KR20070098652A - 시트재와 배기가스 처리 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

필요 강도 및 반발력을 갖춘 시트재 및 이러한 시트재를 구비한 배기가스 처리 장치를 제공한다.

본 발명에서는, 무기 섬유를 포함하고, 니들링 처리에 의해 시트재의 표면 또는 이면 중 한 면에 형성된 복수의 교락점을 갖는 시트재를 제공한다. 유지 시일재로 사용되는 시트재의 교락점 밀도 (ρ) 는 0.5 개/㎠ ≤ ρ < 20 개/㎠ 이다.

배기가스 처리 장치, 교락점

Description

시트재와 배기가스 처리 장치 및 그 제조 방법{SHEET MEMBER AND EXHAUST GAS PROCESSING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

도 1 은 본 발명의 시트재의 구조의 일례를 나타내는 도면이다.

도 2 는 본 발명의 시트재가 유지 시일재로서 사용되는 배기가스 처리 장치의 구성도이며, 배기가스 처리 장치가 구성되어 있다.

도 3 은 압입 방법에 의해 피복 처리된 배기가스 처리체를 케이싱 안으로 장착시키는 방법을 나타내는 도면이다.

도 4 는 클램쉘 방법에 의해 피복 처리된 배기가스 처리체를 케이싱 안으로 장착시키는 방법을 나타내는 도면이다.

도 5 는 권취 및 폐쇄 방법에 의해 피복 처리된 배기가스 처리체를 케이싱 안으로 장착시키는 방법을 나타내는 도면이다.

도 6 은 사이징 방법에 의해 피복 처리된 배기가스 처리체를 케이싱 안으로 장착시키는 방법을 나타내는 도면이다.

도 7 은 교락점 (inter-woven point) 이 다른 패턴으로 형성된 본 발명의 시트재를 나타내는 도면이다.

도 8 은 교락점이 또 다른 패턴으로 형성된 본 발명의 시트재를 나타내는 도면이다.

도 9 는 교락점이 또 다른 패턴으로 형성된 본 발명의 시트재를 나타내는 도면이다.

도 10 은 수직 배치 패턴의 교락점을 형성하는 시트재로부터 교락점의 밀도를 측정하기 위해 샘플을 얻는 방법을 나타내는 도면이다.

도 11 은 압입 방법에 의한 본 발명의 일 양태의 배기가스 처리 장치의 제조 방법의 흐름도이다.

도 12 는 비압입 방법에 의한 본 발명의 일 양태의 배기가스 처리 장치의 제조 방법의 흐름도이다.

도 13 은 본 발명의 배기가스 처리장치의 일 구성예를 나타내는 도면이다.

도 14 는 면압을 측정하는 시험 장치의 개략도이다.

도 15 는 시트재의 교락점 밀도와 면압 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 16 은 교락점 밀도와 1 사이클 후에 복원된 면압 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 17 은 교락점 밀도와 1000 사이클 후에 복원된 면압 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 18 은 각 교락점 밀도의 시트재에 대하여 얻어지는 압축 속도와 압축면압 사이의 관계를 나타내는 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2 도입관 4 배기관

10 배기가스 처리 장치 12 케이싱

15 유지 시일재 20 배기가스 처리체

24 시트재 30 교락점

50 끼워맞춤 볼록부 60 끼워맞춤 오목부

110 면압 측정 장치 120 시료 유지 받침대

130 문형지주 140 크로스헤드

150 상부 원반 플레이트 160 변위계

170 하부 원반 플레이트 180 시트재 샘플

210 피복처리된 배기가스 처리체 221, 222, 223, 224 케이싱

본 발명은 일반적으로 무기 섬유를 포함한 시트재 및 그러한 시트재를 유지 시일재 (holding sealer) 로서 사용하는 배기가스 처리 장치에 관한 것이다.

차량 대수는 금세기의 시작 이래로 비약적으로 증가하고 있으며, 자동차의 엔진으로부터 배출되는 배기가스량도 급격하게 증가하고 있다. 특히, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 각종 물질은 환경 오염을 유발하기 때문에, 현재 이 물질들이 지구촌 환경에 심각한 영향을 주고 있다.

이러한 환경 하에서, 각종 배기가스 처리 장치가 제안되어왔으며, 또한 실용화되어 왔다. 전형적인 배기가스 처리 장치는, 엔진의 배기가스 매니폴드에 연결된 배기관 상에 케이싱 (금속 쉘) 을 구비하며, 그 케이싱에는 다수의 미세한 구 멍을 갖는 배기가스 처리체가 배치되어 있다. 배기가스 처리체의 일례로는, 촉매 담지체 및 디젤 미립자 필터 (DPF) 가 있다. 예를 들면, DPF의 경우, 배기가스가 상기 구조에 기초한 배기가스 처리체를 통과하는 동안, 그 구멍 주위의 벽에 미립자가 포획되어, 배기가스로부터 미립자가 제거될 수 있다. 배기가스 처리체의 구성 재료는 금속, 합금, 세라믹 등이다. 세라믹으로 이루어지는 배기가스 처리체의 대표적인 예로는, 코디어라이트 (cordierite) 로 제조된 허니콤 필터가 알려져 있다. 최근에는, 내열성, 기계적 강도, 화학적 안정성 등의 관점에서, 다공질 실룬덤 (silundum) 소결체가 배기가스 처리체로서 이용되고 있다.

통상적으로, 유지 시일재는 상기 배기가스 처리체와 금속 쉘 사이에 배치된다. 유지 시일재는 차량이 주행하는 동안 배기가스 처리체와 금속 쉘의 접촉으로 인한 파손을 방지하고, 금속 쉘과 배기가스 처리체 사이의 간극으로부터 배기가스가 누출되는 것을 방지하기 위해서 사용된다. 또한, 유지 시일재는 배기가스의 배압에 의해 배기가스 처리체가 탈락하는 것을 방지하는 중요한 역할을 한다. 더욱이, 배기가스 처리체는 반응의 안정화를 위하여 고온을 유지할 필요가 있기 때문에, 유지 시일재는 단열성능도 요구된다. 이러한 요건을 충족하는 구성 부재로서, 알루미나계 섬유 등의 무기 섬유로 이루어지는 시트재가 있다.

이 시트재는 배기가스 처리체의 개구면을 제외한 외면의 적어도 일부에 권취된다. 그리고, 테이핑에 의해 배기가스 처리체와 일체로 고정된 후, 그 몸체를 금속 쉘 안으로 압입시킴으로써 하나의 일체화된 몸체가 배기가스 처리 장치 내에 조립된다.

일반적으로, 상기 시트재는 니들링 (needling) 처리에 의해 제작된다. 니들링 처리란, 시트재에 바늘을 꽂고 (삽입) 시트재에서 바늘을 빼내서, 시트재를 얇게 만드는 처리이다. 이 처리에 의해, 교락점 (inter-woven point, 바늘이 꽂히고 빠진 지점) 에서는, 시트재의 두께 방향으로 섬유가 직조 (woven) 되어, 시트재의 두께가 얇아지게 된다. 따라서, 시트재의 부피가 확장이 억제되어 취급이 용이한 시트재를 얻는 것이 가능해진다.

그러나, 유지 시일재가 케이싱 안으로 압입되는 경우, 유지 시일재와 케이싱 내벽 사이의 마찰에 의해 유지 시일재가 큰 전단력을 받기 때문에, 케이싱 내에 압입된 유지 시일재 상에는 위치 간극 및 공간 간극, 또는 균열 및/또는 박리가 생길 가능성이 있다. 이러한 위치 간극 및 공간 간극이 생기게 되면, 유지 시일재의 시일링 성능이 상실되어, 유지 시일재가 기능을 발휘할 수 없게 될 것이다. 따라서, 전술한 이러한 문제를 해결하고자, 시트재의 교락점의 분포 패턴을 제어함으로써 유지 시일재의 케이싱 안으로의 압입을 용이하게 하는 방법이 제안되고 있다 (특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : JP-A 2001-65337호

일반적으로, 시트재의 단위 면적에 포함되는 교락점의 수가 증가하면, 시트재의 조밀성이 높아지게 된다. 따라서, 시트재의 강도는 향상되지만, 시트재의 유연성이 상실되어, 시트재의 반발력이 저하된다. 반면에, 시트재의 단위면적에 포함되는 교락점의 수가 감소하면, 시트재의 유연성이 증가하기 때문에, 시트재 의 반발력은 증가하지만, 시트재의 조밀성이 감소하여, 강도가 저하된다. 따라서, 시트재가 배기가스 처리 장치의 유지 시일재로서 사용되는 경우에는, 상기 양 특성을 충족하도록, 교락점의 수 및 교락점의 패턴을 정할 필요가 있으나, 시트재의 강도 및 반발력은 양립이 불가능하다. 그러나, 상기 특허 문헌에서는, 시트재를 케이싱 내에 쉽게 압입하기 위한 교락점의 배치만을 고려하였다. 따라서, 이러한 검토만으로는, 전술한 양 특성이 최적화된 시트재를 얻을 수 없다.

또한, 배기가스 처리체와 유지 시일재의 일체화된 물건을 케이싱 안에 장착하는 방법은, 상기 압입 방법으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 사이징 (sizing) 방법과 같은 다른 방법이 또한 존재한다. 사이징 방법은, 상기 기술한 일체화된 물건의 외경보다 큰 내경을 갖는 케이싱 안에 일체화된 물건을 저항 없이 또는 작은 저항하에서 삽입하는 방법이다. 케이싱의 외측으로부터 케이싱을 압축하여, 케이싱의 내경을 감소시킨 후에, 일체화된 물건과 케이싱 내벽 사이의 간극이 채워진다. 사이징 방법의 경우, 일체화된 물건을 장착시키는 동안에 압입 방법에서와 같은 전단력이 발생하지 않기 때문에, 시트재의 특성으로서 강도에 비하여 반발력의 중요성이 상대적으로 높아진다. 이와 같이, 시트재의 양 특성 (강도와 반발력) 의 적절한 범위는 일체화된 물건의 장착 방법에 따라 달라진다.

