JPH06299846A

JPH06299846A - 可撓性熱膨張性シート

Info

Publication number: JPH06299846A
Application number: JP11413393A
Authority: JP
Inventors: Ten Sonoo; 天園尾; Junichi Iura; 純一井浦
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1993-04-16
Filing date: 1993-04-16
Publication date: 1994-10-25

Abstract

(57)【要約】【目的】排気ガスによって風食することもない、浄化用
セラミックス・モノリスの保持用シール材を得る。【構成】熱膨張性ひる石、耐熱無機繊維、有機結合剤か
らなる可撓性熱膨張性シートであって、耐熱無機繊維の
少なくとも一部として、繊維長が５〜３０ｍｍ、繊維直
径が３〜３０μｍの範囲内にある長繊維をシート全体を
基準として１０〜５０重量％含む可撓性熱膨張性シー
ト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可撓性熱膨張性シー
ト、特に自動車の排気ガス浄化用セラミックス体、具体
的には触媒担体、多孔質フィルターなどを、金属製容器
（ケーシング）内に容易に納め、排気ガスが通過する
時、前記セラミックス体と金属製容器との熱膨張差によ
って生じる、この二つの間の断面方向での隙間を埋め
て、排気ガスが浄化されないまま放出されることになる
バイパス流路の形成を防止し、なおかつセラミックス体
を、自動車の振動下でも保持するためのシール構造に好
適に使用される可撓性熱膨張性シートに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車の排気ガス浄化装置として、セラ
ミックス製ハニカム状触媒担体あるいはディーゼルエン
ジン車の黒煙捕集材が用いられている。これらは、セラ
ミックス・モノリスを金属製容器内に組みつけて使用さ
れるが、エンジンの始動によって排気ガスが流れ始める
と、その熱によって金属製容器とセラミックス・モノリ
スは熱膨張する。しかしながら両者の熱膨張係数は大き
く異なり、金属製容器の方が、その値は大きい。そのた
め自動車の運転時には金属製容器とセラミックス・モノ
リスの間に、断面方向に空隙が生じる。

【０００３】そのために、自動車の振動によってセラミ
ックス・モノリスが金属製容器内で遊んだり、割れてし
まう問題が発生する。この問題を解決し、なおかつ、こ
の空隙を通って浄化されないままの排気ガスが流れてし
まう、いわゆるバイパス流路の形成を防止するために、
組みつけ時に金属製容器とセラミックス・モノリスの間
に可撓性熱膨張性シートが装着されている。

【０００４】この可撓性熱膨張性シートは、アスベスト
やシリカ・アルミナ（ＳｉＯ₂ ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ）質などの
耐熱無機質の短繊維（繊維長２〜３ｍｍ程度）と熱膨張
性ひる石、さらに有機結合剤から構成されるのが一般的
である。普通は抄紙法によって作製され、面板状の熱膨
張性ひる石は、シートの面方向に平行に沈積している。
このため、シート自体は、ひる石の膨張挙動によって、
シートの厚み方向にのみ、ふくれる。ひる石の膨張挙動
そのものは周知の現象であり、６００℃からの脱水反応
によって開始することが知られている。

【０００５】また、有機結合剤は、主としてゴム系樹脂
が用いられ、断面が円ないしは楕円形状を有するセラミ
ックス・モノリスの外周に、シートを巻つけるときの柔
軟性を付与するものであって、可撓性を持たせる働きを
する。

【０００６】しかしながら、従来の可撓性熱膨張性シー
トは、高温時でのクッション性を発現し、かつ、ひる石
を保持するために耐熱無機質の短繊維を使用している
が、高温の排気ガスの流れに長時間さらされていると、
この短繊維が飛散して、当初の目的とするセラミックス
・モノリスの保持、および排気ガスのバイパス流路の形
成防止について、その役割を果たさなくなってしまうと
いう問題があった。また自動車の排気ガスに伴って、こ
れらの飛散した短繊維が大気中に放出され、環境汚染の
一因ともなっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術が
有していた問題点を解決し、排気ガスによって風食する
こともない、浄化用セラミックス・モノリスの保持用シ
ール材に特に適した可撓性熱膨張性シートを提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱膨張性ひる
石、耐熱無機繊維、有機結合剤からなる可撓性熱膨張性
シートであって、耐熱無機繊維の少なくとも一部とし
て、繊維長が５〜３０ｍｍ、繊維直径が３〜３０μｍの
範囲内にある長繊維をシート全体を基準として１０〜５
０重量％含む可撓性熱膨張性シートを提供するものであ
る。

