CN101429886B - 垫材及废气处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在内外表面设置片材的垫材中，改善卷绕性、并在卷绕时可以以高的位置接合精度形成嵌合部的垫材。本发明的垫材，含有无机纤维，并在第一表面及第二表面分别设置第一片材及第二片材，当施加相同的拉伸负荷进行比较时，所述第一片材及第二片材的拉伸量在所述垫材的长度方向各不相同。

Description

垫材及废气处理装置
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)等的废气过滤器。例如，如果是DPF，由上述结构，废气在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，由此可以从废气中除去微粒。
通常，这种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。此外，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需要保持高温，这就要求支撑用密封材还要具有隔热性能。能够满足这些条件的构件是由氧化铝系纤维等无机纤维构成的垫材。
该垫材被卷绕在废气处理体的开口面之外的外表面的至少一部分，并通过端部的嵌合或胶带粘接，将垫材与废气处理体固定成一体，使垫材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。
该垫材包含大量的微细的无机纤维，其表面露出无机纤维。这种无机纤维经常导致作业环境恶化。当操作者对垫材进行操作时，例如为了制作废气处理装置而将垫材卷绕在废气处理体上时，这些无机纤维容易飞散到周围。
因此，为了减轻这种在操作时发生的无机纤维的飞散问题，有人提出了在垫材的内外表面设置了树脂的垫材(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，当将如上所述的在垫材的内外表面设置了树脂薄膜的垫材用作废气处理装置的支撑用密封材时，发生如下问题：
(1)通常，树脂薄膜具有伸缩性。因此，当向垫材的长度方向施加
拉力以将在内外表面设置了树脂薄膜的垫材卷绕在废气处理体时，会产生针对该拉力的抵抗力(恢复力)。由于该抵抗力，垫材的卷绕特性(易卷绕性)降低。
(2)通常，向废气处理体卷绕支撑用密封材时，由于支撑用密封材的厚度，导致支撑用密封材的外周侧与内周侧之间产生周长差。但是，在内外表面设置了树脂薄膜的垫材中，在受到拉力时，其外周侧与内周侧容易产生相同的伸缩，因此对垫材整体而言，这种周长差难以缓解。因此，卷绕后的垫材可能发生嵌合部(垫材卷绕方向的第一端面与第二端面的接合部)过度重叠或未能充分嵌合的问题。即，难以以高的位置对齐精度形成支撑用密封材的嵌合部。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种在内外表面设置片材的垫材中，改善卷绕性、并在卷绕时可以以高的位置对齐精度形成嵌合部的垫材。并且，提供一种包含由这种垫材构成的支撑用密封材的废气处理装置。
本发明的垫材，含有无机纤维，并在第一表面及第二表面分别设置第一片材及第二片材，所述第一片材及第二片材分别在面内具有拉伸各向异性，在片材的面内，如果将由(拉力(N)/公称应变)表示的值(公称应变为5％时的值)最小的方向作为易拉伸方向，最大的方向作为难拉伸方向时，所述第一片材的所述易拉伸方向与所述难拉伸方向所形成的角度为θdA(0°＜θdA≤90°)，所述第二片材的所述易拉伸方向与所述难拉伸方向所形成的角度为θdB(0°＜θdB≤90°)，所述第一片材的易拉伸方向相对于所述垫材的长度方向所形成的角度θA(0°≤θA≤θdA)与所述第二片材的易拉伸方向相对于所述垫材的长度方向所形成的角度θB(0°≤θB≤θdB)之间满足θA/θdA＜θB/θdB的关系。
所述垫材，由式子θdif＝(θB/θdB)-(θA/θdA)表示的归一化的角度差θdif最好在0.25＜θdif≤1的范围内。
