KR100786048B1

KR100786048B1 - 배기 가스 정화 장치의 엔드콘부용 단열재

Info

Publication number: KR100786048B1
Application number: KR1020060006228A
Authority: KR
Inventors: 미츠노리 요시미; 야스히로 츠치모토
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-12-17
Also published as: CN100410506C; KR20060086282A; DE602006000431T2; EP1696110A1; US7442347B2; EP1696110B1; CN1811141A; DE602006000431D1; JP2006207393A; TWI290189B; US20060166584A1; TW200628689A; JP4663341B2

Abstract

과제

종래품보다도 높은 단열성을 가지며, 동시에 고내풍식성를 갖고, 부착 작업성이 우수하며, 동시에 내박리 강도가 높은 엔드콘부용 단열재를 제공한다.

해결 수단

알루미나-실리카계 세라믹 파이버로 이루어지는 시트 여러 장을 적층하여 매트로 하고, 이 매트의 시트 적층 방향으로 니들링을 실시하여 이루어지는 배기 가스 정화 장치에 있어서의 엔드콘부에 장착되는 단열재에 있어서, 상기 매트에 사용되고 있는 세라믹 파이버의 조성을, 알루미나 : 실리카 = 60∼80 : 40∼20 으로 한 배기 가스 정화 장치의 엔드콘부용 단열재.

Description

배기 가스 정화 장치의 엔드콘부용 단열재{INSULATOR FOR END CONE OF PURIFYING DEVICE OF EXHAUST GAS}

도 1 은 배기 가스 정화 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 2 는 매트의 사시도와 매트 구조의 상세함을 설명하는 개략도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 외부콘 2 내부콘

3 매트 4 니들 (needle)

(특허 문헌 1)

일본 공개특허공보 평11-117731호

(특허 문헌 2)

US No.5250269

기술 분야

본 발명은, 배기 가스 정화 장치의 엔드콘부용 단열재, 특히 배기 가스를 배 기관으로부터 그 배기 가스 정화 장치의 촉매 컨버터 본체에 도입하고, 또는 배출하는 부분인 엔드콘 (end cone) 에 장착하여 사용하는 단열재에 관한 것이다.

배경 기술

종래, 외부콘 (1) 과 내부콘 (2) 으로 이루어지는 엔드콘 (e : 도 1 참조) 부용 단열재로는, 알루미나 (Al₂O₃) - 실리카 (SiO₂) 의 조성비가 50 : 50 으로 이루어지는 알루미나-실리카계 세라믹 파이버의 시트를 적층하여 이루어지는 단열재 (3 : 도 2 참조) 가 사용되어 왔다. 예를 들어, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 등에 개시되어 있는 바와 같은 단열재이다. 그러나, 이들 문헌에 나타낸 단열재는, 고열 전도성으로 850℃ 이상이라는 고온에서의 내열성이 나쁘다는 문제가 있었다. 또한, 엔드콘부에 장착한 경우에, 배기 가스에 의한 열 폭로, 풍식에 대한 내구성에도 문제가 있었고, 나아가서는 엔드콘부의 구조에 잘 적합하도록 성형하는 것도 어렵고, 부착 등의 핸들링에도 문제가 있었다.

발명이 해결하고자 하는 과제

또한, 최근에는, 엔진의 고출력화에 의한 엔진 회전수가 증가되는 경향이 있고, 또한, 엔진의 연비 절감화에 따르는 엔진의 소배기량화를 위하여 회전수를 늘려 출력을 올리는 경향이 있다. 이와 같은 상황하에서, 엔진 구동시의 배기 가스 온도는 상승하고 있어, 종래에는 700∼900℃ 정도였던 배기 가스의 온도가 최근에는 900∼1000℃ 나 되고 있다. 그래서 최근에는, 엔드콘부용 단열재에 관해 서는, 종래보다도 더욱 고온인 배기 가스에도 잘 견딜 수 있도록 설계할 필요성이 발생하고 있다.

또한, 이와 같은 고온 환경하에서는, 엔드콘부용 단열재는 지나치게 풍식되기 쉽고, 이 때 발생하는 입자에 의해 촉매층이 막히는 경우가 있다. 또한, 단열재의 풍식에 의해 엔드콘부의 단열 능력이 손상되거나, 촉매 활성이 소실되거나, 배기관이 손상되기도 한다.

