耐熱性成形体
【目的】 使用箇所の形態にかかわらず、装填が非常に容易であり、また、高温時の強度低下が少なくて、耐ガスアタック性に優れ、さらに、高温下で締付け使用する場合の締付け面圧を非常に高く保持させることができるようにする。
【構成】 セラミック繊維２０〜５５ｗｔ％、無機質充填材３０〜６０ｗｔ％、有機結合材１〜１０ｗｔ％に加えて、無機結合材を１〜１５ｗｔ％配合させて、かさ密度が０．４ｇ／ｃｍ3 以上の立体形状に成形してなる。
【構成】 セラミック繊維２０〜５５ｗｔ％、無機質充填材３０〜６０ｗｔ％、有機結合材１〜１０ｗｔ％に加えて、無機結合材を１〜１５ｗｔ％配合させて、かさ密度が０．４ｇ／ｃｍ3 以上の立体形状に成形してなる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用セラミックフィルタあるいはセラミック触媒の保持材や、耐火断熱材等として使用される耐熱性成形体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】たとえば、自動車の排気管では、排ガス中の窒素酸化物の還元等の浄化のためにセラミックフィルタあるいはセラミック触媒が使用される。このセラミック触媒等を排気管に保持させるための保持材として、従来では、セラミック繊維を主体としたブランケット状の耐熱性成形体や、セラミック繊維と膨脹処理未膨張バーミキュライトと有機結合材とを配合し抄造して、かさ密度０．４〜０．７ｇ／ｃｍ3 のマット状もしくはシート状になした耐熱膨脹性成形体が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したような従来の耐熱性あるいは耐熱膨張性成形体は、ブランケット状、マット状もしくはシート状のものであるために、触媒やフィルタなどのように立体形状に装填して使用する場合、その装填に非常に手間どるばかりでなく、そのもの自体の形状の保持が難しい。また、自動車の排ガスのように、高温のガス流体に晒された場合、強度が低下する傾向にあり、さらに、特にブランケット状のものは、柔らかくて圧縮モジラスおよび復元性が低いため、装填し締付けて使用する場合、安定した締付け力が得られず、その状態で振動や摩擦を受けると、上記セラミックフィルタあるいはセラミック触媒に対する保持力が低下して、該セラミック触媒等にがたつきを招いたり、保持材に吹き抜けが生じるおそれがあった。
【０００４】本発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、所望の形態を得やすくて、装填が非常に容易であるとともに、高温下での使用に際しても、強度の低下が少なく、かつ、適正な圧縮率および高い復元率を有して非常に高い締付け圧を安定よく保持することができ、さらにシール性にも優れた効果を発揮する耐熱性成形体を提供することを目的としている。
【０００５】この発明の他の目的は、初期の締付け圧が低くても、高温下での使用時に膨張力を発生させて、ガタツキなどを招かない適正十分な締付け面圧を保持させることができるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る耐熱性成形体は、無機結合材１〜１５ｗｔ％、有機結合材１〜１０ｗｔ％、セラミック繊維２０〜５５ｗｔ％、無機質充填材３０〜６０ｗｔ％からなり、そのかさ密度が０．４ｇ／ｃｍ3 以上に設定されたものである。
【０００７】また、請求項２の発明に係る耐熱性成形体は、無機結合材１〜３０ｗｔ％、有機結合材１〜５ｗｔ％、セラミック繊維２０〜５０ｗｔ％、無機質膨張材１〜３０ｗｔ％、無機質充填材２０〜４０ｗｔ％からなり、そのかさ密度が０．４ｇ／ｃｍ3 以上に設定されたものである。
【０００８】特に、請求項１または２の耐熱性成形体の一例として、その中央部にガス通過用孔を有する平坦部の全周から一方向へ向けて周壁部を一体に突出させるように成形してなるものが望ましい。
【０００９】さらに、請求項１または２の耐熱性成形体の１００重量部に対して１〜２０重量部の無機結合材を含浸させることが好ましい。
【００１０】
【作用】請求項１の発明によれば、無機結合材で補強され、かつ、かさ密度も０．４ｇ／ｃｍ3 以上の成形体であるから、抄造物の型成形により装填が容易な所望の形状が得やすいとともに、高温時の強度および形態保持力の低下が少なく、高温ガス流体のアタックによる飛散がない。また、常温時はもちろん、高温時にも適正な圧縮率および高い復元率を有しているために、装填状態で締付けて使用する場合、非常に高い締付け面圧を保持させることが可能であり、さらに、空隙率も小さく、十分に高いシール性を保持させることができる。
【００１１】請求項２の発明によれば、無機結合材で補強され、かつ、かさ密度も０．４ｇ／ｃｍ3 以上の成形体である上に、無機質膨張材が配合されているので、装填状態で加熱された際に高い膨脹圧を発生することになり、したがって、締付け使用する場合、初期の締付け圧は低くても、ガタツキなどを招かない適正十分な締付け面圧を保持させることができる。
【００１２】また、請求項３のように、その中央部にガス通過用孔を有する平坦部の全周から一方向へ向けて周壁部を一体に突出させるように成形してなる耐熱性成形体の場合は、特にディーゼル車用セラミックフィルタやセラミック触媒の保持材などのように、大型の部材の保持に際して有効に使用することができる。
