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JP4607885B2 - Mounting mat for catalytic converter - Google Patents
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JP4607885B2 - Mounting mat for catalytic converter - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a mounting mat for mounting a pollution control monolith in a pollution control device. The mounting mat has a bulk density of 0.12 to 0.3 g/cm<3> and comprises (i) a layer of chopped magnesium aluminium silicate glass fibers and (ii) a layer of ceramic fibers obtainable from a sol-gel process. Preferably, the layer of chopped magnesium aluminium silicate glass fibers and the layer of ceramic fibers define opposite major surfaces of the mat. The present invention further provides a pollution control device comprising a pollution control monolith arranged in a metallic casing with the mounting mat disposed between the metallic casing and pollution control monolith. <IMAGE>

Description

本発明は、汚染防止装置に汚染防止モノリスを実装する実装マットに関する。本発明は特に、ガラスファイバー層と、ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバー層とを含む実装マットに関する。本発明は更に汚染防止装置に関する。   The present invention relates to a mounting mat for mounting a pollution prevention monolith on a pollution prevention apparatus. The present invention particularly relates to a mounting mat comprising a glass fiber layer and a ceramic fiber layer obtained from a sol-gel process. The invention further relates to a pollution control device.

汚染防止装置は、大気汚染を防止するために自動車両に一般的に用いられている。触媒コンバータおよびディーゼル微粒子フィルタまたはトラップの2種類の装置が現在広く用いられている。触媒コンバータは触媒を含んでおり、一般的に、金属筐体内に実装されたモノリシック構造にコートされている。金属モノリスも用いられているが、モノリシック構造は、一般的にセラミックである。触媒は、一酸化炭素および炭化水素を酸化し、自動車排気ガス中の窒素酸化物を減じて大気汚染を防止する。   Pollution prevention devices are commonly used in motor vehicles to prevent air pollution. Two types of devices are currently widely used: catalytic converters and diesel particulate filters or traps. Catalytic converters contain a catalyst and are typically coated on a monolithic structure mounted within a metal housing. Metal monoliths are also used, but the monolithic structure is generally ceramic. The catalyst oxidizes carbon monoxide and hydrocarbons and reduces nitrogen oxides in automobile exhaust to prevent air pollution.

ディーゼル微粒子フィルタまたはトラップは、一般的に多孔性結晶セラミック材料から作成されたハニカムモノリシック構造を持つ壁フローフィルタである。ハニカム構造の交互のセルは、排気ガスが1つのセルに入って、多孔性壁を通って近接するセルに押されて、構造から出るように栓がされているのが一般的である。このようにして、ディーゼル排気ガス中に存在する小さな煤粒子が集められる。   Diesel particulate filters or traps are wall flow filters with a honeycomb monolithic structure that are typically made from porous crystalline ceramic materials. The alternating cells of the honeycomb structure are generally plugged so that the exhaust gas enters one cell and is pushed through the porous wall to the adjacent cell to exit the structure. In this way, small soot particles present in the diesel exhaust gas are collected.

汚染防止装置に用いられるモノリス、特に、セラミック汚染防止モノリスは脆性で、振動や衝撃による損傷や破損を受けやすい。その熱膨張係数は、それが含まれている金属筐体よりも通常非常に小さい。すなわち、汚染防止装置が加熱されるにつれて、筐体の内部周囲壁とモノリスの外側壁の間が増大するということである。マットの絶縁効果のために金属筐体の温度変化が小さくても、金属筐体の熱膨張係数が大きいため、モノリシック要素の膨張よりも早く大きな周囲サイズまで膨張する。かかる熱サイクルは、汚染防止装置の寿命および使用中に数百回と生じる。   Monoliths used in pollution control devices, particularly ceramic pollution prevention monoliths, are brittle and are susceptible to damage and breakage due to vibration and impact. Its coefficient of thermal expansion is usually much smaller than the metal housing in which it is contained. That is, as the pollution control device is heated, the space between the inner peripheral wall of the housing and the outer wall of the monolith increases. Even if the temperature change of the metal casing is small due to the insulating effect of the mat, the thermal expansion coefficient of the metal casing is large, so that it expands to a large peripheral size faster than the expansion of the monolithic element. Such thermal cycling occurs hundreds of times during the life and use of the pollution control device.

道路の衝撃や振動によるセラミックモノリスの損傷を防ぎ、熱膨張の差を補償し、モノリスと金属筐体間に排気ガスが流れるのを防ぐために(触媒をバイパスし)、実装マットはセラミックモノリスと金属筐体間に配置される。これらのマットは、モノリスを所望の温度範囲にわたって定位置に保持するのに十分だが、セラミックモノリスに損傷を与えるほど大きくはない圧力を出すものではなくてはならない。   To prevent damage to the ceramic monolith due to road impact and vibration, compensate for thermal expansion differences, and prevent exhaust gas from flowing between the monolith and the metal housing (bypassing the catalyst), the mounting mat is made of ceramic monolith and metal Arranged between housings. These mats must provide enough pressure to hold the monolith in place over the desired temperature range, but not so great as to damage the ceramic monolith.

最近、単位面積当たりの汚染防止モノリスを作成するセルの数が増加し、セルの壁厚さが減少する傾向にある。かかる汚染防止モノリスは、薄肉または超薄肉モノリスとして知られており、一般的に、1平方インチ当たり400〜1200個(cpsi)のセルを含み、壁の厚さは5ミル、すなわち0.005インチ(0.127mm)以下である。壁の厚さが減少したため、これらのモノリスは損傷をさらに受けやすくなるため、かかるモノリスを実装する実装マットの要件はより厳しくなる。   Recently, the number of cells making a pollution control monolith per unit area has increased and the cell wall thickness has tended to decrease. Such antifouling monoliths are known as thin-walled or ultra-thin-walled monoliths and generally contain 400-1200 cells per square inch (cpsi) and a wall thickness of 5 mils, i.e. 0.005. Inch (0.127 mm) or less. As the wall thickness is reduced, these monoliths are more susceptible to damage, which makes the requirements of the mounting mat for mounting such monoliths more stringent.

多くの実装マットが当該技術分野では記載されてきた。公知の実装マットとしては、セラミックファイバー、膨張材料、ならびに有機および/または無機バインダーから構成された膨張シート材料が挙げられる。触媒コンバータを筐体に実装するのに有用な膨張シート材料は、例えば、米国特許第3,916,057号明細書(ハッチら(Hatch)ら)、同第4,305,992号明細書(レンジャー(Langer)ら)、同第5,151,253号明細書(メリー(Merry)ら)、同第5,250,269号明細書(レンジャー(Langer))および同第5,736,109号明細書(ホワース(Howorth)ら)に記載されている。膨張性実装マットには、汚染防止モノリスが熱されると使用中汚染防止モノリスに過剰の圧力がかかるという欠点がある。その結果、膨張性実装マットは、薄肉および超薄肉モノリスを実装するにはあまり好適ではない。   Many mounting mats have been described in the art. Known mounting mats include ceramic fiber, intumescent material, and inflatable sheet material composed of organic and / or inorganic binders. Inflatable sheet materials useful for mounting catalytic converters in a housing are described, for example, in U.S. Pat. Nos. 3,916,057 (Hatch et al.) And 4,305,992 ( Langer et al.), 5,151,253 (Merry et al.), 5,250,269 (Langer) and 5,736,109. It is described in the description (Howorth et al.). The inflatable mounting mat has the disadvantage that excessive pressure is applied to the pollution control monolith during use when it is heated. As a result, inflatable mounting mats are not well suited for mounting thin and ultra thin monoliths.

米国特許第5,290,522号明細書には、直径が5マイクロメートルを超える少なくとも60重量%のショットフリーの高強度マグネシウムアルミノシリケートガラスファイバーを含む不織実装マットを有する触媒コンバータが記載されている。しかしながら、かかる実装マットは薄肉および超薄肉モノリスを高温で十分に実装し、それらを衝撃や損傷から保護する十分な保持強度を有していない。   US Pat. No. 5,290,522 describes a catalytic converter having a non-woven mounting mat comprising at least 60% by weight of shot-free high strength magnesium aluminosilicate glass fibers having a diameter greater than 5 micrometers. Yes. However, such mounting mats do not have sufficient holding strength to fully mount thin and ultra thin monoliths at high temperatures and protect them from impact and damage.

