KR20030027940A - 알루미나 실리카계 섬유, 세라믹 섬유, 세라믹 섬유집합체, 유지 실링재 및 그들 제조 방법, 및 알루미나섬유 집합체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 기계적 강도가 뛰어난 알루미나 실리카계 섬유를 쉽고 확실하게 얻는 제조 방법을 제공하는 것이며, 본 발명은 무기염법용 알루미나 실리카계 섬유 방사 원액을 이용함으로써 재료로서 전구체 섬유를 얻는다. 다음에, 전구체 섬유 중에 함유된 탄소 성분의 산화 반응을 수행하기 어려운 환경 하에서 전구체 섬유는 가열된다. 따라서, 전구체 섬유는 소결되어 알루미나 실리카계 섬유를 얻는다.

Description

알루미나 실리카계 섬유, 세라믹 섬유, 세라믹 섬유 집합체, 유지 실링재 및 그들 제조 방법, 및 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법{Alumina-silica based fiber, ceramic fiber, ceramic fiber aggregation, holding seal material and manufacturing methods thereof, as well as manufacturing method of alumina fiber aggregation}

최근, 버스, 트럭, 건설 기계 등과 같은 차량의 연소 엔진에서 배출된 배기 가스 중에 환경, 인간에 악영향을 미치는 미립자가 포함되어 있다는 문제가 있었다.

배기 가스를 다공성 세라믹 내에 통과시켜 배기 가스 중의 미립자를 포집 및 배기 가스를 정화하는 다양한 세라믹 필터가 있었다.

이러한 세라믹 필터의 한 실시예로서, 도 16에 도시된 다수의 다공성 세라믹 부재(40)가 접착층(34)에 의해 결합되어, 원주상 세라믹 블록(35)이 구성하고, 실링재층(33)이 원주상 세라믹 블록(35)의 부근에 형성된 벌집 필터(30)가 사용되고 있다. 또한, 도 17에 도시된 바와 같이, 이 다공성 세라믹 부재(40)는 길이 방향으로 정렬된 다수의 통과 구멍(42)이 구비되어, 각각의 통과 구멍(42)을 격리하는 격벽(43)이 필터로서의 기능한다.

다시 말해, 도 17(b)에 도시된 바와 같이, 다공성 세라믹 부재(40)에 형성된 각각의 통과 구멍(42)에 대하여, 배기 가스의 흡입측 또는 배출측의 어느 단부가 필링재(41)로 실링되어, 한 통과 구멍(42)으로 유입된 배기 가스가 통과 구멍(42)을 격리하는 이 격벽(43)을 통과한 후에 다른 통과 구멍(42)을 통하여 언제나 배출된다. 따라서, 배기 가스가 격벽(43)을 통과할 때, 그 미립자들은 격벽(43)에 의해 포집되어, 배기 가스는 정화된다.

또한, 실링재층(33)은 외부 주위 부분에 형성되어, 그 일부는 다공성 세라믹 부재(40)의 외부에 노출된 통과 구멍(42)에서 배기 가스의 누설을 막기 위해 형성된다.

이 타입의 다공성 세라믹 부재(40)를 구성하는 비산화물계 세라믹재에 대하여, 내열성이 뛰어나고, 쉽게 재생 처리되는 등의 특성을 가지는 탄화규소가 대형 차량과 디젤 엔진 장착 차량 등의 다양한 차량에 이용된다.

또한, 상기 배기 가스는 상기 미립자 이외, CO, NOx, HC 등을 함유하고, 배기 가스로부터 이들 물질은 제거하기 위하여, 상기 벌집 필터(30)와 대략 같은 모양으로, 그 내부에 백금과 같은 촉매가 담지된 배기 가스 정화 촉매 교환기가 제안되었다.

또한, 최근에, 전원으로서 석유를 사용하지 않는 차세대 청정 전원에 대한 연구가 행하여지고, 그 중에서도, 예를 들면, 연료 전지가 매우 유망한 전원이 될것으로 간주되었다.

산소와 수소가 서로 반응하여 물이 형성할 때, 전원으로서 얻어지는 전기를 이용하는 연료 전지는 공기로부터 직접 산소를 채용하는 반면, 메탄올, 가솔린 등이 개질되어, 수소를 제공하는데 이용되고, 이들 메탄올, 가솔린 등의 개질시에, 상기 벌집 필터(30)와 대략 같은 모양으로, 구리계 촉매가 담지된 배기 가스 정화 촉매 교환기가 이용되는 처리를 가진다.

통상, 이들 벌집 필터(30), 배기 가스 정화 촉매 교환기, 연료 전지용 촉매 교환기 등은 원주형 금속 외판 내부에 배치되어, 사용되며, 이 경우, 벌집 필터(30), 배기 가스 정화 촉매 교환기 또는 연료 전지용 촉매 교환기 및 상기 금속 외판 사이에 틈새가 있고, 이 틈새를 막기 위해서, 도 18에 도시된 유지 실링재가 삽입된다.

도 18에 도시된 바와 같이, 유지 실링재(50)는 대략 직사각형상 기재부(51)의 한 쪽 단측에 배치된 볼록 장착부(52)가 형성되고, 오목 장착부(53)가 다른 쪽 단측에 형성된다.

볼록 장착부(52)와 오목 장착부(53)는 유지 실링재(50)가 벌집 필터(30)의 외부 주위에 휘감길 때, 서로 딱 맞물린다. 따라서, 유지 실링재(50)의 이탈을 방지할 수 있다.

종래, 이 타입의 유지 실링재는 다음의 제1∼제4 방법으로 형성되었다.

다시 말해, 상기 유지 실링재를 제조하기 위한 제1 방법에 있어서, 우선, 알루미나 소스 및 실리카 소스를 함유하는 출발 물질은 대략 2000℃로 가열되고, 용융 상태로 방사 공정이 실시 및 급랭되어, 대략 동일 알루미나 함유량 및 실리카 함유량의 세라믹 섬유를 얻는다. 다음에, 상기 세라믹 섬유를 매트 형상으로 집합하여 재료가 제조된다. 이 재료는 금속 주형을 이용하여 따내어, 유지 실링재(50)를 제조한다.

상기 유지 실링재의 제조를 위한 제2 방법에 있어서, 우선, 알루미나 소스 및 실리카 소스를 함유하는 방사 원액이 제조되고, 이 용액을 노즐을 통하여 토출되어, 진원형 단면의 전구체 섬유가 연속적으로 얻어진다. 다음에, 상기 방사 공정을 통하여 얻어진 전구체 섬유의 장섬유는 소결되고, 이어서, 얻어진 알루미나 실리카계 섬유가 소정 길이의 단섬유로 절단된다. 다음에, 이렇게 얻어진 단섬유는 주형에 투입되어, 매트 형상의 섬유 집합체를 형성한다. 이 섬유 집합체를 금형으로 따내어, 유지 실링재(50)를 제조한다.

또한, 상기 유지 실링재를 제조하기 위한 제3 방법에 있어서, 무기염법용 미리 제조된 방사 원액은 원심 노즐에 공급되고, 방사 원액은 원심 노즐에 작용하는 원심력에 의해 노즐로부터 분사되어, 전구체 섬유를 형성한다. 다음에, 얻어진 전구체 섬유를 매트 형상으로 집합되고, 이 매트 형상 집합체를 금형으로 따내어, 유지 실링재(50)를 제조한다.

상기 유지 실링재를 제조하기 위한 제4 방법에 있어서, 우선, 알루미나 섬유 원액(알루미나 실리카 섬유 원액)이 방사 공정에 의해 연속 장섬유 전구체를 형성하고, 이 연속 장섬유 전구체를 소결하여 알루미나 장섬유는 제조된다.

다음에, 이 알루미나 장섬유가 알루미나 단섬유로 절단된 후, 이들 알루미나단섬유는 집합되고, 풀리고, 적층되고, 이어서, 이것은 가압되어, 매트 형상의 알루미나 섬유 집합체를 형성한다.

다음에, 이 매트 형상 집합체를 소정 형상으로 따내어, 유지 실링재를 제조한다.

이렇게 제조된 유지 실링재는 상기 벌집 필터, 배기 가스 정화 촉매 교환기 또는 연료 전지용 촉매 교환기의 외주면에 휘감기고, 이어서, 금속 외판 내에 수용된다. 이러한 수용 상태에 있어서, 유지 실링재는 두께 방향으로 압축되기 때문에, 압축력에 저항하는 반발력(면 압력)이 유지 실링재에 가해진다. 이렇게 가하여진 반발력은 상기 금속 외판 내에 벌집 필터, 배기 가스 정화 촉매 교환기 및 연료 전지용 촉매 교환기 등의 부재를 유지할 수 있게 한다.

벌집 필터, 배기 가스 정화 촉매 교환기, 연료 전지용 촉매 교환기 등이 압입법으로 상기 금속 외판 내에 수용되는 경우에 있어서, O자형 단면의 금속 실린더 부재가 이용되고, 이들이 캔닝법(canning method)으로 상기 금속 외판 내에 수용될 때, O자형 단면의 금속 실린더 부재를 축선 방향을 따라 다수의 조각으로 분할하여 형성된 클램 외판(clam shell)이 이용된다. 또한, 이 방법 이외, 용접, 접착 및 볼트 고정 공정이 C자형 또는 U자형 단면의 금속 실린더 부재를 이용하여 수행되는 체결법을 사용하는 금속 외판이 또한 이용된다.

그렇지만, 제1 방법으로 제조된 유지 실링재에 대하여, 사용될 때, 진동 및 배기 가스의 고온이 이 부재에 가하여지기 때문에, 면 압력은 점차 시간 경과에 따라 열화되고, 따라서, 비교적 초기 기간에 촉매 담지체의 유지 특성 및 실링 특성이 저하된다.

또한, 제1 방법으로 제조된 유지 실링재에 대하여, 장기간 동안 벌집 필터, 배기 가스 정화 촉매 교환기, 연료 전지용 촉매 교환기 등을 확실히 유지하기 위한 특성이 요구된다. 그렇지만 상기 용융법으로 제조된 종래의 세라믹 섬유는 높은 수준의 비결정 성분뿐만 아니라, 낮은 수준의 결정화율(물라이트(mullite)율)을 가지고, 즉 1중량% 미만이다. 따라서, 얻어진 섬유는 장시간 동안 고온에 노출될 때, 결정화가 진행함에 따라 열수축이 일어나, 섬유가 취약해진다. 그러므로, 이들 섬유를 이용하여 제조된 유지 실링재는 충분히 높은 초기 면 압력을 제공하지 못 하고, 사용 중 면 압력의 시간에 따라 높은 열화를 야기한다.

이들 문제를 해결하기 위해서, 대략 10중량%까지 세라믹 섬유의 결정화율을 증가시키기 위한 방법이 제안되었다. 그렇지만, 이 경우에 있어서, 섬유의 경화는 유지 실링재의 탄성과 유연성의 저하 및 실링 특성의 추후의 저하를 야기한다.

또한, 제2 방법으로 제조된 유지 실링재에 대하여, 장기간 동안 벌집 필터, 배기 가스 정화 촉매 교환기, 연료 전지용 촉매 교환기 등을 확실히 유지하기 위한 특성이 요구된다. 그렇지만, 장시간 동안 고온에 노출될 때, 제2 방법으로 제조된 원형 단면의 알루미나 실리카계 섬유는 그 유연성을 소실하여 취약해지기 쉬워, 쉽게 파괴된다. 그러므로, 이들 섬유로 제조된 유지 실링재는 면 압력이 시간에 따라 열화되기 쉽다.

또한, 제3 방법으로 제조된 유지 실링재에 대하여, 블로잉법(blowing method)으로 세라믹 섬유의 형성이 수행될 때, 매트 형상 집합체의 평량(단위 면적당 중량)은 높은 위치 의존성을 가지게 된다.

다시 말해, 섬유의 집적 정도는 일정하지 않아, 매트 형상 집합체를 따내는 위치가 다르면, 얻어진 유지 실링재의 면 압력치는 다르기 쉽다. 따라서, 품질 안정성이 뛰어난 유지 실링재를 얻는 것은 불가능하였다.

여기서, 상기 제4 방법으로 형성된 알루미나 섬유 집합체에 있어서, 알루미나 섬유 집합체에 이용된 알루미나 단섬유는 충분히 높은 기계적 강도를 갖지 못 하고, 비교적 큰 분산을 가져, 알루미나 섬유 집합체의 초기 면 압력이 불충분해지고, 상기 알루미나 섬유 집합체의 면 압력의 시간에 따라 열화가 비교적 커진다. 따라서, 개선이 요구되었다.

여기서, "초기 면 압력"은 어떠한 하중과 열이 적용되지 않은 상태에서의 알루미나 섬유 집합체의 면 압력으로 의미한다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 고안되고, 본 발명의 제1 그룹의 목적은 높은 초기 면 압력을 가지며, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재를 제공하고, 기계적 강도가 뛰어난, 상기 유지 실링재를 얻는데 적합한 알루미나 실리카계 섬유 및 그들 제조 방법을 제공하는 것이며, 또한, 기계적 강도가 뛰어난 상기 알루미나 실리카계 섬유를 확실히 용이하게 얻을 수 있는 알루미나 실리카계 섬유의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제2 그룹의 목적은 높은 초기 면 압력을 가지며, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어렵고, 실링 특성이 뛰어난 유지 실링재 및 촉매 교환기를 제공하고, 또한 상기 유지 실링재를 얻는데 적합한 유지 실링재의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제3 그룹의 목적은 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재를 제공하고, 또한, 상기 유지 실링재에 사용되는 알루미나 실리카계 섬유의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제4 그룹의 목적은 품질 안전성이 뛰어난 유지 실링재를 제공하며, 또한, 상기 유지 실링재를 얻는데 적합한 유지 실링재의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제5 그룹의 목적은 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재를 제공하고, 또한, 상기 유지 실링재에 적합한 유지 실링재의 제조 방법, 세라믹 섬유 집합체 및 그 세라믹 섬유를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제6 그룹의 목적은 고강도 알루미나 단섬유를 가지고, 분산이 작아, 초기 면 압력이 충분히 높고, 시간에 따라 열화되기 어려운 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 알루미나 실리카계 섬유, 세라믹 섬유, 세라믹 섬유 집합체, 유지 실링재 및 그들 제조 방법, 및 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서 유지 실링재를 도시하는 투시도이다.

도 2는 상기 실시 형태에 있어서 촉매 교환기의 제조 공정을 설명하는 투시도이다.

도 3은 상기 실시 형태에 있어서 촉매 교환기를 도시하는 단면도이다.

도 4는 다른 실시 형태에 있어서 촉매 교환기를 도시하는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태에 있어서 매트 형상 섬유 집합체의 소성 공정을 설명하기 위한 계략도이다.

도 6은 본 발명의 제2 그룹에 따른 실시예 및 비교예에 있어서 면 압력의 시간에 따른 열화를 나타내는 그래프이다.

도 7은 본 발명의 제2 그룹에 따른 다른 실시예의 촉매 교환기를 도시하는 단면도이다.

도 8은 본 발명의 제3 그룹에 따른 실시 형태의 방사 장치를 도시하는 개략도이다.

도 9는 본 발명의 제3 그룹에 따른 실시예 및 비교예에 있어서 노즐을 통하여 얻어진 섬유의 단면 및 노즐 금구 형상을 도시하는 개략도이다.

도 10은 본 발명의 제3 그룹에 따른 실시예 5의 알루미나 실리카계 섬유(6)의 단면을 나타내는 SEM 사진이다.

도 11은 본 발명의 제3 그룹에 따른 실시예 7의 알루미나 실리카계 섬유(6)의 단면을 나타내는 SEM 사진이다.

도 12는 본 발명의 제5 그룹에 따른 실시 형태의 세라믹 섬유의 주요부의 확대 단면도이다.

도 13은 본 발명의 제5 그룹에 따른 실시예 및 비교예에 수행된 비교 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.

도 14는 본 발명의 제5 그룹에 따른 유지 실링재를 형성하는 세라믹 섬유를 나타내는 SEM 사진이다.

도 15(a)는 본 발명의 제6 그룹에 따른 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법으로 제조된 알루미나 섬유 집합체에 이용된 알루미나 단섬유의 절단면을 나타내는 SEM 사진이다. 도 15(b)는 종래의 방법으로 제조된 알루미나 섬유 집합체에 이용된 알루미나 단섬유의 절단면을 나타내는 SEM 사진이다.

도 16은 벌집 필터의 일실시예를 개략적으로 도시하는 투시도이다.

도 17(a)는 도 16에서 도시된 벌집 필터를 형성하는 다공성 세라믹 부재의일실시예를 개략적으로 도시하는 투시도이다. 도 17(b)는 도 17(a)의 A-A선에 따른 단면도이다.

도 18은 유지 실링재의 일실시예를 개략적으로 도시하는 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1:촉매 교환기2:촉매 담지체

3:금속 외판4:유지 실링재

6:알루미나 실리카계 섬유6A:전구체 섬유

7:세라믹 접착제17:유로

18:방사 원액19:노즐

19a:노즐 토출부로 역할하는 금구

20:촉매 담지체30:벌집

33:유지 실링재34:접착층

35:세라믹 블록40:다공성 세라믹 부재

41:충전재42:통과 구멍

43:격벽50:유지 실링재

51:기재부52:오목 장착부

53:볼록 장착부A1:신장 방향

M1:섬유 집합체S1:제1 면측

S2:제2 면측

본 발명자들은 본 발명의 제1 문제를 해결하기 위해 예의 연구하고, 수많은 시행 착오의 과정 후에, 마침내, 기계적 강도가 뛰어난 알루미나 실리카계 섬유를 제조할 수 있었다. 이렇게 제조된 알루미나 실리카계 섬유는 일반적으로 거무스름한 색을 가지며, 주지의 투명한 백색 알루미나 실리카계 섬유와는 확실히 다른 특성을 가진다. 주지의 섬유 색과 다른 색의 발생의 원인을 규명하기 위해 본 발명자들은 더욱 예의 연구를 거듭했다. 결과로서, 본 발명자들은 섬유 중의 잔류 탄소 함유량이 증가함에 따라, 섬유가 거무스름한 색을 갖게 되고, 잔류 탄소 함유량의 존재는 기계적 강도를 향상시켰다. 따라서, 이 발견에 기초하여, 본 발명자들은 보다 예의 연구를 거듭하고, 마침내, 다음의 본 발명의 제1 그룹에 도달하였다.

즉, 본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 1의 발명은 거무스름한 색을 나타내는 알루미나 실리카계 섬유를 요지로 한다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 2의 발명은 탄소 성분에 기인한 거무스름한 색을 나타내는 알루미나 실리카계 섬유를 요지로 한다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 3의 발명은 1중량% 이상의 잔류 탄소 함유량을 가지며, 탄소 성분에 기인한 거무스름한 색을 나타내며, 1.2㎬ 이상의 섬유 인장 강도, 1.0㎬ 이상의 섬유 굽힘 강도를 가지며, 0.8MN/m^3/2이상의 파괴 인성을 가지는 알루미나 실리카계 섬유를 요지로 한다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 4의 발명은 재료로서 무기염법용 알루미나 실리카계 섬유의 방사 원액을 이용하여 전구체 섬유를 얻는 방사 공정, 상기 전구체 섬유 중에 함유된 탄소 성분의 산화 반응을 수행하기 어렵게 하는 환경 하에서 상기 전구체 섬유를 소결함으로써, 상기 전구체 섬유를 가열하는 소성 공정으로 이루어지는 알루미나 실리카계 섬유의 제조 방법을 요지로 한다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 5의 발명은 상기 전구체 섬유가 질소 분위기 하에서 1000∼1300℃의 온도에서 가열되는 청구항 4의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 6의 발명은 상기 전구체 섬유 중에 함유된 탄소 성분은 섬유 연신 특성 부여제로서 알루미나 실리카계 섬유의 상기 방사 원액에 첨가되는 유기 고분자에 기인되는 청구항 4 또는 청구항 5의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 7의 발명은 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 따른, 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지며, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재를 요지로 한다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 8의 발명은 상기 세라믹체는 촉매 담지체를 포함하고, 상기 유지 실링재는 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되는 청구항 7의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제2 그룹에 대한 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 9의 발명은 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 집합체를 가지며, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 제1 면측 부위의 결정화율과 제2 면측 부위의 결정화율이 다른 유지 실링재를 요지로 한다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 10의 발명은 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 집합체를 가지며, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 유지 실링재에 있어서, 결정화율이 제1 면측에서 제2 면측을 향해 점차 증가되는유지 실링재를 요지로 한다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 11의 발명은 1장의 섬유 집합체를 가지고, 섬유 집합체의 결정화율이 제1 면측에서 제2 면측을 향해 점차 증가되는 청구항 10의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 12의 발명은 제1 면측 부위의 결정화율과 제2 면측 부위의 결정화율 사이의 차가 3중량% 이상인 청구항 9 내지 11 중 어느 한 항의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 13의 발명은 제1 면측 부위의 결정화율이 0∼1중량%이고, 제2 면측 부위의 결정화율이 1∼10중량%인 청구항 9 내지 11 중 어느 한 항의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 14의 발명은 상기 세라믹체가 촉매 담지체를 포함하며, 상기 유지 실링재가 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되는 청구항 9 내지 13 중 어느 한 항의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 15의 발명은 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 집합체를 가지며, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 유지 실링재에 있어서, 결정화율이 부위에 따라 달라지는 유지 실링재를 요지로 한다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 16의 발명은 상기 세라믹체가 촉매 담지체를 포함하며, 상기 유지 실링재가 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되는 청구항 15의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 17의 발명은 유지 실링재의 제조 방법에 있어서, 재료로서 세라믹 섬유의 방사 원액을 이용하여 전구체 섬유를 얻는 방사 공정, 상기 전구체 섬유를 적층하여 매트 형상 섬유 집합체를 형성하는 적층 공정, 제1 면측의 소성 온도와 제2 면측의 소성 온도 사이의 차를 제공할 수 있도록 상기 섬유 집합체를 소결하는 소성 공정으로 이루어지는 청구항 9 내지 14 중 어느 한 항의 유지 실링재의 제조 방법을 요지로 한다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 18의 발명은 상기 소성 온도 사이의 차가 100℃ 이상으로 설정되는 청구항 17의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 19의 발명은 제1 면측의 소성 온도가 800∼1100℃로 설정되며, 제2 면측의 소성 온도가 1100∼1400℃로 설정되는 청구항 17의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 20의 발명은 촉매 담지체, 촉매 담지체의 외부 주위를 덮는 원주상 금속 외판, 이들 부재 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재로 이루어지는 촉매 교환기에 있어서, 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지며, 비교적 작은 결정화율을 가지는 제1 면측이 상기 금속 외판과 접촉하게 되며, 비교적 큰 결정화율을 가지는 제2 면측이 상기 촉매 담지체와 접촉하게 되는 상태로 상기 유지 실링재가 상기 틈새에 배치되는 촉매 교환기를 요지로 한다.

본 발명의 제3 그룹에 대한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제3 그룹에따른 청구항 21의 발명은 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유가 비원형 단면을 가지는 유지 실링재를 요지로 한다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 22의 발명은 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유가 이형 단면을 가지는 유지 실링재를 요지로 한다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 23의 발명은 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유가 평탄형 단면을 가지는 유지 실링재를 요지로 한다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 24의 발명은 상기 알루미나 실리카계 섬유가 대략 타원형 또는 고치 형상 단면을 가지는 청구항 21 내지 23 중 어느 한 항의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 25의 발명은 상기 알루미나 실리카계 섬유가 중공 섬유인 청구항 21 또는 22의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 26의 발명은 상기 세라믹체는 촉매 담지체를 포함하며, 상기 유지 실링재는 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되는 청구항 21 내지 25 중 어느 한 항의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 27의 발명은 알루미늄염수, 실리카 졸 및 유기 고분자 용액을 함유하는 방사 원액을 노즐을 통하여 토출하여 전구체 섬유를 얻는 방사 공정, 상기 전구체 섬유를 가열하여 소결시키는 소성 공정으로 이루어지는 유지 실링재에서 이용되는 알루미나 실리카계 섬유의 제조 방법에 있어서, 비원형 단면의 상기 노즐의 토출부에서 토출된 직후, 건조 열풍이 상기 전구체 섬유에 분사되는 청구항 21 내지 26 중 어느 한 항의 유지 실링재에서 이용되는 알루미나 실리카계 섬유의 제조 방법을 요지로 한다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 28의 발명은 상기 전구체 섬유의 토출 방향에 대하여, 상기 건조 열풍이 순방향에서 분사되는 청구항 27의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 29의 발명은 수용성 가소제가 미리 상기 방사 원액에 첨가되는 청구항 27 또는 28의 발명을 요지로 한다.

또한, 본 발명의 제4 그룹에 대한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 30의 발명은 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 직경의 분산이 ±3㎛ 이내인 유지 실링재를 요지로 한다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 31의 발명은 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 길이의 분산이 ±4㎜ 이내인 유지 실링재를 요지로 한다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 32의 발명은 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 직경의 분산이 ±3㎛ 이내이며, 상기 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 길이의 분산이 ±4㎜ 이내인 유지 실링재를 요지로 한다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 33의 발명은 쇼트(shot) 함유량이 3중량% 미만인 청구항 30 내지 32 중 어느 한 항의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 34의 발명은 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유의 평균 섬유 직경이 5∼15㎛이고, 섬유 직경의 분산이 ±3㎛ 이내이며, 그 평균 섬유 길이가 5∼20㎜이고, 그 섬유 길이의 분산이 ±4㎜ 이내이고, 쇼트가 함유되어 있지 않은 유지 실링재를 요지로 한다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 35의 발명은 상기 세라믹체가 촉매 담지체를 포함하고, 상기 유지 실링재가 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되는 청구항 30 내지 34 중 어느 한 항의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 36의 발명은 유지 실링재의 제조 방법에 있어서, 알루미늄염수, 실리카 졸 및 유기 고분자 용액을 함유하는 방사 원액을 노즐을 통하여 연속적으로 토출하여 장섬유 전구체를 얻는 방사 공정, 상기 장섬유를 절단하여 단섬유를 얻는 절단 공정, 상기 단섬유를 입체적으로 집합시켜, 매트 형상 섬유 집합체로 형성하는 성형 공정(molding step), 및 상기 매트 형상 섬유 집합체를 가열하여 소결시키는 소성 공정으로 이루어지는 청구항 30 내지 35 중 어느 한 항의 유지 실링재의 제조 방법을 요지로 한다.

또한, 본 발명의 제5 그룹에 대한 문제를 해결하기 위해 본 발명자들은 예의 연구를 거듭했다.

그 결과, 섬유 집합체를 압축하는 방식으로 장시간 동안 외부 하중이 부가될 때, 섬유 집합체를 구성하는 세라믹 섬유는 서로 미끄러지기 쉬워 이탈을 야기하고, 따라서 섬유 집합체의 면 압력이 열화된다. 그러므로, 본 출원의 발명자들은 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위를 고려하고, 더 좋은 결과를 얻기 위한 어떤 수단을 적용하여 섬유 간의 미끄러짐(sliding)과 이탈의 문제를 해결하기 위한 시도를 했다. 따라서, 본 발명자들은 이러한 부분을 개선하기 위해 보다 예의 연구를 거듭하고, 마침내 다음의 본 발명의 제5 그룹에 도달하였다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 37의 발명은 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 세라믹 섬유가 세라믹 접착제로 서로 부분적으로 접착되는 유지 실링재를 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 38의 발명은 상기 세라믹 접착제가 상기 세라믹 섬유를 구성하는 물질로 이루어지는 청구항 37의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 39의 발명은 상기 세라믹 섬유가 알루미나 실리카계 섬유이며, 상기 세라믹 접착제가 주성분으로서 알루미나를 가지는 청구항 37의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 40의 발명은 상기 세라믹 접착제의 1∼8중량%가 함유되는 청구항 37 내지 39 중 어느 한 항의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 41의 발명은 상기 세라믹체가 촉매 담지체를 포함하고, 상기 유지 실링재가 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되는 청구항 37 내지 40 중 어느 한 항의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 42는 유지 실링재의 제조 방법에 있어서, 물질로서 세라믹 섬유의 방사 원액을 이용하여 전구체 섬유를 얻는 방사 공정, 상기 전구체 섬유를 가열하여 소결시키는 소성 공정, 이렇게 얻어진 세라믹 섬유를 입체적으로 집합시켜, 매트 형상 집합체로 형성하는 성형 공정, 및 세라믹 접착제를 이용하여 상기 집합체를 형성하는 세라믹 섬유를 접착하는 접착 공정으로 이루어지는 청구항 37 내지 41 중 어느 한 항에 따른 유지 실링재의 제조 방법을 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 43은 상기 접착 공정에 있어서, 상기 세라믹 접착제의 재료 용액이 상기 집합체를 형성하는 세라믹 섬유 사이에 부가된 후, 상기 집합체가 가열되어 상기 재료 물질 중의 특정 성분을 소결시켜서 세라믹으로 형성되는 청구항 42의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 44의 발명은 상기 접착 공정에 있어서, 상기 집합체가 상기 재료 용액인 저점도의 수용성 금속 용액으로 함침된 후, 상기 집합체가 건조되고 가열되어, 상기 용액 중의 금속 성분이 소결되어 세라믹으로 형성되는 청구항 42의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 45의 발명은 상기 수용성 금속 용액이 상기 집합체의 1∼10중량%의 양으로 공급되는 청구항 44의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 46의 발명은 세라믹 섬유의 상기 방사 원액이 무기염법을 이용하여 제조된 알루미나 실리카계 섬유의 방사 원액이며, 상기 수용성 금속 용액이 알루미늄 이온을 함유하는 수용액인 청구항 43 내지 45 중 어느 한 항의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 47의 발명은 유지 실링재의 제조 방법에 있어서, 물질로서 세라믹 섬유의 방사 원액을 이용하여 전구체 섬유를 얻는 방사 공정, 상기 전구체 섬유를 입체적으로 집합시켜, 매트 형상 집합체로 형성하는 성형 공정, 이후 세라믹 접착제가 될 수 있는 액체 물질을 상기 집합체를 형성하는 상기 전구체 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위에 접착시키는 액체 물질 공급 공정, 상기 집합체를 가열하여 상기 전구체 섬유 및 상기 액체 물질을 소결하는 소성 공정으로 이루어지는 청구항 37 내지 41 중 어느 한 항에 따른 유지 실링재의 제조 방법을 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 48의 발명은 상기 액체 물질 공급 공정에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유의 상기 전구체 섬유를 포함하는 집합체가 수분이 높은 고습 환경에 배치되는 청구항 47의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 49의 발명은 상기 액체 물질 공급 공정에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유의 전구체 섬유를 포함하는 집합체에 상기 알루미나 실리카계 섬유 중에 함유된 무기 원소를 함유하는 비수용성 액체 물질이 분무화되어, 공급되는 청구항 47의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 50의 발명은 상기 방사 공정과 상기 성형 공정에 있어서, 상기 전구체 섬유의 장섬유를 소정 길이로 절단하여 단섬유를 얻는 절단 공정이 수행되는 청구항 47 내지 49 중 어느 한 항의 발명을 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 51의 발명은 입체적으로 집합된 세라믹 섬유가 세라믹 접착제에 의해 부분적으로 서로 접착되는 세라믹 섬유 집합체를 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 52의 발명은 분기 구조의 세라믹 섬유를 가지는 세라믹 섬유 집합체를 요지로 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 53의 발명은 분기 구조를 가지는 세라믹 섬유를 요지로 한다.

