JP5112029B2 - シート材およびその製造方法、排気ガス処理装置およびその製造方法、ならびに消音装置 - Google Patents
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Description
前記入口管および出口管の間に設置された排気ガス処理体と、
を備える排気ガス処理装置であって、
前記入口管の少なくとも一部には、断熱材が設置され、
該断熱材は、前述のシート材で構成されることを特徴とする排気ガス処理装置が提供される。
前記吸音材は、前述の特徴を有するシート材で構成され、
該シート材は、第1の表面が外側となるようにして、前記インナーパイプとアウターシェルの間に設置されることを特徴とする消音装置が提供される。
前述のように、この方式では、最初に、嵩密度が異なる少なくとも2枚のベースシートを調製する必要がある。そのような各ベースシートは、「ニードリング処理法」を用いて、前駆体の調製、ブローイング処理、ニードル処理、焼成、結合材の含浸の各工程を経て製作される。
アルミニウム含有量70g/l、Al/Cl=1.8(原子比)の塩基性塩化アルミニウム水溶液に、例えばアルミナ−シリカ組成比が60〜97:40〜3となるようにシリカゾルを添加し、無機繊維の前駆体を調製する。特にアルミナ−シリカ組成比は、70〜97:30〜3であることがより好ましい。アルミナ組成比が60%以下では、アルミナとシリカから生成されるムライトの組成比率が低くなるため、完成後のベースシートの熱伝導度が高くなり、断熱性が低下する傾向にあるからである。一方、アルミナ組成比が97%を超えると、無機繊維の柔軟性が損なわれるからである。
次に、このアルミナ系繊維の前駆体に、ポリビニルアルコール等の有機重合体を加える。その後、この液体を濃縮し、紡糸液を調製する。さらにこの紡糸液を使用して、ブローイング処理により紡糸する。
紡糸が完了した前駆体を積層して、原料シートを製作する。さらに原料シートに対してニードル処理を行う。ニードル処理には、通常ニードリング装置が用いられる。
次に、得られた原料シートを常温から加熱し、最高温度1250℃程度で、0.5〜2時間、連続焼成することで、所望の嵩密度を有するベースシートが得られる。
なお、必要に応じて、ベースシートには、有機樹脂のような結合材を含浸させるため、結合材含浸添着処理を行っても良い。これにより、ベースシートの嵩高さを抑制することができる。また、ベースシートからの繊維の離脱をより一層抑制することが可能となる。ただし、結合材含浸添着処理は、必ずしもこの段階で実施する必要はない。例えば、2枚のベースシートの接合後(図11のステップS120の後)に、結合材含浸添着処理を行っても良い。
貼り合わせ方式の別の例では、各ベースシートの製作に「抄造法」が利用される。「抄造法」では、繊維の開繊、スラリー化、成型および圧縮乾燥の各工程を経て、嵩密度の異なる2枚のベースシートが製作される。
まず、無機繊維の開繊処理を行う。開繊処理は、乾式開繊処理のみの単独で、または乾式開繊処理および湿式開繊処理の2段階処理で実施される。乾式開繊処理では、フェザーミル等の装置が使用され、原料繊維が開繊される。一方、湿式開繊処理では、前述の乾式開繊処理によって得られた綿状の乾式開繊繊維が湿式開繊装置に投入され、さらに開繊が行われる。湿式開繊処理には、パルパー等の湿式開繊装置が使用される。このような開繊処理を経て、開繊された原料繊維を得ることができる。
次に、この原料繊維の重量が、水に対して、1〜2wt%となるように攪拌機に投入し、例えば1〜5分撹拌する。次に、この液体に、有機結合材を4wt%〜8wt%添加し、1〜5分撹拌する。またこの液体に、無機結合材を0.5wt%〜1.0wt%添加し、1〜5分撹拌する。さらに、この液体に、凝集剤を0.5wt%程度添加し、最大約2分間程度撹拌を行い、原料スラリーを調製する。
次に、得られた原料スラリーを所望の形状の成型器に添加し、ベースシート原料を成形し、さらに脱水を行う。通常の場合、成型器の底部には、ろ過用メッシュ(例えば、メッシュ寸法:30メッシュ)が設けられており、成形器内に添加された原料スラリー中の水分は、このろ過用メッシュを通って排出される。従って、このような成型器を使用することにより、ベースシート原料の成形と脱水を同時に行うことができる。また必要であれば、サクションポンプ、真空ポンプ等を使用して、成型器の下側から、ろ過用メッシュを介して、水分の強制吸引を行っても良い。
