KR100832208B1 - 무기 섬유 집합체, 무기 섬유 집합체의 제조 방법, 벌집형구조체 및 벌집형 구조체의 제조 방법 - Google Patents

무기 섬유 집합체, 무기 섬유 집합체의 제조 방법, 벌집형구조체 및 벌집형 구조체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 높은 강도를 가지며, 해섬되기 어렵고, 풍식되기 어려울 뿐만 아니라, 벌집형 구조체에 바람직하게 사용할 수 있는 무기 섬유 집합체를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이며, 본 발명은 무기 섬유와 무기물을 포함하고, 상기 무기 섬유 표면의 일부에 상기 무기물이 고착되어 있으며, 상기 무기물을 통해 상기 무기 섬유들이 서로 고착되어 있는 것을 특징으로 하는 무기 섬유 집합체를 제공한다.
무기 섬유 집합체, 벌집형 구조체, 관통공, 배기 가스 정화 장치

Description

무기 섬유 집합체, 무기 섬유 집합체의 제조 방법, 벌집형 구조체 및 벌집형 구조체의 제조 방법{INORGANIC FIBER AGGREGATE, METHOD FOR PRODUCING INORGANIC FIBER AGGREGATE, HONEYCOMB STRUCTURE AND METHOD FOR PRODUCING HONEYCOMB STRUCTURE}
본 발명은 무기 섬유 집합체, 무기 섬유 집합체의 제조 방법, 상기 무기 섬유 집합체를 사용한 벌집형 구조체 및 벌집형 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
버스 및 트럭 등의 차량 또는 건설 기계 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중에 함유되는 매연 등의 미립자가 환경이나 인체에 해를 미치는 것이 문제가 되고 있다. 종래, 배기 가스 중의 미립자를 포집(捕集)하여 배기 가스를 정화하기 위해 다양한 필터가 제안되어 있으며, 벌집형 구조를 갖는 필터도 알려져 있다.
예를 들면 알루미나, 실리카 및 멀라이트 등을 포함하는 무기 섬유를 초조(抄造)하여 얻은 무기 시트를 콜게이트(corrugate) 가공함으로써 제작한 벌집형 구조체가 알려져 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 (평)4-2673호 공보 참조).
또한, 금속 섬유를 포함하는 다공질 소결체의 표면 전체에 무기 재료를 포함하는 촉매 담지층이 형성된 벌집형 구조체도 알려져 있다(예를 들면, 일본 특허 공 개 제2001-224967호 공보 참조).
일본 특허 공개 (평)4-2673호 공보에 개시된 바와 같은 무기 섬유를 사용한 벌집형 구조체는 풍식이 심하여 사용함에 따라 무기 섬유가 비산된다는 문제점이 있었다.
또한, 일본 특허 공개 제2001-224967호 공보에 개시된 바와 같은 벌집형 구조체는 풍식이 발생하기 때문에 벌집형 구조체로서의 신뢰성을 만족할 만한 것이 아니었다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 행하여, 무기 섬유들을 무기물을 통해 서로 고착시킬 때, 이 무기물을 무기 섬유의 일부에 고착시킴으로써, 무기 섬유 집합체 전체의 강도가 향상되며, 무기 섬유의 해섬(解纖) 또는 풍식이 발행하지 않는 것을 발견하여, 본 발명의 무기 섬유 집합체를 완성하였다.
또한, 이 무기 섬유 집합체를 벌집형 구조체에 바람직하게 사용할 수 있다는 것도 발견하였다.
본 발명의 무기 섬유 집합체는 무기 섬유와 무기물을 포함하고, 상기 무기 섬유 표면의 일부에 상기 무기물이 고착되어 있으며, 상기 무기물을 통해 상기 무기 섬유들이 서로 고착되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 무기 섬유 집합체에서는, 상기 무기 섬유들이 서로 고착되어 있는 부분이 상기 무기 섬유들간의 교차부이며,
상기 무기물이 상기 무기 섬유들간의 교차부에 국재(局在)되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무기 섬유 집합체에서, 상기 무기물은 실리카를 함유하고 있는 것이 바람직하며, 상기 무기 섬유는 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 무기 섬유 집합체의 제조 방법은, 무기 섬유 A와, 상기 무기 섬유 A가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C를 혼합하고,
이들의 혼합물을 상기 무기 섬유 A의 내열 온도 이하이고 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C의 연화 온도 이상인 온도로 가열 처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무기 섬유 집합체의 제조 방법에서, 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C는 실리카를 함유하고 있는 것이 바람직하며, 상기 무기 섬유 A는 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 무기 섬유 A와 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C의 배합비는 2:8 내지 8:2인 것이 바람직하다.
상기 무기 섬유 집합체의 제조 방법은, 초조 공정 또는 섬유 중첩 공정을 포함하여 시트상 무기 섬유 집합체를 제조하는 방법인 것이 바람직하며, 상기 시트상 무기 섬유 집합체를 산 처리하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 벌집형 구조체는 복수의 관통공이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥상의 벌집형 구조체이며,
상기 벌집형 구조체는 관통공이 형성된 본 발명의 무기 섬유 집합체가 상기 관통공이 겹치도록 길이 방향으로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 벌집형 구조체에서, 상기 복수의 관통공은 상기 벌집형 구조체의 어느 한 말단에서 밀봉되어 있으며,
상기 벌집형 구조체가 필터로서 기능하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 벌집형 구조체는 적층된 상기 무기 섬유 집합체의 양 말단에 주로 금속을 포함하는 판상체가 적층되어 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 벌집형 구조체는 상기 무기 섬유의 적어도 일부에 촉매가 담지되어 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법은, 무기 섬유 A와, 상기 무기 섬유 A가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C를 혼합한 후, 시트상으로 성형하는 시트상 혼합물의 제조 공정을 행하고,
상기 시트상 혼합물을 제조할 때와 동시에, 또는 상기 시트상 혼합물을 제조한 후에,
상기 시트상 혼합물에 관통공을 형성하는 관통공 형성 공정을 행하고,
관통공이 형성된 시트상 혼합물을 상기 무기 섬유 A의 내열 온도 이하이고 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C의 연화 온도 이상인 온도로 가열 처리하는 공정을 행함으로써 시트상 무기 섬유 집합체를 제조하고,
그 후, 상기 무기 섬유 집합체를 상기 관통공들이 서로 겹치도록 적층하는 것을 특징으로 한다.
상기 벌집형 구조체의 제조 방법에서, 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C는 실리카를 함유하고 있는 것이 바람직하며, 상기 무기 섬유 A는 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 벌집형 구조체의 제조 방법에서, 상기 무기 섬유 A와 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C의 배합비는 2:8 내지 8:2인 것이 바람직하다.
또한, 상기 벌집형 구조체의 제조 방법은 상기 시트상 무기 섬유 집합체를 산 처리하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시트상 무기 섬유 집합체를 적층함과 동시에, 그의 양 말단에 주로 금속을 포함하는 판상체를 적층하는 공정을 포함하는 것도 바람직하다.
<발명의 효과>
본 발명의 무기 섬유 집합체는, 무기 섬유 표면의 일부에 무기물이 고착되어 있으며, 이 무기물을 통해 무기 섬유들이 서로 고착되어 있기 때문에, 그의 강도가 우수하다.
또한, 상기 무기 섬유 집합체는 무기 섬유들이 무기물을 통해 서로 고착되어 있기 때문에, 무기 섬유가 해섬되지 않고, 무기 섬유 집합체 자체도 풍식되기 어렵다.
본 발명의 무기 섬유 집합체의 제조 방법에서는, 상술한 공정을 거침으로써 본 발명의 무기 섬유 집합체를 바람직하게 제조할 수 있다. 특히, 무기 섬유들이 서로 고착되어 있는 부분이 상기 무기 섬유들간의 교차부이며, 상기 무기물이 상기 무기 섬유들간의 교차부에 국재된 양태의 무기 섬유 집합체를 바람직하게 제조할 수 있다.
본 발명의 벌집형 구조체는 본 발명의 무기 섬유 집합체를 사용하여 이루어지는 것이기 때문에, 배기 가스 중의 미립자 등을 정화하는 필터로서 사용하는 경우, 충분한 강도를 가지며, 배기 가스의 유입에 의해 무기 섬유가 해섬되기 어려워짐과 동시에, 벌집형 구조체가 풍식되기 어려워지기 때문에 신뢰성이 우수해진다.
또한, 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에서는, 상술한 공정을 거침으로써 본 발명의 벌집형 구조체를 바람직하게 제조할 수 있다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
우선, 본 발명의 무기 섬유 집합체에 대하여 설명한다.
본 발명의 무기 섬유 집합체는 무기 섬유와 무기물을 포함하고, 상기 무기 섬유 표면의 일부에 상기 무기물이 고착되어 있으며, 상기 무기물을 통해 상기 무기 섬유들이 서로 고착되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 무기 섬유 집합체는 무기 섬유와 무기물을 포함하는 것이다.
상기 무기 섬유의 재질로서는, 예를 들면 실리카-알루미나, 멀라이트, 알루미나, 실리카, 티타니아 및 지르코니아 등의 산화물 세라믹, 질화규소 및 질화붕소 등의 질화물 세라믹, 탄화규소 등의 탄화물 세라믹, 현무암 등을 들 수 있다.