【００１３】さらに、請求項４のように、耐熱性成形体の１００重量部に対して１〜２０重量部の無機結合材を含浸させる場合は、その成形体の耐熱強度を一層高めることが可能である。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。図１および図２は、本発明による耐熱性成形体の一実施例で、自動車用セラミックフィルタあるいはセラミック触媒の保持材に適用する場合の形状を示す平面図および縦断面図であり、該耐熱性成形体１は、その中央部に矩形状の排気ガス通過用孔２を有する矩形状の耐熱性平坦部３の全周から一方向へ向けて周壁部４を一体に突出させてなる。このような耐熱性成形体１は、図３に示すように、主として、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれている黒煙ススを除去するために、排気ガスの流通路を形成するアルミ製ベッセル１１内に配置される複数個の多孔質のセラミックフィルタ１２をその両側から抱いて保持させるように使用される。
【００１５】上記のような形状を有する耐熱性成形体１の配合例およびその製造方法について説明する。まず、セラミック繊維（新日鉄化学製のＳＣ１２６０−Ｄ２）３５ｗｔ％、無機質充填材としてのセピオライト鉱物（昭和鉱業製のミルコンＭＳ−２−２）３０ｗｔ％およびタルク鉱物（日本タルク製のタルクＭＳ）２５ｗｔ％、無機結合材（日産化学製のアルミナゾル２００）７ｗｔ％、有機結合材（住友化学製のスミカフレックス９００）３ｗｔ％の配合比率の３％ｗｔ濃度の水分散液Ａを作製する。この際、セラミック繊維、セピオライト鉱物およびタルク鉱物は、図４（ａ）に示すように、予めミキサ１５を介して水中で十分に分散させておき、その後に、アンモニウムイオンやナトリウムイオン等の定着剤を投入し攪拌して、有機結合材および無機結合材を、セラミック繊維、セピオライト鉱物およびタルク鉱物に定着させる。
【００１６】次に、上記水分散液Ａを図４（ｂ）に示すように、６０メッシュの金網１６上から流し込んで、１０ｗｔ％濃度に搾水した抄造液Ｂを得る。つづいて、その抄造液Ｂを図４（ｃ）に示すように、型１７に流し込み、かつ、プレスすることによって、さらに搾水して所定の形状、つまり図１および図２に示すような形状をもつ５０ｗｔ％濃度の含水成形体１Ａを得る。この含水成形体１Ａを乾燥して、かさ密度０．６ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱性成形体１を得た。以下、これを実施例１とする。
【００１７】上記実施例１の耐熱性成形体１を、該耐熱性成形体１の１００ｗｔ％に対して１〜２０ｗｔ％の無機結合材（日産化学製のスノーテックス２０）に含浸して乾燥させることにより、かさ密度０．６５ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱性成形体を得た。以下、これを実施例２とする。
【００１８】ところで、上記実施例１および２における耐熱性成形体１を構成する材料および好ましい配合比率は、次の通りである。無機繊維としては、アルミナ・シリカ繊維が好ましく、その配合比率は２０〜５５ｗｔ％、無機質充填材としては、セピオライト鉱物、タルク鉱物の他に、セリサイトマイカ鉱物、カオリン鉱物、モンモリナイト鉱物などであってもよく、その配合比率は３０〜６０ｗｔ％、無機結合材としては、アルミナゾル、コロイダルシリカ、水ガラスなどで、その配合比率は１〜１５ｗｔ％である。
【００１９】上記のような構成材料、配合比率の実施例１および実施例２に示す耐熱性成形体からなる試料マットと、かさ密度０．１６ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さが４．９ｍｍのセラミック繊維不織布からなる試料マットを比較例１とし、また、セラミック繊維３０ｗｔ％、セピオライト鉱物２５ｗｔ％、タルク鉱物３３ｗｔ％、有機結合材１２ｗｔ％を抄造して得た、かさ密度が０．７０ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱性シートからなる試料マットを比較例２として、各種の試験を行なった結果を以下に説明する。
【００２０】耐ガスアタック性試験図５（ａ），（ｂ）に示すように、一対のプレート５，５間に、２５ｍｍ角の試料マットを挟み、３．６ｍｍ厚さに圧縮した後、上記一対のプレート５，５ごと６００℃×１Ｈｒ加熱・冷却し、その後、ノズル６から３０００サイクルのガスを試料マットに吹き付けて、該試料マットの重量減少率（％）を測定した。その測定結果を表−１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】圧縮・復元試験外径１０２ｍｍ×内径８２ｍｍ×高さ１０ｍｍのリング形状品を、常温時および９００℃×１Ｈｒ加熱後のそれぞれにおいて、面圧２ＭＰａで３分間加圧した際の圧縮率（％）およびその後に上記面圧を除去した際の復元率（％）を測定した。その測定結果を表−２に示す。
【００２３】
【表２】
【００２４】シール試験外径１０２ｍｍ×内径８２ｍｍ×高さ１０ｍｍのリング形状品を、その高さ方向に３０％圧縮した状態で、常温時および９００℃×１Ｈｒ加熱後のそれぞれにおいて、面圧０．０５ＭＰａのガス圧を負荷した際の漏れ量（ｃｃ／ｓｅｃ）を測定した。その測定結果を表−３に示す。
【００２５】
【表３】
【００２６】以上のような各種の試験結果から、つぎの点が明らかになった。実施例１および実施例２においては、無機結合材の配合により補強され、かつ適正な密度を有しているために、圧縮モジュラスおよび空隙率も適正であり、また、加熱を受けた際の物性の変化が少ないという特性を有している。そのため、耐ガスアタック性試験結果から明らかなように、締付け力および強度の低下が非常に少なくて試料の飛散がない。また、圧縮・復元試験では、多孔質セラミックの圧縮強度の目安である２ＭＰａの面圧の締付けに対しても、常温時および加熱後ともに適当な圧縮率・高い復元率を示している。さらに、シール試験では、空隙率が小さくて、漏れ量が少ない。
