JP2006207393A - 排気ガス浄化装置のエンドコーン部用断熱材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 アルミナ−シリカ系セラミックファイバーからなるシートの複数枚を積層してマットとし、このマットのシート積層方向にニードリングを施してなる排気ガス浄化装置におけるエンドコーン部に装着される断熱材において、前記マットに用いられているセラミックファイバーの組成を、アルミナ:シリカ=60〜80:40〜20とした排気ガス浄化装置のエンドコーン部用断熱材。
【選択図】 図1
Description
しかも、このような高温環境下では、エンドコーン部用断熱材は、よけいに風蝕されやすく、このとき発生するパーティクルにより触媒層が目詰まりを起こすことがある。また、断熱材の風蝕によりエンドコーン部の断熱能力が損なわれたり、触媒活性が失われたり、排気管が損傷したりする。
さらに、上記組成からなる従来のアルミナ−シリカ系のセラミックファイバーは、排気管への組み付けが難しいだけでなく、この組み付け時に断熱材の剥離などが起こるという問題もあった。
また、本発明の他の目的は、組み付け時の作業性に優れ、かつ組み付け時の耐剥離強度の高いエンドコーン部用断熱材を提供することにある。
また、本発明によれば、組み付け作業性に優れると共に、その組み付け時の耐剥離強度の高いエンドコーン部用断熱材を提供することができる。
一方、アミナの含有量およびシリカの含有量がそれぞれ80mass%または40mass%を超えると、アルミナリッチとなり脆性が高くなって靭性が低下し、自動車による振動、排ガス衝撃に対する繊維強度が得られないからである。
なお、上記の組成は、70〜74:30〜26とすることが好ましい。
なお、このニードリング処理とは、アルミナ質繊維からなるシートを折り畳み、または積み重ねたものの嵩高さを抑え、薄くかつ硬くして取り扱いやすくすると共に、シート積層間強化のために行う処理である。この処理により、アルミナ質繊維シートのマット面に垂直な方向(シートの積層厚み方向)に、即ち、縦方向を指向する向きにアルミナ質繊維が導入され、これが三次元方向に複雑に絡み合って配向する因となり、ひいてはアルミナ質繊維のマットを形造る積層シートの積層間の強化をもたらす。
その後、前記加熱加圧乾燥したアルミナ質繊維等のセラミックファイバーのマット(積層シート)は、切断し、エンドコーン部用断熱材とする。
(マット:積層シートの製造)
アルミニウム含有量70g/l、Al/Cl=1.8(原子比)の塩基性塩化アルミニウム水溶液に、シリカゾルを、アルミナ質繊維の組成がAl2O3:SiO2=72±2:28±2となるように加え、セラミックファイバーとしてのアルミナ質繊維の前駆体を得た。次に、このアルミナ質繊維の前駆体に対し、ポリビニルアルコールなどの有機重合体を加えて、濃縮した紡糸液を調整し、その紡糸液を用いてブローイング法にて紡糸時にブローを行う風口径を調整することにより平均繊維長が60mmとなるようにアルミナ繊維の連続シートを作製し、積層することにより、アルミナ質繊維の連続シートを製造した。
このようにして製造されたアルミナ質繊維の積層シートに、ニードリング相互間距離2mm、ニードリング配向角度A=0.7となるニードリング処理を行った。次いで、この連続積層シートを常温から昇温し、最高温度1250±50℃で連続焼成し、1050g/cm2のアルミナ質繊維の連続積層シートを得た。
上記のようにして作成されたアルミナ質繊維の連続積層シートを、縦:500〜1400mm×横50000〜55000mm、厚みが10mmの大きさに裁断してマットとした。
このマット中に含まれるショットについて、篩と秤量計を用い、該マット中に45μm以上のショットが7mass%以下となるようにに調整されている。
前工程で得たアルミナ質繊維の連続積層シートからなるマットに、有機樹脂の含浸を行うために、樹脂濃度が0.5〜30mass%になるように調整したアルクリル系樹脂水分散液(固形分濃度50±10mass%、pH:5.5〜7.0)を得て、このアクリル系樹脂水分散液を、コンベアー上において、1280mmに裁断された前記マットの表面に樹脂含浸処理を行った。なお、この段階では、アルミナ質繊維の連続積層シートからなるマットには、多量の固形分が付着していた。
樹脂含浸処理後の前記マットに付着した過剰の固形分を取り除くために、吸引を行った。この処理は、前記マットを5〜50kPaの吸引力にて1秒以上の条件で吸引を行うことにより固形分を除去した。この処理により、秤量計にて測定したマット重量に対する樹脂含浸率は55mass%であった。
吸引工程を終えたアルミナ質繊維のマットに乾燥温度95〜155℃、乾燥時間100秒以上、乾燥時の圧縮幅4〜15mmの条件で加熱加圧乾燥を行った。
このようにして得られたアルミナ質繊維のマットの秤量計にて測定したマット重量に対する樹脂添着率は10mass%、厚み3〜15mmのアルミナ質繊維マットとなった。なお、必要に応じて、マットの型打ち抜きを行った。
