(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１２６０℃までの耐高温性無定形無機繊維を含む、低温排出ガス処理装置における脆性構造に対する支持体を用意する為の非膨張性マットであって、前記繊維が１．３８ｘ１０8ｋＰａ（２０ｘ１０6ｐｓｉ）未満のヤング率を有し、該マットが、周囲温度から少なくとも３５０℃までの平均マット温度範囲にわたって少なくとも１０３ｋPa（１５ｐｓｉ）の保持力を提供し、かつ前記耐高温性無定形無機繊維が、溶融形成された繊維であって、その繊維をアニール或いは結晶化する為の加熱処理によって後加工されていないことを特徴とするマット。
【請求項２】
結合剤を含む請求項１に記載のマット。
【請求項３】
前記耐高温性無定形無機繊維が、１〜１０μｍの幾何平均直径を有する請求項１に記載のマット。
【請求項４】
前記耐高温性無定形無機繊維が、５μｍ未満の幾何平均直径を有する請求項１に記載のマット。
【請求項５】
前記耐高温性無定形無機繊維が、無定形のアルミナ／シリカ繊維、アルミナ／シリカ／マグネシア繊維、鉱物綿、Ｅ−ガラス繊維、マグネシア−シリカ繊維及びカルシア−マグネシア−シリカ繊維の少なくとも一種である、請求項１に記載のマット。
【請求項６】
前記アルミナ／シリカ繊維が、４５％〜６０％のＡｌ2Ｏ3及び４０％〜５５％のＳｉＯ2を有する溶融体の繊維化生成物を含む、請求項１に記載のマット。
【請求項７】
結合剤が、シリコーンラテックスからなる、請求項２に記載のマット。
【請求項８】
結合剤が、運転前に燃焼し尽くされるアクリルラテックスを含む、請求項２に記載のマット。
【請求項９】
以下の少なくとも１つによって更に特徴つけられる請求項１〜８のいずれかに記載のマット。
ａ．前記マットが、１０００〜３０００ｇ／ｍ2の坪量を有する、
ｂ．前記マット中の前記繊維が、４０％ショット未満を含む、
ｃ．前記マットが、０．４０〜０．７５ｇ／ｃｍ3の装着密度を有する、
ｄ．前記マットが、４．５〜１３ｍｍの公称厚さを有する、
ｅ．前記マットが、針縫いされた無機繊維ブランケット、ニットガラス織物及び織布ガラス織物の一種である。
【請求項１０】
ハウジング内の脆性支持構造と、前記脆性支持構造と前記ハウジングとの間に配置された支持体要素とを含む排出ガス処理装置であって、前記支持体要素が、請求項１に記載のマットを含み、該マットが、周囲温度から少なくとも３５０℃までの平均マット温度範囲にわたって、少なくとも６０倍の重力加速度の力において、前記ハウジング中の前記支持体要素のずれ抵抗を提供することを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記繊維が、無定形のアルミナ／シリカ繊維、アルミナ／シリカ／マグネシア繊維、鉱物綿、Ｅ−ガラス繊維、マグネシア−シリカ繊維及びカルシア−マグネシア−シリカ繊維の少なくとも一種である、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記アルミナ／シリカ繊維が、４５％〜６０％のＡｌ2Ｏ3及び４０％〜５５％のＳｉＯ2を有する溶融体の繊維化生成物を含む、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
装置が、ターボチャージャー付き直接噴射ジーゼルエンジンと一緒に使用する為の触媒コンバーターである、請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、１９９８年１２月８日出願の仮特許出願６０／１１１，３５３の優先権を要求する。
（発明の分野）
本発明は、排出ガスを処理する為の触媒コンバーター、ジーゼル微粒子トラップの様な排出ガス処理装置における脆性構造の為の支持体要素として機能するマットに関する。特に、本発明は、低温排出ガス処理装置用の支持体要素としての無定形非膨張性無機繊維マットに関する。
（発明の背景）
自動車及びジーゼルエンジンの排出ガスを処理する為の触媒コンバーターアッセンブリーは、一酸化炭素及び炭化水素の酸化と窒素酸化物の還元を効果的に行う為に使用される、触媒を保持する為の触媒支持構造の様な脆性構造を含み、この脆性構造は金属ハウジング内に取付けられている。この脆性構造は、金属或いは、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、ジルコニア、コーディエライト、炭化ケイ素等の様な脆い耐火性セラミック材料で形成された一体構造の様な壊れ易い材料で造られるのが好ましい。これらの材料は、多数の極めて小さな流路を持つスケルトン型の構造を提供する。然しながら、上述の通り、これらの構造は極めて脆性である。事実、これらの一体構造は、それらにひびを入れたり或いは粉砕するのに小さな衝撃荷重或いはストレスで十分である程に脆性である。
