KR20090032919A - 매트재, 매트재를 제조하는 방법, 배기가스 처리장치 및소음장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 매트재는 무기 섬유와, 제1 주 표면 및 제2 주 표면과, 상기 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 둘러싸는 단부면을 포함한다. 무기 섬유 비산 억제부는 매트재의 단부면의 적어도 일부에 형성되며, 상기 무기 섬유 비산 억제부는 무기 섬유의 비산이 억제되도록 구성되어 있다.
매트재, 무기 섬유, 무기 섬유 비산 억제부

Description

매트재, 매트재를 제조하는 방법, 배기가스 처리장치 및 소음장치 {MAT MEMBER, METHOD OF FABRICATING MAT MEMBER, EXHAUST GAS TREATING APPARATUS, AND SILENCING DEVICE}
본 발명은 무기 섬유를 포함하는 매트재, 특히 차량의 배기가스 처리 장치 및 소음 장치에 사용되는 매트재에 관한 것이다.
자동차 대수는 금세기에 들어 비약적으로 증가하였다. 따라서, 자동차의 내연기관으로부터 방출된 배기가스의 양 또한 비약적으로 증가되었다. 특히, 디젤 엔진으로부터 배기가스에 포함된 다양한 물질은 오염을 초래하여, 오늘날 지구 환경에 심각한 영향을 주고 있다.
상기 상황하에서, 다양한 배기가스 처리장치가 제안되어 실용화되어 있다. 일반적인 배기가스 처리장치에서는, 원통형 부재(케이싱)가 엔진의 배기가스 매니폴드에 연결된 배기 관의 중앙에 제공된다. 케이싱의 내부에는, 배기 가스용 입구 및 출구에 해당하는 개구 면을 가지는 배기가스 처리체가 존재하며, 이 배기가스 처리체는 다수의 미세한 기공을 포함한다. 배기가스 처리체의 예는 디젤 미립자 필터(diesel particulate filter; DFP)와 같은 배기가스 필터 및 촉매 담지체이다. DPF의 경우에, 상기 구조로 인하여 배기가스가 배기가스 처리체의 입구 개구면 및 출구 개구면을 통하여 방출됨에 따라, 미립자가 기공 주위의 벽에 포획된다. 그래서, 상기 미립자를 배기가스로부터 제거할 수 있다.
일반적으로 유지 시일재는 배기가스 처리체와 케이싱 사이에 제공된다. 유지 시일재는 케이싱이 접촉되어 배기가스 처리체가 파손되는 것(이는, 차량의 주행 중에 발생할 수 있다)을 방지시킨다. 또한, 유지 시일재는 케이싱과 배기가스 처리체 사이의 간격을 통하여 배기가스가 누출되는 것을 방지시킨다. 또한 유지 시일재는 배기가스 압력으로 인하여 배기가스 처리체가 탈락되는 것을 방지시킨다. 또한, 배기가스 처리체는 반응성을 유지시키기 위해서 고온으로 유지되어야 하며, 따라서 유지 시일재는 단열성을 필요로 한다. 상기 요구조건을 충족시키기 위해서, 알루미나 섬유와 같은 무기 섬유로 만들어진 매트재가 있다.
매트재는 개구면을 제외한 배기가스 처리체의 외주면의 적어도 일부 주변에 권취되어 있으며, 테이프 등을 사용하여 배기가스 처리체에 일체로 고정되어 있어, 유지 시일재로서 기능한다. 이후에, 이러한 일체화된 요소는 케이싱 내로 가압 끼워 맞춤되어, 배기가스 처리장치가 구성되게 된다.
매트재는 다수의 미세 무기 섬유(일반적으로 3㎛ ~ 8㎛의 직경을 가짐)를 포함한다. 종종 상기 무기 섬유는 작업 환경성을 악화시킨다. 예컨대, 작업자가 매트재를 취급하는 동안에, 무기 섬유는 상기 매트재로부터 이탈되어 주위 환경으로 비산하게 된다.
매트재를 취급하는 동안에 비산하는 무기 섬유를 억제시키기 위해서, 고분자 수지로 이루어진 필름을 매트재의 앞면 및 뒷면에 제공하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1 및 2 참조).
특허 문헌1: 일본 특허 출원 공개 공보 제H8-61054 호
특허 문헌2: 일본 특허 출원 공개 공보 제2003-293756 호
그러나, 본 발명의 발명자는 매트재의 앞면 및 뒷면에 고분자 수지로 이루어진 필름이 제공되더라도, 많은 무기 섬유가 매트재를 다루는 동안에 비산된다는 것을 알았다. 그래서, 종래의 무기 섬유 비산 억제 대책(즉, 앞 뒷면에 고분자 수지로 이루어진 필름을 제공하는 기술)의 효과를 확인하기 위해서, 본 발명의 발명자는 상기 매트재로부터 비산하는 무기 섬유 비산량을 실제로 측정을 행하였다(무기 섬유 비산 실험의 방법은 후술한다).
이러한 측정으로부터 얻어진 결과는 매트재의 앞면 및 뒷면에 필름을 제공하는 통상의 방법으로는, 비산 무기 섬유의 양을 충분히 억제시킬 수 없다는 것을 보여준다.
상기 설명된 바와 같이, 비산 무기 섬유의 양은 통상의 조치에 의해서는 충분히 억제될 수 없고, 따라서 비산 무기 섬유의 양을 더 억제시키기 위한 조치가 필요하다는 것을 예상할 수 있다.
본 발명은 하나 이상의 상기 설명된 단점이 해소된 매트재, 상기 매트재를 제조하는 방법, 배기가스 처리장치 및 소음 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시형태는 종래 매트재에 비하여 무기 섬유의 비산이 더욱 억제된 매트재와, 상기 매트재를 제조하는 방법과 상기 매트재를 포함하는 소음 장치 및 배기가스 처리장치를 제공한다.
본 발명의 실시형태는 무기 섬유와, 제1 주 표면 및 제2 주 표면과, 상기 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 둘러싸는 단부면을 포함하는 매트재를 제공하며, 무기 섬유 비산 억제부는 무기 섬유의 비산이 억제되도록 무기 섬유 비산 억제부가 구성되는 매트재의 단부면의 적어도 일부에 형성된다.
본 발명의 실시형태는 무기 섬유를 포함하는 매트재와, 제1 주 표면 및 제2 주 표면과, 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 둘러싸는 단부면을 포함하는 매트재를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 매트재의 단부면의 적어도 일부에 무기 섬유 비산 억제부를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 무기 섬유 비산 억제부는 무기 섬유의 비산이 억제되도록 구성되어 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 매트재가 취급되는 동안에 무기 섬유의 비산이 상당히 억제되는 매트재를 제공할 수 있다. 또한, 상기 매트재를 제조하는 방법 및, 유지 시일재 및/또는 단열재로서 역할하는 상기 매트재를 포함하는 배기가스 처리 장치를 제공할 수 있다. 또한, 흡음재로서 역할하는 상기 매트재를 포함하는 소음 장치를 제공할 수 있다.
본 발명으로 비산 무기 섬유의 양을 충분히 억제시킬 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 이해함으로써 분명해 질 수 있다.
첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도2는 본 발명의 실시형태에 따른 매트재의 예를 나타낸다. 도3은 본 발명에 따른 매트재를 유지 시일재로서 포함하는 배기가스 처리장치의 분해도이다.
일반적으로, 본 발명에 따른 매트재(30)는 예컨대, 알루미나 및 실리카로 이루어진 다수의 미세 무기 섬유(일반적으로 약 3㎛ ~ 8㎛의 직경을 가짐)와 소정 양(예컨대, 1%의 중량비)의 유기 결합재(이하, "제2 유기 결합재"라 할 수도 있음)를 포함한다.
