JPH05270943A - 繊維強化多孔質体 - Google Patents

繊維強化多孔質体

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JPH05270943A
JPH05270943A JP4071235A JP7123592A JPH05270943A JP H05270943 A JPH05270943 A JP H05270943A JP 4071235 A JP4071235 A JP 4071235A JP 7123592 A JP7123592 A JP 7123592A JP H05270943 A JPH05270943 A JP H05270943A
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JP
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fiber
porous body
porous
sic
cordierite
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JP4071235A
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Takashi Yamamoto
隆士 山本
Tomohiko Nakanishi
友彦 中西
Etsuro Yasuda
悦朗 安田
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Soken Inc
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Nippon Soken Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 急激な温度勾配によって発生する熱応力によ
っても破壊しない多孔質コーディエライトを提供する。 【構成】 多孔質コーディエライトからなるマトリクス
1が、マトリクス1中の平均細孔径よりも長いSiC短
繊維4を含んでなる繊維強化多孔質体。この多孔質体は
パティキュレートトラップフィルタとして好適に用いう
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関等の排ガス中
に含まれる、カーボン等の微粒子(パティキュレート)
を捕集(トラップ)するフィルタの材質に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】自動車等の内燃機関からの排出ガス中に
は、カーボン等のパティキュレートが含まれている。こ
のパティキュレートは大気中にほとんどが排出され、大
気汚染源の1つとなっている。そこでこのパティキュレ
ートをトラップし、更に焼失させることにより、大気中
へのパティキュレートの放出を抑える必要が高まってき
た。
【0003】パティキュレートトラップ用フィルタとし
てフォームフィルタあるいはハニカムフィルタ等のセラ
ミックフィルタが提案されている。このようなフィルタ
は、通常、トラップしたパティキュレートを定期的に燃
焼するという再生を行いながら長時間使用することにな
る。この再生処理は一般に、フィルタの外部に設けたヒ
ータやバーナ等の外部着火手段により行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする手段】しかしパティキュレー
トが燃焼伝幡する場合に、燃焼している高温部分とそう
でない低温部分との間に急激な温度勾配が生じ、そこで
発生する熱応力でフィルタが破壊されるという問題点が
ある。
【0005】本発明は、このような問題点を解決するた
めのものであり、その目的とするところは、急激な温度
勾配によって発生する熱応力によっても破壊しない材質
を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の態様は、
多孔質コーディエライトからなるマトリクスが、該マト
リクス中の平均細孔径よりも長いSiC短繊維を含んで
なる繊維強化多孔質体である。
【0007】本発明の第2の態様は第1の態様の繊維強
化多孔質体からなるパティキュレートトラップフィルタ
である。
【0008】前記マトリクスの材料はコーディエライト
である。それは耐熱性にすぐれ、なおかつ熱膨張係数が
小さいからである。
【0009】又、短繊維の材質はSiCである。それは
前記のマトリクス材料であるコーディエライトより強度
が強く、コーディエライトが焼結する時に不活性雰囲気
中であればコーディエライトと反応しないからである。
【0010】前記多孔質体は、細孔容積が0.3〜1.
