DE69105559T2

DE69105559T2 - Glasfasermaterialenthaltendes Bauteil für Abgassystemen.

Info

Publication number: DE69105559T2
Application number: DE1991605559
Authority: DE
Inventors: Ryohei Adachi; Toshiro Ijima
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1991-03-08
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2011-03-09
Also published as: EP0446064A2; CA2037760A1; EP0446064B1; EP0446064A3; DE69105559D1; JPH03257039A; CA2037760C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Komponente eines Abgassystems für einen Verbrennungsmotor, welche Glasfasermaterial enthält, insbesondere ein glasfaserverstärktes Kunstharzprodukt.
Die Verwendung eines Kunstharzprodukts mit Glasfasern in einem Schalldämpfer für den Verbrennungsniotor eines Autos ist bekannt (beispielsweise siehe japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschriften Nr. 211610/89 und Nr. 247712/89). Darüber hinaus ist die Verwendung einer ZrO&sub2; enthaltenden Glasfaser mit Alkalibeständigkeit als eine Zementverstärkungsfaser bekannt (siehe beispielsweise japanische Patentschriften Nr. 40126/74, 29726/76 und 5417/86 und die japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 55309/76 und 71116/78).
Weiter bekannt ist die Verwendung eines Redox-Katalysators in dem Abgassystem eines Verbrennungsmotors zur Minderung der Schadstoffe in dem Abgas. Solche Redox-Katalysatoren enthalten einen dreifachen Katalysator, der die gleichzeitige Oxidation und Reduktion bewirkt, und einen Zweistufenkatalysator, der die Oxidation und dann die Reduktion oder umgekehrt bewirkt.
Wenn ein solcher Redox-Katalysator vorgesehen ist und wenn Benzin als Kraftstoff verwendet wird, befinden sich Stickstoff Säuren, wie etwa Salpetersäure und salpetrige Säure und Ammoniak in der kondensierten Flüssigkeit aus dem Auspuffgas, die sich in dem Schalldämpfer wegen in dem Abgas enthaltenen Stickoxiden (NOx) sammelt, und schwefelhaltige Säuren wie etwa Schwefelsäure und schweflige Säure, befinden sich in der kondensierten Flüssigkeit wegen in dem Benzin enthaltenem Schwefel. Bei Verwendung eines Alkoholkraftstoffs sind die schwefelhaltigen Säuren nicht vorhanden. Wenn der Verbrennungsmotor bei Vorhandensein eines solchen Redox-Katalysators Fehlzündungen erzeugt, geschieht eine schnelle Oxidationsreaktion des unverbrannten Kraftstoffs in dem Katalysator, so daß die Temperatur des Abgases schnell ansteigt und in einigen Fällen 600ºC überschreiten kann. In einer solchen Situation haben die bei herkömmlichen Schalldämpfern verwendeten Glasfasern schwache Säuren- und Alkalibeständigkeiten wegen der physikalischen Eigenschaften der Glasfaser, weil eine solche Glasfaser aus im Handel erhältlichem E- oder C-Glas gebildet ist. Ein anderes Problem ist, daß wenn der Schalldämpfer ein aus solch einer Glasfaser gebildetes Innenmaterial zum Zweck der Wärmeisolation enthält, die Säure-, Alkali- und Wärmealterungsbeständigkeiten des Innenmaterials schlecht sind.
Die DE-A-1796339 zeigt Glasfasermaterialien, die wenigstens 65 % Siliciumoxid als fasrige Verstärkungsmaterialien enthalten, um die Alkalibeständigkeit und Dauerfestigkeit bei Temperaturen von 50ºC oder darüber in zementartigen Produkten zu erhöhen, die in der Bauindustrie und in duroplastischen Harzen verwendet werden.
Die US-A-4066465 beschreibt Glasfaserzusammensetzungen zur Verwendung bei der Verbesserung der Alkalibeständigkeit von Beton oder Mörtel.
Die JP-A-1182516 beschreibt einen Schalldämpfer zur Verwendung in einem Abgassystem in einem Verbrennungsmotor. Der Schalldämpfer umfaßt ein wärmefestes Harz, um Beständigkeit gegen Säuren, Salze und verschiedene korrosive Materialien zu erlangen, zusammen mit einem anorganischen Füllmittel, das optional ein Glasfasermaterial enthält.
Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Komponente eines Abgassystems aufzuzeigen, die Glasfaser mit ausgezeichneter Widerstandsfähigkeit gegen Säuren, Laugen und Wärmealterung aufweist, insbesondere ein glasfaserverstärktes Kunstharzprodukt, hergestellt unter Verwendung einer solchen Glasfaser als einer Verstärkungsfaser.
Als Ergebnis von Untersuchungen mit wiederholter Herstellung von ZrO&sub2; enthaltender Glasfaser, die herkömmlicherweise als Zementverstärkungsfaser verwendet wird, fanden die vorliegenden Erfinder heraus, daß eine solche Glasfaser nicht nur eine ihr überlegene, ausgezeichnete Alkalibeständigkeit hat, sondern auch ausgezeichnete Beständigkeiten gegen Säure und Wärmealterung, die gleich oder besser als diejenigen von Glasfasern sind, die aus E-, C- und A-Gläsern und dgl. hergestellt sind.
In der folgenden Beschreibung sind folgende Ausdrücke verwendet:
E-Glas ist ein nichtalkalisches Glas, in dem der Gehalt von Alkali auf 0,8 % oder weniger gedrückt ist und eine Zusammensetzung von SiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;-CaO-B&sub2;O&sub3; hat. Dieses Glas hat eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, Wasser- und Witterungsfestigkeit und Isolierfähigkeit;
C-Glas ist eine Sorte von langfasrigem Glasmaterial und hat eine Zusammensetzung von SiO&sub2;-Al&sub2;O&sub3;-CaO-B&sub2;O&sub3;- Na&sub2;O. Dieses Glas hat eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und Witterungsfestigkeit;
A-Glas umfaßt etwa 14 % Alkali und hat eine Zusammensetzung von SiO&sub2;-CaO-Na&sub2;O. Dieses Glas hat eine schlechtere Wasser- und Witterungsfestigkeit im Vergleich zu E- und C-Gläsern, ist aber mit geringeren Kosten erhältlich.
Zusätzlich als Ergebnis von Untersuchungen eines Kunstharzprodukts, das mit einer ZrO&sub2; enthaltenden Glasfaser verstärkt war, fanden die vorliegenden Erfinder heraus, daß das Produkt nicht nur eine überlegene ausgezeichnete Alkalibeständigkeit hat, sondern auch eine ausgezeichnete Säurebeständigkeit, die gleich oder besser als bei Produkten ist, die mit Glasfasern aus E- und C-Gläsern und dgl. verstärkt waren.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei:
Fig. 1 ist eine Ansicht eines Verbrennungsmotorenschalldämpfers, der erfindungsgemäß hergestellt ist, wobei Teile im Schnitt gezeigt sind; und
Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines plattenartigen Formmaterials, welches erfindungsgemäß hergestellt ist.
Fig. 1 zeigt einen Schalldämpfer 1 zur Verwendung als eine Komponente eines Abgassystems für einen Verbrennungsmotor in einem Auto, ausgebildet als ein erfindungsgemäßes glasfaserverstärktes Kunstharzprodukt. Der Schalldämpfer 1 umfaßt eine Umhüllung 2 und ein Innenmaterial 3, welches an einer Innenfläche der Umhüllung 2 haftet. Die Umhüllung 2 ist aus einem Paar von Hälften 4 der gleichen Struktur zusammengesetzt. Jede der Hälften 4 umfaßt einen kastenartigen Körper 5 und einen Verbindungsflansch 6, der an dem Außenumfangsrand der Öffnung jedes kastenartigen Körpers 5 gebildet ist, wobei die Verbindungsflansche 6 der Hälften mit Klebstoff aneinander verklebt sind.
An dem Schalldämpfer 1 ist ein Auspuffrohr 7 angebracht, welches durch ihn hindurchtritt. Ein Vorsprung 7a des Auspuffrohrs 7 befindet sich an der Auspuffgaseinlaßseite und der andere Vorsprung 7b befindet sich an der Auspuffgasauslaßseite. Das Auspuffrohr 7 ist mit einer großen Anzahl von Durchgangslöchern 8 in einem Bereich innerhalb der Umhüllung 2 vorgesehen, die zur Innenfläche des Schalldämpfers 1 weisen.