또한 본 발명의 제6 그룹에 대한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 제6 그룹에 따른 청구항 54의 발명은 물질로서 무기염법용 알루미나 섬유 원액을 이용하여 연속 장섬유 전구체를 얻는 방사 공정, 상기 연속 장섬유 전구체를 단섬유 전구체로 절단하는 절단 공정, 이렇게 얻어진 단섬유 전구체를 이용하여 매트 형상 단섬유 전구체를 제조하는 매트 제조 공정, 및 상기 매트 형상 단섬유 전구체를 소성하여 알루미나 섬유 집합체를 제조하는 소성 공정으로 이루어지는 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법을 요지로 한다.

본 발명의 제1 그룹의 "실시"에 대해 이하에 설명한다.

본 발명의 제1 그룹의 청구항 1, 2 및 3의 발명에 따라, 흑색 알루미나 실리카계 섬유가 기계적 강도가 뛰어나고, 이들 섬유의 적용은 높은 초기 면 압력을 가지며, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재를 얻을 수 있도록 한다.

여기서, 섬유 인장 강도, 섬유 굽힘 강도 및 인장 강도가 상기 값 이상일 때, 인장 및 굽힘에 대한 매우 높은 저항성을 가지며, 유연하고 파괴되기 어려운 알루미나 실리카계 섬유를 얻을 수 있다. 따라서, 초기 면 압력을 개선하고, 또한 확실히 면 압력의 시간에 따른 열화를 방지할 수 있다. 또한, 흑색 알루미나 실리카계 섬유는 그 섬유 중에 탄소 성분을 함유하고, 결정화는 전체 알루미나 실리카계 섬유 중에서 진행되기 때문에, 인장 강도 등의 뛰어난 기계적 강도를 얻을 수 있다.

본 발명의 제1 그룹의 청구항 4의 발명에 따라, 전구체 섬유 중의 탄소 성분에서의 산화를 야기하지 않고, 전구체 섬유를 소결할 수 있다. 따라서, 많은 탄소 성분이 섬유 중에 남도록 할 수 있고, 따라서, 기계적 강도가 뛰어난 섬유를 확실하고 쉽게 얻을 수 있다.

여기서, 전구체 섬유 중의 대부분의 탄소 성분은 소성 온도에 도달하기 전에 보통 소성되어 소멸하므로, 탄소 성분은 소성 공정을 통해 얻어진 알루미나 실리카계 섬유 중에 거의 남지 않는다. 그렇지만, 전구체 섬유가 탄소 성분의 산화 반응을 거의 진행시키지 않는 환경 하에서 가열되는 경우에 있어서, 탄소는 섬유 중에 남게 되어, 세라믹 골격에 어느 정도 결집된다고 간주된다.

본 발명의 제1 그룹의 청구항 5의 발명에 따라, 소성 공정이 수행되는 불활성 분위기로서 염가 질소 분위기가 이용된다. 따라서, 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 소성 온도는 상기 바람직한 범위로 설정되므로, 고강도 알루미나 실리카계 섬유를 안정적으로 얻을 수 있다.

전구체 섬유의 가열 온도가 1000℃ 미만일 때, 전구체 섬유의 소결 공정은 불충해지기 쉽고, 이러한 경우에 있어서, 잔류 탄소 함유량이 충분하더라도, 고강도 알루미나 실리카계 섬유를 안정적으로 얻기 어려워진다. 대조적으로, 전구체 섬유의 가열 온도가 1300℃를 초과하도록 설정되더라도, 알루미나 실리카계 섬유의 강도를 특별히 증가시키지 못 하고, 따라서 향상 대신에 경제성이 저하된다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 6의 발명에 따라, 상기 유기 고분자는 섬유 연신 특성 부여제로서 사용될 뿐만 아니라, 전구체 섬유에 탄소를 첨가하는 탄소 소스로서 기능하여, 알루미나 실리카계 섬유가 적당한 강도를 갖는다. 그러므로, 개별로 방사 원액에 탄소 소스를 특별히 첨가할 필요가 없어, 방사 원액의 조성을 크게 변경할 필요를 제거할 수 있다. 따라서, 원액 조성의 불균형을 미리 피할 수 있어, 알루미나 실리카계 섬유의 기본 물성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 탄소 소스는 첨가될 필요가 없으므로, 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 상기 유기 고분자는 방사 원액 중에 쉽고 균일하게 분산되며, 탄소 소스는 전구체 섬유 중에 균일하게 분산된다. 따라서, 얻어진 알루미나 실리카계 섬유는 균일한 잔류 탄소 함유량을 갖게 되고, 기계적 강도에 불균일이 발생하기 어렵다.

이 경우에 있어서, 이 타입의 유기 고분자는 대략 500∼600℃의 온도에서 일반적으로 소성되어 소멸된다. 소성 공정을 통하여 얻어진 알루미나 실리카계 섬유 중에 조금도 남지 않는다. 그렇지만, 전구체 섬유가 탄소 성분의 산화 반응을 거의 진행시키지 않는 환경 하에서 가열될 때, 유기 고분자를 구성하는 탄소는 섬유 중에 남게 되어, 세라믹 골격에 어느 정도 결집된다고 간주된다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 7의 발명에 따라, 뛰어난 기계적 강도의 알루미나 실리카계 섬유가 구성 요소로서 사용되므로, 높은 초기 면 압력을 가지고, 면 압력의 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재를 제공할 수 있다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 8의 발명에 따라, 뛰어난 기계적 강도의 알루미나 실리카계 섬유가 구성 요소로서 촉매 담지체로 이루어진 세라믹체에 이용되고, 유지 실링재가 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되므로, 높은 초기 면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 촉매 교환기용 유지 실링재를 제공할 수 있다.

다시 말해, 본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 8의 발명에 따라, 청구항 7의 유지 실링재가 그 구성 요소로서 알루미나 실리카계 섬유를 포함하고, 촉매 담지체와 촉매 담지체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 촉매 교환기용 유지 실링재를 제공한다.

본 발명의 제2 그룹의 "실시"에 대해 이하에 설명한다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 9의 발명에 따라, 제1 면측 부위의 결정화율과 제2 면측 부위의 결정화율이 다르다. 이 배치에 따라, 비교적 높은 결정화율을 가지고, 내열성이 뛰어난 면측이 고온측에 배치되고, 비교적 낮은 결정화율을 가지고, 탄성 및 유연성이 뛰어난 면측이 저온측에 배치된다. 그러므로, 섬유는 고온측 및 저온측에서 취약해지기 어렵고, 다른 부재에 틈새의 발생을 피할 수 있다. 따라서, 높은 초기 면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 이점 뿐만 아니라, 실링 특성이 뛰어난 유지 실링재를 얻을 수 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 10의 발명에 따라, 결정화율이 제1 면측에서 제2 면측을 향해 점차 증가되므로, 내열성이 뛰어난 제2 면측 부위는 고온측에 배치될 수 있고, 탄성 및 유연성이 뛰어난 제1 면측 부위는 저온측에 배치될 수 있다. 그러므로, 섬유는 고온측 및 저온측에서 취약해지기 어렵고, 다른 부재에 틈새의 발생을 피할 수 있다. 따라서, 높은 초기 면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 이점 뿐만 아니라, 실링 특성이 뛰어난 유지 실링재를 얻을 수 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 11의 발명에 따라, 서로 다른 결정화율을가지는 다수의 섬유 집합체 시트로 구성된 구조와 다르므로, 서로 접착되도록 섬유 집합체를 서로 중첩하는 작업의 필요를 제거할 수 있어, 장치 제조상의 공정수를 감소할 수 있다. 또한, 다수의 시트의 적층 구조와 비교하여, 보다 얇은 구조를 제공할 수 있어, 얻어진 구조는 비교적 쉽게 좁은 틈새에 배치된다. 또한, 유체가 섬유 집합체 사이의 인터페이스를 유통 가능한 다수의 시트의 적층 구조와 비교하여, 본 발명의 제2 그룹의 제3 발명의 이러한 단일 시트 구조에는 인터페이스가 존재하지 않으므로, 유로를 고려할 필요가 없다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 12의 발명에 따라, 면 압력 특성 및 실링 특성을 확실히 향상시킬 수 있도록, 제1 면측 부위의 결정화율과 제2 면측 부위의 결정화율 사이의 차가 3중량% 이상으로 설정된다.

제1 면측 부위의 결정화율과 제2 면측 부위의 결정화율 사이의 차가 3중량% 미만이면, 양측면의 결정화율 사이의 차가 너무 작아, 목적 특성을 제공할 수 없다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 13의 발명에 따라, 면 압력 특성 및 실링 특성을 확실히 향상시킬 수 있도록, 제1 면측 부위의 결정화율과 제2 면측 부위의 결정화율이 각각 상기 바람직한 범위로 설정된다. 제1 면측 부위의 결정화율이 1중량% 초과하는 경우 또는 제2 면측 부위의 결정화율이 1중량% 미만이 되는 경우에 있어서, 양측면의 결정화율 사이의 차는 너무 작아, 목표 특성을 제공할 수 없다. 대조적으로, 제2 면측 부위의 결정화율이 10중량% 초과이면, 대응 부위의 내열성이 저하될 수도 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 14의 발명에 따라, 세라믹체는 촉매 담지체로 이루어지고, 유지 실링재는 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되므로, 높은 초기 면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 이점 뿐만 아니라, 또한 실링 특성이 뛰어난 촉매 교환기용 유지 실링재를 얻을 수 있다.

다시 말해, 본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 14의 발명에 따라, 청구항 9 내지 13 중 어느 한 항의 유지 실링재는 그 구성 요소로서 알루미나 실리카계 섬유를 이용하는 촉매 교환기용 유지 실링재로서 제공되고, 촉매 담지체와 촉매 담지체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치된다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 15의 발명에 따라, 결정화율은 균일하지 않고, 부위에 따라 다르게 설정된다. 이 배치에 따라, 비교적 높은 결정화율을 가지고, 내열성이 뛰어난 부분이 고온측에 배치되고, 비교적 낮은 결정화율을 가지고, 탄성 및 유연성이 뛰어난 부분이 저온측에 배치된다. 그러므로, 섬유는 고온측 및 저온측에서 취약해지기 어렵고, 다른 부재에 틈새의 발생을 피할 수 있다. 따라서, 높은 초기 면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 이점 뿐만 아니라, 실링 특성이 뛰어난 유지 실링재를 얻을 수 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 16의 발명에 따라, 세라믹체는 촉매 담지체로 이루어지고, 유지 실링재는 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되므로, 높은 초기 면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 이점 뿐만 아니라, 또한 실링 특성이 뛰어난 촉매 교환기용 유지 실링재를 얻을 수 있다.

다시 말해, 본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 16의 발명에 따라, 청구항 15의 유지 실링재는 그 구성 요소로서 알루미나 실리카계 섬유를 포함하는 촉매 교환기용 유지 실링재로서 제공되고, 촉매 담지체와 촉매 담지체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치된다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 17의 발명에 따라, 각각의 측면에 다른 결정화율을 가지는 유지 실링재를 비교적 쉽고 확실히 형성할 수 있도록, 제1 면측에서의 소성 온도와 제2 면측에서의 소성 온도 사이에 차이가 나는 방식으로 매트 형상 섬유 집합체는 소결된다. 또한, 이 제조 방법은 1장의 섬유 집합체에 있어서 제1 면측에서 제2 면측을 향하여 결정화율이 점차 증가되는 유지 실링재의 제조 공정에 적합하다. 또한, 종래 소성 장치는 특별한 소성 장치를 이용할 필요 없이 이 제조 방법에 일반적으로 적용된다. 따라서, 설비 비용의 증가를 피할 수 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 18의 발명에 따라, 제1 면측과 제2 면측은 양면 사이에 형성된 결정화율의 차이가 소성시 쉽게 서로 다르게 되도록, 소성 온도 사이의 차는 100℃ 이상으로 설정된다. 따라서, 각각의 측면에서 다른 결정화율을 가지는 유지 실링재를 보다 확실히 형성할 수 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 19의 발명에 따라, 제1 면측에서의 소성 온도는 제2 면측에서의 온도보다 낮은 온도로 설정된다. 즉 소성시, 제1 면측에서 제2 면측을 향하여 결정화율이 점차 증가하는 유지 실링재를 제공할 수 있다.

제1 면측에서의 소성 온도가 800℃ 미만이면, 소성 반응은 충분히 진행하지 않아, 요구된 기계적 강도를 제공하지 못 한다. 제1 면측에서의 소성 온도가 1100℃cc하거나, 제2 면측에서의 소성 온도가 1100℃ 미만이면, 양측면의 결정화율 사이의 차는 매우 작아져, 목표 특성을 얻지 못 한다. 제2 면측에서의 소성 온도가 1400℃ 초과이면, 결정화가 과잉으로 진행하여, 기계적 강도 및 내열성의 저하를 야기할 수도 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 20의 발명의 실시는 이하와 같이 설명된다. 보통, 촉매 교환기가 이용되면, 고온 유체에 직접적으로 노출되는 촉매 담지체는 보다 높은 온도를 가지게 되고, 반면, 금속 외판은 촉매 담지체만큼 높은 온도를 갖지 못 한다. 따라서, 촉매 담지체와 접촉하게 되는 면측에 내고온성이 특별히 요구된다. 이 사실을 고려하여, 상기 발명은 비교적 큰 결정화율을 가지는, 즉 내열성이 뛰어난 제2 면측을 촉매 담지체와 접촉하게 한다. 또한, 비교적 작은 결정화율을 가지는, 즉 내열성은 떨어지지만 탄성 및 유연성이 뛰어난 제1 면측이 금속 외판과 접촉하게 된다. 따라서, 촉매 담지체와 접촉하게 되는 부분에서의 섬유는 취약해지기 어렵고, 높은 초기 면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재를 형성할 수 있다. 또한, 탄력이 금속 외판과 접촉하는 부위에 가해지므로, 이 구조는 금속 외판에 틈새의 발생을 감소시킬 수 있게 하여, 실링 특성이 뛰어난 유지 실링재를 제공한다.

상술한 바와 같이, 촉매 담지체에 있어서 유지 특성이 뛰어난 촉매 교환기를 얻을 수 있고, 높은 공정 효율로 유체가 누설되기 어렵다.

본 발명의 제3 그룹의 "실시"에 대해 이하에 설명한다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 21의 발명에 따라, 비원형 단면의 섬유가 원형 단면의 섬유보다 유연해진다. 다시 말해, 상기 섬유의 비원형상이 특정 방향으로 굽혀지는 특성을 비교적 쉽게 제공한다.

또한, 이 특성은 섬유가 쉽게 파괴되지 않게 하고, 또한 장시간 동안 반발력을 유지할 수 있게 한다. 여기, 본 발명의 명세서에 있어서, "섬유의 단면"은 섬유의 연장 방향에 직각으로 절단될 때, 형성된 단면을 인용한다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 22의 발명에 따라, 이형 단면의 섬유가 원형 단면의 섬유보다 유연해진다. 다시 말해, 상기 섬유의 이형상이 특정 방향으로 비교적 쉽게 굽혀지는 특성을 제공한다. 따라서, 이 특성은 섬유가 쉽게 파괴되지 않게 하고, 또한 장시간 동안 반발력을 유지할 수 있게 한다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 23의 발명에 따라, 평탄형 단면의 섬유가 원형 단면의 섬유보다 유연해진다. 다시 말해, 상기 섬유의 평탄형상이 특정 방향으로 비교적 쉽게 굽혀지는 특성을 제공한다. 따라서, 이 특성은 섬유가 쉽게 파괴되지 않게 하고, 또한 장시간 동안 반발력을 유지할 수 있게 한다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 24의 발명에 따라, 각각이 대략 타원형 또는 고치 형상 단면 섬유를 이용하여 유지 실링재가 형성되면, 섬유는 서로 쉽게 결속되어, 섬유를 서로에 대하여 미끄러짐 및 이탈이 어려워지게 한다. 따라서, 면 압력의 열화를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 25의 발명에 따라, 그 내부에 공간을 가지는 중공 섬유는 그 내부에 공간이 없는 섬유와 비교하여 단열 특성이 뛰어나다. 따라서, 이 타입의 섬유가 유지 실링재로 사용되면, 세라믹체에서 금속 외판에 방출되는 열량을 감소시킬 수 있어, 효과적으로 촉매 반응을 수행할 수 있다. 또한,중공 섬유에 있어서, 섬유 내부 공간에 의해 소음과 진동은 흡수되고 감소된다. 따라서, 이 타입의 섬유가 유지 실링재로 사용되면, 뛰어난 차음 및 방진 특성을 제공할 수 있다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 26의 발명에 따라, 제3 그룹의 본 발명의 유지 실링재는 그 구성 요소로서 알루미나 실리카계 섬유를 가지는 촉매 교환기용 유지 실링재로서 제공되고, 촉매 담지체와 촉매 담지체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치된다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 27의 발명에 따라, 방사 원액은 비원형 단면의 노즐을 통하여 토출된다. 노즐의 토출부에서 토출된 직후, 전구체 섬유는 토출부의 단면 형상에 어느 정도 영향을 받은 단면 형상을 가진다. 그렇지만, 토출 후 시간이 경과함에 따라, 그 단면 형상은 전구체 섬유에 가해진 표면 장력의 영향(다시 말해, 바루스 효과(Barus' effect)를 받음)으로 원형을 가지기 쉬워, 전구체 섬유의 단면은 원형 형상을 가진다. 따라서, 건조 열풍이 방출 직후의 상태에 분사되어, 전구체 섬유 내의 그 수분을 제거함으로써 전구체 섬유는 건조되고 고화된다. 따라서, 노즐의 토출부에 의해 부여된 바람직한 단면 형상을 유지할 수 있어, 비원형상 부분을 가지는 섬유를 비교적 쉽게 얻을 수 있다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 28의 발명에 따라, 건조 열풍은 그 토출 방향에 대하여, 순방향에서 전구체 섬유에 분사되어, 건조되고, 고화되고, 또한 동시에 신장된다. 또한, 이 방식으로 신장 공정을 수행함으로써, 섬유 직경 및 형상을 비교적 쉽게 제어할 수 있다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 29의 발명에 따라, 수용성 가소제가 미리 방사 원액에 첨가되어, 감소된 바루스 효과로 방사 원액의 탄성률이 보다 작게 된다. 그러므로, 방사 공정시 방사 원액의 토출 거동은 안정된다. 따라서, 강한 장력으로 신장되어도, 섬유는 사 절단되기 어려워지고, 섬유 단면 형상은 탄성 변형에 의해 원형이 되기 어려워진다. 또한, 상기 가소제는 수용 특성을 가져, 방사 원액 중에 균일하게 분산된다. 따라서, 바루스 비(Barus' ratio)를 대략 일정치로 감소할 수 있어, 목표 섬유 직경 및 단면 형상을 비교적 쉽게 갖는 섬유를 얻을 수 있다.

본 발명의 제4 그룹의 "실시"에 대해 이하에 설명한다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 30의 발명에 따라, 섬유 직경의 분산이 ±3㎛ 이내로 설정된 알루미나 실리카계 섬유로 유지 실링재가 구성된 경우에 있어서, 섬유를 균일하게 적층할 수 있어, 평량의 위치 의존성을 감소할 수 있다. 따라서, 면 압력치의 분산을 감소할 수 있어, 안정한 품질을 제공할 수 있다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 31의 발명에 따라, 섬유 길이의 분산이 ±4㎜ 이내로 설정된 알루미나 실리카계 섬유로 유지 실링재가 구성된 경우에 있어서, 섬유를 균일하게 적층할 수 있어, 평량의 위치 의존성을 감소할 수 있다. 따라서, 면 압력치의 분산을 감소할 수 있어, 안정한 품질을 제공할 수 있다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 32의 발명에 따라, 섬유 직경 분산 및 섬유 길이 분산의 양쪽을 감소시킴으로써 얻어진 시너지 효과는 평량의 위치 의존성을 보다 감소시킬 수 있어, 면 압력치의 분산을 보다 감소시킬 수 있다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 33의 발명에 따라, 유지 실링재 중의 쇼트(비섬유 물질)의 함유량은 3% 미만으로 설정되어, 평량의 위치 의존성을 보다 감소시킬 수 있어, 면 압력치의 분산을 보다 감소시킬 수 있다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 34의 발명에 따라, 평량의 위치 의존성을 매우 감소시킬 수 있어, 면 압력치의 분산을 보다 감소시킬 수 있고, 또한, 면 압력 및 실링 특성을 향상시킬 수 있다.

5㎛ 미만의 평균 섬유 직경은 섬유의 강도 저하로 충분한 면 압력을 제공하는 것이 어렵고, 또한, 섬유가 호흡 기관에 의해 흡입되기 쉽다는 문제를 야기한다. 15㎛ 초과의 평균 섬유 직경의 경우에 있어서, 섬유가 매트 형상 섬유 집합체로 형성될 때, 내통기성(aeration resistance)이 감소되어, 실링 특성이 저하된다. 이 역효과 이외, 파괴 강도에 있어서 저하될 수도 있다. 이 역효과는 섬유 표면 면적의 증가로 발생한 작은 찰과상의 증가에 의해 기인된다고 간주된다.

평균 섬유 길이가 5㎜ 미만인 경우는 섬유가 호흡 기관에 의해 흡입되기 쉽다는 문제를 야기한다. 또한, 이 섬유는 섬유와 같은 특성을 본질적으로 더 이상 나타내지 못 하고, 섬유가 매트 형상 섬유 집합체로 형성될 때, 섬유가 바람직하게 서로 뒤얽히지 못 하여, 충분한 면 압력을 얻기 어려워진다. 20㎜ 초과의 평균 섬유 길이는 섬유가 서로 너무 강하게 뒤얽히게 하여, 섬유가 매트 형상 집합체로 형성될 때, 불균일하게 적층되기 쉬워진다. 다시 말해, 평량의 위치 의존성이 보다 커져, 면 압력치의 분산의 감소에 역효과를 야기한다.

쇼트의 함유량이 높으면, 평량의 위치 의존성은 보다 높아져, 면 압력치의분산의 감소에 역효과를 야기한다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 35의 발명에 따라, 세라믹체는 촉매 담지체로 이루어지고, 유지 실링재는 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되므로, 면 압력치의 분산을 감소할 수 있고, 또한, 안정한 품질의 촉매 교환기용 유지 실링재를 제공할 수 있다.

다시 말해, 본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 35의 발명에 따라, 본 발명의 제4 그룹의 유지 실링재는 그 구성 요소로서 알루미나 실리카계 섬유를 포함하는 촉매 교환기용 유지 실링재를 형성하고, 촉매 담지체와 촉매 담지체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치된다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 36의 발명에 따라, 방사 공정은 무기염법을 이용하여 수행되므로, 토출부의 형상 및 크기를 적당히 설정함으로써, 소폭으로 섬유 직경을 제어할 수 있다. 따라서, 섬유 직경에 있어서 분산을 감소할 수 있다. 또한, 이 방법은 장섬유를 절단하여, 단섬유를 얻는다. 따라서, 블로잉 공정을 통하여 섬유를 얻는 방법과는 다르며, 소폭으로 섬유 길이를 제어할 수 있다. 따라서, 섬유 길이에 있어서 분산을 감소할 수 있다. 이 효과 이외, 또한 쇼트의 발생을 피할 수 있다. 따라서, 이 제조 방법은 상기 유지 실링재를 확실하고 쉽게 얻을 수 있게 한다.

본 발명의 제5 그룹의 "실시"에 대해 이하에 설명한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 37의 발명에 따라, 말하자면, 가교다리는 세라믹 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위 사이에 배치되는 구조를 제공할 수 있어, 각각의 섬유가 미끄러짐 및 이탈이 어려워지게 할 수 있다. 따라서, 장시간 동안 외부 압축 하중이 유지 실링재에 적용될지라도, 부재는 면 압력이 열화되기 어렵다. 또한, 본 발명의 유지 실링재에 있어서, 섬유는 부분적으로 서로 접착되어, 유지 실링재 내부의 공동이 완전히 채워지지 않아, 유지 실링재에 대해 본래 요구되는 물성(탄성, 단열 특성 등)을 유지할 수 있다. 또한, 내열성이 뛰어난 세라믹 접착제가 사용되므로, 유지 실링재가 사용시 고온에 노출되어도, 접착 부위는 강도에 있어서 저하되기 어렵다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 38의 발명에 따라, 세라믹 접착제는 세라믹 섬유를 구성하는 물질로 이루어지므로, 섬유에 높은 친화성을 가지며, 접착 부위는 고강도를 가지게 된다.

따라서, 면 압력의 시간에 따른 열화를 확실히 방지할 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 39의 발명에 따라, 미소량의 비결정 성분을 함유하는 알루미나 실리카계 섬유가 사용되므로, 그 섬유의 내열성을 향상할 수 있어, 고온에서 면 압력의 시간에 따른 열화를 감소할 수 있다. 주로 알루미나로 이루어진 세라믹 접착제는 알루미나 실리카계 섬유에 매우 높은 친화성을 가지므로, 또한, 접착 부위에 보다 높은 강도를 제공할 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 40의 발명에 따라, 상기 바람직한 범위로 세라믹 접착제의 함유량을 설정함으로써, 유지 실링재에 있어서 바람직한 물성을 유지하면서, 접착 부위에 고강도를 제공할 수 있다.

상기 함유량이 1중량% 미만이면, 섬유는 고강도로 서로 접착되지 못 할 수도있다. 대조적으로, 상기 함유량이 8중량% 초과의 경우에 있어서, 접착 강도의 문제가 해결되어도, 유지 실링재 내부의 공동은 채워지기 쉬워, 유지 실링재로서 바람직한 물성을 제공할 수 없다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 41의 발명에 따라, 세라믹체는 촉매 담지체로 이루어지고, 유지 실링재는 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되므로, 장시간 동안 외부 하중이 부가되어도 면 압력의 시간에 따라 열화되기 어려운 촉매 교환기용 유지 실링재를 제공할 수 있고, 또한, 고온에 노출되어도 접착 부위의 강도에 있어서 저하되기 어렵다.

다시 말해, 본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 41의 발명에 따라, 본 발명의 제5 그룹의 유지 실링재는 그 구성 요소로서 알루미나 실리카계 섬유를 포함하는 촉매 교환기용 유지 실링재를 형성하고, 촉매 담지체와 촉매 담지체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치된다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 42의 발명에 따라, 전구체 섬유의 소성 공정 및 접착 공정이 분리되어 수행되므로, 두 공정이 동시에 수행되는 경우와 비교하여, 바람직한 형상의 세라믹 섬유를 확실히 얻을 수 있고, 또한, 상기 바람직한 형상의 섬유를 확실히 접착시킬 수 있다. 따라서, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재를 확실하고 쉽게 제조할 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 43의 발명에 따라, 표면 장력이 액체 상태 세라믹 접착제의 재료 용액에 가해지므로, 이것이 집합체에 공급될 때, 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위에 재료 용액이 확실히 부착된다. 이 상태로 이것을 가열함으로써, 대응 부위에 접착된 재료 용액 중의 특정 성분이 세라믹으로 형성되어, 섬유 간의 가교 구조를 제공한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 44의 발명에 따라, 표면 장력이 저점도의 수용성 금속 용액에 가해진다. 따라서, 집합체가 이 용액으로 함침될 때, 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위에 용액이 확실히 부착된다. 여기서, 함침 방법은 집합체의 내부로 용액을 확실하고 균일하게 들어갈 수 있게 한다. 섬유 간에 가교 구조를 제공함으로써, 이 상태에 있어서, 집합체는 우선 건조되어 어느 정도까지 수분을 제거하고, 이어서 가열되어 대응 부위에 접착된 용액 중의 금속 성분이 산화되어 세라믹을 형성한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 45의 발명에 따라, 유지 실링재의 바람직한 물성을 유지하면서, 접착 부위의 강도를 증가시킬 수 있도록, 수용성 금속 용액의 공급량은 상기 바람직한 범위로 설정된다.

1중량% 미만의 공급량은 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위에 불충분한 용액량으로 부착시켜, 섬유를 때때로 서로 강하게 접착하지 못 한다.

대조적으로, 10중량% 초과의 공급량은 과잉 용액으로 유지 실링재 내부의 공동을 쉽게 채워, 유지 실링재에 있어서 바람직한 물성을 때때로 감소시킨다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 46의 발명에 따라, 알루미나 실리카계 섬유 사이의 섬유에 대한 높은 친화성을 가지는 알루미나로 이루어진 가교 구조를 형성할 수 있다. 따라서, 접착 부위의 강도를 증가시킬 수 있어, 면 압력의 시간에 따른 열화를 확실히 방지할 수 있다. 또한, 용융법으로 얻어진 비결정 섬유와 비교하여, 무기염법으로 얻어진 섬유는 결정 구조를 가져, 얻어진 이점은 고온에서 보다 높은 강도를 제공하는 것이다.

