(57)【要約】  断熱マットを形成する方法は、第１の無機繊維と第２の無機繊維を含む繊維混合物を準備するステップを含む。繊維混合物を約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間、熱処理したとき、前記第１の無機繊維は、約２パーセント未満収縮し、前記第２の無機繊維は、約５〜約１５パーセント収縮する。方法は、更に、繊維混合物から繊維ウェブを湿式形成するステップと、繊維ウェブを絡ませて断熱マットを形成するステップと、断熱マットを約５００℃〜約８００℃の温度で熱処理するステップを含む。方法は、更に、湿式形成する前記ステップの後に且つ熱処理する前記ステップの前に又はその間、繊維ウェブ及び／又は断熱マットを乾燥させるステップを含む。断熱マットは、断熱マットを熱処理する前記ステップの前、非繊維性バインダ材料を実質的に含まない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱マットを形成する方法であって、
第１の無機繊維と第２の無機繊維を含む繊維混合物を準備するステップを有し、前記繊維混合物を約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間、熱処理したとき、前記第１の無機繊維は、約２パーセント未満収縮し、前記第２の無機繊維は、約５〜約１５パーセント収縮し、
更に、前記繊維混合物から繊維ウェブを湿式形成するステップと、
前記繊維ウェブを絡ませて断熱マットを形成するステップと、
前記断熱マットを約５００℃〜約８００℃の温度で熱処理するステップと、
湿式形成する前記ステップの後に且つ熱処理する前記ステップの前に又はその間、前記繊維ウェブ及び／又は前記断熱マットを乾燥させるステップと、を含み、
前記断熱マットは、断熱マットを熱処理する前記ステップの前、非繊維性バインダ材料を実質的に含まない、方法。
【請求項２】
断熱マットを熱処理する前記ステップは、前記断熱マットを約５００℃〜約８００℃の温度に少なくとも約３分間露出させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、断熱マットを熱処理する前記ステップの後、前記断熱マットにバインダを加えるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の無機繊維は、前記繊維混合物内において、少なくとも約８０重量パーセントの量で存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の無機繊維は、生体溶解性繊維又は耐火セラミック繊維の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の無機繊維は、前記繊維混合物内において、最大約２０重量パーセントの量で存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の無機繊維は、シリカ繊維、Ｓガラス繊維、Ｓ２ガラス繊維、Ｅガラス繊維又は繊維ガラス繊維のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法によって調製される、断熱マット。
【請求項９】
約４０ｋＰａ〜約１１０ｋＰａの引張強度、約９０ｋｇ／ｍ3〜約２００ｋｇ／ｍ3の密度、又は、約４００ｇｓｍ〜約５，０００ｇｓｍの単位面積重量のうちの少なくとも１つを有する請求項８に記載の断熱マット。
【請求項１０】
第１の無機繊維及び第２の無機繊維を含む断熱マットであって、
約４０ｋＰａ〜約１１０ｋＰａ、選択的には約８０ｋＰａ〜約１０５ｋＰａの引張強度、
約９０ｋｇ／ｍ3〜約２００ｋｇ／ｍ3、選択的には約９０ｋｇ／ｍ3〜約１５０ｋｇ／ｍ3、更に選択的には約１００ｋｇ／ｍ3〜約１５０ｋｇ／ｍ3の密度、又は、
約４００ｇｓｍ〜約５，０００ｇｓｍ、選択的には約４００ｇｓｍ〜約４，０００ｇｓｍの単位面積重量、
のうちの少なくとも１つを有し、
前記断熱マットを約５００℃〜約８００℃の温度で熱処理したとき、前記第１の無機繊維は、約２パーセント収縮し、前記第２の繊維は、約５〜約１５パーセント収縮する、断熱マット。
【請求項１１】
前記第１の無機繊維は、前記繊維混合物内において、少なくとも約８０重量パーセントの量で存在する、請求項１０に記載の断熱マット。
【請求項１２】
前記第２の無機繊維は、前記繊維混合物内において、少なくとも約２０重量パーセントまでの量で存在する、請求項１０に記載の断熱マット。
【請求項１３】
前記第１の無機繊維は、生体溶解性繊維又は耐火セラミック繊維の少なくとも一方を含む、請求項１０に記載の断熱マット。
【請求項１４】
前記第２の無機繊維は、シリカ繊維、Ｓガラス繊維、Ｓ２ガラス繊維、Ｅガラス繊維又は繊維ガラス繊維のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の断熱マット。
【請求項１５】
前記第１の無機繊維は、約５００℃〜約８００℃の温度で熱処理したとき、約２パーセント収縮し、及び／又は、前記第２の無機繊維は、約５００℃〜約８００℃の温度で熱処理したとき、約５〜約１５パーセント収縮する、請求項１０に記載の断熱マット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
自動車の排気システムにおける使用に適した断熱マットの形成方法及びこのような断熱マットを提供する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車車両の排気システムには、環境に排出される汚染物質の量を抑えるために、触媒コンバータ、ディーゼル微粒子フィルタ又は触媒ディーゼル微粒子フィルタなどの排ガス処理装置が含まれている。今日使用されている排ガス処理装置は、その点火温度に達すると十分に機能するが、点火期間中には汚染問題が存在する。例えば、排ガス処理装置を含む自動車排気システムから環境に排出される汚染物質の大部分は、点火期間中に排出されることが分かっている。
【０００３】
本明細書で使用する点火温度とは、排ガス処理装置が排ガス流を処理できる温度のことであり、排ガス流は、排ガス処理装置から出ると地方条例及び／又は産業協定に従う。点火期間は、排ガス処理装置がその点火温度に達するのに必要な時間である。
【０００４】
エンジンから排ガス処理装置に移動する排ガスの熱を従来の排気システムよりも長期間にわたって保持することができれば、点火温度に達するのに必要な時間が短縮されるようになる。これにより、排気汚染物質が除去又は変質されずに排気システムを通過する時間が短縮され、さらに環境に放出される汚染物質の量が減少すると思われる。
【０００５】