所述第一片材的θA可以等于零。
所述第一片材的θdA可以等于90°或45°。
所述第一片材及第二片材的θdA与θdB可以相同。
尤其，所述第一片材和所述第二片材，可以是相同的片材。
所述第一片材及/或所述第二片材可以设置在所述垫材的整个第一表面及/或整个第二表面。
所述第一片材及/或所述第二片材可以由从聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯及它们的混合物选择的材料构成。
所述垫材可以具有无机粘接材及/或有机粘接材。
本发明的废气处理装置，包含具有用于流通废气的两个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而使用的支撑用密封材、用于收容卷绕有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含有无机纤维并在第一表面及第二表面分别设置第一片材及第二片材的垫材构成，所述第一片材及第二片材分别在面内具有拉伸各向异性，在片材的面内，如果将由式子(拉力(N)/公称应变)表示的值(公称应变为5％时的值)最小的方向作为易拉伸方向，最大的方向作为难拉伸方向时，所述第一片材的所述易拉伸方向与所述难拉伸方向所形成的角度为θdA(0°＜θdA≤90°)，所述第二片材的所述易拉伸方向与所述难拉伸方向所形成的角度为θdB(0°＜θdB≤90°)，所述第一片材的易拉伸方向相对于所述支撑用密封材的卷绕方向所形成的角度θA(0°≤θA≤θdA)与所述第二片材的易拉伸方向相对于所述支撑用密封材的卷绕方向所形成的角度θB(0°≤θB≤θdB)之间满足θA/θdA＜θB/θdB的关系，所述支撑用密封材被卷绕在所述废气处理体时，所述第二表面接触所述废气处理体的外周面。
所述废气处理体可以为触媒载体或废气过滤器。
本发明可以提供改善垫材的卷绕性、并在卷绕时可以以高的位置对齐精度形成嵌合部的垫材。并且，可以提供包含由这种垫材构成的支撑用密封材的废气处理装置。
附图说明
图1为表示本发明的垫材的一种形状的图。
图2为将本发明的垫材用作支撑用密封材而构成废气处理装置时的构成图。
图3为易拉伸方向Dmax与难拉伸方向Dmin所形成的角度为θd＝90°的片材的示意图。
图4为易拉伸方向Dmax与难拉伸方向Dmin所形成的角度为θd＝45°的片材的示意图。
图5为表示设置在垫材第一表面的第一片材的典型分布的模式图。
图6为将本发明的垫材卷绕在废气处理体时，在垫材的第一表面侧及第二表面侧产生的抵抗力的模式图。
图7为表示本发明的废气处理装置的一个构成例子的图。
图8为表示实施例1的垫材结构的模式图。
图9为表示实施例2的垫材结构的模式图。
图10为表示实施例3的垫材结构的模式图。
图11为表示用于测定嵌合部间隙的样本的形状的图。
图12为表示测定嵌合部间隙时产生的嵌合间隙S的模式图。
图13为表示各垫材的归一化的角度差θdif与弯曲强度的关系的图。
图14为表示各垫材的归一化的角度差θdif与嵌合间隙标准偏差的关系的图。
图15为表示θdA＝θdB＝90°时，θA与弯曲强度的关系的图。
图16为表示θdA＝θdB＝45°时，θA与弯曲强度的关系的图。
主要符号说明：2为导入管，4为排气管，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，30为垫材，50为嵌合凸部，60为嵌合凹部，210为第一表面，260为第二表面，310为第一片材，340为垫材基部，360为第二片材。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的最佳实施方式。
图1为表示本发明的垫材的形状之一例的图。图2为表示包含本发明的垫材并将其作为支撑用密封材的废气处理装置的分解结构图。