따라서, 본 발명의 일반적인 목적은 장착 방법에 따라 시트재의 강도와 반발력의 양 특성을 적절히 갖는 시트재를 제공하는 것과, 이러한 시트재를 갖는 배기가스 처리 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태에 따르면, 무기 섬유를 포함하는, 표면 또는 이면의 적어도 한 면에 니들링 처리에 의해 형성된 복수의 교락점을 포함하는 시트재로서, 교락점의 밀도 (ρ) 는 0.5 개/㎠ ≤ρ< 20 개/㎠ 인 것을 특징으로 하는 시트재가 제공된다.

부가적으로, 본 발명의 일 양태에 따른 시트재에 있어서, 교락점은 그 시트재의 표면 또는 이면의 적어도 한 면의 전 영역에 걸쳐서 또는 그 전 영역에 분산되어 열 (row) 패턴으로 형성될 수도 있다. 또한, "전 영역에 분산된" 이란, 교락점이 전 영역에 균일하게 또는 불균일하게 특정한 주기 패턴을 형성하지 않으면서 임의로 배치되어 있는 것을 의미한다 (예를 들어, 이하에 설명하는 "균일 분산 패턴" 이 해당됨).

이러한 교락점 밀도 (ρ) 를 갖는 시트재는 필요한 강도와 높은 반발력의 양 특성이 있게 된다. 예를 들어, 시트재가 배기가스 처리 장치의 유지 시일재로서 사용되는 경우, 시트재를 권취할 때의 균열 및/또는 박리의 발생이 억제되어, 배기가스 처리체가 양호한 유지 능력을 갖도록 하는 것이 가능해진다.

여기에서, "시트재의 반발력" 이란 시트재에 압력이 가해졌을 때에 이를 상쇄하는 방향으로 발생하는 힘을 말한다. 전술한 바와 같이, 배기가스 처리 장치에 있어서 유지 시일재는 케이싱의 내벽과 배기가스 처리체의 사이에 제공된다. 유지 시일재는 양측으로부터 압력을 받기 때문에, 시트재를 유지 시일재로서 사용했을 경우에, 배기가스 처리체에 대한 유지 능력은 반발력이 증가함에 따라 높아진다.

부가적으로, 본 발명의 일 양태에 따른 시트재에 있어서, 시트재는 결합재를 함유 할 수도 있다. 결합재를 함유시킴으로써 섬유 사이의 접착성이 향상되어, 시트재의 취급시에 섬유가 비산하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

부가적으로, 본 발명의 일 양태에 따른 시트재의 무기 섬유는 알루미나 및 실리카의 혼합물일 수도 있다.

전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 배기가스 처리체, 그 배기가스 처리체 외면의 적어도 일부와 함께 사용되는 유지 시일재, 및 그 유지 시일재가 권취된 배기가스 처리체를 수용하는 케이싱을 포함하는 배기가스 처리 장치로서, 상기 유지 시일재는 무기 섬유를 포함하며, 표면 또는 이면의 적어도 일 면에 니들링 처리에 의해 형성된 복수의 교락점을 갖는 시트재로 구성되어, 교락점의 밀도 (ρ) 는 0.5 개/㎠ ≤ ρ < 20 개/㎠ 인 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치가 제공된다. 이러한 배기가스 처리 장치의 경우, 유지 시일재의 권취시에 필요한 강도를 확보하면서, 배기가스 처리체에 대한 유지 능력이 향상될 수 있다.

부가적으로, 본 발명의 일 양태에 따른 배기가스 처리 장치에 있어서, 교락점은 그 시트재의 표면 또는 이면의 적어도 한 면의 전 영역에 걸쳐서 또는 그 전 영역에 분산되어 열 패턴으로 형성될 수도 있다.

부가적으로, 본 발명의 일 양태에 따른 배기가스 처리 장치에 있어서, 배기가스 처리체는 촉매 담지체 또는 배기가스 필터가 될 수도 있다. 이 경우, 가스 시일 능력 및 촉매 담지체와 배기가스 필터에 대한 유지 능력이 우수한 배기가 스 처리 장치가 제공될 수 있다.

부가적으로, 본 발명의 일 양태에 따른 배기가스 처리 장치에서는, 유지 시일재가 권취된 배기가스 처리체를 클램쉘 (clamshell) 방법, 권취 및 폐쇄 (winding and closing) 방법, 및 사이징 (sizing) 방법에 의해 케이싱 안으로 장착할 수도 있다.

부가적으로, 본 발명의 일 양태에 따른 배기가스 처리 장치에 있어서, 교락점의 밀도 (ρ) 는 5 개/㎠ ≤ ρ < 2O 개/㎠ 이며, 그 유지 시일재가 권취된 배기가스 처리체는 압입 방법에 의해 케이싱 안으로 장착될 수도 있다.

전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 배기가스 처리체, 유지 시일재 및 그 배기가스 처리체와 유지 시일재를 내부에 수용하는 케이싱을 포함하는 배기가스 처리 장치의 제조 방법으로서, 이 제조 방법은 유지 시일재를 제공하는 단계, 배기가스 처리체의 외면의 적어도 일부에 그 유지 시일재를 권취하는 단계, 및 유지 시일재가 권취된 배기가스 처리체를 클램쉘 방법, 권취 및 폐쇄 방법, 및 사이징 방법에 의해 케이싱 안으로 장착하는 단계를 포함하며, 유지 시일재는 무기 섬유를 포함하며, 표면 또는 이면의 적어도 한 면에 니들링 처리에 의해 형성된 복수의 교락점을 갖는 시트재로 구성되어, 교락점의 밀도 (ρ) 는 0.5 개/㎠ ≤ ρ < 20 개/㎠ 인 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치의 제조 방법을 제공한다.

부가적으로, 본 발명의 일 양태에 따른 배기가스 처리 장치의 제조 방법에 있어서, 교락점의 밀도 (ρ) 는 0.5 개/㎠ ≤ ρ < 15 개/㎠ 인 것이 바람직하다.

전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 배기가스 처리체, 유지 시일재 및 그 배기가스 처리체와 유지 시일재를 내부에 수용하는 케이싱을 포함하는 배기가스 처리 장치의 제조 방법으로서, 이 제조 방법은 유지 시일재를 제공하는 단계, 배기가스 처리체의 외면의 적어도 일부에 그 유지 시일재를 권취하는 단계, 및 유지 시일재가 권취된 배기가스 처리체를 압입 방법에 의해 케이싱 안으로 수용하는 단계를 포함하며, 유지 시일재는 무기 섬유를 포함하며, 표면 또는 이면의 적어도 한 면에 니들링 처리에 의해 형성된 복수의 교락점을 갖는 시트재로 구성되어, 교락점의 밀도 (ρ) 는 5 개/㎠ ≤ ρ < 20 개/㎠ 인 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치의 제조 방법을 제공한다.

부가적으로, 본 발명의 일 양태에 따른 제조 방법에 있어서, 교락점의 밀도 (ρ) 는 5 개/㎠ ≤ ρ < 15 개/㎠ 인 것이 바람직하다.

부가적으로, 본 발명의 일 양태에 따른 배기가스 처리 장치의 제조 방법에 있어서, 교락점은 그 시트재의 표면 또는 이면의 적어도 한 면의 전 영역에 걸쳐서 또는 그 전 영역에 분산되어 열 패턴으로 형성될 수도 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 각 장착 방법에 따라 적합한 시트재의 강도와 반발력의 양 특성을 갖는 시트재를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 각 시트재에 적절한 장착 방법을 이용하여 배기가스 처리 장치를 제작함으로써, 사용시에 배기가스 처리체의 위치 간극 또는 탈락이 없으면서도, 양호한 시일 성능을 갖는 배기가스 처리 장치를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 일 양태를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 에는, 본 발명의 시트재 (24) 의 일례가 도시되어 있다. 하지만, 본 발명의 시트재는 도 1 에 도시된 형상에 제한되지 않는다. 또한, 도 2 에는 도 1 의 형상을 가지는 본 발명의 시트재 (24) 가 배기가스 처리체 (20) 의 유지 시일재 (15) 로서 사용되는 배기가스 처리 장치 (10) 의 제작을 위한 조립의 일례가 나타나 있다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시트재 (24) 는 권취 방향 (X방향) 에 수직인 양 모서리 (70, 71) 에 1쌍의 끼워맞춤 볼록부 (50) 와 끼워맞춤 오목부 (60) 를 갖는다. 이 시트재 (24) 는 유지 시일재 (15) 로서 사용된다. 시트 부재 (24) 가 촉매 담지체 (촉매 컨버터) 와 같은 배기가스 처리체 (20) 에 권취되어 있을 때에는, 도 2 에 도시된 바와 같이 끼워맞춤 볼록부 (50) 와 끼워맞춤 오목부 (60) 가 함께 끼워맞춤되어, 유지 시일재 (15) 가 배기가스 처리체 (20) 에 고정된다. 그 후, 유지 시일재 (15) 가 권취된 배기가스 처리체 (20)(이하, 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 로 칭함) 는, 예컨대 도 2 와 같이, 압입 방법을 사용하여 금속으로 구성된 원통형 케이싱 (12) 안으로 압입되어 장착된다. (이하, 이 방법을 자세하게 설명한다.)

피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 를 케이싱 (12) 안으로 장착하는 방법은 압입 방법으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 클램쉘 방법, 권취 및 폐쇄 방법, 및 사이징 방법 (이하, 이들을 비압입 방법이라 칭함) 을 사용하여 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 를 케이싱 (12) 안으로 장착하여 배기가스 처리 장치를 제작 하는 것이 가능하다.

이하, 도면을 이용하여 각각의 장착 방법을 상세하게 설명한다. 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6은 각각 압입 방법, 클램쉘 방법, 권취 및 폐쇄 방법 및 사이징 방법에 의해, 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 를 케이싱 안으로 장착하는 방법을 나타낸다.

