KR100954249B1 - 시트 부재 및 그의 제조 방법, 배기 가스 처리 장치 및그의 제조 방법, 및 소음 장치 - Google Patents

시트 부재 및 그의 제조 방법, 배기 가스 처리 장치 및그의 제조 방법, 및 소음 장치 Download PDF

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Abstract

시트 부재는 무기 섬유와, 시트 부재의 두께 방향에 대해 직교하는 제1 표면 및 제2 표면을 포함한다. 제1 표면은 제1 체적 밀도를 갖는 제1 시트 부분을 포함한다. 제2 표면은 제1 체적 밀도보다 더 높은 제2 체적 밀도를 갖는 제2 시트 부분을 포함한다. 거대 주름의 형성은 그러한 시트 부재를 제1 표면이 외부 상에 있도록 배기 가스 처리체 둘레에 권취함으로써 완화될 수 있다.
배기 가스 처리 장치, 소음 장치, 시트 부재, 지지 밀봉 부재, 음향 흡수 재료, 체적 밀도

Description

시트 부재 및 그의 제조 방법, 배기 가스 처리 장치 및 그의 제조 방법, 및 소음 장치 {Sheet Member and Manufacturing Method Thereof, Exhaust Gas Treating Apparatus and Manufacturing Method Thereof, and Silencing Device}
본 발명은 무기 섬유를 포함하며, 두께 방향에 대해 직교하는 제1 및 제2 표면을 갖는 시트 부재와, 시트 부재의 제조 방법과, 시트 부재를 유지 시트 부재 및/또는 단열체로서 포함하는 배기 가스 처리 장치와, 배기 가스 처리 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 시트 부재를 음향 흡수 재료로서 포함하는 소음 장치에 관한 것이다.
자동차 대수는 금세기의 시작 이래로 급격하게 증가하고 있다. 따라서, 자동차의 내연 기관 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 양도 급격하게 증가하고 있다. 특히, 디젤 엔진으로부터의 배기 가스 내에 포함된 다양한 물질이 오염을 일으키고, 따라서 오늘날 지구 환경에 대해 점점 더 심각한 영향을 준다.
그러한 상황 하에서, 다양한 배기 가스 처리 장치가 종래에 제안되었고, 실제로 사용되었다. 전형적인 배기 가스 처리 장치에서, 예를 들어 금속으로 제작된 케이싱이 엔진의 배기 가스 매니폴드에 연결된 배기 파이프의 중간에 제공된다. 케이싱 내부에, 종방향으로 연장되는 복수의 셀을 포함하는 배기 가스 처리체가 있고, 셀들은 셀 벽에 의해 분리된다. 배기 가스 처리 장치의 예는 촉매 담체 및 디젤 입자 필터(DPF)와 같은 배기 가스 필터이다. DPF의 경우에, 셀은 일 단부에서 체크무늬 형으로 밀봉된다. 배기 가스가 셀 벽을 통과하여 배기 가스 처리체를 빠져나갈 때, 입자가 셀 벽 내에 포착된다. 따라서, 입자가 배기 가스로부터 제거될 수 있다. 배기 가스 처리체는 금속, 합금, 세라믹 등으로 제작될 수 있다. 세라믹으로 제작된 배기 가스 처리체의 대표적인 예는 근청석(cordierite)으로 제작된 벌집형 필터이다. 최근에 계속하여, 열 저항, 기계적 강도, 및 화학적 안정성을 고려하여, 다공성 탄화규소 소성체가 배기 가스 처리체의 재료로서 사용된다.
전형적으로, 지지 밀봉 부재가 배기 가스 처리체와 케이싱 사이에 제공된다. 지지 밀봉 부재는 배기 가스 처리체가 차량이 주행하고 있을 때 발생할 수 있는, 케이싱의 내부와 접촉한 결과 파괴되는 것을 방지한다. 지지 밀봉 부재는 또한 미처리 배기 가스가 케이싱과 배기 가스 처리체 사이의 갭을 통해 누출되는 것을 방지한다. 지지 밀봉 부재는 또한 배기 가스 처리체가 배기 가스 압력으로 인해 변위되는 것을 방지한다. 또한, 배기 가스 처리체는 반응성을 유지하기 위해 고온으로 유지될 필요가 있고, 그러므로 지지 밀봉 부재는 단열 특성을 갖도록 요구된다. 그러한 요건을 만족시키기 위해, 알루미나 섬유와 같은 무기 섬유로 제작된 시트 부재가 있다. 종래에, 니들링 처리 방법, 초조법(抄造法) 등에 의해 제조된 것과 같은, 지지 밀봉 부재로서 사용되는 다양한 시트 부재가 있었다 (예를 들어, 특허 문헌 1).
지지 밀봉 부재는 그의 개방부를 제외하고는, 배기 가스 처리체의 주연 표면의 적어도 일 부분 둘레에 권취된다. 예를 들어, 지지 밀봉 부재의 양 단부 상의 파지부들이 서로 정합되고, 지지 밀봉 부재는 테이핑 등을 사용하여 배기 가스 처리체에 일체로 고정된다. 그 다음, 이러한 일체형 구성요소가 케이싱 내부에 끼워져서, 배기 가스 처리 장치를 구성한다.
특허 문헌 1: 일본 특허 출원 공개 제S60-88162호
그러나, 배기 가스가 점점 더 고온 및 고압이 됨에 따라, 지지 밀봉 부재의 단열 특성은 다음의 이유로 개선될 필요가 있다.
(ⅰ) 열이 배기 가스 처리체로부터 케이싱으로 전달되고, 케이싱이 열에 의해 팽창하고, 케이싱과 배기 가스 처리체 사이의 공간이 증가할 때, 지지 밀봉 부재가 그의 유지 능력을 상실하는 것을 방지하기 위함.
(ⅱ) 케이싱의 외부 표면에 연결된 부속품(기기 등)이 열에 의해 열화되는 것을 방지하기 위함.
(ⅲ) 배기 가스 처리체가 DPF일 때 수행되는 재생 처리 (즉, 사용된 DPF가 재사용될 수 있도록 포착된 입자를 고온에서 태우는 것)의 효율을 향상시키기 위함.
지지 밀봉 부재의 단열 특성을 더욱 개선하기 위한 한 가지 접근은 종래 기술의 것과 비교하여, 배기 가스 처리체와 케이싱 사이의 공간을 증가시키고, 지지 밀봉 부재의 두께를 증가시키는 것이다. 그러나, 그러한 두꺼운 지지 밀봉 부재가 배기 가스 처리체 둘레에 권취되면, 주연 길이의 차이(외측 주연 길이와 내측 주연 길이 사이의 차이)가 종래 기술의 것보다 더 커질 것이다. 이러한 이유로, 도1에 도시된 바와 같은 거대 주름(310)이 지지 밀봉 부재의 내측 표면(배기 가스 처리체와 접촉하는 표면) 상에 형성될 것이다. 배기 가스 처리 장치가 조립될 때 많은 거대 주름(310)이 있으면, 둘레에 권취된 지지 밀봉 부재(24A: "시트 부재(30A)"로도 불림)를 갖는 배기 가스 처리체(20)의 최대 직경(φ)은 원하는 값(P)보다 더 커질 것이다 (P = 2 × t1 + t2, 여기서 지지 밀봉 부재의 두께가 t1이고, 배기 가스 처리체의 직경이 t2임). 따라서, 둘레에 권취된 그러한 지지 밀봉 부재를 갖는 배기 가스 처리체를 케이싱 내부에 끼우는 것은 어려울 것이다. 그러한 배기 가스 처리체가 케이싱 내부에 끼워질 수 있더라도, 지지 밀봉 부재의 외측 주연부는 거대 주름(310)에 의해 발생되는 돌출부(320)를 가질 것이고, 압축 응력이 돌출부(320)에 국소적이며 집중적으로 인가될 것이다. 결과적으로, 이러한 부분에서의 무기 섬유가 파단되어, 지지 밀봉 부재의 유지 능력을 감소시킬 것이다.
이러한 문제는 촉매 담체 또는 DPF를 포함하는 배기 가스 처리 장치에 제한되지 않는다. 동일한 문제가 예를 들어 2륜 차량 또는 4륜 차량의 소음기와 같은 소음 장치에서 발생할 수 있다.
본 발명은 전술한 단점들 중 하나 이상이 제거된, 시트 부재 및 그의 제조 방법과, 배기 가스 처리 장치 및 그의 제조 방법과, 소음 장치를 제공한다.
본 발명의 양호한 실시예는, 시트 부재가 두꺼워지더라도 주연 길이의 차이에 의해 발생되는 거대 주름(macro wrinkle)이 생기기 어렵게 하는 시트 부재, 시트 부재의 제조 방법, 시트 부재가 지지 밀봉 부재 및/또는 단열체로서 적용된 배기 가스 처리 장치, 및 배기 가스 처리 장치의 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 양호한 실시예는 전술한 시트 부재가 음향 흡수 재료로서 적용된 소음 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 무기 섬유를 함유하고, 시트 부재의 두께 방향에 대해 직교하는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 시트 부재를 제공하고, 제1 표면은 제1 체적 밀도를 갖는 제1 시트 부분을 포함하고, 제2 표면은 제1 체적 밀도보다 더 높은 제2 체적 밀도를 갖는 제2 시트 부분을 포함한다.
본 발명의 일 실시예는 무기 섬유를 함유하고, 시트 부재의 두께 방향에 대해 직교하는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 시트 부재를 제조하는 제조 방법을 제공하고, 제조 방법은 제1 체적 밀도를 갖는 제1 기부 시트를 준비하는 단계와, 제1 체적 밀도보다 더 높은 제2 체적 밀도를 갖는 제2 기부 시트를 준비하는 단계와, 제1 기부 시트를 제2 기부 시트에 접합시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예는 무기 섬유를 함유하고, 시트 부재의 두께 방향에 대해 직교하는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 시트 부재를 니들링 처리 방법에 의해 제조하는 제조 방법을 제공하고, 제조 방법은 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는, 무기 섬유의 원재료 시트를 제공하는 단계와, 제1 표면의 바늘흔의 밀도가 제2 표면보다 더 낮도록, 원재료 시트의 제1 표면의 일 측면 및 제2 표면의 일 측면으로부터 원재료 시트 상에 니들링 처리를 수행하는 단계와, 제1 표면의 바늘흔 밀도가 제2 표면보다 더 낮은 시트 부재를 형성하도록 원재료 시트를 소성하는 단계를 포함한다.
무기 섬유를 함유하고, 시트 부재의 두께 방향에 대해 직교하는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 시트 부재를 제조하는 제조 방법을 제공하고, 제조 방법은 무기 섬유를 포함하는 제1 원재료 슬러리를 성형 용기 내로 주입하는 단계와, 제1 원재료 슬러리를 탈수하는 단계와, 제1 원재료 슬러리보다 더 높은 결합제 함량을 포함하는 제2 원재료 슬러리를 탈수된 제1 원재료 슬러리 상으로 주입하는 단계와, 제2 원재료 슬러리를 탈수하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 시트 부재 및 그의 제조 방법이 제공되고, 시트 부재는 시트 부재의 주연 길이의 차이에 의해 발생되는 거대 주름을 완화시키면서 두께가 증가될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기 가스 처리 장치 및 그의 제조 방법이 제공되고, 배기 가스 처리 장치는 지지 밀봉 부재 및/또는 단열체로서 적용된 시트 부재를 채용한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 시트가 음향 흡수 재료로서 적용된 소음 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련하여 읽힐 때 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
본 발명에 따르면, 시트 부재가 권취될 때, 시트 부재의 주연 길이의 차이에 의해 발생되는 거대 주름을 완화시키면서 두께가 증가될 수 있는 시트 부재가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 설명이 첨부된 도면을 참조하여 주어진다.