Die Hälften 4 sind aus einer Matrix gebildet, die im wesentlichen aus einem Kunstharz und einer Glasfaser als einer in der Matrix verteilten Verstärkungsfaser besteht. Daher dient die Glasfaser als ein Formmaterial für die Komponente des Abgassystems des Verbrennungsmotors.
Die verwendbaren Kunstharze umfassen thermoplastische und duroplastische Kunstharze. Einige Beispiele geeigneter thermoplastischer Harze sind Polyamidharze, Polyethylenterephthalatharze, Polybutylenterephthalatharze, thermoplastische fluorhaltige Harze, Polysulfonharze, Polyphenylenätherharze, Polyphenylensulfidharze, Polyätherketonharze und Flüssigkristallpolymere. Einige Beispiele geeigneter duroplastischer Harze sind Epoxyharze, Phenolharze, ungesättigte Polyesterharze, Vinylesterharze, Diallylphthalatharze und duroplastische Polycarbodiimidharze. Selbstverständlich können auch andere Kunstharze zur Herstellung des erfindungsgemäßen verstärkten Produkts akzeptabel sein.
Wenn man für das duroplastische Harz eine höhere Wärmefestigkeit braucht, kann man ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Epoxyharz, ein Phenolharz oder ein Vinylesterharz verwenden. Unter diesen sind die Phenol- und ungesättigten Polyesterharze geeignet.
Verwendet wird eine Glasfaser mit der folgenden Zusammensetzung (geeignet für eine Zementverstärkungsfaser):
55 Gew.-% ≤ SiO&sub2; ≤ 62 Gew.-%
1 Gew.-% ≤ Al&sub2;O&sub3; ≤ 5 Gew.-%
CaO + MgO ≤ 12 Gew.-%
13 Gew.-% ≤ Na&sub2;O + K&sub2;O ≤ 18 Gew.-%
B&sub2;O&sub3; ≤ 4 Gew.-%
12 Gew.-% ≤ ZrO&sub2; ≤ 21 Gew.-%
Ein für ZrO&sub2; verwendetes Ausgangsmaterial ist Zirkoniumsand (ZrO&sub2; SiO&sub2;). Bei der obigen Zusammensetzung sind CaO + MgO und B&sub2;O&sub3; optimale Bestandteile und können weggelassen werden.
Im Hinblick auf das Erfordernis nach Alkalibeständigkeit und die Vorteile der Massenherstellung von Glasfaser liegt der ZrO&sub2;-Gehalt in einem Bereich von 12 bis 21 Gew.-%. Der ZrO&sub2;-Gehalt wird gemäß JIS R-3105 gemessen.
Verwendbar ist die Glasfaser in Form eines Fadens, eines Rovings, eines gehackten Fadens, eines Netzes, eines Garns, eines Bands, einer Matte, baurnwollartigem Material, eines Gewebes oder dergleichen.
Hergestellt ist das Innenmaterial 3 durch Pressen der oben beschriebenen Glasfaser in eine Form in Gestalt der Innenfläche jeder der Hälften 4 des Schalldämpfers 1, und falls erforderlich, kann das Innenmaterial 3 ein zugefügtes anorganisches oder organisches Bindemittel enthalten und beispielsweise ein Wasserglas, ein Kunstharz und ein anorganisches Siliciumoxid mit hinzugefügter Stärke enthalten. Daher dient die Glasfaser auch als ein Material zum Formen einer Komponente des Abgassystems für einen Verbrennungsmotor. Die für das Innenmaterial 3 verwendbaren Klebstoffe umfassen Kunstharzklebstoffe, wie etwa Acryl-, Epoxy-, Urethan-, Phenol-, Silikon- und Polyimidklebstoffe. Im Hinblick auf die erforderliche Wärmebeständigkeit ist Epoxyklebstoff bevorzugt.
Die Tests der Beständigkeit gegenüber Salpetersäure, Schwefelsäure und Ammoniak und gegenüber Wärmealterung wurden durchgeführt für eine Glasfaser gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung (nachfolgend als Glasfaser der bevorzugten Ausführung bezeichnet) und für herkömmliche Glasfasern, gebildet aus herkömmlichen E-, C- und A-Gläsern zum Erhalt der in Tabelle I gezeigten Ergebnisse.
Die Zusammensetzung der Glasfaser der bevorzugten Ausführung ist wie folgt:
SiO&sub2; 61,7 Gew.-%
Al&sub2;O&sub3; 2,0 Gew.-%
CaO + MgO 4,0 Gew.-%
Na&sub2;O + K&sub2;O 15,4 Gew.-%
ZrO&sub2; 16,9 Gew.-%
