CN100389249C

CN100389249C - 支持密封垫材

Info

Publication number: CN100389249C
Application number: CNB2005100860742A
Authority: CN
Inventors: 福岛浩司
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP2001263041A; CN1749538A

Abstract

本发明提供一种支持密封垫材，该支持密封垫材被配置在催化剂载体和被覆该催化剂载体外部的金属壳之间、或在柴油颗粒过滤器和被覆柴油颗粒过滤器外部的金属壳之间，上述支持密封垫材由以50～3000个/100cm²的密度进行了针穿孔处理的无机纤维垫构成，并且，有机成分含量大于0且小于或等于2重量%，以0.15～0.45g/cm³的填充密度于300～1000℃加热时，产生5～500kPa的表面压力。

Description

支持密封垫材

本发明为申请号01806905.3、申请日2001年3月21日、发明名称“催化剂转化器和柴油颗粒过滤***”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种废气净化装置，特别是涉及催化剂转化器中用于支持催化剂载体的支持密封垫材以及柴油颗粒过滤***中用于支持柴油颗粒过滤器的支持密封垫材。

背景技术

在汽车发动机的排气***中，为了净化废气成分，装有废气净化装置。作为废气净化装置，有催化剂转化器、柴油颗粒过滤器(以下，也可以称DP过滤器)***等。

催化剂转化器净化从汽油发动机或柴油发动机排出的废气成分(烃类、一氧化碳、氮氧化物等)。催化剂转化器是由负载净化废气成分的催化剂的陶瓷制催化剂载体和容纳该载体的金属壳组成。催化剂载体和金属壳之间夹设有用于支持催化剂载体的支持密封垫材。催化剂载体以卷绕着支持密封垫材的状态装在金属壳内。因为金属壳和陶瓷制催化剂载体的热膨胀系数不同，所以高温时产生热膨胀系数差。因此，希望开发具有能够吸收热膨胀差的缓冲性的支持密封垫材。

另外，DP过滤***是捕获从柴油发动机排出的柴油颗粒从而净化废气的装置。DP过滤***是由捕获柴油颗粒的陶瓷制DP过滤器和容纳该过滤器的金属壳组成。在DP过滤器和金属壳之间，为了支持DP过滤器，设有支持密封垫材。DP过滤器以卷绕着支持密封垫材的状态装在金属壳内。因为金属壳和陶瓷制DP过滤器的热膨胀系数不同，所以高温时产生热膨胀系数差。因此，与上述催化剂转化器一样，希望开发具有能够吸收热膨胀差的缓冲性的支持密封垫材。

这里，上述催化剂载体的支持密封垫材和上述DP过滤器的支持密封垫材都有缓冲性和大的体积。因此，在装入金属壳内时，密封垫材的安装操作性不好。

鉴于这些现有的问题，本发明提供一种催化剂转化器，它包含支持催化剂载体用的支持密封垫材，在向金属壳内装入催化剂载体时，该支持密封垫材使操作容易且缓冲性能好，还提供一种包含支持密封垫材的柴油颗粒过滤***，在向金属壳内装入DP过滤器时，该支持密封垫材使操作容易且缓冲性能好。

发明内容

按照本发明的第一方面，提供一种催化剂转化器，它由催化剂载体、被覆在上述催化剂载体的外部的金属壳、上述催化剂载体和上述金属壳之间配置的支持密封垫材构成。

其特征在于，上述支持密封垫材是由以50～3000个/100cm²密度进行针穿孔处理的无机纤维垫构成。

并且有机成分的含量为大于0且小于或等于2重量％，在填充密度为0.15～0.45g/cm³，于300～1000℃加热时，产生5～500kPa的表面压力。

按照本发明的第一方面，支持密封材料中的有机成分的含量大于0且小于或等于2重量％。有机成分发挥支持密封垫材的粘合剂的作用，抑制支持密封垫材中纤维的飞散。另外也可在某种程度上抑制支持密封材料的大体积性。因此，改善向金属壳内安装催化剂载体时的支持密封垫材的安装性。