米国特許第5,380,580号明細書には、物理的に交絡したショットフリーの酸化セラミックファイバーが開示されている。マットは、フィルタ媒体、実装マットおよび断音または断熱として有用であると教示されている。実施例の1つに、多結晶セラミックファイバー層とガラスファイバー層とを含む不織マットが開示されている。このマットは、明らかに断熱であることを意味しており、汚染防止装置に汚染防止モノリスを実装する実装マットとして好適ではない。かかる二層マットを実装マットとしてどのように用いるべきかに関する教示もない。   US Pat. No. 5,380,580 discloses physically entangled shot-free oxide ceramic fibers. The mats are taught to be useful as filter media, mounting mats and sound or thermal insulation. One example discloses a nonwoven mat comprising a polycrystalline ceramic fiber layer and a glass fiber layer. This mat clearly means heat insulation, and is not suitable as a mounting mat for mounting a pollution prevention monolith on a pollution prevention device. There is no teaching on how to use such a two-layer mat as a mounting mat.

多結晶セラミックファイバーとバインダーを含む非膨張性マットがいわゆる超薄肉モノリスを実装するために提案されている。非膨張マットとしては、例えば、米国特許第4,011,651号明細書(ブラッドベリー(Bradbury)ら)、同第4,929,429号明細書(メリー(Merry))、同第5,028,397号明細書(メリー(Merry))、同第5,996,228号明細書(ショウジ(Shoji)ら)および同第5,580,532号明細書(ロビンソン(Robinson)ら)に記載されたものが例示される。多結晶ファイバーは、一般的に、例えば、米国特許第3,760,049号明細書に記載されたゾル−ゲルプロセスにより形成され、その他のセラミックファイバーは一般的に溶融形成される。残念なことに、多結晶ファイバーは、セラミックガラスファイバーのような溶融形成セラミックファイバーより遥かに高価であり、その結果として、多結晶ファイバーの実装マットは現実的でないほど高価になってしまう。   Non-intumescent mats comprising polycrystalline ceramic fibers and binders have been proposed for mounting so-called ultra-thin monoliths. Non-inflatable mats include, for example, U.S. Pat. Nos. 4,011,651 (Bradbury et al.), 4,929,429 (Merry), 5,028. , 397 (Merry), 5,996,228 (Shoji et al.) And 5,580,532 (Robinson et al.). Are illustrated. Polycrystalline fibers are typically formed, for example, by the sol-gel process described in US Pat. No. 3,760,049, and other ceramic fibers are generally melt formed. Unfortunately, polycrystalline fibers are much more expensive than melt-formed ceramic fibers, such as ceramic glass fibers, and as a result, polycrystalline fiber mounting mats are unrealistically expensive.

従って、汚染防止装置に汚染防止モノリスを実装するのに好適な実装マット、特に、薄肉または超薄肉モノリスを実装するのに用いることのできる実装マットを見出すことが望まれている。かかる実装マットは、モノリスに損傷を与えるような過剰の圧力をかけることなく、特に、高温でモノリスの良好な保持力を与えるのが好ましい。実装マットは、低コストで製造でき、また環境に易しいものであるのが好ましい。   Accordingly, it is desirable to find a mounting mat suitable for mounting a pollution control monolith in a pollution control device, particularly a mounting mat that can be used to mount a thin or ultra thin monolith. Such mounting mats preferably provide good holding power of the monolith, particularly at high temperatures, without applying excessive pressure that would damage the monolith. It is preferable that the mounting mat can be manufactured at a low cost and is environmentally friendly.

本発明は、汚染防止装置に汚染防止要素を実装するための実装マットを提供するものである。実装マットの嵩密度は0.12〜0.3g/cm3であり、
(i)ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの層と、
(ii)多結晶セラミックファイバーの層と、を含む。
好ましくは、ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバー層とセラミックファイバー層はマットの対向する主面を画定している。
The present invention provides a mounting mat for mounting a pollution control element on a pollution control device. The bulk density of the mounting mat is 0.12 to 0.3 g / cm 3 ,
(I) a layer of magnesium aluminum silicate glass fiber;
(Ii) a layer of polycrystalline ceramic fibers.
Preferably, the magnesium aluminum silicate glass fiber layer and the ceramic fiber layer define opposing major surfaces of the mat.

本発明は更に、ケースと汚染防止要素との間に配置された実装マットを用いてケース内に配置された汚染防止要素を含む汚染防止装置を提供する。実装マットは、
(i)ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの層と、
(ii)多結晶セラミックファイバーの層と、を含む。
The present invention further provides a pollution control device that includes a pollution control element disposed within the case using a mounting mat disposed between the case and the pollution control element . Mounting mat is
(I) a layer of magnesium aluminum silicate glass fiber;
(Ii) a layer of polycrystalline ceramic fibers.

実装マットは、セラミックファイバー層が汚染防止モノリスに面するように配置されている。「面する」という用語には、モノリスとマットのセラミックファイバー層との間に層がない実施形態、および1つ以上の更なる層がその間に存在する実施形態が含まれる。かかる任意の層は、実装マットの一部であってもなくてもよいが、存在するときは、実装マットの一部でないのが好ましく、ファイバーにより生じえる皮膚の刺激を減じる目的の、例えば、コーティング、スクリムまたはフィルムが挙げられる。また、かかる任意の層は、本発明の利点が実質的に失われないようなものを選択しなければならない。すなわち、かかる任意の層を備えた実装マットの性能は、任意の層のない同様のマットの性能の少なくとも90%でなければならない。   The mounting mat is arranged so that the ceramic fiber layer faces the pollution control monolith. The term “facing” includes embodiments in which there is no layer between the monolith and the ceramic fiber layer of the mat, and embodiments in which one or more additional layers are present. Such optional layers may or may not be part of the mounting mat, but when present are preferably not part of the mounting mat and are intended to reduce skin irritation caused by the fibers, for example A coating, scrim or film may be mentioned. Also, such optional layers must be selected such that the benefits of the present invention are not substantially lost. That is, the performance of a mounting mat with such an optional layer should be at least 90% of the performance of a similar mat without any optional layer.

本発明による実装マットは、多結晶ファイバーの単一層に基づいた実装マットよりも遥かに低コストで製造できることを見出した。また、ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバー層がモノリスに面するようなやり方で汚染防止装置に汚染防止モノリスを実装すると、十分な保持力が、低温と高温の両方、低温と高温の間のサイクル中、汚染防止装置を例えば、自動車に用いるときに生じる汚染防止装置の寿命中、維持できる。   It has been found that a mounting mat according to the present invention can be manufactured at a much lower cost than a mounting mat based on a single layer of polycrystalline fibers. Also, when the pollution control monolith is mounted on the pollution control device in such a way that the ceramic fiber layer resulting from the sol-gel process faces the monolith, sufficient holding power is achieved between both low and high temperatures. During a cycle, the pollution control device can be maintained for the life of the pollution control device that occurs, for example, when used in an automobile.

本発明を限定するわけではなく、本発明を例証し理解を深める目的で、図面を添付する。   It is not intended to limit the invention, but to illustrate and better understand the invention.

図1を参照すると、汚染防止装置10は、略裁頭円錐形入口および出口端部12および13をそれぞれ備えた金属ケース11を有している。ケース11内に汚染防止モノリス20が配置されている。汚染防止モノリス20の周囲にあるのは、ケース11内でモノリシック要素20をしっかりと、だが弾性的に支持する本発明による実装マット30である。実装マット30は、ケースの適所に汚染防止モノリス20を保持し、汚染防止モノリス20とケース11との間の空隙を封止して、排気ガスが汚染防止モノリス20を迂回するのを防ぐ、または最小にする。   Referring to FIG. 1, the pollution control device 10 has a metal case 11 with generally frustoconical inlet and outlet ends 12 and 13, respectively. A pollution prevention monolith 20 is arranged in the case 11. Surrounding the anti-contamination monolith 20 is a mounting mat 30 according to the present invention that firmly but elastically supports the monolithic element 20 within the case 11. The mounting mat 30 holds the pollution prevention monolith 20 in place on the case and seals the gap between the pollution prevention monolith 20 and the case 11 to prevent exhaust gas from bypassing the pollution prevention monolith 20, or Minimize.