(マット:積層シートの製造)
アルミニウム含有量70g/l、Al/Cl=1.8(原子比)の塩基性塩化アルミニウム水溶液に、シリカゾルを、アルミナ質繊維の組成がAl2O3:SiO2=72±2:28±2となるように加え、セラミックファイバーとしてのアルミナ質繊維の前駆体を得た。次に、このアルミナ質繊維の前駆体に対し、ポリビニルアルコールなどの有機重合体を加えて、濃縮した紡糸液を調整し、その紡糸液を用いてブローイング法にて紡糸を行った。
この時、ブローイング時の風口径はアルミナ質繊維の平均繊維長が12mmとなるように調整され平均繊維長が12mmとなるようなアルミナ質繊維が得られる。その後、積層してアルミナ繊維の連続シートを作製し、アルミナ質繊維の連続シートを製造した。
このようにして製造されたアルミナ質繊維の積層シートに、ニードリング相互間距離:2mm、ニードリング配向角度A=0.7となるニードリング処理を行った。次いで、この連続積層シートを常温から昇温し、最高温度1250±50℃で連続焼成し、1050g/cm2のアルミナ質繊維の連続積層シートを得た。
上記のようにして作成されたアルミナ質繊維の連続積層シートを、縦:500〜1400mm×横51000〜52500mm、厚みが10mmの大きさに裁断してマットとした。
このマット中に含まれるショットについて、篩と秤量計を用い、該マット中に45μm以上のショットが7mass%以下となるように調整した。
前工程で得たアルミナ質繊維の連続積層シートからなるマットに、有機樹脂の含浸を行うために、樹脂濃度が0.5〜30mass%になるように調整したアルクリル系樹脂水分散液(固形分濃度50±10mass%、pH:5.5〜7.0)を得て、このアクリル系樹脂水分散液を、コンベアー上において、500〜1400mmに裁断された前記マットの表面にかけ流し方式にて、樹脂含浸処理を行った。なお、この段階では、アルミナ質繊維の連続積層シートからなるマットには、多量の固形分が付着していた。
樹脂含浸処理後の前記マットに付着した過剰の固形分を取り除くために、吸引を行った。この処理では、前記マットを5〜50kPaの吸引力にて1秒以上の条件の吸引を行うことにより固形分を除去した。この処理により、秤量計にて測定した樹脂含浸率は55mass%であった。
吸引工程を終えたアルミナ質繊維のマットに乾燥温度95〜155℃、乾燥時間100秒以上、乾燥時の圧縮幅4〜15mmの条件で加熱加圧乾燥を行った。
このようにして得られたアルミナ質繊維のマットの秤量計にて測定したマット重量に対する樹脂添着率は10mass%、厚み3〜15mmのアルミナ質繊維マットとなった。なお、必要に応じて、マットの型打ち抜きを行った。
実施例1において、アルミニウム含有量70g/l、Al/Cl=1.8(原子比)の塩基性塩化アルミニウム水溶液にシリカゾルを、アルミナ質繊維の組成がAl2O3:SiO2=80±2:20±2となるように加えたこと以外は、実施例1と同様にしてアルミナ質繊維のマットを得た。
実施例1において、アルミニウム含有量70g/l、Al/Cl=1.8(原子比)の塩基性塩化アルミニウム水溶液にシリカゾルを、アルミナ質繊維の組成がAl2O3:SiO2=60±2:40±2となるように加えたこと以外は、実施例1と同様にしてアルミナ質繊維のマットを得た。
実施例1において、ブローイング法で紡糸した後、紡糸が完了したアルミナ質繊維を平均繊維長が0.25mmとなるように切断を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてアルミナ質繊維のマットを得た。
実施例1において、ニードリング配向角度A=0.42となるような角度でニードリングを施したこと以外は、実施例1と同様にしてアルミナ質繊維のマットを得た。
実施例1において、ニードリング間距離を10mmで施したこと以外は、実施例1と同様にしてアルミナ質繊維のマットを得た。
組成がAl2O3:SiO2=50±2:50±2となるように加えた原料を電気溶解し、高圧の空気流で吹き飛ばして繊維化した、平均繊維長2mmのアルミナ質繊維100質量部に対し、有機バインダー(アクリルエマルジョン)8質量部の割合で含有するマット層用水性スラリーを調製した。そして、先ず、200メッシュのステンレス製の平面状網型の表面にマット層用水性スラリーを付着させ、吸引脱水して厚さ8mmの湿潤成形体を得た。この湿潤成形体をプレスに加圧し、厚さ5mmの湿潤成形体を得た。引続き、この湿潤成形体を100〜140℃、1時間乾燥し、組成がAl2O3:SiO2=50±2:50±2のセラミックファイバー断熱材を得た。
実施例1において、アルミニウム含有量70g/l、Al/Cl=1.8(原子比)の塩基性塩化アルミニウム水溶液にシリカゾルを配合し、アルミナ質繊維の組成がAl2O3:SiO2=85±2:15±2となるように加えたこと以外は、実施例1と同様にしてアルミナ質繊維のマットを得た。
