專利名稱：保持用密封材、廢氣處理裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及包含無機纖維的保持用密封材、包括所述保持用密封材的廢氣處理裝置及其制造方法。
背景技術：
從本世紀開始，汽車的數(shù)量日益劇增，來自汽車發(fā)動機室的廢氣量也隨著汽車數(shù)量的上升而急劇增加。特別是來自柴油發(fā)動機的廢氣中的各種物質造成了環(huán)境的污染，因此這些物質目前正嚴重影響著全球的環(huán)境。
在此環(huán)境下，已經提出了各種廢氣處理裝置，并且這些裝置也已經付諸實際應用。典型的廢氣處理裝置在與發(fā)動機的廢氣集管連接的排氣管上具有外殼(例如由金屬等制成)，在該外殼中布置具有由孔壁分隔的大量孔的廢氣處理體。通常，將這些孔構造成蜂窩狀結構。特別是在該情況中，所述廢氣處理體稱為蜂窩狀結構體。作為這種廢氣處理體的實例，有諸如催化劑載體和柴油微粒過濾器(DPF)等廢氣過濾器。例如，在DPF的情況中，基于上述結構，在廢氣經由各個孔通過廢氣處理體的過程中，由孔壁來捕集顆粒。由此可以從廢氣中除去顆粒。廢氣處理體的材料為金屬、合金和陶瓷等。作為包含陶瓷的廢氣處理體的典型實例，已知有由堇青石制成的蜂窩狀過濾器。從耐熱性、機械強度和化學穩(wěn)定性的觀點來看，近來采用多孔性硅碳剛石燒結體作為廢氣處理體。
通常將保持用密封材放置于上述廢氣處理體與外殼之間。保持用密封材用于防止車輛運行過程中由于廢氣處理體與外殼內表面接觸而導致的破損，以及用于防止廢氣從外殼與廢氣處理體之間的縫隙中泄漏出來。另外，保持用密封材還在防止廢氣處理體由于廢氣的排出壓力而脫落方面起著重要的作用。此外，為了穩(wěn)定反應，廢氣處理體需要保持高溫，因此保持用密封材需要具有耐熱性。作為滿足這些要求的部件，有包含諸如氧化鋁系纖維等無機纖維的片狀部件。
保持用密封材卷繞在廢氣處理體的除了開口面以外的外周面的至少一部分上。例如，將保持用密封材的兩端接合，并通過利用膠帶將保持用密封材與廢氣處理體固定成一體來使用所述保持用密封材。然后，通過壓入外殼中而將該一體物組裝到廢氣處理裝置中。
當將所述一體物壓入到外殼中或者當使用廢氣處理裝置時，由保持用密封材施加的作用于廢氣處理體的表面壓力必須處于所謂的等壓強度內，以防止來自保持用密封材的壓縮應力對廢氣處理體造成的損害。這里，等壓強度是將各向同性的靜水壓荷重施加于廢氣處理體上造成損壞時的壓縮破壞荷重(力)。所述等壓強度是由社團法人自動車技術協(xié)會發(fā)行的汽車標準JASO M505-87所規(guī)定。
已經提出了對保持用密封材進行設置，以使得當保持用密封材組裝卷繞在蜂窩狀結構體上時，保持用密封材的舌狀配合部面向蜂窩狀結構體的孔壁布置的方法，由此來防止當將超過等壓強度的荷重施加于蜂窩狀結構體上時蜂窩狀結構體發(fā)生破損的現(xiàn)象(見專利文獻1)。在專利文獻1的方法中，公開了蜂窩狀結構體不易發(fā)生破損，原因是將例如保持用密封材的舌狀配合部等表面壓力變大的位置布置在構成蜂窩狀結構體的每個孔上的容許荷重變得最大的方向上(即，將表面壓力施加于幾乎與孔壁垂直的方向上)。
專利文獻1JP 2000-204938發(fā)明內容然而，如專利文獻1所示，在通過面向蜂窩狀結構體的孔壁設置保持用密封材的舌狀配合部的方法中，需要小心地將保持用密封材放置在這樣的相對位置，并且保持用密封材的組裝過程變得復雜。而且，當改變蜂窩狀結構體的形狀時，保持用密封材的舌狀配合部可能會無法裝在所希望的位置上。為了防止這種情況的發(fā)生，需要使蜂窩狀結構體的尺寸和形狀保持一致。然而，在設定這類限定的情況中，存在的問題是嚴重限制了裝置設計的自由度。另外，在保持用密封材與蜂窩狀結構體的接觸面上，無法保證施加有最大表面壓力的區(qū)域總是舌狀配合部，并且存在當表面壓力在其它區(qū)域變得最大時蜂窩狀結構體可能破損的問題。
而且，如下所述，目前存在使施加于蜂窩狀結構體的廢氣處理體上的表面壓力的上限與表面壓力的下限之差變小的趨勢。(1)為了進一步提高廢氣處理裝置的廢氣處理能力，需要增加廢氣處理體每單位面積的孔數(shù)和增加內部比表面積。與此相伴，存在使廢氣處理體的孔壁厚度逐漸變薄和使表面壓力的上限(即，等壓強度)變低的趨勢。(2)另一方面，在廢氣高壓化和廢氣處理體重量增加的進程中，由于需要通過保持用密封材適當?shù)乇３謴U氣處理體，因此存在表面壓力的下限上升的趨勢。因此，需要通過準確控制由保持用密封材施加于廢氣處理體的表面壓力，使實際表面壓力處于適當?shù)谋砻鎵毫Ψ秶鷥?在表面壓力的下限和表面壓力的上限之間)。
