JPH06146872A

JPH06146872A - 耐熱シール材およびシール構造

Info

Publication number: JPH06146872A
Application number: JP4316219A
Authority: JP
Inventors: Junichi Iura; 純一井浦
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1992-10-30
Filing date: 1992-10-30
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】自動車の排ガス処理装置のシール構造に適した
耐熱シール材を得る。【構成】耐熱金属線からなるひも状物を芯材として、そ
の外周にシリコンアルコキシドの加水分解生成物を紡糸
して得られたゲルファイバーを完全な無機物に転換する
温度より低い温度で焼成した前駆繊維を隙間なく巻回す
る。【効果】使用時には前駆繊維は、無機繊維に転換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐熱シール材、特に、
自動車の排気ガス浄化用セラミックス体、具体的には触
媒担体、多孔質フィルターなどを容器（ケーシング）内
に納め、前記セラミックス体を支持しかつ、排気ガスが
浄化されないままとなるバイパス流路の形成を防ぐため
のシール構造に好適に使用される耐熱シール材に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の排気ガス浄化装置として、セラ
ミックス製ハニカム状触媒担体やデ_イーゼルエンジン車
の黒煙トラップ材がある。これらのモノリス担体を金属
製容器内に組みつけ、自動車の振動からセラミックス・
モノリスを守り、しかも排気ガスが浄化されないまま流
れてしまうバイパス流路の形成を防ぐためのシール・ク
ッション材として、ステンレスやインコネルなどの耐熱
金属の繊維でできたメッシュワイヤーのひも状物や、さ
らにその外周にＳｉＯ₂ ・Ａｌ₂ Ｏ₃ 質のセラミックス
ウールやアスベストを紡績した上で編組した物を被覆さ
せたひも材が用いられている。

【０００３】しかしながら、耐熱金属の繊維からなるメ
ッシュワイヤーのひも状物のみでは、通気抵抗が小さ過
ぎるために、排気ガスのバイパス流路の形成を完全に防
止することはできない。また、ＳｉＯ₂ ・Ａｌ₂ Ｏ₃ 質
のセラミックスウールやアスベストの編組物を被覆する
ことは、初期のうちにはシール効果があるものの、繊維
長が短いためにお互いの結合力がなく、排気ガスによっ
て容易に飛散してしまい、ひも材としての通気抵抗が得
られなくなる。すなわち、耐風食性に問題があり、浄化
されないままの排気ガスが車外に放出されることにな
る。

【０００４】これに対し、耐熱金属線からなる弾力性構
造体の外側を、石英ガラス等のガラス繊維で被覆したシ
ール材も提案されている（実開平２−１２５２６９号公
報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術が
有していた問題点を解決し、排気ガスによって風食する
こともない、浄化用セラミックス・モノリスの保持用シ
ール材に特に適し、かつ、少ない材料費と簡便な加工法
により要求される性能を満足した耐熱シール材を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、耐熱金属線か
らなるひも状物を芯材として、その外周に使用温度にお
いて耐熱性無機質繊維に転換される前駆繊維を、隙間な
く巻回した耐熱シール材を提供するものである。

【０００７】本発明において、使用温度において耐熱性
無機質繊維に転換される前駆繊維（以下、単に前駆繊維
という）は、具体的には、有機物あるいは有機基を、そ
の内部に含有した無機−有機中間体の繊維である。前駆
繊維中の有機物は、使用環境下におかれると、蒸発や酸
化のため揮散して、前駆繊維は実質的に無機質のみから
なる耐熱性のある繊維に転換する。本発明において、使
用温度とは耐熱シール材の用途で一定しないが、自動車
の排ガス処理の用途においては５００〜１０００℃であ
る。

【０００８】一般的に耐熱性無機質繊維は、有機質の繊
維に比較して、硬く、折り曲げにくい特徴を持ってい
る。したがって、芯材に巻きつける際またはシール材を
装置に組みつける際にシール材が変形すると、毛羽立っ
たり、糸切れするおそれがある。このような場合、排気
ガスがあたったときに繊維が飛散してしまう可能性があ
り、長繊維を用いた利点が生かされなくなってしまう。
これに対して、本発明で使用する前駆繊維は、組みつけ
時には有機物が存在するため変形の応力を吸収し、実用
時に温度が上昇したときには繊維内部の有機物あるいは
有機基が燃焼消滅するとともに、残った無機質繊維が熱
収縮して芯材にしっかりと巻きつくことになる。