도2는 본 발명에 따른 시트 부재를 도시한다. 본 발명에 따른 시트 부재는 도2에 도시된 것으로 제한되지 않는다. 도3은 본 발명에 따른 시트 부재를 지지 밀봉 부재로서 채용한 배기 가스 처리 장치의 분해도이다.
본 발명에 따른 시트 부재(30)는 배기 가스 처리 장치의 지지 밀봉 부재(24)로서 사용되도록 배기 가스 처리체(20) 둘레에 권취된다. 도2에 도시된 바와 같이, 2개의 모서리 면(70, 71)은 시트 부재(30)가 권취되는 방향(X 방향)에 대해 직교한다. 모서리 면(70, 71)들은 한 쌍의 정합부, 즉 정합 돌출부(50) 및 정합 만입부(60)를 각각 갖는다. 시트 부재(30)가 배기 가스 처리체(20) 둘레에 권취될 때, 도3에 도시된 바와 같이, 정합 돌출부(50)는 정합 만입부(60)에 정합되고, 시트 부재(30)는 배기 가스 처리체(20)에 고정된다. 이후에, 시트 부재(30)가 둘레에 권취된 배기 가스 처리체(20)는 예를 들어 압입 방법에 의해 금속 등으로 제작된 원통형 케이싱(12) 내로 가압되어, 배기 가스 처리 장치(10)를 구성한다.
본 발명에 따른 시트 부재(30)는 주로 무기 섬유로 제작되지만, 시트 부재(30)는 후술하는 바와 같이 결합제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 시트 부재(30)는 두께 방향에 대해 직교하는 2개의 주 표면을 갖는다. 제1 표면은 제1 체적 밀도를 갖고, 제2 표면은 제1 체적 밀도보다 더 큰 제2 체적 밀도를 갖는다. 시트 부재는 두께 방향을 따라, 제1 체적 밀도를 갖는 제1 시트 부분 및 제2 체적 밀도를 갖는 제2 시트 부분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시트 부재(30)는 두께 방향에 대해 직교하는 제1 표면(82) 및 제2 표면(84)을 갖는다. 본 발명에 따른 시트 부재(30)는 또한 제1 체적 밀도를 갖는 제1 시트 부분(420) 및 제1 체적 밀도보다 더 큰 제2 체적 밀도를 갖는 제2 시트 부분(430)을 갖는다. 제1 체적 밀도를 갖는 제1 시트 부분(420)은 시트 부재(30)의 제1 표면(82)의 측면 상에 제공된다. 시트 부재(30)는 제1 시트 부분(420) 및 제2 시트 부분(430)을 분리하여 준비한 다음, 이러한 두 부분들을 서로 라미네이팅(적층)함으로써, 제작될 수 있다. 대안적으로, 시트 부재(30)는 시트 부재를 제조하는 공정의 일련의 단계들 중에, 시트 부재(30)의 제1 및 제2 표면의 체적 밀도를 동시에 또는 연속적으로 조정함으로써 제작될 수 있다.
체적 밀도는 본원에서 단위 체적에 대한 시트 부재의 중량을 말한다. 시트 부재의 주 표면의 체적 밀도는 다음의 방법에 따라 측정된다.
먼저, 절단 기계 등이 시트 부재를 50 mm x 50 mm의 크기로 절결하기 위해 사용된다. 다음으로, 다용도 칼이 제1 및 제2 표면 아래의 대략 20% 깊이의 위치에서 시트 부재의 두께 방향에 대해 실질적으로 직교하는 방향으로 시트 부재를 절단하여, 양쪽 주 표면들의 샘플을 얻기 위해 사용된다. 다음으로, 각각의 절결된 샘플의 중량(W: g) 및 두께(T: cm)가 측정된다. 각각의 샘플의 두께는 대략 3.1 cm2(20 mmφ의 직경)의 표면적 및 31 g의 중량을 갖는 추(10 g/cm2)가 샘플의 중심에 제공된 상태에서 측정된다. 측정 결과에 기초하여, 양쪽 주 표면의 체적 밀도가 다음의 공식에 따라 계산된다: 체적 밀도(g/cm3) = 샘플 중량(W)/(샘플 두께(T) x 5 cm x 5 cm). 이러한 측정은 시트 부재의 상이한 부분들에서 총 3회 수행된다. 각각의 주 표면에 대해 얻어진 값들의 평균값이 시트 부재의 각각의 주 표면의 체적 밀도(g/cm3)로서 결정된다.
다음으로, 상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 시트 부재(30)에서 얻어지는 특징적인 효과가 도1 및 도4를 참조하여 설명된다. 도1은 종래의 시트 부재(30A)가 둘레에 권취된 배기 가스 처리체(20: 이하에서, "덮인 배기 가스 처리체(210A)")의 종방향에 대해 직교하는 평면의 개략적인 단면도이다. 도4는 본 발명에 따른 시트 부재(30)가 둘레에 권취된 배기 가스 처리체(20: 이하에서, "덮인 배기 가스 처리체(210)")의 평면의 유사한 개략적인 단면도이다.
도1에 도시된 바와 같이, 시트 부재(30A)가 배기 가스 처리체(20) 둘레에 권취될 때, 보통 시트 부재(30A)의 외측 주연부(LO)와 내측 주연부(LI) 사이의 차이인, 주연 길이의 차이(L = LO - LI)가 있다. 이러한 이유로, 많은 거대 주름(310)이 시트 부재(30A)의 내측 주연부 측면 상에 형성된다. 거대 주름이라는 용어는 본원에서 덮인 배기 가스 처리체의 종방향에 대해 직교하는 단면에서 보았을 때 2 mm를 초과하는 길이(높이)(H)를 갖는 주름, 또는 3 mm를 초과하는 폭(D)을 갖는 주 름을 말한다. 따라서, 거대 주름이라는 용어는 높이가 2 mm 이하이고 폭이 3 mm 이하인 미세 주름은 포함하지 않는다는 것을 알아야 한다. 시트 부재의 주연 길이의 차이의 영향은 시트 부재(30A)의 두께가 증가함에 따라 특히 현저해진다. 그러므로, 두꺼운 시트 부재가 배기 가스 처리체(20) 둘레에 권취되면, 내측 주연부 상에 형성되는 각각의 거대 주름(310)의 높이(H) 또는 폭(D)이 증가할 것이고 그리고/또는 거대 주름(310)의 개수가 증가할 수 있다.
많은 거대 주름(310)이 시트 부재(30A) 내에 형성되면, 덮인 배기 가스 처리체(210A)의 최대 직경(φ)은 원하는 값(P)보다 더 커질 것이다 (P = 2 x t1 x t2, 여기서 지지 밀봉 부재의 두께가 t1이고, 배기 가스 처리체의 직경이 t2임). 따라서, 덮인 배기 가스 처리체(210A)를 케이싱(12) 내부에 끼우는 것이 어려워질 것이다. 덮인 배기 가스 처리체(210A)가 케이싱 내부에 끼워질 수 있더라도, 시트 부재(30A)의 외측 주연부는 거대 주름(310)에 의해 발생되는 돌출부(320)를 가질 것이고, 압축 응력이 돌출부(320)에 국소적이며 집중적으로 인가될 것이다. 결과적으로, 이러한 부분에서의 무기 섬유가 파단되어, 시트 부재(30A)의 유지 능력을 감소시킬 것이다.
본 발명에 따른 시트 부재(30)는 두께 방향을 따른 적어도 2가지 종류의 부분, 즉 제1 시트 부분(420) 및 제2 시트 부분(430)을 갖는 점에서, 종래 기술과 다르다. 제1 시트 부분(420)의 체적 밀도는 제2 시트 부분(430)의 체적 밀도보다 더 작다. 시트 부재(30)는 제1 표면(82)이 외측 주연부가 되도록 배기 가스 처리체(20) 둘레에 권취된다. 도1, 도3, 및 도4에서, 명확하게 할 목적으로, 제1 시트 부분(420)과 제2 시트 부분(430) 사이의 경계가 점선으로 표시되어 있지만, 실제 시트 부재에서, 경계는 후술하는 바와 같은 접착 층이 없으면, 도시된 만큼 명확하지 않다.
대체로, 낮은 체적 밀도를 갖는 시트 부재는 그가 권취되는 방향(도2의 X 방향)에서, 높은 체적 밀도를 갖는 시트 부재보다 더 연신 가능하다. 따라서, 시트 부재(30)가 더 낮은 체적 밀도를 갖는 제1 시트 부분(420)을 포함하는 제1 표면(82)이 외측 주연부 상에 있도록 배기 가스 처리체(20) 둘레에 권취되면, 주연 길이의 차이에 의해 발생되는 거대 주름(310)을 완화시키는 것이 가능할 것이다. 이는 시트 부재(30)가 권취되는 방향(X 방향)으로 연신 가능한 시트 부재(30)의 외측 주연부가 외측 주연부와 내측 주연부 사이의 주연 길이의 차이의 영향을 완화시키도록 연신되기 때문이다. 도4에 도시된 바와 같이, 실제 상황에서, 시트 부재(30)의 내측 주연부는 두께 방향으로의 높이(H)가 2 mm 이하이거나 폭(D)이 3mm 이하인 미세 주름인, 복수의 미세 주름(410)을 가질 것이다. 종래의 경우에 형성되는, 두께 방향으로 2 mm 초과하는 높이(H) 또는 3 mm를 초과하는 폭(D)을 갖는 거대 주름(310)은 현저하게 감소되거나 완전히 제거된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 시트 부재(30)가 배기 가스 처리체(20) 둘레에 권취될 때, 주연 길이의 차이에 의해 발생되는 내측 주연부 상에 형성되는 거대 주름을 완화시켜서, 시트 부재(30)가 두께가 국소적으로 증가하는 것을 방지하는 것이 가능하다. 따라서, 배기 가스 처리체(20)는 케이싱 내에 쉽게 끼워질 수 있다. 또한, 배기 가스 처리체(20)가 케이싱 내에 끼워진 후에, 배기 가스 처 리체(20)에 국소적으로 인가되는 압축 응력을 완화시켜서, 시트 부재(30)의 유지 능력이 감소하는 것을 방지하는 것이 가능하다.
본 실시예에서, 제1 및 제2 시트 부분(420, 430)의 체적 밀도는 양호하게는 0.08 g/cm3 내지 0.25 g/cm3의 범위 내에 든다. 제1 시트 부분(420) 및 제2 시트 부분(430)의 체적 밀도가 0.08 g/cm3 미만이면, 시트 부재의 강도가 어느 정도 감소할 것이다. 제1 시트 부분(420) 및 제2 시트 부분(430)의 체적 밀도가 0.25 g/cm3을 초과하면, 시트 부재가 과도하게 강성이 되어 가요성을 상당히 잃을 것이고, 배기 가스 처리체 둘레에 권취되기가 어려워질 것이다. 시트 부재가 배기 가스 처리체 둘레에 권취될 수 있더라도, 그러한 시트 부재는 높은 복원력(배기 가스 처리체 둘레에 권취되기 전의 상태로 복귀하는 힘)을 가질 것이고, 그러므로 시트 부재의 단부들을 함께 정합시키고, 단부들의 위치를 테이프 등을 사용하여 고정시키는 것이 어려울 것이다.
제2 시트 부분(430)에 대한 제1 시트 부분(420)의 두께의 비율은 예를 들어 1:9 내지 9:1, 더욱 양호하게는 4:6 내지 6:4의 범위 내에 들지만, 이에 제한되지는 않는다. 권취되기 전의 전체 시트 부재(30)의 두께는 양호하게는 5 mm 내지 20 mm의 범위 내에 든다.
