專(zhuān)利名稱(chēng)：保持密封材料及廢氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特別地用于廢氣凈化裝置等的保持密封材料以及含有保持密封材料的廢氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
進(jìn)入本世紀(jì)后，車(chē)輛數(shù)急劇增加，與此成比例，從車(chē)輛的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣的量也趨于急劇增大。特別地，由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中含有的各種物質(zhì)是引起污染的原因，因而目前對(duì)世界環(huán)境具有持續(xù)深刻的影響。
在這種情況下，迄今提出并實(shí)際應(yīng)用了各種廢氣凈化裝置。一般的廢氣凈化裝置為如下結(jié)構(gòu)，在連接于發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣歧管的排氣管上設(shè)置外殼(金屬殼)，其中，配置了具有多個(gè)微細(xì)的孔的廢氣處理體。作為廢氣處理體的一個(gè)例子，可以舉出催化劑擔(dān)載體或柴油·顆?！み^(guò)濾器(DPF)等廢氣凈化過(guò)濾器。例如，對(duì)于DPF，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，廢氣通過(guò)廢氣處理體時(shí)，微粒在其孔的周?chē)谋谏媳徊都瑥亩軌虺U氣中的微粒。對(duì)于廢氣處理體的構(gòu)成材料，除了金屬或合金，還有陶瓷等。作為由陶瓷形成的廢氣處理體的代表例子，已知有堇青石制的蜂窩過(guò)濾器。最近，考慮到耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性等，將多孔質(zhì)碳化硅燒結(jié)體用作廢氣處理體的材料。
通常在上述的廢氣處理體和金屬殼之間設(shè)有筒狀的保持密封材料。保持密封材料用于防止由于車(chē)輛行駛等使得廢氣處理體與金屬殼相接觸而導(dǎo)致的破損，進(jìn)一步防止廢氣從金屬殼與廢氣處理體之間的間隙泄漏出。此外，保持密封材料還具有下述作用其可防止廢氣的排壓所導(dǎo)致的廢氣處理體的脫落。進(jìn)一步，為了維持反應(yīng)性，廢氣處理體需要保持在高溫下，因此要求保持密封材料還具有絕熱性能。作為滿(mǎn)足這些要素的部材，可以舉出由氧化鋁類(lèi)纖維等無(wú)機(jī)纖維形成的片材。
將該片材纏繞在廢氣處理體除開(kāi)口面以外的外周面，使該片材與廢氣處理體整體固定，籍此使該片材發(fā)揮作為保持密封材料的功能。然后，將該整體物設(shè)置于金屬殼內(nèi)，構(gòu)成廢氣凈化裝置的一部分。
作為將該整體物設(shè)置于金屬殼內(nèi)的方法，有如下方法預(yù)先將金屬殼分為兩個(gè)半圓狀的部分，在其中放入在廢氣處理體上纏繞了保持密封材料的整體物，接著，將兩部分的金屬外殼粘合成筒狀的方法；或?qū)⒔饘贇ぶ瞥善拭鍯形狀、U形狀，在其中放入上述整體物，接著，將金屬殼封成筒狀的方法；進(jìn)一步，近年來(lái)為了提高操作性，簡(jiǎn)略工序，采用如下方法預(yù)先準(zhǔn)備圓筒狀的金屬殼，將上述整體物壓入其中來(lái)進(jìn)行組裝的方法。
此外，迄今，作為在廢氣處理體上纏繞保持密封材料來(lái)進(jìn)行整體化的方法，使用如下方法預(yù)先準(zhǔn)備纏繞所需尺寸的片材24，如圖1所示，將該片材24的相互接合的一個(gè)端部切斷形成凸起部，并將接合的另一端部切斷形成凹口部。將如此切斷加工的片材在廢氣處理體的外周面纏繞成圓周狀，使凸起部嵌入凹口部，進(jìn)一步，可以通過(guò)在端部之間進(jìn)行敲打來(lái)將保持密封材料固定于廢氣處理體的外周部(例如專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
特開(kāi)2002-68709號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容但是，在以往的方法中，將片材加壓裁斷加工成上述形狀時(shí)，在切斷面上產(chǎn)生多根的截留纖維。特別在諸如片材的接合端面的凸起部或凹口部等凹凸形狀的外角處或內(nèi)角處存在多根這種截留纖維。將片材纏繞、固定在廢氣處理體上時(shí)，這種截留纖維阻礙了片材在接合面上的接合，在接合部位產(chǎn)生錯(cuò)位，會(huì)產(chǎn)生接合部的接合力降低的問(wèn)題。此外，若在該接合面上的接合不充分的狀態(tài)下將保持密封材料和廢氣處理體的整體物壓入金屬殼，則由于施加于片材的剪切力，片材容易產(chǎn)生變形或偏離，因此，在這種接合狀態(tài)下組裝片材所形成的裝置有時(shí)不能維持良好的密封性和保持力。另外，為了避免上述問(wèn)題，操作者有必要在纏繞、固定片材前通過(guò)手工操作除去片材的截留纖維，因而還存在操作效率顯著降低的問(wèn)題。
