KR100910146B1

KR100910146B1 - 유지 시일재, 유지 시일재의 제조 방법 및 배기 가스 정화 장치

Info

Publication number: KR100910146B1
Application number: KR1020090025753A
Authority: KR
Inventors: 고지 오시카; 사토루 가리야
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2009-07-30
Also published as: US20120110805A1; US20090285726A1; CN101581245A; EP2119886B1; JP2009275638A; JP5183296B2; CN101581245B; US8124023B2; EP2119886A1; ATE475005T1; DE602009000069D1

Abstract

(과제) 전단 강도가 높고, 권취 특성이 양호하며, 또한, 바인더의 저감화도 가능한 유지 시일재를 제공하는 것.

(해결 수단) 본 발명의 유지 시일재는 교락된 제 1 무기 섬유와 바인더를 함유하는 니들 매트와, 초조 처리된 제 2 무기 섬유와 바인더를 함유하는 초조 (抄造) 매트가 적층된 유지 시일재로서, 니들 매트와 초조 매트의 계면으로부터 니들 매트측을 향하는 계면 영역에 있어서, 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이보다 짧은 평균 섬유 길이를 갖는 단섬유가 한정 존재되고, 계면 영역에 있어서의 바인더의 함유량이 중량비로 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량보다 높은 것을 특징으로 한다.

유지 시일재

Description

유지 시일재, 유지 시일재의 제조 방법 및 배기 가스 정화 장치 {HOLDING SEALING MATERIAL, METHOD FOR MANUFACTURING HOLDING SEALING MATERIAL AND EXHAUST GAS PURIFYING APPARATUS}

본 발명은 유지 시일재, 유지 시일재의 제조 방법 및 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.

디젤 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중에는 미립물 (이하, PM 라고도 한다) 이 함유되어 있고, 최근, 이 PM 이 환경이나 인체에 해를 끼치는 것이 문제가 되고 있다. 또한, 배기 가스 중에는, CO 나 HC, NOx 등의 유해한 가스 성분도 함유되어 있다는 점에서, 이 유해한 가스 성분이 환경이나 인체에 미치는 영향에 대해서도 우려되고 있다.

그래서, 배기 가스 중의 PM 을 포집하거나, 유해한 가스 성분을 정화하거나 하는 배기 가스 정화 장치로서, 탄화 규소나 코디어라이트 등의 다공질 세라믹으로 이루어지는 배기 가스 처리체와, 배기 가스 처리체를 수용하는 케이싱과, 배기 가스 처리체와 케이싱 사이에 배치 형성되는 유지 시일재로 이루어지는 배기 가스 정화 장치가 여러 가지 제안되어 있다. 이 유지 시일재는 자동차의 주행 등에 의 해 발생되는 진동이나 충격에 의해, 배기 가스 처리체가 그 외주를 덮는 케이싱과 접촉하여 파손되는 것을 방지하는 것, 또는, 배기 가스 처리체와 케이싱 사이에서 배기 가스가 누출되는 것을 방지하는 것 등을 주된 목적으로 하여 배치 형성되어 있다.

여기서, 내연 기관에 대해서는, 연비의 향상을 목적으로 하여 이론 공연비에 가까운 공연비로 운전하기 때문에, 배기 가스의 온도가 고온화되는 경향이 있다. 특히, 내연 기관을 고회전역에서 작동시킨 경우에는, 내연 기관으로부터 배출된 직후의 배기 가스의 온도가 1000℃ 정도의 고온이 되는 경우가 있다. 이로써, 배기 가스 정화 장치에 고온의 배기 가스가 도달함으로써, 유지 시일재로는 그러한 고온 조건하이어도 용손 (溶損) 등에 의해 파손되지 않는 것이 요구된다.

고온 조건하에서의 사용을 목적으로 한 유지 시일재로서, 알루미나 섬유로 이루어지는 층과, 주로 알루미나와 실리카를 함유하는 무기 섬유 (이하, 세라믹 섬유라고도 함) 로 이루어지는 층과의 2 층의 무기 섬유층으로 이루어지는 유지 시일재가 제안되어 있다 (특허 문헌 1).

특허 문헌 1 에 기재된 유지 시일재는 비교적 내열성이 높은 알루미나 섬유로 이루어지는 층과, 세라믹 섬유로 이루어지는 층의 2 층의 무기 섬유층으로 이루어지고, 적절한 정도의 내열성은 얻을 수 있었다.

그런데, 배기 가스 정화 장치를 제조하려면, 유지 시일재를 배기 가스 처리체에 권취하고, 이것을 슬라이딩시키면서 원통상의 케이싱에 압입한다. 유지 시일재의 두께를 포함한 배기 가스 처리체의 외경은 케이싱의 내경보다 크다는 점 에서, 압입시에는 유지 시일재에 큰 전단 응력이 발생하게 된다. 따라서, 유지 시일재에는 압입시에 발생하는 전단 응력에 저항할 수 있는 강도 (이하, 전단 강도라고도 함) 와 함께, 권취시에 크랙이나 균열이 발생하지 않는 권취 특성도 요구된다.

특허 문헌 1 에 기재된 매트에서는, 제 1 슬러리를 초조하여 얻어지는 하층상에, 제 2 슬러리를 초조하여 얻어지는 상층이 적층되어 있으므로, 양층간에서는 부분적으로 슬러리가 혼합되고, 그 결과, 일체 시트가 형성되는 것으로 기재되어 있다.

그러나, 특허 문헌 1 에 기재된 매트에서는, 상층과 하층의 접착은 어디까지나 슬러리 중의 바인더에 의해 실시되기 때문인지, 압입시의 전단 강도는 충분하다고는 할 수 없었다. 또한, 상층 및 하층의 양층이 초조에 의해 형성되어 있기 때문에, 매트 전체로서 유연성이 부족하고, 배기 가스 처리체에 대한 권취시에 균열이나 크랙이 발생하는 경우도 있었다. 나아가, 유지 시일재가 배기 가스의 고온에 노출되면 바인더의 연소와 함께 바람직하지 않은 연기나 악취가 발생하는 경우가 있다. 한편으로, 특허 문헌 1 에 기재된 매트에서는 슬러리의 초조에 의해 매트가 형성되어 있고, 매트 자체의 외형을 유지하기 위해서 상당량의 바인더가 필요해진다는 점에서, 바인더의 저감화에는 자체적으로 한계가 있었다.

[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 2004-204819호

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 전단 강도가 높고, 권취 특성이 양호하며, 또한, 바인더의 저감화도 가능한 유지 시일재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1 에 기재된 발명에 관련된 유지 시일재에서는 교락된 제 1 무기 섬유와 바인더를 함유하는 니들 매트와, 초조 처리된 제 2 무기 섬유와 바인더를 함유하는 초조 매트가 적층되어 있고, 니들 매트와 초조 매트의 계면으로부터 니들 매트측을 향하는 계면 영역에 있어서, 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이보다 짧은 평균 섬유 길이를 갖는 단섬유가 한정 존재되고, 계면 영역에 있어서의 바인더의 함유량을, 중량비로 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량보다 높게 하고 있다.

니들 매트에 포함되는 계면 영역에 소정의 단섬유 (무기 섬유로 이루어짐)가 한정 존재되어 있다는 점에서, 바인더만으로 적층되어 있는 경우보다 높은 유지 시일재의 전단 강도가 얻어진다. 이에 의해, 압입시의 전단 응력에 의해 유지 시일재에 박리 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그 이유는 확실하지 않지만, 계면 영역에 한정 존재되는 단섬유와 바인더 사이에서의 결합 내지 교락이 발생하여, 니들 매트와 초조 매트 사이에서 보다 강고한 접합이 달성되기 때문으로 생각된다.

또한, 계면 영역이란, 니들 매트와 초조 매트의 계면으로부터, 니들 매트측을 향해 유지 시일재 두께의 5% 의 두께에 걸치는 영역인 것을 말한다. 따라서, 계면 영역은 니들 매트에 포함되어 있고, 니들 매트의 일부를 구성하는 영역이다. 또한, 니들 매트와 초조 매트가 접촉하는 부분에서는, 제 1 무기 섬유와 제 2 무기 섬유가 교락되어, 양자가 서로 얽히는 부분이 발생하는 경우도 있는데, 통상적으로, 계면 영역의 두께와 비교하여 매우 좁기 때문에, 양자가 중복되는 부분을 포함하여 계면이라 하는 것으로 한다.

또한, 계면 영역에 있어서의 바인더의 함유량을, 중량비로 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량보다 높게 하고 있다는 점에서, 단섬유의 존재와 고함유량 바인더에서 기인하여 보다 강고한 결합 내지는 교락이 발생한다. 그러므로, 청구항 1 에 기재된 발명에서는, 유지 시일재의 두께 방향에 걸쳐서 바인더 함유량에 구배를 갖지 않는 유지 시일재와 비교하여, 유지 시일재의 새로운 전단 강도가 더욱 향상되는 것을 도모할 수 있다.

또한, 상기 서술한 계면 영역의 정의로부터 명확한 바와 같이, 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량이란, 계면 영역을 포함하는 니들 매트 전체에서 본 바인더의 함유량으로서, 계면 영역을 제외한 니들 매트의 영역에 있어서의 바인더의 함유량은 아니다.

또한, 청구항 1 에 기재된 발명에서는 니들 매트와 초조 매트를 적층시켜 유지 시일재를 구성하고 있다. 니들 매트는 원래 교락된 제 1 무기 섬유로 이루어지는 매트로 구성되어 있다는 점에서, 그 자체가 어느 정도의 정형성(定型性) 을 가지고 있다. 따라서, 니들 매트 자체의 외형을 유지하기 위해 다량의 바인더를 필요로 하지 않고, 바인더의 양으로는 작업성 등에 따른 필요 최저한의 양으로 해결되기 때문에, 유지 시일재에 있어서의 바인더의 저감화를 도모할 수 있다.

덧붙여, 니들 매트는 초조 매트와 비교하여 유연성이 높기 때문에, 배기 가스 처리체에 유지 시일재를 권취할 때에도 배기 가스 처리체의 외주에 정확히 추종할 수 있다. 그러므로 청구항 1 에 기재된 발명에서는, 배기 가스 처리체에 대한 권취성이 양호한 유지 시일재가 얻어진다.

청구항 2 에 기재된 발명에서는, 단섬유가 계면과 교차되는 방향으로 배향하여 한정 존재되어 있다는 점에서, 유지 시일재의 전단 강도를 더욱 높일 수 있다. 이 이유에 대해서도 명확하지 않지만, 단섬유가 이와 같이 배향하여 한정 존재됨으로써 계면 영역에 있어서의 단섬유에 의한 앵커 효과가 발생했기 때문에, 니들 매트와 초조 매트 사이의 접합 강도가 높아져, 유지 시일재의 전단 강도가 높아진 것으로 생각된다.