전체 시트 부재(30)의 체적 밀도는 예를 들어 0.08 g/cm3 내지 0.25 g/cm3의 범위 내에 들지만, 이에 제한되지는 않는다. 전체 시트 부재(30)의 기본 중량은 예를 들어 500 g/m2 내지 3,000 g/m2의 범위 내에 들지만, 이에 제한되지는 않는다. 기본 중량은 시트 부재의 단위 면적당 섬유의 총 중량을 말하지만, 시트 부재가 결합제를 포함하면, 기본 중량은 시트 부재의 단위 면적당 결합제 및 섬유의 총 중량을 말한다.
또한, 시트 부재가 후술하는 니들링 처리 방법에 의해 제조되면, 제2 시트 부분(430)에 대한 제1 시트 부분(420)의 바늘흔 밀도 비율은 양호하게는 0.3 내지 0.8의 범위 내에 든다. 제1 및 제2 시트 부분(420, 430)의 바늘흔 밀도는 양호하게는 2.0 바늘흔/cm2 내지 20.0 바늘흔/cm2의 범위 내에 든다. 제1 및 제2 시트 부분(420, 430)의 바늘흔 밀도 중 하나가 2.0 바늘흔/cm2 미만이면, 시트 부재의 강도가 감소할 것이다. 제1 및 제2 시트 부분(420, 430)의 바늘흔 밀도 중 하나가 20.0 바늘흔/cm2을 초과하면, 체적 밀도가 바늘흔 밀도를 증가시킴으로써 더 이상 거의 증가하지 않을 것이고, 또한 시트 부재가 경화되어, 시트 부재를 취급하는 것을 어렵게 만들 것이다.
바늘흔이라는 용어는 본원에서 니들링 처리 방법에 의해 제조된 시트 부재의 주 표면 상에서 3 mm2 이하의 최대 크기를 갖는 교락 섬유(interlaced fiber) 내의 흔적을 말한다. 교락 섬유 내의 그러한 흔적은 바늘과 같은 섬유 교락 유닛이 시트 부재 내로 삽입되고 그로부터 당겨져 나올 때 형성된다. 기부 시트의 각각의 주 표면 상의 바늘흔 밀도는 다음의 방법에 의해 측정된다.
먼저, 절단 기계 등이 측정 샘플을 얻기 위해, 시트 부재를 50 mm x 50 mm의 크기로 절결하기 위해 사용된다. 이러한 측정 샘플은 라텍스 수지로 함침되고 (수지량은 5 중량% 내지 10 중량%임), 완전히 건조된다. 다음으로, 다용도 칼이 측정 샘플의 주 표면들 중 하나 아래에서 대략 2 mm 깊이인 위치에서 측정 샘플의 두께 방향에 대해 실질적으로 직교하는 방향으로 측정 샘플을 절단하기 위해 사용된다. 이러한 방식으로 형성된 측정 샘플의 새로운 표면은 "표면(A)"으로 불린다. 다음으로, 바늘흔을 가리는 섬유가 족집게를 사용하여 제거된다. 표면(A) 상에 형성된 바늘흔의 개수가 계수되고, 단위 면적당 바늘흔의 개수가 계산된다. 이러한 측정은 시트 부재의 목표 주 표면 상의 상이한 부분들에서 총 3회 수행된다. 얻어진 값들의 평균값이 시트 부재의 목표 주 표면 상의 바늘흔 밀도(바늘흔 개수/cm2)로서 결정된다. 다른 주 표면 상의 바늘흔 밀도도 동일한 측정 방법에 의해 얻어진다.
본 발명에 따른 시트 부재(30)는 제1 체적 밀도를 갖는 제1 표면(82)의 측면이 외측 주연 측면 상에 (즉, 케이싱(12)의 측면 상에) 있도록 배기 가스 처리체(20)의 외측 주연부 둘레에 권취된다. 시트 부재(30)의 단부들은 사용되기 전에, 서로 정합되고 테이핑에 의해 고정된다. 둘레에 권취된 시트 부재(30)를 갖는 배기 가스 처리체(20)는 그 다음 압입 방법, 클램쉘 방법, 권취-조임 방법, 치수 맞춤(sizing) 방법, 또는 임의의 다른 고정 방법에 의해 케이싱(12) 내부에 제공되어, 배기 가스 처리 장치(10)를 형성한다.
부착 방법이 도면을 참조하여 설명된다. 도5, 도6, 도7, 및 도8은 시트 부 재(30)가 둘레에 권취된 배기 가스 처리체(20) (즉, 덮인 배기 가스 처리체(210))가 어떻게 압입 방법, 클램쉘 방법, 권취-조임 방법, 및 치수 맞춤 방법에 의해 케이싱 내부에 고정되는지를 각각 개략적으로 도시한다.
압입 방법은 덮인 배기 가스 처리체(210)가 배기 가스 처리 장치(10)를 형성하기 위한 소정의 위치에 고정되도록, 덮인 배기 가스 처리체(210)를 개방부들 중 하나로부터 케이싱(121) 내부로 가압함으로써 수행된다. 덮인 배기 가스 처리체(210)를 케이싱(121) 내로 삽입하는 작업을 용이하게 하기 위해, 압입 지그(230)가 사용될 수 있다. 도5에 도시된 바와 같이, 압입 지그(230)는 그의 내측 구멍 직경이 일 단부로부터 타 단부를 향해 더 작아지도록 형성되고, 그의 최소의 내측 구멍 직경은 케이싱(121)의 내경과 실질적으로 동일한 크기로 조정된다. 이러한 경우에, 덮인 배기 가스 처리체(210)는 압입 지그(230)의 큰 내측 구멍 직경의 측면으로부터 삽입되고, 최소의 내측 구멍 직경의 측면을 통과하여, 케이싱(121) 내부에 고정된다.
본 발명에 따른 시트 부재는 덮인 배기 가스 처리체가 압입 방법에 의해 케이싱 내부에 고정될 때 특히 효과적이다. 전술한 바와 같이, 시트 부재의 거대 주름(310) (및 돌출부(320))가 완화된다. 그러므로, 덮인 배기 가스 처리체의 최대 직경은 원하는 값으로부터 현저하게 벗어나지 않아서, 덮인 배기 가스 처리체는 어려움이 없이 케이싱 내에 삽입될 수 있다.
다음으로, 클램쉘 방법은 한 쌍의 케이싱 부재(122A, 122B)로 분할된 (도6에 도시된 예에서 2개로 분할된) 케이싱(122)을 사용한다. 케이싱 부재(122A, 122B) 들은 그들이 서로 대면하여 함께 접합될 때 케이싱(122)을 형성한다. 덮인 배기 가스 처리체(210)는 이러한 케이싱 부재들 중 하나 내에 위치되고, 그 다음 다른 케이싱 부재가 이러한 케이싱 부재와 조합된다. 케이싱 부재들은 그 다음 플랜지부(220: 220A, 220B)에서 함께 용접되어, 케이싱(122)을 형성한다. 따라서, 덮인 배기 가스 처리체(210)가 소정의 위치에 고정된 배기 가스 처리 장치(10)가 형성된다.
권취-조임 방법에서, 도7에 도시된 바와 같이, 케이싱 부재가 되는 금속 플레이트(123)가 덮인 배기 가스 처리체(210) 둘레에 권취된다. 그 다음, 금속 플레이트(123)는 와이어 로프 등을 사용하여 조여져서, 금속 플레이트(123)는 소정의 접촉 압력에 의해 덮인 배기 가스 처리체(210)의 주연부에 대해 가압된다. 마지막으로, 금속 플레이트(123)의 하나의 모서리가 다른 모서리 또는 금속 플레이트(123)의 표면 아래의 부분과 함께 용접되어, 덮인 배기 가스 처리체(210)가 케이싱(123) 내부에 고정된 배기 가스 처리 장치(10)를 형성한다.
아울러, 치수 맞춤 방법에서, 도8에 도시된 바와 같이, 덮인 배기 가스 처리체(210)는 덮인 배기 가스 처리체(210)의 외경보다 더 큰 내경을 갖는 금속 덮개(124) 내로 삽입된다. 그 다음, 프레싱 기계 등을 사용하여, 금속 덮개(124)는 그의 외측 주연부로부터 균일하게 압축된다 (치수 맞춤 (JIS-z2500-4002)). 치수 맞춤 공정에 의해, 금속 덮개(124)의 내경은 원하는 크기로 정밀하게 조정될 수 있고, 덮인 배기 가스 처리체(210)는 소정의 위치에 고정될 수 있다.
이러한 고정 방법에서, 케이싱의 재료는 보통 열 저항성 합금과 같은 금속이 다.
도9는 본 발명에 따른 배기 가스 처리 장치(10)의 구성의 일례를 도시한다. 배기 가스 처리 장치(10)는 주연 표면 둘레에 권취된 지지 밀봉 부재(24)를 갖는 배기 가스 처리체(20)와, 배기 가스 처리체(20)를 수용하기 위한 케이싱(12)과, 케이싱(12)의 입구측 및 출구측에 각각 연결된 배기 가스를 위한 입구 파이프(2) 및 출구 파이프(4)를 포함한다. 도9에 도시된 예에서, 입구 파이프(2) 및 출구 파이프(4)는 그들이 케이싱(12)에 연결되는 위치에서 그들의 직경이 확대되도록 테이퍼진 형상이다. 그러나, 이들은 반드시 테이퍼진 형상일 필요는 없다. 또한, 입구 파이프(2)의 일부(도9에 도시된 예에서 테이퍼진 부분)에, 단열체(26)가 제공된다. 그러므로, 배기 가스 처리 장치(10) 내부의 열은 입구 파이프(2)를 거쳐 외부로 전달되는 것이 방지된다.
도9에 도시된 예에서, 배기 가스 처리체(20)는 배기 가스를 위한 입구 및 출구에 대응하는 개방면 및 가스 유동과 평행한 방향으로의 복수의 셀 (또는 관통 구멍)을 갖는 촉매 담체이다. 촉매 담체는 예를 들어 벌집형 구조를 갖는 다공성 탄화규소로 형성된다. 그러나, 본 발명에 따른 배기 가스 처리 장치(10)는 그러한 구성으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 배기 가스 처리체(20)는 셀들이 일 단부에서 체크무늬 형으로 밀봉된 DPF일 수 있다.
지지 밀봉 부재(24)는 제1 시트 부분(420)이 외부(즉, 케이싱(12)의 측면)를 향하도록 배기 가스 처리체(20) 둘레에 권취된, 본 발명에 따른 시트 부재(30)로 제작된다. 그러한 배기 가스 처리 장치(10)에서, 전술한 시트 부재(30)의 효과로 인해, 시트 부재(30)가 배기 가스 처리체(20) 둘레에 권취될 때, 내측 주연부 상의 거대 주름이 완화된다. 따라서, 시트 부재(30)가 케이싱(12) 내로 끼워질 때 무기 섬유가 파단되면 발생될 수 있는, 시트 부재(30) (즉, 지지 밀봉 부재(24))의 유지 능력이 감소하는 것을 방지하는 것이 가능하다.
추가적으로, 단열체(26)가 본 발명에 따른 시트 부재(30)로 제작될 수 있다는 것이 당업자에게 명백하다.
다음으로, 본 발명에 따른 시트 부재의 다른 용도가 설명된다. 도10은 본 발명에 따른 시트 부재를 포함하는 소음 장치의 일례를 개략적으로 도시한다. 이러한 소음 장치는 2륜 차량 또는 4륜 차량의 엔진의 배기 파이프의 중간에 제공된다. 소음 장치(700)는 (예를 들어, 스테인리스강과 같은 금속으로 제작된) 내측 파이프(720), (예를 들어, 스테인리스강과 같은 금속으로 제작된) 그의 외부를 덮는 외측 덮개(760), 및 내측 파이프(720)와 외측 덮개(760) 사이에 제공된 음향 흡수 재료(740)를 포함한다. 보통, 복수의 세공이 내측 파이프(720)의 표면 상에 제공된다. 이러한 소음 장치(700)에서, 배기 가스가 내측 파이프(720)의 내부를 통해 유동할 때, 배기 가스 내에 포함된 노이즈 성분이 음향 흡수 재료(740)에 의해 감쇠될 수 있다.
