JP6683057B2

JP6683057B2 - 無機繊維成形体、排ガス浄化装置用マット及び排ガス浄化装置

Info

Publication number: JP6683057B2
Application number: JP2016152912A
Authority: JP
Inventors: 達也貞廣
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2036-08-03
Also published as: JP2018021276A

Description

本発明は、ニードリングされた無機繊維成形体に関する。また、本発明は、この無機繊維成形体にて構成された排ガス浄化装置用マット、即ち、排ガス浄化装置の触媒担持体の把持材及びこの排ガス浄化装置用マットを備えた排ガス浄化装置に関する。

セラミックファイバーに代表される無機繊維の成形体は、工業用断熱材、耐火材、パッキン材などの高温の状態に暴露される用途に用いられてきたが、近年では自動車用排ガス浄化装置用のクッション材（触媒把持材）、即ち、触媒担持体を金属ケーシングに収容する際に、触媒担持体に巻回され、触媒担持体と金属ケーシングの間に介装される排ガス浄化用マットとしても用いられている。

このような無機繊維成形体には、例えば断熱材として加工する際、又は自動車用の触媒把持材（マット）に加工する際、その厚みや面密度を制御するために、ニードルを抜き刺しするニードリング処理（ニードルパンチ処理）が施されるのが一般的である。このニードリング処理されたマットには、ニードルの抜刺痕（ニードル痕）が生じる。

特許文献１の図３には、無機繊維成形体原反のロールから無機繊維成形体を巻き出し、無機繊維成形体を長方形に打ち抜いて排ガス浄化装置用マットを製作する様子が示されている。この場合、マットの辺方向は原反の長手方向（ロールからの巻き出し方向）又はそれと直交方向（原反の幅方向）とされる。

特許文献１の図３では、ニードル痕は原反長手方向に一定間隔をおいて列状に、また原反幅方向に一定間隔をおいて列状にそれぞれ設けられている。

特開２０１２−１４０８８６

特許文献１の図３のようにニードル痕を設けた場合、マットの表面にはマット長手方向に並列配置された長手方向ニードル痕列と、それと直交方向に並列配置された短手方向ニードル痕列とが縦横に延在する。そして、各ニードル痕列はマット表面から凹陥する凹条（溝）を形成する。この結果、マット面には、長手方向ニードル痕列よりなる長手方向溝と、短手方向ニードル痕列よりなる短手方向溝とが形成される。この長手方向溝と短手方向溝とによって囲まれた方形領域は、マット面において方形の台状の凸部となっており、この台状部分は上面が平坦な平台状となっている。この平台状凸部は、マット面に縦横に整然と配列されている。

本発明者の研究結果によると、このように平台状凸部がマット面に縦横に整然と配列されたマットは、触媒担持体を収容するケーシング内面との摩擦抵抗が低いことが認められた。

本発明は、触媒担持体を収容するケーシング内面との摩擦抵抗が高く、触媒担持体の把持が安定する排ガス浄化装置用マットと、そのための無機繊維成形体と、このマットを用いた排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、次を要旨とするものである。

［１］無機繊維のマット状集合体で構成され、該マット状集合体の厚み方向を含む方向に延在したニードル痕を有する無機繊維成形体において、複数のニードル痕が密集したニードル痕密集部が散開して設けられており、ニードル痕密集部同士の間の凸条が蛇行して延在していることを特徴とする無機繊維成形体。

［２］［１］において、ニードル痕の平均直径が４５０〜７００μｍであることを特徴とする無機繊維成形体。

［３］［１］又は［２］において、前記蛇行のピッチＬが６〜３０ｍｍであることを特徴とする無機繊維成形体。

［４］［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記凸条は、蛇行の屈曲部がそれぞれピーク部（Ｐ_１，Ｐ_２）となっており、ピーク部（Ｐ_１，Ｐ_２）同士の間が稜線部となっていることを特徴とする無機繊維成形体。

［５］［４］において、凸条同士の間の凹部からのピーク部（Ｐ_１，Ｐ_２）の比高ｄが０．１〜６．０ｍｍであることを特徴とする無機繊維成形体。

［６］［１］ないし［５］のいずれかにおいて、前記凸条間の距離Ｍが５〜２０ｍｍであり、蛇行の幅Ｎが２〜１０ｍｍであることを特徴とする無機繊維成形体。

［７］［１］ないし［６］のいずれかに記載の無機繊維成形体を含むことを特徴とする排ガス浄化装置用マット。

［８］触媒担持体と、該触媒担持体の外側を覆うケーシングと、該触媒担持体と該ケーシングとの間に介装されたマットとを備える排ガス浄化装置において、該マットが［７］に記載のマットであることを特徴とする排ガス浄化装置。

