处，几乎不存在无机纤维束凸起部。在位于从第二表面开始延伸的针迹的延长线上的第一表面处，几乎不存在无机纤维束突起部。 
垫材的单位面积重量可以为1500g/m2-2800g/m2，其厚度可以为9mm-20mm。 
垫材还可以包含无机粘合剂和/或有机粘合剂。 
无机纤维可以包含氧化铝和二氧化硅的混合物。 
另一方面，本发明提供一种废气处理装置，其包括：废气处理体； 支撑用密封材，其卷绕在上述废气处理体外圆周表面的至少一部分上；箱体，其用来容纳卷绕有上述支撑用密封材的上述废气处理体。上述支撑用密封材包含具有上述特征的垫材。 
另一方面，本发明还提供一种尾气处理装置，其包括：废气入口管和出口管；废气处理体，其设置在入口管和出口管之间。在入口管的至少一部分上设置了绝热材，其中，该绝热材包含具有上述特征的垫材。 
废气处理体可以是触媒载体或者废气过滤器。 
另一方面，本发明还提供一种消音器，其包括：内管、覆盖该内管的外壳、以及、设置在该内管和该外壳之间的吸音材。该吸音材包含具有上述特征的垫材。 
由本发明可知，本发明能够提供一种具有足够层间强度和良好操作性的垫材。本发明还能够提供一种包含上述垫材的废气处理装置，在这种情况下，上述垫材被用作支撑用密封材和/或绝热材。本发明另外还提供一种包含上述垫材的消音器，在这种情况下，上述垫材被用作消音材。 
附图说明
图1是本发明的一个实施例的垫材的示意图。 
图2是本发明的垫材被用作支撑用密封材的废气处理装置的示意图。 
图3是现有垫材(第一种类型)的横截面的示意图。 
图4是另一种现有垫材(第二种类型)的横截面的示意图。 
图5是在图4所示垫材表面观察到了无机纤维束凸起部的光学显微镜图像。 
图6是本发明的垫材(第三种类型)的横截面的示意图。 
图7是本发明的另一种垫材的横截面图。 
图8是说明在垫材中如何定义针迹刺入深度的示意图。 
图9是说明在垫材中如何定义另一针迹刺入深度的示意图。 
图10是本发明的废气处理装置的一个例子的示意图。 
图11是本发明的消音器的一个例子的示意图。 
图12是用于测量层间强度的一个试样的示意图。 
具体实施方式
以下参考附图说明本发明的最佳实施方式。 
图1是本发明的垫材的一个例子的示意图。图2是本发明的垫材被用作支撑用密封材的废气处理装置的分解构成图。 
垫材30例如由氧化铝和二氧化硅等多个无机纤维构成。如图1所示，垫材30被制成具有长边(与X方向平行)和短边70、71(与Y方向平行)的“近似矩形”。短边70和71分别具有凸镶嵌部50和凹镶嵌部60。短边71还具有两个与凹镶嵌部60相邻的凸部61。但是，图1所示垫材的短边70和71的形状仅是一个例子，也可以具有其他形状。例如，也可以没有图1所示的镶嵌部，或者，每个短边都可以具有多个凸镶嵌部50和凹镶嵌部60。在本说明书中，上述“近似矩形”是指如图1所示的矩形，在其短边具有一组凸镶嵌部50和凹镶嵌部60。另外，“近似矩形”的长边与短边的交角也可能不是90度(例如，是具有曲率的形状)。 
当垫材30作为废气处理装置的支撑用密封材24使用时，其被设置为其长边方向与卷绕方向(即：X方向)保持一致。另外，当垫材30被卷绕在废气处理体20(例如，可以是触媒载体)上时，其凸镶嵌部50和凹镶嵌部60如图2所示镶嵌在一起，这样，就可以把垫材30安装至废气处理体20上。然后，卷绕有支撑用密封材24的废气处理体20例如以压配合方式被安装至箱体12，该箱体12可以由金属制成。 
下面，参考图1、图3、图4和图6对本发明的特征进行说明。图3和图4是现有垫材的一部分截面的扩大示意图。图6是本发明的垫材的截面扩大示意图。 