【０００２】
この脆性構造は、この脆性構造の外側表面とハウジングの内側表面との間に空間或いは隙間を設けて金属ハウジング内に収められる。上述の様な熱及び機械的衝撃及び其の他のストレスからこの脆性構造を保護する為に、そして断熱を用意する為に、脆性構造とハウジングとの間の隙間内に少なくとも１つの層或いは積層或いは支持材料を配置することは公知である。例えば、米国特許第４，８６３，７００号明細書、第４，９９９，１６８号明細書、第５，０３２，４４１号明細書及び第５，５８０，５３２号明細書（それぞれの開示は、参照によってここに導入される）は、脆性構造を保護する為に、そして更にそれをハウジング内の適所に保持する為に、装置内に含まれるハウジングと脆性構造との間の隙間内に配置された支持材料を有する触媒コンバーター装置を開示している。
ターボチャージャー付き直接噴射（ＴＤＩ）ジーゼル出力車両の様な低温触媒コンバーターの用途においては、排出温度は一般的に約１５０℃であり、３００℃を超えることはない。一般的な膨張性マットで組立てられる触媒コンバーターは、予期しない高い頻度で破壊することが観察されている。
【０００３】
これらの破壊の理由の一つは、排出温度が、膨張材、一般的にはバーミキュライト粒子を膨張させるには低すぎるためである。この事は、その膨張材を予備膨張させる為に約５００℃に予備加熱したコンバーターにおいても見出されている。低温ＴＤＩ用途で継続的に使用される場合、このマットは、脆性構造に対して十分な圧力を用意できず、従って破壊する。ガソリンエンジンで使用されるコンバーターは、このコンバーターが、９００℃の高温にもなる最終運転温度まで加熱を続ける際に、保持力におけるこの初期損失を克服することについては注目されるべきである。３５０℃以上の温度では、膨張性粒子は膨張し、脆性構造に対するマットの保持力を増加させる。
これらの破壊の第二の理由は、膨張性マットにおいて使用される有機結合剤系が劣化を引起こし、保持力の損失の原因となることである。室温から約２００℃まででは、保持力の損失は徐々である。然しながら、図３で示される様に、保持力の損失は、約２００℃〜約２５０℃で急速である。
【０００４】
図２は、脆性構造とシェルとの間に約４．０〜約４．１ｍｍの隙間を設けて、３００℃で１０００サイクルのテストでの従来の膨張性マットの性能を示す。全てのマットは、膨張性材料（バーミキュライト）を予備膨張させる為に５００℃で一時間予備加熱した。１０００サイクルテストでは、マットは、脆性構造に適当な保持力を用意する為に全ての時間において１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）より大きい圧力を維持しなければならない。図２は、約５００サイクル後に最終破壊を伴う保持力の損失を示す。このグラフで示されるデータは、３００℃未満で運転するＴＤＩジーゼル用途で使用される通常の膨張性積層マットを装着したコンバーターで観察される破壊と良く相関する。従来の膨張性マットについてのテスト方法及び特定の結果は、以下に詳細に示される。
非膨張性マットシステムは当該技術分野において公知である。SAFFIL（英国ＩＣＩ社製）及びMAFTEC（三菱化学社製、日本）の様な繊維は、広い温度範囲にわたって使用する為の脆性構造を装着する為に使用してもよい。これらの繊維だけの製品は、コンバーターが加熱される際に保持力を増加させる為の膨張性材料、例えば、バーミキュライトを含まない。これらのマットは、脆性構造に対して必要とされる保持力を用意する為のセラミックバネとして機能する高ヤング率（１．３８〜２．７６ｘ１０8ｋＰａ（２０〜４０ｘ１０6ｐｓｉ）より大きい）の多結晶性繊維から成る。これらの製品は、ターボチャージャー付き直接噴射（ＴＤＩ）ジーゼルコンバーターにおいて適当な機能を用意する。
【０００５】
歴史的に、これらの製品は有機結合剤の添加無しに乾燥積層されている。その結果、これらの製品の厚味は、一般に、１８ｍｍより厚くなり、上述参照の特許でも述べられている様にそれらのコンバーター中への装着を難しくしている。更に、これらの製品の価格は、膨張性マットに比べて比較にならない程に高い。最近、これらの製品の新世代品は、改善された取扱い性と真空充填或いは有機結合剤による装着、時には薄くて一層柔軟性のマットとする為に追加の針縫いによる装着を用意している。１０ｍｍ未満の厚さはこれらの方法で達成できる。然しながら、１５０℃〜３００℃でのこの次世代製品についてのテストでは、第一世代マットよりも低い保持力を示した。