전술한 바와 같이, 압입 방법은 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 를 케이싱 (221) 의 개구면의 일 방향으로 밀어넣는 것으로, 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 를 소정의 위치에 장착시켜, 배기가스 처리 장치 (10) 를 조립하는 방법이다. 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 를 케이싱 (221) 안으로 쉽게 삽입하기 위하여, 도 3 에 도시된 바와 같이, 구멍의 직경이 일방으로부터 타방을 향해 작아지도록 구멍의 내경이 형성되어, 구멍의 최소 내경이 케이싱 (221) 의 내경과 거의 동일한 치수를 갖도록 조정된 압입부 (230) 가 사용되는 경우도 있다. 이 경우, 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 는 압입부 (230) 의 구멍 내경이 더 큰 측으로부터 삽입되어 최소 내경의 구멍 측으로 케이싱 (221) 내에 장착된다.

또한, 클램쉘 방법의 경우, 도 4 에 도시된 바와 같이, 케이싱 부재가 서로 마주보게 되며, 케이싱 부재 (222A, 222B) 가 사용된다 (도 4 의 예에서, 케이싱은 2개의 부재로 분해되어 한 쌍의 케이싱을 완성함). 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 가 케이싱 부재 중 하나에 설치된 후, 나머지 케이싱 부재가 함께 조합되는데, 예를 들어 플랜지부 220 (220A, 222B) 를 사용하여 이들 부재를 용접함으로써 케이싱 (222) 이 구성된다. 이로써, 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 가 소정의 위치에 장착된 가스 처리 장치 (10) 를 얻을 수 있다.

또한, 권취 및 폐쇄 방법의 경우, 도 5 에 도시된 바와 같이, 케이싱 부재가 되는 금속판 (223) 을 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 의 주위에 권취한 후, 이 금속판 (223) 을 와이어 로프를 이용하여 단단히 조여 금속판 (223) 이 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 의 주위에 소정의 면압으로 직접 접촉하도록 장착하는 방법이다. 최종적으로, 금속판 (223) 의 일방 단부를 다른 단부 또는 금속판 (223) 의 저면과 용접함으로써, 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 가 케이싱 (223) 내부에 장착된 배기가스 처리 장치 (10) 를 얻을 수 있다.

또한, 사이징 방법의 경우, 도 6 에 도시된 바와 같이, 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 의 외경보다 큰 내경의 금속 케이싱 (224) 안으로 그 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 를 저항 없이 또는 작은 저항을 수반하며 삽입한 후, 금속 케이싱 (224) 은 가압 장치 등 (JIS-z2500-4002) 으로 그 금속 케이싱 (224) 의 외면으로부터 압축된다. 사이징 처리에 의하여, 금속 케이싱 (224) 의 내경이 원하는 치수로 정확하게 조정되어, 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 가 원하는 위치에 설치될 수 있다. 사이징 방법의 경우, 처리하는 동안 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 에 큰 압축 응력이 순간적으로 가해진다.

이들 장착 방법에 사용되는 케이싱의 재질의 일례로, 예컨대 스테인리스강 등의 내열합금이 있다.

다음으로, 재차 도 1 을 참조하여, 본 발명의 특징을 설명한다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 시트재 (24) 는 니들링 처리에 의해 제작된다. 다수 의 교락점 (30) 은 니들링 처리에 의해 시트재 (24) 의 표면에 형성된다. 또한, 이 교락점 (30) 의 밀도 (ρ) 는 0.5 개/㎠ ≤ ρ < 20 개/㎠ 이다.

일반적으로, 시트재 (24) 의 강도와 반발력은 상반되는 관계에 있다. 예를 들어, 시트재 (24) 의 강도는 시트재 (24) 의 압축도를 높이는 (예를 들어, 니들링 처리에 의한 교락점 (30) 의 밀도를 크게 한다) 것에 의해 향상된다. 하지만, 압축도가 현저하게 높아진 시트재 (24) 의 경우, 조밀성이 너무 높아져, 유연성이 극단적으로 낮아지기 때문에, 반발력이 저하된다. 반대로, 시트재 (24) 의 압축도가 너무 낮아지는 경우 (예를 들어, 니들링 처리에 의한 교락점 (30) 의 밀도를 작게 한다), 유연성이 높아져 시트재 (24) 의 반발력이 커진다. 하지만, 그 강도가 저하되어, 작은 응력을 받은 것만으로도, 균열이 생기고 박리되기 쉽다. 예를 들어, 시트재 (24) 가 배기가스 처리체 (20) 에 장착되는 경우, 시트재 (24) 는 배기가스 처리체 (20) 에 권취되어, 그 시트재 (24) 의 양단부 (70, 71) 에 장력이 생기게 된다. 이 때문에, 시트재 (24) 의 강도가 낮으면, 시트재 (24) 가 배기가스 처리체 (20) 에 장착될 경우에, 시트재 (24) 에 균열이 생기고 박리가 일어날 가능성이 있다.

따라서, 시트재 (24) 가 배기가스 처리 장치의 유지 시일재 (15) 로서 사용되는 경우에는, 시트재 (24) 의 강도 및 반발력의 양 특성을 최적화시킬 필요가 있다.

그러나, 전술한 바와 같이, 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 를 케이싱 안으로 장착하는 방법은 여러 가지가 존재한다. 이들 중, 압입 방법과 비압입 방법 사이에서 시트재 (24) 에 요구되는 양 특성 (강도 및 반발력) 의 최적 범위가 상이할 것으로 예상되는데, 특히, 비압입 방법에서 요구되는 강도는 압입 방법의 요구 강도에 비해 작아질 것으로 예상된다. 압입 방법의 경우, 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 가 케이싱 안으로 압입될 때에, 케이싱 내면과 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 의 마찰로 인한 큰 전단력이 시트재 (24) 에 발생한다. 반면에, 비압입 방법의 경우, 그러한 전단력이 발생하지 않는다.

따라서, 본원 발명자는 시트재의 교락점 밀도 (ρ), 강도 및 반발력 사이의 관계를 연구하였다. 그 결과, 본원 발명자는 압입 방법과 비압입 방법에 사용되는 시트재에는, 교락점 밀도 (ρ) 의 고유한 최적 범위가 각각 존재한다는 점을 알아냈다.

결과적으로, 비압입 방법으로 장착되는 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 에 사용되는 시트재의 교락점 밀도 (ρ) 의 범위는, 바람직하게는 0.5 개/㎠ ≤ ρ < 20 개/㎠, 더욱 바람직하게는 0.5 개/㎠ ≤ ρ < 15 개/㎠, 가장 바람직하게는 0.5 개/㎠ ≤ ρ < 10 개/㎠ 이다. 즉, 시트재의 교락점 밀도 (ρ) 가 상기 범위 내이면, 최소한의 강도를 유지하면서, 높은 반발력을 갖는 시트재를 얻을 수 있다. 또한, 압입 방법으로 장착되는 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 에 사용되는 시트재의 교락점 밀도 (ρ) 의 범위는, 바람직하게는 5 개/㎠ ≤ ρ < 20 개/㎠, 더욱 바람직하게는 5 개/㎠ ≤ ρ < 15 개/㎠ 이다. 즉, 교락점 밀도 (ρ) 가 상기 범위 내이면, 압입시의 전단력으로 인한 균열 및/또는 박리가 생기지 않도록 하기 위하여, 최소한의 강도를 유지하면서, 높은 반발력을 갖는 시트재를 얻을 수 있다. 또한, 압입 방법 및 비압입 방법의 양 방법으로 장착되는 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 에 사용되는 시트재의 교락점 밀도 (ρ) 가 ρ < 15 개/㎠ 로 되는 경우, 후술하는 바와 같이, 종래의 시트재와 비교하여 현저하게 큰 반발력을 갖는 시트재를 얻을 수 있다.

본 발명의 시트재 (24) 의 경우, 시트재의 장착 방법에 따른 교락점 (30) 의 밀도 (ρ) 가 상기 설명한 바와 같이 설정되어, 시트재 (24) 에 충분한 강도를 제공할 수 있다. 따라서, 시트재 (24) 가 어떤 장착 방법으로 장착된다고 하더라도, 시트재가 배기가스 처리체에 권취되고 또 시트재가 케이싱 안으로 장착될 때에, 상기와 같은 균열의 문제는 생기지 않을 것이다. 게다가, 일단 시트재 (24) 가 장치에 장착되면, 시트재 (24) 는 충분한 반발력을 갖는다. 따라서, 시트재가 배기가스 처리체 (20) 에 대해서 양호한 유지 능력을 가지게 되어, 장치 내부의 배기가스 처리체 (20) 의 위치 간극 및 배기가스의 누출이 발생하지 않는 효과를 얻을 수 있다.

여기에서, 교락점 (30) 의 밀도 (ρ) 는 이하와 같이 측정된다. 우선, 제작이 완료된 시트재를 이용하여, 절단기 등으로 50 mm × 50 mm의 치수로 잘라내어 측정용 샘플을 제작한다. 다음으로, 측정용 샘플의 두께가 대략 1/2이 되도록 그 측정용 샘플의 두께 방향에 수직한 방향으로 그 측정용 샘플을 절단한다. 이러한 방법으로 제공된 측정용 샘플의 새로운 영역을 면 (A) 로 칭한다. 다음으로, 면 (A) 에 잔류하는 교락점의 섬유를 제거한 후, 교락점이 면 (A) 에 나타난다. 이러한 방법으로 면 (A) 에 나타나는 교락점의 수를 세어 단위 면적당 수를 계산한다. 총 5 회에 걸쳐 시트재의 다른 지점에서 이러한 측정을 한 후, 얻어진 값의 평균치를 교락점 (30) 의 밀도 (ρ) 로 한다.