本发明的垫材30包含多个无机纤维，并且通过针刺处理制成。针刺处理是从垫材30的层状原料片的一个表面(例如，沿近似平行于厚度方向的方向)刺入和拔出针，以使层状原料片中的无机纤维按一定方向进行交织的处理。针刺处理生成针迹(即：由针刺入和拔出而形成的开口， 其中填充无机纤维束，一般地，其直径为0.4-1.0mm)。在这样的针迹部处，以复杂方式交织的纤维束沿一定的方向定向排列，所以可以提高制成的垫材的层间强度。 
但是，如果以不适当的方式进行针刺处理，制成的垫材的层间强度就会下降。 
例如，如果用一个比制成的垫材的厚度还短的针进行针刺处理，在沿垫材厚度方向的、针所不能到达的区域中就无法形成无机纤维交织部。在这样的区域中，层间强度就会下降。 
图3是使用上述“短”针从垫材的第一表面251和第二表面261进行针刺处理而得到的垫材31的横截面的扩大示意图。如图3所示，针迹121形成在针插入和拔出处。因为针的插入和拔出深度明显小于制成的垫材31的厚度(更准确地，小于制成的垫材31厚度的一半)，所以在垫材31的厚度方向的中间部分没有形成针迹。相反，在这个部分中形成了一个无机纤维交织少、层间强度低的区域151。(以下，将这种包含沿厚度方向不管从垫材的哪个表面看都没有针迹的区域(即：层间强度低的领域151)的垫材称为第一种垫材)。这样的问题特别是在制成的垫材具有较大厚度(例如，厚度为10mm-20mm)时非常容易发生。 
如果具有低层间强度区域的垫材被用作废气处理装置的支撑用密封材，当将其卷绕在废气处理体时，或者，其在废气处理装置中被实际使用时，支撑用密封材的层间就会发生剥离。 
因此，为了避免发生这样的问题，在现有的针刺处理中，使用了比制成的垫材的厚度长很多的针。在这种情况下，针在沿厚度方向将无机纤维卷入垫材的同时，可以刺入垫材并到达其另一表面，贯穿垫材。在这种“贯穿”式针处理中，无机纤维可以在垫材整个厚度方向上进行交织，这样，就可以避免生成层间强度较低的上述区域151。 
图4是使用“贯穿”式针处理而得到的垫材32的横截面的扩大示意图。如图4所示，在该垫材32中，针刺处理从垫材两侧进行，也就是说，从第一表面252和第二表面262进行针刺处理。从垫材第一表面252进行的针刺处理形成了针迹122a，从垫材第二表面262进行的针刺处理形 成了针迹122b。因为形成了针迹122a和122b，所以垫材沿厚度方向就可以具有足够的层间强度。 
但是，在贯穿式针处理中，长针是从垫材32的第一表面252沿厚度方向刺入和拔出直至贯穿第二表面262，或者，从第二表面262沿厚度方向刺入和拔出直至贯穿第一表面252。因此，如图4所示，在第二表面262的针迹122a的端部，形成了由刺向第二表面262的针所形成的无机纤维束凸起部130(130a)。同样，在第一表面252的针迹122b的端部，形成了由刺向第一表面252的针所形成的无机纤维束凸起部130(130b)(以下，将具有这样的针迹的垫材简称第二种垫材)。 
图5是无机纤维束凸起130的光学显微镜图像，该无机纤维束形成于由贯穿式针刺处理法制成的垫材的针迹开口处。这个例子中，在垫材表面形成了直径约为2mm的环形凸起部。 
这些无机纤维束凸起部130(130a、130b)在工人处理垫材时会刺伤工人的皮肤，或者，其容易破损并飞散在空气中，严重恶化工作环境。因此，需要尽可能地抑制无机纤维束凸起部130。 
另外，在本说明书中，“无机纤维束凸起”是指那些从垫材表面突出的、直径约为1-5mm的无机纤维的纤维束，其形成在垫材表面的针迹开口处(针迹贯穿垫材时)，或者，其形成在具有针迹开口的一侧表面上的针迹的延长线与另一侧表面相交的位置处(针迹未贯穿垫材时)。 
另一方面，本发明的垫材30例如具有图6所示的横截面结构。在该垫材30中，针刺处理从垫材两侧进行，也就是说，从第一表面250和第二表面260进行针刺处理。特别地，针迹120a由从垫材30的第一表面250上进行的针刺处理所形成，针迹120b由从垫材30的第二表面260上进行的针刺处理所形成。 