而且，受材質(zhì)改變等的影響，DPF等廢氣處理體的比重有逐漸增加的趨勢(shì)，保持該廢氣處理體的保持密封材料的厚度也隨之增厚，因此在今后，片材的裁斷加工時(shí)產(chǎn)生截留纖維的問(wèn)題可能日益明顯。
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而提出的，其目的在于提供由下述片材所形成的保持密封材料，所述片材可以在接合部形成合適的接合狀態(tài)；本發(fā)明的目的還在于提供廢氣凈化裝置，所述廢氣凈化裝置具有上述保持密封材料，對(duì)廢氣處理體的保持性?xún)?yōu)異。
本發(fā)明的保持密封材料是由片材構(gòu)成的保持密封材料，所述片材是由無(wú)機(jī)纖維形成的，其特征在于，所述片材在一端具有凸起部，在另一端具有與所述凸起部吻合的凹口部，所述凸起部的前端的角部和所述凹口部的側(cè)部的前端為曲面形狀。通過(guò)裁斷片材使其具有這種形狀，可以減少在凸起部或凹口部產(chǎn)生的截留纖維。此外，即使在裁斷后產(chǎn)生一些截留纖維，由于所述部位是曲面形狀，因而可將截留纖維收納在凹口部的內(nèi)部所產(chǎn)生的間隙中，籍此可以在與設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)下進(jìn)行端部的接合。
特別地，對(duì)于所述保持密封材料，將片材的所述凸起部的長(zhǎng)度L和凸起部的寬度W中長(zhǎng)度較小一方的長(zhǎng)度設(shè)為P時(shí)，優(yōu)選在所述凸起部的前端的角部和所述凹口部的側(cè)部的前端所形成的曲面形狀的曲率半徑R(mm)在0.5≤R≤P/2(當(dāng)L＝W時(shí)，0.5≤R＜P/2)的范圍內(nèi)。據(jù)此，可以避免片材嵌合部的接合力的降低。
優(yōu)選如下使用所述保持密封材料將所述片材以圓周狀纏繞在廢氣處理體的外周面，使所述片材的端部彼此接合，以此固定所述保持密封材料。
而且，將所述凸起部的長(zhǎng)度L和凸起部的寬度W中長(zhǎng)度較小一方的長(zhǎng)度設(shè)為P時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選所述片材中所述凸起部的根部和所述凹口部的底部具有如下的曲面形狀，所述曲面形狀的曲率半徑R(mm)在0.5≤R≤P/2(當(dāng)L＝W時(shí)，0.5≤R＜P/2)的范圍內(nèi)。據(jù)此，進(jìn)一步降低上述各追加部位所產(chǎn)生的截留纖維的量。
此外，所述曲率半徑R(mm)優(yōu)選在0.5≤R≤P/3的范圍內(nèi)。據(jù)此，可以降低片材中上述各部位所產(chǎn)生的截留纖維的量，同時(shí)，可以更有效地抑制由于接觸區(qū)域的減少導(dǎo)致的片材的嵌合部上的接合力的降低。
此外，所述片材優(yōu)選通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)纖維的層積狀片進(jìn)行針刺處理來(lái)構(gòu)成。這是因?yàn)椋ㄟ^(guò)針刺處理，在片材的厚度方向上編入纖維，可以提高片材的密度，同時(shí)，可以使片材的厚度變薄。
此外，所述片材優(yōu)選含有粘合材料。據(jù)此可將纖維彼此粘著，使得在對(duì)保持密封材料進(jìn)行切斷加工時(shí)、或?qū)⒈３置芊獠牧侠p繞于廢氣處理體后封入金屬殼時(shí)，可以防止纖維的飛散。作為粘合材料，可以使用有機(jī)粘合材料或無(wú)機(jī)粘合材料。作為有機(jī)粘合材料，可以使用環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、橡膠類(lèi)樹(shù)脂、苯乙烯類(lèi)樹(shù)脂等，此外作為無(wú)機(jī)粘合材料，可以使用氧化硅溶膠、氧化鋁溶膠等。特別優(yōu)選使用有機(jī)粘合材料。這是由于樹(shù)脂可通過(guò)使用中的廢氣的熱來(lái)分解除去，通過(guò)保持密封材料的復(fù)原力來(lái)提高保持密封材料對(duì)廢氣處理體的保持力。
所述無(wú)機(jī)纖維的平均直徑優(yōu)選大于等于6μm。據(jù)此，可使片材易于被切斷。
此外，所述無(wú)機(jī)纖維優(yōu)選為氧化鋁和氧化硅的混合物。據(jù)此，可以提高保持密封材料的絕熱性能。
此外，所述廢氣處理體可以是催化劑擔(dān)載體或廢氣過(guò)濾器。
本發(fā)明的廢氣凈化裝置，其是由廢氣處理體、保持密封材料和殼構(gòu)成的廢氣凈化裝置，所述保持密封材料是由以無(wú)機(jī)纖維形成的片材所構(gòu)成的，用該保持密封材料在所述廢氣處理體的外周面纏繞成圓周狀，所述殼收納所述廢氣處理體，其特征在于，所述片材在一端具有凸起部，在另一端具有與所述凸起部吻合的凹口部，所述凸起部的前端的角部和所述凹口部的側(cè)部的前端為曲面形狀。
其中，若將所述凸起部的長(zhǎng)度L和凸起部的寬度W中長(zhǎng)度較小一方的長(zhǎng)度設(shè)為P時(shí)，優(yōu)選所述片材中所述凸起部的前端的角部和所述凹口部的側(cè)部的前端具有如下的曲面形狀，所述曲面形狀的曲率半徑R(mm)在0.5≤R≤P/2(當(dāng)L＝W時(shí)，0.5≤R＜P/2)的范圍內(nèi)。