또한, 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 매트재(30)는 단부면(280)에 의해 둘러싸여지는 제1 및 제2 주 표면(250, 260)을 포함한다. 또한, 매트재(30)는 장측(X 방향과 평행한 측) 및 단측(Y 방향과 평행한 측)을 포함하는 실질적으로 사각 형상을 가진다. 단측(70, 71)은 각각 결합 돌출부(50) 및 결합 오목부(60)를 포함한다. 또한, 두 돌출부(61)는 단측(71)의 결합 오목부(60)와 인접한 위치에 형성되어 있다. 그러나, 본 발명에 따른 매트재(30)의 단측(70, 71)은 도2에 도시된 형상으로 한정되지 않으며, 단측(70, 71)은 도면에 도시된 결합부를 갖지 않을 수 있거나 단측(70, 71)은 각각 복수의 결합 돌출부(50) 및 복수의 결합 오목부(60)를 포함할 수 있다. 본 출원에서, "실질적으로 사각형"은 장측과 단측이 만나는 각각의 모서리의 각이 90°이외의 각도(예컨대, 곡률을 갖을 수 있음)를 갖는 형상일 수 있다.
이러한 매트재(30)가 유지 시일재(24)로 사용될 때, 장측이 권취되는 방향(X 방향)이 되도록 사용된다. 도3에 도시된 바와 같이, 촉매 담지체와 같은 배기가스 처리체(20) 주위로 권취되는 유지 시일재(24)로 매트재(30)가 사용될 때, 결합 돌출부(50)와 결합 오목부(60)는 매트재(30)가 배기가스 처리체(20)에 고정되도록 서로 결합된다. 이후, 유지 시일재(24)가 권취된 배기가스 처리체(20)는 가압 맞춤법에 의해 금속 등으로 제작된 원통형 케이싱(12) 내로 삽입된다.
도2로 되돌아가 보면, 본 발명에 따른 매트재(30)는 무기 섬유의 비산을 억제하기 위하여 매트재(30)의 전체 외주 단부(280) 주위에 제공된 무기 섬유 비산 억제부(290)를 가진다.
상기 설명된 바와 같이, 일반적인 매트재는 다수의 미세 무기 섬유를 포함한다. 따라서, 통상의 매트재에 있어서, 작업자가 상기 매트재를 취급하는 동안에 무기 섬유는 상기 매트재로부터 이탈되어 주위 환경으로 비산되게 된다.
도1은 각각 100mm x 100mm x 7.1mm의 크기를 가지는 매트재에서 규정된 부분(제1 주 표면 및 제2 주 표면, 제1 주 표면 및 단부면 및, 제2 주 표면 및 단부면)이 고분자 필름에 의해 마스크되거나(masked) 또는 전혀 마스크되지 않은 상태로 무기 섬유 비산 테스트(아래에 상세히 설명됨)를 실시하여 측정된 무기 섬유 비산량(상부 그래프)과 무기 섬유 비산율(하부 그래프)을 나타낸다. 도1에서, 샘플1은 전혀 마스크되지 않은 매트재이다. 샘플2에서는, 제1 및 제2 주 표면이 마스크되어 있어, 외주 단부면만이 노출되어 있다. 샘플3에서는, 제1 주 표면 및 외주 단부면이 마스크되어 있어, 제2 주 표면 만이 노출되어 있다. 샘플4에서는, 제2 주 표면 및 외주 단부면이 마스크되어 있어, 제1 주 표면 만이 노출되어 있다. 상부 그래프에서 수직 축선의 무기 섬유 비산량은 매트재의 마스크되지 않은 영역(노출면)의 표면적에 대하여 비산된 무기 섬유의 중량을 의미한다. 하부 그래프에서 수직 축선의 무기 섬유 비산율은 매트재의 총 중량에 대하여 비산된 무기 섬유의 중량%를 의미한다. 각각의 샘플에 대한 좌측의 막대(백색 막대)는 총 중량에 대하여 4.5 중량%의 유기 결합재가 함침된 매트재의 측정결과를 나타낸다. 각각의 샘플에 대한 우측의 막대(채워진 막대)는 총 중량에 대하여 1.0 중량%의 유기 결합재가 함침된 매트재의 측정 결과를 나타낸다.
놀랍게도, 상기 결과는 무기 섬유 비산량이 샘플2, 즉, 제1 주 표면 및 제2 주 표면에 필름이 제공된 종래의 매트재에 상당하는 샘플에서 가장 크다는 것을 말한다. 이러한 결과는 적은 양의 유기 결합재(1.0 중량%)를 포함하는 매트재에 있어 특히 중요하다. 한편, 마스크된 단부면을 가지는 매트재에 대응하는 샘플3(또는 샘플4)에서, 무기 섬유 비산량은 샘플1의 비산량 이하이다. 이는 무기 섬유가 매트재의 제1 주 표면 또는 제2 주 표면으로부터가 아닌, 매트재의 단부면으로부터 주로 비산한다는 것을 나타낸다.
이는 매트재가 단부면에서 절단된다는 사실에 기인한다. 이들 부분에서 다수의 무기 섬유는 무기 섬유의 네트워크(network)로부터 절단된다. 따라서, 섬유들 간의 결속력은 매트재의 단부면에서 취약하며, 이는 무기 섬유를 튀어나오게 하거나 탈락시킨다. 이러한 이유로 인하여, 매트재를 취급할 때에, 무기 섬유의 대부분이 단부면으로부터 비산된다고 생각된다. 전체 샘플의 각각의 매트재는 제1 주 표면 측으로부터 규정된 양(1중량 % 또는 4.5중량 %)의 유기 결합재가 함침된다. 따라서, 샘플3과 샘플4의 차이는 매트재 내부(두께 방향)에서의 유기 결합재의 치우침 분포에 의한 것이다. 즉, 유기 결합재의 양은 매트재의 제2 주 표면에 근접한 부분에 비하여, 유기 결합재가 적용되는 제1 주 표면을 향하여 커지는 경향이 있다. 이 때문에, 비산 무기 섬유의 양에 대한 샘플3 및 샘플4의 차이가 발생한 것으로 생각된다.
이러한 결과는 매트재의 제1 및/또는 제2 주 표면에 고분자 필름을 제공하는 통상의 방법으로는 매트재로부터의 무기 섬유의 비산을 충분히 효과적으로 억제할 수 없다는 것을 보여준다. 특히, 차량에 대한 배기가스 처리분야와 연관된 환경상의 관점을 고려하면, 사용 동안에 배기가스 처리장치로부터 방출된 유기 성분의 양을 억제시키기 위해서, 유지 시일재에 포함된 유기 결합재의 양을 현재의 4.5중량%로부터 예컨대, 대략 1중량%로 억제시키기 위한 연구가 행해지고 있다. 매트재에 함침되는 유기 결합재의 양이 이러한 방침에 의해 억제된다면, 도1에 도시된 결과로 볼 때, 보다 많은 무기 섬유가 매트재의 단부면으로부터 비산될 것이다.
한편, 도1의 하부 그래프(특히, 샘플3 또는 샘플4)에 도시된 결과로부터, 매트재의 단부면을 어떠한 방법으로 피복함으로써, 보다 효과적으로 무기 섬유의 비산을 억제할 수 있다고 예상된다.
본 발명에 있어서, 무기 섬유가 주로 비산하는 매트재의 단부면은 무기 섬유의 비산이 방지되도록 처리된다. 따라서, 본 발명은 가장 적절하고 효과적인 방법으로 무기 섬유의 비산이 방지된다. 예컨대, 도2에 도시된 바와 같이, 무기 섬유 비산 억제부(290)는 매트재의 전체 외주 단부면(280)의 주변에 형성되어 있다. 이러한 경우에, 매트재의 단부면(280)으로부터 무기 섬유가 비산되는 것이 방지되며, 따라서, 취급되는 동안 매트재로부터 무기 섬유가 비산되는 것이 충분하고도 효과적으로 방지될 수 있다.