在片材30中，针迹120a和120b自各表面到达超过垫材30中心厚度T(如图6虚线所示)的位置，所以没有生成如图3所示的、具有较少纤维交织和较低层间强度的区域151那样的区域。另外，因为针迹120a和120b没有贯穿垫材30，所以在表面250或260上没有形成如上述凸起部130那样的无机纤维束凸起部(以下，将这种不存在无针迹区域(即： 不存在具有较低层间强度的区域151)并且针迹也不贯穿的垫材简称为第三种垫材)。 
因为形成了上述针迹120a和120b，所以沿垫材30的整个厚度方向就可以得到足够的层间强度，另外，不管在哪个表面上，因为都没有形成凸起部130，所以可以得到良好的操作性。 
在图6所示垫材的例子中，针迹120a和120b都沿几乎平行于垫材厚度方向的方向(即：沿图6中的Z方向)延伸。另外，针迹120a和120b的延伸方向也可以不平行于厚度方向。 
在图6所示垫材中，针迹120a和120b的尖端都超过了垫材30的中心厚度(即，图6中的位置T)。但是，这仅是一个例子，在另一个例子中，本发明的垫材也可以如图7那样形成。在该例子中，当自第一表面250延伸的针迹120e向下刺入至图6所示的针迹120的深度时，自第二表面260延伸的针迹120f没有到达超过垫材130中心厚度(由虚线T表示)的区域。本发明的上述效果也通过具有针迹120e和120f的垫材来实现，这对所属技术领域的技术人员来说是显而易见的。 
换句话说，本发明的重点在于沿垫材厚度方向不存在没有针迹的区域，并且，也不存在从垫材的任何一个表面贯穿至其相反表面的针迹(或者，更正确地，在其相反表面上不形成无机纤维束凸起部130)。因此，只要满足这些要求，可以任意选择针迹的深度。 
参考图8和图9，其描述了用于测量由针刺处理法制成的垫材内的针迹深度(以下简称“刺入深度D”)的方法。刺入深度D可以由以下方法测得。 
在第一步骤中，使用剪切工具等，沿垫材的一个表面(例如，第一表面250)上的多个针迹120c的开口中心的连线，并沿几乎平行于厚度方向的方向将用于检测的垫材30M(长25mm×宽25mm)切断。 
其中，针迹沿几乎平行于垫材30M的厚度方向延伸，如图8所示，从获得的横截面上选择一个可由目视得到的具有最大深度的针迹120c，并测定其长度。重复进行5次该操作，并将获得的平均值定义为针迹的刺入深度D。 
如图9所示，如果针迹相对于垫材30M的厚度方向倾斜，就从针迹120d的尖端向与垫材30M厚度方向平行的直线L画一条垂线，并求出该垂线与直线L的交点。然后测定从具有针迹120d的开口的垫材表面250至上述交点的距离。重复进行5次该操作，并将获得的平均值定义为倾斜针迹的刺入深度D。如果在目视横截面阶段发现针迹贯穿垫材时，不管针迹向何方向延伸，都将垫材厚度作为针迹的刺入深度D。 
本发明的垫材单位面积重量没有特别限制，例如，其可以是900g/m2-3000g/m2，最好是1500g/m2-2800g/m2。垫材的厚度也没有特别限制，例如，其可以是6mm-31mm，最好是9mm-20mm。 
本发明的上述垫材可以用作废气处理装置的支撑用密封材和/或绝热材。图10是废气处理装置10的结构示意图。 
废气处理装置10包含：废气处理体20，其外周面上卷绕支撑用密封材24；箱体12，其用来容纳废气处理体；废气进口管2和废气出口管4，其分别连接至箱体12的入口侧和出口侧。入口管2和出口管4呈漏斗状，具有向箱体连接处逐渐增大的直径。在入口管2的漏斗状部分设置绝热材26，用于防止废气处理装置10内部的热量通过入口管2被传递到外部。在图示例子中，废气处理体20具有用于废气入口和出口的开口面。废气处理体20包括具有平行于废气流动方向的多个贯穿孔的触媒载体。触媒载体也可以由蜂窝状的多孔质碳化硅构成。在另一例子中，废气处理体20也可由DPF(柴油微粒过滤器)构成，其中，一些贯穿孔被封闭。 