另一方面，超过2重量％时，为了减少废气成分的量，在支持密封垫材容纳于金属壳中后，需要烧完有机成分的焙烧工艺。结果，制造工艺变得复杂。

另外，支持密封垫材中的有机成分的含量为0，也就是不含有有机成分时，纤维就会从支持密封材料中飞散。因此，妨碍催化剂载体向金属壳内安装时的操作。

因为在无机纤维垫中进行了针穿孔处理，纤维之间的缠结变多，刚性力大。因此，支持密封垫材的支持力大。另外，抑制支持密封垫材的体积，改善催化剂载体向金属壳内的安装性。

如上所述，按照本发明的第一方面，可以提供一种使用有助于向金属壳内安装催化剂载体的操作、缓冲性优良的支持催化剂载体用的支持密封垫材的催化剂转化器。

按照本发明的第二方面，提供一种柴油颗粒过滤***，它是由柴油颗粒过滤器、被覆于该柴油机微粒过滤器的外部的金属壳和上述柴油颗粒过滤器和上述金属壳之间配置的支持密封材料构成。

其特征在于，上述支持密封垫材由密度为50～3000个/100cm²进行了针穿孔处理的无机纤维垫构成。

并且有机成分的含量为大于0且小于或等于2重量％，在填充密度为0.15～0.55g/cm³，于300～500℃加热时产生5～1000kPa的表面压力。

按照本发明的第二方面，支持密封垫材中的有机成分的含量大于0且小于或等于2重量％。有机成分起支持密封材料的粘合剂的作用，在某种程度上抑制支持密封垫材的体积。因此，可改善DP过滤器向金属壳内安装时的支持密封垫材的安装性。

另外，上述特定含量的有机成分可以防止支持密封垫材中纤维的飞散。

另外，支持密封垫材中的有机成分的含量为0，也就是不含有机成分时，纤维就会从支持密封材料中飞散，使DP过滤器向金属壳内安装时的操作环境恶化。

因为在无机纤维垫材中进行了针穿孔处理，纤维之间的缠结变多，刚性力高。因此，支持密封垫材的支持DP过滤器的力大。另外，抑制支持密封垫材的体积，改善催化剂载体向金属壳内的安装性。

如上所述，按照本发明的第二方面，可以提供一种包含向金属壳内安装DP过滤器时操作容易、缓冲性优良的支持密封垫材的柴油颗粒过滤***。

附图的简单说明

图1是实施侧1的催化剂转化器的剖面图，

图2是示意实施例1的催化剂转化器和实施例4的DP过滤***的安装位置的说明图，

图3是实施例1的针穿孔装置的说明图，

图4是示意实施例1的催化剂转化器的制造方法的说明图(a)～(c)，

图5是实施例4的催化剂转化器的剖面图。

发明的具体实施方式

按照本发明的第一方面，上述支持密封垫材中的有机成分的含量优选大于0且小于或等于1重量％。超过1重量％时，为了达到规定的废气排放标准，在向金属壳中安装支持密封材料后，可能需要烧完有机成分的焙烧工艺。

作为支持密封垫材中含的有机成分，只要有粘合剂的功能，没有特别的限制，可例举胶乳等。

在无机纤维垫中添加有机成分时，可用浸渍法、喷雾法、辊涂法等。

上述支持密封垫材优选由至少含有氧化铝或二氧化硅的无机纤维构成，这样能提高耐热性。

上述支持密封垫材优选含有氧化铝70重量％以上。这样可提高耐热性。另外，提高高温时的弹性力，可以吸收金属壳与催化剂载体的热膨胀差，提高支持催化剂载体的力。因此，可以防止催化剂载体的摇晃，抑制振动噪音的增大。另外，即使在950～1000℃的高温下，也可以充分发挥它们的性能，可以充分适应近年的内燃机的高温化趋势。