0ml/gが好ましく、平均細孔径が5〜100μmであ
ることが好ましい。この多孔質体をパティキュレートト
ラップフィルタ特にデーゼルパティキュレートトラップ
フィルタとして使用するとき、細孔容積が0.3ml/g
より小さいか、又は平均細孔径が5μmより小さいとフ
ィルタとしての通気抵抗が高くなり過ぎ、エンジン側へ
の負荷が大きくなって実用的でなくなるおそれがあるか
らである。
【0011】一方細孔容積が1.0ml/gを越えるか、
又は平均細孔径が100μmを越えるとパティキュレー
トは吹き抜けてしまい、フィルタとしての役目を果さな
くなるおそれがあるからである。
【0012】SiC短繊維の長さがマトリクス中の平均
細孔径よりも長くなければならない理由は実施例、比較
例の後の考察のところで詳述する。
【0013】マトリクスのSiC短繊維の含量はマトリ
クス100重量部に対して0.5〜50重量部が好まし
い。0.5重量部より少ないとSiC短繊維を添加した
効果の発現が不充分であるからである。一方50重量部
より多いと性能の大幅な向上は期待できないからであ
る。
【0014】前記SiC短繊維の径は1〜50μmが好
ましい。1μmより小さいとSiC短繊維の製造が極端
に難しくなり、添加量を増やさないとその効果がなくな
るからである。一方50μmより大きいと繊維形状を保
持するのが困難であるからである。
【0015】
【実施例】以下に実施例及び比較例を示す。これらの例
において「部」とは重量基準である。 実施例1 溶融シリカ:17.79部、粗目タルク:36.24
部、水酸化アルミニウム(昭和電工社製、商品名ハイジ
ライトH−32):22.99部、水酸化アルミニウム
(昭和電工社製、商品名ハイジライトH−42):2
2.99部、カーボンSGP50:20部、そして直径
約10μm、長さ約3mmのSiC短繊維(日本カーボン
社製、商品名:ニカロン):10部を調合する。これに
水を加えてスラリーとして、調合した原料をミキサーで
分散させる。その後このスラリーを乾燥させバインダー
としてメチルセルロース:9部、水:30部を加え、ニ
ーダーで混練し、粘土を造る。この粘土をプレス機にて
プレスし、0.5mmの厚さにし、乾燥後、90×90mm
にカットする。これによって0.5mm×90mm×90mm
の板ができる。この板をまず大気中で1000℃×2hr
焼くことにより、板中のバインダー及びカーボンを燃焼
させて多孔質とする。その後N2 中で1420℃まで昇
温し、SiC短繊維を酸化させることなくコーディエラ
イトを焼結させる。焼結した板は吸水率約60%、細孔
容積約0.6ml/g、平均細孔径約35μmの多孔質体
である。これはフィルタとしてパティキュレートを捕集
するために適した値である。
【0016】次に耐熱衝撃性の試験を次の如く実施し
た。製作した板の中心部だけをライン状にガスバーナー
で急激に加熱することにより、板に熱衝撃を与える。こ
の時、バーナーの炎と板の距離を近づけることにより、
板の表面温度を上げてゆく。そして板の表面にクラック
が目視された時の最高温度をその板(材料)の破壊温度
とする。この板は、1050℃まで加熱してもクラック
は発生しない。
【0017】比較例1 実施例1と異なるのはSiC短繊維が入っていない点だ
けとし、その他、製造方法、細孔容積、平均細孔径は実
施例1と同様とする。このような多孔質体の板を実施例
1と同様に耐熱衝撃性の試験を行うと、850℃でクラ
ックが発生した。
【0018】比較例2 実施例1で使用したSiC短繊維のかわりに、直径約
0.3μm、長さ約30μmのSiCウィスカを10部
添加する他は、製造方法、細孔容積、平均細孔径を実施
例1と同様とする。このように製作した多孔質体の板を
実施例1と同様に耐熱衝撃性の試験を行うと860℃で
クラックが発生した。
【0019】以上3種類の耐熱衝撃性の試験から、実施
例1は1050℃でもクラックが発生しないが、比較例
1では850℃、比較例2では860℃でクラックが発
生するのは、以下のような作用によるものと考えられ
る。
【0020】比較例1は、従来のフィルタ材料に相当し
ている。その構成モデルを図1に示す。この板をガスバ
ーナーで急加熱するとマトリクスであるコーディエライ
トには急な温度勾配による熱応力が発生する。そして発
生した熱応力が、この板の破壊強度に達すると、この板
にクラックが生じる。そしてこの板の破壊靱性は低いの
で、生じたクラックは進展し、目視によってクラックが
観察できる。
【0021】これに対し比較例2は、従来のフィルタ材
料に、気孔の直径よりも短いSiCウィスカが混ざって
いる。その構成モデルを図2に示す。
【0022】実施例1は、従来のフィルタ材料に、気孔
の直径よりも長いSiC短繊維が混ざっている。その構
成モデルを図3に示す。熱伝導率に関しては、比較例2
と同様の作用が働くと考えられる。またSiC短繊維4
は、マトリクス(コーディエライト)1よりも破壊強度
がはるかに大きい。従って実施例1の構成モデルに、ク
ラック5が進展しようとする場合、このモデルに存在す
る、気孔1の直径よりも長いSiC短繊維4を折った