此外，將所述凸起部的長(zhǎng)度L和凸起部W中的長(zhǎng)度較小的設(shè)為P時(shí)，優(yōu)選所述片材中所述凸起部的根部和所述凹口部的底部具有如下的曲面形狀，所述曲面形狀的曲率半徑R(mm)在0.5≤R≤P/2(當(dāng)L＝W時(shí)，0.5≤R＜P/2)的范圍內(nèi)。
此外，所述片材的所述曲率半徑R(mm)優(yōu)選在0.5≤R≤P/3的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的廢氣凈化裝置中，通過(guò)具有如上所述的保持密封材料的特征，即使將保持密封材料和廢氣處理體的整體物壓入金屬殼后，也可以在各部材之間維持所規(guī)定位置的關(guān)系。
其中，構(gòu)成廢氣凈化裝置的保持密封材料的片材可以具有上述各種特征。此外，上述廢氣處理體可以是催化劑擔(dān)載體或廢氣過(guò)濾器，此時(shí)所提供的廢氣凈化裝置具有優(yōu)異的氣密性并且對(duì)于催化劑擔(dān)載體或廢氣過(guò)濾器具有優(yōu)異的保持性。
利用本發(fā)明的保持密封材料，可以在片材的接合部形成合適的接合狀態(tài)。此外，通過(guò)將這種保持密封材料用于廢氣凈化裝置，可以得到對(duì)廢氣處理體的保持性?xún)?yōu)異的廢氣凈化裝置。


圖1是說(shuō)明以往的保持密封材料中所使用的片材的形狀的圖。
圖2是說(shuō)明本發(fā)明的保持密封材料中所使用的片材的形狀和其端部的放大圖的一個(gè)例子的圖。
圖3是將本發(fā)明的保持密封材料24纏繞、固定于廢氣處理體20，壓入金屬殼12，構(gòu)成廢氣凈化裝置時(shí)的說(shuō)明圖。
圖4是說(shuō)明當(dāng)片材的凸起部50的凸出長(zhǎng)度L和凸出寬度W相等時(shí)，且片材的凸起部50的前端的角部53和凹口部60的側(cè)部65的前端的曲率半徑R為P/2時(shí)(即R＝L/2＝W/2時(shí))，片材的凸起部50和凹口部60的嵌合狀態(tài)的圖。
圖5是說(shuō)明本發(fā)明的保持密封材料中所使用的其他的片材的形狀的圖。
圖6是進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的保持密封材料中所使用的其他的片材的形狀的圖。
圖7是說(shuō)明本發(fā)明的廢氣凈化裝置的一個(gè)結(jié)構(gòu)例子的圖。
圖8是說(shuō)明片材的凸起部50和凹口部60的各部曲率半徑和脫落負(fù)荷的關(guān)系的圖。
圖9是說(shuō)明片材的平均纖維直徑和切斷負(fù)荷的關(guān)系的圖。
符號(hào)說(shuō)明10廢氣凈化裝置12金屬殼15保持密封材料20廢氣處理體24片材50、51凸起部52根部53角部55前端60、61凹口部62底部65側(cè)部70、71端部具體實(shí)施方式
接著，結(jié)合附圖對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行說(shuō)明。
本發(fā)明的保持密封材料15由以無(wú)機(jī)纖維形成的片材24構(gòu)成，該密封保持材料15例如用于在廢氣處理體20的外周面上纏繞成圓周狀。
圖2中，說(shuō)明了本發(fā)明的保持密封材料15中所使用的片材24的形狀的一個(gè)例子。該圖也示出了片材24中被接合的兩端部70、71的放大圖。片材24中，當(dāng)將其纏繞于廢氣處理體20的外周面時(shí)，被接合的一個(gè)端部70具有至少一個(gè)凸起部50，另一端部71具有嵌入上述凸起部50的至少一個(gè)凹口部60。
其中，片材24的凸起部50的前端的角部53和凹口部60的側(cè)部65的前端為曲面形狀。通過(guò)將片材24的兩端部70、71裁斷加工成這種曲面形狀，在將凸起部50嵌入凹口部60時(shí)不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)位等，因而可以按設(shè)計(jì)的狀態(tài)將兩端部接合。這是因?yàn)?1)通過(guò)使上述部位為曲面形狀，片材24易于被裁斷，因而不容易在凸起部和凹口部產(chǎn)生截留纖維；(2)即使在凹口部60的底部62的拐角或凸起部50的根部52等處產(chǎn)生了截留纖維，由于與這些位置相對(duì)向的凸起部50的末端的角部53或凹口部60的側(cè)部65的前端為曲面形狀，因而所述截留纖維可被收納在由此產(chǎn)生的間隙中。因此，如圖3所示，將裁斷后的片材24作為保持密封材料15，在廢氣處理體20的外周部纏繞成圓筒狀，接合端部70、71進(jìn)行固定時(shí)，在保持密封材料15上不會(huì)產(chǎn)生由于截留纖維所導(dǎo)致的錯(cuò)位、松馳、偏離等。此外，此時(shí)，操作者沒(méi)有必要預(yù)先手工除去片材24的截留纖維。此外，由于保持密封材料具有如此合適的接合狀態(tài)，因而可容易地將保持密封材料15和廢氣處理體20的整體物壓入金屬殼，進(jìn)一步，壓入后的各部材之間可以容易維持與設(shè)計(jì)一致的位置關(guān)系。因此，可以得到對(duì)廢氣處理體的具有良好的保持力的廢氣凈化裝置10。