因此，本發(fā)明的一個主要目的是提供一種保持用密封材，其中所述保持用密封材在具有等壓強度較低的廢氣處理體的廢氣處理裝置的裝入和使用時，所述廢氣處理體也不會破損，而且還能夠在使用時適當?shù)乇３謴U氣處理體。另外，本發(fā)明的另一個目的是提供采用上述保持用密封材的廢氣處理裝置。此外，本發(fā)明的另一個目的是提供上述廢氣處理裝置的制造方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個方面提供了一種包含無機纖維的保持用密封材，所述保持用密封材具有第一表面和第二表面，其中所述第一表面具有溝槽狀結構。
在采用具有溝槽狀結構的保持用密封材的情況中，例如，當將具有溝槽狀結構的保持用密封材卷繞在廢氣處理裝置的廢氣處理體上以面向第一表面外側時，若將壓縮應力施加于所述保持用密封材，則所述保持用密封材可以變形以填入到所述溝槽狀結構中。由此可以分散施加于廢氣處理體的壓縮應力。
因此，在根據本發(fā)明的保持用密封材中，所述保持用密封材可以在所述第一表面上具有沿兩個不同方向分別平行形成的多個溝槽狀結構。
此外，在根據本發(fā)明的保持用密封材中，所述溝槽狀結構可以由凹槽線構成。在這種情況中，所述溝槽狀結構可以容易地形成。
此外，在根據本發(fā)明的保持用密封材中，所述保持用密封材可以通過針刺處理形成。
此外，在根據本發(fā)明的保持用密封材中，所述保持用密封材可以包含無機粘合劑和/或有機粘合劑。通過將上述粘合劑加入到所述保持用密封材中可以增加纖維之間的粘合力，并且可以使所述保持用密封材容易處理。
為了達到上述目的，本發(fā)明的另一個方面提供了一種廢氣處理裝置，該廢氣處理裝置包括廢氣處理體、包含無機纖維的保持用密封材和其中容納有所述廢氣處理體和所述保持用密封材的外殼，其中，所述保持用密封材具有第一表面，而且所述保持用密封材卷繞在所述廢氣處理體的外周面的至少一部分上，使得所述第一表面朝向外側，并且所述保持用密封材在所述第一表面上具有溝槽狀結構。
因此，在本發(fā)明的所述廢氣處理裝置中，通過所述保持用密封材的上述效果，施加于所述廢氣處理體上的壓縮應力可以得到分散，并且直接施加于所述廢氣處理體上的壓縮應力得到降低。因此，即使采用孔壁薄且等壓強度低的廢氣處理體，所述廢氣處理體也很少發(fā)生破損。
另外，在根據本發(fā)明的廢氣處理裝置中，所述廢氣處理體可以是催化劑載體或者廢氣過濾器。
另外，在根據本發(fā)明的廢氣處理裝置中，可以采用壓配方式、蛤殼方式、卷繞緊固方式和精壓方式中的任意方式，將卷繞有所述保持用密封材的所述廢氣處理體容納在所述外殼中。
而且，為了達到上述目的，本發(fā)明的另一個方面提供了廢氣處理裝置的制造方法，所述廢氣處理裝置包括廢氣處理體、包含無機纖維的保持用密封材和其中容納有所述廢氣處理體和所述保持用密封材的外殼，所述制造方法包括提供在第一表面上具有溝槽狀結構的所述保持用密封材的步驟，將所述保持用密封材卷繞在所述廢氣處理體的外周面的至少一部分上使得所述第一表面朝向外側的步驟，和通過壓配方式、蛤殼方式、卷繞緊固方式和精壓方式中的任意方式，將卷繞有所述保持用密封材的所述廢氣處理體容納在所述外殼中的步驟。
因此，通過將本發(fā)明的保持用密封材用于廢氣處理裝置可以獲得下述的廢氣處理裝置其可以維持所述保持用密封材對所述廢氣處理體的良好的保持性，并且所述廢氣處理體很少發(fā)生破損。


當結合附圖進行閱讀時，根據以下詳細描述，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點將變得更加清楚，其中圖1是本發(fā)明的保持用密封材的結構的實例。
圖2是顯示將本發(fā)明的保持用密封材和廢氣處理體容納在外殼中的狀態(tài)的示意圖。
圖3是顯示本發(fā)明的原理的示意圖。
圖4是顯示保持用密封材的溝槽狀結構的一個實例的示意圖。
圖5是顯示保持用密封材的溝槽狀結構的另一個實例的示意圖。
圖6是顯示保持用密封材的溝槽狀結構的又一個實例的示意圖。
圖7是顯示保持用密封材的溝槽狀結構的再一個實例的示意圖。
圖8是顯示保持用密封材的溝槽狀結構的另外一個實例的示意圖。
圖9是根據本發(fā)明的一個實施方式的廢氣處理裝置的制造流程圖。
圖10是顯示通過壓配方式將經被覆的廢氣處理體放置到外殼中的方法的示意圖。
圖11是顯示通過蛤殼方式將經被覆的廢氣處理體放置到外殼中的方法的示意圖。
圖12是顯示通過卷繞緊固方式將經被覆的廢氣處理體放置到外殼中的方法的示意圖。