少なくとも排ガスが排ガス処理装置に接触する前に断熱性の自動車排気システムパイプを用いて排ガスの熱を保持すれば、点火期間が短縮され、環境に排出される汚染物質の量を低減するのに役立つと思われる。例えば、自動車排気システム内で断熱排気管を使用して、エンジンを排ガス処理装置に接続することができる。
【０００６】
層間に断熱材料を含む同心状の２層管構造を利用して自動車エンジン排気管を断熱することが知られている。排気管の外側に断熱ブラケット又は断熱マットを利用することも提案されている。この用途のために提案されているマットは、シリカ繊維、ガラス繊維又は多結晶アルミナ繊維で構成されたマットを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，８７４，３７５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，９５３，７５７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０３０，９１０号明細書
【特許文献４】米国特許第６，０２５，２８８号明細書
【特許文献５】米国特許第５，５８５，３１２号明細書
【特許文献６】米国特許第５，３３２，６９９号明細書
【特許文献７】米国特許第５，７１４，４２１号明細書
【特許文献８】米国特許第７，２５９，１１８号明細書
【特許文献９】米国特許第７，１５３，７９６号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，８６１，３８１号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，９５５，３８９号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，９２８，０７５号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，８２１，１８３号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，８１１，３６０号明細書
【特許文献１５】米国特許第３，４５８，３２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、シリカ繊維マットは耐熱性が限られており、高温に曝されると望ましくない程度まで収縮する。ガラス繊維マット、具体的にはＥガラス繊維マットも、耐熱性が限られている。シリカ繊維マット及びガラス繊維マットは、いずれも単位面積重量及び厚み公差が不十分である。多結晶アルミナ繊維マットは、一般に他のタイプのマットよりもはるかに高価である。
【０００９】
比較的コストが低く、幅広い動作温度にわたって低収縮性及び所望の断熱特性を示す断熱マットが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
添付図面を参照しながら、本主題の実施形態をほんの例示目的で開示する。本主題は、図面に示す構成要素の構造又は配置の詳細に応用が限定されるものではない。別途示していない限り、同じ構成要素は同じ参照番号を用いて示す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】自動車の排ガスシステムの一部の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
断熱マットを形成する方法であって、第１の無機繊維と第２の無機繊維を含む繊維混合物を準備するステップを有し、繊維混合物を約５００℃〜約８００℃の温度で選択的には少なくとも約３分間熱処理したときに、第１の無機繊維は、約２パーセント未満収縮し、第２の無機繊維は、約５〜約１５パーセント、選択的には約６〜約１５パーセント、選択的には約７〜約１５パーセント、選択的には約８〜約１５パーセント、選択的には約９〜約１５パーセント、選択的には約１０〜約１５パーセント、選択的には約１１〜約１５パーセント、選択的には約１２〜約１５パーセント、さらに選択的には約１３〜約１５パーセント収縮し、更に、繊維混合物から繊維ウェブを湿式形成するステップと、繊維ウェブを絡ませて断熱マットを形成するステップと、断熱マットを約５００℃〜約８００℃の温度で少なくとも約３分間熱処理するステップと、湿式形成する前記ステップの後に且つ熱処理する前記ステップの前に又はその間、繊維ウェブ及び／又は断熱マットを乾燥させるステップと、を含み、断熱マットは、断熱マットを熱処理する前記ステップの前、非繊維性バインダ材料を実質的に含まない、方法を提供する。
【００１３】
断熱マットを形成する方法であって、第１の無機繊維及び第２の無機繊維を含む繊維混合物を準備するステップと、繊維混合物から繊維ウェブを湿式形成するステップと、繊維ウェブを絡ませて断熱マットを形成するステップと、断熱マットを一定の時間にわたって一定温度で熱処理するステップと、を有し、この熱処理後、断熱マットは約４０ｋＰａ〜約１１０ｋＰａ、選択的には約８０ｋＰａ〜約１０５ｋＰａの引張強度を有し、更に、湿式形成する前記ステップの後に且つ熱処理する前記ステップの前に又はその間、繊維ウェブ及び／又は断熱マットを乾燥させるステップを含み、断熱マットは、断熱マットを熱処理する前記ステップの前、非繊維性バインダ材料を実質的に含まない、方法を提供する。
【００１４】
限定するわけではないが、繊維の収縮は、収縮を測定すべき繊維で基本的に構成されたマット又はシートを形成することによって測定される。その後、マット又はシートを所望の時間にわたって所望の温度に熱処理する。熱処理前後の占有体積を測定し、これらの差分が収縮量又は膨張量である。熱処理前後の占有体積の差分を熱処理前の占有体積で除算することにより、収縮／膨張割合を求める。
【００１５】
前段落で挙げた熱処理するときに収縮する第２の無機繊維などの繊維に、前段落で挙げたほぼ同じ温度に熱処理したときそれほど収縮しない第１の無機繊維などの繊維を含めると、繊維間の相乗的相互作用によって断熱マットの引張強度が増す。例えば、収縮する繊維しか含んでいない断熱マットを熱処理しても、熱処理前の断熱マットと比べて引張強度はそれほど増加しないと思われる。この断熱マットの相乗的相互作用、及び結果として得られる物理的特性の向上は、同じ目的で使用される従来の断熱マットよりも低い密度及び高い耐熱性という所望の性能特性を断熱マットに与えることができる。さらに、驚いたことに、繊維混合物を熱処理すると相乗的相互作用がもたらされるが、混合前に繊維を熱処理しても同じ結果は得られないことが分かった。
【００１６】