【００２７】これに対して、比較例１は、かさ密度が低く、かつ強度も弱いために、耐ガスアタック性試験では締付け力も小さく、強度も弱くて試料の飛散がみられる。また、圧縮・復元試験では、圧縮率が高過ぎるとともに、復元率が低過ぎて、安定した締付け力が得られず、さらに、シール試験では、空隙率が大きくなって、漏れ量が多くなる。
【００２８】一方、比較例２は、無機結合材による補強がなく、高温時には焼失する有機結合材による補強であるから、加熱後の強度の低下が大きい。そのために、耐ガスアタック試験では飛散が発生する。また、圧縮・復元試験では、圧縮率が高過ぎるとともに、復元率が低過ぎて、安定した締付け力が得られない。、さらに、シール試験では、空隙率が大きくなって、特に加熱後に吹抜けが発生する。
【００２９】次に、本発明の他の実施例による耐熱熱膨張性成形体について説明する。この実施例における耐熱熱膨張性成形体１も、主として自動車用セラミックフィルタあるいはセラミック触媒の保持材に適用されることが多く、その場合の好適な形状としては、上記図１および図２に示した通りであって、その中央部に矩形状の排気ガス通過用孔２を有する矩形状の耐熱性平坦部３の全周から一方向へ向けて周壁部４を一体に突出させてなる。なお、この耐熱熱膨張性成形体１も図３に示すように、セラミック製フィルタ１２の保持材として使用される。
【００３０】上記のような形状を有する耐熱熱膨張性成形体の配合例およびその製造方法について説明する。まず、セラミック繊維（新日鉄化学製のＳＣ１２６０−Ｄ２）３５ｗｔ％、無機質充填材としてのセピオライト鉱物（昭和鉱業製のミルコンＭＳ−２−２）３０ｗｔ％、無機質膨張材としての膨張処理バーミキュライト（南アフリカボラボラ鉱山産 バーミキュライト０号）２５ｗｔ％、無機結合材（日産化学製のアルミナゾル２００）７ｗｔ％、有機結合材（住友化学製のスミカフレックス９００）３ｗｔ％の配合比率の３％ｗｔ濃度の水分散液Ａを作製する。この際、セラミック繊維、セピオライト鉱物は、上記の図４（ａ）に示したと同様に、予めミキサ１５を介して水中で十分に分散させておく。また、膨張処理バーミキュライトはリン酸水素アンモニウムナトリウム水溶液に浸漬させたものを使用する。その後、水分散液Ａにアンモニウムイオンやナトリウムイオン等の定着剤を投入し攪拌して、有機結合材および無機結合材を、セラミック繊維、セピオライト鉱物およびバーミキュライトに定着させる。
【００３１】次に、上記水分散液Ａを図４（ｂ）に示すように、６０メッシュの金網１６上から流し込んで、１０ｗｔ％濃度に搾水した抄造液Ｂを得る。つづいて、その抄造液Ｂを図４（ｃ）に示すように、型１７に流し込み、かつ、プレスすることによって、さらに搾水して所定の形状、つまり図１および図２に示すような形状をもつ５０ｗｔ％濃度の含水成形体１Ａを得る。この含水成形体１Ａを乾燥して、かさ密度０．６ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱熱膨張性成形体を得た。以下、これを実施例３とする。
【００３２】上記実施例３の耐熱熱膨張性成形体を、該耐熱熱膨張性成形体の１００ｗｔ％に対して１〜２０ｗｔ％の無機結合材（日産化学製のスノーテックス２０）に含浸して乾燥させることにより、かさ密度０．６５ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱熱膨張性成形体を得た。以下、これを実施例４とする。
【００３３】ところで、上記実施例３および４における耐熱熱膨張性成形体を構成する材料および好ましい配合比率は、次の通りである。無機繊維としては、アルミナ・シリカ繊維が好ましく、その配合比率は２０〜５０ｗｔ％、無機質充填材としては、セピオライト鉱物、タルク鉱物の他に、セリサイトマイカ鉱物、カオリン鉱物、モンモリナイト鉱物などであってもよく、その配合比率は２０〜４０ｗｔ％、無機結合材としては、アルミナゾル、コロイダルシリカ、水ガラスなどで、その配合比率は１〜３０ｗｔ％、バーミキュライト（無機質膨張材）の配合比率は１〜３０ｗｔ％である。
【００３４】上記のような構成材料、配合比率の実施例１および実施例２に示す耐熱熱膨張性成形体からなる試料マットと、セラミック繊維３５ｗｔ％、膨張処理バーミキュライト鉱物５５ｗｔ％、有機結合材１０ｗｔ％を抄造して得た、かさ密度が０．７０ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱熱膨張性シートからなる試料マットを比較例３とし、また、セラミック繊維３５ｗｔ％、セピオライト鉱物２５ｗｔ％、膨張処理バーミキュライト鉱物２８ｗｔ％、有機結合材１２ｗｔ％を抄造して得た、かさ密度が０．７０ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱熱膨張性シートからなる試料マットを比較例４として、各種の試験を行なった結果を以下に説明する。
【００３５】耐ガスアタック性試験上記図５（ａ），（ｂ）に示したと同様に、一対のプレート５，５間に、２５ｍｍ角の試料マットを挟み、３．６ｍｍ厚さに圧縮した後、上記一対のプレート５，５ごと６００℃×１Ｈｒ加熱・冷却し、その後、ノズル６から３０００サイクルのガスを試料マットに吹き付けて、該試料マットの重量減少率（％）を測定した。その測定結果を表−４に示す。
【００３６】
【表４】
【００３７】熱膨張圧試験図６に示すように、電気炉８内に設けた上下一対の石英棒９，９間の３．４３ｍｍの隙間に試料マットを装填した状態で、電気炉８を運転して昇温速度２５°Ｃ／ｍｉｎ．で６００℃に加熱した際に発生する膨張圧（ＭＰａ）をロードセル１０により測定した。その測定結果を表−５に示す。
【００３８】
【表５】