圖13是顯示通過精壓方式將經被覆的廢氣處理體放置到外殼中的方法的示意圖。
圖14是顯示本發(fā)明的一個實施方式的廢氣處理裝置的一個構成例的示意圖。
圖15是顯示用于評價測試的保持用密封材樣品的凹槽線的布置圖。
圖16是顯示用于評價測試的保持用密封材樣品的另一種凹槽線的布置圖。
圖17是顯示用于評價測試的保持用密封材樣品的又一種凹槽線的布置圖。
圖18是顯示用于評價測試的保持用密封材樣品的再一種凹槽線的布置圖。
圖19是顯示用于表面壓力試驗的裝置的示意圖。
圖20是顯示表面壓力試驗結果的曲線圖。
圖21是顯示復原表面壓力試驗結果的圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖給出對本發(fā)明的實施方式的說明。
在圖1中顯示了本發(fā)明的一個實施方式的保持用密封材的結構的實例。然而，本發(fā)明的保持用密封材并不限于圖1中的形狀。另外在圖2中顯示了包含本實施方式的保持用密封材的廢氣處理裝置的分解圖。
如圖1所示，根據本實施方式的保持用密封材在垂直于卷繞方向(X方向)的各端部70和71處具有一對嵌合凸部50和嵌合凹部60，當保持用密封材24卷繞在諸如催化劑載體等廢氣處理體20上時，嵌合凸部50和嵌合凹部60如圖2所示嵌合在一起，于是使保持用密封材24固定在廢氣處理體20上。然后通過例如壓配方式，將卷繞有保持用密封材24的廢氣處理體20裝入到由金屬等制成的圓筒狀外殼12中。
這里，在本發(fā)明中，本實施方式具有的特征是，在保持用密封材24與外殼12接觸的表面(即，第一表面80)上設置溝槽狀結構300。當保持用密封材24卷繞在廢氣處理體20上，這些溝槽狀結構300被壓入到外殼12中時，或者在使用廢氣處理裝置時，通過保持用密封材24可使施加于廢氣處理體20的壓縮應力得以分散，并且可以防止廢氣處理體20的破損。
通過采用圖3來說明這一原理。圖3是顯示應力由于保持用密封材24的溝槽狀結構300而得以分散的圖。當沿保持用密封材24的厚度方向施加恒定應力P時，保持用密封材24可以變形，從而使作為溝槽狀結構300而形成的空間310得到填充。即，沿保持用密封材24的厚度方向施加的壓縮應力P因保持用密封材24的X方向(卷繞方向)的變形機制而得到部分吸收。因此，壓縮應力P的全部荷重(力)沒有直接施加于廢氣處理體20上，并且可以防止廢氣處理體20的破損。
構造這類溝槽狀結構300，使得諸如凹槽等溝槽形成于例如保持用密封材24的第一表面80上。另外，在本實施方式中，所述凹槽是一種溝槽，并且該凹槽是使得在水平設置保持用密封材的狀態(tài)(即在卷繞和使用前的狀態(tài))中，保持用密封材的厚度方向的最深位置處的寬度和開口面(即第一表面)的寬度均小于1mm的溝槽。另外，所述溝槽并不限于開口面和厚度方向上最深位置處的寬度在水平設置狀態(tài)時相等的上述溝槽，而是還包括在厚度方向具有諸如反三角、半圓形和梯形等各種形狀的截面圖的溝槽。
另外，當在第一表面形成溝槽狀結構時，對溝槽的形狀、延伸方向、溝槽的數(shù)量、間距和尺寸等不作限定，任意的溝槽的形狀、任意的延伸方向、任意的溝槽數(shù)量、任意的間距和任意的尺寸等都可以采用。
在圖4～8中顯示了保持用密封材的溝槽狀結構的實例。在圖4中，沿著保持用密封材24的短邊長度方向的多個溝槽301以等距離形成于保持用密封材24的第一表面80上。在圖5中，溝槽沿著與圖4所示的溝槽相同方向延伸，并且等距離地形成沒有延伸到保持用密封材兩個端部的多個溝槽。在圖6中，形成溝槽使得圖5的各溝槽沒有以連續(xù)的一個溝槽布置，而是作為具有較短長度的多個溝槽303布置成不連續(xù)的溝槽。在圖7中，形成了具有相對于保持用密封材24的短邊方向傾斜的角度的溝槽304。另外，在圖8中，非直線地形成了溝槽305。
因此，當將作為溝槽狀結構的溝槽形成于保持用密封材的第一表面上時，對其形狀不作限定。另外，當將作為溝槽狀結構的溝槽形成于保持用密封材的第一表面上時，對其延伸方向不作限定，但是該方向可以是與保持用密封材的卷繞方向基本平行的方向(X方向)、基本垂直的方向(Y方向)、對角方向或者這些多種方向的組合。特別是，如以下實例所示，優(yōu)選由分別沿兩個不同方向(例如相互垂直的方向)平行布置的溝槽來構造溝槽狀結構。