其中，將凸起部50的凸出長(zhǎng)度L和凸起寬度W中長(zhǎng)度較小一方的長(zhǎng)度設(shè)為P時(shí)，優(yōu)選通過(guò)使曲率半徑R(mm)在0.5≤R≤P/2的范圍內(nèi)來(lái)對(duì)片材24的上述部位(凸起部50的前端的角部53和凹口部60的側(cè)部65的前端)進(jìn)行裁斷加工。通過(guò)使片材24的曲率半徑R≥0.5，將片材用作保持密封材料時(shí)，可以有效地發(fā)揮上述效果。此外，對(duì)于使曲率半徑R≤P/2，如圖3所示，將裁斷后的片材24作為保持密封材料15，在廢氣處理體20的外周部上纏繞成圓筒狀，接合端部70、71，進(jìn)行敲打固定時(shí)，可以使凸起部50和凹口部60在一定區(qū)域上接觸。即，曲率半徑R為R＞P/2時(shí)，凸起部50和凹口部60實(shí)質(zhì)上并未相接觸，不產(chǎn)生接合力。此外，由于氣體從嵌合部所產(chǎn)生的間隙間泄漏，密封性顯著地降低。與此相對(duì)，使曲率半徑R≤P/2時(shí)，在嵌合部產(chǎn)生一定的接合力，作為保持密封材料15，其保持力得到了提高。此外，在凸起部和凹口部的嵌合部不會(huì)產(chǎn)生氣體的貫通通路，因而可維持良好的密封性。
而且，若片材的凸起部50為凸出長(zhǎng)度L＝凸出寬度W的形狀時(shí)，則有必要使曲率半徑R在0.5≤R＜P/2的范圍內(nèi)。此時(shí)，曲率半徑R(mm)＝P/2指的是凸起部50和凹口部60的嵌合部為如圖4所示的形狀。凸起部50為這種形狀時(shí)，凸起部50和凹口部60的面之間實(shí)質(zhì)上并未接觸(R＝P/2時(shí)為點(diǎn)接觸)，在嵌合部上不能產(chǎn)生接合力，同時(shí)，通過(guò)產(chǎn)生于片材24的嵌合部的間隙，產(chǎn)生漏氣。因此凸起部是這樣的形狀時(shí)，有必要通過(guò)使上述部位的曲率半徑在0.5≤R＜P/2的范圍內(nèi)來(lái)對(duì)片材進(jìn)行裁斷加工。
進(jìn)一步，上述各部位的曲率半徑R優(yōu)選在0.5≤R≤P/3的范圍內(nèi)。通過(guò)將滿(mǎn)足該條件的片材24用作保持密封材料15，可以在凸起部50和凹口部60之間確保充分的接觸區(qū)域，進(jìn)一步得到良好的接合力。
而且，在上述例子中，僅對(duì)將設(shè)定片材24的凸起部50的前端的角部53和凹口部60的側(cè)部65的前端的曲率半徑R設(shè)定為曲面形狀的情況進(jìn)行了說(shuō)明。但是本發(fā)明中，根據(jù)需要也可將片材24的其他部位設(shè)定為曲面形狀。例如，片材24的凸起部50的根部52和凹口部60的底部62的角部可以是曲率半徑R滿(mǎn)足0.5≤R≤P/2(當(dāng)L＝W時(shí)，為0.5≤R＜P/2)的條件的曲面形狀(參照?qǐng)D5)。據(jù)此，可以進(jìn)一步降低裁斷片材時(shí)產(chǎn)生的截留纖維。
而且，雖然在圖5和圖2的例子中，片材24的纏繞固定的端部的接合形狀是由一組凸起部50和凹口部60構(gòu)成的，但是片材24的端部70、71的形狀不限于此。例如，可以由多組凸起部50和凹口部60來(lái)構(gòu)成接合部?；蛉鐖D6所示，片材24的纏繞固定的兩端部70、71分別具有一對(duì)凸起部51和凹口部61，匹配兩端部70、71后，可以通過(guò)敲打等來(lái)固定兩端部70、71。此時(shí)，凸起部51的前端中的角部53與另一端凸起部51的根部52相對(duì)向，通過(guò)至少控制該角部53為上述值，可以得到上述效果。
如圖3所示，該保持密封材料15纏繞固定于廢氣處理體20的外周，通過(guò)例如壓入方式將該整體物設(shè)置于金屬殼12內(nèi)。如此構(gòu)成的廢氣凈化裝置10的一個(gè)構(gòu)成例子如圖7所示。該圖的例子中，廢氣處理體20是在平行于氣流的方向上具有多個(gè)貫通孔的催化劑擔(dān)載體。催化劑擔(dān)載體例如由蜂窩狀的多孔質(zhì)碳化硅等構(gòu)成。而且，本發(fā)明的廢氣凈化裝置10不限于這種構(gòu)成。例如，廢氣處理體20可以為貫通孔的一部分被封口的DPF。通過(guò)在該廢氣凈化裝置10中使用上述保持密封材料15，在壓入金屬殼12后，各構(gòu)成部材也可以維持所規(guī)定的位置關(guān)系。因此，可以提供氣密性?xún)?yōu)異的廢氣凈化裝置。此外也可以提供廢氣處理體在排氣壓力下不脫落，對(duì)廢氣處理體的保持性?xún)?yōu)異的廢氣凈化裝置。
下文對(duì)本發(fā)明的保持密封材料15的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。
本發(fā)明的保持密封材料15由片材24形成，該片材24可如下制造。
