JPS604151B2 - マニホールド・リアクター用セラミツク繊維成形体 - Google Patents

マニホールド・リアクター用セラミツク繊維成形体

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JPS604151B2
JPS604151B2 JP50117428A JP11742875A JPS604151B2 JP S604151 B2 JPS604151 B2 JP S604151B2 JP 50117428 A JP50117428 A JP 50117428A JP 11742875 A JP11742875 A JP 11742875A JP S604151 B2 JPS604151 B2 JP S604151B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マニホールド・リアクター用セラミック繊維
成形体の改良に関するものである。
近年自動車の排気ガス中に含まれる一酸化炭素や炭化水
素等を再燃焼して、無害な炭酸ガスや水とする再燃焼式
排気ガス浄化装置について研究が行なわれ、断熱構造の
マニホールド・リアクタ−が実用化されるに到った。こ
のマニホールド・リアクターは、各シリンダから排出さ
れる排気ガスを一本にまとめて、ェキゾーストパィプに
送る役目をするものであるが、排気ガス中の有害ガス成
分のうちの一酸化炭素、炭化水素を再燃暁して無害な二
酸化炭素と水とに変化するものであり、その構造はマニ
ホールド・リアクタ−の一部欠損垂直断面図である第1
図および第1図のA一A′線断面図に示すように、排気
ガス導入管1より排気ガスを導入し、再燃蟻して排気ガ
ス排出管2より排出するもので、再燃暁室の内筒3をィ
ンナコアサポート4によって支持する外筒5と2分割で
きる支持ケース6,6′との間に本発明のセラミック繊
維成形体7が断熱材として充填される。マニホールド・
リアクターを断熱構造とするには次の各種の方法が行わ
れている。■ 泥競状セラミックキャスタブル*を断熱
空間に流し込み、乾燥固化させる法。
(言主)キャスタブル*・・・…一般に耐火性骨材例え
ばアルミナ、粘土等にアルミナセメントを加えた耐火コ
ンクリートをいう。
■ 粉末状発泡セラミックを充填し、焼成固化する法。
■ セラミック繊維製のマット状のもの(以下プランケ
ツトという。)を、耐真空性ビニール袋で真空パックし
て充填する法。■ セラミック繊維製プランケットに水
を含浸させて、ハンドリングを良くし充填する法。
■ セラミック繊維製プランケットに水および無機質バ
インダーを含浸させ、充填して乾燥固化させる方法。
■ セラミック繊維製プランケットを裁断し、充填する
法。
上記方法においては、■および■の方法による成形体は
弾力性に乏しいため、該成形体をマニホールド・リアク
ターの内筒および外筒に充填し使用した場合、キャスタ
ブルの熱膨脹が内外筒の熱膨脹率より小さいため、成形
体に割れが生じる。
■および■の方法にあっては、セラミック繊維プランケ
ットを耐真空性ビニール袋に入れ真空包装すると充填性
がよくなるが、特殊なビニール袋を使用するため加熱さ
れるとビニール袋が燃焼し有害ガスを発生するためビニ
ール袋は燃焼除去することが必要であり、このため設備
費がかかるとともに真空包装であるためコスト高となる
欠点があった。また、この方法において使用するプラン
ケットは、引張り強度が小さいため短時間で破損し粉体
化したり片寄たりしてリアクターの断熱性が低下する等
の欠点があった。■および■の方法のプランケットの充
填は手作業で行うため、アレルギー体質者を就業させる
ことはできないし、また手作業であるため充填状態のバ
ラッキが大きく耐久性に乏しい。■の方法は、作業員は
手袋をはめて手作業で行わなければならないので、■と
同様に製品がバラツキ耐久性に乏しい。以上のように、
マニホールド・リアクターを断熱構造とする方法におい
ては、各種の不具合な点を抱えているが、またマニホー