또한, 계면과 교차하는 방향이란, 단섬유의 압축 (또는, 그 연장선) 이 계면과 교차하는 방향을 말한다.

청구항 3 에 기재된 발명에 의하면 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량이, 중량비로 초조 매트에 있어서의 바인더의 함유량보다 낮게 되어 있다. 그런데, 본원 발명자들의 검토에 의해, 유지 시일재의 바인더량이 많아질수록 마찰 계수가 커져, 유지 시일재를 권취한 배기 가스 처리체를 케이싱에 압입하는 것이 곤란해진다는 것으로 판명되어 있다. 이것에 대해, 바인더의 함유량이 낮은 니 들 매트를 외측 (케이싱측) 으로 하여 배기 가스 처리체에 권취한 경우에는, 마찰 계수가 낮은 것이 케이싱측을 향하게 되어, 배기 가스 처리체의 케이싱으로의 압입도 무리없이 된다.

청구항 4 에 기재된 발명과 같이, 계면 영역에 있어서의 바인더의 함유량이 중량비로 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량의 1.3∼7.0 배이면, 초조 매트의 제조의 용이함을 유지하면서, 유지 시일재의 전단 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 그 이유는, 계면 영역에서의 바인더의 함유량을 높게 하는 것은 초조 매트의 초조용 슬러리에 함유되는 프리 바인더로서, 이것이 계면 영역에 들어감으로써 고함유량이 달성되어 있다. 따라서, 계면 영역의 바인더 함유량을 높이기 위해 초조용 슬러리에 어느 정도의 바인더를 투입할 필요가 있는데, 지나치게 많은 바인더를 초조용 슬러리에 함유시키면, 바인더가 응집 등을 일으켜, 초조 매트의 제조에 지장을 초래할 우려가 있다. 한편으로, 초조용 슬러리 중의 바인더 함유량이 적으면 목적으로 하는 전단 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 이상과 같은 관점에서, 계면 영역에 있어서의 바인더의 함유량을 상기 소정 범위로 하고 있으므로, 초조 매트의 제조의 용이함을 유지하면서, 유지 시일재의 전단 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

청구항 5 에 기재된 발명과 같이, 단섬유의 평균 섬유 길이를 300㎛ 이하로 함으로써, 보다 유지 시일재의 전단 강도를 향상시킬 수 있다. 단섬유의 평균 섬유 길이가 상기 평균 섬유 길이를 초과하면, 단섬유에 의한 앵커 효과가 약해져 버려, 유지 시일재의 전단 강도의 향상이라는 효과를 얻기 어려워지는 경우가 있 다.

청구항 6 에 기재된 발명에서는, 유지 시일재의 제조 방법으로서 제 1 무기 섬유를 함유하는 매트에 니들 처리를 실시하여 무기 섬유가 교락된 니들 매트를 제조하는 공정과, 니들 매트에 바인더를 부착시키는 공정과, 바인더가 부착된 니들 매트 상에, 제 2 무기 섬유 및 바인더를 적어도 함유하는 초조용 슬러리를 투입한 후에 소정 시간 유지하는 공정과, 초조용 슬러리를 탈수하여 초조 매트 전구체를 제조하는 공정과, 니들 매트와 초조 매트 전구체를 적층시킨 상태에서 건조시키는 공정을 함유한다.

청구항 6 에 기재된 발명에 의하면, 바인더가 부착된 니들 매트 상에, 제 2 무기 섬유 및 바인더를 적어도 함유하는 초조용 슬러리를 투입한 후에 소정 시간 유지하는 공정을 포함하므로, 초조용 슬러리에 함유되는 미세한 단섬유나 응집체를 형성하고 있지 않은 프리 바인더가 니들 매트 상에 침강된다. 그리고, 그 후의 탈수 공정을 거쳐, 단섬유와 바인더가 더욱 니들 매트 내의 어느 정도의 깊이까지 침입해 들어감으로써, 계면 영역에 있어서, 단섬유가 한정 존재되고, 바인더 함유량도 높은 유지 시일재를 효율적으로 제조할 수 있다. 즉, 청구항 6 에 기재된 발명에 의하면 전단 강도가 높고, 권취 특성이 양호하며, 또한, 바인더의 저감화도 가능한 청구항 1 에 기재된 유지 시일재를 바람직하게 제조할 수 있다.

또한, 니들 매트 상에 침강된 단섬유는 슬러리의 탈수 공정시에, 니들 매트의 계면 영역에 침입하면서, 계면과 교차하는 방향으로 배향하기 (계면에 대해 기립된 상태가 되도록 배향함) 때문에, 유지 시일재의 전단 강도 향상에 기여하게 된 다.

청구항 7 에 기재된 발명에 의하면 니들 매트에 부착시키는 바인더의 양을, 초조용 슬러리에 있어서의 바인더의 함유량보다 적게 하고 있다. 이렇게 함으로써, 마찰 저항이 낮은 니들 매트를 케이싱측을 향하여 배기 가스 처리체에 유지 시일재를 권취한 경우에는, 압입시의 저항이 작아 압입성이 양호해진다.

청구항 8 에 기재된 발명과 같이, 슬러리 투입 후의 유지 시간을 10∼60sec로 함으로써, 필요량의 단섬유 및 바인더를 침강시킬 수 있고, 또한, 생산 효율을 유지하면서 바람직하게 본 발명의 유지 시일재를 제조할 수 있다.

청구항 9 에 기재된 발명에서는 다수의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 배열 형성된 기둥 형상의 배기 가스 처리체와, 배기 가스 처리체를 수용하는 케이싱과, 배기 가스 처리체와 케이싱 사이에 배치 형성되고, 배기 가스 처리체를 유지하는 유지 시일재로 이루어지는 배기 가스 정화 장치에 있어서, 유지 시일재는 청구항 1∼5 중 어느 한 항에 기재된 유지 시일재이다.

청구항 9 에 기재된 배기 가스 정화 장치에서는, 전단 강도가 높은 유지 시일재를 사용하고 있기 때문에, 유지 시일재를 권취한 배기 가스 처리체를 케이싱에 압입할 때에도 유지 시일재의 박리 등이 발생하지 않아, 무리없이 배기 가스 정화 장치를 조립할 수 있다. 또한, 유지 시일재에 균열이나 크랙이 발생한 경우에는 그 부분에서 배기 가스가 누출되는 경우도 있었으나, 청구항 9 에 기재된 배기 가스 정화 장치에서는 유지 시일재의 권취 특성도 우수하고, 유지 시일재의 균열이나 크랙을 방지할 수 있기 때문에, 배기 가스 정화 장치의 배기 가스의 누출도 방 지할 수 있다.

본 발명에 의하여, 전단 강도가 높고, 권취 특성이 양호하며, 또한, 바인더의 저감화도 가능한 유지 시일제를 얻을 수 있다.

(제 1 실시형태)

이하, 본 발명의 유지 시일재 및 유지 시일재의 제조 방법의 일 실시형태인 제 1 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1 은, 본 발명의 유지 시일재를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 1 에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 유지 시일재 (10) 는 소정의 길이 (도 1 중, 화살표 L 로 나타낸다), 폭 (도 1 중, 화살표 W 로 나타낸다) 및 두께 (도 1 중, 화살표 T 로 나타낸다) 를 갖는 평면에서 볼 때 대략 직사각형의 평판상을 갖는다.

또한, 유지 시일재 (10) 의 단면 (15a, 15b) 중, 일방의 단면 (15a) 에는 볼록부 (13) 가 형성되어 있고, 타방의 단면 (15b) 에는 오목부 (14) 가 형성되어 있다. 이들의 볼록부 (13) 와 오목부 (14) 는 후술하는 배기 가스 정화 장치를 조립하기 위해 배기 가스 처리체에 유지 시일재 (10) 를 권취했을 때, 정확히 서로 끼워 맞추어지는 형상으로 되어 있다.

유지 시일재 (10) 는 제 1 무기 섬유가 교락되어 형성된 니들 매트 (11) 와, 초조 처리된 제 2 무기 섬유에 의해 형성된 초조 매트 (12) 가 적층된 2 층 구조를 가지고 있다.

니들 매트 (11) 는 제 1 무기 섬유로 이루어지는 소지(素地) 매트에 대해 니들링 처리를 실시하여 얻어지는 매트이다. 또한, 니들링 처리란, 니들 등의 섬유 교락 수단을 소지 매트에 대해 찔렀다 뺐다 하는 것을 말한다. 니들 매트 (11) 에서는 초조 매트 (12) 를 구성하는 제 2 무기 섬유보다 비교적 긴 제 1 무기 섬유가 니들링 처리에 의해 3 차원적으로 교락되어 있고, 제 1 무기 섬유가 교락된 구조 중에 바인더가 개재되어 제 1 무기 섬유의 교락 구조를 보강하고 있다. 이와 같이 니들 매트 (11) 에서는 원래 제 1 무기 섬유가 교락되어 있고, 그 자체의 형상을 유지할 수 있다는 점에서, 교락 구조를 보강하는 바인더의 양은 적어도 된다. 또한, 교락 구조를 나타내기 위해, 제 1 무기 섬유는 어느 정도의 섬유 길이를 가지고 있고, 예를 들어, 제 1 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 0.5∼10㎝ 정도이면 된다.

한편, 초조 매트 (12) 는, 제 2 무기 섬유를 함유하는 초조용 슬러리를 초조 하여 얻어지는 층상 구조를 나타내는 매트이다. 제 2 무기 섬유는 제 1 무기 섬유보다 비교적 짧기 때문에, 제 2 무기 섬유에 의한 교락 구조는 얻기 어렵고, 니들 매트보다 초조 매트 (12) 자체의 형상을 유지하기 어렵게 되어 있다. 따라서, 초조 매트 (12) 에서는, 니들 매트 (11) 보다 많은 바인더를 사용하여 제 2 무기 섬유의 3 차원 구조를 보강하고, 그 자체의 형상을 유지하고 있다. 또한, 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 초조 매트의 원료가 슬러리상 물(物)인 점에서, 제조의 용이성을 고려하여 0.2∼20㎜ 정도이면 된다.

본 실시형태의 유지 시일재에서는 니들 매트와 초조 매트의 계면으로부터 니들 매트측을 향하는 계면 영역에 있어서, 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이보다 짧은 평균 섬유 길이를 갖는 단섬유가 한정 존재되고, 또한, 계면 영역에 있어서의 바인더의 함유량이 중량비로 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량보다 높게 되어 있다. 이 양태를 도 2 의 (a) 및 (b) 를 참조하면서 설명한다.

