JP2010533260A - 汚染防止装置、それに用いる強化マット材料及びその製造法 - Google Patents

Abstract

汚染防止装置のための強化マット（１０）は、第１の主表面（１２）、第２の主表面（１４）及び厚さを有するとともに、前記第１の主表面及び前記第２の主表面の間に、強化マットが概ね２つの層（１６，１８）に分離されるように配置されたセラミック繊維及び、強化メッシュ（２２）を有する。前記強化メッシュは、前記強化マットの層がメッシュを貫通して一体化して結合するために十分な大きさである空間を画成するようにお互いに空間を置いて離間された非金属繊維を有する。前記強化マットは、その総重量の最大約５％の合計有機成分重量を有し、内燃エンジンの排気システム内における、汚染防止用要素を取り付けるための取り付けマットとしてか、又は汚染防止装置内の１つの領域を絶縁するための絶縁体として使用するために寸法付けされている。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は２００７年７月１７日出願の米国特許仮出願第６０／９５０２９９号及び２００７年７月１０日出願の同第６０／９４８８８３号の利益を主張する。その開示事項の全体は参照により本願に組み込まれる。

（発明の分野）
本発明は汚染防止装置に関し、具体的には汚染防止装置内で好適に用いられる強化マット材料に関し、より具体的には有機物含有量が少なく、汚染防止装置内の汚染防止構成要素の取り付けに好適な強化マット材料、又は汚染防止装置の絶縁部分に好適な強化マット材料に関し、更により具体的には、かかる強化マット材料と装置の製造法に関する。

汚染防止装置は、大気汚染を抑制するために自動車に使用されている。かかるデバイスは、触媒コンバータと、ディーゼル微粒子フィルタ又はトラップとを含む。触媒コンバータは、一般に触媒を支持するセラミックの一体型構造（即ち、触媒キャリア又は要素）を含有する。ディーゼル微粒子フィルタ又はトラップは、一般的に多孔性の結晶セラミック材料（即ち、フィルタ成分）より製造される蜂の巣状の一体型構造を有する壁流フィルタである。これらの各装置は、汚染除去用要素を収容する金属（一般的にはステンレス・スチール）の筐体を有する。セラミック繊維を有する強化マットは、一般的に筐体内の汚染除去用要素の取り付けと保護に用いられる。フィルタ要素は、触媒キャリアと同様に、その上に触媒を有する壁面を持ち得る。触媒は、大気汚染を抑制するために、エンジン排出ガス中の一酸化炭素及び炭化水素を酸化させ、窒素酸化物を還元する。

かかる装置に使用されるセラミック繊維を有する取り付け強化マットは、通常は最大１０％の有機バインダーから構成される。バインダーは、繊維をともに保持するために用いられる。かかる高濃度のバインダーを用いない場合には、例えば汚染防止装置の組み立て中の強化マット表面における亀裂発生、強化マットの低引張強度や、より低い嵩密度などの多くの問題が発生する。

本発明は、１つ以上のかかる問題を発生することのない、汚染防止装置で用いられるバインダー含有量の低い強化マットの提供を対象とする。

本発明の一つの態様では、内燃エンジンの排気システムのための汚染防止装置内での使用に適した寸法を有し、その中で存続可能なように設計された強化マットが提供される。この強化マットは第１の主表面、第２の主表面及び厚さを有するとともに、セラミック繊維（例えば、耐火性セラミック繊維、ガラス繊維、又はそれらの組み合わせ）及びメッシュにより強化マットが概ね２つの層に分離されるように、第１と第２の主表面の間に配置される強化メッシュ（例えば、網）を含む。この強化メッシュは非金属繊維（即ち、セラミック繊維、ガラス繊維、ポリマー繊維、又はこれらの組み合わせ）を含み、強化マットの層が強化メッシュを通して一体的に結合するのに十分な空間又は空隙をそれらの間に画成するように離間されている。

この強化マットは、強化マットの総重量の約５％以下の有機成分総重量（例えば、有機バインダー含有量、有機繊維含有量、及び／又は有機繊維強化メッシュ含有量）を有する。この強化マットは、内燃エンジンの排気システム内の汚染防止用要素（例えば、触媒キャリア、フィルタ要素及び／又は触媒フィルタ要素）に取り付けるための取り付け強化マットとしてか、又は汚染防止装置内で１つの領域又は１つの部分（例えば、触媒コンバータや排気フィルタなど）を絶縁するための絶縁体として使用するために寸法付けされている。

本発明の強化マットに用いられる強化メッシュは、強化マットの有機成分総重量に対して、約０．４重量％〜２．０重量％の範囲の重量を占める、離間されたポリマー繊維より製造され得る。この離間された強化メッシュの非金属繊維は、お互いに重なり合い、それにより離間されること、かつ重なり合う強化メッシュの非金属繊維によって画成される空隙を有する網を形成するように配置されるか、又はお互いに交差しないように配置され得る。