또한, 상기 조성으로 이루어지는 종래의 알루미나-실리카계의 세라믹 파이버는, 배기관에 부착이 어려울 뿐만 아니라, 이 부착시에 단열재의 박리 등이 일어난다는 문제도 있었다.

그래서, 본 발명의 목적은, 종래품보다도 높은 단열성을 나타내는 동시에, 고온의 배기 가스에 의한 열과 풍압에 잘 견딜 수 있는 고내풍식성을 갖는 엔드콘부용 단열재를 제안하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 부착시의 작업성이 우수하고, 또한 부착시의 내박리 강도가 높은 엔드콘부용 단열재를 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

종래 기술이 안고 있는 상기 기술한 과제를 해소하고, 상기 목적을 실현하기 위한 방법에 관하여 검토를 거듭한 결과, 발명자들은 알루미나-실리카계 세라믹 파이버로 이루어지는 시트를 적층하여 매트로 하고, 이 매트의 시트 적층 방향으로 니들링 (needling) 을 실시하여 이루어지는 배기 가스 정화 장치에 있어서의 엔드 콘부에 장착되는 단열재에 있어서, 상기 매트에 사용되는 세라믹 파이버의 조성을, 알루미나 : 실리카 = 60∼80 : 40∼20 으로 한 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치의 엔드콘부용 단열재가 유효한 것을 밝혀냈다.

본 발명에 있어서, 알루미나와 실리카의 조성비는 또한, 70∼74 : 30∼26 으로 하는 것이 바람직하고, 또한, 상기 세라믹 파이버의 평균 섬유 길이는 50㎛ 이상 100mm 이하인 것이 바람직하고, 또한, 상기 니들링에 있어서의 매트면에 실시된 인접하는 각 니들 상호간의 거리는 1∼100mm 정도로 하는 것이 바람직하고, 그리고, 상기 니들링의 배향 각도 (A) 는 매트면의 수직 방향에 대하여 60°이하의 경사로 하는 것이 바람직하다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 높은 단열성을 구비하고, 또한 고온의 배기 가스에 대한 열과 풍압에 잘 견딜 수 있는 고내풍식성을 갖는 엔드콘부용 단열재를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 부착 작업성이 우수하며, 동시에 그 부착시의 내박리 강도가 높은 엔드콘부용 단열재를 제공할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명은, 알루미나-실리카계 세라믹 파이버를 졸겔 (sol-gel) 법으로 블로잉 (blowing) 하여 얻어지는 연속 시트를 소정의 길이마다 접어서 적층하거나, 절단한 여러 장의 시트를 중첩하여 적층함으로써 매트를 제작하고, 이 매트면에 수직한 시트 적층 방향으로 니들링을 실시하여 이루어지는 엔드콘부용 단열재이다. 그 특징은, 니들을 포함하는 상기 매트의 조성을, 알루미나 : 실리카 = 60∼80 : 40∼20 으로 한 것에 있다.

본 발명에 있어서, 상기 알루미나-실리카계 세라믹 파이버는, 예를 들어, Al/Cl = 1.8 (원자비) 의 염기성 염화알루미늄 수용액 (알루미늄 함유량 70g/l) 에 대하여, 실리카졸을 알루미나와 실리카의 조성비로 60∼80 : 40∼20 이 되도록 첨가하고, 알루미나-실리카계 세라믹 파이버 (이하, 단순히 「알루미나질 섬유」 라고 한다) 의 전구체를 이용하는 것이 바람직하다. 이 알루미나질 섬유의 전구체의 조성을 상기와 같이 한정한 이유는, 알루미나의 함유량 및 실리카의 함유량이 각각 60mass% 미만 또는 20mass% 미만이면, 실리카 농후가 되어 내열성이 부족하고, 열 사이에서의 반발력이 저하한다.

한편, 알루미나의 함유량 및 실리카의 함유량이 각각 80mass% 또는 40mass% 를 초과하면, 알루미나 리치가 되어 취성 (脆性) 이 높아져 인성 (靭性) 이 저하하는데, 자동차에 의한 진동, 배기 가스 충격에 대한 섬유 강도가 얻어지지 않기 때문이다.

