KR100895232B1

KR100895232B1 - 적층 시트, 및 이 시트의 제조 방법과 배기 가스 처리장치, 및 이 장치의 제조 방법

Info

Publication number: KR100895232B1
Application number: KR1020070065712A
Authority: KR
Inventors: 사토루 가리야
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2009-05-04
Also published as: US20100040513A1; US20080078150A1; EP1908934B1; JP2008080756A; EP1908934B2; DE602007000164D1; KR20080030465A; JP4268182B2; EP1908934A1; CN101152774A; US8328986B2; CN100534782C

Abstract

본 발명은 적층 시트의 외주와 내주의 차가 클 때에도 적층 시트의 외부 표면에 균열의 발생을 방지하도록 구성된 적층 시트 및 유지 시일재로서 이 적층 시트를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 제공한다.

상기 적층 시트는 제 1 무기 섬유를 함유한 제 1 매트, 및 제 2 무기 섬유를 함유하며, 제 2 매트는 제 1 매트에 적층된다. 제 1 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이보다 크다. 상기 적층 시트의 외부 표면의 균열의 발생은 제 1 매트가 외부를 향하도록 적층 시트가 배기 가스 처리 유닛을 권취함으로써 방지될 수 있다.

Description

적층 시트, 및 이 시트의 제조 방법과 배기 가스 처리 장치, 및 이 장치의 제조 방법{LAMINATED SHEET, METHOD OF PRODUCING THE SHEET, EXHAUST GAS PROCESSING DEVICE, AND METHOD OF PRODUCING THE DEVICE}

도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 대표적인 적층 시트를 도시하는 도면이다.

도 2 는 대표적인 적층 시트, 배기 가스 처리 유닛, 및 이 배기 가스 처리 장치를 형성하기 위한 케이싱의 조립체를 설명하는데 사용된 도면이다.

도 3 은 무기 섬유의 평균 섬유 길이를 측정하는데 사용된 SEM 사진이다.

도 4 는 본 발명의 실시형태에 따른 배기 가스 처리 장치의 대표적인 구성을 도시하는 도면이다.

도 5 는 본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트의 대표적인 제조 공정을 도시하는 흐름도이다.

도 6 은 본 발명의 실시형태에 따른 직접 적층법에 의해 생성된 적층 시트의 절단 측면도이다.

도 7 은 본 발명의 실시형태에 따른 배기 가스 처리 장치의 대표적인 제조 공정을 보여주는 흐름도이다.

도 8 은 압입 방식에 의해 케이싱 내부에 유지 시일재에 의해 감싸진 배기 처리 유닛의 설치 공정을 도시하는 도면이다.

도 9 는 크램쉘 (clamshell) 방식에 의해 케이싱 내에 유지 시일재에 의해 감싸진 배기 가스 처리 유닛의 설치 공정을 도시하는 도면이다.

도 10 은 권취/체결 방식에 의해 케이싱 내에 유지 시일재에 의해 감사진 배기 가스 처리 유닛의 설치 공정을 도시하는 도면이다.

도 11 은 사이징(sizing) 방식에 의해 케이싱 내에 유지 시일재에 의해 감싸진 배기 가스 처리 유닛의 설치 공정을 도시하는 도면이다.

도 12 는 권취 시험에 사용된 실시예 1 의 적층 시트의 사진이다.

도 13 은 권취에 사용된 비교예 1 의 단층 시트의 사진이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 배기 가스 처리 장치

12: 케이싱

20: 배기 가스 처리 유닛

30: 적층 시트

82: 제 1 매트

84: 제 2 매트

본 발명은 통상 적층 시트, 이 적층 시트의 제조 방법, 유지 시일재로서 이 적층 시트를 포함하는 배기 가스 처리 장치, 및 이 배기 가스 처리 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

금세기가 시작되면서 세계의 자동차수는 크게 증가하고 있고, 이 자동차수의 증가에 따라, 자동차의 내연기관으로부터의 배기 가스의 양도 급격하게 증가되었다. 특히, 디젤 엔진으로부터의 배기 가스는 다양한 오염물질을 포함하고 이는 세계 환경에 있어 심각한 위협이 되고 있다.

배기가스로부터의 오염물질을 감소시키기 위해서, 다양한 배기 가스 처리 장치가 제안되어 실용화되고 있다. 일반적으로, 배기 가스 처리 장치는 엔진의 배기 가스 매니폴드에 연결된 배기관의 통로에 제공되고, 예컨대, 금속으로 구성된 케이싱 및 셀벽에 의해 분리된 다수의 셀을 가지며 케이싱 내에 배치된 배기 가스 처리 유닛을 포함한다. 많은 경우에 있어서, 이 셀들은 허니콤 구조를 형성하도록 배치되고, 어떤 경우에는, 배기 가스 처리 유닛은 간단하게 "허니콤 구조" 로 불린다. 배기 가스 처리 유닛의 일례로는 촉매 담지체 및 디젤 입상 물질 제거 필터 (DPF:Diesel Particulate filter) 등의 배기 가스 필터가 있다. 예를 들어 DPF 의 경우, 배기 가스가 허니콤 구조의 셀 (또는 배기 가스 처리 유닛) 을 통과할 때, 미립자 (입상 물질) 는 셀벽에 의해 포획되어 배기 가스로부터 제거된다. 배기 가스 처리 유닛의 재료의 예로는, 금속, 합금, 및 세라믹이 있다. 코디어라이트로 구성된 허니콤 필터는 세라믹 배기 가스 처리 유닛으로는 일반적이다. 최근에는, 내열성, 기계적 강도, 및 화학적 안정성 등의 관점에 있어서, 다공질 탄화 규소 소결체가 배기 가스 처리 유닛의 재료로서 널리 이용되고 있다.

일반적으로, 유지 시일재는 배기 가스 처리 유닛과 케이싱 사이에 제공된다. 유지 시일재는, 예컨대 차량 주행시에 배기 가스 처리 유닛이 케이싱 내면과 부딪히는 것을 방지하여서 배기 가스 처리 유닛의 손상을 방지하게 된다. 또한, 유지 시일재는 배기 가스가 배기 가스 처리 유닛과 케이싱 사이의 틈을 통해 새어나오는 것을 방지한다. 또한, 유지 시일재는 배기 가스압에 의해 배기 가스 처리 유닛이 탈락하는 것을 방지한다. 반면, 배기 가스 처리 유닛의 반응성을 유지하기 위해서는, 배기 가스 처리 유닛을 고온으로 유지할 필요가 있다. 이를 위해서, 유지 시일재는 우수한 단열성도 갖추어야만 한다. 알루미나 섬유 등의 무기 섬유로 이루어지는 유지 시일재는 상기 설명과 같은 요구사항을 만족한다고 알려져 있다.

무기 섬유로 구성된 대표적인 유지 시일재는 유지 시일재의 양단부가 서로 결합되어서 개구부를 제외한 배기 가스 처리 유닛의 외부 표면의 적어도 일부에 권취된다. 유지 시일재는 테이프로 배기 가스 처리 유닛에 고정된다. 유지 시일재에 의해 권취된 배기 가스 처리 유닛은 케이싱 내부로 삽입되어 배기 가스 처리 장치를 구성한다.

최근의 내열기관은 고온 고압의 배기 가스를 배출한다. 이러한 이유 때문에 또한 이하에 설명될 목적을 달성하기 위해서, 유지 시일재의 단열성을 개선시킬 필요가 있다.

(i) 유지 시일재를 통해 배기가스 처리 유닛으로부터 케이싱에 전달되는 열에 의해 케이싱이 팽창함으로써 생기는 케이싱과 유지 시일재 사이의 틈의 생성을 방지.

(ii) 케이싱 외면에 부착된 부품 (예컨대, 계기판) 의 열에 의한 열화의 방지.

(iii) 특정 유형의 DPF 등의 배기 가스 처리 유닛의 재생 공정의 효율성의 증대 (재생 공정에 있어서, 포획된 입상 물질은 고온 연소되어 배기 가스 처리 유닛의 재이용을 가능하게 함).

상기 목적을 달성하기 위한 한가지 방법은 배기가스 처리 유닛과 케이싱 사이의 간격을 보다 넓게 하여 유지 시일재의 두께를 증가시켜서 유지 시일재의 단열성을 향상시키는 것이다. 그러나, 유지 시일재의 두께가 증가할수록, 배기 가스 유닛에 권취되었을 때 유지 시일재의 외주와 내주 사이의 차가 증가하게 된다. 외주와 내주 사이의 차가 커질수록 유지 시일재의 외부 표면 (배기 가스 처리 유닛과 접촉하는 면의 반대쪽) 에서의 균열의 발생의 가능성을 증가시키게 된다. 이러한 균열은 미처리 배기 가스의 누설로 연결될 수 있다.

