JPH03919A

JPH03919A - 耐熱膨張性部材

Info

Publication number: JPH03919A
Application number: JP12519189A
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: 1989-02-28
Filing date: 1989-05-18
Publication date: 1991-01-07
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPH0759885B2

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、排気浄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耐熱膨張性部材に関す
る。

［従来の技ＩＦｉ］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酸物を、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
的な衝撃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製のケーシ
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、例えば特公昭６１−３５１４３
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。

この熱膨張性シートは未処理未膨張バーミキュライトを
リン酸２水素アンモニウムの水溶液によって処理した処
理未膨張バーミキュライト４０重量％から６５重量％、
無機繊維材料２５重量％から５０重量％、無機結合材か
ら選らばれた結合材５重量％から１５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、前述の耐熱膨張性シートでは本発明者による実
験結果に基く、後記衣２および第３図のグラフで明らか
なように、低温領域に相当する２００℃〜３００″Ｃ付
近（詳しくは２００　’ｃ〜３２５°Ｃ）でクリープ現
象による比較的大きい負膨張を生じ、しかも中温領域に
相当する３５０℃〜４００℃の熱膨張量がきわめて小さ
いために、がたつきを生じることになり、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。

また、高温領域に相当する６００℃以上では、熱膨張量
が抑えられ、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
。つまり、従来の耐熱膨張性シートでは低温領域と高温
領域のそれぞれにおいて高い保持力を望むことができず
、がたつきが生じることになる。

さらに、無機結合材のみによって結合することで保形さ
れているため、高温かつ高速で流下する排ガスにさらさ
れる部分が漸次欠落して行く現象を生じて、経時的にモ
リス触媒の保持機能が消失する。即ち、耐ガスアタック
性がきわめて悪いなどの問題点を有している。

また、前述の未処理未膨張バーミキュライトをリン酸２
水素ナトリウムで処理した耐熱膨張性シートも知られて
いるが、この耐熱膨張性シートでは、低温領域の負膨張
は抑えられるものの、中温領域および高温領域における
熱膨張が小さいために、十分な保持力を期待できない（
表２および第３図参照）。

本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、低温領
域から高温領域にかけて、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するとともに、特に高温領域におけ
るクツション性を確保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し、しかも耐ガスアタック性
を向上させて経時的な保持機能の低下を回避することが
できる耐熱膨張性部材の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段］本発明にかかる第１の発明は、前記目的を達成するため
に、セビオライト鉱物１〜５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、１１
２０〜４０重量％と、有機結合材５〜２０重量％とを含
んでいるものである。

また、未処理未膨張バーミキュライトをリン酸水素アン
モニウムナトリウムの水溶液によって処理したものであ
る。

本発明にかかる第２の発明は、前記目的を達成するため
に、セビオライト鉱物２１〜３０重量％と、処理未膨張
バーミキュライト３０〜４０重量％と、セラミック繊ｉ
％ｔ２０〜４０重量％と、有機結合材５〜２０重量％と
を含んでいるものである。

［作用］第１の発明によれば、セビオライト鉱物を１〜５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６００℃以上の高温領域の耐熱強度が高められ
て高温領域においても大きい保持力を確保できるととも
に、保形性を高めて、耐ガスアタック性を向上させる。

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
めの膨張量と膨張力が大幅に向上する上、その大きい保
持力は２７５℃付近から開始される膨張によって６００
℃以上の高温領域にかけて漸増する。

さらに、セラミックＪｊｌ！雄を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、５〜２
０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。

第２の発明によればセビオライト鉱物を２１〜３０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６００　’Ｏ以上の高温領域の耐熱強度が高
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
とともに、保形性がさらに向上して、きわめてすぐれた
耐ガスアタック性を確保することができる。

また、処理未膨張バーミキュライトを３０〜４０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
めの膨張量と膨張力が比較的向上する上、その保持力は
２７５°Ｃ付近から開始される膨張によって６００″Ｃ
以上の高温領域にかけて漸増する。