또, 상기의 조성은 70∼74 : 30∼26 으로 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 알루미나질 섬유의 전구체 (前驅體) 에는, 또한 폴리비닐알코올 등의 유기 중합체를 첨가하여 농축하고 방사액을 조정한 후, 그 방사액을 사용하여 블로잉법에 의해 방사하여 알루미나질 섬유를 얻는다. 이와 같이 하여 제조되는 알루미나질 섬유는, 평균 섬유 길이가 50㎛ 이상 100mm 이하의 길이가 되도록 블로잉시의 에어 구경을 조정함으로써 얻어진다. 그것은, 이 알루미나질 섬유의 길이가 50㎛ 미만에서는, 니들링시에 섬유끼리가 잘 얽히지 않고, 단순히 강도가 부족할 뿐만 아니라, 배기 가스에 접하였을 때에 풍식되기 쉬워지기 때문이다. 한편, 100mm 를 초과하면, 섬유 길이가 지나치게 길기 때문에 니들링에서의 매트 두께 구속력이 저하하고, 매트가 부피가 커져 부착되기 어려워진다. 또, 이 섬유의 평균 섬유 길이는 10mm 이상 70mm 이하인 것이 보다 바람직하다.

다음으로, 상기 기술한 바와 같이 하여 얻은 알루미나질 섬유를 졸겔법으로 블로잉하고 섬유화하고 그것을 적층하여, 알루미나질 섬유의 적층 시트, 즉 매트를 제조한다. 이와 같이 하여 제조된 알루미나질 섬유로 이루어지는 매트에, 니들링 처리를 실시한다.

또, 이 니들링 처리란, 알루미나질 섬유로 이루어지는 시트를 접고, 또는 포개어 쌓은 것의 부피 크기를 억제하여, 얇게 또한 단단하게 하여 취급하기 용이하게 하며, 동시에 시트 적층간 강화를 위하여 행하는 처리이다. 이 처리에 의해, 알루미나질 섬유 시트의 매트면에 수직한 방향 (시트의 적층 두께 방향) 으로, 즉, 종방향을 지향하는 방향으로 알루미나질 섬유가 도입되고, 이것이 3 차원 방향으로 복잡하게 얽혀 배향하는 원인이 되고, 나아가서는 알루미나질 섬유의 매트를 만드는 적층 시트의 적층간의 강화를 가져온다.

이러한 니들링 처리에 있어서, 적층 시트의 두께 방향으로 도입되는 니들의 수평 방향 (XY 방향) 에 있어서의 인접 상호간의 거리는 1∼100mm, 바람직하게는 2∼10mm 로 한다. 그것은, 이 거리가 1mm 미만이면 충분한 적층간 강화가 얻어지지 않고, 배기관 엔드콘부에의 부착시에 적층간의 박리를 야기할 우려가 있다. 한편으로 100mm 를 초과하면 니들링에 의한 시트 두께 방향으로 도입된 섬유의 배향에 의해서도 역시 충분한 탄력이 얻어지지 않는데, 배기관 엔드콘부에 장착하였을 때에, 탈락할 우려가 있기 때문이다. 또한, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 니들링 배향 길이를 s, 매트의 두께를 h 로 하였을 때, s 와 h 에 의해 만들어지는 각도를 니들링 배향 각도 (A) 로 하였을 때에, A(h/s) = 0.5∼0.87 이 되는 각도로 니들링을 행한다.

다음으로, 상기와 같이 니들링 처리를 실시한 알루미나질 섬유의 매트 (적층 시트) 를 상온으로부터 승온하고, 최고 온도 1250±50℃ 에서 연속 소성하여, 소정의 두께와 조성을 갖는 알루미나질 섬유의 적층 시트로 이루어지는 매트를 얻는다.