【００３９】以上のような各種の試験結果から、つぎの点が明らかになった。耐ガスアタック性試験において、実施例３および実施例４においては、無機結合材の配合により補強されているため、加熱を受けた際の試料の形態保持力（結合力）の低下が少なくて、ガスアタックによる飛散がない。試験結果から明らかなように、締付け力および強度の低下が非常に少なくて試料の飛散がない。これに対して、比較例３においては、無機充填材および無機結合材が配合されていないため、加熱にともなって形態保持力が低下し、ガスアタックにより飛散が発生する。また、比較例４においては、セピオライト鉱物の固結性によりガスアタックによる飛散は少ないが、形態保持力が極めて弱いために、ガスアタック条件が厳しくなると、飛散量が多くなる。
【００４０】また、熱膨張圧試験において、実施例３および実施例４においては、無機結合材による補強と適正な密度により、加熱による形態保持力および圧縮モジラスの低下が少ないために、バーミキュライト鉱物の配合比率が少なくても、比較例３と同等以上の膨張圧を発生する。したがって、初期締付け圧は低くても、使用中に発生する膨張圧によって、非常に高い締付け圧を保持できるとともに、良好なシール性も保持できる。これに対して、比較例４においては、加熱にともなう有機結合材の分解・焼失、さらには、無機結合材に比べてセピオライト鉱物の固結性は極めて弱いことから、加熱によって圧縮モジュラスが低下して低い膨張圧の発生に止まる。
【００４１】なお、上記各実施例では、耐熱性成形体および耐熱熱膨張性成形体を自動車用セラミックフィルタあるいはセラミック触媒の保持材に適用する場合に好適な形状として、図１および図２に示すような矩形状に成形したもので示したが、これ以外にも、図７および図８に示すように、その中央部に円形状の排気ガス通過用孔２を有する円形状の耐熱性平坦部３の全周から一方向へ向けて筒状の周壁部４を一体に突出させてなるものであってもよい。
【００４２】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれば、無機結合材で補強され、かつ、かさ密度も０．４ｇ／ｃｍ3 以上の成形体であって、抄造物の型成形により容易に所望の立体形状のものが得られるので、従来のブランケット状やシート状のものに比べて、使用箇所の形態にかかわらず、装填が非常に容易である。また、加熱によって焼失したり、固結性が低下することのない無機結合材の配合により十分に熱的に補強されているので、高温時の強度および形態保持力の低下が少なく、高温ガス流体のアタックによる飛散などがなく、耐ガスアタック性に優れた効果を有する。さらに、常温時はもちろん、高温時にも適正な圧縮率および高い復元率を保つために、装填状態で締付けて使用する場合、非常に高い締付け面圧を保持させることができるので、特に自動車のように振動や衝撃の大きい箇所での使用に有効であり、かつ、空隙率も小さくて、高いシール性を保持させることができるという効果を奏する。
【００４３】また、請求項２の発明によれば、無機結合材だけでなく、無機質膨張材も配合されているので、無機質膨張材の配合量は低く抑えたとしても、装填使用状態で加熱された際に高い膨脹圧を発生させることが可能であるとともに、形態保持力の低下も抑制することができる。したがって、高温下で締付け使用する場合、初期の締付け圧は低くても、ガタツキなどを招かないで適正十分な締付け面圧を保持させることができる。
【００４４】さらに、請求項３のように、その中央部にガス通過用孔を有する平坦部の全周から一方向へ向けて周壁部を一体に突出させるような立体形状に成形する場合は、特にディーゼル車用セラミックフィルタやセラミック触媒の保持材などのように、大型の部材の保持に際して有効に使用することができる。
【００４５】さらにまた、請求項４のように、上記の耐熱性成形体の１００重量部に対して１〜２０重量部の無機結合材を含浸させる場合は、その成形体の耐熱強度を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における耐熱性成形体を自動車用セラミックフィルタあるいはセラミック触媒の保持材に適用する場合の形状を示す平面図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】ディーゼルエンジンからの排気ガス中の黒煙ススの除去用フィルタの保持材としての使用例を示す縦断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）ともに耐熱性成形体の製造工程の説明図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、耐ガスアタック性試験装置の平面図および側面図である。
【図６】熱膨張圧試験装置の概略正面図である。
【図７】本発明の他の実施例における耐熱性成形体の形状を示す平面図である。
【図８】図７の縦断面図である。
【符号の説明】
１ 耐熱性成形体
２ 排気ガス通過孔
３ 耐熱性平坦部
４ 周壁部
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用セラミックフィルタあるいはセラミック触媒の保持材や、耐火断熱材等として使用される耐熱性成形体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】たとえば、自動車の排気管では、排ガス中の窒素酸化物の還元等の浄化のためにセラミックフィルタあるいはセラミック触媒が使用される。このセラミック触媒等を排気管に保持させるための保持材として、従来では、セラミック繊維を主体としたブランケット状の耐熱性成形体や、セラミック繊維と膨脹処理未膨張バーミキュライトと有機結合材とを配合し抄造して、かさ密度０．４〜０．７ｇ／ｃｍ3 のマット状もしくはシート状になした耐熱膨脹性成形体が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したような従来の耐熱性あるいは耐熱膨張性成形体は、ブランケット状、マット状もしくはシート状のものであるために、触媒やフィルタなどのように立体形状に装填して使用する場合、その装填に非常に手間どるばかりでなく、そのもの自体の形状の保持が難しい。また、自動車の排ガスのように、高温のガス流体に晒された場合、強度が低下する傾向にあり、さらに、特にブランケット状のものは、柔らかくて圧縮モジラスおよび復元性が低いため、装填し締付けて使用する場合、安定した締付け力が得られず、その状態で振動や摩擦を受けると、上記セラミックフィルタあるいはセラミック触媒に対する保持力が低下して、該セラミック触媒等にがたつきを招いたり、保持材に吹き抜けが生じるおそれがあった。