強化マットの総重量のうち、強化マットの有機成分総重量は、約２．５％以下であることが望ましい。強化マットの総重量のうち、強化マットの有機成分総重量は、約１．５％以下であることが更に望ましい。強化マットは、強化マットの有機成分の総重量に当たる有機バインダーを有することができる。

本発明の追加的な態様では、内燃エンジンのための排気システムを提供し、該排気システムは本発明による汚染防止装置を備える。

本発明による汚染防止装置を備える排気システムを備える内燃エンジンも本発明の一態様により提供される。

本発明による強化マットの製造法は、本発明の追加的な態様により提供される。前記方法は、セラミック繊維を有する第１の層を製造する工程と、セラミック繊維を有する第２の層を製造する工程と、前記強化メッシュを第１の層の主表面及び第２の層の主表面の間に挟む工程と、第１の層と第２の層が少なくとも強化メッシュの一部分を通して一体に結合するように第１の層の主表面と第２の層の主表面を接合する工程と、及び内燃エンジンの排気システム内の汚染防止用成分に取り付けるための取り付け強化マットとして使用するためか、又は汚染防止装置内で１つの領域を絶縁するための絶縁体として使用するために寸法付けする工程と、を含む。結果として製造された強化マットは、強化マットの総重量のうち、約５％以下の有機成分総重量を有する。

第１の層及び／又は第２の層は、湿式プロセス又は任意の他の好適な方法によって製造され得る。第１の層の主表面及び第２の層の主表面は、補助的な接着手段（例えば、積層用接合剤）を使用して、又は使用せずに互いに接合され得る。任意の補助的な接着手段を使用しない湿式プロセスが使用される場合、セラミック繊維は、強化メッシュの空間を通過して少なくとも一つの層から他の層に到達する。

本発明のこれら及び他の利点は、本発明の図面及び「発明を実施するための形態」により十分に示され、説明されており、ここで同様の参照番号は類似の部分を表すために使用される。ただし、図面及び説明は単に例示のためのものであり、本発明の範囲を必要以上に限定する様に読まれるべきではないことを理解されたい。

本発明は添付の図面を参照することにより更に理解されることができ、ここでいくつかの図を通じて同様の参照番号は類似の部分を表すために使用される。
本発明の一実施形態による強化網の平面図。 本発明の別の実施形態による強化網の平面図。 本発明の更なる実施形態による強化網の平面図。 本発明の一実施形態による強化された取り付け強化マットの断面図。 本発明の別の実施形態による強化された取り付け強化マットの断面図。 本発明の更なる実施形態による強化された取り付け強化マットの断面図。 図１Ａの強化網の拡大平面図。 本発明による強化された取り付け強化マットを備える汚染防止装置を開いた斜視図であり、より明確にセラミック繊維を有する第１の層、強化網及びセラミック繊維を有する第２の層が見られるように、強化マットの一部分を取り除いてある。

記載した好ましい本発明の実施形態において、明瞭性のため特殊な用語が使用される。ただし、本発明は、そのように選択される特定の用語に限定されることを意図するものではなく、そのように選択される各用語は、同様に作用する全ての技術的等価物を含む。本発明に従う強化された取り付け強化マットは内燃エンジンの排気システムのための汚染防止装置内で使用され、存続可能なように寸法付けされている。

図２〜４を参照して、本発明による強化マット１０は、第１の主表面１２、第２の主表面１４及び厚み（即ち、表面１２及び１４の間の距離）を有する。強化マット１０は、少なくとも第１の層１６及び第２の層１８を有し、更に１つ以上の更なる層２０を含むことができる（図４を参照）。各強化マット層１６、１８、２０は、例えば耐火性セラミック繊維（例えば、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維など）のようなセラミック繊維、ガラス繊維（例えば、シリカ繊維など）、又はそれらの組み合わせ、及び任意の別の所望の材料（例えば、耐火材料）を含む。図２及び３の実施形態では、強化メッシュ２２は、第１の主表面１２及び第２の主表面１４との間に概ね同一平面上にあるように、層１６及び１８の間に配置される。図４の実施形態では、別の強化メッシュ２２’が層１８及び２０の間に配置されている。

図６を参照して、本発明に従う汚染防止装置６０（例えば、触媒コンバータ及び／又は排気フィルタ）は、筐体５０、筐体５０内に取り付けられた汚染防止用成分４０（例えば触媒成分及び／又はフィルタ）、及び既述されたような、成分４０を筐体５０に取り付けるように挟まれた取り付け強化マット１０を含む。筐体５０は一般的には、例えば、ステンレス・スチールのような金属で形成され、内燃エンジンからの排気ガスが装置６０を通過し得るように、吸気口５２及び排気口５４を含む。要素４０は一般的には比較的壊れやすい薄い壁の一体化構造である。強化マット１０は、要素４０に熱的及び機械的（例えば振動による）損傷からの防御を提供する。