次に、得られたベースシート原料を成型器から取り出し、これをプレス器等を用いて、厚さが0.3〜0.5倍となるように圧縮すると同時に、例えば90〜150℃の温度で、5分〜1時間、加熱、乾燥させることにより、ベースシートを得ることができる。
「一括製作方式」においても、「ニードリング処理法」と「抄造法」が利用できる。「一括製作方式1」では、「ニードリング処理法」をベースとした「一括製作方式」について説明する。
この方式では、「抄造法」を利用して、一連の工程の中で、一つのシート材に対して、嵩密度の異なる2つの主表面が形成される。すなわちこの方式においても、基本的には前述の「貼り合わせ方式2」の場合と同様の工程で、シート材が製作される。ただし、この方式では、原料スラリーを所望の形状の成型器に添加し、シート原料を成形する工程が前述のものとは異なっている。具体的には、本方式では、最初の原料スラリーを成型器に添加し、脱水を行った後、このシート原料を取り出す前に(すなわち、半乾燥状態で)、最初の原料スラリーに比べてバインダの含有量が多い第2の原料スラリーを、脱水されたシート原料(以下、「第1のシート原料」という)の上に添加する。次に、第2の原料スラリーに含まれる水分を、第1のシート原料およびろ過用メッシュを介して、成型器の下側から排出させ、第2の原料スラリーの脱水を行い、第2のシート原料を調製する。前述のように、この際に必要であれば、成型器の下側から、水分の強制吸引を行っても良い。
アルミニウム含有量70g/l、Al/Cl=1.8(原子比)の塩基性塩化アルミニウム水溶液に、アルミナ系繊維の組成がAl2O3:SiO2=72:28となるように、シリカゾルを配合し、アルミナ系繊維の前駆体を形成した。次に、アルミナ系繊維の前駆体に、ポリビニルアルコール等の有機重合体を添加した。さらに、この液を濃縮して紡糸液とし、この紡糸液を用いてブローイング法にて紡糸した。その後アルミナ系繊維の前駆体を折りたたんだものを積層して、アルミナ系繊維の原料シートを製作した。次に、この原料シートに対して、ニードル処理を行った。ニードル処理は、80個/100cm2の密度でニードルが設置されたニードルボードを、原料シートの一方の主表面の側にのみ配設し、原料シートの片面側から行った。なお、ニードルの全長は、原料シートの厚さよりも長くなっており、ニードルボードの片側からの圧接により、ニードルは、原料シートを十分に貫通することができる。
Beiersdorf社製)を介して貼り合わせ、全坪量1500g/m2、厚さ15.83mmのシート材を製作した。これを実施例1とする。
実施例1と同様の方法により、第1および第2のベースシートを製作した。ただしこの実施例では、第1のベースシートのニードル処理の際に使用するニードルボードのニードル密度を、80個/100cm2とすることにより、第1のベースシートの完成後のニードル痕密度を2.7個/cm2とした。第1のベースシートは、嵩密度が0.08g/cm3で、坪量が750g/m2、厚さが9.42mmであった。また、アルミナ系繊維の平均直径は7.2μmであり、最小直径は3.2μmであった。なお、第2のベースシートの仕様は、実施例1のものと同様である(ただし厚さは、7.47mm)。第1のベースシートと第2のベースシートを、前述の両面接着テープを介して貼り合わせ、全坪量1500g/m2、厚さ16.94mmのシート材を得た。このシート材を実施例2とする。
実施例1と同様の方法により、第1のベースシートを製作した。ただしこの実施例では、第1のベースシートのニードル処理時に使用するニードルボードのニードル密度を、80個/100cm2とすることにより、第1のベースシートの完成後のニードル痕密度を2.3個/cm2とした。第1のベースシートは、嵩密度が0.08g/cm3で、坪量が750g/m2、厚さが9.41mmであった。また、アルミナ系繊維の平均直径は7.2μmであり、最小直径は3.2μmであった。さらに、実施例1と同様の方法により、第2のベースシートを製作した。ただしこの実施例では、第2のベースシートのニードル処理時に使用するニードルボードのニードル密度を、80個/100cm2とすることにより、第2のベースシートの完成後のニードル痕密度を7.7個/cm2とした。第2のベースシートは、嵩密度が0.11g/cm3で、坪量が750g/m2、厚さが6.80mmであった。また、アルミナ系繊維の平均直径は7.2μmであり、最小直径は3.2μmであった。
