CN106460623A - 保持件、其制造方法以及使用其的气体处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种保持件(3)，其是将第1垫(3A)与第2垫(3B)层叠而成的，其中，第1垫(3A)包含氧化铝纤维，该氧化铝纤维含有60重量％以上的氧化铝和40重量％以下的二氧化硅，第2垫(3B)比上述第1垫在填充密度为0.30g/cm3时的表面压力高，并且第2垫(3B)包含二氧化硅纤维，该二氧化硅纤维含有60重量％以上的二氧化硅和40重量％以下的氧化铝。

Description

保持件、其制造方法以及使用其的气体处理装置
技术领域
本发明涉及用于例如汽车等尾气净化用气体处理装置中的处理结构体的保持件。
背景技术
汽车等车辆中，为了去除其发动机的尾气中含有的一氧化碳、烃、氮氧化物等有害成分，搭载有尾气净化用气体处理装置。这样的气体处理装置一般是由被形成为筒状的催化剂担载体等的处理结构体、收容处理结构体的金属制的壳体、以及安装在处理结构体上的位于处理结构体与壳体之间的间隙中的保持件构成。
位于处理结构体与壳体之间的间隙中的保持件要求兼具如下功能：将处理结构体安全地保持的功能，从而不会因为汽车行驶中的震动等导致处理结构体与壳体发生冲撞遭到破损；以及，密封功能，从而防止未净化的尾气从处理结构体与壳体之间的间隙漏出去。为了将处理结构体安全地保持，有必要以规定的表面压力将处理结构体保持，但由于重复受到伴随加热的压缩，有表面压力降低的问题。
目前，将氧化铝纤维或二氧化硅纤维等陶瓷纤维以规定厚度集成为垫状的保持件是主流。进一步，为了增加功能，也提出了将不同的2种种类的垫组合的方案。例如：在专利文献1中公开了，为了提高卷绕性而将长度不同的垫组合的方案；在专利文献2中公开了，为了提高耐热性而将耐热性不同的垫组合的方案；在专利文献3中公开了，为了提高安全性而将由生物溶解性纤维制成的垫与由非吸入纤维制成的垫组合的方案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利文献特开2009－539031号公报
专利文献2:日本专利文献特开2003－286837号公报
专利文献3:日本专利文献特开2013－506076号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种加热引起的表面压力的降低少的保持件和它的制造方法以及使用了该保持件的气体处理装置。
本发明者们经过潜心研究发现：通过使保持件成为将由氧化铝纤维构成的第1垫与比第1垫表面压力高的由二氧化硅纤维构成的第2垫层叠的构成，能够抑制表面压力的降低，从而完成了本发明。
根据本发明，提供以下的保持件等。
1.一种保持件，其特征在于，
该保持件是将第1垫与第2垫层叠而成的，
第1垫包含氧化铝纤维，该氧化铝纤维含有60重量％以上的氧化铝和40重量％以下的二氧化硅，
第2垫比上述第1垫在填充密度为0.30g/cm3时的表面压力高，第2垫包含二氧化硅纤维，该二氧化硅纤维含有60重量％以上的二氧化硅和40重量％以下的氧化铝。
2.如上述1中所记载的保持件，其特征在于，
上述第1垫和/或第2垫中进一步包含1～20重量％的有机粘合剂。
3.如上述1或2中记载的保持件，其特征在于，
上述保持件的厚度为6mm～20mm。
4.如上述1～3的任意一项中所记载的保持件，其特征在于，