另外，對溝槽的間距也不作限定，其可以根據廢氣處理體的等壓強度來自由確定。然而，當以凹槽來構成溝槽狀結構時，如果凹槽的數(shù)量過少(例如，凹槽的間距小于0.2條/1cm)，可能無法充分發(fā)揮保持用密封材的應力分散功能。另一方面，如果凹槽的數(shù)目過大(例如，凹槽的間距大于10條/1cm)，由于相對于保持用密封材的廢氣處理體的保持表面壓力有所降低，因此需要使得保持表面壓力不低于上述表面壓力的適當下限。具體地說，凹槽的間距優(yōu)選約為0.5～5條/1cm。另外，溝槽并非必須以等間隔形成，而是可以以不等間隔進行構造。
在圖1所示的實例中，沿著基本垂直于卷繞方向的方向(Y方向)的多個凹槽以6.2mm的間隔布置在保持用密封材24的第一表面80上以形成溝槽狀結構300。這些凹槽具有對應于保持用密封材24的Y方向上的全長的相等長度、1mm以下的寬度和保持用密封材24厚度的大約1/2的深度。另外，如上述實例所示，優(yōu)選溝槽的深度為保持用密封材24的厚度的大約1/2。如果溝槽過深，在開始操作時，保持用密封材會從溝槽開始發(fā)生破裂。另外，如果溝槽過淺，可能無法充分發(fā)揮保持用密封材的應力分散功能。然而，溝槽的深度與溝槽的數(shù)目(和間距)相關。如果溝槽的數(shù)目過多，溝槽的深度可以小于保持用密封材24厚度的大約1/2。
如上所述，實現(xiàn)本發(fā)明效果的一個重要事情是，在保持用密封材上提供溝槽狀結構300，由此，當將保持用密封材卷繞在廢氣處理體等物體的外周面上時，在保持用密封材的第一表面(外周面)的一部分上形成保持用密封材中不存在的三維空間。溝槽狀結構300可以是任何形式，只要能形成所述三維空間即可。
通過使用具有所述溝槽狀結構300的保持用密封材24，如下構造廢氣處理裝置10。在圖9中，示例性地圖示了廢氣處理裝置10的制造流程。
首先，在步驟S100中，在第一表面80上提供具有溝槽狀結構300的保持用密封材24。然后，在步驟S110中，將保持用密封材24卷繞在廢氣處理體20的外周面上，并通過將保持用密封材24的端部嵌合在一起并將它們固定，使保持用密封材24和廢氣處理體20一體化。在這種情況中，將保持用密封材24卷繞在廢氣處理體20上，從而將第一表面80布置在外周面?zhèn)?。接著，在步驟S120中，通過壓配方式、蛤殼方式、卷繞緊固方式和精壓方式中的任意一種裝入方法，將卷繞有所述保持用密封材24的所述廢氣處理體20(下文稱為“經被覆的廢氣處理體210”)放置到外殼12中。由此構造廢氣處理裝置10。
參照

各種裝入方法。圖10、11、12和13是各裝入方法的示意圖，其中分別通過壓配方式、蛤殼方式、卷繞緊固方式和精壓方式將經被覆的廢氣處理體210放置到外殼中。
壓配反式是通過將經被覆的廢氣處理體210從外殼121的一個開口側推入到外殼121中從而將經被覆的廢氣處理體210放置到預定位置而構造廢氣處理裝置10的方法。為了便于將廢氣處理體210插入到外殼121中，如圖10所示的是這樣的情況，即，可以采用內徑從一端到另一端逐漸減小并且最小內徑被調整為與外殼121的內徑幾乎相同的壓配工具230。在這種情況中，將經被覆的廢氣處理體210從壓配工具的較大內徑側插入，并通過最小內徑側放置到外殼121中。
在蛤殼方式中，如圖11所示，采用分開從而在相互面向時形成一對外殼的外殼部件(122A和122B)(例如，在圖11的實例中分為兩個部分)。在將經被覆的廢氣處理體210放置到一個外殼部件中之后，合上剩下的外殼部件，然后在例如邊緣部220(220A和220B)焊接這些部件以形成外殼122，如此可以獲得經被覆的廢氣處理體210被放置到預定位置的廢氣處理裝置10。
如圖12所示，卷繞緊固方式是在將作為外殼部件的金屬板123卷繞在經被覆的廢氣處理體210上之后，使用鋼絲繩等將金屬板綁緊，使金屬板123以預定的表面壓力與經被覆的廢氣處理體210外周直接接觸。最后，將金屬板123的一端焊接到另一端或者下側的金屬板123的表面上，由此可以獲得經被覆的廢氣處理體210被放置到外殼123內部的廢氣處理裝置10。
另外，如圖13所示，精壓方式是在將經被覆的廢氣處理體210插入到內徑大于經被覆的廢氣處理體210的外徑的金屬殼124中之后，通過壓床等從外周側均勻地壓縮(精壓(JIS-z2500-4002))金屬殼124。通過精壓法將金屬殼124的內徑準確調節(jié)為所需的尺寸，并且可以將經被覆的廢氣處理體210放置到預定的位置。在精壓方式中，由于壓縮應力在操作過程中被瞬間強烈地施加到廢氣處理體20上，因此，特別是具有較低等壓強度的廢氣處理體20很可能會出現(xiàn)破損。然而，如果采用根據本發(fā)明的保持用密封材，即使采用精壓方式對廢氣處理體20進行壓制，也可以通過上述保持用密封材的應力分散作用來防止廢氣處理體20的破損。
