JP2016530408A - 実装マットにおける潤滑剤の使用、かかるマット及び実装マットの製造方法 - Google Patents

実装マットにおける潤滑剤の使用、かかるマット及び実装マットの製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、実装マットにおける潤滑剤の使用に言及しており、実装マットは、汚染防止要素をハウジング内に実装すべく製造されて、寒冷ピーク圧を低減、又は実装マットを圧縮させ、実装マットは、−無機繊維の不織マットを含み、−このマット内には潤滑剤が分散されており、−この潤滑剤は−飽和炭化水素(直鎖及び/又は分枝鎖及び/又は環状)、−オレフィン性不飽和炭化水素(直鎖及び/又は分枝鎖及び/又は環状)、−脂肪族アルコール及び脂肪酸(直鎖及び/又は分枝鎖、並びに飽和及び/又はオレフィン性不飽和)、−カルボン酸エステル、−炭酸エステル、及び/又は−シリコン油及び/又は有機官能性シラン、シロキサン(silioxanes)からなる群に属する。【選択図】図1

Description

発明の詳細な説明
[発明の分野]
本発明は、汚染防止要素を実装すべく製造される実装マットにおける、寒冷ピーク圧(コールドピーク圧)又は寒冷圧縮の低減のための潤滑剤の使用、潤滑剤を有する実装マットの製造方法、及び潤滑剤を有する実装マットに関する。
[背景技術]
汚染防止装置は、例えば、乗客車若しくはトラックのような車両に、又は大気汚染を制御するための産業用途において用いられている。そのような装置は、汚染防止要素を含む。代表的な汚染防止要素としては、触媒コンバータ及びディーゼルパティキュレートフィルタ又はトラップが挙げられる。触媒コンバータは通常、触媒を支持する壁を有するセラミックモノリシック構造体を含有する。触媒は、典型的には、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、窒素酸化物を低減することにより、大気汚染を抑制する。選択接触還元(SCR)触媒は、化学的にNOx(NO及びNO2)を窒素(N2)に還元することによって機能する。モノリシック構造はまた、金属で作られてもよい。ディーゼルパティキュレートフィルタ又はトラップは、通常、ウォールフローフィルタを含み、これは、例えば多孔質セラミック材料から作られるハニカム状モノリシック構造であることが多い。フィルタは通常、エンジン排気ガスから煤煙及びその他の排気微粒子を取り除く。これらの装置のそれぞれは、汚染防止要素を保持するハウジング(典型的には、ステンレススチールで作製される)を有する。
自動車用途において、モノリシック汚染防止要素は、しばしば、その壁厚及び1平方インチ当たりの開口部すなわちセルの数(cpsi)で表される。1970年代初期、12mil(304マイクロメートル)の壁厚及び300cpsi(47セル/cm)のセル密度を有するセラミックモノリシック汚染防止要素(「300/12モノリス」)が一般的であった。
排気ガス規制法が厳しくなるにつれて、モノリスの幾何学的表面積を増大させ、熱容量を減少させ、圧力降下を減少させるために、壁厚が低減された。標準は、例えば900/2モノリスにまで進展してきた。モノリシック構造は、薄い壁を有するので脆く、振動又は衝撃による損傷を受け易く、破壊され易い。損傷を与える力は、汚染防止装置の組立中の手荒な取扱い若しくは落下によって、エンジンの振動によって又はでこぼこ道での走行によって生じ得る。モノリスは、ロードスプレーとの接触からなど、高熱衝撃による損傷も受け易い。
それ以外にも言及すべき将来的傾向が存在する。それは、圧縮強度の低減を呈する触媒担体を使用することである。例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタの場合、アイソスタティック強度が低い(例えば0.8〜1bar(80〜100kPa))高多孔性フィルタ基板に傾向がある。レール、海洋及び産業用途などの道路以外及び停留用途向けSCRシステムにおいて触媒担体として使われる長方形の押出成形基板は、45℃未満の温度で約1bar(100kPa)の圧縮強度を有する。
セラミックモノリスは、それを収容する金属ハウジングよりも約一桁低い熱膨張係数を有する。例えば、金属ハウジングの周壁とモノリスとの間のギャップは、例えば、初めは約4mmであり、エンジンが触媒コンバータのモノリシック要素を加熱するにつれて、25℃から(自動車産業における)最大運転温度約900℃〜約530℃に達するまで、約0.33mmずつ増大し得る。金属ハウジングが経る温度変化は僅かであるが、金属ハウジングの熱膨張係数が大きい場合、ハウジングは、モノリシック要素の膨張よりも速く、より大きい辺縁サイズに膨張する。そのような温度サイクルは通常、車両の寿命の間に数百回又は数千回発生する。海洋用途において、例えば選択的な接触還元触媒の典型的な温度は250℃〜550℃である。
道路衝撃及び振動によるモノリスへの損傷を避け、熱膨張の差を補い、モノリスと金属ハウジングとの間を排気ガスが通過する(それにより例えば触媒を迂回する)のを防止するために、モノリスと金属ハウジングとの間に実装マットが配置される。ハウジング内にモノリスを設置するプロセスはキャニングとも呼ばれ、例えば、モノリスの周囲をマット材料シートで包む工程と、この包まれたモノリスをハウジング内に挿入する工程と、ハウジングを圧して閉じる工程と、ハウジングの外側縁に沿ってフランジを溶接する工程と、を含み得る。他のプロセスでは、圧力を利用することにより、モノリスをラップ済み実装マットと共に、既に閉じたハウジング内に挿入する。
