JPH01286958A

JPH01286958A - 耐熱膨張性部材

Info

Publication number: JPH01286958A
Application number: JP63171336A
Authority: JP
Inventors: Satoru Hashimoto; 哲橋本; Susumu Yasuko; 保子　進
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 1988-02-29
Filing date: 1988-07-08
Publication date: 1989-11-17
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: JPH07115918B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、特に自動車のエンジンから排出される一酸化
炭素、炭化水素ならびに窒素酸化物等の有害成分を酸化
或いは還元して、排気ｎ１化を行う低公害エンジンにお
いて、触媒コンバータを構成するセラミックハニカム製
モノリス触媒の保持材として好適な例えばシート状の耐
熱膨張性部材に関する。

（従来の技術）自動車のエンジンから排出される一酸化炭素。

炭化水素ならびに窒素酸化物等の有害載物を酸化或いは
還元して排気浄化を行い、低公害エンジンを得るための
触媒として、高温特性にすぐれているセラミックハニカ
ム製モノリス触媒が好適であるとされている。

ところで、セラミックは靭性に劣るもろい性質を有して
いるから、特に自動車の走行時に発生する振動等の機械
的な引致が負荷されることによって損傷しないように、
クツション性を有する保持材を巻回して金属性のケーシ
ングに装着されている。

セラミックハニカム製モノリス触媒はエンジンの運転に
よって高温の排出ガスにさらされるから、前記保持材と
しては当然すぐれた耐熱性、つまり高温強度の低下しな
い条件が要求される。しかも、エンジンが連続運転され
て排出ガスが漸次高温化するのに伴なって、各温度領域
に相当して保持材が熱膨張しても、セラミックハニカム
製モノリス触媒に対する保持力とクツション性の低下し
ない条件が要求される。

このような条件を満足させることができるモノリス触媒
の保持材として、従来、例えば■特開昭５６−９２１５
５号公報に開示されている耐熱膨張性シートおよび■特
開昭５８−２０８１６４号公報に開示されている耐熱膨
張性シートが知られている。

前記■の耐熱膨張性シートは処理未膨張バーミキュライ
ト４０重量％、セラミック繊維４８重量％、有機結合材
としてバルブ（ＮＢＫＰ）５重量％およびアクリル酸エ
ステル７重量％からなり、前記■の耐熱膨張性シートは
セピオライト鉱物１０重量％、未処理未膨張バーミキュ
ライト４０重量％、セラミック繊ｍ３５重量％、有機結
合材としてパルプ（ＮＢＫＰ）５ｆｆｉｆｆｉ％および
アクリル酸エステル７重量％からなっている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、前記■および■の耐熱１膨張性シートでは本発
明者による実験結果に基く後記表１で明らかなように、
低温領域に相当する３００℃付近でクリープ現象による
比較的大きい負膨張を生じてがたつくことになり、セラ
ミックハニカム製モノリス触媒の保持力が著しく低下す
ることが判明した。

そこで、セラミックハニカム製モノリス触媒の保持力を
大きくするために、表１の場合よりも締付面圧を大きく
して箋験を行った結果、下記表２で明らかなように、低
温領域に相当する３００℃付近では表１と同様に比較的
大きい負膨張を生じるのにもかかわらず、高温領域に相
当する７５０℃付近では、大きく設定した締付面正によ
って熱膨張が抑えられ、熱膨張率が表１の場合よりも大
幅に小さくなり、高温領域におけるセラミックハニカム
製モノリス触媒の保持力を著しく低下させることが判明
した。また、下記表３で明らかなように、振動を繰り返
して負荷させることで残留保持力の低下が著しいことも
判明した。

本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、低温領
域および高温領域を問わず、大きい保持力が確保され、
したがって自動車走行時に発生する振動等の機械的衝撃
によるがたつきを防止してセラミックハニカム製モノリ
ス触媒の損傷を未然に防止することができる耐熱膨張性
部材を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は前記目的を達成するために本発明に係る第１の
発明は、配合率をセピオライト鉱物２０〜４０重量％と
、未処理未膨張バーミキュライト３０〜６０重量％と、
セラミック繊ｗ、２０〜４０重量％と有機結合材５〜２
０重量％にしたものである。