이와 같이 하여 얻어진 알루미나질 섬유의 매트 (연속 적층 시트) 에 관하여, 후공정에 있어서의 취급 작업을 용이하게 하기 위하여 재단한다. 이 때 주의해야 할 것은, 알루미나질 섬유의 매트에 포함되는 쇼트라고 불리는 알루미나의 구 형상 고형물을 관리하는 것이 유효한 경우가 있다. 이 쇼트는, 방사액을 블로잉하는 과정에서 생성되는 것으로, 이것이 7mass% 이상이 되면, 엔드콘부에의 장착시에, 알루미나질 섬유의 손상을 초래하는 경우가 있다. 특히, 이와 같은 현상은, 니들링 처리 후의 매트의 부피 밀도 (GBD) 0.2∼0.55g/cm³ 일 때에 현저하다. 만일 상기 기술한 섬유의 손상이 일어나면, 고온의 배기 가스에 접촉하였을 때에 풍식되기 쉬워지고, 이 때에 발생하는 섬유 부스러기 때문에, 촉매층이 막힘을 일으키기 때문이다.

다음으로, 재단한 매트 (연속 적층 시트) 는, 유기 바인더에 의한 함침 처리가 실시된다. 이 처리는, 단열재를 엔드콘부에 부착할 때에, 그 작업을 용이하게 하기 위해 행한다. 상기 유기 바인더로는, 각종 고무, 열가소성 수지, 열경화성 수지 등을 사용할 수 있다. 그 고무류로는, 천연 고무 : 에틸아크릴레이트와 클로로에틸비닐에테르의 공중합체, n-부틸아크릴레이트와 아크릴로니트릴의 공중합체, 에틸아크릴레이트와 아크릴로니트릴의 공중합체 등의 아크릴고무 : 부타디엔과 아크릴로니트릴의 공중합체의 니트릴고무 : 부타디엔고무 등을 사용할 수 있다. 열가소성 수지로는, 아크릴산, 아크릴산에스테르, 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 메타크릴산, 메타크릴산에스테르 등의 단독 중합체 및 공중합체인 아크릴계 수지 : 아크릴로니트릴·스티렌 공중합체 : 아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌 공중합체 등을 들 수 있다. 또한, 열경화성 수지로는, 비스페놀형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다. 상기의 유기 바인더 중에서는 아크릴 또는 메타크릴계의 폴리머인 아크릴계 수지 등이 유효하다.

이 함침 처리는, 구체적으로는, 상기 기술한 아크릴계 수지와 물로 수분산액을 작성하고, 이 분산액을 매트면에 함침시킨다. 또한, 이 함침 처리에서는, 일반적으로 상기 알루미나질 섬유의 매트는, 필요량 이상의 수지 (고형분) 를 수분과 함께 함유하고 있는 것이 많고, 그 때문에 지나친 고형분은 제거하지 않으면 안된다. 이 고형분의 제거 방법으로는, 1∼50kPa 정도의 흡인력으로 1 초 이상의 조건으로 흡인함으로써 행할 수 있다.

또, 이 단계에서는, 상기 알루미나질 섬유의 적층 시트 중에는 역시 고형분 이외에 수분도 함유한 상태에 있어, 이 수분도 제거할 필요가 있다. 이 수분의 제거는, 가열 가압 건조에 의해 행할 수 있다. 이 공정에 있어서 여분인 수분의 제거하는 동시에, 유기 바인더를 포함하는 그 알루미나질 섬유의 매트 자체를 압축해 두면, 배기관의 엔드콘부에 부착 작업이 용이해질 뿐만 아니라, 고온의 배기 가스가 공급되었을 때에 그 유기 바인더가 연소 소실되기 때문에, 압축되어 있던 알루미나질 섬유의 매트가 팽만 복원하여, 외부콘와 내부콘 사이에 견고하게 유지되는 것에 이어진다.