ルド・リアクタ−の内装に使用されるセラミック繊維成
形体についても改良しなければならない点が多い。
すなわち、マニホールド・リアクターがエンジンのシリ
ンダ−ヘッド排気ボート部に取付けられ使用されると、
再燃焼室は100000程度の高温になるので、耐熱性
および断熱性とともに耐振動・性を有するものでなけれ
ばならない。また、成形体は、マニホールド・リアクタ
−内部に組付けるため、充填性のよいものでなければな
らない。また、エンジンから排出された有害ガス成分の
うち一酸化炭素、炭化水素を触媒での化学反応により無
害な二酸化炭素と水にする触媒コンバータにも本発明の
セラミック繊維成形体を適用し得るものであり、その構
造は触媒コンバータの縦断面斜視図である第5図に示め
すように、排気パイプ2との接合部20より排気ガスを
内筒18から触煤室‘9へと導かれる。
導入された有害な排気ガスは触媒との化学反応により無
害な二酸化炭素、水として、内筒18から排出され内筒
18′と中筒17から排気パイプとの接合部21から排
出するもので、中筒17,17′と外筒14,】4′と
の間に本発明のセラミック繊維成形体16,16′が断
熱材として充填される。更に、触媒コンバータへの排気
ガスを保温して触媒コンバータを有効に作動させるには
、排気パイプを保温する必要があり、その構造は排気パ
イプの分解斜視図である第6図および第6図の排気パイ
プの組立後の縦断面図である第7図に示すように、エン
ジン(図示せず)から排出させた有害な排気ガスは、排
気パイプの接合部29へ導かれ、保温されて触媒コンバ
ータとの接合部30から排出するもので、内筒24と外
筒26との間に本発明のセラミック繊維成形体25が断
熱材として充填される。上記のような触媒コンバータや
排気パイプ用断熱材としては、一般に、AI203−S
iQ質セラミック繊維、Si02質セラミック繊維のプ
ランケットが用いられている。この場合も、プランケツ
トをマニホールド・リアクターに充填する■および■の
方法と同様に、充填は手作業で行うため、アレルギー体
質者を就業させることはできない。このプランケットは
強度が小さく「形状も触媒コンバータ、排気パイプにフ
ィットする所定の形状をしておらず、平板状のものを充
填するため充填欠陥が生ずる場合がある。更に、粉塵が
発生して、他の装置への影響もある。触媒コンバータの
他の例を一部欠損した縦断面図である第8図に示すよう
に、セラミック繊維成形体16,【6′の充填時に充填
欠陥部23a,23bを生じ(これは充填時にプランケ
ツトが切断されるために生ずる。
)、保温性の低下をまね<。また、排気パイプの他の例
を縦断面図である第9図および第10図においても、断
熱材25a,25bの充填時に充填欠陥部28a,28
bを生じ、保温性の低下をまねく。
本発明者は、800〜1000q0の高温においても弾
力性が大きく断熱性に優れ、かつ充填性および耐久性の
良い成形体を求めて鋭意研究を行った結果、本発明のマ
ニホールド・リアクター用セラミック繊維成形体を開発
し、ここに提案するものである。
本発明のマニホールド・リアクター用セラミック繊維成
形体は、AI203−Si02質セラミック繊維を用い
て成形し、硬さ20〜5?、引張強度120〜1500
タ′の成形密度0.15〜0.35夕/塊のものを、S
i02質セラミック繊維を使用する成形体にあっては硬
さ20〜55o、引張強度120〜1500#′の、成
形密度0.06〜0.2夕/地のものを使用することを
特徴とする。
本発明においては、AI2Q−Si02質セラミック繊
維成形体およびSi02質セラミック繊維成形体はとも
に、硬さが20o以下では脆く5?以上では破損し易く
充填性に欠けるため硬度は20〜5yとした。
また、引張強度は、120タ′の以下では耐久性に乏し
く1500多/の以上では硬さ不良(硬さ55o以上に
なる)により充填性が悪くなったり使用時に粉化し耐久
性が劣るため、引張強度は120〜1500夕/地とし
た。