如图1所示，本发明的垫材30具有长边(平行于X方向的边)和短边(平行于Y方向的边)，近似为矩形。短边70、71上分别设置嵌合凸部50和嵌合凹部60。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1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1所示的短边具有一组嵌合凸部50和嵌合凹部60的矩形。并且，还包含长边和短边交叉形成的交角为90°以外的角度的形状(例如，具有曲率的形状)。
垫材30具有含有许多无机纤维的垫材基部340，该垫材基部340的第一表面210(也是垫材30的第一表面)及第二表面260(也是垫材30的第二表面)分别设有第一片材310及第二片材360。通常，垫材基部340含有大量的微细的无机纤维(通常，直径约为3μm～8μm左右)。但是，由于本发明的垫材30在第一表面210及第二表面260具有第一片材310及第二片材360，因此可以有效地抑制无机纤维在操作时从两个表面210、260飞散。
当该垫材30被用作废气处理装置的支撑用密封材24时，其长边方向成为卷绕方向(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2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，卷绕了支撑用密封材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材料制成的筒状壳体12内。
再参照图1，本发明的垫材30的第一片材310及第二片材360均由“拉伸各向异性片材”构成。需要注意的是，本申请中的“拉伸各向异性片材”或“具有拉伸各向异性特性的片材”表示，面内具有拉伸各向异性且面内的“易拉伸方向”Dmax与“难拉伸方向”Dmin之间的拉伸值(公称应变为5％时的值)具有大于或等于10％的差异的片材。“易拉伸方向”Dmax是在片材面内由(拉力(N)/公称应变)表示的值(公称应变为5％时的值)最小的方向，“难拉伸方向”Dmin是在片材面内由(拉力(N)/公称应变)表示的值(公称应变为5％时的值)最大的方向。
这种“易拉伸方向”Dmax及“难拉伸方向”Dmin可以从0°～180°范围内改变角度测定拉伸负荷来确定，所述拉伸负荷为单独从片材两端拉伸片材时得到的、公称应变为5％时的值。例如，当对某一个片材(长度LO、宽度WO、厚度tO)从长度方向LO施加拉伸负荷F(N)并从两端拉伸片材时，片材向拉伸方向伸展。如果将片材伸展后的长度设定为L1，则测定片材被拉伸至(L1-L0)/Lx＝5％公称应变时的{F(N)/(L0-L0)/L0)}值。通过从0°至180°，例如以1°间隔改变拉伸方向进行这种测定，从而可以确定该片材的面内的“易拉伸方向”Dmax和“难拉伸方向”Dmin。
用于本发明的垫材的第一片材310及第二片材360，其易拉伸方向Dmax和难拉伸方向Dmin的角度差θd可以为任意的值，只要在面内呈现出拉伸各向异性即可。但是，在本申请中，θd被定义为0°＜θd＜90°(θd＝0°相当于不具有各向异性的片材)。如果在0°＜θd＜90°范围内存在多个Dmax和Dmin，则θd被定义为由两者形成的角度中最小的角度。
图3及图4为表示可用于本发明的拉伸各向异性片材中，易拉伸方向与难拉伸方向的关系的模式图。
图3表示在面内易拉伸方向Dmax(用粗线表示的方向)与难拉伸方向Dmin(用点划线表示的方向)所形成的角度θd为90°的片材。此时，面内具有一个Dmax和Dmin。
另外，图4表示Dmax(用粗线表示的方向)与Dmin(用点化线表示的方向)所形成的角度θd为45°的片材。图4的片材，Dmax和Dmin在面内分别具有两个方向。另外，虽然没有在图中示出，但可以使用Dmax与Dmin在面内所形成的角度θd为30°或15°的片材。这种片材，Dmax(及Dmin)在面内分别具有三个及六个方向。
本发明的垫材30，如果将第一片材310的易拉伸方向相对于垫材30的长度方向(图1的X方向)所形成的角度设定为θA，将第二片材360的易拉伸方向相对于垫材30的长度方向所形成的角度设定为θB，则θA/θdA＜θB/θdB。在此，θdA为由第一片材中的易拉伸方向Dmax与难拉伸方向Dmin所形成的角度，θdB为由第二片材中的易拉伸方向Dmax与难拉伸方向Dmin所形成的角度。并且，0°≤θA≤θdA、0°≤θB≤θdB。需要注意的是，本申请中垫材的“长度方向”的用词不仅仅适用于近似为矩形的垫材。如果垫材近似为正方形，则垫材的“长度方向”指沿任意一边的方向。
