JP2008082310A - シート材、その製造方法および排気ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、抄造法で製作されたシート材において、従来の保持力を超える、高い保持力を有するシート材を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明では、無機繊維を含む抄造シート材であって、前記無機繊維が塊状に凝集された塊状凝集繊維を含んでいることを特徴とする抄造シート材が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート材、そのようなシート材の製造方法、およびそのようなシート材を保持シール材として備える排気ガス処理装置に関する。

これまでに、多くの種類の排気ガス処理装置が提案され、実用化されている。一般的な排気ガス処理装置は、エンジンの排気ガスマニホールドに連結された排気管の途上に、例えば金属等で構成されたケーシングを設け、その中にセル壁により区画された多数のセルを有する排気ガス処理体を配置した構造となっている。これらのセルは、ハニカム構造で構成されることが多く、特にこの場合、排気ガス処理体は、ハニカム構造体とも呼ばれている。排気ガス処理体の一例としては、触媒担持体、およびディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等の排気ガスフィルタがある。例えばＤＰＦの場合、上述の構造により、排気ガスが各セルを通って排気ガス処理体を通過する際に、セル壁に微粒子（パティキュレート）がトラップされ、排気ガス中から微粒子を除去することができる。

一般に、排気ガス処理装置を構成する場合、排気ガス処理体とケーシングの間には、無機繊維からなる保持シール材が設置される。保持シール材は、車両走行中等における排気ガス処理体とケーシング内面の当接による破損を防ぎ、さらにケーシングと排気ガス処理体との隙間から排気ガスが漏洩することを防止するために用いられる。また、保持シール材は、排気ガスの排圧により排気ガス処理体が脱落することを防止する役割を有する。さらに保持シール材は、排気ガス処理体の温度を、反応性を維持するために必要な高温に保持する機能を有する。

なお、大別すると、このような保持シール材の製造方法には、「ニードリング法」と、「抄造法」の２種類の方法がある。このうち「ニードリング法」とは、例えば、特許文献１に記載されているように、ニードルのような繊維交絡手段を積層状マットに抜き差しする工程を経て、保持シール材を製造する方法である。また、「抄造法」とは、通常湿式処理とも呼ばれ、いわゆる「紙抄き」のように、繊維の開繊、スラリ化、成形および圧縮乾燥の各処理を経て、保持シール材を製作する処理方法である。この方法は、例えば、特許文献２に記載されている。
特開２０００−３４４５８３号公報 特開２００３−２９３７５７号公報

近年の排気ガスの高温化に伴い、保持シール材を介して、排気ガス処理体からケーシングに伝達する熱によって、ケーシングが熱膨張するという問題が顕在化するようになってきた。このような熱膨張の影響が顕著になり、ケーシングと排気ガス処理体の間の間隔が増大すると、この間隙を保持シール材によって補填することが難しくなり、前述のような保持シール材の機能が発揮されなくなってしまうという問題が生じる。

特に、「ニードリング法」では、積層状マットに対してニードルの抜き差しを繰り返すことにより、保持シール材が製作されるが、この過程で、積層状マットには、必然的に圧縮力が加えられるため、得られる保持シール材の厚さは、必然的に薄くなる傾向にある。すなわち、「ニードリング法」では、比較的厚い保持シール材を製造することは難しく、前述の熱膨張の問題が顕著になった場合、「ニードリング法」で製作される保持シール材では、使用すること自体が難しくなるおそれがある。

一方、「抄造法」では、原理上、製作される保持シール材の厚さに対する制約が少なく、所望の厚さのものが比較的簡単に製作できるという特徴がある。しかしながら、「抄造法」で製作された保持シール材は、同一条件で比較した場合、ニードリング法で製作された保持シール材に比べて、保持力が低いことが知られている。これは、「抄造法」で製作された保持シール材に含まれる無機繊維の平均繊維長は、ニードリング法で製作された保持シール材に含まれる無機繊維の平均繊維長に比べて、著しく短いためである。従って、厚い保持シール材を得るため、抄造法で保持シール材を製作して、これを使用した場合、排気ガス処理体に対して十分な保持力が発揮されず、排気ガス処理装置の使用中に、排気ガス処理体の位置がずれたり、排気ガス処理体がケーシングと当接して破損したりするという問題が生じ得る。

このような背景から、「抄造法」で製作された保持シール材に対して、「ニードリング法」で製作された保持シール材と同様の、高い保持力を有することが要求されるようになってきている。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、抄造法で製作されたシート材において、従来の保持力を超える、高い保持力を有するシート材を提供することを目的とする。また、本発明は、そのようなシート材を製造する方法を提供すること、およびそのようなシート材を、保持シール材として適用した排気ガス処理装置を提供することを目的とする。