【０００４】本発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、所望の形態を得やすくて、装填が非常に容易であるとともに、高温下での使用に際しても、強度の低下が少なく、かつ、適正な圧縮率および高い復元率を有して非常に高い締付け圧を安定よく保持することができ、さらにシール性にも優れた効果を発揮する耐熱性成形体を提供することを目的としている。
【０００５】この発明の他の目的は、初期の締付け圧が低くても、高温下での使用時に膨張力を発生させて、ガタツキなどを招かない適正十分な締付け面圧を保持させることができるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る耐熱性成形体は、無機結合材１〜１５ｗｔ％、有機結合材１〜１０ｗｔ％、セラミック繊維２０〜５５ｗｔ％、無機質充填材３０〜６０ｗｔ％からなり、そのかさ密度が０．４ｇ／ｃｍ3 以上に設定されたものである。
【０００７】また、請求項２の発明に係る耐熱性成形体は、無機結合材１〜３０ｗｔ％、有機結合材１〜５ｗｔ％、セラミック繊維２０〜５０ｗｔ％、無機質膨張材１〜３０ｗｔ％、無機質充填材２０〜４０ｗｔ％からなり、そのかさ密度が０．４ｇ／ｃｍ3 以上に設定されたものである。
【０００８】特に、請求項１または２の耐熱性成形体の一例として、その中央部にガス通過用孔を有する平坦部の全周から一方向へ向けて周壁部を一体に突出させるように成形してなるものが望ましい。
【０００９】さらに、請求項１または２の耐熱性成形体の１００重量部に対して１〜２０重量部の無機結合材を含浸させることが好ましい。
【００１０】
【作用】請求項１の発明によれば、無機結合材で補強され、かつ、かさ密度も０．４ｇ／ｃｍ3 以上の成形体であるから、抄造物の型成形により装填が容易な所望の形状が得やすいとともに、高温時の強度および形態保持力の低下が少なく、高温ガス流体のアタックによる飛散がない。また、常温時はもちろん、高温時にも適正な圧縮率および高い復元率を有しているために、装填状態で締付けて使用する場合、非常に高い締付け面圧を保持させることが可能であり、さらに、空隙率も小さく、十分に高いシール性を保持させることができる。
【００１１】請求項２の発明によれば、無機結合材で補強され、かつ、かさ密度も０．４ｇ／ｃｍ3 以上の成形体である上に、無機質膨張材が配合されているので、装填状態で加熱された際に高い膨脹圧を発生することになり、したがって、締付け使用する場合、初期の締付け圧は低くても、ガタツキなどを招かない適正十分な締付け面圧を保持させることができる。
【００１２】また、請求項３のように、その中央部にガス通過用孔を有する平坦部の全周から一方向へ向けて周壁部を一体に突出させるように成形してなる耐熱性成形体の場合は、特にディーゼル車用セラミックフィルタやセラミック触媒の保持材などのように、大型の部材の保持に際して有効に使用することができる。
【００１３】さらに、請求項４のように、耐熱性成形体の１００重量部に対して１〜２０重量部の無機結合材を含浸させる場合は、その成形体の耐熱強度を一層高めることが可能である。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。図１および図２は、本発明による耐熱性成形体の一実施例で、自動車用セラミックフィルタあるいはセラミック触媒の保持材に適用する場合の形状を示す平面図および縦断面図であり、該耐熱性成形体１は、その中央部に矩形状の排気ガス通過用孔２を有する矩形状の耐熱性平坦部３の全周から一方向へ向けて周壁部４を一体に突出させてなる。このような耐熱性成形体１は、図３に示すように、主として、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれている黒煙ススを除去するために、排気ガスの流通路を形成するアルミ製ベッセル１１内に配置される複数個の多孔質のセラミックフィルタ１２をその両側から抱いて保持させるように使用される。
【００１５】上記のような形状を有する耐熱性成形体１の配合例およびその製造方法について説明する。まず、セラミック繊維（新日鉄化学製のＳＣ１２６０−Ｄ２）３５ｗｔ％、無機質充填材としてのセピオライト鉱物（昭和鉱業製のミルコンＭＳ−２−２）３０ｗｔ％およびタルク鉱物（日本タルク製のタルクＭＳ）２５ｗｔ％、無機結合材（日産化学製のアルミナゾル２００）７ｗｔ％、有機結合材（住友化学製のスミカフレックス９００）３ｗｔ％の配合比率の３％ｗｔ濃度の水分散液Ａを作製する。この際、セラミック繊維、セピオライト鉱物およびタルク鉱物は、図４（ａ）に示すように、予めミキサ１５を介して水中で十分に分散させておき、その後に、アンモニウムイオンやナトリウムイオン等の定着剤を投入し攪拌して、有機結合材および無機結合材を、セラミック繊維、セピオライト鉱物およびタルク鉱物に定着させる。