典型的に、実装マット材料は、無機繊維、任意に膨張材料、有機結合剤、充填剤、及び他の補助剤を含む。モノリスをハウジング内に実装するために使用される公知のマット材料は、例えば、米国特許第3,916,057号(Hatchら)、同第4,305,992号(Langerら)、同第4,385,135号(Langerら)、同第5,254,410号(Langerら)、同第5,242,871号(Hashimotoら)、同第3,001,571号(Hatch)、同第5,385,873号(MacNeil)及び同第5,207,989号(MacNeil)、1978年8月23日公開の英国特許第1,522,646号(Wood)、1983年1月26日公開の特開昭58〜13683号公報(すなわち、特願平2〜43786号及び特願昭56〜1 12413号)、並びに1981年7月10日公開の特開昭56〜85012号公報(すなわち特願昭54〜168541号)に記載されている。
国際公開特許第2007/143,437(A2)号には、マットの製造中に潤滑性をもたらし且つ繊維ストランドを保護するようにサイズ調整され得る繊維を含む、多層実装マットが開示されている。国際公開特許第94/16,134号には、セラミック酸化物繊維を含む可撓性不織マットが開示されている。繊維の処理及び分離を促進するため、帯電防止潤滑剤が提供されてもよい。国際公開特許第2009/048,859号には、実装マットの製造方法が開示されている。一実施形態において、繊維は含浸されている。
実装マット材料は、長期間の使用にわたって動作温度の全範囲で非常に弾力的な状態のままであるべきである。同時に、汚染防止システムを容易に実装できるように設計されるべきであるが、これは、例えば脆弱な構造を実装する必要のある場合、及び/又は限られた圧力しか印加できないような四角い基板を実装する必要のある場合には、問題となる可能性がある。特に、複数の基板が1つのハウジング内に共に実装される場合には、キャニング力を強化する必要がある。実装の容易度は、マットの寒冷ピーク圧又は寒冷ピーク圧縮(P0)に強く依存する。以下、このパラメータには寒冷ピーク圧のみを使用する。寒冷ピーク圧の高い実装マットは、所望のマット実装標的密度で実装するのが困難であり得る。したがって、高熱で適用される場合でも依然としてモノリスの移動を防止するのに十分な保持力を提供する、寒冷ピーク圧を低減した実装マットに対するニーズが存在する。
上記を鑑み、排気ガス後処理要素又は汚染防止システムの実装が簡単であるという能力に関して更なる改良に対するニーズが存在する。
[発明の概要]
本発明によれば、驚くべきことに、選択された部類からの少なくとも1種の潤滑剤を使用し、それを汚染防止要素をハウジング内に実装すべく製造される実装マット内に分散させると、実装マットの寒冷ピーク圧が低減し、排気ガス後処理又は汚染防止システムの組み立てがはるかに容易になることが発見された。少なくとも1種の潤滑剤が選択され得る潤滑剤の部類は、
−飽和炭化水素(直鎖及び/又は分枝鎖及び/又は環状)、
−オレフィン性不飽和炭化水素(直鎖及び/又は分枝鎖及び/又は環状)、
−脂肪族アルコール及び脂肪酸(直鎖及び/又は分枝鎖、並びに飽和及び/又はオレフィン性不飽和)、
−カルボン酸エステル、
−炭酸エステル、及び/又は
−シリコン油及び有機官能性シラン、シロキサン(silioxanes)(例えば、アミノ官能基)
からなる群に属し、
この潤滑剤は、40℃で10〜200mm/s、より好ましくは40℃で25〜150mm/sの粘度を有する。
本発明の利点は特に、脆弱なモノリス構造(例えばセラミック構造)及び/又は四角いモノリシック基板に対して、並びに/あるいは1つのハウジング内に複数の基板が共に実装されており、キャニング力を強化する必要のある場合に当てはまる。同時に、上記の潤滑剤のうちの1つを使用して寒冷ピーク圧を低減させても、実装マットの熱周期圧(P1000)は、本質的に同じままであることが見出された。換言すれば、マット内に分散された潤滑剤を使用して寒冷ピーク圧を低減させても、熱周期圧は本質的に影響されない。本発明の発見は、以下のように説明することができる。本発明による潤滑剤は実装マット内に分散されると、繊維間の摩擦を低減させる。それ故に、マット内で繊維が相互に対して摺動し得るため、結果的に寒冷ピーク圧が低減する。熱周期圧は高温(例えば、500℃)でも良好であり、潤滑剤は劣化し、潤滑剤特性は失われる。
本発明による実装マットは、上掲の特許に記載されている無機繊維で作製された不織布であり得る。それらは、例えば、乾式プロセス又は湿式プロセスによる方法などの、任意の種類の公知の実装マット製造方法で作製され得る。
本発明による汚染防止要素又は排気ガス後処理要素は、例えば車両又は産業機械の排気ガス中の望ましくない成分の量を低減するのに用いられる、任意の種類の装置であり得る。汚染防止要素の典型例は、触媒コンバータ又はディーゼルパティキュレートフィルタである。触媒コンバータは通常、触媒を支持する壁を有するセラミックモノリシック構造体を含有する。触媒は、典型的には、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、窒素酸化物を低減することにより、大気汚染を抑制する。モノリシック構造体は、金属で作製されることもある。ディーゼルパティキュレートフィルタ又はトラップは、通常、ウォールフローフィルタを含み、これは、例えば多孔質セラミック材料から作られるハニカム状モノリシック構造であることが多い。フィルタは通常、エンジン排気ガスから煤煙及びその他の排気微粒子を取り除く。これらの装置のそれぞれは、汚染防止要素を保持するハウジング(典型的に、ステンレススチールで作製される)を有する。