次に、AI203一Si02質セラミック繊維成形体の
場合の成形密度は、0.15夕/塊以下の低密度では成
形体が脆く充填性、耐久性に欠け、また0.35タ′の
以上の高密度では外筒5の熱膨張による膨張を吸収でき
ず、粉化したりまた外筒5が変形したりして耐久性を損
う結果となるので、0.15〜0.35夕/地に限定し
た。
Si02質セラミック繊維成形体の場合も同様の理由に
より成形密度は0.06〜0.2タ′流とした。以下本
発明の成形体について、実施例により詳細に説明する。
実施例 1 下記第1表の組成のバルク状のAI2Q−Si02質セ
ラミック繊維と有機質バィンダとしてでん粉とを水に入
れ、第3図に示すように鷹洋機8により蝿拝し、この混
合液内9に通気性の良好な型10を入れ、真空ポンプに
連結して真空成形した後乾一操固化する真空成形法によ
りマニホールド・IJァクター用セラミック繊維成形体
7を成形した。
第1表A・・・揖斐川電気工業株式会社製 B・・・ィソラィトバブコック耐火株式会社製C・・・
日本ァスベスト株式会社製次に、前記成形体について有
機質バインダー含有率、硬さ、平均繊維長、引張強度、
成形密度および充填密度を下記測定法により調査し、更
に該成形体の耐久性を下記のバーナ冷熱振動耐久試験お
よび実機耐久試験により測定し、充填性の良否をも測定
した。
i)有機質バインダー含有率の測定法 成形体の5ケ所から各々約10夕の試料を採り、100
〜11ぴ0で1時間乾燥した後デシケーター中で冷却す
る。
冷却後あらかじめ秤量したルツボ(重量をAとする。)
中に入れて1肋単位の量まで測定(重量をBとする。)
した後、500〜1000qoに加熱して有機質バイン
ダーを完全に分解除去し、デシケーター中で室温まで冷
却しその重量を測定(重量をCとする。)する。試料5
ケの平均の有機質バインダー含有率(重量%)を、次式
により算出する。有機質バインダ−含有率(重量%)=
B葦羊X・ooii)硬さの測定法成形体の平坦部で、
かつ平滑な部分を硬度計(ラバーテスターC型:高分子
計器製、測定範囲0〜10ぴ、目量lo、日本ゴム協会
規格SRIS−oiol)により1晩箇所測定し、その
平均値を硬さとした。
iiD 平均繊維長の測定法 成形体の5ケ所から各々約5夕の試料を採り、500〜
1000ooに加熱して有機質バインダーを完全に分解
除去し室温まで冷却する。
(無機質バインダーを使用した場合は、加熱ならびに室
温までの冷却は省略する。)前記試料をエチルアルコー
ルまたは水に分散し、ピンセットによりセラミック繊維
をプレパラートに移して、0.1側まで測定できるノギ
スにより拡大鏡を用いて繊維長を測定する。セラミック
繊維100本を前記のように測定し、この平均値を算出
し、平均繊維長とする。iV) 引張強度の測定法 成形体の平坦部を切断し、幅5物帆、長さ150柵「厚
さ1側の試料を5枚採る。
試料の大きさは、若干異なっても良い。前記試料を50
000で2時間熱処理して後幅をノギスで「厚さを下記
の特殊ダイヤルゲージを用いて0.01側まで測定する
。次に、感度0.1k9以上の方熊引張試験機を用いて
、ッカミ間隔5比奴以上、引張速度30側/分、最大引
張荷重0.1k9の条件で測定し、次式により引張強度
を測定する。
最大何里(の 引張強度(夕/均)=試料の幅(狐)x厚さ(抑)・特
殊ダイヤルゲージ第4図に示すように、台11に楢立し
た支持棒1 2にダイヤルゲージ1 3(TECLOC
K製、バネなし)を固定し、該ダイヤルゲージの測定子
13a(5仇肌?炭素鋼、約40夕)を持ち上げ、該測
定子13aと台11との間に試料を置いて、ゲージ13
bの目盛を読み測定する。
V)成形密度の測定法成形体の重さを0.01夕まで測
定し、成形体の1の登所以上の厚さを0.01肌まで測
定しその平均値を求め、更に成形体の幅と長さを0.0
1側まで測定し、次式により成形密度を算出する。
成形体の重量(の 成形密度(タ′地)=成形体の幅(肌)x長さ(肌)x
厚さ(抑)Vi)充填密度本発明に言う充填密度とは、