この新世代の最初の製品は、米国特許第５，５８０，５３２号明細書に記載されていて、特に７５０℃〜１２００℃の運転温度範囲において有用な、触媒コンバーターに積載して使用する為の可撓性多結晶性セラミック繊維マットとしてクレームされている。可撓性は、マットを様々な有機結合剤に浸漬することによって達成される。この特許において参照されている結合剤の全ては、然しながら、ＴＤＩジーゼルコンバーターの１５０℃〜３００℃の運転温度範囲において低い機能のマットを生成する。然しながら、満足な機能は、これらのマットで使用される繊維の高いヤング率によって達成されるかも知れない。
【０００６】
ヨーロッパ特許出願ＥＰ８０３６４３は、脆性構造を装着する為の薄い柔軟性マットを製造する為に、結合剤で結合した、極めて広い組成範囲（０〜９９質量％のＡｌ2Ｏ3、１〜９９．８質量％のＳｉＯ2）の無機繊維で造られたマット製品を開示している。この繊維は更に、Ａｌ2Ｏ3で９５質量％、又はＡｌ2Ｏ3で７５質量％−ＳｉＯ2で２５質量％の範囲の組成を有することが好ましいものであると定義されている。この出願は、高弾性率を持つ繊維だけが、コンバーターが使用中に加熱されそして冷却される際の脆性構造を支持する為に十分な保持力を用意すると述べている。従来の膨張性マット製品で使用される繊維は適当ではないと述べている。この出願は、結合剤を燃焼し尽すのに十分な温度、例えば、５００℃以上での用途に対して、通常の有機結合剤、例えば、アクリルラテックスの使用を記述している。低温用途、例えば、２２０℃〜３００℃の範囲のジーゼルエンジンに対しては、この出願は、通常の有機結合剤は熱劣化して硬化すると述べている。コンバーターの熱サイクルによって、この硬化したマットは、最早、脆性構造における適当な保持力を維持する事が出来ず、破壊してしまう。この出願は、硬化しない別の結合剤として、例えば、シリコーン結合剤が、この温度範囲で使用できることを述べている。
【０００７】
米国特許第４，９２９、４２９号明細書及び第５，０２８、３９７号明細書では、比較実施例は、溶融形成されたセラミック繊維が、ショット含有量を５％程度に減少させる為に処理されていても、これらの繊維は、米国特許第５，２５０、２６９号明細書に記載されている様に、コンバーターシェル内で脆性構造を適切に保持する為に必要不可欠なレジリエンスが未だに欠如している事を示している。
米国特許第５，２５０、２６９号明細書は、適当なレジリエンスは、溶融形成セラミック繊維、例えば、CERAFIBER(Thermal Ceramics, Augusta, Georgia)を素早く加熱処理することによって達成できることを記載している。処理なしの溶融形成セラミック繊維で造ったマットの比較実施例は、実験室テスト及びコンバーターホットシェイクテスト(converter hot shake testing)の両方において破壊した。
この産業において必要とされるものは、周囲温度〜少なくとも約３５０℃までの平均マット温度範囲で機能することが出来、且つ、排出ガス処理装置、例えば、ＴＤＩジーゼル触媒コンバーター等に、保持力の損失無しに装着できるマットである。
【０００８】
（発明の開示)
本発明の目的は、排出ガス処理装置、例えば、ＴＤＩジーゼル触媒コンバーター等において、少なくとも約１０３ｋＰａ（約１５ｐｓｉ）の保持力を維持しながら、周囲温度〜約３５０℃までの平均マット温度範囲にわたって機能する事のできるマットを提供することである。
本発明の他の目的は、排出ガス処理装置、例えば、ＴＤＩジーゼル触媒コンバーター等において、容易に取扱え且つ装着するのに十分に薄く且つ十分に可撓性であるマットを提供することである。
本発明は、耐高温性無定形無機繊維を含む、低温排出ガス処理装置における脆性構造に対する支持体を用意する為の非膨張性マットであって、前記繊維が約１．３８ｘ１０8ｋＰａ（約２０ｘ１０6ｐｓｉ）未満のヤング率と約５μｍ未満の幾何平均直径とを有し、前記マットが任意に結合剤を含み、該マットが、周囲温度〜少なくとも約３５０℃までの平均マット温度範囲にわたって少なくとも１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）の保持力を用意する為に適用されるマットを提供する。