도 2 의 (a) 는 본 발명의 유지 시일재의 단면을 모식적으로 나타내는 측면도이고, 도 2 의 (b) 는 도 2 의 (a) 의 단면 중 계면 영역을 확대한 확대 단면도이다.

유지 시일재 (10) 에서는, 상기 서술한 바와 같이 니들 매트 (11) 와 초조 매트 (12) 가 적층되어 있고, 유지 시일재 (10) 의 두께 방향 T 에 걸쳐, 니들 매트 (11) 는 도면 중 A 로 나타내는 영역을 차지하고, 초조 매트 (12) 는 도면 중 B로 나타내는 영역을 차지하고 있다.

니들 매트 (11) 와 초조 매트 (12) 사이에는, 양자가 서로 접촉되어 규정되는 계면 (20) 이 존재한다. 계면 영역 (21) 은 이 계면 (20) 으로부터 니들 매트 (11) 측을 향해 유지 시일재 두께의 5% 의 두께에 걸치는 영역이다. 따라서, 계면 영역 (21) 은 니들 매트 (11) 가 차지하는 영역 A 의 일부를 구성하는 영역이기도 하다.

계면 영역 (21) 을 확대한 확대도를 도 2 의 (b) 에 나타낸다. 도 2 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 계면 영역 (21) 에는, 초조 매트 (12) 를 구성하는 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이보다 짧은 평균 섬유 길이를 갖는 단섬유 (22) 가 한정 존재되어 있다. 물론, 이와 같은 단섬유 (22) 는 계면 영역 (21) 에만 존재하고 있는 것은 아니지만, 적어도 니들 매트 (11) 가 차지하는 영역 A 중 계면 영역 이외의 영역과 비교하면, 보다 많은 단섬유 (22) 가 계면 영역 (21) 에 치우쳐 존재 (즉, 한정 존재) 하고 있다. 단섬유 (22) 에는, 계면 (20) 과 계면 영역 (21) 의 계면 (20) 과 반대측의 면인 종단면 (23) 사이에만 존재하는 단섬유 (22) 에 추가하여, 계면 (20) 을 걸쳐 존재하는 단섬유 (22) 나, 종단면 (23) 을 걸쳐 존재하는 단섬유 (22) 도 존재한다. 이들의 단섬유를 총칭해서 단섬유라고 칭한다.

또한, 계면 영역 (21) 의 바인더 함유량은 니들 매트 (11) 중의 바인더 함유량보다 많게 되어 있다. 계면 영역 (21) 에 있어서의 고바인더 함유량이 달성되는 것은, 후술하는 바와 같이, 초조 매트 (12) 의 초조용 슬러리에 함유되어 있던 바인더가 계면 영역 (21) 으로 이행되었기 때문으로 생각된다. 또한, 니들 매트 (11) 의 바인더 함유량은 도 2 의 (a) 의 영역 A 로부터 계면 영역 (21) 을 뺀 나머지 영역에 있어서의 바인더 함유량이 아닌, 계면 영역 (21) 을 포함한 니들 매트 (11) 가 차지하는 영역 A 전체에서의 바인더 함유량을 말한다.

이와 같이, 계면 영역 (21) 의 바인더 함유량은 니들 매트 (11) 중의 바인더 함유량 보다 많으면 되는데, 특히, 계면 영역에 있어서의 바인더의 함유량이 중량비로 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량의 1.3∼7.0 배인 것이 바람직하다. 계면 영역에서의 바인더의 고함유량은, 후술하는 바와 같이, 초조용 슬러리에 함유되어 있던 프리 바인더에서 기인하고 있다. 따라서, 초조용 슬러리에는 어느 정도의 바인더가 필요하지만, 지나치게 다량이면 바인더가 응집 등을 일으켜, 초조 매트의 제조에 지장을 초래할 우려가 있다. 한편으로, 초조용 슬러리 중의 바인더 함유량이 적으면 목적으로 하는 전단 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 이러한 점들을 감안하여, 계면 영역에 있어서의 바인더의 함유량을 상기 소정 범위로 함으로써, 초조 매트의 제조의 용이함을 유지하면서, 유지 시일재의 전단 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

본 실시형태의 유지 시일재 (10) 에서는 계면 영역 (21) 에서 단섬유 (22) 가 한정 존재되고, 또한, 바인더 함유량이 니들 매트 (11) 의 함유량보다 많게 되어 있다는 점에서, 단섬유 (22) 와 바인더와 니들 매트 (11) 를 구성하는 제 1 무기 섬유와의 강고한 결합이 발생하여, 마치 니들 매트 (11) 와 초조 매트 (12) 를 서로 접합시키는 접합층으로서 작용하고 있다. 이와 같은 단섬유와 바인더의 병존에 의해, 유지 시일재 (10) 의 전단 강도를 향상시킬 수 있다.

단섬유 (22) 가 계면 영역 (21) 에 한정 존재되어 있으면, 본 실시형태의 유지 시일재 (10) 에 있어서 전단 강도 향상 효과를 얻을 수 있는데, 특히, 도 2 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 단섬유 (22) 는 계면 (20) 과 평행한 방향이 아닌, 그 장축의 연장선 E 가 계면 (20) 과 교차하듯이 배향되어 계면 영역 (21) 에 한정 존재되어 있는 것이 바람직하다. 계면 (20) 과 교차하듯이 배향된 단섬유 (22) 는 유지 시일재 (10) 의 두께 방향을 따른 방향에서 계면 (20) 에 대해 기립된 상태에서 존재하고 있는 것이 된다. 이렇게 하여 단섬유 (22) 가 계면 (20) 에 대해 기립된 상태에서 계면 영역 (21) 에 한정 존재되어 있으면, 계면 영역 (21) 에 존재하는 바인더와 함께 앵커 효과를 발휘한다는 점에서, 초조 매트 (12) 와 니들 매트 (11) 의 접합 강도를 높일 수 있고, 나아가서는 유지 시일재의 전단 강도를 높일 수 있다.

또한, 계면 영역 (21) 에 단섬유 (22) 가 한정 존재되어 있다는 판단은, 니들 매트 (11) 와 초조 매트 (12) 를 분리하여 계면 영역을 드러내고, 이것을 풀어 분산시킨 섬유 샘플을 광학 현미경 등에 의해 무작위로 관찰했을 때, 단위 섬유 개수 (예를 들어, 100 개 등) 당 단섬유 수가 소정치 이상인 것을 기준으로 하여 실시한다. 이 소정치는 유지 시일재에 요구되는 전단 강도나 용도에 따라 변경하면 되고, 예를 들어, 자동차 등의 내연 기관에 접속되는 배기 가스 정화 장치에 사용하는 경우에는, 단섬유가 한정 존재된 정도로서 50 개/100 개 이상이라는 값을 채용할 수 있다. 또한, 단섬유의 평균 섬유 길이는 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이보다 짧으면 되고, 구체적으로는, 300㎛ 이하의 평균 섬유 길이를 갖는 무기 섬유가 바람직하다.

여기서, 니들 매트와 초조 매트를 분리하여 계면 영역을 드러내고, 이것을 풀어 분산시킨 섬유 샘플을 얻는 순서를 이하에 설명한다. 먼저, 니들 매트와 초조 매트의 분리에는 특별히 복잡한 기기 등을 필요로 하지 않고, 사람 손에 의해 조심스럽게 박리함으로써 양자를 분리할 수 있다. 구체적으로는, 분리용 샘플로서 유지 시일재를 50㎜ 사각형으로 펀칭하고, 펀칭된 샘플의 두께를 측정함과 함께, 이 두께의 5% 에 상당하는 값을 구해 놓는다. 이어서, 펀칭된 샘플의 일 측면에 있어서 니들 매트와 초조 매트 사이의 계면 부근에 손을 대고, 양자를 천천 히 박리해 감으로써, 니들 매트와 초조 매트를 분리할 수 있다. 단, 니들 매트와 초조 매트를 분리한 후에, 초조 매트의 일부가 니들 매트에 남는 경우가 있다. 이 경우에는, 니들 매트에 남은 초조 매트의 일부를 추가로 사람의 손이나 주걱 등에 의해 조심스럽게 박리하면 된다.

그 후, 분리된 니들 매트의 두께를 측정한다. 이어서, 니들 매트의 초조 매트와 접하고 있던 표면측으로부터, 미리 구해 둔 유지 시일재 두께의 5% 에 상당하는 두께분만큼, 측정한 니들 매트의 두께를 참조하면서 조심스럽게 박리한다. 보다 구체적으로는, (1) 니들 매트의 초조 매트와 접하는 표면측으로부터 손이나 주걱으로 니들 매트 표면을 얇게 박리하고, 이어서, (2) 박리된 후의 니들 매트의 두께를 측정한다. 그리고, 니들 매트의 두께가, 미리 구해 둔 유지 시일재 두께의 5% 에 상당하는 두께분을 분리 후의 니들 매트의 두께로부터 뺀 두께가 되도록 상기 (1) 및 (2) 의 순서를 반복함으로써 계면 영역을 분리할 수 있다. 이렇게 하여 얻어진 계면 영역을 600℃ 에서 1 시간 소성하고, 무기 섬유를 1 개씩 풀 수 있도록 바인더를 제거한다. 다음으로, 1 개 1 개의 무기 섬유의 섬유 길이가 측정할 수 있도록 사람의 손이나 주걱 등으로 조심스럽게 풀어 간다. 푼 무기 섬유 중에서 무작위로 무기 섬유의 샘플을 드러내고, 그 섬유 길이를 측정함으로써, 단섬유의 한정 존재 정도를 구할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태의 유지 시일재를 사용한 본 실시형태의 배기 가스 정화 장치의 구성에 대해 도 3 의 (a) 및 도 3 의 (b) 를 사용하여 설명한다.

도 3 의 (a) 는 본 실시형태의 배기 가스 정화 장치를 모식적으로 나타내는 사시도이고, 도 3 의 (b) 는 도 3 의 (a) 에 나타낸 배기 가스 정화 장치의 A-A 선 단면도이다.

도 3 의 (a) 및 도 3 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 정화 장치 (30) 는 다수의 셀 (41) 이 셀벽 (42) 을 사이에 두고 길이 방향으로 배열 형성된 기둥 형상의 배기 가스 처리체 (40) 와, 배기 가스 처리체 (40) 를 수용하는 케이싱 (50) 과, 배기 가스 처리체 (40) 와 케이싱 (50) 사이에 배치 형성되고, 배기 가스 처리체 (40) 를 유지하는 유지 시일재 (10) 로 구성되어 있다.