본 발명에 따른 시트 부재(30)는 음향 흡수 재료(740)로서 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 소음 장치(700)는 다음의 단계에 의해 제조될 수 있다. 먼저, 시트 부재(30)가 시트 부재(30)의 제1 표면(82)이 외부를 향하도록 내측 파이프(720)의 표면 둘레에 권취되어 고정된다. 다음으로, 시트 부재(30)가 둘레에 권취된 내측 파이프(720)가 외측 덮개(760) 내부로 가압되어, 소음 장치(700)를 형성한다. 시트 부재(30)를 음향 흡수 재료(740)로서 사용함으로써, 시트 부재(30)가 내측 파이프(720) 둘레에 권취될 때, 주연 길이의 차이에 의해 발생되는 내측 주연 측면 상의 거대 주름을 완화시키고, 또한 시트 부재(30)의 두께가 국소적으로 증가하는 것을 방지하는 것이 가능하다. 따라서, 내측 파이프(720)는 어려움이 없이 외측 덮개(760) 내부에 끼워질 수 있다. 또한, 이러한 구성은 외측 덮개(760) 내부에 끼워진 후에 압축 응력이 내측 파이프(720)에 국소적으로 인가되는 것을 방지하고, 그러므로 시트 부재(30)의 유지 능력은 감소하는 것이 방지된다.
상이한 체적 밀도를 갖는 2개의 주 표면을 갖는 본 발명에 따른 시트 부재(30)를 제조하는 2가지 대표적인 방법, 즉 접착 방법 및 동시 제조 방법이 있다.
도11은 본 발명에 따른 시트 부재(30)를 제조하기 위한 접착 방법의 흐름도이다. 이러한 방법에서, 상이한 체적 밀도를 갖는 2개의 기부 시트가 분리되어 제조된다. 그 다음, 이러한 기부 시트들은 서로 라미네이팅되고 접합되어, 상이한 체적 밀도를 갖는 두 종류의 시트 부분을 갖는 시트 부재를 제조한다.
먼저, 단계(S100)에서, 제1 체적 밀도를 갖는 제1 기부 시트가 제조된다. 제1 기부 시트는 후술하는 바와 같이, 예를 들어 니들링 처리 방법 또는 초조법에 의해 제조된다. 니들링 처리 방법이라는 용어는 본원에서 바늘과 같은 섬유 교락 유닛이 시트 부재 내로 삽입되고 그로부터 당겨져 나오는 니들링 처리 단계를 포함하는, 시트 부재를 제조하는 임의의 방법을 말한다는 것을 알아야 한다. 또한, 초조법이라는 용어는 본원에서 섬유 개방, 슬러리화, 성형, 및 압축 건조 단계를 포 함하는, 시트 부재를 제조하는 방법을 말한다는 것을 알아야 한다.
다음으로, 단계(S110)에서, 제2 체적 밀도를 갖는 제2 기부 시트가 제조된다. 제1 기부 시트와 유사하게, 제2 기부 시트는 니들링 처리 방법 또는 초조법에 의해 제조된다. 제1 기부 시트 및 제2 기부 시트의 제조 방법은 동일하거나 다를 수 있다. 즉, 제1 기부 시트가 니들링 처리 방법에 의해 제조될 때, 제2 기부 시트는 니들링 처리 방법 또는 초조법에 의해 제조될 수 있다. 이는 제1 기부 시트가 초조법에 의해 제조될 때에도 적용된다.
다음으로, 단계(S120)에서, 상이한 체적 밀도를 갖는 제1 기부 시트 및 제2 기부 시트가 서로 라미네이팅되어 접합된다. 기부 시트들은 양면 접착 테이프와 같은 접착 층에 의해 이들을 서로 접착함으로써 또는 이들을 함께 재봉함으로써 함께 접합될 수 있다. 접착 층에 의해 이들을 접합시키는 방법은 접착 층에 의해 기부 시트들을 함께 직접 접합시킴으로써 또는 다음의 방법에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로, 열가소성 필름(예를 들어, PE 필름, 분할 섬유 천 등)이 140℃의 온도에서 각각의 기부 시트의 주 표면들 중 하나 상으로 열결합되고, 양면 접착 테이프, 접착제 등이 기부 시트들을 함께 접합시키기 위해 이러한 필름 상에 도포된다. 아크릴 접착제, 아크릴레이트 라텍스 등이 접착제로서 사용될 수 있다. 양면 접착 테이프, 접착제, 및 열가소성 필름의 두께는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 두께는 0.02 mm 내지 0.20 mm의 범위 내에 들 수 있다.
접착 층이라는 용어는 본원에서 기부 시트들을 함께 접합시키기 위해 2개의 기부 시트의 경계에 제공되는 양면 접착 테이프, 접착제 등의 층을 말한다. 열가 소성 필름이 전술한 바와 같이 개재되면, 이러한 필름은 또한 접착 층 내에 포함될 것이다. 따라서, 열가소성 필름이 전술한 바와 같이 개재되면, 접착 층의 두께는 열가소성 필름 x 2 + 양면 접착 테이프 (또는 접착제)의 두께가 될 것이다. 접착 층의 두께는 예를 들어 0.02 mm 내지 0.6 mm의 범위 내에 든다.
이러한 단계에서, 본 발명에 따른 시트 부재가 접착 방법에 의해 제조된다.
도12는 본 발명에 따른 시트 부재(30)를 제조하기 위한 동시 제조 방법의 흐름도이다. 이러한 방법은 시트 부재들을 분리하여 준비하는 전술한 방법과 다르다. 이러한 방법에서, 상이한 체적 밀도를 갖는 2개의 주 표면들은 보통 동시에, 또는 시트 부재의 제1 및 제2 표면들의 체적 밀도를 일련의 단계들에서 조정함으로써 연속적으로 형성된다.
단계(S200)에서, 시트 부재의 제1 표면은 제1 체적 밀도를 갖도록 조정된다.
단계(S210)에서, 제1 표면에 대향하는 시트 부재의 측면 상에 있는 제2 표면은 제2 체적 밀도를 갖도록 조정된다. 따라서, 본 발명에 따른 시트 부재가 완성된다. 이러한 단계는 단계(S200)와 동시에 또는 단계(S200) 이후에 수행될 수 있다. 즉, 제1 체적 밀도를 갖는 제1 표면 및 제2 체적 밀도를 갖는 제2 표면이 시트 부재의 양쪽 주 표면들 상에서 동시에 형성될 수 있거나, 시트 부재의 주 표면들 중 하나가 제1 체적 밀도를 갖도록 조정될 수 있고, 그 다음 주 표면들 중 다른 하나가 제2 체적 밀도를 갖도록 조정될 수 있다.
보통, 이러한 시트 부재의 기부로서 사용되는 원재료 시트는 니들링 처리 방 법, 초조법 등에 의해 제조된다. 이러한 경우에, 각각의 시트 부재는 분리되어 준비될 필요는 없고, 단일 제조 장치가 사용될 수 있고, 그러므로 제조 공정이 단순화될 수 있다.
동시 제조 방법에서, 니들링 처리 방법 및 초조법 모두를 수행하는 것도 가능하다. 예를 들어, 제1 체적 밀도를 갖는 시트 부분이 먼저 니들링 처리 방법에 의해 제조될 수 있고, 그 다음 이러한 기부 시트의 상부 상에서, 제2 체적 밀도를 갖는 시트 부분이 시트 제조 방법에 의해 제조될 수 있어서, 상이한 체적 밀도를 구비한 2개의 주 표면을 갖는 본 발명에 따른 시트 부재를 제조한다. 그러나, 니들링 처리 방법 및 초조법 중 하나를 채용하는 경우와 달리, 상기 장점은 이러한 방법에서 얻어질 수 없다는 것이 명백하다.
접착 방법 및 동시 제조 방법에 의해 본 발명에 따른 시트 부재를 제조하는 특정예에 대한 설명이 아래에서 주어진다. 다음은 알루미나 및 실리카의 혼합물을 무기 섬유로서 포함하는 시트 부재의 일례를 설명한다. 섬유 재료는 이에 제한되지 않고, 예를 들어 섬유 재료는 알루미나 또는 실리카 중 하나일 수 있다. 다른 종류의 무기 섬유를 사용하는 것도 가능하다.
<접착 방법 1>
전술한 바와 같이, 이러한 방법에서, 상이한 체적 밀도를 갖는 적어도 2개의 기부 시트가 먼저 준비될 필요가 있다. 각각의 기부 시트는 전구체를 준비하는 단계, 송풍 공정 단계, 니들링 처리 단계, 소성 단계, 및 결합제 함침 단계를 포함하는 니들링 처리 방법에 의해 제조된다.
(전구체 준비 단계)
알루미나:실리카의 조성비가 예를 들어 60 내지 97:40 내지 3이 되도록, 실리카 졸이 알루미늄 함량이 70 g/L이고 원자비가 Al/Cl = 1.8인 염기성 염화알루미늄 수용액에 첨가되어, 무기 섬유의 전구체를 준비한다. 특히, 알루미나:실리카의 조성비는 더욱 양호하게는 70 내지 97:30 내지 3이다. 알루미나의 상대 비율이 60% 미만이면, 알루미나 및 실리카로부터 발생되는 멀라이트의 조성비가 감소할 것이다. 따라서, 완성된 기부 시트는 높은 열 전도성 및 감소된 단열 특성을 갖는 경향이 있을 것이다. 다른 한편으로, 알루미나의 상대 비율이 97%를 초과하면, 무기 섬유의 가요성이 감소할 것이다.
(송풍 공정 단계)
다음으로, 폴리비닐 알코올과 같은 유기 중합체가 알루미나 섬유의 이러한 전구체에 첨가된다. 이후에, 이러한 액체는 방사 용액을 준비하기 위해 농축된다. 이러한 방사 용액은 송풍 공정에 의해 수행되는 방사 작업에서 사용된다.
송풍 공정은 공기 노즐로부터 송풍되는 공기 유동을 사용하여 수행되는 방사 방법이고, 방사 용액은 방사 용액 공급 노즐로부터 가압되어 유동한다. 각각의 공기 노즐의 슬릿으로부터의 기체 유속은 보통 40 m/s 내지 200 m/s이다. 각각의 방사 용액 공급 노즐의 직경은 보통 0.1 mm 내지 0.5 mm이고, 방사 용액 공급 노즐당 액체량은 보통 1 mL/h 내지 120 mL/h, 더욱 양호하게는 3 mL/h 내지 50 mL/h이다. 그러한 조건 하에서, 방사 용액 공급 노즐로부터 가압되어 나오는 방사 용액은 스프레이 형태(분무 형태)로 변환되지 않고서 충분히 확장될 것이고, 섬유들은 서로 적층되지 않을 것이다. 따라서, 방사 조건을 최적화함으로써, 좁은 섬유 직경 분포를 갖는 균일한 전구체를 형성하는 것이 가능하다.
알루미나 섬유의 평균 직경은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 3 ㎛ 내지 10 ㎛의 평균 직경을 갖는 알루미나 섬유를 사용하는 것이 가능하다.
섬유의 평균 직경은 다음의 방법에 의해 측정되었다. 먼저, 알루미나 섬유가 실린더 내에 놓이고, 20.6 MPa의 압력을 인가함으로써 분쇄되었다. 다음으로, 이러한 샘플은 분급 스크린 상에 위치되었다. 분급된 샘플은 전자 현미경으로 관찰되는 시편으로서 사용되었다. 금 등이 이러한 시편의 표면 상에 증착되었다. 그 다음, 시편의 전자 현미경 사진이 대략 1,500의 배율로 촬영되었다. 적어도 40개의 섬유의 직경이 사진으로부터 측정되었다. 이러한 작업은 5 세트의 샘플에 대해 반복되었고, 평균 측정값이 섬유의 평균 직경으로 결정되었다.