図２を参照し、強化メッシュ２２は強化マット１０の表面１２の近傍に位置すること（即ち、層１６が層１８よりも比較的薄いこと）が望ましい。例えば、強化マット１０が総重量で１６００ｇ／ｍ^２を有し、かつ網２２が約８０〜約１６０ｇ／ｍ^２の範囲の重量を有している場合、層１６が約４０〜約８００ｇ／ｍ^２の重量を有することが望ましい。言い換えれば、層１６が強化マット１０の総重量の３％〜１０％の範囲から成ることが望ましい。

図１Ａ〜１Ｃ及び図５を参照し、本発明の強化メッシュ２２は、非金属繊維２４（即ち、セラミック繊維、ガラス繊維、ポリマー繊維、又はそれらの組み合わせ）を含む。繊維２４はガラスで形成されることが望ましい。例示的な実施形態では、繊維２４は空間又は空隙２６をその間に画成するために、一般的に同一平面にあり離間されている。離間された非金属繊維２４は、互いに交差しないように（例えば、図１Ｃを参照）、交差するように、若しくは、さもなければ互いに重なり合うように（例えば、図１Ａ及び１Ｂを参照）、又はそれらの組み合わせに配置されることができる。例示的な強化メッシュのデザインの好適な実施形態は、図１Ａに示されている。斜めの繊維２４を有する図１Ｃの強化メッシュのデザインは、強化マット１０が曲げられた場合（例えば、触媒キャリア、又はフィルタ要素に巻き付けた場合）、層１６、１８、２０が分離されてしまうので、例示的な実施形態の中で最も所望されない。

空隙２６は、規定通りに、強化マット１０の層１６、１８、２０が一体化して結合又は強化メッシュ２２を通して接着されることを可能にするだけ十分に大きい。即ち、対向するそれぞれの組の層１６と層１８、及び層１８と層２０は、補助的な接着手段（例えば有機及び／又は無機の積層接合剤）を用いて空隙２６を通して互いに接着されることができる。あるいは、又は更なる手段として、対向するそれぞれの組の層は、補助的な接着手段を用いずに、例えば湿式プロセスのような方法により互いに接着され得る。任意の補助的接着手段を用いない湿式プロセスが使用される場合、セラミック繊維は、対向する層１６と層１８、及び層１８と層２０のうち少なくとも一つ、好適には両方から、強化メッシュの空隙２６を通過して、対応する対向する層に到達する。強化マットの層１６、１８、２０のそれぞれは、互いに接着される前に、湿式プロセス又は任意の別の好適な処理を用いて形成し得る。

本発明による、補助的な接着手段を用いて強化メッシュの空隙２６を通して、かかる対向する層の接着に使用し得る処理の例は、２００７年５月２９日に出願された「多層取り付け強化マット」（Multilayer Mounting Mat）という表題の国際（ＰＣＴ）特許出願第ＵＳ２００７／０６９８３９号に開示されており、その開示事項は参照により本願に組み込まれる。かかる処理においては、多層を有する強化マットは、最初に基盤又は下層１８を提供する工程、下層１８の上面に無機接合剤の被覆を塗布する工程、強化メッシュ２２を下層１８の上面に位置決めする工程、及びそれから、強化メッシュ２２が層１６、１８により挟まれるように上層１６を位置決めする工程により形成され得る。この多層の構造体は、次いで圧縮され接合剤が硬化されて、仕上げられた強化マットを形成する。

補助的な接着手段を使用することなく、空隙２６を通して、かかる対向する層を接着するために使用され得る処理の実施例は、米国特許第６，４５８，４１８号に開示されているような「湿式」処理であり、その全体が参照により本願に組み込まれる。かかる湿式プロセスにおいては、多層を有する強化マットは、セラミック繊維及び任意の別の所望の材料を含む少なくとも２つの希釈された水性のスラリー（望ましくは、５重量％を超えない固体を含む）を用いて、第１のスラリーを製紙機のスクリーン又は「ワイア」のような透過性基板の上に堆積し、第１のスラリーを部分的に重力により脱水すること、及び／又は、脱気することによりベース又は「下層」１８を形成すること、強化メッシュ２２を下層１８の上に位置決めすること、第２のスラリーを強化メッシュ２２及び部分的に脱水された下層１８の上に堆積すること、第２のスラリー又は最上層１６を部分的に脱水すること、及び両方の層１６及び１８に挟まれた強化メッシュ２２と共に、両方の層１６及び１８の密度の増加のために圧縮すること（例えば、加圧ローラーにより）により製造し得る。この多層の構造体は、次いで加熱されたローラーにより完全に乾燥され、完成された強化マットを形成する。

