JP2012213908A - ハニカム構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミック原料、有機バインダー及び水を含有しゲル化温度が48〜58℃の成形原料を連続押出成形装置に投入し、連続押出成形装置によって成形原料を混練するとともに混練された成形原料を押出成形してハニカム成形体を作製する成形工程と、ハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を作製する焼成工程とを有するハニカム構造体の製造方法。
【選択図】なし
Description
本発明のハニカム構造体の製造方法一の実施形態は、セラミック原料、有機バインダー及び水を含有しゲル化温度が48〜58℃の成形原料を連続押出成形装置に投入し、連続押出成形装置によって「成形原料を混練するとともに混練された成形原料を押出成形してハニカム成形体を作製する」成形工程と、ハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を作製する焼成工程とを有するものである。
本実施形態のハニカム構造体の製造方法は、成形工程の前に、成形原料を作製するための成形原料調製工程を有してもよい。
成形工程は、セラミック原料及び水を含有しゲル化温度が48〜58℃の成形原料を連続押出成形装置に投入し、連続押出成形装置によって「成形原料を混練するとともに混練された成形原料を押出成形して」ハニカム成形体を作製する工程である。このように、本実施形態のハニカム構造体の製造方法においては、連続押出成形装置を用いて成形原料からハニカム成形体を作製するため、生産性(単位時間当たりの生産量)を向上させることができる。また、成形原料のゲル化温度が48〜58℃であるため、連続押出成形装置内で成形原料がゲル化(固化)することを防止することができる。
ハニカム成形体を焼成する前に、ハニカム成形体を乾燥させる乾燥工程を有しても良い。乾燥方法としては、特に制限はなく、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等を挙げることができる。これらの乾燥方法は、単独で用いることもできるし、組み合わせて用いることができる。これらの乾燥方法の中でも、成形体全体を迅速かつ均一に乾燥することができる点で、誘電乾燥が好ましい。乾燥条件は、特に限定されず、ハニカム成形体に含有される水分量等によって、適宜決定することができる。
次に、ハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を作製する。ハニカム成形体は、仮焼した後に焼成することが好ましい。ハニカム成形体を乾燥した場合には、乾燥したハニカム成形体を仮焼することが好ましい。「仮焼」とは、ハニカム成形体中の有機物(有機バインダー、吸水性樹脂等)を燃焼させて除去する操作を意味する。一般に、バインダー(有機バインダー)の燃焼温度は100〜300℃程度、吸水性樹脂の燃焼温度は200〜800℃程度であるので、仮焼温度は200〜1000℃程度とすればよい。仮焼時間としては特に制限はないが、通常は、10〜100時間程度である。
作製するハニカム構造体の特性(セル密度、隔壁厚さ、隔壁の気孔率、隔壁の平均細孔径、等)は、用途に合わせて適宜決定することができる。
本発明のハニカム成形体の成形方法の一の実施形態は、セラミック原料、有機バインダー及び水を含有しゲル化温度が48〜58℃の成形原料を連続押出成形装置に投入し、前記連続押出成形装置によって前記成形原料を混練するとともに混練された前記成形原料を押出成形してハニカム成形体を作製する方法である。本実施形態のハニカム成形体の成形方法は、上記本発明のハニカム構造体の製造方法における成形工程と同じ条件であることが好ましい。それにより、連続押出成形装置内で成形原料がゲル化(固化)することを防止することができる。
セラミック原料(コージェライト化原料)として、タルク41質量%、カオリン19質量%、アルミニウム酸化物25質量%、及びシリカ15質量%を混合したものを使用した。コージェライト化原料に、水(分散媒)、メチルセルロース(有機バインダー)、乾燥状態の吸水性樹脂を添加し、混合して成形原料とした。成形原料中のコージェライト化原料の含有量は69.9質量%であり、成形原料中の水の含有量は23.8質量%であり、成形原料中のメチルセルロース(有機バインダー)の含有量は6.0質量%であり、成形原料中の乾燥状態の吸水性樹脂の含有量は0.3質量%であった。
連続押出成形装置にてハニカム成形体を成形し、乾燥させた後、外壁のクラック及び残存水分量を測定した。クラックの発生がなく、且つ、残存水分量が0質量%であれば、乾燥性を「良」とした。クラックが発生するか、又は残存水分量が0質量%を超えた場合は、乾燥性を「不良」とした。