本発明による潤滑剤は、可動面間の摩擦を低減すべく導入される物質、ここでは、マット内の繊維間の摩擦を低減すべくマット内に導入される物質である。潤滑剤は通常、システム(マット)内で可動部分(繊維)を分離することによって、これを行う。この結果、潤滑剤が、潤滑油の薄層を提供することによって可動部分間に物理的バリアを提供するため、繊維間の摩擦が低減する。
好適な有機由来の潤滑剤構成成分は、純粋な炭化水素及び対応する炭化水素化合物(例えば、表面接着、又は潤滑化の用途で知られている他の公の効果を開始する官能基を含有するもの)の両方を含み得る、広範な有機潤滑化合物から選択され得る。基本的に、好適な潤滑剤は、以下の部類の化合物又はそれらの混合物、すなわち、飽和炭化水素(直鎖、分枝鎖及び/又は環状)、オレフィン性不飽和炭化水素(直鎖、分枝鎖及び/又は環状)、脂肪族アルコール(直鎖及び/又は分枝鎖、並びに飽和及び/又はオレフィン性不飽和)、カルボン酸エステル、例えば、トリグリセリド、炭酸エステル、ポリエステル、シリコン油、有機官能性シラン及びシロキサン、又はその他の官能性炭化水素化合物に割り当てられ得る。
加えて、この点に関する潤滑剤及び関連製品に関する専門家の一般知識は、関連性があり、例えば「Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry」(5th Edition,Volume A15)、及び「Lubricants and Related Products」と題した要約書(pages 423〜511,Dieter Klamann,Hamburg)、及びこれに関して追加的に引用される文献を参照のこと。
飽和炭化水素(直鎖及び/又は分枝鎖及び/又は環状)の群は、例えば、アルカン及び/又はシクロアルカンを含む。オレフィン性不飽和炭化水素(直鎖及び/又は分枝鎖及び/又は環状)の群は、例えば、アルケン、環状アルケン、及び/又はアルキンを含む。脂肪族アルコール及び脂肪酸(直鎖及び/又は分枝鎖、並びに飽和及び/又はオレフィン性不飽和)の群において、特に好ましいアルコールは、C12〜C30の範囲のもの、より具体的にはC12〜C24の範囲のものである。この点に関しては、モノオレフィン性及び/又はポリオレフィン性不飽和C16〜24脂肪族アルコール並びに/あるいはC12〜20ゲルベアルコールが特に重要視される。好ましいエステルは、一塩基及び/又は多価アルコールの対応するエステルであり、直鎖の、任意に脂肪族の範囲(とりわけC12〜24)のオレフィン性不飽和モノカルボン酸の対応するエステルが特に好ましい。カルボン酸エステルの好適なエステルは、欧州特許第0,374,671号、欧州特許第0,374,672号、欧州特許第0,386,638号、欧州特許第0,386,636号及び欧州特許第535,074号などの欧州特許に記載されている。ポリエステル油は、顕著な潤滑効果により見分けられる有機成分である。炭酸エステルは、欧州特許第0,532,570号に記載されている。有機官能性シラン、シロキサンの例は、アミノ官能基シラン又はシロキサンである。
本発明による潤滑剤は実装マット内に分散されるが、これは、多かれ少なかれマットの内部に均一に分散されることを意味し得る。先に述べた通り、本発明による効果は、繊維間の摩擦を低減することによって説明できる。この効果が高まるのは、潤滑剤がマットの内部に均一に分散されている場合である。本発明による潤滑剤は、40℃で10〜200mm/s、より好ましくは40℃で25〜150mm/stの粘度を有し得る。本発明による潤滑剤は、シード油及び植物油のような再生可能資源をベースとし得る。
実装マットは、例えば、焼鈍溶融形成セラミック繊維、ゾルゲル形成セラミック繊維、多結晶繊維、ガラス繊維、アルミナシリカ繊維、非生体内耐久性アルカリ土類ケイ酸塩繊維(例えば、Unifax製「ISOFRAX」)及び/又はそれらの組み合わせなどのセラミック繊維を含み得る。
本発明による実装マットを製造するための方法は、汚染防止要素を実装するための実装マットを製造するための公知のプロセスのいずれかによって造られ得る。可能なプロセスは、乾式プロセス又は湿式プロセスである。乾式プロセスの一例は、商標名「RANDO WEBBER」でRando Machine Corp.(Macedon,NY)から市販されているもの、又は商標名「DAN WEB」でScan web Co.(Denmark)から市販されているものなどの従来のウェブ形成機械を使用したプロセスである。湿式プロセスの一例は、繊維及び添加剤を含有するスラリーからウェブが形成されるプロセスである。
本発明による実装マットは、結合剤を含み得る。結合剤の量は、1〜10重量%、好ましくは、3〜6重量%の範囲であり得る。
本発明による潤滑剤は、実装マット内に少なくとも0.5重量%、又はより好ましくは少なくとも1.0重量%の量で含有され得る。0.5重量%未満では、寒冷圧の低減(P0)は無視してよい程度である。本発明による潤滑剤は、例えば、実装マット内に3重量%の量で含有され得る。