이들은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
이들 중에서 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상이 바람직하다.
이들을 사용한 무기 섬유 집합체는 내열성이 우수하기 때문이다.
상기 무기 섬유의 섬유 길이의 바람직한 하한값은 0.1 ㎜이고, 바람직한 상한값은 100 ㎜이다.
상기 섬유 길이가 0.1 ㎜ 미만이면, 무기 섬유들을 무기물을 통해 서로 고착시키는 것이 곤란해져 충분한 강도를 얻을 수 없는 경우가 있으며, 한편 상기 섬유 길이가 100 ㎜를 초과하면, 균질한 무기 섬유 집합체를 제조하는 것이 어려우며, 충분한 강도를 갖는 무기 섬유 집합체를 제조할 수 없는 경우가 있기 때문이다.
상기 섬유 길이의 보다 바람직한 하한값은 0.5 ㎜이고, 보다 바람직한 상한값은 50 ㎜이다.
상기 무기 섬유의 섬유 직경의 바람직한 하한값은 0.3 ㎛이고, 바람직한 상한값은 30 ㎛이다.
상기 섬유 직경이 0.3 ㎛ 미만이면, 무기 섬유 자체가 굴절되기 쉬워지며, 그 결과, 얻어진 무기 섬유 집합체가 풍식되기 쉬워지고, 한편 상기 섬유 직경이 30 ㎛를 초과하면, 무기 섬유들을 무기물을 통해 서로 고착시키는 것이 곤란해져 충분한 강도를 얻을 수 없는 경우가 있다. 상기 섬유 직경의 보다 바람직한 하한값은 0.5 ㎛이며, 보다 바람직한 상한값은 15 ㎛이다.
상기 무기물로서는, 실리카를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 무기 섬유 집합체에서는, 상기 무기 섬유 표면의 일부에 상기 무기물이 고착되어 있으며, 이 무기물을 통해 상기 무기 섬유들이 서로 고착되어 있다.
여기서, 상기 무기 섬유들이 서로 고착되어 있는 부분은 상기 무기 섬유들간의 교차부이며, 상기 무기물이 상기 무기 섬유들간의 교차부에 국재되어 있는 것이 바람직하다.
이에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 발명의 무기 섬유 집합체의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 1에 도시한 단면도는 교차하는 무기 섬유를 길이 방향으로 절단한 단면을 나타내고 있다. 도 1에 도시한 무기 섬유 집합체 (10)에서는, 무기 섬유 집합체를 구성하는 무기 섬유 (11)에 대하여, 이 무기 섬유 (11)들간의 교차부에 무기물 (12)가 고착되어 있다.
이와 같이, 무기 섬유 (11)들간의 교차부에 무기물 (12)가 고착됨으로써, 무기 섬유 집합체 (10)의 강도가 향상되며, 무기 섬유의 해섬이 방지된다.
또한, 무기 섬유 집합체 (10)에서는, 무기물 (12)가 무기 섬유 (11)들간의 교차부에 국재되어 있다.
따라서 무기 섬유 (11)은, 다른 무기 섬유 (11)과의 교차부가 무기물 (12)에 의해 피복되며, 그 밖의 대부분에는 무기물이 고착되지 않게 된다.
여기서 무기 섬유들간의 교차부란, 무기 섬유들이 서로 가장 근접된 부위로부터 일반적으로 무기 섬유의 섬유 직경의 10배 이내인 거리의 영역을 말한다.
상기 무기 섬유 집합체의 인장 강도는 0.3 MPa 이상인 것이 바람직하며, 0.4 MPa 이상인 것이 보다 바람직하다.
상기 인장 강도가 0.3 MPa 미만이면, 후술하는 바와 같이 상기 무기 섬유 집합체를 벌집형 구조체에 사용한 경우, 충분한 신뢰성을 얻을 수 없는 경우가 있다.
또한, 상기 인장 강도는 상기 무기 섬유 집합체를 시트상으로 성형하고, 그의 양끝을 지그(jig)로 고정하여 인스트론형 만능 시험기에 의해 측정할 수 있다.
상기 무기 섬유 집합체를 후술하는 벌집형 구조체에 사용한 경우, 그의 겉보기 밀도는 바람직한 하한이 0.02 g/㎤이고, 보다 바람직한 하한이 0.05 g/㎤이고, 더욱 바람직한 상한이 1.00 g/㎤이다.
겉보기 밀도가 0.02 g/㎤ 미만이면, 강도가 불충분한 경우가 있으며, 한편 1.00 g/㎤를 초과하면, 벌집형 구조체의 압력 손실이 지나치게 높아지는 경우가 있다.
보다 바람직한 하한은 0.10 g/㎤이고, 보다 바람직한 상한은 0.50 g/㎤이다.
또한, 상기 무기 섬유 집합체의 기공률은 바람직한 하한이 60 부피％이고, 바람직한 상한이 98 부피％이다. 상기 기공률이 60 부피％ 미만이면, 벌집형 구조체에 사용시 압력 손실이 높아지는 경우가 있으며, 98 부피％를 초과하면, 벌집형 구조체에 사용시 충분한 강도를 얻을 수 없는 경우가 있기 때문이다.
보다 바람직한 하한은 70 부피％이다.
또한, 겉보기 밀도 또는 기공률은 예를 들면, 중량법, 아르키메데스법 및 주사형 전자 현미경(SEM)에 의한 측정 등의 종래 공지된 방법에 의해 측정할 수 있다.
상기 무기 섬유 집합체에서, 무기물이 고착되어 있는 무기 섬유들간의 교차부는, 무기 섬유들간의 교차부 전체의 20％ 이상인 것이 바람직하다.
20％ 미만이면, 무기 섬유 집합체의 강도가 불충분해지는 경우가 있기 때문이다.
또한, 상기 무기물이 고착되어 있는 무기 섬유들간의 교차부의 비율은, 상기 무기 섬유 집합체의 복수 부분을 현미경으로 관찰하여, 각 관찰 시야 내에서 무기 섬유들간의 교차부의 수와 무기물이 고착되어 있는 무기 섬유들간의 교차부의 수를 계산하여 비율을 구하고, 그의 평균값을 산출함으로써 얻을 수 있다.
상기 무기 섬유 집합체는 후술하는 벌집형 구조체에 사용할 수 있으며, 이 때, 촉매를 담지한 벌집형 구조체에도 사용할 수 있다.
따라서, 상기 무기 섬유 집합체는 촉매를 담지한 것일 수도 있다.
이하, 촉매가 담지된 본 발명의 무기 섬유 집합체에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 2(a), (b)는 촉매가 담지된 본 발명의 무기 섬유 집합체의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 2도 도 1과 마찬가지로 교차하는 무기 섬유를 길이 방향으로 절단한 단면을 나타내는 단면도이다.
도 2(a)에 도시한 무기 섬유 집합체 (20)은 도 1에 도시한 무기 섬유 집합체 (10)의 노출면에 촉매층 (13)이 형성된 구조를 갖고 있다.
또한, (b)에 도시한 바와 같이 무기 섬유 집합체 (30)에서는, 무기 섬유 (11)의 표면 전체에 촉매층 (13)이 형성되어 있으며, 이 촉매층 (13)이 형성된 무기 섬유들 (11)이 그의 교차부에서 무기물 (12)에 의해 서로 고착되어 있다.
이들의 무기 섬유 집합체 (20) 및 (30)도 본 발명의 무기 섬유 집합체 중의 하나이다.
이와 같이, 본 발명의 무기 섬유 집합체가 촉매를 담지하는 경우, 무기 섬유의 표면 전체에 촉매를 담지할 수도 있고, 무기 섬유의 표면에서 무기물을 고착한 후 노출하는 부분에만 촉매를 담지할 수도 있다.
또한, 도시하지 않았지만, (b)에 도시한 양태의 무기 섬유 집합체에서, 무기물의 표면에도 촉매층을 가질 수 있다.
또한, 무기 섬유 및(또는) 무기물의 일부에만 촉매를 담지할 수도 있다.
상기 촉매로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 백금, 팔라듐 및 로듐 등의 귀금속을 포함하는 촉매를 들 수 있다. 또한, 이들의 귀금속 이외에 알칼리 금속(원소 주기율표 1족), 알칼리 토류 금속(원소 주기율표 2족), 희토류 원소(원소 주기율표 3족) 및 전이 금속 원소 등을 포함한 것이 담지될 수도 있다.
또한, 상기 무기 섬유 집합체에 촉매를 담지하는 방법에 대하여 후술한다.
이러한 구성을 포함하는 본 발명의 무기 섬유 집합체는 예를 들면 벌집형 구조체에 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 이러한 구성을 포함하는 본 발명의 무기 섬유 집합체는 하기의 무기 섬유 집합체의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
이어서, 본 발명의 무기 섬유 집합체의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 무기 섬유 집합체의 제조 방법은, 무기 섬유 A와, 상기 무기 섬유 A가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C를 혼합하고,
이들의 혼합물을 상기 무기 섬유 A의 내열 온도 이하이고 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C의 연화 온도 이상인 온도로 가열 처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기 무기 섬유 집합체의 제조 방법에 대하여 공정 순으로 설명한다.