下面进一步详细说明片材的易拉伸方向Dmax、难拉伸方向Dmin及两者所形成的角度θd的关系。图5为表示第一片材的上述参数关系的图。但是，如果将图中的标号θA、θdA分别改为θB、θdB，则也能适用于第二片材。
当把θdA＝90°的拉伸各向异性片材用作第一片材时，第一片材的θA根据第一片材被设置在垫材的第一表面的方向变为如图5的I-1～I-3的状态。即，当第一片材的易拉伸方向Dmax平行于垫材的长度方向时，θA＝0°，θA/θdA＝0(I-1)。当第一片材的易拉伸方向Dmax与垫材的长度方向形成45°时，θA＝45°，θA/θdA＝0.5(I-2)。当第一垫材的难拉伸方向Dmin平行于垫材的长度方向时，θA＝90°，θA/θdA＝1(I-3)。
同样，当把θdA＝45°的拉伸各向异性片材用作第一片材时，第一片材的θA根据第一片材被设置在垫材的第一表面的方向变为如图5的II-1～II-3的状态。即，当第一片材的易拉伸方向Dmax中的一个方向平行于垫材的长度方向时，θA＝0°，θA/θdA＝0(II-1)。当第一片材的易拉伸方向Dmax中的一个方向与垫材的长度方向形成22.5°时，θA＝22.5°，θA/θdA＝0.5(II-2)。当第一垫材的难拉伸方向Dmin中的一个方向平行于垫材的长度方向时，θA＝45°，θA/θdA＝1(II-3)。
因此，在图5的位置关系中，上述的θA/dA＜θB/θdB表示如下状态，当第一片材以I-1状态设置在垫材的第一表面时，第二片材以I-2、I-3、II-2或II-3状态设置在垫材的第二表面。当第一片材以I-2状态设置在垫材的第一表面时，第二片材以I-3状态设置在垫材的第二表面。当第一片材以II-2状态设置在垫材的第一表面时，第二片材以I-2、I-3、II-2或II-3的状态设置在垫材的第二表面。需要说明的是，上述描述只是用来简单地说明本发明的一个例子，本发明的片材除了示例的分布之外，还可以具有各种分布。
现有的垫材在第一表面及第二表面设置不具有拉伸各向异性的片材，因此在操作时产生如下问题：
(1)通常，用于片材的树脂薄膜在各方向具有均匀的伸缩性。因此，
当向垫材的长度方向施加拉力以将在内外表面设置了树脂薄膜的垫材卷绕在废气处理体时，在拉力的反方向会产生针对该拉力的抵抗力(恢复力)。由于受到该抵抗力的影响，在两面具有片材的垫材比不具有片材的垫材，其卷绕特性(易卷绕性)下降。
(2)通常，向废气处理体卷绕垫材时，由于垫材的厚度，导致垫材的外周与内周之间产生周长差。但是，在内外表面设置了现有片材的垫材中，在受到拉力时，其外周侧与内周侧容易产生相同的伸缩，因此对垫材整体而言，这种周长差难以缓解。卷绕后的垫材可能发生嵌合凸部50与嵌合凹部60的嵌合部过度重叠或者未能充分嵌合的问题。因此，对于现有的垫材(两面设置了在各方向具有均匀的伸缩性的片材)，难以以高的位置对齐精度形成嵌合部。
针对于此，本发明的垫材将面内具有拉伸各向异性的片材用作第一片材310及第二片材360。例如，在图1的例子中，在第一表面210使用易拉伸方向(Dmax)与难拉伸方向(Dmin)所形成的角度差θdA为90°的片材310。同样，在第二表面260使用易拉伸方向(Dmax)与难拉伸方向(Dmin)所形成的角度差θdB为90°的片材360。本发明的垫材满足θA/θdA＜θB/θdB。例如，图1的例子实质上θA＝0°，θB＝90°。因此，本发明的垫材可以得到下述的有益效果。
图6为表示将本发明的垫材用作支撑用密封材时表现出的特征的图。更具体地讲，该图中示出沿垫材30的长度方向(图1的X方向)施加拉力而将垫材30卷绕在废气处理体20上时，分别在垫材30的第一表面210及第二表面260侧产生的抵抗力(恢复力)的状态。