り、引き抜いたり、う回しなければならない。このよう
な機構により、破壊靱性値が向上しクラックの進展を大
幅に防ぐことができると考えられる。
【0023】この現象は比較例2の場合はほとんど起こ
らない。なぜならば、クラックは、一般的に材料の弱い
部分を進展してゆく。従って材料中に気孔のような欠陥
が存在しなければ比較例2で使用しているSiCウィス
カでも破壊靱性を高めることはできるが、多孔質体の場
合、無数の気孔が存在するのでその気孔の直径より短い
繊維が入っていても、クラックは繊維と繊維の間をう回
して通れば良い。また、そのう回するためのエネルギー
も短い繊維であればわずかで良い。そのエネルギーの分
だけ破壊靱性が高められるが、その効果は極わずかであ
ると考えられる。比較例2の破壊温度が比較例1のそれ
よりも若干上がったのは、う回するためのエネルギーが
必要なためであると考えられる。
【0024】一般に破壊靱性値は気孔がほとんど存在し
ないち密な材料に対して、測定が行われている。そして
上記例のように、多孔質な材料に対しての測定は皆無と
いって良い。従って破壊靱性値を定量的に評価すること
はできないが、定性的な評価を、実施例1、比較例1,
2について行った。その方法は、それぞれの例で作製し
た粘土から3mm×10mm×40mmのサイズの試片を作製
し、下部スパン30mm、上部スパン10mmの4点曲げ試
験を行った。クロスヘッド速度は0.2mm/min で行っ
た。結果を図4の(A)(比較例1)、(B)(比較例
2)、(C)(実施例1)に示す。比較例1,2は、最
大荷重の直後、試料は破断しているが、実施例1の試料
は、最大荷重後も、徐々に荷重が下がってゆき破断す
る。この違いは破壊靱性が大きく違うため起こった現象
と推定される。
【0025】以上をまとめると、実施例1で耐熱衝撃性
が向上したのは、SiC短繊維の添加により、破壊靱性
が向上したためであると考えられる。
【0026】実施例2〜12、比較例3 実施例2〜12、比較例3の耐熱衝撃性の試験結果を表
1に示す。実施例1、比較例1,2の結果も参考のため
示す。上記例は、実施例1と異なる点は、(1)添加す
るSiC短繊維の長さ、(2)割合、(3)作製した材
料の細孔容積、(4)平均細孔径、であり、他は同様と
した。
【0027】 第1表 ─────────────────────────────────── 細孔容積 平均細孔径 SiC短繊維 SiC短繊維 破壊温度 (cc/g) (μm) 長さ(μm) 割合(部) (℃) ──── ───── ────── ────── ──── 実施例1 0.6 35 3000 10 >1050 2 0.6 35 3000 5 >1050 3 0.6 35 3000 20 >1050 4 0.6 35 5000 5 >1050 5 0.6 35 1000 5 >1050 6 0.6 35 100 5 >1050 7 0.6 35 50 5 900 8 0.6 35 50 10 950 9 0.6 35 50 20 1000 10 0.4 15 50 5 1000 11 0.8 90 100 5 900 12 0.8 90 200 5 >1050 比較例1 0.6 35 − − 850 〃 2 0.6 35 (SiC ウィスカ) 10 860 30 〃 3 0.8 90 50 20 860 ───────────────────────────────────
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、急激な温度勾配によっ
て発生する熱応力によっても破壊しない多孔質コーディ
エライトが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のフィルタ材料の断面模式図。
【図2】従来のフィルタ材料に気孔の直径よりも短いS
iCウィスカが混ざったものの断面模式図。
【図3】従来のフィルタ材料に気孔の直径よりも長いS
iC短繊維が混ざった本発明多孔質体の断面模式図。
【図4】実施例1、比較例1,2の4点曲げ試験結果を
示すグラフ。
【符号の説明】
1…マトリクス 2…気孔 3…SiCウィスカ 4…SiC短繊維 5…クラック

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多孔質コーディエライトからなるマトリ
    クスが、該マトリクス中の平均細孔径よりも長いSiC
    短繊維を含んでなる繊維強化多孔質体。
  2. 【請求項2】 請求項1の繊維強化多孔質体からなるパ
    ティキュレートトラップフィルタ。
JP4071235A 1992-03-27 1992-03-27 繊維強化多孔質体 Withdrawn JPH05270943A (ja)

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JP4071235A JPH05270943A (ja) 1992-03-27 1992-03-27 繊維強化多孔質体
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