本発明の強化マットの層のいずれか、又は任意の層が、強化マットの下層として、最初に形成され得ることが理解されるべきである。しかしながら、乾燥時に最大の厚さを有する層（例えば、図２の実施形態における層１８）が、望ましくは最初に形成される層である。

層１６、１８、２０の形成に用いられる材料によるが、強化メッシュ２２の上と下の強化マットの材料が強化メッシュ繊維２４の間の空隙２６を通して一体化して結合するように、非金属繊維２４を少なくとも約１．５ｍｍ〜少なくとも約８．０ｍｍの範囲の最小の距離を持って離間されることが望ましい。非金属繊維２４は、少なくとも約１．５ｍｍ〜約２５ｍｍの範囲の最小の距離で離間されることが望ましく、少なくとも約８．０ｍｍ〜約１５ｍｍの範囲の最小の距離で離間されることが更に望ましい。重なり合い及び離間された非金属繊維２４により画成される空隙２６を有する網を形成するように、非金属繊維２４が互いに交差することが望ましい（図１Ａ、１Ｂ及び５を参照）。かかる網２２の空隙２６は、少なくとも約２．２５ｍｍ^２（例えば１．５×１．５ｍｍ）又は約２．２５ｍｍ^２（例えば１．５×１．５ｍｍ）〜約６２５ｍｍ^２（例えば２５×２５ｍｍ）の範囲の強化メッシュサイズ又は面積を有することができる。空隙２６が約６４．０ｍｍ^２（例えば８．０×８．０ｍｍ）〜約２２５ｍｍ^２（例えば１５×１５ｍｍ）の範囲の強化メッシュサイズを有することが望ましい。層１６、１８、２０の形成に用いられる材料によるが、空隙２６が少なくとも約２．２５ｍｍ^２（例えば１．５×１．５ｍｍ）〜少なくとも約６４．０ｍｍ^２（例えば８．０×８．０ｍｍ）の範囲の最小強化メッシュサイズ又は面積を有することが望ましい。

強化マット１０は、その全重量の約５％以下の有機成分総重量（例えば有機バインダー含有量、有機繊維バインダー含有量及び／又は有機繊維強化メッシュ含有量）を有する。強化マット１０は、強化マット１０の性能と特性に有害な影響を与えない範囲で、最小の有機成分総重量を有することが望ましい。したがって、強化マット１０は、４．５％、４．０％、３．５％、３．０％、２．５％、２．０％、１．５％、１．０％又は更に０％以下の有機成分重量を有することが望ましい。有機成分総重量を強化マット全重量の１．５％以下にすることが商業的に望ましいことが見出された。強化メッシュ２２の製造に用いられる繊維２４が有機物である（例えばポリマーの）場合、繊維２４は強化マット１０の有機成分の重量の約０．４％〜約２．０％に相当することが望ましい。

強化マット１０は、内燃エンジンの排気システムの、汚染防止装置（例えば、触媒コンバータ、エンジン排気フィルタ、等）の筐体内に汚染防止用要素（例えば、触媒キャリア、フィルタ成分及び／又は触媒フィルタ成分）を取り付けるための取り付け強化マットとしてか、又は内燃エンジンの排気システムの汚染防止装置内又は他の形態の領域の円錐端部の絶縁体又は他の絶縁体として使用するために寸法付けされている。

強化マット材料を準備するための一般的操作
強化マット１０の二層実施形態の一つは、以下の手順により製造することができる。

一般に、層１６、１８のそれぞれを製造するためには、初めに、完成した層の単位面積当たりの目標重量を得るのに必要なセラミック繊維量、目標の点火損失を得るのに必要な有機バインダーの量及び有機バインダー量の約２０％以上の範囲の凝集剤の量を、十分な量の水の中で、混合により均等に分散されるようにスラリーを形成する。典型的なスラリーは、以下の構成成分を１０Ｌの水中で混合して製造し得る。９８．５重量％（ｗｔ％）の所望のセラミック繊維（例えばアルミナ繊維）、１．５ｗｔ％の所望の有機バインダー（例えばラテックス・バインダー）及び０．３％未満の所望の凝集剤（例えばルイジアナ州リンゴルド所在のミッド−サウス・ケミカル（Mid-South Chemical, Ringold, Louisiana）からＭＰ ９３０７Ｃという商品名で販売されている凝集剤）。

強化メッシュを層の間に組み込む１つの方法は、上述のように、製紙業者の手動シート金型の中で水の重力真空を用いてスラリーを脱水することによる。これにより、一時的に手により取り扱われるのに十分な耐久性を有する、湿った耐久性のあるシート又は層が残される。強化メッシュを組み込むために、２つのかかる層を目的の基盤重量に個別に形成することができ、そして強化メッシュをその層の間に挟むことができる。生成される多層強化マットは次いで圧縮される。圧縮状態にある間に、次いで強化マットは、例えば１５０℃のオーブンで３０分間乾燥される。あるいは、層の間及び強化メッシュを通して、セラミック繊維のよりよい混合が所望される場合、上層を下層の表面に、２つの層の間に強化メッシュを挟んで湿式にすることができる。