本発明では、無機繊維を含む抄造シート材であって、前記無機繊維が塊状に凝集された塊状凝集繊維を含んでいることを特徴とする抄造シート材が提供される。

ここで、前記無機繊維に含まれる前記塊状凝集繊維の割合は、重量比で２ｗｔ％以上であることが好ましい。

また、当該抄造シート材は、さらに、結合材を含んでも良い。

また本発明では、無機繊維を含むシート材の製造方法であって、
無機繊維が塊状に凝集された塊状凝集繊維を含む、無機繊維の原料繊維を提供するステップと、
前記原料繊維を開繊するステップと、
開繊された繊維からスラリを調製するステップと、
前記スラリを用いて、所望の形状の成形体を形成するステップと、
得られた成形体を圧縮乾燥して、前記無機繊維を含むシート材を得るステップと、
を有することを特徴とするシート材の製造方法が提供される。

ここで、前記原料繊維に含まれる塊状凝集繊維の割合は、重量比で２ｗｔ％以上であることが好ましい。

また、前記原料繊維は、ニードリング法で製作されたシート材から採取されても良い。

さらに、本発明では、排気ガス処理体と、該排気ガス処理体の外周面の少なくとも一部に巻回された保持シール材とを備える排気ガス処理装置であって、
前記保持シール材は、前述の抄造シート材で構成されることを特徴とする排気ガス処理装置が提供される。

ここで、前記排気ガス処理体は、触媒担持体または排気ガスフィルタであっても良い。

本発明では、シート材中に、いわゆる「塊状凝集繊維」が含まれているため、通常の「抄造法」で製造されるシート材では得られないような、高い保持力を示すシート材を提供することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に説明する。

図１には、本発明によるシート材の形態の一例を示す。ただし本発明のシート材は、図１の形状に限られるものではない。また図２には、本発明に係るシート材を保持シール材として使用した排気ガス処理装置の分解構成図を示す。

本発明によるシート材３０は、無機繊維で構成されているが、後述のように、さらに結合材を含んでも良い。本発明によるシート材３０を、触媒担持体等の排気ガス処理体２０に巻回し、排気ガス処理装置の保持シール材２４として使用する場合、図１に示すように、シート材３０の巻回方向（Ｘ方向）と垂直な両端面７０、７１には、１組の嵌合凸部５０と嵌合凹部６０が設けられる。このシート材３０が排気ガス処理体２０に巻き付けられた際には、図２に示すように、嵌合凸部５０と嵌合凹部６０が嵌合され、シート材３０が、排気ガス処理体２０に固定される。その後、シート材３０が巻回された排気ガス処理体２０は、例えば圧入方式により、金属等で構成された筒状のケーシング１２内に圧入され、排気ガス処理装置１０が構成される。

ここで、本発明のシート材３０は、「塊状凝集繊維」３３を含むことを特徴とする。本願において、「塊状凝集繊維」とは、光学顕微鏡で観察したとき、少なくとも１０本以上の繊維が絡み合って構成された、直径約１ｍｍ〜約５ｍｍの寸法の繊維の凝集体を意味する。このような塊状凝集繊維の形態の一例は、図３に示されている。この図の例では、２つの塊状凝集繊維３３が示されており、それぞれの塊状凝集繊維３３は、数１０本以上の無機繊維が複雑に絡み合って構成され、全長は、最大箇所で約２ｍｍまたは３ｍｍである。

本願発明者は、鋭意研究開発を行った結果、前述のような塊状凝集繊維は、後述のように、「抄造法」で製作されたシート材の保持力に寄与し、塊状凝集繊維が多く含まれるシート材ほど、保持力が大きくなることを見出した。すなわち、本願発明者は、シート材中に多数の塊状凝集繊維を導入することにより、「抄造法」で製作されたシート材においても、高い保持力を発揮することが可能となるとの知見を得、本願の発明に至ったものである。

なお、現時点では、塊状凝集繊維を導入することにより、シート材の保持力が向上する理由については、十分に把握されていない。しかしながら、一般に、平均繊維長の長い無機繊維を含むシート材では、平均繊維長の短い無機繊維を含むシート材に比べて、圧縮力を受けたときの反発力が大きくなるため、これにより保持力が向上することが知られている。従って、本発明において、塊状凝集繊維を添加することにより、保持力が向上するのは、この塊状凝集繊維が、バルクの無機繊維に比べて、比較的平均繊維長の長い繊維で構成されているためであると考えられる。

次に、本発明によるシート材の有する効果について説明する。

一般に、排気ガス処理装置の保持シール材として使用されるシート材の製造方法としては、「ニードリング法」と、「抄造法」の２つの製造方法がある。詳細な工程の例は後述するが、本願において、「ニードリング法」という用語は、ニードルのような繊維交絡手段をシート材に抜き差しして、交絡点を形成する工程を含む、シート材の製造方法を意味する。また、詳細な工程の例は後述するが、本願では、「抄造法」という用語は、繊維の開繊、スラリ化、成型、および圧縮乾燥の各工程を含む、シート材の製造方法を意味する。