특허 문헌 1 은 배기 가스 처리 유닛 및 유지 시일재를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 개시한다. 다수의 홈이 배기 가스 처리 유닛과 접촉하는, 유지 시일재의 표면 (내부 표면) 에 형성되어 외주와 내주의 차로 인한 균열의 발생을 방지할 수 있다. 유지 시일재에 형성된 홈은 외주와 내주 사이의 차의 영향을 감소시켜서 미처리 배기 가스의 누설 외에 균열의 발생도 방지하게 된다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 제 3072281 호

특허 문헌 1 에 개시된 바와 같은 유지 시일재의 제조시에는, 균열의 발생을 효과적으로 방지하기 위해서, 홈의 위치, 형상, 및 치수 등을, 실제로 감겨지는 배기 가스 처리 유닛에 맞추어 최적화할 필요가 있다. 그러나, 배기 가스 처리 유닛의형상 및 치수는 배기 가스 처리 장치의 용도 및 이 장치가 설치될 위치에 따라 변한다. 이에 따라, 특허 문헌 1 에 개시된 기술로, 다양한 유형의 배기 가스 처리 유닛에 적합하도록 유지 시일재의 홈의 크기 및 형상을 변화시킬 필요가 있다. 이는 배기 가스 처리 장치의 제조의 효율성을 감소시킨다.

본 발명은 본 발명은 종래 기술의 한계 및 단점에 의한 하나 이상의 문제점을 실질적으로 제거할 수 있는 적층 시트, 이 적층 시트의 제조 방법, 유지 시일재로서 상기 적층 시트를 포함하는 배기 가스 처리 장치, 및 이 배기 가스 처리 장치의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 실시형태는 적층 시트의 외주와 내주의 차가 클 때에도 적층 시트의 외부 표면에 균열의 발생을 방지하도록 구성된 적층 시트를 제공한다.

본 발명의 실시형태에 따라, 제 1 무기 섬유를 함유한 제 1 매트, 및 제 2 무기 섬유를 함유하며 제 1 매트에 적층되는 제 2 매트를 포함하는 적층 시트로서, 제 1 무기 섬유의 평균 섬유 길이가 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이보다 크다.

제 1 무기 섬유와 제 2 무기 섬유는 동일하거나 상이한 재료로 구성될 수 있다.

제 1 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 20 mm ~ 120 mm 의 범위 내인 것이 바람직하고 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 0.5 mm ~ 10 mm 의 범위 내인 것이 바 람직하다.

제 1 매트 및/또는 제 2 매트는 바인더를 더 함유할 수 있다.

본 발명의 실시형태의 적층 시트는 제 1 매트와 제 2 매트 사이의 계면에서 계면층을 더 포함할 수도 있다. 상기 계면층의 두께는 약 0.05 mm ~ 약 2 mm 의 범위 내인 것이 바람직하다

상기 적층 시트의 두께는 6 mm ~ 20 mm 의 범위 내인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시형태에 따라, 적층 시트의 제조 방법은, 제 1 무기 섬유를 함유한 제 1 매트를 준비하는 제 1 단계, 및 제 2 무기 섬유를 함유한 제 2 매트를 상기 제 1 매트 위에 적층하는 제 2 단계를 포함하고, 제 1 무기 섬유의 평균 섬유 길이가 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이보다 크다.

상기 제 2 단계는 제 1 매트 위에 제 2 매트를 직접 형성하는 하위 단계를 포함할 수 있다.

상기 제 2 단계는 제 2 매트를 개별적으로 준비한 후에 제 1 매트 및 제 2 매트를 적층하는 하위 단계를 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 제 2 단계는 접착 결합 및/또는 재봉에 의해 상기 제 1 매트와 제 2 매트를 결합시키는 하위 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 매트는 니들링법에 의해 준비될 수 있다.

상기 제 2 매트는 시트 제작법에 의해 준비될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따라, 배기 가스 처리 장치는 배기 가스 처리 유닛, 및 상기 배기 가스 처리 유닛의 외부 표면의 적어도 일부에 권취된 유지 시일 재를 포함하고, 상기 유지 시일재는 상기 설명된 바와 같은 적층 시트로 구성되며, 상기 적층 시트의 제 1 매트가 외부를 향하도록 상기 배기 가스 처리 유닛에 권취된다.

이러한 구성에서는, 유지 시일재의 외부 표면을 형성하는 제 1 매트가 제 2 매트의 무기 섬유보다 더 큰 평균 섬유 길이의, 즉 더 큰 인장 강도를 갖는 무기 섬유로 구성되기 때문에, 유지 시일재의 외부 표면에서의 균열의 발생이 효과적으로 방지될 수 있다.

상기 배기가스 처리 장치의 배기 가스 처리 유닛은 촉매 담지체 또는 배기가스 필터로서 이용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 배기 가스 처리 유닛, 및 상기 배기 가스 처리 유닛의 외부 표면의 적어도 일부에 권취된 유지 시일재를 포함하는 배기 가스 처리 장치의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 상기 설명된 바와 같이 제조된 적층 시트를 구비한 유지 시일재를 준비하는 단계, 및 상기 적층 시트의 제 1 매트가 외부를 향하도록 배기 가스 처리 유닛에 유지 시일재를 권취하는 단계를 포함한다.

이 경우에도, 촉매 담지체 또는 배기가스 필터는 상기 배기 가스 처리 유닛으로서 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태가 첨부된 도면을 참조하여 이하에 설명된다. 도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 대표적인 적층 시트를 도시하는 도면이다. 본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트는 도 1 에 도시된 형상으로 한정되는 것은 아니다. 도 2 는 대표적인 적층 시트, 배기 가스 처리 유닛, 및 배기 가스 처리 장치를 형성하기 위한 케이싱의 조립체를 설명하는데 사용되는 도면이다.

도 1 의 적층 시트 (30) 는 도 2 의 배기 가스 처리 장치 (10) 의 유지 시일재 (24) 로서 사용되고 예컨대 촉매 담지체인 도 2 의 배기 가스 처리 유닛 (20) 에 권취되도록 구성된다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 적층 시트 (30) 가 권취되는 방향 (X방향) 과 수직인 대응 단부 (70, 71) 에서 적층 시트 (30) 는 돌출부 (50) 와 오목부 (60) 를 갖는다. 배기 가스 처리 유닛 (20) 에 권취된 후에, 적층 시트 (30) 의 돌출부 (50) 와 오목부 (60) 는 도 2 에 도시된 바와 같이 함께 끼워지고 이에 따라 적층 시트 (30) 는 배기 가스 처리 유닛 (20) 에 고정된다. 적층 시트 (30) 에 의해 감싸진 배기 가스 처리 유닛 (20) 은, 예컨대, 금속 실린더로 이루어진 케이싱 (12) 내부로 압입되어 배기 가스 처리 장치 (10) 를 형성한다. 적층 시트 (30) 는 주로 무기 섬유로 구성되고 이하에 설명될 바와 같이 바인더도 포함한다.

적층 시트 (30) 는 무기 섬유로 이루어진 두 종 이상의 매트를 적층하여 생성된다. 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 매트마다 상이하다. 예컨대, 도 1 에 도시된 적층 시트 (30) 는 제 1 매트 (82) 와 제 2 매트 (84) 를 적층시킴으로써 생성된다. 제 1 매트 (82) 를 구성하는 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 제 2 매트 (84) 를 구성하는 무기 섬유의 평균 섬유 길이보다 크다. 이하에서, 제 1 매트 (82) 및 제 2 매트 (84) 는 각각 장섬유 매트 (82) 와 단섬유 매트 (84) 라고 도 불린다.

이하에 적층 시트 (30) 의 대표적인 특징이 설명된다.