【００１６】次に、上記水分散液Ａを図４（ｂ）に示すように、６０メッシュの金網１６上から流し込んで、１０ｗｔ％濃度に搾水した抄造液Ｂを得る。つづいて、その抄造液Ｂを図４（ｃ）に示すように、型１７に流し込み、かつ、プレスすることによって、さらに搾水して所定の形状、つまり図１および図２に示すような形状をもつ５０ｗｔ％濃度の含水成形体１Ａを得る。この含水成形体１Ａを乾燥して、かさ密度０．６ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱性成形体１を得た。以下、これを実施例１とする。
【００１７】上記実施例１の耐熱性成形体１を、該耐熱性成形体１の１００ｗｔ％に対して１〜２０ｗｔ％の無機結合材（日産化学製のスノーテックス２０）に含浸して乾燥させることにより、かさ密度０．６５ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱性成形体を得た。以下、これを実施例２とする。
【００１８】ところで、上記実施例１および２における耐熱性成形体１を構成する材料および好ましい配合比率は、次の通りである。無機繊維としては、アルミナ・シリカ繊維が好ましく、その配合比率は２０〜５５ｗｔ％、無機質充填材としては、セピオライト鉱物、タルク鉱物の他に、セリサイトマイカ鉱物、カオリン鉱物、モンモリナイト鉱物などであってもよく、その配合比率は３０〜６０ｗｔ％、無機結合材としては、アルミナゾル、コロイダルシリカ、水ガラスなどで、その配合比率は１〜１５ｗｔ％である。
【００１９】上記のような構成材料、配合比率の実施例１および実施例２に示す耐熱性成形体からなる試料マットと、かさ密度０．１６ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さが４．９ｍｍのセラミック繊維不織布からなる試料マットを比較例１とし、また、セラミック繊維３０ｗｔ％、セピオライト鉱物２５ｗｔ％、タルク鉱物３３ｗｔ％、有機結合材１２ｗｔ％を抄造して得た、かさ密度が０．７０ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱性シートからなる試料マットを比較例２として、各種の試験を行なった結果を以下に説明する。
【００２０】耐ガスアタック性試験図５（ａ），（ｂ）に示すように、一対のプレート５，５間に、２５ｍｍ角の試料マットを挟み、３．６ｍｍ厚さに圧縮した後、上記一対のプレート５，５ごと６００℃×１Ｈｒ加熱・冷却し、その後、ノズル６から３０００サイクルのガスを試料マットに吹き付けて、該試料マットの重量減少率（％）を測定した。その測定結果を表−１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】圧縮・復元試験外径１０２ｍｍ×内径８２ｍｍ×高さ１０ｍｍのリング形状品を、常温時および９００℃×１Ｈｒ加熱後のそれぞれにおいて、面圧２ＭＰａで３分間加圧した際の圧縮率（％）およびその後に上記面圧を除去した際の復元率（％）を測定した。その測定結果を表−２に示す。
【００２３】
【表２】
【００２４】シール試験外径１０２ｍｍ×内径８２ｍｍ×高さ１０ｍｍのリング形状品を、その高さ方向に３０％圧縮した状態で、常温時および９００℃×１Ｈｒ加熱後のそれぞれにおいて、面圧０．０５ＭＰａのガス圧を負荷した際の漏れ量（ｃｃ／ｓｅｃ）を測定した。その測定結果を表−３に示す。
【００２５】
【表３】
【００２６】以上のような各種の試験結果から、つぎの点が明らかになった。実施例１および実施例２においては、無機結合材の配合により補強され、かつ適正な密度を有しているために、圧縮モジュラスおよび空隙率も適正であり、また、加熱を受けた際の物性の変化が少ないという特性を有している。そのため、耐ガスアタック性試験結果から明らかなように、締付け力および強度の低下が非常に少なくて試料の飛散がない。また、圧縮・復元試験では、多孔質セラミックの圧縮強度の目安である２ＭＰａの面圧の締付けに対しても、常温時および加熱後ともに適当な圧縮率・高い復元率を示している。さらに、シール試験では、空隙率が小さくて、漏れ量が少ない。
【００２７】これに対して、比較例１は、かさ密度が低く、かつ強度も弱いために、耐ガスアタック性試験では締付け力も小さく、強度も弱くて試料の飛散がみられる。また、圧縮・復元試験では、圧縮率が高過ぎるとともに、復元率が低過ぎて、安定した締付け力が得られず、さらに、シール試験では、空隙率が大きくなって、漏れ量が多くなる。
【００２８】一方、比較例２は、無機結合材による補強がなく、高温時には焼失する有機結合材による補強であるから、加熱後の強度の低下が大きい。そのために、耐ガスアタック試験では飛散が発生する。また、圧縮・復元試験では、圧縮率が高過ぎるとともに、復元率が低過ぎて、安定した締付け力が得られない。、さらに、シール試験では、空隙率が大きくなって、特に加熱後に吹抜けが発生する。
【００２９】次に、本発明の他の実施例による耐熱熱膨張性成形体について説明する。この実施例における耐熱熱膨張性成形体１も、主として自動車用セラミックフィルタあるいはセラミック触媒の保持材に適用されることが多く、その場合の好適な形状としては、上記図１および図２に示した通りであって、その中央部に矩形状の排気ガス通過用孔２を有する矩形状の耐熱性平坦部３の全周から一方向へ向けて周壁部４を一体に突出させてなる。なお、この耐熱熱膨張性成形体１も図３に示すように、セラミック製フィルタ１２の保持材として使用される。