(니들링 처리 단계)
방사 공정을 거친 전구체들이 서로 라미네이팅되어, 원재료 시트가 제조된다. 그 다음, 니들링 처리가 원재료 시트 상에서 수행된다. 니들링 장치가 보통 니들링 처리를 위해 사용된다.
대체로, 니들링 장치는 바늘이 원재료 시트 내로 삽입되고 그로부터 당겨져 나오는 방향으로 (보통 상하로) 왕복할 수 있는 바늘판과, 원재료 시트의 상부 주 표면의 측면 및 하부 주 표면의 측면 상에 배치되는 한 쌍의 지지 플레이트를 포함한다. 바늘판은 원재료 시트 내로 삽입되는 복수의 바늘을 갖고, 바늘은 예를 들 어 대략 25 바늘/100 cm2 내지 5,000 바늘/cm2의 밀도로 배열된다. 각각의 지지 플레이트는 바늘을 위한 복수의 관통 구멍을 갖는다. 한 쌍의 지지 플레이트가 원재료 시트의 양 측면에 대해 가압된 상태에서, 바늘판이 원재료 시트를 향해 그리고 그로부터 멀리 이동된다. 따라서, 바늘은 원재료 시트 내로 삽입되고 그로부터 당겨져 나오고, 복수의 바늘흔이 교락 섬유 내에 형성된다. 니들링 장치는 특정 이송 속도(예를 들어, 대략 1 mm/s 내지 20 mm/s)로 특정 방향(예를 들어, 원재료 시트의 주 표면과 실질적으로 평행한 방향)으로 원재료 시트를 이송하기 위한 이송 유닛을 더 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 원재료 시트가 특정 속도로 이동하는 동안 니들링 처리를 수행하는 것이 가능할 것이다. 그러므로, 바늘판이 원재료 시트에 대해 압축될 때마다 원재료 시트를 이동시키는 작업을 수행할 필요가 없을 것이다.
다른 구성에서, 니들링 장치는 2개의 바늘판의 세트를 포함할 수 있다. 각각의 바늘판은 대응하는 지지 플레이트를 갖는다. 2개의 바늘판은 각각 원재료 시트의 상부 표면 및 하부 표면 상에 배치되어, 원재료 시트는 양 측면 상에서 지지 플레이트에 의해 유지된다. 바늘판들 중 하나 상의 바늘은 그들의 위치가 니들링 처리 중에 다른 바늘판 상의 바늘의 위치와 일치하지 않도록 배열된다. 또한, 각각의 지지 플레이트는 각각의 바늘판 상의 바늘의 위치를 고려하여 배열된 복수의 관통 구멍을 가져서, 바늘은 니들링 처리가 원재료 시트의 양 측면으로부터 수행될 때 지지 플레이트에 맞닿지 않는다. 그러한 장치는 2개의 지지 플레이트로 원재료 시트를 양 측면으로부터 개재시키고, 2개의 바늘판으로 원재료 시트의 양 측면으로부터 니들링 처리를 수행하기 위해 사용될 수 있다 (이하에서, 그러한 니들링 처리는 특히 "이중 니들링 처리"로 불린다). 바늘을 삽입하고 당겨내는 그러한 방법에서, 처리 시간이 감소될 수 있다.
(소성 단계)
다음으로, 상기 단계들에 의해 형성된 원재료 시트는 정상 온도로부터 가열되고, 계속하여 0.5시간 내지 2시간 동안 대략 1,250℃의 최대 온도로 가열되어, 원하는 체적 밀도를 갖는 기부 시트를 형성한다.
(결합제 함침 단계)
필요에 따라, 결합제 함침 공정이 유기 수지와 같은 결합제로 기부 시트를 함침시키기 위해 기부 시트 상에서 수행될 수 있다. 그렇게 함으로써, 기부 시트의 부피가 감소될 수 있다. 또한, 섬유는 또한 기부 시트로부터 분리되는 것이 방지될 수 있다. 그러나, 결합제 함침 단계는 이러한 단계에서 반드시 수행될 필요는 없다. 예를 들어, 결합제 함침 단계는 2개의 기부 시트들이 함께 접합된 후에 (도11의 단계(S120) 이후에) 수행될 수 있다.
함침 단계에서, 결합제의 함침량은 양호하게는 1.0 중량% 내지 10.0 중량%의 범위 내에 든다. 양이 1.0 중량% 미만이면, 무기 수지가 기부 시트로부터 분리되는 것을 방지하는 효과가 감소할 것이다. 양이 10.0 중량%를 초과하면, 배기 가스 처리 장치가 사용될 때 배출되는 유기 원소의 양이 증가할 것이다.
유기 결합제, 예를 들어 에폭시 수지, 아크릴 수지, 고무 수지, 스티렌 수지 등이 결합제로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 아크릴(ACM) 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR) 수지, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 수지 등이 사용될 수 있다.
그러한 결합제와 물로 준비된 확산액을 사용하여, 기부 시트는 분사 도포에 의해 결합제로 함침된다. 이러한 공정에 의해 기부 시트 내로 첨가된 과도한 고체 물질 및 수분은 다음과 같이 제거된다.
과도한 고체 물질은 흡입 장치, 예를 들어 진공 펌프를 사용하여 흡입 방법에 의해 제거된다. 과도한 수분은 90℃ 내지 160℃의 온도로 기부 시트를 가열함으로써 그리고/또는 40 kPa 내지 100 kPa의 압력으로 기부 시트에 압력을 인가함으로써 제거된다.
상이한 체적 밀도를 갖는 2개의 기부 시트는 전술한 단계들을 수행함으로써 제조된다. 대체로, 시트 부재 내의 바늘흔의 밀도는 시트 부재의 체적 밀도와 상호 관련된다. 시트 부재 내의 바늘흔의 밀도가 높을수록, 시트 부재의 체적 밀도가 더 높다. 니들링 처리 방법에서, 시트의 체적 밀도는 특정 밀도로 배열된 바늘을 갖는 바늘판을 상승/하강시키는 속도를 변화시킴으로써 그리고 시트를 송출하는 속도를 변화시킴으로써 조정될 수 있다.
다음으로, 상이한 체적 밀도를 갖는 2개의 기부 시트가 서로 라미네이팅되고 그 다음 (양면 접착 테이프 또는 접착제를 사용하여 또는 이들을 함께 재봉함으로써) 전술한 방법에 의해 함께 접합되어, 본 발명에 따른 시트 부재를 형성한다.
<접착 방법 2>
각각의 기부 시트를 제조하기 위해 사용되는 접착 방법의 다른 예는 초조법 이다. 초조법에서, 상이한 체적 밀도를 갖는 2개의 기부 시트는 섬유 개방 단계, 슬러리화 단계, 성형 단계, 및 압축 건조 단계에 의해 제조된다.
(섬유 개방)
먼저, 무기 섬유를 개방하는 섬유 개방 공정이 수행된다. 섬유 개방 공정은 건식 섬유 개방 공정만에 의해 또는 건식 섬유 개방 공정 및 습식 섬유 개방 공정을 포함하는 2-단계 공정에 의해 수행된다. 건식 섬유 개방 공정에서, 분쇄기 등과 같은 장치가 원재료 섬유의 섬유를 개방하기 위해 사용된다. 습식 섬유 개방 공정에서, 전술한 건식 섬유 개방 공정의 결과로서 형성된 면모상 섬유가 습식 섬유 개방 장치 내로 들어가서, 섬유는 더욱 개방된다. 습식 섬유 개방 공정은 펄프화 장치 등과 같은 습식 섬유 개방 장치를 사용함으로써 수행된다. 개방된 섬유를 갖는 원재료 섬유는 그러한 섬유 개방 방법에 의해 형성된다.
(슬러리화 단계)
다음으로, 이러한 원재료 섬유는 교반기 내로 들어가고, 예를 들어 1 내지 5분 동안 교반되어, 그의 중량은 물에 대해 1 중량% 내지 2 중량%가 된다. 다음으로, 이러한 액체 내에, 유기 결합제가 4 중량% 내지 8 중량%로 첨가되고, 액체는 1 내지 5분 동안 교반된다. 그 다음, 이러한 액체 내에, 무기 결합제가 0.5 중량% 내지 1.0 중량%로 첨가되고, 액체는 1 내지 5분 동안 교반된다. 또한, 이러한 액체 내에, 엉김제가 대략 0.5 중량%로 첨가되고, 액체는 최대 대략 2분 동안 교반되어, 원재료 슬러리를 준비한다.
무기 결합제로서, 예를 들어, 알루미나 졸 및/또는 실리카 졸 등이 사용된 다. 유기 결합제로서, 예를 들어, 고무 재료, 수용성 유기 고분자 화합물, 열가소성 수지, 열경화성 수지 등이 사용된다. 엉김제로서, 예를 들어, 퍼콜(Percol) 292(시바 스페셜티 케미컬즈 케이.케이.(Ciba Specialty Chemicals K.K.) 등이 사용된다.
(성형 단계)
다음으로, 결과적인 원재료 슬러리는 원하는 형상의 성형 용기 내로 들어가서 기부 시트 원재료로 성형되고, 그 다음 탈수된다. 보통, 성형 용기의 바닥에, (예를 들어, 30 메시의 메시 크기의) 여과 메시가 제공된다. 성형 용기 내로 들어간 원재료 슬러리 내의 수분은 이러한 여과 메시를 통해 배출된다. 따라서, 그러한 성형 용기를 사용함으로써, 기부 시트 원재료를 동시에 성형 및 탈수하는 것이 가능하다. 또한, 필요에 따라, 수분은 흡입 펌프, 진공 펌프 등을 사용하여 성형 용기 아래로부터 여과 메시를 통해 강제로 흡입될 수 있다.
(압축 건조 단계)
다음으로, 결과적인 기부 시트 원재료가 성형 용기로부터 제거된다. 기부 시트 원재료는 그의 두께가 원래의 두께의 0.3배 내지 0.5배로 감소되도록 프레싱 기계 등으로 압축되고, 동시에 기부 시트 원재료는 5분 내지 1시간 동안 예를 들어 90℃ 내지 150℃의 온도로 가열 및 건조되어, 기부 시트를 형성한다.
결과적인 기부 시트는 접착 방법 1에서와 같이 결합제 함침 단계를 거칠 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 접착 방법의 경우에, 그러한 결합제 함침 단계는 2개의 기부 시트가 함께 접합된 후에 수행될 수 있다.
상이한 체적 밀도를 갖는 2개의 기부 시트는 전술한 단계들을 수행함으로써 형성된다. 초조법에서, 압축 건조 단계에서, 기부 시트의 체적 밀도는 기부 시트의 압축성을 변화시킴으로써 변화될 수 있다.
다음으로, 상이한 체적 밀도를 갖는 2개의 기부 시트가 서로 라미네이팅되고, 그 다음 (양면 접착 테이프 또는 접착제를 사용하여 또는 이들을 함께 재봉함으로써) 전술한 방법에 의해 함께 접합되어, 본 발명에 따른 시트 부재를 형성한다.
<동시 제조 방법 1>
동시 제조 방법에서, 니들링 처리 방법 및 초조법을 채용하는 것이 가능하다. 동시 제조 방법 1에서, 니들링 처리 방법에 기초한 동시 제조 방법이 설명된다.