本发明的垫材30，在垫材基部340的第一表面210及第二表面260以θA/θdA＜θB/θdB状态分别设置了如上所述的拉伸各向异性的片材310、360，在第一表面210上，垫材30的实际卷绕方向较接近第一片材310的易拉伸方向。而在第二表面260，垫材30的实际卷绕方向远离第二片材360的易拉伸方向。因此，当把所述垫材30用作支撑用密封材24时，尤其使垫材30的第一表面210位于支撑用密封材24的外周侧而把垫材30卷绕在废气处理体20上时，即使对垫材30施加一定的拉力P，垫材30外周面侧的由拉力P产生的抵抗力(恢复力)Rout也会比内周面侧的抵抗力(恢复力)Rin小。因此，操作者可以较容易地将垫材卷绕到废气处理体20上，而且与两面设置了现有的不具有各向异性的片材的垫材相比，可以提高垫材向废气处理体20的卷绕性。
使用了本发明的垫材30的支撑用密封材24，在设置第一片材310的一侧和设置第二片材360的一侧，其卷绕方向上的拉伸特性不同，即，在卷绕方向上，第一表面210侧比第二表面260侧容易拉伸(即，用一定的拉力进行比较时，具有更大的伸长量)。因此，在使第一表面210侧位于支撑用密封材24的外周面的状态下，将垫材30卷绕在废气处理体30上时，即使向垫材30施加一定的拉力，外周面侧也会比内周面侧容易拉伸，相反，内周面侧会比外周面侧难以拉伸。因此，在进行卷绕作业时，即使操作者不进行专门的处理，也可以有效地缓解支撑用密封材24的周长差的影响。此外，可以将垫材更稳定地卷绕在废气处理体20上，并可以提高嵌合部的位置对齐精度。
当利用上述的θA(第一片材的易拉伸方向与垫材30的长度方向所形成的角度)、θB(第二片材的易拉伸方向与垫材30的长度方向所形成的角度)、θdA(第一片材的易拉伸方向与难拉伸方向所形成的角度)及θdB(第二片材的易拉伸方向与难拉伸方向所形成的角度)，并根据式(1)来定义“归一化的角度差”θdif时，
θdif＝(θB/θdB)-(θA/θdA)      (1)
θdif最好在0.25＜θdif≤1的范围内。此时，如下所述，可以得到垫材嵌合部的嵌合精度进一步提高、可靠性高的废气处理装置。θdif优选在0.5≤θdif≤1的范围内。
在此基础上，或者另外地，最好使具有拉伸各向异性的第一片材310的易拉伸方向与垫材30的长度方向所形成的角度θA接近0°。尤其，当θA实质上为θA＝0°时，如下所述，由于垫材的第一表面的弯曲强度最小，因此可以进一步改善垫材的卷绕性。
用于本发明的这种垫材30的具有拉伸各向异性的第一片材310及第二片材360，其材质并没有被限定，只要满足上述特征就可以使用任意一种片材。片材中含有在面内具有拉伸各向异性的纸、塑料、无纺布、薄棉纸等材料。
尤其，拉伸各向异性的片材最好由高分子系材料构成。高分子系材料的种类并没有被限定，优选含有聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯等可以被热融着的材料。此时，即使不使用粘结剂，也能通过加热片材将其固定在垫材的内外表面。因此，在提高作业性的基础上，可以有效地抑制有机成分的排出量。
用于本发明的面内具有拉伸各向异性的片材，可以例举日本旭化成纺织株式会社的无纺布(ELTAS、SMASH)以及日本NISSEKI PLASTO株式会社的CLAF。
用于本发明的具有拉伸各向异性的片材的厚度并没有被限定，可以为1μm～1mm左右。
图7中示出将这种垫材用作支撑用密封材的废气处理装置10的一个例子。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。
当将本发明的垫材30用作废气处理装置10的支撑用密封材时，把垫材30卷绕在废气处理体20时使垫材30的第一表面210(即，第一片材310)位于外周侧，使第二表面260(即，第二片材360)位于内周侧。这种废气处理装置，在将垫材30用作支撑用密封材24而卷绕在废气处理体20时，可以有效地抑制无机纤维的飞散，并根据上述效果提高垫材30的卷绕性。由此，可以提供嵌合部的位置对齐精度高、可靠性高的废气处理装置10。
下面说明本发明的垫材30的制作方法之一例。