【０００９】本発明は、少なくとも一部が繊維長が５〜
３０ｍｍ、繊維直径が３〜３０μｍの範囲内にある長繊
維（以下、単に長繊維という）である耐熱無機繊維を、
熱膨張性ひる石および有機結合剤とともに成形したもの
である。この長繊維は、シート内で複雑に絡み合うこと
によって、排気ガスによる風食に対する耐久性を付与す
る。

【００１０】長繊維の長さは、５〜３０ｍｍの範囲にあ
ることが必要である。長繊維の長さが５ｍｍに満たない
場合は、長繊維配合の効果が発現せず、可撓性熱膨張性
シートの耐風食性が十分向上しないので不適当である。
長繊維の長さが３０ｍｍを超える場合は、それ以上耐風
食性が向上せず、製造時における長繊維の取扱が困難に
なるなどの問題もあるので不適当である。長繊維の長さ
が、１０〜３０ｍｍの場合は、より繊維同士の絡まりを
強める効果があり、耐風食性が特に良好なので好まし
い。

【００１１】長繊維の直径は、３〜３０μｍの範囲にあ
ることが必要である。長繊維の直径が３０μｍを超える
場合は、繊維としてのしなやかさがなくなり、繊維同士
が絡み合うことができなくなるので不適当である。長繊
維の直径が３μｍ未満の場合は、長繊維を可撓性熱膨張
性シート中に分散させるのが困難になり、また連続長繊
維の製造が困難になるという問題もあるので不適当であ
る。長繊維の直径が１０〜２０μｍの範囲にある場合
は、長繊維の破断荷重が大きくなり、可撓性熱膨張性シ
ートの補強効果が増大するのでさらに好ましい。

【００１２】長繊維の材質は、使用する温度域に応じて
適宜選択することができるが、ガソリン車の排気ガス温
度６００〜９００℃で安定な長繊維の組成としては、一
般的なガラス質繊維、さらに、より高温側では高シリカ
質繊維が有用である。これにはガラス質繊維としてはも
っとも汎用的であるところのＥガラス、より高温側で
は、Ｅガラス中のＣａ，Ｍｇを酸によって抽出したリー
チドシリカ繊維、または石英ガラス質繊維などが代表的
な例としてあげられる。また、ディーゼル車の黒煙トラ
ップ捕集材の場合には、捕集した黒煙が異常燃焼する温
度１２００℃に安定な高アルミナ質繊維が有用である。

【００１３】上記の形状の繊維物は、アスベストのよう
な鉱物繊維、または、ガラスウールのようにブローイン
グあるいはスピニングで製造される繊維では得難く、ま
た紡績したとしてもその特性は出にくい。連続的に製造
された長繊維を、適宜切断する方法で製造する場合は、
容易に入手することができ、長さの管理も容易であるの
で好ましい。

【００１４】長繊維の配合量は、可撓性熱膨張性シート
全体の１０〜５０重量％の範囲にあることが必要であ
る。長繊維の配合量が１０重量％未満の場合は、耐風食
性を効果的に発現することが難しいので不適当である。
長繊維の配合量が５０重量％を超える場合は、膨張性が
不足し排気ガスのシール性が不十分になるなどの問題が
発生するので不適当である。長繊維の配合量が２０〜４
０重量％である場合は、さらに好ましい。

【００１５】耐熱無機繊維として上記の長繊維だけでな
く、短繊維を含むものであってもよい。短繊維として
は、シリカ・アルミナ系の結晶質繊維などが好ましく用
いられる。耐熱無機繊維全体に対する長繊維の配合量
は、２０〜８０重量％が好ましい。

【００１６】耐熱無機繊維全体、熱膨張性ひる石と有機
結合剤の配合比は、耐風食性、熱膨張力、柔軟性から決
定されねばならない。シート全体に対して、耐熱無機繊
維が３０〜５０重量％、熱膨張性ひる石が４０〜７０重
量％、有機結合剤が５〜１０重量％の範囲にあることが
好ましい。他の添加成分や、製造工程等で使用する水分
や増粘剤等を含んでいてもよい。

【００１７】本発明において熱膨張性ひる石とは、加熱
により結晶が膨張し得るひる石（バーミキュライトな
ど）であり、平均粒子直径が０．２〜３μｍ程度のもの
が好ましい。有機結合剤としては、セラミックス・モノ
リスの外周を巻き回すことができるような柔らかさを発
現するもので、例えばゴム系樹脂があげられる。