また、前記目的を達成するために、セピオライト鉱物２
０〜４０重量％と、処理未膨張バーミニライト３０〜６
０重量％と、セラミック繊！ａ２０〜４０重足％と、有
機結合剤５〜２０重量％と。

繊維径１終ｍ以下のＥガラス繊Ｍ１ｆ〜１０重量％にし
たものである。

（作用）前記第１の発明によれば、セピオライト鉱物を２０〜４
０重量％の比率で配合しているから３００℃付近の低温
領域における負膨張を著しく低減させて大きい保持力を
確保でき、しかも４００〜８００°Ｃの高温領域の耐熱
強度と熱膨張率が高められて高温領域においても大きい
保持力を確保できる。

また、未処理未膨張バーミキューライトを３０〜６０重
量％の比率で配合しているから、振動等の機械的衝撃を
有効に緩和し得るクツション性と、前記保持力を確保す
るための耐熱強度が向上する。

さらに、セラミック繊維を２０〜４０重量％の比率で配
合しているから高温領域における耐熱強度が向上し、前
記低温領域における負膨張を防止するとともに、特に有
機結合材が完全に消失する高温領域におけるつなぎの機
能を発揮して保持性をよくする、そして、５〜２０重量
％の比率で有機結合材を配合しているから、常温におけ
る形状保持性がよくなり取扱い性を向上させる。

また、前記第２の発明によれば、セビオライト鉱物を２
０〜４０重量％の比率で配合しているから３００″Ｃ付
近の低温領域における負膨張を著しく低減させて大きい
保持力を確保でき、しかも４００〜８００℃の高温領域
の耐熱強度と熱膨張率がさらに高められて高温領域にお
いても大きい保持力を確保できる。

また、処理未膨張バーミキュライトを３０〜６０重量％
の比率で配合しているから、振動等の機械的衝撃を有効
に緩和し得るクツション性と。

前記保持力を確保するための耐熱強度が向上する上、そ
の大きい保持力は４００℃付近から開始される膨張によ
って得られる。

さらに、セラミック繊維を２０〜４０重量％の比率で配
合しているから高温領域における耐熱強度が向上し、前
記低温領域における負膨張を防止するとともに、特に有
機結合材が完全に消失する高温領域におけるつなぎの機
能を発揮して保持性をよくする。そして、５〜２０重量
％の比率で有機結合材を配合しているから、常温におけ
る形状保持性がよくなり取扱い性を向上させる。さらに
繊維径ｌμｍのＥガラスをｔ−ｉｏ重量％の比率で配合
しているから、常温における形状保持性および高温強度
を一層向上させる。

（実施例）第１図は触媒コンバータの一例を示す概略断面図であり
、図において１はセラミックハこカム製モノリス触媒で
、その外周に耐熱膨張性シート２を巻回して２つ割りの
金属製ケーシング３に装看されており、該金属製ケーシ
ング３の外周が金属製バンド４によって締付けられてい
る。

第１の発明においては、耐熱膨張性シート２はセビオラ
イト鉱物２０〜４０重量％と、未処理未膨張バーミキュ
ライト３０〜６０重量％と、セラミック繊維２０〜４０
重量％と、有機結合材５〜２０重量％の配合比率をもっ
て抄造法によって製造されている。そして２つ割りの金
属ケーシング３と金属製バンド４は、それぞれＳ　Ｕ　
Ｓ　３０４によって形成されている。