이러한 방법에서, 시트 부재가 기본적으로 전술한 접착 방법 1과 동일한 단계에 의해 제조된다. 특히, 전술한 이중 니들링 처리 단계가 양호하게 수행된다. 그러나, 이러한 동시 제조 방법 1에서, 바늘이 원재료 시트 내로 삽입되고 그로부터 당겨져 나오는 니들링 처리 단계에서 사용되는 바늘판은 접착 방법 1의 것과 다르다. 구체적으로, 원재료 시트의 양쪽 주 표면 상에 제공된, 이중 니들링 처리에서 사용되는 2개의 바늘판들 사이에서, 적어도 하나의 바늘판 상에 제공된 바늘은 원재료 시트의 두께보다 더 짧은 길이를 갖는다 (예를 들어, 길이는 원재료 시트의 두께의 절반이다). 그러므로, 바늘판이 원재료 시트에 대해 가압될 때, 바늘은 원재료 시트의 타 측면에 도달하지 않는다. 바늘이 2개의 바늘판 상에서 배열되는 밀도는 다르거나 동일할 수 있다. 그러나, 바늘의 길이가 양 바늘판 상에서 원재료 시트의 두께보다 더 짧으면, 바늘이 2개의 바늘판 상에서 배열되는 밀도는 다를 필요가 있다. 그렇지 않으면, 결과적으로, 원재료 시트의 양쪽 주 표면은 동일한 바늘흔 밀도를 가질 것이다.
2개의 이러한 바늘판을 사용하여, 바늘은 원재료 시트의 양 측면 내로 삽입되고 그로부터 당겨져 나온다. 따라서, 원재료 시트의 두께 방향을 따라 상이한 바늘흔 밀도 및 상이한 체적 밀도를 갖는 2개의 부분을 동시에 형성하는 것이 가능하다.
소성 후의 단계들은 접착 방법 1과 동일하지만, 당연히, 이러한 방법에서, 2개의 기부 시트를 함께 접합시키는 단계를 수행하는 것은 불필요하다. 또한, 상기 설명에서, 이중 니들링 처리는 양쪽 주 표면 상에서 니들링 처리를 동시에 수행하기 위해 채용되지만, 동시 제조 방법 1에서, 이중 니들링 처리를 수행하는 대신에, 니들링 처리가 하나의 주 표면마다 순차적으로 수행될 수 있다는 것이 명백하다.
<동시 제조 방법 2>
이러한 방법에서, 초조법이 일련의 단계들을 수행함으로써 단일 시트 부재 내에 상이한 체적 밀도를 갖는 2개의 주 표면을 형성하기 위해 채용된다. 또한, 이러한 방법에서, 시트 부재가 기본적으로 전술한 접착 방법 2와 동일한 단계에 의해 제조된다. 그러나, 이러한 방법에서, 원재료 슬러리를 원하는 형상의 성형 용기 내에 넣고 시트 원재료를 성형하는 단계는 접착 방법 2와 다르다. 구체적으로, 이러한 방법에서, 제1 원재료 슬러리를 성형 용기 내에 넣고 탈수를 수행한 후에 그리고 이러한 시트 원재료를 제거하기 전에 (즉, 반건조 상태에서), 제1 원재료 슬러리보다 더 많은 양의 결합제 함량을 갖는 제2 원재료 슬러리가 탈수된 시트 원재료(이하에서, "제1 시트 원재료") 상에 놓인다. 다음으로, 제2 원재료 슬러리 내에 포함된 수분이 제2 원재료 슬러리를 탈수하기 위해 제1 시트 원재료 및 여과 메시를 거쳐 성형 용기의 바닥으로부터 배출되어, 제2 시트 원재료를 준비한다. 전술한 바와 같이, 필요에 따라, 수분은 성형 용기 아래로부터 강제로 흡입될 수 있다.
그러한 단계들을 수행함으로써, 제2 시트 원재료가 제1 시트 원재료에 직접 라미네이팅된 시트 원재료가 형성된다. 이러한 방법에서, 제1 원재료 슬러리 및 제2 원재료 슬러리 내에 포함된 결합제의 양을 변화시킴으로써, 제1 시트 원재료 및 제2 시트 원재료의 체적 밀도가 제어될 수 있다. 따라서, 이후에 전술한 압축 건조 단계를 거침으로써, 본 발명에 따른 시트 부재가 형성될 수 있다.
전술한 네 가지 유형의 제조 방법에서, 본 발명에 따른 시트 부재의 예는 그의 두께 방향을 따라 2가지 상이한 체적 밀도를 갖는다. 그러나, 본 발명은 전술한 구성으로 제한되지 않고, 시트 부재는 그의 두께 방향을 따라 3개 이상의 상이한 체적 밀도를 가질 수 있다는 것이 명백하다. 그러한 구성을 갖는 시트 부재는 접착 방법 1 및 접착 방법 2에서 상이한 체적 밀도를 갖는 3개 이상의 기부 시트를 함께 라미네이팅함으로써 또는 동시 제조 방법 2에서 제2 시트 원재료 상으로 제3 원재료 슬러리를 첨가함으로써 쉽게 제조될 수 있다.
<실시예>
본 발명의 효과가 다음의 실시예에서 설명된다.
본 발명의 효과를 검증하기 위해, 본 발명에 따른 시트 부재가 전술한 접착 방법 1에 의해 제조되었고, 실린더 둘레에 권취됨으로써 테스트되었다. 시트 부재는 다음의 절차에 의해 제조되었다.
(실시예 1)
알루미나 섬유의 조성비가 Al2O3:SiO2 = 72:28이 되도록, 실리카 졸이 알루미늄 함량이 70 g/L이고 원자비가 Al/Cl = 1.8인 염기성 염화알루미늄 수용액에 첨가되었다. 다음으로, 폴리비닐 알코올과 같은 유기 중합체가 알루미나 섬유의 이러한 전구체에 첨가되었다. 그 다음, 이러한 액체가 방사 용액을 준비하기 위해 농축되었다. 이러한 방사 용액은 송풍 공정에 의해 수행된 방사 작업에서 사용되었다. 이후에, 알루미나 섬유의 전구체들이 서로 접히고 라미네이팅되어, 알루미나 섬유의 원재료 시트가 제조되었다. 다음으로, 니들링 처리가 이러한 원재료 시트 상에서 수행되었다. 니들링 처리는 바늘이 80 바늘/100 cm2의 밀도로 배열된 바늘판을 원재료 시트의 주 표면들 중 하나의 측면 상에만 배치함으로써 원재료 시트의 일 측면으로부터 수행되었다. 바늘의 길이는 원재료 시트의 두께보다 더 길었고, 그러므로 바늘은 원재료 시트의 일 측면에 대해 바늘판을 압축시킴으로써 원재료 시트를 충분히 관통했다.
이후에, 결과적인 원재료 시트는 계속하여 1시간 동안 정상 온도로부터 최대 1,250℃의 온도에 걸친 온도로 소성되었다. 그 다음, 결과적인 시트 부재는 결합 제로 함침되었다. 결합제로서, 아크릴레이트 라텍스 에멀션이 사용되었고, 함침량은 총 중량에 대한 5 중량%였다.
따라서, 제1 기부 시트가 형성되었고, 이 때 바늘흔 밀도는 대략 4.0 바늘흔/cm2이었고, 체적 밀도는 0.09 g/cm3이었고, 기본 중량은 750 g/m2이었고, 두께는 8.30 mm였다. 또한, 알루미나 섬유의 평균 직경은 7.2 ㎛였고, 최소 직경은 3.2 ㎛였다. 후술하는 것을 포함한 모든 실시예 및 비교예에서, 기부 시트의 바늘흔 밀도는 전술한 방법에 의해 측정되었다.
상이한 바늘흔 밀도를 갖는 제2 기부 시트가 동일한 방법에 의해 제조되었다. 제2 기부 시트는 제1 기부 시트보다 더 높은 바늘흔 밀도를 갖도록 제조되었다. 구체적으로, 바늘이 80 바늘/100 cm2의 밀도로 배열된 바늘판이 기부 시트의 일 측면 상에 배치되었고, 니들링 처리가 수행되었다. 결과적인 제2 기부 시트에서, 바늘흔 밀도는 대략 5.7 바늘흔/cm2이었고, 체적 밀도는 0.10 g/cm3이었고, 기본 중량은 750 g/m2이었고, 두께는 7.48 mm였다. 또한, 알루미나 섬유의 평균 직경은 7.2 ㎛였고, 최소 직경은 3.2 ㎛였다.
다음으로, 제1 기부 시트 및 제2 기부 시트가 (바이어스도르프 아게(Beiersdorf AG)에 의해 제조된 100 ㎛의 두께를 갖는) 양면 접착 테이프에 의해 함께 접착되어, 1,500 g/m2의 총 기본 중량 및 15.83 mm의 두께를 갖는 시트 부재를 제조했다. 이러한 시트 부재가 실시예 1에 대응한다.
(실시예 2)
제1 및 제2 기부 시트는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조되었다. 실시예 2에서, 제1 기부 시트에 대한 니들링 처리에서 사용된 바늘판의 바늘 밀도는 80 바늘/100 cm2이었고, 완성된 제1 기부 시트 내의 바늘흔 밀도는 2.7 바늘흔/cm2이었다. 제1 기부 시트는 0.08 g/cm3의 체적 밀도, 750 g/m2의 기본 중량, 및 9.42 mm의 평균 직경을 가졌다. 또한, 알루미나 섬유의 평균 직경은 7.2 ㎛였고, 최소 직경은 3.2 ㎛였다. 제2 기부 시트의 규격은 실시예 1과 동일했다 (그러나, 두께는 7.47 mm였다). 제1 기부 시트 및 제2 기부 시트가 전술한 양면 접착 테이프에 의해 함께 접착되어, 1,500 g/m2의 총 기본 중량 및 16.94 mm의 두께를 갖는 시트 부재를 형성했다. 이러한 시트 부재가 실시예 2에 대응한다.
(실시예 3)
제1 기부 시트는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조되었다. 실시예 3에서, 제1 기부 시트에 대한 니들링 처리에서 사용된 바늘판의 바늘 밀도는 80 바늘/100 cm2이었고, 완성된 제1 기부 시트 내의 바늘흔 밀도는 2.3 바늘흔/cm2이었다. 제1 기부 시트는 0.08 g/cm3의 체적 밀도, 750 g/m2의 기본 중량, 및 9.41 mm의 두께를 가졌다. 또한, 알루미나 섬유의 평균 직경은 7.2 ㎛였고, 최소 직경은 3.2 ㎛였다. 제2 기부 시트는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조되었다. 실시예 3에서, 제2 기부 시트에 대한 니들링 처리에서 사용된 바늘판의 바늘 밀도는 80 바 늘/100 cm2이었고, 완성된 제2 기부 시트 내의 바늘흔 밀도는 7.7 바늘흔/cm2이었다. 제2 기부 시트는 0.11 g/cm3의 체적 밀도, 750 g/m2의 기본 중량, 및 6.80 mm의 두께를 가졌다. 또한, 알루미나 섬유의 평균 직경은 7.2 ㎛였고, 최소 직경은 3.2 ㎛였다.
제1 기부 시트 및 제2 기부 시트가 전술한 양면 접착 테이프에 의해 함께 접착되어, 1,500 g/m2의 총 기본 중량 및 16.26 mm의 두께를 갖는 시트 부재를 형성했다. 이러한 시트 부재가 실시예 3에 대응한다.
(실시예 4)
제1 기부 시트는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조되었다. 실시예 4에서, 제1 기부 시트에 대한 니들링 처리에서 사용된 바늘판의 바늘 밀도는 80 바늘/100 cm2이었고, 완성된 제1 기부 시트 내의 바늘흔 밀도는 6.7 바늘흔/cm2이었다. 제1 기부 시트는 0.10 g/cm3의 체적 밀도, 750 g/m2의 기본 중량, 및 7.46 mm의 두께를 가졌다. 또한, 알루미나 섬유의 평균 직경은 7.2 ㎛였고, 최소 직경은 3.2 ㎛였다. 제2 기부 시트는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조되었다. 실시예 4에서, 제2 기부 시트에 대한 니들링 처리에서 사용된 바늘판의 바늘 밀도는 80 바늘/100 cm2이었고, 완성된 제2 기부 시트 내의 바늘흔 밀도는 13.0 바늘흔/cm2이었다. 제2 기부 시트는 0.13 g/cm3의 체적 밀도, 750 g/m2의 기본 중량, 및 5.80 mm 의 두께를 가졌다. 또한, 알루미나 섬유의 평균 직경은 7.2 ㎛였고, 최소 직경은 3.2 ㎛였다.