実施例1において、アルミニウム含有量70g/l、Al/Cl=1.8(原子比)の塩基性塩化アルミニウム水溶液にシリカゾルを配合し、アルミナ質繊維の組成がAl2O3:SiO2=55±2:45±2となるように加えたこと以外は、実施例1と同様にしてアルミナ質繊維のマットを得た。
実施例1において、ブローイング法で紡糸した後、紡糸が完了した繊維を平均繊維長が0.2mmとなるように切断を行ったこと以外は、実施例1と同様にしてアルミナ質繊維のマットを得た。
実施例1において、ニードリング配向角度A=65°となるような角度でニードリングを施したこと以外は、実施例1と同様にしてアルミナ質繊維のマットを得た。
実施例1において、ニードリング間距離を12mmとしたこと以外は、実施例1と同様にしてアルミナ質繊維のマットを得た。
(平均繊維長測定)
ピンセットにてサンプルから繊維を摘み取り、スライドガラス上に乗せ、対物レンズ40×10、偏向顕微鏡を用いて、顕微鏡上に映し出された任意の100点の繊維長をスケールにて測長した。
この試験の結果から、アルミナ質繊維の平均繊維長は50μm以上であることが必要になることがわかった。また、この平均繊維長の上限は100mm以上であることがわかった。
サンプルを100×100mmにカットし、一定の嵩密度0.3g/cm3になるようにサンプルを重ね合わせて圧縮し、重量調整を行なった。次いで、このマットの中心付近に熱線および熱電対を挟み、さらにサンプルを圧縮板で挟み厚みを100mmになるように調整した。その後、このサンプルを電気炉内に入れ、温度(600〜1000℃)が安定した後に測定を行った。この測定は、10分以上の間隔をおいて、同じ温度で3回以上の測定を繰り返した平均値を熱伝導率とし、温度と熱伝導率でグラフを作成する。
この試験の結果、嵩密度(GBD):0.2〜0.4g/cm3において、熱伝導率は0.2W/m*K以下にすることが必要であることがわかった。また、温度600〜800℃での熱伝導率は、0.15W/m*K以下、温度800〜1000℃での熱伝導率が0.18W/m*Kにする必要のあることがわかった。
サンプルを40×25mmにカットし、一定の嵩密度0.3g/cm3になるように、スペーサーと共にSUS製治具を用いて、圧縮し、800℃に加熱した風蝕試験炉にセットし、1時間放置した。エアーノズルより1.5kg/cm2の圧力で3時間暴露し、試験後の風蝕距離を測定した。そして、3時間当たりの風蝕距離を算出し、GBD−風蝕距離のグラフを作成し、3時間以内でサンプルが貫通してしまう場合は、温度が急変したところを貫通点とし、その試験時間を算出した。
この試験の結果、嵩密度(GBD)0.3g/cm3において、風蝕距離は8mm以下にする必要のあることがわかった。嵩密度(GBD)0.3g/cm3において、風蝕距離4mm以下であることが望ましいことがわかった。
サンプルを200×50mmにカットし、このサンプルの上下各50×30mmを持ちしろとして固定し、上方へ速度10mm/minにてサンプルを引張って、引張り時荷重の最大値を測定した。その荷重をサンプル厚み×サンプル幅50mmにて算出される断面積を用い、下式によって単位面積当たりの引張り荷重として算出する。
引張り強度[kPa]=荷重[N]/断面積[mm2]
(サンプル厚み[mm]×サンプル幅[mm]/10
2 インナーコーン
3 マット
4 ニードル
Claims (5)
- アルミナ−シリカ系セラミックファイバーからなるシートを積層してマットとし、このマットのシート積層方向にニードリングを施してなる排気ガス浄化装置におけるエンドコーン部に装着される断熱材において、前記マットに用いられるセラミックファイバーの組成を、アルミナ:シリカ=60〜80:40〜20としたことを特徴とする排気ガス浄化装置のエンドコーン部用断熱材。
- アルミナとシリカの組成比が、70〜74:30〜26であることを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化装置のエンドコーン部用断熱材。
- 前記セラミックファイバーの平均繊維長が、50μm以上100mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化装置のエンドコーン部用断熱材。
- 前記ニードルリングにおける、マット面に施された隣接する各ニードル相互間の距離が、1〜100mmであることを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化装置のエンドコーン部用断熱材。
- 前記ニードルリングの配向角度が、マット面の垂直方向に対して60°以内の傾きを有することを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化装置のエンドコーン部用断熱材。
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