另外，可以使用諸如耐熱合金等金屬作為這些方法中所使用的外殼材料。
圖14中顯示了采用這種方法構造的廢氣處理裝置10的一個構成例。在圖14的實例中，廢氣處理體20是具有平行于氣流方向的許多貫通孔的催化劑載體。催化劑載體例如由蜂窩狀多孔碳硅剛石等構成。另外，本實施方式的廢氣處理裝置10并不限于這種結構。例如，廢氣處理體20可以是DPF，其中貫通孔的端部以棋盤狀設計密封。在這種廢氣處理裝置中，在將廢氣處理體20加入到外殼內的情況中或者在使用該裝置時將壓縮應力施加在保持用密封材上的情況中，由于上述保持用密封材24的作用，可以避免廢氣處理體20的破損。
以下說明本發(fā)明的保持用密封材的制造方法的一個實例。
本發(fā)明的保持用密封材如下制造。首先，制造包含無機纖維的前體。在以下描述中，可以使用氧化鋁和二氧化硅的混合物作為無機纖維，但是無機纖維并不限于上述混合物。例如，對于無機纖維的構成，可以單獨使用氧化鋁和二氧化硅中的任意一種。在一個實例中，向堿性氯化鋁溶液(70g/l的鋁，Al∶Cl＝1.8(原子比))加入硅溶膠以達到60～80∶40～20的氧化鋁∶二氧化硅比，由此制備無機纖維前體。如果氧化鋁的比率在60％以下，由氧化鋁和二氧化硅生成的莫來石的存在比率會變小，由此使保持用密封材的熱導率上升，無法實現(xiàn)足夠的熱絕緣。特別優(yōu)選的是，氧化鋁∶二氧化硅比為70～74∶30～26。
其次，向氧化鋁纖維的前體中加入諸如聚乙烯醇等有機聚合物。然后，濃縮該液體并制備紡絲溶液。另外，通過使用該紡絲溶液采用吹制法進行紡絲。
吹制法是利用從空氣噴嘴吹出的空氣流和從紡絲溶液供應噴嘴壓出的紡絲溶液流進行紡絲的方法。來自空氣噴嘴的每個狹縫的氣體流速通常為40m/s～200m/s。另外，紡絲噴嘴的直徑通常為0.1mm～0.5mm。每個紡絲溶液供應噴嘴的溶液量通常為1ml/小時～120ml/小時，但是優(yōu)選為3ml/小時～50ml/小時。在這種條件下，從紡絲溶液供應噴嘴壓出的紡絲溶液雖然沒有變成噴霧形式(霧狀)，但是可以充分地鋪展，并且纖維之間很難溶接。因此，即便是纖維直徑分布較窄的氧化鋁纖維的前體也可以通過優(yōu)化紡絲條件來獲得。
通過層壓完成了紡絲的前體來制造層壓片。另外，使用針刺機在層壓片上進行針刺處理。針刺處理是使許多針刺入層壓片并從層壓片中拔出，由此使得各層更加緊密地接觸并使層壓片變薄。通常將針刺機用于針刺處理。針刺機包括可沿著針的刺穿方向前后移動的針板和設置在層壓片兩側并對層壓片進行固定的支持板。在針板上，大量用于刺穿層壓片的針(例如包括大約100根針/100cm2～5000根針/100cm2)垂直于該板平面布置。另外，在支持板上設置大量針用貫通孔，由此使針能夠穿過這些貫通孔并達到層壓片。使用這樣的針刺機，通過進行將針刺入層壓片并將針從層壓片上拔出的針刺處理，相互復雜交纏的纖維沿著厚度方向取向，并能夠提高層壓片厚度方向的耐剝離性。
接著，使經過特殊針刺處理的層壓片從環(huán)境溫度開始加溫，通過以大約為1250℃的最高溫度進行連續(xù)燒制，可以獲得預定基重(concentration)的保持用密封材。
為了易于操作，將以上述處理獲得的保持用密封材切成預定的尺寸。
然后，如果需要，使諸如樹脂等有機粘合劑浸入到切好的保持用密封材中。優(yōu)選有機粘合劑的含量為1.0重量％～10.0重量％。如果該含量低于1.0重量％，則無法充分地防止無機纖維的脫離。另外，如果該含量高于10.0重量％，則無法使保持用密封材具有柔軟性，并難易將完成后的保持用密封材卷繞在廢氣處理體上。
另外，優(yōu)選使用丙烯酸類樹脂(ACM)、丙烯腈-丁二烯樹膠(NBR)和苯乙烯-丁二烯樹膠(SBR)作為有機粘合劑。
使用由上述有機粘合劑和水制成的水性分散液通過噴涂而將樹脂浸入至保持用密封材中。另外，通過以下步驟除去包含在保持用密封材中的任何過量的涂覆固體和水。
在以下步驟中，除去任何過量的固體并進行干燥處理。除去過量的固體通過真空抽吸進行。另外，除去過量的水采用加熱壓縮干燥法進行。在該方法中，由于向保持用密封材施加擠壓壓力，可以除去過量的水，并且使保持用密封材變薄。干燥處理在大約95℃～155℃進行。如果溫度低于95℃，則干燥所需更長的時間，因此使生產效率降低。另外，如果干燥溫度高于155℃，則有機粘合劑本身開始發(fā)生分解并喪失因有機粘合劑而產生的粘接性能。
然后，在通過切割獲得具有預定形狀的保持用密封材之后，可以通過使用切割機等在保持用密封材的至少一個表面上形成所需的凹槽線，來制造在其表面上具有溝槽狀結構的保持用密封材?；蛘?，通過對設置有預定溝槽的模板進行擠壓處理，在完成后的保持用密封材的至少一個表面上形成溝槽狀結構。