理論によって制限することを意図するものではないが、第１の無機繊維よりも長く平均直径が大きい第２の無機繊維は、絡めるステップ中に断熱マットのｚ方向に優先的に配向され、第１の無機繊維は、絡めるステップ中に断熱マットのｚ方向に配向される割合が比較的少ないと考えられる。従って、第２の無機繊維は、断熱マット全体にわたって繊維ウェブを形成する。熱処理中、第２の無機繊維は第１の無機繊維よりも大きく収縮し、第２の無機繊維ウェブが断熱マット全体にわたって引き締まってマットの強度を高める。強度が高まる理由は、第２の無機繊維が第１の無機繊維の周囲で収縮し、第１の無機繊維が第２の無機繊維に比べてほんのわずかしか収縮しないことによって第２の無機繊維がやや緊張するようになるからであると考えられる。仮に第２の無機繊維及び第１の無機繊維が同様の程度に収縮した場合、断熱マットの引張強度は、対象の断熱マットで気付く程度には改善されないと考えられる。さらに、このことは、いくつかの実施形態では対象の断熱マットの引張強度を高めるために絡めるステップが必要であることを示す。断熱マットの「ｚ方向」とは、断熱マットの主要面に平行な方向から逸脱する任意の方向を意味するものである。
【００１７】
やはり理論によって制限することを意図するものではないが、第１の無機繊維が収縮できるか否か、又はどれほど収縮するかに関わらず、第２の無機繊維を熱処理すると、第２の無機繊維から結合水が除去されるとも考えられる。結合水を除去すると物理的特性を改善することができ、第２の無機繊維を「熱設定」することができる。「熱設定」とは、第２の無機繊維が、結合水が除去される初期熱処理後に、本明細書で説明するような断熱マットの使用中に受けるような高温を受けてもそれほど収縮しないことを意味するものである。
【００１８】
いくつかの実施形態では、無機繊維混合物を準備する前記ステップが、第１の無機繊維と第２の無機繊維とを混合するステップを含む。いくつかの実施形態では、前記混合ステップの前に、第１の無機繊維を洗浄する。
【００１９】
いくつかの実施形態では、無機繊維ウェブを絡ませる前記ステップが、ニードリング又は水流絡ませの少なくとも一方を含む。
【００２０】
いくつかの実施形態では、断熱マットを熱処理する前記ステップが、断熱マットを約５００℃〜約８００℃の温度に、選択的には少なくとも約３分間、さらに選択的には約５〜約１５分間露出させるステップを含む。断熱マットを５００℃未満の温度で約１５分未満にわたって熱処理しても、断熱マットに所望の引張強度が生じないことがある。断熱マットを約５００℃未満の温度で約１５分よりも長い時間にわたって熱処理すると、所望の結果を得ることはできるが、より長い熱処理時間に関連してコストが加わるので、商業的に実現可能ではないと考えられる。さらに、断熱マットを約８００℃よりも高い温度で少なくとも約３分間熱処理すると、望ましくないほど脆弱な断熱マットになることがある。所望の特性をもたらす熱処理温度に断熱マットを至らせるための最小熱処理時間は、約３分とすることができる。
【００２１】
第２の無機繊維がシリカ繊維を含む場合などのいくつかの実施形態では、断熱マットを熱処理する前記ステップが、断熱マットを約７００℃〜８００℃の温度に、選択的には少なくとも約３分間、さらに選択的には約５〜１５分間露出させるステップを含むことができる。シリカ繊維を含む断熱マットを７００℃未満の温度で約１５分間熱処理しても、断熱マットに所望の引張強度が生じないことがある。シリカ繊維を含む断熱マットを約７００℃未満の温度で約１５分よりも長い時間にわたって熱処理すると、所望の結果を得ることはできるが、より長い熱処理時間に関連してコストが加わるので、商業的に実現可能ではないと考えられる。さらに、シリカ繊維を含む断熱マットを約８００℃よりも高い温度で少なくとも約３分間熱処理すると、望ましくないほど脆弱な断熱マットになることがある。所望の特性をもたらす熱処理温度に断熱マットを至らせるための最小熱処理時間は、約３分とすることができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、方法が、断熱マットを熱処理する前記ステップの後に、断熱マットにバインダを加えるステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、バインダが、有機バインダ又は無機バインダの少なくとも一方を含む。いくつかの実施形態では、断熱マットの総重量に基づいて、断熱マットに約１〜約２重量パーセントの量のバインダを加える。
【００２３】
有機バインダは、固体、液体、溶液、分散液、ラテックス又は同様の形態として提供することができる。有機バインダは、取付けられた断熱マットから硬化後に選択的には焼失できる可撓性材料である熱可塑性バインダ又は熱硬化性バインダを含むことができる。好適な有機バインダの例としては、以下に限定されるわけではないが、アクリル又は（メタ）クリルの水性ラテックス、スチレン及びブタジエンのコポリマー、ビニルピリジン、アクリロニトリル、アクリロニトリル及びスチレンのコポリマー、塩化ビニル、ポリウレタン、酢酸ビニル及びエチレンのコポリマー、ポリアミド、シリコーン、及び同様のものが挙げられる。他の樹脂としては、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂及びポリビニルエステル（ポリ酢酸ビニル又はポリビニルブチレートラテックスなど）などの低温可撓性熱硬化性樹脂が挙げられる。
【００２４】
バインダのための溶媒は、必要に応じて、水、又は利用するバインダに適したアセトンなどの好適な有機溶媒を含むことができる。溶媒（使用する場合）中のバインダの溶液強度は、望ましいバインダ配合及びバインダシステムの加工性（粘度、固形分など）に基づいて従来の方法によって決定することができる。
【００２５】
限定するわけではないが、好適な無機バインダ材料としては、コロイドシリカ、コロイドアルミナ、コロイドジルコニア、又はこれらの混合物などの、アルミナ、シリカ及び／又はジルコニアのコロイド分散液を挙げることができる。Ｎａｌｃｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から入手できるものなどのコロイドシリカは、水又はその他の液状媒質中にナノメートルサイズのシリカ粒子が安定して分散したものである。コロイドシリカの粒子サイズは、直径が約４〜約１００ナノメートルに及ぶことができる。コロイドシリカは、ナトリウムイオン又はアンモニウムイオンなどを用いて安定化させることができ、約２〜約１２のｐＨ範囲を有することができる。
【００２６】