종래의 시트 (유지 시일재) 의 경우에는, 시트가 배기 가스 처리 유닛에 권취될 때, 종래의 시트의 외주 (LO) 와 내주 (LI) 의 차 (L(LO-LI)) 가 생기기 때문에 종래의 시트의 외면에 인장 응력이 가해진다. 상기 차 (L) 의 영향은 종래 시트의 두께가 증가함에 따라 증가하게 된다. 이에 따라, 종래 시트의 두께의 증가는 배기 가스 유닛에 권취될 때 시트의 외면에 균열을 발생시킬 가능성이 커지게 된다. 시트의 표면에 균열이 형성된다면, 미처리된 배기 가스가 배기 가스 처리 유닛을 통과하지 않고 배기 가스 처리 장치의 외부로 균열을 통해 새어나갈 수 있다. 이 문제를 해소하기 위한 한 가지 방법은, 시트의 내표면 (시트가 권취될 때 배기 가스 처리 유닛과 접촉하는 면) 에 권취 방향에 대해서 수직인 복수의 홈을 형성하여서 상기 차 (L) 의 영향을 감소시키는 것이다. 그러나, 이 종래의 방법으로는, 사용될 배기 가스 처리 유닛의 형태와 치수를 맞추기 위해 시트의 홈의 크기와 형태를 바꿀 필요가 있다. 예컨대, 시트의 내표면에 형성될 홈 사이의 피치 및 폭은 홈의 전체 폭 (폭×홈의 수) 이 상기 차 (L) 와 같아지도록 결정된다. 또한, 종래 방법에 있어서, 시트의 두께에 따라 홈의 깊이를 조절할 필요가 있다. 따라서, 종래의 방법에서는 시트 제조 효율이 크게 감소된다.

한편, 이 실시형태의 적층 시트 (30) 는 장섬유 매트 (82) 와 단섬유 매트 (84) 로 이루어진다. 통상, 더 큰 평균 섬유 길이의 무기 섬유로 구성된 매트의 인장 강도는 더 작은 평균 섬유 길이의 무기 섬유로 구성된 매트의 인장 강도보 다 더 크다. 이 실시형태에 있어서, 적층 시트 (30) 는 장섬유 매트 (82) 가 외부를 향하도록 배기 가스 처리 유닛 (20) 에 권취되기 때문에, 외주와 내주의 차로 인한 균열의 발생이 효과적으로 방지될 수 있다. 또한, 외주와 내주 사이의 차의 영향을 감소시키기 위한 홈을 갖는 종래의 시트와 달리, 본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트 (30) 는, 형상 변경 없이도 상이한 형태와 치수를 갖는 배기 가스 처리 유닛에 사용될 수 있고 이에 따라 효율적으로 제조될 수 있다.

따라서, 본 발명의 상기 실시형태는 배기 가스 처리 유닛 (20) 주위에 권취되는 적층 시트 (30) 의 외부 표면에서 외주와 내주 사이의 차에 의해 야기될 수 있는 균열의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 배기 가스 처리 장치의 유지 시러로서 적층 시트 (30) 를 사용하면 미처리된 배기 가스가 새는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 단섬유 매트 (84) 와 장섬유 매트 (82) 에서 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 이하와 같이 측정되었다. 단섬유 매트 (84) 의 평균 섬유 길이를 측정하기 위해서, 샘플 매트 (각각의 사이즈는 10 cm×10cm) 가 준비되었고 각 매트의 10 개 영역이 무작위로 선택되었다. 섬유는 10 개 영역으로 샘플링되었고 이 섬유들은 주사 전자 현미경 (SEM) 을 사용하여 50 배 확대하여 촬영하였다. 각 10 개 영역에 대해 50 개 이상의 섬유의 길이가 측정되었다. 그 후에, 모든 10 개 영역의 섬유의 길이를 측정하여 평균을 내서 매트의 평균 섬유 길이를 얻었다. 도 3 은 단섬유 매트 (84) 의 무기 섬유의 평균 섬유 길이를 측정하는데 사용된 SEM 사진이다. 장섬유 매트 (82) 의 평균 섬유 길이를 측정하기 위해서, 샘플 매트 (각각의 사이즈는 10 cm×10cm) 가 준비되었고, 각 매트의 10 개 영역이 무작위로 선택되었다. 섬유는 10 개 영역으로 샘플링되었고 이 섬유들은 광학 현미경을 사용하여 10 배 확대하여 촬영되었다. 각 10 개 영역에 대해 50 개 이상의 섬유의 길이가 측정되었다. 그 후에, 모든 10 개 영역의 섬유의 길이를 측정하여 평균을 내서 매트의 평균 섬유 길이를 얻었다.

장섬유 매트 (82) 의 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 바람직하게는 20 mm ~ 120 mm 이고, 보다 바람직하게는 30 mm ~ 70 mm 이고, 보다 더 바람직하게는 40 mm ~ 60 mm 이다. 단섬유 매트 (84) 의 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 바람직하게는 0.5 mm ~ 10 mm 이고, 보다 바람직하게는 1 mm ~ 5 mm 이고, 보다 더 바람직하게는 2 mm ~ 4 mm 이다. 또한, 장섬유 매트 (82) 의 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 바람직하게는 단섬유 매트 (84) 의 무기 섬유의 평균 길이보다 약 6 배 이상 더 크고, 보다 바람직하게는 약 10 배 이상 더 크다.

본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트의 두께는 바람직하게는 6 mm ~ 20 mm 이지만, 이것으로 한정되지는 않는다. 일반적으로, 시트가 얇을수록 (예컨대, 두께가 6 mm 보다 작으면) 균열이 발생이 적다. 이에 따라, 두께가 작으면, 장섬유로 이루어진 단일층 시트가 본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트 대신에 사용될 수 있다. 본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트의 밀도는 0.15 g/cm³ ~ 0.30 g/cm³ 인 것이 바람직하지만, 이로 한정되지는 않는다. 본 발명의 실시형태에 다른 적층 시트의 평량 (grammage) 은 바람직하게는 500 g/m² ~ 3000 g/m² 이지만, 이로 한정되지는 않는다. 이 경우에 "평량" 이란 적층 시트의 단위면적당 섬유의 그램중량 (gram weight) 을 나타낸다. 또한, 적층 시트에 바인더가 포함되어 있는 경우는, 적층 시트의 단위면적당 바인더 및 섬유의 그램중량을 나타낸다.

본 실시형태에 있어서, 장섬유 매트 및 단섬유 매트의 두께, 밀도, 평량은 특정 값으로 한정되지 않는다. 또한 이 실시형태에 있어서, 장섬유 매트와 단섬유 매트의 두께의 비는 바람직하게는 약 2:8 ~ 약 5:5 이지만, 이로 한정되지는 않는다.

상기 설명과 같이, 이 실시형태의 적층 시트 (30) 는 장섬유 매트 (82) 및 단섬유 매트 (84) 를 적층함으로써 제조된다. 장섬유 매트 (82) 와 단섬유 매트 (84) 사이의 접합력을 높이기 위해서는, 두 매트 사이에 계면층이 제공될 수 있다. 여기서, "계면층" 은 두 인접하는 층의 계면에 존재하고 인접한 두 층과는 조성이 상이한 층을 나타낸다.

계면층의 예로는, 인접하는 층들을 서로 접착시키기 위해 이 인접한 층의 표면의 일면 또는 양면에 의도적으로 형성된 접착층 및 적층 시트의 제조 공정 동안 바인더가 농축된 결과로서 인접하는 층 사이의 계면에 자연 발생적으로 형성된 제 3 층 (86) 도 포함된다 (도 6 참조).

적층 시트 (30) 는 장섬유 매트 (82) 가 외부로 향하도록 (즉, 케이싱 (12) 과 배향하도록) 배기가스 처리 장치 (20) 에 권취되어 돌출부 (50) 와 오목부 (60) 를 함께 끼워 배기 가스 처리 유닛 (20) 에 고정된다. 적층 시트 (30) 에 의해 감싸여진 배기 가스 처리 장치 (20) 는 압입 방식, 크램쉘 방식, 권취/체결 방식 또는 사이징 방식에 의해 케이싱 (12) 내에 압입되어 배기 가스 처리 장치 (10) 를 구성한다. 배기 가스 처리 유닛 (20) 을 케이싱 (12) 내에 끼우는 방법은 이하에 설명된다.

도 4 는 배기 가스 처리 장치 (10) 의 대표적인 구성을 도시하는 도면이다. 이 실시예에서, 배기 가스 처리 유닛 (20) 은 가스 유도 방향과 평행하게 형성된 다수의 관통공을 갖는 촉매 담지체로서 사용된다. 촉매 담지체는, 예를 들어 다공질 탄화규소로 구성되고 허니콤 구조를 갖는다. 그러나 배기 가스 처리 장치 (10) 는 다른 구조도 가질 수 있다. 예를 들어, 배기가스 처리 유닛 (20) 은 관통공의 단부가 체크무늬 보드에 폐색된 DPF 로서 구현될 수도 있다. 상기의 설명과 같은 배기 가스 처리 장치(10) 로, 배기 가스 처리 유닛 (20) 에 권취된 적층 시트 (30) 의 외부 표면에 균열이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 상기 구성은 미처리된 배기 가스가 시트의 균열을 통해 배기 가스 처리 장치 외부로 새어 나가는 것을 방지한다.