【０００９】
本発明は、又、ハウジング内の脆性支持構造と、脆性支持構造とハウジングとの間に配置された支持体要素とを含む排出ガス処理装置であって、前記支持体要素が、耐高温性無定形無機繊維を含む非膨張性マットを含み、前記繊維が約１．３８ｘ１０8ｋＰａ（約２０ｘ１０6ｐｓｉ）未満のヤング率と約５μｍ未満の幾何平均直径とを有し、前記マットが任意に結合剤を含み、該マットが、周囲温度〜少なくとも約３５０℃までの平均マット温度範囲にわたって、少なくとも約６０倍の重力加速度の力において、ハウジング中の支持体要素のずれを防止する為に適用される装置を提供する。
図１は、本発明の触媒コンバーターの部分的立面図である。
図２は、脆性構造とシェルとの間に約４．０〜約４．１ｍｍの隙間を持つ、３００℃で１０００サイクルのテストにおける、１時間、５００℃に予備加熱した膨張性マットの性能を示すグラフである。
図３は、繊維用の異なる結合剤について温度を変化させた場合の、本発明の非膨張性マットの相対膨張のグラフである。
図４は、約３．０〜約４．１ｍｍの循環の隙間を持つ、３００℃で１０００サイクルのテストにおける、競合する乾燥積層針縫いセラミック繊維ブランケットと比較した、異なる結合剤を伴う本発明の非膨張性繊維マットの性能を示すグラフである。
【００１０】
本発明は、低温排出ガス処理装置における支持構造体を用意する為の非膨張性マットを提供する。このマットは、耐高温性無定形無機繊維を含み、任意に、結合剤を含む。
又、本発明の繊維は、耐高温性繊維であることができる。耐高温性とは、繊維が約１２６０℃までの使用温度を持つことができることを意味する。本発明の無定形無機繊維は、１．３８ｘ１０8ｋＰａ（２０ｘ１０6ｐｓｉ）未満のヤング率と約５μｍ未満の幾何平均直径を有する。
繊維は、無定形の、アルミナ／シリカ繊維、アルミナ／シリカ／マグネシア繊維（例えば、オーエンスコーニング社のＳ−２ガラス、Toledo, Ohio）、鉱物綿、Ｅ−ガラス繊維、マグネシア−シリカ繊維（Unifrax Corp.のISOFRAX繊維、Niagara Falls, New York）、又は、カルシア−マグネシア−シリカ繊維（Unifax Corp.のINSULFRAX繊維、又は、Thermal Ceramics Co.のSUPERWOOL繊維）を含むのが好ましい。
【００１１】
アルミナ−シリカ繊維は、一般に、約４５％〜約６０％のＡｌ2Ｏ3と約４０％〜約５５％のＳｉＯ2を含み、好ましくは、約５０％のＡｌ2Ｏ3と約５０％のＳｉＯ2を含む。アルミナ／シリカ／マグネシアガラス繊維は、一般に、約６４％〜約６６％のＳｉＯ2、約２４％〜約２５％のＡｌ2Ｏ3及び約９％〜約１０％のＭｇＯを含む。Ｅ−ガラス繊維は、一般に、約５２％〜約５６％のＳｉＯ2、約１６％〜約２５％のＣａＯ、約１２％〜約１６％のＡｌ2Ｏ3、約５％〜約１０％のＢ2Ｏ3、約５％までのＭｇＯ、約２％までの酸化ナトリウム及び酸化カリウム及び痕跡量の酸化鉄及び弗化物を含み、一般的な組成は、５５％のＳｉＯ2、１５％のＡｌ2Ｏ3、７％のＢ2Ｏ3、３％のＭｇＯ、１９％のＣａＯ及び上述物質の痕跡からなる。
マグネシア−シリカ繊維は、一般に、約６０％〜約８６％のＳｉＯ2、約１４％〜約３５％のＭｇＯ及び０％〜約７％のＺｒＯを含む。マグネシア−シリカ繊維についての更なる情報は、米国特許第５，８７４，３７５号明細書（ここに参照によって導入される）において知ることが出来る。カルシア−マグネシア−シリカ繊維は、一般に、約３１％のＣａＯ、約３％のＭｇＯ及び約６５％のＳｉＯ2を含む。
【００１２】
本発明のマットは、周囲温度〜少なくとも約３５０℃までの平均マット温度範囲にわたって少なくとも１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）の保持力を用意する。平均マット温度は、マット全体の算術平均温度である。保持力は、マットが周囲温度〜少なくとも約３５０℃まで加熱される際のマットの温度範囲にわたって用意される。
無定形繊維とは、溶融形成された繊維であって、その繊維をアニール或いは結晶化する為の加熱処理によって後加工されていない繊維であり、実質的に結晶が無く、結晶化度がｘ−線解析で検出されないことを意味する繊維と定義される。