상기 압축 건조의 온도는, 95∼155℃ 정도로 행하는 것이 바람직하다. 건조 온도가 95℃ 보다 낮으면 건조 시간이 길어지고, 생산의 효율이 나빠진다. 한편, 건조 온도가 155℃ 보다 높으면 유기 바인더의 분해가 시작되고, 유기 바인더의 점착 능력이 손상되게 된다. 건조 시간은 100 초 이상 행하는 것이 바람직하고, 이 시간보다 짧으면 충분히 건조되지 않는다. 또한, 이 건조시에 행하는 가압에 관해서는, 압축 후의 두께를 4∼15mm, 5∼30Mpa 의 가열한 조건으로 행하지만, 예를 들어 압축 폭이 4mm 보다도 작고, 압력이 30Mpa 보다 높으면, 알루미나질 섬유 등의 세라믹 파이버의 손상을 초래하게 된다. 한편, 압축 폭이 15mm 보다도 크고, 또한 압력이 5Mpa 보다 낮으면, 필요한 압축 효과가 얻어지지 않는다.

그 후, 상기 가열 가압 건조한 알루미나질 섬유 등의 세라믹 파이버의 매트 (적층 시트) 는, 절단하여 엔드콘부용 단열재로 한다.

실시예

실시예 1

(매트 : 적층 시트의 제조)

알루미늄 함유량 70g/l, Al/Cl = 1.8 (원자비) 의 염기성 염화알루미늄 수용액에, 실리카졸을 알루미나질 섬유의 조성이 Al₂O₃ : SiO₂ = 72±2 : 28±2 가 되도록 첨가하여, 세라믹 파이버로서의 알루미나질 섬유의 전구체를 얻었다. 다음으로, 이 알루미나질 섬유의 전구체에 대하여, 폴리비닐알코올 등의 유기 중합체를 첨가하고, 농축한 방사액을 조정하고, 그 방사액을 사용하여 블로잉법으로 방사시에 블로우를 행하는 에어 구경을 조정함으로써 평균 섬유 길이가 60mm 가 되도록 알루미나 섬유의 연속 시트를 제작하고 적층함으로써, 알루미나질 섬유의 연속 시트를 제조한다.

이와 같이 하여 제조된 알루미나질 섬유의 적층 시트에, 니들링 상호간 거리 2mm, 니들링 배향 각도 A = 0.7 이 되는 니들링 처리를 행하였다. 이어서, 이 연속 적층 시트를 상온으로부터 승온하고, 최고 온도 1250±50℃ 에서 연속 소성하여, 1050g/cm² 의 알루미나질 섬유의 연속 적층 시트를 얻었다.

(적층 시트의 재단)

상기와 같이 하여 작성된 알루미나질 섬유의 연속 적층 시트를, 종 : 500∼1400mm × 횡 50000∼55000mm, 두께가 10mm 의 크기로 재단하여 매트로 하였다.

이 매트 중에 포함되는 쇼트에 관하여, 체와 칭량계를 사용하여 그 매트 중에 45㎛ 이상의 쇼트가 7mass% 이하가 되도록 조정되어 있다.

(수지 함침)

전 (前) 공정에서 얻은 알루미나질 섬유의 연속 적층 시트로 이루어지는 매트에, 유기 수지의 함침을 행하기 위하여, 수지 농도가 0.5∼30mass% 가 되도록 조정한 아크릴계 수지 수분산액 (고형분 농도 50±10mass%, pH : 5.5∼7.0) 을 얻고, 이 아크릴계 수지 수분산액을 컨베이어상에 있어서, 1280mm 로 재단된 상기 매트의 표면에 수지 함침 처리를 행하였다. 또, 이 단계에서는, 알루미나질 섬유의 연속 적층 시트로 이루어지는 매트에는, 다량의 고형분이 부착되어 있었다.

(고형분의 흡인)

수지 함침 처리 후의 상기 매트에 부착된 과잉의 고형분을 제거하기 위하여, 흡인하였다. 이 처리는, 상기 매트를 5∼50kPa 의 흡인력으로 1 초 이상의 조건으로 흡인함으로써 고형분을 제거하였다. 이 처리에 의해, 칭량계로 측정한 매트 중량에 대한 수지 함침률은 55mass% 였다.

(건조)

흡인 공정을 끝낸 알루미나질 섬유의 매트에 건조 온도 95∼155℃, 건조 시간 100 초 이상, 건조시의 압축 폭 4∼15mm 의 조건으로 가열 가압 건조를 행하였다.

이와 같이 하여 얻어진 알루미나질 섬유의 매트의 칭량계로 측정한 매트 중량에 대한 수지 첨착률은 10mass%, 두께 3∼15mm 의 알루미나질 섬유 매트가 되었다. 또, 필요에 따라, 매트에 구멍을 냈다.