金属ケースは、ステンレス鋼をはじめとする当該技術分野で公知の材料から作成することができる。   The metal case can be made from materials known in the art including stainless steel.

本発明の実装マットにより実装可能な汚染防止モノリスとしては、ガソリン汚染防止モノリスとディーゼル汚染防止モノリスが挙げられる。汚染防止モノリスは触媒コンバータであっても微粒子フィルタまたはトラップであってもよい。触媒コンバータは触媒を含んでおり、一般的に、金属筐体内に実装されたモノリシック構造にコートされている。触媒は、必要な温度で作用し有効となるように適用されるのが一般的である。例えば、ガソリンエンジンと共に用いるには、触媒コンバータは、400℃〜950℃の温度で有効でなければならないが、ディーゼルエンジンについてはこれより低い温度、一般的には350℃以下が普通である。金属モノシスも用いられているが、モノリシック構造は、一般的にセラミックである。触媒は、一酸化炭素および炭化水素を酸化し、排気ガス中の窒素酸化物を減じて大気汚染を防止する。ガソリンエンジンにおいては、これら3つの汚染物質全てをいわゆる「三方向コンバータ」において同時に反応させることができるが、たいていのディーゼルエンジンにはディーゼル酸化触媒コンバータ一つしか備わっていない。ディーゼルエンジンについてのみに今日では使用が制限されている、窒素酸化物を減じるための触媒コンバータは、別個の触媒コンバータからなっている。ガソリンエンジンに用いられる汚染防止モノリスとしては、コーニング社(Corning Inc.(ニューヨーク州コーニング(Corning,N.Y.))または日本ガイシ(NGK Insulators,LTD.)(日本、名古屋(Nagoya,Japan))より市販されているコージェライト、またはエミテック(Emitec)(ドイツ、ローマー(Lohmar,Germany)より市販されている金属モノリスでできたものが例示される。   Examples of the pollution prevention monolith that can be mounted by the mounting mat of the present invention include a gasoline pollution prevention monolith and a diesel pollution prevention monolith. The pollution control monolith may be a catalytic converter or a particulate filter or trap. Catalytic converters contain a catalyst and are typically coated on a monolithic structure mounted within a metal housing. The catalyst is generally applied to work and be effective at the required temperature. For example, for use with gasoline engines, catalytic converters must be effective at temperatures between 400 ° C. and 950 ° C., but diesel engines typically have lower temperatures, typically 350 ° C. or less. Metal monosys is also used, but the monolithic structure is generally ceramic. The catalyst oxidizes carbon monoxide and hydrocarbons and reduces nitrogen oxides in the exhaust gas to prevent air pollution. In gasoline engines, all three of these pollutants can be reacted simultaneously in a so-called “three-way converter”, but most diesel engines have only one diesel oxidation catalytic converter. Catalytic converters for reducing nitrogen oxides, which are limited in use today only for diesel engines, consist of separate catalytic converters. Contamination prevention monoliths used in gasoline engines include Corning Inc. (Corning, NY) or NGK Insulators, LTD. (Nagoya, Japan). Examples thereof include cordierite, which is commercially available, or metal monoliths, which are commercially available from Emitec (Lohmar, Germany).

ディーゼル微粒子フィルタまたはトラップは、一般的に多孔性結晶セラミック材料から作成されたハニカムモノリシック構造を持つ壁フローフィルタである。ハニカム構造の交互のセルは、排気ガスが1つのセルに入って、多孔性壁を通って近接するセルに押されて、構造から出るように栓がされているのが一般的である。このようにして、ディーゼル排気ガス中に存在する小さな煤粒子が集められる。コージェライトでできた好適なディーゼル微粒子フィルタは、コーニング社(Corning Inc.)(ニューヨーク州コーニング(Corning N.Y))および日本ガイシ(NGK Insulattosr,Inc.)(日本、名古屋(Nagoya,Japan)より市販されている。炭化ケイ素でできたディーゼル微粒子フィルタは、イビデン株式会社(Ibiden Co.Ltd.(日本(Japan))より市販されており、例えば、特開2002−047070A号公報に記載されている。   Diesel particulate filters or traps are wall flow filters with a honeycomb monolithic structure that are typically made from porous crystalline ceramic materials. The alternating cells of the honeycomb structure are generally plugged so that the exhaust gas enters one cell and is pushed through the porous wall to the adjacent cell to exit the structure. In this way, small soot particles present in the diesel exhaust gas are collected. Suitable diesel particulate filters made of cordierite are from Corning Inc. (Corning NY) and NGK Insulators, Inc. (Nagoya, Japan, Japan). A diesel particulate filter made of silicon carbide is commercially available from Ibiden Co. Ltd. (Japan), and is described, for example, in JP-A-2002-047070A. .

本発明の実装マットを用いて、いわゆる薄肉または超薄肉汚染防止モノリスを実装することができる。特に、実装マットを用いて、400〜1200cpsiおよび壁の厚さが0.005(0.127mm)以下の汚染防止モノリスを実装することができる。実装マットにより実装される汚染防止モノリスとしては、4ミル/400cpsiおよび4ミル/600cpsiの薄肉モノリスおよび3ミル/600cpsi、2ミル/900cpsiおよび2ミル/1200cpsiの超薄肉モノリスが例示される。   Using the mounting mat of the present invention, a so-called thin-walled or ultra-thin wall-preventing monolith can be mounted. In particular, it is possible to mount a pollution-preventing monolith with a mounting mat of 400 to 1200 cpsi and a wall thickness of 0.005 (0.127 mm) or less. Antifouling monoliths implemented by the mounting mat include 4 mil / 400 cpsi and 4 mil / 600 cpsi thin wall monoliths and 3 mil / 600 cpsi, 2 mil / 900 cpsi and 2 mil / 1200 cpsi ultra thin wall monoliths.

図2に、本発明による実装マットの概略断面図を示す。図示する通り、実装マット30は、チョップドケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバー層31と、ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバー層32とを含む。汚染防止装置に汚染防止モノリスを実装するのに用いるとき、実装マット30は、層32が汚染防止モノリスに最も近くなる、すなわち、汚染防止モノリスに面し、層31が汚染防止装置の金属筐体に最も近くなる、すなわち、後者に面するように配置される。このように、図1において、層31は実装マット30の表面33を画定し、層32は実装マット30の対向面(図1には図示せず)を画定する。層32が実装マット30の表面33を画定する逆の構成だと、本発明による利点が得られないことを見出した。   FIG. 2 is a schematic sectional view of a mounting mat according to the present invention. As shown, the mounting mat 30 includes a chopped magnesium aluminum silicate glass fiber layer 31 and a ceramic fiber layer 32 obtained from a sol-gel process. When used to mount a pollution control monolith in a pollution control device, the mounting mat 30 is such that the layer 32 is closest to the pollution control monolith, i.e. faces the pollution control monolith and the layer 31 is the metal housing of the pollution control device. It is arranged to be closest to, i.e., facing the latter. Thus, in FIG. 1, layer 31 defines a surface 33 of mounting mat 30, and layer 32 defines an opposing surface (not shown in FIG. 1) of mounting mat 30. It has been found that the advantage of the present invention cannot be obtained if the layer 32 has the opposite configuration that defines the surface 33 of the mounting mat 30.