他の好適な任意の無機バインダ材料としては、以下に限定するわけではないが、アタパルジャイト、球状粘土、ベントナイト、ヘクトライト、カオリナイト、カイアナイト、モントモリロナイト、パリゴルスカイト、サポナイト、セピオライト、シリマナイト、又はこれらの組合せなどの、いくつかの実施形態では湿式形成プロセスの助剤としての焼成及び／又は未焼成粘土が挙げられる。粘土無機バインダの粒子サイズは、約１５０ミクロン又はそれ未満、いくつかの実施形態では約４５ミクロン未満とすることができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、繊維混合物の総乾燥重量に基づいて、繊維混合物内に少なくとも約８０重量パーセント、選択的には約８５重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約８７重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約８８重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約９０重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約９５重量パーセントの量で存在する。
【００２８】
いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、約０．５μｍ〜約６μｍの平均直径を有する。いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、約１μｍ〜約６μｍの平均直径を有する。いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、約２μｍ〜約６μｍの平均直径を有する。いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、約４μｍ〜約５μｍの平均直径を有する。いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、約１μｍ〜約３．５μｍの平均直径を有する。いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、約２μｍ〜約２．５μｍの平均直径を有する。
【００２９】
いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、約３ｍｍ〜約３５ｍｍの平均長さを有する。いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、約５ｍｍ〜約２５ｍｍの平均長さを有する。
【００３０】
いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、生体溶解性繊維又は耐火セラミック繊維の少なくとも一方を含むことができる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、約７００℃〜８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約２パーセント未満収縮することができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、繊維混合物の総乾燥重量に基づいて、繊維混合物内に最大約２０重量パーセント、選択的には最大約１５重量パーセント、選択的には最大約１３重量パーセント、さらに選択的には最大約１２重量パーセント、さらに選択的には最大約１０重量パーセント、さらに選択的には最大約５重量パーセントの量で存在する。いくつかの実施形態では、第２の無機繊維の割合が高すぎる場合には、第２の無機繊維と第１の無機繊維との間の相乗効果が妨げられることがあるという点で、約２０重量パーセントよりも多くの第２の無機繊維を含めることは望ましくないと考えられる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約６μｍ〜約１３μｍの平均直径を有する。いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約７μｍ〜約１１μｍの平均直径を有する。いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約９μｍ〜約１１μｍの平均直径を有する。
【００３４】
いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約１２ｍｍ〜約５０ｍｍの平均長さを有する。いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約２０ｍｍ〜約３５ｍｍの平均長さを有する。
【００３５】
いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、シリカ繊維、Ｓガラス繊維、Ｓ２ガラス繊維、Ｅガラス繊維又は繊維ガラス繊維のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約５〜約１５パーセント収縮することができる。いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約６〜約１５パーセント収縮することができる。いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約７〜約１５パーセント収縮することができる。いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約８〜約１５パーセント収縮することができる。いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約９〜約１５パーセント収縮することができる。いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約１０〜約１５パーセント収縮することができる。いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約１１〜約１５パーセント収縮することができる。いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約１２〜約１５パーセント収縮することができる。いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約１３〜約１５パーセント収縮することができる。
【００３７】
いくつかの実施形態では、繊維混合物が、繊維混合物の総乾燥重量に基づいて、選択的には最大約１重量パーセント、さらに選択的には約０．０５〜約０．３重量パーセント、さらに選択的には約０．１〜約０．２５重量パーセントの量の有機繊維をさらに含み、さらに選択的には、この有機繊維は、ポリビニルアルコール繊維、ポリエチレン及び／又はポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、エチル酢酸ビニル繊維、又はナイロン繊維のうちの少なくとも１つを含む。