본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트의 대표적인 제조 공정이 이하에 설명된다. 도 5 는 본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트의 대표적인 제조 공정을 도시하는 흐름도이다.

도 5 에 도시된 바와 같이, 대표적인 공정은, 제 1 무기 섬유로 구성된 제 1 매트를 준비하는 단계 (단계 S110) 와 이 제 1 매트 위에 제 2 무기 섬유로 구성된 제 2 매트를 적층하는 단계 (단계 S120) 를 포함한다.

이하의 설명에서는, 장섬유 매트가 단계 S110 에서 준비되고 단섬유 매트는 단계 S120 에서 이 장섬유 매트 위에 적층되어 본 실시형태의 적층 시트를 제조한다. 그러나, 본 실시형태의 적층 시트는 단계 S110 에서 단섬유 매트를 준비하고 단계 S120 에서 이 단섬유 매트 위에 장섬유 매트를 적층함으로써 제조될 수도 있다.

장섬유 매트는 니들링법에 의해 제조될 수도 있다. 이 실시형태에 있어서, "니들링법" 은 니들 등의 섬유 교락 공구를 매트에 꽂고 빼는 단계를 포함하는 매트의 제조 방법을 나타낸다. 니들링법은 이하에 보다 상세하게 설명된다. 반면에, 단섬유 매트는 시트 제작법에 의해 제조될 수 있다. 이 실시형태에 있어서, "시트 제작법" 은, 섬유의 개섬, 슬러리화 및 압축 건조의 단계를 포함하는 매트의 제작법을 나타낸다. 시트 제작법은 이하에서 보다 상세하게 설명된다.

장섬유 매트와 단섬유 매트를 적층하는 방법으로는 크게 2 가지 방법이 있다.

한 방법은, "간접 적층" 이라고 불리는 것인데, 장섬유 매트와 단섬유 매트가 개별적으로 제조된 후에 이 매트들을 적층계면에서 함께 결합하여 적층 시트를 제조하는 방법이다. 간접 적층법에 있어서, 장섬유 매트와 단섬유 매트는 예컨대 접착제를 사용하여, 재봉에 의해, 또는 진공 압착에 의해 계면에서 접합된다 (매트는 적층되어, 밀폐 용기에 넣어지고 밀폐 용기는 갑압된다). 접착제로서는, 아크릴계 접착제 또는 아크릴레이트 라텍스 등이 사용될 수 있다. 접착층의 두께는 바람직하게는 0.05 mm ~ 2 mm 이지만, 특별히 한정되지는 않는다. 상기 기술한 바와 같이, 접착층은 계면층이라고 불릴 수도 있다.

다른 방법은 "직접 적층" 이라 불리는데, 단섬유 매트가 장섬유 매트에 직접 형성되어 두 개의 매트로 구성된 적층 시트가 제조된다. 단섬유 매트를 준비하고 이 단섬유 매트 위에 장섬유 매트를 직접 형성하는 것도 가능하다. 이 직접 적층법은 각각의 매트를 준비할 필요가 없고 제조 공정을 간략화할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트의 대표적인 제조 공정이 이하에서 보다 상세하게 설명된다.

(장섬유 매트의 준비)

상기 기술한 바와 같아, 장섬유 매트는 니들링법에 의해 제조될 수 있다. 이하의 대표적인 장섬유 제조 공정에 있어서, 알루미나와 실리카의 혼합물이 장섬유용 무기 섬유의 재료로서 사용된다. 그러나, 무기 섬유의 재료는 알루미나와 실리카의 혼합물에 한정되지 않는다. 예컨대, 장섬유용 무기 섬유는 알루미나 또는 실리카 중 어느 하나로만 구성될 수도 있다. 또한, 다른 재료들도 장섬유용 무기 삼유를 제조하는데 사용될 수 있다.

무기 섬유의 전구체는 염기성 염화 알루미늄 용액에 실리카 졸을 첨가하여 준비되고 (알루미늄 함량: 70 g/1, A1/Cl=1.8[원자비]), 예를 들어 실리카에 대한 알루미늄의 비율은 60~80:40~20 가 된다. 특히 실리카에 대한 알루미늄의 비율은 70~74:30~26 인 것이 보다 바람직하다. 알루미나의 비율이 60% 이하이면, 알루미나와 실리카로부터 생성되는 멀라이트 (mullite) 의 비율이 낮아진다. 멀라이트의 비율이 낮으면 장섬유 매트의 열전도도가 높아져서, 장섬유 매트의 단 열성이 저하한다.

다음으로, 예컨대, 폴리 비닐 알콜의 유기 중합체가 알루미나 섬유의 전구체에 첨가된다. 최종 액체는 농축되고 이에 따라 방사액이 준비된다. 그 후에, 방사액은 블로잉법에 의해 방사된다.

블로잉법에 있어서, 섬유는 공기 노즐로부터 분사된 공기류와 방사액 공급 노즐로부터 배출된 방사액류를 사용하여 형성된다. 공기 노즐의 각각의 슬릿으로부터의 가스 유속은 바람직하게는 40 ~ 200 m/s 이다. 각 방사액 공급 노즐의 직경은 바람직하게는 0.1 ~ 0.5 mm 이며, 방사액 공급 노즐 각각으로부터의 방사액의 유량은 바람직하게 1 ~ 120 ml/h 이고, 보다 바람직하게는 3 ~ 50 m1/h 이다. 상기의 조건에서, 방사액 공급 노즐로부터 배출된 방사액은 미스트를 형성하지는 않지만 섬유의 형태로 충분히 연신되고 형성된 섬유는 상호 부착되기 어렵다. 따라서, 방사 조건을 최적화함으로써 섬유 직경 분포가 좁은 균일한 알루미나 섬유가 준비될 수 있다.

무기 섬유의 평균 직경은 바람직하게는 약 3 m ~ 약 10 m 이지만, 이로 한정되지는 않는다.

부기 섬유의 평균 직경은 이하와 같이 측정된다. 상기와 같이 얻어진 알루미나 섬유를 실린더에 넣어 20.6 MPa 로 가압 분쇄하여 샘플을 준비한다. 이 샘플을 체에 넣고 이 체를 통과한 샘플의 일부를 전자현미경 관찰용 표본으로서 사용한다. 예컨대, 이 표본의 표면에 금 등이 증착되고, 이 표본은 약 1500 배 배율의 전자현미경을 사용하여 촬영된다. 이 사진을 사용하여, 40 개 이상의 섬유의 직경이 측정된다. 상기 단계는 5 개의 표본에 대해 반복되고, 측정치의 평균을 내서 무기 섬유의 평균 직경을 얻는다.

얻어진 알루미나 섬유는 적층되어 원료 시트가 준비된다. 그 후에, 니들링 단계가 원료 시트에서 수행된다. 통상, 니들링 장치가 이 단계에서 사용된다.

니들링 장치는, 니들링 방향 (예컨대, 수직 방향) 으로 왕복 이동 가능한 니들 보드와 원료 시트의 상하부 표면에 위치된 한 쌍의 지지판을 포함한다. 니들 보드에는, 원료 시트를 찌르기 위한 다수의 니들이, 예컨대, 약 25 ~ 5000 개/100 cm² 의 밀도로 배치되어 있다. 각 지지판에는, 니들에 대응하는 다수의 관통공이 배치되어 있다. 원료 시트는 지지판 사이에 끼이고 니들 보드를 원료 시트에 접근시키거나 멀어지게 함으로써 니들이 원료 시트에 꽂고 빼도록 한다. 그 결과, 알루미나 섬유가 상호 교락된 다수의 교락점이 형성된다. 니들링 장치는 원료 시트를 일정한 전송 속도 (예를 들어, 약 20 mm/초) 로 일정한 방향 (원료 시트의 상하부 표면과 대략 평행한 방향) 으로 이송하는 이송 유닛도 포함할 수 있다. 이송 유닛은 원료 시트의 니들링 동안 원료 시트의 전진을 가능하게 하고 이에 따라 니들 보드가 앞뒤로 이동된 후에 매번 원료 시트를 수동으로 전진시킬 필요가 없어진다.