另外，可以通過抄造法而不是上述的針刺法來制造本發(fā)明的保持用密封材。抄造法也稱為普通濕式處理，該方法是用于通過如抄造中的纖維混合、攪拌、纖維開織、制漿、紙成型和壓縮干燥的各處理來制造保持用密封材的處理方法。以下說明本發(fā)明的保持用密封材的制造方法。
首先，將預定量的無機纖維原料、無機粘合劑和有機粘合劑混合在水中。例如可以使用氧化鋁和二氧化硅的混合纖維的原棉松散材料作為無機纖維原料。然而，無機纖維原料并不限于上述材料；例如，無機纖維原料可以僅由氧化鋁和二氧化硅組成。例如，可以使用氧化鋁溶膠和二氧化硅溶膠等作為無機粘合劑。另外，可以使用膠乳等作為有機粘合劑。
接著，在抄造器等混合器內對所得混合物進行攪拌，制備開織纖維漿料。通常，攪拌和開織纖維處理進行大約20秒～120秒。然后，在成型機中將所得漿料成型至需要的形狀，并通過進一步脫水獲得保持用密封材的材料氈。在此，例如通過采用其底部形成有所需形狀的溝槽的成型機來對漿料進行成型，可以制造在任意一個表面(或者前后兩個表面)上具有多個溝槽(或者一個溝槽)的材料氈。
另外，使用壓力機等對該材料氈進行壓縮，然后在預定的溫度進行加熱干燥。由此可以獲得本發(fā)明的保持用密封材。進行壓縮處理，使保持用密封材的密度在常規(guī)壓縮結束后變?yōu)榇蠹s0.10g/cm3～0.40g/cm3。將材料氈放到諸如烘箱等加熱處理器中，例如在大約90℃～150℃進行大約5分鐘～60分鐘的加熱干燥處理。
為便于操作，對如上制得的保持用密封材進行切割，并進一步用于切割成預定的最終形狀。另外，在切割之前或之后，可以使用所獲得的保持用密封材進行進一步處理。
如果需要，將諸如樹脂等有機粘合劑浸入至切好的保持用密封材中。由此可以控制保持用密封材的膨松度，并提高當將保持用密封材卷繞在廢氣處理裝置中的廢氣處理體上時的組裝性。另外，當向廢氣處理裝置中導入熱的廢氣時，會使保持用密封材中的有機粘合劑發(fā)生損耗。由此使經壓縮的保持用密封材復原，并改善保持用密封材的保持力。
有機粘合劑的量優(yōu)選為1.0重量％～10.0重量％。如果有機粘合劑的量小于1.0重量％，則組裝性的改善效果不足。另外，如果有機粘合劑的量大于10.0重量％，則無法提供保持用密封材的柔軟性，從而難于將保持用密封材卷繞在廢氣處理體上。
另外，優(yōu)選使用丙烯酸類樹脂(ACM)、丙烯腈-丁二烯樹膠(NBR)和苯乙烯-丁二烯樹膠(SBR)作為有機粘合劑。
使用由上述有機粘合劑和水制成的水性分散液通過噴涂而將樹脂浸入至保持用密封材中。另外，通過以下步驟除去包含在保持用密封材中的任何過量的涂覆固體和水。
在接下來的步驟中，除去任何過量的固體并進行干燥處理。除去過量的固體通過真空抽吸進行。另外，除去過量的水采用加熱壓縮干燥法進行。在該方法中，由于向保持用密封材施加擠壓壓力，可以除去過量的水，并且使保持用密封材變薄。干燥處理在大約95℃～155℃進行。如果溫度低于95℃，則干燥需要更長的時間，因此使生產效率降低。另外，如果干燥溫度高于155℃，則有機粘合劑本身開始發(fā)生分解并喪失因有機粘合劑而產生的粘接性能。
將通過上述針刺處理、抄造或其它方法制造的保持用密封材卷繞在廢氣處理體的外周面上，從而將具有溝槽狀結構的第一表面置于外周面。然后，采用上述任意一種裝入方法，將卷繞有保持用密封材的廢氣處理體放入到外殼內，由此構造廢氣處理裝置10。由于采用根據本發(fā)明的實施方式的具有溝槽狀結構的保持用密封材來構造所述廢氣處理裝置，因此，即使使用孔壁薄(例如，厚度為0.03mm～0.10mm)的廢氣處理體，也很少發(fā)生由于來自保持用密封材的壓縮應力而造成的廢氣處理體的破損。因此，可以獲得其中保持用密封材對廢氣處理體的良好保持性得以維持并且廢氣處理體很少出現(xiàn)破損的廢氣處理裝置。
下文將利用實施例來說明本發(fā)明的效果。
實施例為了驗證本發(fā)明的效果，使用本發(fā)明的保持用密封材進行了各種試驗。保持用密封材采用針刺處理通過如下工序來制造。
保持用密封材的制造將二氧化硅溶膠與堿性氯化鋁溶液(鋁含量70g/l，Al/Cl＝1.8(原子比))混合以使氧化鋁纖維的組成中Al2O3∶SiO2＝72∶28，然后形成氧化鋁纖維的前體。
然后，向氧化鋁纖維的前體中加入諸如聚乙烯醇等有機共聚物。另外，將該溶液濃縮成紡絲溶液，并采用該紡絲溶液通過吹制法進行紡絲。
然后，對氧化鋁纖維的前體的折疊結構進行層壓，制造氧化鋁纖維的層壓片。采用具有500根針/100cm2的針板在層壓片上進行針刺處理。