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、未処理未膨張バーミキュライトをリン醜水素アン
モニウムナトリウムの水溶液で処理した処理未膨張バー
ミキュライトは、バーミキュライト中のＮａ”　とイオ
ン交換し易いもの、ＮＨａ　とイオン交換し易いものが
、この両イオンを含む水溶液によって効果的にイオン交
換され、バーミキュライトの膨張量と膨張力を増大させ
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ｌはセラミックハニ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に装着されており、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の発明にかかる耐熱膨張性シート２はセビオライト
鉱物１〜５重量％と、未膨張バーミニキライト３０〜６
０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＃ｉ！維
状のものはα型セビオライト、低結晶化度ないし非結晶
で粉体状のものはβ型セビ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型セピ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
、水で練うて乾燥すると固化する。さらに４゜０〜８０
０℃で軽い焼結性が得られ、特にα型セビオライトはセ
ラミックｍｍ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
ピ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ｌ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。

処理未膨張バーミキュライトは、未処理未膨張バーミキ
ュライトをリン酸水素アンモニウムナトリ９ムの水溶液
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、未処理バ
ーミキュライト中のＨａ”　とイオン交換し易いもの、
ＮＨ４”とイオン交換し易いものが、この両イオンを含
む水溶液によって効果的にイオン交換され、バーミキュ
ライトの膨張量、膨張力が増大される。

セラミック繊維は耐熱強度を向上させるとともに、３０
０℃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
。

南アフリカ産米膨張バーミキュライ）１０００ｇを表１
に示す水溶液中に常温で１２０）１ｒ浸漬した後、流水
にて洗浄して１０５°ＱＸ２Ｈｒの乾燥をおこない、所
定の加熱温度で３０分の加熱処理をおこなった後バーミ
キュライトの比容積をメスシリンダーにて測定した。

測定の結果を表２および第３図に示す。

表　　１処理水溶液（以下余白）表　　２加熱処理によるバーミキュライトの膨張度合（比容積ｃ
ｃ／ｇ）尚、前記表２において（）内の数値は熱膨張率％を示す
、また、バーミキュライ）１号は粒子径が０．５〜２ｍ
ｍである・前記表２においてリン醜水素アンモニウムナトリウムは
リン酸２水素アンモニウム処理にみられるような２００
〜３００℃での収縮つまり負膨張がない、またリン酸２
水素ナトリウム処理に比べて高い膨張度合（膨張量）を
示し、さらに膨張開始温度が２７５℃と早い特徴を持つ
ことが判る。

α型セビオライト４重量％処理未膨張バーミキュライト
５４重量％、セラミック繊維３０重量％、有機結合材と
して麻バルブ２重量％および合成ゴム（日本ゼオン（株
）のＮＢＲ）１０重量％によって、厚さ４．θ層層、密
度０．５〜０．８ｇ／ｃｍ３．好ましくは０．７ｇ／ｃ
＋ｓ３の耐熱膨張性シートを抄造法によって製造し、と
のシートから直径φ１５■×厚さ４．９■の資料Ａを作
成し、第２図に示すように、加熱炉５内においてロード
セル６により石英棒７Ａ、７Ａで厚さ３■に圧縮して、
約５０分で７５０℃に昇温する間の熱膨張力を測定した
、その結果を下記衣３に示す。

表　　３熱膨張力（ｋｇｆ）前記衣３によって、高温領域でも高い膨張力を得ること
が判る。特に粒子径の小さい、バーミキュライト（０号
）の方が高い膨張力を有し、かつ高温時の膨張力低下が
小さいから、自動車用セラミック触媒用保持材等の、高
温においても高い膨張力を要求されるものに適し、また
、粒子径の大きいバーミキュライト（１号）のように、
粒子径の小さいバーミキュライト（０号）よりも膨張力
の点で若干低いけれども、前記衣２で判るように、膨張
量の大きいものは、例えば構築壁の貫通孔に挿通されて
いる送電ケーブルの外周を巻回する耐火用シール材など
に適しているといえる。

第４図に示す外径φ７６ｍｍの円筒形触媒１０の外周に
本発明にかかる耐熱膨張性シート２または従来例（特公
昭６１−３５１４３号公報）の耐熱膨張性シートを巻回
し、内径φ８２．２ｍｍの金属製円筒形ケーシング１１
に装填して加熱処理を行ったのち、ゴム板１２および金
属板１３を介して、ロードセル１４により圧縮速度５０
　ｍ／ｗｉｎで円筒形触媒１０を矢印方向に押圧して、
円筒形触媒１０を押し出すのに要する押圧力、つまり耐
熱膨張性シート２の保持力を測定した６その結果を下記
衣４および第５図のグラフに示す。