ここで、両者の製造方法によって得られるシート材を比較すると、ニードリング法により製作されたシート材（以下、単に「ニードリングシート材」という）は、相対的に無機繊維の平均繊維長が長く（例えば、約２０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度）、保持シール材として使用した場合、排気ガス処理装置に対する保持力は、相対的に大きいという特徴を有する。ただし、ニードリング法では、シート材にニードルを抜き差しした際に、シート材が圧縮され、薄肉化されてしまうため、基本的に厚いシート材を得ることは難しい。現在、排気ガス処理装置に導入される排気ガスの更なる高温化によって、排気ガス処理体からケーシングに伝達する熱量が増大し、ケーシングに大きな熱膨張が生じるという問題に対処するため、排気ガス処理体とケーシングの間の間隙を広くすること（すなわち、保持シール材の厚さを厚くすること）が提案されている。しかしながら、ニードリング法では、そのような広い間隔を補填するような厚い保持シール材を製作することは難しい。

一方、抄造法により製作されたシート材（以下、単に「抄造シート材」という）は、得られるシート材の厚さに対する制約が少ないという特徴を有し、基本的に所望の厚さのシート材を製作することができる。従って、前述の対応策に従って、排気ガス処理体とケーシングの間の間隙を広くした場合であっても、厚い抄造シート材を製作して、これを保持シール材として使用することができる。ただし、抄造法では、相対的に無機繊維の平均繊維長が短くなるため（例えば、約０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度）、保持シール材として使用した際の、排気ガス処理装置に対する保持力は、同一条件では、ニードリングシート材に比べると低下する傾向にある。このため、抄造シート材を保持シール材として使用した場合、排気ガス処理体に対する保持力が適正な範囲を下回る可能性が高くなる。特に、（前述の間隔を広げるという対策によって、熱膨張の影響は抑制されてはいるものの）ケーシングの熱膨張によって前記間隙が広がったときなど、抄造シート材の保持力が適正な範囲を下回った場合、排気ガス処理装置内で、排気ガス処理体が位置ずれを起こしたり、排気ガス処理体がケーシングと当接して、排気ガス処理体が破損するという問題が生じる。

これに対して、本発明では、シート材が塊状凝集繊維を含んでいるため、ニードリングシート材に比べて、厚く形成することができるという抄造シート材の特徴を維持したまま、従来の抄造シート材では得られなかった高い保持力を有する抄造シート材を提供することができる。従って、保持シール材の排気ガス処理体に対する保持力が、適正な範囲を下回る可能性は低くなり、前述のような問題が回避される。

このような本発明によるシート材は、ニードリングシート材を原料繊維として、製作しても良い。塊状凝集繊維は、ニードリングシート材の交絡点部分（ニードルが抜き差しされた箇所）に多く含まれているため、ニードリングシート材を原料繊維とすることにより、抄造シート材中に、塊状凝集繊維を容易に導入することができる。

ここで、本発明のシート材については、以下に示すように、全無機繊維の量に対する塊状凝集繊維の量が、少なくとも約２．０ｗｔ％以上約２０．０ｗｔ％以下の範囲にある場合に、良好な保持力を示すことが確認されている。なお、３０ｗｔ％以上の塊状凝集繊維を含むシート材では、外径８インチの排気ガス処理体に巻き付けた際、外周側に亀裂が発生した。

また、本発明によるシート材において、塊状凝集繊維を除くバルク部分の無機繊維の平均繊維長は、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることが好ましく、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることがより好ましく、２ｍｍ〜４ｍｍの範囲であることがさらに好ましい。なお、本願において、無機繊維の平均繊維長は、以下のように測定した。まず、シート材（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ）の１０箇所の領域を無作為に選択し、各箇所から繊維をサンプリングした後、これをＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて５０倍で撮影し、それぞれの領域において、塊状凝集繊維を除く、少なくとも５０本の繊維の長さを測定する。次に、得られた全ての領域の測定結果を平均することにより、そのシート材の平均繊維長を求めた。

さらに、本発明のシート材において、排気ガス処理装置に装着前のシート材の厚さには、特に制約はないが、例えば、９ｍｍ〜２０ｍｍの厚さのものが使用できる。ただし、シート材の全体の厚さが薄い場合（例えば、９ｍｍ以下などの場合）には、本発明によるシート材と同等以上の保持力を備えるニードリングシート材を使用することが可能であるため、本発明によるシート材を使用する必要性は低下する。また、排気ガス処理装置に装着前のシート材の密度および坪量には、特に制約はないが、密度としては、例えば、０．１５ｇ／ｃｍ^３〜０．３０ｇ／ｃｍ^３のものが、また坪量としては、例えば、５００ｇ／ｍ^２〜３０００ｇ／ｍ^２のものが使用されても良い。なお坪量とは、シート材の単位面積当たりに含まれる繊維の総重量をいうが、シート材に結合材が含まれている場合は、単位面積当たりに含まれる結合材と繊維の総重量をいう。