따라서, 고온에서 면 압력이 열화되기 어려운 유지 실링재를 얻을 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 47의 발명에 따라, 전구체 섬유는 소성 공정을 통하여 세라믹으로 형성되어 알루미나 실리카계 섬유를 제공한다. 이 경우에 있어서, 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위가 세라믹으로 형성되는 액체 상태 물질(즉, 세라믹 접착제)을 통하여 접착된다. 이 방식에 있어서, 본 발명의 제5 그룹의 제11 발명에 있어서, 전구체 섬유의 소성 공정 및 접착 공정은 동시에 수행되므로, 이들 공정이 분리되어 수행되는 경우와 비교하여 가열 공정수를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 제조 비용을 절감할 수 있다. 따라서, 저비용으로 면 압력의 시간에 따라 열화되기 여려운 유지 실링재를 효과적으로 제조할 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 48의 발명에 따라, 높은 수분의 고습도 하에 집합체가 배치될 때, 집합체의 내부에 들어간 수증기는 수분으로 응축된다. 가해진 표면 장력을 통하여 섬유가 인접한 중복 부위에 수분이 선택적으로 부착된다. 알루미나 실리카계 섬유의 전구체 섬유는 수용성이므로, 인접한 중복 부위는 수분의 부착으로 어느 정도까지 용해된다. 다음에, 이러한 용해로 생성된 액체 상태 물질은 알루미나 실리카계 섬유와 대략 같은 조성을 가지므로, 이후, 이것은 실제로 세라믹 접착제를 형성한다. 다시 말해, 상기 본 발명에 따라, 이후, 세라믹 접착제를 형성하는 액체 상태 물질은 인접한 중복 부위에 확실하게 부착된다. 또한, 액체 상태 물질은 기본적으로 알루미나 실리카계 섬유와 대략 같은 조성을 가지므로, 상기 전구체 섬유에 대해 높은 친화성을 가지고, 섬유를 서로 고강도로 확실하게 접착할 수 있다. 따라서, 면 압력의 시간에 따른 열화를 확실하게 방지할 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 49의 발명에 따라, 비수용성 액체 상태 물질이 분무화되고, 액체 상태 물질이 집합체의 내부로 확실히 들어갈 수 있도록 공급되어. 표면 장력의 기능을 통하여 섬유 간이 인접한 중복 부위에 선택적으로 부착된다. 다시 말해, 상기 본 발명에 따라, 이후, 세라믹 접착제를 형성하는 액체 상태 물질을 인접한 중복 부위에 부착할 수 있다. 또한, 상기 액체 상태 물질은 비수용성 물질이다. 따라서, 이것이 수용성 특성의 알루미나 실리카계 섬유의 전구체 섬유에 접착되어도, 이것은 섬유를 용해하지 않는다. 그러므로, 전구체 섬유가 너무 용해되어, 섬유 강도가 보다 낮게 될 가능성을 피할 수 있다. 그리고, 과도한 용해를 방지하기 위한 조건을 정밀하게 설정할 필요가 없다. 따라서, 비교적 쉽게 유지 실링재를 제조할 수 있다. 또한, 상기 액체 상태 물질은 알루미나 실리카계 섬유 중에 함유된 무기 원소를 함유하므로, 전구체 섬유에 대해 높은 친화성을 가하여, 섬유를 서로 고강도로 확실하게 접착할 수 있다. 따라서, 면 압력의 시간에 따른 열화를 확실하게 방지할 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 50의 발명에 따라, 이하 실시가 얻어진다. 전구체 섬유는 비소결되고, 비교적 부드러우므로, 절단 공정 동안 충격이 이에 가해지더라도, 절단부에 균열 등이 발생되기 어렵다. 그러므로, 이들을 소결하여 얻어진 알루미나 실리카계 섬유는 안정한 말단 형상을 가지면서 기계적 강도가뛰어나다. 따라서, 초기 면 압력을 향상할 수 있다. 대조적으로, 소결된 후, 절단 공정이 전구체 섬유에 행하여지는 경우에 있어서, 절단 공정시 충격은 알루미나 실리카계 섬유의 절단부에 균열을 야기하기 쉽다. 일반적으로, 이것은 전구체 섬유가 세라믹으로 소결될 때, 섬유는 단단해지더라도, 깨지기 쉬워지기 때문이다. 따라서, 알루미나 실리카계 섬유가 불안정한 말단 형상을 가질 뿐만 아니라, 섬유의 기계적 강도도 낮아진다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 51의 발명에 따라, 입체적으로 집합된 세라믹 섬유는 부분적으로 세라믹 접착제에 의해 서로 접착되고, 이 구조는 상호 섬유 간의 미끄러짐 및 이탈이 발생되기 어렵고, 또한, 면 압력의 감소되기 어렵다. 또한, 상기 세라믹 섬유 집합체에서 섬유는 부분적으로 서로 접착되므로, 그 내부 공동은 완전히 채워지지 않아, 충분한 탄성 및 단열 특성이 얻어진다. 또한, 내열성이 뛰어난 세라믹 접착제가 이용되므로, 고온에 노출되어도, 이 구조는 접착 부위의 강도가 저하되기 어렵다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 52의 발명에 따라, 이 배치는 분기 구조의 세라믹 섬유를 포함하므로, 분기 구조를 갖지 않은 배치와 비교하여, 섬유를 서로에 대하여 미끄러짐 및 이탈하기 어려워지게 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 53의 발명에 따라, 분기 구조의 세라믹 섬유를 포함하는 배치와 비분기 구조의 세라믹 섬유를 포함하는 배치를 비교하면, 이들이 입체적으로 집합될 때, 전자는 후자에 비해, 섬유 간이 미끄러짐 및 이탈되기 어렵다. 따라서, 전자의 배치는 면 압력이 열화되기 어려운 섬유 집합체를 제공할 수 있게 한다.

본 발명의 제6 그룹의 "실시"에 대해 이하에 설명한다.

본 발명의 제6 그룹은 방사 공정, 절단 공정, 매트 형성 공정이 실행된 후 소성 공정이 수행되는 배치를 가진다. 따라서, 단섬유 전구체의 절단면은 칩(chip), 버어(bur) 및 마이크로 균열의 발생이 없고, 이어서, 소성 공정에 놓여져, 기계적 강도가 뛰어난 알루미나 단섬유를 제조할 수 있고, 따라서, 충분히 높은 초기 면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 알루미나 섬유 집합체를 제공할 수 있다.

우선, 본 발명의 제1 그룹에 따른 실시 형태에 대해 이하에 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 그룹의 일실시 형태에 따른 자동차 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기에 대해 이하에 상세하게 설명한다.

도 3에 도시되는 본 발명의 제1 그룹의 실시 형태에 따른 촉매 교환기(1)는 차동차 동체 내의 엔진 배기 파이프의 중앙 내에 배치된다. 엔진에서 촉매 교환기(1)까지의 거리는 비교적 짧기 때문에, 대략 700∼900℃의 배기 가스가 촉매 교환기(1)에 공급된다. 엔진이 린 번(lean-burn) 엔진인 경우에 있어서, 대략 900∼1000℃의 보다 높은 온도의 배기 가스가 촉매 교환기(1)에 공급된다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 제1 그룹의 실시 형태에 따른 촉매 교환기(1)는 기본적으로 촉매 담지체(2)와, 촉매 담지체(2)의 외부 주위를 덮는 금속 외판(3)과, 부재(2)와 부재(3)의 둘 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재(4)로 이루어진다.

촉매 담지체(2)는 코디어라이트(cordierite) 등으로 일반적으로 대표되는 세라믹 재료로 만들어진다. 촉매 담지체(2)는 원형 단면의 원주상 부재이다.

또한, 촉매 담지체(2)의 단면 형상은 진원형 형상에 제한되지 않고, 예를 들면, 타원형 또는 가늘고 긴 원형 형상을 들 수도 있다. 이 경우에 있어서, 금속 외판(3)의 단면 형상은 마찬가지로 타원형 또는 긴 원형 형상으로 변화될 수도 있다.

또한, 촉매 담지체(2)는 바람직하게는 축 방향으로 연장된 다수의 셀(5)을 갖는 벌집 구조체이다. 배기 가스 성분을 정화할 수 있는 백금 및 로듐 등의 귀금속계 촉매는 셀 벽에 부가된다. 여기서, 촉매 담지체(2)에 대하여, 상기 코디어라이트 담지체 이외, 예를 들면, 탄화규소, 질화규소 등으로 만들어진 예를 들면, 벌집 다공성 소결체 등이 이용될 수도 있다.

또한, 촉매 담지체(2)에 대하여, 실시 형태에 나타난 벌집 형상으로 형성된 코디어라이트 담지체 이외, 예를 들면 탄화규소, 질화규소 등으로 만들어진 벌집 다공성 소결체가 이용될 수도 있다.

도 3에 있어서, 촉매 담지체(2)는 각 셀(5)의 흡입측 또는 배출측의 어느 쪽이 실링 부재로 실링된 구조를 가진다. 그렇지만, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 셀(5)의 흡입측 또는 배출측의 어느 쪽도 실링 부재로 실링되지 않은 구조의 촉매 담지체(20)가 이용될 수도 있다.

여기서, 다음에 있어서, 도 3에 도시된 촉매 교환기(1)에 대해 설명된다.

금속 외판(3)에 대하여, 예를 들면, 압입 방식이 조립에 채용되는 경우에 있어서, O자형 단면의 금속 실린더 부재가 이용된다. 여기서, 실린더 부재를 형성하는 금속 재료에 대하여, 내열성 및 내충격성이 뛰어난 금속(예를 들면, 스테인리스 스틸과 같은 스틸 제품 등)이 바람직하게 선택된다. 소위 캔닝 방식이 압입 방식 대신에 채용되는 경우에 있어서, O자형 단면의 상기 금속 실린더를 축 방향을 따라 다수의 조각으로 분할하여 형성된 부재(예를 들면, 클램 외판)가 이용된다.

이 배치 이외, 휘감기 고정(wrap-tightening) 방식이 조립에 채용되는 경우에 있어서, 예를 들면, C자형 또는 U자형 다면의 금속 실린더 부재, 즉 단지 일부에서 소위 축 방향을 따라 연장되는 슬릿(개구 부분)의 금속 실린더 부재가 이용된다. 이 경우에 있어서, 촉매 담지체(2)를 조립할 때, 유지 실링재(4)가 촉매 담지체(2)에 고정되는 구조가 금속 외판(3) 내에 수용되고, 이 경우에 있어서, 금속 외판(3)이 감싸지고 죄여지고, 이어서, 그 개구 말단은 접합(용접, 접착, 볼트 고정에 의해)된다. 또한, 용접, 접착, 볼트 고정 등의 접합 작업은 캔닝 방식이 채용되는 경우와 같은 방식으로 수행된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유지 실링재(4)는 가늘고 긴 형상의 매트 형상 부재이며, 볼록 장착부(11)는 그 한 말단에 형성되고, 오목 장착부(12)는 다른 말단에 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 촉매 담지체(2)가 휘감길 때, 볼록 장착부(11)는 오목 장착부(12)와 딱 맞물린다.

또한, 유지 실링재(4)의 형상은 바람직하게 변경될 수도 있다. 예를 들면, 볼록 장착부(11) 및 오목 장착부(12)를 생략함으로써, 보다 단순 형상이 이용될 수도 있다.

본 발명의 제1 그룹의 실시 형태에 따른 유지 실링재(4)는 주성분으로서 사용되는 매트 형상(즉, 섬유 집합체)으로 집합된 세라믹 섬유로 구성된다. 상기 세라믹 섬유에 대하여, 본 발명의 제1 그룹의 실시 형태에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유(6)가 이용된다. 이 경우에 있어서, 물라이트 결정 함유량이 0중량% 이상∼10중량% 이하의 범위로 설정되는 알루미나 실리카계 섬유(6)가 바람직하게 이용된다. 이러한 화학적 조성은 비결정 성분을 감소시킬 수 있어, 뛰어난 내열성을 제공할 수 있게 한다. 따라서, 압축 하중의 적용시 높은 반발력을 제공할 수 있다. 그러므로, 틈새에 배치될 때, 이들 섬유가 고온에 노출되어도, 이들의 면 압력이 열화되기 어렵게 할 수 있다.

알루미나 실리카계 섬유(6) 중의 알루미나량은 40∼100중량%의 범위로 바람직하게 설정되고, 실리카량은 0∼60중량%의 범위로 바람직하게 설정된다. 또한, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 평균 섬유 직경의 하한은 대략 3㎛로 설정되고, 그 상한은 대략 25㎛로 설정되고, 보다 바람직하게는 알루미나 실리카계 섬유(6)의 평균 섬유 직경의 하한은 대략 5㎛로 설정되고, 그 상한은 대략 15㎛로 설정된다. 이것은 평균 섬유 직경이 너무 작으면, 섬유가 호흡기관에 의해 흡입될 문제를 야기하기 쉽기 때문이다. 알루미나 실리카계 섬유(6)의 평균 섬유 길이의 하한은 대략 0.1㎜로 설정되고, 그 상한은 대략 100㎜로 설정되고, 보다 바람직하게는 알루미나 실리카계 섬유(6)의 평균 섬유 길이의 하한은 대략 2㎜로 설정되고, 그 상한은 대략 50㎜로 설정된다.

투명한 약간 흰색의 일반 알루미나 실리카계 섬유(6)와 다르므로, 본 발명의 제1 그룹의 실시 형태의 알루미나 실리카계 섬유(6)는 거무스름한 색으로 특징되어진다.

"거무스름한 색"의 알루미나 실리카계 섬유(6)는 흑색(피치 블랙)뿐만 아니라, 회색이 도는 흑색을 포함한다.

여기서, 알루미나 실리카계 섬유(6)는 N8 이하의 명도(JIS Z 8721에 규정됨)를 갖게 설정된다.

이 경우에 있어서, 명도의 N은 이하와 같이 정의된 기호로 기재된다. 블랙의 최적 명도를 0으로 설정하고, 화이트의 최적 명도를 10으로 설정함으로써, 블랙의 명도와 화이트의 명도 사이의 각각의 색을 10개의 명도로 분할하고, N0∼N10의 기호로 표시되어, 동일 기호에서 색의 명도감을 동일 비율로 나타난다.

실제 측정에 있어서, 각각이 색은 N0∼N10에 대응하는 색 노트와 비교된다. 이 경우에 있어서, 소수점 이하의 첫째 숫자는 0 또는 5로 설정된다.

알루미나 실리카계 섬유(6) 내의 거무스름한 색은 방사 원액 중에 함유된 탄소 성분에 기인된다.

잔류 탄소 성분량의 하한은 1중량% 이상으로 설정되고, 바람직하게는 그 하한이 1중량% 및 상한이 20중량%로 설정되고, 보다 바람직하게는 그 하한이 5중량% 및 상한이 10중량%로 설정된다. 1중량% 미만의 잔류 탄소 성분량은 기계적 강도를 충분히 향상시킬 수 없다. 대조적으로, 과잉 잔류 탄소 성분량은 알루미나 실리카계 섬유(6)의 기본 물성(예를 들면, 내열성 등)의 저하를 야기하기 쉽다.

제조 공정 동안 표준 시료에 대해 탄소 성분량이 계산될 수 있고, 레이저 라만 분광법을 이용하거나, X선의 강도비 등에 기초하여, 탄소 성분량이 계산될 수 있다.

알루미나 실리카계 섬유(6)의 섬유 인장 강도는 바람직하게는 1.2㎬ 이상이며, 보다 바람직하게는 1.5㎬ 이상이다. 섬유 굽힘 강도는 바람직하게는 1.0㎬ 이상으로 설정되고, 보다 바람직하게는 1.5㎬ 이상으로 설정된다. 파괴 강도는 0.8MN/m^3/2이상으로 설정되고, 보다 바람직하게는 1.3MN/m^3/2이상으로 설정된다. 이것은 섬유 인장 강도, 섬유 굽힘 강도 및 파괴 강도의 증가가 장력 및 굽힘에 충분히 견딜 수 있고, 유연하고 파손되기 어려운 알루미나 실리카계 섬유(6)를 제공할 수 있게 되기 때문이다.

부가적으로, 본 발명의 제1 그룹의 실시 형태의 알루미나 실리카계 섬유(6)는 섬유 중에 탄소 성분을 함유하여, 전체 알루미나 실리카계 섬유(6) 중에서 결정화가 진행된다고 간주되고, 따라서 인장 강도를 증가시킨다.

진원형 형상 이외, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 단면 형상은 이형 단면 형상(타원형, 가늘고 긴 원형 형상, 통상의 삼각형상 등)으로 설정될 수도 있다.

조립 공정의 선행 상태에 있어서, 유지 실링재(4)의 두께 하한은 촉매 담지체(2)와 금속 외판(3) 사이의 틈새보다 대략 1.1배로 바람직하게 설정되고, 보다 바람직하게는 그 틈새보다 대략 1.5배로 설정된다. 또한, 유지 실링재(4)의 두께 상한은 촉매 담지체(2)와 금속 외판(3) 사이의 틈새보다 대략 4.0배로 바람직하게 설정되고, 보다 바람직하게는 그 틈새보다 대략 3.0배로 설정된다. 상기 1.1배 미만의 두께는 높은 담지체 유지 특성을 제공하지 못 해, 금속 외판(3)에 대해 촉매 담지체(2)의 이탈 및 반발(backlash)의 가능성을 야기한다. 이 경우는 물론 높은 실링 특성을 제공하지 못 하므로, 배기 가스의 누설이 틈새 부분에서 발생하기 쉬워, 높은 오염 방지 특성을 얻지 못 한다. 또한, 특별히 끼워 넣기 방식이 채용될 때, 4.0배 초과의 두께는 촉매 담지체(2)를 금속 외판(3) 내에 장착하는 것을 어렵게 한다. 따라서, 이 경우 조립 특성을 향상시키지 못 하기 쉽다.

조립 공정 후의 유지 실링재(4)의 GBD(겉보기 비중)의 하한은 바람직하게 0.10g/㎤로 설정되고, 그 상한은 바람직하게 0.30g/㎤로 설정되고, 보다 바람직하게는 상기 GBD의 하한은 0.10g/㎤로 설정되고, 그 상한은 보다 바람직하게 0.25g/㎤로 설정된다. GBD 값이 매우 작으면, 충분히 높은 초기 면 압력을 얻는 것이 때때로 어려워진다. 대조적으로, GBD 값이 매우 크면, 재료로서 이용되는 알루미나 실리카계 섬유(6)의 양이 증가하여 고비용을 야기하기 쉽다.

조립 상태의 유지 실링재(4)의 초기 면 압력이 50㎪ 이상으로 설정되고, 보다 바람직하게는 70㎪ 이상으로 설정된다. 이것은 초기 면 압력이 높으면, 면 압력의 시간에 따른 열화의 발생이 있어도, 촉매 담지체(2)의 바람직한 유지 특성을 유지할 수 있기 때문이다.

여기서, 유지 실링재(4)에 니들 펀칭 공정, 수지 함침 공정 등이 필요에 따라 행하여질 수도 있다. 이 공정의 적용은 두께 방향으로 유지 실링재(4)를 압축할 수 있어, 더 얇게 한다.

다음에, 본 발명의 제1 그룹의 실시 형태에 따른 촉매 교환기(1)를 제조하기 위한 공정의 순서에 대해 설명된다.

우선, 알루미늄염 용액, 실리카 졸 및 유기 고분자는 혼합되어 방사 원액이 형성된다. 다시 말해, 무기염법으로 방사 원액은 제조된다. 또한, 알루미나 소스를 형성하는 알루미늄염 용액은 방사 원액에 점도를 부가하기 위한 성분으로서 이용된다.

여기서, 이러한 수용액에 대하여, 염기성 알루미늄염의 수용액이 바람직하게 선택된다. 또한, 실리카 소스로서 이용되는 실리카 졸은 섬유에 고강도를 부여하기 위한 성분으로서 이용된다. 또한, 방사 원액에 섬유 연신 특성 부여제로서 이용되는 성분인 유기 고분자는 본 발명의 제1 그룹의 실시 형태에 따른 알루미나 실리카계 섬유(6)에 바람직한 기계적 강도를 부여하기 위한 탄소 소스로서 이용되는 성분이다. 유기 고분자에 대하여, PVA(폴리비닐알코올) 등의 탄소 함유 직쇄상 고분자가 이용될 수도 있다. 여기서, 탄소 소스로서 이용되는 성분에 대하여, 직쇄상 고분자에 제한되지 않는다. 쇄상 구조(고분자가 아님)가 없는 비교적 저분자량의 어떤 성분이 탄소를 함유하는 한 선택될 수도 있다.

다음에 얻어진 방사 원액을 진공 하에서 농축함으로써, 방사 원액이 제조되어, 방사 공정에 적합한 농도, 온도 및 점도를 갖는다. 이 경우에 있어서, 대략 20중량% 농도의 방사 원액이 대략 30∼40중량%까지 바람직하게 농축된다. 또한, 그 점도는 10∼2000푸아즈로 바람직하게 설정된다.

또한, 이렇게 제조된 방사 원액이 방사 장치의 노즐을 통하여 공기 중에 토출될 때, 노즐 금구 형상과 유사한 단면 형상의 전구체 섬유가 연속적으로 얻어진다. 이렇게 방사 공정이 수행된 전구체 섬유는 신장되면서 연속적으로 권취된다. 이 경우에 있어서, 예를 들면, 건식 가압 방사법이 바람직하게 채용된다.

또한, 이렇게 얻어진 전구체 섬유 중에 함유된 탄소 성분은 섬유 연신 특성 부여제로서 첨가된 유기 고분자로부터 도입될 필요가 없고, 개별적으로 첨가된 탄소 소스로부터 도입될 수도 있다. 이 경우에 있어서, 유기 고분자 등의 유기 재료만에 제한되지 않고, 예를 들면, 탄소 등의 무기 재료가 이용될 수도 있다.

다음에, 전구체 섬유가 경화되고, 세라믹(결정화된)으로 형성되는 소성 공정을 통하여 전구체 섬유가 소결되어, 알루미나 실리카계 섬유(6)를 얻는다.

이 소성 공정에 있어서, 전구체 섬유 중에 함유된 탄소 성분(즉, 상기 유기 고분자)에 산화 반응을 수행하는 것을 어렵게 하는 환경 하에서 전구체 섬유를 가열하는 것이 필요하다. 보다 구체적으로, 본 발명의 제1 그룹에 따른 실시 형태에 있어서, 가열 공정이 전형적 불활성 분위기인 질소 분위기에서 수행된다.

여기서, 탄소 성분의 산화 반응을 수행하는 것을 어렵게 하는 환경은 불활성 분위기에 반드시 제한되지 않고, 예를 들면, 감압 분위기를 들 수 있다. 소성 공정이 감압 분위기에서 수행되면, 소성 공정이 표준압 분위기에서 수행되는 경우와 비교하여, 산화 반응의 진행을 억제할 수 있다.

또한, 소성 공정은 아르곤 등의 질소 이외의 불활성 분위기에서 수행될 수도 있고, 감압 불활성 분위기에서 수행될 수도 있다.

질소 분위기에서 가열 공정을 수행할 때, 온도 하한은 1000℃로 설정되고, 보다 바람직하게는 1050℃로 설정되고, 온도 상한은 1300℃로 설정되고, 보다 바람직하게는 1250℃로 설정된다.

1000℃ 미만의 가열 온도는 전구체 섬유의 불충분한 소결 공정을 야기하기 쉬워, 고강도의 알루미나 실리카계 섬유(6)를 안정하게 제공하기 어려워진다. 대조적으로, 1300℃를 초과하도록 온도가 설정되어도, 알루미나 실리카계 섬유(6)는 특별히 고강도를 갖지 못하며, 경제성의 저하를 야기한다.

다시 말해, 본 발명의 제1 그룹에 따른 알루미나 실리카계 섬유(6)의 제조 방법에 있어서, 소성 공정에서의 불활성 분위기 및/또는 감압 하에서 전구체 섬유에 가열 공정이 수행될 수도 있다. 본 발명의 제1 그룹에 따른 알루미나 실리카계섬유의 제조 방법에 따라, 뛰어난 기계적 강도의 알루미나 실리카계 섬유를 안정적으로 제공할 수 있다.

이어서, 상기 각각의 공정으로부터 얻어진 알루미나 실리카계 섬유(6)의 장섬유는 소정 길이로 절단되어, 일정 범위의 단섬유를 형성한다. 이후, 단섬유는 집합되고, 풀리고, 적층되고, 또는 단섬유를 수중에 분산하여 얻어진 섬유 분산 용액이 주형에 투입되어, 가압되고 건조되어, 매트 형상 섬유 집합체가 얻어진다. 또한, 이 섬유 집합체를 소정 형상으로 따내어, 거무스름한 색의 유지 실링재(4)를 형성한다.

다음에, 필요에 따라, 유지 실링재(4)는 유기 바인더로 함침된다. 이어서, 얻어진 유지 실링재(4)는 두께 방향으로 압축되고, 성형될 수도 있다. 이 경우에 이용된 유기 바인더에 대하여, 아크릴 고무 및 니트릴 고무 등과 같은 라텍스 등 이외, 폴리비닐알코올, 아크릴 수지 등이 이용될 수도 있다.

또한, 유지 실링재(4)는 촉매 담지체(2)의 외주면에 휘감기고, 유기 테이프(13)에 의해 고정된다. 이후, 바람직한 촉매 교환기(1)를 완성하기 위하여, 압입, 캔닝 또는 휘감기 고정 공정이 행해진다.

따라서, 본 발명의 제1 그룹에 따른 실시 형태에 따라, 이하의 결과를 얻을 수 있다.

유지 실링재(4)에 이용된 알루미나 실리카계 섬유(6)는 탄소 성분에 기인된 거무스름한 색을 가지고, 섬유 인장 강도, 섬유 굽힘 강도 및 파괴 인성 등의 기계적 강도가 뛰어나다. 그러므로, 이 섬유의 적용은 높은 초기 면 압력을 가지고,면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재(4)를 얻을 수 있다. 따라서, 촉매 담지체(2)의 유지 특성 및 실링 특성이 뛰어난 촉매 교환기(1)를 얻을 수 있게 한다.

촉매 교환기(1)가 거무스름한 알루미나 실리카계 섬유(6)를 이용하여 구성된 경우에 있어서, 그을음 등의 거무스름한 색의 물질이 유지 실링재(4)에 접착되어도, 유지 실링재(4)의 외관의 변화는 거의 눈에 띄지 않는다. 다시 말해, 유지 실링재(4)가 본래 거무스름한 색을 가지므로, 사용의 전후에 색의 주요 변화는 발생하지 않는다. 이 점은 "악화된" 또는 "오염된"의 어떤 인상도 사용자에게 주지 않는다는 이점이다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 실시 형태의 제조 방법에 따라, 전구체 섬유를 소결하기 위한 소성 공정이 전구체 섬유 중에 함유된 탄소 성분의 산화 반응을 수행하는 것을 어렵게 하는 환경 하에서 가열 공정을 수행함으로써 행하여진다. 따라서, 많은 탄소 성분을 알루미나 실리카계 섬유(6) 중에 남도록 할 수 있어, 기계적 강도가 뛰어난 알루미나 실리카계 섬유(6)를 쉽고 확실하게 제공할 수 있다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 실시 형태의 제조 방법에 따라, 소성 공정이 수행되는 불활성 분위기로서 저렴한 질소 분위기가 이용된다. 따라서, 유지 실링재(4)의 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 상기 바람직한 범위 내로 소성 온도를 설정함으로써 가열 공정이 수행되므로, 고강도의 알루미나 실리카계 섬유(6)를 안정적으로 얻을 수 있다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 실시 형태의 제조 방법에 따라, 전구체 섬유 중에 함유된 탄소 성분은 섬유 연신 특성 부여제로서 방사 원액에 첨가된 유기 고분자에 기인된다. 그러므로, 개별로 방사 원액에 탄소 소스를 특별히 첨가할 필요가 없어, 방사 원액의 조성을 크게 변경할 필요를 제거할 수 있게 한다. 따라서, 방사 원액에서 불균형을 미리 피할 수 있어, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 기본 물성의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 탄소 소스가 첨가될 필요가 없으므로, 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 상기 유기 고분자는 방사 원액 중에 균일하고 쉽게 분산되므로, 탄소 소스는 전구체 섬유 중에 균일하게 분산된다. 따라서, 얻어진 알루미나 실리카계 섬유(6)는 균일한 잔류 탄소 함유량을 가지며, 기계적 강도가 불균일되기 어렵다.

또한, 본 발명의 제1 그룹에 따른 실시 형태는 본 발명의 제1 그룹에 따른 유지 실링재(4)가 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기(1)에 적용되는 경우를 예시하였다. 그렇지만, 본 발명의 제1 그룹에 따른 유지 실링재(4)는 디젤 미립자 필터(DPF) 및 연료 전지 개질제 등에 이용된 촉매 교환기 등의 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기(1) 이외의 장치에 물론 적용될 수도 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태에 대해 이하에 설명된다.

도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제2 그룹의 일실시 형태에 따라 자동차 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기에 대해 이하에 자세하게 설명된다.

도 3에 도시된 본 발명의 제2 그룹의 실시 형태에 따른 이 촉매 교환기(1)는 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기와 대략 동일하고, 촉매 담지체(2), 촉매 담지체(2)의 외부 주위를 덮는 금속 외판(3) 및 부재(2)와 부재(3)의 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재(4)로부터 형성된다.

또한, 도 7에 도시된 다른 실시예의 촉매 교환기(1)와 같은 방식에 있어서, 이 교환기는 이하의 구조를 가진다: 유지 실링재(4)는 서로 다른 결정화율을 가지는 섬유 집합체(M1)의 다수의 시트(이 경우 2개)로 구성되고, 이들 섬유 집합체(M1)는 중첩되고 서로 접착될 수도 있다. 이 경우에 있어서, 보다 작은 결정화율의 섬유 집합체(M1)가 금속 외판(3)과 접촉되어질 필요가 있고, 보자 큰 결정화율의 섬유 집합체(M1)가 촉매 담지체(2)와 접촉되어질 필요가 있다.

여기서, 촉매 담지체(2) 및 금속 외판(3)에 대하여, 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기에 있어서 설명된 바와 같은 부재가 이용될 수도 있다. 따라서, 그 설명은 생략된다.

또한, 진원형 형상에 제한되지 않고, 촉매 담지체(2)의 단면 형상은 예를 들면 타원형, 가늘고 긴 원형 형상으로 설정될 수도 있다. 이러한 경우에 있어서, 금속 외판(3)의 단면 형상은 대응 방식에 있어서, 타원형 또는 가늘고 긴 원형 형상으로 변경될 수도 있다.

또한, 촉매 담지체(2)에 대하여, 실시 형태에서 나타낸 벌집 형상으로 성형된 코디어라이트 담지체 이외, 예를 들면 탄화규소, 질화규소 등의 벌집 다공성 소결체가 이용될 수도 있다.

또한, 도 4에 도시된 촉매 담지체(20)에 도시된 바와 같이, 실링 부재를 갖지 않는 그들이 이용될 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유지 실링재(4)는 가늘고 긴 형상의 매트 형상 부재이고, 볼록 장착부(11)는 그 한 말단에 형성되고, 오목 장착부(12) 다른 말단에 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 촉매 담지체(2)가 휘감길 때, 볼록 장착부(11)는 오목 장착부(12)와 딱 맞물린다.

또한, 유지 실링재(4)의 형상은 바람직하게 변경될 수도 있다. 예를 들면, 볼록 장착부(11) 및 오목 장착부(12)를 생략함으로써, 단순 형상이 이용될 수도 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태에 따라, 주요 부재로서 이용되는 매트 형상(즉, 섬유 집합체(M1))으로 집합된 세라믹 섬유로 유지 실링재(4)는 구성된다. 상기 세라믹 섬유에 대하여, 본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유(6)가 이용된다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태의 유지 실링재(4)에 있어서, 물라이트 결정화율은 균일하지 않고, 그 부위에 따라 다르다. 다시 말해, 섬유 집합체(M1)의 한 시트에 있어서, 제1 면측(S1) 부위의 결정화율과 제2 면측(S2) 부위의 결정화율은 서로 다르고, 보다 구체적으로 결정화율이 제1 면측(S1)에서 제2 면측(S2)을 향하여 점차적으로 증가된다.

여기서, 유지 실링재(4)의 제1 면측(S1)은 비교적 저온에서 소성 공정이 행하여지는 면측이고, 내열성이 그다지 요구되지 않는 금속 외판(3)측과 접촉하도록 배치된다. 따라서, 제1 면측(S1)은 저온 소성면 또는 외판측 접촉면으로서 간주될 수도 있다. 제2 면측(S2)은 비교적 고온에서 소성 공정이 행하여지는 면측이고, 내열성이 요구되는 촉매 담지체(2)측과 접촉하도록 배치된다. 따라서, 제2면측(S2)은 고온 소성면 또는 내열 부재측 접촉면으로 간주될 수도 있다.

이 경우에 있어서, 제1 면측(S1)의 표면층 부위의 결정화율과 제2 면측(S2)의 표면층 부위의 결정화율 사이의 차는 바람직하게는 3중량% 이상으로 설정된다. 보다 구체적으로, 제1 면측(S1)의 표면층 부위의 결정화율은 바람직하게는 0∼1중량%로 설정되고, 제2 면측(S2)의 표면층 부위의 결정화율은 바람직하게는 1∼10중량%로 설정된다.