実施例1と同様の方法により、第1のベースシートを製作した。ただしこの実施例では、第1のベースシートのニードル処理時に使用するニードルボードのニードル密度を、
80個/100cm2とすることにより、第1のベースシートの完成後のニードル痕密度を6.7個/cm2とした。第1のベースシートは、嵩密度が0.10g/cm3で、坪量が750g/m2、厚さが7.46mmであった。また、アルミナ系繊維の平均直径は7.2μmであり、最小直径は3.2μmであった。さらに、実施例1と同様の方法により、第2のベースシートを製作した。ただしこの実施例では、第2のベースシートのニードル処理時に使用するニードルボードのニードル密度を、80個/100cm2とすることにより、第2のベースシートの完成後のニードル痕密度を13.0個/cm2とした。第2のベースシートは、嵩密度が0.13g/cm3で、坪量が750g/m2、厚さが5.80mmであった。また、アルミナ系繊維の平均直径は7.2μmであり、最小直径は3.2μmであった。
実施例1と同様の方法により、第1のベースシートを製作した。ただしこの比較例では、第1のベースシートのニードル処理時に使用するニードルボードのニードル密度を、
80個/100cm 2 とすることにより、第1のベースシートの完成後のニードル痕密度を5.0個/cm 2 とした。第1のベースシートは、嵩密度が0.10g/cm 3 で、坪量が750g/m 2 、厚さが7.54mmであった。また、アルミナ系繊維の平均直径は7.2μmであり、最小直径は3.2μmであった。さらに、第1のベースシートと同様の方法により、第2のベースシートを製作した。第2のベースシートは、嵩密度が0.10g/cm 3 で、坪量が750g/m 2 、厚さが7.52mmであった。また、アルミナ系繊維の平均直径は7.2μmであり、最小直径は3.2μmであった。
第1のベースシートと第2のベースシートを、前述の接着テープを介して貼り合わせて、全坪量1500g/m2、厚さ15.11mmのシート材を得た。このシート材を比較例1とする。
実施例1と同様の方法により、第1のベースシートを製作した。ただしこの比較例では、第1のベースシートのニードル処理時に使用するニードルボードのニードル密度を、
80個/100cm2とすることにより、第1のベースシートの完成後のニードル痕密度を5.7個/cm2とした。第1のベースシートは、嵩密度が0.10g/cm3で、坪量が750g/m2、厚さが7.48mmであった。また、アルミナ系繊維の平均直径は7.2μmであり、最小直径は3.2μmであった。さらに、実施例1と同様の方法により、第2のベースシートを製作した。ただしこの実施例では、第2のベースシートのニードル処理時に使用するニードルボードのニードル密度を、80個/100cm2とすることにより、第2のベースシートの完成後のニードル痕密度を2.7個/cm2とした。第2のベースシートは、嵩密度が0.08g/cm3で、坪量が750g/m2、厚さが9.41mmであった。また、アルミナ系繊維の平均直径は7.2μmであり、最小直径は3.2μmであった。
各シート材に対して得られた巻付試験の結果(シワの寸法およびマクロシワの判定結果)をまとめて表1に示す。この結果から、第1のベースシートのニードル痕密度が、第2のベースシートのニードル痕密度の0.3倍〜0.8倍の範囲にある場合、すなわち、実施例1〜5のシート材では、巻付試験の際、シート材の内周側に「マクロシワ」が生じないことがわかった。一方、第1のベースシートのニードル痕密度が、第2のベースシートのニードル痕密度の1.0倍および2.1倍の場合、すなわち、比較例1、2に係るシート材では、シート材の内周側に「マクロシワ」が生じた。
4 排気管
10 排気ガス処理装置
12 ケーシング
20 排気ガス処理体
24 保持シール材
24A 従来の保持シール材
26 断熱材
30 シート材
30A 従来のシート材
50 嵌合凸部
60 嵌合凹部
82 第1の主表面
84 第2の主表面
121、122、123、124 ケーシング
210 被覆排気ガス処理体
210A 従来の被覆排気ガス処理体
230 圧入冶具
310 マクロシワ
320 突出部分
410 ミクロシワ
420 第1のシート部分
430 第2のシート部分