なお、本発明のシート材には、有機結合材および無機結合材が含まれても良い。無機結合材としては、例えば、アルミナゾルおよび／またはシリカゾル等が使用される。また有機結合材としては、例えば、ゴム系材料、水溶性有機高分子化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が使用される。

さらに、本発明のシート材には、凝集剤が含まれても良い。凝集剤としては、例えばパコール２９２（シバスペシャリティ（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）社）等が使用される。

このようなシート材３０を保持シール材２４として使用した排気ガス処理装置１０の一構成例を図４に示す。この図の例では、排気ガス処理体２０は、ガス流と平行な方向に多数の貫通孔を有する触媒担持体である。触媒担持体は、例えばハニカム構造状の多孔質炭化珪素等で構成される。なお、本発明の排気ガス処理装置１０は、このような構成に限られるものではない。例えば、排気ガス処理体２０を貫通孔の端部が市松模様状に目封じされたＤＰＦとすることも可能である。

本発明によるシート材は、前述のように、排気ガス処理体に対して、高い保持力を有する。従って、排気ガス処理装置の使用中に、ケーシングの熱膨張により、ケーシング内面と排気ガス処理体の外周間の間隔が増大しても、保持シール材は、排気ガス処理体に対して、依然として有効な保持力を維持することができる。このため、使用時に、排気ガス処理体の位置ずれ、さらには破損が生じることが防止される。また、ケーシングと排気ガス処理体の間の部分に隙間が生じにくくなるため、装置内に導入された排気ガスが、未処理のまま排出されることはなく、排気ガスの漏洩が生じ難い排気ガス処理装置を提供することができる。

以下、本発明のシート材の製造方法の一例を説明する。図５には、本発明のシート材の製造方法のフロー図を示す。

図５に示すように、本発明のシート材は、塊状凝集繊維を含む原料繊維を提供するステップ（ステップＳ１１０）と、この原料繊維を開繊するステップ（ステップＳ１２０）と、この開繊された繊維に水とバインダを添加して、撹拌を行い、原料スラリを調製するステップと（ステップＳ１３０）、原料スラリを成形型に導入して、成形体を成形するステップ（ステップＳ１４０）と、得られた成形体を圧縮乾燥させるステップ（ステップＳ１５０）とによって製作することができる。

なお以下の説明では、無機繊維としてアルミナとシリカの混合物を含む抄造シート材を製造する方法を例に説明するが、シート材の繊維材料は、これに限られるものではなく、例えばアルミナまたはシリカの一方のみで構成されても良い。あるいは、他の無機繊維を使用しても良い。

まず、塊状凝集繊維を含む原料繊維を得るため、ニードリングシート材を製作する。ただし、塊状凝集繊維を含む原料繊維には、これ以外の繊維を利用しても良いことは明らかであろう。

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、例えばアルミナ−シリカ組成比が６０〜８０：４０〜２０となるようにシリカゾルを添加し、無機繊維の前駆体を調製する。特にアルミナ−シリカ組成比は、７０〜７４：３０〜２６程度であることがより好ましい。

次に、このアルミナ系繊維の前駆体に、ポリビニルアルコール等の有機重合体を加える。その後、この液体を濃縮し、紡糸液を調製する。さらにこの紡糸液を使用して、ブローイング法により紡糸する。

ブローイング法とは、エアーノズルから吹き出される空気流と紡糸液供給ノズルから押し出される紡糸液流とによって、紡糸を行う方法である。エアーノズルからのスリットあたりのガス流速は、通常４０〜２００ｍ／ｓである。また紡糸ノズルの直径は通常０．１〜０．５ｍｍであり、紡糸液供給ノズル１本あたりの液量は、通常１〜１２０ｍｌ／ｈ程度であるが、３〜５０ｍｌ／ｈ程度であることが好ましい。このような条件では、紡糸液供給ノズルから押し出される紡糸液は、スプレー状（霧状）となることなく十分に延伸され、繊維相互で溶着されにくいので、紡糸条件を最適化することにより、繊維径分布の狭い均一なアルミナ繊維前駆体を得ることができる。

紡糸が完了した前駆体を積層して、積層シートを製作する。さらに積層シートに対してニードリング処理を行う。ニードリング処理には、通常ニードリング装置が用いられる。

通常、ニードリング装置は、突き刺し方向（通常は上下方向）に往復移動可能なニードルボードと、積層シートの表面および裏面の両面側に設置された一対の支持板とで構成される。ニードルボードには、積層シートに突き刺すための多数のニードルが、例えば約２５〜５０００個／１００ｃｍ^２の密度で取り付けられている。また各支持板には、ニードル用の多数の貫通孔が設けられている。従って、一対の支持板によって積層シートを両面から押さえつけた状態で、ニードルボードを積層シートの方に近づけたり遠ざけたりすることにより、ニードルが積層シートに抜き差しされ、繊維の交絡された多数の交絡点が形成される。このようなニードリング処理によって生じた交絡点では、複雑に絡み合った繊維が積層方向に配向されており、後に、この交絡点部分の繊維を塊状凝集繊維として利用することができる。