耐熱膨張性シート２を構成するセビオライト鉱物は、そ
の結晶化度によって２種類あり、結晶度の高い繊維状の
ものはα型セピオライト、低結晶化度ないし非結晶で粉
体状のものはβ型セピオライトと呼ばれている。β型セ
ピオライトは粉体状の形態であるから、セラミック繊維
や未膨張バーミキュライトなどとのからみ合い性に劣る
ため、α型セビトライトを使用している。但し、α型と
β型を併用してもよい、また、セビオライト鉱物は、水
で練って乾燥すると固化する。さらに４００〜８００℃
で軽い焼結性が得られ、特にα型セピオライトはセラミ
ックｌａ雄やバーミキュライトによくからみ合い、しか
も、こすったり締付けたりしてもガラス繊維やセラミッ
ク繊維のように折損することがない、そのために、セビ
オライト鉱物を添加した耐熱膨張性シート２は、面圧負
荷時の３００℃付近における負膨張を防止して、セラミ
ックハニカム製モノリス触媒１の保持力を向上させる。

但し、２０重量％未満では充分な強度を確保することが
できず、４０重量％を越えると熱膨張率が低くなる。

未処理未膨張バーミキュライトは、加熱すると脱水して
はく敲膨張し、原容積の１０〜２５倍に伸張するもので
、あたかも虹状を呈するようになる。よって１膨張した
バーミキュライトは弾力性に富み大きいクツション性が
得られる。但し３９ｉ量％未満では所定の熱膨張が望め
ないし、６０重量％を超えると、軽くなって強度低下を
招く。

セラミック繊維は耐熱強度を向上させるとともに、３０
０″Ｃ付近の負膨張を防止する役目を果し、特に有機結
合材が完全に消失する高温領域におけるつなぎの機能を
発揮して保形性をよくする。

有機結合材としてはアクリレート重合体、セルローズパ
ルプ等が有利であり、５重量％未満では常温での可撓性
が不足するので５〜２０重量％の範囲にする必要がある
。

実施例１セビオライト２０重量％、未処理未膨張パーミキュライ
ト４０重量％、セラミック繊維２５重量％、有機結合材
としてパルプ（ＮＢＫＰ）５重量％およびアクリル醜エ
ステル７重量％によって、厚さ４．４ａｖ＋　、密度０
．７ｇ／ｃｍ３の耐熱膨張性シートを抄造法によって製
造した。

セピオライト鉱物は昭和鉱業株式会社製のジルコンＭＳ
２−２．未処理未膨張バーミキュライトは未焼成南アフ
リカ産１号、セラミック１ａ雄はイソライト工業株式会
社製のカオウール、パルプは針葉樹パルプＮＢＫＰ、ア
クリル酸エステルは日本ゼオン株式会社製のＬＸ８５２
を使用した。

前記耐熱膨張性シート２で、第２図に示すように、直径
４０ｍａ＋φの試料を作り、この試料に直径４０ｍｍφ
のハステロイＣ製のウェイト５をのせて血圧を負荷し、
この状態で電気炉に投入して加熱して電気炉から取出し
、冷却後にウェイト５を除去して耐熱膨張性シートｌの
厚さをダイヤルゲージで測定した結果を下記衣１．２の
Ａに示し、同一条件で厚さ測定を行った従来例■の耐熱
膨張性シートの測定結果を下記衣１，２のＢに、また従
来例■の耐熱膨張性シートの測定結果を下記衣１．２の
Ｃに示す。

表　　１締付面圧０．０８ｋｇｆ／ｃｍ２負荷時の膨張率（％）
表　　２締付面圧ＯＪＢｋｇｆ／ｃｍ２負荷時の膨張率（％）前
記表１．２において、Ａで示す本発明の耐熱膨張性シー
ト１はＢ、Ｃで示す従来例■、■の耐熱膨張性シートよ
りも３００″Ｃ（低温領域）における負膨張が小さく、
また７５０°Ｃ（高温領域）において締付面圧が高くな
ってもＢ、Ｃのように著しい膨張率の低下を示さないこ
とが判る。

第１図に示す構成の触媒コンバータにおいて、耐熱膨張
性シートのみを本発明品と従来例■、■に代え、電気炉
よって７８０℃Ｘ１５ｍ１ｎの条件で加熱した後、２時
間加振した後のセラミックハニカム製モノリス触媒の保
持力を測定した。その測定結果を下記衣３においてＡ、
Ｂ、Ｃで示す。