マニホールド・リアクターの断熱空間にセラミック繊維
成形体が充填されているものと想定したものである。
成形体から4仇舷◇の試料を5ケ以上採り、この試料の
重量を0.01夕まで測定し、この平均値を用いて次式
により充填密度を算出する。試料の里量(の充填密度(
タ′c虎) =3.,4xタx成形体の一般厚さ(肋)
*(言主)一般厚さ*・・・マニホールド・リアクター
の断熱空間の平均的な厚さ(抑)。
Vii)バーナ冷熱振動耐久試験の測定法成形体をマニ
ホールド・リアクターに充填し、振動加速度4.0〜5
.0(980cの/sec2)、振動数1600回/分
、全振幅3.0〜4.仇駁で振動を与えつつ、円筒内9
50〜1050o○の温度で10分間加熱した後10分
間空冷する冷熱試験を100サイクル繰返した。
冷熱振動試験前後の成形体の重量変化率を測定し、下記
の判定基準に従い評価する。・バーナ冷熱振動耐久試験
の判定基準 ○…良好(重量変化率10.の重量%以下のもの)△…
やや良(重量変化率10.0〜20.の重量%のもの)
×・・・不良(重量変化率20.の重量%以上のもの)
ViID実機耐久試験の測定法成形体をマニホールド・
リアクタ←に収納し、該マニホールド・リアクターをエ
ンジンに取付け、下記条件により運転して、実機耐久試
験を行った。
・実機運転条件 エンジン排気量・・…・・・・・・・・・・1600c
c燃焼室内排気ガス温度・・・・・・900〜1000
qoエンジン駆動条件■6000回転/分×10餌時間 ■(600山団転/分+1000回転/分)×10万回
試験後マニホールド・リアクター内の成形体の状態(成
形体の粉化、飛散状態の有無)を調査し、下記判定基準
に従い評価する。
・実機耐久試験の判定基準 ○・・・粉化、飛散ないもの、 △・・・少し粉化、飛散したもの、 (実用上問題とならない程度のもの) ×・・・殆んど粉化、飛散したもの、 Viiii)充填性の測定法 成形体をマニホールド・リアクターに充填す*る際の所
要時間を測定し、下記の判定基に従い評価する。
・充填性の判定基準 ○・・・1台の充填所要時間2現砂以内のもの、△…
〃 〃 2の砂〜6硯抄のもの、×・・・
〃 〃 6の砂以上のもの、力 総合評価につい
て充填性と耐久性のいずれか一方が劣るときは、総合評
価は不良(×)とした。
試験の結果を第2表に示す。
第2表 第2表に示すように、NO.1、2および16のように
硬さが120以下または68P以上のものでは明らかに
充填性が悪く、引張強度が1209′の以下で成形密度
0.15夕/塊以下のNO.1〜5およびNO.11〜
16は耐久試験中に繊維が脆くなって粉化あるいは飛散
したり、また繊維が断熱空間の一方に片寄って断熱効果
が不良となった。
No.12、13のように、硬ごが硬くなると耐久性で
は良であっても充填性が悪く、NO.1ふ16のように
、成形密度が低くなると充填性は良くても耐久性が悪く
なった。
また、NO.19、20のように、引張強度が1500
夕/塊以上になると、充填性が極度に悪くなった。
このため、本発明においては、充填性と耐久性とがとも
に良好なものとするには、硬さが20〜55o、引張強
度120〜1500タノの、成形密度0.15〜0.3
5夕/地の条件を満足する成形体であることが必要であ
る。実施例 2実施例1の山203一Si02質セラミ
ック繊維と有機質バインダーとしてフェノール樹脂を用
いて、下記の成形法によりマニホールド・リアクター用
セラミック繊維成形体を成形した。
・成形法 特殊成形プランケット法・・・セラミック繊維製プラン
ケットの製造工程中から有機質バインダーのフェノール
樹脂を合浸したマット状のものを取出し、モールド中で
乾燥、固化させる方法。
成形プランケット法・・・セラミック繊維製プランケッ
トに有機質バインダーのフェノール樹脂を入れて、モー
ルド中で乾燥、固化させる法。
特殊真空成形法・・・セラミック繊維製プランケットに
有機質バインダーのフェノール樹脂を含浸し、通気性の
良い真空成形型に乗せて成形後乾燥する法。