図2には、2層のみから構成される実装マットの構造を示したが、更に層を含むマットも考えられる。例えば、異なるファイバー組成の層が図2に示す層31と32との間に含まれていてもよい。また、2層以上のガラスファイバー層を用いることができ、例えば、層は、層を作成するガラスファイバーの化学組成および/または組成物を作成するガラスファイバーの寸法が異なっていてもよい。このように、単一のガラスファイバー層31を用いる代わりに、2層以上のガラスファイバー層を、ゾル−ゲルプロセスから形成されたセラミックファイバー層32と組み合わせて用いてもよい。例えば、実装マットは、ゾル−ゲルプロセスから形成されたセラミックファイバー層、S2ガラスでできたガラスファイバー層およびR−またはE−ガラスでできたガラスファイバー層を含んでいてもよい。   Although FIG. 2 shows a structure of a mounting mat composed of only two layers, a mat including layers can be considered. For example, layers with different fiber compositions may be included between layers 31 and 32 shown in FIG. Also, two or more glass fiber layers can be used, for example, the layers may differ in the chemical composition of the glass fibers that make up the layers and / or the dimensions of the glass fibers that make up the composition. Thus, instead of using a single glass fiber layer 31, two or more glass fiber layers may be used in combination with a ceramic fiber layer 32 formed from a sol-gel process. For example, the mounting mat may include a ceramic fiber layer formed from a sol-gel process, a glass fiber layer made of S2 glass, and a glass fiber layer made of R- or E-glass.

実装マット30の嵩密度、すなわち、汚染防止装置に実装する前の密度は、通常、0.12〜0.3g/cm3、好ましくは0.12〜0.25g/cm3である。実装すると、マットの実装密度は0.2〜0.6g/cm3、好ましくは0.3〜0.5g/cm3であり、すなわちマットは実装すると圧縮される。 The bulk density of the mounting mat 30, that is, the density before mounting on the pollution control device is usually 0.12 to 0.3 g / cm 3 , preferably 0.12 to 0.25 g / cm 3 . When mounted, the mounting density of the mat is 0.2 to 0.6 g / cm 3 , preferably 0.3 to 0.5 g / cm 3, that is, the mat is compressed when mounted.

実装マットは、実装したら、ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバー層の厚さが少なくとも0.5mm、好ましくは少なくとも0.7mmとなるように設計されるのが一般的である。しかしながら、汚染防止モノリスの性質および種類に応じて、これより薄いものも考えられる。しかしながら、通常は、セラミックファイバー層の厚さは、ガラスファイバー層を断熱するのに十分なものでなければならない。   The mounting mat is generally designed so that once mounted, the ceramic fiber layer resulting from the sol-gel process has a thickness of at least 0.5 mm, preferably at least 0.7 mm. However, depending on the nature and type of the pollution control monolith, thinner ones are also conceivable. Usually, however, the thickness of the ceramic fiber layer should be sufficient to insulate the glass fiber layer.

不織実装マットに用いるケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの平均直径は、一般的に、少なくとも5μm、長さは0.5〜15cm、好ましくは1〜12cmである。平均直径は少なくとも7μm、一般的には7〜14μmの範囲内であるのが好ましい。ガラスファイバーは個別化されるのが好ましい。個別の(すなわち、ファイバーが互いに分離している)ファイバーとするには、ファイバーのトウまたはヤーンを、例えば、ガラスロービングカッター(例えば、カリフォルニア州パコマのフィン&フラム(Finn&Fram,Inc.,Pacoma,Calif.)より「型番90ガラスロービングカッター(MODEL 90 GLASS ROVING CUTTER)」)を用いてチョップして、所望の長さ(一般的に約0.5〜約15cmの範囲)とすることができる。ファイバーは一般的にショットフリーまたは、ファイバーの総重量を基準として非常に低量、一般的には1重量%未満のショットを含有している。さらに、ファイバーの直径はほぼ均一であり、平均の直径が+/−3μm以内のファイバーの量は、通常、ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの総重量の少なくとも70重量%、好ましくは少なくとも80重量%、最も好ましくは少なくとも90重量%である。   The average diameter of the magnesium aluminum silicate glass fiber used for the nonwoven mounting mat is generally at least 5 μm and the length is 0.5 to 15 cm, preferably 1 to 12 cm. The average diameter is preferably at least 7 μm, generally in the range of 7-14 μm. The glass fibers are preferably individualized. To make individual (ie, fibers are separated from each other) fibers, fiber tows or yarns, for example, glass roving cutters (eg, Finn & Fram, Inc., Pacoma, Calif, Calif.) )) Can be chopped using a “model 90 glass roving cutter (MODEL 90 GLASS ROVING CUTTER)” to a desired length (generally in the range of about 0.5 to about 15 cm). The fibers are generally shot free or contain very low amounts of shots, typically less than 1% by weight, based on the total weight of the fiber. Furthermore, the diameter of the fibers is substantially uniform and the amount of fibers with an average diameter within +/− 3 μm is usually at least 70% by weight, preferably at least 80% by weight of the total weight of the magnesium aluminum silicate glass fiber, Most preferably at least 90% by weight.

ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーは、10〜30重量%の酸化アルミニウム、52〜70重量%の酸化ケイ素および1〜12重量%の酸化マグネシウムを含むのが好ましい。上述した酸化物の重量パーセントは、Al23、SiO2およびMgOの理論量に基づいている。さらに、ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーが更なる酸化物を含有していてもよいものと考えられる。例えば、存在させてもよい更なる酸化物としては、酸化ナトリウムまたはカリウム、酸化ホウ素および酸化カルシウムが挙げられる。ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーとしては、約55%のSiO2、11%のAl23、6%のB23、18%のCaO、5%のMgOおよび5%のその他の酸化物の組成を一般的に有するE−ガラスファイバー、約65%のSiO2、25%のAl23および10%のMgOの組成を一般的に有するSおよびS−2ガラスファイバー、約60%のSiO2、25%のAl23、9%のCaOおよび6%のMgOの組成を一般的に有するR−ガラスファイバーが具体的に例示される。E−ガラス、S−ガラスおよびS−2は、例えば、アドバンスドガラスファイバーヤーンズLLC(Advanced Glassfiber Yarns LLC)より入手可能であり、R−ガラスはサンゴバンベトロテックス(Saint−Gobain Vetrotex)より入手可能である。 The magnesium aluminum silicate glass fiber preferably comprises 10-30% by weight aluminum oxide, 52-70% by weight silicon oxide and 1-12% by weight magnesium oxide. The weight percentages of the oxides described above are based on the theoretical amounts of Al 2 O 3 , SiO 2 and MgO. Furthermore, it is believed that the magnesium aluminum silicate glass fiber may contain additional oxides. For example, additional oxides that may be present include sodium or potassium oxide, boron oxide and calcium oxide. Magnesium aluminum silicate glass fibers include about 55% SiO 2 , 11% Al 2 O 3 , 6% B 2 O 3 , 18% CaO, 5% MgO and 5% other oxides. E-glass fiber, typically having a composition, S and S-2 glass fiber, typically having a composition of about 65% SiO 2 , 25% Al 2 O 3 and 10% MgO, about 60% SiO Illustrative are R-glass fibers generally having a composition of 2 , 25% Al 2 O 3 , 9% CaO and 6% MgO. E-glass, S-glass and S-2 are available, for example, from Advanced Glassfiber Yarns LLC, and R-glass is available from Saint-Gobain Vetrotex. It is.

マットのガラスファイバー層は、ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバー以外のファイバーを10重量%まで含有していてもよい。しかしながら、ガラスファイバー層はケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーのみからなっているのが好ましい。その他のファイバーがガラスファイバー層に含まれている場合には、一般的にはアモルファスファイバーであり、好ましくは、平均直径は少なくとも5μmでなければならない。ガラスファイバー層は直径3μm以下のファイバーを含まない、または実質的に含まないのが好ましく、直径5μm未満のファイバーを含まない、または実質的に含まないのがより好ましい。実質的に含まないとは、かかる直径の小さなファイバーの量がガラスファイバー層中のファイバーの総重量の2重量%以下、好ましくは1重量%以下であることを意味する。   The glass fiber layer of the mat may contain up to 10% by weight of fibers other than magnesium aluminum silicate glass fibers. However, it is preferred that the glass fiber layer consist only of magnesium aluminum silicate glass fibers. If other fibers are included in the glass fiber layer, they are generally amorphous fibers and preferably have an average diameter of at least 5 μm. The glass fiber layer is preferably free or substantially free of fibers having a diameter of 3 μm or less, and more preferably free or substantially free of fibers having a diameter of less than 5 μm. Substantially free means that the amount of such small diameter fibers is 2% or less, preferably 1% or less by weight of the total weight of fibers in the glass fiber layer.

