JP7404588B1 - 無機繊維マットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、無機繊維材料に無機繊維成形体を利用する場合であっても、より成形が容易な無機繊維マットの製造方法を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の無機繊維マットの製造方法(以下、本発明の製造方法ともいう)は、ニードルマット由来の第一の無機繊維成形体及び抄造マット由来の第二の無機繊維成形体を用い、上記第一の無機繊維成形体及び上記第二の無機繊維成形体を開繊して無機繊維を得る開繊工程と、開繊された上記無機繊維を含むスラリーを用いて無機繊維マットを抄造成形する抄造成形工程と、を有することを特徴とする。
本発明の無機繊維マットの製造方法は、上記の構成であるため、無機繊維マットの成形性が優れている。ここで成形性に優れるとは、無機繊維マットの密度や厚みの制御がしやすいことを意味する。また、無機繊維としてニードルマット由来の無機繊維を用いるため、過度に開繊されておらず、製造される無機繊維マットが反発力と巻き付け性の両方を兼ね備える。
上記第一の無機繊維成形体及び/又は上記第二の無機繊維成形体が切断されていることにより、上記第一の無機繊維成形体及び/又は上記第二の無機繊維成形体が切断面を有し、切断面の無機繊維が開繊されやすいため開繊工程で無機繊維が一様に開繊されない。切断されている上記第一の無機繊維成形体及び上記第二の無機繊維成形体としては、製品や後述の端材を含む。
端材を無機繊維材料に用いることにより、端材を廃棄することなく有効利用することができる。
面積が1cm2以上であるシート状の無機繊維成形体を材料に用いることにより、無機繊維が一様に開繊されず、製造される無機繊維マットが反発力と巻き付け性の両方を兼ね備える。
上記第二の無機繊維成形体が無機バインダを含むことにより、製造される無機繊維マットにおける無機バインダの分散性が高い。
ニードルマット由来の第一の無機繊維成形体の方が、抄造マット由来の第二の無機繊維成形体より過度に開繊されず、開繊後の抄造マット由来の無機繊維の平均繊維長が、開繊後のニードルマット由来の無機繊維の平均繊維長と比べてより短くなるため、製造される無機繊維マットが反発力と巻き付け性の両方を兼ね備える。
湿式開繊のみで無機繊維の開繊を行うと、工程が簡便になる。
このようなニードルマットの端材は、繊維長が長い無機繊維の割合が高く、この端材を材料に使うことで、本発明の製造方法で得られる無機繊維マットが高い面圧を有する。
開繊工程の前に無機繊維成形体を切断しておくと、開繊工程が円滑に進行するからである。
スラリーに新品の無機繊維を添加することにより、本発明の製造方法で得られる無機繊維マットを所望の物性に調整することができる。また、新品の無機繊維と、上記無機繊維とが同じ組成であると、無機繊維の熱膨張係数が同じであるため、高温使用時に繊維間の密着部がずれることなく面圧を維持することが可能である。更に、無機繊維がAl2O3を60~80重量%含むことにより、得られる無機繊維マットの反発性及び耐熱性が向上する。
後述のように、ニードルマット由来の第一の無機繊維成形体の方が、抄造マット由来の第二の無機繊維成形体より過度に開繊されず、開繊後の抄造マット由来の無機繊維の平均繊維長が、開繊後のニードルマット由来の無機繊維の平均繊維長と比べてより短くなるため、製造される無機繊維マットが反発力と巻き付け性の両方を兼ね備える。
ニードルマットを構成する無機繊維の平均繊維長、及び、抄造マットを構成する無機繊維の平均繊維長がそれぞれ上記の範囲であると、本発明の製造方法で得られる無機繊維マットがより高い反発力とより高い巻き付け性の両方を兼ね備える。
無機繊維が、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維、及び、ムライト繊維の少なくとも1種である場合には、耐熱性に優れているので、無機繊維マットが高温に晒された場合であっても、変質等が発生することはなく、マット材としての機能を充分に維持することができる。また、無機繊維が生体溶解性繊維である場合には、製造した無機繊維マットを用いて排ガス浄化装置を作製する際に、飛散した無機繊維を吸入等しても、生体内で溶解するため、作業員の健康に害を及ぼすことがない。
アルミナシリカ繊維の組成比としては、重量比でAl2O3:SiO2=60:40~80:20であることが好ましく、Al2O3:SiO2=70:30~74:26であることがより好ましい。
アルミナシリカ繊維としては、また、Al2O3を60~80重量%含むものが挙げられる。
無機繊維マットとして使用するためには、無機繊維が一様に分布している必要があるところ、図3Bに示すように、ニードルマット由来の無機繊維11a、12aのみを用いた場合は、繊維束の存在と無機繊維の平均繊維長が長いことから、製造される無機繊維マット101の厚みを小さくすることが困難である。
無機バインダは、第一の無機繊維成形体に含まれていてもよく、第一の無機繊維成形体に含まれていなくてもよいが、第一の無機繊維成形体及び第二の無機繊維成形体の両方に含まれていることが好ましい。
保持シール材形成部分32の切り出しは、カットを効率よく行うために直線部分を多くすることや、端材33が極力発生しないようにパターンを考慮するが、保持シール材34が凹凸形状を有していると、端材33が凹凸形状を有することとなる場合がある。
本発明の製造方法では、無機繊維の材料として、このような凹凸形状を有する不揃いの端材を用いることがより好ましい。
このような折り返し部を含む端材を無機繊維マットの材料に使うことで、本発明の製造方法で得られる無機繊維マットが高い面圧を有する。