尚、耐熱膨張性シートは幅１００＋＊ｎ＋Ｘ長さ３３２
　ｍｍ、セラミックハニカム製モノリス触媒は長さ１２
５ｍｍに設定した。

表　　３セラミックハニカムの保持力（ｋｇｆ）前記表３におい
てＡで示す本発明の耐熱膨張性シートは保持力の低下が
きわめて小さく、４四目の加熱加振後において９０％の
残留保持力を有しているのに対してＢ、Ｃで示す従来例
■、■の耐熱膨張性シートは残留保持力がそれぞれ６１
％。

６０％まで著しく低下することを示している。

尚、前記の測定において、第３図に示す金属製の振動容
器６に触媒コンバータ７を装入し、振動数２９０ｒｐｍ
、振’ｌ’２２０ａｍによって触媒コンバータ７を振動
容器８の壁内面に激しく打ちつける加振方式を採用し、
また保持力のｌ１ｌｌ定は第４図に示すように、ロード
セル８を介して油圧プレス８によりセラミックハニカム
製モノリス触媒１に荷重をかけ、該セラミックハニカム
製モノリス触媒ｌが押下される時点の荷重を読み取るこ
とによって行った。

第２の発明においては、＃熱膨張性シート２はセピオラ
イト鉱物２０〜４０重量％と、処理未膨張バーミキュラ
イト３０〜６０重量％と、セラミック繊ｆａ２０〜４０
％と、有機結合剤５〜２０重量％と、！ａ維径径１ｇｍ
以下Ｅガラス繊Ｍｌ〜１０重量％の配合比率をもって抄
造法によって製造されている。そして２つ割りの金属ケ
ーシング３と金属製バンド４は、それぞれＳ　Ｕ　Ｓ　
３０４によって形成されている。

そして、セピオライト鉱物は前述の通り２０〜４０重量
％の範囲において、面圧負荷時の３００℃付近における
負膨張を防止して、セラミックハニカム製モノリス触媒
１の保持力を向上させる機能を発揮する。

処理米ＩＩＭ張バーミキュライトは、未処理未膨張バー
ミキュライトを炭酸１水素ナトリュム、リン酸ｌ水素ナ
トリュム、リン酸２水素ナトリユムのうちいずれかの水
溶液で処理している。このように未処理未膨張バーミキ
ュライトを前記水溶液に浸漬することによってバーミキ
ュライトの居間に存在するＭｇ及びＣａと水溶液中のＮ
ａ’がイオン交換することによって置換し加熱時に層間
の水を抜けにくくする。ざらにＨａ・は置換の際にＮａ
水和物として結合するため加熱による膨張率を高めたり
。

膨張開始温度を低下させる機能を発揮する。但し３０重
量％未満では所定の熱膨張が望めないし、６０重量％を
超えると、軽くなって強度低下を招く。

未焼成南アフリカ産１号バーミキュライト５０ｇを、溶
質１０ｇを水５０ｃｃに溶かした水溶液中に常温で２０
Ｈｒ浸漬したのち流水にて洗浄して、１０５℃Ｘ２Ｈｒ
の乾燥をおこないバーミキュライトの体積をメスシリン
ダーにて測定した、その後４００℃Ｘ３０＋ｓｉｎの加
熱処理おこなった後の体積測定結果を下記衣４に示す。

表　　４膨張率（％）前記衣４において炭酸１水素ナトリウム、リン酸ｌ水素
ナトリウム、リン酸２水素ナトリ９ム水溶液で処理する
ことによって、１００％以上の体積膨張率が得られる。

セラミック繊維は前述の通り、３００℃付近の負膨張を
防止する役目を果し、特に有機結合材が完全に消失する
高温領域におけるつなぎの機能を発揮して保形性をよく
する。