セラミックファイバー層は、ゾル−ゲルプロセスにより得られるセラミックファイバーを含む。「ゾル−ゲル」プロセスという用語は、ファイバーまたはその前駆体の構成成分の溶液または分散液または一般に粘性の濃縮物を紡ぐ、または押出すことによりファイバーが形成されることを意味する。ゾル−ゲルプロセスは、このように、ファイバー成分の溶融物を押出すことによりファイバーを形成する溶融形成ファイバーのプロセスと対照的である。好適なゾル−ゲルプロセスは、例えば、米国特許第3,760,049号明細書に開示されており、そこには、金属化合物の溶液または分散液をオリフィスを通して押出すことによりセラミックファイバーを形成して、連続グリーンファイバーを形成し、それを焼成してセラミックファイバーを得ることが教示されている。金属化合物は、一般的に、金属酸化物へ、か焼可能な金属化合物である。ゾル−ゲル形成ファイバーは結晶または半結晶であることが多く、当該技術分野では多結晶ファイバーとして知られている。   The ceramic fiber layer includes ceramic fibers obtained by a sol-gel process. The term “sol-gel” process means that the fiber is formed by spinning or extruding a solution or dispersion or generally viscous concentrate of the fiber or its precursor components. The sol-gel process is thus in contrast to the process of melt-formed fibers that form fibers by extruding a melt of fiber components. A suitable sol-gel process is disclosed, for example, in US Pat. No. 3,760,049, in which ceramic fibers are formed by extruding a solution or dispersion of a metal compound through an orifice. Thus, it is taught to form continuous green fibers and to fire them to obtain ceramic fibers. The metal compound is generally a metal compound that can be calcined into a metal oxide. Sol-gel forming fibers are often crystalline or semi-crystalline and are known in the art as polycrystalline fibers.

ゾル−ゲルプロセスによりファイバーを形成する金属化合物の溶液または分散液としては、米国特許第3,709,706号明細書に開示されているようなコロイドシリカを含有する二酢酸ジルコニウムのような酸素含有ジルコニウム化合物の水溶液が例示される。更に、水性塩基性酢酸アルミニウムのような水溶性または分散性アルミニウムとホウ素化合物の水溶液、シリカと水溶性または分散性アルミニウムおよびホウ素化合物のコロイド分散液の水性混合物を含む2相系が例示される。ゾル−ゲルプロセスにより作成可能なその他の代表的な耐熱金属酸化物ファイバーとしては、ジルコニア、ジルコン、ジルコニア−カルシア、アルミナ、アルミン酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム等が挙げられる。かかるファイバーは更に、酸化鉄、クロミアおよび酸化コバルトのような様々な金属酸化物を含有することができる。   Examples of solutions or dispersions of metal compounds that form fibers by sol-gel processes include oxygen-containing compounds such as zirconium diacetate containing colloidal silica as disclosed in US Pat. No. 3,709,706. An aqueous solution of a zirconium compound is exemplified. Further exemplified are two-phase systems comprising an aqueous mixture of water-soluble or dispersible aluminum and boron compounds, such as aqueous basic aluminum acetate, and an aqueous mixture of silica and a colloidal dispersion of water-soluble or dispersible aluminum and boron compounds. Other typical refractory metal oxide fibers that can be produced by the sol-gel process include zirconia, zircon, zirconia-calcia, alumina, magnesium aluminate, aluminum silicate, and the like. Such fibers can further contain various metal oxides such as iron oxide, chromia and cobalt oxide.

実装マットのセラミックファイバー層に有用なセラミックファイバーとしては、ムライト、アルミナ、高アルミナアルミノシリケート、アルミノシリケート、ジルコニア、チタニア、酸化クロム等といった多結晶酸化セラミックファイバーが挙げられる。一般的に高アルミナ、結晶ファイバーである好ましいファイバーは、約67〜約98重量パーセントの酸化アルミニウムと、約33〜約2重量パーセントの酸化ケイ素を含む。これらのファイバーは、例えば、3M社(3M Company)より「ネクステル(NEXTEL)550」という商品名で、ダイソングループPLC(英国、シェフィールド(Sheffield, UK))より入手可能なサフィル(SAFFIL)(登録商標)、三菱化学株式会社(Mitsubishi Chemical Corp.)(日本、東京(Tokyo, Japan))より入手可能なマフテック(MAFTEC)、ユニフラックス(Unifrax)(ニューヨーク州ナイアガラフォールス(Niagara Falls, N.Y))製ファイバーマックス(FIBERMAX)(登録商標)およびアルトラファイバー(ALTRA fibers)(ラス社、ドイツ(Rath GmbH, Germany))より市販されている。   Useful ceramic fibers for the ceramic fiber layer of the mounting mat include polycrystalline oxide ceramic fibers such as mullite, alumina, high alumina aluminosilicate, aluminosilicate, zirconia, titania, chromium oxide and the like. Preferred fibers, which are generally high alumina, crystalline fibers, contain from about 67 to about 98 weight percent aluminum oxide and from about 33 to about 2 weight percent silicon oxide. These fibers are available from 3M Company under the trade designation “NEXTEL 550” and available from Dyson Group PLC (Saffield, UK), SAFFIL®, for example. ), Mitsubishi Chemical Corp. (MAFTEC, Unifrax, Niagara Falls, NY) available from Tokyo, Japan. FIBERMAX® (registered trademark) and ALTRA fibers (Rath GmbH, Germany) It is commercially available.

好適な多結晶酸化セラミックファイバーとしては更に、好ましくは約55〜約75重量パーセントの酸化アルミニウム、約45重量パーセント未満〜0重量パーセントを超える(好ましくは44重量パーセント未満〜ゼロを超える)範囲の酸化ケイ素、および25重量パーセント未満〜0重量パーセントを超える(好ましくは約1〜約5重量パーセント)の酸化ホウ素(それぞれAl23、SiO2およびB23として理論酸化物基準で計算したもの)を含むアルミノボロシリケートが挙げられる。アルミノボロシリケートファイバーは、少なくとも50重量パーセントの結晶、より好ましくは少なくとも75重量パーセント、最も好ましくは約100%(すなわち、結晶ファイバー)であるのが好ましい。アルミノボロシリケートファイバーは、例えば、3M社(3M Company)より「ネクステル(NEXTEL)312」および「ネクステル(NEXTEL)440」という商品名で市販されている。 Suitable polycrystalline oxide ceramic fibers further preferably include oxidation in the range of about 55 to about 75 weight percent aluminum oxide, less than about 45 weight percent to more than 0 weight percent (preferably less than 44 weight percent to more than zero). silicon, and more than 25 weight to 0% by weight less than percent those (preferably of from about 1 to about 5% by weight) was calculated by the boron oxide (each Al 2 O 3 of, SiO 2 and B 2 O 3 as a theoretical oxide basis ) Containing aluminoborosilicate. The aluminoborosilicate fiber is preferably at least 50 weight percent crystalline, more preferably at least 75 weight percent, and most preferably about 100% (ie, crystalline fiber). Aluminoborosilicate fibers are commercially available from 3M Company under the trade names “NEXTEL 312” and “NEXTEL 440”, for example.