上記折り畳み積層ニードルマットは、例えば、特開2008-7933号公報に記載の方法で製造することができる。
このような開繊工程を経て、所望の繊維長分布を有する無機繊維を得ることができる。なお、無機繊維が所望の繊維長分布を有しているか、かさ密度を調べることにより確認することができる。
まず、水と、開繊された無機繊維とを含む液体を、無機繊維の濃度が0.5~2.0重量%程度となるように液体を調製する。スラリーの調製で水又は開繊された無機繊維を液体に追加する場合、攪拌機で20~120秒程度撹拌する。次に、この液体に、有機バインダを無機繊維に対して0.5~10重量%程度添加し、1~5分程度撹拌する。更にこの液体に、無機バインダを無機繊維に対して0.5~3重量%程度添加し、1~5分程度撹拌する。更に、この液体に、凝集剤を無機繊維に対して0.01~1.0重量%程度添加し、最大約2分間程度撹拌を行い、スラリーを調製する。
新品の無機繊維の平均繊維長は、所望する物性によって調整することができ、0.01mm~100mm程度が好ましい。新品の無機繊維の好ましい平均繊維径(直径)は、ニードルマットを構成する無機繊維、抄造マットを構成する無機繊維と同じである。
調製したスラリーを所望の形状の成型器に添加し、原料シートを成形し、更に脱水を行う。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、成型器内に添加されたスラリー中の水分は、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。
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
下記の表1に示すとおり、比較例1はニードルマット由来の第一の無機繊維成形体のみ用い、実施例1はニードルマット由来の第一の無機繊維成形体、及び、抄造マット由来の第二の無機繊維成形体を用いた(ニードルマット由来:抄造マット由来=70:30、重量比)。ニードルマット由来の第一の無機繊維成形体としては、Al2O3:SiO2=72:28(重量比)であるアルミナ-シリカ繊維からなり、ニードル痕の密度が21個/cm2の密度であるマットを準備した。抄造マット由来の第二の無機繊維成形体としては、Al2O3:SiO2=72:28(重量比)であるアルミナ-シリカ繊維からなる抄造マットを準備した。
比較例1では、第一の無機繊維成形体を40.0g取り出し、1.6Lの水に入れ、撹拌機(製品名:SMT-101、製造元:ASONE)を用いて、回転数が750rpm、攪拌時間が10分間の条件で攪拌して、開繊を行うことにより、無機繊維のスラリーを作製した。
また、実施例1のマットは、比較例1のマットより厚みが薄く、円柱に巻き付けても割れにくいマットとなっていた。本発明の製造方法は、巻き付け性が優れた無機繊維マットを提供することが可能であることも明らかになった。
11 ニードルマット由来の無機繊維
11a 短繊維化したニードルマット由来の無機繊維
12 交絡点の無機繊維
12a 短繊維化したニードルマットの交絡点由来の無機繊維
20 抄造マット由来の第二の無機繊維成形体
21 抄造マット由来の無機繊維
21a 短繊維化した抄造マット由来の無機繊維
31 無機繊維のマット材
31A 焼成前ニードルマット
31a 外周端
32 保持シール材形成部分
33 端材
34 保持シール材
35 無機繊維前駆体の薄層シート
36 折り返し部
100、101、102 無機繊維マット
Claims (11)
- ニードルマット由来の第一の無機繊維成形体及び抄造マット由来の第二の無機繊維成形体を用い、
前記第一の無機繊維成形体及び前記第二の無機繊維成形体を開繊して無機繊維を得る開繊工程と、
開繊された前記無機繊維を含むスラリーを用いて無機繊維マットを抄造成形する抄造成形工程と、
を有することを特徴とする無機繊維マットの製造方法。 - 前記第一の無機繊維成形体及び前記第二の無機繊維成形体の少なくとも1つが、切断されている、請求項1に記載の無機繊維マットの製造方法。
- 前記第一の無機繊維成形体及び前記第二の無機繊維成形体の少なくとも1つが、凹凸形状を有する不揃いの端材である、請求項1に記載の無機繊維マットの製造方法。
- 前記第一の無機繊維成形体及び前記第二の無機繊維成形体は、面積が1cm2以上であるシート状の無機繊維成形体である、請求項2又は3に記載の無機繊維マットの製造方法。
- 前記第二の無機繊維成形体が、無機バインダを含む、請求項1又は2に記載の無機繊維マットの製造方法。
- 前記ニードルマットを構成する無機繊維の平均繊維長が、前記抄造マットを構成する無機繊維の平均繊維長より長い、請求項1又は2に記載の無機繊維マットの製造方法。
- 前記第一の無機繊維成形体と前記第二の無機繊維成形体との合計重量に対して、第一の無機繊維成形体の割合が、5~95重量%である、請求項1又は2に記載の無機繊維マットの製造方法。
- 前記開繊を、湿式開繊のみで行う、請求項1又は2に記載の無機繊維マットの製造方法。
- 前記ニードルマットが、無機繊維前駆体の薄層シートを所定の幅に複数回折りたたんで積層させた後、焼成されることにより形成されている、請求項1又は2に記載の無機繊維マットの製造方法。
- 前記開繊工程の前に、前記第一の無機繊維成形体及び前記第二の無機繊維成形体を切断する、請求項1又は2に記載の無機繊維マットの製造方法。
- 前記スラリーが更に新品の無機繊維を含み、
前記新品の無機繊維と、前記開繊された無機繊維とが同じ組成であり、かつ、Al2O3を60~80重量%含むアルミナシリカ繊維である、請求項1又は2に記載の無機繊維マットの製造方法。
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