【００３０】上記のような形状を有する耐熱熱膨張性成形体の配合例およびその製造方法について説明する。まず、セラミック繊維（新日鉄化学製のＳＣ１２６０−Ｄ２）３５ｗｔ％、無機質充填材としてのセピオライト鉱物（昭和鉱業製のミルコンＭＳ−２−２）３０ｗｔ％、無機質膨張材としての膨張処理バーミキュライト（南アフリカボラボラ鉱山産 バーミキュライト０号）２５ｗｔ％、無機結合材（日産化学製のアルミナゾル２００）７ｗｔ％、有機結合材（住友化学製のスミカフレックス９００）３ｗｔ％の配合比率の３％ｗｔ濃度の水分散液Ａを作製する。この際、セラミック繊維、セピオライト鉱物は、上記の図４（ａ）に示したと同様に、予めミキサ１５を介して水中で十分に分散させておく。また、膨張処理バーミキュライトはリン酸水素アンモニウムナトリウム水溶液に浸漬させたものを使用する。その後、水分散液Ａにアンモニウムイオンやナトリウムイオン等の定着剤を投入し攪拌して、有機結合材および無機結合材を、セラミック繊維、セピオライト鉱物およびバーミキュライトに定着させる。
【００３１】次に、上記水分散液Ａを図４（ｂ）に示すように、６０メッシュの金網１６上から流し込んで、１０ｗｔ％濃度に搾水した抄造液Ｂを得る。つづいて、その抄造液Ｂを図４（ｃ）に示すように、型１７に流し込み、かつ、プレスすることによって、さらに搾水して所定の形状、つまり図１および図２に示すような形状をもつ５０ｗｔ％濃度の含水成形体１Ａを得る。この含水成形体１Ａを乾燥して、かさ密度０．６ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱熱膨張性成形体を得た。以下、これを実施例３とする。
【００３２】上記実施例３の耐熱熱膨張性成形体を、該耐熱熱膨張性成形体の１００ｗｔ％に対して１〜２０ｗｔ％の無機結合材（日産化学製のスノーテックス２０）に含浸して乾燥させることにより、かさ密度０．６５ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱熱膨張性成形体を得た。以下、これを実施例４とする。
【００３３】ところで、上記実施例３および４における耐熱熱膨張性成形体を構成する材料および好ましい配合比率は、次の通りである。無機繊維としては、アルミナ・シリカ繊維が好ましく、その配合比率は２０〜５０ｗｔ％、無機質充填材としては、セピオライト鉱物、タルク鉱物の他に、セリサイトマイカ鉱物、カオリン鉱物、モンモリナイト鉱物などであってもよく、その配合比率は２０〜４０ｗｔ％、無機結合材としては、アルミナゾル、コロイダルシリカ、水ガラスなどで、その配合比率は１〜３０ｗｔ％、バーミキュライト（無機質膨張材）の配合比率は１〜３０ｗｔ％である。
【００３４】上記のような構成材料、配合比率の実施例１および実施例２に示す耐熱熱膨張性成形体からなる試料マットと、セラミック繊維３５ｗｔ％、膨張処理バーミキュライト鉱物５５ｗｔ％、有機結合材１０ｗｔ％を抄造して得た、かさ密度が０．７０ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱熱膨張性シートからなる試料マットを比較例３とし、また、セラミック繊維３５ｗｔ％、セピオライト鉱物２５ｗｔ％、膨張処理バーミキュライト鉱物２８ｗｔ％、有機結合材１２ｗｔ％を抄造して得た、かさ密度が０．７０ｇ／ｃｍ3 で、初期厚さ４．９ｍｍの耐熱熱膨張性シートからなる試料マットを比較例４として、各種の試験を行なった結果を以下に説明する。
【００３５】耐ガスアタック性試験上記図５（ａ），（ｂ）に示したと同様に、一対のプレート５，５間に、２５ｍｍ角の試料マットを挟み、３．６ｍｍ厚さに圧縮した後、上記一対のプレート５，５ごと６００℃×１Ｈｒ加熱・冷却し、その後、ノズル６から３０００サイクルのガスを試料マットに吹き付けて、該試料マットの重量減少率（％）を測定した。その測定結果を表−４に示す。
【００３６】
【表４】
【００３７】熱膨張圧試験図６に示すように、電気炉８内に設けた上下一対の石英棒９，９間の３．４３ｍｍの隙間に試料マットを装填した状態で、電気炉８を運転して昇温速度２５°Ｃ／ｍｉｎ．で６００℃に加熱した際に発生する膨張圧（ＭＰａ）をロードセル１０により測定した。その測定結果を表−５に示す。
【００３８】
【表５】
【００３９】以上のような各種の試験結果から、つぎの点が明らかになった。耐ガスアタック性試験において、実施例３および実施例４においては、無機結合材の配合により補強されているため、加熱を受けた際の試料の形態保持力（結合力）の低下が少なくて、ガスアタックによる飛散がない。試験結果から明らかなように、締付け力および強度の低下が非常に少なくて試料の飛散がない。これに対して、比較例３においては、無機充填材および無機結合材が配合されていないため、加熱にともなって形態保持力が低下し、ガスアタックにより飛散が発生する。また、比較例４においては、セピオライト鉱物の固結性によりガスアタックによる飛散は少ないが、形態保持力が極めて弱いために、ガスアタック条件が厳しくなると、飛散量が多くなる。
【００４０】また、熱膨張圧試験において、実施例３および実施例４においては、無機結合材による補強と適正な密度により、加熱による形態保持力および圧縮モジラスの低下が少ないために、バーミキュライト鉱物の配合比率が少なくても、比較例３と同等以上の膨張圧を発生する。したがって、初期締付け圧は低くても、使用中に発生する膨張圧によって、非常に高い締付け圧を保持できるとともに、良好なシール性も保持できる。これに対して、比較例４においては、加熱にともなう有機結合材の分解・焼失、さらには、無機結合材に比べてセピオライト鉱物の固結性は極めて弱いことから、加熱によって圧縮モジュラスが低下して低い膨張圧の発生に止まる。
【００４１】なお、上記各実施例では、耐熱性成形体および耐熱熱膨張性成形体を自動車用セラミックフィルタあるいはセラミック触媒の保持材に適用する場合に好適な形状として、図１および図２に示すような矩形状に成形したもので示したが、これ以外にも、図７および図８に示すように、その中央部に円形状の排気ガス通過用孔２を有する円形状の耐熱性平坦部３の全周から一方向へ向けて筒状の周壁部４を一体に突出させてなるものであってもよい。