本発明による潤滑剤は、添加剤を含有し得る。可能な添加剤パッケージは、安定剤(例えば、酸化防止剤)、腐食抑制剤、乳化破壊剤、及び耐摩耗添加剤のうちの少なくとも1つを含み得る。添加剤パッケージは通常、添加剤パッケージがないことを除いては同一の組成物と比較して、酸化耐性、熱安定性、防錆性能、極圧耐摩耗性能、消泡特性、排気性及び濾過のうちの1つ以上を向上させる。特に好適な添加剤パッケージは、Lubrizol CorporationからL5186Bという商標名で入手可能である。典型的に、添加剤は、潤滑剤組成物の総量を基準として合計約0.001重量%〜約20重量%の量で存在する。
本発明による実装マットは、汚染防止要素をハウジング内に実装する際に、汚染防止要素とハウジングとの間に配設され得る。
本発明はまた、汚染防止要素をハウジング内に実装すべく製造される実装マットの製造方法にも関し、本方法は、以下の工程:
(i)形成ワイヤの上に置かれた開放底部を有するフォーミングボックスの入口を通して繊維を供給して、形成ワイヤの上に繊維のマットを形成する工程であって、フォーミングボックスが、ハウジング内の入口とハウジング底部との間に少なくとも1列に備えられた、繊維の束を解きほぐすための複数の繊維分離ローラーと、エンドレスベルトスクリーンと、を有する、工程と、
(ii)繊維分離ローラーの下且つ前記形成ワイヤの上に位置する前記エンドレスベルトの、下位走行部上の繊維の束を捕らえる工程と、
(iii)エンドレスベルト上の捕らえられた繊維の束を繊維分離ローラー上に搬送して、捕らえられた束をベルトから解放できるようにし、且つ、ローラーに接触してローラーによって解きほぐされることができるようにする工程と、
(iv)形成ワイヤによりフォーミングボックスの外へ繊維のマットを運搬する工程と、
(v)繊維のマットを圧縮し、繊維のマットをその圧縮された状態に拘束し、それによって触媒コンバータのハウジング内に汚染防止要素を実装するのに適した望ましい厚さを有する実装マットを得る工程と、を含み、
(vi)マットの形成前、最中又は後に、繊維に対して少なくとも1種の潤滑剤を供給する。
圧縮工程は、汚染防止要素を実装するための実装マットの製造分野における任意の公知の圧縮工程(例えば、ニードルパンチ、縫合結合工程、及び/又はマットの厚さを低減させるために圧力を用いた熱結合など)であってよい。熱圧縮では、ポリオレフィン繊維又は粉末を使用して結合剤を活性化してもよいし、またプレスを使用してマットの厚さを所望の厚さまで低減させることを含めてもよい。
潤滑剤は、形成チャンバに進入する前に繊維にスプレーすることによって供給され得る。また、潤滑剤は、形成チャンバ内にスプレーすることによっても供給できる。潤滑剤はまた、前述とは異なる方法で塗布することもできる。繊維には、例えば、繊維製造業者にて又は他の任意のプロセス工程においてマット形成プロセスに導入される前に、既に潤滑剤が塗布されていてもよい。潤滑剤は、好ましくは、繊維を機械間で搬送する任意のパイプ内にスプレーしてもよいし、又は繊維から空気を分離させるダクトの端部にスプレーしてもよく、そうすることで、プロセス中に、又は繊維が運搬ベルト上で搬送されている間に、繊維が重力で次の機械の中に落下し得る。また形成チャンバ内に添加剤を直接追加して、マット形成のために選択される材料とよく混合してもよいし、又は結合方法とは独立に繊維を結合する前又は結合した後の任意の時点で形成した後、不織布に追加してもよい。形成チャンバを出た後の繊維のマットに潤滑剤をスプレーする際は、この潤滑剤を、マットに浸透して繊維のマット内に分散されるように適合させる必要がある。
本発明はまた、汚染防止要素をハウジング内に実装すべく製造される実装マットを含み、本実装マットは、
−無機繊維の不織マットと
−マット内に分散された潤滑剤とを含み、
−潤滑剤は、
飽和炭化水素(直鎖及び/又は分枝鎖及び/又は環状)、
−オレフィン性不飽和炭化水素(直鎖及び/又は分枝鎖及び/又は環状)、
−脂肪族アルコール及び脂肪酸(直鎖及び/又は分枝鎖、並びに飽和及び/又はオレフィン性不飽和)、
−カルボン酸エステル、
−炭酸エステル、及び/又は
−シリコン油及び有機官能性シラン、シロキサン(silioxanes)(例えば、アミノ官能基)
からなる群に属する。
ここで、以下の図面を参照して、本発明の特定の実施形態を例示しながら本発明をより詳細に説明する。
フォーミングボックスの概略斜視図を示す。 フォーミングボックスの概略側面図を示す。 図2に図示されたフォーミングボックスの詳細図を示す。 本発明による実装マットの製造方法の概略フローチャートを示す。 汚染防止装置の一実施形態の概略図を示す。 表2に掲げた実験の結果を用いた図表を示す。 表3に掲げた実験の結果を用いた図表を示す。
[詳細な説明]
以下に本発明の様々な実施形態を説明し、図面に示す。図中、同様の要素には同様の参照番号を付してある。
図1及び図2には、本発明による実装マットを製造するためのフォーミングボックスが示してある。このフォーミングボックスはハウジング1を含み、入口2からハウジング1内に繊維3が供給される。このフォーミングボックスは、形成ワイヤ4の上に配置されており、この形成ワイヤ4上に、形成ワイヤ4の下の真空ボックス5によって繊維3がエアレイドされて、乾燥形成プロセスによって繊維ボード6が形成される。図1では、フォーミングボックスは、ハウジング内の内部要素が見える状態で示されている。しかしながら、ハウジング壁は、透明材料から作製されてもよいし不透明材料から作製されてもよいことが理解される。