支撑用密封材24和绝热材26由本发明的垫材30构成。因此，在该废气处理装置中，由于垫材30具有上述效果，支撑用密封材和绝热材可以获得良好的操作性。另外，在支撑用密封材和/或绝热材的安装过程中，或者，在废气处理装置的实际使用过程中，还可以防止沿支撑用密封材和/或绝热材厚度方向的中间部分产生层间剥离的问题。 
以下说明本发明的垫材的另一个应用例。图11是具有本发明的垫材的消音器70的示意图。消音器70可以被安装至汽车发动机的废气排放管，其包括：内管72(由不锈钢等金属制成)；外壳76(由不锈钢等金 属制成)，其用来覆盖内管72；吸音材74，其设置在内管72和外壳76之间。一般地，内管72的表面具有小孔。当废气流经内管72内部时，吸音材74可以减衰废气中含有的噪音成分。 
吸音材74可以由本发明的垫材制成。采用这种方法，可以提高吸音材74安装至消音器70时的操作性。 
下面说明图6所示的本发明的垫材的制造方法。 
首先，制成由无机纤维构成的层叠片。另外，在下面的叙述中，尽管无机纤维由氧化铝和二氧化硅混合物构成，但这仅是一个例子，也可以使用其他无机纤维。例如，该纤维也可以由氧化铝和二氧化硅单独构成。在铝含量为70g/l、AL/Cl＝1.8(原子比)的碱基性氯化铝水溶液中，例如，添加氧化铝和二氧化硅的组成比为60-80∶40-20的二氧化硅胶体溶液，调制无机纤维的前躯体。氧化铝和二氧化硅的组成比最好为70-74∶30-26。如果氧化铝的组成比小于等于60％，由氧化铝和二氧化硅生成的莫来石(mullite)的组成比就会降低，这样，制成的垫材的热传导率就会增加，不能获得足够的绝热性能。 
其次，在上述氧化铝系列纤维的前躯体中添加例如聚乙烯乙醇等有机聚合物。然后，浓缩此液体，调制成纺丝液。接下来，使用此纺丝液，通过吹制法进行纺丝。 
吹制法是通过由空气喷嘴吹出的空气流和由纺丝液供给喷嘴压出的纺丝液流进行纺丝的方法。空气喷嘴吹出的一个缝隙(slit)的气体流速一般为40-200m/s。纺丝喷嘴的直径一般为0.1-0.5mm，一个纺丝液供给喷嘴的液体量一般为1-120ml/h，最好为3-50ml/h。在这些条件下，从纺丝液供给喷嘴被压出的纺丝液不为喷散状(雾状)，而是被充分地延长，这样，纤维之间就不容易互相溶敷。因此，通过最优化纺丝条件，可以获得纤维直径分布狭窄、均匀的氧化铝前躯体。 
制得的上述氧化铝系列纤维的平均纤维长度为大于或等于250μm，最好为大于或等于500μm。如果平均直径小于250μm，由于纤维之间不能进行足够的交织，所以不能得到足够的强度。无机纤维的平均直径并无特别限制，但是较好为3μm-8μm，最好为5μm-7μm。 
纺丝处理结束后将前躯体积层，制成层叠片。然后对该层叠片进行针刺处理，通常，使用针刺装置来执行该处理。 
一般地，针刺装置包含：第一针板，其面对层叠片的第一表面设置，并可沿突刺方向(一般是上下方向)往复移动；第二针板，其面对层叠片的第二表面设置，并可沿突刺方向(一般是上下方向)往复移动。在针刺处理过程中，第一和第二针板分别具有第一和第二支撑板，其分别设置在层叠片的第一和第二表面。第一和第二针板上具有多个用于突刺层叠片的针，其中，针的密度可为大约25-5000个/cm2。第一和第二支撑板具有多个贯穿孔，这样，针就可以穿过贯穿孔刺入层叠片。所以，在使用两个支撑板将层叠片从两面压上的状态下，通过使第一和第二针板接近和远离层叠片，可以从两个表面侧进行针刺处理。另外，这些针需要配置为在针刺处理过程中，其中一个针板上的一组针的位置不与另一个针板上的另一组针的位置重合。 