強化マットに強化メッシュを組み込む代わりの方法は、第１の層を上述のように形成し、第１の層が手動シート金型内にある間に、強化メッシュを湿った第１の層の表面に配置することによるものである。第２のスラリーを直接第１の湿った層の上に注ぐことを避けるために、直接ダイバータ固定具を手動シート金型の上に配置することにより、第２の層を強化メッシュの表面に形成する。第２のスラリーは、次いで、強化メッシュの表面及び第１の層の表面に注がれる。この操作は、強化メッシュ及び第１の湿った層の構造が破壊されないように、第１の強化マットの表面に第２の層が形成されるよう、第２のスラリーが最初にダイバータを打つように第２のスラリーを注ぐことにより行われる。結果として生じる多層強化マットは次いで上述のようにオーブン内で乾燥される。

実施例１〜１１の要約
実施例１：異なる繊維（サフィル（Saffil）ＬＤＭ）
実施例２：より大きな強化メッシュのサイズ
実施例３：より小さな強化メッシュのサイズ
実施例４：サイジング用バインダーを有する強化メッシュ
実施例５：無機バインダーとの積層
実施例６：クロス（Nextel）との空隙なし
実施例７：異なる調合（バインダー：ＬＸ８１６）
実施例８：平行繊維強化メッシュ
実施例９：強化マット方向に対して斜め
実施例１０：強化マット内に２つの強化メッシュ
実施例１１：強化マット方向に対して斜め

実施例１．
サフィル（Saffil）アルミナＬＤＭ繊維及びＥＶＡラテックス６００ＢＰを用い、共形成保持強化マットの一般的な湿式強化マット形成手順に従って２つの強化マットを調製した。１つは２層の間に上の表２に掲載された網Ａを有しているが、他の１つは有さなかった。この実験において、ラテックスの量は約１．５％であり、強化マットの単位面積当たりの重量は約１２００ｇ／ｍ^２、上部層（すなわちより薄い層）の単位面積当たりの重量は約８０ｇ／ｍ^２であり、下部層（すなわちより厚い層）は約１１２０ｇ／ｍ^２であった。更に上部層は約８％のＬＯＩ、及び下部層は約１％のＬＯＩを有する。

張力測定の結果は表３に示される。結果に示されるように、強化網はさまざまな繊維強化マットにおいて効果を奏する。

実施例２．
ＣＥＦ０２繊維及びＥＶＡラテックス６００ＢＰを用い、共形成保持強化マットの一般的な湿式強化マット形成手順に従って以下に示されるそれぞれの網のための２つの強化マットを調製した。それぞれの１つは、２つの層の間に上記の表２に記載される網を有し、それぞれの他の１つは有さなかった。この実験において、ラテックスの量は約１．５％であり、強化マットの単位面積当たりの重量は約１２００ｇ／ｍ^２、上部層（すなわちより薄い層）の単位面積当たりの重量は約８０ｇ／ｍ^２であり、下部層（すなわちより厚い層）は約１１２０ｇ／ｍ^２であった。更に上部層は約８％のＬＯＩ、及び下部層は約１％のＬＯＩを有する。

張力測定の結果は表３に示される。結果に示されるように、試験片内の試験軸に沿って１つの撚糸のみを有する大きな空隙の網は、かかる繊維強化マットにおいて引張強度を改善できる。

実施例３．
ＣＥＦ０２繊維及びＥＶＡラテックス６００ＢＰを用い、共形成保持強化マットの一般的な湿式強化マット形成手順に従って以下に示されるそれぞれの網のための２つの強化マットを調製した。それぞれの１つは、２つの層の間に上記の表２に記載される網Ｅを有し、それぞれの他の１つは有さなかった。この実験において、ラテックスの量は約１．５％であり、強化マットの単位面積当たりの重量は約１２００ｇ／ｍ^２、上部層（すなわちより薄い層）の単位面積当たりの重量は約８０ｇ／ｍ^２であり、下部層（すなわちより厚い層）は約１１２０ｇ／ｍ^２であった。更に上部層は約８％のＬＯＩ、及び下部層は約１％のＬＯＩを有する。

張力測定の結果は表２に示される。結果に示されるように、この少なくとも３．６ｍｍの空隙を有する強化網は、良好に共形成され、引張強度を改善できる。より小さい空隙のサイズを有する網Ｇのような網では、時に強化マット内に共形成することが困難である。しかしながら、この問題に対しては、実施例４に述べられるサイジング用のバインダーを有する網、又は実施例５及び６に述べられる積層を使用するなど、いくつかの解決法が存在する。