【００３８】
上述した方法に従って調製された断熱マットも提供する。いくつかの実施形態では、断熱マットが、約４０ｋＰａ〜約１１０ｋＰａ、選択的には約８０ｋＰａ〜約１０５ｋＰａの引張強度を有することができる。いくつかの実施形態では、断熱マットが、約９０ｋｇ／ｍ3〜約２００ｋｇ／ｍ3、選択的には約９０ｋｇ／ｍ3〜約１５０ｋｇ／ｍ3、さらに選択的には約１００ｋｇ／ｍ3〜約１５０ｋｇ／ｍ3の密度を有することができる。いくつかの実施形態では、断熱マットが、約４００ｇｓｍ〜約５，０００ｇｓｍ（grams per square meter）、選択的には約４００ｇｓｍ〜約４，０００ｇｓｍの単位面積重量を有することができる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、断熱マットが、約４ｍｍ〜約３５ｍｍの厚みを有することができる。いくつかの実施形態では、断熱マットが、約０．１ｇ／ｃｍ3〜約０．５ｇ／ｃｍ3、選択的には約０．１５ｇ／ｃｍ3〜約０．３ｇ／ｃｍ3、さらに選択的には約０．２ｇ／ｃｍ3〜約０．３ｇ／ｃｍ3の間隙嵩密度（ｇａｐ  ｂｕｌｋ  ｄｅｎｓｉｔｙ）においてＡ又はＢの１０００サイクル弾性定格を有することができる。いくつかの実施形態では、断熱マットの耐浸食性を、約０．１ｇ／ｃｍ3〜約０．５ｇ／ｃｍ3、選択的には約０．１５ｇ／ｃｍ3〜約０．３ｇ／ｃｍ3、さらに選択的には約０．２ｇ／ｃｍ3〜約０．３ｇ／ｃｍ3の間隙嵩密度において約０．３ｃｍ3以下、選択的には約０．０８ｃｍ3以下の容量損失とすることができる。いくつかの実施形態では、断熱マットを、約３インチ（７．６ｃｍ）〜約３０インチ（７６ｃｍ）の直径を有する円筒体に、断熱マットの物理的特性に悪影響を与えることなしに巻かれるのに十分に可撓性とすることができる。
【００４０】
また、約４０ｋＰａ〜約１１０ｋＰａ、選択的には約８０ｋＰａ〜約１０５ｋＰａの引張強度、約９０ｋｇ／ｃｍ3〜約２００ｋｇ／ｃｍ3、選択的には約９０ｋｇ／ｃｍ3〜約１５０ｋｇ／ｃｍ3、さらに選択的には約１００ｋｇ／ｃｍ3〜約１５０ｋｇ／ｃｍ3の密度、又は約４００ｇｓｍ〜約５，０００ｇｓｍ、選択的には約４００ｇｓｍ〜約４，０００ｇｓｍの単位面積重量のうちの少なくとも１つを有する断熱マットであって、断熱マットを少なくとも約５００℃の温度に熱処理したとき、約２パーセント未満収縮する第１の無機繊維と、約５〜約１５パーセント、選択的には約６〜約１５パーセント、選択的には約７〜約１５パーセント、選択的には約８〜約１５パーセント、選択的には約９〜約１５パーセント、選択的には約１０〜約１５パーセント、選択的には約１１〜約１５パーセント、選択的には約１２〜約１５パーセント、さらに選択的には約１３〜約１５パーセント収縮する第２の無機繊維と、を含む断熱マットも提供する。
【００４１】
対象の断熱マットは、排ガス処理装置が最適に機能できるように、自動車排気システム内に熱エネルギーを少なくとも部分的に封じ込める。このマットは、「ホットエンド」自動車排気システムの熱管理及び断熱に寄与し、排ガス処理装置内の排ガス処理の効率を高めるように、排気システム内に熱エネルギーを少なくとも部分的に封じ込める。
【００４２】
例えば、この断熱マットを用いて、内燃エンジンから自動車排気システムの触媒コンバータに排ガスを送出するために使用される排気管を断熱するとともに、エンジンの動作中に最適な排ガス処理を維持するために、排ガス処理装置が短時間で点火温度に到達できるようにすることができる。
【００４３】
本明細書における対象の断熱マットは、排ガス処理装置のためのコーン断熱体として使用することもできる。例えば、排ガス処理装置は、ハウジングと、ハウジング内に位置する脆弱構造と、脆弱構造とハウジングとの間に配置された取付けマットと、ハウジングに排気管又は導管を取付けるための入口端部コーンアセンブリ及び出口端部コーンアセンブリとを含むことができる。各端部コーンアセンブリは、内端部コーンハウジングと、外端部コーンハウジングと、内端部コーンハウジングと外端部コーンハウジングとの間の間隙又は空間内に配置された端部コーン断熱体とを含むことができる。端部コーン断熱体は、排ガス処理装置の端部コーン領域から熱の放射を少なくとも部分的に防ぎ、及び／又は取付けマットの端部コーンに面する縁部を高温排気ガスへの暴露から保護するために設けることができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、断熱マットが、外側金属コーン及び自立コーン断熱体を含む排ガス処理装置の端部コーン内に配置されるように自立することができる。これらの実施形態では、端部コーンアセンブリが、内側金属コーンを有していなくてもよい。
【００４５】
いくつかの実施形態では、この断熱体を用いて、自動車排気システムの他の区域を安全上の理由で熱的に絶縁し、及び／又は周囲の電気部品及びプラスチック部品を保護して断熱することもできる。
【００４６】
いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、繊維混合物の総乾燥重量に基づいて、繊維混合物内に少なくとも約８０重量パーセント、選択的には少なくとも約８５重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約８７重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約８８重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約９０重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約９５重量パーセントの量で存在する。
【００４７】
いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、約０．５μｍ〜約６μｍ、選択的には約１μｍ〜約６μｍ、さらに選択的には約２μｍ〜約６μｍ、さらに選択的には約４μｍ〜約５μｍ、さらに選択的には約１μｍ〜約３．５μｍ、さらに選択的には約２μｍ〜約２．５μｍの平均直径を有する。
【００４８】
いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、約３ｍｍ〜約３５ｍｍ、選択的には約５ｍｍ〜約２５ｍｍの平均長さを有する。
【００４９】
いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、生体溶解性繊維又は耐火セラミック繊維の少なくとも一方を含む。
【００５０】