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。按照这种条件，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。
然后，为了提高该垫材的针刺性，可以向垫材含浸树脂等有机系接合材。但是，由于所使用的有机粘接材会影响由废气处理装置排出的有机成分量，因此最好尽量抑制有机系粘接材的使用量。垫材中，有机系粘接材的含有量在1.0～10.0重量％的范围内。
这种有机系粘接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。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。
然后，在垫材的第一表面及第二表面分别设置由上述任意一种材料构成的具有拉伸各向异性的片材。如上所述，在各表面以θA/θdA＜θB/θdB状态设置片材。两个片材可以为相同或不同的片材。
如上所述，当片材了使用热融着性材料(例如，聚乙烯)时，可以通过加热处理将片材容易地固定到垫材表面。由于此时不使用粘接剂，因此在高温环境中使用时，可以进一步抑制有机成分的排出量。使用含有热融着性材料的片材时，先将片材放置在垫材的一个表面之后，在10～100kPa的压力下以140℃～270℃温度加热一分钟，以此将片材固定到垫材的一个表面。然后，将上述的或另外的含有热融着性材料的片材放置在垫材的另一个表面，并在10～100kPa的压力下以140℃～270℃温度加热一分钟。由此，可以将拉伸各向异性片材固定到垫材的两个表面。也可以将拉伸各向异性片材一次性地固定到垫材的两个表面。
最后，将垫材切断成预定的形状(例如，图1中的示出的形状)。这种垫材的切断工序，可以在设置拉伸各向异性片材之前进行。
经过上述工序，可以得到内外表面设置拉伸各向异性片材的垫材。
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，向得到的原料垫含浸有机粘接材。有机粘接材使用丙烯系橡胶乳液，含浸量为原料垫总量(包含有机粘接材)的1wt％。
然后，切断根据上述方法得到的厚度为9.2mm、基准重量为1500g/m2的垫材，得到垫材基部。
然后，如图8所示，在垫材基部的第一表面及第二表面分别设置第一片材及第二片材。
首先，在垫材基部340p的第一表面210p设置厚度为0.23mm、θd＝90°的具有拉伸各向异性的片材310p(聚丙烯制无纺布：ELTAS，由旭化成纺织株式会社制作)(第一片材)。该拉伸各向异性片材以θA＝0°(即，易拉伸方向Dmax平行于垫材基部340p的长度方向)的状态设置在垫材基部340p的第一表面210p。然后，以该状态，在约15kPa的压力下以200℃温度加热一分钟，将第一片材310p热融着到垫材基部的第一表面210p。
按照同样的方法，将相同的片材(第二片材360p)热融着到垫材基部340p的第二表面260p。但是，该拉伸各向异性片材360p以θB＝45°状态设置在垫材基部340p的第二表面260p。将由此得到的垫材30p作为实施例1。
(实施例2～5)
根据与实施例1相同的方法，制作两个表面设有拉伸各向异性片材的垫材(实施例2～5)。在实施例2中，如图9所示，使θA＝0°、θB＝90°；实施例3中，如图10所示，使θA＝22.5°、θB＝45°；实施例4中，使θA＝22.5°、θB＝90°；在实施例5中，使θA＝45°、θB＝90°。
(实施例6)
根据与实施例1相同的方法，制作两个表面设有拉伸各向异性片材的垫材(实施例2～5)。在实施例6中，将厚度为0.08mm、θd＝45°的片材(聚乙烯制：CLAF，由日本NISSEKI PLASTO株式会社制作)用作第一片材及第二片材。通过在约15kPa的压力下以150℃温度加热一分钟，将这些片材热融着到垫材基部的第一表面及第二表面。在此，θA＝0°、θB＝22.5°。
(实施例7～10)
根据与实施例6相同的方法，制作两个表面设有拉伸各向异性片材的垫材(实施例7～10)。在实施例7中，使θA＝0°、θB＝45°；在实施例8中，使θA＝15°、θB＝22.5°；在实施例9中，使θA＝15°、θB＝45°；在实施例10中，使θA＝22.5°、θB＝45°。