繊維3は、入口2からフォーミングボックスのハウジング1の中に吹き込まれる。図1及び2に図示するように、フォーミングボックスの中には、多くのスパイクローラー7が、1つ以上の列(例えば4列)のスパイクローラー71、72、73、74で提供される。ハウジング1内には、エンドレスベルトスクリーン8も提供される。図3に示すように、このエンドレスベルトスクリーン8には、上位走行部85と、ベルトスクリーン8が下方に移動する縦セクション88と、ベルトスクリーン7が下部形成ワイヤ5とほぼ平行に移動する下位走行部86と、上方に配向された走行部87と、を含む搬送経路が設けられている。
ベルトスクリーン8の上位走行部85に隣接して、少なくとも1つの列のスパイクローラー71が提供される。図の実施形態では、ハウジング1の異なるレベルに、2列の上位スパイクローラー71、72と、2列の下位スパイクローラー73、74が提供される。ベルトスクリーンは、2列の上位スパイクローラー71、72の間の上位走行道85と、2列の下位スパイクローラー73、74の間の下位走行道86と、によって構成される。ハウジング1に繊維3を塊で供給することができる。次に、スパイクローラー7は、形成ワイヤ5上に形成される製品6において繊維3の均等な分布を確保するために、繊維3の塊を離解するか又は裂く。繊維がフォーミングボックスの中で下方に吸引されるにつれて、繊維は、第1の列のスパイクローラー71を通過し、次にベルトスクリーン8、次に第2の列のスパイクローラー72を通過する。ベルトスクリーン8の下位走行部86では、大きすぎる繊維がベルトスクリーン8上に保持され、フォーミングボックスの上位セクションに戻されて、更に離解される。保持された繊維はベルトスクリーン7の下位走行部86の上部に捕らえられ、この上面は次に上位走行部85の下面となり、繊維はベルトスクリーン8から吸引され、繊維の塊は再びスパイクローラーによって裂かれる。
図3に図示するように、ベルトスクリーン8の上位走行部85のすぐ下のスパイクローラー72の列には傾斜が付けられる。この列72に、下の保持部から戻されてくる保持された「大きすぎる」繊維が受容される。列72において繊維3が確実に効率的に裂かれるようにするために、列72の第1のスパイクローラー72’、72’’、72’’’、72’’’’には、個々のスパイクローラー72’、72’’、72’’’、72’’’’の回転軸とベルトスクリーン8の上位走行部85との間に異なる距離が設けられる。列内の第1のスパイクローラー72’が最大距離で配置され、徐々に後続のスパイクローラー72’’、72’’’、72’’’’が近づく距離で配置されることにより、戻された大きすぎる繊維の塊が穏やかに「剥離」され、それによって、塊がベルトスクリーンから2つの隣接するスパイクローラーの間に吸引され引きずり込まれずに確実に裂かれ、離解される。
エンドレスベルトスクリーン8は、所定のパターンで設けられた閉鎖部81と開口部82とを含む。あるいは、ベルトスクリーン8は、ワイヤメッシュであってもよい。ベルトスクリーン7の開口部82及び閉鎖部分81の特定のパターンによって、ベルトスクリーン8の下位走行部86を、形成ワイヤ4上に置かれた繊維の上面と接触するように配列することにより、乾燥形成プロセスで形成される繊維ボード6上の既定の表面パターンが達成され得る。
垂直に配向された移動経路87、88では、繊維をベルトスクリーン上で緩めるために、1つ以上のスパイクローラー(図示せず)をベルトスクリーン8に隣接して設けてもよい。スパイクローラーの構成は、フォーミングボックスによってエアレイドされることになる繊維の種類に基づいて選択され得る。
フォーミングボックスの底はふるい(図示せず)を備えていてもよく、それに応じて、ベルトスクリーン8には、保持された繊維を取り除くためのブラシ手段(図示せず)が装備されていてもよい。これによって、底のふるいを洗浄するためにベルトを更に使用することができる。ブラシ手段は、ベルトスクリーンの下部走行経路の上部側から繊維を払うために設けられる部材であり得る。別の方法として、又は組み合わせで、ベルトスクリーンには、ふるい上で保持された繊維をかき混ぜる乱気流を生成するための手段が設けられてもよい。この方法によって、底ふるいを有するフォーミングボックスに、底ふるいの洗浄設備を設けることができ、ふるいの詰まりを防止するためにベルトを更に使用することができる。
上で例示したフォーミングボックスでは、入口は、ベルトスクリーン及びスパイクローラーの上に配置されて示されている。しかしながら、入口はベルトスクリーンの上部走行部の下に配置されてもよく、及び/又は複数の入口が設けられてもよい(例えば、異なる種類の繊維をフォーミングボックスに供給するために)ことが理解される。次に、これらのスパイクローラーと、実際にこのベルトスクリーンとが、フォーミングボックス内での繊維の混合を支援する。