다른 구성으로서, 니들링 장치는 2 개의 니들 보드를 포함할 수 있다. 이 경우에, 각 니들 보드는 각각의 지지판을 갖는다. 원료 시트는 지지판 사이 에 끼이고 니들 보드는 각각 원료 시트의 상하방에 위치된다. 어느 한 니들 보드의 니들은 다른 니들 보드의 니들과 겹치지 않도록 배치된다. 각각의 지지판은 원료 시트의 니들링시에 니들이 지지판과 닿지 않도록 양쪽 니들 보드의 니들에 대응하는 관통공을 갖는다. 다른 구성을 갖는 니들 장치를 이용해, 원료 시트는 지지판에 의해 끼인 후에 2 개의 니들링 보드로 양측으로부터 니들링된다. 따라서, 상기 다른 구성을 갖는 니들링 장치는 니들링 단계에 필요한 처리 시간을 단축시키게 된다. 또한, 상기 다른 구성은 니들의 총 수는 증가하더라도 하나의 니들 보드의 니들의 수는 감소시킬 수가 있다.

니들링 단계에 의해 형성된 교락점에서는, 교락된 섬유가 적층 방향으로 배향 되어 있다. 이 구조는 원료 시트의 적층 방향의 강도를 증가시킨다.

니들링 단계 후에, 원료 시트는 상온으로부터 가열되어 최고 온도 약 1250 ℃ 에서 0.5 ~ 2시간 정도 소성되어 장섬유 매트를 제조한다.

필요에 따라, 장섬유 매트는 유기 수지와 같은 바인더로 함침될 수도 있다. 이 함침 단계는 장섬유 매트의 벌크를 감소시켜서 장섬유 매트로부터 무기 섬유의 이탈을 억제하는 것이 가능하다. 함침 단계는 이후의 단계에서 수행될 수도 있다. 예를 들어, 적층 시트가 간접 적층법에 의해 제조될 때, 함침 단계는 장섬유 매트와 단섬유 매트가 결합된 후에 수행될 수도 있다. 이 경우에, 함침 단계는 적층 시트가 직접 제조법에 의해 제조될 때 제조된 적층 시트의 어느 면으로부터도 수행될 수 있고, 장섬유 매트는 장섬유 매트 위에 단섬유 매트를 형성하는 단계 동안에 이하에 설명될 바와 같은 바인더로 함침될 수 있다. 이에 따 라, 이 경우에, 각각의 함침 단계는 필수는 아니다. 또한, 직접 적층법의 경우에도, 적층 시트가 제조된 후에, 함침 단계가 수행될 수 있다.

함침 단계시에, 함침된 매트 또는 적층 시트의 바인더량은 바람직하게는 1.0 ~ 10.0 중량% 의 범위이다. 바인더량이 1.0 중량% 미만이라면, 바인더는 무기 섬유의 이탈을 충분하게 방지할 수 없다. 바인더량이 10.0 중량% 보다 많아지면, 배기 가스 처리 장치로부터 방출된 배기 가스의 유기 성분의 양이 증가하게 된다.

바인더로서는, 예를 들어, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 고무계 수지 (gum resin), 스티렌 수지 등의 유기 바인더로 사용할 수 있다. 예컨대, 아크릴계 고무 (ACM), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 (NBR), 및 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 가 이용될 수 있다.

장섬유 매트에 바인더를 함침시기키 위해, 바인더의 수성 분산액이 장섬유에 분무된다. 함침 단계에서, 장섬유 매트에 첨가된 초과 고형분 및 수분은 이하와 같이 제거된다.

초과 고형분은 예를 들어 진공 펌프 등의 흡인 장치를 이용한 흡인법으로 제거될 수 있다. 초과 수분은 장섬유 매트를 약 90 ℃~ 약 160 ℃ 의 온도로 가열하고/하거나 40 kPa ~ 100 kPa 의 압력으로 압축시킴으로써 제거된다.

이러한 공정을 거쳐, 무기 섬유의 평균 섬유 길이가 약 20 mm ~ 약 120 mm 인 장섬유 매트가 준비될 수 있다.

(단섬유 매트의 제작)

상기 기술한 바와 같이, 단섬유 매트는 시트 제작법을 이용해 제조될 수 있다. 이하의 단섬유 매트의 대표적인 제조 공정에 있어서, 알루미나와 실리카의 혼합물이 단섬유 매트용 무기 섬유의 재료로서 사용된다. 그러나, 무기 섬유의 재료는 알루미나와 실리카의 혼합물로 한정되지 않는다. 예를 들어 단섬유용 무기 섬유는 알루미나 또는 실리카 중 하나만으로도 구성될 수 있다. 또한, 다른 재료들도 단섬유용 무기 섬유를 제조하는데 사용될 수 있다.

우선, 개섬 단계가 수행된다.

개섬 단계는 건식 개섬 단계만으로, 또는 건식 개섬 단계 및 습식 개섬 단계로 구성될 수 있다. 건식 개섬 단계에 있어서, 장섬유의 대표적인 제조 공정에서 상기와 같이 준비된 무기 섬유가 예컨대 페더 밀 (feather mill) 등을 사용하여 개섬된다. 습식 개섬 단계에 있어서, 상기 건식 개섬 단계에서 얻어진 부드러운 섬유가 습식 개섬 장치에 투입되어 한층 더 개섬된다. 습식 개섬 장치로서는, 펄퍼 또는 믹서가 사용될 수 있다. 상기 개섬 단계를 통해, 개섬된 원료 섬유가 얻어진다.

다음으로, 750 g 의 얻어진 원료 섬유와 75 Kg 의 물이 교반기에 투입되어 약 1 ~ 5 분 동안 교반된다. 최종 액체에 4 wt% ~ 8 wt% 의 유기 바인더가 첨가되고 이 액체는 약 1 ~ 5 분 동안 교반된다. 그 후에, 이 액체에 약 0.5 wt% ~ 1.0 wt% 의 무기 바인더가 첨가되고 이 액체는 약 1 ~ 5 분 동안 교반된다. 또한, 이 액체에 약 0.5 wt% 의 응집제가 첨가되고 이 액체는 약 2 분 동안 교반되어 슬러리가 준비된다.

무기 바인더로서는, 예를 들어, 알루미나 졸 및/또는 실리카 졸 등이 사용된다. 또 유기 바인더로서는, 예를 들어, 고무계 재료, 수용성 유기 고중합체, 열가소성 수지, 열경화성 수지 등이 사용된다. 응집제로서는, 예를 들어 퍼콜(PERCOL)(R) 292 (Ciba Specialty Chemicals) 등이 사용될 수 있다.

슬러리는 몰드에 부어져 단섬유 매트 재료를 형성하고 이 단섬유 매트 재료는 탈수된다. 여과 메쉬 (메쉬 치수: 30) 가 몰드의 저부에 제공되어서 슬러리의 수분이 배수되게 된다. 이러한 몰드를 사용함으로써, 단섬유 매트 재료의 성형과 탈수가 동시에 실시될 수 있다. 또한, 단섬유 재료의 수분은 흡입 펌프또는 진공 펌프 등을 사용하는 여과 메쉬를 통하여 흡인될 수 있다.

그 후에, 단섬유 매트 재료는 몰드로부터 꺼내어져, 두께가 원래 두께의 약 0.3 ~ 0.5 배가 되도록 압축기에서 압축되고, 예를 들어 90 ~ 150 ℃ 의 온도에서 5 분 ~ 1 시간 동안 가열, 건조되어 단섬유 매트를 제조한다.

제조된 단섬유 매트는 이 단계에서 상기 기술된 바와 같은 바인더로 함침될 수 있다. 이와 달리,적층 시트가 간접 적층법에 의해 제조될 때, 함침 단계는 단섬유 매트와 장섬유 매트의 결합 후에 실시될 수 있다.

이러한 공정을 통해 무기 섬유의 평균 섬유 길이가 약 0.5 mm ~ 약 10 mm 인 단섬유 매트가 준비된다.

(단섬유 매트와 장섬유 매트의 결합)

상기와 같이 준비된 단섬유 매트 및 장섬유 매트는 결합되어 본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트를 제조한다.

상기 매트들을 결합하기 위해서, 간접 적층법 또는 직접 적층법이 사용될 수 있다. 직접 적층법에 있어서, 상기 대표적인 공정에 있어서 준비된 장섬유 매트는 몰드의 바닥부에 위치되고 단섬유 매트는 이 장섬유 매트 위에 형성된다. 따라서, 직접 적층법으로, 장섬유 매트와 단섬유 매트가 단섬유 매트의 제조 공정 시에 결합된다. 장섬유 매트와 단섬유 매트가 개별적으로 준비되는 방법과 비교하여, 직접 적층법은 적층 시트의 처리 공정을 간략화할 수 있다.