도 1 에 도시된 예에서는, 교락점 (30) 이 시트재 표면에 거의 균일하게 형성되어 있다. 이하, 이러한 교락점의 배치를 "균일 분산 패턴" 이라고 한다. 그러나, 본 발명의 양태는 교락점이 이러한 균일 분산 패턴으로 형성되어 있는 시트재에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 교락점 패턴은 도 7 에 도시된 바와 같은 "세로 배치 패턴", 도 8 에 도시된 바와 같은 "가로 배치 패턴", 도 9 에 도시된 바와 같은 "경사 배치 패턴" 이 될 수도 있다. 또한, 패턴은 또 다른 패턴이 될 수도 있다. 세로 배치 패턴의 경우, 교락점은 시트재 (24) 의 길이 방향에 대해 수직 방향으로 형성된 다수의 교락점 열 (row) 로 구성되며, 각 교락점 열은 동일한 피치 (pitch) 로 배치될 수 있다. 가로 배치 패턴의 경우, 교락점은 시트재 (24) 의 길이 방향에 대해 평행한 방향으로 형성된 다수의 교락점 행 (row) 으로 구성되며, 각 교락점 행은 동일한 피치로 배치될 수도 있다. 경사 배치 패턴의 경우, 교락점은 시트재 (24) 의 길이 방향에 대해 일정한 각도 (α) 를 가지고 형성된 다수의 교락점 열로 구성되며, 각 교락점 열은 동일한 피치로 배치될 수도 있다.

여기에서, 동일한 피치로 배치된 세로 배치 패턴의 경우, 인접한 교락점의 열의 피치 (P) 는 통상 약 1 mm ~ 약 15 mm이며, 특히 약 3 mm ~ 6 mm인 것이 바람직하다. 또한, 동일한 피치로 배치된 가로 배치 패턴의 경우, 인접한 교락점의 행의 피치 (P) 는 통상 약 1 mm ~ 약 15 mm이며, 특히 약 3 mm ~ 6 mm인 것이 바람 직하다. 나아가, 동일한 피치로 배치된 경사 배치 패턴의 경우, 인접한 교락점의 열의 피치 (P) 는 통상 약 1 mm ~ 약 15 mm이며, 특히 약 3 mm ~ 6 mm인 것이 바람직하다. 또한, 시트재의 길이 방향에 대한 교락점 열의 기울기 (α) 는 통상 1°~ 179°이며, 특히 30°~ 45°인 것이 바람직하다.

또한, 시트재의 교락점 (30) 이 "균일 분산 패턴" 이외의 패턴으로 구성되는 경우, 교락점의 밀도 (ρ) 는 시트재의 측정용 샘플 (50 mm × 50 mm) 의 채취 방식에 따라 크게 변동된다. 따라서, 세로 배치 패턴, 가로 배치 패턴 및 경사 배치 패턴 등, 그리고 균일 분산 패턴 이외의 시트재의 경우, 이하의 방법으로 교락점 밀도 측정용 샘플을 채취한다. 도 10 은 교락점이 세로 배치 패턴으로 형성된 시트재 (24) 표면의 부분 확대도이다. 이 경우, 측정용 샘플은 1개의 절단측 (100) 이 임의의 교락점 열 (도 10 의 예에서는 C1열) 과 대응하여 절단되도록 절단된다. 이와 유사하게, 가로 배치 패턴의 경우, 측정용 샘플의 하나의 절단측 (100) 이 몇개의 교락점 행과 대응하여 절단되도록 측정용 샘플이 절단된다. 또한, 경사 배치 패턴의 경우, 측정용 샘플의 하나의 절단측 (100) 이 경사진 교락점 열과 대응하여 절단되도록 측정용 샘플이 절단된다. 또한, 균일 분산 패턴의 경우, 측정용 샘플은 시트재의 적절한 위치로부터 적절한 방향으로 채취된다.

이러한 시트재 (24) 를 유지 시일재 (15) 로서 사용하여, 하기하는 바와 같이 배기가스 처리 장치 (10) 를 제작할 수 있다. 도 11 및 도 12 에는 본 발명의 배기가스 처리 장치 (10) 의 제작 흐름도가 도시되어 있다. 도 11 은 배기 가스 처리 장치 (10) 제작용 압입 방법을 나타낸다. 도 12 는 배기가스 처리 장치 (10) 제작용 비압입 방법을 나타낸다.

도 11 에 도시된 바와 같이, 압입 방법에 의해 배기가스 처리 장치 (10) 를 제작하는 경우, 우선, 단계 (S100) 에서는 유지 시일재 (15) 로서 사용되는, 교락점 밀도 (ρ) 가 5 개/㎠ ≤ ρ < 20 개/㎠로 제어된 시트재 (24) 가 제공된다. 다음으로, 단계 (S110) 에서는 배기가스 처리체 (20) 의 외면에 이 시트재 (24) (즉, 유지 시일재 (15)) 를 권취한 후, 시트재 (24) 의 양 단부를 안으로 끼워맞춤 및 고정하여, 시트재 (24) 와 배기가스 처리체 (20) 가 일체화된다. 다음으로, 단계 (S120) 에서는 이 유지 시일재 (15) 가 권취된 배기가스 처리체 (20) 가 상기 압입 방법에 의해 케이싱 (12) 안으로 장착되어 배기가스 처리 장치 (10) 가 구성된다.

반면에, 비압입 방법에 의해 배기가스 처리 장치 (10) 를 제작하는 경우, 도 12 에 도시된 바와 같이, 단계 (S200) 에서는 교락점 밀도 (ρ) 가 0.5 개/㎠ ≤ ρ < 20 개/㎠로 제어된 시트재 (24) 가 제공된다. 다음으로, 단계 (S210) 에서는 배기가스 처리체 (20) 의 외면에 이 시트재 (24)(즉, 유지 시일재 (15)) 를 권취한 후, 시트재 (24) 의 양 단부를 안으로 끼워맞춤 및 고정하여, 시트재 (24) 와 배기가스 처리체 (20) 가 일체화된다. 다음으로, 단계 (S220) 에서는 유지 시일재 (15) 가 권취된 배기가스 처리체 (20) 가 상기 사이징 방법 등의 비압입 방법에 의해 케이싱 (12) 안으로 장착되어 배기가스 처리 장치 (10) 가 구성된다.

시트재 (24) 를 유지 시일재 (15) 로서 이용한 배기가스 처리 장치 (10) 의 일례가 도 13 에 도시되어 있다. 도 13 에서, 배기가스 처리 장치 (10) 는 배기가스 처리체 (20), 유지 시일재 (15) 및 케이싱 (12) 을 포함한다. 이 도면의 예에서, 배기가스 처리체 (20) 는 배기가스의 유동과 평행한 방향으로 다수의 관통공 (through-hole) 을 갖는 원통형 촉매 담지체로서 도시되어 있다. 또한, 배기가스 처리체 (20) 의 외면에는, 상기 방법으로 유지 시일재 (15) 가 권취 및 고정되어 있다. 또한, 배기가스 처리체 (20) 와 유지 시일재 (15) 는 압입 방법 또는 비압입 방법으로 케이싱 (12) 안으로 장착된다. 여기에서, 유지 시일재 (15) 를 압입 방법으로 장착하는 경우, 유지 시일재 (15) 용으로 사용되는 시트재의 교락점 밀도 (ρ) 는 5 개/㎠ ≤ ρ ≤ 20 개/㎠ 이다. 또한, 유지 시일재 (15) 를 비압입 방법으로 장착하는 경우, 유지 시일재 (15) 용 시트재의 교락점 밀도 (ρ) 는 0.5 개/㎠ ≤ ρ ≤ 20 개/㎠ 이다.

또한, 이 도면에서, 배기가스 처리체 (20) 는 배기가스의 유동과 평행한 방향으로 다수의 관통공을 갖는 촉매 담지체로서 도시되어 있다. 그러나, 본 발명의 배기가스 처리 장치 (10) 는 이러한 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배기가스 처리체 (20) 는 관통공의 일부가 밀봉된 DPF가 될 수도 있다. 이러한 배기가스 처리 장치 (10) 의 구성의 경우, 본 발명의 양태에 따른 시트재의 양호한 반발력 때문에, 케이싱 내측에서의 유지 시일재의 위치가 안정되어, 유지 시일재의 배기가스 처리체에 대한 유지 능력이 향상된다.

이하, 본 발명에 따른 시트재의 제작 방법의 일례를 설명한다.

우선, 무기 섬유를 포함하는 적층 시트를 제작한다. 이하의 설명에서, 무기 섬유로서 알루미나와 실리카의 혼합물을 이용할 수 있지만, 무기 섬유는 이 혼합물로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 무기 섬유를 구성하기 위하여 알루미나 또는 실리카만을 사용할 수도 있다. 일례에서, 염기성 염화 알루미늄 용액 (70 g/ℓ의 알루미늄, Al : Cl = 1.8 (원자비)) 에 알루미나 : 실리카 조성비가 60 ~ 80 : 40 ~ 20이 되도록 실리카 졸을 첨가하여, 무기 섬유의 전구체를 제조한다. 특히, 알루미나 : 실리카 조성비는 70 ~ 74 : 30 ~ 26이 바람직하다. 알루미나 조성비가 60% 이하인 경우, 알루미나와 실리카로부터 생성되는 멀라이트 (mullite) 의 존재비율이 낮아지기 때문에, 완성 후의 시트재의 열전도도가 높아져, 충분한 단열성능을 얻을 수 없게 된다.

다음으로, 알루미나계 섬유의 전구체에 폴리비닐 알콜 등의 유기 중합체를 첨가한다. 그 후, 이 액체를 농축하여, 방사액을 제조한다. 또한, 이 방사액을 사용하여, 블로잉 (blowing) 방법으로 방사를 진행한다.

블로잉 방법은 공기 노즐로부터 송풍된 공기 유동과 방사액의 공급 노즐로부터 뿜어져 나온 방사액의 유동을 이용하여 방사하는 방법이다. 공기 노즐로부터 공급되는 슬릿 (slit) 당 기체의 속도는 통상 40 ~ 200 m/s 이다. 또한, 방사 노즐의 직경은 통상 0.1 ~ 0.5 mm 이다. 방사액의 공급 노즐 1개당 액체의 양은 통상 1 ~ 120 ㎖/h 이지만, 3 ~ 50 ㎖/h 가 바람직하다. 이러한 조건 하에서, 방사액의 공급 노즐로부터 제공된 방사액은 분무 형태 (안개 형태) 로 되지 않고 충분히 도포되어, 섬유 사이에서 좀처럼 용착 (welded) 되지 않는다. 이로 인해, 방사 조건을 최적화함으로써 섬유 직경의 분포가 좁은 균일한 알루미나계 섬 유 전구체를 얻을 수 있다.