【００１８】本発明の可撓性熱膨張性シートの製造方法
としては、耐熱無機繊維（長繊維および必要に応じてシ
リカ・アルミナ質などの短繊維）、熱膨張性ひる石、有
機結合剤を分散よく、かつ均一に、またひる石が厚み方
向に膨張するように配向して沈着させることができるの
で、抄紙法が適している。一般に抄紙法においては、水
中に繊維を分散させていくが、本発明において重要なこ
とは、長繊維が水中でよく開繊することである。そのた
めには、長繊維を製造する際に塗布されるモノフィラメ
ント集束材が水溶性であることが好ましい。

【００１９】また、もうひとつ重要なことは、繊維とひ
る石が比重差によって分離しないことである。そのため
には分散媒（抄紙母液）として、水に、例えばメチルセ
ルロース、ポリビニルアルコールなどの水溶性有機物
（増粘剤）を添加して粘度を高めておいたものを用いる
のが好ましい。そのときの粘度としては、１５℃換算で
１００〜５００ｃＰであれば、ひる石の沈降もなく、ま
た、その後の製造効率を阻害することもないので好まし
い。有機結合剤は、抄紙母液の調製工程で投入されるの
が好ましい。

【００２０】このようにして用意された抄紙母液に、耐
熱無機繊維、熱膨張性ひる石を、撹拌しながら添加して
いく。長繊維としては、水溶性の集束材を塗布した長繊
維からなる集束物を所定の長さにカットしたチョップド
ストランドを用いるのが好ましい。繊維の開繊を効率的
にするために、抄紙母液の一部を分取して、この中に繊
維物を添加の上、機械的撹拌を加えるなどして予備分散
をしておくことも好ましい。このときは、予備分散され
た液は再び抄紙母液に戻され、次の抄紙の工程に移る。
耐熱無機繊維、熱膨張性ひる石の分散した懸濁液を、１
０メッシュ程度の金属製網目状シートに注ぎ、液体分を
ろ過していくと、最終的にろ過残渣として、耐熱無機繊
維、熱膨張性ひる石、有機結合剤、増粘剤からなる固形
物が得られる。

【００２１】得られた固形物中には、まだ水分が含まれ
ており、また耐熱無機繊維、熱膨張性ひる石の充填も体
積当たり、粗であるために、嵩高い。そのため所望の厚
さ、およびかさ密度にするために、加熱しながらろ過残
渣をプレス処理して乾燥し、可撓性熱膨張性シートとす
るのが好ましい。実際の使用においては、目的とする寸
法に切断して組みつけする。有機結合剤、増粘剤は比較
的低温で燃焼し、排気ガス相当の温度で安定であるのは
耐熱無機繊維と膨張済のひる石であることは明らかであ
る。

【００２２】可撓性熱膨張性シートの性能評価において
は、実物の車のエンジンに、本発明の可撓性熱膨張性シ
ートを組みつけた触媒コンバーターを連結させて、所定
の条件でエンジンを回転させることによって明らかにな
るが、以下に述べる方法で簡便に耐風食性を知ることが
できる。

【００２３】例えば、７ｍｍ厚の可撓性熱膨張性シート
を得たとするなら、所定の面積に切断後、このシートを
２枚の耐熱ステンレス製の板状物にはさみ込み、セラミ
ックス・モノリスと金属製容器間の熱膨張時に予想され
る空隙分、例えば５ｍｍまで締めつける。この状態のま
ま所定温度、所定時間熱処理を行い、終了後、炉内より
取り出す。耐風食性の評価として、触媒コンバーターに
入る排気ガスより、はるかに高圧の圧縮空気、例えば、
４〜６ｋｇ／ｃｍ² の圧力を持つ空気を、一定の距離を
離したエアーガンよりシートの厚み面に吹きつけ、所定
時間で風食される量あるいは面積を調べる方法である。

【００２４】長繊維の絡みの程度を評価する手段とし
て、同様に行った熱処理後の帯状シートの破断荷重（引
き裂き荷重）があげられる。当然、長繊維の絡みが強い
ほど引き裂き荷重は大きい。