In den Tests der Beständigkeit gegen Salpetersäure wurde eine 10 %ige Salpetersäurelösung verwendet. Bei dem Test der Beständigkeit gegen Schwefelsäure wurde eine 50 %ige Schwefelsäurelösung verwendet, und bei dem Test der Beständigkeit gegen Ammoniak wurde 10 %iges Ammoniakwasser verwendet. Diese Tests wurden durchgeführt durch Halten jeder der Lösungen bei 80ºC und Eintauchen jeder Glasfaser in die Lösung für 100 Stunden. Der Test auf Wärmealterungsbeständigkeit wurde durch Halten jeder Faser bei 650ºC für 500 Stunden durchgeführt. TABELLE I Test Bevorzugte Ausführung E-Glas C-Glas A-Glas Beständigkeit gegen HNO&sub3; Beständigkeit gegen Ammoniak Beständigkeit gegen Wärmealterung Keine Abn. Bruch Keine Abn. = keine Abnormalität.
Wie aus Tabelle I hervorgeht, zeigt die Glasfaser der bevorzugten Ausführung in jedem Test eine ausgezeichnete Haltbarkeit.
Das Dauerfestigkeitseigenschaften wurden für verschiedene glasfaserverstärkte Kunstharzplatten gemessen, die unter Verwendung der Glasfaser der Ausführung und der herkömmlichen Glasfasern aus E- und C-Gläsern durchgeführt wurden, um die in Tabelle II angegebenen Ergebnisse zu erhalten.
Die oben beschriebene Kunstharzplatte wurde durch ein Verfahren hergestellt, welches aufweist: Verteilen und Vermischen der Glasfasern, jeweils mit einer Länge von etwa 1 inch in einem nichtausgehärteten, ungesättigten Polyesterharz, Walzen des Gemischs zur Bildung eines plattenartigen Materials und Aushärten des plattenartigen Materials in einem erwärmten und gepreßten Zustand unter Verwendung einer Form zur Bildung einer flachen Platte.
Das Messen der Dauerfestigkeit wurde in folgender Weise durchgeführt: erstens wurde die Biegefestigkeit eines Teststücks gemessen, das von jeder Kunstharzplatte abgeschnitten war; dann wurde jedes Teststück bei 80ºC gehaltene Testlösung eingetaucht und für 500 Stunden eingetaucht gelassen; und schließlich wurde die Biegefestigkeit jedes aus der Testlösung herausgenommenen Teststücks gemessen. Dann wurde der Prozentsatz der Biegefestigkeiten vor und nach dem Eintauchen bestimmt. Die verwendeten Testlösungen waren eine 10 %ige Salpetersäurelösung, eine 50 %ige Schwefelsäurelösung und ein 10 %iges Ammoniakwasser. TABELLE II Testlösung Verwendete Verstärkungsfaser Bevorzugte Ausführung E-Glas C-Glas 10 % Salpetersäurelösung 50 % Schwefelsäurelösung 10 % Ammoniakwasser
Wie aus Tabelle II ersichtlich, zeigt die Kunstharzplatte, die unter Verwendung der Glasfaser der bevorzugten Ausführung hergestellt ist, eine ausgezeichnete Haltbarkeit gegen die oben beschriebenen Testlösungen und war in ihrer Festigkeit, auf Basis eines Durchschnitts der drei Tests, weniger verringert als diejenigen Platten, die mit den anderen zwei Glastypen hergestellt wurden.
Nun wird ein Herstellungsbeispiel des Schalldämpfers 1 unter Verwendung der Glasfaser der bevorzugten Ausführung beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine Formverbundplatte 9, umfassend ein Hauptmaterial 10 und an gegenüberliegenden Oberflächen des Hauptmaterials befestigte Polyethylenfolien 11&sub1; bzw. 11&sub2;. Die Zusammensetzung des Hauptmaterials 10 ist wie folgt: Elemente Gewichtsanteile Glasfaser der bevorzugten Ausführung Ungesättigtes Polyesterharz Füllmittel (Ton, Calciumcarbonat etc.) Katalysator, Verdickungsmittel etc.
Die Formverbundplatte 9 wurde in eine Form zum Formen der Hälften 4 der Umhüllung 2 eingesetzt und einer Formung unter erwärmtem und gepreßtem Zustand zur Bildung eines Paars von Hälften 4 ausgesetzt. Es wurde eine Matte unter Verwendung der Glasfaser der bevorzugten Ausführung durch Walzen und nachfolgendes Nadeln hergestellt, und dann wurde die Matte in eine Form gelegt und zur Formung eines Innerunaterials 3 gepreßt. Das Innenmaterial 3 wurde an die Innenfläche jeder Hälfte 4 mit Epoxyklebstoff geklebt, und dann wurden die Verbindungsflansche 6 mit dem zwischen die Hälften 4 eingeklemmten Auspuffrohr 7 mit Epoxyklebstoff aneinander verklebt.