本発明の無機繊維成形体よりなる排ガス浄化装置用マットにあっては、マットの表面に、辺と平行方向に延在する、蛇行した凸条が設けられている。この蛇行した凸条を有するマットは、平台状の凸部が縦横に配列されたマットに比べて、触媒担持体を収容するケーシング内面との摩擦抵抗が高いことが認められた。

そのため、この排ガス浄化装置用マットを用いた排ガス浄化装置は、触媒担持体の保持が安定したものとなる。

実施の形態に係る無機繊維成形体の平面図である。図１のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う無機繊維成形体表面の断面図である。無機繊維成形体表面の拡大斜視図である。無機繊維成形体表面の模式図である。ニードル痕の直径の測定方法の説明図である。ニードル痕密集部のニードル痕配置説明図である。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

本発明の無機繊維成形体は、無機繊維のマット状集合体で構成され、かつニードリング処理が施された無機繊維成形体である。

本発明の無機繊維成形体は、ニードリング処理により形成されたニードル痕を有する。即ち、ニードルをマット状集合体に抜き刺しするニードリング処理を施すと、ニードルが抜き刺しされた箇所においては、少なくとも一部の繊維がニードルによって略マット厚み方向に延在せしめられ、これによってニードル痕が形成される。

本発明の無機繊維成形体にあっては、ニードル痕は、マット面に均一に分布するのではなく、ニードル痕が局所的に密集した密集部が散開した状態にて設けられている。

本発明の無機繊維成形体においては、ニードル痕のニードル痕密度すなわちマット面の単位面積（１ｃｍ^２）当りのニードル痕の数はマット面全体の平均値として１.０〜５０．０個／ｃｍ^２、好ましくは１５．０〜４０．０個／ｃｍ^２であり、特に好ましくは２０．０〜３５．０個／ｃｍ^２あることが好ましい。非密集部におけるニードル痕のニードル痕密度の平均値は３.０個／ｃｍ^２以下特に０．４個／ｃｍ^２以下が好ましく、０個／ｃｍ^２であることが望ましい。

１つのニードル痕密集部の最外周のニードル痕を結んで得られる領域の面積（例えば、図４の場合であればドットを付した領域の面積）の平均値は、４．０〜１４４．０ｍｍ^２特に９．０〜１００．０ｍｍ^２であることが好ましく、１つの密集部は平均して４．０〜３２．０個特に６．０〜２０．０個のニードル痕にて構成されることが好ましい。

ニードル痕密集部にあっては、無機繊維成形体の表面は無機繊維成形体の厚み方向中心側に引き込まれて凹部となる。凹部同士の間は凸部となる。この凸部が無機繊維成形体表面に沿って延在することにより、無機繊維成形体表面に凸条が形成される。

図１の通り、本発明の無機繊維成形体１では、この凸条２が無機繊維成形体１よりなる方形のマットの辺と平行なＹ方向に蛇行して延在する。即ち、凸条２は、図１において右肩上り方向となる部分（後述の稜線部２ａ）と、右肩下り方向となる部分（後述の稜線部２ｂ）とが交互に連なるジグザグ状に延在している。

この実施の形態では、図１〜３のように、凸条２はジグザグ状に折れ曲る部分が、無機繊維成形体表面からの突出高さ（比高）の大きいピーク部Ｐ_１，Ｐ_２となっている。図３の通り、ジグザグに延在する凸条２の左サイドに位置するピーク部Ｐ_１と、右サイドに位置するピーク部Ｐ_２との間は、比高が比較的大きい稜線部２ａ，２ｂとなっている。

ピーク部Ｐ_１、稜線部２ｂ、ピーク部Ｐ_２、稜線部２ａが交互に連なることにより、ジグザグに延在した凸条２が無機繊維成形体１の表面に形成される。

この稜線部２ａ，２ｂと無機繊維成形体のＹ方向との交差角度θは１０〜６０°特に２５〜４５°程度が好ましい。

また、Ｙ方向におけるジグザグ蛇行のピッチ（ピーク部Ｐ_１，Ｐ_１間又はＰ_２，Ｐ_２間距離）Ｌは６〜３０ｍｍ特に１２〜１６ｍｍ程度が好ましい。Ｘ方向（Ｙ方向と直交方向）における隣接凸条２，２間の距離Ｍは５〜１５ｍｍ特に８〜１１ｍｍ程度が好ましい。凸条２の蛇行の幅Ｎは２〜１０ｍｍ特に４〜６ｍｍ程度が好ましい。凸条２，２間に形成される凹部（後述の盆地状凹部３）の最低部からのピーク部Ｐ_１，Ｐ_２の高さ（比高）は０．１〜６．０ｍｍ特に０．５〜４．０ｍｍ程度が好ましい。