実施例４．
ＣＥＦ０２繊維及びＥＶＡラテックス６００ＢＰを用い、共形成保持強化マットの一般的な湿式強化マット形成手順に従って以下に示されるそれぞれの網のための２つの強化マットを調製した。それぞれの１つは、２つの層の間に上記の表２に記載される網Ｆを有し、それぞれの他の１つは有さなかった。この実験において、ラテックスの量は約１．５％であり、強化マットの単位面積当たりの重量は約１２００ｇ／ｍ^２、上部層（すなわちより薄い層）の単位面積当たりの重量は約８０ｇ／ｍ^２であり、下部層（すなわちより厚い層）は約１１２０ｇ／ｍ^２であった。更に上部層は約８％のＬＯＩ、及び下部層は約１％のＬＯＩを有する。

張力測定の結果は表３に示される。結果に示されるように、撚糸上にサイジング用バインダーを有するこの強化網は、層との結合をより強固にして、引張強度を改善する。

実施例５．
ＣＥＦ０２繊維及びＥＶＡラテックス６００ＢＰを用い、共形成保持強化マットの一般的な湿式強化マット形成手順に従って４つの強化マットを調製した。そして、この４つの強化マットのうち２つを使い、コロイド状シリカＯと積層して新しい強化マットを作製した。もう１つの新しい強化マットを、４つの強化マットのうちの他の２つ及び上記表３に掲載される網Ｇを使い、無機接合剤としてコロイド状シリカＯを使用して積層して作製した。網は２つの強化マットの間に配置された。この実験において、ラテックスの量は約１．５％であり、強化マットの単位面積当たりの重量は約１０００ｇ／ｍ^２、上部層（すなわちより薄い層）の単位面積当たりの重量は約５００ｇ／ｍ^２であり、下部層（すなわちより厚い層）は約５００ｇ／ｍ^２であった。上部及び下部層の両方が、それぞれ約１．５％のＬＯＩを有する。

２つの強化マットの、張力測定の結果は表３に示される。結果に示されるように、強化網は積層強化マットにおいて効果を奏する。網Ｇのように、２つの層の間に共形成されるには小さ過ぎる空隙を有する網は、このタイプの積層が使用される場合に使用することができる。

実施例６．
ＣＥＦ０２繊維及びＥＶＡラテックス６００ＢＰを用い、共形成保持強化マットの一般的な湿式強化マット形成手順に従って４つの強化マットを調製した。そして、この４つの強化マットのうち２つを使い、コロイド状シリカＯと積層して新しい強化マットを作製した。もう１つの新しい強化マットを、他の２のつ強化マット及び上記表２にＤとして掲載されるＮｅｘｔｅｌ織物と共に、無機接合剤としてコロイド状シリカＯを使用して積層して作製した。この織物は２つの強化マットの間に配置された。この実験において、ラテックスの量は約１．５％であり、強化マットの単位面積当たりの重量は約１０００ｇ／ｍ^２、上部層（すなわちより薄い層）の単位面積当たりの重量は約５００ｇ／ｍ^２であり、下部層（すなわちより厚い層）は約５００ｇ／ｍ^２であった。上部及び下部層の両方が、それぞれ約１．５％のＬＯＩを有する。

２つの強化マットの、張力測定の結果は表３に示される。結果に示されるように、強化材料が空隙のサイズを持たない場合、無機バインダー又は有機バインダーにより積層することができ、壊れやすい強化マットの強度改善剤として効果を奏することができる。

実施例７．
ＣＥＦ０２繊維及びアクリルラテックスＬＸ−８１６Ａを用い、共形成保持強化マットの一般的な湿式強化マット形成手順に従って２つの強化マットを調製した。１つは、２つの層の間に上記の表２に記載される網Ａを有し、他の１つは有さなかった。この実験において、ラテックスの量は約１．５％であり、強化マットの単位面積当たりの重量は約１２００ｇ／ｍ^２、上部層（すなわちより薄い層）の単位面積当たりの重量は約８０ｇ／ｍ^２であり、下部層（すなわちより厚い層）は約１１２０ｇ／ｍ^２であった。更に上部層は約８％のＬＯＩ、及び下部層は約１％のＬＯＩを有する。

張力測定の結果は表３に示される。結果に示されるように、この強化網は、さまざまなバインダー及び強化マットの製造法で効果を奏する。

実施例８．
ＣＥＦ繊維及びＥＶＡラテックス６００ＢＰを、それらの間に上記表に掲載された繊維Ｈを挟んで用い、共形成保持強化マットの一般的な湿式強化マット形成手順に従って１つの強化マットを調製した。この実験では、強化マットのＬＯＩは約１．８２ｗｔ％で、強化マットの単位面積当たりの重量は、約１１６０ｇ／ｍ^２であった。