(比较例1)
根据与实施例1相同的方法，制作垫材。在比较例1中，在垫材基部的第一表面及第二表面设置厚度为0.026mm、不具有拉伸各向异性(即、各向同性)的树脂薄膜(PANAC株式会社制造)。通过在约15kPa的压力下以160℃温度加热一分钟，将该树脂薄膜热融着到垫材的两个表面。
(比较例2～7)
根据与实施例1相同的方法，制作两个表面设有拉伸各向异性片材的垫材(比较例2～7)。在比较例2中，使θA＝0°、θB＝0°；在比较例3中，使θA＝45°、θB＝0°；在比较例4中，使θA＝45°、θB＝45°；在比较例5中，使θA＝90°、θB＝0°；在比较例6中，使θA＝90°、θB＝45°；在比较例7中，使θA＝90°、θB＝90°。
表1中综合示出上述实施例及比较例的垫材的第一片材及第二片材的各θdA、θdB(＝θdA)、θA、θB、θdif的值。
表1
Figure S2008100908779D00161
使用通过上述方法制作的各垫材做试验样本，进行了弯曲试验。弯曲试验采用了三点弯曲试验，并按下述步骤进行。
首先，设置试验装置，使各垫材样本(宽度100mm×长度300mm)的第一表面(第一片材)侧朝下。试验装置两端的支点间距为150mm。然后，在垫材的长度方向及宽度方向的中央部分以10mm/分的压缩速度从上侧(即，第二片材侧)压上大小为的负载物。从这种状态逐渐向垫材的厚度方向加上负载，并测定此时可以得到的最大负载(单位为N)。
(嵌合部间隙的测定)
使用通过上述方法制作的各垫材进行了嵌合部间隙的测定。
将通过上述方法制作的各垫材样本切断成图11中示出的形状而制作试验用样本30t。各部分的尺寸如下所述。a＝262mm，b＝83.5，c＝28mm，d＝27.5mm，e＝28mm，f＝35mm，g＝35mm，h＝27.5mm。然后，使第一垫材侧位于外侧，将样本30t卷绕在直径为80mm、全长为120mm的金属制圆筒20t上，并使嵌合凹部60t和嵌合凸部50t嵌合。此时，测定如图12中示出的嵌合部中产生的嵌合间隙S。重复进行5次这种测定，并由得到的结果求出嵌合间隙S的标准偏差。
(试验结果)
表1中示出各样品的弯曲试验结果(最大负载值)及嵌合部间隙的测定(标准偏差)结果。
图13及图14中分别示出各样本的归一化的角度差θdif与弯曲强度以及θdif与嵌合间隙标准偏差的关系。而且，图15及图16中分别示出θdA＝θdB＝90°(实施例1～5)及θdA＝θdB＝45°(实施例6～10)时的θA与弯曲强度的关系。
由表1中可以得知，在两面设置本发明的拉伸各向异性片材的垫材(实施例1～10)比设置不具有拉伸各向异性的片材的垫材(比较例1)，可以有效地减少嵌合间隙的标准偏差及弯曲强度。
并且，在表1中，由实施例1～5与比较例2～7的比较可知，θdif＞0的垫材比θdif≤0的垫材，即，θA/θdA＜θB/θdB的垫材比θA/θdA≥θB/θdB的垫材，可以有效地抑制嵌合间隙的标准偏差及弯曲强度中的至少一个参量。
在图13及图14的结果中，当归一化的角度差θdif在0.25＜θdif≤1的范围内时，弯曲强度小于或等于3.25N，嵌合间隙的标准偏差小于或等于0.19mm。由该结果可知，当垫材的归一化的角度差θdif位于该范围内时，弯曲强度及嵌合间隙的标准偏差被进一步抑制。尤其，当θdif位于0.50≤θdif≤1的范围内时，嵌合间隙的标准偏差被有效地抑制。
由图15及图16的结果可知，即使在θdA＝θdB＝90°及θdA＝θdB＝45°的任意一种情况，只要使θA＝0°，即可将垫材的弯曲强度抑制为最小。在这种弯曲强度小的垫材中，通过将垫材卷绕在废气处理体上时使第一表面(第一片材)侧位于外侧，可以进一步提高卷绕性。
(工业上的应用)
本发明的垫材及废气处理装置可以应用于车辆用废气处理装置等。

Claims (12)

1.一种垫材，含有无机纤维，并在第一表面及第二表面分别设置第一片材及第二片材，