케이싱 (50) 의 단부(端部) 에는, 필요에 따라, 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스를 도입하는 도입관과 배기 가스 정화 장치를 통과한 배기 가스가 외부에 배출되는 배출관이 접속되게 된다.

또한, 본 실시형태의 배기 가스 정화 장치 (30) 에서는, 도 3 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 처리체 (40) 로서 각각의 셀에 있어서의 어느 일방이 밀봉재 (43) 에 의해 폐쇄된 허니컴 필터를 사용하고 있다.

상기 서술한 구성을 갖는 배기 가스 정화 장치 (30) 를 배기 가스가 통과하는 경우에 대해 도 3 의 (b) 를 사용하여 이하에 설명한다.

도 3 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 내연 기관으로부터 배출되고, 배기 가스 정화 장치 (30) 에 유입된 배기 가스 (도 3 의 (b) 중, 배기 가스를 G 로 나타내고, 배기 가스의 흐름을 화살표로 나타낸다) 는 허니컴 필터 (40) 의 배기 가스 유입측 단면 (40a) 에 개구된 한 셀 (41) 에 유입되어, 셀 (41) 을 분리시킨 셀벽 (42) 을 통과한다. 이 때, 배기 가스 중의 PM 이 셀벽 (42) 에서 포집되어, 배 기 가스가 정화되게 된다. 정화된 배기 가스는 배기 가스 유출측 단면 (40b) 에 개구된 다른 셀 (41) 로부터 유출되어, 외부에 배출된다.

다음으로, 배기 가스 정화 장치 (30) 를 구성하는 허니컴 필터 및 케이싱에 대해 도 4 의 (a), 도 4 의 (b) 를 사용하여 설명한다.

또한, 유지 시일재 (10) 의 구성에 대해서는 이미 서술하였으므로 생략한다.

도 4 의 (a) 는 제 1 실시형태의 배기 가스 정화 장치를 구성하는 허니컴 필터를 모식적으로 나타내는 사시도이고, 도 4 의 (b) 는 제 1 실시형태의 배기 가스 정화 장치를 구성하는 케이싱을 모식적으로 나타내는 사시도이다.

도 4 의 (a) 에 나타낸 바와 같이, 허니컴 필터 (40) 는 주로 다공질 세라믹으로 이루어지고, 그 형상은 원주상이다. 또한, 허니컴 필터 (40) 의 외주에는, 허니컴 필터 (40) 의 외주부를 보강하거나 형상을 조정하거나, 허니컴 필터 (40) 의 단열성을 향상시키거나 하는 목적에서, 유지 시일재층 (44) 이 형성되어 있다.

또한, 허니컴 필터 (40) 의 내부의 구성에 대해서는, 상기 서술한 본 실시형태의 배기 가스 정화 장치의 설명에서 이미 서술한 바와 같다 (도 3 의 (b) 참조).

이어서, 케이싱 (50) 에 대해 설명한다. 도 4 의 (b) 에 나타내는 케이싱 (50) 은 주로 스테인리스 등의 금속으로 이루어지고, 그 형상은 원통상이다. 또한, 그 내경은 허니컴 필터 (40) 단면의 직경과 허니컴 필터 (40) 에 권취된 상태의 유지 시일재 (10) 의 두께를 합한 길이보다 약간 짧게 되어 있고, 그 길이는 허니컴 필터 (40) 의 길이 방향 (도 4 의 (a) 중, 화살표 a 의 방향) 에 있어서의 길이와 대략 동일하게 되어 있다.

다음으로, 본 실시형태의 유지 시일재 및 배기 가스 정화 장치의 제조 방법을 설명한다.

먼저, 유지 시일재의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 실시형태의 유지 시일재의 제조 방법은 제 1 무기 섬유를 함유하는 매트에 니들링 처리를 실시하여 무기 섬유가 교락된 니들 매트를 제조하는 공정과, 이 니들 매트에 바인더를 부착시키는 공정과, 바인더가 부착된 니들 매트 상에, 적어도 제 2 무기 섬유 및 바인더를 함유하는 초조용 슬러리를 투입한 후에 소정 시간 유지하는 공정과, 초조용 슬러리를 탈수하여 초조 매트 전구체를 제조하는 공정과, 니들 매트와 상기 초조 매트 전구체를 적층시킨 상태에서 건조시키는 공정을 포함하고 있다. 이하, 공정별로 설명한다.

(1) 니들 매트 제조 공정

니들 매트는 상기 서술한 니들링 처리를 소지 매트에 실시함으로써 제조할 수 있다. 소지 매트에서는, 소정의 평균 섬유 길이를 갖는 제 1 무기 섬유가 방사(紡絲) 공정을 거쳐 느슨하게 교락되어 있다. 이 느슨하게 교락된 제 1 무기 섬유에 대해 니들링 처리를 실시함으로써, 보다 복잡하게 제 1 무기 섬유가 교락되어, 바인더가 존재하지 않아도 어느 정도의 형상 유지가 가능한 교락 구조를 갖는 매트로 할 수 있다.

제 1 무기 섬유로는, 특별히 한정되지 않고, 알루미나 섬유이어도 되고, 세라믹 섬유, 실리카 섬유 등이어도 된다. 내열성이나 내풍식성 등, 유지 시일재 에 요구되는 특성 등에 따라 변경하면 된다. 알루미나 섬유를 제 1 무기 섬유로서 사용하는 경우에는, 예를 들어, 알루미나와 실리카의 조성비가 60 : 40∼99 : 1 인 섬유를 사용할 수 있다.

니들링 처리는, 니들링 장치를 사용하여 실시할 수 있다. 니들링 장치는 소지 매트를 지지하는 지지판과, 이 지지판의 상방에 형성되어, 찌름 방향 (소지 매트의 두께 방향) 으로 왕복 이동할 수 있는 니들 보드로 구성되어 있다. 니들 보드에는 다수의 니들이 장착되어 있다. 이 니들 보드를 지지판에 탑재한 소지 매트에 대해 이동시켜, 다수의 니들을 소지 매트에 대해 찔렀다 뺐다함으로써, 소지 매트를 구성하는 제 1 무기 섬유를 복잡하게 교락시킬 수 있다. 니들링 처리의 횟수나 니들수는 목적으로 하는 부피 밀도나 단위 면적당 중량 등에 따라 변경하면 된다.

(2) 바인더 부착 공정

이렇게 하여 니들링 처리를 실시한 니들 매트에 바인더를 부착시킨다. 니들 매트에 바인더를 부착시킴으로써, 제 1 무기 섬유끼리의 교락 구조를 보다 강고하게 할 수 있음과 함께, 니들 매트의 부피 높이를 억제할 수 있다.

바인더로는, 아크릴계 라텍스나 고무계 라텍스 등을 물에 분산시킨 에멀젼을 사용할 수 있다. 이 바인더를 스프레이 등을 사용하여 니들 매트 전체에 균일하게 뿌려, 바인더를 니들 매트에 부착시킨다.

그 후, 바인더 중의 수분을 제거하기 위해 니들 매트를 건조시킨다. 이 때 필요에 따라 니들 매트를 압축시키면서 건조시켜도 된다. 건조 압축 조건으 로는, 예를 들어, 100∼200℃ 에서 30∼200kPa 로 압축시키면서 3∼20 분간 건조시키면 된다. 건조 공정을 거침으로써, 본 실시형태의 니들 매트를 제조할 수 있다.

(3) 초조용 슬러리 조제 공정

다음으로, 초조 매트의 원료가 되는 초조용 슬러리를 조제한다. 초조용 슬러리에는 주로 분산매인 물과, 제 2 무기 섬유와, 바인더와, 응집제가 함유되어 있다.

제 2 무기 섬유는 알루미나 섬유 등의 원료 섬유를 개섬함으로써 얻어진다. 개섬에는, 패더밀 (feather mill) 등의 개섬 장치를 사용할 수 있다. 이렇게 하여 원하는 정도까지 원료 섬유를 개섬함으로써, 제 2 무기 섬유를 얻을 수 있다.

얻어진 제 2 무기 섬유를 소정량의 물 100 중량부에 대해 1 중량부 정도 분산시켜 교반한다. 그 후, 바인더를 첨가하여 교반하고, 다음으로 응집제를 첨가하여 추가로 교반한다. 응집제를 첨가함으로써, 제 2 무기 섬유와 바인더가 응집되고, 1 종의 콜로이드 상태가 되어 초조용 슬러리가 조제된다.

바인더로는, 라텍스 등의 유기 바인더, 알루미나졸 등의 무기 바인더를 사용할 수 있다. 바인더의 양으로는 특별히 한정되지 않고, 제 2 무기 섬유 100 중량부에 대해 1∼30 중량부 정도이면 된다. 응집제로는, 음이온계 고분자 응집제나 양이온계 고분자 응집제 등의 응집제를 사용할 수 있다. 응집제의 양도 특별히 한정되지 않고, 0.1∼3.0wt% 정도 사용하면 된다.

(4) 유지 공정

성형기에 형성해 둔 여과용 메시 위에 미리 제조해 둔 니들 매트를 탑재하고, 이 니들 매트의 상방으로부터 조제해 둔 초조용 슬러리를 소정량 투입한다.

초조용 슬러리의 투입 후, 니들 매트로 이루어지는 층과 초조용 슬러리의 층을 아무런 절차를 실시하지 않고 소정 시간 유지한다. 소정 시간 유지함으로써, 응집제를 첨가했을 때에 응집되지 않았던 이른바 자유 상태의 제 2 무기 섬유 중 단섬유 성분이나 바인더가 우선적으로 침강되고, 니들 매트의 상면에 적층되거나 일부는 니들 매트 내부로 침입되거나 한다. 이들 프리 단섬유 성분이나 바인더가 계면 영역에 있어서의 단섬유의 한정 존재화나 바인더 고농도화의 발생 원인인 것으로 생각된다.

또한, 유지 시간으로는 프리 단섬유 성분이나 바인더가 침강되는데 충분한 시간이면 되고, 또한, 응집된 제 2 무기 섬유 및 바인더가 침강되지 않는 시간이면 되고, 예를 들어, 10∼60sec 의 시간이면 된다.

(5) 탈수 공정

다음으로, 초조용 슬러리 중의 수분을 탈수한다. 탈수는 여과용 메시를 통과하여 실시하고, 흡인기 등을 사용하여 실시할 수 있다. 이 탈수 공정에서는, 초조용 슬러리의 수분은 니들 매트를 통과하고, 추가로 여과용 메시를 통과하여 외부에 배출되게 된다. 이 때, 상기 프리 단섬유 성분이나 바인더가 니들 매트의 상면으로부터 소정 범위까지, 즉 계면 영역 전체에 퍼지도록 추가로 침입하게 된다.