제1 면측(S1)의 표면층 부위의 결정화율이 1중량% 초과인 경우 및 제2 면측(S2)의 표면층 부위의 결정화율이 1중량% 미만인 경우에 있어서, 양쪽의 결정화율 사이의 차는 매우 작아져, 목표 특성을 얻기 어렵다. 제2 면측(S2)의 표면층 부위의 결정화율이 10중량% 초과인 경우에 있어서, 대응 부위의 내열성이 저하될 수 도 있다. 또한, 제1 면측(S1)의 표면층 부위의 결정화율을 0중량%로 설정하는 것이 바람직하고, 즉, 비결정 재료를 이용하여 대응 부위를 형성하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 결정화율은 X선 회절을 이용하여 물라이트의 피크에 기초하여, 측정된다. 피크가 없는 재료는 결정화율이 0중량%로 설정되면, 100% 물라이트로 측정된 피크는 결정화율이 100중량%로 설정되고, 대응 결정화율은 100중량%에서의 값과 표본치 사이의 비율로부터 측정될 수 있다.

또한, 상기 결정화율은 HF 용액 중에 물라이트와 실리카의 용해율 사이의 차이로부터 중량비를 계산함으로써 얻어질 수도 있다.

알루미나 실리카계 섬유(6) 중의 알루미나의 양, 실리카의 양, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 평균 섬유 직경 및 평균 섬유 길이에 대하여, 이들 요소는 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기에 있어서 설명된 바와 같은 방식으로 바람직하게 설정된다. 따라서, 그 설명은 생략된다.

제2 면측(S2) 상에 위치한 알루미나 실리카계 섬유(6)에 대하여, 1.0㎬ 이상의 섬유 인장 강도, 0.8㎬ 이상의 섬유 굽힘 강도 및 9.5 ×10¹⁰N/㎡ 이상의 탄성률로 각각 설정되는 것이 바람직하다. 제1 면측(S1) 상에 위치한 알루미나 실리카계 섬유(6)에 대하여, 2.0㎬ 이상의 섬유 인장 강도, 1.5㎬ 이상의 섬유 굽힘 강도 및 11.0 ×10¹⁰N/㎡ 이상의 탄성률로 각각 설정되는 것이 바람직하다. 그 이유는 섬유 인장 강도, 섬유 굽힘 강도 등이 중가할 때, 알루미나 실리카계 섬유(6)가 인장 및 굽힘에 대해 매우 강한 저항을 갖게 된다.

알루미나 실리카계 섬유(6)의 단면 형상, 조립 공정에 앞선 유지 실링재(4)의 두께, 조립 공정 후의 유지 실링재(4)의 GBD(겉보기 비중) 및 본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태의 조립 상태에 있어서 유지 실링재(4)의 초기 면 압력은 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기에 있어서 설명된 바와 같은 방식으로 바람직하게 설정된다. 따라서, 그 설명은 생략된다.

여기서, 필요에 따라, 이러한 유지 실링재(4)에 니들 펀칭 공정, 수지 함침 공정 등이 행하여질 수도 있다. 이들 공정을 적용함으로써, 두께 방향으로 유지 실링재(4)를 압축할 수 있어, 두께 방향으로 보다 얇게 할 수 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 촉매 교환기(1)를 제조하기 위한 공정의 순서에대해 이하에 설명된다.

우선, 전구체 섬유의 장섬유가 생산되도록, 방사 원액이 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기의 제조 방법에서 설명된 방법과 같은 방식으로 제조된다.

이어서, 전구체 섬유의 장섬유가 소정 길이로 절단되어, 일정 범위의 단섬유를 형성한다. 이후, 단섬유는 집합되고, 풀리고, 적층되고, 또는 단섬유를 수중에 분산하여 얻어진 섬유 분산 용액이 주형에 투입되어, 가압되고 건조되어 매트 형상 섬유 집합체(M1)가 얻어진다.

상기 적층 공정 이후에, 전구체 섬유가 소결되고, 섬유 집합체(M1)에 소성 공정이 행하여져 (결정화된)세라믹을 형성한다. 따라서, 전구체 섬유는 경화되어, 알루미나 실리카계 섬유(6)를 형성한다. 도 5는 본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태에 있어서 소성 장치로서 이용되는 전기로(21)를 도시한다.

여기서, 소성 공정은 예시된 전기로(21) 이외의 소성 장치를 이용하여 수행될 수도 있다.

상기 전기로(21)는 수평 방향으로 이송되면서 소성되는 물체를 연속적으로 가열 및 소결하기 위한 장치이다. 이송 수단으로서 이용되는 네트 운반기 벨트(23)가 전기로(21)를 구성하는 본체(22) 내에 수용된다. 소성되는 물체인 매트 형상 섬유 집합체(M1)가 네트 운반기 벨트(23) 상에 배치된다. 제1 가열 수단으로서 이용되는 상부 전기 히터(24)는 네트 운반기 벨트(23) 위쪽에 떨어져 배치되고, 제2 가열 수단으로서 이용되는 상부 전기 히터(25)는 네트 운반기 벨트(23) 아래쪽에 떨어져 배치된다. 이들 전기 히터(24, 25)는 도시하지 않은 온도 조절수단을 통하여 전원에 접속된다. 이 장치에 있어서, 이들 종류의 전기로(24, 25)는 개별로 온도 조절된다.

소성 공정에 있어서, 예비 가열 공정(예비 처리)이 표준압인 대기압으로 유지된 전기로(21) 중의 상기 섬유 집합체(M1)에 수행된 후에, 본 가열 공정(소성 공정)이 표준압인 대기압으로 또한 유지된 전기로(21) 중에서 수행된다.

이 경우에 있어서, 이들 두 종류의 전기 히터(24, 25)의 온도 설정은 어느 정도 온도 차이를 제공하도록 변경된다. 다시 말해, 섬유 집합체(M1)는 제1 면측(S1) 상의 소성 온도와 제2 면측(S2) 상의 소성 온도 사이에 차이가 나도록 설정하여 소결된다. 여기서, 본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태에 있어서, 위쪽의 전기 히터(24)의 설정 온도는 하래쪽의 전기 히터(25)의 설정 온도보다 높다.

이 경우에 있어서, 소성 공정시 설정 온도 차이는 바람직하게는 100℃ 이상으로 설정되고, 특히 200℃ 이상으로 설정된다. 상기 100℃ 미만의 설정 온도는 제1 면측(S1)과 제2 면측(S2) 사이의 소결의 용이에 있어서 충분한 차이를 제공하지 못 하여, 결정화율의 차이를 제공할 수 없다.

또한, 제1 면측(S1)의 소성 온도는 바람직하게 800∼1100℃의 범위로 설정된다. 제2 면측(S2)의 소성 온도는 바람직하게 1100∼1400℃의 범위로 설정된다.

800℃ 미만의 제1 면측(S1) 상의 소성 온도는 소결 반응을 충분히 진행할 수 없어, 요구된 기계적 강도를 얻지 못 한다. 제1 면측(S1) 상의 소성 온도가 1100℃ 초과, 또는 제2 면측(S2) 상의 소성 온도가 1100℃ 미만이면, 양쪽 사이의 결정화율의 차이는 매우 작아져, 목표 특성을 제공하지 못 한다.

제2 면측(S2) 상의 1400℃ 초과의 소성 온도는 결정화를 매우 빨리 진행시켜, 기계적 강도 및 내열성에 있어서 저하된다.

또한, 소성 시간(보다 구체적으로, 최대 가열 온도가 유지된 동안의 시간)은 바람직하게는 10∼60분의 범위로 설정된다. 소성 시간이 너무 짧으면, 온도가 충분히 높게 설정되어도, 소결 반응이 충분히 진행되지 않을 수도 있다. 따라서, 요구된 기계적 강도를 얻을 수 없다. 소성 시간이 너무 길면, 생산 효율은 저하되고, 결정화가 너무 빨리 진행하여, 기계적 강도 및 내열성이 저하된다.

이어지는 따내기 공정(punch-out process)에 있어서, 소성 공정이 행하여진 매트 형상 섬유 집합체(M1)를 소정 형상으로 따내어, 유지 실링재(4)를 형성한다.

이어서, 필요에 따라, 유지 실링재(4)가 유기 바인더로 함침된 후, 유지 실링재(4)는 두께 방향으로 보다 압축되어, 성형될 수도 있다. 이 경우에 이용된 유기 바인더에 대하여, 아크릴 고무 및 니트릴 고무 등과 같은 라텍스 등 이외, 폴리비닐알코올, 아크릴 수지 등 이용될 수도 있다.

또한, 유지 실링재(4)는 촉매 담지체(2)의 외주면에 휘감기며, 유기 테이프(13)에 의해 고정된다. 이후, 이것에 압입, 캔닝 또는 휘감기 고정 공정이 행하여져, 바람직한 촉매 교환기(1)를 완성한다.

여기서, 예시된 유지 실링재(4)는 말하자면, 결정화율이 두께 방향에 따라 다른 구조를 가진다. 대조적으로, 결정화율이 길이 방향으로 다른 유지 실링재 또는 결정화율이 깊이 방향으로 다른 유지 실링재가 제공될 수도 있다. 예를 들면, 후자의 유지 실링재가 촉매 담지체(2)에 휘감기면, 촉매 담지체(2)는 한 말단과 다른 말단 사이의 다른 결정화율을 가지게 된다. 다시 말해, 한 말단은 뛰어난 내열성을 가지게 되고, 반면 다른 말단은 뛰어난 탄성 및 유연성을 가지게 된다. 따라서, 큰 결정화율 및 뛰어난 내열성을 가지는 측면의 말단 부분이 배기 가스 유입측에 접하도록 배치되면, 뛰어난 저항성 및 내풍식성의 촉매 교환기(1)를 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태에 따라, 이하의 효과가 얻어진다.

일반적으로 촉매 교환기(1)가 이용되면, 고온 배기 가스에 직접적으로 노출된 촉매 담지체(2)는 고온으로 되고, 반면, 금속 외판(3)의 온도는 촉매 담지체(2)의 온도만큼이나 높지 않게 된다. 따라서, 촉매 담지체(2)와 접촉하게 되는 면측은 특히 높은 내열성이 요구된다. 이 사실을 고려하여, 본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태는 비교적 높은 결정화율의 제2 면측(S2), 즉 뛰어난 내열성의 면측이 촉매 담지체(2)와 접촉하게 되는 배치를 가진다. 대조적으로, 비교적 낮은 결정화율의 제1 면측(S1), 즉 내열성은 뒤떨어지지만 탄성 및 유연성이 뛰어난 면측이 금속 외판(3)과 접촉되게 된다. 따라서, 촉매 담지체(2)와 접촉하는 부위에서의 섬유는 취약해지기 어려워, 높은 초기 면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재(4)를 제공할 수 있다. 또한, 금속 외판(3)과 접촉하는 부위에서 탄력이 가해지므로, 금속 외판(3)과의 틈새의 발생을 감소할 수 있어, 실링 특성이 뛰어난 유지 실링재(4)를 제공할 수 있다.

상술한 바와 같이, 촉매 담지체(2)의 유지 특성이 뛰어난 촉매 교환기(1)를얻을 수 있고, 배기 가스 누설이 어렵고, 양호한 공정 효율성을 가진다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 유지 실링재(4)는 섬유 집합체(M1)의 시트로 구성되고, 섬유 집합체(M1)의 제1 면측(S1)에서 제2 면측(S2)을 향해 결정화율이 점차로 중가된다. 따라서, 다른 결정화율을 가지는 다수의 섬유 집합체(M1)로 구성된 구조와 다르므로, 섬유 집합체(M1)를 서로 적층 및 이들을 서로 접착하기 위한 작업의 필요를 제거할 수 있어, 제조 공정수를 절감할 수 있다. 따라서, 쉽게 제조되는 유지 실링재(4)를 제공할 수 있다.

또한, 다수의 시트의 중첩 구조와 비교하여, 보다 얇은 구조를 만들 수 있고, 비교적 쉽게 좁은 틈새에 구조를 배치할 수 있다. 따라서, 휘감시 고정 공정뿐만 아니라, 캔닝 작업시 끼워 넣기 공정을 쉽게 수행할 수 있다.

또한, 다수의 시트의 중첩 구조에 있어서, 배기 가스는 섬유 집합체(M1) 사이의 인터페이스를 통과할 수도 있다. 대조적으로, 이 유지 실링재(4)는 인터페이스가 없는 단일 시트 구조를 가지므로, 배기 가스의 통과를 고려할 필요가 없다. 따라서, 뛰어난 실링 특성의 장치를 제공할 수 있다.

이 유지 실링재(4)에 있어서, 제1 면측(S1) 부위의 결정화율과 제2 면측(S2) 부위의 결정화율은 상기 바람직한 범위로 설정된다. 따라서, 면 압력 특성 및 실링 특성을 확실하게 향상시킬 수 있어, 고성능 촉매 교환기(1)를 얻을 수 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태의 제조 방법에 있어서, 소성 공정은 매트 형상 섬유 집합체(M1)의 제1 면측(S1)의 소성 온도와 제2 면측(S2)의 소성 온도 사이에 제공된 격차를 가지고 수행된다. 따라서, 그 표면과 이면에서 다른 결정화율을 가지는 유지 실링재(4)를 확실하고 비교적 쉽게 제조할 수 있다. 또한, 이러한 제조 방법은 섬유 집합체(M1)의 단일 시트 중에서 제1 면측(S1)에서 제2 면측(S2)을 향하여 결정화율이 점차 증가되는 배치의 유지 실링재(4)를 제공하는데 매우 적합하다. 따라서, 특수 소성 장치를 적용할 필요 없이 이 제조 방법에 종래의 소성 장치가 일반적으로 적용된다. 따라서, 설비 비용의 증가를 피할 수 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태에 있어서, 상기 바람직한 범위로 설정되는 제1 면측(S1) 및 제2 면측(S2) 상의 소성 온도로 소성 공정이 수행된다. 따라서, 제1 면측(S1)에서 제2 면측(S2)을 향하여 결정화율이 점차 증가되는 본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태의 유지 실링재(4)를 확실하게 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 그룹에 따른 유지 실링재는 그 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 포함하는 유지 실링재로서 제공되고, 촉매 담지체와 촉매 담지체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되고, 제1 면측 부위는 다공성 재료로 만들어지고 제2 면측 부위는 결정 재료로 만들어진 구조로 특징되는 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이 유지 실링재가 제공될 수도 있다.

이 배치에 따라, 높은 초기 면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 이점 이외, 뛰어난 실링 특성을 가지는 촉매 교환기용 유지 실링재를 얻을 수 있다.

여기서, 본 발명의 제2 그룹에 따른 실시 형태는 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기(1)에 유지 실링재(4)가 적용되는 경우를 예시하였다. 그렇지만,본 발명의 제2 그룹에 따른 유지 실링재(4)는 디젤 미립자 필터(DPF) 및 연료 전지 개질제 등에 이용된 촉매 교환기 등의 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기(1) 이외의 장치에 물론 적용될 수도 있다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 실시 형태에 대해 이하에 설명된다.

도 1 내지 도 3 및 도 8과 도 9를 참조하여, 본 발명의 제3 그룹에 따른 일실시 형태에 따라 자동차 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기에 대해 이하에 자세하게 설명된다.

도 3에 도시된 본 발명의 제3 그룹의 실시 형태에 따라, 이 촉매 교환기(1)는 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기와 대략 동일하고, 촉매 담지체(2), 촉매 담지체(2)의 외부 주위를 덮는 금속 외판(3) 및 부재(2)와 부재(3) 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재(4)로 구성된다.

여기서, 촉매 담지체(2) 및 금속 외판(3)에 대하여, 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기에 있어서 설명된 바와 같은 부재가 이용될 수도 있다. 따라서, 그 설명은 생략된다.

또한, 진원형 형상에 제한되지 않고, 촉매 담지체(2)의 단면 형상은 예를 들면, 타원형 또는 가늘고 긴 원형 형상으로 설정될 수도 있다.

또한, 촉매 담지체(2)에 대하여, 실시 형태에서 나타낸 벌집 형상으로 성형된 코디어라이트 담지체 이외, 예를 들면 탄화규소, 질화규소 등의 벌집 다공성 소결체가 이용될 수도 있다.

또한, 도 4에 도시된 촉매 담지체(20)에 도시된 바와 같이, 실링 부재를 갖지 않는 그들이 이용될 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유지 실링재(4)는 가늘고 긴 형상의 매트 형상 부재이고, 볼록 장착부(11)는 그 한 말단에 형성되고, 오목 장착부(12) 다른 말단에 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 촉매 담지체(2)가 휘감길 때, 볼록 장착부(11)는 오목 장착부(12)와 딱 맞물린다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 실시 형태에 따라, 주요 부재로서 이용되는 매트 형상(즉, 섬유 집합체)으로 집합된 세라믹 섬유로 유지 실링재(4)는 구성된다. 상기 세라믹 섬유에 대하여, 본 발명의 제3 그룹에 따른 실시 형태에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유(6)가 이용된다. 이 경우에 있어서, 0중량% 이상∼10중량% 미만의 범위로 물라이트 결정을 가지는 알루미나 실리카계 섬유(6)가 바람직하게 이용된다. 그 비결정 성분이 보다 작아지므로, 이러한 화학적 조성의 섬유는 뛰어난 내열성 및 압축 하중의 적용시 높은 반발력을 제공할 수 있게 한다. 따라서, 틈새에 배치된 동안 고온에 노출되어도, 발생되는 면 압력이 감소될 가능성은 비교적 낮아진다.

알루미나 실리카계 섬유(6)의 화학적 조성이 바람직하게 설정되어, 알루미나가 68∼83중량%, 실리카가 32∼17중량%로 설정된다, 특히, Al₂O₃:SiO₂=72:28이 보다 바람직하다.

알루미나가 68중량% 미만이거나, 실리카가 32중량% 초과이면, 내열성 및 압축 하중의 적용시 반발력을 충분히 향상시키는 것이 어려울 수도 있다. 또한, 알루미나가 83중량% 초과이거나, 실리카가 17중량% 미만인 경우에 있어서, 내열성 및 압축 하중의 적용시 반발력을 충분히 향상시키는 것이 어려울 수도 있다.

알루미나 실리카계 섬유(6)의 평균 섬유 직경 및 평균 섬유 길이에 대하여, 이들은 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기에 있어서 설명된 바와 같은 방식으로 바람직하게 설정된다. 따라서, 그 설명은 생략된다.

또한, 각각의 알루미나 실리카계 섬유(6)의 인장 강도는 바람직하게 0.1㎬ 이상으로 설정되고, 보다 바람직하게는 0.5㎬ 이상으로 설정된다.

여기서, 본 발명의 제3 그룹에 따른 실시 형태의 알루미나 실리카계 섬유(6)는 비원형상 단면, 즉, 이형 단면을 가지는 것이 필요하다. 이형 단면 형상의 섬유의 몇 가지 예는 도 9에 있어서 표의 우측 칸에 도시된다. 평탄형 단면 형상을 가지는 섬유의 한 예로서 대략 타원형 단면(타원형 단면의 섬유)의 섬유가 우측 칸 제1 열에 도시된다. 평탄형 단면 형상을 가지는 섬유의 한 예로서 대략 고치 형상(고치 형상 단면의 섬유)의 섬유가 우측 칸 제2 열에 도시된다. 또한, 그 내부에 공동을 가지는 중공 섬유가 우측 칸 제3 열에 도시된다.

또한, 예시된 타원형 도는 고치 형상에 제한되지 않고, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 단면 형상은 예를 들면 가늘고 긴 원형 형상, 삼각형상 또는 직사각형상으로 설정될 수도 있다.

또한, 예시된 중공 형상에 제한되지 않고, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 단면 형상은 예를 들면, 그 내부에 2개 또는 3개의 공간 등의 형상으로 설정될 수도 있다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 촉매 교환기에 있어서, 조립 공정에 앞선 유지 실링재(4)의 두께, 조립 공정 후의 유지 실링재(4)의 GBD(겉보기 비중) 및 조립 상태에 있어서 유지 실링재(4)의 초기 면 압력은 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기에 있어서 설명된 바와 같은 방식으로 바람직하게 설정된다. 따라서, 그 설명은 생략된다.

여기서, 필요에 따라, 유지 실링재(4)에 니들 펀칭 공정, 수지 함침 공정 등이 행하여질 수도 있다. 이들 공정을 적용함으로써, 두께 방향으로 유지 실링재(4)를 압축할 수 있어, 두께 방향으로 보다 얇게 할 수 있다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 촉매 교환기(1)를 제조하기 위한 공정의 순서에 대해 이하에 설명된다.

우선, 방사 원액(18)인 알루미늄염 수용액, 실리카 졸 및 유기 고분자가 혼함됨으로써 제조된다. 다시 말해, 방사 원액(18)은 무기염법을 이용하여 제조된다. 또한, 알루미나 소스로서 이용되는 알루미늄염 수용액이 방사 원액(18)에 점도를 부가하는 성분으로서 이용된다. 이러한 수용액에 대하여, 염기성 알루미늄염의 수용액이 바람직하게 선택된다. 또한, 실리카 소스로서 이용되는 실리카 졸은 섬유에 고강도를 부가하기 위한 성분으로서 이용된다. 유기 고분자는 방사 원액(18)에 섬유 연신 특성을 부가하는 성분이다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 실시 형태에 있어서, 노즐 토출시에서 바루스 비 감소제로서 또한 수용성 가소제가 방사 원액(18)에 바람직하게 첨가된다. 상기 가소제의 첨가량 하한은 바람직하게 0.1중량%로 설정되고, 그 상한은 바람직하게 10중량%로 설정된다. 특히, 그 하한은 보다 바람직하게 0.1중량%이며, 상한이 3중량%로 설정된다.

상기 첨가량이 0.1중량% 미만이면, 탄성률은 충분히 낮아지지 않아, 가소제 첨가에 의한 예상된 바루스 비 감소 효과가 얻어지지 않을 수도 있다. 대조적으로, 방사 원액(18) 중의 비세라믹 성분이 증가할 때, 10중량% 초과의 첨가량은 알루미나 실리카계 섬유(6)의 물성에 역효과를 야기하기 쉽다.

또한, 방사 원액(18)에 수용성 물질을 첨가하는 방법 이외의 방법을 이용함으로써 바루스 비는 감소될 수도 있다.

상기 가소제에 대하여, 수용성 유기 물질이 바람직하게 선택되고, 보다 구체적으로, 고점도의 글리콜에테르가 바람직하게 선택될 수도 있다. 이 타입의 유기 물질은 첨가량이 적어도, 방사 원액(18)의 탄성률을 확실하게 감소시킬 수 있게 한다. 또한, 방사 공정 후에 수행된 소결 공정의 종료까지 적용되는 가열에 의해 글리콜에테르는 완전히 소성되어 소멸된다.

여기서, 가소제로서 이용될 수 있는 글리콜에테르의 예로서 이하를 들 수 있다: 테트라에틸렌글리콜모노부틸에테르(3,6,9,12-테트라옥사헥사데칸올), 트리에틸렌글리콜모노부틸에테르(3,6,9-트리옥사트리데칸올), 디에틸렌글리콜모노부틸에테르(2-(2-부톡시에톡시)에탄올), 프로필렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르(1-메톡시-2-프로판올), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 및 아세트산 등의 혼합물이다. 상기 글리콜에테르 이외, 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜 및 글리세린 등과 같은 점성 유기 물질이 가소제로서 이용될 수도 있다. 또한, 여기 기재된 이들 유기 물질의 단 한 종류만이 방사 원액(18)에 첨가될 수도 있다. 그렇지만, 그들의 2종류 이상이 혼합되어 방사 원액(18)에 첨가될 수도 있다.

다음에, 얻어진 방사 원액(18)이 진공 하에서 농축되어, 방사 공정에 적합한 농도, 온도 및 점도를 갖게 조절된 방사 원액을 제공한다. 여기서, 대략 20중량% 농도로 설정된 방사 원액이 농축되어, 대략 30∼40중량%로 바람직하게 설정된다. 또한, 점도는 10∼1500푸아즈로 바람직하게 설정된다.

또한, 이렇게 제조된 방사 원액(18)은 도 8에 도시된 방사 장치(20)의 노즐(19)을 통하여 공기 중에 토출되어, 노즐 토출부로서 이용되는 금구(19a)의 단면 형상과 근접한 단면 형상의 전구체 섬유(6A)가 연속적으로 얻어진다. 보다 구체적으로, 도 9에 있어서 표의 우측 칸 제1 열에 도시된 타원형 단면의 섬유를 가지는 전구체 섬유(6A)가 좌측 칸 제1 열에 도시된 직사각형 단면의 금구(19a)를 이용하여 제조된다. 도 9에 있어서 표의 우측 칸 제 2열에 도시된 고치 단면 형상의 전구체 섬유(6A)가 좌측 칸 제2 열에 도시된 대략 덤벨 형상 단면의 금구(19a)를 이용하여 제조된다. 도 9에 있어서 표의 우측 칸 제 3열에 도시된 중공 단면 형상의 전구체 섬유(6A)가 좌측 칸 제3 열에 도시된 대략 C자형 형상의 금구(19a)를 이용하여 제조된다.

여기서, 도 9에 있어서 표의 우측 칸 제1 열에 도시된 타원형 단면의 섬유의 경우에 있어서, 편평률(단축과 장축의 비율) 정도는 바람직하게 1:1.1∼1:3의 범위로 설정된다. 1:3 초과의 편평률 정도의 섬유는 초기 면 두께의 감소를 야기할 수도 있다.

다음에, 금구(19a)를 통하여 이렇게 방사된 전구체 섬유(6A)는 신장되면서 연속적으로 권취된다. 이 경우에 있어서, 예를 들면, 건식 가압 방사법이 바람직하게 이용될 수도 있다.

바람직하게는, 금구(19a)에서 토출된 직후, 전구체 섬유(6A)에 건조 열풍이 분사된다. 이 경우에 있어서, 바람직하게 건조 열풍이 분사되고, 보다 바람직하게 상온 이상의 온도의 열풍이 분사된다. 이 배치에 따라, 전구체 섬유(6A)를 고효율적으로 건조할 수 있다.

도 8에 도시된 방사 장치(20)의 경우에 있어서, 건조 열풍이 유통되는 유로(17)가 노즐(19) 중에 형성된다. 노즐(19)의 금구(19a) 바로 옆의 위치에서 하방(노즐(19)과 동일 방향으로)으로 개구된 건조 공기 방출구가 유로(17)의 한 말단에 형성된다. 도시되지 않은 파이프를 통하여 공기 소스에 접속되는 유로(17)의 다른 말단이 도시되지 않았다. 따라서, 가열되고 건조된 가압 공기가 공급될 때, 전구체 섬유(6A)의 토출 방향(다시 말해, 신장 방향(A1): 도 8에 있어서 하방 방향)에 대하여 순방향으로 건조 열풍이 방출된다. 결과적으로, 토출된 후 즉시, 전구체 섬유(6A)가 열풍에 의해 건조된다. 건조 열풍의 온도는 바람직하게 30∼100℃로 설정되고, 풍속은 바람직하게 1∼50m/s로 설정된다.

다음에, 전구체 섬유(6A)가 경화되고, 세라믹(결정화된)으로 형성되는 소성 공정을 통하여 전구체 섬유는 소결되어, 알루미나 실리카계 섬유(6)를 얻는다. 여기서, 이때, 가열에 의해 가소제는 완전히 소성하여 소멸되고, 알루미나 실리카계섬유(6) 중에 거의 남지 않는다.

상기 소성 공정에 있어서, 소성 조건이 바람직하게 설정되어, 얻어진 알루미나 실리카계 섬유(6) 중에 물라이트 결정 함유량이 10중량% 이하를 갖는다. 예를 들면, 소성 공정에 있어서, 소성 온도는 바람직하게 1000∼1300℃의 범위로 설정된다. 1000℃ 미만의 소성 온도는 전구체 섬유(6A)를 완전히 건조 및 소결하지 못 하여, 유지 실링재(4)에 뛰어난 내열성 및 압축 하중의 적용시 높은 반발력을 확실하게 제공하는 것이 힘들게 된다. 대조적으로, 1300℃ 초과의 소성 온도의 경우에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유(6) 중의 물라이트 결정화는 쉽게 진행된다. 따라서, 물라이트 결정 함유량을 10중량% 이하로 감소시키는 것이 어렵게 되고, 따라서, 유지 실링재(4)에 뛰어난 내열성 및 압축 하중의 적용시 높은 반발력을 확실하게 제공하지 못 할 수도 있다.

이어서, 상기 각각의 공정을 통하여 얻어진 알루미나 실리카계 섬유(6)의 장섬유는 소정 길이로 절단되어, 일정 범위의 단섬유를 형성한다. 이후, 단섬유는 집합되고, 풀리고, 적층되고, 또는 단섬유를 수중에 분산하여 얻어진 섬유 분산 용액이 주형에 투입되어, 가압되고 건조되어 매트 형상 섬유 집합체가 얻어진다. 또한, 이 섬유 집합체를 소정 형상으로 따내어, 유지 실링재(4)를 형성한다.

다음에, 필요에 따라, 유지 실링재(4)는 유기 바인더로 함침되고, 이어서, 얻어진 유지 실링재(4)는 압축되고, 두께 방향으로 성형될 수도 있다. 이 경우에 이용된 유기 바인더에 대하여, 아크릴 고무 및 니트릴 고무 등과 같은 라텍스 등 이외, 폴리비닐알코올, 아크릴 수지 등이 이용될 수도 있다.

또한, 상기 섬유 집합체를 소정 형상으로 따내기 함으로써 얻어진 유지 실링재(4)는 촉매 담지체(2)의 외주면에 휘감기고, 유기 테이프(13)에 의해 고정된다. 이후, 바람직한 촉매 교환기(1)를 완성하기 위하여, 압입, 캔닝 또는 휘감기 고정 공정이 행해진다.

따라서, 본 발명의 제3 그룹에 따른 실시 형태에 따라, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 실시 형태의 유지 실링재(4)가 원형 형상이 아닌 이형 단면의 알루미나 실리카계 섬유(6)로 구성된다. 이 타입의 섬유는 원형 단면 형상의 섬유와 비교하여 보다 유연해진다. 다시 말해, 알루미나 실리카계 섬유(6)가 비원형 형상을 가지므로, 특정 방향으로 비교적 쉽게 굽혀지는 특성을 가진다. 이 특성은 섬유가 쉽게 파괴되지 않게 하고, 또한 장시간 동안 반발력을 유지할 수 있게 한다. 따라서, 이러한 알루미나 실리카계 섬유(6)를 이용하여 제조된 유지 실링재(4)의 경우에 있어서, 면 압력의 시간에 따른 열화의 가능성을 감소시킬수 있다. 그러므로, 촉매 담지체(2)의 유지 특성 및 배기 가스에 대한 실링 특성이 뛰어난 촉매 교환기(1)를 얻을 수 있다.

또한, 타원 단면 형상의 섬유 및 고치 형상 단면의 섬유를 이용한 유지 실링재(4)의 경우에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유(6)는 서로 쉽게 결속된다. 알루미나 실리카계 섬유(6)는 미끄러짐 및 이탈되기 어렵다.

그러므로, 면 압력의 열화를 감소할 수 있다.