首先，制造由無(wú)機(jī)纖維形成的層積狀片。而且雖然下文說(shuō)明中使用氧化鋁和氧化硅的混合物作為無(wú)機(jī)纖維，但是無(wú)機(jī)纖維材料不限于此，例如可以單獨(dú)使用氧化鋁纖維或氧化硅纖維。在氧化鋁含量為70g/l、Al/Cl＝1.8(原子比)的堿性氯化鋁水溶液中，添加氧化硅溶膠使氧化鋁-氧化硅的組成比為60～80∶40～20，從而調(diào)制無(wú)機(jī)纖維的前體。特別地，氧化鋁-氧化硅的組成比優(yōu)選為70～74∶30～26。采用上述組成比是因?yàn)椋粞趸X的組成比小于等于60％時(shí)，由于由氧化鋁和氧化硅產(chǎn)生的莫來(lái)石的組成比率低，片材的熱傳導(dǎo)度高，不能得到充分的絕熱性能。
接著，在該氧化鋁類(lèi)纖維的前體中添加聚乙烯醇等有機(jī)聚合物。然后，濃縮該液體，調(diào)制紡絲液。進(jìn)一步使用該紡絲液，通過(guò)噴吹法進(jìn)行紡絲。噴吹法是通過(guò)利用從空氣噴嘴吹出的空氣流和從紡絲液供給噴嘴擠出的紡絲液流來(lái)進(jìn)行紡絲的方法?？諝鈬娮斓某鲲L(fēng)口的氣體流速通常為40m/s～200m/s。此外，紡絲噴嘴的直徑通常為0.1mm～0.5mm，1個(gè)紡絲液供給噴嘴的液量通常為1ml/h～120ml/h，優(yōu)選為3ml/h～50ml/h。在這種條件下，由于從紡絲液供給噴嘴擠出的紡絲液不會(huì)成為噴霧狀(霧狀)，被充分地拉伸，纖維之間不容易相互接合，因而通過(guò)使紡絲條件最佳化，可以得到纖維直徑分布窄的均一的氧化鋁纖維前體。
其中，制造的氧化鋁類(lèi)纖維的平均纖維長(zhǎng)優(yōu)選大于等于250μm，更優(yōu)選大于等于500μm。這是因?yàn)椋羝骄w維長(zhǎng)小于250μm，纖維之間不能充分絡(luò)合，因而不能得到充分的強(qiáng)度。此外，對(duì)于無(wú)機(jī)纖維的平均直徑不特別限定，但是，有必要注意，即使無(wú)機(jī)纖維的平均直徑大于等于6μm，本發(fā)明還是有效的。
層積紡絲結(jié)束后的前體，制造層積狀片。進(jìn)一步，對(duì)層積狀片進(jìn)行針刺處理。其中，針刺處理指的是將針在層積狀片上拔出和插入，使片變薄。針刺處理使用通常的針刺裝置。針刺裝置通常是由在針刺方向上可以往復(fù)移動(dòng)的針板和設(shè)置于層積狀片的兩面的一對(duì)支撐板構(gòu)成。在針板上，例如，以約為100個(gè)/100cm2～5000個(gè)/100cm2的密度固定有多個(gè)用于針刺層積狀片的針。此外，在支撐板上設(shè)有針用的貫通孔。通過(guò)使用這樣的針刺裝置，將針在層積狀片上拔出和插入，進(jìn)行針刺處理，將復(fù)雜絡(luò)合的纖維定向于層積方向，從而可以強(qiáng)化層積狀片的層積方向。
對(duì)如此實(shí)施了針刺處理的層積狀片(下文稱(chēng)為片材)從常溫加熱，在最高溫度為1250℃左右下進(jìn)行連續(xù)燒制，從而得到所規(guī)定的單位面積重量(密度)的片材。
為了易于操作，如此得到的片材被裁斷成所規(guī)定的尺寸。
接著，優(yōu)選使諸如樹(shù)脂等有機(jī)類(lèi)粘合材料浸滲裁斷的片材。據(jù)此，可以抑制片材24過(guò)于蓬松，可以改善利用片材24作為廢氣凈化裝置10的廢氣處理體20的保持密封材料15時(shí)的組裝性。此外，可以防止無(wú)機(jī)纖維從片材24上脫離，從而防止保持力降低。進(jìn)一步，將高溫廢氣導(dǎo)入廢氣凈化裝置10時(shí)，由于保持密封材料15的有機(jī)粘合劑消失，被壓縮了的保持密封材料15復(fù)原，封住了金屬殼和廢氣處理體20之間可能存在的細(xì)小的間隙，從而提高了保持密封材料的保持力和密封性。
有機(jī)類(lèi)粘合材料的含量?jī)?yōu)選為1.0重量％～10.0重量％。該含量小于1.0重量％時(shí)，不能充分地防止無(wú)機(jī)纖維的脫離。而若大于10.0重量％時(shí)，不能得到柔軟性，片材難以纏繞在廢氣處理體20上。
作為有機(jī)類(lèi)粘合材料，例如，優(yōu)選使用丙烯酸類(lèi)(ACM)、丙烯腈-丁二烯橡膠(NBR)、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)樹(shù)脂等。
使用由這樣的有機(jī)類(lèi)粘合材料和水調(diào)制的水分散液，通過(guò)噴涂，使樹(shù)脂浸滲片材24。另外，片材中含有的過(guò)剩的添加固體成分和水分通過(guò)下述工序除去。
接著，除去過(guò)剩的固體成分并進(jìn)行干燥處理。用吸引法除去過(guò)剩的固體成分。此外，通過(guò)加熱壓縮干燥法除去過(guò)剩的水分。該方法中對(duì)片材施加擠壓，所以在除去過(guò)剩的水分的同時(shí)，也使片材變薄。在95℃～155℃的溫度下進(jìn)行干燥。該溫度若低于95℃，則干燥時(shí)間延長(zhǎng)，生產(chǎn)效率降低。此外，在超過(guò)155℃的干燥溫度下進(jìn)行干燥時(shí)，有機(jī)類(lèi)粘合材料本身開(kāi)始分解，有機(jī)類(lèi)粘合材料的粘著性受到損害。