실시예 2

(매트 : 적층 시트의 제조)

알루미늄 함유량 70g/l, Al/Cl = 1.8 (원자비) 의 염기성 염화알루미늄 수용액에, 실리카졸을 알루미나질 섬유의 조성이 Al₂O₃ : SiO₂ = 72±2 : 28±2 가 되도록 첨가하여, 세라믹 파이버로서의 알루미나질 섬유의 전구체를 얻었다. 다음으로, 이 알루미나질 섬유의 전구체에 대하여, 폴리비닐알코올 등의 유기 중합체를 첨가하고, 농축한 방사액을 조정하고, 그 방사액을 사용하여 블로잉법으로 방사를 행하였다.

이 때, 블로잉시의 에어 구경은 알루미나질 섬유의 평균 섬유 길이가 12mm 가 되도록 조정되어 평균 섬유 길이가 12mm 가 되는 알루미나질 섬유가 얻어진다. 그 후, 적층하여 알루미나 섬유의 연속 시트를 제작하고, 알루미나질 섬유의 연속 시트를 제조하였다.

이와 같이 하여 제조된 알루미나질 섬유의 적층 시트에, 니들링 상호간 거리 : 2mm, 니들링 배향 각도 A = 0.7 이 되는 니들링 처리를 행하였다. 이어서, 이 연속 적층 시트를 상온으로부터 승온하고, 최고 온도 1250±50℃ 에서 연속 소성하여, 1050g/cm² 의 알루미나질 섬유의 연속 적층 시트를 얻었다.

(적층 시트의 재단)

상기와 같이 하여 작성된 알루미나질 섬유의 연속 적층 시트를, 종 : 500∼1400mm × 횡 51000∼52500mm, 두께가 10mm 의 크기로 재단하여 매트로 하였다.

이 매트 중에 포함되는 쇼트에 관하여, 체와 칭량계를 사용하여 그 매트 중 에 45㎛ 이상의 쇼트가 7mass% 이하가 되도록 조정하였다.

(수지 함침)

전 (前) 공정에서 얻은 알루미나질 섬유의 연속 적층 시트로 이루어지는 매트에, 유기 수지의 함침을 행하기 위하여, 수지 농도가 0.5∼30mass% 가 되도록 조정한 아크릴계 수지 수분산액 (고형분 농도 50±10mass%, pH : 5.5∼7.0) 을 얻고, 이 아크릴계 수지 수분산액을 컨베이어상에 있어서, 500∼1400mm 로 재단된 상기 매트의 표면에 한 번에 한하는 방법으로 수지 함침 처리를 행하였다. 또, 이 단계에서는, 알루미나질 섬유의 연속 적층 시트로 이루어지는 매트에는, 다량의 고형분이 부착되어 있었다.

(고형분의 흡인)

수지 함침 처리 후의 상기 매트에 부착된 과잉의 고형분을 제거하기 위하여, 흡인을 행하였다. 이 처리에서는, 상기 매트를 5∼50kPa 의 흡인력으로 1 초 이상의 조건의 흡인을 행함으로써 고형분을 제거하였다. 이 처리에 의해, 칭량계로 측정한 수지 함침률은 55mass% 였다.

(건조)

이와 같이 하여 얻어진 알루미나질 섬유의 매트의 칭량계로 측정한 매트 중량에 대한 수지 첨착률은 10mass%, 두께 3∼15mm 의 알루미나질 섬유 매트가 되었 다. 또, 필요에 따라, 매트에 구멍을 냈다.

참고예 1

실시예 1 에 있어서, 알루미늄 함유량 70g/l, Al/Cl = 1.8 (원자비) 의 염기성 염화알루미늄 수용액에 실리카졸을, 알루미나질 섬유의 조성이 Al₂O₃ : SiO₂ = 80±2 : 20±2 가 되도록 첨가한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 알루미나질 섬유의 매트를 얻었다.