張力測定の結果は表３に示される。結果に示されるように、この強化メッシュは網である必要はない。

実施例９．
ＣＥＦ０２繊維及びＥＶＡラテックス６００ＢＰを用い、共形成保持強化マットの一般的な湿式強化マット形成手順に従って２つの強化マットを調製した。１つの強化マットは、上記表２に掲載される網＃１を有し、この網は２層の間の張力試験軸には従わない構成撚糸を有するように配置され、他の１つは有さないように配置される。この実験において、ラテックスの量は約１．５％であり、強化マットの単位面積当たりの重量は約１２００ｇ／ｍ^２、上部層（すなわちより薄い層）の単位面積当たりの重量は約８０ｇ／ｍ^２であり、下部層（すなわちより厚い層）は約１１２０ｇ／ｍ^２であった。更に上部層は約８％のＬＯＩ、及び下部層は約１％のＬＯＩを有する。

張力測定の結果は表３に示される。結果に示されるように、張力試験軸には従わない撚糸を有する強化網は、かかる壊れやすい強化マットにおいて引張強度を改善できる。

網が繊維と共に強化マット方向に対して斜めに配置されるとき（例えば図１Ｂを参照）、構成撚糸は一対の鋏のように作用し、強化マットが脱積層され得る。

実施例１０．
ＣＥＦ０２繊維及びＥＶＡラテックス６００ＢＰを用い、単層保持強化マットの一般的な湿式強化マット形成手順に従って６つの強化マットを調製した。６つのうち３つの強化マットを、上記表２に掲載された２つの網Ａと、無機接合剤としてコロイド状シリカＯを使用して交互に積層し、残りの３つは網なしで積層された。この実験において、ラテックスの量は約１．５％であり、強化マットの単位面積当たりの重量は約１５００ｇ／ｍ^２、それぞれの層の単位面積当たりの重量は約５００ｇ／ｍ^２であり、それぞれの層のＬＯＩは約１．５％であった。

張力測定の結果は表３に示される。結果に示されるように、複数の強化層を含む強化マットは、強化マットの引張強度及び屈曲耐久性を改善することができる。

実施例１１．
ＣＥＦ０２繊維及びＥＶＡラテックス６００ＢＰを用い、共形成保持強化マットの一般的な湿式強化マット形成手順に従って以下に示されるそれぞれの網のための２つの強化マットを調製した。それぞれの１つは上記表２に掲載された網を２つの層の間に有し、それぞれの他のものは有さなかった。この網は引張軸に対して１５度の角度に配置された。この実験においては、ラテックスの量は約１．５％であり、強化マットの単位面積当たりの重量は約１２００ｇ／ｍ^２であった。

張力測定の結果は表３に示される。結果に示されるように、張力測定軸に従う撚糸を有さない強化網は、かかる壊れやすい強化マットの引張強度を改善できる。そして更に、斜めの網は、その角度に依存していくらかの伸長を与えることができ、張力測定軸方向に沿った網はほとんど伸長を与えない。

本発明は、非金属製繊維の強化メッシュを、セラミック繊維を有する層の間に使用することにより、低い有機成分総重量、又は有機成分総重量の全くない、より高い引張強度及び亀裂耐久性を有する強化マットを提供する。かかる強化メッシュは、製造される強化マット材料の引張強度及び表面亀裂耐久性を改善する強化層として機能する。一般的に、高いＬＯＩを有する強化メッシュを持たない強化マットはより高い引張強度を示すことが見出された。更に、平行の撚糸より成る強化メッシュは、約６．５％のバインダーを含有するものと等しい引張強度をもたらすことが見出された。

本発明は、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、さまざまな変形及び変更が加えられてもよい。したがって、本発明は、上記に限定されないが、以下の請求項及び全てのその等価物に詳述する制限によって規制される。

本発明は、本明細書に具体的に開示されていない、いずれかの成分の非存在下で好適に実行される場合がある。

上記の全ての特許及び特許出願は、「背景技術」部分のものを含め、全体的に参考として本明細書に組み込まれる。

Claims (28)