最后，將片材裁斷成所規(guī)定的形狀。此時(shí)，通過(guò)使凸起部50和凹口部60的所規(guī)定的部位具有上述曲面形狀來(lái)裁斷片材，可使所得到的片材24在接合部位的截留纖維量少。
使用如此得到的片材24作為廢氣凈化裝置10的廢氣處理體20的保持密封材料15。即，通過(guò)將片材24纏繞于廢氣處理體20上，使端部的凸起部和凹口部嵌合來(lái)進(jìn)行固定，從而可以提供保持密封材料15和廢氣處理體20的整體物。接著，例如通過(guò)壓入等，將該整體物設(shè)置于由不銹鋼等構(gòu)成的金屬殼內(nèi)，從而得到廢氣凈化裝置10。
下文通過(guò)實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的效果。
按如下所述的順序來(lái)制造片材24。
在氧化鋁的含量為70g/l、Al/Cl＝1.8(原子比)的堿性氯化鋁水溶液中，使氧化鋁類(lèi)纖維的組成為Al2O3∶SiO2＝72∶28來(lái)配合氧化硅溶膠，形成氧化鋁類(lèi)纖維的前體。
接著在氧化鋁類(lèi)纖維的前體中添加聚乙烯醇等有機(jī)聚合物。進(jìn)一步，濃縮該液體來(lái)制造紡絲液，使用該紡絲液通過(guò)噴吹法來(lái)進(jìn)行紡絲。
然后，折疊氧化鋁類(lèi)纖維的前體，將折疊物進(jìn)行層積來(lái)制造氧化鋁類(lèi)纖維的層積狀片。對(duì)該層積狀片，用針數(shù)為500個(gè)/100cm2的針刺夾具進(jìn)行針刺處理。然后，將得到的片材24從常溫加熱，在最高溫度為1250℃左右下進(jìn)行連續(xù)燒制，得到單位面積重量為1160g/cm2的氧化鋁類(lèi)纖維的片材。氧化鋁類(lèi)纖維的平均直徑為7.2μm，最小直徑為3.2μm。此外，片材的厚度為9mm。
另外，纖維的平均直徑通過(guò)下述方法進(jìn)行測(cè)定首先將氧化鋁纖維加入圓筒中，在20.6Mpa下加壓粉碎。接著，將該樣品載置于篩網(wǎng)，將通過(guò)篩的樣品作為電子顯微鏡觀察用試驗(yàn)品。將金等蒸鍍于該試驗(yàn)品的表面上后，以倍率約為1500倍的電子顯微鏡進(jìn)行拍照。由得到的照片測(cè)定至少40根纖維的直徑。對(duì)5個(gè)樣品重復(fù)該操作，將測(cè)定值的平均值作為纖維的平均直徑。
裁斷上述工序中制造的片材，使其尺寸如下長(zhǎng)度為1270nm，寬度為1280mm。
對(duì)裁斷的片材進(jìn)行有機(jī)類(lèi)粘合材料的滲透。調(diào)制丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂水分散液(日本ゼオン制L×803，固體成分濃度為50±10％，pH值為5.5～7.0)使樹(shù)脂濃度為1.0重量％～10.0重量％，得到浸滲液。接著，通過(guò)噴涂，使該浸滲液浸滲片材。
由于在浸滲有機(jī)類(lèi)粘合材料后的片材上附著了超過(guò)規(guī)定量的固體成分，通過(guò)固體物的吸引處理(3秒)來(lái)除去過(guò)剩的固體成分。該處理后，用稱(chēng)量法確認(rèn)可知，片材的有機(jī)類(lèi)粘合材料的浸滲率為10wt％。
使用吸引工序后的片材，進(jìn)行干燥溫度為95℃～155℃的加熱壓縮干燥處理。其中，從上下用夾具將片材24夾住，進(jìn)行加熱壓縮干燥。據(jù)此處理后，得到平均厚度為8mm的片材。
將得到的片材加壓切斷，使其成為圖5的形狀。使片材的纏繞方向(X方向)的最大長(zhǎng)度為230mm，寬(Y方向長(zhǎng)度)為80mm，凸起部50的凸出長(zhǎng)度L和寬度W分別為30mm和15mm，使凹口部60的深度為31mm，寬度為15mm。因此，該例子中，上述P＝(W＝)15mm。其中，凸起部50的角部53和根部52以及凹口部60的側(cè)部65的前端和底部62的角的各曲率半徑(下文將此總稱(chēng)為各部的曲率半徑)為R＝3mm(實(shí)施例1)。
同樣地，制造實(shí)施例2～實(shí)施例4、實(shí)施例6～實(shí)施例9以及比較例1的片材24。通過(guò)基本上與上述實(shí)施例1的相同的處理來(lái)制造這些片材24。但是在這些片材中，各部的曲率半徑在R＝0.4mm～7.5mm的范圍內(nèi)變化。而且，實(shí)施例5使用與實(shí)施例4基本同類(lèi)的片材，區(qū)別僅在于無(wú)機(jī)纖維直徑不同，實(shí)施例5中為5.7μm。表1中，說(shuō)明了各實(shí)施例和比較例的片材24的各部的曲率半徑R，還說(shuō)明了曲率半徑R相對(duì)于P(即凸起部的凸起寬度W)的倍率。


凸出長(zhǎng)度L＝30mm，凸出寬度W＝15mm接著，用同樣的方法來(lái)制造實(shí)施例11～實(shí)施例19、比較例11的片材24。這些實(shí)施例和比較例中，使凸起部50的凸出長(zhǎng)度L和寬度W分別為15mm和30mm，使凹口部的深度為16mm，寬度為30mm。表2中，說(shuō)明了這些實(shí)施例11～實(shí)施例19和比較例11的片材24的各部的曲率半徑R，還說(shuō)明了曲率半徑R相對(duì)于P(即凸起部的凸起長(zhǎng)度L)的倍率。