여기에서, 제작되는 알루미나계 섬유의 평균 길이는 250㎛ 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 500㎛ 이상이다. 섬유의 평균 길이가 250㎛ 미만인 경우, 섬유가 상호간에 충분히 얽히지 않아서, 충분한 강도가 제공되지 않는다. 또한, 특히 무기 섬유의 평균 직경에는 특별한 제한은 없으나, 무기 섬유의 평균 직경의 범위는 약 3㎛ ~ 약 8㎛가 바람직하고, 약 5㎛ ~ 7㎛가 더욱 바람직하다.

방사가 완료되면, 전구체를 적층하여 적층 시트를 제작한다. 또한, 적층 시트에 대한 니들링 처리를 행한다. 니들링 처리란, 바늘을 적층 시트 안으로 찔러 넣고 (관통시켜) 빼냄으로써, 시트가 얇아지도록 하는 처리이다. 일반적으로, 니들링 처리용으로 니들링 장치가 사용된다.

통상, 니들링 장치는 바늘의 찌르는 방향 (통상, 상하 방향) 을 따라서 왕복 이동 가능한 니들 보드 및 적층 시트의 표면과 이면의 양면에 제공된 한 쌍의 지지판을 포함한다. 니들 보드 상에는, 적층 시트 안으로 찔러 넣기 위한, 예컨대 25 ~ 5000 개/100㎠ 에 해당하는, 다수의 바늘이 제공된다. 따라서, 한 쌍의 지지판에 의해 적층 시트의 양 측이 압박된 상태에서, 니들 보드를 적층 시트에 접근시키고 멀어지게 함으로써, 바늘이 적층 시트를 찌르고 빠지게 되어 섬유가 교락 된 다수의 교락점이 형성된다. 여기에서, 적층 시트를 일정한 이송 속도 (예컨대, 약 20 mm/초) 로 소정의 방향 (대부분 적층 시트의 표면 및 이면과 평행한 방향) 으로 이송하는 이송 수단이 니들링 장치 상에 제공될 수도 있다. 이 경 우, 적층 시트가 일정 속도로 이송되는 상태로, 니들링 처리를 행하는 것이 가능하기 때문에, 니들 보드가 압접 (press-contact) 될 때마다 적층 시트의 이송을 행할 필요가 없게된다. 또한, 전송 속도와 니들 보드의 압접 주기를 연동시킴으로써, 세로 배치 패턴, 가로 패턴 및 경사 배치 패턴 등의 특수한 교락점 패턴을 쉽게 형성할 수 있다.

또한, 2쌍의 니들 보드가 니들링 장치에 다른 구성으로서 제공될 수도 있다. 각 니들 보드는 각각의 지지판을 갖는다. 2쌍의 니들 보드를 적층 시트의 표면과 이면에 각각 배치하여, 적층 시트가 대응 지지판에 의해 양 측에서 고정된다. 여기에서, 바늘은 니들링 처리시에 반대편 니들 보드의 바늘군과 위치가 중첩되지 않도록 니들 보드 중 하나에만 배치된다. 또한, 각 지지판에는 다수의 관통공이 설치되어, 양쪽 모두의 니들 보드의 바늘 배치를 고려하여 니들링 처리시에 적층 시트의 양측으로부터 바늘이 지지판에 직접 접촉하지 하지 않도록 한다. 이러한 장치를 이용함으로써, 2쌍의 지지판에 의해 적층 시트를 샌드위치시켜 (sandwiched), 2쌍의 니들링 보드를 이용하여 적층 시트의 양측으로부터 니들링 처리를 할 수도 있다. 이러한 방식으로 니들링 처리를 실시하는 것으로, 처리 시간이 단축된다. 또한, 니들 보드에 설치할 수 있는 바늘의 수에는 한도가 있지만, 이 방법의 경우에는 장치당 니들 보드에 설치할 수 있는 바늘의 수를 줄일 수 있다는 점에서 유리하다.

이러한 니들링 처리에 의해 형성된 교락점에서, 서로 복잡하게 얽힌 섬유가 적층 방향으로 배향되어, 적층 시트의 적층 방향의 강화를 도모할 수 있다. 이 로써, 적층 시트의 강도가 향상된다. 또한, 니들링 처리를 통해서, 교락점 밀도 (ρ) 가 소정의 범위로 제어된 시트재를 용이하게 얻을 수 있다.

그리고, 니들링 처리를 한 적층 시트를 상온으로부터 가열하여, 최고 온도 1250℃ 주변에서 연속 소성 (firing) 함으로써, 소정 농도 (단위면적당 중량) 의 시트재를 얻을 수 있다.

취급을 용이하게 하기 위하여, 상기 공정을 통해 얻은 시트재는 소정 치수로 재단된다.

그리고, 재단된 시트재 안으로 수지와 같은 유기 결합재가 함침되는 것이 바람직하다. 이로써, 시트재의 부피 증가를 억제할 수 있다. 또한, 시트재의 취급성이 향상된다. 게다가, 사용중에 배기가스 처리 장치에 고온의 배기가스가 도입되는 경우, 유지 시일재에 함침된 유기 결합재가 소실되기 때문에, 압축된 유지 시일재가 복원되어 케이싱과 배기가스 처리체 사이에 존재할 가능성이 있었던 간극이 채워져, 유지 시일재의 유지 능력 및 시일 능력이 향상된다.

유기 결합재의 함량은 1.0 ~ 10.0 중량%가 바람직하다. 그 함량이 1.0 중량% 미만인 경우, 무기 섬유의 이탈이 충분하게 방지될 수 없다. 또한, 그 함량이 10.0 중량%를 초과하면, 배기가스 처리 장치의 사용시에 배출되는 유기 성분의 양이 증가된다.

또한, 유기 결합재로는, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 고무계 수지, 스티렌계 수지 등이 사용될 수 있다. 유기 결합재로서, 아크릴계 수지 (ACM), 아크릴니트릴-부타디엔 검 (NBR), 스티렌-부타디엔 검 (SBR) 등을 사용하는 것이 바람직하 다.

상기 유기 결합재와 물로 제조된 수성 분산액을 이용하여, 스프레이 도포에 의하여, 시트재에 수지를 함침시킨다. 또한, 시트재에 포함된 코팅된 고형분 및 수분의 잉여물은 다음 단계에서 제거된다.

다음 단계에서, 잉여 고형분을 제거하고, 건조 처리를 실시한다. 잉여 고형분의 제거는 진공 흡인법으로 처리된다. 또한, 잉여 수분의 제거는 가열 압축 건조법에 의해 처리된다. 이 방법의 경우, 시트재에 압축 압력이 부가되기 때문에, 잉여 수분이 제거되어, 시트재가 얇아질 수 있다. 건조 처리는 약 95 ~ 155℃의 온도에서 행해진다. 그 온도가 95℃ 보다 낮으면, 건조 시간이 길어져 생산 효율이 저하된다. 또한, 그 온도가 155℃를 넘으면, 유기 결합재 자신의 분해가 개시되어 유기 결합재에 의한 접착성이 손상된다.

마지막으로, 시트재는 소정의 형상으로 재단될 수 있다 (예컨대, 도 1 에 도시된 형상).

예를 들어, 상기 방법으로 얻어진 시트재는, 도 13 에 도시된 바와 같이, 배기가스 처리 장치 (10) 의 배기가스 처리체 (20) 의 유지 시일재 (15) 로서 사용될 수 있다. 이 경우, 유지 시일재 (15) 를 배기가스 처리체 (20) 주위에 권취하여, 접합되는 단부의 끼워맞춤 볼록부 (50) 와 끼워맞춤 오목부 (60) 를 서로 끼워맞춤하고 고정한다. 그리고, 이러한 조건에서, 유지 시일재 (15) 와 배기가스 처리체 (20) 의 일체화된 물건을, 스테인리스 강재 등으로 구성된 케이싱 (12) 안에 장착한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 시트재는 각 장착 방법에 따라 양호한 강도를 갖기 때문에, 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 를 어느 방법으로 케이싱 (12) 안에 장착하는 경우라도, 시트재에 박리나 균열이 발생하는 것이 방지된다. 게다가, 유지 시일재 (시트재) 를 케이싱 (12) 안에 장착한 후에는, 본 발명의 시트재의 양호한 반발력 때문에, 케이싱 안에서의 유지 시일재의 위치가 안정되어, 유지 시일재의 배기가스 처리체에 대한 유지 능력이 향상된다.

이하, 본 발명의 효과를 실시예를 통해 설명한다. 또한, 이하의 실시예에서는, 압입 방법 및 사이징 방법 등의 비-압입 방법으로 피복 처리된 배기가스 처리체를 케이싱 안에 장착하는 경우를 상정한 각 시험에 기초하여, 각 시트재의 특성을 평가하였다.

실시예

압입 방법에 의한 장착을 상정한 시트재의 평가

이하의 절차에 따라 시트재를 제작하였다.

시트재의 제작

알루미나계 섬유의 조성이 Al₂O₃ : SiO₂ = 72 : 28이 되도록, 염기성 염화 알루미늄 용액 (알루미늄 함량: 70 g/ℓ, Al / Cl = 1.8 (원자비)) 에 실리카 졸을 배합하여, 알루미나계 섬유의 전구체를 형성하였다.

그리고, 알루미나계 섬유의 전구체에 폴리비닐 알콜 등의 유기 중합체를 첨가하였다. 게다가, 그 용액을 방사액으로 희석하여, 그 방사액을 이용하여 블 로잉법으로 방사를 실시하였다. 그 후, 알루미나계 섬유의 전구체의 접힌 구조를 적층하여, 알루미나계 섬유의 적층 시트를 제작하였다.