【０００９】本発明の前駆繊維は、金属アルコキシド、
特にはシリコンアルコキシド、や各種のゾルを原料とし
たゾル−ゲル法によって、作ることが好ましい。通常の
ゾル−ゲル法においては、得られたファイバー状のゲル
を焼成して完全な無機物に転換するが、本発明の前駆繊
維は、ゲルファイバーが完全な無機物に転換する温度よ
り低い温度で焼成することにより得られる。この場合、
繊維の内部には有機物や有機基が残留しているので、完
全な無機質繊維に転換された繊維に比べて、柔軟性が大
きく、破断伸度も大きい。このため、組みつけ作業時の
変形による繊維の破断が著しく減少する。

【００１０】この前駆繊維は、実用時において温度が上
昇したときに、完全に無機質に転換して所望の耐久性を
示す。このときの最終組成は、特に限定されず、実際の
使用条件からその耐熱性が決定され、適宜選択すること
ができる。その組成として具体的には、汎用のガラス組
成、石英ガラス、高シリカガラス、シリカ・アルミナ
質、アルミナなどが挙げられる。

【００１１】本発明において、前駆繊維は柔軟ではある
が、引張り強度は一般に高くないので、前駆繊維を芯材
に巻きつけるときには、単繊維ではなく単繊維をある程
度の本数束ねたもの（ロービング）あるいはこれに撚り
をかけたもの（ヤーン）であることが被覆の効率上好ま
しい。クロス状に加工した後で巻きつけることも可能で
あるが、その分、工数もかかり、クロスに織る際の破断
の可能性もあるので好ましくない。

【００１２】前記繊維を実際芯材に巻つけるときには、
電線被覆材巻きつけ機などを用いることができる。巻き
つける糸の太さとしては、巻きつけ機等によって効率的
に巻くことができる引張り強度を持った太さであればよ
い。重要なことととして、排気ガスのもれがないように
隙間なく糸が巻きつけられること、排気ガスがあたって
も切断されないことが挙げられる。巻きつける糸の層と
して、１重巻きまたは２重巻き以上を適宜採用すること
ができるが、この数は用いる材料費と期待する物性から
決まってくるものであり、単に１重巻きで一方向に巻回
して所定の耐久性が得られれば、その分、工数やコスト
がおさえられるので好ましい。

【００１３】自動車の排気ガス浄化装置に用いる場合の
耐熱シール材は、触媒担体のセラミックス・モノリスを
自動車の振動から保護するためのクッション材としての
機能も要求される。したがって、本発明の耐熱シール材
は、その外径よりも狭い隙間に組みつけられ、圧縮され
た状態として、クッション機能を発現するように設計さ
れる。すなわち、この耐熱シール材は、初めの外径より
も小さい厚さに圧縮されて組みつけられる。このとき、
前駆繊維が芯材に完全に緊密に巻きつけられているなら
ば、組みつけ作業時の変形を吸収することができず、部
分的に繊維が切断されて糸が激しく毛羽立ったり、ある
いは完全に切れてしまう問題が生じ、好ましくない。

【００１４】したがって、前駆繊維は芯材に多少の余裕
をもたるよう張力を制御して巻回するのが好ましい。逆
に、繊維にゆとりがありすぎる場合は、強烈な排気ガス
が当たったときに、糸が芯材から浮き上がり、微弱なガ
スの漏れや、さらには、糸の切れや脱離が生じるおそれ
があるので張力が弱くならないよう制御するのが好まし
い。

【００１５】本発明の耐熱シール材の製造において、前
駆繊維を芯材に巻回した後、あるいは巻回と同時に、前
駆繊維の樹脂を塗布して含浸させる場合は、組みつけ変
形時の糸にかかる衝撃を和らげ、さらに前駆繊維の破断
を減少させることができるので好ましい。このときの樹
脂としては、そのモノフィラメントを束ねてヤーンある
いはロービングにするときに用いられる集束材、あるい
はその他の樹脂を用いることができる。巻回した後、熱
収縮性の樹脂チューブ等の樹脂フィルムで被覆すること
によっても同様の効果を得ることができる。ここで用い
られた樹脂フィルムは含浸樹脂または集束材とともに、
使用時に燃焼して揮散する。

【００１６】本発明において、芯材の耐熱金属線の材質
は、使用温度で耐熱性を有するものであれば特に限定さ
れず種々のものを採用することができる。具体的には、
ステンレス、インコネル等を使用するのが好ましい。そ
して、シール材として適当な弾性を付与するために耐熱
金属線を組みひも状またはクロス状に加工した後、これ
を丸めることが好ましい。