ゾル−ゲルプロセスにより得られるセラミックファイバーは、一般的にショットフリーまたは、セラミックファイバーの総重量を基準として非常に低量、一般的には1重量%未満のショットを含有している。同様に、セラミックファイバーの平均直径は一般的に1〜16マイクロメートルである。好ましい実施形態において、セラミックファイバーの平均直径は5μm以上、好ましくはセラミックファイバーは直径3μm未満のファイバーを含まない、または実質的に含まず、より好ましくはセラミックファイバー層は直径5μm未満のファイバーを含まない、または実質的に含まない。実質的に含まないとは、かかる直径の小さなファイバーの量がセラミックファイバー層中のファイバーの総重量の2重量%以下、好ましくは1重量%以下であることを意味する。従って、本発明の特に好ましい実施形態において、セラミックファイバー層およびガラスファイバー層および更なる任意の層は、直径3μm未満のファイバーを実質的に含まない。セラミックファイバーは、通常、ガラスファイバーについて上述したようにして個別化される。   Ceramic fibers obtained by the sol-gel process are generally shot free or contain very low amounts, typically less than 1% by weight of shots, based on the total weight of the ceramic fibers. Similarly, the average diameter of ceramic fibers is typically 1-16 micrometers. In a preferred embodiment, the ceramic fibers have an average diameter of 5 μm or more, preferably the ceramic fibers are free or substantially free of fibers less than 3 μm in diameter, more preferably the ceramic fiber layer is free of fibers less than 5 μm in diameter. Or substantially free. Substantially free means that the amount of such small diameter fibers is no more than 2 wt%, preferably no more than 1 wt% of the total weight of fibers in the ceramic fiber layer. Thus, in a particularly preferred embodiment of the invention, the ceramic fiber layer and the glass fiber layer and any further layers are substantially free of fibers with a diameter of less than 3 μm. Ceramic fibers are usually individualized as described above for glass fibers.

不織マットを製造する方法によれば、チョップド個別ファイバー(好ましくは長さが約2.5〜約5cm)を従来のウェブ形成機(ニューヨーク州マセドンのランドーマシーン社(Rando Machine Corp.Macedon, N.Y)より「ランドーウェバー(RANDO WEBBER)」、デンマークのスキャンウェブ社(ScanWeb Co.Denmark)より「ダンウェブ(DAN WEB)」という商品名で市販されている)に供給し、ファイバーをワイヤスクリーンまたはメッシュベルト(例えば、金属またはナイロンベルト)上に延伸する。「ダンウェブ(DAN WEB)」型のウェブ形成機を用いる場合には、ファイバーはハンマーミルそしてブロワを用いて個別化するのが好ましい。マットの取扱い性を促進させるために、マットをスクリム上で形成またはスクリム上に配置させることができる。ファイバーの長さに応じて、得られるマットは、支持体(例えば、スクリム)を必要とせずにニードルパンチ機に移動させるのに十分な取扱い性を有している。   According to the method of making a non-woven mat, chopped individual fibers (preferably about 2.5 to about 5 cm in length) are made from a conventional web forming machine (Rando Machine Corp. Macedon, N., Macedon, NY). Y) from “RANDO WEBBER” and from Danish ScanWeb Co. Denmark to “DAN WEB” and the fiber is supplied to the wire screen or Stretch on a mesh belt (eg, metal or nylon belt). When using a “DAN WEB” type web forming machine, the fibers are preferably individualized using a hammer mill and blower. To facilitate handling of the mat, the mat can be formed on or placed on the scrim. Depending on the length of the fiber, the resulting mat has sufficient handleability to move to a needle punch machine without the need for a support (eg, a scrim).

不織マットはまた、従来の湿式成形またはテキスタイルカーディングを用いて作成することもできる。湿式形成プロセスについて、ファイバーの長さは約0.5〜約6cmであるのが好ましい。   Nonwoven mats can also be made using conventional wet molding or textile carding. For wet forming processes, the fiber length is preferably about 0.5 to about 6 cm.

実装マットは、ニードルパンチされた不織マットであるのが好ましい。ニードルパンチされた不織マットとは、例えば、バーブドニードルにより複数回マットを完全に、または部分的に(好ましくは完全に)貫通させることによりファイバーを物理的に交絡させたマットのことを指す。不織マットは、バーブドニードル(例えば、ウィスコンシン州マニトワックのフォスターニードルカンパニー社(Foster Needle Company,Inc.,Manitowoc,Wis.)より市販されている)付きの従来のニードルパンチング装置(例えば、ドイツのディーロ(Dilo、Germany)より「ディーロ(DILO)」という商品名で市販されているニードルパンチャーを用いてニードルパンチして、ニードルパンチされた不織マットとすることができる。ファイバーを交絡させるニードルパンチングには、一般的には、マットの圧縮と、バーブドニードルでマットをパンチングし引き抜くことが含まれる。マットの面積当たりのニードルパンチの最適数は、特定の用途に応じて異なる。一般的に、不織マットをニードルパンチすると、約5〜約60ニードルパンチ/cm2となる。マットをニードルパンチして、約10〜約20ニードルパンチ/cm2とするのが好ましい。 The mounting mat is preferably a needle punched nonwoven mat. The needle-punched non-woven mat refers to a mat in which fibers are physically entangled by, for example, full or partial (preferably complete) penetration of the mat multiple times with a barbed needle. . Nonwoven mats are conventional needle punching devices (eg, from German Foster Needle Company, Inc., Manitowoc, Wis.) With a barbed needle (eg, commercially available from Foster Needle Company, Inc., Manitowoc, Wis.). Needle punching is possible by using a needle puncher marketed under the trade name “Dilo” from Dilo (Germany) to produce a needle-punched non-woven mat. This generally includes compressing the mat and punching and pulling the mat with a barbed needle The optimum number of needle punches per area of the mat will depend on the particular application. , Non-woven When the Tsu preparative needlepunching, is about 5 to about 60 needle punches / cm 2. Mat is needle punched preferably about 10 to about 20 needle punches / cm 2.

あるいは、マットは、従来の技術(不織マットのステッチボンディングの教示について、その開示内容がここに参考文献として組み込まれる米国特許第4,181,514号明細書(レフコヴィッツ(Lefkowitz)ら参照)を用いてステッチボンドすることができる。一般的に、マットは有機スレッドでステッチボンドされる。有機または無機シート材料の薄層は、スレッドがマットを切断するのを防ぐ、または最小にするために、ステッチボンディング中、マットの片側または両側に配置させることができる。ステッチスレッドが使用中に分解されないのが望ましい場合には、セラミックや金属(例えば、ステンレス鋼)のような無機スレッドを用いることができる。ステッチの間隔は、ファイバーがマットの全領域を均一に圧縮するよう、通常、3〜30mmである。   Alternatively, mats are conventional (see U.S. Pat. No. 4,181,514, the disclosure of which is incorporated herein by reference for teaching non-woven mat stitch bonding (see Lefkowitz et al.)). In general, the mat is stitchbonded with organic threads, a thin layer of organic or inorganic sheet material is used to prevent or minimize the threads from cutting the mat Can be placed on one or both sides of the mat during stitch bonding, and inorganic threads such as ceramic or metal (eg, stainless steel) can be used if it is desired that the stitch threads not be disassembled during use Yes, the stitch spacing allows the fiber to compress the entire area of the mat evenly. So that, usually, it is 3~30mm.

ガラスファイバー層およびセラミックファイバー層は、上述したプロセスに従って別個に形成してもよく、このようにして得られた別個のニードルパンチされた、またはステッチボンドされた層をニードルパンチングまたはステッチボンディングにより互いにボンドしてもよい。あるいは、ガラスファイバー層およびセラミックファイバー層のウェブを形成して、このウェブをニードルパンチまたはステッチボンドして、不織実装マットを形成してもよい。従って、後者の構成においては、ガラスファイバー層とセラミックファイバー層は互いにボンドされる前に別個にニードルパンチまたはステッチボンドされない。   The glass fiber layer and the ceramic fiber layer may be formed separately according to the process described above, and the separate needle punched or stitch bonded layers thus obtained are bonded together by needle punching or stitch bonding. May be. Alternatively, a glass fiber layer and a ceramic fiber layer web may be formed and the web may be needle punched or stitch bonded to form a nonwoven mounting mat. Thus, in the latter configuration, the glass fiber layer and the ceramic fiber layer are not separately needle punched or stitch bonded before being bonded together.

本発明を、本発明を限定するものではない以下の実施例を参照して更に説明する。   The invention will be further described with reference to the following examples, which are not intended to limit the invention.