이 탈수 공정에서는, 유지 공정에 있어서 니들 매트 상에 적층되어 있거나, 일부 니들 매트 내부에 침입되어 있거나 한 단섬유가 탈수되는 수분의 탈수 방향과 평행한 방향으로 배향되게 된다. 즉, 탈수 공정을 거쳐, 계면 영역에 존재하는 단섬유가 계면과 교차하는 방향으로 배향되게 된다.

탈수 공정 후에는, 초조 매트 전구체의 층이 니들 매트 상에 형성되어 2 층 구조가 되고, 계면 영역에는 단섬유와 바인더가 한정 존재된 상태가 된다.

(6) 건조 공정

마지막으로, 탈수 후의 2 층 구조의 매트를 성형기로부터 드러내고, 이 매트를 30∼200kPa 의 가압하, 100∼200℃ 의 온도에서 가열함으로써 건조시켜, 본 실시형태의 유지 시일재를 얻는다.

이어서, 배기 가스 정화 장치의 제조 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 5 는 본 실시형태의 배기 가스 정화 장치를 제조하는 순서를 모식적으로 나타낸 사시도이다.

종래 공지된 방법에 의해 제조된 원주 형상의 허니컴 필터 (배기 가스 처리체) (40) 의 외주에 상기 공정에서 제조한 유지 시일재 (10) 를 볼록부 (13) 와 오목부 (14) 가 끼워맞추어지도록 하여 권취한다. 그리고, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 유지 시일재 (10) 를 권취한 허니컴 필터 (40) 는 소정의 크기를 갖는 원통상이고, 주로 금속 등으로 이루어지는 케이싱 (30) 에 압입함으로써 배기 가스 정화 장치를 제조한다.

압입 후에 유지 시일재가 압축되어 소정의 반발력 (즉, 허니컴 필터를 유지하는 힘) 을 발휘하기 때문에, 케이싱 (50) 의 내경은, 유지 시일재 (10) 를 권취한 허니컴 필터 (40) 의 유지 시일재 (10) 의 두께를 포함한 최외경보다 조금 작게 되어 있다.

본 실시형태의 유지 시일재에서는 계면 영역에 있어서의 단섬유와 바인더의 결합에 의해 전단 강도가 향상되어 있기 때문에, 배기 가스 처리체를 케이싱에 압입할 때 유지 시일재의 박리나 분리 등이 발생하지 않는다.

이하에, 본 실시형태의 유지 시일재 및 배기 가스 정화 장치의 작용 효과에 대해 열거한다.

(1) 본 실시형태의 유지 시일재에서는 니들 매트에 포함되는 계면 영역에 소정의 단섬유가 한정 존재되어 있다는 점에서, 바인더만으로 적층되어 있는 경우보다 높은 전단 강도가 얻어진다. 이로써, 압입시의 전단 응력에 의해 유지 시일재에 박리 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

(2) 본 실시형태의 유지 시일재에서는 계면 영역에 있어서의 바인더의 함유량을, 중량비로 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량보다 높게 되어 있다는 점에서, 단섬유의 존재와 고함유량 바인더에서 기인하여 보다 강고한 결합 내지는 교락이 발생한다. 그러므로, 본 실시형태의 유지 시일재에서는 유지 시일재의 새로운 전단 강도의 향상을 도모할 수 있다.

(3) 본 실시형태의 유지 시일재에서는 니들 매트와 초조 매트를 적층시켜 유지 시일재를 구성하고 있다. 니들 매트는 원래 교락된 제 1 무기 섬유로 이루 어지는 매트로 구성되어 있다는 점에서, 그 자체가 어느 정도의 정형성을 가지고 있다. 따라서, 니들 매트 자체의 외형을 유지하기 위해서 다량의 바인더를 필요로 하지 않고, 바인더의 양은 작업성 등에 따른 필요 최저한의 양이면 되므로, 유지 시일재에 있어서의 바인더의 저감화를 도모할 수 있다.

(4) 또한, 니들 매트는 초조 매트와 비교하여 유연성이 높기 때문에, 배기 가스 처리체에 대한 유지 시일재의 권취할 때에도 배기 가스 처리체의 외주에 정확히 추종할 수 있다. 그러므로 본 실시형태의 유지 시일재에서는 배기 가스 처리체에 대한 권취성이 양호한 유지 시일재가 얻어진다.

(5) 본 실시형태의 유지 시일재에서는 단섬유가 계면과 교차하는 방향으로 배향하여 한정 존재되어 있다는 점에서, 유지 시일재의 전단 강도를 더욱 높일 수 있다.

(6) 본 실시형태의 유지 시일재의 제조 방법에서는, 바인더가 부착된 니들 매트 상에, 제 2 무기 섬유 및 바인더를 적어도 함유하는 초조용 슬러리를 투입한 후에 소정 시간 유지하는 공정을 포함하므로, 초조용 슬러리에 함유되는 미세한 단섬유나 응집체를 형성하고 있지 않은 프리 바인더가 니들 매트 상에 침강된다. 그리고, 그 후의 슬러리의 탈수 공정을 거쳐, 단섬유와 바인더가 더욱 니들 매트 내의 어느 정도의 깊이까지 침입해 들어감으로써, 계면 영역에 있어서, 단섬유가 한정 존재되고, 바인더 함유량도 높은 유지 시일재를 효율적으로 제조할 수 있다.

(7) 본 실시형태의 유지 시일재의 제조 방법에 있어서, 슬러리 투입 후의 유지 시간을 10∼60sec 로 함으로써, 필요량의 단섬유 및 바인더를 침강시킬 수 있 고, 또한, 생산 효율을 유지하면서 바람직하게 본 발명의 유지 시일재를 제조할 수 있다.

(8) 본 실시형태의 배기 가스 정화 장치에서는, 전단 강도가 높은 유지 시일재를 사용하고 있으므로, 유지 시일재를 권취한 배기 가스 처리체를 케이싱에 압입 할 때에도 유지 시일재의 박리 등이 발생하지 않고, 무리없이 배기 가스 정화 장치를 조립할 수 있다. 또한, 유지 시일재에 균열이나 크랙이 발생한 경우에는 그 부분으로부터 배기 가스가 누출되는 경우도 있었으나, 본 실시형태의 배기 가스 정화 장치에서는 유지 시일재의 권취 특성도 우수하고, 유지 시일재의 균열이나 크랙을 방지할 수 있기 때문에, 배기 가스 정화 장치로부터의 배기 가스의 누출도 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 제 1 실시형태를 보다 구체적으로 개시한 실시예를 나타내지만, 본 실시형태는 이들의 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

(1) 니들 매트의 제조

알루미나-실리카 조성을 갖는 알루미나 섬유제의 소지 매트로서, 조성비가 Al₂O₃ : SiO₂ = 72 : 28 인 소지 매트를 준비하였다. 이 소지 매트에 대해, 니들링 처리를 실시함으로써, 부피 밀도가 0.15g/㎤ 이며, 단위 면적당 중량이 1050g/㎡ 인 니들 처리 매트를 제조하였다.

별도로, 아크릴계 라텍스가 물에 분산되어 있는 아크릴계 라텍스 에멀젼을 조제해 두고, 이것을 바인더로서 사용하였다.

이어서, 니들 처리 매트를 평면에서 볼 때 치수 930 × 515㎜ 로 재단하였다. 재단된 니들 처리 매트의 알루미나 섬유량에 대해 3.0 중량% 가 되도록, 재단된 니들 처리 매트에 대해 스프레이를 사용하여 바인더를 균일하게 뿌렸다.

그 후, 바인더를 부착시킨 니들 처리 매트를 70kPa 의 가압하, 140℃ 의 온도에서 5 분간 환기 건조시킴으로써, 니들 매트를 제조하였다.

(2) 초조 매트의 제조ㆍ적층

먼저, 이하의 순서대로 초조용 슬러리를 조제하였다.

조성비가 Al₂O₃ : SiO₂ = 72 : 28 인 알루미나 섬유로 구성된 원료 섬유를 준비하고, 이 원료 섬유 2kg 을 패더밀에 의해 10 분간 개섬하였다. 이 개섬에 의해, 원료 섬유 중의 섬유 길이가 300㎛ 이하인 단섬유의 함유량을 22% 로 하였다.

이어서, 물 79000g 에 개섬된 원료 섬유 790g 을 첨가한 후, 이것을 교반기에 의해 5 분간 교반하여, 원료 섬유 혼합물을 조제하였다.

원료 섬유 혼합물에 대해, 유기 바인더로서 라텍스를 24 중량% 가 되도록 첨가하여, 1 분간 교반하였다. 계속해서 혼합물에 무기 바인더로서 알루미나졸을 6.32g 첨가하고 추가로 1 분간 교반하였다. 또한, 응집제로서 파코르 292 (Ciba Specialty Chemicals사 제조) 3.95g 을 혼합물에 첨가하여 1 분간 교반함으로써, 초조용 슬러리를 조제하였다.

다음으로, 초조용 슬러리를 사용하여 초조 매트를 제조하였다.

초조용 성형기 (세로 930㎜ × 가로 515㎜ × 깊이 400㎜) 의 저부에 여과용 메시 (30 메시) 를 설치하고, 이 여과용 메시 위에 상기 서술한 니들 매트를 탑재하였다.

이어서, 니들 매트의 상방으로부터 초조용 슬러리를 투입하였다. 그 후, 아무런 조작을 실시하지 않고, 투입된 초조용 슬러리를 20sec 유지하였다.

초조용 슬러리의 유지 후, 탈수 처리를 실시함으로써, 니들 매트 상에 초조 매트의 층을 형성하였다. 탈수 처리는 흡인 펌프를 사용하여 초조용 성형기의 저부측으로부터 흡인압을 가하고, 여과용 메시를 통과하여 초조용 슬러리 중의 수분을 강제적으로 흡인함으로써 실시하였다.

마지막으로, 니들 매트와 초조 매트의 층으로 이루어지는 2 층 구조의 매트를 초조용 성형기로부터 드러내고, 이 2 층 구조의 매트를 두께가 9㎜ 가 되도록 압축된 상태로 하고, 135℃ 에서 60 분간 건조시켰다. 이로써, 니들 매트와 초조 매트가 일체된 유지 시일재를 제조하였다. 또한, 초조 매트의 단위 면적당 중량은 1650g/㎡ 이었다.

(실시예 2∼10)

니들 처리 매트에 부착시키는 바인더량 및 초조용 슬러리 중의 바인더 함유량을 표 1 에 나타낸 값으로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 유지 시일재를 제조하였다.