(1) 우선 무기 섬유 A와, 상기 무기 섬유 A가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C를 혼합하여 혼합물을 제조한다. 여기서, 상기 혼합물은 무기 섬유 A와 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C가 물에 분산되어 있는 상태도 포함하는 것으로 한다.
상기 무기 섬유 A로서는, 상기 무기 섬유 집합체에서 설명한 무기 섬유(탄화규소 및 알루미나 등을 포함하는 무기 섬유)와 동일한 것을 들 수 있다.
상기 무기 섬유 A로서는 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상이 바람직하다.
그 이유는, 내열성이 우수한 무기 섬유 집합체를 제조할 수 있기 때문이다.
상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C로서는, 상기 무기 섬유 A가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 그의 구체예에 있어서, 상기 무기 섬유 B로서는, 예를 들면 규산 유리, 규산 알칼리 유리 및 붕규산 유리 등을 포함하는 무기 유리 섬유 등을 들 수 있으며, 상기 무기 입자 C로서는, 예를 들면 규산 유리, 규산 알칼리 유리 및 붕규산 유리 등을 포함하는 무기 유리 입자 등을 들 수 있다.
상기 무기 섬유 B의 섬유 길이의 바람직한 하한은 0.1 ㎜이고, 바람직한 상한은 100 ㎜이다.
상기 섬유 길이가 0.1 ㎜ 미만이면, 무기 섬유 A들을 무기물을 사용하여 서로 고착시키는 것이 곤란해져, 충분한 강도가 얻어지지 않는 경우가 있으며, 한편 상기 섬유 길이가 100 ㎜를 초과하면, 혼합물을 제조했을 때 균일하게 분산시키는 것이 어려워져, 후속 공정에서 가열 처리를 실시할 때, 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C가 균일하게 분산되지 않는 것에 기인하여, 무기 섬유 A들간의 교차부에 고착되는 부위가 줄어드는 경우가 있다.
보다 바람직한 하한은 0.5 ㎜이고, 보다 바람직한 상한은 50 ㎜이다.
상기 무기 섬유 B의 섬유 직경의 바람직한 하한은 0.3 ㎛이고, 바람직한 상한은 30 ㎛이다.
상기 섬유 직경이 0.3 ㎛ 미만이면, 무기 섬유 자체가 굴절되기 쉬워져, 얻어진 무기 섬유 집합체가 풍식되기 쉬워지는 경향이 있으며, 30 ㎛를 초과하면, 무기 섬유 A들을 무기물을 통해 서로 고착하는 것이 곤란해져, 충분한 강도를 얻을 수 없는 경우가 있다.
상기 무기 입자 C의 입경의 바람직한 하한은 1 ㎛이고, 바람직한 상한은 10O ㎛이다.
상기 입경이 1 ㎛ 미만이면, 응집제가 필요하게 되고, 균일한 분산이 곤란해지는 경우가 있으며, 10O ㎛를 초과하면, 혼합물을 제조했을 때 균일하게 분산시키는 것이 어려워져, 후속 공정에서 가열 처리를 실시할 때 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C가 균일하게 분산되지 않는 것에 기인하여, 무기 섬유 A들간의 교차부에 고착되는 부위가 줄어드는 경우가 있다.
상기 무기 섬유 A와, 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C를 혼합할 때의 상기 무기 섬유 A와 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C의 배합비(중량비)는, 2:8 내지 8:2인 것이 바람직하다.
무기 섬유 A의 배합비가 2:8보다 낮으면, 무기 섬유의 표면을 코팅하듯이 무기물이 고착되기 쉬워져, 얻어지는 무기 섬유 집합체의 유연성이 불충분해지는 경우가 있으며, 한편 무기 섬유 A의 배합비가 8:2보다 크면, 무기 섬유들간의 고착 부위의 수가 적어져, 얻어지는 무기 섬유 집합체의 강도가 불충분해지는 경우가 있기 때문이다.
또한, 상기 혼합물을 제조할 때에는, 필요에 따라 물 또는 분산제를 첨가함으로써, 상기 무기 섬유 A와 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C를 균일하게 혼합할 수 있다.
또한, 유기 바인더를 첨가할 수도 있다. 유기 바인더를 첨가함으로써, 무기 섬유 A와 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C가 서로 확실하게 얽혀, 소성 전에 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C가 무기 섬유 A들로부터 빠지기 어려워지며, 무기 섬유 A들을 보다 확실하게 서로 고착시킬 수 있기 때문이다.
(2) 상기 혼합물을 조정한 후에는, 상기 무기 섬유 A의 내열 온도 이하이고 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C의 연화 온도 이상인 온도로 가열 처리한다.
이러한 처리를 실시함으로써, 상기 무기 섬유 A들이 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C를 재료로서 포함하거나 이들과 동일한 재료를 포함하는 무기물을 통해 서로 고착되고, 이 고착되어 있는 부분의 대부분이 무기 섬유 A의 교차부이며, 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C를 재료로서 포함하거나 이들과 동일한 재료를 포함하는 무기물이 상기 교차부에 국재되어 있는 무기 섬유 집합체를 제조할 수 있다.
상기 가열 온도는 무기 섬유 A와 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C의 조합을 고려하여 적절하게 선택할 수 있다.
또한, 무기 섬유 A의 내열 온도를 예시하면, 예를 들면 알루미나>1300℃, 실리카>1000℃, 탄화규소>1600℃, 실리카-알루미나>1200℃이다.
구체적인 가열 온도는 상기 무기 섬유나 상기 무기물의 내열 온도 또는 연화 온도에 따라 상이하기 때문에 일률적으로는 말할 수 없지만, 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C로서 무기 유리를 사용한 경우에는 900 내지 1,050℃가 바람직하다고 생각된다.
가열 온도가 900℃ 이하이면 무기 섬유 표면의 일부에는 고착되지만, 무기 섬유들을 서로 고착시킬 수 없는 경우가 있으며, 1,050℃를 초과하면 고착된 무기물에 균열이 발생하는 경우가 있기 때문이다.
본 발명의 무기 섬유 집합체의 제조 방법에서는, 혼합물을 제조한 후 초조 공정 또는 예를 들면 블로잉(blowing) 등의 섬유 중첩 공정을 행하고, 그 후 상기 가열 처리를 행함으로써 시트상 무기 섬유 집합체를 제조할 수 있다.
이러한 공정을 거쳐서 시트상 무기 섬유 집합체를 제조한 경우, 얻어진 무기 섬유 집합체는 후술하는 본 발명의 벌집형 구조체에 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 초조 공정에서는, 상기 혼합물을 소정 형상의 구멍이 서로 소정의 간격으로 형성된 메쉬에 의해 초조하고, 얻어진 것을 100 내지 200℃ 정도의 온도로 건조함으로써 소정 두께의 초조 시트를 얻는다.
상기 초조 시트의 두께는 0.1 내지 20 ㎜가 바람직하다.
또한, 상기 혼합물의 제조시에 물을 첨가하여 혼합물을 제조한 경우에는, 상기 가열 처리 전에 건조 처리를 행하여, 혼합물로부터 물을 제거하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 무기 섬유 집합체의 제조 방법에서는, 상술한 방법으로 제조한 시트상 무기 섬유 집합체를 산 처리하는 공정을 행할 수도 있다.
상기 산 처리를 행함으로써 무기 섬유 집합체의 내열성이 향상되기 때문이다.
상기 산 처리는 예를 들면 염산 및 황산 등의 용액 중에 상기 무기 섬유 집합체를 침지함으로써 행할 수 있다.
상기 산 처리 조건으로서는, 상기 무기물로서 무기 유리를 사용하는 경우, 처리 용액의 농도는 1 내지 10 mol/ℓ가 바람직하며, 처리 시간은 0.5 내지 24 시간이 바람직하고, 처리 온도는 70 내지 100℃가 바람직하다.
이러한 조건으로 산 처리를 실시함으로써 실리카 이외의 성분이 용출되고, 그 결과, 무기 섬유 집합체의 내열성이 향상되기 때문이다.
본 발명의 무기 섬유 집합체의 제조 방법에서는, 촉매를 담지한 무기 섬유 집합체를 제조할 수도 있다.
이 경우에는, 예를 들면 미리 무기 섬유 A에 촉매를 담지하는 방법을 이용할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면 무기 섬유 A를 Pt 등의 귀금속을 포함하는 촉매를 담지한 산화물의 슬러리에 함침한 후, 꺼내어 가열함으로써 촉매가 부착된 무기 섬유 A를 제조할 수 있고, 이 촉매가 부착된 무기 섬유 A를 사용하여 무기 섬유 집합체를 제조함으로써, 촉매를 담지한 무기 섬유 집합체를 제조할 수 있다. 또한, 무기 섬유 A에 촉매를 담지시키는 경우에는, 촉매를 포함하는 슬러리에 무기 섬유를 함침한 후, 꺼내어 가열함으로써 직접 무기 섬유에 촉매를 부착시킬 수도 있다.