実施例および比較例で用いた材料
A ゾル−ゲルプロセスから得られるセラミックファイバーのマット(多結晶ファイバー)
A1 三菱化学株式会社(Mitsubishi Chemical Company)製マフテック(Maftec)(登録商標)MLS−3ニードルボンドブランケット(72%Al23、28%SiO2、バインダーなし、嵩密度0.16g/cc)
A2 イビデン(Ibiden)(登録商標)N4(72%Al23、28%SiO2、バインダーなし、嵩密度0.18g/cc)
A3 3M1101HT(72%Al23、28%SiO2、バインダーなし、嵩密度0.14g/cc)
A4 3M1101HT(96%Al23、4%SiO2、バインダーなし、嵩密度0.16g/cc)
A5 3Mネクステル(Nextel)(登録商標)312ニードルボンドマット(62%Al23、24%SiO2、14%B23、バインダーなし、嵩密度0.14g/cc)
Material A used in Examples and Comparative Examples A ceramic fiber mat obtained from a sol-gel process (polycrystalline fiber)
A1 Maftec (registered trademark) MLS-3 needle bond blanket (72% Al 2 O 3 , 28% SiO 2 , no binder, bulk density 0.16 g / cc) manufactured by Mitsubishi Chemical Company
A2 Ibiden® N4 (72% Al 2 O 3 , 28% SiO 2 , no binder, bulk density 0.18 g / cc)
A3 3M1101HT (72% Al 2 O 3 , 28% SiO 2 , no binder, bulk density 0.14 g / cc)
A4 3M1101HT (96% Al 2 O 3 , 4% SiO 2 , no binder, bulk density 0.16 g / cc)
A5 3M Nextel® 312 needle bond mat (62% Al 2 O 3 , 24% SiO 2 , 14% B 2 O 3 , no binder, bulk density 0.14 g / cc)

B ガラスファイバーマット
B 次のようにして、Rガラスファイバーを不織マットへと作成した。Rガラスファイバー(一般組成60%SiO2、25%Al23、9%CaOおよび6%MgO)、直径約10μm、長さ36mmまでチョップドされたもの、(ドイツ、ヘルツォーゲンラスのサンゴバンベトロテックスドイチュランド(Saint−Gobain Vetrotex Deutschland GmbH,Herzogenrath/Germany)より入手した。ファイバーは実質的にショットフリーであった。
B Glass fiber mat B R glass fiber was made into a non-woven mat as follows. R glass fiber (general composition 60% SiO 2 , 25% Al 2 O 3 , 9% CaO and 6% MgO), chopped to a diameter of about 10 μm and a length of 36 mm Obtained from Saint-Gobain Vetrotex Deutschland GmbH, Herzogenrat / Germany, the fiber was substantially shot-free.

ガラスファイバーを2ゾーンラロシュオープナーで開けた。第1のゾーンの供給速度は2m/分であり、リッカーリンロール速度は2,500回転/分であった。第2のゾーンの供給速度は4m/分であり、リッカーリンロール速度は2,500回転/分であった。出力速度は6.5m/分であった。   The glass fiber was opened with a two-zone Laroche opener. The feed rate for the first zone was 2 m / min and the rickerlin roll rate was 2500 rpm. The feed rate for the second zone was 4 m / min and the rickerlin roll rate was 2500 rpm. The output speed was 6.5 m / min.

開けたファイバーを従来のウェブ形成機(ニューヨーク州マセドンのランドーマシーン(Rando Machine Corp.Macedon, N.Y)より「ランドーウェバー(RANDO WEBBER)」という商品名で市販に供給して、ファイバーを多孔性金属ロール上にブローして連続ウェブを形成した。連続ウェブを従来のニードルタッカーでニードルボンドした。ニードル速度は100サイクル/分であり、出力速度は1.1m/分であった。実装マットの「面積当たりの重量」は所望により調整することができた。材料の嵩密度は約0.12g/ccであった。   Open fiber is supplied to a conventional web forming machine (Rando Machine Corp. Macedon, NY) under the trade name “RANDO WEBBER” and the fiber is made porous. A continuous web was blown onto a metal roll, the continuous web was needle bonded with a conventional needle tacker, the needle speed was 100 cycles / min, and the output speed was 1.1 m / min. The “weight per area” could be adjusted as desired and the bulk density of the material was about 0.12 g / cc.

試験方法−実条件備品試験(RCFT)
本試験は、触媒コートされたモノリスまたはディーゼル微粒子フィルタを備えた汚染防止装置の一般使用中の実際の条件をモデル化して、これらのモデル化された使用条件下で実装材料が出す圧力を測定するものである。RCFT方法は、「自動汚染防止装置の材料の側面(Material Aspects in Automotive Pollution Control Devices)」、ハンスボーデ(Hans Bode)編、ウィリー−VCH(WIley−VCH)2002、206〜208頁に詳細が記載されている。
Test Method-Actual Condition Equipment Test (RCFT)
This test models the actual conditions during general use of a pollution control device with a catalyst-coated monolith or diesel particulate filter and measures the pressure exerted by the mounting material under these modeled conditions of use. Is. The RCFT method is described in detail in "Material Aspects in Automatic Control Devices", edited by Hans Bode, Wiley-VCH 2002, pages 206-208. ing.

独立制御される2つの50.8mm×50.8mmの加熱ステンレス鋼プラテンを異なる温度まで加熱して、それぞれ金属筐体とモノリス温度をシミュレートした。同時に、特定の種類の代表的な汚染防止装置の温度および熱膨張係数から計算した値によりプラテン間のスペースまたは間隙を増やす。汚染防止装置の高速駆動状態を、モノリス温度を900℃まで上げ、金属筐体の温度を530℃まで上げることによりシミュレートする。   Two independently controlled 50.8 mm x 50.8 mm heated stainless steel platens were heated to different temperatures to simulate the metal housing and monolith temperatures, respectively. At the same time, the space or gap between the platens is increased by a value calculated from the temperature and coefficient of thermal expansion of a particular type of typical pollution control device. The high speed driving state of the pollution control device is simulated by raising the monolith temperature to 900 ° C. and raising the temperature of the metal housing to 530 ° C.

RCFTの3回のサイクルを各実装マット試料で実施した。試験試料に実装するときのマットの密度および実装前の嵩密度を表2にまとめてある。   Three cycles of RCFT were performed on each mounting mat sample. Table 2 summarizes the density of the mat when mounted on the test sample and the bulk density before mounting.

第1および第2のプレートの温度をまず上げ、ピーク温度に15分間保持してから減じることにより、マットにより生じる圧力を連続的に測定する。モノリス温度を示すプレートを室温から900℃まで加熱し、15秒間保持し、室温に戻す。同時に、シェル温度を示すプレートを室温から530℃まで加熱し、15秒間保持し、室温に戻す。これらの加熱サイクルはそれぞれ、1回のRCFTサイクルと呼ばれる。3回のRCFTサイクルを実施した後、表2のデータが記録された。   The pressure generated by the mat is continuously measured by first increasing the temperature of the first and second plates, holding at the peak temperature for 15 minutes and then decreasing. The plate showing the monolith temperature is heated from room temperature to 900 ° C., held for 15 seconds, and returned to room temperature. At the same time, the plate showing the shell temperature is heated from room temperature to 530 ° C., held for 15 seconds, and returned to room temperature. Each of these heating cycles is referred to as a single RCFT cycle. After performing three RCFT cycles, the data in Table 2 was recorded.

試験開始時ならびに第1および第3のサイクルのそれぞれのピーク温度(900℃/500℃)での圧力を室温で記録した。   The pressure at the start of the test and at each peak temperature (900 ° C./500° C.) of the first and third cycles was recorded at room temperature.

実施例1
実施例1の実装マットは、嵩密度が0.12g/ccのマットBの層の上部に配置された嵩密度が0.16g/ccのA1のマットの層からなっていた。組み合わせたマットの嵩密度は約0.14g/ccであった。下記の表1を参照のこと。
Example 1
The mounting mat of Example 1 was composed of an A1 mat layer having a bulk density of 0.16 g / cc and disposed on top of a mat B layer having a bulk density of 0.12 g / cc. The bulk density of the combined mat was about 0.14 g / cc. See Table 1 below.