このようにニードリング処理の施された積層シートを常温から加熱し、最高温度１２５０℃程度で連続焼成することで、ニードリングシート材が得られる。

ニードリングシート材に含まれる繊維の平均繊維長は、２０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度である。なお無機繊維の平均直径は、特に限られないが、例えば、３μｍ〜１０μｍ程度である。

ここで、繊維の平均直径は、以下の方法により測定される。まず、上述の方法で得られたニードリングシート材をシリンダーに入れ、２０．６ＭＰａで加圧粉砕する。次にこの試料をふるい網に載せ、ふるいを通過した試料を電子顕微鏡観察用試験体とする。この試験体の表面に金等を蒸着させた後、倍率約１５００倍程度の電子顕微鏡写真を撮影する。得られた写真から少なくとも４０本の繊維の径を測定する。この操作を５試料について繰り返し、測定値の平均を繊維の平均直径とする。

次に、得られたニードリングシート材を用いて開繊処理を行う。

開繊処理は、乾式開繊処理のみの単独で、または乾式開繊処理および湿式開繊処理の２段階処理で実施される。乾式開繊処理では、フェザーミル等の装置が使用され、前述のニードリングシート材が開繊される。なお、乾式開繊処理の前に、ニードリングシート材を予め所望の寸法に粗切断しておいても良い。例えば、２００ｍｍ×２００ｍｍの寸法のニードリングシート材を開始材料とした場合、乾式開繊処理によって、直径１５０ｍｍ程度の綿状の乾式開繊繊維が得られる。

一方、湿式開繊処理では、前述の乾式開繊処理によって得られた綿状の乾式開繊繊維が湿式開繊装置に投入され、さらに開繊が行われる。湿式開繊処理には、パルパーまたはミキサー等の湿式開繊装置が使用される。ここで、乾式開繊処理および／または湿式開繊処理の処理条件（例えば、処理速度、処理時間等）を変化させることにより、原料繊維に含まれる塊状凝集繊維の量を調整することができる。このような開繊処理を経て、所望の塊状凝集繊維を含む開繊繊維を得ることができる。

次に、この開繊された繊維を用いて、スラリを調製する。

まず、水と、前述の開繊繊維を、濃度が０．５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％程度となるように攪拌機に添加し、例えば１〜５分程度撹拌する。次に、この液体に、有機結合材を４ｗｔ％〜８ｗｔ％程度添加し、１〜５分程度撹拌する。またこの液体に、無機結合材を０．５ｗｔ％〜１．０ｗｔ％程度添加し、１〜５分程度撹拌する。さらに、この液体に、凝集剤を０．５ｗｔ％程度添加し、最大約２分間程度撹拌を行い、原料スラリを調製する。

無機結合材としては、例えば、アルミナゾルおよび／またはシリカゾル等が使用される。また有機結合材としては、ラテックス等が使用され、凝集剤としては、例えばパコール２９２等が使用される。

次に、得られたスラリを所望の形状の成型器に添加し、原料シートを成形し、さらに脱水を行う。通常の場合、成型器の底部には、ろ過用金網（メッシュ寸法：３０メッシュ）が設けられており、成形器内に添加されたスラリ中の水分は、このろ過用金網を通り排出される。従って、このような成型器を使用することにより、原料シートの成形と脱水を同時に行うことができる。また必要であれば、サクションポンプ、真空ポンプ等を使用して、成型器の下側から、ろ過用金網を介して、水分の強制吸引を行っても良い。

次に、得られた原料シートを成型器から取り出し、これをプレス器等を用いて、厚さが０．３〜０．５倍程度になるように圧縮すると同時に、例えば９０〜１５０℃の温度で、５分〜１時間、加熱、乾燥させることにより、本発明による、塊状凝集繊維を含む抄造シート材を得ることができる。

以下、本発明の効果を実施例により説明する。

本発明の効果を検証するため、本発明によるシート材を作製し、保持力の評価を行った。シート材は、以下の手順により製作した。

（ニードリングシート材の製作）
まず最初に、以下の手順により、塊状凝集繊維の導入源となるニードリングシート材を作製した。

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、アルミナ系繊維の組成がＡｌ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２＝７２：２８となるように、シリカゾルを配合し、アルミナ系繊維の前駆体を形成した。次に、アルミナ系繊維の前駆体に、ポリビニルアルコール等の有機重合体を添加した。さらに、この液を濃縮して紡糸液とし、この紡糸液を用いてブローイング法にて紡糸した。その後アルミナ系繊維の前駆体を折り畳んだものを積層して、アルミナ系繊維の積層シートを製作した。次に、この積層シートに対して、ニードリング処理を行った。ニードリング処理は、それぞれ５０個／１００ｃｍ^２のニードルが設置された２組のニードルボードを積層シートの表裏それぞれの面側に配設し、積層シートの両側から行った。これにより、約１個／ｃｍ^２程度の交絡点密度を有する積層シートが得られた。