凸出長(zhǎng)度L＝15mm，凸出寬度W＝30mm接著，用同樣的方法制造實(shí)施例21～實(shí)施例28、比較例21、比較例22的片材24。這些實(shí)施例和比較例中，使凸起部50的凸出長(zhǎng)度L和寬度W都為30mm，使凹口部60的深度為31mm，寬為30mm。此外，使各部的曲率半徑R在R＝0.4mm～15mm的范圍內(nèi)。表3中，說(shuō)明了這些實(shí)施例21～實(shí)施例28和比較例21、比較例22的片材24的各部的曲率半徑R，還說(shuō)明了曲率半徑R相對(duì)于P(即凸起部的凸起長(zhǎng)度L或凸起寬度W)的倍率。


凸出長(zhǎng)度L＝30mm，凸出寬度W＝30mm[脫落負(fù)荷試驗(yàn)]將上述實(shí)施例1～實(shí)施例28和比較例1、比較例11、比較例21、比較例22的各種片材纏繞在直徑為80mm、長(zhǎng)度為150mm的催化劑擔(dān)載體的外周，嵌合凸起部和凹口部，進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)彼此接合的端部進(jìn)行敲打，使各片材與催化劑擔(dān)載體整體化。接著，將該整體物壓入內(nèi)徑為84mm、厚度為1.5mm、長(zhǎng)度為200mm的SUS 304制的圓筒狀金屬殼來(lái)制造試驗(yàn)體。將該試驗(yàn)體保持大于等于24小時(shí)后，使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)體的脫落負(fù)荷試驗(yàn)。其中，脫落負(fù)荷指的是用于擠出壓入金屬殼的催化劑擔(dān)載體所必需的最大負(fù)荷。由現(xiàn)有的試驗(yàn)結(jié)果可知，若脫落負(fù)荷超過(guò)200N，則保持密封材料對(duì)廢氣處理體的保持力在實(shí)用上是充分的。測(cè)定結(jié)果如表1～表3和圖8所示。由這些結(jié)果可知，片材的各部的曲率半徑R在0.5≤R≤P/2(當(dāng)L＝W時(shí)，為0.5≤R＜P/2)的范圍內(nèi)時(shí)，試驗(yàn)體的脫落負(fù)荷超過(guò)200N，保持密封材料15顯示了良好的保持力。特別地，片材24的各部的曲率半徑R在0.5≤R≤P/3的范圍內(nèi)時(shí)，脫落負(fù)荷超過(guò)300N，使用了該片材的保持密封材料15顯示出極佳的保持力。
圖9說(shuō)明了通過(guò)片材的切斷試驗(yàn)得到的片材的平均纖維直徑和切斷負(fù)荷的關(guān)系。該切斷試驗(yàn)中，使用切斷夾具來(lái)測(cè)定將以上述方法制造的50mm×50mm的片材切斷所必需的負(fù)荷，將由該試驗(yàn)所得到的最大負(fù)荷作為切斷負(fù)荷。由該結(jié)果可知，片材的平均纖維直徑越大，切斷負(fù)荷越低，片材易切斷。這是由于若纖維直徑增大，則片材中含有的缺陷的存在率增高。因此，在本發(fā)明中，使用平均直徑超過(guò)6μm的片材時(shí)也可獲得顯著的效果。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的保持密封材料和廢氣凈化裝置可以用于車(chē)輛用的廢氣凈化裝置等。
權(quán)利要求
1.一種保持密封材料，其是由片材構(gòu)成的保持密封材料，所述片材是由無(wú)機(jī)纖維形成的，其特征在于，所述片材在一端具有凸起部，在另一端具有與所述凸起部吻合的凹口部，所述凸起部的前端的角部和所述凹口部的側(cè)部的前端為曲面形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的保持密封材料，其中，將所述凸起部的長(zhǎng)度L和凸起部的寬度W中長(zhǎng)度較小一方的長(zhǎng)度設(shè)為P時(shí)，在所述凸起部的前端的角部和所述凹口部的側(cè)部的前端所形成的曲面形狀的曲率半徑R在0.5≤R≤P/2的范圍內(nèi)，當(dāng)L＝W時(shí)，R在0.5≤R＜P/2的范圍內(nèi)，R的單位為mm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的保持密封材料，其中，所述保持密封材料按如下方式使用將所述片材以圓周狀纏繞在廢氣處理體的外周面，使所述片材的端部彼此接合，以此固定所述保持密封材料。
4.如權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)所述的保持密封材料，其中，將所述凸起部的長(zhǎng)度L和凸起部的寬度W中長(zhǎng)度較小一方的長(zhǎng)度設(shè)為P時(shí)，在所述凸起部的根部和所述凹口部的底部所形成的曲面形狀的曲率半徑R在0.5≤R≤P/2的范圍內(nèi)，當(dāng)L＝W時(shí)，R在0.5≤R＜P/2的范圍內(nèi)，R的單位為mm。
5.如權(quán)利要求1～4任意一項(xiàng)所述的保持密封材料，其中，所述曲率半徑R在0.5≤R≤P/3的范圍內(nèi)，R的單位為mm。