在上述无机纤维垫上进行针穿孔处理，从而形成密度为每100cm²中有50～3000个的针穿孔痕迹。小于50个时，支持密封垫材的体积大，不能同催化剂载体一起装入金属壳内，超过3000个时，支持催化剂载体的性能低下，可能发生催化剂载体的脱离。

本发明的第一方面，对金属壳内支持密封垫材的填充密度优选0.15～0.45g/cm³。不足0.15g/cm³时，支持催化剂载体的力可能较低，超过0.45g/cm³时，可能破坏催化剂载体。

上述金属壳内填充的上述支持密封垫材，在填充密度0.15～0.45g/cm³，于300～1000℃加热时，产生5kPa～500kPa的表面压力。这样，支持催化剂载体的力增加，不使催化剂载体摇晃，可以稳定地支持。不足5kPa时，支持催化剂载体的力可能太低，超过500kPa时，可能破化催化剂载体。

测定表面压力的温度为300～1000℃，这是因为该温度是催化剂载体安装在汽车上时所承受的温度。

根据发明的第一方面，上述金属壳优选压入结构。所说的压入结构是指，当向金属壳中配置催化剂载体时，通过施加压力，将被覆支持密封垫材的催化剂载体压入金属壳中的压入型。此金属壳的具体形状，例如是筒状。上述压入结构可以防止安装后催化剂载体的摇晃。

上述金属壳优选蛤壳结构。该蛤壳结构，例如是由2个单独的壳部件组成，其中，装有被覆支持密封垫材的催化剂载体，然后用熔接、粘合剂等接合在壳部件的接点上。此结构能容易地向金属壳内安装催化剂载体。

上述金属壳，优选卷绕型结构。所说的卷绕型结构是指，准备由支持密封垫材被覆的催化剂载体，在它的周围卷绕金属薄板而形成金属壳结构。按照此结构，无论催化剂载体的形状如何，都可以容易地向金属壳内安装。

接下来，在本发明的第二方面中，上述支持密封垫材中有机成分的含量优选大于0且小于或等于1重量％。超过1重量％时，为了达到规定的排放标准，在向金属壳中安装支持密封材料后，可能需要烧完有机成分的焙烧工艺。

作为支持密封垫材中含的有机成分，只要有粘合剂的功能，没有特别的限制，可例举胶乳、聚乙烯醇等。

上述无机纤维垫材优选由至少含有氧化铝或二氧化硅的无机纤维构成，能提高耐热性。

上述支持密封材料优选含有氧化铝70重量％以上，这样可提高耐热性。另外，提高高温时的弹性力，可以吸收金属壳与DP过滤器的热膨胀差，提高支持DP过滤器的能力。因此，可以防止DP过滤器的摇晃，抑制振动噪音的增大。另外，即使在500℃的高温下，也可以充分发挥它们的性能。可以充分适应近年的内燃机的高温化趋势。

在上述无机纤维垫上进行针穿孔处理，从而形成密度为每100cm²中有50～3000个的针穿孔痕迹。小于50个时，支持密封材料体积大，不能同催化剂载体一起装入金属壳内，超过3000个时，支持催化剂载体的性能低下，可能发生催化剂载体的脱离。

金属壳内支持密封垫材的填充密度优选0.15～0.55g/cm³。不足0.15g/cm³时，支持DP过滤器的力可能太低，超过0.55g/cm³时，可能破坏DP过滤器。

上述金属壳内填充的上述支持密封垫材，在填充密度0.15～0.55g/cm³，于300～500℃加热时，产生5kPa～1000kPa的表面压力。这样，支持DP过滤器的力增加，不使DP过滤器振摇，可以稳定地支持。不足5kPa时，支持DP过滤器的力可能太低，超过1000kPa时，可能破坏DP过滤器。