有機結合材としてはアクリレート重合体、セルローズバ
ルブ等が有利であり、５重量％未満では常温での可撓性
が不足するので５〜２０重量％の範囲にする必要がある
。

繊維径１ｇｍ以下のＥガラス繊維はシート状に抄造した
場合微細な網目状を形成しバーミキュライトや他の充填
材を捕捉しており、６００℃程度に加熱された後冷却し
た場合Ｅガラス繊維は収縮しバーミキュライトや他の充
填材をより一層捕捉しようとする。このため振動による
バーミキュライトや他の充填材の脱落を防止する機能を
発揮して常温における形状保持性および高温強度を一層
向上させる。

実施例２下記衣５に示す配合比率によって、厚さ４．４＋ａｍ密
度０．７ｇ／ｃｍ３の耐熱膨張性シートを抄造法によっ
て製造した。尚、Ａは本実施例、Ｂは比較例とする。

表　　５配合率（重量％）前記シートＡおよびＢで１５＋ａｍ幅の短冊状の試料を
作製し引張速度２００　■／ｗｉｎで引張った際の引張
強さの測定結果を下記衣６に示す、尚、数値はＡの常温
時の引張強さを指数１００として表わしている。

表　　６加熱処理後の試料の引張強さ指数前記衣６によって、繊維径１ｇｍ以下のＥガラスを配合
した場合、常温から高温に至る全温度領域において高い
強度を示すことが判る。

（発明の効果）以上説明したように、本発明に係る第１の発明の耐熱膨
張性部材は、２０〜４０重量％のセピオライト鉱物を配
合しているから、３００℃付近の低温領域において発生
するクリープ現象による負膨張が低減され、よって低温
領域での保持力が向上するとともに、７５０℃付近の高
温領域における熱膨張率が締付面圧の高い状態でも大き
くなり、高温領域での保持力を向上させることができる
。

したがって、靭性に劣るもろい特性を有しているセラミ
ックハニカム製モノリス触媒を低温領域および高温領域
にかかわらず大きい保持力でがたつくことなく適正に保
持することができるので、自動車の走行時に発生する振
動等の機械的な衝撃が負荷されることでセラミックハニ
カム製モノリス触媒が損傷する不都合を未然に防止でき
る。

また、本発明に係る第２の発明の耐熱膨張性部材は、２
０〜４０重量％のセピオライト鉱物を配合しているから
、３００℃付近の低温領域において発生するクリープ現
象による負膨張が低減され、よって低温領域での保持力
が向上するとともに、７５０℃付近の高温領域における
熱膨張率が締付面圧の高い状態でも大きくなり、高温領
域での保持力を向上させることができる。しかも、３０
〜６０重量％処理未膨張バーミキュライトによって、膨
張開始温度を６００℃から４００℃に低下させることが
できる。つまり自動車の通常走行の排ガス温度で膨張を
開始させることが可能となった。

またａｍ径ＩＩＬｍのＥガラスを１〜１０重量％添加す
ることによって膨張性部材強度と振動にょるハニカム保
持力を一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は触媒コンバータの一例を示す概略断面図、第２
図は面圧負荷方式を示す概略正面図、第３図は加振方式
を示す概略断面図、第４図は保持力の測定装置を示す概
略断面図である。２・・・耐熱膨張性シート（耐熱膨張性部材）特許出願人　日本ピラーエ業株式会社代理人　弁理士　鈴　江　孝　− 第　１　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セピオライト鉱物２０〜４０重量％と、未処理未
膨張バーミキュライト３０〜６０重量％と、セラミック
繊維２０〜４０重量％と、有機結合材５〜２０重量％か
らなることを特徴とする耐熱膨張性部材。
（２）セピオライト鉱物２０〜４０重量％と、処理未膨
張バーミキュライト３０〜６０重量％と、セラミック繊
維２０〜４０％と、有機結合剤５〜２０重量％と、繊維
径１μｍ以下のＥガラス繊維１〜１０重量％とからなる
ことを特徴とする耐熱膨張性部材。