実装マットを作製するための本方法によると、形成ワイヤ上に形成される繊維のマットは、フォーミングボックスの外へ運搬され、その後、例えば、縫合結合、又はニードルパンチ、又はポリオレフィン繊維若しくは粉末の熱結合、又は繊維マットを圧縮するためのその他の任意の公知の方法によって、実装マットを触媒コンバータのハウジング内に実装するのに適した所望の厚さに圧縮される。マットは、実装マットの圧縮された状態が、更なる取扱い、処理(例えば、所望の形状及びサイズに切断する)及びマットの触媒コンバータ内への装着の間に維持されるように拘束されるべきである。触媒コンバータ又は汚染防止装置の製造において、実装マットは、汚染防止装置のハウジング又はケーシングと、モノリスとも称される汚染防止要素との間のギャップに配置される。典型的に、ハウジングと汚染防止要素との間のギャップは、2mm〜10mmの間、例えば、3mm〜5mmの間で変動する。ギャップサイズは、汚染防止装置の特定の設計次第で、一定となる場合もあれば、汚染防止要素の周縁に沿って変動する場合もある。
繊維又は繊維配合物は、通常、ファンにより生成された空気流によって、ある設備から別の設備に搬送される。この種の運搬手段を使用している間、市販のファン、いわゆる給油器を使用して、潤滑剤を繊維ストリームにスプレーできる。繊維ストリームは、形成チャンバのハウジング1(図1)内に直接進入し得る。
コンベヤーベルトを繊維の搬送に使用する場合は、任意の生産工程において繊維を運搬するコンベヤーベルトに潤滑剤をスプレー(sparing)することにより潤滑剤を塗布することが可能である。潤滑剤は、重力又は勾配又は毛管力だけを利用して、繊維のバルクに浸透することができる。潤滑化は形成チャンバより前に起こることが好ましい。これにより、潤滑剤が繊維の表面により等しく分散されることが保証される。
図4は、本発明による方法の実施形態の概略図である。これは、潤滑剤が実装マットの製造プロセスに供給される可能性を示す。1つの選択肢は、潤滑剤を繊維の空気流内にスプレーすること(矢印A)により供給することである。もう1つの選択肢は、潤滑剤を形成チャンバ内にスプレーすること(矢印B)により供給することである。
繊維の表面にできるだけ等しくに被覆するためには、小さい液滴を生成するのが好ましい。それ故に、1つの選択肢として、3M(商標)Accuspray(商標)Systemとしても知られる調整式圧縮空気入口を備えるスプレーガンを使用できる。このシステムは、高固形分クリアコーティング、及び噴霧が困難なコーティングの噴霧を増進するように設計されている。
図5に、汚染防止装置の一実施形態が例示されている。汚染防止装置10は、典型的に金属材料で作製され、通常は円錐台形状の入口端12及び出口端13を有する、ケーシング11を備える。ケーシング11内には、汚染防止要素又はモノリス20が配設される。汚染防止モノリス20の周囲を、上述の本方法に従って製造される実装マット30が囲み、ケーシング11内のモノリシック要素20をしっかりと、しかし弾力的に支持する役目を果たす。実装マット30は、ケーシング内の定位置に汚染防止モノリス20を保持し、汚染防止モノリス20とケーシング11との間のギャップを封止して、排気ガスが汚染防止モノリス20を迂回するのを防止するか、又は最小限に抑える。図4からわかるように、ケーシング11の外側は大気に曝露されている。換言すれば、装置10は、ケーシング11が収容される別のハウジングは含まない。しかしながら、別の実施形態では、トラック用触媒コンバータの例のケーシングの場合のように、汚染防止モノリスをケーシング内に保持し、次にその1つ以上を、追加的ケーシング内に収容することができる。
本発明は、以下の実施例でより詳細に説明される。これらの実施例は単に例示を目的としたものであり、添付の特許請求の範囲に限定することを意味するものではない。
試験方法
サイクル圧縮試験
サイクル圧縮試験の試験装置は、以下の要素、すなわち、最高10kNまでの力を測定可能なロードセルを有する下位固定部分と、下位固定部分から縦方向に規定された速度(「クロスヘッド速度」)で移動可能な上位部分と、を備えるZwick/RoellモデルZ010引張試験機(Zwick GmbH & CoKG,Ulm,Germanyから入手可能)と、互いに独立に少なくとも900℃まで加熱できる加熱要素をそれぞれが収容している2つのステンレススチールブロック(基部領域6cm×8cm)からなる試験用取付具と、を具備する。下位ステンレススチールブロックはロードセルにしっかりと装着され、上位ステンレススチールブロックは引張試験機の上位可動部分(クロスヘッド)にしっかりと装着されているため、ブロックの基部領域は互いの上に垂直に位置決めされる。それぞれのステンレススチールブロックは、ブロックの中央に位置づけられた熱伝対、ステンレススチールブロック間の開いた距離を測定するレーザー伸縮計(Fiedler Optoelektronik of Lutzen,Germanyから市販)を装備する。
試験対象の実装マットのサンプルは、約2インチ(50.8mm)の直径を有しており、下部ステンレススチールブロック上に直接配置した。次いで、ギャップを閉じた。実装マットを、閉ギャップとも呼ばれる既定の圧縮密度に圧縮した。閉ギャップの位置で1分間弛緩させた後に、実装マットが及ぼす圧力を記録した。この後、両方のステンレススチールブロックを、30℃/分の速度で、既定の試験温度に達するまで加熱した。この間、ステンレススチールブロック間のギャップは一定に保たれた(すなわち、レーザー伸縮計によって、金属膨張は継続的に補正された)。
加熱後、開ギャップとも呼ばれる第2の既定のマット密度になるまでギャップを開放することによって、サイクルを開始した。次いで、再度ギャップを閉ギャップの位置まで閉じた。このサイクルを1000回繰り返した。サイクル中のクロスヘッド速度は、毎分10ミリメートルであった。最後のサイクルの開ギャップの寒冷ピーク圧P0及び閉ギャップの熱周期圧P1000を記録した。