図３の通り、この実施の形態では、１つの凸条２のピーク部Ｐ_１と、左側に隣接する凸条２のピーク部Ｐ_２との間に、左肩下り方向に延在した比高の低い稜線部２ｃが形成されている。また、１つの凸条２のピーク部Ｐ_１と左側に隣接する凸条２のピーク部Ｐ_２との間に、左肩上り方向に延在した比高の低い稜線部２ｄが形成されている。無機繊維成形体１の表面には、ピーク部Ｐ_１、稜線部２ｂ、ピーク部Ｐ_２、稜線部２ａ、ピーク部Ｐ_１、稜線部２ｄ、ピーク部Ｐ_２、稜線部２ｃによって四方が囲まれることにより、盆地状の凹部３が形成される。

比高の大きい稜線部２ａ，２ｂと、比高の小さい稜線部２ｃ，２ｄとが形成される理由について、図４を参照して説明する。

前述の通り、ニードル痕密集部においては、無機繊維成形体１の表面が無機繊維成形体の厚み方向中心側へ引き込まれて凹部が形成され、凹部同士の間に凸部が形成される。

図４では、ニードル痕密集部１１〜１５がそれぞれ縦１列に配列され、右から偶数番目の列のニードル痕密集部１２，１４は、奇数番目の列のニードル痕密集部１１，１３，１５の縦方向の間に位置している。上述の通り、ニードル痕密集部１１〜１５が無機繊維成形体表面の凹部となり、ニードル痕密集部同士の間は凸部となるので、図４では二点鎖線で示されるように格子状の凸条が形成される。凸条同士が交わる部分がピーク部Ｐとなる。ピーク部Ｐ同士の間が稜線部Ｑとなる。ニードル痕密集部１２，１４が正確にニードル痕密集部１１，１３，１５の縦方向の中間に位置している場合、各ニードル痕密集部１１〜１５同士の最近接距離ｅ，ｆはいずれも等しく（ｅ＝ｆ）、各稜線部Ｑの比高は等しい。

ところが、偶数番目の列のニードル痕密集部１２，１４がそれぞれ若干図４の右側にずれた場合、ニードル痕密集部１１，１２間及び１３，１４間の最近接距離は上記ｅよりも若干小さい（ｅ−α）となり、一方ニードル痕密集部１２，１３間及び１４，１５間の最近接距離は上記ｆよりも若干大きい（ｆ＋α）となり、（ｅ−α）＜（ｆ＋α）となる。

この結果、最近接距離が（ｅ−α）となるニードル痕密集部１１，１２間、１３，１４間の稜線部Ｑの比高は、最近接距離が（ｆ＋α）となるニードル痕密集部１２，１３間、１４，１５間の稜線部Ｑの比高よりも小さくなる。すなわち、最近接距離が小さいニードル痕密集部間では、無機繊維成形体表面がニードル痕密集部による引き込みの影響が強いため、稜線部Ｑの比高が小さくなる。一方、最近接距離が大きいニードル痕密集部間では、ニードル痕密集部による引き込みの影響が弱く、稜線部Ｑの比高が大きくなる。この結果、ニードル痕密集部１２，１３間、１４，１５間の稜線部は比高が大きく、一方ニードル痕密集部１１，１２間、１３，１４間では稜線部の比高が小さく、この結果、ニードル痕密集部１２，１３間、１４，１５間に、それぞれ図１のようにジグザグ状の凸条が形成される。ただし、本発明では、稜線部２ａ，２ｂの比高は稜線部２ｃ，２ｄの比高と同一でもよい。

図４に記載の各ニードル痕密集部１１〜１５同士の最近接距離ｅ及びｆの合計値の平均は１．０〜１０．０ｍｍ特に２．０〜５．０ｍｍ程度が好ましい。

本発明では、無機繊維成形体の一方の面に上記のジグザグ状の凸条が形成されていればよく、他方の面の表面構成は特に限定されない。

本発明では、ニードル痕は、無機繊維成形体１を貫通していてもよく、一方のマット面から貫入し、他方のマット面に達しないように延在してもよい。

このように、非貫通状のニードル痕が存在する場合の単位面積当りのニードル痕の数は、無機繊維成形体を単位面積当りに切り取った無機繊維成形体の一方の面のニードル痕の数と、他方の面のニードル痕の数との和としてカウントする。