セラミック原料100gに、成形原料の組成比になるように、バインダー、吸水性樹脂を乾式混合し、界面活性剤、水を加えて、英弘精機社製、「PolyLab QC(商品名)」にて混練した。その際に10℃から80℃まで2℃/分で混練槽を昇温し、混練トルクが急激に上昇し始める温度を、当該成形原料のゲル化温度とした。この方法を「温調混練試験方法」と称する。
連続押出成形装置にてハニカム成形体を成形し、乾燥前のハニカム成形体を測定装置の載置台に横置きして(測定装置の載置台の上面(鉛直方向上側の面)に、側面が接するように(セルの延びる方向が、載置台の上面と平行になるように)ハニカム成形体を置き)、横置きのまま鉛直方向上下から圧縮し、ハニカム成形体が変形した際の荷重値を保形性とした。測定装置は今田製作所社製、「引張圧縮試験機(商品名)」を使用した。この方法を「生成形体圧縮法」と称する。尚、ハニカム成形体を載置台に横置きする際には、一部の隔壁の表面が水平面に平行になる(残部の隔壁の表面の方線が水平面に平行になる)ようにした。
JIS K7199に準拠した方法で、押出荷重値を測定する。具体的には、島津製作所社製の「オートグラフ AG−5000A(商品名)」を用いて、成形原料を一定体積流量で押し出すときの、圧力(押出荷重値)を測定する。「オートグラフ AG−5000A」は、シリンダと、シリンダ内を往復移動することができ、先端(押出方向の先端)に圧力センサが取り付けられたピストンと、シリンダの押出方向側の端部に装着されたスリットダイとを備えた装置である。ここで、「押出方向」とは、下記「薄板」が押し出される方向である。また、「オートグラフ AG−5000A」は、シリンダ内径(直径)が25mmであり、スリットダイの「押出方向に直交する断面」におけるスリットの形状(スリットの出口開口部の形状)が、0.1mm×2.5mmの長方形であった。「オートグラフ AG−5000A」を用いて成形原料を押し出す際には、まず、成形原料をシリンダに充填し、ピストンを1mm/分の速さで押出方向に移動させて成形原料を押し、成形原料をスリットダイ出口から押し出して薄板を形成する。このようにして薄板を形成する際の、ピストンの先端に取り付けられた「圧力センサ」の測定値を、押出荷重値とする。押出荷重値が小さいほど、成形原料の流動性は良好であり、15MPa以下が好ましい。
成形原料中の有機バインダー及び吸水性樹脂の含有量を表1に示すように変化させ、有機バインダー及び吸水性樹脂の含有量の変化分を水の含有量で調整した以外は、実施例1と同様にしてハニカム構造体を作製した。実施例1の場合と同様にして、「ハニカム成形体の乾燥性」、「保形性」及び「押出荷重値」を測定した。結果を表1に示す。
Claims (6)
- セラミック原料、有機バインダー及び水を含有しゲル化温度が48〜58℃の成形原料を連続押出成形装置に投入し、前記連続押出成形装置によって前記成形原料を混練するとともに混練された前記成形原料を押出成形してハニカム成形体を作製する成形工程と、
前記ハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を作製する焼成工程とを有するハニカム構造体の製造方法。 - 前記成形原料が、ゲル化温度65〜85℃の前記有機バインダーを3.0〜6.0質量%含有するものである請求項1に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記成形原料が、吸水性樹脂を0.3〜2.0質量%含有するものである請求項1又は2に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記成形原料中の前記吸水性樹脂の含有量をy質量%とし、前記成形原料中の前記有機バインダーの含有量をx質量%としたときに、yとxとの関係が、下記式(1)で示される関係である請求項1〜3のいずれかに記載のハニカム構造体の製造方法。
y≧−0.41x+2.67 ・・・ (1) - 前記連続押出成形装置によって前記成形原料を混練するとともに混練された前記成形原料を押出成形する際の、押出速度が80〜200mm/秒である請求項1〜4のいずれかに記載のハニカム構造体の製造方法。
- セラミック原料、有機バインダー及び水を含有しゲル化温度が48〜58℃の成形原料を連続押出成形装置に投入し、前記連続押出成形装置によって前記成形原料を混練するとともに混練された前記成形原料を押出成形してハニカム成形体を作製するハニカム成形体の成形方法。
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