또한, 그 내부에 공동이 없는 것과 비교하여 단열 특성이 뛰어나다. 따라서, 이러한 섬유를 이용한 유지 실링재(4)는 촉매 담지체(2)에서 금속 외판(3)으로 방출되는 열량을 감소시킬 수 있어, 고효율적으로 촉매 반응을 수행할 수 있다. 또한, 섬유 내부 공간에 의해 중공 섬유의 소음 및 진동은 흡수되고 감소된다. 따라서, 이를 이용한 섬유가 유지 실링재의 적용은 차음 및 방진 특성이 뛰어난 촉매 교환기(1)를 얻을 수 있게 한다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 실시 형태의 제조 방법에 따라, 방사 원액(18)은 비원형상 단면의 노즐(19)의 금구(19a)를 통하여 토출된다. 금구(19a)에서 토출된 후 즉시, 전구체 섬유(6A)는 금구(19a)의 단면 형상에 어느 정도 영향을 받은 단면 형상을 가진다. 그렇지만, 토출 후 시간이 경과함에 따라, 그 단면 형상은 전구체 섬유(6A)에 가해진 표면 장력의 영향(다시 말해, 바루스 효과(Barus' effect)를 받음)으로 원형을 가지기 쉬워, 전구체 섬유의 단면은 원형 형상을 가지게 된다. 따라서, 본 발명의 제3 그룹에 따른 실시 형태에 있어서, 건조 열풍이 토출 직후의 상태에 분사되어, 전구체 섬유(6A) 내의 그 수분을 제거함으로써 전구체 섬유(6A)는 건조되고 고화된다. 따라서, 금구(19a)에 의해 부여된 바람직한 단면 형상을 유지할 수 있어, 비원형 단면 형상의 알루미나 실리카계 섬유(6)를 비교적 쉽게 얻을 수 있다. 다시 말해, 이 제조 방법은 상기 유지 실링재(4)를 얻기 위한 바람직한 방법이다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 실시 형태의 제조 방법에 따라, 건조 열풍은 전구체 섬유(6A)의 토출 방향에 대하여, 순방향에서 전구체 섬유에 분사되어, 전구체 섬유(6A)는 건조되고 고화되고, 또한 동시에 신장된다. 또한, 이 방식으로 신장공정을 수행함으로써, 섬유 직경 및 형상을 비교적 쉽게 제어할 수 있다. 따라서, 효과적이고 쉽게 바람직한 알루미나 실리카계 섬유(6)를 제조할 수 있다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 실시 형태의 제조 방법에 따라, 수용성 가소제가 미리 방사 원액에 첨가되어, 감소된 바루스 효과로 방사 원액의 탄성률이 보다 작게 된다. 그러므로, 방사 공정시 방사 원액의 토출 거동은 안정된다. 따라서, 강한 장력으로 신장되어도, 전구체 섬유(6A)는 사 절단되기 어려워져, 섬유 단면 형상은 탄성 변형에 의해 원형이 되기 어려워진다. 또한, 상기 가소제는 수용 특성을 가져, 방사 원액 중에 균일하게 분산된다. 따라서, 바루스 비를 대략 일정치로 감소할 수 있어, 목표 섬유 직경 및 단면 형상을 비교적 쉽게 갖는 섬유를 얻을 수 있다. 그러므로, 효과적이고 쉽게 바람직한 알루미나 실리카계 섬유(6)를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 그룹은 본 발명의 제3 그룹의 유지 실링재에 따른 세라믹 섬유를 형성하는데 이용되는 세라믹 섬유용 방사 장치를 포함한다. 즉, 비원형 단면 형상의 금구를 가지는 노즐, 및 금구 부근에 형성된 열풍 방출구로 열풍이 공급되는 유로를 포함하며, 세라믹 전구체 섬유의 토출 방향에 대하여 순방향으로 정렬되어 상기 열풍 방출구를 통하여 건조 열풍을 분사하는 세라믹 섬유용 방사 장치이다.

여기서, 본 발명의 제3 그룹에 따른 실시 형태는 본 발명의 제3 그룹에 따른 유지 실링재(4)가 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기(1)에 적용되는 경우를 예시하였다. 그렇지만, 본 발명의 제3 그룹에 따른 유지 실링재(4)는 디젤 미립자 필터(DPF) 및 연료 전지 개질제에 이용된 촉매 교환기 등의 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기(1) 이외의 장치에 물론 적용될 수도 있다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 실시 형태에 대해 이하에 설명된다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 제4 그룹에 따른 실시 형태에 따라, 자동차 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기에 대해 이하에 자세하게 설명된다.

본 발명의 제4 그룹의 실시 형태에 따라 도 3에 도시된 촉매 교환기(1)는 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기와 대략 동일하고, 촉매 담지체(2), 촉매 담지체(2)의 외부 주위를 덮는 금속 외판(3) 및 부재(2)와 부재(3) 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재(4)로 구성된다.

여기서, 촉매 담지체(2) 및 금속 외판(3)에 대하여, 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기에 있어서 설명된 동일 부재가 이용될 수도 있다. 따라서, 그 설명은 생략된다.

또한, 촉매 담지체(2)에 대하여, 실시 형태에 나타난 벌집 형상으로 형성된 코디어라이트 담지체 이외, 예를 들면 탄화규소, 질화규소 등의 벌집 다공성 소결체 등이 이용될 수도 있다.

또한, 도 4에 도시된 촉매 담지체(20)에 도시된 바와 같이, 실링 부재 없이 이용될 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유지 실링재(4)는 가늘고 긴 형상의 매트 형상 부재이며, 볼록 장착부(11)는 그 한 말단에 형성되고, 오목 장착부(12)는 다른 말단에 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 촉매 담지체(2)가 휘감길 때, 볼록 장착부(11)는 오목 장착부(12)와 딱 맞물린다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 실시 형태에 따라, 유지 실링재(4)는 주성분으로서 이용되는 매트 형상(즉, 섬유 집합체)으로 집합된 세라믹 섬유로 구성된다. 상기 세라믹 섬유에 대하여, 본 발명의 제4 그룹에 따른 실시 형태에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유(6)가 이용된다. 이 경우에 있어서, 물라이트 결정 함유량이 0중량% 이상∼10중량% 이하의 범위로 설정되는 알루미나 실리카계 섬유(6)가 바람직하게 이용된다. 그 비결정 성분이 보다 작아지므로, 이러한 화학적 조성의 섬유는 뛰어난 내열성 및 압축 하중의 적용시 높은 반발력을 제공할 수 있게 한다. 따라서, 틈새에 배치될 때, 고온에 노출되어도, 발생되는 면 압력이 감소될 가능성은 낮아진다.

알루미나 실리카계 섬유(6) 중의 알루미나 함유량의 허용 범위 하한은 50중량%이고, 상한은 100중량%로 설정되며, 실리카 함유량의 허용 범위 하한은 0중량%이고, 상한은 50중량%로 설정된다. 여기서, 알루미나 함유량에 대하여, 하한은 68중량%이고, 상한은 83중량%로 바람직하게 설정되며, 실리카 함유량에 대하여, 하한은 32중량%이고, 상한은 17중량%로 바람직하게 설정된다. 보다 구체적으로, 함유량은 보다 바람직하게 Al₂O₃:SiO₂=72:28로서 설정된다.

알루미나가 68중량% 미만이거나, 실리카가 32중량% 초과이면, 내열성 및 압축 하중의 적용시 반발력을 충분히 향상시키는 것이 어려울 수도 있다. 또한, 알루미나가 83중량% 초과이거나, 실리카가 17중량% 미만이면, 내열성 및 압축 하중의 적용시 반발력을 충분히 향상시키는 것이 어려울 수도 있다.

알루미나 실리카계 섬유(6)의 평균 섬유 직경의 하한은 5㎛이며, 상한은 15㎛로 바람직하게 설정되며, 섬유 직경의 분산은 바람직하게 ±3㎛ 이내의 범위로 제한된다. 또한, 평균 섬유 직경의 하한은 7㎛이며, 상한은 12㎛로 보다 바람직하게 설정되며, 섬유 직경의 분산은 보다 바람직하게 ±2㎛ 이내의 범위로 제한된다.

5㎛ 미만의 평균 섬유 직경은 섬유 자체의 강도 저하로 충분한 면 압력을 제공하는 것이 어렵고, 또한 섬유가 호흡 기관에 의해 흡입되기 쉽다는 문제를 야기한다. 15㎛ 초과의 평균 섬유 직경의 경우에 있어서, 섬유가 매트 형상 섬유 집합체로 형성될 때, 내통기성이 감소되어, 실링 특성이 저하된다. 이 역효과 이외, 파괴 강도가 저하될 수도 있다. 이 역효과는 섬유 표면 면적의 증가로 발생한 작은 찰과상의 증가에 의해 기인된다고 간주된다. 또한, 섬유 직경의 분산이 ±3㎛ 초과하는 경우에 있어서, 섬유는 불균일하게 적층되기 쉬워, 평량의 위치 의존성이 보다 높아질 수도 있다.

알루미나 실리카계 섬유(6)의 평균 섬유 길이의 하한은 5㎜이고, 상한은 20㎜로 바람직하게 설정되고, 섬유 길이의 분산은 바람직하게 ±4㎜ 이내의 범위로 제한된다. 또한, 평균 섬유 길이의 하한은 8㎜이고, 상한은 13㎜로 보다 바람직하게는 설정되고, 섬유 길이의 분산은 보다 바람직하게 ±4㎜ 이내의 범위로 제한된다.

5㎜ 미만의 평균 섬유 길이는 호흡 기관에 의해 흡입되기 쉽다는 문제를 야기한다. 또한, 이 섬유는 섬유와 같은 특성을 더 이상 나타내지 못 하고, 섬유가 매트 형상 섬유 집합체로 형성될 때, 섬유가 바람직하게 서로 뒤얽히지 못 하여, 충분한 면 압력을 얻기 어려워진다. 20㎜ 초과의 평균 섬유 길이는 섬유가 서로 너무 강하게 뒤얽히게 하여, 섬유가 매트 형상 집합체로 형성될 때, 불균일하게 적층되기 쉬워진다. 다시 말해, 평량의 위치 의존성이 보다 커져, 면 압력치의 분산의 감소에 역효과를 야기한다. 또한, 섬유 길이의 분산이 ±4㎜ 초과이면, 섬유는 불균일하게 적층되기 쉬워, 평량의 위치 의존성이 보다 높아질 수도 있다.

유지 실링재(4) 중의 쇼트의 함유량은 바람직하게 3중량% 이하이고, 보다 바람직하게는 0중량%로 설정되고. 즉, 쇼트가 전혀 함유되지 않는다.

쇼트가 함유되면, 평량의 위치 의존성이 보다 높아져, 면 압력치의 분산의 감소를 억제하는 역효과를 야기한다.

높으면, 평량의 위치 의존성은 보다 높아져, 면 압력치의 분산의 감소에 역효과를 야기한다.

또한, 각각의 알루미나 실리카계 섬유(6)의 인장 강도는 바람직하게 0.1㎬ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.5㎬ 이상으로 설정된다. 진원형 형상 이외, 각각의 알루미나 실리카계 섬유(6)의 단면 형상은 이형 단면 형상(타원형, 가늘고 긴 원형 형상, 통상의 삼각형상 등)으로 설정될 수도 있다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 촉매 교환기에 있어서, 조립 공정에 앞선 유지 실링재(4)의 두께, 조립 공정 후의 유지 실링재(4)의 GBD(겉보기 비중) 및 조립 상태에 있어서 유지 실링재(4)의 초기 면 압력은 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기에 있어서 설명된 바와 같은 방식으로 바람직하게 설정된다. 따라서, 그 설명은 생략된다.

여기서, 유지 실링재(4)에 니들 펀칭 공정, 수지 함침 공정 등이 필요에 따라 행하여질 수도 있다. 이들 공정을 적용함으로써, 두께 방향으로 유지 실링재(4)를 압축할 수 있어, 보다 얇게 할 수 있다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 촉매 교환기(1)를 제조하기 위한 공정의 순서에 대해 이하에 설명된다.

우선, 알루미늄염 수용액, 실리카 졸 및 유기 고분자가 혼합되어 방사 원액이 제조된다. 다시 말해, 무기염법을 이용하여 방사 원액은 제조된다. 또한, 알루미나 소스로서 이용되는 알루미늄염 수용액은 방사 원액에 점도를 부가하기 위한 성분으로서 이용된다.

이러한 수용액에 대하여, 염기성 알루미늄염의 수용액이 바람직하게 선택된다. 또한, 실리카 소스로서 이용되는 실리카 졸은 섬유에 고강도를 부여하기 위한 성분으로서 이용된다. 또한, 유기 고분자는 방사 원액에 섬유 연신 특성을 부여하기 위한 성분이다.

소포제 등이 방사 원액에 첨가될 수도 있다. 여기서, 알루미늄염 및 실리카 졸의 비율을 변경함으로써, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 화학적 조성을 어느 정도까지 제어할 수 있다.

또한, 여기서 예시된 것들에 제한되지 않고, 섬유의 방사 특성 및 물성에 큰 저하를 야기하지 않는 한, 방사 원액의 조성은 바람직하게 변경될 수도 있다.

다음에, 얻어진 방사 원액을 진공 하에서 농축함으로써, 방사 원액이 제조되어, 방사 공정에 적합한 농도, 온도 및 점도 등을 갖는다. 이 경우에 있어서, 대략 20중량% 농도의 방사 원액이 대략 30∼40중량%을 갖게 바람직하게 농축된다. 또한, 그 점도는 10∼2000푸아즈로 바람직하게 설정된다.

또한, 이렇게 제조된 방사 원액이 방사 장치의 노즐을 통하여 공기 중에 토출되고, 얻어진 전구체 섬유가 신장되면서 연속적으로 권취된다. 이 경우에 있어서, 예를 들면, 건식 가압 방사법이 바람직하게 이용된다.

부가적으로, 고정 상태로 설정된 토출, 신장 및 권취 조건과 더불어, 노즐 토출구의 단면 형상 및 크기를 적당히 설정함으로써, 소폭으로 섬유 직경을 제어할 수 있다. 이 배치는 섬유 직경의 분산을 감소할 수 있게 한다.

이어서, 상기 공정을 통하여 얻어진 전구체 섬유의 장섬유는 대략 0.5∼10㎜로 설정된 길이로 절단되어, 단섬유를 형성한다. 이러한 단섬유 방사법의 이점은 섬유 길이를 소폭으로 제어함으로서 섬유 길이의 분산을 보다 작게 하는 것이고, 쇼트의 발생을 미리 피하는 것이다. 다시 말해, 얻어진 단섬유의 길이는 매우 작은 분산 폭의 절단 장치의 기계적 정밀성에 기본적으로 의존한다.

또한, 절단 장치에 대하여, 예를 들면, 길로틴(guillotine) 절단기 또는 다른 기계적 절단 장치가 장섬유를 절단하기 위해 이용될 수도 있다.

이후, 단섬유는 집합되고, 풀리고, 적층되고, 또는 단섬유를 수중에 분산하여 얻어진 섬유 분산 용액이 주형에 투입되어, 가압되고 건조되어 매트 형상 섬유 집합체가 얻어진다.

다음에, 전구체 섬유가 경화되고, 세라믹(결정화된)으로 형성되는 소성 공정을 통하여 소결되어, 알루미나 실리카계 섬유(6)를 얻는다.

상기 소성 공정에 있어서, 소성 조건이 바람직하게 설정되어, 얻어진 알루미나 실리카계 섬유(6) 중에 물라이트 결정 함유량이 10중량% 이하를 갖는다. 예를 들면, 소성 공정에 있어서, 소성 온도는 바람직하게 1000∼1300℃의 범위로 설정된다. 1000℃ 미만의 소성 온도는 전구체 섬유를 완전히 건조 및 소결하지 못 하여, 유지 실링재(4)에 뛰어난 내열성 및 압축 하중의 적용시 높은 반발력을 확실하게 제공하는 것이 힘들게 된다. 대조적으로, 1300℃ 초과의 소성 온도의 경우에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유(6) 중의 물라이트 결정화는 쉽게 진행된다. 따라서, 물라이트 결정 함유량을 10중량% 이하로 감소시키는 것이 어렵게 되고, 따라서, 유지 실링재(4)에 뛰어난 내열성 및 압축 하중의 적용시 높은 반발력을 확실하게 제공하지 못 할 수도 있다.

여기서, 전구체 섬유의 장섬유가 단섬유로 절단되고 이어서 소성되는 상기 방법 대신에, 장섬유를 단섬유로 절단하는 공정 전에 소성 공정이 미리 수행될 수도 있다.

또한, 섬유 집합체를 소정 형상으로 따내어, 유지 실링재(4)를 형성한다. 이어서, 필요에 따라, 유지 실링재(4)는 유기 바인더로 함침되고, 유지 실링재(4)는 보다 압축되고, 두께 방향으로 성형될 수도 있다. 이 경우에 이용된 유기 바인더에 대하여, 아크릴 고무 및 니트릴 고무 등과 같은 라텍스 등 이외, 폴리비닐알코올, 아크릴 수지 등이 이용될 수도 있다.

또한, 유지 실링재(4)는 촉매 담지체(2)의 외주면에 휘감기며, 유기 테이프(13)에 의해 고정된다. 이후, 이것에 압입, 캔닝 또는 휘감기 고정 공정이 행하여져, 바람직한 촉매 교환기(1)를 완성한다.

따라서, 본 발명의 제4 그룹에 따른 실시 형태에 따라, 이하의 효과가 얻어질 수 있다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 실시 형태의 유지 실링재(4)에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 섬유 직경의 분산이 ±3㎛의 범위 이내로 감소되고, 그 섬유 길이의 분산이 ±4㎜의 범위 이내로 감소되고, 쇼트의 함유량은 3중량% 이하로 설정된다. 따라서, 이들 시너지 효과로, 평량의 위치 의존성을 매우 감소시킬 수 있고, 또한, 면 압력의 분산을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 따라서, 품질이 안정한 유지 실링재(4)를 얻을 수 있다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 유지 실링재(4)에 따라, 면 압력의 분산을 감소시키는 효과 이외, 또한 면 압력치를 향상시킬 수 있다. 그러므로, 유지 실링재(4) 시트를 제조하는데 요구된 알루미나 실리카계 섬유(6)의 양을 감소시킬 수 있다. 따라서, 유지 실링재(4)의 비용을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 실시 형태의 제조 방법에 따라, 방사 공정은 무기염법을 이용하여 수행되므로, 섬유 직경을 소폭으로 제어할 수 있어, 섬유 직경의 분산을 감소시킬 수 있다. 또한, 이 방법은 장섬유를 단섬유로 절단한다. 따라서, 섬유가 블로잉 공정을 통하여 얻어지는 방법과 다르므로, 섬유 길이를 소폭으로 제어할 수 있다. 따라서, 섬유 길이의 분산을 감소시킬 수 있다. 이 효과이외, 또한 쇼트 발생을 피할 수 있다. 따라서, 이 제조 방법은 상기 유지 실링재(4)를 확실하고 쉽게 얻을 수 있게 한다.

상기 명백하게 설명된 바와 같이, 본 발명의 제4 그룹에 따른 실시 형태의 제조 방법은 상기 유지 실링재(4)를 얻기 위한 바람직한 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 유지 실링재의 제조 방법은 제4 그룹의 한 발명으로서 제조된 세라믹 단섬유를 소성하기 위한 방법을 포함할 수도 있다. 즉, 알루미늄염 수용액, 실리카 졸 및 유기 고분자를 함유하는 방사 원액이 전구체 섬유의 장섬유를 얻기 위해 노즐에서 연속적으로 토출되는 세라믹 단섬유 제조법, 단섬유를 얻기 위해 소정 길이로 상기 장섬유를 절단하기 위한 절단 공정, 및 상기 단섬유를 가열 및 소결하기 위한 소성 공정이다. 이 방법은 섬유 길이 및 섬유 직경의 분산을 감소시킬 수 있는 세라믹 단섬유의 제조 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 제4 그룹에 따른 실시 형태는 본 발명의 제4 그룹에 따른 유지 실링재(4)가 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기(1)에 적용되는 경우를 예시하였다. 그렇지만, 본 발명의 제4 그룹에 따른 유지 실링재(4)는 디젤 미립자 필터(DPF) 및 연료 전지 개질제에 이용된 촉매 교환기 등의 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기(1) 이외의 장치에 물론 적용될 수도 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 실시 형태에 대해 이하에 설명된다.

<제1 실시 형태>

도 1 내지 도 3 및 도 12를 참조하여, 본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태에 따라, 자동차 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기에 대해 이하에 자세하게 설명된다.

본 발명의 제5 그룹의 실시 형태에 따라 도 3에 도시된 촉매 교환기(1)는 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기와 대략 동일하고, 촉매 담지체(2), 촉매 담지체(2)의 외부 주위를 덮는 금속 외판(3) 및 부재(2)와 부재(3) 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재(4)로 구성된다.

여기서, 촉매 담지체(2) 및 금속 외판(3)에 대하여, 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기에 있어서 설명된 동일 부재가 이용될 수도 있다. 따라서, 그 설명은 생략된다.

또한, 촉매 담지체(2)에 대하여, 실시 형태에 나타난 벌집 형상으로 형성된 코디어라이트 담지체 이외, 예를 들면 탄화규소, 질화규소 등의 벌집 다공성 소결체 등이 이용될 수도 있다.

또한, 도 4에 도시된 촉매 담지체(20)에 도시된 바와 같이, 실링 부재 없이 이용될 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유지 실링재(4)는 가늘고 긴 형상의 매트 형상 부재이며, 볼록 장착부(11)는 그 한 말단에 형성되고, 오목 장착부(12)는 다른 말단에 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 촉매 담지체(2)가 휘감길 때, 볼록 장착부(11)는 오목 장착부(12)와 딱 맞물린다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 실시 형태에 따라, 유지 실링재(4)는 주성분으로서 이용되는 매트 형상(즉, 섬유 집합체)으로 집합된 세라믹 섬유로 구성된다. 상기 세라믹 섬유에 대하여, 본 발명의 제5 그룹에 따른 실시 형태에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유(6)가 이용된다. 이 경우에 있어서, 물라이트 결정 함유량이 0중량% 이상∼10중량% 이하의 범위인 알루미나 실리카계 섬유(6)가 바람직하게 이용된다. 그 비결정 성분이 보다 작아지므로, 이러한 화학적 조성의 섬유는 뛰어난 내열성 및 압축 하중의 적용시 높은 반발력을 제공할 수 있게 한다. 따라서, 틈새에 배치될 때, 고온에 노출되어도, 발생되는 면 압력이 감소될 가능성은 비교적 낮아진다.

바람직하게 설정되어, 알루미나가 68∼83중량%, 실리카가 32∼17중량%의 범위가 되고, 보다 바람직하게는 Al₂O₃:SiO₂=72:28로 설정된다.

알루미나가 68중량% 미만이거나, 실리카가 32중량% 초과이면, 내열성 및 압축 하중의 적용시 반발력을 충분히 향상시키는 것이 어려울 수도 있다. 또한, 알루미나가 83중량% 초과이거나, 실리카가 17중량% 미만인 경우에 있어서, 내열성 및 압축 하중의 적용시 반발력을 충분히 향상시키는 것이 어려울 수도 있다.

도 12에 대략적으로 도시된 바와 같이, 이 유지 실링재(4)를 구성하는 알루미나 실리카계 섬유(6)의 경우에 있어서, 섬유는 세라믹 접착제(7)에 의해 부분적으로 서로 접착된다. 따라서, 말하자면, 가교다리는 세라믹 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위 사이에 배치되는 구조를 제공할 수 있다. 다시 말해, 유지 실링재(4)는 분기 구조의 알루미나 실리카계 섬유(6)로 구성된다.

여기서, 유지 실링재(4)의 내부에 공동이 있다.

또한, 예시된 알루미나 실리카계 섬유(6) 대신에, 예를 들면, 결정 알루미나섬유 및 실리카 섬유 등의 다른 세라믹 섬유가 유지 실링재(4)를 형성하기 위해 이용될 수도 있다.

세라믹 접착제(7)는 세라믹 섬유를 구성하는 물질로 이루어진다. 이 특성의 상기 세라믹 접착제(7)는 섬유에 높은 친화성을 가져, 접착 부위가 고강도를 갖도록 한다. 따라서, 면 압력의 시간에 따른 열화를 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제5 그룹에 따른 실시 형태에 있어서, 주로 알루미나로 구성된 세라믹 접착제(7)가 채용된다.

또한, 세라믹 접착제(7)에 대하여, 세라믹 섬유를 구성하지 않는 물질 채용될 수도 있다. 예를 들면, 알루미나 실리카계 섬유(6)가 선택된 경우에 있어서, 지르코니아, 티타니아, 이트리아, 세리아, 칼시아, 또는 마그네시아 등으로 만들어진 세라믹 접착제(7)가 이용될 수도 있다.

세라믹 접착제(7)의 함유량의 하한은 바람직하게 1중량%이며, 그 상한은 8중량%로 설정되며, 하한은 보다 바람직하게 3중량%이며, 그 상한은 7중량%로 설정된다.

상기 함유량이 1중량% 미만이면, 섬유는 서로 고강도 접착되지 않을 수도 있다. 대조적으로, 상기 함유량이 8중량%를 초과하는 경우, 접착 강도의 문제는 해결되어도, 유지 실링재(4) 내부의 공동이 채워지기 쉬워, 바람직한 물성, 즉 유지 실링재(4)에 탄성 및 단열 특성을 제공하지 못 한다.

알루미나 실리카계 섬유(6)의 평균 섬유 직경 및 평균 섬유 길이에 대하여, 이들 요소는 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기에 설명된 바와 같은 방식으로바람직하게 설정된다. 따라서, 그 설명은 생략된다.

또한, 각각의 알루미나 실리카계 섬유(6)의 인장 강도(상대적 강약도)는 바람직하게 0.1㎬ 이상, 보다 바람직하게는 0.5㎬ 이상으로 설정된다. 도 12에 도시된 진원형 형상 이외, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 단면 형상은 이형 단면 형상(타원형, 가늘고 긴 원형 형상, 통상의 삼각형상 등)으로 설정될 수도 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 촉매 교환기에 있어서, 조립 공정에 앞선 유지 실링재(4)의 두께, 조립 공정 후의 유지 실링재(4)의 GBD(겉보기 비중) 및 조립 상태에 있어서 유지 실링재(4)의 초기 면 압력은 본 발명의 제1 그룹에 따른 촉매 교환기에 있어서 설명된 바와 같은 방식으로 바람직하게 설정된다. 따라서, 그 설명은 생략된다.

여기서, 유지 실링재(4)에 니들 펀칭 공정, 수지 함침 공정 등이 필요에 따라 행하여질 수도 있다. 이들 공정을 적용함으로써, 두께 방향으로 유지 실링재(4)를 압축할 수 있어, 보다 얇게 할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제5 그룹에 따른 촉매 교환기(1)를 제조하기 위한 공정의 순서에 대해 이하에 설명된다.

우선, 본 발명의 제5 그룹에 따른 촉매 교환기 제조 방법에 있어서 설명된 바와 같은 방식으로 방사 원액이 제조되고, 전구체 섬유의 장섬유가 형성된다.

이어서, 전구체 섬유가 전구체 섬유를 경화하는 제1 소성 공정을 수행함으로써 (결정화된)세라믹으로 형성된다. 따라서, 알루미나 실리카계 섬유(6)가 얻어진다.

상기 소성 공정에 있어서, 소성 조건이 바람직하게 설정되어, 얻어진 알루미나 실리카계 섬유(6) 중에 물라이트 결정 함유량이 10중량% 이하를 갖는다. 예를 들면, 소성 공정에 있어서 소성 온도는 바람직하게 1000∼1300℃의 범위로 설정된다. 1000℃ 미만의 소성 온도는 전구체 섬유를 완전히 건조 및 소결하지 못 하여, 유지 실링재(4)에 뛰어난 내열성 및 압축 하중의 적용시 높은 반발력을 확실하게 제공하지 못 할 수도 있다. 대조적으로, 1300℃ 초과의 소성 온도의 경우에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유(6) 중의 물라이트 결정화는 쉽게 진행된다. 따라서, 물라이트 결정 함유량을 10중량% 이하로 감소시키는 것이 어렵게 되고, 따라서, 유지 실링재(4)에 뛰어난 내열성 및 압축 하중의 적용시 높은 반발력을 확실하게 제공하는 것이 힘들게 된다.

이어서, 상기 공정을 통하여 얻어진 알루미나 실리카계 섬유(6)의 장섬유가 예를 들면 길로틴 절단기를 이용하여 소정 길이로 절단되어, 일정 범위의 단섬유를 형성한다. 이후, 단섬유는 집합되고, 풀리고, 적층되고, 또는 단섬유를 수중에 분산하여 얻어진 섬유 분산 용액이 주형에 투입되어, 가압되고 건조되어 매트 형상 섬유 집합체가 얻어진다. 또한, 이 섬유 집합체를 소정 형상으로 따내어, 유지 실링재(4)를 형성한다.

상기 성형 공정 후, 접착 공정이 수행되어, 섬유 집합체를 구성하는 상기 단섬유가 세라믹 접착제(7)에 의해 서로 접착된다. 보다 구체적으로, 이하의 공정이 수행된다.

우선, 세라믹 접착제(7)의 재료 용액이 제조되어, 집합체를 구성하는 단섬유사이에 공급된다. 다시 말해, 접착 공정의 제1 공정에 있어서, 액체 상태 물질이 집합체를 구성하는 단섬유 사이에 공급되어, 세라믹 접착제(7)로 형성되는 액체 상태 물질이 상기 집합체를 구성하는 전구체 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위에 부착되는 액체 상태 물질 공급 공정이 수행된다. 이 경우에 있어서, 상기 재료 용액에 대하여, 예를 들면, 염화알루미늄 수용액 등의 수용성 금속 용액이 바람직하게 이용된다. 여기서, 염화물 이외의 알루미늄염 수용액, 즉 알루미늄 이온을 함유하는 염화알루미늄 수용액 이외의 수용액이 이용될 수도 있다. 부가적으로, 염화지르코늄 수용액, 염화티타늄 수용액 및 염화크로뮴 수용액 등의 알루미늄 이외의 금속 양이온을 함유하는 수용액이 선택될 수도 있다.

여기서, 염화알루미늄 염기성 수용액 대신에, 예를 들면, 알루미나 실리카계 섬유의 방사 원액이 접착 공정을 수행하도록 일반적으로 이용될 수도 있다. 이 경우뿐만 아니라, 섬유 구성 물질로 만들어진 세라믹 접착제(7)가 제조될 수도 있다.

상기 수용성 금속 용액은 바람직하게 저점도로 설정되고, 보다 구체적으로, 대략 0.1∼10센티푸아즈로 설정된다. 저점도의 수용성 금속 용액은 표면 장력이 쉽게 가해져, 단섬유가 근접해서 서로 중복한 부위에 보다 양호한 접착 특성을 제공할 수 있다. 또한, 점도가 매우 높으면, 섬유 집합체의 내부에 확실하고 균일하게 용액을 들어가게 하는 것이 어렵게 된다.

섬유 집합체 중에 수용성 금속 용액의 공급량의 하한은 1중량%로 설정되고, 그 상한은 10중량%로 설정되며, 보다 바람직하게는 그 하한은 2중량%로 설정되고, 그 상한은 대략 8중량%로 설정된다. 1중량% 미만의 공급량은 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위에 불충분한 용액량으로 부착시켜, 섬유를 때때로 서로 강하게 접착하지 못 한다. 대조적으로, 10중량% 초과의 공급량은 과잉 용액으로 유지 실링재 내부의 공동을 쉽게 채워, 유지 실링재(4)에 있어서 바람직한 물성을 때때로 감소시킨다.