참고예 2

실시예 1 에 있어서, 알루미늄 함유량 70g/l, Al/Cl = 1.8 (원자비) 의 염기성 염화알루미늄 수용액에 실리카졸을, 알루미나질 섬유의 조성이 Al₂O₃ : SiO₂ = 60±2 : 40±2 가 되도록 첨가한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 알루미나질 섬유의 매트를 얻었다.

참고예 3

실시예 1 에 있어서, 블로잉법으로 방사한 후, 방사가 완료된 알루미나질 섬유를 평균 섬유 길이가 0.25mm 가 되도록 절단한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 알루미나질 섬유의 매트를 얻었다.

참고예 4

실시예 1 에 있어서, 니들링 배향 각도 A = 0.42 가 되는 각도로 니들링을 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 알루미나질 섬유의 매트를 얻었다.

참고예 5

실시예 1 에 있어서, 니들링간 거리를 10mm 로 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 알루미나질 섬유의 매트를 얻었다.

비교예 1

조성이 Al₂O₃ : SiO₂ = 50±2 : 50±2 가 되도록 첨가한 원료를 전기 용해하고, 고압의 공기류로 날려 섬유화한, 평균 섬유 길이 2mm 의 알루미나질 섬유 100 질량부에 대하여, 유기 바인더 (아크릴에멀전) 8 질량부의 비율로 함유하는 매트층용 수성 슬러리를 조제하였다. 그리고, 먼저 200 메시의 스테인리스제의 평면 형상 망형의 표면에 매트층용 수성 슬러리를 부착시키고, 흡인 탈수하여 두께 8mm 의 습윤 성형체를 얻었다. 이 습윤 성형체를 프레스에 가압하여, 두께 5mm 의 습윤 성형체를 얻었다. 계속해서, 이 습윤 성형체를 100∼140℃, 1 시간 건조시켜, 조성이 Al₂O₃ : SiO₂ = 50±2 : 50±2 의 세라믹 파이버 단열재를 얻었다.

비교예 2

실시예 1 에 있어서, 알루미늄 함유량 70g/l, Al/Cl = 1.8 (원자비) 의 염기성 염화알루미늄 수용액에 실리카졸을 배합하고, 알루미나질 섬유의 조성이 Al₂O₃ : SiO₂ = 85±2 : 15±2 가 되도록 첨가한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 알루미나질 섬유의 매트를 얻었다.

비교예 3

실시예 1 에 있어서, 알루미늄 함유량 70g/l, Al/Cl = 1.8 (원자비) 의 염기 성 염화알루미늄 수용액에 실리카졸을 배합하고, 알루미나질 섬유의 조성이 Al₂O₃ : SiO₂ = 55±2 : 45±2 가 되도록 첨가한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 알루미나질 섬유의 매트를 얻었다.

비교예 4

실시예 1 에 있어서, 블로잉법으로 방사한 후, 방사가 완료된 섬유를 평균 섬유 길이가 0.2mm 가 되도록 절단을 행한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 알루미나질 섬유의 매트를 얻었다.

비교예 5

실시예 1 에 있어서, 니들링 배향 각도 A = 65°가 되는 각도로 니들링을 실시한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 알루미나질 섬유의 매트를 얻었다.

비교예 6

실시예 1 에 있어서, 니들링간 거리를 12mm 로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 알루미나질 섬유의 매트를 얻었다.

또, 상기 실시예, 비교예, 참고예의 매트의 특성 시험은 하기의 조건으로 행하였다.

(평균 섬유 길이 측정)

핀셋으로 샘플로부터 섬유를 집어내고, 슬라이드 유리 위에 올리고, 대물 렌즈 40×10, 편향 현미경을 사용하여 현미경 상에 비친 임의의 100 점의 섬유 길이를 스케일로 측장하였다.

이 시험의 결과로부터, 알루미나질 섬유의 평균 섬유 길이는 50㎛ 이상인 것이 필요해진다는 것을 알 수 있었다. 또한, 이 평균 섬유 길이의 상한은 100mm 이상이라는 것을 알 수 있었다.