任意に、本発明のマットは、結合剤を含む。適当な結合剤としては、水性及び非水性結合剤が挙げられるが、好ましくは、有用な結合剤は、活性で熱硬化性ラテックスであり、硬化後に、少なくとも約３５０℃まで安定である可撓性の物質である。好ましくは、約５〜約１０％のラテックスが使用され、約８％のラテックスが最も好ましい。溶剤（使用された場合）中での結合剤の溶液強度は、所望の負荷結合剤と結合剤系のワーカビリティー（粘度、固形分含有量等に基く）に基づいて通常の方法によって決定することが出来る。好ましくは、結合剤はシリコーンラテックスである。
【００１３】
本発明の繊維の製造は、本願発明では、繊維は、繊維組成物を結晶化する為に加熱処理されない事、従って、その無定形構造を保持することを除いて、米国特許出願０９／０３８，２４３（１９９８年３月１１日出願）（ここに、参照によって導入される）に記載されている。要するに、この繊維は、溶融形成される無定形の無機又はガラス繊維である。それらは、化学的純度の高い（約９８％より高い）繊維であることが好ましく、平均直径が約１〜約１０μｍの範囲を有するのが好ましく、最も好ましくは、約２〜約４μｍの範囲である。特に必要とされるものではないが、繊維は、当該技術分野において公知の如く、４０％ショット未満、好ましくは約３０％ショット未満を含むことを意味する６０％より大きい繊維指数を得る事が有利である。
排出ガス処理装置としては、触媒コンバーター、ジーゼル微粒子トラップ等が挙げられる。これらの装置は、同じ様な要素を含む。例えば、図１に示される様な触媒コンバーターがここで記述される。触媒コンバーター１０は、二つの部分の金属、例えば、耐高温性スチールで形成される、一般に管状のハウジング１２を含む。ハウジング１２は、一端に入口１４を含み、その反対の端に出口（示されない）を含む。入口１４と出口は、それらの外側端に形成され、内燃機関の排出系における導管としての役目を確実なものとする。装置１０は、脆性触媒支持構造、例えば、本発明のマット２０の様な支持体要素でハウジング１２内で支持され且つ保持される脆性セラミック一体構造１８を含む。一体構造１８は、適当な耐火性金属又はセラミック材料で、公知の方法及び配列で構築されても良い。一体構造は、一般に、断面配列では楕円又は円形であるが、其の他の形状も可能である。
【００１４】
本発明によれば、この一体構造は、装置、例えば、利用される触媒コンバーター又はジーゼル微粒子トラップのタイプ及び設計によって変動する距離又は隙間によってハウジングから間隔をあけられている。この隙間は、セラミック一体構造１８に対して弾力性の支持体を用意する為の支持体要素（又は積層マット）２０で充填される。弾力性支持体要素２０は、外部環境に対しては断熱を、そして触媒支持構造に対しては、脆性構造を機械的衝撃から保護する為の機械的支持を用意する。又、支持体要素２０は、良好な取扱い性を有し、約３５０℃の公称温度で１０００の機械的サイクルを受けた後で、少なくとも１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）の、実質的に安定で且つ均一な最小保持圧力を維持する能力を利用する装置の製造において容易に加工される。
「サイクル」と言う用語は、一体構造（即ち、脆性構造）とハウジングとの間の隙間が、特定の距離で且つ所定の速度で開閉されることを意味する。実際の状態を想定して、ハウジングと一定直径の脆性構造との間の隙間の膨張は、最大温度３５０℃における通常のハウジングの熱膨張係数を算出することによって決定される。候補としての支持マットは、このテストにおけるそれらの性能対断熱密度に対して特徴付けられる。最終のマット坪量は、１０００サイクル後に約１０３ｋＰａ（約１５ｐｓｉ）より大きい最小保持力（Ｐmin）を用意する様に選択される。目標は、約１０３ｋＰａ（約１５ｐｓｉ）よりも大きい要件を満足させる最小坪量が選択される様に、最低コストで適当な支持体を用意することである。
【００１５】
本発明のアルミナ−シリカ繊維マットに対しては、これは、一般に、少なくとも約１２００ｇ／ｍ2、一般的には約１６００ｇ／ｍ2の最小坪量と言い換えられる。高い坪量のマットは、増加した保持圧力、従って安全要因を用意するが、高コストである。本発明のマットは、一般に、少なくとも約０．２０／ｃｍ3以上の初期嵩密度を有し、約０．４０〜約０．７５／ｃｍ3の装着密度を有する。本発明のマットは、約４．５〜約１３ｍｍの公称厚さを有する。公称厚さは、４．８ｋＰａ（０．７ｐｓｉ）の圧縮力下で測定された時の厚さと定義される。