该保持件是上述第1垫位于内侧且上述第2垫位于外侧的圆筒状层叠体。
5.如上述1～4的任意一项中所记载的保持件，其特征在于，
该保持件用于气体处理装置。
6.一种保持件的制造方法，其特征在于，
由氧化铝纤维制造第1垫，该氧化铝纤维含有60重量％以上的氧化铝和40重量％以下的二氧化硅，
由氧化硅纤维制造第2垫，该氧化硅纤维含有60重量％以上的二氧化硅和40重量％以下的氧化铝，该第2垫比上述第1垫表面压力高，
将上述第1垫与上述第2垫层叠后接合。
7.一种气体处理装置，其特征在于，
具备：
被形成为筒状的处理结构体，
将上述处理结构体收容的壳体，和
位于上述处理结构体与上述壳体之间的间隙中的上述1～5的任意一项中记载的保持件，
上述保持件的第1垫位于与上述处理结构体相接触的一侧。
8.如上述7所记载的气体处理装置，其特征在于，
上述处理结构体是催化剂担载体或者尾气过滤器。
根据本发明，能够提供加热引起的表面压力的降低少的保持件和它的制造方法以及使用了该保持件的气体处理装置。
附图说明
图1是示出安装了本发明所涉及的一个实施方式的保持件的气体处理装置的剖面图。
图2是示出在评价例1中使用的热表面压力试验机的立体图。
图3是示出对于在实施例1以及比较例1、2中得到的保持件进行热表面压力测定的结果的图表。
具体实施方式
以下，对于本发明所涉及的保持件进行详细的说明。
图1是将安装了本发明的保持件的气体处理装置的一个实施方式以模式化示出的剖面图。图示的气体处理装置10由被形成为筒状的处理结构体1、将处理结构体1收容的壳体2、和安装在处理结构体1上并位于处理结构体1与壳体2之间的间隙中的保持件3构成。另外，本发明所涉及的保持件3是将氧化铝纤维垫3A(第1垫)和二氧化硅纤维垫3B(第2垫)层叠而构成的。
气体处理装置10用于去除气体中含有的有害物质和/或颗粒。气体处理装置10是用于去除例如从汽车等车辆中的内燃机(汽油发动机、柴油发动机等)排出的尾气中含有的有害物质和/或颗粒的尾气处理装置。
具体地说，气体处理装置10是例如，用于去除汽油发动机的尾气中含有的有害物质的催化转化器或者用于去除柴油发动机的尾气中含有的颗粒的DPF(柴油微粒过滤器，Diesel Particulate Filter)。
处理结构体1是具有气体处理功能的结构体。当气体处理装置10是催化转化器的情况下，处理结构体20是催化剂载体，该催化剂载体具有用于净化气体的催化剂和担载该催化剂的载体。
另外，在气体处理装置10是DPF的情况下，处理结构体1是具有过滤器的结构体，该过滤器捕捉该气体中的该颗粒。这种情况下，处理结构体1中也可以含有催化剂。
壳体2例如由不锈钢、铁以及铝等的金属制造。壳体2可以被分割为多个部分。
保持件3用于将处理结构体1保持在壳体2内。即，保持件3通过在处理结构体1与壳体2之间的间隙中以被压缩的状态配置，将该处理结构体1稳定地保持在该壳体2内。
本发明的保持件是以无机纤维为主要成分的氧化铝纤维垫3A和二氧化硅纤维垫3B的层叠体。该层叠体能够制成平坦的片材状。在保持处理结构体1时，通常，以氧化铝纤维垫3A与处理结构体1相接触的方式缠绕成圆筒状。另外，也可以成型为以氧化铝纤维垫3A作为内侧，以二氧化硅纤维垫3B作为外侧的圆筒状。
本发明中所使用的氧化铝纤维是含有氧化铝60～100重量％、二氧化硅0～40重量％的无机纤维。优选含有氧化铝70～98重量％、二氧化硅2～30重量％。例如可以使用含有氧化铝90～98重量％、二氧化硅2～10重量％的无机纤维。