【００１７】このような耐熱金属線からなるひも状物の
外周面は必ずしも平坦でなく、耐熱金属線の局所的飛び
出しや突起があり、このような部位では巻きつけようと
する糸が逃げやすく、そこだけ前駆繊維が巻かれなくな
ってしまう。これを防ぐために、この芯材の外周に有機
質繊維あるいは樹脂フィルムを巻きつけたり、あるいは
外周面にアクリル樹脂などの樹脂を塗布して含浸させた
うえで、前駆繊維を巻回するのが好ましい。この場合、
芯材の外径よりもよりもやや大きめに、前駆繊維が巻回
されることになるので、組みつけプレス時の変形を吸収
できることにもなる。実際の使用時には、内側の有機質
繊維または樹脂フィルムあるいは含浸樹脂は、燃焼して
消失する。

【００１８】本発明の耐熱シール材は、一度に数百メー
トルの長さのものを製造することが可能であるが、実際
の自動車の排気ガス浄化装置に組みつけられるときに
は、所定の寸法に切断されねばならない。このとき、切
断箇所から巻回した糸がほつれてこないように、あらか
じめ切断箇所にほつれ止めを施しておくのが好ましい。
上述したように、耐熱シール材の外周面に樹脂を塗布し
たり、フィルム材などで覆っておく場合は、ほつれ止め
の効果も有する。特に、最外周面を樹脂やフィルム材で
覆うことは、特に少ない量の無機質繊維の糸を巻いた場
合に、組みつけ時のハンドリングを容易にし、装着時の
糸への衝撃を緩和するうえで好ましい。

【００１９】

【実施例】

実施例直径１４０μｍのステンレス線をメリヤス織りして直径
５ｃｍの筒状に加工し、さらにこれを長手方向に垂直に
押しつぶしたうえ、長手方向が軸になるように丸めてひ
も状の芯材を作成した。この芯材の外径は約６ｍｍ、メ
ッシュの大きさは約１ｍｍ、重量は約３０ｇ／ｍであっ
た。この芯材の外周面にアクリル樹脂の水系エマルジョ
ンを塗布し、乾燥することにより、芯材の表面部分にア
クリル樹脂層を形成した。この芯材の表面部分では、ス
テンレス線の周囲には３０μｍ以上の厚さでアクリル樹
脂が連続的に付着しており、メッシュの隙間にもアクリ
ル樹脂が満たされていた。

【００２０】一方、前駆繊維は以下に述べる方法により
製造した。まず、シリコンアルコキシドを原料として、
加水分解・重合プロセスを経て、２５℃換算で５０ポイ
ズの粘稠液を得た。この粘稠液を乾式紡糸にてファイバ
ー状のゲルとした後、４５０℃で焼成して、約２０重量
％のエトキシ基を含有したままの石英ガラス質前駆体長
繊維を得た。

【００２１】この長繊維は完全な無機質には転換されて
おらず、さらに８００℃まで加熱すると、残りの有機物
が揮散するとともに、長さ方向で約１０％の収縮があ
る。長繊維は、平均１３μｍの直径を持ったモノフィラ
メントが約２００本、集束材によって束ねられたもの
で、これをいったん下撚りして、下撚り糸を作った。さ
らに下撚り糸を２本、引き揃えて上撚りをかけ、ヤーン
を得た。このヤーンの太さは、最終的に石英ガラス質に
転換されたときに１１４ｔｅｘである。得られたヤーン
には、再び同じ集束材を塗工した。

【００２２】次に、このヤーンを５本引き揃えたうえ、
電線被覆材巻きつけ機で上記芯材に隙間なく１重で一方
向に巻回し、長さ約５ｍのひも状の耐熱シール材を製造
した。巻きつけは、２０秒で１ｍの芯材を被覆する速度
で処理した。巻きつけられた前駆繊維の毛羽立ちは、目
視で見るかぎりほとんどなかった。でき上がったひも状
物の外径は約６．２ｍｍであり、巻きつけられた前駆繊
維の量はひも状物１ｍ当たり６ｇであった。

【００２３】次に、このひも状耐熱シール材のうち長さ
５０ｃｍにわたり、刷毛により表面からアクリル樹脂水
系エマルジョンを塗布し、９０℃で乾燥した。これを１
０ｃｍの長さに切断し、長手方向に垂直に３ｍｍの厚さ
までプレスして、幅７ｍｍの帯状物を得た。この帯状物
を、変形させたまま、８００℃で２００時間熱処理を行
った。この結果前駆繊維は、完全に無機質のシリカ繊維
に転換した。炉内より取り出した試料の両端を固定し、
試料の４５°斜め上の方向で、３ｃｍ離したところか
ら、エアーガンより４ｋｇ／ｃｍ² の圧縮空気を吹きつ
けた。試料全体に吹きつけるように固定端の間をエアー
ガンをゆっくり走査させながら、２分間吹きつけた。そ
の間、巻つけられた糸は飛散することもなく、安定して
いた。