무기 섬유 비산 억제부(290)는 매트재의 단부면으로부터 비산되는 무기 섬유의 양을 억제시킬 수 있는 한, 어떠한 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 무기 섬유 비산 억제부(290)는 단부면(280) 상에 고분자 필름과 같은 필름을 제공하거나, 단부면(280)에 유기 결합재(또한 이를, 매트재의 내부에 함침되도록 제1 주 표면 상의 통상의 매트재에 적용되는 상기 언급된 "제2 유기 결합재"와 구분하기 위해서 제1 유기 결합재라 함)를 도포시켜 형성될 수 있다.
또한, 도2에 도시된 예에서, 무기 섬유 비산 억제부(290)는 매트재의 전체 외주 단부면(280)을 따라 제공되나, 본 발명의 실시형태는 상기 구성으로 한정되지 않는다. 즉, 매트재로부터의 무기 섬유 비산량이 종래 기술에 비하여 억제될 수 있는 한, 무기 섬유 비산 억제부(290)는 매트재의 단부면(280)의 일부에만 형성될 수 있다. 예컨대, 어떤 계산식에서는, 하기 설명된 바와 같이, 고분자 필름이 제1 및 제2 주 표면에 제공되는 통상의 매트재에 비하여, 무기 섬유 비산 억제부(290)가 매트재의 외주 단부면(280)의 전체 면적의 75% 일 때, 매트재로부터의 무기 섬유 비산 량은 억제될 수 있다. 상기 실시형태는 매트재에 포함되는 유기 성분의 전체 량을 더 억제시키는데 특히 효과적이다.
주 표면에 제공된 고분자 필름을 가지는 매트재에 있어서, 이러한 주 표면은 개념적으로 "무기 섬유 비산 억제부"에 대응한다. 따라서, 이하의 설명에서, 고분자 필름을 포함하는 매트재의 주 표면을 "무기 섬유 비산 억제부" 라 할 수 있다.
또한, 무기 섬유 비산 억제부(290)는 단부면(280)의 상부로부터 매트재(30)의 단부면(280)만을 감싸도록 제공되는 것이 바람직하나, 이로써 제한되는 것은 아니다. 상기의 구성으로 무기 섬유 비산 억제부(290)를 제공함으로써 매트재(30)의 증가된 유기성분의 양을 최소화시킬 수 있다. 예컨대, 도4에 도시된 바와 같이, 고분자 필름을 제공하여 단부면(280)에 무기 섬유 비산 억제부(290)를 형성시키기 위해서, 고분자 필름(290F)을 제공하기 위해 고분자 필름(290F)이 단부면 상의 영역과 동일한 크기로 미리 잘려진다. 또한, 도5에 도시된 바와 같이, 무기 섬유 비산 억제부(290)가 유기 결합재를 스프레이 분사하여 단부면(280) 상에 형성될 때, 매트재(30)의 제1 및 제2 주 표면(250, 260) 상의 단부면 근방의 영역은 미리 마스킹(masking) 부재(310)로 마스크된다. 이후, 도포기(330)를 사용하여, 유기 결합재가 무기 섬유 비산 억제부(290)를 제공하기 위한 단부면(280) 상의 영역에 스프레이 분사된다. 따라서, 무기 섬유 비산 억제부(290)가 단부면(280)(이 단부면의 규정된 영역)에만 제공되어, 무기 섬유 비산 억제부(290)가 매트재(30)의 제1 및 제2 주 표면(250, 260)에 제공되는 것이 방지된다.
매트재(30)의 단부면(280) 상에 고분자 필름을 제공함으로써 무기 섬유 비산 억제부(290)가 형성되는 경우에 있어서, 상기 고분자 필름의 두께 및 재료는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 0.08mm 두께를 가지는 NISSEKI PLASTO CO.,LTD에 의해 제조된 CLAF(상표명)를 사용할 수 있다. 특히, 고분자 필름의 두께가 1mm 이하 라면, 매트재(30)의 단부면(280) 상에 무기 섬유 비산 억제부(290)를 형성함으로써 매트재(30)에서의 유기성분의 전체 량이 상당히 증가되는 것을 방지할 수 있다.
마찬가지로, 무기 섬유 비산 억제부(290)가 매트재(30)의 단부면(280) 상에 유기 결합재를 적용시켜 형성되는 경우에, 상기 유기 결합재는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 고무 수지, 스티렌 수지와 같은 매트재의 제2 유기 결합재로서 통상적으로 사용되는 재료 또는 제2 유기 결합재로서 통상적으로 사용되지 않는 다른 재료를 유기 결합재로서 사용할 수 있다. 예컨대, 바람직한 재료는 아크릴(ACM) 수지, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 수지 및, 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 수지이다.
또한, 무기 섬유 비산 억제부(290)가 제1 유기 결합재를 도포하여 형성될 때, 단부면(280)상의 적용량(이하, "적용 밀도(P)" 라 함)은 특별히 한정되지 않는다. 일반적으로, 적용 밀도(P)가 증가된다면, 이에 따라 무기 섬유의 비산 방지 효과가 증가된다. 그러나, 적용 밀도(P)가 25mg/㎠을 초과한다면, 상기 효과는 더이상 증가되지 않는다. 또한, 상기 매트재(30)에 포함된 유기성분의 양은 상기 설명된 바와 같이 환경상의 관점을 고려하여 최소화되는 것이 바람직하다. 따라서, 적용 밀도(P)는 0 < P ≤ 25 mg/㎠의 영역인 것이 바람직하다. 상기 구성으로, 매트재(30)에 포함된 유기성분의 양의 증가(이러한 증가는 무기 섬유 비산 억제부(290)를 제공하여 초래됨)는 1.5중량 % 이하로 제한될 수 있다(따라서, 예컨대, 매트재(30)가 1중량%의 유기 결합재로 미리 함침된다면, 매트재(30)에 포함된 유기성분의 전체 량은 2.5중량% 이하로 제한될 수 있다). 특히, 하기 설명된 바와 같 이, 제1 유기 결합재의 적용 밀도는 대략 6mg/㎠ 이하인 것이 바람직하다. 상기 구성으로, 매트재(30)에 포함된 유기성분의 양의 증가(이 증가는 무기 섬유 비산 억제부(290)를 제공하여 초래됨)는 대략 0.5 중량 %로 제한될 수 있다(따라서, 예컨대, 매트재(30)가 1중량 %의 유기 결합재로 미리 함침된다면, 매트재(30)에 포함된 유기성분의 전체 량은 1.5중량 % 이하로 제한된다).
단부면 상에서 제1 유기 결합재의 적용 밀도(P)는 이하와 같이 계산된다. 매트재의 최종 제품을 임의의 한 단부면으로부터 5mm의 폭으로 잘라, 직사각형 샘플 A를 얻는다(상기 샘플 A는 이 샘플의 여섯 면 중 오직 하나의 면(F)이 본래의 매트재의 단부면에 해당한다). 다음으로, 매트재의 상기 언급된 단부면과 상기 언급된 단부면으로부터 5mm에 대응하는 영역을 샘플 B가 포함하지 않는 방식으로 샘플 B를 얻는다. 다음으로, 샘플 A 및 샘플 B는 1 시간 동안, 110℃의 온도의 대기 중에 놓여 진다. 이후에, 각각의 샘플 A 및 B의 중량(mg)을 측정한다 (각각 WA1, WB1으로 나타냄). 이후에, 양 샘플을 600℃에서 1시간 동안 소성 한다. 이후에, 실온까지 온도를 하강시키고, 각각의 샘플(A 및 B)의 중량(mg)을 다시 한번 측정한다 (각각 WA2, WB2로 나타냄). 얻어진 값을 이하의 식에 적용시켜, 단부면 상의 제1 유기 결합제의 적용 밀도를 얻는다.
