JP2004500495A - 繊維ベースの製品の製造方法およびそれらの使用 - Google Patents
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Abstract
融点が異なる熱可塑性繊維を、耐火性繊維、結合剤および凝集剤の水性懸濁液中に存在させる。この懸濁液をスクリーンに通し、湿潤体を形成させる。この湿潤体を加熱することによって、乾燥させ、かつ熱可塑性繊維を溶融して、互いに耐火性繊維を結合させる。
Description
【０００１】
本発明は、繊維ベースの製品を製造する方法およびそれらの製品の使用に関する。本発明の１つの特定の適用は、高温で、カン内部に触媒コンバーターを保持するためのマット様物品の製造である。
【０００２】
本発明の１つの態様では、繊維ベースの物品の製造方法を提供する。この方法は、
高い割合の耐火性繊維と低い割合の熱可塑性繊維とを含有する水性懸濁液を形成する工程であって、該熱可塑性繊維が、２つの異なる融点を有する繊維からなり、該異なる融点の１つが他方の融点よりも低い工程；
結合剤と凝集剤とを添加する工程；
耐火性繊維、熱可塑性繊維、結合剤および凝集剤を含有する懸濁液を穴あきスクリーンに通過させ、スクリーン上に湿潤な繊維体を堆積させる工程；
この繊維体を加熱することで水を除去し、かつ融点の低い熱可塑性繊維を溶融させることで耐火性繊維を結合させ、予備成形体を形成させる工程；および
この予備形成体を熱成形し、次いで加圧下で冷却することで物品を形成させる工程、
を含む。
【０００３】
別の態様において、溶融された熱可塑性繊維によって互いに保持される、平均長が約４ｃｍで、かつ平均直径が約６μｍまでである高い割合の耐熱性繊維を含有し、かつ全体にわたって実質的に均一な密度を有する乾燥予備成形物を提供する。
【０００４】
好ましくは、高い割合を構成している繊維が、比較的短く（長さが約４ｃｍ）、かつ直径が約６μｍまでである。この繊維は、好ましくは無機繊維（例えば、アルミナ、ムライト、シリカ、ジルコニア、グラファイトである。これらの繊維は、単独で、または他の物質（例えば、膨張（ｉｎｔｕｍｅｎｅｓｃｅｎｔ）板材）；粒子；もしくはこれらのような任意の物質と共に用いられ得る。組み合わせが用いられ得る。最も好ましくは、この繊維は、ＳＡＦＦＩＬ（登録商標）の名で入手可能な繊維である。
【０００５】
熱可塑性繊維は、融点が異なる広範種々の適切な物質から選択され得る。この選択は、他の繊維との適合性およびその繊維が溶融する温度との適合性によって決定され得る。この融点が低い成分の機能は、耐火性繊維と結合すること、および、それらの繊維が、熱可塑性繊維が分解する温度に曝露されるまで、それらの繊維を互いに保持することである。代表的には、適切な繊維は、オレフィン（例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレン）；ポリエステル；ポリアミンである。異なるプラスチックからなるコアおよび被覆を有する異相構造繊維を用いることが好ましい。適切な物質は、異なる供給者から入手可能である。例えば、Ｔｒｅｖｉｒａ Ｆａｓｅｍ， Ｈａｒｔｍａｎｎ Ｈｕｔｈ， Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙから入手可能な「Ｔｒｅｖｉｒａ ２５５」およびＦｉｂｒｅｖｉｓｉｏｎｓ， Ｄｅｎｍａｒｋから入手可能な「Ａｄｈｅｓｉｏｎ Ｃ ｓｐｅｃｉａｌ」繊維である。最終製品中の熱可塑性繊維の濃度は、変化し得る：一般的には、約１０重量％が好ましい。
【０００６】
結合剤は、好ましくはラテックスである；凝集剤は、好ましくは多価電解質である。
【０００７】
堆積した湿潤な繊維体を加熱したときに水が除去され、かつ融点の低い熱可塑性物質が溶融することでその繊維が結合し、実質的に自己支持（ｓｅｌｆ−ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）物体を形成する。耐火性繊維は、凝固した熱可塑性物質中に定着される。この物品を製造する方法によって、その物体は、全体にわたって、実質的に同一の濃度および密度を有する。熱可塑性物質は、取り扱いおよび製法を簡単にし、マットを完全にする。
【０００８】
加圧下でのさらなる熱成形工程は、用途（例えば、本出願におけるモノリスにおいて）に適切なかさ密度の緻密な無機繊維マットを提供する。
【０００９】
製法は、バッチまたは連続的であり得る。
【００１０】