上記の試験方法に記載した方法により実条件備品試験(RCFT)を実施した。マットの多結晶ファイバー層側を、RCFT試験アセンブリの熱い側に向け、マットのRガラスファイバー層側をRCFT試験アセンブリの冷たい側に配置し、2層マットを試験開始前に実装密度0.35g/ccまで圧縮することにより、実施例1の2層マットを試験した。この結果、室温での出発圧力は217kPaであった。   The actual condition equipment test (RCFT) was performed by the method described in the above test method. The polycrystalline fiber layer side of the mat is facing the hot side of the RCFT test assembly, the R glass fiber layer side of the mat is placed on the cold side of the RCFT test assembly, and the two layer mat is mounted at a density of 0.35 g / The two-layer mat of Example 1 was tested by compressing to cc. As a result, the starting pressure at room temperature was 217 kPa.

RCFTの結果は表2にまとめてある。第1の温度サイクル中、マットはピーク温度で55kPaの圧力を示した。第3の温度サイクル中、マットはピーク温度で43kPaの圧力を示した。この圧力は、粉砕せずにモノリスを適所に保持するようなものである。   The RCFT results are summarized in Table 2. During the first temperature cycle, the mat exhibited a pressure of 55 kPa at the peak temperature. During the third temperature cycle, the mat exhibited a pressure of 43 kPa at the peak temperature. This pressure is such that the monolith is held in place without crushing.

比較例1
比較例1は、72%Al23および28%SiO2の組成を有するニードルボンドされた多結晶ファイバーの単一層を有するマットを含んでいた。試験前の嵩密度は約0.16g/ccであった。試験開始前、0.35g/ccの実装密度まで圧縮した。この結果、室温での出発圧力は257kPaであった。RCFT結果によれば、第1のサイクルのピーク温度での圧力は104kPaであった。第3のサイクル中のピーク温度での圧力は88kPaであった。
Comparative Example 1
Comparative Example 1 included a mat having a single layer of needle bonded polycrystalline fibers having a composition of 72% Al 2 O 3 and 28% SiO 2 . The bulk density before the test was about 0.16 g / cc. Before the start of the test, it was compressed to a packaging density of 0.35 g / cc. As a result, the starting pressure at room temperature was 257 kPa. According to the RCFT results, the pressure at the peak temperature of the first cycle was 104 kPa. The pressure at the peak temperature during the third cycle was 88 kPa.

比較例2
比較例2は、嵩密度約0.12g/ccのRガラスファイバーの単一層を有するマットを含んでいた。試験開始前、0.32g/ccの実装密度まで圧縮した。この結果、室温での出発圧力は250kPaであった。RCFT結果によれば、第1のサイクルのピーク温度での圧力は10kPaであった。第3のサイクル中のピーク温度での圧力は0kPaであった。
Comparative Example 2
Comparative Example 2 included a mat having a single layer of R glass fiber with a bulk density of about 0.12 g / cc. Before the start of the test, it was compressed to a packaging density of 0.32 g / cc. As a result, the starting pressure at room temperature was 250 kPa. According to the RCFT results, the pressure at the peak temperature of the first cycle was 10 kPa. The pressure at the peak temperature during the third cycle was 0 kPa.

比較例3
実施例1に記載したマットを用いて比較例3を行った。実施例1の構成とは逆に、RガラスをRCFTの熱い側に向け、多結晶ファイバー層をRCFTの冷たい側に向けて2層マット試験アセンブリに配置した。マットを試験開始前に実装密度0.35g/ccまで圧縮した。この結果、室温での出発圧力は281kPaであった。
Comparative Example 3
Comparative Example 3 was performed using the mat described in Example 1. Contrary to the configuration of Example 1, the R glass was placed on the hot side of the RCFT and the polycrystalline fiber layer was placed on the cold side of the RCFT in a two layer mat test assembly. The mat was compressed to a mounting density of 0.35 g / cc before starting the test. As a result, the starting pressure at room temperature was 281 kPa.

RCFT結果によれば、第1のサイクルのピーク温度での圧力は6kPaであった。第3のサイクル中のピーク温度での圧力は5kPaであった。   According to the RCFT results, the pressure at the peak temperature of the first cycle was 6 kPa. The pressure at the peak temperature during the third cycle was 5 kPa.

比較例4〜7
「実施例および比較例で用いた材料」で上記に詳細を記載した多結晶ファイバーの単一層をそれぞれ用いて比較例4〜7を行った。
Comparative Examples 4-7
Comparative Examples 4-7 were performed using each single layer of polycrystalline fiber described in detail above in "Materials Used in Examples and Comparative Examples".

RCFTの結果は表2にまとめてある。   The RCFT results are summarized in Table 2.

Figure 0004607885
Figure 0004607885

Figure 0004607885
Figure 0004607885

分解した状態で示した本発明の触媒コンバータの斜視図を示す。The perspective view of the catalytic converter of this invention shown in the decomposed | disassembled state is shown. 本発明による実装マットの概略断面図を示す。1 shows a schematic cross-sectional view of a mounting mat according to the present invention.

Claims (8)

嵩密度が0.12〜0.3g/cm3であり、
(i)ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの層と、
(ii)多結晶セラミックファイバーの層と、
を含む、汚染防止装置に汚染防止要素を実装するための実装マット。
The bulk density is 0.12 to 0.3 g / cm 3 ,
(I) a layer of magnesium aluminum silicate glass fiber;
(Ii) a layer of polycrystalline ceramic fibers;
A mounting mat for mounting the pollution control element on the pollution control device.
前記ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの層と前記セラミックファイバーの層が前記マットの対向する主面を画定している、請求項1に記載の実装マット。The mounting mat of claim 1, wherein the layer of magnesium aluminum silicate glass fiber and the layer of ceramic fiber define opposing major surfaces of the mat. 前記ケイ酸マグネシウムアルミニウムガラスファイバーの層が当該層の重量を基準として少なくとも90重量パーセントの量で前記ガラスファイバーを含む、請求項1に記載の実装マット。The mounting mat of claim 1, wherein the layer of magnesium aluminum silicate glass fiber comprises the glass fiber in an amount of at least 90 weight percent based on the weight of the layer. 前記ガラスファイバーと前記セラミックファイバーの数平均直径が5μm以上であり、長さが0.5〜15cmである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の実装マット。The mounting mat according to any one of claims 1 to 3, wherein the glass fiber and the ceramic fiber have a number average diameter of 5 µm or more and a length of 0.5 to 15 cm. 酸化アルミニウム、二酸化ケイ素および酸化マグネシウムの重量パーセントをそれぞれAlThe weight percent of aluminum oxide, silicon dioxide and magnesium oxide is Al 22 O 3Three 、SiO, SiO 22 およびMgOとする理論的基準に基づいて計算した場合に、前記ケイ酸アルミニウムガラスファイバーが、前記ガラスファイバーの総重量を基準として10〜30重量%の量の酸化アルミニウムと、52〜70重量%の量の二酸化ケイ素と、1〜12重量%の量の酸化マグネシウムとを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の実装マット。And when calculated on the basis of theoretical criteria of MgO, the aluminum silicate glass fiber comprises aluminum oxide in an amount of 10-30% by weight and 52-70% by weight based on the total weight of the glass fiber. The mounting mat according to claim 1, comprising an amount of silicon dioxide and an amount of magnesium oxide of 1 to 12% by weight. ケースと汚染防止要素との間に配置された請求項1〜5のいずれか一項に記載の実装マットを用いて前記ケース内に配置された前記汚染防止要素を含む汚染防止装置。A pollution control device including the pollution control element arranged in the case using the mounting mat according to any one of claims 1 to 5 arranged between the case and the pollution prevention element. 前記セラミックファイバーの層が前記汚染防止要素に面するように前記実装マットが配置されている、請求項6に記載の汚染防止装置。The pollution control device according to claim 6, wherein the mounting mat is arranged so that the ceramic fiber layer faces the pollution control element. 前記汚染防止要素が1平方インチ当たり400〜1200個のセルを含み、セル壁の厚さが0.005インチ(0.127mm)以下であるモノリスである、請求項6または7に記載の汚染防止装置。8. A pollution control according to claim 6 or 7, wherein the pollution control element is a monolith comprising 400 to 1200 cells per square inch and a cell wall thickness of 0.005 inches (0.127 mm) or less. apparatus.
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