いくつかの実施形態では、第１の無機繊維が、約７００℃〜８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約２パーセント未満収縮することができる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、繊維混合物の総乾燥重量に基づいて、繊維混合物内に最大約２０重量パーセント、選択的には最大約１５重量パーセント、さらに選択的には最大約１３重量パーセント、さらに選択的には最大約１２重量パーセント、さらに選択的には最大約１０重量パーセント、さらに選択的には最大約５重量パーセントの量で存在する。
【００５２】
いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約６μｍ〜約１３μｍ、選択的には約７μｍ〜約１１μｍ、さらに選択的には約９μｍ〜約１１μｍの平均直径を有する。
【００５３】
いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約１２ｍｍ〜約５０ｍｍ、選択的には約２０ｍｍ〜約３５ｍｍの平均直径を有する。
【００５４】
いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、シリカ繊維、Ｓガラス繊維、Ｓ２ガラス繊維、Ｅガラス繊維又は繊維ガラス繊維のうちの少なくとも１つを含む。
【００５５】
いくつかの実施形態では、第２の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約５〜約１５パーセント、選択的には約６〜約１５パーセント、選択的には約７〜約１５パーセント、選択的には約８〜約１５パーセント、選択的には約９〜約１５パーセント、選択的には約１０〜約１５パーセント、選択的には約１１〜約１５パーセント、選択的には約１２〜約１５パーセント、さらに選択的には約１３〜約１５パーセント収縮することができる。
【００５６】
いくつかの実施形態では、断熱マットが、有機繊維をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、有機繊維が、ポリビニルアルコール繊維、ポリエチレン及び／又はポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、エチル酢酸ビニル繊維、又はナイロン繊維のうちの少なくとも１つを含むことができる。いくつかの実施形態では、有機繊維が、断熱マットの総乾燥重量に基づいて、断熱マット内に最大約１重量パーセント、選択的には約０．０５〜約０．３重量パーセント、さらに選択的には約０．１〜約０．２５重量パーセントの量で存在する。
【００５７】
いくつかの実施形態では、対象の断熱マットが、無機繊維の少なくとも１つの実質的に非膨張層、プライ又はシートを含むことができる。「実質的に非膨張」とは、マットを含む膨張材料の場合に期待されるような熱を加えたとき、断熱マットが容易に膨張しないことを意味するものである。当然ながら、マットは、その熱膨張係数に基づいて若干は膨張するが、その膨張量は、有用な量の膨張材料を用いたマットの膨張に比べて取るに足らないわずかなものである。
【００５８】
「生体溶解性無機繊維」という用語は、模擬肺液、食塩水、緩衝生理食塩水、又は同様のものなどの生理溶液又は模擬生理溶液中で溶解又は別様に分解できる無機繊維を意味する。繊維の溶解度は、模擬生理溶液中における繊維の溶解度を時間の関数として測定することによって評価することができる。生体溶解性は、繊維を試験動物に直接埋め込んだ効果を観察することによって、又は繊維に曝された動物又はヒトの検査、すなわち生体内持続性によって推定することもできる。生理溶液中の繊維の生体溶解性（すなわち、非耐久性）を測定する方法は、Ｕｎｉｆｒａｘ社に譲渡された特許文献１に開示されており、この特許は引用により本明細書に組み入れられる。他の方法も、無機繊維の生体溶解性を評価するのに適している。いくつかの実施形態によれば、この生体溶解性繊維が、３７℃、０．３ｍｌ／分の模擬肺液の流れに０．１ｇの試料として曝されたとき、少なくとも３０ｎｇ／ｃｍ2−ｈｒの溶解度を示す。他の実施形態によれば、生体溶解性無機繊維が、３７℃、０．３ｍｌ／分の模擬肺液の流れに０．１ｇの試料として曝されたとき、少なくとも５０ｎｇ／ｃｍ2−ｈｒの、又は少なくとも１００ｎｇ／ｃｍ2−ｈｒの、又は少なくとも１０００ｎｇ／ｃｍ2−ｈｒの溶解度を示すことができる。
【００５９】
繊維の生体溶解性を推定する別の方法は、繊維の組成に基づくものである。例えば、ドイツでは、吸入性無機酸化物繊維が組成指数（ＫＩ値）に基づいて分類される。ＫＩ値は、アルカリ酸化物の重量パーセントとアルカリ土類酸化物の重量パーセントとを加算し、無機酸化物繊維中の酸化アルミニウムの重量パーセントの２倍を減算することによって計算される。通常、生体溶解性の無機繊維は、約４０又はそれ以上のＫＩ値を有する。
【００６０】
限定するわけではないが、垂直管断熱体及び端部コーン断熱体を含む自動車排気システムの様々な部品のための断熱マットを調製するために使用できる生体溶解性無機繊維の好適な例としては、以下に限定されるわけではないが、特許文献１〜１４に開示されている生体溶解性無機繊維が挙げられ、これらの各特許は引用により本明細書に組み入れられる。
【００６１】
いくつかの実施形態によれば、生体溶解性アルカリ土類ケイ酸塩繊維が、マグネシウム酸化物とシリカ酸化物との混合物から成る繊維化生成物を含むことができる。これらの繊維は、一般にケイ酸マグネシウム繊維と呼ばれる。一般に、ケイ酸マグネシウム繊維は、約６０〜約９０重量パーセントのシリカと、０よりも大きい重量パーセント〜約３５重量パーセントのマグネシアと、５重量パーセント又はそれ未満の不純物とから成る繊維化生成物を含む。いくつかの実施形態によれば、アルカリ土類ケイ酸塩繊維が、約６５〜約８６重量パーセントのシリカと、約１４〜約３５重量パーセントのマグネシアと、０〜７重量パーセントのジルコニアと、５重量パーセント又はそれ未満の不純物とから成る繊維化生成物を含む。他の実施形態によれば、アルカリ土類ケイ酸塩繊維が、約７０〜約８６重量パーセントのシリカと、約１４〜約３０重量パーセントのマグネシアと、５重量パーセント又はそれ未満の不純物とから成る繊維化生成物を含む。好適なケイ酸マグネシウム繊維は、Ｕｎｉｆｒａｘ社（米国ニューヨーク州ナイアガラフォールズ）からＩＳＯＦＲＡＸ（登録商標）として市販されている。市販のＩＳＯＦＲＡＸ（登録商標）繊維は、一般に約７０〜約８０重量パーセントのシリカと、約１８〜約２７重量パーセントのマグネシアと、４重量パーセント又はそれ未満の不純物とから成る繊維化生成物を含む。
【００６２】