その後、得られた積層シートを常温から最高温度１２５０℃で連続焼成し、厚さ約７ｍｍのニードリングシート材を得た。ニードリングシート材に含まれるアルミナ系繊維の平均繊維長は、約８０ｍｍであった。また、アルミナ系繊維の平均直径は６．２μｍであり、最小直径は３．２μｍであった。

（抄造シート材の製作）
次に以下の方法により、塊状凝集繊維を含む抄造シート材を製作した。

まず、原料繊維の開繊を行うため、前述のニードリングシート材を２００ｍｍ×２００ｍｍ以下の寸法に粗切断した後、これをフェザーミル装置（ＦＭ−１、ホソカワミクロン（株）社製）に投入して乾式開繊し、直径約１５０ｍｍの綿状の開繊繊維を得た。なお、本実施例では、湿式開繊処理は実施していない。

次に、原料スラリを調製するため、得られた開繊繊維１２００ｇと、水１２００００ｇを攪拌機の中に入れ、１分間、撹拌した。次に、この溶液に有機バインダ（ラテックス）を６０ｇ加え、さらに１分間、撹拌した。次に、この溶液に無機バインダ（アルミナゾル）を１２ｇ添加し、さらに１分間、撹拌した。最後に、凝集剤（パコール２９２）を６ｇ添加し、１分間撹拌し、原料スラリを得た。

次に、成形体の形成を行うため、このように調製した原料スラリを、底部にろ過用金網（３０メッシュ）を備える縦９３０ｍｍ×横５１５ｍｍ×深さ４００ｍｍの成型器に移し、脱水処理を行った。脱水処理は、サクションポンプを用いて、成型器の底部側から、ろ過用金網を介して原料スラリの水分を強制吸引を行うことにより実施した。

次に、この成形体を成型器から取り出し、これを１２０℃、７０ｋＰａで３０分間、圧縮乾燥させた。このような工程により、厚さ１３ｍｍ、密度０．１９ｇ／ｃｍ^３の抄造シート材が形成された。これを実施例１とする。なお、本シート材に含まれる無機繊維（塊状凝集繊維を除く）の平均繊維長は、約４ｍｍであった。また、抄造シート材中に含まれる塊状凝集繊維の割合は、重量比で２０．３％であった。

なお、抄造シート材中に含まれる塊状凝集繊維の割合は、以下のように測定した。

まず、抄造シート材を２５ｍｍ×２５ｍｍの寸法に切断する。次に、この寸法の抄造シート材を６００℃で２時間保持して脱脂を行い、サンプルを回収する。次に、このサンプル０．１ｇと２００ｍｌの水を攪拌機の中に入れ、ゆっくりと１分間撹拌する（撹拌速度：１０ｒｐｍ）。撹拌後に、水中に含まれる塊状凝集繊維を回収し、少なくとも１５０℃で２４時間乾燥させた後、回収した塊状凝集繊維の重量を測定して、初期サンプル重量（０．１ｇ）との比から、
塊状凝集繊維割合Ｐ（％）＝
（回収した塊状凝集繊維の重量（ｇ））／（初期サンプル重量（ｇ））×１００ （１）
により、塊状凝集繊維割合Ｐを求めた。

以下の方法により、塊状凝集繊維を含む抄造シート材を製作した。

まず、前述のニードリングシート材を原料繊維として利用し、以下のように開繊処理を行った。ニードリングシート材を２００ｍｍ×２００ｍｍ以下の寸法に粗切断した後、これをフェザーミル装置（ＦＭ−１、ホソカワミクロン（株）社製）に投入して乾式開繊し、直径約１５０ｍｍの綿状の乾式開繊繊維を得た。次に、湿式開繊装置として、家庭用のジューサー（ＳＭ−Ｌ５０、三洋電機製）を用い、このジューサー内に、水２７０ｇと前記乾式開繊繊維３０ｇを入れて、３秒間撹拌して湿式開繊を行い、湿式開繊繊維を得た。

次に、原料スラリを調製するため、得られた湿式開繊繊維１２００ｇと、水１２００００ｇを攪拌機の中に入れ、１分間、撹拌した。次に、この溶液に有機バインダ（ラテックス）を６０ｇ加え、さらに１分間、撹拌した。次に、この溶液に無機バインダ（アルミナゾル）を１２ｇ添加し、さらに１分間、撹拌した。最後に、凝集剤（パコール２９２）を６ｇ添加し、１分間撹拌し、原料スラリを得た。