另外，优选氧化铝和二氧化硅的合计含量为98重量％以上或者100重量％(但包含不可避免的杂质)。
本发明中所使用的二氧化硅纤维是含有氧化铝0～40重量％、二氧化硅60～100重量％的无机纤维。优选含有氧化铝0～10重量％、二氧化硅90～100重量％。例如可以使用含有氧化铝0～5重量％、二氧化硅95～100重量％的无机纤维。
另外，优选氧化铝和二氧化硅的合计含量为98重量％以上或者100重量％(但包含不可避免的杂质)。
本发明中所使用的二氧化硅纤维满足如下条件，即，由该二氧化硅纤维通过比较例2中所记载的方法制造的垫的表面压力，高于由本发明中所使用的氧化铝纤维通过比较例1所记载的方法制造的垫的表面压力。在此，表面压力是填充密度为0.30g/cm3时的表面压力。表面压力可以通过比较例1所记载的方法测定。
二氧化硅纤维垫的表面压力高于氧化铝纤维垫，在填充密度为0.30g/cm3时，优选为1.2倍以上，更优选为1.3倍以上。或者，在填充密度为0.40g/cm3时，优选为1.4倍以上。上限没有特别限定，但通常为2.5倍以下。
二氧化硅纤维优选预先进行加热处理以提高强度。
对于第1垫和第2垫各自而言，除了含有无机纤维以外，还可以含有无机粘合剂、有机粘合剂、凝聚剂等。
作为无机粘合剂，可以列举例如氧化铝溶胶、二氧化硅溶胶等。另外，作为有机粘合剂，可以列举例如橡胶系材料、水溶性有机高分子化合物、热塑性树脂、热固化性树脂等。
另外，作为有机粘合剂，也可以配合少量的纸浆等有机纤维。作为凝聚剂，可以列举例如聚丙烯酰胺系高分子化合物等。
本发明的保持件或者第1垫与第2垫分别可以含有80重量％以上、90重量％以上或者100重量％(包含不可避免的杂质)的无机纤维。
本发明的保持件或者第1垫与第2垫分别可以含有1～20重量％，优选为2～15重量％，更优选为5～13重量％的有机粘合剂。如果含有过多的有机粘合剂，则虽然能够提高对于催化剂载体的缠绕性，但有机粘合剂分解时，有机粘合剂会发生碳化，从而容易引起表面压力的降低。本发明能够抑制在有机粘合剂消失过程中发生的表面压力的降低。
另外，本发明的保持件或者第1垫与第2垫分别可以含有总计为90重量％以上、95重量％以上或者100重量％(包含不可避免的杂质)的无机纤维与有机粘合剂。本发明的保持件可以通过例如烧结，从而使有机粘合剂被烧失。
在本发明中，氧化铝纤维垫3A以及二氧化硅纤维垫3B的密度、氧化铝纤维垫3A与二氧化硅纤维垫3B的厚度的比例、保持件3的全部厚度是可以根据所使用的气体处理装置的尺寸或使用温度等而适当设定的。
对于保持件的厚度没有限定，但通常为6mm～20mm。氧化铝纤维垫与二氧化硅纤维垫的厚度通常分别为3mm～10mm。氧化铝纤维垫与二氧化硅纤维垫的厚度可以相同也可以不同。为了使氧化铝纤维垫3A的耐热性和二氧化硅纤维垫3B的高表面压力以平衡性良好地得以展现，优选氧化铝纤维垫3A为全部厚度的35～80％，二氧化硅纤维垫3B为全部厚度的20～65％。
对于氧化铝纤维垫3A以及二氧化硅纤维垫3B的面密度而言，两垫都通常为400～2000g/m2，优选为400～1600g/m2。
本发明的保持件在使用时，优选使氧化铝纤维垫位于内侧(处理结构体侧)，使二氧化硅纤维垫位于外侧(壳体侧)。