実際には、無機繊維成形体の一方の面に可視光を当てると、非貫通ニードル痕及び貫通ニードル痕のいずれによっても他方の面に黒点が投影されて現われる。そこで、この黒点の数をカウントすることにより、単位面積当りのすべての貫通状のニードル痕及び非貫通状のニードル痕の数をカウントすることができる。

本発明では、ニードル痕の直径は、図５の通り、この黒点の直径方向に測定した明度分布（ピーク）の半値幅である。ニードル痕の直径は４５０〜７００μｍ特に４９０〜６００μｍであることが好ましい。

ニードル痕はマット面と垂直となっていてもよく、垂直方向に対して±７５°の範囲内で斜交してもよい。

図６は、１つのニードル痕密集部２０におけるニードル痕の配置を示すものである。
このニードル痕密集部２０にあっては、ニードル痕２１，２２及び２３において表裏側どちらからニードルが打たれたものであっても構わないが、無機繊維成形体の表側からニードルを打つことにより、ニードル痕２１，２２が形成され、無機繊維成形体の裏側からニードルを打つことによりニードル痕２３が形成されている場合とする。

ニードル痕２１，２２は、図６の縦方向に近接配列されている。各ニードル痕２１，２２の列の縦方向の平均長さｉは、通常１．０〜８．０ｍｍ特に１．５〜３．５ｍｍ程度が好ましい。各ニードル痕２１，２２の列の縦方向の平均長さは同一でも異なっていてもよいが、好ましくは同一である。
ニードル痕２１の列とニードル痕２２の列との平均間隔ｊは、通常３．５〜８．５ｍｍ特に４．５〜６．５ｍｍ程度が好ましい。

ニードル痕２３の列は、ニードル痕２１の列とニードル痕２２の列との間において縦方向に延在している。ニードル痕２３の列の平均長さｈは、通常３．０〜１０．０ｍｍ特に４．０〜７．０ｍｍ程度が好ましい。

ニードル痕２１の列とニードル痕２３の列との平均間隔及びニードル痕２２の列とニードル痕２３の列との平均間隔は同一でも異なっていてもよいが、好ましくは同一である。
ニードル痕２３の列の平均長さｈに対する各ニードル痕２１，２２の列の縦方向の平均長さｉの比は、通常０．１０以上２．６７以下であり、好ましくは０．１４以上０．８８以下である。

ニードル痕２３の列の平均長さｈに対するニードル痕２１の列とニードル痕２２の列との平均間隔ｊの比は、通常０．３５以上２．８４以下であり、好ましくは０．６４以上０１．６３以下である。

図６において、各ニードル痕２１、２２及び２３の列は、各ニードル痕２１及び２２の列がニードル痕２３の列に対して線対称に並んでいるが、各ニードル痕２１及び２２の列がニードル痕２３の列の中心点における点対称に並んでいてもよい。

＜無機繊維＞
本発明の無機繊維成形体を構成する無機繊維としては、特に制限はなく、シリカ、アルミナ／シリカ、これらを含むジルコニア、スピネル、チタニア等の単独、又は複合繊維が挙げられるが、特に好ましいのはアルミナ／シリカ系繊維、特に結晶質アルミナ／シリカ系繊維である。アルミナ／シリカ系繊維のアルミナ／シリカの組成比（重量比）は６０〜９５／４０〜５の範囲にあるのが好ましく、さらに好ましくは７０〜７４／３０〜２６の範囲である。

無機繊維の平均繊維径は３〜１０μｍ、特に５〜８μｍであることが好ましい。無機繊維の平均繊維径が大き過ぎると繊維集合体の反発力が失われ、細過ぎると空気中に浮遊する発塵量が多くなる。

＜面密度＞
本発明の無機繊維成形体の面密度（単位面積当りの質量）は、用途に応じて適宜決定されるが、好ましくは通常４００〜３０００ｇ／ｍ^２程度とされる。

＜無機繊維成形体の製造方法＞
本発明の無機繊維成形体の製造方法には特に制限はないが、通常、ゾル−ゲル法により無機繊維前駆体のマット状集合体を得る工程と、得られた無機繊維前駆体のマット状集合体にニードリング処理を施す工程とを含む方法により製造される。この方法において、ニードリング処理後は、ニードリング処理された無機繊維前駆体のマット状集合体を焼成して無機繊維のマット状集合体とする焼成工程が行われる。