P[mg/㎠] = {(WA1-WA2)-(WB1-WB2)}/(샘플(A)에서의 면(F)의 면적(㎠))... 식 (1)
본 발명은 무기 섬유 비산 억제부(290)가 매트재(30)의 단부(280)의 적어도 일부에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 매트재 자체의 사양, 예컨대, 무기 섬유의 재료, 섬유 직경, 매트재의 형상 및/또는 제1 및 제2 주 표면에 필름이 제공되는지 여부 등으로 특별히 제한되지 않는다.
예컨대, 본 발명은 통상의 기술로서 주 표면에 고분자 필름이 제공된 매트재에 적용될 수 있다. 다른안으로서, 주 표면에 제공된 임의의 고분자 필름을 가지지 않는 매트재의 경우에, 단부면 뿐만 아니라 제1 주 표면 및/또는 제2 주 표면 상에 부분 또는 전체적으로 제1 유기 결합제를 도포하여 무기 섬유 비산 억제부를 형성시킬 수 있다. 또한, 제1 주 표면 및/또는 제2 주 표면 상에 무기 섬유 비산 억제부를 형성시킴으로써, 매트재로부터 비산되는 무기 섬유의 양은 더 억제될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에, 매트재에 포함되는 유기성분의 전체 양은 상당히 증가될 수 있다. 따라서, 매트재에 포함되는 유기성분의 전체 양이 예컨대, 4.5 중량% 이하가 되도록 무기 섬유 비산 억제부(290)에 포함되는 유기성분의 양을 조절하는 것이 바람직하다.
상기 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 매트재에 있어서, 무기 섬유가 주로 비산되는 매트재의 단부면은 비산 무기 섬유가 억제되도록 처리된다. 따라서, 본 발명에 따른 매트재에서, 취급되는 동안, 매트재로부터 섬유의 비산이 충분하고도 효과적으로 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 매트재는 예컨대, 유지 시일재 및/또는 배기가스 처리장치(10)의 단열재로서 사용될 수 있다. 도6은 본 발명에 따른 배기가스 처리장치(10)의 구성의 예를 나타낸다.
배기가스 처리장치(10)는 유지 시일재(24)가 외주면에 권취된 배가가스 처리체(20)와, 상기 배기가스 처리체(20)를 수용하는 케이싱(12)과, 케이싱(12)의 입구 측 및 출구 측에 각각 연결된, 배기가스용 입구 관(2) 및 출구 관(4)을 포함한다. 입구 관(2) 및 출구 관(4)은 그의 직경이 케이싱(12)에 연결되는 위치를 향하여 커지도록 테이퍼 형상을 가진다. 또한, 입구 관(2)의 테이퍼 부분에는 단열재(26)가 제공되어 있다. 따라서, 상기 배기가스 처리장치(10) 내의 열이 입구 관(2)을 경유하여 외부로 전달되는 것이 방지된다. 도6에 도시된 예에서, 배기가스 처리체(20)는 배기가스용 입구 및 출구에 대응되는 개구 면과, 가스 유동과 평행한 방향의 다수의 관통 구멍을 가지는 촉매 담지체이다. 상기 촉매 담지체는 예컨대, 허니컴 구조체를 가지는 다공질 실리콘 카바이드로 형성되어 있다. 그러나, 본 발명에 따른 배기가스 처리장치(10)가 상기의 구성으로 제한되지 않는다. 예컨대, 배기가스 처리장치(20)는 일부 관통 구멍이 밀폐되어 있는 DPF일 수 있다.
유지 시일재(24) 및 단열재(26)는 본 발명에 따른 매트재(30)로 구성될 수 있다. 상기 배기가스 처리장치(10)에 있어서, 매트재(30)가 유지 시일재(24) 및 단열재(26)로서 부착될 때, 비산되는 무기 섬유는 상당히 억제된다.
또한, 본 발명에 따른 매트재(30)가 유지 시일재(24)로 사용된다면, 매트재(30)의 양 주 표면에 고분자 필름이 제공될 필요는 없다. 이는 억제된 비산 무기 섬유의 충분한 효과가 단부면(280) 상에 무기 섬유 비산 억제부(290)를 형성하는 것으로만 달성될 수 있기 때문이다. 고분자 필름이 매트재(30)의 양 주 표면에 제공될 필요가 없기 때문에, 배기가스의 열에 의해 분해되어 방출되는 유기성분의 양은 본 발명에 따른 배기가스 처리장치(10)를 사용하는 동안(특히, 초기 사용 시에) 상당히 억제될 수 있다. 예컨대, 매트재(30)에 미리 1중량%의 유기 결합제가 함침된다면, 매트재(30)에 포함되는 유기성분의 전체 량은 1.5중량% 이하로 제한될 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 매트재의 다른 적용에 대하여 설명한다. 도7은 본 발명에 따른 매트재를 포함하는 소음 장치를 나타낸다. 이러한 소음 장치는 예컨대 차량, 즉, 엔진의 배기관의 중앙에 제공된다. 소음 장치(70)는 내부 관(72)(예컨대, 스테인레스 강과 같은 금속으로 제조됨)과, 외측을 감싸는 외부 덮개(76)(예컨대, 스테인레스 강과 같은 금속으로 제조됨)와, 내부 관(72)과 외부 덮개(76) 사이에 제공된 흡음재(74)를 포함한다.
일반적으로, 다수의 세공이 내부 관(72)의 표면에 제공되어 있다. 배기가스가 내부 관(72)의 내부를 통과하여 유동할 때에, 이러한 소음 장치(70)에 의해, 배기가스에 포함된 소음 성분이 흡음재(74)로 억제될 수 있다.
본 발명에 따른 매트재(30)는 흡음재(74)로 사용될 수 있다. 흡음재(74)로서, 본 발명에 따른 매트재(30)를 사용함으로써, 흡음재(74)를 소음 장치(70)에 부착할 시에 비산될 수 있는 무기 섬유의 비산을 상당히 억제시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 매트재(30)를 제조하는 방법의 예를 설명한다. 당업자라면, 이하에 설명된 방법 이외의 방법에 의해 매트재(30)를 제조할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도8은 본 발명에 따른 매트재(30)를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다. 본 발명에 따른 매트재(30)를 제조하는 방법은 제1 주 표면과, 제2 주 표면과, 단부면을 가지는 매트재를 제공하는 단계(단계(110))와, 매트재의 단부면의 적어도 일부에 무기 섬유 비산 억제부를 형성하는 단계(단계(120))를 포함한다. 각각의 단계를 이하에서 상세히 설명한다.
[단계 110]
우선, 무기 섬유로 이루어진 적층된 시트를 제조한다. 이하의 설명에서, 알루미나 및 실리카의 혼합물이 무기 섬유로서 사용된다. 섬유재는 알루미나 또는 실리카 중의 하나일 수 있으나 이들로 제한되지는 않는다. 알루미늄 함유량 70g/l, Al/Cl = 1.8(원자비)의 염기성 염화 알루미늄 수용액에 예컨대, 알루미나 실리카 조성비가 60 ~ 80 : 40 ~ 20이 되도록 실리카 졸을 첨가하여, 무기 섬유의 전구체를 제조한다. 특히, 알루미나:실리카의 조성비는 70 ~ 74 : 30 ~ 26인 것이 보다 바람직하다. 알루미나의 상대비가 60% 미만이라면, 알루미나 및 실리카로부터 생상되는 멀라이트(mullite)의 조성비는 감소된다. 따라서, 최종 매트재는 열 전도성이 높게 되는 경향이 있다.