在本发明中，与二氧化硅纤维垫相比，氧化铝纤维垫虽然耐热性高，但表面压力低。另一方面，与氧化铝纤维垫相比，二氧化硅纤维垫虽然耐热性低，但表面压力高。保持件以被压缩的状态安装在处理结构体与壳体之间。气体处理装置在使用时会被加热至1000℃。此时，由于金属制的壳体膨胀，压缩变弱。使用停止后被冷却，壳体发生收缩时，压缩变强。在本发明中，如果压缩变强，主要是氧化铝纤维垫被压破。即，虽然氧化铝纤维由于压破而纤维发生弯折，但没有被压破的二氧化硅纤维不发生纤维折损，继续发挥高的表面压力。氧化铝纤维可以对于荷载负荷发挥作为缓冲材料的功能。
发动机尾气的热风通过催化剂载体中。另一方面，壳体侧虽然有金属的导热等，但通过放热，成为低于催化剂载体侧的温度。另外，由于保持件是隔热材料，起到不将催化剂附近的高的温度传导至壳体侧的作用。即，保持件的厚度方向上的温度分布是不同的，催化剂侧为高温，壳体侧为低温。本发明中，通过将耐热性高的氧化铝纤维配置在催化剂侧，并且将耐热性低的二氧化硅纤维配置在壳体侧，从而能够使保持件整体的耐热性达到全部由氧化铝纤维制造的保持件的耐热性相同的程度。
通常，汽油车由于尾气温度高，作为保持件不能使用二氧化硅纤维。然而，能够适用于壳体侧的温度。即，如本发明所示，通过制成2层结构，也能够适用于汽油车。此时，由于二氧化硅纤维的表面压力高，与1层的氧化铝纤维相比，能够提高作为整体保持件的保持力。
当壳体与处理结构体之间的间隙大的时(Gap开放时)，在本发明中，由于存在二氧化硅层，表面压力变高。另一方面，在Gap开放时的表面压力被设定为处理结构体不发生脱落的程度的低值。本发明的情况下，由于表面压力变高，即使将单位面积质量(面密度)降低为低于现有产品，也能够发挥与现有产品同样程度的保持力。其结果，由于降低了面密度而能够达到成本的降低。
如上所述，虽然氧化铝单层的保持件的耐热性优异但其表面压力低，二氧化硅单层的保持件虽然耐热性低(无法用于汽油车)但其表面压力高。通过将这些层层叠，能够在确保各层所具有的优异的耐热性和表面压力的同时，还能发挥抑制有机粘合剂分解时的表面压力的降低这一层叠体特有的效果。
对于本发明的保持件的制造方法没有限制，可以采用例如以下的方法。
将两个垫分别独立地制造后，将这些垫在层叠界面接合，得到两者被层叠的保持件的方法。可以使用粘接剂、缝合等进行接合。例如，制备含有氧化铝纤维以及有机粘合剂的浆料，经过抽吸脱水成型，得到氧化铝纤维湿润垫。接下来，同样地得到二氧化硅纤维湿润垫。将氧化铝纤维湿润垫与二氧化硅纤维湿润垫重叠，经过热压，使垫的界面附近所含有的有机粘合剂熔接。将得到的层叠体压缩至规定的厚度。
或者，在一个垫上直接制造另一个垫，形成两者被层叠的保持件的方法。例如，将含有氧化铝纤维以及有机粘合剂的浆料通过抽吸脱水成型，干燥后得到氧化铝纤维垫3A。接下来，在氧化铝纤维垫3A的一侧的面上涂布含有二氧化硅纤维的浆料后抽吸脱水成型，并进行干燥，从而得到氧化铝纤维垫3A与二氧化硅纤维垫3B的层叠体。将得到的层叠体压缩至规定的厚度。
本发明的保持件通常为片材状，但也可以制成筒状。为了制成筒状的保持件，首先，使用圆筒状的网格部件(例如，圆筒形金属网)，浸渍在上述的含有氧化铝纤维的浆料中，将取出的各个网格部件脱水成型，将成型品干燥，从而制造圆筒状的氧化铝纤维垫3A。接下来，在圆筒状的氧化铝纤维垫3A的外表面涂布含有二氧化硅纤维的浆料，抽吸脱水成型后，进行干燥，最后将圆筒状的网格部件去除，由此得到内侧为氧化铝纤维垫3A而外侧为二氧化硅纤维垫3B的圆筒状层叠体。之后，同样地，压缩至规定厚度以得到圆筒状的保持件。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明不受这些实施例的限定。