以下、本発明の無機繊維成形体の製造方法を、アルミナ／シリカ系繊維成形体の製造方法を例示して説明するが、本発明の無機繊維成形体は、アルミナ／シリカ系繊維成形体に何ら限定されず、前述の如く、シリカ、ジルコニア、スピネル、チタニア或いはこれらの複合繊維よりなる成形体であってもよい。

｛紡糸工程｝
ゾル−ゲル法によりアルミナ／シリカ系繊維のマット状集合体を製造するには、まず、塩基性塩化アルミニウム、珪素化合物、増粘剤としての有機重合体及び水を含有する紡糸液をブローイング法で紡糸してアルミナ／シリカ繊維前駆体の集合体を得る。

［紡糸液の調製］
塩基性塩化アルミニウム；Ａｌ（ＯＨ）_３−ｘＣｌ_ｘは、例えば、塩酸又は塩化アルミニウム水溶液に金属アルミニウムを溶解させることにより調製することができる。上記の化学式におけるｘの値は、通常０．４５〜０．５４、好ましくは０．５〜０．５３である。珪素化合物としては、シリカゾルが好適に使用されるが、その他にはテトラエチルシリケートや水溶性シロキサン誘導体などの水溶性珪素化合物を使用することもできる。有機重合体としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド等の水溶性高分子化合物が好適に使用される。これらの重合度は、通常１０００〜３０００である。

紡糸液は、塩基性塩化アルミニウム由来のアルミニウムと珪素化合物由来の硅素の比が、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２の重量比に換算して、通常９９：１〜６５：３５、好ましくは９９：１〜７０：３０で、アルミニウムの濃度が１７０〜２１０ｇ／Ｌで、有機重合体の濃度が２０〜５０ｇ／Ｌであるものが好ましい。

紡糸液中の硅素化合物の量が上記の範囲より少ない場合は、短繊維を構成するアルミナがα−アルミナ化し易く、しかも、アルミナ粒子の粗大化による短繊維の脆化が起こり易い。一方、紡糸液中の硅素化合物の量が上記の範囲よりも多い場合は、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）と共に生成するシリカ（ＳｉＯ_２）の量が増えて耐熱性が低下しやすい。

紡糸液中のアルミニウムの濃度が１７０ｇ／Ｌ未満の場合又は有機重合体の濃度が２０ｇ／Ｌ未満の場合は、何れも、紡糸液の適当な粘度が得られずに得られるアルミナ／シリカ系繊維の繊維径が小さくなる。すなわち、紡糸液中の遊離水が多すぎる結果、ブローイング法による紡糸の際の乾燥速度が遅く、延伸が過度に進み、紡糸された前駆体繊維の繊維径が変化し、所定の平均繊維径で且つ繊維径分布がシャープな短繊維が得られない。しかも、アルミニウムの濃度が１７０ｇ／Ｌ未満の場合は、生産性が低下する。一方、アルミニウムの濃度が２１０ｇ／Ｌを超える場合又は有機重合体の濃度が５０ｇ／Ｌを超える場合は、何れも、粘度が高すぎて紡糸液にはならない。紡糸液中のアルミニウムの好ましい濃度は１８０〜２００ｇ／Ｌであり、有機重合体の好ましい濃度は３０〜４０ｇ／Ｌである。

上記の紡糸液は、塩基性塩化アルミニウム水溶液に上記Ａｌ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２比となる量の硅素化合物と有機重合体を添加し、アルミニウム及び有機重合体の濃度が上記の範囲となるように濃縮することによって調製される。

［紡糸］
紡糸（紡糸液の繊維化）は、通常、高速の紡糸気流中に紡糸液を供給するブローイング法によって行われ、これにより、アルミナ短繊維前駆体が得られる。上記の紡糸の際に使用する紡糸ノズルの構造は、特に制限はないが、例えば、特許第２６０２４６０号公報に記載されているような、エアーノズルより吹き出される空気流と紡糸液供給ノズルより押し出される紡糸液流とは並行流となり、しかも、空気の並行流は充分に整流されて紡糸液と接触する構造のものが好ましい。

また、紡糸に際しては、先ず、水分の蒸発や紡糸液の分解が抑制された条件下において、紡糸液から充分に延伸された繊維が形成され、次いで、この繊維が速やかに乾燥されることが好ましい。そのためには、紡糸液から繊維が形成されて繊維捕集器に到達するまでの過程において、雰囲気を水分の蒸発を抑制する状態から水分の蒸発を促進する状態に変化させることが好ましい。