그리고, 이 적층 시트에 대하여 니들링 처리를 실시하였다. 니들링 처리는, 각각 500/100 개/㎠의 바늘이 설치된 2쌍의 니들 보드를 적층 시트의 양측에 배치하여, 적층 시트의 양측으로부터 실시하였다. 적층 시트의 이송 속도는 1 mm/초로 설정하였다. 본 실시예의 경우, 니들링 처리 후에 적층 시트에 형성되는 교락점 패턴은, 상기 세로 배치 패턴이었다 (도 7 참조). 또한, 교락점의 열간 피치 (P) 는 3 mm로 일정하였다.

이러한 니들링 처리에 의해 얻어진 시트재의 교락점의 밀도 (ρ) 는 약 7 개/㎠ 이었다. 그 후, 얻어진 시트재를 상온으로부터 최고 온도 1250℃까지 연속 소성하여, 농도가 1160 g/㎠인 알루미나계 섬유의 시트재를 얻었다. 알루미나계 섬유의 평균 직경은 5.8㎛였으며, 최소 직경은 3.2㎛였다.

또한, 섬유의 평균 직경은 다음의 방법으로 측정하였다. 우선, 알루미나계 섬유를 실린더에 넣고, 20.6 MPa로 가압 분쇄하였다. 다음으로, 이 시료를 필터 그물에 넣고, 그 필터 그물을 통과한 시료를 전자현미경 관찰용 시험체로 선택하였다. 그 시험체의 표면에 금을 증착시킨 후에, 전자현미경 사진 (약 1500배) 을 촬영하였다. 얻어진 사진을 바탕으로 섬유 40개 이상의 지름을 측정하였다. 이 단계를 5개의 시료에 대하여 반복하여, 그 평균 측정치를 섬유의 평균 직경으로 하였다.

상기 공정으로 제작된 시트재를 도 1 에 도시된 형상이 되도록 절단하였다 (X 방향의 최대 길이 약 460 mm, Y 방향의 최대 길이 약 135 mm).

이러한 공정에 의해 얻어진 시트재를 실시예 1 로 한다. 또한, 본 발명의 실시예의 경우, 이하 나타나는 각 평가 시험에 있어서, 시트재 자체의 반발력을 정확하게 평가하기 위하여, 시트재에 유기 바인더를 함침시키지 않았다.

다음에, 니들링 처리시의 적층 시트의 이송 속도를 변경함으로써, 교락점 밀도가 3 개/㎠ ~ 17 개/㎠가 되도록 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1 과 동일하게 처리하여, 실시예 2 ~ 6 의 시트재를 제작하였다. 또한, 상기 실시예 1 과 동일하게 처리하여, 시트재의 표면에 형성된 교락점의 밀도가 0.5 개/㎠가 되도록 실시예 7 의 시트재를 제작하였다. 그러나, 이 시트재의 경우, 50 바늘/100㎠ 으로 제공된 니들 보드 하나 만이 사용되어, 니들링 처리시에 적층 시트의 한 면에서만 니들 보드가 압접 (press-contacted) 되었다. 또한, 시트재에 형성된 교락점의 밀도가 21 개/㎠ ~ 33 개/㎠가 되도록 한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1 과 동일하게 처리하여 비교예 1 ~ 5 의 시트재를 제작하였다. 실시예 7 을 제외하고, 실시예 2 ~ 6 및 비교예 1 ~ 5 에 따라 제작된 시트재의 교락점 패턴은 세로 배치 패턴이였으며, 피치는 3 mm로 일정하였다. 반면에, 실시예 7 에 따른 시트재의 교락점 패턴은 균일 분산 패턴이였다. 나아가, 상기 실시예 1 과 동일한 방법으로 알루미나계 섬유의 전구체를 형성하였다. 폴리비닐 알콜 등의 유기 중합체를 그 알루미나계 섬유의 전구체에 첨가하였다. 그 후, 이 액체를 농축하여 방사액을 제조하였다. 또한, 그 방사액을 사용하여 블로잉법으로 방사를 실행하였다. 그 후, 알루미나계 섬유의 전구체의 접힌 구조를 적층시켜, 알루미나계 섬유의 적층 시트를 제작하였다. 이것이 비교예 6 의 시트재이다. 또한, 비교예 6 의 경우, 니들링 처리를 전혀 실시하지 않아서 교락점의 밀도 (ρ) 는 0 이였다.

이러한 방법으로 제작된 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 6의 시트재의 교락점 밀도를 표 1 에 나타내었다.

	교락점 밀도 (개/㎠)	압입 시험 결과	면압 (kPa)
실시예 1	7	양호	229
실시예 2	3	압입 시험 후 박리	233
실시예 3	5	양호	231
실시예 4	10	양호	222
실시예 5	14	양호	212
실시예 6	17	양호	191
실시예 7	0.5	시트재의 권취시 단부에서 박리	235
비교예 1	21	양호	182
비교예 2	24	양호	174
비교예 3	27	양호	171
비교예 4	30	양호	169
비교예 5	33	양호	167
비교예 6	0	권취 불가능	174

이하, 얻어진 시트재 또는 상기 각 시트재로부터 절단한 시료를 이용하여, 평가 시험을 실시하였다.

압입 시험

상기 방법으로 제작한 각 시트재의 강도를 확인하기 위하여, 압입 시험을 실시하였다. 이 시험은 이하와 같이 실시하였다. 우선, 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 6 의 각 시트재를 거의 원통형인 촉매 담지체 (외경 143.8 mm, 길이 150 mm) 의 외면에 권취한 후, 단부를 끼워맞춤하여 일체화시켰다. 다음으로, 이 일체화된 물건을 스테인리스 케이싱 (내경 150.4 mm, 길이 150 mm) 안으로 압입하였다. 그리고, 그 케이싱을 절단기로 축방향을 따라서 대략 2 등분이 되도록 절단하여, 일체화된 물건을 꺼내고, 시트재 표면의 균열의 유무를 관찰하였다.

각 시트재로부터 얻어진 결과를 표 1 에 나타냈다. 실시예 1, 3 ~ 6 및 비교예 1 ~ 5 의 시트재를 사용했을 경우, 시험 후에 시트재의 단부에는 균열 및 박리가 없었으며, 양호한 상태를 보였다. 반면에, 실시예 7 의 시트재를 사용한 경우, 시트재를 촉매 담지체에 권취하고, 양 단부를 끼워맞춤하여 일체화시켰을 때, 시트재의 단부에 박리가 발생하였다 (따라서, 실시예 7 의 시트재에 대한 추가적인 압입 시험을 실시하지 않았다). 또한, 실시예 2의 시트재를 사용한 시험에서, 압입 시험 후에 시트재 단부의 끼워맞춤부에 박리가 발생하였음이 확인되었다. 또한, 비교예 6 의 시트재는 촉매 담지체에 권취할 수 없었다.

면압 평가 시험

다음으로, 상기 방법으로 제작한 각 시트재로부터 채취한 샘플을 이용하여 면압 평가 시험을 실시하였다. 면압 평가 시험에 사용한 장치 (110) 는 도 14 에 도시되어 있다. 장치 (110) 는 거의 수평인 시료 유지 받침대 (120) 상에 제공된 문형 (gate-shaped) 의 지주 (130) 를 포함한다. 이 장치 (110) 의 중앙 (시료 유지 받침대 (120) 의 상부) 에는, 하중 계측 기능이 있는, 상하 이동식 크로스헤드 (140) 가 제공된다. 이 크로스헤드 (140) 의 하면측에는, 직경이 약 100 mm인 상부 원반 플레이트 (150) 가 제공된다. 이 상부 원반 플레이트 (150) 에는, 변위계 (160) 가 장착된다. 시료 유지 받침대 (120) 상에는, 직경이 약 100 mm인 하부 원반 플레이트 (170) 가 제공된다. 이 하부 원반 플레이트 (170) 는, 상기 상부 원반 플레이트 (150) 의 수직축과 동일한 축상에 있으며, 양 플레이트는 대향하도록 제공된다. 시험 시에는, 하부 원반 플레이트 (170) 상에는, 중량이 이미 알려진 각 시트재의 샘플 (180)(50 mm×50 mm) 이 제공된다.

이러한 장치 (110) 를 이용하여 이하의 방법으로 면압 측정을 실시한다. 우선, 크로스헤드 (140) 를 샘플 (180) 과 상부 원반 플레이트 (150) 사이에 형성되는 간극이 나타나지 않는 높이까지, 미리 하강시킨다. 이 상태로, 그 크로스헤드 (140) 를 1 mm/분의 속도로 하강시켜, 샘플 (180) 을 압축하고, 샘플 (180) 의 벌크 밀도가 0.3 g/㎤가 되었을 때에 샘플 (180) 에 생기는 하중을 측정한다. 또한, 샘플 (180) 의 벌크 밀도는, 샘플 (180) 의 중량 / 샘플 (180) 의 면적 / 상부 원반 플레이트 (150) 와 하부 원반 플레이트 (170) 사이의 간격으로부터 측정할 수 있다. 얻어진 하중을 샘플 면적으로 나누어, 면압 (kPa) 을 얻는다.

표 1 에 각 시트재에 대해서 얻은 면압 측정 결과가 나타나 있다. 또한, 도 15 에 얻어진 면압측정 결과가 그래프로 나타나 있다. 도 15 의 가로축은 시트재의 교락점 밀도이며, 세로축은 측정된 면압이다. 상기한 바와 같이, 시트재의 교락점 밀도가 커지면, 면압이 저하되는 경향이 있다. 하지만, 교락점의 수가 현저하게 증가하면, 면압은 더 이상 변화하지 않고 안정하게 유지된다. 그 이유는, 교락점의 수가 현저하게 증가하면, 시트재의 치밀성이 그 이상 변화하지 않게 되어, 반발력에 차이가 생기지 않게 되기 때문이라고 생각된다. 또한, 20 개/㎠ 이하의 경우, 도 15 에 도시된 바와 같이, 면압이 급격하게 증가하여, 배기가스 처리체의 유지 능력을 현저하게 개선할 수 있다. 또한, 0.5개/㎠ 이상의 경우, 시트재의 섬유의 두께 방향의 뒤엉킴이 강해져, 취급시의 시트재의 두께 방향의 박리를 억제할 수 있다. 20 개/㎠ 이하의 경우, 면압이 증가하는 이유는 명확하지 않지만, 다음과 같이 추정된다.