然后，從環(huán)境溫度至1250℃的最高溫度對所獲得的片部件進行連續(xù)燒制，于是獲得基重為1400g/cm2的氧化鋁纖維保持用密封材。氧化鋁纖維的平均纖維直徑為5.0μm，而最小直徑為3.2μm。另外，保持用密封材的厚度為9mm。
另外，纖維的平均直徑通過以下方法測量。首先，將氧化鋁纖維放到圓筒中，在20.6Mpa進行加壓粉碎處理。然后，將這些樣品放到濾網上，并將通過濾網的樣品作為用于電子顯微觀察的試驗體。在將金蒸鍍在試驗體的表面上之后，拍攝電子顯微圖片(大約為1500倍)。根據所獲得的圖片，對至少40根纖維的纖維直徑進行測量。對5個樣品重復該步驟，平均測量值即是纖維的平均直徑。
將根據上述步驟制得的保持用密封材切割成50mm×50mm的尺寸。另外，使用具有1mm厚的刀片的切割機形成7道凹槽線300L，以在保持用密封材的一側形成溝槽狀結構300。按基本平行于保持用密封材的一邊的方式等距離設置凹槽線300L(線間距為6.2mm)(參見圖15)。所有凹槽線300L的長度均為50mm，并且各凹槽線300L最大深度大約為4mm。將通過上述方法獲得的保持用密封材設定為實施例1。
接著，采用與實施例1相同的方法制造保持用密封材樣品，不同之處在于該樣品具有15道凹槽線。線的間距為3.1mm。該樣品被設定為實施例2(參見圖16)。另外，采用與實施例1相同的方法制造實施例3的保持用密封材樣品，不同之處在于該樣品除等距離地形成與實施例1相同的7道等距離(線間距為6.2mm)的凹槽線300L以外，還等距離(線間距為6.2mm)地形成基本垂直于凹槽線300L的7道凹槽線300L′(參見圖17)。另外，采用與實施例1相同的方法制造實施例4的保持用密封材樣品，不同之處在于該樣品沿著對角線等距離(線間距為8.8mm)地形成7道凹槽線300L，此外還等距離(線間距為8.8mm)形成基本垂直于凹槽線300L的7道凹槽線300L′(參見圖18)。并且，采用與實施例1相同的方法，制造不帶有凹槽線的保持用密封材樣品。該樣品被設定為比較例。
評價表面壓力的試驗接著，對采用上述方法制造的各個樣品進行評價表面壓力的試驗。用于評價表面壓力的試驗的裝置110如圖19所示。該裝置110包括設置在幾乎水平的樣品保持臺120上的門型支柱130。將上下移動并具有荷重測量功能的滑塊140設置在裝置110的中央(樣品保持臺120的上部)。將直徑近似為103mm的由不銹鋼制成的半圓筒狀上部圓盤板150設置在滑塊140的底側。將位移計160設置在上部圓盤板150上。將直徑近似為111mm的由不銹鋼制成的半圓筒狀底部圓盤板170設置在樣品保持臺120上。挖出底部圓盤板170的半圓筒狀的內部，使得底部圓盤板170的內表面與上部圓盤板150的外形相匹配，并將它們放置成底部圓盤板170的內表面面向上部圓盤板150。在試驗的過程中，將重量已知的各個保持用密封材樣品180放置在底部圓盤板170的內表面上。將樣品180放置在底部圓盤板170上，使得具有凹槽線的表面朝下。在此，將實施例1或2的樣品180放置成凹槽線300L的方向基本平行于上部圓盤板150(或者底部圓盤板170)的圓筒的軸向。樣品的這種設置對應于這樣的情況，即設置凹槽線以沿著基本平行于廢氣流入方向的方向延伸。然而，對于實施例3和4的樣品，將樣品放置成在放置樣品時樣品的長度A基本垂直于上部圓盤板150(或者底部圓盤板170)的圓筒的軸向。
使用所述裝置110以如下方法進行表面壓力的測量。首先，預先使滑塊140向下移動到樣品180與上部圓盤板150之間似乎不形成間隙的水平。在此狀態(tài)下，滑塊140以1mm/分鐘的速度向下移動，樣品180受到壓縮，當樣品180的松密度(下文稱為GBD)變?yōu)轭A定值(0.35g/cm3～0.50g/cm3)時，測量在樣品180上產生的荷重(力)。另外，樣品180的松密度可以由樣品180的重量/樣品180的面積/上部圓盤板150和底部圓盤板170之間的間隔來進行測量。將所得的荷重除以樣品的面積，由此得到表面壓力(kPa)。
評價復原表面壓力的試驗接著，對采用上述方法制造的各個保持用密封材樣品進行評價復原表面壓力的試驗。評價復原表面壓力的試驗的測量采用所述裝置110按如下方法進行。
首先，預先使滑塊140向下移動到樣品180與上部圓盤板150之間似乎不形成間隙的水平。在此狀態(tài)下，滑塊140以1mm/分鐘的速度向下移動，樣品180受到壓縮。當樣品位移變?yōu)?mm時，停止壓縮。然后使滑塊140反向移動(向上移動)僅0.36mm并讓樣品復原。這種壓縮和復原反復進行10次，當樣品最終復原到原始狀態(tài)時測量荷重。將所得荷重除以樣品的面積，由此得到復原表面壓力(kPa)。