物品は、触媒コンバーターカンの内表面とコンバーター自体との間で支持体として使用され得る。この物品は、約８ｍｍまでの厚みのマットの形態であり得る。この物品は、多くの公知の「かんづめ」技術において用いられ得る。まずコンバーターが加熱されると、熱可塑性物質は燃焼し、多孔性で弾性の構造を提供する。この構造は、振動および温度の変動にかかわらず長期間にわたって触媒物体を適切に保持し、かつ適切に支持する。得られた繊維の混合物または繊維（および存在する場合は、膨張粒子）は、繊細なコンバーターが稼動中に、そのコンバーターを支持する圧力を発揮する。そのような自己支持および高温に対する耐性のおかげで、高温の環境において（例えば、直動（ｃｌｏｓｅ ｃｏｕｐｌｅ）適用（例えば、密接した機関排気マニホールド）において）、本発明のマットが使用可能であることが本発明の利点である。このマットは、ガソリンが入っているビヒクル、ディーゼルエンジンなどにおいて使用され得る。
【００１１】
本発明の十分な理解のために、ここで、例示の目的のみで、以下の実施例を参照して本発明を記載する。
【００１２】
実施例１
直径が約３μｍで、かつ平均長が約４ｃｍのアルミナ繊維を、約０．１重量％の濃度で水に添加し、懸濁液を形成する。穏やかな撹拌によって、固体の沈殿を防いだ。ポリプロピレンのコアとポリエチレンの被覆を有し、かつアルミナ繊維とサイズ適合性がある異相構造繊維を、０．０１重量％の濃度で添加した。標準的なアクリレートラテックスを添加し、そして分散させ、続いて凝集剤を添加した。この混合物を底に穴が開いている容器に注ぎ、そして水を通過させ、底にパッド状の堆積物を残した。この堆積物を乾燥させ、そしてオーブンに移動する。そして約１３０℃で加熱して、この堆積物を完全に乾燥させ、かつ、異相構造繊維の熱可塑性物質の被覆を溶融することによって、アルミナ繊維を互いに結合させた。次いで、この乾燥させたマットを１５０℃に加熱し、そして加圧下で冷却することによって、約５ｍｍの厚さにした。この成形したマットが、その全体にわたって実質的に均一な密度であることを見出した。
【００１３】
マットの一部を、モノリスの支持のための充填材用の形状に切断した。この形状物を、直動触媒の様式で位置されているカン中にはめ込んだ。触媒を排気ガスによって加熱した場合、熱可塑性物質がその分解温度に達し、そして燃焼して、マットに弾力性のある多孔性の繊維構造を与えた。この支持マットは、振動および温度の変動にかかわらず、カン内の触媒を適切に保持し得た。
【００１４】
実施例２
直径が約３μｍで、かつ平均長が約４ｃｍのアルミナ繊維を、約０．１重量％の濃度で水に添加し、懸濁液を形成する。穏やかな撹拌によって、固体の沈殿を防いだ。ポリエチレンテレフタレートのコアとポリエチレンの被覆を有し、かつアルミナ繊維とサイズ適合性がある異相構造繊維を、０．０１重量％の濃度で添加した。標準的なアクリレートラテックスを添加し、そして分散させ、続いて凝集多価電解質剤を添加した。この混合物を底に穴が開いている容器に注ぎ、そして水を通過させ、底にパッド状の堆積物を残した。この堆積物を乾燥させ、そしてオーブンに移動する。そして約１３０℃で加熱して、この堆積物を完全に乾燥させ、かつ、繊維の熱可塑性物質の被覆を溶融することによって、アルミナ繊維を互いに結合させた。次いで、この乾燥させたマットを１５０℃に加熱し、そして加圧下で冷却することによって、約５ｍｍの厚さにした。この成形したマットが、その全体にわたって実質的に均一な密度であることを見出した。
【００１５】
マットの一部を、モノリスの支持のための充填材用の形状に切断した。この形状物を、直動触媒の様式で位置されているカン中にはめ込んだ。触媒を排気ガスによって加熱した場合、熱可塑性物質がその分解温度に達し、そして燃焼して、マットに弾力性のある多孔性の繊維構造を与えた。この支持マットは、振動および温度の変動にかかわらず、カン内の触媒を適切に保持し得た。
本発明は、繊維ベースの製品を製造する方法およびそれらの製品の使用に関する。本発明の１つの特定の適用は、高温で、カン内部に触媒コンバーターを保持するためのマット様物品の製造である。
【０００２】
本発明の１つの態様では、繊維ベースの物品の製造方法を提供する。この方法は、
高い割合の耐火性繊維と低い割合の熱可塑性繊維とを含有する水性懸濁液を形成する工程であって、該熱可塑性繊維が、２つの異なる融点を有する繊維からなり、該異なる融点の１つが他方の融点よりも低い工程；
結合剤と凝集剤とを添加する工程；
耐火性繊維、熱可塑性繊維、結合剤および凝集剤を含有する懸濁液を穴あきスクリーンに通過させ、スクリーン上に湿潤な繊維体を堆積させる工程；