【００４２】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれば、無機結合材で補強され、かつ、かさ密度も０．４ｇ／ｃｍ3 以上の成形体であって、抄造物の型成形により容易に所望の立体形状のものが得られるので、従来のブランケット状やシート状のものに比べて、使用箇所の形態にかかわらず、装填が非常に容易である。また、加熱によって焼失したり、固結性が低下することのない無機結合材の配合により十分に熱的に補強されているので、高温時の強度および形態保持力の低下が少なく、高温ガス流体のアタックによる飛散などがなく、耐ガスアタック性に優れた効果を有する。さらに、常温時はもちろん、高温時にも適正な圧縮率および高い復元率を保つために、装填状態で締付けて使用する場合、非常に高い締付け面圧を保持させることができるので、特に自動車のように振動や衝撃の大きい箇所での使用に有効であり、かつ、空隙率も小さくて、高いシール性を保持させることができるという効果を奏する。
【００４３】また、請求項２の発明によれば、無機結合材だけでなく、無機質膨張材も配合されているので、無機質膨張材の配合量は低く抑えたとしても、装填使用状態で加熱された際に高い膨脹圧を発生させることが可能であるとともに、形態保持力の低下も抑制することができる。したがって、高温下で締付け使用する場合、初期の締付け圧は低くても、ガタツキなどを招かないで適正十分な締付け面圧を保持させることができる。
【００４４】さらに、請求項３のように、その中央部にガス通過用孔を有する平坦部の全周から一方向へ向けて周壁部を一体に突出させるような立体形状に成形する場合は、特にディーゼル車用セラミックフィルタやセラミック触媒の保持材などのように、大型の部材の保持に際して有効に使用することができる。
【００４５】さらにまた、請求項４のように、上記の耐熱性成形体の１００重量部に対して１〜２０重量部の無機結合材を含浸させる場合は、その成形体の耐熱強度を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における耐熱性成形体を自動車用セラミックフィルタあるいはセラミック触媒の保持材に適用する場合の形状を示す平面図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】ディーゼルエンジンからの排気ガス中の黒煙ススの除去用フィルタの保持材としての使用例を示す縦断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）ともに耐熱性成形体の製造工程の説明図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、耐ガスアタック性試験装置の平面図および側面図である。
【図６】熱膨張圧試験装置の概略正面図である。
【図７】本発明の他の実施例における耐熱性成形体の形状を示す平面図である。
【図８】図７の縦断面図である。
【符号の説明】
１ 耐熱性成形体
２ 排気ガス通過孔
３ 耐熱性平坦部
４ 周壁部
【特許請求の範囲】
【請求項１】 無機結合材１〜１５ｗｔ％、有機結合材１〜１０ｗｔ％、セラミック繊維２０〜５５ｗｔ％、無機質充填材３０〜６０ｗｔ％からなり、そのかさ密度が０．４ｇ／ｃｍ3 以上に設定されていることを特徴とする耐熱性成形体。
【請求項２】 無機結合材１〜３０ｗｔ％、有機結合材１〜５ｗｔ％、セラミック繊維２０〜５０ｗｔ％、無機質膨張材１〜３０ｗｔ％、無機質充填材２０〜４０ｗｔ％からなり、そのかさ密度が０．４ｇ／ｃｍ3 以上に設定されていることを特徴とする耐熱性成形体。
【請求項３】 中央部にガス通過用孔を有する平坦部の全周から一方向へ向けて周壁部を一体に突出させるように成形してなる請求項１または２の耐熱性成形体。
【請求項４】 上記耐熱性成形体の１００重量部に対して１〜２０重量部の無機結合材を含浸させてなる請求項１または２の耐熱性成形体。
【請求項１】 無機結合材１〜１５ｗｔ％、有機結合材１〜１０ｗｔ％、セラミック繊維２０〜５５ｗｔ％、無機質充填材３０〜６０ｗｔ％からなり、そのかさ密度が０．４ｇ／ｃｍ3 以上に設定されていることを特徴とする耐熱性成形体。
【請求項２】 無機結合材１〜３０ｗｔ％、有機結合材１〜５ｗｔ％、セラミック繊維２０〜５０ｗｔ％、無機質膨張材１〜３０ｗｔ％、無機質充填材２０〜４０ｗｔ％からなり、そのかさ密度が０．４ｇ／ｃｍ3 以上に設定されていることを特徴とする耐熱性成形体。
【請求項３】 中央部にガス通過用孔を有する平坦部の全周から一方向へ向けて周壁部を一体に突出させるように成形してなる請求項１または２の耐熱性成形体。
【請求項４】 上記耐熱性成形体の１００重量部に対して１〜２０重量部の無機結合材を含浸させてなる請求項１または２の耐熱性成形体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開平６−１８３８５４
【公開日】平成６年（１９９４）７月５日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−３４０４３７
【出願日】平成４年（１９９２）１２月２１日
【出願人】（０００２２９７３７）日本ピラー工業株式会社 (337)
【公開日】平成６年（１９９４）７月５日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）１２月２１日
【出願人】（０００２２９７３７）日本ピラー工業株式会社 (337)
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