제1 기부 시트 및 제2 기부 시트가 전술한 양면 접착 테이프에 의해 함께 접착되어, 1,500 g/m2의 총 기본 중량 및 13.31 mm의 두께를 갖는 시트 부재를 형성했다. 이러한 시트 부재가 실시예 4에 대응한다.
(실시예 5)
제1 기부 시트는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조되었다. 그러나, 실시예 5에서, 제1 기부 시트에 대한 니들링 처리에서 사용된 바늘판의 바늘 밀도는 25 바늘/100 cm2이어서, 완성된 제1 기부 시트 내의 바늘흔 밀도는 1.3 바늘흔/cm2이었다. 제1 기부 시트는 0.08 g/cm3의 체적 밀도, 750 g/m2의 기본 중량, 및 9.44 mm의 두께를 가졌다. 또한, 알루미나 섬유의 평균 직경은 7.2 ㎛였고, 최소 직경은 3.2 ㎛였다. 제2 기부 시트는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조되었다. 그러나, 실시예 5에서, 제2 기부 시트에 대한 니들링 처리에서 사용된 바늘판의 바늘 밀도는 25 바늘/100 cm2이어서, 완성된 제2 기부 시트 내의 바늘흔 밀도는 1.7 바늘흔/cm2이었다. 제2 기부 시트는 0.08 g/cm3의 체적 밀도, 750 g/m2의 기본 중량, 및 9.42 mm의 두께를 가졌다. 또한, 알루미나 섬유의 평균 직경은 7.2 ㎛였고, 최소 직경은 3.2 ㎛였다.
제1 기부 시트 및 제2 기부 시트가 전술한 양면 접착 테이프에 의해 함께 접 착되어, 1,500 g/m2의 총 기본 중량 및 18.91 mm의 두께를 갖는 시트 부재를 형성했다. 이러한 시트 부재가 실시예 5에 대응한다.
(비교예 1)
제1 기부 시트는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조되었다. 비교예 1에서, 제1 기부 시트에 대한 니들링 처리에서 사용된 바늘판의 바늘 밀도는 80 바늘/100 cm2이었고, 완성된 제1 기부 시트 내의 바늘흔 밀도는 5.0 바늘흔/cm2이었다. 제1 기부 시트는 0.10 g/cm3의 체적 밀도, 750 g/m2의 기본 중량, 및 7.54 mm의 두께를 가졌다. 또한, 알루미나 섬유의 평균 직경은 7.2 ㎛였고, 최소 직경은 3.2 ㎛였다. 제2 기부 시트는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조되었다. 제2 기부 시트는 0.10 g/cm3의 체적 밀도, 750 g/m2의 기본 중량, 및 7.52 mm의 두께를 가졌다. 또한, 알루미나 섬유의 평균 직경은 7.2 ㎛였고, 최소 직경은 3.2 ㎛였다.
제1 기부 시트 및 제2 기부 시트가 전술한 양면 접착 테이프에 의해 함께 접착되어, 1,500 g/m2의 총 기본 중량 및 15.11 mm의 두께를 갖는 시트 부재를 형성했다. 이러한 시트 부재가 비교예 1에 대응한다.
(비교예 2)
제1 기부 시트는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조되었다. 비교예 2에서, 제1 기부 시트에 대한 니들링 처리에서 사용된 바늘판의 바늘 밀도는 80 바늘 /100 cm2이었고, 완성된 제1 기부 시트 내의 바늘흔 밀도는 5.7 바늘흔/cm2이었다. 제1 기부 시트는 0.10 g/cm3의 체적 밀도, 750 g/m2의 기본 중량, 및 7.48 mm의 두께를 가졌다. 또한, 알루미나 섬유의 평균 직경은 7.2 ㎛였고, 최소 직경은 3.2 ㎛였다. 제2 기부 시트는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조되었다. 비교예 2에서, 제2 기부 시트에 대한 니들링 처리에서 사용된 바늘판의 바늘 밀도는 80 바늘/100 cm2이었고, 완성된 제2 기부 시트 내의 바늘흔 밀도는 2.7 바늘흔/cm2이었다. 제2 기부 시트는 0.08 g/cm3의 체적 밀도, 750 g/m2의 기본 중량, 및 9.41 mm의 두께를 가졌다. 또한, 알루미나 섬유의 평균 직경은 7.2 ㎛였고, 최소 직경은 3.2 ㎛였다.
제1 기부 시트 및 제2 기부 시트가 전술한 양면 접착 테이프에 의해 함께 접착되어, 1,500 g/m2의 총 기본 중량 및 16.94 mm의 두께를 갖는 시트 부재를 형성했다. 이러한 시트 부재가 비교예 2에 대응한다.
실시예 1 내지 5와 비교예 1 및 2 각각의 제1 및 제2 기부 시트의 바늘흔 밀도, 체적 밀도, 기본 중량, 및 두께는 모두 표1에 도시되어 있다. 표1은 제1 및 제2 기부 시트를 포함하는 각각의 시트 부재의 두께, 및 제2 기부 시트에 대한 제1 기부 시트의 바늘흔 밀도 비율을 또한 포함한다.
[표 1]
Figure 112008006343536-pat00001
다음으로, 전술한 방법에 의해 제조된 각각의 시트 부재가 실린더 둘레에 권취됨으로써 테스트되었다 (권취 테스트).
권취 테스트에서, 각각의 시트 부재는 도2에 도시된 형상(전체 크기: (정합 돌출부(50)를 포함한) X 방향으로 295 mm, Y 방향으로 90 mm; 정합 돌출부(50)의 크기: X 방향으로 30 mm, Y 방향으로 30 mm; 각각의 모서리로부터 Y 방향으로의 정합 돌출부(50)까지의 길이: 30 mm)으로 절결되었고, 이는 테스트 샘플로서 사용되었다. 각각의 테스트 샘플은 80 mm의 외경 (및 120 mm의 길이)를 갖는 실린더 둘레에 권취되었고, 양 단부가 서로 정합되어 테이프로 고정되었다. 캘리퍼를 사용하여, 시트 부재의 내측 주연부 상에 형성된 각각의 주름의 폭(D) 및 높이(H)가 거대 주름의 형성을 평가하기 위해, 후술하는 바와 같이 측정되었다. 먼저, 각각의 시트 부재 내에 형성된 5개의 가장 큰 주름이 측정 목표로서 선택되었고, 각각의 이들 주름의 폭 및 높이가 측정되었다. 다음으로, 폭 및 높이를 측정함으로써 얻어진 값들이 평균화되었고, 얻어진 평균이 각각 각각의 시트 부재의 폭 및 높이로 결정되었다. 주름의 계산된 폭(D)이 3 mm를 초과하고 그리고/또는 주름의 높이(H)가 2 mm를 초과하면, 거대 주름이 형성되었다고 결정되었다. 그렇지 않으면, 거대 주름이 형성되지 않았다고 결정되었다.
테스트 수행 시에, 실시예 1 내지 5와 비교예 1 및 2의 각각의 시트 부재의 테스트 샘플은 제1 기부 시트의 측면이 외측 주연 측면 상에 있도록 실린더 둘레에 권취되었다.
(테스트 결과)
각각의 시트 부재에 대해 얻어진 권취 테스트의 결과(주름의 크기 및 거대 주름의 결정 결과)가 표1에 도시되어 있다. 이러한 결과로부터, 제1 기부 시트의 바늘흔 밀도가 제2 기부 시트의 0.3배 내지 0.8배의 범위 내에 들었을 때, 즉 실시예 1 내지 5의 시트 부재의 경우에, 거대 주름이 권취 테스트에서 시트 부재의 내측 주연 측면 상에서 형성되지 않았다는 것이 발견되었다. 다른 한편으로, 제1 기부 시트의 바늘흔 밀도가 제2 기부 시트의 1.0배 내지 2.1배였을 때, 즉 비교예 1 및 2에 따른 시트 부재의 경우에, 거대 주름이 시트 부재의 내측 주연 측면 상에서 형성되었다.
비교예 1에 따른 시트 부재는 종래에 사용된 (즉, 제2 기부 시트에 대한 제1 기부 시트의 바늘흔 밀도 비율이 1인) 것과 같이, 두께 방향에 대해 균일한 바늘흔 밀도를 갖는 시트 부재에 대응한다. 또한, 비교예 2에 따른 시트 부재는 실시예 2와 반대되는 방식으로 실시예 2의 기부 시트들을 배열함으로써 형성되었다.
비교예 1 및 2의 결과로부터, 거대 주름을 완화시키는 효과는 시트 부재의 2 개의 주 표면 중에서, 더 낮은 체적 밀도를 갖는 주 표면이 외측 주연 측면 상에 있도록 배기 가스 처리 장치 둘레에 시트 부재를 권취함으로써 얻어질 수 있다는 것이 확인되었다.
실시예 5의 시트 부재에서, 거대 주름은 테스트 후에 형성되지 않았지만, 층들은 권취 테스트 시점에서 서로로부터 분리되었다. 이는 실시예 5에 따른 시트 부재에서, 제1 및 제2 기부 시트의 바늘흔 밀도가 작고 (각각 1.3 바늘흔/cm2 및 1.7 바늘흔/cm2), 따라서 강도가 실린더 둘레에 시트 부재를 권취하는 시점에서 불충분했기 때문이다. 따라서, 시트 부재가 배기 가스 처리 장치 내에서 실제로 사용된다고 가정하면, 시트 부재의 양쪽 주 표면의 바늘흔 밀도는 양호하게는 대략 2.0 바늘흔/cm2 이상이다.
본 발명에 따른 시트 부재는 차량 내의 배기 가스 처리 장치의 지지 밀봉 부재로서 또는 소음 장치 내의 음향 흡수 재료로서 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 무기 섬유와, 시트 부재의 두께 방향에 대해 직교하는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 시트 부재가 제공되고, 제1 표면은 제1 체적 밀도를 갖는 제1 시트 부분을 포함하고, 제2 표면은 제1 체적 밀도보다 더 높은 제2 체적 밀도를 갖는 제2 시트 부분을 포함한다.
본 발명에 따른 그러한 시트 부재를 배기 가스 처리 장치의 지지 밀봉 부재로서 사용함으로써, 시트 부재의 주연 길이의 차이에 의해 발생되는, 지지 밀봉 부재의 내측 주연 표면 상에 형성되는 거대 주름을 완화시키는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 시트 부재에서, 제1 시트 부분 및 제2 시트 부분은 두께 방향으로 서로 라미네이팅될 수 있다.
본 발명에 따른 시트 부재에서, 시트 부재는 바늘흔을 갖고, 제1 표면의 바늘흔의 밀도는 제2 표면보다 더 낮을 수 있다. 이러한 경우에, 제1 표면 및 제2 표면의 바늘흔의 밀도는 모두 양호하게는 2.0 바늘흔/cm2 내지 20.0 바늘흔/cm2의 범위 내에 들고, 제1 표면의 바늘흔의 밀도는 양호하게는 제2 표면의 0.3배 내지 0.8배의 범위 내에 든다.
본 발명에 따른 시트 부재는 초조법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 시트 부재는 두께 방향으로 서로 라미네이팅되는, 제1 체적 밀도를 갖는 제1 기부 시트 및 제2 체적 밀도를 갖는 제2 기부 시트와, 제1 기부 시트와 제2 기부 시트 사이의 경계에 제공된 접착 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 시트 부재는 결합제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 무기 섬유와, 시트 부재의 두께 방향에 대해 직교하는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 시트 부재를 제조하는 제조 방법이 제공되고, 제조 방법은 제1 체적 밀도를 갖는 제1 기부 시트를 준비하는 단계와, 제1 체적 밀도보다 더 높은 제2 체적 밀도를 갖는 제2 기부 시트를 준비하는 단계와, 제1 기부 시트를 제2 기부 시트에 접합시키는 단계를 포함한다.