다음으로, 폴리비닐 알콜과 같은 유기 중합체를 알루미나 섬유의 전구체에 첨가한다. 이후에, 이러한 용액을 농축하여 방사액(spinning solution)을 준비한다. 이러한 방사액은 분사법(blowing process)에 의해 실행되는 방사 공정에 사용된다.
분사법은 공기 노즐로부터 분사되어 방출되는 공기 유동과, 방사액 공급 노즐로부터 가압되어 방출되는 방사액 유동을 사용하여 실행되는 방사법이다. 각각 의 공기 노즐의 슬릿으로부터의 가스 유동 속도는 일반적으로 40m/s ~ 200m/s이다. 각각의 방사액 공급 노즐의 직경은 일반적으로 0.1mm ~ 0.5mm이며, 방사액 공급 노즐 당의 액 량은 일반적으로 1 ml/h ~ 120 ml/h이며, 3 ml/h ~ 50 ml/h가 보다 바람직하다. 상기 조건하에서, 방사액 공급 노즐로부터 가압되어 방출되는 방사액은 스프레이 형태(미스트 형태)로 변하지 않고 충분히 연신되며, 섬유들은 서로에 대하여 적층되지 않는다. 따라서, 방사 조건을 최적화함으로써, 좁은 섬유 직경 배분이 형성되는 균일한 전구체를 형성할 수 있다.
제조된 알루미나 섬유의 평균 길이는 250㎛ 이상이며, 500㎛ 이상이 보다 바람직하다. 섬유의 평균 길이가 250㎛ 미만이라면, 섬유는 서로 충분히 엇갈리지 않아, 강도가 불충분해진다. 또한, 특별히 제한되지 않지만, 무기 섬유의 평균 직경은 대략 3㎛ ~ 8㎛인 것이 바람직하며, 대략 5㎛ ~ 7㎛ 인 것이 보다 바람직하다.
방사 공정을 거친 전구체는 서로 적층되어, 적층된 시트가 형성된다. 이후, 상기 적층된 시트 상에 니들링(needling) 공정을 실행한다. 상기 니들링 공정에서, 바늘은 적층된 시트에 삽입되어 이 시트를 빠져나오게 되어 시트의 두께가 감소된다. 니들링 공정에는 일반적으로 니들링 장치가 사용된다.
일반적으로, 니들링 장치는 바늘이 적층된 시트 내로 삽입되어 상기 시트를 빠져 나오는 방향으로 왕복 가능한(일반적으로 위, 아래) 바늘 판과, 적층된 시트의 앞면 및 후면의 각각의 측에 설치된 한 쌍의 지지판을 포함한다. 바늘 판은 적층된 시트 내로 삽입되는 다수의 바늘을 구비하며, 상기 바늘은 예컨대, 약 25 ~ 5,000개의 바늘/100㎠ 의 밀도로 배치되어 있다. 각각의 지지판은 상기 바늘에 대한 다수의 관통 구멍을 가진다. 쌍을 이루는 지지판에 의해 적층된 시트의 각각의 측에 대하여 가압될 때, 바늘 판은 상기 적층된 시트를 향해 근접하거나 멀어진다. 따라서, 바늘은 상기 적층된 시트에 삽입되어 이 시트를 빠져나오게 되며, 다수의 바늘 자국이 얽혀진 섬유에 형성된다.
다른 구성으로서, 니들링 장치는 두 세트의 바늘 판을 포함할 수 있다. 각각의 바늘 판은 대응 지지판을 구비한다. 두 개의 바늘 판은 상기 적층된 시트의 앞면 및 후면에 각각 배치되어 있어, 상기 적층된 시트는 지지판에 의해 양측이 고정되게 된다. 일 측의 바늘 판에는, 니들링 공정 동안에 다른 측의 바늘 판의 바늘군과 위치가 겹치지 않도록 바늘이 배치되어 있다. 또한, 각각의 지지판은 각각의 바늘 판 상의 바늘의 위치를 고려하여 배치되어 있는 다수의 관통 구멍을 가져, 적층된 시트의 양 측으로부터 니들링 공정이 실행될 때에, 바늘이 지지판에 맞닿지 않게 된다. 상기 장치는 두 개의 지지판으로 양측으로부터 적층된 시트를 사이에 끼워, 두 개의 바늘 판으로 적층된 시트의 양측으로부터 니들링 공정을 실행하는데 사용될 수 있다. 상기의 방법으로 니들링 공정을 실행함으로써, 공정 시간이 감소될 수 있다.
다음으로, 상기 니들링 공정을 거친 적층된 시트는 상온으로부터 가열되기 시작하여, 약 1,250℃의 최대 온도로 연속 소성되어, 규정된 기본 중량(단위면적 당의 중량)을 가지는 매트재가 형성되게 된다.
일반적으로, 매트재의 취급을 용이하게 하기 위해서, 상기와 같이 형성된 매 트재에는 제1 주 표면 측으로부터 수지와 같은 유기 결합제(제2 유기 결합제)가 함침된다. 그러나, 상기 매트재에 유기 결합제가 함침되고, 상기 매트재가 배기가스 처리장치에 포함되는 경우에, 유기 성분의 증가된 양은 상기 장치가 사용되는 동안에 상기 장치로부터 방출된다. 따라서, 이하의 단계에 있어서, 매트재에 포함된 유기 결합제의 양(매트재의 전체 중량에 대한 유기 결합제의 중량)은, 예컨대, 1.0 중량 % ~ 4.0 중량 % 이다(그러나, 이는 매트재의 단부면 상에 형성된 무기 섬유 비산 억제부에 포함된 유기 성분의 양에 따라 변경될 수 있다). 따라서, 최종 매트재에 포함된 유기 성분의 전체 량은 적어도 유지 시일재로 현재 사용된 매트재의 값(매트재의 전체 중량에 대하여 4.5 중량 %)의 이하일 수 있다.
유기 결합제의 예는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 고무 수지, 스트렌 수지 등이다. 예컨대, 아크릴(ACM) 수지, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR) 수지, 스트렌 부타디엔 고무(SBR) 수지 등이 사용될 수 있다.
[단계 120]
상기 설명된 바와 같이 제조된 매트재는 규정된 형상(예컨대, 도2에 도시된 형상)으로 절단된다.
다음으로, 무기 섬유 비산 억제부가 절단 매트재의 외주 단부면의 전체 또는 일부에 형성된다. 무기 섬유 비산 억제부를 형성하기 위해서, 고분자 필름이 열 융착법 또는 접착제를 사용한 접착법에 의해 매트재의 단부 면에 제공될 수 있다. 다른 안으로서, 무기 섬유 비산 억제부는 단부면 상에 제1 유기 결합제를 포함하는 조성물을 직접 스프레이 분사하거나 브러시로 상기 조성물을 도포하여 형성될 수 있다. 스프레이 적용 법의 경우에, 예컨대, 스티렌 부타디엔을 포함하는 유기 결합제가 사용된다.
이후에, 매트재를 건조하는 공정을 실행함으로써, 단부면에 형성된 무기 섬유 비산 억제부를 가지는 매트재를 얻는다.
<실시 예>
이하에서, 실시 예로 본 발명의 효과를 설명한다.