700 消音装置
720 インナーパイプ
740 吸音材
760 アウターシェル。
Claims (12)
- 無機繊維を含み、厚み方向に対して垂直な第1および第2の表面を有するシート材であって、
前記第1の表面は、第1の嵩密度を有する第1のシート部分で構成され、前記第2の表面は、第1の嵩密度よりも大きな第2の嵩密度を有する第2のシート部分で構成され、
当該シート材は、ニードル痕を有し、第1の表面のニードル痕密度は、第2の表面のニードル痕密度よりも小さく、
第1および第2の表面のニードル痕密度は、いずれも2.0個/cm 2 〜20.0個/cm 2 の範囲にあり、
第1の表面のニードル痕密度は、第2の表面のニードル痕密度の0.3倍〜0.8倍の範囲にあることを特徴とするシート材。 - 当該シート材は、前記第1のシート部分と、前記第2のシート部分とを厚み方向に積層したものであることを特徴とする請求項1に記載のシート材。
- 当該シート材は、厚み方向に沿って、前記第1の嵩密度を有する第1のベースシートと、前記第2の嵩密度を有する第2のベースシートとを積層して構成され、
前記第1および第2のベースシートの境界に、接着層を有することを特徴とする請求項1または2に記載のシート材。 - さらに、結合材を含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載のシート材。
- ニードリング処理法による、無機繊維を含み、厚み方向に対して垂直な第1および第2の表面を有するシート材の製造方法であって、
第1の表面および第2の表面を有する無機繊維の原料シートを提供するステップと、
前記原料シートの第1の表面および第2の表面のそれぞれの側から、前記原料シートをニードル処理し、第1の表面のニードル痕密度が、第2の表面のニードル痕密度よりも小さい原料シートを得るステップと、
前記原料シートを焼成して、第1の表面のニードル痕密度が、第2の表面のニードル痕密度よりも小さいシート材を得るステップであって、
前記第1および第2の表面のニードル痕密度は、いずれも2.0個/cm 2 〜20.0個/cm 2 の範囲にあり、
前記第1の表面のニードル痕密度は、前記第2の表面のニードル痕密度の0.3倍〜0.8倍の範囲にあるステップと、
を有することを特徴とするシート材の製造方法。 - さらに、結合材を含浸するステップを有することを特徴とする請求項5に記載のシート材の製造方法。
- 排気ガス処理体と、該排気ガス処理体の外周面の少なくとも一部に巻回された保持シール材とを備える排気ガス処理装置であって、
前記保持シール材は、請求項1乃至4のいずれか一つに記載されたシート材で構成され、
前記保持シール材は、前記シート材の第1の表面が外側となるようにして、前記排気ガス処理体に巻回されていることを特徴とする排気ガス処理装置。 - 排気ガスの入口管および出口管と、
前記入口管および出口管の間に設置された排気ガス処理体と、
を備える排気ガス処理装置であって、
前記入口管の少なくとも一部には、断熱材が設置され、
該断熱材は、請求項1乃至4のいずれか一つに記載のシート材で構成されることを特徴とする排気ガス処理装置。 - 前記排気ガス処理体は、触媒担持体または排気ガスフィルタであることを特徴とする請求項7または8に記載の排気ガス処理装置。
- 排気ガス処理体と、該排気ガス処理体の外周面の少なくとも一部に巻回された保持シール材と、を備える排気ガス処理装置の製造方法であって、
請求項5または6に記載の製造方法で製造されたシート材を、前記保持シール材として提供するステップと、
前記保持シール材を、前記シート材の第1の表面が外側となるようにして、前記排気ガス処理体に巻回すステップと、
を有することを特徴とする排気ガス処理装置の製造方法。 - 前記排気ガス処理体は、触媒担持体または排気ガスフィルタであることを特徴とする請求項10に記載の製造方法。
- インナーパイプと、該インナーパイプの外周を覆うアウターシェルと、前記インナーパイプとアウターシェルの間に設置された吸音材とを有する消音装置であって、
前記吸音材は、請求項1乃至4のいずれか一つに記載のシート材で構成され、
該シート材は、第1の表面が外側となるようにして、前記インナーパイプとアウターシェルの間に設置されることを特徴とする消音装置。
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