アルミナ／シリカ系繊維前駆体の集合体は、紡糸気流に対して略直角となるように金網製の無端ベルトを設置し、無端ベルトを回転させつつ、これにアルミナ／シリカ系繊維前駆体を含む紡糸気流を衝突させる構造の集積装置により連続シート（薄層シート）として回収することができる。

上記の集積装置より回収された薄層シートは、連続的に引出して折畳み装置に送り、所定の幅に折り畳んで積み重ねつつ、折り畳み方向に対して直角方向に連続的に移動させることにより積層シートにすることができる。これにより、薄層シートの内側に配置されるため、積層シートの目付量がシート全体に亘って均一となる。上記の折畳み装置としては、特開２０００−８０５４７号公報に記載のものを使用することができる。

｛ニードリング処理工程｝
紡糸により得られたアルミナ／シリカ系繊維前駆体のマット状集合体は、次いでニードリング処理を施す。好ましくは、マット状集合体の両面からニードルによるニードリング処理が行われる。

｛焼成工程｝
ニードリング処理後の焼成は、通常９００℃以上、好ましくは１０００〜１３００℃の温度で行う。焼成温度が９００℃未満の場合は結晶化が不十分なため強度の小さい脆弱なアルミナ／シリカ系繊維しか得られず、焼成温度が１３００℃を超える場合は繊維の結晶の粒成長が進行して強度の小さい脆弱なアルミナ／シリカ系繊維しか得られない。

本発明の無機繊維成形体の用途としては、特に制限はなく、各種断熱材、パッキンなどがあるが、特に排ガス浄化装置用マットとして有用である。

排ガス浄化装置用マット等のマットにおいて、有機バインダーを含まないか、或いは有機バインダーを含む場合であっても、その含有量が１０重量％未満であることが好ましい。

マット中の有機バインダーの含有量が１０重量％以上であると、エンジン燃焼時の排ガスの高熱による有機バインダーの分解で、ＮＯ_ｘ、ＣＯ、ＨＣ等の分解ガス発生の問題が大きくなり、好ましくない。

本発明のマットに有機バインダーを用いる場合、その有機バインダーとしては、各種のゴム、水溶性高分子化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを使用することができる。

上記の有機バインダーを有効成分とする水溶液、水分散型のエマルション、ラテックス、又は有機溶媒溶液が市販されており、これらの有機バインダー液は、そのまま又は水等で希釈して用いることができ、マット中に有機バインダーを含有させるのに好適に使用することができる。なお、マット中に含有されている有機バインダーは、必ずしも１種である必要はなく、２種以上の混合物であっても何等差し支えない。

上記有機バインダーの中では、アクリルゴム、ニトリルゴム等の合成ゴム；カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等の水溶性高分子化合物；又はアクリル樹脂が好ましく、中でもアクリルゴム、ニトリルゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アクリルゴムに含まれないアクリル樹脂が特に好ましい。これらのバインダーは、有機バインダー液の調製又は入手が容易であり、またマット中への含浸操作も簡単であり、比較的低含有量としても十分な厚み拘束力を発揮し、得られる成形体が柔軟で強度に優れ、使用温度条件下で容易に分解又は焼失されることから好適に使用することができる。

本発明のマットが有機バインダーを含む場合、その含有量は特に１０重量％未満、とりわけ２．５重量％以下であることが好ましい。

本発明の排ガス浄化装置は、触媒担持体と、該触媒担持体の外側を覆うケーシングと、該触媒担持体と該ケーシングとの間に介装されたマットとを備える排ガス浄化装置であって、このマットとして、本発明のマットを用いたものである。マットは、その辺方向が、原反ロールから巻き出された無機繊維成形体の巻き出し方向と平行方向又は直交方向となるように打ち抜かれる。マットは、凸条の延在方向が触媒担持体の周方向又は軸心線と平行方向となるように触媒担持体に巻回される。マットは、ジグザグ状凸条を有する面がケーシング内周面に接するように触媒担持体に巻回される。

なお、この排ガス浄化装置の構成自体には特に制限はなく、本発明は、触媒担持体とケーシングと触媒担持体の把持体としてのマットとを備える一般的な排ガス浄化装置に適用することが可能である。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により何ら限定されるものではない。

なお、以下において、得られた無機繊維成形体のニードル痕のカウント方法及び直径測定方法並びに把持特性測定方法は以下の通りである。

＜ニードル痕のカウント方法＞
無機繊維成形体を５０×５０ｍｍの正方形に切断してサンプルとし、サンプルの一方の面から可視光を当て、他方の面に投影されるニードル痕の陰にマジックペンで点描する。この点の数をカウントしてニードル痕の位置及び１個の密集部当りのニードル痕の数を測定する。