测定表面压力的温度为300～500℃，这是因为该温度是DP过滤器安装在汽车上时所承受的温度。

上述金属壳优选压入结构。所说的压入结构是指，当向金属壳中配置催化DP过滤器时，通过施加压力将支持密封垫材被覆的DP过滤器向金属壳中压入的压入型。该金属壳的具体形状，例如是筒状。催化剂夹支持体通过上述压入结构可以防止安装后催化剂载体的振摇。

上述金属壳优选蛤壳结构。该蛤壳结构，例如是由2个单独的壳部件组成，其中，装有被覆支持密封垫材的DP过滤器，然后用熔接、粘合剂等接合在壳部件的接点上。按照此结构，能容易的向金属壳内安装DP过滤器。

上述金属壳，优选卷绕型结构。所说的卷绕型结构是指，准备被覆支持密封材料的DP过滤器，在它的周围卷绕金属薄板而形成金属壳的结构。按照此结构，无论DP过滤器的形状如何，可以容易地向金属壳内安装。

以下，给出实施例，对发明的第一、第二方面进行详细说明。本发明的第一、第二方面并不限于此实施例。

实施例1

对本发明的第一方面的实施形式的催化剂转化器，用图1～图4说明。

本例的催化剂转化器5，如图1所示，由负载净化废气成分的催化剂的催化剂载体3、被覆于催化剂载体3侧面的金属壳2、在催化剂载体3和金属壳2之间配置的无机纤维垫形成的支持密封垫材1组成。支持密封垫材1中的有机成分的含量在0～8重量％。构成支持密封垫材1的无机纤维垫由70重量％的氧化铝和30重量％的二氧化硅组成，进行针穿孔处理。金属壳2内的支持密封材料1的填充密度为0.35g/cm³。

催化剂转化器5，如图2所示，设在汽车的车体92的底部发动机9的排气管91的中间。

催化剂载体是由作为陶瓷的一种的堇青石制成的。如图1所示，催化剂载体3是在排气管91的上游侧和下游侧开口的多个开孔30的集合体组成的蜂窝状结构体。开孔30的孔壁上有多个开口微孔，在此处负载净化废气成分的催化剂(例如，铂、铑等)。因此，废气通过开孔30时，在废气中含的废气成分通过孔壁内负载的催化剂作用而被净化。

接下来，对本例的催化剂转化器的制造方法进行说明。

首先，将由70重量％的氧化铝和30重量％的二氧化硅组成的无机纤维形成卷材。在卷材上用针穿孔装置进行针穿孔处理。针穿孔装置，如图3所示，有在穿孔方向可以往复运动的针板51、支持网10的内外表面的一对支持板52。

针板51上固定有用于在卷材10上穿孔的多个针53。针53固定的密度为100cm²针板上有500个。另外，支持板52上，设有针用的通孔520。如果通过一对支持板52之间的卷材10的同时，使针板51往复运动，针53就在卷材10上就穿孔，在卷材10的纤维之间形成缠结。这样，无机纤维垫形成100cm²中存在500个的针眼痕迹。

下一步，在无机纤维垫中通过浸渍法使其含浸有机成分。无机纤维垫中有机成分的含浸量为1.5重量％。作为有机成分使用胶乳。这样，得到支持密封垫材。

下一步，如图4(a)所示，切断加工支持密封垫材1，制成长体，同时，在它两端形成卷绕在催化剂载体3的外周时相互啮合的凹部11和凸部12。

下一步，如图4(b)所示，将支持密封垫材1卷绕在催化剂载体3上，使凹部11和凸部12相互啮合在一起。

下一步，将卷绕有支持密封材料1的催化剂载体3安装在圆筒状的金属壳2中。

通过以上，如图4(c)所示，得到本例的催化剂转化器5。

在测定支持密封材料的表面压力时，用30分钟升温到1000℃，于1000℃保持10分钟。保持10分钟使支持密封垫材的温度为1000℃。预先测定测定夹具等的热膨胀，校正后，测定保持10分钟后的荷重(压缩荷重)。支持密封垫材的样品尺寸为25mm×25mm。