재료 용액을 섬유 집합체에 공급하기 위한 예는 그 내부가 용액으로 함침되도록 섬유 집합체가 용액에 침지되는 방법, 스프레이 분무화 공정을 이용하여 미스트 상태의 용액이 섬유 집합체에 공급되는 방법, 용액이 디프되어, 섬유 집합체에 공급되는 방법 등을 들 수 있다. 그 중에서, 함침 방법이 바람직하게 이용된다. 함침 방법은 재료 물질이 섬유 집합체의 내부에 확실하고 균일하게 들어갈 수 있게 한다.

함침 공정 후, 바람직하게 섬유 집합체를 가열하고 건조한다. 가열 및 건조 공정은 어느 정도까지 재료 용액 중의 과잉 수분을 제거할 수 있게 하여, 안정한 방식으로 다음 공정에 있어서, 소성 공정을 수행할 수 있다.

다음에, 건조된 섬유 집합체가 고온에서 다시 소성되고, 단섬유가 서로 인접한 부위에 접착된 재료 용액 중의 금속 성분은 소결되어 세라믹으로 형성된다. 따라서, 세라믹 접착제(7)로 만들어진 가교다리가 대응 부위에 형성되어, 단섬유는 서로 접착된다.

이후, 필요에 따라, 유지 실링재(4)는 유기 바인더로 함침되고, 유지 실링재(4)는 압축되고 두께 방향으로 성형될 수도 있다. 이 경우에 있어서, 유기 바인더에 대하여, 아크릴 고무, 니트릴 고무 등과 같은 라텍스 이외, 폴리비닐알코올, 아크릴 수지 등이 이용될 수도 있다.

다음에, 상기 섬유 집합체를 소정 형상으로 따내어, 얻어진 유지 실링재(4)는 촉매 담지체(2)의 외주면에 감싸지고, 유기 테이프(13)에 의해 고정된다. 이후, 이것에 압입, 캔닝 또는 휘감기 고정 공정이 행하여져, 바람직한 촉매 교환기(1)를 완성한다.

따라서, 본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태에 따라, 이하의 효과가 얻어진다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태에 따라, 말하자면, 세라믹 접착제(7)를 이용하여 세라믹 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위 사이에 가교다리가 배치되는 구조를 제공할 수 있어, 각각의 섬유가 미끄러짐 및 이탈되기 어려워진다.

따라서, 장시간 동안 유지 실링재(4)를 압축하는 방식으로 외부 하중이 부가되어도, 이 구조는 면 압력이 저하되기 어렵다. 또한, 유지 실링재(4)에 있어서, 단섬유는 부분적으로 서로 접착되므로, 유지 실링재(4) 내부의 공동은 완전히 채워지지 않는다. 그러므로, 유지 실링재(4)에 본질적으로 요구되는 물성(탄성, 단열 특성 등)이 유지된다. 또한, 가교다리로서 이용되는 세라믹 접착제(7)는 내열성이 뛰어나다. 따라서, 유지 실링재(4)가 이용시 대략 1000℃의 고온에 노출되어도, 접착 부위는 강도가 저하되기 어렵고, 또한, 이 이점은 면 압력의 열화를 방지할 수 있게 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태에 따라, 알루미나 실리카계섬유(6)가 선택되고, 주로 알루미나로 구성된 세라믹 접착제(7)가 또한 선택된다. 다시 말해, 세라믹 접착제(7)는 알루미나 실리카계 섬유(6)를 구성하는 물질로 이루어진다. 따라서, 이 접착제는 대응 섬유에 매우 높은 친화성을 제공하여, 접착 부위에 강도를 증가시킨다. 따라서, 이 결합은 면 압력의 시간에 따른 열화를 확실하게 방지할 수 있게 한다. 또한, 뛰어난 내열성의 알루미나 실리카계 섬유(6)의 적용은 고온에서 면 압력의 시간에 따른 열화를 감소시킬 수 있게 한다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태에 있어서, 세라믹 접착제(7)의 함유량은 상기 바람직한 범위로 설정된다. 따라서, 유지 실링재(4)에 있어서 바람직한 특성을 유지하면서, 접착 부위에 고강도를 제공할 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태에 따라, 유지 실링재(4)의 제조시, 전구체 섬유의 소성 공정 및 접착 공정이 개별로 수행된다. 보다 구체적으로, 접착 공정이 전구체 섬유의 소성 공정 후에 수행된다. 따라서, 두 공정이 동시에 수행되는 경우와 비교하여 보다 양호한 형상의 알루미나 실리카계 섬유(6)를 확실하게 제공할 수 있어, 바람직한 형상의 상기 알루미나 실리카계 섬유(6)가 확실하게 서로 접착된다. 따라서, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재(4)를 확실하고 쉽게 제조할 수 있다.

<제2 실시 형태>

본 발명의 제5 그룹에 따른 제2 실시 형태에 대해 이하에 설명된다. 여기서, 본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태와 다른 점에 대해 주로 설명된다.

이 경우에 있어서, 상기 구조의 유지 실링재(4)가 이하의 순서로 제조된다.우선, 본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태와 같은 방식으로 방사 공정이 수행되어, 재료로서 알루미나 실리카계 섬유(6)의 방사 원액을 이용함으로써, 전구체 섬유의 장섬유를 제공한다. 다음에, 장섬유가 길로틴 절단기로 절단하는 절단 공정이 수행되어, 일정 범위로 단섬유를 형성한다. 다음에, 단섬유가 집합되고, 풀리고, 적층되는 이러한 방식으로 성형 공정이 수행되고 또는 단섬유를 수중에 분산하여 얻어진 섬유 분산 용액이 주형에 투입되어, 가압되고 건조되어 매트 형상 섬유 집합체가 얻어진다. 다음에, 섬유 집합체를 구성하는 전구체 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위에 이후 세라믹 접착제(7)를 형성하는 액체 상태 물질이 부착되는 이러한 방식으로 액체 상태 물질 공급 공정이 수행된다. 다음에, 소결 공정에 있어서, 섬유 집합체가 가열되어, 전구체 섬유 및 액체 상태 물질이 동시에 소결된다. 마지막으로, 섬유 집합체에 따내기 공정 등이 행하여져 유지 실링재(4)를 제공한다.

다시 말해, 액체 상태 물질 공급 공정이 소성 공정(섬유가 세라믹으로 형성된 후) 후의 공정에서 수행되는 본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태와 대조적으로, 본 발명의 제5 그룹에 따른 제2 실시 형태는 소성 공정(비소결된 전구체 섬유의 상태로) 이전의 공정에서 이 공정을 수행한다. 이것은 제1 실시 형태와 큰 차이를 형성한다.

액체 상태 물질 공급 공정의 구체적인 실시예에 대하여, 이하의 두 방법이 기재된다.

제1 방법에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 전구체 섬유로 만들어진섬유 집합체가 수분이 높은 고습 환경 하에 배치되어, 액체 상태 물질이 거기에 공급된다. 이 경우에 있어서, 고습 환경 하에 존재하는 증기가 섬유 집합체의 내부에 확실하게 들어가고, 이어서 수분으로 응축된다. 또한, 표면 장력의 기능으로 섬유가 인접한 중복 부위에 수분이 선택적으로 부착된다. 여기서, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 전구체 섬유는 수용성이다, 따라서, 수분의 부착은 인접한 중복 부위에서 전구체 섬유의 표면을 어느 정도까지 용해시킨다. 이러한 용해로 생성된 액체 상태 물질은 알루미나 실리카계 섬유(6)와 대략 동일 조성을 가지므로, 이후, 이것은 실제로 세라믹 접착제를 형성한다. 따라서, 소성 공정이 1000∼1300℃의 범위의 온도에서 수행될 때, 전구체 섬유 및 액체 상태 물질은 동시에 소결되어 세라믹을 형성하고, 그 결과로 세라믹 접착제(7)로 만들어진 가교다리가 알루미나 실리카계 섬유(6) 사이에 형성된다. 여기서, 이 방법에 있어서, 조건(예를 들면, 증기의 양, 처리 온도, 처리 시간, 등)은 전구체 섬유를 과잉으로 용해하지 않는 수준으로 설정할 필요가 있다. 따라서, 수분이 분무화 공정 등을 통하여 직접 공급되는 경우에 있어서, 과잉 용해를 고려할 필요가 있다.

제2 방법은 알루미나 실리카계 섬유(6) 중에 함유된 동일 무기 원소를 함유하는 비수용성 액체 상태 물질이 알루미나 실리카계 섬유(6)의 전구체 섬유로 이루어진 섬유 집합체에 분사되어 대응 물질이 공급되는 것이 특징이다. 이 경우에 있어서, 분사된 비수용성 액체 상태 물질 섬유 집합체의 내부에 확실하게 들어가고, 또한, 표면 장력의 기능으로 섬유 사이가 인접한 중복 부위에 선택적으로 부착된다. 비수용성 액체 상태 물질에 대하여, 예를 들면, 시판의 비수용성 실리콘 오일등이 기재된다. 실리콘 오일은 알루미나 실리카계 섬유(6) 중에 함유된 무기 원소인 실리콘(Si)을 함유하므로, 이후, 실제로 세라믹 접착제(7)를 형성한다.

따라서, 소성 공정이 1000∼1300℃의 온도에서 수행될 때, 전구체 섬유 및 비수용성 액체 상태 물질이 동시에 소결되어 세라믹을 형성되어, 그 결과 세라믹 접착제(7)로 만들어진 가교다리가 알루미나 실리카계 섬유(6) 사이에 형성된다. 이 경우에 있어서, 세라믹 접착제(7)는 실리콘 산화물(실리카:SiO₂)이다. 여기서, 비수용성 실리콘 오일 이외, 예를 들면, 용해로 형성된 재료, 예를 들면, 오일 중의 TEOS(에틸실리케이트)가 이용될 수도 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 제2 실시 형태에 따라, 이하의 효과가 얻어질 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 제2 실시 형태의 제조 방법에 따라, 전구체 섬유의 소성 공정 및 접착 공정이 동시에 수행되다. 따라서, 이들 공정이 개별로 수행되는 본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태의 제조 방법과 비교하여, 가열 공정수를 감소시킬 수 있다. 따라서, 이에 적용되는 열 에너지를 감소시킬 수 있고, 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 따라서, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재(4)를 저비용으로 효율적으로 제조할 수 있다.

제1 방법이 채용된 경우에 있어서, 이후 세라믹 접착제(7)로 형성되는 액체 상태 물질이 인접한 중복 부위에 확실하게 부착된다. 또한, 기본적으로, 섬유 용해 물질인 상기 액체 상태 물질은 알루미나 실리카계 섬유(6)와 대략 동일 조성을가진다.

따라서, 상기 액체 상태 물질은 전구체 섬유에 대해 높은 친화성을 가지며, 고강도로 서로의 섬유를 확실하게 접착시킬 수 있게 한다. 따라서, 면 압력의 시간에 따른 열화를 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 제2 방법의 적용은 이후 세라믹 접착제(7)를 형성하는 액체 상태 물질을 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위에 확실하게 부착시킨다. 또한, 이 경우에 있어서, 이것이 수용성 특성의 알루미나 실리카계 섬유(6)의 전구체 섬유에 부착되어도, 전구체 섬유는 용해되지 않는다. 따라서, 전구체 섬유의 과잉 용해에 기인한 알루미나 실리카계 섬유(6) 자체의 강도의 저하를 걱정할 필요가 없고, 과잉 분해를 방지하기 위한 특정 조건을 주의하여 설정할 필요가 특별히 없다. 따라서, 유지 실링재(4)를 비교적 쉽게 제조할 수 있다. 또한, 상기 액체 상태 물질은 알루미나 실리카계 섬유(6) 중에 함유된 무기 원소를 함유하므로, 전구체 섬유에 대해 높은 친화성을 가져, 섬유는 고강도로 서로 확실하게 접착된다. 따라서, 면 압력의 시간에 따른 열화를 확실하게 방지할 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 제2 실시 형태의 제조 방법에 있어서, 절단 공정은 방사 공정과 성형 공정 사이에서 수행되어, 전구체 섬유의 장섬유는 소정 길이로 기계적으로 절단되어 단섬유를 얻는다. 다시 말해, 본 발명의 제5 그룹에 따른 제2 실시 형태의 제조 방법은 소성 공정 후에 절단 공정을 수행하는 본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태의 제조 방법과 소성 공정 이전에 절단 공정이 수행되는 점에서 다르다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태의 제조 방법의 경우에 있어서와 같이 전구체 섬유의 소결 공정 후에 절단 공정이 수행되는 경우에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유(6)는 절단 공정시의 충격에 의해 알루미나 실리카계 섬유(6)의 절단부에 균열과 파편을 가지기 쉽다. 이것은 일반적으로 전구체 섬유가 소결되어 세라믹을 형성할 때, 섬유는 단단해지지만 깨지기 쉽기 때문이다. 따라서, 알루미나 실리카계 섬유(6)가 불안정한 말단 형상을 가지며, 섬유의 기계적 강도가 낮아진다.

대조적으로, 전구체 섬유가 비소결되고 비교적 부드러우므로, 이들은 절단 공정시의 기계적 충격이 가해져도, 절단부에 균열 등이 발생되기 어렵다. 따라서, 이들을 소결하여 얻어진 알루미나 실리카계 섬유(6)는 안정한 말단 형상을 가지며, 기계적 강도가 뛰어나다. 따라서, 본 발명의 제5 그룹에 따른 제2 실시 형태에 따라, 초기 면 압력을 향상시킬 수 있다. 균열 등의 발생을 방지하기 위한 얻어진 특성은 어느 정도까지 면 압력의 시간에 따른 열화의 방지를 또한 실행한다고 간주된다.

또한, 본 발명의 제5 그룹에 따른 제2 실시 형태의 제조 방법에 따라, 절단 대상은 그다지 단단하지 않은 각각의 전구체 섬유이므로, 기계적 절단 장치로서 이용되는 길로틴 절단기의 칼날은 손상 및 마모되기 어렵다. 따라서, 손상된 칼날을 빈번히 교환할 필요를 제거할 수 있어, 유지비의 증가를 방지할 수 있다. 또한, 칼날을 단단하게 만들 필요가 없으므로, 일반 사용의 칼날이 적용될 수 있다. 따라서, 설비 비용의 증가를 방지할 수 있다.

부가적으로, 본 발명의 제5 그룹에 따른 제2 실시 형태에 제2 방법이 채용된 경우에 있어서, 비수용성 액체 상태 물질을 공급할 때 분무화 방법을 대신할 수 있는 방법 예를 들면, 디핑법이 채용될 수도 있다. 물론, 비수용성 액체 상태 물질을 기화시켜 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 제5 그룹에 따른 유지 실링재의 제조 방법에 있어서, 염화알루미늄 염기성 수용액 또는 알루미나 실리카계 섬유의 상기 방사 원액으로서 알루미늄 이온을 함유하는 수용액이 제공될 수도 있다.

또한, 본 발명의 제5 그룹에 따른 유지 실링재의 제조 방법에 있어서, 염화알루미늄, 염화지르코늄, 염화티타늄 및 염화크로뮴으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 수용액으로서 수용성 금속 용액이 제조될 수도 있다.

여기서, 본 발명의 제5 그룹에 따른 실시 형태는 본 발명의 제5 그룹에 따른 유지 실링재(4)가 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기에 적용되는 경우를 예시하였다. 그렇지만, 본 발명의 제5 그룹에 따른 유지 실링재(4)는 디젤 미립자 필터(DPF) 및 연료 전지 개질제에 이용된 촉매 교환기 등의 배기 가스 정화 장치에 이용된 촉매 교환기(1) 이외의 장치에 물론 적용될 수도 있다.

본 발명의 제6 그룹에 따른 실시 형태에 대해 이하에 설명된다.

본 발명의 제6 그룹에 따른 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법은 물질로서 무기염법용 알루미나 섬유 원액을 이용하여 연속 장섬유 전구체를 얻는 방사 공정, 상기 연속 장섬유 전구체를 단섬유 전구체로 절단하는 절단 공정, 이렇게 얻어진 단섬유 전구체를 이용하여 매트 형상 단섬유 전구체를 제조하는 매트 제조 공정,및 알루미나 섬유 집합체를 제조하기 위해 상기 매트 형상 단섬유 전구체를 소성하는 소성 공정으로 이루어진다.

본 발명의 제6 그룹에 따른 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법에 있어서, 방사 공정, 절단 공정 및 매트 형성 공정 후에 소성 공정이 수행되어, 제조되는 알루미나 섬유 집합체에 이용되는 알루미나 단섬유의 기계적 강도를 충분히 증가시킬 수 있고, 또한 높은 초기 면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 알루미나 섬유 집합체를 제조할 수 있다.

이것에 대한 이유가 이하와 같이 설정된다.

다시 말해, 알루미나 섬유 집합체에 이용되는 알루미나 섬유 집합체가 종래의 방법을 이용하여 제조되는 경우에 있어서, 알루미나 섬유 원액의 방사 공정을 수행하여 얻어진 연속 장섬유 전구체가 소성되어 알루미나 장섬유를 형성하고, 다음에 절단기 등의 기계적 수단을 이용하여 알루미나 장섬유가 절단되어, 알루미나 단섬유를 제공한다. 그렇지만, 이렇게 제조된 알루미나 단섬유는 그 절단면에 버어를 가지기 쉽다(도 15(b) 참조).

여기서, 도 15(a)는 본 발명의 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법으로 제조된 알루미나 섬유 집합체에 이용된 알루미나 1개의 단섬유의 절단면을 나타내는 SEM 사진이다. 도 15(b)는 종래의 방법으로 제조된 알루미나 섬유 집합체에 이용된 알루미나 1개의 단섬유의 절단면을 나타내는 SEM 사진이다.

알루미나 장섬유를 절단시, 상기 절단기 등이 알루미나 장섬유를 완전히 절단하기 전에, 알루미나 장섬유의 일부는 절단면의 부근에서 이 빠지기 쉬워, 도15(b)에 도시된 바와 같이, 얻어진 칩은 절단면에 부착하여, 알루미나 단섬유의 절단면에 버어를 야기한다.

알루미나 장섬유가 절단기 등의 기계적 수단에 의해 절단될 때, 큰 전단 응력이 절단면에 가해진다. 그렇지만, 상기 알루미나 장섬유는 어느 정도의 강도를 가지는 단단하고 깨지기 쉬운 세라믹으로 만들어지므로, 절단면에 가해진 전단 응력이 알루미나 장섬유의 일부에 칩을 야기하고, 칩이 절단면에 부착하여, 도 15(b)에 도시된 바와 같이, 버어가 발생된다고 간주된다.

또한, 알루미나 섬유 집합체에 이용되는 다수의 알루미나 단섬유는 복합 방식으로 서로 뒤얽힌다. 버어가 각각의 알루미나 단섬유의 절단면에 발생되면, 이들이 복합 방식으로 서로 뒤얽힐 때, 버어는 다른 알루미나 단섬유에 손상을 야기한다.

상기 알루미나 단섬유가 상세하게 관찰될 때, 상기 칩 및 버어에 의해 마이크로 균열이 발생되는 부분이 있고, 절단 공정시에서 섬유에 부가되는 힘에 의해 마이크로 균열이 발생되는 다른 부분이 있다.

따라서, 이들 칩, 버어, 마이크로 균열 등이 알루미나 단섬유에 충분한 기계적 강도를 제공할 수 없고, 분산이 보다 커지게 한다.

여기서, 초기 면 압력 및 알루미나 섬유 집합체의 면 압력의 시간에 따른 열화는 알루미나 섬유 집합체에 이용된 알루미나 단섬유의 기계적 강도에 의존하여 기인되고, 각각의 알루미나 단섬유가 뛰어난 기계적 강도를 가지면, 알루미나 섬유 집합체의 초기 면 압력은 충분히 높게 유지되고, 면 압력의 시간에 따른 열화가 감소된다.

그렇지만, 상술한 바와 같이, 종래의 알루미나 섬유 집합체에 있어서, 알루미나 섬유 집합체에 이용된 알루미나 단섬유의 기계적 강도는 충분히 높지 않고, 높은 분산이다. 따라서, 알루미나 섬유 집합체에 있어서 높은 초기 면 압력을 충분히 얻을 수 없고, 면 압력의 시간에 따른 열화가 비교적 보다 커지는 것으로 간주된다.

본 발명의 제6 그룹에 따른 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법에 있어서, 방사 공정에서 얻어진 연속 장섬유 전구체는 소성 공정이 행해지는 것 없이, 절단기 등에 의해 절단되어, 단섬유 전구체가 형성된다. 다시 말해, 상기 연속 장섬유 전구체가 방사 공정이 행해진 후, 신장 공정만이 행해져, 절단기 등에 의해 연속 장섬유 전구체가 절단되어도, 이것은 부드럽고, 절단면에 가해지는 전단 응력에 의해 절단면의 부근에서 칩은 발생되지 않는다(도 15(a) 참조). 또한, 절단면은 마이크로 균열되기 어렵다.

따라서, 종래의 방법에서 제조된 알루미나 섬유 집합체에 이용되는 그들 알루미나 단섬유와 비교하여, 이후 제조되는 알루미나 섬유 집합체에 이용되는 알루미나 단섬유는 충분히 높은 기계적 강도를 가지며, 보다 작은 분산을 가진다. 따라서, 본 발명에 있어서 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법으로 제조된 알루미나 섬유 집합체는 높은 초기 면 압력을 가지고, 시간에 따라 열화되기 어렵다.

본 발명의 제6 그룹에 따른 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법에 대해 이하에 자세하게 설명된다.

본 발명의 제6 그룹에 따른 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법에 있어서, 우선, 물질로서 무기염법용 알루미나 섬유 원액을 이용하여 연속 장섬유 전구체를 얻는 방사 공정이 수행된다.

방사 공정에 있어서, 우선, 무기염법용 상기 알루미나 섬유 원액이 제조된다.

상기 알루미나 섬유 원액은 무기염법을 이용하여 제조된다. 보다 구체적으로, 고강도의 알루미나 섬유를 제공할 수 있으므로, 실리카 졸을 알루미늄염 수용액에 혼합하여 바람직하게 제조된다.

상기 알루미늄염 수용액에 대하여, 예를 들면, 염기성 알루미늄염 수용액이 선택될 수도 있다. 여기서, 알루미나 소스로서 이용되는 알루미늄염 수용액은 상기 알루미나 섬유 원액에 점도를 부가하는데 이용된 성분이다. 여기서, 이 알루미나 섬유 원액에 있어서, 알루미늄염 수용액과 실리카 졸의 혼합비는 알루미나 및 실리카 당량에 대하여, 바람직하게 알루미나 40∼100중량% 및 실리카 0∼60중량%로 설정된다.

또한, 필요에 따라, 유기 고분자가 이러한 알루미나 섬유 원액에 첨가될 수도 있다. 따라서, 알루미나 섬유 원액에 섬유 연신 특성을 부가할 수 있다.

유기 고분자에 대하여, PVA(폴리비닐알코올) 등과 같은 탄소 함유 직쇄상 고분자가 이용될 수도 있다. 그렇지만, 이것 이외, 직쇄상 구조(고분자가 아님)가 없는 비교적 저분자량의 어떤 성분이 탄소를 함유하는 한 선택될 수도 있다.

다음에 얻어진 방사 원액을 진공 하에서 농축함으로써, 알루미나 섬유 원액이 제조되어, 방사 공정에 적합한 농도, 온도 및 점도를 갖는다. 이 경우에 있어서, 대략 20중량% 농도로 일반적으로 설정된 알루미나 섬유 원액이 대략 30∼40중량%까지 바람직하게 농축된다. 또한, 진공 하의 농축 후 알루미나 섬유 원액의 점도는 1∼200Pa·s(10∼2000P)로 바람직하게 설정된다.

또한, 이렇게 제조된 알루미나 섬유 원액을 건식 가압 방사법 등을 이용하여 방사 장치의 노즐을 통하여 고속 가스 플로우로 토출함으로써, 노즐 금구 형상과 유사한 단면 형상의 재료 섬유가 연속적으로 얻어진다. 방사 공정이 행하여진 재료 섬유는 신장되면서 연속적으로 권춰되어, 연속 장섬유 전구체가 얻어진다.

노즐의 개구 형상에 대하여, 이것은 특별히 제한되지 않고, 진원형 형상, 삼각형 형상, Y자형 형상 및 별 형상 등의 어떠한 바람직한 형상이 선택될 수도 있다.

방사된 상태에 있어서 상기 재료 섬유는 대략 100∼200배로 바람직하게 신장되어, 연속 장섬유 전구체로 형성된다. 따라서, 바람직한 강도의 알루미나 섬유가 제조될 수 있는 범위로 설정된다. 연속 장섬유 전구체의 단면 형상이 진원형 형상으로 설정된 경우에 있어서, 평균 섬유 직경의 하한은 3㎛이고, 상한은 25㎛로 바람직하게 설정되고, 평균 섬유 직경의 하한은 5㎛이고, 상한은 15㎛로 보다 바람직하게 설정된다.

또한, 상기 연속 장섬유 전구체에 크림프를 부가하기 위한 크림핑 공정이 바람직하게 수행된다. 다음 매트 형성 공정에서 알루미나 단섬유가 매트 형상으로 형성될 때, 이 처리는 알루미나 단섬유가 서로 바람직하게 뒤얽히게 한다.

다음에, 상기 연속 장섬유 전구체에 절단 공정이 수행되어, 단섬유 전구체가 형성된다.

이 절단 공정에 있어서, 상기 연속 장섬유 전구체는 그 하한이 바람직하게 0.1㎜이고, 보다 바람직하게는 2㎜로 설정되고, 그 상한이 바람직하게 100㎜이고, 보다 바람직하게는 50㎜로 설정되는 방식으로 절단된다.

보다 구체적으로, 다수의 연속 장섬유 전구체가 나란히 정렬되어, 직사각형 절단기 등에 의해 절단되고, 이 경우에 있어서, 절단 공정이 바람직하게 수행되어, 절단면이 평탄해진다. 각각의 단섬유 전구체의 절단면이 희망 형상을 가지면, 이후 형성되는 알루미나 단섬유의 절단면은 또한 희망 형상을 가지며, 이들 단섬유 전구체 및 알루미나 단섬유가 흡입되면, 심각한 손상이 인체에 야기될 수도 있다.

다음에, 얻어진 단섬유 전구체를 이용하여 매트 형상 공정이 수행되어, 매트 형상 단섬유 전구체가 제조된다.

이 매트 형상 공정에 있어서, 얻어진 단섬유 전구체가 집합되고, 풀리고, 적층되고, 이들은 가압되어 매트 형상 단섬유 전구체를 형성한다.

이 매트 형상 단섬유 전구체에 있어서, 상기 단섬유 전구체는 어느 정도까지 뒤얽힌다.

특별히 제한되지 않고, 상기 매트 형상 단섬유 전구체는 보통 직사각형 형상으로 설정된다.

또한, 그 크기는 알루미나 섬유 집합체의 이용 목적에 따라 적당히 결정된다.

다음에, 이 매트 형상 단섬유 전구체에 니들 펀칭 공정이 바람직하게 행하여진다. 이 니들 펀칭 공정에 있어서, 니들을 상기 매트 형상 단섬유 전구체로 찔러 넣음으로써, 상하 단섬유 전구체가 바람직하게 뒤얽혀, 높은 벌키니스(bulkiness) 및 탄성의 매트 형상 단섬유 전구체를 제공할 수 있다.

다음에, 상기 매트 형상 단섬유 전구체는 소성 공정에서 소성되어 알루미나 섬유 집합체를 제조하여, 본 발명의 제6 그룹에 따른 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법을 완성한다.

이 소성 공정에 있어서, 상기 매트 형상 단섬유 전구체는 산소 함유 분위기 중에서 10∼60분간 400∼600℃의 조건 하에서 바람직하게 가열된다(예비 가열). 매트 형상 단섬유 전구체에서 이용된 단섬유 전구체 중에 함유된 유기 성분을 소성 및 제거하도록, 이 공정은 적용된다.

다음에, 상기 예비 처리가 행하여진 매트 형상 단섬유 전구체는 하한이 1000℃, 바람직하게 1050℃로 설정되고, 상한이 1300℃, 바람직하게 1250℃로 설정된 분위기의 온도로 가열되어, 단섬유 전구체가 소결된다. 1000℃ 미만의 가열 온도는 단섬유 전구체의 소결 공정을 불충분하게 하여, 고강도의 알루미나 섬유 집합체를 얻기 힘들게 한다. 대조적으로, 1300℃ 초과의 가열 온도는 고강도의 알루미나 섬유 집합체를 제공하지 못 해, 생산성 및 경제성이 불리해진다.

이 소성 공정에 있어서, 매트 형상 단섬유 전구체에 이용된 단섬유 전구체는 소결되어 알루미나 단섬유로 형성되고, 상기 단섬유 전구체는 상기 니들 펀칭 공정 등을 통하여 복합 방식으로 뒤얽히고, 이어서, 이들 뒤얽힌 단섬유 전구체는 서로접착되도록 소성된다. 따라서, 제조된 알루미나 섬유 집합체는 뛰어난 기계적 강도를 가진다.

또한, 상기 조건으로 소성된 매트 형상 단섬유 전구체는 유기 성분이 소성 및 제거되어, 그 체적은 감소된다.

보통, 상기 알루미나 단섬유는 주로 알루미나 및 실리카로 이루어지고, 알루미나 단섬유는 0∼10중량% 이하의 물라이트 결정 함유량을 갖게 바람직하게 설정된다. 이러한 화학적 조성의 알루미나 단섬유가 작은 비결정 성분을 가지므로, 압축 하중의 적용시 뛰어난 내열성 및 높은 반발력을 가진다. 따라서, 본 발명의 제6 그룹에 따른 알루미나 섬유 집합체가 선행 기술 부분에서 설명된 바와 같이 벌집 필터(10) 등의 유지 실링재로서 이용되는 경우에 있어서, 금속 외판과 벌집 필터(10) 사이의 틈새에 배치된 상태에서 고온에 노출되어도, 발생되는 면 압력의 감소될 가능성을 줄일 수 있다.

또한, 상기 알루미나 단섬유의 섬유 인장 강도는 바람직하게 1.2㎬ 이상이고, 보다 바람직하게는 1.5㎬ 이상으로 설정된다. 또한, 알루미나 단섬유의 섬유 굽힘 강도는 바람직하게 1.0㎬ 이상이고, 보다 바람직하게는 1.5㎬ 이상으로 설정된다. 또한, 알루미나 단섬유의 파괴 인성치는 바람직하게 0.8MN/m^3/2이상이고, 보다 바람직하게는 1.3MN/m^3/2이상으로 설정된다. 이것은 섬유 인장 강도, 섬유 굽힘 강도 및 파괴 인성치가 증가할 때, 알루미나 단섬유는 장력 및 굽힘에 대해 매우 강해져, 손상되기 어려운 유연한 알루미나 단섬유를 형성하기 때문이다.

이후, 상기 알루미나 섬유 집합체는 펀칭 공정 등에 의해 도 18에 도시된 유지 실링재(30)와 대략 같은 형상의 유지 실링재로 형성된다.