＜ニードル痕の直径の測定方法＞
サンプルの一方の面から可視光を当て、他方の面をＣＣＤカメラにて撮像し、ニードル痕の陰の部分について図５のように明度分布図を作成し、半値幅を求めてニードル痕の直径とする。

この実施例では、無機繊維成形体の表裏面から打つことにより形成されたニードル痕の平均直径は５６０μｍであった。

＜把持特性測定方法＞
無機繊維成形体を長方形（３４０ｍｍ×１１４ｍｍ）に打ち抜いてマットとする。なお、この長方形の短辺方向は、無機繊維成形体の原反ロールの巻き出し方向とし、長辺方向はこれと直交方向とする。

このマットを円柱形の模擬触媒担持体（ＭＣナイロン製）に巻き付ける。これをステンレス鋼製のケーシングに押し込み、この押し込み時の荷重（最大荷重）を測定する。また、このようにケーシング内に押し込んだ模擬触媒担持体をケーシングから引き抜き、この際の引き抜き荷重（最大荷重）を測定する。

使用する模擬触媒担持体及びケーシングは圧入時の嵩密度によって使い分ける。嵩密度０．２６９ｇ／ｃｍ^３の場合には外径１０１．６５ｍｍの模擬触媒担持体と内径１１３ｍｍのケーシングを使用する。嵩密度０．３０５ｇ／ｃｍ^３の場合には外径１０１．６５ｍｍの模擬触媒担持体と内径１１１ｍｍのケーシングを使用する。嵩蜜度０．３４６ｇ／ｃｍ^３の場合には外径１００．７７ｍｍの模擬触媒担持体と内径１０９ｍｍのケーシングを使用する。

［実施例１］
塩基性塩化アルミニウム（アルミニウム含有量７０ｇ／Ｌ、Ａｌ／Ｃｌ＝１．８（原子比））水溶液に、シリカゾルを、最終的に得られるアルミナ繊維の組成がＡｌ_２Ｏ_３：ＳｉＯ_２＝７２：２８（重量比）となるように加え、更に、ポリビニルアルコールを加えた後、濃縮して、粘度４０ポイズ、アルミナ・シリカ含量約３０重量％の紡糸液を調製し、該紡糸液を用いてブローイング法で紡糸した。これを集綿してアルミナ／シリカ系繊維前駆体のマット状集合体を得た。このマット状集合体にニードルパンチを実施した後、１２００℃で焼成し、幅１２６０ｍｍ、厚さ１１．７ｍｍ、嵩密度０．１２８ｇ／ｃｍ^３の長尺マット状結晶質アルミナ／シリカ系繊維成形体（焼成綿）（以下、「原反」と称す場合がある。）を得た。

なお、この結晶質アルミナ／シリカ系繊維の組成比は、アルミナ／シリカ＝７２／２８（重量比）であり、マット状集合体について顕微鏡観察することにより測定した結晶質アルミナ／シリカ系繊維の平均繊維径（１００本の平均値）は５．５μｍであった。

図６は、１つのニードル痕密集部２０におけるニードル痕の配置を示すものである。

このニードル痕密集部２０にあっては、無機繊維成形体の表側からニードルを打つことにより、ニードル痕２１，２２が形成され、無機繊維成形体の裏側からニードルを打つことによりニードル痕２３が形成されている。

ニードル痕２１，２２は、図６の縦方向に近接配列されている。各ニードル痕２１，２２の列の縦方向の平均長さｉは２．５ｍｍである。ニードル痕２１の列とニードル痕２２の列との平均間隔ｊは５．５ｍｍである。ニードル痕２３の列は、ニードル痕２１の列とニードル痕２２の列との間において縦方向に延在している。ニードル痕２３の列の平均長さｈは５．５ｍｍである。

ニードル痕密集部２０を図４のニードル痕密集部１１〜１５と同様の配列にて形成した（ニードル痕密集部１１〜１５同士の最近接距離ｅ及びｆの合計値の平均３．４ｍｍ）。ただし、偶数番目のニードル痕密集部１２，１４を奇数番目のニードル痕１１，１３，１５のニードル痕密集部のＸ方向の中間よりもごく僅かに（平均して７００μｍ）Ｘ方向右側にシフトさせることにより、図１に示すジグザグ状の凸条２（Ｌ＝１３ｍｍ、Ｍ＝９．５ｍｍ）を形成した。