この繊維体を加熱することで水を除去し、かつ融点の低い熱可塑性繊維を溶融させることで耐火性繊維を結合させ、予備成形体を形成させる工程；および
この予備形成体を熱成形し、次いで加圧下で冷却することで物品を形成させる工程、
を含む。
【０００３】
別の態様において、溶融された熱可塑性繊維によって互いに保持される、平均長が約４ｃｍで、かつ平均直径が約６μｍまでである高い割合の耐熱性繊維を含有し、かつ全体にわたって実質的に均一な密度を有する乾燥予備成形物を提供する。
【０００４】
好ましくは、高い割合を構成している繊維が、比較的短く（長さが約４ｃｍ）、かつ直径が約６μｍまでである。この繊維は、好ましくは無機繊維（例えば、アルミナ、ムライト、シリカ、ジルコニア、グラファイトである。これらの繊維は、単独で、または他の物質（例えば、膨張（ｉｎｔｕｍｅｎｅｓｃｅｎｔ）板材）；粒子；もしくはこれらのような任意の物質と共に用いられ得る。組み合わせが用いられ得る。最も好ましくは、この繊維は、ＳＡＦＦＩＬ（登録商標）の名で入手可能な繊維である。
【０００５】
熱可塑性繊維は、融点が異なる広範種々の適切な物質から選択され得る。この選択は、他の繊維との適合性およびその繊維が溶融する温度との適合性によって決定され得る。この融点が低い成分の機能は、耐火性繊維と結合すること、および、それらの繊維が、熱可塑性繊維が分解する温度に曝露されるまで、それらの繊維を互いに保持することである。代表的には、適切な繊維は、オレフィン（例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレン）；ポリエステル；ポリアミンである。異なるプラスチックからなるコアおよび被覆を有する異相構造繊維を用いることが好ましい。適切な物質は、異なる供給者から入手可能である。例えば、Ｔｒｅｖｉｒａ Ｆａｓｅｍ， Ｈａｒｔｍａｎｎ Ｈｕｔｈ， Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙから入手可能な「Ｔｒｅｖｉｒａ ２５５」およびＦｉｂｒｅｖｉｓｉｏｎｓ， Ｄｅｎｍａｒｋから入手可能な「Ａｄｈｅｓｉｏｎ Ｃ ｓｐｅｃｉａｌ」繊維である。最終製品中の熱可塑性繊維の濃度は、変化し得る：一般的には、約１０重量％が好ましい。
【０００６】
結合剤は、好ましくはラテックスである；凝集剤は、好ましくは多価電解質である。
【０００７】
堆積した湿潤な繊維体を加熱したときに水が除去され、かつ融点の低い熱可塑性物質が溶融することでその繊維が結合し、実質的に自己支持（ｓｅｌｆ−ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）物体を形成する。耐火性繊維は、凝固した熱可塑性物質中に定着される。この物品を製造する方法によって、その物体は、全体にわたって、実質的に同一の濃度および密度を有する。熱可塑性物質は、取り扱いおよび製法を簡単にし、マットを完全にする。
【０００８】
加圧下でのさらなる熱成形工程は、用途（例えば、本出願におけるモノリスにおいて）に適切なかさ密度の緻密な無機繊維マットを提供する。
【０００９】
製法は、バッチまたは連続的であり得る。
【００１０】
物品は、触媒コンバーターカンの内表面とコンバーター自体との間で支持体として使用され得る。この物品は、約８ｍｍまでの厚みのマットの形態であり得る。この物品は、多くの公知の「かんづめ」技術において用いられ得る。まずコンバーターが加熱されると、熱可塑性物質は燃焼し、多孔性で弾性の構造を提供する。この構造は、振動および温度の変動にかかわらず長期間にわたって触媒物体を適切に保持し、かつ適切に支持する。得られた繊維の混合物または繊維（および存在する場合は、膨張粒子）は、繊細なコンバーターが稼動中に、そのコンバーターを支持する圧力を発揮する。そのような自己支持および高温に対する耐性のおかげで、高温の環境において（例えば、直動（ｃｌｏｓｅ ｃｏｕｐｌｅ）適用（例えば、密接した機関排気マニホールド）において）、本発明のマットが使用可能であることが本発明の利点である。このマットは、ガソリンが入っているビヒクル、ディーゼルエンジンなどにおいて使用され得る。
【００１１】
本発明の十分な理解のために、ここで、例示の目的のみで、以下の実施例を参照して本発明を記載する。
【００１２】
実施例１