在本发明的针刺处理过程中，刺入第一表面的针不贯穿层叠片(如果贯穿，垫材就成为第二种垫材)，或者，针的刺入深度足够深(如果不足够深，垫材就成为第一种垫材)。最好地，针刺处理以下列方式进行。 
(1)当制成的垫材厚度P较厚(P＞10mm)时，对第一和第二针板的行程量(即：相对于层叠片的上下移动量)进行控制，以使制成的垫材的针迹刺入深度D为0.6P≤D≤0.8P。 
(2)当制成的垫材厚度P较薄(P≤10mm)时，对第一和第二针板的行程量进行控制，以使制成的垫材的针迹刺入深度D为0.6P≤D≤0.7P。 
之所以象上述那样根据制成的垫材的厚度P对针刺深度D进行调整是因为，特别地，当制成的垫材厚度较薄时，如果不正确地控制针迹刺入深度，制成后的垫材就有可能成为第二种垫材而不是第三种垫材。 
例如，用作支撑用密封材的现有垫材的下限厚度约为7mm。此时，如果采用上述方法(1)进行针刺处理，自第一表面延伸的针迹的尖端和第二表面之间的距离最小为7mm×0.2＝1.4mm。使用这个距离，即使 针迹没有贯穿垫材，在垫材的第二表面上也可能生成如上述第二种垫材上观察到的无机纤维束凸起部130。 
另一方面，如果采用上述方法(2)进行针刺处理，与第二表面间的距离最小为7mm×0.3＝2.1mm。这样，就可以有效地避免在针刺表面的相反表面上生成无机纤维束凸起部130。 
当制成的垫材的厚度P超过10mm时，如果D≤0.8P，就不容易生成凸体130。但是，为了更有效地防止产生具有低层间强度的上述区域151，最好使刺入深度为D≥0.6P，而不是D≥0.5P。 
在上述例子中，是根据制成的垫材的厚度，通过控制针板的行程量来控制针迹的刺入深度的。在另一个例子中，也可以根据制成的垫材的厚度，通过改变设置在针板上的针的长度来控制针迹的刺入深度。此时，因为针板上设置了具有预定长度的针，尽管制成的垫材厚度可能变化，但针板的行程量保持不变。但是，在这种情况下，需要事先准备各种长度的针。 
针刺处理也不是必须要从两侧(且同时)进行。例如，上述针刺处理可以首先从层叠片的第一表面进行，然后翻转该层叠片，再从其第二表面进行针刺处理。 
之后，将进行了针刺处理的层叠片从常温开始加热，在最高温度为1250℃左右的温度下连续烧成，得到具有预定单位面积重量的垫材。 
为了便于操作，上述垫材被剪切成预定的尺寸。 
最好对剪切好的垫材进行有机粘合剂含浸处理，例如，含浸树脂，这样，就可以控制垫材的体积高度，还可以提高垫材的操作性。另外，含浸处理还可以提高垫材的支撑能力和密封特性。其原因在于一旦高温废气被导入正在使用的废气处理装置，高温使支撑密封材内含浸的有机粘合材料消失，这样，压缩了的支撑密封材复元，就可以堵住箱体和废气处理体之间的那些间隙，这些间隙是应该避免的。 
有机粘合剂的含量最好为0.5-12.0wt.％。超过10.0wt.％，则会增加废气处理装置使用时排出的有机成分的量。 
作为有机粘合剂，可以使用例如环氧树脂、丙烯树脂、橡胶系列树 脂、苯乙烯树脂等。最好使用例如丙烯系(ACM)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)树脂等。 
使用由上述粘合剂与水调制的液体，例如通过喷射涂敷，使垫材含浸上述树脂。另外，垫材中含有的多余的含浸固体成分和水分则由下述工序去除。 
在以下步骤中，进行多余固体成分的去除和干燥处理。多余固体成分的去除可以采用吸引法来实施。多余水分的去除可以采用加热/压缩法来实施。在该方法中，向垫材施压以去除多余的水分，并使垫材变薄。干燥是在95-155℃的温度范围内进行的。如果温度低于95℃，则干燥时间变长，生产效率降低。如果温度高于155℃，则有机粘合剂开始分解，这就会严重影响有机粘合剂的粘合特性。 