Der Schalldämpfer 1 hat eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen stickstoffhaltige Säuren, Ammoniak und schwefelhaltige Säuren, die sich darin ansammeln. Selbst wenn eine Situation auftritt, in der als Folge einer Fehlzündung des Verbrennungsmotors die Temperatur eines Abgases 600ºC überschreitet, wird das die Matrix der Umhüllung 2 bildende ungesättigte Polyesterharz wegen des Wärmeisoliereffekts des Innenmaterials 3 nicht schmelzen, und daher wird die Wärmealterungsbeständigkeit des Schalldämpfers 1 nicht nachteilig beeinflußt. Weil in diesem Fall das Innenmaterial 3 Säure-, Alkali- und Wärmealterungsbeständigkeiten zeigt, ergibt sich kein Problem aus der Gegenwart der kondensierten Flüssigkeit in dem Abgassystem oder aus der durch Fehlzündung des Motors erzeugten Wärme. Darüber hinaus hat das Innenmaterial 3 auch Schalldämpfungseigenschaften, und daher erhält man eine hohe Schalldämpfungswirkung.
Die Herstellung der Formverbundplatte 9 wurde in folgender Weise durchgeführt. Eine Harzplatte, die ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Füllmittel, einen Katalysator und ein Verdickungsmittel und dgl. enthielt, wurde auf eine von einer Rolle gezogene Polyethylenfolie 11&sub1; aufgegeben, und die Glasfaser der bevorzugten Ausführung wurde auf der Harzpaste verteilt, um ein Hauptmaterial 10 vorzubereiten. Die gleiche Harzpaste wie die oben beschriebene wurde auf die andere von einer Rolle gezogene Polyethylenfolie 11&sub2; aufgegeben. Die mit Harzpaste versehenen Oberflächen der einen Polyethylenfolie 11&sub1; und der anderen Polyethylenfolie 11&sub2; wurden einander gegenüberliegend verbunden und dann einander überlappt und durch Imprägnierwalzen und Dickeneinstellungswalzen geführt, um die Formverbundplatte 9 zu bilden.
Insgesamt zeigt die Glasfaser, die eine bestimmte Menge von ZrO&sub2;, wie oben beschrieben, enthält, ausgezeichnete Säuren- und Alkalibeständigkeiten in Umgebungen, die Stickstoffsäuren und Ammoniak enthalten, und hat darüber hinaus eine gute Wärmealterungsbeständigkeit. In diesem Fall umfassen die Stickstoffsäuren Salpeter- und salpetrige Säuren. Ein Kunstharzprodukt, hergestellt unter Verwendung einer die bestimmte Menge von ZrO&sub2; enthaltender Glasfaser als Verstärkungsfaser hat ausgezeichnete Säure- und Alkalibeständigkeiten. Weiter, ein Schalldämpfer eines Abgassystems für einen Verbrennungsmotor, hergestellt unter Verwendung einer Glasfaser des oben beschriebenen Typs als Formmaterial, zeigt ausgezeichnete Säure-, Alkali- und Wärmealterungsbeständigkeiten.

Claims

1. Komponente eines Abgassystems für einen Verbrennungsmotor, wobei das Abgassystem einen Redox- Katalysator stromaufwärts der Komponente aufweist und wobei die Komponente Glasfaser enthält, gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung, die in Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des Glasfasermaterials enthält:

55 Gew.-% ≤ SiO&sub2; ≤ 62 Gew.-%

1 Gew.-% ≤ Al&sub2;O&sub3; ≤ 5 Gew.-%

CaO + MgO ≤ 12 Gew.-%

13 Gew.-% ≤ Na&sub2;O + K&sub2;O ≤ 18 Gew.-%

B&sub2;O&sub3; ≤ 4 Gew.-%

12 Gew.-% ≤ ZrO&sub2; ≤ 21 Gew.-%

2. Komponente nach Anspruch 1, in der die Komponente eine Umhüllung ist, hergestellt aus mit der Glasfaser verstärktem Kunstharz.

3. Komponente nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in der die Umhüllung eine Umhüllung eines Schalldämpfers ist.

4. Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in der die Komponente eine Umhüllung ist, die ein Innenmaterial enthält, welches die Glasfaser aufweist.