いくつかの実施形態によれば、生体溶解性アルカリ土類ケイ酸塩繊維が、カルシウム酸化物とマグネシウム酸化物とシリカ酸化物との混合物から成る繊維化生成物を含むことができる。これらの繊維は、一般にカルシア−マグネシア−ケイ酸塩繊維と呼ばれる。いくつかの実施形態によれば、カルシア−マグネシア−ケイ酸塩繊維が、約４５〜約９０重量パーセントのシリカと、０よりも大きい重量パーセント〜約４５重量パーセントのカルシアと、０よりも大きい重量パーセント〜約３５重量パーセントのマグネシアと、１０重量パーセント又はそれ未満の不純物とから成る繊維化生成物を含む。有用なカルシア−マグネシア−ケイ酸塩繊維は、Ｕｎｉｆｒａｘ社（米国ニューヨーク州ナイアガラフォールズ）からＩＮＳＵＬＦＲＡＸ（登録商標）として市販されている。ＩＮＳＵＬＦＲＡＸ（登録商標）は、一般に約６１〜約６７重量パーセントのシリカと、約２７〜約３３重量パーセントのカルシアと、約２〜約７重量パーセントのマグネシアとから成る繊維化生成物を含む。
【００６３】
他の好適なカルシア−マグネシア−ケイ酸塩繊維は、Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社（米国ジョージア州オーガスタ）からＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）６０７及びＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）６０７ＭＡＸとして市販されている。ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）６０７繊維は、約６０〜約７０重量パーセントのシリカと、約２５〜約３５重量パーセントのカルシアと、４〜約７重量パーセントのマグネシアと、微量のアルミナとを含む。ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ（登録商標）６０７ＭＡＸ繊維は、約６０〜約７０重量パーセントのシリカと、約１６〜約２２重量パーセントのカルシアと、約１２〜約１９重量パーセントのマグネシアと、微量のアルミナとを含む。
【００６４】
通常、耐火セラミック繊維（ＲＣＦ）は、アルミナ及びシリカを含む。好適なアルミノケイ酸塩セラミック繊維は、Ｕｎｉｆｒａｘ社（米国ニューヨーク州ナイアガラフォールズ）からＦＩＢＥＲＦＲＡＸ（登録商標）として市販されている。ＦＩＢＥＲＦＲＡＸ（登録商標）セラミック繊維は、約４５〜約７５重量パーセントのアルミナと、約２５〜約５５重量パーセントのシリカとを含む溶解物から成る繊維化生成物を含む。ＦＩＢＥＲＦＲＡＸ（登録商標）繊維は、最大約１５４０℃の動作温度と、最大約１８７０℃の融点とを示す。いくつかの実施形態では、アルミノケイ酸塩繊維が、約４０重量パーセント〜約６０重量パーセントのＡｌ2Ｏ3と、約６０重量パーセント〜約４０重量パーセントのＳｉＯ2と、いくつかの実施形態では、約４７〜約５３重量パーセントのアルミナと、約４７〜約５３重量パーセントのシリカとを含む溶解物から成る繊維化生成物を含むことができる。
【００６５】
耐火セラミック繊維（ＲＣＦ）は、成分材料の溶解物から吹き付け又は紡績することができる繊維化生成物である。また、ＲＣＦは、いくつかの実施形態では、約２９〜約３１重量パーセントのアルミナと、約５３〜約５５重量パーセントのシリカと、約１５〜１７重量パーセントのジルコニアという量の、アルミナ、シリカ及びジルコニアから成る繊維化生成物を含む。いくつかの実施形態では、耐火セラミック繊維（ＲＣＦ）の平均長さが約３ｍｍ〜約６．５ｍｍ、典型的には約５ｍｍ未満であり、平均繊維直径範囲が、典型的には約０．５μｍ〜約１４μｍである。
【００６６】
対象の断熱マットの第２の無機繊維として使用できる好適な繊維の例としては、ドイツ国のＢｅｌＣｈｅｍ  Ｆｉｂｅｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社からＢＥＬＣＯＴＥＸ（登録商標）として入手可能な繊維、米国カリフォルニア州ガーデナのＨｉｔｃｏ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ社からＲＥＦＲＡＳＩＬ（登録商標）として入手可能な繊維、ベラルーシ共和国のＰｏｌｏｔｓｋ−Ｓｔｅｋｌｏｖｏｌｏｋｎｏ社からＰＳ−２３（登録商標）として入手可能な繊維が挙げられる。
【００６７】
ＢＥＬＣＯＴＥＸ（登録商標）繊維は、標準タイプの短繊維プレヤーンである。これらの繊維は、約５５０テックスの平均繊度を有し、一般にアルミナによって改質されたケイ酸から作られる。ＢＥＬＣＯＴＥＸ（登録商標）繊維は非晶質であり、一般に約９４．５のシリカ、約４．５パーセントのアルミナ、０．５パーセント未満の酸化ナトリウム、及び０．５パーセント未満の他の成分を含む。これらの繊維は、約９μｍの平均繊維直径と、１５００℃〜１５５０℃の融点とを有する。これらの繊維は、最大１１００℃の温度に耐熱性があり、通常はショット及びバインダを含まない。
【００６８】
ＢＥＬＣＯＴＥＸ（登録商標）繊維に似ているＲＥＦＲＡＳＩＬ（登録商標）繊維は、１０００℃〜１１００℃の温度範囲内での応用に断熱をもたらすためにシリカ含有量が高い非晶質繊維である。これらの繊維は、平均直径が約６〜約１３μｍであり、約１７００℃の融点を有する。通常、これらの繊維は、浸出後に約９５重量パーセントのシリカ含有量を有する。アルミナは、約４重量パーセントの量で存在することができ、他の成分は、約１パーセント又はそれ未満の量で存在することができる。
【００６９】
Ｐｏｌｏｔｓｋ−Ｓｔｅｋｌｏｖｏｌｏｋｎｏ社から市販されているＰＳ−２３（登録商標）繊維は、シリカ含有量の高い非晶質ガラス繊維であり、少なくとも約１０００℃への耐性を必要とする用途のための断熱に適する。これらの繊維は、約５〜２０ｍｍの平均繊維長さと、約９μｍの平均繊維直径とを有する。ＲＥＦＲＡＳＩＬ（登録商標）繊維に似ているこれらの繊維は、約１７００℃の融点を有する。
【００７０】
いくつかの実施形態では、断熱マットが、所望の特定の温度用途に適した（限定するわけではないが、玄武岩繊維又は輝緑岩繊維を含む）刻んだ連続鉱物繊維などの他の既知の無機繊維を選択的には含むことができる。いくつかの実施形態では、このような無機繊維を含める場合、断熱マットの総乾燥重量に基づいて、０よりも大きい重量パーセント〜４０重量パーセントの量で断熱マットに加えることができる。
【００７１】