(비교예 1, 2)

비교예 1, 2 에 관련된 유지 시일재로서 계면 영역에 단섬유를 함유하지 않는 유지 시일재를 제조하였다. 먼저, 니들 매트의 제조 및 초조용 슬러리의 조제는 실시예 1 과 동일하게 하여 실시하였다. 그 후, 초조용 슬러리를 사용하여 초조 매트를 제조ㆍ적층하는 데 이하의 순서를 채용하였다.

초조용 성형기 (세로 930㎜ × 가로 515㎜ × 깊이 400㎜) 의 저부에 여과용 메시 (30 메시) 를 설치하고, 이 여과용 메시 위에 초조용 슬러리를 투입하였다.

초조용 슬러리의 투입 후, 탈수 처리를 실시함으로써, 초조 매트의 층을 형성하였다. 탈수 처리는 흡인 펌프를 사용하여 초조용 성형기의 저부측으로부터 흡인압을 가하고, 여과용 메시를 통과하여 초조용 슬러리 중의 수분을 강제적으로 흡인함으로써 실시하였다.

그 후, 초조 매트의 층을 초조용 성형기로부터 드러내고, 이것을 두께가 5.5㎜ 가 되도록 압축된 상태로 하고, 150℃ 에서 13 분간 건조시켰다. 이렇게 하여 제조된 초조 매트의 단위 면적당 중량은 1650g/㎡ 이었다.

이어서, 미리 제조해 둔 니들 매트와 초조 매트를 바인더를 사용하여 접착 시킴으로써 적층시켰다. 바인더로는, 유기 바인더인 아크릴계 라텍스를 사용하고, 이것을 니들 매트 중량에 대해 표 1 에 나타낸 값이 되도록 도포하였다.

그 후, 니들 매트 상에 초조 매트를 탑재하고, 9㎜ 의 두께가 되도록 압축된 상태로 하여, 150℃ 에서 10 분간 건조시켰다. 이상의 공정에 의해, 니들 매트와 초조 매트가 적층되고, 계면 영역에 단섬유를 함유하지 않는 유지 시일재를 얻었다.

(비교예 3)

비교예 3 에 관련된 유지 시일재로서, 니들 매트를 사용하지 않고 , 초조 매트 2 층으로 이루어지는 유지 시일재를 제조하였다.

초조용 성형기 (세로 930㎜ × 가로 515㎜ × 깊이 400㎜) 의 저부에 여과용 메시 (30 메시) 를 설치하고, 이 여과용 메시 위에 실시예 1 과 동일하게 조제된 초조용 슬러리를 투입하였다.

그 후, 초조 매트의 층을 초조용 성형기로부터 드러내고, 이것을 두께가 3.5㎜ 가 되도록 압축된 상태로 하고, 150℃ 에서 13 분간 건조시켰다. 이렇게 하여 제조된 초조 매트의 단위 면적당 중량은 1050g/㎡ 이었다.

이어서, 초조용 성형기 (세로 930㎜ × 가로 515㎜ × 깊이 400㎜) 의 저부에 여과용 메시 (30 메시) 를 다시 설치하고, 이 여과용 메시 위에 상기 서술한 초조 매트를 탑재하였다.

다음으로, 니들 매트의 상방으로부터 초조용 슬러리를 투입하였다. 그 후, 아무런 조작을 실시하지 않고, 투입된 초조용 슬러리를 20sec 유지하였다.

초조용 슬러리의 유지 후, 탈수 처리를 실시함으로써, 초조 매트 상에 추가로 초조 매트의 층을 형성하였다. 탈수 처리는 흡인 펌프를 사용하여 초조용 성형기의 저부측으로부터 흡인압을 가하고, 여과용 메시를 통과하여 초조용 슬러리 중의 수분을 강제적으로 흡인함으로써 실시하였다.

마지막으로, 초조 매트와 초조 매트의 층으로 이루어지는 2 층 구조의 매트를 초조용 성형기로부터 드러내고, 이 2 층 구조의 매트를 두께가 9㎜ 가 되도록 압축된 상태로 하고, 135℃ 에서 60 분간 건조시켰다. 이로써, 2 층의 초조 매트가 일체로 된 유지 시일재를 제조하였다.

실시예 1∼10 및 비교예 1∼3 에서 제조된 유지 시일재의 각각에 대해, 전단 강도 측정, 초기 밀도 측정, 마찰 계수 측정, 강열 감량 측정, 섬유 길이 측정, 및, 권취성 확인 시험을 실시하였다.

(전단 강도 측정)

전단 강도 측정은, 도 6 에 나타내는 전단 강도 시험기를 사용하여 실시하였다. 도 6 은 전단 강도 시험기를 모식적으로 나타내는 측면도이다. 먼저, 제조된 유지 시일재를 평면에서 볼 때 치수 50 × 50㎜ 로 펀칭하여, 전단 강도 측정용 샘플로 하였다. 돌기 (62) 를 갖는 SUS 제의 판재 (61) 위에 펀칭된 측정용 샘플 (10) 을 탑재하여, 그 위에 양면에 돌기 (62) 를 갖는 SUS 제의 중간 판재 (63) 를 탑재하고, 측정용 샘플 (10) 을 소정 간격 g 을 가지고 삽입하였다. 이어서, 중간 판재 (63) 상에 다른 하나의 펀칭된 측정용 샘플 (10) 을 탑재하고, 추가로 이 측정용 샘플 (10) 위에, 돌기 (62) 를 갖는 SUS 제의 판재 (61) 를 소정 간격 g 을 가지고 탑재하여, 각각 3 장의 판재 사이에 1 장씩 합계 2 장의 측정용 샘플을 삽입하였다.

이어서, 상하 양단의 판재 (61) 와 중간 판재 (63) 를 서로 역 방향 (도 6 중, 화살표 t 의 방향) 으로 인장하고, 그 때에 발생하는 힘 (N) 을 측정하였다. 이렇게 하여 측정된 힘을 2 장의 측정용 샘플의 면적 (0.05㎡ × 2) 으로 나누어 얻은 값을 단위 면적당 부하되는 응력 (즉, 전단 강도) (kPa) 으로서 평가하였다.

(초기 밀도 측정)

제조된 유지 시일재를 평면에서 볼 때 치수 100㎜ × 100㎜ 로 펀칭하고, 초기 밀도 측정용 샘플로 하였다. 이 샘플의 두께 (㎜) 와 중량 (g) 을 측정함으로써 초기 밀도 (g/㎤) 를 산출하였다.

(마찰 계수 측정)

제조된 유지 시일재를 평면에서 볼 때 치수가 30㎜ × 50㎜ 가 되도록 펀칭하여, 마찰 계수 측정용 샘플로 하였다. 측정대에 고정된 SUS 제의 판재 상에, 가중체의 인장 방향과 측정용 샘플의 길이 방향이 평행하게 되도록 측정용 샘플을 탑재하였다. 또한, 이 측정용 샘플 상에 5kg 의 가중체를 탑재하고, 이 가중체를 수평 방향으로 10㎜/min 의 속도로 인장했을 때의 인장력을 측정하였다. 측정된 인장력의 최대치를 판독하고, 최대 인장력 (N) 을 가중 중량에서 유도되는 하중 (N) 으로 나눔으로써 정지 마찰계수를 산출하였다.

(강열 감량 측정)

제조된 유지 시일재를 평면에서 볼 때 치수 50㎜ × 50㎜ 로 펀칭하고, 강열 감량 측정용 샘플로 하였다. 이 샘플을 초조 매트가 차지하는 영역 (a) (도 2 중의 영역 B 에 상당) 와, 계면 영역이 차지하는 영역 (b)(도 2 중의 계면 영역 21 에 상당) 와, 니들 매트가 차지하는 영역에서 계면 영역 (b) 를 제외한 영역 (c) 으로 분리하였다.

이어서, 분리된 각 영역을 시료로서, 미리 중량을 측정해 둔 도가니에 각각 별개로 투입하고, 도가니 및 시료의 합계 중량을 측정하였다. 시료가 들어간 도가니를 그대로 전기로에 넣어, 600℃ 에서 1 시간 가열 소성하였다. 냉각 후, 전기로로부터 도가니를 꺼내 다시 도가니의 중량을 측정하고, 강열 전후의 중량을 비교하여 강열 감량 (g) 을 구하였다. 이렇게 하여 구한 강열 감량으로부터, 니들 매트 및 초조 매트의 각각에 있어서의 바인더의 함유량 (wt%) 을 산출하였다.

(섬유 길이 측정)

실시예 1 및 비교예 1 에서 제조된 유지 시일재를 평면에서 볼 때 치수 10㎜ × 10㎜ 로 펀칭하여, 섬유 길이 측정용 샘플로 하였다. 이 샘플을 강열 감량 측정과 동일하게, 초조 매트가 차지하는 영역 (a) 와, 계면 영역이 차지하는 영역 (b) 와, 니들 매트가 차지하는 영역에서 계면 영역 (b) 를 제외한 영역 (c) 로 분리하였다.

각 영역으로부터 측정점을 10 지점 무작위로 선택하고, 각 지점에서 섬유 시료를 샘플링하였다. 광학 현미경을 사용하여 10 배의 배율로, 각 섬유 시료 중의 섬유의 길이를 적어도 50 개의 섬유에 대해 측정하였다. 이어서, 영역 (a)∼(c) 의 각 영역에 있어서의 측정 결과로부터 섬유 길이가 300㎛ 이하인 단섬유의 개수를 계수하였다. 섬유 길이를 측정한 섬유의 전체 수로 이 단섬유의 개수를 나눔으로써 단섬유 존재율 (%) 을 산출하였다.

(권취성 확인 시험)

직경 127㎜, 길이 방향의 길이 150㎜ 의 원주형으로 허니컴 형상의 촉매 담체를 준비하였다. 실시예 및 비교예에서 제조된 유지 시일재로부터 평면에서 볼 때 치수 350㎜ × 100㎜ 의 권취 샘플을 잘라냈다. 권취 샘플을 촉매 담체의 외주에, 니들 매트가 외측을 향하도록 권취하였다. 이 때, 유지 시일재의 외관에 있어서 균열이 발생했는지의 여부를 판정 기준으로 하여 확인 시험을 실시하였다.

결과를 표 1 및 표 2 에 나타낸다.