직접 적층법의 가능한 하나의 문제점은, 제조된 적층 시트의 장섬유 매트와 단섬유 매트의 계면에서의 결합 강도가 저하될 수 있다는 것이다. 그러나, 시험 결과에 따르면, 직접 적층법에 의해 제조된 적층 시트의 장섬유 매트와 단섬유 매트 사이의 계면에서 접착 강도는 간접 적층법에 의해 제조된 적층 시트의 접착 강도만큼 우수하였다. 도 6 에 도시된 바와 같이,제 3 층 (86) (계면층) 의 형성이 직접 적층법에 의해 제조된 적층 시트 (30) 의 장섬유 매트 (82) 와 단섬유 매트 (84) 사이의 계면에서 관찰된다. 단섬유 매트 (84) 를 제작할 때 슬러리에 첨가된 바인더가 계면에서 농축되어 제 3 층 (86) 을 형성한 것이라고 예상된다. 또한 제 3 층 (86) 은 접착층으로서 기능하여서 장섬유 매트 (82) 와 단섬유 매트 (84) 사이의 계면에서의 접착 강도를 증가시킨다고 예상된다. 제 3 층 (86)의 두께는 적층 시트 (30) 의 제조 조건에 따라 변화하지만 약 0.05 mm ~ 2 mm 이다.

도 7 은 본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트를 사용하여 배기가스 처리 장치를 제조하는 방법의 흐름도를 나타낸다. 단계 (S210) 에서, 적층 시트는 상 기 기술된 바와 같이 장섬유 매트와 단섬유 매트를 적층시킴으로써 준비된다. 단계 (S220) 에서, 준비된 적층 시트가 장섬유 매트가 외부를 향하도록 배기 가스 처리 유닛에 권취된다. 그 후에, 단계 (S230) 에서, 적층 시트에 의해 감겨진 배기가스 처리 유닛은 압입 방식, 크램쉘 방식, 권취/체결 방식, 또는 사이징 방식에 의해 케이싱 내부에 장착되어 배기가스 처리 장치를 형성한다.

배기 가스 처리 유닛을 케이싱 내부에 장착하는 방법은 첨부된 도면을 참조하여 이하에 설명된다. 도 8, 9, 10 및 11 은 유지 시일재 (24) 가 감겨진 배기가스 처리 유닛 (20) (이하, 피복 배기 가스 처리 유닛 (210) 이라고 함) 을 케이싱 내에 장착하는 방법을 도시하는 도면이다.

압입 방식에 있어서, 피복 배기 가스 처리 유닛 (210) 은 개구부 중 하나를 통해 케이싱 (121) 내부로 압입되어 배기 가스 처리 장치 (10) 를 형상한다. 피복 배기 가스 처리 유닛 (210) 을 케이싱 (121) 내로 쉽게 삽입하기 위해서는, 압입 지그 (230) 가 사용될 수 있다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 압입 지그 (230) 의 내경은 일단부에서 다른 단부로 가면서 점진적으로 감소하고, 압입 지그 (230) 의 최소 내경은 케이싱 (121) 의 내경과 실질적으로 동일하다. 피복 배기 가스 처리 유닛 (210) 은 더 넓은 개구부를 통해 상기 압입 지그 (230) 에 삽입되고, 압입 지그 (230) 의 더 좁은 개구부를 통해 케이싱 (121) 내부로 압입된다.

크램쉘 방식에 있어서, 다수의 케이싱부로 이루어진 케이싱이 사용된다. 도 9 에서, 케이싱 (122) 은 마주하는 케이싱부 (122A, 122B) 로 구성된다. 피복 배기가스 처리 유닛 (210) 은 상기 케이싱부 (122A, 122B) 중 첫번째 케이싱부 에 위치되고, 상기 케이싱부 (122A, 122B) 중 두번째 캐이싱부는 상기 첫번째 케이싱부에 결합되어 배기 가스 처리 장치 (10) 를 제조하게 된다. 예컨대, 상기 케이싱부 (122A, 122B) 는 플랜지 (220 (220A, 220B)) 를 서로 용접하여 결합된다.

권취/체결 방식에 있어서, 도 10 에 도시된 바와 같이, 케이싱으로서 사용되는 금속판(케이싱) (123) 은 피복 배기 가스 처리 유닛 (210) 에 권취되고 예컨대 와이어 로프 등으로 묶어 피복 배기가스 처리 유닛 (210) 의 외면상에 가압되어 소정의 접촉압을 발생시킨다. 그 다음에, 금속판 (123) 의 단부는 서로 용접되어 배기 가스 처리 장치 (10) 를 제조하고, 상기 피복 배기 가스 처리 유닛 (210) 은 케이싱 (123) 내부에 장착된다.

사이징 방식에 있어서, 도 11 에 도시된 바와 같이, 피복 배기 가스 처리 유닛 (210) 은 피복 배기 가스 처리 유닛 (210) 의 외경보다 큰 내경을 갖는 금속 쉘 (124) 안에 삽입된다. 그 후에, 금속 쉘 (124) 의 외부 표면은 예컨대 프레스기 등에 의해 균일하게 가압되어 상기 금속 쉘 (124) 의 크기가 감소되게 된다 (사이징: JIS Z2500-4002). 이 사이징 단계는 금속 쉘 (124) 의 내경을 정확하게 조정하여 피복 배기 가스 처리 유닛 (210) 을 장착하는 것을 가능하게 한다.

상기 장착 방식에 있어서 사용되는 케이싱의 재료로는 바람직하게는 내열 합금 등의 금속이 있다.

상기 설명된 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트는 더 강하고 또한 더 큰 평균 섬유 길이의 무기 섬유로 구성된 제 1 매트와 더 짧은 평균 섬유 길이의 무기 섬유로 구성된 제 2 매트로 이루어진다. 적층 시트는 제 1 매트가 외부를 향하도록 배기 가스 처리 유닛에 권취된다. 이러한 구성은 적층 시트의 외주와 내주 사이의 차의 영향을 감소시키고 이에 따라 그 두께가 커지더라도 적층 시트의 외부 표면의 균열의 발생을 감소시키게 된다. 또한, 외주와 내주 사이의 차의 영향을 감소시키기 위한 홈을 갖는 종래의 시트와 달리, 본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트는 형상 변경 없이도 상이한 형태와 치수를 갖는 배기 가스 처리 유닛에 사용될 수 있고 이에 따라 효율적으로 제조될 수 있다.

상기 실시형태에 있어서, 적층 시트는 장섬유 매트와 단섬유 매트의 2 개의 매트로 구성된다. 그러나, 본 발명에 따른 적층 시트는, 배기 가스 처리 유닛에 권취될 때 외부를 향하는 적층 시트의 최외각 매트가 다른 매트의 평균 섬유 길이보다 더 큰 평균 섬유 길이의 섬유로 구성되는 한 3 개 이상의 매트로 구성될 수도 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시형태는 유지 시일재로서 이러한 적층 시트를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 제공한다.

본 발명의 이점을 평가하기 위해서, 시트가 제조되었고 이하와 같이 제조된 시트상에 대해 시험이 실시되었다.

<실시예 1>

실시예 1 의 적층 시트는 이하와 같이 제조되었다.

우선, 장섬유 매트가 제작되었다. 알루미나 섬유 (Al₂O₃:SiO₂=72:28) 의 전구체는 염기성 염화 일루미늄 용액 (알루미늄 함량: 70 g/1, A1/Cl=1.8[원자비]) 에 실리카 졸을 첨가하여 준비되었다. 다음으로, 알루미나 섬유의 전구체에 폴 리비닐 알콜의 유기 중합체가 첨가되었다. 최종 액체는 농축되어서 방사액을 형성하고 이 방사액은 블로잉법에 의해 방사되었다. 얻어진 알루미나 섬유는 접혀지고 적층되어서 알루미나 섬유의 원료 시트가 준비되었다. 다음에, 이 원료 시트에 대해서 니들링 단계가 실시되었다. 니들링 단계는 원료 시트의 상하에 위치된 한쌍의 니들 보드를 사용하여 원료 시트의 양면에서 실시되었고, 상기 각 니들 보드는 100 cm² 당 50 개의 니들이 설치된 밀도로 배치되었다. 최종 원료 시트는 1개/cm² 의 밀도에서 교락점을 가졌다.