经过这样的工序，就可以获得具有上述第三种特性的垫材。 
当被用作支撑密封材时，上述垫材被剪切成预定的形状(例如，如图1所示)。 
在上述说明中，尽管叙述了一种制作图6所示的垫材的方法，但是，也可以采用同样的方法来制作图7所示的垫材，这对所属技术领域的技术人员来说是显而易见的。在这种情况下，采用上述(1)或(2)的方法从第一表面实施针刺处理(针迹刺入深度为D1，制成的垫材厚度为P)；然后，再从第二表面实施针刺处理，此时，控制第二针板的行程量以使第二表面的针迹刺入深度D2位于P-D1＜D2＜0.5P的范围内。 
下面，结合实施例来说明本发明的效果。 
(第一实施例) 
通过以下工序来制作垫材。 
在铝含量为70g/l、AL/Cl＝1.8(原子比)的碱基性氯化铝水溶液中添加二氧化硅胶体溶液，以使氧化铝系列纤维的组成比为Al2O3∶SiO2 ＝72∶28，制成氧化铝系列纤维前躯体。 
其次，在氧化铝系列纤维前躯体中添加聚乙烯乙醇等有机聚合物。浓缩此液体，调制成纺丝液。然后，使用此纺丝液，通过吹制法进行纺丝。接下来，折叠该氧化铝系列纤维前躯体，得到氧化铝系列纤维层叠 片。 
使用一对针板对上述层叠片进行针刺处理，每一个针板都具有一组50个/100cm2的针。这些针板设置在层叠片的两侧，并从层叠片的两侧沿层叠片的大致厚度方向上下移动。自各表面刺入的针的刺入深度为6.0mm。 
之后，将得到的垫材从常温开始加热至最高温度1250度，并在该温度下对其进行连续烧成，这样就可以得到单位面积重量为1500g/m2、密度为0.16g/cm3的氧化铝纤维垫材。制成的垫材的厚度为9.1mm，第一和第二表面的针迹刺入深度均为6.0mm。所以，此垫材属于第三种垫材。 
经过上述步骤制得的垫材(即：实施例1)，因为要被用于后述的层间强度测定，所以没有含浸有机粘合剂。 
(第二实施例) 
使用与上述第一实施例同样的方法制作第二实施例的垫材。在第二实施例中，从每个表面刺入的针的刺入深度都被设定为9.5mm。垫材的单位面积重量为2000g/m2，密度为0.16g/cm3。制成的垫材厚度为12.7mm，另外，从第一和第二表面刺入的针的刺入深度均为9.5mm。所以，第二实施例的垫材属于第三种垫材。 
(第三实施例) 
使用与上述第一实施例同样的方法制作第三实施例的垫材。在第三实施例中，从每个表面刺入的针的刺入深度都被设定为13.1mm。垫材的单位面积重量为2600g/m2，密度为0.15g/cm3。制成的垫材厚度为17.4mm，另外，从第一和第二表面刺入的针的刺入深度均为13.1mm。所以，第三实施例的垫材属于第三种垫材。 
(第四实施例) 
使用与上述第一实施例同样的方法制作第四实施例的垫材。在第四实施例中，从每个表面刺入的针的刺入深度都被设定为15.0mm。垫材的单位面积重量为2800g/m2，密度为0.14g/cm3。制成的垫材厚度为20.1mm，另外，从第一和第二表面刺入的针的刺入深度均为15.0mm。所以，此垫材属于第三种垫材。 
(第一比较例) 
使用与上述第一实施例同样的方法制作第一比较例的垫材，但是在第一比较例中，从两个表面刺入的针的刺入深度为4.0mm。垫材的单位面积重量为1500g/m2，密度为0.16g/cm3。制成的垫材厚度为9.3mm，另外，从第一和第二表面刺入的针的刺入深度均为4.0mm。所以，此垫材属于第一种垫材。 
(第二比较例) 
使用与上述第一实施例同样的方法制作第二比较例的垫材，但是在第二比较例中，从两个表面刺入的针的刺入深度为6.0mm。垫材的单位面积重量为2200g/m2，密度为0.14g/cm3。制成的垫材厚度为15.4mm，另外，从第一和第二表面刺入的针的刺入深度均为6.0mm。所以，此垫材属于第一种垫材。 