測量結果由各個保持用密封材獲得的表面壓力的測量結果顯示在圖20中，而復原表面壓力的測量結果顯示在圖21中。圖20的橫軸為保持用密封材的GBD，而圖20的縱軸為所測得的表面壓力。根據上述效果，可以證實與沒有設置凹槽線的保持用密封材(比較例)相比，設置有作為溝槽狀結構的凹槽線的保持用密封材(實施例1～4)的表面壓力受到抑制。另外還證實了與設置有7道平行的凹槽線的保持用密封材(實施例1)相比，設置有14道平行的凹槽線作為溝槽狀結構的保持用密封材(實施例2)的表面壓力降低趨勢非常顯著。而且，與實施例1的保持用密封材相比，設置有相對于樣品以縱向和水平的垂直方向設置的共14道凹槽線作為溝槽狀結構的保持用密封材(實施例3)和設置有相對于樣品以垂直對角線方向設置的共14道凹槽線作為溝槽狀結構的保持用密封材(實施例4)的表面壓力都下降。
基于這些結果，從限制表面壓力的角度來看，證實了在保持用密封材上設置盡可能多的溝槽狀結構是有利的。為了有效地將這種溝槽狀結構導入到保持用密封材中，以兩個以上方向而不是限于一個方向設置諸如凹槽線等溝槽是有利的。另外，與實施例3的保持用密封材相比，實施例4的保持用密封材的表面壓力降低了。因此，在沿著多個方向導入溝槽的情況中，優(yōu)選將這些溝槽的方向限定為當將保持用密封材卷繞在廢氣處理體上時形成較寬的三維空間。
另外，在圖21中，對于設置有7道平行凹槽線作為溝槽狀結構的保持用密封材的實施例1或設置有15道平行凹槽線作為溝槽狀結構的保持用密封材的實施例2的復原表面壓力與沒有設置凹槽線的保持用密封材的比較例相同?；谠摻Y果，證實了即使當在保持用密封材的第一表面上形成溝槽狀結構時，保持用密封材的保持力也基本沒有下降。
工業(yè)實用性根據本發(fā)明的實施方式的保持用密封材和廢氣處理裝置適用于車輛的諸如廢氣處理單元等。
權利要求
1.一種包含無機纖維的保持用密封材，其中所述保持用密封材具有第一表面和第二表面，其中所述第一表面具有溝槽狀結構。
2.如權利要求1所述的保持用密封材，其中所述第一表面具有沿兩個不同方向分別平行形成的多個溝槽狀結構。
3.如權利要求1或2所述的保持用密封材，其中所述溝槽狀結構由凹槽線構成。
4.如權利要求1～3任一項所述的保持用密封材，其中所述保持用密封材通過針刺處理形成。
5.如權利要求1～4任一項所述的保持用密封材，其中所述保持用密封材包含無機粘合劑和/或有機粘合劑。
6.一種廢氣處理裝置，該廢氣處理裝置包括廢氣處理體、包含無機纖維的保持用密封材和其中容納有所述廢氣處理體和所述保持用密封材的外殼，其中所述保持用密封材具有第一表面，并且所述保持用密封材卷繞在所述廢氣處理體的外周面的至少一部分上，使得所述第一表面朝向外側，并且所述保持用密封材在所述第一表面上具有溝槽狀結構。
7.如權利要求6所述的廢氣處理裝置，其中所述廢氣處理體為催化劑載體或者廢氣過濾器。
8.如權利要求6或7所述的廢氣處理裝置，其中通過壓配方式、蛤殼方式、卷繞緊固方式和精壓方式中的任意方式，將卷繞有所述保持用密封材的所述廢氣處理體容納在所述外殼中。
9.一種廢氣處理裝置的制造方法，其中所述廢氣處理裝置包括廢氣處理體、包含無機纖維的保持用密封材和其中容納有所述廢氣處理體和所述保持用密封材的外殼，所述制造方法包括提供在第一表面上具有溝槽狀結構的所述保持用密封材的步驟，將所述保持用密封材卷繞在所述廢氣處理體的外周面的至少一部分上使得所述第一表面朝向外側的步驟，和通過壓配方式、蛤殼方式、卷繞緊固方式和精壓方式中的任意方式，將卷繞有所述保持用密封材的所述廢氣處理體容納在所述外殼中的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種保持用密封材、廢氣處理裝置及其制造方法。具體地說，所述保持用密封材即使在具有等壓強度較低的廢氣處理體的廢氣處理裝置中進行制造和使用時，所述廢氣處理體不會破損，并且還能夠在使用時適當?shù)乇３炙鰪U氣處理體。所述保持用密封材包含無機纖維，并且該保持用密封材具有第一表面和第二表面，其中所述第一表面具有溝槽狀結構。
文檔編號B01D53/86GK101089375SQ200710109049
公開日2007年12月19日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權日2006年6月16日
發(fā)明者安藤壽, 柳澤龍也 申請人:揖斐電株式會社