(열 전도율)

샘플을 100×100mm 로 커트하고, 일정한 부피 밀도 0.3g/cm³ 가 되도록 샘플을 포개어 압축하고, 중량 조정을 행하였다. 이어서, 이 매트의 중심 부근에 열선 및 열전대를 사이에 끼우고, 또한 샘플을 압축판에서 사이에 끼워 두께를 100mm 가 되도록 조정하였다. 그 후, 이 샘플을 전기로 내에 넣어, 온도 (600∼1000℃) 가 안정된 후에 측정을 행하였다. 이 측정은, 10 분 이상의 간격을 두고, 동일 온도로 3 회 이상의 측정을 반복한 평균치를 열 전도율로 하여, 온도와 열 전도율로 그래프를 작성한다.

이 시험의 결과, 부피 밀도 (GBD) : 0.2∼0.4g/cm³ 에 있어서, 열 전도율은 0.2W/m*K 이하로 하는 것이 필요하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 온도 600∼800℃ 에서의 열 전도율은, 0.15W/m*K 이하, 온도 800∼1000℃ 에서의 열 전도율이 0.18W/m*K 로 할 필요가 있다는 것을 알 수 있었다.

(풍식성)

샘플을 40×25mm 로 커트하고, 일정한 부피 밀도 0.3g/cm³ 가 되도록, 스페이서와 함께 SUS 제 지그를 사용하여, 압축하고 800℃ 로 가열한 풍식 시험로에 세트하여 1 시간 방치하였다. 에어노즐로부터 1.5kg/cm² 의 압력으로 3 시간 폭로하여, 시험 후의 풍식 거리를 측정하였다. 그리고, 3 시간당의 풍식 거리를 산출하여 GBD-풍식 거리의 그래프를 작성하고, 3 시간 이내로 샘플이 관통하여 버리는 경우에는, 온도가 급변한 지점을 관통점으로 하여 그 시험 시간을 산출하였다.

이 시험의 결과, 부피 밀도 (GBD) 0.3g/cm³ 에 있어서, 풍식 거리는 8mm 이하로 할 필요가 있다는 것을 알 수 있었다. 부피 밀도 (GBD) 0.3g/cm³ 에 있어서, 풍식 거리 4mm 이하인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.

(인장 강도)

샘플을 200×50mm 로 커트하고, 이 샘플의 상하 각 50×30mm 를 파지부로 남겨두고 고정하며, 상방으로 속도 10mm/min 로 샘플을 잡아당겨, 인장시 하중의 최대치를 측정하였다. 그 하중을 샘플 두께×샘플 폭 50mm 로 산출되는 단면적을 사용하여, 하기 식에 의해 단위 면적당의 인장 하중으로서 산출한다.

인장 강도 [kPa] = 하중 [N]/단면적 [mm²]

(샘플 두께 [mm]×샘플 폭 [mm]/10

산업상의 이용 가능성

본 발명은, 디젤 엔진 등의 내연 기관의 배기 가스 정화 장치, 터빈 엔진 등의 배기관계에 접속되는 장치의 엔드콘부에 장착하는 단열재로서 사용되는 것이다. 기타, 본 발명은, 엔드콘부 이외의 배기관계에 관한 단열재, 배기관계에 관한 흡음, 방음재의 분야에도 사용 가능하다.

Claims

알루미나-실리카계 세라믹 파이버로 이루어지는 시트를 적층하여 매트로 하고, 이 매트의 시트 적층 방향으로 니들링을 실시하여 이루어지는 배기 가스 정화 장치에 있어서의 엔드콘부에 장착되는 단열재에 있어서, 상기 매트에 사용되는 세라믹 파이버의 조성을, 알루미나 : 실리카 = 60∼80 : 40∼20 으로 하고,

상기 세라믹 파이버의 평균 섬유 길이가, 50㎛ 이상 100mm 이하인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치의 엔드콘부용 단열재.
제 1 항에 있어서,

알루미나와 실리카의 조성비가, 70∼74 : 30∼26 인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치의 엔드콘부용 단열재.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 니들링에 있어서의, 매트면에 실시된 인접하는 각 니들 상호간의 거리가, 1∼100mm 인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치의 엔드콘부용 단열재.
제 1 항에 있어서,

상기 니들링의 배향 각도가, 매트면의 수직 방향에 대하여 60°이내의 경사를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치의 엔드콘부용 단열재.