1. 汚染防止装置用の強化マットであって、前記強化マットが、第１の主表面、第２の主表面及び厚さを有するとともに、強化メッシュによって概ね２つの層に分離されるように、前記第１の主表面及び前記第２の主表面の間に配置されたセラミック繊維及び前記強化メッシュを備え、前記強化メッシュが前記強化マットの層が前記強化メッシュを貫いて一体化して結合するのに十分な大きさである空間を画成するように、互いに離間された非金属繊維を有し、
   前記強化マットが、前記強化マットの総重量の約５％以下の有機成分総重量を有し、内燃エンジンの排気システム内における、汚染防止用要素を取り付けるための取り付け用マットとしてか、又は汚染防止装置内の１つの領域を絶縁するための絶縁体として使用するために寸法付けされている、汚染防止装置用の強化マット。
2. 前記セラミック繊維が難燃性セラミック繊維、ガラス繊維又はそれらの組み合わせを有する、請求項１に記載の強化マット。
3. 前記強化メッシュが前記第１の主表面及び前記第２の主表面と概ね同一平面内にある、請求項１又は２に記載の強化マット。
4. 前記強化メッシュが、セラミック繊維、ガラス繊維、ポリマー性繊維又はそれらの組み合わせにより形成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の強化マット。
5. 前記強化メッシュが、前記マットの有機成分の総重量の約０．４〜約２．０重量％を占めるポリマー繊維により形成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の強化マット。
6. 前記強化メッシュの前記離間された非金属繊維が、少なくとも約１．５ｍｍの最小距離で離間されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の強化マット。
7. 前記強化メッシュの前記離間された非金属繊維が、少なくとも約１．５ｍｍ〜少なくとも約８．０ｍｍの最小距離で離間されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の強化マット。
8. 前記強化メッシュの前記離間された非金属繊維が、約１．５ｍｍ〜約２５ｍｍの距離で離間されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の強化マット。
9. 前記強化メッシュの前記離間された非金属繊維が、約８．０ｍｍ〜約１５ｍｍの距離で離間されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の強化マット。
10. 前記強化メッシュの前記離間された非金属繊維が、互いに交差しないように配置された、請求項１〜９のいずれか一項に記載の強化マット。
11. 前記強化メッシュの前記離間された非金属繊維が、互いに重なり合うように、及び離間され、かつ、重なり合う前記メッシュの非金属繊維により画成される空隙を有する網を形成するように配置された、請求項１〜９のいずれか一項に記載の強化マット。
12. 前記空隙が少なくとも約２．２５ｍｍ^２の最小網目サイズを有する、請求項１１に記載の強化マット。
13. 前記空隙が少なくとも約２．２５ｍｍ^２〜少なくとも約６４．０ｍｍ^２の最小網目サイズを有する、請求項１１又は１２に記載の強化マット。
14. 前記空隙が少なくとも約２．２５ｍｍ^２〜約６２５ｍｍ^２の最小網目サイズを有する、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の強化マット。
15. 前記強化マットの有機成分総重量の全てに相当する有機バインダーを更に有する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の強化マット。
16. 前記強化マットの有機成分総重量が、前記強化マットの総重量の約２．５％以下である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の強化マット。
17. 前記強化マットの有機成分総重量が、前記強化マットの総重量の約１．５％以下である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の強化マット。
18. 前記強化マットは、汚染防止装置の筐体内に汚染防止用要素を取り付けるための取り付けマットとして使用するために寸法付けされている、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のマット。
19. 汚染防止装置内の円錐端部領域内で絶縁するための絶縁体として使用するために寸法付けされている、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の強化マット。
20. 汚染防止用要素、及び筐体内に配置された請求項１〜１９のいずれか一項に記載の強化マットを備える汚染防止装置。
21. 前記強化マットが、前記汚染防止用要素と前記筐体との間に配置された取り付けマットである、請求項２０に記載の装置。
22. 前記筐体が円錐端部領域を有し、前記強化マットが前記円錐端部領域内に配置された絶縁体である、請求項２０に記載の装置。
23. 内燃エンジンの排気システムであり、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の前記汚染防止装置を備える、排気システム。
24. 請求項２３に記載の排気システムを備える内燃エンジン。
25. 請求項１〜１９のいずれか一項に記載の強化マットの製造方法であって、
    セラミック繊維を有する第１の層を形成する工程と、
    セラミック繊維を有する第２の層を形成する工程と、
    前記第１の層の主表面と前記第２の層の主表面との間に前記メッシュを挟む工程と、
    前記メッシュの前記空間の少なくとも一部分を貫いて、前記マットの前記第１の層及び前記第２の層が一体化して結合されるように、前記第１の層の主表面及び前記第２の層の主表面を互いに接合する工程と、
    内燃エンジンの排気システム内の汚染防止装置内に汚染防止用要素を取り付けるための取り付けマットとして、又は汚染防止装置内で１つの領域を絶縁するための絶縁体として使用するために前記マットを寸法付けする工程とを含み、
    製造されるマットが、前記マットの総重量の約５％以下の有機成分総重量を有する、強化マットの製造方法。
26. 前記第１の層及び前記第２の層の少なくとも１つが湿式プロセスを使用して形成される、請求項２５に記載の製造方法。
27. 前記第１の層の主表面及び前記第２の層の主表面が、補助的な接着手段を用いることなく互いに接合され、少なくともセラミック繊維が前記強化メッシュの前記空間を貫いて、前記第１の層から前記第２の層へと通過する、請求項２５又は２６に記載の製造方法。
28. 前記第１の層の主表面及び前記第２の層の主表面が補助的接着手段を用いて互いに接合される、請求項２５又は２６に記載の製造方法。

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