なお、無機繊維成形体（マット）を厚み方向に切断してピーク部Ｐ_１，Ｐ_２の凹部３からの比高ｄを測定したところ、平均して２．０ｍｍであった。
上記各長さについては、原反サンプル（縦：１０ｃｍ、横：５ｃｍ、厚さ：１１．７ｍｍ）の表面画像をマイクロスコープ（キーエンス社製）により取得し、該画像を解析することで、各長さに対して１０点測定し、該測定値の平均を記載した。

このマットを用いた場合の前記押し込み荷重（最大値）及び引き抜き荷重（最大値）を測定した結果を表１に示す。

なお、マットは、その長辺方向が触媒担持体の周方向となるように、ジグザグ状凸条を有する面がケーシングの内周面に接するように、かつ凸条が周方向となるように触媒担持体に巻き付けた。

［実施例２］
実施例１において、奇数番目のニードル痕１１，１３，１５を偶数番目のニードル痕１２，１４のＹ方向の中間に位置させることにより、各稜線部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが同一高さとなり、凸条が平面視において対称性の高い菱形を呈するようにしたこと以外は実施例１と同様にして無機繊維成形体マットを製造した。このマットにあっては、ピーク部Ｐ_１，Ｐ_２の凹部３からの比高ｄは実施例１と同一であった。

このマットを用いて前記押し込み荷重（最大値）及び引き抜き荷重（最大値）を測定した結果を表１に示す。

［比較例１］
ニードル痕密集部をマット長手方向と平行方向に並列に形成してマット表面を波板状の（即ち、多数の平行な尾根が谷を挟んで設けられた）凹凸面とした。波のピッチは６．１ｍｍ、波の高さ（尾根の谷からの比高）は７００μｍとした。その他は実施例１と同様とした。

このマットを用いて前記押し込み荷重（最大値）及び引き抜き荷重（最大値）を測定した結果を表１に示す。波の延在方向（尾根の延在方向）はマット圧入方向とした。

［実施例３，４、比較例２］
無機繊維成形体の嵩密度を０．３０５ｇ／ｃｍ^３としたこと以外は実施例１，２、比較例１と同様にしてマットを製造した。

［実施例５，６、比較例３］
無機繊維成形体の嵩密度を０．３４６ｇ／ｃｍ^３としたこと以外は実施例１，２、比較例１と同様にしてマットを製造した。

表１の通り、実施例１，２の無機繊維成形体よりなるマットは、比較例１に比べて引き抜き荷重が高く、実施例３，４の無機繊維成形体よりなるマットは、比較例２に比べて引き抜き荷重が高く、実施例５，６の無機繊維成形体よりなるマットは、比較例３に比べて引き抜き荷重が高く、それぞれ触媒担持体の把持性能に優れることが認められる。

１無機繊維成形体
２凸条
２ａ〜２ｄ稜線部
３凹部
１１〜１５，２０ニードル痕密集部
２１〜２３ニードル痕

Claims

無機繊維のマット状集合体で構成され、
該マット状集合体の厚み方向を含む方向に延在したニードル痕を有する無機繊維成形体において、
複数のニードル痕が密集したニードル痕密集部が散開して設けられており、
ニードル痕密集部同士の間の凸条が蛇行して延在していることを特徴とする無機繊維成形体。
請求項１において、ニードル痕の平均直径が４５０〜７００μｍであることを特徴とする無機繊維成形体。
請求項１又は２において、前記蛇行のピッチＬが６〜３０ｍｍであることを特徴とする無機繊維成形体。
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記凸条は、蛇行の屈曲部がそれぞれピーク部（Ｐ_１，Ｐ_２）となっており、ピーク部（Ｐ_１，Ｐ_２）同士の間が稜線部となっていることを特徴とする無機繊維成形体。
請求項４において、凸条同士の間の凹部からのピーク部（Ｐ_１，Ｐ_２）の比高ｄが０．１〜６．０ｍｍであることを特徴とする無機繊維成形体。
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記凸条間の距離Ｍが５〜２０ｍｍであり、蛇行の幅Ｎが２〜１０ｍｍであることを特徴とする無機繊維成形体。
請求項１ないし６のいずれかに記載の無機繊維成形体を含むことを特徴とする排ガス浄化装置用マット。
触媒担持体と、該触媒担持体の外側を覆うケーシングと、該触媒担持体と該ケーシングとの間に介装されたマットとを備える排ガス浄化装置において、該マットが請求項７に記載のマットであることを特徴とする排ガス浄化装置。