用该方法测定的结果，支持密封材料的表面压力是110kPa。

下一步，将催化剂转化器搭载在汽车上，进行行车测试试验，结果，即使行车时振动，催化剂载体也不摇晃，保持稳定。作为废气净化装置的催化剂转化器的振动声音几乎没有。

由此可知，支持密封垫材可以发挥在高温下支持催化剂载体的力。

本例中，支持密封材料中含有少量的有机成分。有机成分发挥支持密封材料的粘合剂作用，可以在某种程度上抑制支持密封材料的体积。因此，向金属壳内安装卷绕有支持密封材料的催化剂载体的安装性得到改善。

另外，如上所述，因为支持密封材料中的有机成分的含量少，所以在加热时产生的燃烧气体不会使废气成分量恶化。

实施例2

与发明的第一方面相关的本例的催化剂转化器中，催化剂载体使用的是外径为130mm、长100mm的蜂窝状的堇青石制整体。此催化剂载体沿着轴方向设有多个正方形孔，各个孔间配置负载铂等催化剂成分的多孔隔壁。

另外，金属壳由SUS304制成，具有蛤壳结构。

制造本例的催化剂转化器时，同实施例1一样，在催化剂载体表面卷绕支持密封垫材，然后将其安装到分成两部分的壳部件中，将壳部件封闭熔接成圆筒状的金属壳。

其他与实施例1相同。本例中也可得到与实施例1相同的效果。

实施例3

与发明的第一方面相关的本例的催化剂转化器的金属壳是卷绕型结构。

在催化剂载体的表面卷绕支持密封垫材后，在它的表面卷绕数圈的板厚1.5mm、宽141mm、长120mm的薄金属板。

其他同实施例1。本例也可以得到与实施例1相同的效果。

试验例1

与发明的第一方面相关的本例中，改变催化剂载体用的支持密封垫材中有机成分的含量、针眼痕迹的密度和无机纤维垫的填充密度，测定支持密封垫材的表面压力、组合安装性、催化剂载体有无破裂和有无脱离，另外，进行废气试验。结果如表1所示。

在测定支持密封垫材的表面压力时，使用实施例1中的表面压力的测定方法。

对催化剂载体有无进行评价，有裂缝时表示为×，没产生时，表示为○。

对催化剂载体有无脱离进行评价，有脱离时表示为×，没产生时，表示为○。

废气试验中，评价利用催化剂转化器的上游侧和下游侧配置的氧传感器的废气控制有无异常。无机纤维垫中的有机成分多时，废气控制就会产生异常，结果产生有害气体。由此，产生废气控制异常的时侯，表示为×，没产生异常时表示为○。

从表1可知测定的结果，在无机纤维垫中，有机成分的含量为0.1～2重量％，而且以100cm²中有50～3000个的密度进行针穿孔处理，另外，填充密度为0.15～0.45g/cm³时，安装组合性良好，而且，也不会产生由支持密封垫材造成的废气。

另一方面，表中没有示出，但当有机成分为0时，支持密封垫材的纤维飞散，安装性恶化。

实施例4

用图5说明与发明的第二方面的实施方式相关的DP过滤器。

本例中的DP过滤***4，如图5所示，由捕获柴油颗粒的DP过滤器6、被覆于DP过滤器6侧面的金属壳8和在DP过滤器6和金属壳8之间配置的无机纤维垫形成的支持密封垫材7组成。

支持密封垫材7中有机成分的含量为1重量％。构成支持密封垫材的无机纤维垫由70重量％氧化铝和30重量％二氧化硅组成，进行针穿孔处理。金属壳8内的支持密封垫材7的填充密度为0.35g/cm³。