脆性構造とシェルとの間の３〜４ｍｍの隙間は、適当な断熱を用意し、脆性構造とシェルの許容差を最小にするのには通常十分である。この隙間を充填するのに必要とされるマットの単位面積当たりの質量（坪量）は、下限は、排出ガス圧力及び運転中に掛かる軸方向のｇ−力に抗して脆性構造の適当な支持を用意する為の最小圧縮力によって制約を受け、上限は、脆性構造の破断強度によって制約を受ける。坪量は、約１０００〜約３０００ｇ／ｍ2の範囲である。止血帯積層方法(tourniquet mounting process)で積層された直径１１８．３６ｍｍ（４．６６インチ）を有する脆性構造に対しては、３ｍｍの隙間が適当である。約１６００ｇ／ｍ2の公称坪量を有する本発明のマットは、約０．５３ｇ／ｃｍ3の装着密度となる。１６００ｇ／ｍ2のマットに対しては、本発明によれば、このマットは、約７ｍｍの厚味を有し、従来の非膨張性マットに比べて、コンバーター組立て中の容易な取扱い及び装着を促進する。
【００１６】
好ましくは、本発明のマットは、少なくとも約６０倍の重量加速度の力においてハウジング中の支持体要素のずれ抵抗を用意する。このずれ抵抗は、周囲温度〜少なくとも約３５０℃までの平均マット温度範囲にわたって用意される。このマットは、ハウジングと支持体要素との間に十分な力を用意し、ハウジング内での支持体要素のずれに抵抗し、支持構造の機械的衝撃及び破壊を避ける。
本発明の積層マット又は支持体要素は、公知の方法によって調製することが出来る。例えば、紙の製造方法を使用して、無機繊維を結合剤と混合して混合物又はスラリーを形成する。任意の混合手段が使用されても良いが、好ましくは繊維成分は約０．２５％〜５％のコンシステンシー又は固体含有量（０．２５〜５部が固体で９９．５〜９５部が水）で混合される。次いで、スラリーは、水で希釈して生成を高めても良く、凝集剤及び排水保持補助化学品で最終的に凝集されても良い。次いで、凝集された混合物又はスラリーは、紙製造機の上に置かれて無機紙のプライに形成される。或いは、このプライは、スラリーを真空キャスティングすることによって形成されても良い。いずれの場合においても、それらは、一般に、オーブンで乾燥される。使用される標準の紙製造方法についての更に詳しい記述については、米国特許第３，４５８、３２９号明細書を参照されたい。この方法は、一般的に、加工中において繊維を破壊する。従って、この方法が使用される場合、繊維の長さは一般に約０．０２５ｃｍ〜約２．５４ｃｍである。
【００１７】
更に、この無機繊維は、乾式空気施工の様な通常の手段によってマット又はプライに加工されても良い。この方法では、結合剤は、通常の紙製造法に関して上に記した様なマットのプレプレグを形成するのではなくマットの形成後に添加される。マットを調製するこの方法は、破壊を少なくして繊維長を維持するのを助ける。一般に、この方法が使用される場合は、繊維の長さは、約１ｃｍ〜約１０ｃｍ、好ましくは、約１．２５ｃｍ〜約７．７５ｃｍである。
アルミナ／シリカ／マグネシアガラス又はＥガラスの連続フィラメントが本発明の非膨張性マットで使用される場合は、それらは、又、ニット又は織布織物とすることが出来る。
マットを結合剤で浸漬する方法としては、液体結合剤系中へのマットの完全投入、或いは、マットをスプレーすることが挙げられる。連続方法においては、ロール形態で移送できる無機繊維マットは、巻き取られずに、例えば、コンベヤー又はスクリム上を移動し、結合剤をマットに供給するスプレーノズルを通過する。或いは、マットは、スプレーノズル通過を重力供給とする事も出来る。このマット／結合剤プレプレグは、次いで、過剰な液体を除去するプレスロールを通り、プレプレグは、略その所望の厚さに圧縮される。
【００１８】
次いで、圧縮されたプレプレグは、オーブンに通して残留溶剤を除去しても良く、そして必要であれば、結合剤を部分的に硬化させて複合体を形成しても良い。乾燥及び硬化温度は、主に、使用される結合剤及び溶剤（若しあれば）に依存する。次いで、この複合体は、貯蔵或いは移送の為に切断或いはロール巻きにすることが出来る。
又、この積層マットは、マットの切片を液体結合剤に浸漬し、プレプレグを除去し、そして過剰の液体を除去する為にプレスし、その後乾燥して複合体を形成し、貯蔵或いは寸法に切断することによるバッチ方法でも製造することが出来る。