(第三比较例) 
使用与上述第一实施例同样的方法制作第三比较例的垫材，但是在第三比较例中，从两个表面刺入的针的刺入深度为8.0mm。垫材的单位面积重量为2800g/m2，密度为0.14g/cm3。制成的垫材厚度为20.7mm，另外，从第一和第二表面刺入的针的刺入深度均为8.0mm。所以，此垫材属于第一种垫材。 
(第四比较例) 
使用与上述第一实施例同样的方法制作第四比较例的垫材，但是在第四比较例中，两个针板的行程为可使针从两个表面贯穿垫材。垫材的单位面积重量为1500g/m2，密度为0.17g/cm3。制成的垫材厚度为8.6mm，针迹贯穿垫材。所以，此垫材属于第二种垫材。 
(第五比较例) 
使用与上述第一实施例同样的方法制作第五比较例的垫材，但是在第五比较例中，两个针板的行程为可使针从两个表面贯穿垫材。垫材的单位面积重量为2000g/m2，密度为0.16g/cm3。制成的垫材厚度为12.4mm，针迹贯穿垫材。所以，此垫材属于第二种垫材。 
(第六比较例) 
使用与上述第一实施例同样的方法制作第六比较例的垫材，但是在第六比较例中，两个针板的行程为可使针从两个表面贯穿垫材。垫材的单位面积重量为2800g/m2，密度为0.14g/cm3。制成的垫材厚度为19.6mm，针迹贯穿垫材。所以，此垫材属于第二种垫材。 
(层间强度的测定) 
使用由上述方法制成的各垫材进行层间强度的测定。首先，从各垫材上获取长200mm×宽50mm大小的试样。 
其次，如图12所示，用刀具从试样810的宽度为50mm侧的一个端面820切断试样，并得到切断线830，使试样分为厚度基本形同的两个部分。然后，沿切断线830剥离试样810，使其在长度方向大约分开100mm。然后分别使被分开的两个部分840A和840B的端部固定在张力试验机(英斯特朗(INSTRON)5567)的上夹头(移动夹头)和下夹头(固定夹头)上。接下来，使上夹头以10mm/min的速度垂直向上移动，沿几乎为厚度中央的位置剥离试样，并测定最大载荷。重复实施三次该测试，将测得的平均值定义为试样的剥离强度(N)。 
(表面凸起的观察) 
使用光学显微镜对通过上述方法制成的各垫材表面进行观察(倍率为25倍)，由此来考察针迹(或者针迹延长线)上是否具有无机纤维束凸起部。 
(评价结果) 
各试样的层间强度测定结果和无机纤维束凸起部的观察结果如表1所示。 
表1 
  试样   种  类   单位面积重量  (g/m2)   密度  (g/cm3)   厚度  (mm)   层间强度  (N)   纤维束  有无
  第一  实施例   三   1500   0.16   9.1   3.2   无
  第二  实施例   三   2000   0.16   12.7   3.2   无
  第三  实施例   三   2600   0.15   17.4   2.9   无
  第四  实施例   三   2800   0.14   20.1   2.6   无
  第一  比较例   一   1500   0.16   9.3   0.3   无
  第二  比较例   一   2200   0.14   15.4   0.3   无
  第三  比较例   一   2800   0.14   20.7   0.2   无
  第四  比较例   二   1500   0.17   8.6   3.5   有
  第五  比较例   二   2000   0.16   12.4   3.4   有
  第六  比较例   二   2800   0.14   19.6   3.2   有