니들링 단계 후에, 원료 시트는 주변 온도로부터 가열되었고 최고 온도 1250 ℃ 로 1 시간 동안 소성되어 평량 950 g/m², 두께 4 mm 의 장섬유 매트를 제조했다. 알루미나 섬유의 평균 섬유 길이는 약 50 mm 였다. 알루미나 섬유의 평균 직경은 6.2 ㎛ 였고, 최소 직경은 3.2 ㎛ 였다.

그 후에, 이하에 설명된 바와 같이 단섬유 매트가 준비된 장섬유 매트 위에 직접 형성되었다.

우선, 개섬된 무기 섬유가 원료 섬유로서 준비되었다. 이 실시예에 있어서, 알루미나와 실리카 (혼합비 72:28) 로 구성된 알루미나 섬유 (이하에서 "면 벌크" 라 불림) 가 사용되었다.

다음으로, 790 g 의 면 벌크는 79 kg 의 물과 혼합되었고 이 혼합물은 교반기를 이용하여 5 분간 교반되었다. 그 다음에, 최종 액체에 39.5 g 의 유기 바인더 (라텍스) 가 첨가되었고 이 액체는 5 분간 교반되었다. 그 후에, 7.9 g 의 무기 바인더 (알루미나 졸) 가 상기 액체에 첨가되었고 이 액체는 5 분간 교반되었다. 또한, 3.95 g 의 응집제 (PERCOL(R) 292) 가 상기 액체에 첨가되었고 이 액체는 1 분간 교반되어 슬러리를 준비했다.

다음 단계에서, 준비된 장섬유 매트는 몰드 (930 mm(길이)×515 mm(폭)×400 mm(깊이)) 의 바닥 (여과 매쉬 (메쉬 치수: 30) 로서 형성되어 있는) 위치되었다. 상기 장섬유 매트의 치수는 930 mm(길이)×515 mm(폭)×4 mm(두께) 였다. 준비된 슬러리는 장섬유 매트에 주입되어 탈수된 후에 단섬유 매트를 형성하였다. 탈수 단계에 있어서, 슬러리의 수분은 흡입 펌프를 사용하여 몰드의 바닥에 있는 여과 메쉬를 통해 흡입되었다. 적층된 장섬유 매트와 단섬유 매트는 몰드로부터 꺼내져서 120 ℃ 에서 70 kPa 로 30 분간 압축 건조되었다. 상기 단계들을 통해, 평량 1750 g/m², 두께 9 mm 의 단섬유 매트가 장섬유 매트 위에 형성되었다. 단섬유 매트의 알루미나 섬유의 평균 섬유 길이는 약 3 mm 였다.

따라서, 실시예 1 에 있어서, 두께 13 mm, 밀도 0.21 g/cm³ 의 적층 시트가 준비되었다.

<실시예 2>

우선, 알루미나 섬유의 적층량이 변경되었다는 점을 제외하고는 실질적으로 실시예 1 과 동일한 방식으로 장섬유 매트가 준비되었다. 준비된 장섬유 매트의 평량은 1350 g/m² 였고 두께는 6 mm 였다. 알루미나 섬유의 평균 섬유 길이는 약 50 mm 였다. 알루미나 섬유의 평균 직경은 6.2 ㎛ 였고, 최소 직경은 3.2 ㎛ 였다.

다음으로, 알루미나와 실리카 (혼합비 72:28) 로 구성된 알루미나 섬유로 이루어진 610 g 의 면 벌크가 61 kg 의 물과 혼합되었고 이 혼합물은 교반기를 사용하여 5 분간 교반되었다. 다음으로, 30.5 g 의 유기 바인더 (라텍스) 를 상기 최종 액체에 첨가하여 5분간 교반하였다. 그 후에, 6.1 g 의 무기 바인더 (알루미나 졸) 가 상기 액체에 첨가되어 5 분간 교반되었다. 또한 3.05 g 의 응집제 (PERCOL(R) 292) 가 상기 액체에 첨가되었고 이 액체는 1 분간 교반되어 슬러리를 준비했다.

다음 단계에서, 준비된 장섬유 (평량 1350 g/m²) 는 몰드 (930 mm(길이)×515 mm(폭)×400 mm(깊이)) 의 바닥 (여과 메쉬 (메쉬 치수:30) 로서 형성되어 있는) 에 위치되었다. 상기 장섬유 매트의 치수는 930 mm(길이)×515 mm(폭)×4 mm(두께) 였다. 준비된 슬러리는 장섬유 매트에 주입되어 탈수된 후에 단섬유 매트를 형성하였다. 탈수 단계에 있어서, 슬러리의 수분은 흡입 펌프를 사용하여 몰드의 바닥에 있는 여과 메쉬를 통해 흡입되었다. 적층된 장섬유 매트와 단섬유 매트는 몰드로부터 꺼내져서 120 ℃ 에서 70 kPa 로 30 분간 압축 건조되었다. 상기 단계들을 통해, 평량 1350 g/m², 두께 7 mm 의 단섬유 매트가 장섬유 매트 위에 형성되었다. 단섬유 매트의 알루미나 섬유의 평균 섬유 길이는 약 3 mm 였다.

따라서, 실시예 2 에 있어서, 두께 13 mm, 밀도 0.21 g/cm³ 의 적층 시트가 준비되었다.

<실시예 3>

우선, 알루미나 섬유의 적층량이 변경되었다는 점을 제외하고는 실질적으로 실시예 1 과 동일한 방식으로 장섬유 매트가 준비되었다. 준비된 장섬유 매트의 평량은 950 g/m² 였고 두께는 4 mm 였다. 알루미나 섬유의 평균 섬유 길이는 약 50 mm 였다. 알루미나 섬유의 평균 직경은 6.2 ㎛ 였고, 최소 직경은 3.2 ㎛ 였다.

다음으로, 알루미나와 실리카 (혼합비 72:28) 로 구성된 알루미나 섬유로 이루어진 430 g 의 면 벌크가 43 kg 의 물과 혼합되었고 이 혼합물은 교반기를 사용하여 5 분간 교반되었다. 다음으로, 21.5 g 의 유기 바인더 (라텍스) 를 최종 액체에 첨가하여 5 분간 교반하였다. 그 후에, 4.3 g 의 무기 바인더 (알루미나 졸) 가 상기 액체에 첨가되어 5 분간 교반되었다. 또한 2.15 g 의 응집제 (PERCOL(R) 292) 가 상기 액체에 첨가되었고 이 액체는 1 분간 교반되어 슬러리를 준비했다.

다음 단계에서, 준비된 장섬유 매트 (평량 950 g/m²) 는 몰드 (930 mm(길이)×515 mm(폭)×400 mm(깊이)) 의 바닥 (여과 메쉬 (메쉬 치수:30) 로서 형성되어 있는) 에 위치되었다. 상기 장섬유 매트의 치수는 930 mm(길이)×515 mm(폭)×4 mm(두께) 였다. 준비된 슬러리는 장섬유 매트에 주입되어 탈수된 후에 단섬유 매트를 형성하였다. 탈수 단계에 있어서, 슬러리의 수분은 흡입 펌프를 사 용하여 몰드의 바닥에 있는 여과 메쉬를 통해 흡입되었다. 적층된 장섬유 매트와 단섬유 매트는 몰드로부터 꺼내져서 120 ℃ 에서 70 kPa 로 30 분간 압축 건조되었다. 상기 단계들을 통해, 평량 950 g/m², 두께 5 mm 의 단섬유 매트가 장섬유 매트 위에 형성되었다. 단섬유 매트의 알루미나 섬유의 평균 섬유 길이는 약 3 mm 였다.

따라서, 실시예 3 에 있어서, 두께 9 mm, 밀도 0.21 g/cm³ 의 적층 시트가 준비되었다.

<비교예 1>

비교예 1 에 있어서, 알루미나와 실리카 (혼합비 72:28) 로 구성된 알루미나 섬유로 이루어진 1220 g 의 면 벌크가 122 kg 의 물과 혼합되었고 이 혼합물은 교반기를 사용하여 5 분간 교반되었다. 다음으로, 61 g 의 유기 바인더 (라텍스) 를 최종 액체에 첨가하여 5 분간 교반하였다. 그 후에, 12.2 g 의 무기 바인더 (알루미나 졸) 가 상기 액체에 첨가되어 5 분간 교반되었다. 또한 6.1 g 의 응집제 (PERCOL(R) 292) 가 상기 액체에 첨가되었고 이 액체는 1 분간 교반되어 슬러리를 준비했다.