（以下余白）表　　４円筒形触媒の押圧力（ｋｇｆ）前記衣４および第５図のグラフにより、従来の耐熱膨張
性シート２では、前述の負膨張によって、３２５℃の保
持力が著しく低下し、しかも６００℃以上の高温領域に
おける保持力が小さいけれども、本発明にかかる耐熱膨
張性シート２によれば、３２５℃における負膨張領域で
も保持力の大幅な低減がみられず、また６００℃以上の
高温領域において大きい保持力を確保できることが判る
。このことは、リン酸水素アンモニウムナトリウムによ
って処理されたバーミキュライトおよび従来のシートに
は配合されていないセビオライト鉱物がそれぞれ保有し
ている膨張量と膨張力の相乗作用によるものであるとい
える。

第２の発明にかかる耐熱膨張性シート２はセピオライト
鉱物２１〜３０重量％と、リン酸水素アンモニウムナト
リ９ムで処理した未膨張バーミキュライト３０〜４０重
量％と、セラミック繊維２０〜４０重量％と、有機結合
剤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。

即ち、前記第１の発明にかかる耐熱膨張性シート２に対
して、セビオライト鉱物の配合比率を大幅に高めて、高
温領域の耐熱強度を向上させ、処理未膨張バーミキュラ
イトの配合比率を若干低くして、膨張量と膨張力を少し
抑えるようにしている。したがって、この第２の発明に
かかる耐熱膨張性シートよりも膨張量と膨張力の大きい
第１の発明にかかる耐熱膨張性シート２が、４輪自動車
の排気系に装備される剛性の高い触媒コンバータへの採
用に適し、第２の発明にかかる耐熱膨張性シート２が自
動２輪車の排気系に装備される触媒コンバータ、つまり
４輪車の触媒コンバータよりも、若干、剛性の低い触媒
コンバータへの採用に適しているといえる。換言するな
らば、４輪自動車の触媒コンバータと比較して、自動２
輪車の触媒コンバータの方がハニカム製モノリス触媒ｌ
の圧縮強度が小さく、金属製ケーシング３が薄肉に形成
された剛性の低いも′のであるけれども、膨張端と膨張
力を抑えた耐熱膨張性シート２の使用によって、過剰膨
張によるモノリス触媒１の割れおよび金属製ケーシング
３の異状変形を防止することができる。

下記衣５に示す配合比率で抄造法により製造された厚さ
４．９ｎ＋ｍ　Ｘ縦横寸法２５ｍｍＸ密度０．７ｇ／ｃ
ｍ３の耐熱膨張性シートと、同じ寸法を有する従来のｒ
＃熱膨張性シートとの耐ガスアタック性を、第６図およ
び第７図に示す耐ガスアタック性試験装置を用いて測定
した。その測定結果を下記衣６に示す。

なお、第６図および第７図の耐ガスアタック性試験装置
は、複数のギャップスペーサ５０を介在して耐熱膨張性
シート２を挾持する２枚のプレー）５１．５１と、耐熱
膨張性シート２の端面に対向して矢印ｙ方向に２０サイ
クル／ｌｌ１ｉｎの速度で往復移動（トラバース量１９
．１ｍｍ）する扁平ノズル５２を有し、このノズル５２
から２．５ｋｇｆ／ｃ＋ａ２のエアーを噴出させるよう
に構成されている。

また、テストパターンは、６００℃×１時間加熱→冷却
→重量測定→３０００サイクルエアー吹付け→重量測定
→３０００サイクルエアー吹付は一重量測定である。

（以下余白）表　　５耐熱膨張性シートの配合比率（重量％）表　　６耐熱膨張性シートの重量減少率（％）前記衣６によって、本発明にかかる耐熱膨張性シートの
耐ガスアタック性が従来の耐熱膨張性シートよりも著し
くすぐれることが判る。したがって、経時的な保持機能
の低下を十分に回避することができる。このことは、セ
ピオライト鉱物を配合したことにより、保形性が向上し
たためだといえる。