제1 기부 시트를 제2 기부 시트에 접합시키는 단계는 접착제 또는 접착 테이프로 제1 기부 시트를 제2 기부 시트에 접합시키는 단계를 포함할 수 있다.
제1 기부 시트 또는 제2 기부 시트는 니들링 처리 방법에 의해 준비될 수 있다.
제1 기부 시트 또는 제2 기부 시트는 초조법에 의해 준비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 무기 섬유와, 시트 부재의 두께 방향에 대해 직교하는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 시트 부재를 니들링 처리 방법에 의해 제조하는 제조 방법이 제공되고, 제조 방법은 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는, 무기 섬유의 원재료 시트를 제공하는 단계와, 제1 표면의 바늘흔의 밀도가 제2 표면보다 더 낮도록, 원재료 시트의 제1 표면의 일 측면 및 제2 표면의 일 측면으로부터 원재료 시트 상에 니들링 처리를 수행하는 단계와, 제1 표면의 바늘흔의 밀도가 제2 표면보다 더 낮은 시트 부재를 형성하도록 원재료 시트를 소성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 무기 섬유와, 시트 부재의 두께 방향에 대해 직교하는 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 시트 부재를 제조하는 제조 방법이 제공되고, 제조 방법은 무기 섬유를 포함하는 제1 원재료 슬러리를 성형 용기 내로 주입하는 단계와, 제1 원재료 슬러리를 탈수하는 단계와, 제1 원재료 슬러리보다 더 높은 결합제 함량을 포함하는 제2 원재료 슬러리를 탈수된 제1 원재료 슬러리 상으로 주입하는 단계와, 제2 원재료 슬러리를 탈수하는 단계를 포함한다.
시트 부재를 제조하는 제조 방법은 결합제를 함침시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기 가스 처리체와, 배기 가스 처리체의 외 측 주연 표면의 적어도 일 부분 둘레에 권취된 지지 밀봉 부재를 포함하는 배기 가스 처리 장치가 제공되고, 지지 밀봉 부재는 전술한 시트 부재이고, 지지 밀봉 부재는 시트 부재의 제1 표면이 외부를 향하도록 배기 가스 처리체 둘레에 권취된다.
본 발명에 따르면, 더 낮은 체적 밀도 및 더 높은 연신률을 갖는 제1 시트 부분이 지지 밀봉 부재의 외측 주연 측면 상에 제공된다. 그러므로, 두꺼운 지지 밀봉 부재가 사용되더라도, 지지 밀봉 부재의 주연 길이의 차이에 의해 발생되는, 지지 밀봉 부재의 내측 주연 측면 상에 형성되는 거대 주름이 완화될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기 가스를 위한 입구 파이프 및 출구 파이프와, 입구 파이프와 출구 파이프 사이에 배치된 배기 가스 처리체를 포함하는 배기 가스 처리 장치가 제공되고, 단열체가 입구 파이프의 적어도 일 부분 상에 제공되고, 단열체는 전술한 시트 부재를 포함한다.
배기 가스 처리체는 촉매 담체 또는 배기 가스 필터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기 가스 처리체와, 배기 가스 처리체의 외측 주연 표면의 적어도 일 부분 둘레에 권취된 지지 밀봉 부재를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 제조하는 제조 방법이 제공되고, 제조 방법은 전술한 제조 방법에 의해 제조된 시트 부재를 지지 밀봉 부재로서 제공하는 단계와, 시트 부재의 제1 표면이 외부를 향하도록 배기 가스 처리체 둘레에 지지 밀봉 부재를 권취하는 단계를 포함한다.
배기 가스 처리체는 촉매 담체 또는 배기 가스 필터일 수 있다.
본 발명에 따른 배기 가스 처리 장치를 제조하는 제조 방법은 둘레에 권취된 지지 밀봉 부재를 갖는 배기 가스 처리체를 압입 방법에 의해 케이싱 내로 위치시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 따르면, 내측 파이프와, 내측 파이프의 외측 주연부를 덮는 외측 덮개와, 내측 파이프와 외측 덮개 사이에 배치된 음향 흡수 재료를 포함하는 소음 장치가 제공되고, 음향 흡수 재료는 전술한 시트 부재이고, 시트 부재는 제1 표면이 외부를 향하도록 내측 파이프와 외측 덮개 사이에 배치된다.
그러한 소음 장치에서, 더 낮은 체적 밀도 및 더 높은 연신률을 갖는 제1 시트 부분이 음향 흡수 재료의 외측 주연 측면 상에 제공된다. 그러므로, 두꺼운 음향 흡수 재료가 사용되더라도, 음향 흡수 재료의 주연 길이의 차이에 의해 발생되는, 음향 흡수 재료의 내측 주연 측면 상에 형성되는 거대 주름이 완화될 것이다.
도1은 종래의 시트 부재가 둘레에 권취된 배기 가스 처리체의 종방향에 대해 직교하는 평면의 개략적인 단면도.
도2는 본 발명에 따른 시트 부재의 형상의 일례.
도3은 배기 가스 처리체와 함께 케이싱 내로 위치된, 본 발명에 따른 시트 부재를 도시하는 개념도.
도4는 본 발명에 따른 시트 부재가 둘레에 권취된 배기 가스 처리체의 종방향에 대해 직교하는 평면의 개략적인 단면도.
도5는 압입 방법에 의해 케이싱 내로 위치된 덮인 배기 가스 처리체를 개략적으로 도시하는 도면.
도6은 클램쉘 방법에 의해 케이싱 내로 위치된 덮인 배기 가스 처리체를 개략적으로 도시하는 도면.
도7은 권취-조임 방법에 의해 케이싱 내로 위치된 덮인 배기 가스 처리체를 개략적으로 도시하는 도면.
도8은 치수 맞춤 방법에 의해 케이싱 내로 위치된 덮인 배기 가스 처리체를 개략적으로 도시하는 도면.
도9는 본 발명에 따른 배기 가스 처리 장치의 구성의 일례를 도시하는 도면.
도10은 본 발명에 따른 소음 장치의 구성의 일례를 개략적으로 도시하는 도면.
도11은 본 발명에 따른 시트 부재를 제조하기 위한 접착 방법의 흐름도.
도12는 본 발명에 따른 시트 부재를 제조하기 위한 동시 제조 방법의 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30 : 시트 부재
82 : 제1 표면
84 : 제2 표면
420 : 제1 시트 부분
430 : 제2 시트 부분

Claims (19)

  1. 시트 부재이며,
    무기 섬유를 함유하고, 시트 부재의 두께 방향에 대해 직교하는 제1 표면 및 제2 표면을 갖고,
    상기 제1 표면은 제1 체적 밀도를 갖는 제1 시트 부분을 포함하고,
    상기 제2 표면은 제1 체적 밀도보다 더 높은 제2 체적 밀도를 갖는 제2 시트 부분을 포함하며,
    상기 시트 부재는 바늘흔을 갖고,
    상기 제1 표면의 바늘흔의 밀도는 제2 표면보다 더 낮은 시트 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 시트 부분 및 제2 시트 부분은 두께 방향으로 서로 적층된 시트 부재.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 표면 및 제2 표면의 바늘흔의 밀도는 모두 2.0 바늘흔/cm2 내지 20.0 바늘흔/cm2의 범위 내에 있고,
    상기 제1 표면의 바늘흔의 밀도는 제2 표면의 0.3배 내지 0.8배의 범위 내에 있는 시트 부재.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 시트 부분과 제2 시트 부분 사이의 경계에 제공된 접착층을 더 포함하는 시트 부재.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    결합제를 더 포함하는 시트 부재.
  7. 무기 섬유를 함유하고, 시트 부재의 두께 방향에 대해 직교하는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 시트 부재를 제조하는 제조 방법이며,
    제1 표면을 구비하고, 제1 체적 밀도를 갖는 제1 기부 시트를 준비하는 단계와,
    제2 표면을 구비하고, 상기 제1 체적 밀도보다 더 높은 제2 체적 밀도를 갖는 제2 기부 시트를 준비하는 단계와,
    상기 제1 기부 시트를 제2 기부 시트에 접합시키는 단계를 포함하고,
    상기 제1 기부 시트 및 제2 기부 시트를 준비하는 단계에서 각각 제1 표면의 바늘흔의 밀도가 제2 표면보다 더 낮도록 제2 기부 시트의 제1 표면 및 제2 기부 시트의 제2 표면에 니들링 처리를 수행하는 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 기부 시트를 제2 기부 시트에 접합시키는 단계는 접착제 또는 접착 테이프로 제1 기부 시트를 제2 기부 시트에 접합시키는 단계를 포함하는 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 무기 섬유를 함유하고, 시트 부재의 두께 방향에 대해 직교하는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 시트 부재를 니들링 처리 방법에 의해 제조하는 제조 방법이며,
    제1 표면 및 제2 표면을 포함하는, 무기 섬유의 원재료 시트를 제공하는 단계와,
    상기 제1 표면의 바늘흔의 밀도가 상기 제2 표면보다 더 낮도록, 원재료 시트의 제1 표면의 일 측면 및 제2 표면의 일 측면으로부터 원재료 시트 상에 니들링 처리를 수행하는 단계와,
    상기 제1 표면의 바늘흔의 밀도가 제2 표면보다 더 낮은 시트 부재를 형성하도록 원재료 시트를 소성하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 제7항, 제8항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    결합제를 함침시키는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
  14. 배기 가스 처리 장치이며,
    배기 가스 처리체와,
    상기 배기 가스 처리체의 외측 주연 표면의 적어도 일 부분 둘레에 권취된 지지 밀봉 부재를 포함하고,
    상기 지지 밀봉 부재는 제1항 또는 제2항에 따른 시트 부재를 포함하고,
    상기 지지 밀봉 부재는 시트 부재의 제1 표면이 외부를 향하도록 배기 가스 처리체 둘레에 권취되는 배기 가스 처리 장치.
  15. 배기 가스 처리 장치이며,
    배기 가스를 위한 입구 파이프 및 출구 파이프와,
    상기 입구 파이프와 출구 파이프 사이에 배치된 배기 가스 처리체를 포함하고,
    단열체가 상기 입구 파이프의 적어도 일 부분 상에 제공되고,
    상기 단열체는 제1항 또는 제2항에 따른 시트 부재를 포함하는 배기 가스 처리 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 배기 가스 처리체는 촉매 담체 또는 배기 가스 필터를 포함하는 배기 가스 처리 장치.
  17. 배기 가스 처리체와, 배기 가스 처리체의 외측 주연 표면의 적어도 일 부분 둘레에 권취된 지지 밀봉 부재를 포함하는 배기 가스 처리 장치를 제조하는 제조 방법이며,
    제7항, 제8항 또는 제11항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 의해 제조된 시트 부재를 상기 지지 밀봉 부재로서 제공하는 단계와,
    상기 시트 부재의 제1 표면이 외부를 향하도록 배기 가스 처리체 둘레에 상기 지지 밀봉 부재를 권취하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 배기 가스 처리체는 촉매 담체 또는 배기 가스 필터를 포함하는 제조 방법.
  19. 소음 장치이며,
    내측 파이프와,
    상기 내측 파이프의 외측 주연부를 덮는 외측 덮개와,
    상기 내측 파이프와 외측 덮개 사이에 배치된 음향 흡수 재료를 포함하고,
    상기 음향 흡수 재료는 제1항 또는 제2항에 따른 시트 부재를 포함하고,
    상기 시트 부재는 제1 표면이 외부를 향하도록 상기 내측 파이프와 외측 덮개 사이에 배치되는 소음 장치.
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