次に、前記成形体について、実施例1と同様の測定法に
従って各種の物性および耐久試験を行った。
なお、実施例1では、バーナ冷熱振動試験と実機試験と
ほぼ同一の結果であり、判定の評価に問題なかったが、
実施例2では試験の一部をバーナ冷熱振動試験のみで判
定した。試験の結果を第3表に示す。
第3表 第3表に示すように、成形法の差による充填性「耐久性
への影響はなく、総合評価は成形体の特性値によって左
右されることが判った。
例えば、No.101、100107および115〜1
2い122のように成形体の硬さが、200〜55o以
外のものは、充填性が悪く、引張強度120タ′の以下
または成形密度0.15夕/め以下のものが耐久性が悪
く、また、No.123のように引張強度1500タ′
の以上になると、充填性が低下した。この実施例の結果
よりして、成形法の如何にかかわらず硬さ20〜55o
、引張強度120〜1500タ′地、成形密度0.15
〜0.35夕/塊の特性を満足する成形体は、充填性お
よび耐久性が優れていることを確認できた。
有機質バインダーとして、でんぷん、ポリビニ−ルアル
コールを用いた場合も同様の結果が得られた。
実施例 3 実施例1の山203−Si02質セラミック繊維と無機
質バインダーのAI203ゾル、有機質バインダーので
ん粉の少くとも一種とを入れた混合液を用いて、実施例
1の真空成形法によりマニホールド・リアクター用セラ
ミック繊維成形体を成形した。
次に、前記成形体について、実施例1と同機の測定法に
従って各種の物性および耐久試験を行った。なお、実施
例2と同様に実機試験の1部は実施しないで、バーナ冷
熱振動試験のみで判定した。
試験の結果を第4表に示す。第4表 第4表に示すように、無機質バインダーまたは有機質バ
インダーの少くとも1種を使用して、硬さ、引張強度お
よび成形密度を本発明の条件を満足させれば、耐久性お
よび充填性はともに良好であることを示している。
例えば、NO.206、211のように、硬さと引張強
度とが本発明の条件を満足しても成形密度が0.11タ
′鮒と低いとともに耐久性が悪く「 また、No.20
3 204のように硬さと成形密度とが本発明の条件を
満足しても引張強度が108タ′のと低いと耐久没し充
填性が悪く、また引張強度が1500タ′cず以上にな
るとNO.219、220のように耐久性、充填性とも
に悪くなった。実施例 4 下記第5表の組成のSi02質セラミック繊維*と有機
質バインダーとしてでん粉とを水に入れ、実施例1の真
空成形法によりマニホールドGリア.三・クター用セラ
ミック繊維成形体を成形した。
第5表信詔 Si02質セラミック繊維は日本硝子繊維
■のもの稀吏用しね 次に「前謙成形体について、実施例1と同様の測定法に
従って各種の物性および耐久試験を行った。
試験の結果を第6表に示す。
第6表 第6表に示すように、硬さ20〜550で引張強度12
0〜1500夕/洲を満足する成形体にあっても、No
.302のように成形密度0.06タ′が以下では耐久
性および充填性が悪く、また成形密度0.06〜0.2
0多′ので引張強度120〜1500多′のを満足する
成形体にあってもNo.309、310のように充填性
が悪い。
引張強度が1500タ′地以上になると「No.31i
t312のように充填性が悪くなった。なお、成形密度
0.20タ′地以上の成形体は、耐久試験の熱膨脹によ
る材料の変形を吸収できず、破壊した。本実施例では、
有機質バインダーとしてでん粉を使用したが、ポリビニ
ールアルコール、C.M.C等も使用可能である。この
実施例の結果よりして、Si02質セラミック繊維成形
体にあっては、硬度20〜55o、引張強度120〜1
500夕/地、成形密度0.06〜0.20タ′地の条
件を満足することが必要である。
参考例 1 実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、において充
填性および耐久性において優れた結果が得られたNo.