유지 실링재의 크기는 이용 목적에 따라서 적당히 결정되고, 예를 들면, 도 16에 도시된 벌집 필터(10)의 외부 주위에 감싸지는 유지 실링재로서 이용될 때, 유지 실링재의 두께는 벌집 필터의 외부 직경과 벌집 필터(10)를 수용하는 금속 외판의 내부 직경 사이 틈새의 대략 1.1∼4배로 바람직하게 설정되고, 보다 바람직하게는 틈새의 대략 1.5∼3배로 설정된다.

상기 틈새의 1.1배 미만의 유지 실링재의 두께는 벌집 필터(10)가 금속 외판에 수용될 때, 벌집 필터(10)에 높은 유지 특성을 제공하지 못 하여, 금속 외판에 대해 벌집 필터(10)의 이탈 및 반발의 가능성을 야기한다. 높은 실링 특성을 제공하지 못 하므로, 배기 가스의 누설이 틈새 부분에서 발생하기 쉬워, 배기 가스에 대한 불충분한 정화 특성을 야기한다. 대조적으로, 유지 실링재의 두께가 상기 틈새의 4.0배 초과이면, 특히, 금속 외판 내에 벌집 필터(10)를 배치하기 위해 압입 방식이 채용될 때, 금속 외판 내에 벌집 필터(10)를 배치하는 것이 어렵게 된다.

또한, 유지 실링재가 금속 외판 내에 수용된 후, 그 겉보기 비중의 하한은 바람직하게 0.1g/㎤로 설정되고, 그 상한은 바람직하게 0.3g/㎤로 설정되고, 보다 바람직하게는 상기 겉보기 비중의 하한은 0.1g/㎤로 설정되고, 그 상한은 보다 바람직하게 0.25g/㎤로 설정된다. 0.1g/㎤ 미만의 겉보기 비중은 유지 실링재의 충분히 높은 초기 면 압력을 제공하지 못 하고, 대조적으로, 0.3g/㎤ 초과의 겉보기 비중은 재료로서 이용되는 알루미나 단섬유의 양을 증가시켜, 높은 제조 비용을 야기한다.

또한, 필요에 따라, 상기 유지 실링재에 니들 펀칭 공정이 행하여질 수도 있고, 유지 실링재는 유기 바인더 중에 함침 공정이 행하여진 후, 유지 실링재의 두께 방향으로 보다 압축되고 및 성형될 수도 있다. 이 공정의 적용은 두께 방향으로 유지 실링재를 압축할 수 있어, 보다 얇게 한다.

상기 유기 바인더에 대하여, 아크릴 고무 및 니트릴 고무 등과 같은 라텍스 등 이외, PVA 및 아크릴 수지가 이용될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 제6 그룹에 따른 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법에 있어서, 알루미나 섬유 원액이 방사 공정에 이용되고, 신장되어 연속 장섬유 전구체를 형성하고, 이어서, 얻어진 연속 장섬유 전구체는 단섬유 전구체로 절단된다. 다음에, 이들은 매트 전구체로 형성되어 이들 매트 전구체를 소결하여 알루미나 섬유 집합체가 제조된다.

본 발명의 제6 그룹에 따른 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법에 따라, 상기 단섬유 전구체의 절단면은 칩, 버어 및 마이크로 균열의 발생이 없고, 이것에 소결 공정이 행하여져, 기계적 강도가 뛰어난 알루미나 단섬유를 제조할 수 있다.

다시 말해, 알루미나 섬유 집합체에 이용되는 알루미나 단섬유는 뛰어난 기계적 강도를 가져, 충분히 높은 초기 면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 알루미나 섬유 집합체를 제공할 수 있다.

상기 실시 형태의 보다 구체적인 실시예 및 그 비교예에 대해 이하에 설명된다. 그렇지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 실시예 및 비교예에 대해 이하에 설명된다.

(실시예 1)

실시예 1에 있어서, 우선, 염화알루미늄 염기성 수용액(23.5중량%), 실리카 졸(20중량%, 실리카 입자 크기 15㎚) 및 섬유 연신 특성 부여제인 폴리비닐알코올(10중량%)이 혼합되어 방사 원액이 제조되었다. 다음에, 얻어진 방사 원액은 증발기를 이용하여 50℃의 진공 하에서 농축되어, 38중량%의 농도 및 1500푸아즈 점도의 방사 원액을 제조하였다.

제조 후, 방사 원액은 방사 장치의 노즐(진원형 형상의 단면을 가짐)을 통하여 공기 중에 연속적으로 토출되고, 이렇게 얻어진 전구체 섬유는 신장되면서 권취되었다.

다음에, 질소 분위기 중에서 표준압으로 유지되는 전기로 내에서 30분간 250℃에서 상기 전구체 섬유에 가열 공정(예비 처리)이 행하여진 후, 같은 방식으로 질소 분위기 중에서 표준압으로 유지되는 전기로 내에서 10분간 1250℃에서 이들이 소결되었다.

그 결과, 알루미나 실리카 중량비 72:28, 평균 섬유 크기 10.5㎛ 및 잔류 탄소량 5중량%(표 1 참조)의 진원형 형상 알루미나 실리카계 섬유(6)가 얻어졌다. 알루미나 실리카계 섬유(6)의 기계적 강도가 공지의 방법으로 측정될 때, 섬유 인장 강도는 2.0㎬이고, 섬유 굽힘 강도는 1.8㎬이고, 파괴 인성은 1.5MN/m^3/2이었다. 다시 말해, 실시 형태 1의 알루미나 실리카계 섬유(6)는 뛰어난 기계적 강도를 가졌다.

얻어진 알루미나 실리카계 섬유(6)가 육안으로 관찰되면, 그 직경 및 단면 형상은 균일하게 설정되고, 품질이 뛰어난 안정성을 가진다고 말할 수 있다. 또한, 알루미나 실리카계 섬유(6)는 이전에 없는 새로운 특징인 흑색(소위 탄소 흑색)을 가졌다.

다음에, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 장섬유는 길이 5㎜로 절단되어, 단섬유를 제공하였다. 이후, 이들 단섬유는 물에 분산되고, 얻어진 섬유 분산 용액은 주형에 투입되고, 가압되고 건조되어, 매트 형상 섬유 집합체가 얻어졌다. 이어서, 시료는 이 섬유 집합체로부터 형성되고, 면 압력에 대하여, 측정 시험이 이하의 방식으로 수행되었다.

우선, 섬유 집합체를 각 변 25㎜의 사각형으로 따내어, 면 압력 측정용 시료를 제조하고, 이것은 특수 지그(jig) 사이에 개재되어, 겉보기 비중(GBD) 0.30g/㎤을 갖게 조절되었다. 이 상태의 면 압력 측정용 시료는 1000℃에서 대기 중에서 유지되고, 면 압력은 1시간 후, 10시간 후 및 100시간 후에 측정되었다. 여기서, 개재되지 않은 상태에 있어서 가열 없이 측정된 면 압력은 "초기 면 압력"으로서 정의되고, 100시간 후의 면 압력은 "내구성 시험 후의 면 압력"으로서 정의되었다. 또한, 식 (내구성 시험 후의 면 압력/초기 면 압력) ×100(%)가 계산되고, 면 압력의 시간에 따른 열화로서 정의되었다. 표 1은 이들 시험의 결과를 나타낸다.

시험의 결과에 대하여, 실시예 1의 시료에 있어서, 초기 면 압력 및 내구성 시험 후의 면 압력의 모두 100㎪을 초과하고, 면 압력의 시간 속도에 따른 열화는50% 이내로 유지되었고, 이것은 비교적 낮은 수준이었다. 여기서, 100시간 후에 얻어진 시료가 관찰될 때, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 특성이 특별히 변화되지 않고, 여전히 흑색을 유지하고 있는 것이 밝혀졌다. 또한, 잔류 탄소량은 5중량%가 유지되었다.

또한, 상기 매트 형상 섬유 집합체를 소정 형상으로 따내어, 실제로 유지 실링재(4)를 형성하고, 이것이 촉매 담지체(2)에 감싸지고, 얻어진 부재(2)는 금속 외판(3) 내에 압입되었다.

촉매 담지체(2)에 대하여, 외부 직경 130㎜φ 및 길이 100㎜의 코디어라이트 모노리스가 이용되었다. 금속 외판(3)에 대하여, 두께 1.5㎜, 내부 직경 140㎜φ의 O자형 형상 단면의 SUS304로 만들어진 실린더 부재가 이용되었다. 이 방식으로 조립된 촉매 교환기(1)는 실제로 3리터의 가솔린 엔진에 장착되어, 연속 주행 시험이 행하여졌다. 그 결과, 주행시, 촉매 담지체(2)의 반발 또는 소음의 어느 것도 발생하지 않아, 초기 면 압력이 향상되고, 면 압력의 시간에 따른 열화가 확실하게 방지된 것이 확인되었다. 또한, 뛰어난 내풍식 특성을 제공할 수 있었다.

(실시예 2, 실시예 3)

실시예 2, 3에 있어서, 소성 온도 및 소성 시간이 표 1에 나타낸 바와 같이 변경된 것을 제외하고, 기본적으로 실시예 1과 같은 순서로 각각 제조되었다. 그 결과, 기계적 강도가 뛰어난 알루미나 실리카계 섬유(6)를 얻을 수 있었다.

또한, 면 압력 측정용 시료가 형성될 때, 초기 면 압력, 내구성 시험 후의 면 압력 및 면 압력의 시간 속도에 따른 열화가 이들에 대해 측정되어, 실시예 1과같은 방식으로 바람직한 결과가 얻어졌다(표 1 참조).

물론, 색 및 잔류 탄소량에 대해 어떠한 변화도 관찰되지 않았다.

또한, 유지 실링재(4)가 형성되어, 촉매 교환기(1)를 제조하고, 이것을 장착하여 연속 주행 시험이 수행되었다. 그 결과, 주행시, 촉매 담지체(2)의 반발 또는 소음의 어느 것도 발생하지 않아, 초기 면 압력이 향상되고, 면 압력의 시간에 따른 열화가 확실하게 방지된 것이 확인되었다.

(비교예 1)

비교예 1에 있어서, 실시예 1과 같은 조성의 방사 원액을 이용하여 방사 공정이 수행되어, 전구체 섬유가 형성되었다. 다음에, 산소(대기)를 함유하는 활성 분위기 중에서 표준압으로 유지되는 전기로 내에서 30분간 250℃에서 상기 전구체 섬유에 가열 공정(예비 처리)이 행하여진 후, 같은 방식으로 동일 활성 분위기(대기) 중에서 표준압으로 유지되는 전기로 내에서 10분간 1250℃에서 이들이 소결되었다.

그 결과, 알루미나 실리카 중량비 72:28, 평균 섬유 직경 10.2㎛ 및 잔류 탄소량 0중량%(표 1 참조)를 가지는 투명한 백색의 진원형 형상 알루미나 실리카계 섬유(6)가 얻어졌다. 실시예 1∼3의 대략 절반 값을 표시하는 이 알루미나 실리카계 섬유(6)의 기계적 강도가 표 1에 보인다. 다시 말해, 비교예의 알루미나 실리카계 섬유(6)는 실시예 1∼3에서 얻어진 것보다 명백히 뒤떨어졌다.

또한, 면 압력 측정용 시료가 제조되어, 초기 면 압력, 내구성 시험 후의 면 압력 및 면 압력의 시간 속도에 따른 열화가 측정되어, 이들 값은 실시예 1∼3의것보다 명백히 뒤떨어진 것이 확인되었다(표 1 참조).

(표 1)

다음에, 본 발명의 제2 그룹에 따른 실시예 및 비교예에 대해 이하에 설명된다.

(실시예 4)

실시예 4에 있어서, 우선, 전구체 섬유의 장섬유가 실시예 1과 같은 방식으로 제조되었다.

다음에, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 장섬유는 길이 5㎜로 절단되어, 단섬유를 제공하였다. 이후, 이들 단섬유는 물에 분산되고, 얻어진 섬유 분산 용액은 주형에 투입되고, 가압되고 건조되어, 매트 형상 섬유 집합체(M1)가 얻어졌다.

상기 적층 공정 후의 소성 공정에 있어서, 대기 중에서 표준압으로 유지되는 전기로(21) 내에서 30분간 250℃에서 상기 섬유 집합체(M1)에 가열 공정(예비 처리)이 행하여진 후, 같은 방식으로 대기 중에서 표준압으로 유지되는 전기로(21) 내에서 10분간 1250℃에서 이들이 소결되었다.

실시예 4에 있어서, 상부 전기 히터(24)의 온도는 보다 높게 설정되어, 제1 면측(S1)의 표면 온도는 소성 시간에서 1250℃로 설정되고, 반면에, 하부 전기 히터(25)의 온도는 보다 낮게 설정되어, 제2 면측(S2)의 표면 온도는 1000℃로 설정된다. 다시 말해, 250℃의 소성 온도 차이로 설정된다. 소성 시간은 30분으로 설정되었다.

이렇게 얻어진 섬유 집합체(M1)의 제1 면측(S1)의 표면층 부위 및 제2 면측(S2)의 표면층 부위의 알루미나 실리카계 섬유(6)가 각각 시료로 만들어져, 이들 섬유는 몇 가지 점에 대하여 조사되었다. 표 2는 시험 결과를 나타낸다.

알루미나 실리카계 섬유(6)의 결정화율에 대하여, 제1 면측(S1)의 표면층 부위의 결정화율은 제2 면측(S2)의 표면층 부위의 것보다 명백히 보다 작았다.

대조적으로, 섬유 인장 강도, 섬유 굽힘 강도, 탄성률 및 알루미나 실리카계 섬유(6)의 신장률에 대하여, 제1 면측(S1)의 표면층 부위의 이들 요소는 제2 면측(S2)의 표면층 부위의 것보다 명백히 보다 컸다.

여기서, 알루미나 실리카의 중량비가 72:28이고, 평균 섬유 직경이 10.5㎛이고, 섬유의 단면 형상이 진원형 형상이었다.

매트 형상 섬유 집합체(M1)를 각 변 25㎜의 사각형으로 따내어, 면 압력 측정용 시료를 제조하고, 이것은 특수 지그(jig) 사이에 개재되어, 겉보기 비중(GBD) 0.30g/㎤을 갖게 조절되었다. 이 상태의 면 압력 측정용 시료는 1000℃에서 대기 중에서 유지되고, 면 압력은 각각 1시간 후, 10시간 후 및 100시간 후에 측정되었다. 여기서, 1시간 후에 얻어진 면 압력은 "초기 면 압력"으로서 정의되고, 100시간 후의 면 압력은 "내구성 시험 후의 면 압력"으로서 정의되었다. 또한, 식 (내구성 시험 후의 면 압력/초기 면 압력) ×100(%)가 계산되고, 면 압력의 시간에 따른 열화로서 정의되었다. 이들 시험의 결과는 도 6의 그래프로 도시된다.

시험의 결과에 따라, 실시예 4의 시료에 있어서, 초기 면 압력 및 내구성 시험 후의 면 압력의 모두 100㎪을 초과하고, 면 압력의 시간 속도에 따른 열화는 비교적 낮은 수준으로 유지되었다.

촉매 교환기(1)는 매트 형상 섬유 집합체(M1)를 이용하여 실시예 1과 같이 조립되고, 이것은 3리터의 가솔린 엔진에 장착되어, 연속 주행 시험이 행하여졌다.그 결과, 주행시, 촉매 담지체(2)의 반발 또는 소음의 어느 것도 발생하지 않아, 초기 면 압력이 향상되고, 면 압력의 시간에 따른 열화가 확실하게 방지된 것이 확인되었다. 또한, 배기 가스의 누설은 전혀 발견되지 않아, 뛰어난 실링 특성이 뛰어난 내풍식 특성과 더불어 얻어졌다.

(비교예 2)

비교예 2에 있어서, 소성 온도에 있어서 어떤 차이의 설정 없이, 같은 방식으로 30분간 1250℃에서 소성 공정이 수행되었다. 이점을 제외하고, 섬유 집합체(M1)는 기본적으로 실시예와 같은 조건 하에서 형성되었다.

비교예 2에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 물성(결정화율, 섬유 인장 강도, 섬유 굽힘 강도, 탄성률 및 신장률)은 실시예의 제2 면측(S2)의 표면층 부위에 위치한 알루미나 실리카계 섬유(6)의 것과 대략 동일하였다. 다시 말해, 부위에 의존하는 결정화율 등의 구체적인 차이가 없었다.

또한, 면 압력 측정용 시료가 실시예와 같은 방식으로 제조되어, 초기 면 압력, 내구성 시험 후의 표면 압력 및 면 압력의 시간에 따른 열화에 대하여 이들에 측정이 수행되었다. 도 6의 그래프에서 도시된 바와 같이, 비교예 2의 시료가 실시예 4의 것보다 명백히 뒤떨어졌다.

(표 2)

다음에, 본 발명의 제3 그룹에 따른 실시예 및 비교예에 대해 이하에 설명된다.

(실시예 5)

유지 실링재(4)의 면 압력 평가용 시료가 이하의 방식으로 형성되었다.

우선, 염화알루미늄 염기성 수용액(23.5중량%), 실리카 졸(20중량%, 실리카 입자 크기 15㎚), 폴리비닐알코올(10중량%) 및 테트라에틸렌글리콜모노부틸에테르(1중량%)가 혼합되어 방사 원액(18)이 제조된다. 다음에, 얻어진 방사 원액(18)은 증발기를 이용하여 50℃의 진공 하에서 농축되어, 38중량%의 농도 및 1000푸아즈 점도의 방사 원액(18)을 제조하였다.

제조 후, 방사 원액(18)은 도 8의 방사 장치(20)에 공급되고, 노즐(19)의 금구(19a)의 형상은 도 9의 표에 있어서 좌측 칸 제1 열에 도시된 바와 같이, 직사각형 형상(장변:500㎛, 단변:50㎛)으로 설정되었다. 방사 공정동안 50℃의 10m/s의 건조 열풍이 건조 공기 방출구에서 연속적으로 방출되었다.

이어서, 방사 원액(18)은 금구(19a)를 통하여 공기 중에 연속적으로 토출되어, 전구체 섬유(6A)가 형성되고, 이렇게 형성된 전구체 섬유(6A)는 신장되면서 권취되었다. 이 때에, 건조 열풍이 그 토출 방향의 순방향에서 전구체 섬유(6A)에 분사되어, 건조 공정과 신장 공정이 동시에 수행되었다.

다음에, 공기 분위기 중에서 유지되는 전기로 내에서 30분간 250℃에서 상기 전구체 섬유(6A)에 가열 공정(예비 처리)이 행하여진 후, 같은 방식으로 전기로 내에서 10분간 1250℃에서 이들이 소결되었다.

그 결과, 도 9의 표에 있어서 우측 칸 제1 열 및 도 10에 나타난 바와 같이, 실시예 5에 따른 타원형 형상의 알루미나 실리카계 섬유(6)(평균 장축:15㎛, 평균 단축:10㎛)가 얻어졌다. 알루미나 실리카계 섬유(6)는 대략 8중량%의 물라이트 결정 함유량 및 알루미나 실리카 중량비 72:28을 가졌다. 여기서, 유기 물질이 알루미나 실리카계 섬유(6)의 성분 중에 거의 함유되지 않았다. 또한, 도 10은 실시예 5에 따른 알루미나 실리카계 섬유(6)의 단면을 표시하는 SEM 사진을 나타낸다.

다음에, 알루미나 실리카계 섬유(6)의 장섬유는 5㎜의 길이로 절단되어, 단섬유를 제공하였다. 이후, 이들 단섬유는 물에 분산되고, 얻어진 섬유 분산 용액은 주형에 투입되고, 가압되고 건조되어, 20㎜ 두께의 매트 형상 섬유 집합체가 얻어졌다. 이어서, 이것을 각 변 25㎜의 사각형으로 따내어, 실시예 5의 면 압력 평가용 시료를 제조하였다.

면 압력 평가 시험에 있어서, 상기 시료는 압축 지그를 이용하여 3㎜ 두께로 압축되고, 이 공정은 5회 반복되었다. 이 경우에 있어서, 제1 압축시에서의 면 압력치와 제5 압축시에서의 면 압력치가 측정되고, 측정 결과에 기초하여, 면 압력의시간에 따른 열화 정도의 지수를 형성하는 잔류 면 압력(%)의 비율이 밝혀졌다. 이 결과는 표 3에 나타난 바와 같이 95%였다.

이 섬유 집합체가 소정 형상으로 따내어져, 유지 실링재(4)로 형성된 후, 이것이 촉매 담지체(2)에 감싸지고, 얻어진 부재(2)는 금속 외판(3) 내에 압입되었다. 촉매 담지체(2)에 대하여, 외부 직경 130㎜φ 및 길이 100㎜의 코디어라이트 모노리스가 이용되었다. 금속 외판(3)에 대하여, 두께 1.5㎜, 내부 직경 140㎜φ의 O자형 형상 단면의 SUS304로 만들어진 실린더 부재가 이용되었다. 이 방식으로 조립된 촉매 교환기(1)는 실제로 3리터의 가솔린 엔진에 장착되어, 연속 주행 시험이 행하여졌다. 그 결과, 주행시, 상당한 장시간의 경과 후에도, 촉매 담지체(2)의 반발 또는 소음의 어느 것도 발생하지 않아, 면 압력의 시간에 따른 열화 정도가 감소된 것이 확인되었다.

(실시예 6)

실시예 6에 있어서, 금구(19a)의 형상이 변경된 것을 제외하고, 실시예 5와 같은 순서로 기본적으로 수행되었다. 그 결과, 실시예 6에 따른 타원형 형상의 알루미나 실리카계 섬유(6)(평균 장축:30㎛, 평균 단축:10㎛)가 얻어졌다. 알루미나 실리카계 섬유(6)는 대략 8중량%의 물라이트 결정 함유량 및 알루미나 실리카 중량비 72:28을 가졌다. 여기서, 유기 물질이 알루미나 실리카계 섬유(6)의 성분 중에 거의 함유되지 않았다.

다음에, 매트 형상 섬유 집합체를 각 변 25㎜의 사각형으로 따내어, 실시예 6의 면 압력 평가용 시료를 제조하고, 이것에 실시예 1과 같은 방식으로 면 압력평가 시험이 행하여졌다. 그 결과, 실시예 6에 있어서, 94.0%의 잔류 비율이 얻어졌다(표 3 참조).

또한, 유지 실링재(4)가 제조되고, 촉매 교환기(1)가 조립되어, 이어서, 실제로 3리터의 가솔린 엔진에 장착되어, 연속 주행 시험이 행하여졌다. 그 결과, 주행시, 상당한 장시간의 경과 후에도, 촉매 담지체(2)의 반발 또는 소음의 어느 것도 발생하지 않아, 면 압력의 시간에 따른 열화 정도가 감소된 것이 확인되었다.

(실시예 7)

실시예 7에 있어서, 금구(19a)의 형상이 도 9의 표에 있어서 좌측 칸 제2 열에 도시된 바와 같은 크기의 대략 덤벨 형상으로 형성된 것을 제외하고, 실시예 5와 같은 순서로 기본적으로 수행되었다. 그 결과, 도 9의 표에 있어서 우측 칸 제2 열 및 도 11에서 나타난 바와 같이, 실시예 7에 따른 고치 형상 단면 또는 대략 땅콩 형상 단면의 알루미나 실리카계 섬유(6)(평균 폭:20㎛, 평균 중심 두께:5㎛, 평균 가장자리 부위 두께:10㎛)가 얻어졌다. 이 알루미나 실리카계 섬유(6)는 대략 8중량%의 물라이트 결정 함유량 및 알루미나 실리카 중량비 72:28을 가졌다. 여기서, 유기 물질이 알루미나 실리카계 섬유(6)의 성분 중에 거의 함유되지 않았다. 또한, 도 11은 실시예 7에 따른 알루미나 실리카계 섬유의 단면을 나타내는 SEM 사진이다.

다음에, 매트 형상 섬유 집합체를 각 변 25㎜의 사각형으로 따내어, 실시예 7의 면 압력 평가용 시료를 제조하고, 이것에 실시예 5와 같은 방식으로 면 압력 평가 시험이 행하여졌다. 그 결과, 실시예 7에 있어서, 89.9%의 잔류 비율이 얻어졌다(표 3 참조).

또한, 유지 실링재(4)가 제조되고, 촉매 교환기(1)가 조립되어, 이어서, 실제로 3리터의 가솔린 엔진에 장착되어, 연속 주행 시험이 행하여졌다. 그 결과, 주행시, 상당한 장시간의 경과 후에도, 촉매 담지체(2)의 반발 또는 소음의 어느 것도 발생하지 않아, 면 압력의 시간에 따른 열화 정도가 감소된 것이 확인되었다.

(실시예 8)

실시예 8에 있어서, 금구(19a)의 형상이 도 9의 표에 있어서 좌측 칸 제3 열에 도시된 바와 같은 크기의 대략 C자형 형상으로 형성된 것을 제외하고, 실시예 5와 같은 순서로 기본적으로 수행되었다. 그 결과, 도 9의 표에 있어서 우측 칸 제3 열에 도시된 바와 같이, 실시예 8에 따른 중공 단면 형상의 알루미나 실리카계 섬유(6)(외부 직경:20㎛, 내부 직경:10㎛)가 얻어졌다. 이 알루미나 실리카계 섬유(6)는 대략 8중량%의 물라이트 결정 함유량 및 알루미나 실리카 중량비 72:28을 가졌다. 여기서, 유기 물질이 알루미나 실리카계 섬유(6)의 성분 중에 거의 함유되지 않았다.

다음에, 매트 형상 섬유 집합체를 각 변 25㎜의 사각형으로 따내어, 실시예 8의 면 압력 평가용 시료를 제조하고, 이것에 실시예 1과 같은 방식으로 면 압력 평가 시험이 행하여졌다. 그 결과, 실시예 8에 있어서, 94.6%의 잔류 비율이 얻어졌다(표 3 참조).

또한, 유지 실링재(4)가 제조되고, 촉매 교환기(1)가 조립되어, 이어서, 실제로 3리터의 가솔린 엔진에 장착되어, 연속 주행 시험이 행하여졌다. 그 결과,주행시, 상당한 장시간의 경과 후에도, 촉매 담지체(2)의 반발 또는 소음의 어느 것도 발생하지 않아, 면 압력의 시간에 따른 열화 정도가 감소된 것이 확인되었다.

(시험예 1)

시험예 1에 있어서, 금구(19a) 형상이 변경된 것을 제외하고, 실시예 5와 같은 순서로 기본적으로 수행되었다. 그 결과, 실시예 1에 따른 타원 단면 형상(평균 장축:35㎛, 평균 단축:10㎛)의 알루미나 실리카계 섬유(6)가 얻어졌다. 이 알루미나 실리카계 섬유(6)는 대략 8중량%의 물라이트 결정 함유량 및 알루미나 실리카 중량비 72:28을 가졌다. 여기서, 유기 물질이 알루미나 실리카계 섬유(6)의 성분 중에 거의 함유되지 않았다.

다음에, 매트 형상 섬유 집합체를 각 변 25㎜의 사각형으로 따내어, 시험예 1의 면 압력 평가용 시료를 제조하고, 이것에 실시예 1과 같은 방식으로 면 압력 평가 시험이 행하여졌다. 그 결과, 시험예 1에 있어서, 92.0%의 잔류 비율이 얻어졌다(표 3 참조).

그렇지만, 각각의 실시예와 비교하여, 그 초기 표면 압력은 보다 낮다는 것이 밝혀졌다.

(비교예 3)

비교예 3에 있어서, 금구(19a)의 형상이 도 9의 표에 있어서 좌측 칸 제4 열에 도시된 바와 같은 0.2㎜ 직경의 진원형 형상으로 형성된 것을 제외하고, 실시예 5와 같은 순서로 기본적으로 수행되었다. 그 결과, 도 9의 표에 있어서 우측 칸 제4 열에 도시된 바와 같이, 비교예 3에 따른 진원형 단면 형상(외부 직경:10㎛)의알루미나 실리카계 섬유(6)가 얻어졌다. 이 비교예 3에 따른 진원형 단면 형상의 알루미나 실리카계 섬유(6)는 대략 8중량%의 물라이트 결정 함유량 및 알루미나 실리카 중량비 72:28을 가졌다. 여기서, 유기 물질이 알루미나 실리카계 섬유(6)의 성분 중에 거의 함유되지 않았다.

다음에, 매트 형상 섬유 집합체를 각 변 25㎜의 사각형으로 따내어, 비교예 3의 면 압력 평가용 시료를 제조하고, 이것에 실시예 5와 같은 방식으로 면 압력 평가 시험이 행하여졌다. 그 결과, 비교예 3에 있어서, 각각의 실시예보다 명백히 뒤떨어지는 85.0%의 잔류 비율이 얻어졌다(표 3 참조).

그러므로, 각각의 실시예와 비교하여, 면 압력의 시간에 따른 열화 정도가 보다 크다는 것이 밝혀졌다.

(표 3)

본 발명의 제4 그룹에 따른 실시예 및 비교예에 대해 이하에 설명된다.

(실시예 9)

실시예 9에 있어서, 유지 실링재(4)의 면 압력 평가용 시료가 이하의 방식으로 제조되었다.

우선, 염화알루미늄 염기성 수용액(23.5중량%), 실리카 졸(20중량%, 실리카 입자 크기 15㎚) 및 폴리비닐알코올(10중량%) 및 소포제(n-옥탄올)가 혼합되어 방사 원액이 제조되었다. 다음에, 얻어진 방사 원액은 증발기를 이용하여 50℃의 진공 하에서 농축되어, 38중량%의 농도 및 1000∼2000푸아즈 점도의 방사 원액을 제조하였다.

이렇게 제조된 방사 원액은 방사 장치의 노즐을 통하여 공기 중에 연속적으로 토출되고, 이렇게 형성된 전구체 섬유는 신장되면서 권취되었다.

이 때에, 섬유 직경을 제어하기 위해서, 이하의 조건이 설정되었다. 다시 말해, 노즐 토출구의 직경은 0.1∼0.2㎜로 설정되고, 길이는 0.3∼2.0㎜로 설정되고, 토출 속도는 1.5∼2.0㎝/s로 설정되었다. 따라서, 방사 원액이 토출되었다. 방사 원액에서 유도된 전구체 섬유가 상기 토출 속도의 100∼200배 속도로 신장되고, 섬유는 대략 12㎝ 직경의 권취기에 감겼다. 노즐 토출구와 권취기 사이에 2∼4m 길이의 실린더가 배치되고, 전구체 섬유를 실린더에 통과시켰다. 실린더 내부의 상반부는 35∼40℃의 온도로 설정되고, 실린더 내부의 하반부는 25∼30℃의 온도로 설정되었다.

이어서, 전구체 섬유의 장섬유가 길로틴 절단기를 이용하여 10㎜ 길이로 절단되어, 단섬유가 제조되었다. 이후, 이들 단섬유(대략 1.0g)가 물에 분산되어, 얻어진 섬유 분산 용액은 주형에 투입되고, 가압되고 건조되어, 세로 및 가로변이 25㎜인 사각형의 매트 형상 섬유 집합체가 얻어졌다.

다음에, 공기 분위기 중에서 유지되는 전기로 내에서 30분간 250℃에서 상기 매트 형상 섬유 집합체에 가열 공정(예비 처리)이 행하여진 후, 같은 방식으로 전기로 내에서 10분간 1250℃에서 이들이 소결되었다.