또한, 별도의 방법으로서는, 상술한 공정을 거쳐서 무기 섬유 집합체를 제조한 후, 이 무기 섬유 집합체를 상기 Pt 등의 귀금속을 포함하는 촉매를 담지한 산화물의 슬러리 또는 상기 촉매를 포함하는 슬러리에 무기 섬유를 함침한 후, 꺼내어 가열하는 방법을 이용할 수도 있다.
전자의 방법으로는 도 2(b)에 도시한 양태의 무기 섬유 집합체를 제조할 수 있으며, 후자의 방법으로는 도 2(a)에 도시한 양태의 무기 섬유 집합체를 제조할 수 있다.
또한, 또 다른 방법으로 촉매를 담지할 수도 있다.
구체적으로는, 예를 들면 무기 섬유 집합체를 제조한 후, 이 무기 섬유 집합체를 CZ(nCeO2ㆍmZrO2) 10 g, 에탄올 11(ℓ), 시트르산 5 g 및 pH 조정제를 적정량 포함하는 용액에 무기 섬유 집합체를 5분 정도 침지하고, 그 후 500℃ 정도로 소성 처리를 실시함으로써 촉매를 담지할 수도 있다.
또한, 이 경우 상기한 침지 및 소성 공정을 반복함으로써, 부여 촉매량을 조정할 수 있다.
이어서, 본 발명의 벌집형 구조체에 대하여 설명한다.
본 발명의 벌집형 구조체는 복수의 관통공이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥상의 벌집형 구조체이며,
상기 벌집형 구조체는 관통공이 형성된 본 발명의 무기 섬유 집합체가 상기 관통공이 겹치도록 길이 방향으로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 벌집형 구조체에서는 길이 방향으로 관통공이 병설되어 있지만, 상기 관통공은 양끝이 밀봉되어 있지 않은 통상적인 관통공일 수도 있고, 어느 한 말단이 밀봉된 관통공(이하, 유저공(有底孔)이라고 함)일 수도 있다.
상기 관통공을 갖는 무기 섬유 집합체를 제조할 때에는, 관통공에 상당하는 구멍이 형성된 메쉬를 사용하여 초조를 행할 수도 있고, 관통공에 상당하는 구멍이 없는 무기 섬유 집합체를 제조한 후, 관통공에 상당하는 부분에 구멍을 형성하는 가공을 행할 수도 있다.
상기 관통공이 통상적인 관통공인 경우, 상기 벌집형 구조체는 필터로서는 기능하지 않지만, 관통공을 포함하는 부분에 촉매를 부착시킴으로써 유해 가스의 정화 장치(촉매 담체)로서 기능한다.
한편, 상기 다수의 관통공이 어느 한 말단이 밀봉된 유저공인 경우, 상기 벌집형 구조체는 필터로서 기능하며, 촉매가 부착되어 있는 경우에는 필터 및 유해 가스의 정화 장치로서 기능할 수도 있다.
이하에서는 주로 필터로서 기능하는 벌집형 구조체에 대하여 설명하지만, 상술한 바와 같이, 본 발명의 벌집형 구조체는 유해 가스의 정화 장치로서의 기능을 갖는 것일 수도 있다.
본 발명의 벌집형 구조체는, 구성 재료로서 본 발명의 무기 섬유 집합체를 사용하고 있기 때문에, 충분한 강도를 가지며, 무기 섬유가 해섬되거나 벌집형 구조체가 풍식될 가능성이 낮다.
또한, 주된 구성 재료가 무기 섬유이기 때문에, 고기공률의 벌집형 구조체를 실현할 수 있다. 그 때문에, 압력 손실을 낮게 할 수 있음과 동시에, 미립자가 무기 섬유에 부착된 촉매와 접촉할 기회가 증가되어, 미립자의 연소를 용이하게 행할 수 있다.
또한, 열 용량이 작기 때문에, 내연 기관으로부터 배출되는 배기열에 의해 조기에 촉매의 활성 온도까지 상승시킬 수 있다. 특히 필터를 엔진의 바로 아래에 배치하여, 그의 배기열을 유효하게 이용하는 형태로 사용하는 경우에 보다 효율적이라고 생각된다.
또한, 엔진 바로 아래에 배치하는 경우에는, 필터 공간이 매우 한정되어 필터의 형상도 복잡해지는 경우가 있지만, 본 발명의 벌집형 구조체는 상기 무기 섬유 집합체를 길이 방향으로 적층하여 이루어지기 때문에, 용이하면서 재료의 낭비없이 대응하는 것이 가능하다.
또한, 재생 처리 등을 행할 때에는, 미립자의 연소에 따라 필터의 길이 방향에는 큰 온도차가 생기며, 그에 따라 필터에 큰 열 응력이 가해지지만, 본 발명의 벌집형 구조체는 무기 섬유 집합체가 길이 방향으로 적층되어 이루어지기 때문에, 필터 전체에 큰 온도차가 발생하여도 각각의 유닛당 발생하는 온도차가 작으며, 그에 따른 열 응력도 작기 때문에 균열 등의 손상이 매우 발생하기 어렵다고 생각된다.
특히, 상술한 바와 같은 복잡한 형상의 필터는 형상상 열 응력에 대하여 매우 약해지지만, 본 발명의 벌집형 구조체는 복잡한 형상이어도, 상기한 이유로부터 균열 등의 손상이 매우 발생하기 어렵다고 생각된다.
또한, 본 발명의 벌집형 구조체는, 성형 전에 무기 섬유 집합체의 구성 재료인 무기 섬유 집합체에 촉매를 부여할 수 있기 때문에, 촉매를 보다 균일하게 분산시킨 상태로 부착시킬 수 있다. 또한, 시트상 무기 섬유 집합체가 길이 방향으로 적층되기 때문에, 길이 방향에 대한 촉매의 분산도 및 촉매 종류를 용도에 맞춰서 자유롭게 조합하여 적층하는 것이 가능하다. 그 결과, 본 발명의 벌집형 구조체는 재생 처리 및 유해 가스의 정화 기능을 증대시킬 수 있다고 생각된다.
또한, 본 발명의 벌집형 구조체에서는, 관통공의 크기가 다른 무기 섬유 집합체를 교대로 또는 불규칙하게 적층함으로써, 벌집형 구조체의 벽부의 표면에 요철을 용이하게 형성할 수 있다. 그리고, 벽부의 표면에 요철을 형성함으로써, 여과 면적이 증가되어 미립자를 포집했을 때의 압력 손실을 저하시킬 수 있다고 생각된다. 또한, 요철에 의해 배기 가스의 흐름이 난류가 되어, 필터 내의 온도차를 작게 하기 때문에, 열 응력에 의한 균열 등의 손상을 방지할 수 있다고 생각된다.
이하, 본 발명의 벌집형 구조체에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 3(a)는, 본 발명의 벌집형 구조체의 구체예를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 그의 A-A선 단면도이다.
벌집형 구조체 (100)은, 어느 한 말단이 밀봉된 다수의 관통공 (111)이 벽부 (113)을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 원주 형상인 것이다.
즉, 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 유저공 (111)은 배기 가스의 입구측 또는 출구측에 상당하는 단부 중 어느 하나가 밀봉되고, 하나의 유저공 (111)에 유입된 배기 가스는 반드시 유저공 (111)을 사이에 두고 있는 벽부 (113)을 통과한 후, 다른 유저공 (111)로부터 유출되어 벽부 (113)이 필터로서 기능하도록 되어 있다.
본 발명의 벌집형 구조체는, 도 3에 도시한 바와 같이, 두께가 0.1 내지 20 ㎜ 정도인 시트상 무기 섬유 집합체 (110a)를 적층하여 형성한 적층체이며, 길이 방향으로 관통공 (111)이 겹치도록 무기 섬유 집합체 (110a)가 적층되어 있다.
여기서, 관통공이 겹치도록 무기 섬유 집합체가 적층되어 있다는 것은, 인접하는 무기 섬유 집합체에 형성된 관통공들이 서로 연통하도록 적층되어 있는 것을 말한다.
각 무기 섬유 집합체들은 무기의 접착제 등에 의해 서로 접착될 수도 있고, 단순히 물리적으로 적층될 수도 있지만, 단순히 물리적으로 적층되어 있는 것이 바람직하다. 단순히 물리적으로 적층되어 있으면, 접착제 등을 포함하는 접합부에 의해 배기 가스의 흐름이 저해되어 압력 손실이 높아지는 경우가 없기 때문이다. 또한, 각 무기 섬유 집합체들이 단순히 물리적으로 적층되어 있는 경우, 적층체로 하기 위해서는 배기관에 장착하기 위한 케이싱(금속제의 통상체) 내에서 적층하여 압력을 가한다.
본 발명의 벌집형 구조체에서는, 적층된 무기 섬유 집합체의 양 말단에 주로 금속을 포함하는 판상체(이하, 금속판이라고 함)가 적층되어 있는 것이 바람직하다.
무기 섬유 집합체의 양 말단에 금속판이 형성되어 있는 경우, 벌집형 구조체가 보다 풍식되지 않게 된다.