다음 단계에서, 준비된 슬러리는 바닥에 여과 메쉬 (메쉬 치수:30) 가 있는 몰드 (930 mm(길이)×515 mm(폭)×400 mm(깊이)) 안에 부어져 탈수되어 단섬유 매트를 형성하였다. 탈수 단계에 있어서, 슬러리의 수분은 흡입 펌프를 사용하여 몰드의 바닥에 있는 여과 메쉬를 통해 흡입되었다. 단섬유 매트는 몰드로부터 꺼내져서 120 ℃ 에서 70 kPa 로 30 분간 압축 건조되었다. 따라서, 비교예 1 에 있어서, 평량 2700 g/m², 두께 13 mm, 밀도 0.21 g/cm³ 의 단섬유 매트로만 구성된 단일층 시트가 준비되었다. 단일층 시트에서 알루미나 섬유의 평균 섬유 길이는 약 3 mm 였다.

<비교예 2>

비교예 2 에 있어서, 알루미나와 실리카 (혼합비 72:28) 로 구성된 알루미나 섬유로 이루어진 860 g 의 면 벌크가 86 kg 의 물과 혼합되었고 이 혼합물은 교반기를 사용하여 5 분간 교반되었다. 다음으로, 43 g 의 유기 바인더 (라텍스) 를 최종 액체에 첨가하여 5 분간 교반하였다. 그 후에, 8.6 g 의 무기 바인더 (알루미나 졸) 가 상기 액체에 첨가되고 이 액체는 5 분간 교반되었다. 또한 4.3 g 의 응집제 (PERCOL(R) 292) 가 상기 액체에 첨가되었고 이 액체는 1 분간 교반되어 슬러리를 준비했다.

다음 단계에서, 준비된 슬러리는 바닥에 여과 메쉬 (메쉬 치수:30) 가 있는 몰드 (930 mm(길이)×515 mm(폭)×400 mm(깊이)) 안데 부어져 탈수되어 단섬유 매트를 형성하였다. 탈수 단계에 있어서, 슬러리의 수분은 흡입 펌프를 사용하여 몰드의 바닥에 있는 여과 메쉬를 통해 흡입되었다. 그 다음, 단섬유 매트는 몰드로부터 꺼내져서 120 ℃ 에서 70 kPa 로 30 분간 압축 건조되었다. 따라서, 비교예 2 에 있어서, 평량 1900 g/m², 두께 9 mm, 밀도 0.21 g/cm³ 의 단섬유 매트로만 구성된 단일층 시트가 준비되었다. 단일층 시트에서 알루미나 섬유의 평 균 섬유 길이는 약 3 mm 였다.

표 1 은 실시예 1 ~ 3 의 적층 시트 및 비교예 1 과 2 의 단일층 시트의 평량, 두께, 및 밀도를 나타낸다. 표 1 에는, 장섬유 매트와 단섬유 매트에 대해 각각의 평량이 제공되고 시트의 두께 외에도 장섬유 매트와 단섬유 매트의 각각의 두께가 제공되어 있다.

[표 1]

<평가 시험>

상기 기술된 바와 같이 준비된 시트를 이용하여, 권취 시험이 실시되었다. 권취 시험에 있어서, 각 시트는 외경이 5 인치인 실린더에 권취되고 상기 시트의 단부가 서로 끼워져 시트가 실린더에 고정되었다. 그 후에, 각 시트의 외부 표면의 균열의 발생을 육안 관찰로 확인하였다. 실시예 1 ~ 3 의 각 적층 시트는 장섬유 매트가 외부를 향하도록 실린더에 권취되었다.

<시험 결과>

권취 시험의 결과가 상기 표 1 에 도시되어 있다. 도 12 는 권취 시험에 사용된 실시예 1 의 적층 시트의 사진이다. 도 13 은 권취 시험에 사용된 비교 예 1 의 단일층 시트의 사진이다. 표 1 에 나타난 바와 같이, 실시예 1 ~ 3 의 적층 시트의 외부 표면에서는 균열이 관찰되지 않았다. 반면, 비교예 1 및 2 의 단일층 시트의 외부 표면에서는 균열이 관찰되었다. 상기 시험 결과는 본 발명의 실시형태에 따른 장섬유 매트와 단섬유 매트로 구성된 적층 시트는 두께가 커지더라도 충분한 강도를 보인다는 것을 나타낸다.

본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트는 차량용 배기 가스 처리 장치의 구성부품으로서 사용될 수 있다.

본 발명은 설명된 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한 변형 및 개량이 가능하다.

본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트를 배기 가스 처리 장치의 유지 시일재로서 사용함으로써 유지 시일재의 외주와 내주의 차의 영향을 감소시킬 수 있고 이에 따라 유지 시일재의 외부 표면에서의 균열의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트는 배기 가스 처리 유닛 및 배기 가스 처리 장치의 형상, 치수, 및 다른 외부 구체사항과 상관없이 상기의 바람직한 영향을 보여준다. 즉, 본 발명의 실시형태에 따른 적층 시트는 그 구성을 변경하지 않고도 다양한 유형의 배기 가스 처리 장치에 사용될 수 있고 이에 따라 효율적으로 제조될 수 있다.

Claims

제 1 무기 섬유를 함유한 제 1 매트, 및

제 2 무기 섬유를 함유하며, 제 1 매트에 적층되는 제 2 매트를 포함하는 적층 시트로서,

제 1 무기 섬유의 평균 섬유 길이가 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이보다 크며,

제 1 무기 섬유와 제 2 무기 섬유가 동일한 재료로 구성되는 적층 시트.
삭제
제 1 항에 있어서, 제 1 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 20 mm ~ 120 mm 의 범위 내인 적층 시트.
제 1 항에 있어서, 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 0.5 mm ~ 10 mm 의 범위 내인 적층 시트.
제 1 항에 있어서, 제 1 매트 및/또는 제 2 매트는 바인더를 더 함유하는 적층 시트.
제 1 항에 있어서, 제 1 매트와 제 2 매트 사이의 계면에서 계면층을 더 포함하는 적층 시트.
제 6 항에 있어서, 계면층의 두께가 약 0.05 mm ~ 약 2 mm 의 범위 내인 적층 시트.
제 1 항에 있어서, 상기 적층 시트의 두께는 6 mm ~ 20 mm 의 범위 내인 적층 시트.
제 1 무기 섬유를 함유한 제 1 매트를 준비하는 제 1 단계, 및

제 2 무기 섬유를 함유한 제 2 매트를 상기 제 1 매트 위에 적층하는 제 2 단계를 포함하는 적층 시트의 제조 방법으로서,

제 1 무기 섬유의 평균 섬유 길이가 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이보다 크며,

제 1 무기 섬유와 제 2 무기 섬유를 동일한 재료로 구성하는 적층 시트의 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 제 2 단계는 제 1 매트 위에 제 2 매트를 직접 형성하는 하위 단계를 포함하는 적층 시트의 제조 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 제 2 단계는 제 2 매트를 개별적으로 준비한 후에 제 1 매트 및 제 2 매트를 적층하는 하위 단계를 포함하는 적층 시트의 제조 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 제 2 단계는 접착 결합 및/또는 재봉에 의해 상기 제 1 매트와 제 2 매트를 결합시키는 하위 단계를 더 포함하는 적층 시트의 제조 방법.
제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 매트는 니들링법에 의해 준비되는 적층 시트의 제조 방법.
제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 매트는 시트 제작법에 의해 준비되는 적층 시트의 제조 방법.
배기 가스 처리 유닛, 및

상기 배기 가스 처리 유닛의 외부 표면의 적어도 일부에 권취된 유지 시일재를 포함하는 배기 가스 처리 장치로서,

상기 유지 시일재는 제 1 항에 따른 적층 시트로 구성되며, 상기 적층 시트의 제 1 매트가 외부를 향하도록 상기 배기 가스 처리 유닛에 권취되는 배기 가스 처리 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 배기 가스 처리 유닛은 촉매 담지체 또는 배기 가스 필터인 배기 가스 처리 장치.
배기 가스 처리 유닛, 및 상기 배기 가스 처리 유닛의 외부 표면의 적어도 일부에 권취된 유지 시일재를 포함하는 배기 가스 처리 장치의 제조 방법으로서,

제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 적층 시트를 구비한 유지 시일재를 준비하는 단계, 및

상기 적층 시트의 제 1 매트가 외부를 향하도록 배기 가스 처리 유닛에 유지 시일재를 권취하는 단계를 포함하는 배기 가스 처리 장치의 제조 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 배기 가스 처리 유닛은 촉매 담지체 또는 배기 가스 필터인 배기 가스 처리 장치의 제조 방법.