[실시 예1에 따른 매트재의 제조]
알루미늄 함량이 70g/l이고 원자비가 Al/Cl = 1.8인 염기성 염화 알루미늄 수용액에, 알루미나 섬유의 조성비가 Al2O3:SiO2 = 72:28이 되도록 실리카 졸을 배합하여, 알루미나 섬유의 전구체를 형성하였다. 다음으로, 폴리비닐 알코올을 알루미나 섬유의 이러한 전구체에 배합하였다. 이후, 이러한 용액을 농축시켜 방사액을 준비하였다. 이러한 방사액을 분사 공정에 의해 실행된 방사 작업에 사용하였다. 이송 캐리어 가스(공기)의 유동률은 52m/s이었고, 방사액의 공급 속도는 5.3ml/h이었다.
이후에, 알루미나 섬유의 전구체를 접어서 서로 적층시켜 알루미나 섬유의 원료 매트를 제조하였다.
다음으로, 이러한 원료 매트에 니들링 공정을 실행하였다. 상기 니들링 공정은 원료 매트의 일 측에만 80 개의 바늘/100㎠의 밀도로 배치된 바늘 판을 배치시켜 원료 매트의 일 측으로부터 실행되었다.
이후에, 최종 원료 매트는 상온으로부터 1,250℃ 의 최대 온도로 1시간 동안 연속 소성되었다. 다음으로, 최종 시트재에는 유기 결합제(제2 유기 결합제)가 제1 주 표면으로부터 함침되었다. 상기 유기 결합제로서, 아크릴계 라텍스 에멀젼이 사용되었고, 함침량은 원료 매트의 전체 중량(유기 결합제를 포함함)에 대하여 1 중량 % 이었다.
다음으로, 7.3mm의 두께 및 1,160g/㎡의 기본 중량을 가지는, 상기와 같이 제조된 매트재를 100mm x 100mm의 크기로 절단하였다.
다음으로, 상기 설명된 방법에 의해, 스티렌 부타디엔(제1) 유기 결합제(Konishi Co., Ltd 에 의해 제조된 스프레이 방식 접착제 Z-2)를 매트재의 외주 단부면의 전체에 스프레이 분사함으로써, 외주 단부면의 전체에 무기 섬유 비산 억제부를 형성하였다. 제1 유기 바인더의 적용 밀도는 1.8mg/㎠ 이었다. 상기 매트재는 실시 예1에 따른 방법으로 형성되었다.
[실시 예2 ~ 5]
전체 외주 단부면의 근방에 제공된 무기 섬유 비산 억제부를 각각 가지는 매트재(실시 예2 ~ 5에서의)를 실시 예1과 동일한 방법으로 제조하였다. 그러나, 실시 예2에서 유기 결합제의 적용 밀도는 6.2mg/㎠이었으며, 실시 예3에서 유기 결합제의 적용 밀도는 10.7mg/㎠이었으며, 실시 예4에서 유기 결합제의 적용 밀도는 15.1mg/㎠이었으며, 실시 예5에서 유기 결합제의 적용 밀도는 24.3mg/㎠이었다.
[실시 예6 ~ 8]
외주 단부면에 제공된 무기 섬유 비산 억제부를 각각 가지는 매트재를 실시 예1과 동일한 방법에 의해 제조하였다. 그러나, 실시 예6에서 무기 섬유 비산 억제부는 매트제의 전체 단부면의 25%에 해당하는 단부 면의 영역에만 상기 언급된 유기 결합제를 스프레이 분사하여 형성되었다. 실시 예7에서 무기 섬유 비산 억제부는 매트재의 전체 단부 면의 50%에 해당하는 단부 면의 영역에만 상기 언급된 유기 결합제를 스프레이 분사하여 형성되었다. 실시 예8에서 무기 섬유 비산 억제부는 매트재의 전체 단부 면의 75%에 해당하는 단부 면의 영역에만 상기 언급된 유기 결합제를 스프레이 분사하여 형성되었다. 전체 실시 예에서, 무기 섬유 비산 억제부에서의 유기 결합제의 적용 밀도는 1.8 mg/㎠ 이었다.
[실시 예9]
무기 섬유 비산 억제부를 포함하는 매트재를 실시 예1과 동일한 방법에 의해 제조하였다. 그러나, 실시 예9에서 제1 유기 결합제는 또한 매트재의 전체 주 표면(제1 주 표면) 중의 하나에 스프레이 분사되었다. 따라서, 무기 섬유 비산 억제부는 매트재의 전체 단부면 주변뿐만 아니라, 매트재의 전체 주 표면(제1 주 표면) 중의 하나에 형성되었다. 무기 섬유 비산 억제부(단부면 및 제1 주 표면에서의)에서 제1 유기 결합제의 적용 밀도는 1.8 mg/㎠ 이었다.
[실시 예 10]
무기 섬유 비산 억제부를 포함하는 매트재를 실시 예1과 동일한 방법으로 제조하였다. 그러나, 실시 예10에서 제1 유기 결합제는 또한 매트재의 양 전체 주 표면(제1 및 제2 주 표면)에 스프레이 분사되었다. 따라서, 무기 섬유 비산 억제부는 매트재의 전체 단부면 주변뿐만 아니라 매트재의 양 주 표면(제1 및 제2 주 표면)의 전체에 형성되었다. 무기 섬유 비산 억제부(단부 면 및 제 1 및 제2 주 표면)에서 제1 유기 결합제의 적용 밀도는 1.8 mg/㎠ 이었다.
[실시 예11]
매트재의 전체 외주 단부면에 제공된 무기 섬유 비산 억제부를 가지는 매트재를 실시 예1과 동일한 방법으로 제조하였다. 그러나, 실시 예11에서는, 제1 유기 결합제를 매트재의 단부 면에 스프레이 분사하기 전에, 매트재의 전체 양 주 표면에 NISSEKI PLASTO CO., LTD에 의해 제조된 0.08mm 두께의 고분자 필름을 열 융착 시켰다. 단부 면 상의 무기 섬유 비산 억제부에서 제1 유기 결합제의 적용 밀도는 1.8 mg/㎠ 이었다.
[비교 예1]
실시 예1과 동일한 방법으로 매트재를 제조하였다. 그러나, 비교 예1에서는 매트재의 단부면에 무기 섬유 비산 억제부를 형성하지 않았다.
[비교 예2]
실시 예1과 동일한 방법으로 매트재를 제조하였다. 그러나, 비교예 2에서는 NISSEKI PLASTO CO.,LTD에 의해 제조된, 0.08mm 두께의 고분자 필름을 매트재의 전체 양 주 표면에 열 융착시켰다.
[유기 성분량의 측정]
각각의 상기 매트재에 포함된 유기성분의 전체 량을 측정하였다. 유기성분의 전체 량을 이하와 같이 측정하였다.
매트재 샘플(100mm x 100mm)을 110℃에서 1시간 동안 건조한 후에, 샘플의 중량(mg)을 측정하였다(소성 전의 중량). 다음으로, 상기 샘플을 600℃에서 1시간 동안 소성하였다. 이후에, 온도를 상온으로 감소시키고, 샘플의 중량(mg)(소성 후의 중량)을 재차 측정하였다. 얻어진 값을 이하의 식에 적용시켜, 매트재에서의 유기 성분의 전체 량을 얻는다.
유기성분의 전체 량[%] = {{소성 전의 중량 - 소성 후의 중량)/(소성 전의 중량)} x 100 ... 식 (2)
표 1은 매트재에 대하여 얻어진 유기성분의 전체 량의 측정결과를 나타낸다.
Figure 112008022431699-PAT00001
[무기 섬유의 비산성 실험]
각각의 상기 설명된 매트재에 대하여 무기 섬유 비산성 실험을 행하였다. 도9는 실험 장치의 일부를 나타낸다.