8 9、113 208306の特性を有するセラミッ
ク繊維成形体を用いて触媒コンパ−夕、排気パイプで実
機耐久試験(血と同様の試験条件)したものを分解し粉
化、飛散状態を観察した結果、充填欠陥、粉化、飛散は
なく、マニホールド・リアクターの場合と同様充填性お
よび耐久性に優れたものであった。
また、プランケツトを充填する時のような作業者からの
苦情および作業環境への影響もなかった。
参考例 2 実施例4の方法において、バインダーに有機質(でんぷ
ん1.0%)と無機質(シリカゾル2.0%)を混合し
、硬さ40o、平均繊維長12.5助引張強度550夕
/地、成形密度0.21夕/地、充填密度0.23夕/
例の特性を有するセラミック繊維成形体を触媒コンバー
タ、排気パイプで実機耐久試験(皿と同様の試験条件)
した場合も、充填性および耐久性に優れたものが得られ
た。
また、プランケットを充填する時のような作業者からの
苦情および作業環境への影響もなかった。
以上のように、本発明のマニホールド・リアクタ−用セ
ラミック繊維成形体は、高温において弾力性が大きく断
熱性に優れ、かつ充填性および耐久性が良いので、使用
中に粉化、飛散したり断熱空間の一方に片寄ったりする
ことがなく、マニホールドを高温に保持して排気ガス中
の一酸化炭素や炭化水素を再燃擁し、かつ排気パイプを
保温しながら触媒コンバータでの作動を有効にして無害
なガスへの変換を可能にするものであるから、本発明は
工業的にまた公害発生防止の上で極めて価値の高いもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図はマニホールド・リアクターの1部欠損断面図、
第2図は第1図のAーバ線断面図、第3図は真空成形法
の模式図、第4図は特殊ダイヤルゲージの斜視図である
。 第5図は、本発明による触媒コンバータの縦断面斜視図
、第6図は、本発明による排気パイプの分解針視図、第
7図は、第6図に示す排気パイプの組立後の縦断面図、
第8図は、触媒コンバータの他の例の縦断面1部欠損図
、第9図、第10図は排気パイプの他の例の縦断面図、
図中の1……排気ガス導入管、2……排気ガス排出管、
3……内筒、4……ィンナコアサポート、5….・.外
筒、6・・・…支持ケース、7・・…・セラミック繊維
成形体、8・・…・濃投機、9・・・・・・混合液、1
0・・・・・・型、11……台、12・・・・・・支持
棒、13・…・・ダイヤルゲージ、13a・・・・・・
測定子、13b…・・・ゲージ、14,14′・・・・
・・外筒、15・・・・・・触媒注入口、16,16′
……セラミック繊維成形体、17,17′・・・・・・
中筒、18,18′…・・・内筒、19・・・・・・触
媒室、20,21・・・…排気パイプとの接合部、22
,22′・・…・内筒18,18′、中筒17,17′
、外筒14,14′の溶接部、23a,23b……充填
欠陥部、24,242,24b・・・…内筒、25……
セラミック繊維成形体、25a,25b……断熱材、2
6,26a,26b・・・・・・外筒、27,27a,
27b・・・・・・外筒26,26a,26bの溶接部
、28a,28b・・・・・・充填欠陥部、29・・・
・・・排気パイプの接合部、30・・・・・・触媒コン
バータとの接合部をあらわす。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図 第10図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Al_2O_3−SiO_2質セラミツク繊維と、
    無機質または有機質バインダーの少くとも一種とからな
    り硬さ20〜55°、引張強度120〜1500g/c
    m^2、成形密度0.15〜0.35g/cm^3の特
    性値を有することを特徴とするマニホールド・リアクタ
    ー用セラミツク繊維成形体。 2 SiO_2質セラミツク繊維と、無機質または有機
    質バインダーの少くとも一種とからなり、硬さ20〜5
    5°、引張強度120〜1500g/cm^3、成形密
    度0.06〜0.20g/cm^3の特性値を有するこ
    とを特徴とするマニホールド・リアクター用セラミツク
    繊維成形体。
JP50117428A 1975-09-29 1975-09-29 マニホールド・リアクター用セラミツク繊維成形体 Expired JPS604151B2 (ja)

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