实施例1
通过将氧化铝纤维(96.0重量％的Al2O3以及4.0重量％的SiO2)和有机粘合剂(丙烯酸树脂)(相对于无机纤维和有机粘合剂的总计100重量％，有机粘合剂为10重量％)分散在水中，而制备水性浆料。
接下来，向具有金属网的脱水成型模具中灌入水性浆料，脱水成型，得到氧化铝纤维制湿润成型体。
除了用二氧化硅纤维(2.0重量％的Al2O3以及98.0重量％的SiO2)来替代氧化铝纤维以外，按照与上述同样的方式进行制造，得到二氧化硅纤维制湿润成型体。需要说明的是，原料二氧化硅纤维是预先进行过加热处理的。
将得到的氧化铝纤维制湿润成型体和二氧化硅纤维制湿润成型体重叠，在170℃进行热压使所含粘合剂熔化并熔接，得到层叠成型体。
将层叠成型体加工成圆板形状，通过在700℃加热1小时进行烧结，得到直径为50.8mm，厚度为10mm的圆板形状的保持件。保持件为氧化铝纤维制垫700g/m2与二氧化硅纤维制垫900g/m2的层叠体。
比较例1
除了不使用二氧化硅纤维而仅使用氧化铝纤维以外，按照与实施例1同样的方式制造了保持件。保持件为氧化铝纤维制垫1600g/m2的单层体。
需要说明的是，与上述同样地制造了厚度为8mm的垫。对于制造的垫，按照以下方法进行了测定，结果发现：在填充密度为0.30g/cm3时表面压力为20.4N/cm2，在填充密度为0.40g/cm3时表面压力为44.5N/cm2，在填充密度为0.50g/cm3时表面压力为75.8N/cm2。
表面压力的测定是使用岛津株式会社制造的万能试验机AUTOGRAPH进行的。在上下安装压缩夹具的圆盘(直径100mm，厚度25mm)，将上下压盘的间隙为8mm时的位置作为零点。接下来，将上述制造的垫配置在下压盘上，从零点位置开始，以压缩速度1mm/min对垫进行压缩。此时的填充密度与表面压力值通过以下的方程算出。
·填充密度(g/cm3)＝每m2垫的重量(g/m2)/压缩行程量(mm)/1000
·表面压力值(N/cm2)＝由于压缩而发生的荷载(N)/试验体面积(cm2)
比较例2
除了不使用氧化铝纤维而仅使用二氧化硅纤维以外，按照与比较例1同样的方式制造了保持件。保持件是二氧化硅纤维制垫1600g/m2的单层体。
需要说明的是，与上述同样地制造了厚度为8mm的垫。对于制造的垫，按照与比较例1同样的方法进行了测定，结果发现：在填充密度为0.30g/cm3时表面压力为26.9N/cm2，在填充密度为0.40g/cm3时表面压力为69.6N/cm2，在填充密度为0.50g/cm3时表面压力为127.4N/cm2，在填充密度为0.60g/cm3时表面压力为192.0N/cm2。
评价例1[热表面压力试验]
使用如图2所示试验装置40(岛津株式会社制造，热表面压力试验机SERVOPULSER)，进行保持件的热表面压力试验，测定保持件的表面压力。试验装置40具备INCONEL(注册商标)制的圆板(直径80mm，厚度30mm)的上压盘41(相当于处理结构体的部件)和，与上压盘41相对地配置的INCONEL(注册商标)制的圆板(直径80mm，厚度30mm)的下压盘42(相当于壳体的部件)。