直径が約３μｍで、かつ平均長が約４ｃｍのアルミナ繊維を、約０．１重量％の濃度で水に添加し、懸濁液を形成する。穏やかな撹拌によって、固体の沈殿を防いだ。ポリプロピレンのコアとポリエチレンの被覆を有し、かつアルミナ繊維とサイズ適合性がある異相構造繊維を、０．０１重量％の濃度で添加した。標準的なアクリレートラテックスを添加し、そして分散させ、続いて凝集剤を添加した。この混合物を底に穴が開いている容器に注ぎ、そして水を通過させ、底にパッド状の堆積物を残した。この堆積物を乾燥させ、そしてオーブンに移動する。そして約１３０℃で加熱して、この堆積物を完全に乾燥させ、かつ、異相構造繊維の熱可塑性物質の被覆を溶融することによって、アルミナ繊維を互いに結合させた。次いで、この乾燥させたマットを１５０℃に加熱し、そして加圧下で冷却することによって、約５ｍｍの厚さにした。この成形したマットが、その全体にわたって実質的に均一な密度であることを見出した。
【００１３】
マットの一部を、モノリスの支持のための充填材用の形状に切断した。この形状物を、直動触媒の様式で位置されているカン中にはめ込んだ。触媒を排気ガスによって加熱した場合、熱可塑性物質がその分解温度に達し、そして燃焼して、マットに弾力性のある多孔性の繊維構造を与えた。この支持マットは、振動および温度の変動にかかわらず、カン内の触媒を適切に保持し得た。
【００１４】
実施例２
直径が約３μｍで、かつ平均長が約４ｃｍのアルミナ繊維を、約０．１重量％の濃度で水に添加し、懸濁液を形成する。穏やかな撹拌によって、固体の沈殿を防いだ。ポリエチレンテレフタレートのコアとポリエチレンの被覆を有し、かつアルミナ繊維とサイズ適合性がある異相構造繊維を、０．０１重量％の濃度で添加した。標準的なアクリレートラテックスを添加し、そして分散させ、続いて凝集多価電解質剤を添加した。この混合物を底に穴が開いている容器に注ぎ、そして水を通過させ、底にパッド状の堆積物を残した。この堆積物を乾燥させ、そしてオーブンに移動する。そして約１３０℃で加熱して、この堆積物を完全に乾燥させ、かつ、繊維の熱可塑性物質の被覆を溶融することによって、アルミナ繊維を互いに結合させた。次いで、この乾燥させたマットを１５０℃に加熱し、そして加圧下で冷却することによって、約５ｍｍの厚さにした。この成形したマットが、その全体にわたって実質的に均一な密度であることを見出した。
【００１５】
マットの一部を、モノリスの支持のための充填材用の形状に切断した。この形状物を、直動触媒の様式で位置されているカン中にはめ込んだ。触媒を排気ガスによって加熱した場合、熱可塑性物質がその分解温度に達し、そして燃焼して、マットに弾力性のある多孔性の繊維構造を与えた。この支持マットは、振動および温度の変動にかかわらず、カン内の触媒を適切に保持し得た。
Claims (10)
- 全体にわたって実質的に均一な密度を有するマットを製造する方法であって、該方法は、
高い割合の耐火性繊維と低い割合の熱可塑性繊維とを含有する水性懸濁液を形成する工程であって、該熱可塑性繊維が、２つの異なる融点を有する繊維からなり、該異なる融点の１つが他方の融点よりも低い工程；
結合剤と凝集剤とを添加する工程；
耐火性繊維、熱可塑性繊維、結合剤および凝集剤を含有する懸濁液を穴あきスクリーンに通過させ、スクリーン上に湿潤な繊維体を堆積させる工程；
該繊維体を加熱することで水を除去し、かつ融点の低い繊維を溶融させ、予備成形体を形成させる工程；および
該予備形成体を加圧下で熱成形し、物品を形成させる工程、
を含む方法。 - 前記熱可塑性繊維が、コアと被覆とを含む異相構造繊維を含む請求項１記載の方法。
- 前記コアが、ポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレートであり、かつ前記被覆が、ポリエチレンである請求項２記載の方法。
- 前記耐火性繊維は、長さが４ｃｍまでであり、かつ直径が６μｍまでの範囲である請求項１、２または３記載の方法。
- 前記結合剤がラテックスである請求項１、２、３または４記載の方法。
- 前記凝集剤が多価電解質である請求項１、２、３、４または５記載の方法。
- 前記耐火性繊維が、懸濁液中で約０．１重量％の濃度で存在する請求項１、２、３、４、５または６記載の方法。
- 前記熱可塑性繊維が、懸濁液中で約０．０１重量％の濃度で存在する請求項１、２、３、４、５、６または７記載の方法。
- 前記予備成形体を１５０℃に加熱し、そして加圧下で冷却する請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の方法。
- 溶融された熱可塑性繊維によって互いに保持される、平均長が約４ｃｍで、かつ平均直径が約６μｍである高い割合の耐熱性繊維を含有する乾燥予備成形物であって、かつ全体にわたって実質的に均一な密度を有する乾燥予備成形物。
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