또한, 케이싱(금속 용기)과의 열 팽창차에 기인하여, 고온시(사용시)에 케이싱(금속 용기)과의 간극 및 각 무기 섬유 집합체간의 간극이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과 배기 가스 중의 미립자가 누설되어, 미립자의 포집 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 단면의 강도가 높기 때문에, 사용시에 단면에 가해지는 배기 가스의 압력 등에 의해 필터의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이 때, 예를 들면 관통공의 한 말단을 밀봉한 부분에만 금속판을 사용할 수 있다. 상기 금속판의 재질은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 크롬계 스테인레스 및 크롬니켈계 스테인레스 등을 들 수 있다.
또한, 상기 금속판에는 소정의 위치에 관통공을 형성할 필요가 있다.
본 발명의 벌집형 구조체에서는, 무기 섬유 집합체 (110a)에 촉매가 담지되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 벌집형 구조체에서는, CO, HC 및 NOx 등의 배기 가스 중의 유해한 가스 성분을 정화할 수 있는 촉매를 담지시킴으로써, 촉매 반응에 의해 배기 가스 중의 유해한 가스 성분을 충분히 정화하는 것이 가능해지며, 상기 촉매 반응에서 발생한 반응열을 벽부 (113)에 부착된 미립자의 연소 제거에 이용할 수 있다. 또한, 미립자의 연소를 돕는 촉매를 담지시킴으로써, 미립자를 보다 용이하게 연소 제거할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 벌집형 구조체는 배기 가스의 정화 성능을 향상시킬 수 있으며, 미립자를 연소시키기 위한 에너지를 저하시키는 것도 가능해진다.
촉매가 담지된 무기 섬유 집합체에 대해서는 상술한 바와 같다.
상기 촉매는 모든 무기 섬유 집합체에 담지시킬 수도 있고, 일부의 무기 섬유 집합체에만 담지시킬 수도 있다. 예를 들면, 무기 섬유 집합체의 재질에 따라 각 무기 섬유 집합체의 기공률을 변경한 경우에는, 고기공률로 한 무기 섬유 집합체에만 촉매를 담지시킬 수 있다. 이와 같이 본 발명의 벌집형 구조체는, 길이 방향에서의 촉매의 담지량 및 촉매 종류를 용도에 맞춰서 자유롭게 변경하는 것이 가능하기 때문에, 재생 처리 및 유해 가스의 정화 기능을 증대시킬 수 있다고 생각된다.
또한, 상기 벌집형 구조체에서, 촉매 담지량은 0.01 내지 1 g/무기 섬유 10 g이 바람직하다.
이러한 촉매가 담지됨으로써, 본 발명의 벌집형 구조체는 배기 가스 중의 미립자를 포집하는 필터로서 기능함과 동시에, 배기 가스에 함유되는 CO, HC 및 NOx 등을 정화하기 위한 촉매 담지체로서 기능할 수 있다.
또한, 촉매가 담지된 본 발명의 벌집형 구조체는 종래 공지된 촉매 부착 DPF(Diesel Particulate Filter; 디젤 미립자 필터)와 동일한 가스 정화 장치로서 기능하는 것이다. 따라서, 여기서는 본 발명의 벌집형 구조체의 촉매 담지체로서의 기능에 대한 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 벌집형 구조체 전체의 바람직한 기공률은, 상술한 본 발명의 무기 섬유 집합체의 바람직한 기공률과 동일하다.
상기 벽부의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 0.2 ㎜이고, 바람직한 상한은 10.0 ㎜이다.
0.2 ㎜ 이하이면 강도가 저하되는 경우가 있고, 10.0 ㎜를 초과하면 압력 손실이 높아지는 경향이 있다.
보다 바람직한 하한은 0.3 ㎜이고, 보다 바람직한 상한은 6.0 ㎜이다.
본 발명의 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면에서의 관통공의 밀도는 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 0.16 개/㎠(1.0 개/in2)이고, 바람직한 상한은 62 개/㎠(400 개/in2)이다.
0.16 개/㎠ 미만이면 여과 면적이 지나치게 작아지며, 62 개/㎠를 초과하면 압력 손실이 지나치게 높아지는 경우가 있다.
상기 관통공 밀도의 보다 바람직한 하한은 0.62 개/㎠(4.0 개/in2)이고, 보다 바람직한 상한은 31 개/㎠(200 개/in2)이다.
본 발명의 벌집형 구조체의 길이 방향에 수직인 단면에서의 관통공의 크기는 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 0.8 ㎜×0.8 ㎜이고, 바람직한 상한은 16 ㎜×16 ㎜이다.
또한, 관통공의 치수가 다른 시트상 무기 섬유 집합체를 사용하여 이들을 적층하면, 관통공의 내표면에 요철이 형성되어 여과 면적이 커지며, 미립자를 포집했을 때의 압력 손실을 낮게 하는 것이 가능해진다고 생각된다. 또한, 요철에 의해 배기 가스의 흐름을 난류로 할 수 있기 때문에, 필터 내의 온도차를 작게 하여, 열 응력에 의한 손상을 효과적으로 방지할 수 있다고 생각된다. 상기 관통공의 평면도 상의 형상에 대해서는 특별히 사각형으로 한정되지 않으며, 예를 들면 삼각형, 육각형, 팔각형, 십이각형, 원형 및 타원형 등의 임의의 형상일 수도 있다.
도 3에 도시한 벌집형 구조체 (100)의 형상은 원주상이지만, 본 발명의 벌집형 구조체는 원주상으로 한정되지 않으며, 예를 들면 타원주상 또는 각주상 등의 임의의 기둥 형상 및 임의의 크기일 수 있다.
도 6(a)는 본 발명의 벌집형 구조체의 다른 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 본 발명의 벌집형 구조체의 또 다른 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다. 엔진 바로 아래에 필터가 배치되는 경우에는, 공간이 매우 한정되어 필터의 형상도 복잡하게 할 필요가 발생하는 경우가 있다. 본 발명의 벌집형 구조체는 도 6(a)에 도시한 바와 같이, 한 쪽에 오목부가 형성된 형상인 필터 (30), 또는 도 6(b)에 도시한 바와 같이 양측에 오목부가 형성된 형상인 필터 (40)과 같은 복잡한 형상이어도, 무기 섬유 집합체 (130), (140)을 길이 방향으로 적층함으로써, 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 벌집형 구조체는, 무기 섬유 집합체를 길이 방향으로 적층하여 형성한 것이기 때문에, 길이 방향으로 구부러져 있는 형상 또는 길이 방향으로 조금씩 변형되는 형상도 용이하게 실현할 수 있다.
이러한 구성을 포함하는 본 발명의 벌집형 구조체는, 후술하는 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법을 이용하여 제조할 수 있다.
이어서, 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법은, 무기 섬유 A와, 상기 무기 섬유 A가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C를 혼합한 후, 시트상으로 성형하는 시트상 혼합물의 제조 공정을 행하고,
상기 시트상 혼합물을 제조할 때와 동시에, 또는 상기 시트상 혼합물을 제조한 후에, 상기 시트상 혼합물에 관통공을 형성하는 관통공 형성 공정을 행하고,
관통공이 형성된 시트상 혼합물을 상기 무기 섬유 A의 내열 온도 이하이고 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C의 연화 온도 이상인 온도로 가열 처리하는 공정을 행함으로써 시트상 무기 섬유 집합체를 제조하고,
그 후, 상기 무기 섬유 집합체를 상기 관통공들이 서로 겹치도록 적층하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법의 일례에 대하여, 도 4를 참조하면서 설명한다.
도 4(a), (b)는 본 발명의 벌집형 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
(1) 우선 무기 섬유 A와, 상기 무기 섬유 A가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C를 혼합한 후, 시트상으로 성형하는 시트상 혼합물의 제조 공정을 행한다.
이 공정에서는, 본 발명의 무기 섬유 집합체의 제조 방법에서 설명한 방법과 동일한 방법으로, 무기 섬유 A와 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C를 혼합한 혼합물을 제조하고, 이 혼합물을 본 발명의 무기 섬유 집합체의 제조 방법에서 설명한 초조 공정 또는 섬유 적층 공정을 거쳐서 시트상으로 성형한다.
(2) 이어서, 상기 시트상 혼합물에 관통공을 형성하는 관통공 형성 공정을 행한다.
구체적으로는, 예를 들면 펀칭 가공에 의해 소정의 위치에 원하는 형상의 관통공을 형성할 수 있다.
또한, 상기 (1)의 초조 공정에서, 소정 형상의 구멍이 체크 무늬로 형성되어 있는 메쉬 또는 관통공에 상당하는 부분에 구멍이 형성되어 있는 메쉬를 사용함으로써, 관통공이 형성된 시트상 혼합물을 얻을 수도 있다.
(3) 이어서, 관통공이 형성된 시트상 혼합물을 상기 무기 섬유 A의 내열 온도 이하이고 상기 무기 섬유 B 및(또는) 무기 입자 C의 연화 온도 이상인 온도로 가열 처리하는 공정을 행함으로써 시트상 무기 섬유 집합체를 제조한다.
또한, 상기 가열 처리로서는, 본 발명의 무기 섬유 집합체의 제조 방법에서 이용한 가열 처리와 동일한 방법을 이용할 수 있다.