무기 섬유 비산성 실험을 이하와 같이 실행하였다. 우선, 실험 샘플(160)로서 각각의 매트재(100mm x 100mm)를 사용하였다. 도9에 도시된 바와 같이, 실험 장치(110)로부터 돌출된 아암 프레임(140)(전체 길이 915mm, 폭 322mm)의 단부에 실험 샘플(160)을 고정시키기 위해서 두 개의 클립(130)을 사용하였다. 아암 프레임(140)은 실험 장치(110)의 수직 프레임(150)에 연결된 다른 단부를 가진다. 수직 프레임(150)은 기본 프레임 부분(151)에서 기립하도록 배치되어 있다. 또한, 수직 프레임(150)은 도9에 도시된 XZ 평면과 평행한 주 평면(Z 방향의 높이(기본 프레임 부분(151)의 높이를 제외한다) 1,016mm x X방향의 폭 322mm)을 가진다. 도9에 도시된 바와 같이, 두 개의 금속 기둥(153)은 X 방향 및 Y 방향으로 각각 두께가 25mm인 수직 프레임(150)을 포함한다. 아암 프레임(140)은 수직 프레임(150)의 상단부(미도시)에 연결된 단부 부분을 기점으로 하여 수직 프레임(150)의 주 평면에 수직한 평면(YZ 평면)에서 회전할 수 있다. 아암 프레임(140)은 수직 프레임(150)의 주 평면에 대하여 90°까지 회전될 수 있다. 실험을 행하기 위해서, 우선 아암 프레임(140)을 수직 방향에 대하여 90°로 유지시킨 상태(즉, 수평 상태)로부터 낙하시킨다. 그 결과, 아암 프레임(140)은 YZ 평면을 따라 화살표로 도시된 방향으로 90°회전하며, 따라서 샘플(160) 또한 화살표로 도시된 방향으로 회전한다. 아암 프레임(140)은 마침내 수직 프레임(150)의 금속 기둥(153)과 충돌한다. 이러한 충돌로 인하여, 몇몇 무기 섬유가 샘플(160)로부터 비산된다. 실험 후에, 샘플(160)은 클립(130)으로부터 조심스럽게 제거된다. 이후, 무기 섬유의 비산율은 이하의 식으로 얻어진다.
무기 섬유의 비산율 [%] = (실험 전의 매트재 샘플의 중량 - 실험 후의 매트재 샘플의 중량) / (실험 전의 매트재 샘플의 중량) x 100 ... 식(3)
상기 표1은 매트재로부터 얻어진 비산성 실험의 결과를 나타낸다. 표1의 결과는, 단부면의 적어도 일부에 제공된 무기 섬유 비산 억제부를 가지는 실시 예 1 ~ 11의 매트재(제1 유기 결합제의 적용 밀도가 1.8mg/㎠ ~ 24.3mg/㎠)에 있어서, 단부면에 무기 섬유 비산 억제부를 가지지 않는 매트재(비교예1)에 비하여 무기 섬유의 비산량이 상당히 감소되었다는 것을 나타낸다.
도10은 비교 예1, 2 및 실시 예1, 6 ~ 8의 매트재의 무기 섬유 비산율의 비교 결과를 나타낸다. 실시 예1, 6 ~ 8의 매트재의 무기 섬유 비산율을 비교해 보면, 매트재의 단부면의 전체 영역에 대한 무기 섬유 비산 억제부가 제공된 단부 면 상의 영역의 비율(이하, "단부면 적용 비율")이 증가함에 따라, 매트재로부터의 무기 섬유 비산에 대한 비산율이 감소한다는 것을 알 수 있다(실시 예6에서는 단부면 적용 비율이 25%이며, 실시 예7에서는 단부면 적용 비율이 50%이며, 실시 예8에서는 단부면 적용 비율이 75%이며, 실시 예1에서는 단부면 적용 비율이 100%인 것을 유의할 필요가 있다). 또한, 무기 섬유 비산 억제부가 본 발명에 따른 매트재의 전체 단부면에 제공되지 않더라도, 비산 무기 섬유는 특정 정도로 억제되게 된다. 즉, 비교 예2에 대한 결과와 상기 실시 예에 대한 결과를 비교해 보면, 매트재의 단부면 적용 비율이 75%이상일 때(실시 예8, 실시 예1)에, 양 주 표면에 제공된 필름을 가지는 통상의 매트재(비교 예2)에 비해 무기 섬유 비산율이 더 감소된다는 것을 알 수 있다.
도11은 전체 외주 단부면에 형성된 무기 섬유 비산 억제부를 가지는 매트재의 단부면에서의 유기 결합제의 적용 밀도에 대한 무기 섬유 비산율과 전체 유기 성분량의 관계를 나타낸다. 도11에 도시된 결과는 제1 유기 결합제의 적용 밀도(P)가 25mg/㎠이하인 한, 무기 섬유 비산 억제부가 전체 외주 단부면에 형성된 경우라도, 매트재에 포함된 유기성분의 전체 량은 2.5중량 % 이하(무기 섬유 비산 억제부에서의 1.5 중량 % 의 유기성분을 포함함)로 제한된다. 도11에서, 상기 적용 밀도가 0 ~ 6mg/㎠ 의 범위 내에 있을 때에, 비산 율은 상당히 감소된다. 이러한 범위를 벗어나면, 상기 적용밀도를 증가시켜 비산 율을 감소시키는 효과는 감소하는 경향을 보인다. 따라서, 유기 성분의 전체 량을 더 억제시킬 것을 고려하면, 단부면 상의 무기 섬유 비산 억제부에서의 유기 결합제의 적용 밀도는 6mg/㎠ 이하인 것이 가장 바람직하다. 이러한 경우에, 단부면 상에 무기 섬유 비산 억제부를 형성한 결과로 매트재에 포함된 유기성분의 증가된 양은 약 0.5 중량 %로 제한될 수 있다.
실시 예9 ~ 11로 나타낸 바와 같이, 주 표면의 하나 또는 모두에 형성된 무기 섬유 비산 억제부를 가지는 매트재는 비산 무기 섬유가 보다 효과적으로 억제될 수 있다. 따라서, 사용 동안에 매트재로부터 방출된 유기성분의 전체 량이 규정된 상한치를 초과하지 않는 한, 무기 섬유 비산 억제부는 단부 면뿐만 아니라 주 표면에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 매트재 및 배기가스 처리 장치는 차량에 사용되는 배기가스 처리 장치의 단열재와 유지 시일재 및, 소음 장치의 흡음재에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 매트재는 무기 섬유와, 제1 주 표면 및 제2 주 표면과, 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 둘러싸는 단부면을 포함하며, 무기 섬유 비산 억제부는 무기 섬유의 비산이 억제되도록 무기 섬유 비산 억제부가 구성된 매트재의 단부면의 적어도 일부에 형성된다.
무기 섬유 비산 억제부는 유기물을 포함할 수 있다.
무기 섬유 비산 억제부는 고분자 필름 또는 제1 유기 결합제를 포함할 수 있다.
제1 유기 결합제는 에폭시 수지, 이크릴 수지, 고무 수지 및 스티렌 수지로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
제1 유기 결합제의 적용 밀도(P)는 0 < P ≤25 mg/㎠의 범위인 것이 바람직하다.
무기 섬유 비산 억제부는 단부면의 총면적의 75% ~ 100%의 영역에 형성되는 것이 바람직하다.
무기 섬유 비산 억제부는 제1 주 표면과 제2 주 표면 중의 하나 이상에 형성될 수 있다.
제1 주 표면과 제2 주 표면 중의 하나 이상에 형성된 무기 섬유 비산 억제부는 고분자 필름을 포함할 수 있다.
무기 섬유는 알루미나 및 실리카를 포함한다.