【００２４】また、アクリル樹脂を外表面に塗工してい
ない、残りのひも状耐熱シール材から、１０ｃｍ長を切
り出した。このとき、糸がほつれてこないように両端に
市販の粘着テープを巻きつけた。このひも状耐熱シール
材を自動車の排ガス処理装置と同等の容器中に装着し、
その通気抵抗をマノメーターで測定した。その値は、風
速１ｍ／ｓｅｃのとき２００５ｍｍＨ₂ Ｏであり、十
分、抵抗のあるものであった。なお、ステンレス線から
なる芯材の通気抵抗は、ほとんどなかった。

【００２５】残りのひも状耐熱シール材の外表面に、上
述したのと同様にアクリル樹脂を塗工して、所定の長さ
に切断して、セラミックス製ハニカム状モノリスを保持
するように自動車の排ガス処理用触媒コンバーター内に
装着して、ベンチ試験を実施した。エンジンは２０００
ｃｃの排気量を持つもので、触媒コンバーター内で排気
ガス温度が８００℃となる条件で２００時間運転した。
運転後、触媒コンバーター内よりひも状物を回収した
が、なんらの変化も見られず、十分な通気抵抗を有して
いた。また、セラミックス製ハニカム状モノリスが割れ
たりするような問題も生じなかった。

【００２６】比較例１ＳｉＯ₂ とＡｌ₂ Ｏ₃ の組成比が重量で約１：１である
セラミックスファイバーの短繊維を、ステンレスの芯材
を使用して紡績してできたセラミックスファイバーロー
プ（直径約２ｍｍ、１０００ｔｅｘ）を、実施例１と同
様の芯材に巻きつけた。その外径は約８ｍｍであった。
さらに、実施例１と同様にプレスしたまま、熱処理を行
った。

【００２７】これに、４ｋｇ／ｃｍ² の圧縮空気を吹き
つけたところ、セラミックスファイバーのロープはたち
どころに飛散し、芯材とロープの芯材であるステンレス
の糸のみが残っていた。また、該ロープを巻つけたひも
状物の通気抵抗を、実施例１と同様に測定したところ、
風速１ｍ／ｓｅｃで４１５ｍｍＨ₂ Ｏと、短繊維の集合
体の通気抵抗が劣ることが判明した。

【００２８】比較例２実施例１で述べたファイバー状のゲルを９５０℃まで焼
成し、完全な石英ガラス質長繊維を得た。実施例１と同
様に撚りをかけてヤーンとし、実施例１と同様な芯材に
巻つけた。その外径は、ほぼ６．２ｍｍであり、１ｍ当
たり５ｇの繊維を使用した。

【００２９】次に、アクリル樹脂を外表面に塗工し、約
３ｍｍ厚にプレス変形させたまま、８００℃で２００時
間熱処理をした。熱処理後、炉内より取り出したとこ
ろ、巻つけたヤーンから激しい毛羽立ちが見られ、ま
た、圧縮空気を吹きつけたところ、芯材に絡みつくよう
にして、糸は移動していき、最終的には、吹きつけ面と
は反対方向に糸が絡まってしまい、耐風食性に劣ること
がわかった。

【００３０】

【発明の効果】本発明の耐熱シール材は、十分な通気抵
抗を示し、かつ耐久性に優れる。さらに、製造が容易
で、材料費や加工費を低減することができる。排気ガス
の処理装置に使用する場合は、排気ガスによる繊維の飛
散の心配もなく、また排気ガスのバイパス回路となるこ
とを防止するものである。本発明の耐熱シール材は、自
動車の浄化装置に限らず、高温の熱流にさらされる工業
用各種シール材、パッキン材、クッション材に使用する
ことができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐熱金属線からなるひも状物を芯材とし
て、その外周に使用温度において耐熱性無機質繊維に転
換される前駆繊維を、隙間なく巻回した耐熱シール材。
【請求項２】前駆繊維が、シリコンアルコキシドの加水
分解生成物を紡糸して得られたゲルファイバーを完全な
無機物に転換する温度より低い温度で焼成したものであ
る請求項１の耐熱シール材。
【請求項３】耐熱金属線からなるひも状物に樹脂が含浸
されるか、または耐熱金属線からなるひも状物の表面に
樹脂フィルムが被覆されている請求項１または請求項２
の耐熱シール材。
【請求項４】前駆繊維に樹脂が含浸されるか、または前
駆繊維の表面に樹脂フィルムが被覆されている請求項１
〜３いずれか１の耐熱シール材。
【請求項５】請求項１〜４いずれか１の耐熱シール材を
用いた自動車の排ガス処理装置のシール構造。