또한, 상기 가열 처리를 거쳐서 시트상 무기 섬유 집합체를 제조한 후, 필요에 따라 이 시트상 무기 섬유에 산 처리 또는 소결 처리를 실시할 수 있다.
(4) 그 후, 얻어진 시트상 무기 섬유 집합체를 관통공들이 서로 겹치도록 적층함으로써, 벌집형 구조체를 제조할 수 있다.
구체적으로는, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 한 쪽에 압착용 금속 부재를 갖는 원통상 케이싱 (23)을 사용하여, 우선, 케이싱 (123) 내에 양단부용 시트상 무기 섬유 집합체 (110b)를 수 매 적층한 후, 내부용 시트상 무기 섬유 집합체 (110a)를 소정 매수 적층한다. 그리고, 마지막으로 양단부용 시트상 무기 섬유 집합체 (110b)를 수 매 적층하고, 더욱 압착을 행하고, 그 후 다른 한 쪽에도 압착용 금속 부재를 설치, 고정함으로써 캐닝(canning)까지 완료된 벌집형 구조체를 제조할 수 있다.
여기서, 예를 들면 양단부용 시트상 무기 섬유 집합체 대신에, 소정의 관통공을 갖는 금속판을 적층할 수도 있다. 이에 따라, 시트상 무기 섬유 집합체를 적층함과 동시에, 그의 양 말단에 주로 금속을 포함하는 판상체를 적층하는 공정을 행할 수 있으며, 적층된 상기 무기 섬유 집합체의 양 말단에 주로 금속을 포함하는 판상체가 적층되어 이루어진 벌집형 구조체를 제조할 수 있다.
본 발명의 벌집형 구조체가 이와 같이 단순히 시트상 무기 섬유 집합체를 물리적으로 적층하고 있으면, 이 벌집형 구조체를 배기 통로에 배치했을 때, 이 벌집형 구조체에 어느 정도의 온도 분포가 발생하여도, 1매의 시트상 무기 섬유 집합체의 온도 분포는 작을 뿐만 아니라, 균열 등이 발생하기 어렵다.
또한, 관통공의 치수가 다른 시트상 무기 섬유 집합체를 제조하여 이들을 적층하면, 유저공이 요철을 형성하여 그의 표면적이 큰 유저공을 형성할 수 있다. 관통공의 형상에 대해서는 특별히 사각형으로 한정되지 않으며, 삼각형, 육각형, 팔각형, 십이각형, 원형 및 타원형 등의 임의의 형상일 수 있다.
본 발명의 벌집형 구조체의 용도는 특별히 한정되지 않지만, 차량의 배기 가스 정화 장치에 사용하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 벌집형 구조체가 설치된 차량의 배기 가스 정화 장치의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 5에 도시한 바와 같이 배기 가스 정화 장치 (200)에서는, 본 발명의 벌집형 구조체 (20)의 외측을 케이싱 (123)이 덮고 있고, 케이싱 (123)의 배기 가스가 도입되는 측의 단부에는 엔진 등의 내연 기관에 연결된 도입관 (124)가 접속되어 있으며, 케이싱 (123)의 다른 단부에는 외부에 연결된 배출관 (125)가 접속되어 있다. 또한, 도 5 중 화살표는 배기 가스의 흐름을 나타내고 있다.
이러한 구성을 포함하는 배기 가스 정화 장치 (200)에서는, 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스가 도입관 (124)를 통해 케이싱 (123) 내에 도입되고, 벌집형 구조체 (20)의 관통공으로부터 벽부(격벽)를 통과하여 이 벽부(격벽)로 미립자가 포집되어 정화된 후, 배출관 (125)를 통해 외부로 배출되게 된다.
그리고, 벌집형 구조체 (20)의 벽부(격벽)에 다량의 미립자가 퇴적되어 압력 손실이 높아지면, 후분사(post-injection) 등의 소정의 수단에 의해 벌집형 구조체 (20)의 재생 처리를 행한다.
이하에 실시예를 나타내어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예만으로 한정되지 않는다.
(실시예 1)
(1) 초조(抄造)용 슬러리의 제조 공정
우선, 알루미나 섬유 50 중량부, 유리 섬유(평균 섬유 직경: 9 ㎛, 평균 섬유 길이: 3 ㎜) 50 중량부 및 유기 바인더(폴리비닐알코올계 섬유) 10 중량부를 충분한 양의 물에 분산시키고, 충분히 교반함으로써 초조용 슬러리를 제조하였다.
(2) 초조 공정 및 관통공 형성 공정
(1)에서 얻어진 슬러리를 직경 143.8 ㎜의 메쉬에 의해 초조하고, 얻어진 것을 135℃로 건조시킴으로써 1 ㎜ 두께의 시트상 혼합물을 얻었다.
이어서, 펀칭 가공에 의해 4.5 ㎜×4.5 ㎜의 관통공을 2 ㎜의 간격으로, 시트상 혼합물의 대략 전체 면에 형성하였다.
(3) 가열 처리 공정
(2)에서 얻어진 시트상 혼합물을 950℃에서 1 시간 동안 가열 처리하여, 시트상 무기 섬유 집합체를 얻었다.
(4) 산 처리 및 소결 처리
(3)에서 얻어진 시트상 무기 섬유 집합체를 90℃, 4 mol/ℓ의 HCl 용액에 1 시간 동안 침지함으로써 산 처리를 실시하고, 1,050℃에서 5 시간의 조건으로 소결 처리를 행하였다.
또한, (1) 내지 (4)의 공정에서 형성한 시트상 무기 섬유 집합체의 기공률 등은 표 2에 나타낸 바와 같다.
(5) 양단부용 금속판의 제조
Ni-Cr 합금제 금속판을 직경 143.8 ㎜×두께 1 ㎜의 원반상으로 가공한 후, 레이저 가공함으로써 4.5 ㎜×4.5 ㎜의 구멍이 체크 무늬로 형성된 금속 적층 부재를 제조하였다. 이 공정에서 금속 적층 부재는 2매 제조하고, 각각의 적층 부재에는 하기의 적층 공정에서 금속 적층 부재를 적층했을 때, 벌집형 구조체의 입구측 단면과 출구측 단면에서 밀봉 부분이 다른 형태가 되도록, 서로 다른 위치에 구멍을 형성하였다.
(6) 적층 공정
우선, 별도로 한 쪽에 압착용 금속 부재가 부착된 케이싱(원통상의 금속 용기)을 금속 부재가 부착된 측이 아래가 되도록 세웠다. 그리고, 상기 (5)의 공정에서 얻은 금속 적층 부재를 1매 적층한 후, 상기 (4)의 공정에서 얻은 시트상 무기 섬유 집합체를 83매 적층하고, 마지막으로 금속 적층 부재 1매를 적층하여 더욱 압착을 행하고, 그 후 다른 한 쪽에도 압착용 금속 부재를 설치, 고정함으로써, 그의 길이가 75 ㎜인 적층체를 포함하는 벌집형 구조체를 얻었다.
또한, 이 공정에서는 시트상 무기 섬유 집합체의 관통공이 겹치도록 각 시트를 적층하고, 벌집형 구조체의 입구측 단면과 출구측 단면의 밀봉 부분이 다르도 록(겹쳐진 관통공의 어느 한 쪽만이 밀봉되도록) 금속 적층 부재를 적층하였다.
(실시예 2 내지 5)
무기 섬유 A(알루미나 섬유) 및 무기 섬유 B(유리 섬유)의 형상을 표 1에 나타낸 것으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 벌집형 구조체를 얻었다.
(실시예 6, 7)
무기 섬유 B(유리 섬유) 대신에 표 1에 나타낸 무기 입자 C(유리 입자)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 벌집형 구조체를 얻었다.
(실시예 8 내지 13)
무기 섬유 A로서, 알루미나 섬유 대신에 표 1에 나타낸 무기 섬유를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 벌집형 구조체를 얻었다.
(실시예 14, 15)
무기 섬유 A(알루미나 섬유) 및 무기 섬유 B(유리 섬유)의 배합량을 표 1에 나타낸 바와 같이 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 벌집형 구조체를 얻었다.
(비교예 1)
(1) 초조용 슬러리의 제조
알루미나 섬유 90 중량부를 충분한 양의 물에 분산시키고, 그 밖에 실리카졸 10 중량부, 유기 바인더로서 아크릴 라텍스를 2.7 중량부의 비율로 첨가하였다. 또한, 응결제로서 황산알루미늄, 응집제로서 폴리아크릴아미드를 함께 소량 첨가하여, 충분히 교반함으로써 초조용 슬러리를 제조하였다.
(2) 초조 공정
(1)에서 얻어진 슬러리를 직경 143.8 ㎜의 메쉬에 의해 초조하고, 얻어진 것을 150℃로 건조시키고, 그 후 실시예 1의 (2)의 공정과 마찬가지로 펀칭 가공을 실시함으로써, 4.5 ㎜×4.5 ㎜의 관통공이 서로 2 ㎜의 간격으로 전체 면에 형성된 1 ㎜ 두께의 시트상 무기 섬유 집합체를 얻었다.