使用原料:
Isofrax 1260℃グレードS 27。アルカリ土類ケイ酸塩ウール(SiO2:70〜80重量%、MgO 18〜27重量%)、Unifrax Ltd.,UKにより市販。
未膨張バーミキュライト。3M Company,St.Paul,Mn./U.S.Aから入手可能。
Trevira 255。ポリエステル/ポリオレフィンのコア/シース構造を有する複合ステープルファイバー、Trevira GmbH,Germanyにより市販。
Q8 Puccini 29プロセス油。運動学的粘度が40℃にて29.0mm/s(ASTM D445に準拠して測定)、Kuwait Petroleum GmbH,Ratingen,Germanyにより市販。
Q8 Puccini 125プロセス油。運動学的粘度が40℃にて128.6mm/s(ASTM D445に準拠して測定)、Kuwait Petroleum GmbH,Ratingen,Germanyにより市販。
Q8 Puccini 225プロセス油。運動学的粘度が40℃にて222mm/s(ASTM D445に準拠して測定)、Kuwait Petroleum GmbH,Ratingen,Germanyにより市販。
Dakolub MB 9500プロセス油。運動学的粘度が40℃にて48.0mm/s(ASTM D445に準拠して測定)の脂肪酸のトリメチロールプロパン−トリオレイン酸塩をベースとする。Dako AG,Wiesentheid,Germanyにより市販。
カノーラ油。オメガ6及びオメガ3脂肪酸を含有する。Henry Lamotte GmbH,Germanyにより市販。
実装マットの調製
実装マット(実施例Ex.1〜Ex.9及び比較例C1及びC2)を、国際特許公開第2009/048859号に開示されている原則に従って構築された600mm幅の不織機で作製した。
この機械は、上位の5つのスパイクロールと底部の5つのスパイクロールから成るセットを2つ有し、これらが互いに対して回転する形成セクションを有する。スパイクロール対の間に金属バーが設置してある移動ベルトにより、いかなる材料の塊も形成ベルト上に落下することのないよう保証されている。
現行の実施例において、ウェブ形成プロセスに先立ってセラミック繊維を潤滑化した。この目的のため、セラミック繊維を運搬ベルト上に分散させ、開繊前セクションに通過させ、ファンで生じた空気流により、パイプを通して形成チャンバの上部に吹き込んだ。空輸中にスプレーガンを使用して、潤滑剤を繊維に塗布した。スプレーされた繊維を、形成チャンバの底部にある形成ベルト上に集めた。
各種の実装マット(実施例)の組み立て用に選択された潤滑化済み繊維及び材料を、運搬ベルトにより機械に給送した。1つの回転スパイクロールを用いて開繊前セクションに繊維を通過させ、その回転スパイクロールで形成チャンバの上部に運んだ。
その後、約1.5m/分の速度で移動している形成ベルト上に繊維を集めた。形成セクションを通過した後、複合繊維を活性化させるために、190℃の炉温で作動中の熱風炉に実装マット(実施例)を通過させた。炉を通したマットを炉から出した後に、ダブルベルトプレスを用い、当初形成された厚さを減ずる方法で直接的に圧縮した。
その後、取られた実装マット(実施例)に対し、サイクル圧縮試験を実施した。全ての実施例及び比較例において繊維マット組成は同一にされ、異なるのは使用された潤滑剤の量だけであった。
繊維マットの組成(重量部):
Isofrax繊維(64.5%);バーミキュライト(30%)及び複合繊維Trevira 255(5.5%)。上の手順を用い190℃の炉温でマットを形成した。
ローラーでマットの元の厚さを薄くして、全ての実装マットを圧縮してから、炉に入れた。
表1に、サイクル圧縮試験を実施した全ての実施例及び比較例の概要を示す。
実施例Ex.1〜Ex.9及び比較例C1のP0閉ギャップ及びP1000開ギャップのサイクル圧縮値は、表2に示される。閉ギャップとは、0.55g/cmの圧縮密度(別名:実装密度)を指す。開ギャップとは、0.50g/cmの圧縮ギャップを指す。
本発明の目標は、P1000開ギャップ値を変更することなしにP0閉ギャップ値を低減させることにある。表2は、比較例C1及び実施例1において、0.4%のPuccini 29Pプロセス油だけが添加されて、240kPaを超えたときに不利となるP0値が得られることを示す。他の全ての例ではP0値の低減が見られ、これによって、潤滑剤の量を増やすにつれてP0閉ギャップ試験の結果値の低減が増えることを示す。この結果、あらゆる場合においてP1000開ギャップの結果値は、基本的に影響を受けないままになっている。図6には、上記のデータ(dates)が図表で示される。
表3は、使用される潤滑剤の量のほかに運動学的粘度も、潤滑剤を選択する上で重要な選択要素となることを示している。
表3における結果は、1.8%でPuccini 29P〜125P、及び1.5%でPuccini 225Pの比較行である。この結果、40℃での運動学的粘度は、Puccini 29Pの29mm/sからPuccini 125Pの129mm/sに増大し、最終的にPuccini 225Pの222mm/sに達する。これによって、後に、運動学的粘度が最高値に達し、240kPを超える結果が達成される。図6には、上記のデータ(dates)が図表で示してある。