DP过滤***5，如图2所示，设在位于汽车的车体92的底部的柴油发动机9的排气管91的中间。

DP过滤器是由陶瓷的一种-堇青石制成的。如图5所示，DP过滤器6是由在排气管91的上游或下游的一侧开口而在另一侧封闭的多个孔的集合体组成的蜂窝状结构体。DP过滤器6可以使废气从上游侧开孔的61到下游侧开孔62经由多孔性的孔壁通过。这时，废气成分中含有的柴油颗粒在孔壁上被捕获，进而废气被净化。

捕获的柴油颗粒通过图中未示出的点火装置被烧掉。

接下来，对本例的DP过滤***的制造方法进行说明。

首先，用与实施例1同样的方法和条件制造支持密封垫材。只是，无机纤维垫中有机成分的含浸量为1重量％。

接下来，同实施例1，按图4所示的方法，将支持密封垫材7切断加工成规定的形状，卷绕在DP过滤器6上，装入圆筒形的金属壳8中。按照上述，如图5所示，得到本例的DP过滤***5。

在测定支持密封材的表面压力时，用30分钟升温到500℃，保持500℃10分钟。保持10分钟使支持密封垫材的温度为500℃。预先测定测定夹具等的热膨胀，校正后，测定保持10分钟后的荷重(压缩荷重)。支持密封垫材的样品尺寸为25mm×25mm。

用该方法的测定结果，支持密封材料的表面压力是180kPa。

金属壳内支持密封垫材的填充密度为0.35g/cm³，厚度为6mm。

另外，按照同实施例1的方法，将安装上述DP过滤器和支持密封垫材的DP过滤***进行行车测试试验，结果，即使行车时振动，DP过滤器也不摇晃，保持稳定。从作为废气净化装置的DP过滤***发出的振动声音几乎没有。

由此可知，支持密封垫材可以发挥在高温下支持DP过滤器的支持力。

本例中，支持密封垫材中含有少量的有机成分。有机成分发挥支持密封垫材的粘合剂的作用，在某种程度上抑制支持密封垫材的大体积性。因此，改善向金属壳内安装卷绕支持密封垫材的DP过滤器的安装性。

另外，像上述那样，因为支持密封垫中的有机成分的含量少，所以可以保持支持密封垫材的缓冲性，支持DP过滤器的力也良好。

试验例2

与发明的第二方面相关的本例中，改变支持DP过滤器用的支持密封垫材中有机成分的含量，针眼痕迹的密度和无机纤维垫的填充密度，测定支持密封材料的表面压力、安装难易程度、DP过滤器有无破裂、有无脱离。并进行排气试验。采用上述实施例4的方法，测定支持密封垫材的表面压力。其他项目的测定同实施例1。结果见表2。

从表2可知测定的结果，在无机纤维垫中，有机成分的含量在0.1～2重量％，而且，以100cm²中有50～3000个的密度进行针穿孔处理，以及填充密度为0.15～0.55g/cm³、尤其为0.15～0.45g/cm³时，安装性良好，另外，也不会发生由支持密封垫材造成的废气。

另一方面，表2中没有示出，但当有机成分为0时，支持密封垫材的纤维飞散，安装性恶化。

如上所述，按照本发明，提供一种包含向金属壳内装入催化剂载体时操作容易、缓冲性能好的支持催化剂载体用的支持密封垫材的催化剂转化器，还提供一种包含向金属壳内装入DP过滤器时操作容易、缓冲性能好的支持密封垫材的柴油颗粒过滤***。

Claims

1.一种支持密封垫材，该支持密封垫材被配置在催化剂载体和被覆该催化剂载体外部的金属壳之间、或在柴油颗粒过滤器和被覆该柴油颗粒过滤器外部的金属壳之间，其特征在于，上述支持密封垫材由以50～3000个/100cm²的密度进行了针穿孔处理的无机纤维垫构成，并且有机粘合剂含量大于0且小于或等于2重量％，

以0.45g/cm³的填充密度于1000℃加热时，上述支持密封垫材产生266～466kPa的表面压力。

2.权利要求1的支持密封垫材，其特征在于，上述无机纤维垫由至少含有氧化铝或二氧化硅的无机纤维构成。