또한, 상기 시트상 무기 섬유 집합체의 기공률 등은 표 2에 나타낸 바와 같다.
(3) 적층 공정
한 쪽에 압착용 금속 부재가 부착된 케이싱(원통상의 금속 용기)을 금속 부재가 부착된 측이 아래가 되도록 세웠다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지로 금속 적층 부재를 1매 적층한 후, 시트상 무기 섬유 집합체를 83매 적층하고, 마지막으로 금속 적층 부재 1매를 적층하여 더욱 압착을 행하고, 그 후 다른 한 쪽에도 압착용 금속 부재를 설치, 고정함으로써, 그의 길이가 75 ㎜인 적층체를 포함하는 벌집형 구조체를 얻었다.
상기 금속 적층 부재는 벌집형 구조체의 입구측 단면과 출구측 단면의 밀봉 부분이 다르도록(겹쳐진 관통공의 어느 한 쪽만이 밀봉되도록) 적층하였다.
(비교예 2)
비교예 1의 (1)의 공정에서, 알루미나 섬유 대신에 표 1에 나타낸 크기의 SiC 섬유를 사용하고, (2)의 공정에서 실리카졸 대신에 폴리오르가노실란을 사용한 것 이외에는, 비교예 1과 동일하게 하여 벌집형 구조체를 얻었다.
(비교예 3)
(1) 알루미나 섬유 90 중량부를 유기 바인더로서 아크릴 라텍스 2.7 중량부 및 충분한 양의 물에 첨가하여 알루미나 섬유를 분산시키고, 이 알루미나 섬유 분산액을 비교예 1의 (2)의 공정과 동일한 방법으로 초조 및 펀칭 가공하여 알루미나 섬유 시트를 얻었다.
(2) 이어서, 상기 (1)의 공정에서 얻은 알루미나 섬유 시트를 질산철의 알코올 용액(농도: 0.5 mol/ℓ)에 침지하고, 그 후, 알루미나 섬유 시트를 꺼내어 건조시킴으로써 시트상 무기 섬유 집합체를 제조하였다.
(3) 이어서, 비교예 1의 (4)의 공정과 동일한 방법을 이용하여, 금속 적층 부재와 시트상 무기 섬유 집합체를 적층하여 벌집형 구조체를 얻었다.
(평가 방법)
(1) 벌집형 구조체의 기공률
시트상 무기 섬유 집합체의 기공률을 중량법에 의해 측정하였다.
즉, 시트상 무기 섬유 집합체(10 ㎜×10 ㎜×1 ㎜)를 잘라내어, 이온 교환수로 초음파 세정(5분간)을 2회 행하였다. 이어서, 아세톤을 사용하여 초음파 세정(5분간)을 1회 행하고, 100℃에서 5 시간 동안 건조시켜 전자 저울로 중량 a(g)를 측정하였다. 이어서, 무기 섬유 집합체 기재(벽)부만의 부피를, 광학 현미경을 사용하여 중심의 세로 1열과 가로 1열의 벽 두께, 셀 폭 및 높이를 측정함으로써 산출하여 부피 b(㎤)로 하고, a/b로부터 무기 섬유 집합체 기재부만의 부피 밀도 c(g/㎤)를 구하였다. 계속해서, 무기 섬유 집합체를 분쇄하여 분말(부피: 23.6 cc)로 하고, 200℃에서 8 시간 동안 건조시키고, 오토 피크노미터(Auto Pycnometer) 1320 (마이크로메리틱스(Micromeritics)사 제조)을 사용하여 JIS-R-1620(1995)에 준거하여 배기 시간 40분으로 진공도를 측정하고, 진밀도 d(g/㎤)를 구하여, (1-c/d)×100(％)의 식에 측정값을 대입함으로써 기공률(％)을 산출하였다. 결과를 표 2에 나타내었다.
(2) 벌집형 구조체의 기공 직경
벌집형 구조체의 기공 직경을 수은 기공률 측정기에 의해 측정하였다.
즉, 시트상 무기 섬유 집합체(10 ㎜×10 ㎜×1 ㎜)를 잘라내어, 이온 교환수로 초음파 세정(5분간)을 2회 행하고, 이어서 아세톤을 사용하여 초음파 세정(5분간)을 1회 행하고, 100℃에서 5 시간 동안 건조시켰다. 계속해서, JIS-R-1655에 준거하여 자동 기공률 측정기(오토포어(AutoPore) III 9405 시마즈 세이사꾸쇼 제조)를 사용하여 0.2 내지 500 ㎛의 범위 내에서 측정을 행하였다. 이 때, 우선 100 내지 500 ㎛의 범위에서는 0.1 psia마다, 0.2 내지 100 ㎛의 범위에서는 0.25 psia마다 측정을 행하고, 이들의 결과로부터 평균 기공 직경을 얻었다. 결과를 표 2에 나타내었다.
(3) 무기 섬유 집합체의 인장 강도
각 실시예 및 비교예에 따른 방법과 동일한 방법으로 관통공이 형성되어 있지 않으며, 크기가 34×34×1 ㎜인 시트상 무기 섬유 집합체를 별도로 제조하여, 이 무기 섬유 집합체에 대하여 그의 양끝을 지그로 고정하고, 인스트론형 만능 시험기(인스트론사 제조, 5582)를 사용하여 인장 강도를 측정하였다. 결과를 표 2에 나타내었다.
(4) 무기 섬유 집합체의 형상 관찰
상기 (3)에서 인장 강도를 측정한 무기 섬유 집합체와 동일한 무기 섬유 집합체를 SEM으로 관찰하였다(배율, 150 내지 3000배).
그리고, 무기 섬유들을 서로 고착시키기 위한 무기물 등에 대하여, 이 무기물의 대부분이 무기 섬유들간의 교차부에 국재되어 있는 경우에는 "국재", 무기물이 무기 섬유의 전체에 분포되어 있는 경우를 "코팅"이라고 평가하였다. 결과를 표 2에 나타내었다.
또한, 실시예 1, 10, 11 및 비교예 1 내지 3에 따른 무기 섬유 집합체의 SEM 관찰 사진을 도 7 내지 12에 나타내었다.
(5) 풍식의 유무
실시예 및 비교예에 따른 벌집형 구조체 각각에 유속 3 m/초로 1 시간, 700℃의 공기를 계속 흐르게 하고, 이 전후의 벌집형 구조체의 중량을 측정하여, 중량이 1％ 이상 감소된 것을 풍식 있음, 중량 감소가 1％ 미만인 것을 풍식 없음으로 평가하였다. 결과를 표 2에 나타내었다.
(6) 흡음률의 측정
JIS A 1405에 준거하여, 하기의 방법으로 제조한 측정 샘플의 100 내지 2,000 Hz의 흡음률을 측정하였다.
실시예 1 내지 15 및 비교예 1 내지 3에서, 그의 직경을 100 ㎜로 한 것 이외에는 각 실시예 및 비교예와 동일하게 하여 적층 부재(시트상 무기 섬유 집합체 및 금속 적층 부재)를 제조하고, 이 적층 부재를 양끝에 금속 적층 부재가 1매씩 위치하고, 금속 적층 부재 사이에 시트상 무기 섬유 집합체가 35매 위치하도록 적층하고, 이어서 이 적층체를 원통형의 지그(금속관: 내경 100 ㎜, 외경 102 ㎜, 높이 35 ㎜) 내에 고정시킴으로써 측정 샘플로 하였다. 측정 결과에 대해서는, 400 Hz에서의 흡음률을 표 2에 나타내었다.
또한, 각 실시예 및 각 비교예에서의 소성 조건을 표 2에 나타내었다.
Figure 112006083462463-pct00015
(주 1) 무기 입자의 입경을 나타낸다.
(주 2) 표 중, 섬유 길이 및 섬유 직경은 각각 평균값을 나타낸다.
Figure 112006083460269-pct00002
(주) 표 중, 기공률은 평균값을 나타낸다.
표 2에 나타낸 결과로부터 분명한 바와 같이, 실시예에 따른 무기 섬유 집합체는 인장 강도가 0.3 MPa 이상으로 높았으며, 이 무기 섬유 집합체를 사용한 벌집형 구조체는 풍식되지 않았다.
한편, 비교예에 따른 무기 섬유 집합체는 인장 강도가 0.25 MPa 이하로 낮았으며, 이 무기 섬유 집합체를 사용한 벌집형 구조체에서는 풍식이 발생하고 있었다.
또한, 실시예 및 비교예에 따른 무기 섬유 집합체에 대하여 SEM 관찰 결과를 비교하면, 실시예에 따른 무기 섬유 집합체에서는, 무기 섬유들이 무기물에 의해 서로 고착되어 있는 부분이 무기 섬유들간의 교차부이며, 무기물은 무기 섬유들간의 교차부에 국재되어 있는 데 비해, 비교예에 따른 무기 섬유 집합체에서는, 무기 섬유들을 서로 고착하기 위한 실리카졸 또는 폴리 유기 실란 및 질산철이 무기 섬유의 전체를 코팅하듯이 분포되어 있는 것이 분명해졌다(도 7 내지 12 참조).