	실시예 1	비교예 1
영역 (a)	27%	29%
영역 (b)	56%	22%
영역 (c)	19%	17%

실시예 1∼10 에서 제조된 유지 시일재 중 어느 것에 있어서도, 계면 영역에 상당하는 영역 (b) 의 바인더 함유량이 니들 매트 전체에 상당하는 영역 (b) 와 영역 (c) 를 합친 영역의 바인더 함유량보다 높았다. 또한, 계면 영역에 있어서, 300㎛ 이하의 단섬유가 한정 존재되어 있는지가 확인되었다. 또한, 전단 강도는 모든 실시예에 있어서 60kPa 를 초과하고 있고, 유지 시일재를 케이싱에 압입할 때 박리 등이 발생하지 않을 정도의 충분히 높은 값을 나타냈다.

표 2 에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 의 유지 시일재의 각 영역에서의 단섬유 존재율은, 영역 (a) 에서 27%, 영역 (b) 에서 56%, 영역 (c) 에서 19% 이며, 계면 영역에 상당하는 영역 (b) 에서 단섬유가 한정 존재되어 있다는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 1 의 유지 시일재에서는 단섬유 존재율이 영역 (a) 로부터 순서대로 영역 (c) 로 감소되고, 실시예 1 과 같은 단섬유의 한정 존재는 확인되지 않았다.

여기서, 실시예 1 및 비교예 1 의 유지 시일재의 전단 강도를 측정한 후의 측정 샘플 사진을 도 7 에 나타낸다. 도 7 에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 의 유지 시일재에서는 니들 매트에 있어서 박리가 발생되어 있고, 니들 매트와 초조 매트의 계면에서는 박리가 발생하지 않았다. 이 점에서, 실시예 1 의 유지 시일재의 전단 강도가 충분히 높고, 니들 매트와 초조 매트가 서로 분리되지 않은 것을 알 수 있었다. 한편, 비교예 1 의 유지 시일재에서는 전단 강도가 낮은 점에서 기인하여, 계면에서 박리가 발생하였다.

실시예 1∼10 의 유지 시일재에 있어서, 높은 전단 강도가 달성된 것은, 계면 영역에 한정 존재된 단섬유와, 니들 매트보다 높은 바인더 함유량에 의해, 단섬유와 바인더 사이의 강고한 결합에 의한 앵커 효과가 이들의 유지 시일재에서 얻어졌기 때문으로 생각된다.

한편, 비교예 1, 2 에서 제조된 유지 시일재에서는 모두 전단 강도의 값이 낮았다. 이 이유로는 이하와 같이 생각된다. 비교예 1, 2 의 유지 시일재에서는 니들 매트와 초조 매트를 별개로 제조하고, 이들을 유기 바인더에 의해 접착하고 있기 때문에, 니들 매트 상에 초조 슬러리를 투입하여 소정 시간 유지하는 공정을 실시하지 않았다. 이로써, 계면 영역에서의 단섬유의 한정 존재가 달성되지 않았기 때문에, 전단 강도가 낮아진 것으로 생각된다.

유지 시일재의 권취성에 관해서는, 실시예 1∼10 의 어느 유지 시일재에 있어서도 균열이 확인되지 않아 양호한 권취성을 얻을 수 있었다. 이것은, 본 실시예의 유지 시일재가 니들 매트와 초조 매트의 2 층으로 이루어지는 유지 시일재인 점에서, 유지 시일재 자체에 유연성이 있고, 니들 매트가 외측을 향하도록 원주상의 촉매 담체에 유지 시일재를 권취하면, 권취 후의 니들 매트가 촉매 담체의 외주에 양호하게 추종될 수 있었기 때문으로 생각된다. 한편, 비교예 3 의 유지 시일재에서는 전단 강도는 높기는 했으나, 균열이 발생하였다. 이것은 비교예 3 의 유지 시일재에서는 소정의 유지 공정을 거침으로써 계면 영역에 단섬유가 한정 존재되어 있다는 점에서, 전단 강도는 비교예 1, 2 와 비교하여 높은 값을 나타냈으나, 비교예 3 의 유지 시일재는 2 층의 초조 매트로 이루어지는 유지 시일재이고, 유지 시일재 자체에 유연성이 부족하며, 원주상의 촉매 담체에 권취되었을 때에 촉매 담체의 외주에 추종할 수 없었기 때문으로 생각된다.

여기서, 실시예 3 및 비교예 3 의 유지 시일재를 사용한 권취성 확인 시험 후의 유지 시일재의 시험 샘플 사진을 도 8 에 나타낸다. 도 8 의 (a) 에 나타낸 실시예 2 의 유지 시일재에서는 균열이 발생하지 않아, 양호하게 촉매 담체에 권취할 수 있었다. 한편, 도 8 의 (b) 에 나타낸 비교예 3 의 유지 시일재에서는 크게 2 지점에서 균열이 발생하고 있고, 권취시의 응력에 견딜 수 있는 유연성을 갖지 않는다는 것을 알 수 있었다.

또한, 마찰 계수에 관해서는, 실시예 1∼10 의 어느 유지 시일재에서도, 케이싱으로의 압입시에 무리없이 압입을 실시할 수 있는 마찰 계수를 얻을 수 있었다. 이 중, 니들 매트에서의 바인더 함유량이 6wt% 를 초과하는 실시예 7∼9 에서는, 약간 다른 실시예와 비교하여 높은 마찰 계수를 나타냈다. 이것은, 니들 매트의 바인더 함유량이 높으면 높을수록 마찰 계수가 높아진다는 점에서 기인하는 것으로 생각된다. 따라서, 니들 매트에 있어서의 바인더 함유량이 6wt% 를 초과하고 있어도 충분히 제품으로서 사용할 수 있지만, 특히, 니들 매트의 바인더 함유량으로는 5wt% 이하인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.

한편으로, 니들 매트의 바인더 함유량이 높아지면 유지 시일재의 전단 강도가 높아지는 경향이 보인 점에서, 전단 강도를 높게 하려면, 니들 매트의 바인더 함유량을 높게 하면 된다는 것을 알 수 있었다. 여기서, 니들 매트에 있어서의 바인더 함유량이 2wt% 미만인 실시예 3 의 유지 시일재의 전단 강도는, 실제로 사용할 때에는 충분하지만, 다른 실시예의 유지 시일재에 있어서의 전단 강도보다 조금 낮은 값을 나타냈다. 이 점에서, 니들 매트의 바인더 함유량으로는, 전단 강도 면에서 2wt% 이상인 것이 바람직하고, 또한, 상기 서술한 마찰 계수 면에서 5wt% 이하인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 그 이유는 확실하지 않지만, 계면 영역에 있어서의 단섬유의 한정 존재와, 고바인더 함유량과, 니들 매트를 구성하는 무기 섬유라는 3 요소간에서의 앵커 효과가 니들 매트 전체의 바인더를 높게 함으로써 보다 강고해진 것이 주된 원인인 것으로 추측된다.

또한, 유지 시일재의 초기 밀도에 관해서는, 취급 등에 지장을 초래하지 않는 한 특별히 한정되지 않지만, 압입성을 고려하면 유지 시일재 전체의 부피 밀도는 높은 것이 바람직하다는 관점에서 평가 항목으로서 들 수 있다. 즉, 압입 전에 유지 시일재의 부피가 높은 상태에서 압입하는 것보다, 어느 정도 부피 높이를 작게 해 두는 것이 압입성은 향상되기 때문이다. 이 점에서 실시예의 결과를 보면, 압입성을 양호하게 하기 위한 초기 밀도인 0.16g/㎤ 를 달성하기 위해, 유지 시일재 전체 (영역 (a)∼(c)) 의 바인더 함유량이 3.0wt% 이상인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 한편, 바인더 함유량의 상한도 특별히 한정되지 않지만, 13wt% 를 초과하여도 초기 밀도의 값에 크게 영향받지 않는다는 점이나, 바인더가 소실되었을 때에 발생하는 바인더에서 유래된 가스 성분 등을 낮게 억제하는 점 등을 고려하면, 13wt% 이하인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.

(제 2 실시형태)

다음으로, 본 발명의 유지 시일재 및 유지 시일재의 제조 방법의 일 실시형태인 제 2 실시형태에 대해 설명한다.

제 2 실시형태에 관련된 유지 시일재에 있어서는, 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량이 중량비로 초조 매트에 있어서의 바인더의 함유량보다 낮게 되어 있다.

제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재에서는 니들 매트 및 초조 매트에 있어서의 바인더의 다소에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 제 2 실시형태에 관련된 유지 시일재에서는 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량을 중량비로 초조 매트에 있어서의 바인더의 함유량보다 낮춤으로써, 니들 매트의 마찰 계수를 낮추고 있다. 그리고, 이 유지 시일재를 사용하여 배기 가스 정화 장치를 조립하는 경우에는, 니들 매트가 외측을 향하도록 배기 가스 처리체에 권취함으로써, 케이싱으로의 압입시의 마찰 저항을 저감시킬 수 있다.

니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량을, 중량비로 초조 매트에 있어서의 바인더의 함유량보다 낮추려면, 초조용 슬러리에 함유시키는 바인더의 양을 니들 매트에 부착시키는 바인더의 양보다 많게 하면 된다.

이 제 2 실시형태의 유지 시일재에 있어서도, 제 1 실시형태와 동일한 효과 (1)∼(8) 이 얻어진다.

(9) 또한, 제 2 실시형태의 유지 시일재를 사용하여 배기 가스 정화 장치를 제조할 때, 바인더의 함유량이 낮은 니들 매트를 외측 (케이싱측) 으로 향하여 배기 가스 처리체에 권취할 경우에는, 마찰 계수가 낮은 측이 케이싱측을 향하게 되어, 배기 가스 처리체의 케이싱으로의 압입도 무리없이 된다.

(그 밖의 실시형태)

본 발명의 유지 시일재의 짧은 변에 형성된 오목부 및 볼록부의 형상은 오목부와 볼록부를 끼워맞출 수 있는 형상이면 특별히 한정되지 않지만, 한 세트의 오목부 및 볼록부로 이루어지는 경우에는, 일방의 짧은 변 일부에 폭 20㎜ × 길이 20㎜∼폭 100㎜ × 길이 100㎜ 의 크기에 걸쳐서 돌출된 볼록부가 형성되어 있고, 타방의 짧은 변 일부에 그것에 끼워맞추어지는 형상의 오목부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 오목부 및 볼록부의 형상을 갖는 유지 시일재를 사용하여 배기 가스 정화 장치를 제조하는 경우에는, 유지 시일재에 의해 배기 가스 처리체를 확실하게 유지할 수 있기 때문에, 취급성이 우수해진다.

또한, 상기 유지 시일재의 짧은 변에는, 서로 끼워맞추어지는 복수의 오목부 및 볼록부가 형성되어 있어도 되고, 오목부 및 볼록부가 형성되어 있지 않아도 된다.