当施加相同的拉伸负荷进行比较时，所述第一片材及第二片材的拉伸量在所述垫材的长度方向各不相同，
所述第一片材及第二片材分别在面内具有拉伸各向异性，
在片材的面内，如果将由拉力/公称应变表示的公称应变为5％时的值最小的方向作为易拉伸方向，最大的方向作为难拉伸方向时，
所述第一片材的所述易拉伸方向与所述难拉伸方向所形成的角度为θdA，0°＜θdA≤90°，所述第二片材的所述易拉伸方向与所述难拉伸方向所形成的角度为θdB，0°＜θdB≤90°，
所述第一片材的易拉伸方向相对于所述垫材的长度方向所形成的角度θA与所述第二片材的易拉伸方向相对于所述垫材的长度方向所形成的角度θB之间满足θA/θdA＜θB/θdB的关系，其中，0°≤θA≤θdA，0°≤θB≤θdB。
2.一种垫材，含有无机纤维，并在第一表面及第二表面分别设置第一片材及第二片材，
其中，
所述第一片材及第二片材分别在面内具有拉伸各向异性，
在片材的面内，如果将由拉力/公称应变表示的公称应变为5％时的值最小的方向作为易拉伸方向，最大的方向作为难拉伸方向时，
所述第一片材的所述易拉伸方向与所述难拉伸方向所形成的角度为θdA，0°＜θdA≤90°，所述第二片材的所述易拉伸方向与所述难拉伸方向所形成的角度为θdB，0°＜θdB≤90°，
所述第一片材的易拉伸方向相对于所述垫材的长度方向所形成的角度θA与所述第二片材的易拉伸方向相对于所述垫材的长度方向所形成的角度θB之间满足θA/θdA＜θB/θdB的关系，其中，0°≤θA≤θdA，0°≤θB≤θdB。
3.根据权利要求2所述的垫材，其特征在于，由式子θdif＝(θB/θdB)-(θA/θdA)表示的归一化的角度差θdif在0.25＜θdif≤1的范围内。
4.根据权利要求2或3所述的垫材，其特征在于，θA实质上等于零。
5.根据权利要求2或3所述的垫材，其特征在于，所述第一片材的θdA＝90°或θdA＝45°。
6.根据权利要求2或3所述的垫材，其特征在于，实质上θdA＝θdB。
7.根据权利要求2或3所述的垫材，其特征在于，所述第一片材和所述第二片材是相同的片材。
8.根据权利要求2或3所述的垫材，其特征在于，所述第一片材和所述第二片材分别设置在所述垫材的整个第一表面和整个第二表面。
9.根据权利要求2或3所述的垫材，其特征在于，所述第一片材及/或所述第二片材由选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯及它们的混合物中的材料构成。
10.根据权利要求2或3所述的垫材，其特征在于，所述垫材具有无机粘接材及/或有机粘接材。
11.一种废气处理装置，包含：
具有用于流通废气的两个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而使用的支撑用密封材；
用于收容卷绕有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含有无机纤维并在第一表面及第二表面分别设置第一片材及第二片材的垫材构成，
所述第一片材及第二片材分别在面内具有拉伸各向异性，
在片材的面内，如果将由式子拉力/公称应变表示的公称应变为5％时的值最小的方向作为易拉伸方向，最大的方向作为难拉伸方向时，
所述第一片材的所述易拉伸方向与所述难拉伸方向所形成的角度为θdA，0°＜θdA≤90°，所述第二片材的所述易拉伸方向与所述难拉伸方向所形成的角度为θdB，0°＜θdB≤90°，
所述第一片材的易拉伸方向相对于所述支撑用密封材的卷绕方向所形成的角度θA与所述第二片材的易拉伸方向相对于所述支撑用密封材的卷绕方向所形成的角度θB之间满足θA/θdA＜θB/θdB的关系，其中，0°≤θA≤θdA，0°≤θB≤θdB，
所述支撑用密封材被卷绕在所述废气处理体时，所述第二表面接触所述废气处理体的外周面。
12.根据权利要求11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。
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