【００２５】

【実施例】

実施例１水２５００ｇにメチルセルロース１５ｇを溶解し、粘度
が２０℃で４００ｃｐの粘稠液を準備し、これに、有機
結合剤としてＳＢＲラテックス（固形分７０％）３００
ｇを添加混合して抄紙母液とする。この抄紙母液に未膨
張ひる石１７ｇを加え撹拌分散させた後に、集束した石
英ガラス質の長繊維（平均直径１３μｍ）を長さ１２ｍ
ｍに切断したチョップドストランド１１ｇを加え、撹拌
して分散させた。得られた懸濁液を１０メッシュの金網
でろ過し、ろ過残渣として直径１１ｃｍ、厚さ１０ｍｍ
の円板上の含水シートを得た。この含水シートをプレス
で６ｍｍの厚さまで圧搾し、９０℃で乾燥して、かさ密
度０．５７ｇ／ｃｃの最終物であるところの可撓性熱膨
張性シートとした。このシート中には、長繊維が３７．
１重量％、熱膨張性ひる石が５５．１重量％、有機結合
剤が６．７重量％含まれていた。残部は主に水分であ
る。

【００２６】得られたシートから５ｃｍ角を切り出し、
これを試験片としてステンレス板（１００ｍｍ×１００
ｍｍ×５ｍｍ厚）２枚によって厚さ５ｍｍまで締めつけ
た。ステンレス板で締めつけた状態のまま８００℃で１
５分間熱処理後、冷却した。２枚のステンレス板の隙間
から、試験片の厚み面に向けて、２ｃｍ離した位置にエ
アーガンのノズル（口径３ｍｍ）を設置し、圧縮空気
（元圧６ｋｇ／ｃｍ² ）を３０秒間吹きつけた。吹きつ
け後、試験片をステンレス板から取りはずしたところ、
吹きつけによって風食された深さは、１ｍｍであった。

【００２７】実施例２長繊維として、石英ガラス質長繊維のチョップドストラ
ンド５．５ｇ、短繊維としてシリカ・アルミナ短繊維
（イソライト工業製、商標名カオウール）５．５ｇを混
合して用いた以外は、実施例１と同様にして可撓性熱膨
張性シートを得た。このシート中には、長繊維が１８．
２重量％、短繊維が１８．２重量％、熱膨張性ひる石が
５４．５重量％、有機結合剤が８．３重量％含まれてい
た。残部は主に水分である。さらに、実施例１と同様に
して、圧縮空気を吹きつけたところ、風食された深さは
４ｍｍであった。

【００２８】実施例３長繊維として、長さ１３ｍｍのＥガラス繊維チョップド
ストランド５．５ｇを使用し、シリカ・アルミナ短繊維
５．５ｇを混合して用いた以外は実施例１と同様にして
可撓性熱膨張性シートを作製した。このシート中には、
長繊維が１７．０重量％、短繊維が１７．０重量％、熱
膨張性ひる石が５７．５重量％、有機結合剤が７．８重
量％含まれていた。残部は主に水分である。実施例１と
同様にして耐風食性を評価した。風食された深さは、５
ｍｍであった。

【００２９】比較例長繊維を配合しない市販のシリカ・アルミナ短繊維、未
膨張ひる石、有機結合剤からなるシート（厚さ６ｍｍ、
かさ密度０．６ｇ／ｃｃ）を実施例１と同様に熱処理し
て、圧縮空気を吹きつけたところ、風食された深さは１
８ｍｍであった。

【００３０】

【発明の効果】本発明の可撓性熱膨張性シートを排気ガ
ス処理装置に使用すれば、排気ガスによって風食されに
くく、長期にわたってセラミックス・モノリスを保持
し、また、浄化されない排気ガスのバイパス流路の形成
を防止することかでき、大気中に放出されるＣＨ、ＮＯ
_x 、ＳＯ_x の濃度を抑制することができる。同じく、繊
維が放出される割合も小さくなる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱膨張性ひる石、耐熱無機繊維、有機結合
剤からなる可撓性熱膨張性シートであって、耐熱無機繊
維の少なくとも一部として、繊維長が５〜３０ｍｍ、繊
維直径が３〜３０μｍの範囲内にある長繊維をシート全
体を基準として１０〜５０重量％含む可撓性熱膨張性シ
ート。
【請求項２】繊維長が５〜３０ｍｍ、繊維直径が３〜３
０μｍの範囲内にある長繊維が、耐熱無機繊維の２０〜
８０重量％である請求項１の可撓性熱膨張性シート。
【請求項３】請求項１または請求項２の可撓性熱膨張性
シートを用いた自動車の排気ガス処理装置のシール構
造。
【請求項４】熱膨張性ひる石、耐熱無機繊維、有機結合
剤を含有する懸濁液であって、耐熱無機繊維の２０〜８
０重量％が、繊維長が５〜３０ｍｍ、繊維直径が３〜３
０μｍの範囲内にある懸濁液を、抄紙法により成形して
可撓性熱膨張性シートを製造する方法。