그 결과, 대략 8중량%의 물라이트 결정 함유량 및 알루미나 실리카 중량비 72:28을 가지는 진원형 형상 알루미나 실리카계 섬유(6)로 만들어진 유지 실링재(4)의 시료가 얻어졌다.

알루미나 실리카계 섬유(6)는 이렇게 얻어진 실시예 9 시료의 다수의 부위에서 취하여져, 평균 섬유 직경(㎛), 섬유 직경의 최소치, 섬유 직경의 최대치, 및 그 평균 섬유 길이(㎜), 섬유 길이의 최소치, 섬유 길이의 최대치, 및 쇼트 함유량(%)이 조사되었다. 표 4는 측정 결과를 타나낸다. 이들 값에 따라, 실시예 9에 있어서, 섬유 직경의 분산 및 섬유 길이의 분산은 매우 작아, 이들 값은 상기 바람직한 범위 이내로 유지되는 것이 확인되었다. 또한, 시료 중에 쇼트는 함유되지 않았다.

다음에, 각 변 25㎜의 사각형의 다수의 시료를 큰 매트 형상 섬유 집합체 1장에서 따내어, 평량이 그 면적 및 중량에 기초한 각각의 이들로부터 조사되고, 그 면 압력이 오토그래프를 이용하여 측정되었다. 또한, 표 4는 이들 결과를 나타낸다. 여기서, 측정된 면 압력치는 GBD가 0.30g/㎤로 설정될 때, 얻어진 데이터에 기초하였다. 이 값은 실시예 9에 있어서, 평량의 분산 및 면 압력의 분산이 작다는 것을 나타내어, 품질의 안전성을 표시하였다. 또한, 평균 면 압력치는 보다 높아진다는 것이 밝혀졌다.

(비교예 4)

비교예 4에 있어서, 실시예 9와 같은 방사 원액은 증발기를 이용하여 50℃의 진공 하에서 농축되어, 38중량%의 농도 및 10∼100푸아즈 점도의 방사 원액을 제조하였다.

방사 장치에 대하여, 동일 간격으로 16개 위치에 배치되는 0.2∼0.8㎜의 토출 구멍을 가지는 직경 50∼100㎜의 디스크 형상 원심 노즐이 이용되었다. 다음에, 이 노즐이 회전수 1000∼2000rpm으로 회전될 때, 가해지는 원심력을 이용하여, 방사 원액이 토출되어, 섬유로 형성되었다. 또한, 얻어진 전구체 섬유는 30℃, 0.5∼1.0㎪의 공기에 의해 분사되어, 집합, 적층되어 매트 형상 섬유 집합체를 형성하였다. 이것은 가로 및 세로변이 25㎜인 사각형으로 형성되어, 실시예 9와 같은 조건으로 같은 예비 처리 및 소성 공정이 행하여져, 세라믹으로 형성되었다.

알루미나 실리카계 섬유(6)는 이러한 블로잉 방법으로 얻어진 비교예의 시료의 다수의 부위에서 취하여져, 평균 섬유 직경(㎛), 섬유 직경의 최소치, 섬유 직경의 최대치, 및 그 평균 섬유 길이(㎜), 섬유 길이의 최소치, 섬유 길이의 최대치, 및 쇼트 함유량(%)이 조사되었다. 표 4는 측정 결과를 타나낸다. 이들 값에 따라, 비교예 4에 대하여, 실시예와 비교하여 섬유 직경의 분산 및 섬유 길이의 분산은 상당히 보다 커진다는 것이 확인되었다. 또한, 3중량% 이상의 쇼트가 시료 중에 함유되었다.

다음에, 각 변 25㎜의 사각형의 다수의 시료를 큰 매트 형상 섬유 집합체 1장에서 따내어, 평량이 그 면적 및 중량에 기초한 각각의 이들로부터 조사되고, 그면 압력이 오토그래프를 이용하여 측정되었다. 또한, 표 4는 이들 결과를 나타낸다. 여기서, 측정된 면 압력치는 GBD가 0.30g/㎤으로 설정될 때, 얻어진 데이터에 기초하였다. 이 값은 비교예 4에 있어서, 실시예 9와 비교하여 평량의 분산 및 면 압력의 분산이 보다 크다는 것을 나타내어, 품질의 불안전성을 표시하였다. 또한, 평균 면 압력치는 실시예 9보다 상당히 보다 낮아진다는 것이 밝혀졌다.

(표 4)

본 발명의 제5 그룹에 따른 실시예 및 비교예에 대해 이하에 설명된다.

(실시예 10)

실시예 10에 있어서, 유지 실링재(4)의 면 압력 평가용 시료가 이하의 방식으로 제조되었다.

우선, 염화알루미늄 염기성 수용액(23.5중량%), 실리카 졸(20중량%, 실리카 입자 크기 15㎚) 및 폴리비닐알코올(10중량%) 및 소포제(n-옥탄올)가 혼합되어 방사 원액이 제조되었다. 다음에, 얻어진 방사 원액은 증발기를 이용하여 50℃의 진공 하에서 농축되어, 38중량%의 농도 및 1000푸아즈 점도의 방사 원액을 제조하였다.

이렇게 제조된 방사 원액은 방사 장치의 노즐을 통하여 공기 중에 연속적으로 토출되고, 이렇게 형성된 전구체 섬유는 신장되면서 권취되었다.

공기 분위기 중에서 유지되는 전기로 내에서 30분간 250℃에서 상기 전구체 섬유에 가열 공정(예비 처리)이 행하여진 후, 같은 방식으로 전기로 내에서 10분간 1250℃에서 이들이 소결되었다.

그 결과, 대략 8중량%의 물라이트 결정 함유량 및 알루미나 실리카 중량비 72:28을 가지는 평균 섬유 직경 9㎛의 진원형 형상 알루미나 실리카계 섬유(6)가 얻어졌다.

이어서, 전구체 섬유(6A)의 장섬유는 길로틴 절단기를 이용하여 5㎜ 길이로 절단되어, 단섬유가 제조되었다. 이후, 이들 단섬유(대략 1.0g)가 물에 분산되어, 얻어진 섬유 분산 용액은 주형에 투입되고, 가압되고 건조되어, 세로 및 가로변이 25㎜인 사각형의 매트 형상 섬유 집합체가 얻어졌다.

다음에, 이 섬유 집합체는 5중량%의 저점도 염화알루미늄 수용액(1센티푸아즈)에 대략 1∼60초간 함침되고, 얻어진 섬유 집합체는 10분 이상 동안 100℃에서가열되고 건조되었다. 또한, 건조된 섬유 집합체는 10분간 1200℃ 이상의 온도에서 소결되어, 주로 알루미나로 만들어진 세라믹 접착제(7)에 의해 형성된 가교다리가 단섬유의 근접한 부위에 형성되었다. 도 14는 세라믹 접착제(7)에 의해 서로 접착된 본 실시예 10의 알루미나 실리카계 섬유(6)를 표시하는 SEM 사진을 나타낸다.

이 섬유 집합체는 면 압력 평가용 시료로서 이용되고, 시료는 오토그래프의 압축 지그 내부에 수용되었다. 다음에, 압축력이 두께 방향으로 시료에 적용되고, 이것이 두께 3㎜로 가압되었을 때, 면 압력(㎫)은 1시간 후, 10시간 후 및 100시간 후에 측정되었다. 결과는 도 13의 그래프에 도시된다.

(비교예 5)

비교예 5에 있어서, 접착 공정이 수행되지 않은 것을 제외하고, 면 압력 평가용 시료는 기본적으로 실시예 10과 같은 방식으로 제조되었다. 이어서, 면 압력 평가 시험은 오토그래프를 이용하여 실시예 10과 같은 방식으로 수행되었다. 결과는 도 13의 그래프에 도시된다.

(시험의 결과)

도 13의 그래프에 따라, 초기 표면 압력에 대하여, 실시예 10은 비교예 5보다 높은 값을 가졌다. 또한, 100시간 경과 후의 면 압력의 열화 정도에 대하여, 실시예 10은 비교예 5보다 명백히 작았다.

또한, 실시예 10에 있어서, 상기 섬유 집합체를 소정 형상으로 따내어, 유지 실링재(4)를 형성한 후, 이들이 촉매 담지체(2)에 감싸지고, 얻어진 부재(2)는 금속 외판(3)에 압입되었다. 촉매 담지체(2)에 대하여, 외부 직경 130㎜φ 및 길이 100㎜의 코디어라이트 모노리스가 이용되었다. 금속 외판(3)에 대하여, 두께 1.5㎜ 및 내부 직경 140㎜φ의 O자형 형상 단면의 SUS304로 만들어진 실린더 부재가 이용되었다. 이 방식으로 조립된 촉매 교환기(1)는 실제로 3리터의 가솔린 엔진에 장착되어, 연속 주행 시험이 행하여졌다. 그 결과, 주행시, 촉매 담지체(2)의 반발 또는 소음의 어느 것도 발생하지 않았다.

여기서, 본 발명의 제5 그룹에 따른 제2 실시 형태의 제조 방법으로 얻어진 알루미나 실리카계 섬유(6) 및 본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태의 제조 방법으로 얻어진 알루미나 실리카계 섬유(6)가 섬유 직경 및 기계적 강도에 대하여 서로 비교되는 시험이 수행되었다. 그 구체적 시험법은 이하에 나타난다.

전자의 경우에 있어서, 소정 길이로 절단된 단섬유로부터 10개의 섬유가 임의로 시료로 선발되어, 이들은 소결되어 알루미나 실리카계 섬유(6)를 형성하였다. 다음에, 10개의 알루미나 실리카계 섬유(6)의 섬유 직경의 평균치 및 표준 편차가 조사되었다. 그 결과, 평균치가 7.1㎛이고, 표준 편차가 0.74㎛였다. 또한, 10개의 알루미나 실리카계 섬유(6)에 공지의 인장 강도 시험이 행하여져, 절대 강도의 평균치 및 표준 편차가 조사되었다. 그 결과, 평균치가 6.19gf이고, 표준 편차가 1.88gf이었다. 또한, 상대적 강도의 평균치 및 표준 편차가 상기 인장 강도 시험의 데이터로부터 조사되었다. 그 결과, 평균치가 1.40㎬이고, 표준 편차가 0.45㎬이었다.

후자의 경우에 있어서, 소정 길이로 소결된 알루미나 실리카계 섬유(6)의 장섬유가 절단되어, 단섬유를 얻었다. 이들로부터 10개의 섬유가 임의로 시료로 선발되었다. 다음에, 10개의 알루미나 실리카계 섬유(6)의 섬유 직경의 평균치 및 표준 편차가 조사되었다. 그 결과, 평균치가 7.2㎛이고, 표준 편차가 0.52㎛였다. 또한, 10개의 알루미나 실리카계 섬유(6)에 공지의 인장 강도 시험이 행하여져, 절대 강도의 평균치 및 표준 편차가 조사되었다. 그 결과, 평균치가 4.86gf이고, 표준 편차가 2.16gf이었다. 또한, 상대적 강도의 평균치 및 표준 편차가 상기 인장 강도 시험의 데이터로부터 조사되었다. 그 결과, 평균치가 1.22㎬이고, 표준 편차가 0.61㎬이었다.

상기 결과는 본 발명의 제5 그룹에 따른 제1 실시 형태의 실시예와 비교하여, 본 발명의 제5 그룹에 따른 제2 실시 형태의 알루미나 실리카계 섬유(6)가 기계적 강도가 뛰어날 뿐만 아니라, 기계적 강도의 분산이 보다 작다. 따라서, 상기와 같이 얻어진 알루미나 실리카계 섬유(6)의 사용은 균일한 품질의 유지 실링재(4)를 제공할 수 있다.

본 발명의 제6 그룹에 따른 실시예 및 비교예에 대하여 이하에 설명된다.

(실시예 11)

우선, 염화알루미늄 염기성 수용액(23.5중량%), 실리카 졸(20중량%, 실리카 입자 크기 15㎚) 및 섬유 연신 특성 부여제로서 이용되는 폴리비닐알코올(10중량%)이 혼합되어 방사 원액이 제조되었다. 다음에, 얻어진 방사 원액은 증발기를 이용하여 50℃의 진공 하에서 농축되어, 38중량%의 농도 및 150Pa·s(1500P) 점도의 방사 원액을 제조하였다.

이렇게 제조된 알루미나 섬유 방사 원액은 방사 장치의 노즐(진원형 단면 형상)을 통하여 공기 중에 연속적으로 토출되고, 신장되면서 권취되어, 연속 장섬유 전구체가 형성되었다.

다음에, 연속 장섬유 전구체가 직사각형 형상 절단기를 이용하여 7.5㎜ 길이로 절단되어, 단섬유가 제조되고, 풀리고, 집합되고, 적층된 후, 이들 단섬유는 가압되어, 매트 형상 섬유 집합체가 얻어졌다.

다음에, 공기 중에서 표준압으로 유지되는 전기로 내에서 30분간 500℃에서 상기 매트 형상 섬유 집합체에 가열 공정(예비 처리)이 행하여져, 유기 성분이 가열되고 제거된 후, 대기 중에서 표준압으로 유지된 전기로 내에서 10분간 1250℃에서 이들이 소결되어, 알루미나 섬유 집합체를 형성하였다.

알루미나 실리카 중량비 72:28의 상기 알루미나 섬유 집합체가 얻어지고, 알루미나 단섬유의 평균 섬유 직경이 7.3㎛인 진원형 단면 형상이었다.

(비교예 6)

실시예 11과 같은 방식으로 연속 장섬유 전구체가 형성된 후, 연속 장섬유 전구체에 실시예 11과 같은 소성 조건으로 소성 공정이 행하여져, 알루미나 장섬유가 제조되었다. 알루미나 단섬유의 평균 섬유 직경이 7.2㎛였다.

다음에, 연속 장섬유 전구체가 직사각형 형상 절단기를 이용하여 5㎜ 길이로 절단되어, 알루미나 단섬유가 제조되고, 풀리고, 집합되고, 적층된 후, 이들 단섬유는 가압되어, 매트 형상 섬유 집합체가 얻어졌다.

실시예 11 및 비교예 6에 따른 알루미나 섬유 집합체의 각각의 물성은 이하의 방법을 이용하여 평가되고, 결과는 이하의 표 5에 나타난다.

(1) 알루미나 단섬유의 강도

실시예 11 및 비교예 6에서 각각의 알루미나 섬유 집합체에 이용된 알루미나 단섬유의 인장 강도는 인장 시험기로 측정되었다. 측정은 임의로 선택된 10개의 알루미나 단섬유 시료에 행하여져, 평균치가 실시예 11 및 비교예 6에 따른 각각의 알루미나 단섬유의 강도로서 정의되고, 그 분산은 표준 편차에 기초하여 평가되었다.

(2) 면 압력 측정

실시예 11 및 비교예 6에 따른 각각의 섬유 집합체를 한 변이 25㎜인 사각형으로 따내어, 면 압력 측정용 시료를 제조하고, 가열 공정 없이 비개재된 상태로 면 압력 측정용 시료의 면 압력은 "초기 표면 압력"으로서 측정되고, 상기 면 압력 측정용 시료는 특수 지그 사이에 개재되어, 겉보기 비중 0.30g/㎤를 가지게 조절되고, 이어서, 1000℃의 대기 중에서 유지되었다. 따라서, 100시간 후 측정된 면 압력은 "내구성 시험 후의 면 압력"으로 정의되었다.

또한, 식 [100-(내구성 시험 후의 면 압력/초기 표면 압력) ×100](%)이 계산되어, 면 압력의 시간 속도에 따른 열화를 밝혀냈다.

(3) 절단면의 관찰

실시예 11 및 비교예 6에 따른 알루미나 단섬유의 절단면의 상태는 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 관찰되어, 어떠한 칩, 버어 및 마이크로 균열 등이 조사되었다.

(표 5)

표 5의 결과로 명백히 나타난 바와 같이, 실시예 11에 따른 알루미나 단섬유의 평균 섬유 강도는 6.3 ×10⁴N이고, 그 표준 편차가 1.88로 설정되고, 반면, 비교예 6에 따른 알루미나 단섬유의 평균 섬유 강도는 5.0 ×10⁴N이고, 그 표준 편차가 2.16으로 설정되었다. 평균 강도 및 그 분산에 있어서, 실시예 11에 따른 알루미나 단섬유가 비교예 6에 따른 알루미나 단섬유보다 뛰어났다.

실시예 11에 따른 면 압력 측정용 시료의 초기 표면 압력은 145㎪이고, 내구성 시험 후의 면 압력은 102㎪로 설정되고, 반면, 비교예 6에 따른 면 압력 측정용 시료의 초기 표면 압력은 140㎪이고, 내구성 시험 후의 면 압력은 91㎪로 설정되었다. 따라서, 면 압력의 양쪽에 있어서, 실시예 11에 따른 시료가 보다 양호한 결과를 가졌다.

또한, 면 압력 측정용 시료의 시간 속도에 따른 열화에 대하여, 실시예 11에따른 시료가 보다 양호한 결과를 가졌다.

또한, 실시예 11에 따른 알루미나 단섬유의 절단면에서 어떠한 칩, 버어 및 마이크로 균열이 발견되지 않았다. 그렇지만, 비교예 6에 따른 알루미나 단섬유의 절단면에서 다수의 칩, 버어 및 마이크로 균열이 관찰되었다.

상세하게 상술된 바와 같이, 본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 1 내지 3의 발명에 따라, 뛰어난 기계적 강도를 제공할 수 있으므로, 높은 초기 표면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재를 얻는데 적합한 알루미나 실리카계 섬유를 제공할 수 있다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 4의 발명에 따라, 기계적 강도가 뛰어난 알루미나 실리카계 섬유를 확실하고 쉽게 제공할 수 있는 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 5의 발명에 따라, 안정한 방식이며, 저렴한 비용으로 상기 섬유를 얻을 수 있다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 6의 발명에 따라, 비용을 절감하면서, 섬유의 기본적 물성을 유지할 수 있다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 7의 발명에 따라, 높은 초기 표면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재를 제공할 수 있다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 8의 발명에 따라, 높은 초기 표면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 촉매 교환기용 유지 실링재를 제공할 수 있다.

본 발명의 제1 그룹에 따른 청구항 9 내지 16의 발명에 따라, 높은 초기 표면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어렵고, 또한 실링 특성이 뛰어난 유지 실링재를 제공할 수 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 17 내지 19의 발명에 따라, 본 발명의 제2 그룹에 따른 유지 실링재를 얻는데 적합한 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 제2 그룹에 따른 청구항 20의 발명에 따라, 높은 초기 표면 압력을 가지고, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어렵고, 또한 실링 특성이 뛰어난 촉매 교환기를 제공할 수 있다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 21 내지 26의 발명에 따라, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재를 제공할 수 있다.

본 발명의 제3 그룹에 따른 청구항 27 내지 29의 발명에 따라, 본 발명의 제3 그룹에 따른 유지 실링재를 얻는데 적합한 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 30 내지 35의 발명에 따라, 품질 안전성이 뛰어난 유지 실링재를 제공할 수 있다.

본 발명의 제4 그룹에 따른 청구항 36의 발명에 따라, 본 발명의 제4 그룹에 따른 유지 실링재를 얻는데 적합한 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 37 내지 41의 발명에 따라, 면 압력이 시간에 따라 열화되기 어려운 유지 실링재를 제공할 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 42 내지 50의 발명에 따라, 본 발명의제5 그룹에 따른 유지 실링재를 얻는데 적합한 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 51 및 52의 발명에 따라, 본 발명의 제5 그룹에 따른 상기 뛰어난 유지 실링재 등에 적합한 세라믹 섬유 집합체를 제공할 수 있다.

본 발명의 제5 그룹에 따른 청구항 53의 발명에 따라, 본 발명의 제5 그룹에 따른 상기 뛰어난 유지 실링재 등에 적합한 세라믹 섬유 집합체를 제공할 수 있다.

본 발명의 제6 그룹에 따른 알루미나 섬유 집합체의 제조 방법에 따라, 알루미나 섬유 집합체에 이용된 알루미나 단섬유의 강도를 보다 뛰어나게 만들 수 있고, 또한 그 분산을 감소시킬 수 있다. 따라서, 높은 초기 표면 압력을 가지고, 시간에 따라 열화되기 어려운 알루미나 섬유 집합체를 제조할 수 있다.

Claims (54)

1. 거무스름한 색을 나타내는 것을 특징으로 하는 알루미나 실리카계 섬유.
2. 탄소 성분에 기인한 거무스름한 색을 나타내는 것을 특징으로 하는 알루미나 실리카계 섬유.
3. 1중량% 이상의 잔류 탄소 함유량을 가지며, 탄소 성분에 기인한 거무스름한 색을 나타내며, 1.2㎬ 이상의 섬유 인장 강도, 1.0㎬ 이상의 섬유 굽힘 강도를 가지며, 0.8MN/m^3/2이상의 파괴 인성을 가지는 것을 특징으로 하는 알루미나 실리카계 섬유.
4. 재료로서 무기염법용 알루미나 실리카계 섬유의 방사 원액을 이용하여 전구체 섬유를 얻는 방사 공정, 상기 전구체 섬유 중에 함유된 탄소 성분의 산화 반응을 수행하기 어렵게 하는 환경 하에서 상기 전구체 섬유를 소결함으로써, 상기 전구체 섬유를 가열하는 소성 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미나 실리카계 섬유의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 전구체 섬유가 질소 분위기 하에서 1000∼1300℃의 온도에서 가열되는 것을 특징으로 하는 알루미나 실리카계 섬유의 제조 방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 전구체 섬유 중에 함유된 탄소 성분은 섬유 연신 특성 부여제로서 알루미나 실리카계 섬유의 상기 방사 원액에 첨가되는 유기 고분자에 기인되는 것을 특징으로 하는 알루미나 실리카계 섬유의 제조 방법.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지며, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
8. 제7항에 있어서, 상기 세라믹체는 촉매 담지체를 포함하고, 상기 유지 실링재는 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
9. 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 집합체를 가지며, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 제1 면측 부위의 결정화율과 제2 면측 부위의 결정화율이 다른 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
10. 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 집합체를 가지며, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 결정화율이 제1 면측에서 제2 면측을 향해 점차 증가되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
11. 제10항에 있어서, 1장의 섬유 집합체를 가지고, 섬유 집합체의 결정화율이 제1 면측에서 제2 면측을 향해 점차 증가되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 면측 부위의 결정화율과 제2 면측 부위의 결정화율 사이의 차가 3중량% 이상인 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
13. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 면측 부위의 결정화율이 0∼1중량%이고, 제2 면측 부위의 결정화율이 1∼10중량%인 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹체가 촉매 담지체를 포함하며, 상기 유지 실링재가 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
15. 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 집합체를 가지며, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 결정화율이 부위에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
16. 제15항에 있어서, 상기 세라믹체가 촉매 담지체를 포함하며, 상기 유지 실링재가 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
17. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 유지 실링재의 제조 방법에 있어서, 재료로서 세라믹 섬유의 방사 원액을 이용하여 전구체 섬유를 얻는 방사 공정, 상기 전구체 섬유를 적층하여 매트 형상 섬유 집합체를 형성하는 적층 공정, 제1 면측의 소성 온도와 제2 면측의 소성 온도 사이의 차를 제공할 수 있도록 상기 섬유 집합체를 소결하는 소성 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유지 실링재의 제조 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 소성 온도 사이의 차가 100℃ 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재의 제조 방법.
19. 제17항에 있어서, 제1 면측의 소성 온도가 800∼1100℃로 설정되며, 제2 면측의 소성 온도가 1100∼1400℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재의 제조 방법.
20. 촉매 담지체, 촉매 담지체의 외부 주위를 덮는 원주상 금속 외판, 이들 부재 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재로 이루어지는 촉매 교환기에 있어서, 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지며, 비교적 작은 결정화율을 가지는 제1 면측이 상기 금속 외판과 접촉하게 되며, 비교적 큰 결정화율을 가지는 제2 면측이 상기 촉매 담지체와 접촉하게 되는 상태로 상기 유지 실링재가 상기 틈새에 배치되는 것을 특징으로 하는 촉매 교환기.
21. 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유가 비원형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
22. 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유가 이형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
23. 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유가 평탄형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유가 대략 타원형 또는 고치 형상 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
25. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유가 중공 섬유인 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
26. 제21항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹체는 촉매 담지체를 포함하며, 상기 유지 실링재는 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
27. 제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 알루미늄염수, 실리카 졸 및 유기 고분자 용액을 함유하는 방사 원액을 노즐을 통하여 토출하여 전구체 섬유를 얻는 방사 공정, 상기 전구체 섬유를 가열하여 소결시키는 소성 공정으로 이루어지는 유지 실링재에서 이용되는 알루미나 실리카계 섬유의 제조 방법에 있어서, 비원형 단면의 상기 노즐의 토출부에서 토출된 직후, 건조 열풍이 상기 전구체 섬유에 분사되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재에서 이용되는 알루미나 실리카계 섬유의 제조 방법.
28. 제27항에 있어서, 상기 전구체 섬유의 토출 방향에 대하여, 상기 건조 열풍이 순방향에서 분사되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재에서 이용되는 알루미나 실리카계 섬유의 제조 방법.
29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 수용성 가소제가 미리 상기 방사 원액에 첨가되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재에서 이용되는 알루미나 실리카계 섬유의 제조 방법.
30. 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 직경의 분산이 ±3㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
31. 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 길이의 분산이 ±4㎜ 이내인 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
32. 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 직경의 분산이 ±3㎛ 이내이며, 상기 알루미나 실리카계 섬유의 섬유 길이의 분산이 ±4㎜ 이내인 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
33. 제30항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 쇼트 함유량이 3중량% 미만인 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
34. 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 상기 알루미나 실리카계 섬유의 평균 섬유 직경이 5∼15㎛이고, 섬유 직경의 분산이 ±3㎛ 이내이며, 그 평균 섬유 길이가 5∼20㎜이고, 그 섬유 길이의 분산이 ±4㎜ 이내이고, 쇼트가 함유되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
35. 제30항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹체가 촉매 담지체를 포함하고, 상기 유지 실링재가 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
36. 제30항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 유지 실링재의 제조 방법에 있어서, 알루미늄염수, 실리카 졸 및 유기 고분자 용액을 함유하는 방사 원액을 노즐을 통하여 연속적으로 토출하여 장섬유 전구체를 얻는 방사 공정, 단섬유를 얻기 위해 소정 길이로 상기 장섬유를 절단하는 절단 공정, 상기 단섬유를 입체적으로 집합시켜, 매트 형상 섬유 집합체로 형성하는 성형 공정, 및 상기 매트 형상 섬유 집합체를 가열하여 소결시키는 소성 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유지 실링재의 제조 방법.
37. 구성 요소로서 매트 형상으로 집합된 알루미나 실리카계 섬유를 가지고, 그 내부를 유체가 유통할 수 있는 세라믹체와 세라믹체의 외부 주위를 덮는 금속 외판 사이의 틈새에 배치되는 유지 실링재에 있어서, 세라믹 섬유가 세라믹 접착제로 서로 부분적으로 접착되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
38. 제37항에 있어서, 상기 세라믹 접착제가 상기 세라믹 섬유를 구성하는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
39. 제37항에 있어서, 상기 세라믹 섬유가 알루미나 실리카계 섬유이며, 상기 세라믹 접착제가 주성분으로서 알루미나를 가지는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
40. 제37항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹 접착제의 1∼8중량%가 함유되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
41. 제37항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세라믹체가 촉매 담지체를 포함하고, 상기 유지 실링재가 촉매 교환기용 유지 실링재로서 이용되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재.
42. 제37항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 유지 실링재의 제조 방법에 있어서, 물질로서 세라믹 섬유의 방사 원액을 이용하여 전구체 섬유를 얻는 방사 공정, 상기 전구체 섬유를 가열하여 소결시키는 소성 공정, 이렇게 얻어진 세라믹 섬유를 입체적으로 집합시켜, 매트 형상 집합체로 형성하는 성형 공정, 및 세라믹 접착제를 이용하여 상기 집합체를 형성하는 세라믹 섬유를 접착하는 접착 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유지 실링재의 제조 방법.
43. 제42항에 있어서, 상기 접착 공정에 있어서, 상기 세라믹 접착제의 재료 용액이 상기 집합체를 형성하는 세라믹 섬유 사이에 부가된 후, 상기 집합체가 가열되어 상기 재료 물질 중의 특정 성분을 소결시켜서 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재의 제조 방법.
44. 제42항에 있어서, 상기 접착 공정에 있어서, 상기 집합체가 상기 재료 용액인 저점도의 수용성 금속 용액으로 함침된 후, 상기 집합체가 건조되고 가열되어, 상기 용액 중의 금속 성분이 소결되어 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재의 제조 방법.
45. 제44항에 있어서, 상기 수용성 금속 용액이 상기 집합체의 1∼10중량%의 양으로 공급되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재의 제조 방법.
46. 제43항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 세라믹 섬유의 상기 방사 원액이 무기염법을 이용하여 제조된 알루미나 실리카계 섬유의 방사 원액이며, 상기 수용성 금속 용액이 알루미늄 이온을 함유하는 수용액인 것을 특징으로 하는 유지 실링재의 제조 방법.
47. 제37항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 유지 실링재의 제조 방법에 있어서, 물질로서 세라믹 섬유의 방사 원액을 이용하여 전구체 섬유를 얻는 방사 공정, 상기 전구체 섬유를 입체적으로 집합시켜, 매트 형상 집합체로 형성하는 성형 공정, 이후 세라믹 접착제가 될 수 있는 액체 물질을 상기 집합체를 형성하는 상기 전구체 섬유가 근접해서 서로 중복한 부위에 접착시키는 액체 물질 공급 공정, 상기 집합체를 가열하여 상기 전구체 섬유 및 상기 액체 물질을 소결하는 소성 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유지 실링재의 제조 방법.
48. 제47항에 있어서, 상기 액체 물질 공급 공정에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유의 상기 전구체 섬유를 포함하는 집합체가 수분이 높은 고습 환경에 배치되는것을 특징으로 하는 유지 실링재의 제조 방법.
49. 제47항에 있어서, 상기 액체 물질 공급 공정에 있어서, 알루미나 실리카계 섬유의 전구체 섬유를 포함하는 집합체에 상기 알루미나 실리카계 섬유 중에 함유된 무기 원소를 함유하는 비수용성 액체 물질이 분무화되어 공급되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재의 제조 방법.
50. 제47항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사 공정과 상기 성형 공정에 있어서, 상기 전구체 섬유의 장섬유를 소정 길이로 절단하여 단섬유를 얻는 절단 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 유지 실링재의 제조 방법.
51. 입체적으로 집합된 세라믹 섬유가 세라믹 접착제에 의해 부분적으로 서로 접착되는 것을 특징으로 하는 세라믹 섬유 집합체.
52. 분기 구조의 세라믹 섬유를 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 섬유 집합체.
53. 분기 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 섬유.
54. 물질로서 무기염법용 알루미나 섬유 원액을 이용하여 연속 장섬유 전구체를 얻는 방사 공정, 상기 연속 장섬유 전구체를 단섬유 전구체로 절단하는 절단 공정,이렇게 얻어진 단섬유 전구체를 이용하여 매트 형상 단섬유 전구체를 제조하는 매트 제조 공정, 및 상기 매트 형상 단섬유 전구체를 소성하여 알루미나 섬유 집합체를 제조하는 소성 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미나 섬유 집합체.