본 발명의 유지 시일재에 있어서, 제 1 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 0.5∼10㎝ 인 것이 바람직하고, 1∼8㎝ 인 것이 보다 바람직하다.

한편, 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 0.2∼20㎜ 인 것이 바람직하고, 0.4∼16㎜ 인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 유지 시일재에 있어서, 제 1 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 1∼20㎛ 인 것이 바람직하고, 3∼10㎛ 인 것이 보다 바람직하다.

한편, 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 1∼20㎛ 인 것이 바람직하고, 3∼10㎛ 인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 유지 시일재에 함유되는 바인더의 양은, 0.5∼15 중량% 인 것이 바람직하고, 1∼14 중량% 인 것이 보다 바람직하며, 3∼12 중량% 인 것이 더욱 바람직하다. 유기 바인더의 양이 0.5 중량% 미만이면, 유지 시일재의 부피 밀도가 낮아지므로, 유지 시일재의 케이싱으로의 압입성이 저하되는 경우가 있다. 한편, 바인더의 양이 15 중량% 를 초과하면 배기 가스 정화 장치로서 사용한 경우에, 배출되는 배기 가스 중의 유기 성분의 양이 증가되게 되므로, 환경에 부하가 가해지게 된다

본 발명의 유지 시일재의 단위 면적당 중량은 특별히 한정되지 않지만, 1000∼5000g/㎡ 인 것이 바람직하고, 1500∼4000g/㎡ 인 것이 보다 바람직하다. 또한, 부피 밀도에 대해서도, 특별히 한정되지 않지만, 0.10∼0.30g/㎤ 인 것이 바람직하다.

본 발명의 유지 시일재의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 6∼20㎜ 인 것이 바람직하다.

본 발명의 유지 시일재의 제조에 사용되는 유기 바인더로는, 상기 서술한 아크릴계 수지에 한정되지 않고, 예를 들어, 아크릴 고무 등의 고무, 카르복시메틸셀룰로오스 또는 폴리비닐알코올 등의 수용성 유기 중합체, 스티렌 수지 등의 열가소성 수지, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지 등이어도 된다. 이들 중에서는, 아크릴 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무가 특히 바람직하다.

상기 에멀젼에는 상기 서술한 유기 바인더가 복수 종류 함유되어 있어도 된다.

또한, 상기 에멀젼으로는 상기 서술한 유기 바인더를 물에 분산시킨 라텍스 외에, 상기 서술한 유기 바인더를 물 또는 유기 용매에 용해시킨 용액 등이어도 된다.

본 발명의 유지 시일재의 니들 매트와 초조 매트의 두께에 대해서는, 서로 대략 동일해도 되고, 니들 매트와 초조 매트의 두께의 비가 3 : 1∼1 : 10 이어도 된다.

니들 매트의 두께 비가 상기 하한치보다 작고, 초조 매트의 두께 비가 상기 상한치보다 커지면, 유지 시일재 자체의 유연성이 저하되는 경우가 있다. 한편, 니들 매트의 두께 비가 상기 상한치보다 크고, 초조 매트의 두께 비가 상기 하한치보다 작아지면, 초조 매트에 사용하는 초조용 슬러리의 양이 적어져, 계면 영역에 있어서의 단섬유나 바인더량이 소정의 값이 되지 않는 경우가 있다.

본 발명의 유지 시일재의 제조에 사용되는 무기 바인더로는, 상기 서술한 알루미나졸에 한정되지 않고, 예를 들어, 실리카졸 등이어도 된다.

본 발명의 배기 가스 정화 장치를 구성하는 케이싱의 재질은, 내열성을 갖는 금속이면 특별히 한정되지 않고, 구체적으로는 스테인리스, 알루미늄, 철 등의 금속류를 들 수 있다.

그 외에, 원통상의 케이싱을 사용하여 배기 가스 정화 장치를 제조하는 경우에는 배기 가스 처리체의 단면의 직경과 배기 가스 처리체에 권취된 상태의 유지 시일재의 두께를 합친 길이보다 큰 내경을 갖는 케이싱의 내부에 유지 시일재가 권취된 배기 가스 처리체를 삽입한 후, 프레스기 등에 의해 케이싱을 외주측으로부터 압축하는 소위 사이징 방식으로 배기 가스 정화 장치를 제조할 수 있다.

본 발명의 배기 가스 정화 장치를 구성하는 배기 가스 처리체는, 도 4 의 (a) 에 나타낸 바와 같은 전체가 하나의 소결체로 구성된 일체형 배기 가스 처리체이어도 되고, 혹은, 다수의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 배열 형성된 허니컴 소성체가 접착재층을 개재하여 복수개 결속되어 얻어지는 집합형 배기 가스 처리체이어도 된다.

본 발명의 배기 가스 정화 장치를 구성하는 배기 가스 처리체에는 촉매를 담지시켜도 된다. 이와 같은 촉매로는, 예를 들어, 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속, 칼륨, 나트륨 등의 알칼리 금속, 바륨 등의 알칼리 토금속, 또는, 금속 산화물 등을 들 수 있다. 이들의 촉매는 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상 병용해도 된다.

또한, 상기 금속 산화물로는, PM 의 연소 온도를 저하시킬 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, CeO₂, ZrO₂, FeO₂, Fe₂O₃, CuO, CuO₂, Mn₂O₃, MnO, 조성식 A_nB₁ _- _nCO₃ (식 중, A 는 La, Nd, Sm, Eu, Gd 또는 Y 이고, B 는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이며, C 는 Mn, Co, Fe 또는 Ni 이며, 0 ≤ n ≤ 1 이다) 로 나타내는 복합 산화물 등을 들 수 있다.

이들은, 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상 병용해도 되지만, 적어도 CeO₂ 를 함유하는 것인 것이 바람직하다.

이와 같은 금속 산화물을 담지시킴으로써, PM 의 연소 온도를 저하시킬 수 있다.

상기 배기 가스 처리체에 촉매를 담지시키는 방법으로는, 촉매가 함유된 용액을 배기 가스 처리체에 함침시킨 후에 가열하는 방법 외에, 배기 가스 처리체의 표면에 알루미나막으로 이루어지는 촉매 담지층을 형성하고, 이 알루미나막에 촉매를 담지시키는 방법 등을 들 수 있다.

알루미나막을 형성하는 방법으로는, 예를 들어, Al(NO₃)₃ 등의 알루미늄을 함유하는 금속 화합물 용액을 배기 가스 처리체에 함침시켜 가열하는 방법, 알루미나 분말을 함유하는 용액을 배기 가스 처리체에 함침시켜 가열하는 방법 등을 들 수 있다.

또한, 알루미나막에 촉매를 담지시키는 방법으로는, 예를 들어, 귀금속, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는, 금속 산화물을 함유하는 용액 등을 알루미나막이 형성된 배기 가스 처리체에 함침시켜 가열하는 방법 등을 들 수 있다.

도 1 은 본 발명의 유지 시일재를 모식적으로 나타내는 사시도이다.

도 의 (a) 는 제 1 실시형태의 배기 가스 정화 장치를 모식적으로 나타내는 사시도이고, 도 3 의 (b) 는 도 3 의 (a) 에 나타낸 배기 가스 정화 장치의 A-A 선 단면도이다.

도 5 는 제 1 실시형태의 배기 가스 정화 장치를 제조하는 순서를 모식적으로 나타낸 사시도이다.

도 6 은 전단 강도 시험기를 모식적으로 나타내는 측면도이다.

도 7 은 실시예 1 및 비교예 1 의 유지 시일재의 전단 강도를 측정한 후의 측정 샘플의 사진이다.

도 8 의 (a) 는 실시예 3 의 유지 시일재를 사용한 권취성 확인 시험 후의 시험 샘플의 사진이고, 도 8 의 (b) 는 비교예 3 의 유지 시일재를 사용한 권취성 확인 시험 후의 시험 샘플의 사진이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 유지 시일재 11 : 니들 매트

12 : 초조 매트 20 : 계면

21 : 계면 영역 22 : 단섬유

30 : 배기 가스 정화 장치 40 : 배기 가스 처리체

41 : 셀 42 : 셀벽

43 : 밀봉재 50 : 케이싱

Claims

교락된 제 1 무기 섬유와 바인더를 함유하는 니들 매트와,

초조 처리된 제 2 무기 섬유와 바인더를 함유하는 초조 매트가 적층된 유지 시일재로서,

상기 니들 매트와 상기 초조 매트의 계면으로부터 상기 니들 매트측을 향하는 계면 영역에 있어서, 상기 제 2 무기 섬유의 평균 섬유 길이보다 짧은 평균 섬유 길이를 갖는 단섬유가 한정 존재되고,

상기 계면 영역에 있어서의 바인더의 함유량이 중량비로 상기 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량보다 높은 것을 특징으로 하는 유지 시일재.
제 1 항에 있어서,

상기 단섬유는 상기 계면과 교차하는 방향으로 배향하여 한정 존재되어 있는 유지 시일재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량이 중량비로 상기 초조 매트에 있어서의 바인더의 함유량보다 낮은 유지 시일재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 계면 영역에 있어서의 바인더의 함유량이 중량비로 상기 니들 매트에 있어서의 바인더의 함유량의 1.3∼7.0 배인 유지 시일재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 단섬유의 평균 섬유 길이가 300㎛ 이하인 유지 시일재.
제 1 무기 섬유를 함유하는 매트에 니들링 처리를 실시하여 무기 섬유가 교락된 니들 매트를 제조하는 공정과,

상기 니들 매트에 바인더를 부착시키는 공정과,

상기 바인더가 부착된 니들 매트 상에, 제 2 무기 섬유 및 바인더를 적어도 함유하는 초조용 슬러리를 투입한 후에 소정 시간 유지하는 공정과,

상기 초조용 슬러리를 탈수하여 초조 매트 전구체를 제조하는 공정과,

상기 니들 매트와 상기 초조 매트 전구체를 적층시킨 상태에서 건조시키는 공정을 포함하는 유지 시일재의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 니들 매트에 부착시키는 바인더의 양은 상기 초조용 슬러리에 있어서의 바인더의 함유량보다 적은 유지 시일재의 제조 방법.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 소정 시간은 10∼60sec 인 유지 시일재의 제조 방법.
다수의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 배열 형성된 기둥 형상의 배기 가스 처리체와,

상기 배기 가스 처리체를 수용하는 케이싱과,

상기 배기 가스 처리체와 상기 케이싱 사이에 배치 형성되고, 상기 배기 가스 처리체를 유지하는 유지 시일재로 이루어지는 배기 가스 정화 장치로서,

상기 유지 시일재는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 유지 시일재인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.