무기 섬유의 집합체가 압축될 때 발생하는 반발력은, 무기 섬유의 휨 응력의 총합에 의존한다. 따라서, 시트재의 반발력은 개개의 무기 섬유의 휨 응력이 증가함에 따라 증가하는 것으로 생각된다. 또한, 통상의 경우, 무기 섬유는 곡선형이며, 그 곡률이 증가함에 따라 휨 응력이 증가한다. 다음으로, 시트재에 니들링 처리를 수행하는 경우를 고려하면, 니들링 처리에 의해 교락점 밀도가 감소된 시트재에는 곡률이 큰 무기 섬유가 3차원으로 배치되는 것으로 예상할 수 있다. 반면에, 니들링 처리에 의해 교락점 밀도가 증가된 시트재의 경우, 무기 섬유는 2차원으로 배치되는 경향이 있다. 따라서, 양 시트재를 동일한 조건으로 압축하면, 전자 (former) 의 상황으로 반발력이 증가하는 것으로 생각된다.

전술한 바와 같이, 교락점의 수가 3 개/㎠ 이하인 시트재 (실시예 2, 7) 는, 취급시에는 박리가 없었으나, 압입 후의 권취시에 그 단부에서 박리가 발견되어, 강도가 불충분하였다. 반면에, 교락점의 수가 20 개/㎠를 초과하는 경우 (비교예 1 ~ 5), 면압의 저하가 급격하다. 따라서, 상기 압입 시험 결과와 이 결과로부터, 전술한 압입방식의 사용을 상정하는 경우, 양호한 강도와 반발력을 갖는 시트재를 얻기 위한, 시트재의 교락점의 수는 5 개/cm ≤ ρ < 20 개/㎠ 가 바람직하다.

배기가스 처리 장치의 유지 시일재로서 일반적으로 사용되고 있는 시트재에서, 교락점의 밀도는 대부분 약 19 개/㎠ ~ 21 개/㎠ 정도이다. 도 15 로부터, 이러한 시트재의 면압은 약 180 kPa 정도로 산출된다. 반면에, 교락점의 밀도가 14 개/㎠ 이하인 시트재의 경우, 그 면압이 190 kPa 이상이 되어, 종래의 시트재에 비하여 더 큰 반발력 (면압) 을 갖는 시트재를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 게다가, 도 15 의 결과를 자세하게 분석해 보면, 교락점 밀도가 15개/㎠ 전후 (14 개/㎠ ~ 17 개/㎠ 사이) 의 위치에서, 교락점 밀도에 대한 면압의 변화 경향이 상이하다는 것, 즉 이 지점에서 면압 변화의 변곡점이 존재하는 것을 알 수 있다. 이 경향에 따르면, 교락점 밀도가 15 개/㎠ 보다 커지면, 면압은 급격하게 감소한다. 반면에, 교락점 밀도가 약 15개/㎠보다 미만이면, 면압을 높은 범위에서 안정하게 유지할 수 있다. 따라서, 면압을 높은 범위에서 유지한다는 관점으로부터, 압입 방법에서 사용되는 시트재의 교락점 밀도의 상한은, ρ < 15 개/㎠로 하는 것이 바람직하다.

비압입 방법에 의한 장착을 상정한 시트재의 평가

시트재의 제작

상기 "압입 방법에 의한 장착을 상정한 시트재의 평가" 에서 설명한 것과 동일한 방법으로 시트재를 제작하였다. 실시예 8 ~ 10 및 비교예 7, 8 로 제작된 시트재의 교락점 밀도를 표 2 에 나타낸다.

샘플	교락점 밀도 (개/㎠)	압축 복원 반복 시험의 결과
		1사이클 후의 면압 상단: 압축 / 하단: 복원(kPa)	1000 사이클 후의 면압 상단: 압축 / 하단: 복원(kPa)
실시예8	4	235	140
		115	61
실시예9	8	226	126
		106	53
실시예10	13	200	111
		85	39
비교예7	0	174	115
		91	57
비교예8	21	184	90
		69	24

또한, 비교예 7 에서는, 니들링 처리를 전혀 수행하지 않았고, 교락점 밀도 (ρ) 는 0 이다. 또한, 실시예 8 ~ 10 및 비교예 8 에 따른 시트재의 교락점은, 세로 배치 패턴이며, 그 피치는 3 mm로 일정하였다. 게다가, 상기 경우와 같이, 어느 시트재에도 유기 바인더는 함침되지 않았다.

따라서, 상기 방법으로 얻어진 각 시트재로부터 잘라낸 시료를 이용하여, 이하의 평가 시험을 실시하였다.

압축 복원 반복 시험

상기 각 시트재로부터 채취한 샘플을 이용하여 압축 복원 반복 시험을 실시하였다. 이 시험에서, 시트재의 압축 및 복원을 최대 1000회 반복하고, 시트재의 면압의 변화를 측정하였다.

배기가스 처리 장치를 차량 등에 장착하여 사용하는 경우, 케이싱 및 배기가스 처리체의 치수는, 배기가스의 소통/종료 (엔진의 가동/정지에 대응) 에 따른 배기가스 처리체의 온도 증/감에 따라 변화한다. 따라서, 양자 사이에 존재하는 시트재는 장치 내에서 압축 및 복원에 의한 반복되는 응력 하중을 받는다. 이 시험에서, 이러한 시트재의 상태를 압축 및 복원의 반복 사이클에 의해 표현할 수 있기 때문에, 장기간 사용 후의 시트재의 유지 능력을 모의로 평가할 수 있다.

또한, 사이징 방법으로 피복 처리된 배기가스 처리체를 케이싱 안으로 장착하는 경우, 케이싱 안에서 소위 "오버슈트 (overshoot)" 라는 현상이 일어난다. 이는 금속 케이싱을 사용하는 경우에 발생하는 현상으로, 말하자면, 케이싱의 직경을 감소시키는 가공 직후에 금속 자체의 형상 복원력 (반발력) 에 의해 케이싱의 내경이 어느 정도 확장되는 현상이다. 따라서, 실제로는, 시트재가 최초에 케이싱의 직경을 감소시키는 큰 압축력을 받은 후에, 그 시트재는 이 오버슈트로 인한 복원력을 받게 된다. 본 실시예에서는, 짧은 사이클 측에 이러한 실제 사이징 방법에 의해 장착하는 경우에 시트재가 받는 응력 거동을 모의로 시험할 수 있다.

실시예에서는 전술한 면압 평가 시험에 사용된 장치 (110, 도 14) 를 사용하였다. 즉, 장치 (110) 의 하부 원반 플레이트 (170) 상에, 중량이 이미 알려진 각 시트재의 샘플 (180)(50 mm×50 mm) 을 설치하고, 이하의 순서로 시험을 실시하였다.

우선, 크로스헤드 (140) 를 샘플 (180) 과 상부 원반 플레이트 (150) 사이에 형성되는 간극이 나타나지 않는 높이까지, 미리 하강시킨다. 이 상태로, 크로스헤드 (140) 를 1 mm/분의 속도로 하강시켜, 샘플 (180) 을 압축하여, 샘플 (180) 의 벌크 밀도가 0.3 g/㎠가 될 때에 샘플 (180 )에 형성된 하중을 측정한다. 또한, 샘플 (180) 의 벌크 밀도는, 샘플 (180) 의 중량 / 샘플 (180) 의 면적 / 상부 원반 플레이트 (150) 와 하부 원반 플레이트 (170) 사이의 간격으로부터 측정할 수 있다. 얻어진 하중을 샘플 면적으로 나누어, 압축 면압 (kPa) 을 산출한다.

다음으로, 크로스헤드 (140) 를 1 mm/분의 속도로 상승시켜, 샘플 (180) 을 복원시킨다. 샘플 (180) 의 벌크 밀도가 0.275 g/㎤가 되었을 때에, 샘플 (180) 에 발생하는 하중을 측정한다. 그리고, 이렇게 얻어진 값을 상기 방법으로 면압으로 전환하여, 복원 면압 (kPa) 을 산출한다. 이 과정을 1000 사이클 반복한 후, 시트재의 압축 면압과 복원 면압의 변화를 측정한다. 또한, 크로스헤드의 상승 및 하강 속도를 1 mm/분으로 한다. 나아가, 각 샘플에 대해 동일한 측정을 3회 실시하여, 그들의 평균치를 이하의 결과로서 사용한다.

각 샘플에 대해 얻어진 일례가 도 16 과 도 17 에 나타나있다. 양 도면에서, 가로축은 교락점 밀도 (ρ)(개/㎠) 이며, 세로축은 복원 면압 (kPa) 이다. 또한, 도 16 은 1 사이클 후의 복원 면압을 나타낸다. 도 17 은 1000 사이클 후의 복원 면압을 나타낸다.

양 도면에 기초하여, 1 사이클 후 또는 1000 사이클 후의 경우에, 교락점 밀도 (ρ) 가 약 4 개/㎠ 일 때에, 복원 면압이 최대가 되는 것을 알 수 있다. 또한, 교락점 밀도 (ρ) 가 0 개/㎠ ≤ ρ < 10 개/㎠ 일 때에, 매우 양호한 복원 면압을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 게다가, 교락점 밀도가 약 20 개/㎠를 넘으면, 복원 면압은 교락점 밀도 (ρ) 와 비교하여 그다지 변화하지 않게 된다.