上述の方法のいずれが使用されるかに拘わらず、複合体は、例えば、ダイスタンピングによって切断して、再現性のある許容度で正確な形状及び寸法の積層マットを形成することが出来る。この積層マット２０は、適当な取扱い性を示し、これは、容易に取扱うことが出来る事を意味し、そして結合剤無しで造られたマットの様に人の手の中で崩れてしまう程には脆くないことを意味する。フランジ１６の領域中への、押出し或いは過剰材料の流れによる様なフラッシュを最小にして或いは全く無しに、ひび割れを起すこと無しに触媒支持構造１８の周りに容易に且つ柔軟に固定することが出来、触媒コンバーターハウジング１２中に組立てて、触媒支持構造１８の為の弾力性のある支持を形成する事が出来、そして、隙間の膨張の１０００サイクル後に３５０℃の公称温度で少なくとも１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）の、触媒支持構造１８に対する保持圧力を用意することが出来る。
【００１９】
比較例１
図２は、脆性構造とシェルとの間に約４．０〜約４．１ｍｍの隙間を持たせた、３００℃で１０００サイクルのテストでの従来の膨張性マットについての性能を示す。全てのマットは５００℃で一時間予備加熱して膨張性材料（バーミキュライト）を予備膨張させた。全てのマットは、約１．０ｇ／ｃｍ3の初期装着密度を有する。黒丸がＰmaxで白丸がＰminの丸で示されるマットは、約５５質量％のバーミキュライト、３８質量％のセラミック繊維及び７質量％の有機結合剤を含む一般的な膨張性マットであり、INTERAMの名称で３Ｍ社で製造されているType-100と呼ばれる製品である。又、黒の菱形がＰmaxで白の菱形がＰminである菱形で示されるマットは、INTERAMの名称で３Ｍ社で製造されているType-200と呼ばれる製品である。Type-200は、バーミキュライト粒子の膨張が始まる温度がType-100よりも低いことを除いてはType-100と同じである。黒の四角がＰmaxで白の四角がＰminである四角で示されるマットは、ＸＰＥの名称でUnifax Corp.で製造されているＡＶ２と呼ばれる製品で、約４５質量％のバーミキュライト、４８質量％のセラミック繊維及び７質量％の有機結合剤を含む。三つの製品全ての結合剤は同じものである。
【００２０】
このテストでは、サンプルは、インストロンの機械的性質試験機に置かれた石英ラムの間の４．０ｍｍの隙間に押し付けられた。次いで、このサンプル／ラムアッセンブリーの周りに炉が装着された。４．０ｍｍの隙間を維持しながら、炉を所望の温度まで加熱し（この場合は５００℃）、マットの圧力応答を観察した。５００℃に達したら、炉の温度を一時間一定に保持して全ての有機結合剤を除去し、バーミキュライト粒子を完全に膨張させた。一時間後に、隙間を初期の４．０ｍｍに維持しながら炉を室温まで冷却した。次いで、この予備処理サンプルを所望のテスト温度まで再加熱した（この場合は３００℃）。３００℃に達したら、炉の温度を一定に保持し、使用中の実際のコンバーターにおけるシェルの熱膨張による隙間の膨張を想定して、４．０〜４．１ｍｍの間で、約２ｍｍ／分の速度で隙間を繰返した。マットによって発揮される圧力は、隙間の開閉として観察された。Pmaxは、４．０ｍｍの隙間でのマットの圧力であり、Pminは、４．１ｍｍでのマットの圧力に相当する。テストは１０００サイクル後に終了させた。一般的な触媒コンバーターの機械的分析は、脆性構造を最大運転条件下でのずれから防ぐ為には３４．４ｋＰａ（５ｐｓｉ）より大きい最小有効保持力を維持しなければならない事を示した。一般的な積層マットの摩擦係数は、約０．３３である。従って、１０００サイクルテストでは、マットは、脆性構造について適当な保持力を用意する為に全ての時間において１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）よりも大きい圧力を維持しなければならない。図２は、Type-100及びType-200マットが、最初のサイクルにおいてさえ、＞１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）の要件に合致しないことを示す。四角印のAV2だけが、最小１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）以上の保持力を維持することが出来る。このマットは、破壊条件へと導かれる、予備加熱後における１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）未満の保持力を有する。１５０℃でのAV2マットの追加テストは、測定されたPmaxが３４．４ｋＰａ（５ｐｓｉ）未満であることを示した。このグラフに存在しているデータは、３００℃未満で運転するTDIジーゼル用途で使用される通常の膨張性積層マットを装着したコンバーターで観察される破壊と良く相関する。
【００２１】
実施例２