セビオライト鉱物の配合比率の高い第２の発明にかかる
耐熱膨張性シートの方が、第１の発明にかかる耐熱膨張
性シートよりも耐ガスアタック性にすぐれている６した
がって、自動２輪車の排気系のように、エンジンの排気
口から触媒コンバータまでの距離が短いために、触媒コ
ンバータが高速で流下する排ガスにさらされ、耐熱膨張
性シートへのガスアタックが激しいものには、第２の発
明にかかる耐ガスアタック性にすぐれた耐熱膨張性シー
トが適しており、４輪自動車の排気系のように、エンジ
ジの排気口から触媒コンバータまでの距離が長いので、
流速が若干緩められた排ガスにさらされ、耐熱膨張性シ
ートへのガスアタックが比較的小さい触媒コンバータに
は、第１の発明にかかる耐熱膨張性シートが適している
といえる。

［発明の効果］本発明は上述のとおり構成されているので次に記載の効
果を奏する。

請求項（１）の耐熱膨張性部材においては、１〜５重量
％のセピオライトｍ物を配合しているから、３００°Ｃ
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、６００　’０以上の高温領域における耐熱強
度が高められて保持力を向上させるとともに、保形性を
高めて耐ガスアタック性を向上させることができる。そ
して、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、保持力を確保するための
膨張量と膨張力が向上する上、その大きい保持力は２７
５°Ｃから開始される膨張によって、ｓｏｏ’ｃ以上の
高温領域にかけて漸増する。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。即ち、処理未膨張バー
ミキュライトの配合率をセピオライト鉱物の配合比率よ
りも十分に高くして、特に膨張量と膨張力の増大を図り
、適度の耐ガスアタック性を確保するようにしているの
で、ハニカム製モノリス触媒の圧縮強度が大きく、また
金属製ケーシングが厚肉に形成されて高い剛性を有して
いるけれども、流速が若干緩められた排ガスにさらされ
る４輪自動車用の触媒コンバータに適している。

請求項（２）の耐熱膨張性部材においては、２１〜３０
．ｌｉ％のセピオライト鉱物を配合しているから、３０
０℃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、６００℃以上の高温領域における耐熱強
度が高められて大きい保持力を確保でき、しかも保形性
が著しく向上して、きわめてすぐれた耐ガスアタック性
を得ることができる。そして、処理未膨張バーミキュラ
イトを３０〜４０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、
保持力を確保するための膨張量と膨張力が比較的向上す
る上、その保持力は２７５°Ｃから開始される膨張によ
って、６００℃以上の高温領域にかけて漸増する。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１こ防止でき
る。即ち、セピオライト鉱物の配合比率を大幅に高くし
て、膨張量と膨張力を抑える反面、耐熱強度と保形性の
向上を図り、すぐれた耐ガスアタック性を確保するよう
にしているので、ハニカム製モノリス触媒の圧縮強度が
小さく、また金属製ケーシングが薄肉に形成されている
ので、剛性が低いけれども流速の高い排ガスにさらされ
る自動２輪車用の触媒コンバータに適している。

請求項（３）の耐熱膨張性部材においては、バーミキュ
ライトの膨張量と膨張力を低温領域から一層増大させ、
保持力を高めることができる。

【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
図は熱膨張力測定装置を示す概略正面図、第３図は処理
液によって異なるバーミキュライトの膨張度合を示すグ
ラフ、第４図は耐熱膨張性シートの保持力測定装置の説
明断面図、第５図は保持力測定結果を示す比較グラフ、
第６図は耐ガスアタック性試験装置の概略側面図、第７
図は同平面図である。２・・・耐熱膨張性部材

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セピオライト鉱物１〜５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２
０〜４０重量％と、有機結合材５〜２０重量％とを含ん
で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２１〜３０重量％と、処理未膨
張バーミキュライト３０〜４０重量％と、セラミック繊
維２０〜４０重量％と、有機結合材５〜２０重量％とを
含んでなることを特徴とする耐熱膨張性部材。
（３）処理未膨張バーミキュライトは、未処理未膨張バ
ーミキュライトをリン酸水素アンモニウムナトリウムの
水溶液によって処理したものである特許請求の範囲第１
項または第２項記載の耐熱膨張性部材。