6.如權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述的保持密封材料，其中，所述片材是通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)纖維的層積狀片進(jìn)行針刺處理來(lái)構(gòu)成的。
7.如權(quán)利要求1～6的任意一項(xiàng)所述的保持密封材料，其中，所述片材含有粘合材料。
8.如權(quán)利要求1～7的任意一項(xiàng)所述的保持密封材料，其中，所述無(wú)機(jī)纖維的平均直徑大于等于6μm。
9.如權(quán)利要求1～8任意一項(xiàng)所述的保持密封材料，其中，所述無(wú)機(jī)纖維是氧化鋁和氧化硅的混合物。
10.如權(quán)利要求3～9任意一項(xiàng)所述的保持密封材料，其中，所述廢氣處理體是催化劑擔(dān)載體或廢氣過(guò)濾器。
11.一種廢氣凈化裝置，其是由廢氣處理體、保持密封材料和殼構(gòu)成的廢氣凈化裝置，所述保持密封材料是由以無(wú)機(jī)纖維形成的片材所構(gòu)成的，用該保持密封材料在所述廢氣處理體的外周面纏繞成圓周狀，所述殼收納所述廢氣處理體，其特征在于，所述片材在一端具有凸起部，在另一端具有與所述凸起部吻合的凹口部，所述凸起部的前端的角部和所述凹口部的側(cè)部的前端為曲面形狀。
12.如權(quán)利要求11所述的廢氣凈化裝置，其中，將所述凸起部的長(zhǎng)度L和凸起部的寬度W中長(zhǎng)度較小一方的長(zhǎng)度設(shè)為P時(shí)，在所述凸起部的前端的角部和所述凹口部的側(cè)部的前端所形成的曲面形狀的曲率半徑R在0.5≤R≤P/2的范圍內(nèi)，當(dāng)L＝W時(shí)，R在0.5≤R＜P/2的范圍內(nèi)，R的單位為mm。
13.如權(quán)利要求11或12所述的廢氣凈化裝置，其中，將所述凸起部的長(zhǎng)度L和凸起部的寬度W中長(zhǎng)度較小一方的長(zhǎng)度設(shè)為P時(shí)，在所述凸起部的根部和所述凹口部的底部所形成的曲面形狀的曲率半徑R在0.5≤R≤P/2的范圍內(nèi)，當(dāng)L＝W時(shí)，R在0.5≤R＜P/2的范圍內(nèi)，R的單位為mm。
14.如權(quán)利要求11～13任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化裝置，其中，所述曲率半徑R在0.5≤R≤P/3的范圍內(nèi)，R的單位為mm。
15.如權(quán)利要求11～14任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化裝置，其中，所述片材是對(duì)無(wú)機(jī)纖維的層積狀片進(jìn)行針刺處理來(lái)構(gòu)成的。
16.如權(quán)利要求11～14任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化裝置，其中，所述片材含有粘合材料。
17.如權(quán)利要求11～15任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化裝置，其中，所述無(wú)機(jī)纖維的平均直徑大于等于6μm。
18.如權(quán)利要求11～16任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化裝置，其中，所述無(wú)機(jī)纖維是氧化鋁和氧化硅的混合物。
19.如權(quán)利要求11～17任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化裝置，其中，所述廢氣處理體是催化劑擔(dān)載體或廢氣過(guò)濾器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于廢氣凈化裝置等的保持密封材料以及含有保持密封材料的廢氣凈化裝置。所述的保持密封材料是由以無(wú)機(jī)纖維形成的片材構(gòu)成的，將上述片材以圓周狀纏繞在廢氣處理體的外周面，接合上述片材的端部并進(jìn)行固定。所述片材在所接合的上述端部具有至少一組的凸起部和凹口部，對(duì)于各組的凸起部，將凸出長(zhǎng)度L和凸出寬度W中長(zhǎng)度較小的一方的長(zhǎng)度設(shè)為P時(shí)，在所述各組的凸起部的前端的角部和所述各組對(duì)應(yīng)于凸起部的凹口部的側(cè)部的前端上所形成的曲面形狀的曲率半徑R(mm)在0.5≤R≤P/2(當(dāng)L＝W時(shí)，0.5≤R＜P/2)的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)F01N3/24GK1924313SQ20061005705
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月2日
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