次に、成形体の形成を行うため、このように調製した原料スラリを、底部にろ過用金網（３０メッシュ）を備える縦９３０ｍｍ×横５１５ｍｍ×深さ４００ｍｍの成型器に移し、脱水処理を行った。脱水処理は、サクションポンプを用いて、成型器の底部側から、ろ過用金網を介して原料スラリの水分を強制吸引を行うことにより実施した。

次に、この成形体を成型器から取り出し、これを１２０℃、７０ｋＰａで３０分間、圧縮乾燥させた。このような工程により、厚さ１３ｍｍ、密度０．１９ｇ／ｃｍ^３の抄造シート材が形成された。なお、本シート材に含まれる無機繊維（塊状凝集繊維を除く）の平均繊維長は、約４ｍｍであった。また、シート材に含まれる塊状凝集繊維の割合Ｐは、１５．１％であった。これを実施例２とする。

以下の方法により、塊状凝集繊維を含む抄造シート材を製作した。

まず、前述のニードリングシート材を原料繊維として利用し、以下のように開繊処理を行った。ニードリングシート材を２００ｍｍ×２００ｍｍ以下の寸法に粗切断した後、これをフェザーミル装置（ＦＭ−１、ホソカワミクロン（株）社製）に投入して乾式開繊し、直径約１５０ｍｍの綿状の乾式開繊繊維を得た。次に、家庭用のジューサー（ＳＭ−Ｌ５０、三洋電機製）内に、水２７０ｇとこの乾式開繊繊維３０ｇを入れて、５秒間撹拌して湿式開繊を行い、湿式開繊繊維を得た。

以下、実施例１の場合と同様の方法で、原料スラリの調製、成形体の形成およびその圧縮乾燥処理を行い、厚さ１３ｍｍ、密度０．１９ｇ／ｃｍ^３のシート材が形成された。なお、本シート材に含まれる無機繊維（塊状凝集繊維を除く）の平均繊維長は、約４ｍｍであった。また、シート材に含まれる塊状凝集繊維の割合Ｐは、９．９％であった。これを実施例３とする。

以下の方法により、塊状凝集繊維を含む抄造シート材を製作した。

まず、前述のニードリングシート材を原料繊維として利用し、以下のように開繊処理を行った。ニードリングシート材を２００ｍｍ×２００ｍｍ以下の寸法に粗切断した後、これをフェザーミル装置（ＦＭ−１、ホソカワミクロン（株）社製）に投入して乾式開繊し、直径約１５０ｍｍの綿状の乾式開繊繊維を得た。次に、家庭用のジューサー（ＳＭ−Ｌ５０、三洋電機製）内に、水２７０ｇとこの乾式開繊繊維３０ｇを入れて、１０秒間撹拌して湿式開繊を行い、湿式開繊繊維を得た。

以下、実施例１の場合と同様の方法で、原料スラリの調製、成形体の形成およびその圧縮乾燥処理を行い、厚さ１３ｍｍ、密度０．１９ｇ／ｃｍ^３のシート材が形成された。なお、本シート材に含まれる無機繊維（塊状凝集繊維を除く）の平均繊維長は、約４ｍｍであった。また、シート材に含まれる塊状凝集繊維の割合Ｐは、２．３％であった。これを実施例４とする。

比較例１

以下の方法により、抄造シート材を製作した。

アルミナ：シリカ＝７２：２８の混合比の、市販の開繊された原料繊維（原綿バルク）１２００ｇに、水１２００００ｇを加え、攪拌機を用いて、１分間撹拌した。次に、この液体に、有機バインダ（ラテックス）を６０ｇ加えて、１分間撹拌し、その後、無機バインダ（アルミナゾル）を１２ｇ加えて、さらに１分間撹拌した。さらに、この溶液に凝集剤（パコール２９２）を６ｇ加え、１分間撹拌し、原料スラリを調製した。

以下、実施例１の場合と同様の方法で、成形体の形成およびその圧縮乾燥処理を行い、厚さ１３ｍｍ、密度０．１９ｇ／ｃｍ^３の抄造シート材を得た。なお、本シート材に含まれる無機繊維の平均繊維長は、約４ｍｍであった。また、この抄造シート材には、塊状凝集繊維は含まれておらず、塊状凝集繊維割合Ｐは、０である。これを比較例１とする。

比較例２

比較のため、前述のニードリングシート材を用いて、他の抄造シート材と同様の評価を行った。このニードリングシート材を比較例２とする。

実施例１乃至４に係るシート材および比較例１に係るシート材の塊状凝集繊維割合を、まとめて表１に示した。

［面圧評価試験］
次に、前述の方法で製作した各シート材の保持力を評価するため、面圧評価試験を行った。なお、「面圧」とは、シート材が圧縮力を受けた際に、その圧縮力とは反対の方向に生じる、シート材の反発力を意味する。通常、保持シール材は、排気ガス処理体の外表面から圧縮力（外向きの力）を受けているが、これにより、保持シール材に「面圧」が生じ、保持シール材が排気ガス処理体を保持することができる。従って、「面圧」は、シート材が排気ガス処理体を保持するときの保持力を評価する指標として使用することができる。