매트재는 제1 주 표면, 제2 주 표면 및 단부면 이외의 위치에, 무기 결합재와 제2 유기 결합재 중의 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
매트재는 매트재의 전체 중량에 대하여 0 중량 %를 초과하고 4.5 중량 % 이하, 보다 구체적으로는 매트재의 전체 중량에 대하여 0 중량 %를 초과하고 2.5 중량 % 이하의 유기 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 무기 섬유와, 제1 주 표면 및 제2 주 표면과, 상기 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 둘러싸는 단부면을 포함하는 매트재를 제조하는 방법은 상기 매트재의 단부면의 적어도 일부에 무기 섬유의 비산을 억제하기 위한 무기 섬유 비산 억제부를 형성하는 단계를 포함한다.
무기 섬유 비산 억제부를 형성하는 단계는 매트재의 단부면의 적어도 일부에 유기 결합재를 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
본 방법은 제1 주 표면과 제2 주 표면 중의 하나 이상에 무기 섬유 비산 억제부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 주 표면과 제2 주 표면 중의 하나 이상에 무기 섬유 비산 억제부를 형성하는 단계는, 제1 주 표면과 제2 주 표면 중의 하나 이상에 고분자 필름을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 배기가스 처리 장치는 배기가스가 유동하는 2개의 개구면을 구비하는 배기가스 처리체와, 상기 개구면을 제외한 배기가스 처리체의 외주면의 적어도 일부 근방에 권취된 유지 시일재와, 상기 유지 시일재가 권취된 배기가스 처리체를 수용하도록 구성된 원통형 부재를 포함하며, 상기 유지 시일재는 매트재를 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 배기가스 처리 장치는 배기가스용 입구 관 및 출구 관과, 상기 입구 관과 출구 관의 사이에 배치된 배기가스 처리체를 포함하며, 상기 입구 관의 적어도 일부에 단열재가 제공되며, 상기 단열재는 매트재를 포함한다.
배기가스 처리체는 촉매 담지체 또는 배기가스 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 소음 장치는 내부 관과, 상기 내부 관의 외주를 감싸는 외부 덮개와, 상기 내부 관과 외부 덮개 사이에 배치된 흡음재를 포함하며, 상기 흡음재는 매트재를 포함한다.
도1은 마스크되지 않은 샘플과, 소정의 부분(제1 주 표면 및 제2 주 표면, 제1 주 표면 및 단부면, 및 제2 주 표면 및 단부면)을 마스크한 샘플에서의 무기 섬유 비산량(상부 그래프) 및 무기 섬유 비산율(하부 그래프)을 나타내는 도면.
도2는 본 발명의 실시형태에 따른 매트재를 나타내는 도면.
도3은 본 발명에 따른 매트재가 유지 시일재로서 사용된 배기가스 처리장치를 나타내는 도면.
도4는 고분자 필름으로 매트재의 단부면에 무기 섬유 비산 억제부를 형성하는 방법의 예를 개략적으로 나타내는 도면.
도5는 유기 결합제로 매트재의 단부면에 무기 섬유 비산 억제부를 형성하는 방법의 예를 개략적으로 나타내는 도면.
도6은 본 발명에 따른 배기가스 처리장치의 구성의 예를 나타내는 도면.
도7은 본 발명에 따른 소음 장치를 나타내는 도면.
도8은 본 발명에 따른 매트재를 제조하는 방법을 나타내는 순서도.
도9는 무기 섬유의 비산 특성을 실험하기 위한 시험 장치의 일부를 개략적으로 나타내는 도면.
도10은 비교 예 1, 2 및 실시 예 1 및 6 ~ 8의 매트재의 무기 섬유 비산율의 비교 결과를 나타내는 도면.
도11은 단부면 상에서의 제1 유기 결합제의 적용 밀도에 대한 무기 섬유 비산율 간의 관계를 나타내는 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
12: 원통형 케이싱
20: 배기가스 처리체
24: 유지 시일재
30: 매트재
289: 단부면

Claims (20)

  1. 매트재이며,
    무기 섬유와,
    제1 주 표면 및 제2 주 표면과,
    상기 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 둘러싸는 단부면을 포함하며,
    상기 매트재의 단부면의 적어도 일부에는 무기 섬유의 비산을 억제하기 위한 무기 섬유 비산 억제부가 형성되어 있는 매트재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무기 섬유 비산 억제부는 유기물을 포함하는 매트재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 무기 섬유 비산 억제부는 고분자 필름 또는 제1 유기 결합재를 포함하는 매트재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 유기 결합재는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 고무 수지, 스티렌 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 매트재.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제1 유기 결합재의 적용 밀도(P)는 0 < P ≤ 25 mg/㎠의 범위인 매트재.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기 섬유 비산 억제부는 단부면의 총면적의 75% ~ 100%의 영역에 형성되어 있는 매트재.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기 섬유 비산 억제부는 제1 주 표면과 제2 주 표면 중의 하나 이상에 형성되어 있는 매트재.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 주 표면과 제2 주 표면 중의 하나 이상에 형성된 무기 섬유 비산 억제부는 고분자 필름을 포함하는 매트재.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기 섬유는 알루미나 및 실리카를 포함하는 매트재.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 주 표면, 제2 주 표면 및 단부면 이외의 위치에, 무기 결합재와 제2 유기 결합재 중의 하나 이상을 더 포함하는 매트재.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트재의 전체 중량에 대하여 0 중량 %를 초과하고 4.5 중량 % 이하의 유기 성분을 더 포함하는 매트재.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트재의 전체 중량에 대하 여 0 중량% 를 초과하고 2.5 중량% 이하의 유기 성분을 더 포함하는 매트재.
  13. 무기 섬유와, 제1 주 표면 및 제2 주 표면과, 상기 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 둘러싸는 단부면을 포함하는 매트재를 제조하는 방법이며,
    상기 매트재의 단부면의 적어도 일부에는 무기 섬유의 비산을 억제하기 위한 무기 섬유 비산 억제부를 형성하는 단계를 포함하는 매트재를 제조하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 무기 섬유 비산 억제부를 형성하는 단계는 매트재의 단부면의 적어도 일부에 유기 결합재를 도포하는 단계를 포함하는 매트재를 제조하는 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 제1 주 표면과 제2 주 표면 중의 하나 이상에 무기 섬유 비산 억제부를 형성하는 단계를 더 포함하는 매트재를 제조하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 주 표면과 제2 주 표면 중의 하나 이상에 무기 섬유 비산 억제부를 형성하는 단계는, 제1 주 표면과 상기 제2 주 표면 중의 하나 이상에 고분자 필름을 제공하는 단계를 포함하는 매트재를 제조하는 방법.
  17. 배기가스 처리 장치이며,
    배기가스가 유동하는 2개의 개구면을 구비하는 배기가스 처리체와,
    상기 개구면을 제외한 상기 배기가스 처리체의 외주면의 적어도 일부 근방에 권취된 유지 시일재와,
    상기 유지 시일재가 권취된 상기 배기가스 처리체를 수용하도록 구성된 원통형 부재를 포함하며,
    상기 유지 시일재는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 매트재를 포함하는 배기가스 처리 장치.
  18. 배기가스 처리 장치이며,
    배기가스용 입구 관 및 출구 관과,
    상기 입구 관과 출구 관의 사이에 배치된 배기가스 처리체를 포함하며,
    상기 입구 관의 적어도 일부에 단열재가 제공되며,
    상기 단열재는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 매트재를 포함하는 배기가스 처리 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 배기가스 처리체는 촉매 담지체 또는 배기가스 필터를 포함하는 배기가스 처리 장치.
  20. 소음 장치이며,
    내부 관과,
    상기 내부 관의 외주를 감싸는 외부 덮개와,
    상기 내부 관과 상기 외부 덮개 사이에 배치된 흡음재를 포함하며,
    상기 흡음재는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 매트재를 포함하는 소음 장치.
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