이 결과와 전술한 면압 평가 시험의 결과 (도 15) 에 기초하여, 비압입 방법에 의해 시트재를 케이싱 안으로 장착하는 경우, 시트재의 최적 교락점 밀도 (ρ) 의 하한이, 압입 방법 (5 개/㎠ ≤ ρ) 의 경우에 비하여 더욱 확장될 수 있다는 것을 알 수 있다. 압입 방법의 경우와 다른 것은, 비압입 방법에서는 피복 처리된 배기가스 처리체를 케이싱 안으로 장착할 때에, 케이싱의 내면과 시트재의 외측 표면 사이에, 마찰에 의한 전단력이 발생하지 않기 때문이다. 그러나, 실제로는, 비압입 방법의 경우, 시트재를 배기가스 처리체의 외면에 권취하고 배기가스 처리체 상에 고정할 필요가 있기 때문에, 이 작업시에 시트재 상에 균열 등이 있는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 비교예 1 에 따른 시트재의 교락점 밀도 (ρ)(0.5 개/㎠) 가 비압입 방법을 이용한 시트재의 교락점 밀도의 하한이 된다. 반면에, 도 15, 도 16 및 도 17 의 결과에 기초하여, 비압입 방법으로 시트재를 케이싱 안으로 장착하는 경우에 시트재의 최적 교락점 밀도 (ρ) 의 상한은, 압입 방법의 경우와 동일한 값, 즉 ρ≤ 20 개/㎠, 특히 바람직하게는 ρ≤ 15 개/㎠ 가 된다.

상기 설명에 기초하여, 비압입 방법으로 케이싱 안으로 장착된 시트재의 적절한 교락점 밀도 (ρ) 의 범위는 0.5 개/㎠ ≤ ρ ≤ 20 개/㎠, 바람직하게는 0.5 개/㎠ ≤ ρ ≤ 15 개/㎠, 더욱 바람직하게는 0.5 개/㎠ ≤ ρ ≤ 10 개/㎠ 이다. 또한, 이들 적정 범위는 시트재에 유기 결합재가 배제된 경우의 시험 결과에 기초한 것이다. 따라서, 시트재에 유기 결합재가 함침된 경우에는, 적절한 교락점 밀도의 하한이 더욱 감소할 것으로 예상된다.

도 18 에는, 시트재를 압축할 때의 압축 속도와 압축 면압 (0 사이클) 의 관계가 도시되어 있다. 이 도면은, 상기 면압 평가 시험용 장치를 이용한 이하의 시험으로부터 얻어진 결과이다. 우선, 시트재 샘플 (상기 실시예 1, 3, 비교예 3, 8의 시트재) 을, 도 14 에 도시된 면압 평가 시험용 장치 (110) 의 하부 원반 플레이트 (170) 상에 장착한다. 다음으로, 상기 면압 평가 시험과 동일한 순서로, 크로스헤드 (140) 를 하강시켜, 샘플을 벌크 밀도가 0.2 g/㎤가 될 때까지 압축하여, 그 때의 압축 면압을 측정한다. 크로스헤드 (140) 의 하강 속도 (즉, 압축 속도) 를 1 mm/분으로부터 1OO mm/분까지 변화시켜 동일한 측정을 실시한다. 이러한 시험을, 각종 교락점 밀도 (ρ) 를 갖는 시트재 샘플에 실시한다.

도 18 에 기초하여, 면압은, 시트재의 교락점 밀도와 무관하게, 압축 속도가 증가함에 따라 증가하는 경향이 있음을 알 수 있다. 특히, 교락점 밀도 (ρ) 가 7 개/㎠ 및 14 개/㎠ 인 시트재에서는 (상기 실시예 1 및 5에 해당), 상관 직선의 경사가 매우 크다. 이러한 상관 직선에 기초하여, 교락점 밀도가 7 개/㎠ 인 시트재는 압축 속도가 약 1 mm/분부터 약 50 mm/분까지 증가할 때, 압축 면압이 약 45 kPa로부터 약 52 kPa까지 증가하며 (16% 증가), 또 교락점 밀도가 14 개/㎠ 인 시트재는, 압축 면압이 약 40 kPa로부터 약 47 kPa까지 증가함 (18% 증가) 을 알 수 있다.

상기 사이징 방법으로는, 피복 처리된 배기가스 처리체 (210) 를 케이싱 안에 장착하고, 케이싱의 외면을 축경할 때에, 시트재는 큰 압축 속도 (예를 들어, 약 50 mm/분) 로 압축된다. 즉, 교락점 밀도가 7 개/㎠ 및 14 개/㎠ 인 시트재의 상관 직선에 기초하여, 사이징 방법으로 장착됨으로써 시트재가 받는 면압은, 압축 속도가 1 mm/분인 경우와 비교할 때, 각각 16% 및 18% 증가될 것으로 예상된다. 이와 같이, 시트재의 교락점 밀도 (ρ) 가 거의 동일한 경우라도, 사이징 방법에 있어서, 완성된 배기가스 처리 장치에 장착된 시트재의 면압을 다른 비압축 방법보다 증가시킬 수 있다.

본 발명의 유지 시일재 및 배기가스 처리 장치는, 차량용 배기가스 처리 장치 등에 적용 될 수 있다.

본 발명은 본 명세서에 구체적으로 개시된 실시형태에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위를 넘지 않으면서 개조 및 수정될 수 있다.

본 발명은 일본특허출원 2006-100409호 (2006년 3월 31일 출원) 및 2006-265432호 (2006년 9월 28일 출원) 에 기초하였으며, 그 전체 내용을 본 명세서에 참조인용되었다.

Claims (14)

1. 무기 섬유를 포함하는 시트재로서, 상기 시트재는 그 표면 또는 이면의 적어도 한 면에 니들링 처리 (needling process) 에 의해 형성된 복수의 교락점 (inter-woven point) 을 포함하는 시트재이며,

   상기 교락점의 밀도 (ρ) 가 0.5 개/㎠ ≤ρ< 20 개/㎠ 인 것을 특징으로 하는 시트재.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 교락점은 상기 시트재의 표면 또는 이면의 적어도 한 면의 전 영역에 걸쳐서 또는 그 전 영역에 분산되어 열 (row) 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 시트재.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 시트재는 결합재를 함유하는 것을 특징으로 하는 시트재.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 무기 섬유는 알루미나 및 실리카의 혼합물인 것을 특징으로 하는 시트재.
5. 배기가스 처리 장치로서, 상기 장치는

   배기가스 처리체,

   상기 배기가스 처리체의 외면이 적어도 일부와 함께 사용되는 유지 시일재 (holding sealer), 및

   상기 유지 시일재가 권취된 상기 배기가스 처리체를 수용하는 케이싱을 포함하는 배기가스 처리 장치이며,

   상기 유지 시일재는 무기 섬유를 포함하며, 표면 또는 이면의 적어도 일 면에 니들링 처리에 의해 형성된 복수의 교락점을 갖는 시트재로 구성되며,

   상기 교락점의 밀도 (ρ) 는 0.5 개/㎠ ≤ ρ < 20 개/㎠ 인 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 교락점은 그 시트재의 표면 또는 이면의 적어도 한 면의 전 영역에 걸쳐서 또는 그 전 영역에 분산되어 열 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 배기가스 처리체는 촉매 담지체 또는 배기가스 필터인 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 유지 시일재가 권취된 배기가스 처리체는 클램쉘 (clamshell) 방법, 권취 및 폐쇄 (winding and closing) 방법, 및 사이징 (sizing) 방법에 의해 케이싱 안으로 위치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 교락점의 밀도 (ρ) 는 5 개/㎠ ≤ ρ < 2O 개/㎠ 이며,

   상기 유지 시일재가 권취된 배기가스 처리체는 압입 (pressing) 방법에 의해 케이싱 안으로 위치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치.
10. 배기가스 처리 장치의 제조 방법으로서, 상기 방법은

    배기가스 처리체, 유지 시일재 및 상기 배기가스 처리체와 상기 유지 시일재를 내부에 수용하는 케이싱을 포함하는 배기가스 처리 장치의 제조 방법이며,

    상기 방법은

    상기 유지 시일재를 제공하는 단계,

    상기 배기가스 처리체의 외면의 적어도 일부에 상기 유지 시일재를 권취하는 단계, 및

    상기 유지 시일재가 권취된 배기가스 처리체를 클램쉘 방법, 권취 및 폐쇄 방법, 및 사이징 방법에 의해 상기 케이싱 안으로 위치시키는 단계를 포함하며,

    상기 유지 시일재는 무기 섬유를 포함하며, 표면 또는 이면의 적어도 한 면 에 니들링 처리에 의해 형성된 복수의 교락점을 갖는 시트재로 구성되며,

    상기 교락점의 밀도 (ρ) 는 0.5 개/㎠ ≤ ρ < 20 개/㎠ 인 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치의 제조 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 교락점의 밀도 (ρ) 는 0.5 개/㎠ ≤ ρ < 15 개/㎠ 인 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치의 제조 방법.
12. 배기가스 처리 장치의 제조 방법으로서, 상기 방법은

    배기가스 처리체, 유지 시일재 및 상기 배기가스 처리체와 유지 시일재를 내부에 수용하는 케이싱을 포함하는 배기가스 처리 장치의 제조 방법이며,

    상기 방법은

    상기 유지 시일재를 제공하는 단계,

    상기 배기가스 처리체의 외면의 적어도 일부에 상기 유지 시일재를 권취하는 단계, 및

    상기 유지 시일재가 권취된 배기가스 처리체를 압입 방법에 의해 상기 케이싱 안으로 위치시키는 단계를 포함하며,

    상기 유지 시일재는 무기 섬유를 포함하며, 표면 또는 이면의 적어도 한 면에 니들링 처리에 의해 형성된 복수의 교락점을 갖는 시트재로 구성되며,

    상기 교락점의 밀도 (ρ) 는 5 개/㎠ ≤ ρ < 20 개/㎠ 인 것을 특징으로 하 는 배기가스 처리 장치의 제조 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 교락점의 밀도 (ρ) 는 5 개/㎠ ≤ ρ < 15 개/㎠ 인 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치의 제조 방법.
14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 교락점은 상기 시트재의 표면 또는 이면의 적어도 한 면의 전 영역에 걸쳐서 또는 그 전 영역에 분산되어 열 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 처리 장치의 제조 방법.

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