将如上述制造的保持件通过上压盘41与下压盘42，以使上压盘41与下压盘42之间的距离(即，被上压盘41与下压盘42所夹的保持件20的厚度)成为4～5mm的方式夹住。实施例1的保持件以氧化铝制垫与上压盘41接触的方式夹住。
通过上压盘41与下压盘42向保持件20施加12N/cm2的荷载，历时约10分钟将上压盘41加热至900℃并将下压盘42加热至700℃。对温度上升时的表面压力进行了测定。将结果示于图3。将上压盘41从被上压盘41与下压盘42夹住的保持件20所受到的单位面积的排斥力作为表面压力(N/cm2)进行测定。
如图3所示，与比较例1、2的保持件相比，实施例1的保持件即使由于加热将有机粘合剂烧失，其表面压力的降低也得到了抑制。
评价例2[压缩复原试验]
使用图2所示试验夹具，向厚度10mm的保持件施加荷载而压缩至5mm后加热至400℃。之后，松开夹具释放压缩，观察复原状态。
实施例1的保持件的复原率为大约180％，比较例1的保持件为大约110％，比较例2的保持件为大约160％。复原率高意味着被加热时对于壳体膨胀的表面压力高。
实施例1的保持件在具有氧化铝制垫的耐热性的同时，通过氧化铝制垫优先于二氧化硅制垫被压破，从而能够降低二氧化硅制垫所受的伤害，能够抑制表面压力的降低。
产业上的可利用性
本发明的保持件能够用于汽车等的尾气净化用气体处理装置等。
以上对几个本发明的实施方式和/或实施例进行了详细说明，但本领域技术人员可以在实质上不偏离本发明的新的启示以及效果的情况下，容易地对这些例示的实施方式和/或实施例加入众多改变。所以，这些众多的改变也包含在本发明的范围内。
在此全文引用本说明书中所记载的文献以及成为本申请的巴黎优先权基础的日本申请说明书的内容。

Claims (8)

1.一种保持件，其特征在于，
该保持件是将第1垫与第2垫层叠而成的，
所述第1垫包含氧化铝纤维，该氧化铝纤维含有60重量％以上的氧化铝和40重量％以下的二氧化硅，
所述第2垫比所述第1垫在填充密度为0.30g/cm3时的表面压力高，并且所述第2垫包含二氧化硅纤维，该二氧化硅纤维含有60重量％以上的二氧化硅和40重量％以下的氧化铝。
2.如权利要求1所述的保持件，其特征在于，
所述第1垫和/或第2垫进一步包含1～20重量％的有机粘合剂。
3.如权利要求1或2所述的保持件，其特征在于，
所述保持件的厚度为6mm～20mm。
4.如权利要求1～3中任一项所述的保持件，其特征在于，
该保持件是所述第1垫位于内侧且所述第2垫位于外侧的圆筒状层叠体。
5.如权利要求1～4中任一项所述的保持件，其特征在于，
该保持件用于气体处理装置。
6.一种保持件的制造方法，其特征在于，
由氧化铝纤维制造第1垫，所述氧化铝纤维含有60重量％以上的氧化铝和40重量％以下的二氧化硅，
由二氧化硅纤维制造第2垫，所述二氧化硅纤维含有60重量％以上的二氧化硅和40重量％以下的氧化铝，所述第2垫的表面压力比所述第1垫高，
将所述第1垫与所述第2垫层叠并接合。
7.一种气体处理装置，其特征在于，
具备：
被形成为筒状的处理结构体，
将所述处理结构体收容的壳体，和
位于所述处理结构体与所述壳体之间的间隙中的权利要求1～5中的任意一项中记载的保持件，
所述保持件的第1垫位于与所述处理结构体相接触的一侧。
8.如权利要求7所述的气体处理装置，其特征在于，
所述处理结构体是催化剂担载体或者尾气过滤器。
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