在第一至第三比较例(即：第一种垫材)的表面上没有生成无机纤维凸起。然而，这些垫材的层间强度约为0.3N，这表明其层间强度非常低。在第四至第六比较例(即：第二种垫材)中，层间强度约为3.2-3.5N，远大于第一至第三比较例的值。但是，在所有第四至第六比较例的垫材中，针迹的表面开口处都观察到了无机纤维束凸起部。 
与此相对比的，第一至第四实施例的垫材不仅具有与第四至第六比较例同样的层间强度，在任何一个实施例的垫材表面的针迹延长线处，也没有形成无机纤维束凸起部。所以，本发明的垫材不仅具有足够的层间强度，而且也不具有无机纤维束凸起部，因此，本发明的垫材不会对工作环境产生恶劣的影响。 
工业实用性 
本发明的支撑用密封材以及废气处理装置可以用于车辆废气处理装置等。 

Claims (9)

1.一种垫材，其含有无机纤维，并具有通过针刺处理而形成的多个针迹，所述多个针迹分别从第一表面和第二表面向其相反侧表面延伸，其中，
从所述第一表面延伸的所述针迹的至少一部分具有刺入深度D，该刺入深度D大于所述垫材厚度的一半并且小于所述垫材的厚度，
从所述第二表面延伸的所述针迹的至少一部分到达一个深度，该深度值大于所述垫材厚度减去所述刺入深度D后得到的值，
在位于从所述第一表面延伸的所述针迹的延长线上的所述第二表面处，几乎没有无机纤维束凸起部，以及
在位于从所述第二表面延伸的所述针迹的延长线上的所述第一表面处，几乎没有无机纤维束凸起部，
其中，对于厚度P大于10mm的垫材，所述针迹的所述刺入深度D为0.6P≤D≤0.8P；对于厚度P小于或等于10mm的垫材，所述针迹的所述刺入深度D为0.6P≤D≤0.7P。
2.一种垫材，其含有无机纤维，并具有通过针刺处理而形成的多个针迹，所述多个针迹分别从第一表面和第二表面向其相反侧表面延伸，其中，
从所述第一表面延伸的所述针迹的至少一部分到达一个深度，该深度超过所述垫材厚度的一半，
从所述第二表面延伸的所述针迹的至少一部分到达一个深度，该深度超过所述垫材厚度的一半，
在位于从所述第一表面延伸的所述针迹的延长线上的所述第二表面处，几乎没有无机纤维束凸起部，以及
在位于从所述第二表面延伸的所述针迹的延长线上的所述第一表面处，几乎没有无机纤维束凸起部，
其中，对于厚度P大于10mm的垫材，所述针迹的刺入深度D为0.6P≤D≤0.8P；对于厚度P小于或等于10mm的垫材，所述针迹的刺入深度D为0.6P≤D≤0.7P。
3.根据权利要求1或2所述的垫材，其中，
所述垫材的单位面积重量为1500g/m2-2800g/m2，厚度为9mm-20mm。
4.根据权利要求1或2所述的垫材，其中，
还包含无机粘合剂和/或有机粘合剂。
5.根据权利要求1或2所述的垫材，其中，
所述无机纤维包含氧化铝和二氧化硅的混合物。
6.一种废气处理装置，包含：
废气处理体；
支撑用密封材，其卷绕在所述废气处理体外周表面的至少一部分上；
箱体，其用来容纳卷绕有所述支撑用密封材的所述废气处理体，
其中，
所述支撑用密封材包含权利要求1至5中任何一个所述的垫材。
7.一种废气处理装置，包含：
废气的入口管和出口管；
废气处理体，其设置在所述入口管和所述出口管之间，
其中，
在所述入口管的至少一部分设置绝热材，该绝热材包含权利要求1至5中任何一个所述的垫材。
8.根据权利要求6或7所述的废气处理装置，其中，
所述废气处理体包含触媒载体或废气过滤器。
9.一种消音装置，包含：
内管；
外壳，其用于覆盖所述内管；
吸音材，其设置在所述内管和所述外壳之间，
其中，
所述吸音材包含权利要求1至5中任何一个所述的垫材。
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