約３．０〜約３．１ｍｍの隙間の間で、３００℃、１０００サイクルでのマットのサイクルテストによって、TDIジーゼルコンバーターのシミュレーションを行った。結果は図４に示される。このサンプルは、１５５０ｇ／ｍ2の、競合の乾式積層され針縫いされたセラミック繊維（約５０％のアルミナ／５０％のシリカ）ブランケット（例えば、Thermal Ceramics社製のULTRAFELT, Augusta, Georgia）（白の菱形で示される）、及び１６００ｇ／ｍ2の、５０％アルミナ／５０％シリカ繊維で、結合剤無しで調製された本発明のマット（三角形で示される）、シリコーン結合剤（白の四角で示される）、及び装着前に燃焼し尽くされなかったアクリル結合剤（黒丸で示される）である。
シリコーン結合剤を伴うマットは、５０％のＡｌ2Ｏ3及び約５０％のＳｉＯ2から成る繊維指数７２％の無定形繊維９２％と、８％のシリコーンラテックス結合剤（DOW CORNING #85 silicone latex,  Dow Corning社製、Midland, Michigan）を含む。得られたマットは、１６００ｇ／ｍ2の坪量を有し、７ｍｍの厚さであった。図４で示される様に、ULTRAFELT及びシリコーンラテックス結合剤マットは、１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）より大きい保持力を維持した。
【００２２】
８％のシリコーン結合剤を８％のHYCAR26083アクリルラテックス（B.F. Goodrich, Brecksville, Ohio）で置換えたアクリル結合剤を伴うマットは、シリコーン結合剤を伴うマットと同じであった。再び、このサンプルは１６００ｇ／ｍ2の坪量を有し、約７ｍｍの厚さであった。結合剤は予備燃焼しなかったので第一サイクルで破壊した。第二のサンプルを調製し、テスト前に予備燃焼した。この第二のマットは、シリコーン結合剤を伴うマットに匹敵する性能を示した。
【００２３】
実施例３−触媒コンバーターでのテスト
１１８．３６ｍｍ（４．６６インチ）の直径のコンバーターを比較マットで組立て、６０倍の重力加速度（６０ｇ）で、３００℃でホットシェイク中でテストした。約５５％の膨張していないバーミキュライト、３７％のセラミック繊維及び８％のアクリルラテックス結合剤、例えば、INTERAM TYPE-100及びINTERRAM TYPR-200から成る従来の膨張性マットを伴うこのコンバーターはその保持力を失い、脆性構造は、５０時間未満でシェル内でずれを起した。
無定形アルミナ／シリカ繊維と、コンバーターに装着する前に燃焼されたアクリルラテックス結合剤で造られた本発明のマットは、６０ｇの加速度で３００℃でホットシェイクテストを行い、破壊すること無く１００時間機能した。テスト後の検査では、脆性構造は、相対的軸移動無しにシエル内にしっかりと固定されていることが分かった。又、このマットは、ガスの浸食による損傷もなければ、目に見える劣化もなかった。
シリコーンラテックス結合剤で造られた本発明のマットは、６０ｇの加速度で３００℃でホットシェイクテストを行い、破壊すること無く１００時間機能した。
上で実証した通りに、本発明は本発明の目的を達成する。従って、本発明は、触媒コンバーター等における保持力の損失無しに約３５０℃まで機能する無定形無機繊維を含む非膨張性マットを提供するものである。
本発明は、上述の特定の実施例に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲で定義される変化、変更及び均等の実施態様を含むものであることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の触媒コンバーターの部分的立面図である。
【図２】脆性構造とシェルとの間に約４．０〜約４．１ｍｍの隙間を持つ、３００℃で１０００サイクルのテストにおける、１時間、５００℃に予備加熱した膨張性マットの性能を示すグラフである。
【図３】繊維用の異なる結合剤について温度を変化させた場合の、本発明の非膨張性マットの相対膨張のグラフである。
【図４】約３．０〜約４．１ｍｍの循環の隙間を持つ、３００℃で１０００サイクルのテストにおける、競合する乾燥積層針縫いセラミック繊維ブランケットと比較した、異なる結合剤を伴う本発明の非膨張性繊維マットの性能を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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