図６には、面圧評価試験に使用した装置１１０を示す。装置１１０は、略水平な試料保持台１２０を備える門型の支柱１３０で構成される。この装置１１０の中央（試料保持台１２０の上部）には、荷重計測機能を備え、上下に昇降するクロスヘッド１４０が設けられており、このクロスヘッド１４０の下面側には、ステンレス鋼製の平板状の上部押さえ１５０（縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ）が設置されている。この上部押さえ１５０には、変位計１６０が取り付けられている。また試料保持台１２０上には、ステンレス鋼製の平板状の下部受け１７０（縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ）が設置されている。この下部受け１７０は、上部押さえ１５０と対向するように設置されている。試験の際には、下部受け１７０の上面に、重量が既知の各シート材１８０（縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ）が設置される。

このような装置１１０を用いて以下の方法により、面圧測定を行う。まずクロスヘッド１４０は、サンプル１８０と上部押さえ１５０との間に僅かの隙間しか生じなくなくなる程度まで、予め下降させておく。この状態で、クロスヘッド１４０を１ｍｍ／分の速度で下降させ、サンプル１８０を圧縮し、サンプル１８０の嵩密度（以下、ＧＢＤという）が０．４０ｇ／ｃｍ^３となったときに、サンプル１８０に生じる荷重を測定する。なおサンプル１８０の嵩密度は、（サンプル１８０の重量）／（サンプル１８０の面積）／（上部押さえ１５０と下部受け１７０の間隔）で求められる。得られた荷重をサンプル面積で除して、面圧（ｋＰａ）を求めた。

［試験結果］
各シート材に対して得られた面圧測定結果を表１および図７に示す。これらの結果から、シート材に含まれる塊状凝集繊維の割合が多いほど、面圧が向上することがわかる。特に、塊状凝集繊維の割合が２０．３％の実施例１のシート材は、抄造法で製作したにも関わらず、ニードリング処理法により製作された比較例２に係るニードリングシート材とほぼ同等の面圧値を示すことがわかった。

このように、抄造シート材に、塊状凝集繊維を少なくとも約２ｗｔ％から約２０ｗｔ％の範囲で含有させることにより、抄造シート材の保持力を高めることが可能であることが示された。

本発明のシート材は、車両用排気ガス処理装置等に利用することができる。

本発明によるシート材の形状の一例である。 本発明によるシート材を排気ガス処理体とともに、ケーシング内に組み付けるときの状態を示す概念図である。 塊状凝集繊維の一形態を示す顕微鏡写真である。 本発明の排気ガス処理装置の一構成例を示す図である。 本発明によるシート材を製造するためのフロー図である。 面圧測定試験装置の概略図である。 塊状凝集繊維割合と面圧の関係を示すグラフである。

符号の説明

２ 導入管
４ 排気管
１０ 排気ガス処理装置
１２ ケーシング
２０ 排気ガス処理体
２４ 保持シール材
３０ シート材
３３ 塊状凝集繊維
５０ 嵌合凸部
６０ 嵌合凹部
１１０ 面圧測定装置

Claims (8)

1. 無機繊維を含む抄造シート材であって、
   前記無機繊維が塊状に凝集された塊状凝集繊維を含んでいることを特徴とする抄造シート材。
2. 前記無機繊維に含まれる塊状凝集繊維の割合は、重量比で２ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１に記載の抄造シート材。
3. さらに、結合材を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の抄造シート材。
4. 無機繊維を含むシート材の製造方法であって、
   無機繊維が塊状に凝集された塊状凝集繊維を含む、無機繊維の原料繊維を提供するステップと、
   前記原料繊維を開繊するステップと、
   開繊された繊維からスラリを調製するステップと、
   前記スラリを用いて、所望の形状の成形体を形成するステップと、
   得られた成形体を圧縮乾燥して、前記無機繊維を含むシート材を得るステップと、
   を有することを特徴とするシート材の製造方法。
5. 前記原料繊維に含まれる塊状凝集繊維の割合は、重量比で２ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。
6. 前記原料繊維は、ニードリング法で製作されたシート材から採取されることを特徴とする請求項４または５に記載の製造方法。
7. 排気ガス処理体と、該排気ガス処理体の外周面の少なくとも一部に巻回された保持シール材とを備える排気ガス処理装置であって、
   前記保持シール材は、請求項１乃至３のいずれか一つに記載された抄造シート材で構成されることを特徴とする排気ガス処理装置。
8. 前記排気ガス処理体は、触媒担持体または排気ガスフィルタであることを特徴とする請求項７に記載の排気ガス処理装置。