Claims (14)

  1. 汚染防止要素をハウジング内に実装すべく製造される実装マットにおける、前記実装マットの寒冷ピーク圧の低減のための、少なくとも1種の潤滑剤の使用であって、前記実装マットが
    −無機繊維の不織マットを含み、
    −前記マット内には前記潤滑剤が分散されており、
    −前記潤滑剤が
    −飽和炭化水素(直鎖及び/又は分枝鎖及び/又は環状)
    −オレフィン性不飽和炭化水素(直鎖及び/又は分枝鎖及び/又は環状)、
    −脂肪族アルコール及び脂肪酸(直鎖及び/又は分枝鎖、並びに飽和及び/又はオレフィン性不飽和)、
    −カルボン酸エステル
    −炭酸エステル、及び/又は
    −シリコン油及び/又は有機官能性シラン、シロキサン(silioxanes)からなる群に属し、
    前記潤滑剤が、40℃で10〜200mm/s、より好ましくは40℃で25〜150mm/sの粘度を有する、使用。
  2. 前記潤滑剤が再生可能資源に基づく、請求項1に記載の使用。
  3. 前記実装マットが、セラミック繊維、焼鈍溶融形成セラミック繊維、ゾルゲル形成セラミック繊維、多結晶繊維、ガラス繊維、アルミナシリカ繊維、非生体内耐久性繊維及び/又はそれらの組み合わせを含む、請求項1又は2に記載の使用。
  4. 前記実装マットが、乾式プロセス又は湿式プロセスで製造される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の使用。
  5. 前記実装マットが、1〜10重量%、好ましくは3〜6重量%の量の結合剤を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の使用。
  6. 前記潤滑剤が、前記マット内に少なくとも0.5重量%、より好ましくは少なくとも1.0重量%の量で含有される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の使用。
  7. 前記潤滑剤が、前記マット内に3重量%の量で含有される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の使用。
  8. 前記実装マットが、前記汚染防止要素と前記ハウジングとの間に配置される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の使用。
  9. 汚染防止装置において用いられる、請求項1〜8のいずれか一項に記載の実装マットの製造方法であって、実装マットは汚染防止要素をハウジング内に実装すべく製造されるものであり、
    (i)成形ワイヤの上に置かれた開放底部を有するフォーミングボックスの入口を通してガラス繊維を供給して、前記成形ワイヤの上に繊維のマットを形成する工程であって、前記フォーミングボックスが、前記ハウジング内の前記入口とハウジング底部との間に少なくとも1列に備えられた、繊維の束を解きほぐすための複数の繊維分離ローラーと、エンドレスベルトスクリーンと、を有する、工程と、
    (ii)繊維分離ローラーの下且つ前記成形ワイヤの上に位置する前記エンドレスベルトの、下位走行部上の繊維の束を捕らえる工程と、
    (iii)前記エンドレスベルト上の捕らえられた繊維の束を繊維分離ローラー上に搬送して、捕らえられた束を前記ベルトから解放できるようにし、且つ、ローラーに接触して前記ローラーによって解きほぐされることができるようにする工程と、
    (iv)前記成形ワイヤにより前記フォーミングボックスの外へ前記繊維のマットを運搬する工程と、
    (v)前記繊維のマットを圧縮し、前記繊維のマットをその圧縮された状態に拘束し、それによって触媒コンバータの前記ハウジング内に汚染防止要素を実装するのに適した望ましい厚さを有する実装マットを得る工程と、を含み、
    (vi)前記マットの形成前、最中又は後に、前記繊維に対して少なくとも1種の潤滑剤を供給する、製造方法。
  10. 前記圧縮工程が、ニードルパンチ、縫合結合工程及び/又は熱結合である、請求項9に記載の製造方法。
  11. 形成チャンバに進入する前の前記繊維に対して前記潤滑剤をスプレーする、請求項9又は10に記載の製造方法。
  12. 前記潤滑剤を形成チャンバ内にスプレーする、請求項9又は10に記載の製造方法。
  13. 形成チャンバから出た後の前記繊維のマットに前記潤滑剤をスプレーする、請求項9又は10に記載の製造方法。
  14. 汚染防止要素をハウジング内に実装すべく製造される実装マットであって、前記実装マットが、
    −無機繊維の不織マットと
    −前記マット内に分散された潤滑剤とを含み、
    −前記潤滑剤が
    −飽和炭化水素(直鎖及び/又は分枝鎖及び/又は環状)、
    −オレフィン性不飽和炭化水素(直鎖及び/又は分枝鎖及び/又は環状)、
    −脂肪族アルコール及び脂肪酸(直鎖及び/又は分枝鎖、並びに飽和及び/又はオレフィン性不飽和)、
    −カルボン酸エステル、
    −炭酸エステル、及び/又は
    −シリコン油及び/又はシラン、シロキサンからなる群に属し、
    前記潤滑剤が、40℃で10〜200mm/s、より好ましくは40℃で25〜150mm/sの粘度を有する、実装マット。
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