이들의 결과로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 무기 섬유 집합체는 인장 강도가 높고, 이러한 무기 섬유 집합체를 사용하여 제조한 벌집형 구조체도 인장 강도가 높을 뿐만 아니라, 풍식이 발생하지 않기 때문에 필터로서 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 실시예 및 비교예에 따른 벌집형 구조체(무기 섬유 집합체)의 흡음률을 비교한 결과, 표 2에 나타낸 바와 같이 실시예에 따른 벌집형 구조체가 비교예에 따른 벌집형 구조체보다 우수한 흡음률을 갖는다는 것이 분명해졌다.
또한, 표 2에서는 400 Hz의 측정 결과만을 나타내고 있지만, 측정한 주파수 영역(100 내지 2,000 Hz) 전반에서 동일한 경향이 관찰되었다.
흡음성에 대하여 이러한 결과가 얻어진 이유는 분명하지 않지만, 하기와 같은 이유에 따른 것이라고 생각된다.
즉, 무기 섬유 집합체에서, 흡음 작용은 무기 섬유 집합체의 내부에 입사된 소리의 에너지가 무기 섬유 집합체의 내부로 전파되고, 섬유 또는 공기를 진동시켜 열 에너지로 변환됨으로써 발생한다고 생각된다. 여기서, 실시예에 따른 무기 섬유 집합체와 같이, 무기 섬유 집합체를 서로 고착시키는 무기물이 국재되어 있는 경우와, 비교예에 따른 무기 섬유 집합체와 같이 무기 섬유 집합체 전체가 무기물로 코팅되어 있는 경우를 비교하면, 무기물이 국재되어 있는 경우가 무기 섬유가 굴곡되기 쉽고, 진동되기 쉽기 때문에, 소리의 에너지로부터 열에너지로 변환되는 에너지량이 많아진다고 생각되며, 그 때문에 실시예에 따른 무기 섬유 집합체가 흡음 특성이 우수하다고 생각된다.
이와 같이 본 발명의 벌집형 구조체는 필터로서의 강도 또는 내풍식성이 우수할 뿐만 아니라, 내연 기관의 소음을 흡음할 수 있다는 면에서도 배기 가스 정화 장치에 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 벌집형 구조체를 배기 가스 정화 장치에 사용한 경우, 상기 벌집형 구조체는 무기 섬유 집합체들간의 접착 강도가 강하며(인장 강도가 높으며), 진동 또는 배기 가스의 압력 등에 기인하는 악영향(균열 등에 의한 무기 섬유의 비산 또는 섬유 자체의 열화 등)을 받기 어렵기 때문에, 흡음 작용이 열화되기 어렵다고 생각된다.
[도 1] 본 발명의 무기 섬유 집합체의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 2] (a), (b)는 각각 촉매가 담지된 본 발명의 무기 섬유 집합체의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 3] (a)는 본 발명의 벌집형 구조체의 구체예를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 그의 A-A선 단면도이다.
[도 4] (a)는 본 발명의 벌집형 구조체를 구성하는 시트상 무기 섬유 집합체 를 나타내는 사시도이고, (b)는 (a)에 나타낸 시트상 무기 섬유 집합체를 적층하여 벌집형 구조체를 제조하는 모습을 나타내는 사시도이다.
[도 5] 본 발명의 벌집형 구조체가 설치된 차량의 배기 가스 정화 장치의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
[도 6] (a)는 본 발명의 벌집형 구조체의 다른 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 본 발명의 벌집형 구조체의 또 다른 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
[도 7] (a), (b)는 실시예 1에 따른 무기 섬유 집합체의 SEM 사진이고, (a)는 300배, (b)는 1,000배이다.
[도 8] 실시예 10에 따른 무기 섬유 집합체의 SEM 사진이다(150배).
[도 9] 실시예 11에 따른 무기 섬유 집합체의 SEM 사진이다(150배).
[도 10] (a), (b)는 비교예 1에 따른 무기 섬유 집합체의 SEM 사진이고, (a)는 300배, (b)는 1,500배이다.
[도 11] 비교예 2에 따른 무기 섬유 집합체의 SEM 사진이다(3,000배).
[도 12] (a), (b)는 실시예 3에 따른 무기 섬유 집합체의 SEM 사진이고, (a)는 300배, (b)는 2,000배이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10, 20, 30: 무기 섬유 집합체
11: 무기 섬유
12: 무기물
13: 촉매층
100: 벌집형 구조체
111: 유저공(관통공)
113: 벽부
123: 케이싱
200: 배기 가스 정화 장치

Claims (20)

  1. 복수의 관통공이 벽부를 사이에 두고 형성된 무기 섬유 집합체에 있어서, 무기 섬유와 무기물을 포함하고, 상기 무기 섬유 표면의 일부에 상기 무기물이 고착되어 있으며, 상기 무기물을 통해 상기 무기 섬유들이 서로 고착되어 있는 것을 특징으로 하는 무기 섬유 집합체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무기 섬유들이 서로 고착되어 있는 부분이 상기 무기 섬유들간의 교차부이며,
    상기 무기물이 상기 무기 섬유들간의 교차부에 국재(局在)되어 있는 무기 섬유 집합체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무기물이 실리카를 함유하고 있는 무기 섬유 집합체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무기 섬유가 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 무기 섬유 집합체.
  5. 복수의 관통공이 벽부를 사이에 두고 형성된 무기 섬유 집합체의 제조 방법에 있어서, 무기 섬유 A와, 상기 무기 섬유 A가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B, 무기 입자 C 또는 이들 모두를 혼합하고,
    이들의 혼합물을 상기 무기 섬유 A의 내열 온도 이하이고 상기 무기 섬유 B, 무기 입자 C 또는 이들 모두의 연화 온도 이상인 온도로 가열 처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무기 섬유 집합체의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 무기 섬유 B, 무기 입자 C 또는 이들 모두가 실리카를 함유하고 있는 무기 섬유 집합체의 제조 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 무기 섬유 A가 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 무기 섬유 집합체의 제조 방법.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 무기 섬유 A와, 상기 무기 섬유 B, 무기 입자 C 또는 이들 모두의 배합비가 2:8 내지 8:2인 무기 섬유 집합체의 제조 방법.
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 초조(抄造) 공정 또는 섬유 중첩 공정을 포함하여 시트상 무기 섬유 집합체를 제조하는 무기 섬유 집합체의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 시트상 무기 섬유 집합체를 산 처리하는 공정을 포함 하는 무기 섬유 집합체의 제조 방법.
  11. 복수의 관통공이 벽부를 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 기둥상의 벌집형 구조체이며,
    상기 벌집형 구조체는, 시트상의 제1항 또는 제2항에 기재된 무기 섬유 집합체를 구비하고, 상기 무기 섬유 집합체의 관통공이 겹치도록 상기 무기 섬유 집합체가 길이 방향으로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 벌집형 구조체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복수의 관통공은 상기 벌집형 구조체의 어느 한 말단에서 밀봉되어 있으며,
    상기 벌집형 구조체가 필터로서 기능하도록 구성되어 있는 벌집형 구조체.
  13. 제11항에 있어서, 적층된 상기 무기 섬유 집합체의 양 말단에 금속으로 제조된 판상체가 적층되어 이루어진 벌집형 구조체.
  14. 제11항에 있어서, 상기 무기 섬유의 적어도 일부에 촉매가 담지되어 이루어지는 벌집형 구조체.
  15. 무기 섬유 A와, 상기 무기 섬유 A가 용융 또는 승화되지 않는 온도에서 용융되는 무기 섬유 B, 무기 입자 C 또는 이들 모두를 혼합한 후, 시트상으로 성형하는 시트상 혼합물의 제조 공정을 행하고,
    상기 시트상 혼합물을 제조할 때와 동시에, 또는 상기 시트상 혼합물을 제조한 후에, 상기 시트상 혼합물에 관통공을 형성하는 관통공 형성 공정을 행하고,
    관통공이 형성된 시트상 혼합물을 상기 무기 섬유 A의 내열 온도 이하이고 상기 무기 섬유 B, 무기 입자 C 또는 이들 모두의 연화 온도 이상인 온도로 가열 처리하는 공정을 행함으로써 시트상 무기 섬유 집합체를 제조하고,
    그 후, 상기 무기 섬유 집합체를 상기 관통공들이 서로 중첩되도록 적층하는 것을 특징으로 하는 벌집형 구조체의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 무기 섬유 B, 무기 입자 C 또는 이들 모두가 실리카를 함유하고 있는 벌집형 구조체의 제조 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 무기 섬유 A가 탄화규소, 알루미나, 현무암, 실리카, 실리카알루미나, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 벌집형 구조체의 제조 방법.
  18. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 무기 섬유 A와, 상기 무기 섬유 B, 무기 입자 C 또는 이들 모두의 배합비가 2:8 내지 8:2인 벌집형 구조체의 제조 방법.
  19. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 시트상 무기 섬유 집합체를 산 처리하는 공정을 포함하는 벌집형 구조체의 제조 방법.
  20. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 시트상 무기 섬유 집합체를 적층함과 동시에, 그의 양 말단에 금속으로 제조된 판상체를 적층하는 공정을 포함하는 벌집형 구조체의 제조 방법.
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