いくつかの実施形態では、断熱マットを、繊維及び（水などの）液体を混合物又はスラリにする製紙プロセスによって調製することができる。これらの繊維成分は、約０．２５％〜５％の稠度又は固形分（固体０．２５〜５に液体９９．７５〜９５の割合）で混合することができる。次に、このスラリを水などの液体でさらに希釈して形成を促し、最終的に凝集剤及び濾水歩留向上剤を用いて凝集することができる。粘度調整剤などの他の典型的な製紙成分又は化学薬品が存在することもできる。凝集混合物又はスラリは、製紙機上に配置して繊維含有紙の層又はシートに形成することができる。製紙技術のさらに詳細な説明については、その開示が引用により本明細書に組み入れられる特許文献１５を参照されたい。或いは、スラリを真空鋳造することによって断熱マットを形成することもできる。
【００７２】
対象の断熱マットの形成プロセスのいくつかの実施形態では、繊維及びその他の所望の材料をロトフォーマ上に湿式堆積させ、その後に「ニードラ」などの絡める動作を通じて処理する。このプロセスは、繊維を撚り合わせて絡ませるように絡ませるステップを含む。従って、結果として得られる断熱マットは、従来の断熱シートに比べて密度が高く強化される。
【００７３】
いくつかの繊維絡ませ／ニードリング作業では、（油又はその他の潤滑有機物質などの）潤滑液を用いて、繊維破壊を防ぐとともに繊維の移動及び絡ませを支援することができる。
【００７４】
絡ませ作業とは、繊維を紙又はシート内で水平から変位させ、紙又はシートの対向面間で一定の長さにわたって延びるようにする任意の作業を意味する。絡ませ作業は、繊維ウェブが載せられる及び／又は移動する水平面と、下向きに延びる一連の針を有するニードルボードとを含むことができるニードリング装置によって行うことができる。ニードルボードは、針をウェブの内外に往復させ、ウェブの表面を実質的に横切る平面内にウェブの繊維の一部を再配向する。針は、ウェブを通じて一方向から繊維を押すことも、或いは、例えば針の返しを用いて、ウェブの上部から繊維を押してウェブの底部から繊維を引っ張ることもできる。返し付きの針によって繊維紙又はシートを完全に又は部分的に貫通することにより、繊維を物理的に絡ませることができる。
【００７５】
これとは別に、又はこれに加えて、水流絡ませ法を用いて繊維の撚り合わせ作業及び絡ませ作業を行うこともできる。水流絡ませプロセスでは、ワイヤースクリーン又は穿孔ドラムなどの穿孔面上に支持された緩んだ繊維の層又はシートに細い強力な水の噴流をぶつける。この液体噴流により、比較的短く端部の緩んだ繊維の配置が変化し、繊維の少なくとも一部が互いに物理的に絡まり、巻き付き、及び／又は撚り合わされる。
【００７６】
繊維ウェブ及び／又は断熱マットは、乾燥オーブンで乾燥させることができる。
【００７７】
いくつかの実施形態では、対象の断熱マットをロール形態で提供し、或いはダイカット又は水噴流カットすることができる。断熱マットは、必要に応じてひび割れを伴わずに排ガスアセンブリの少なくとも一部を完全に包むことができるように、取り扱いを容易にする薄型で柔軟な形の弾性断熱シートとして機能することができる。
【００７８】
図１に示すように、１つの実施形態では、断熱マット１０が、エンジンと、触媒コンバータ又は図示のように炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板１６を含むことができるディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）などの排ガス処理装置１４とを接続する自動車排気管１２の外面の周囲に配置されるように適合される。従って、断熱マット１０は、内燃エンジン（図示せず）から排出された高温の排ガス２０に近い、排気システムの高温端に曝される。
【００７９】
従って、断熱マット１０は、ガス２０が排ガス処理装置１４を通過するまでガス２０の熱を少なくとも部分的に維持するのに役立つ。排気管１２と排ガス処理装置１４との間の入口コネクタ１９の内部又は外部のコーン断熱体１８も、高温の排ガス２０を外部環境から熱的に隔離することができる。コーン断熱体１８は、断熱マット１０と同様又は同一の断熱マットを含むことができ、或いは断熱マット１０とは異なる繊維組成を含むこともできる。
【００８０】
排ガス２０は、断熱性支持マット２２によって排ガス処理装置１４内に取付けることができる排ガス処理装置１４を通過する。支持マット２２は、断熱マット１０の特性以外の必要な特性を有することができるが、断熱マット１０と同様又は同一とすることもできる。排ガス２０は、排ガス処理装置１４を通過すると、地方条例及び／又は産業協定に従うように少なくとも部分的にＣＯ2、Ｈ2Ｏ及びＮ2ガス２４に変換される。
【００８１】
対象の断熱マットは、主成分、すなわち第１の無機繊維として、生体溶解性繊維及び／又は耐火セラミック繊維で構成することができる。対象の断熱マットは、第２の無機繊維の存在を考慮しても、自動車排ガスシステムの用途で使用できるように提案されている多結晶アルミナ繊維マットよりも大幅に単価が低い。対象の断熱マットは、シリカ及び／又は浸出シリカ繊維材料のみで調製されたマットよりも大幅に低い熱収縮を示す。
【００８２】
いくつかの実施形態では、取り扱い及び取付けを容易にするために、熱処理後に対象の断熱マットに少なくとも１種類のバインダを加えることができる。バインダは、より滑らかで刺激の少ない表面をもたらすとともに、可撓性をもたらすこともできる。しかしながら、断熱マットは絡まされるので、製造、取付け及び動作中にマットを共に保持するために有機バインダに依拠することは必須ではなく、又は意図されていない。たとえ存在する全ての有機バインダが燃え尽きてしまった後でも、対象の断熱マットは、マットの絡まった繊維構造によって引き続き共に保持される。従って、対象の断熱マットは、高温であっても耐振性がある。
【００８３】
以下の例は、対象の断熱マットをさらに説明するために示すものにすぎない。これらの説明例は、決して本主題を限定するものとして解釈すべきではない。
【００８４】
例示的な断熱マットは、その物理的特性を求めるために様々な方法に従って試験することができる。これらの試験方法は、例示的な断熱マットの引張強度、弾性、耐久性及び曲げ特性を求める方法を含む。
【００８５】
引張強度試験
断熱マット試料の引張強度は、試料が裂けるまで又は壊れるまで試料を徐々に引っ張るコンピュータ化された機械を用いて求められ、このような方法は当業者に周知である。試料の引張強度は、試料が裂ける又は壊れる直前に耐えることができた応力の量として求められ、圧力の単位で報告される。
【００８６】
熱伝導性試験
熱伝導性は、以下に完全に書き出されているかのように引用により本明細書に組み入れられるＡＳＴＭ  Ｃ１７７−８５に従って試験した。
【００８７】
弾性試験
断熱マット試料は、本明細書で説明するような１，０００サイクル後の弾性（すなわち、残留保持圧）を評価するように試験することができる。試験を完了するために、試料を間隙内に取付けて、約０．１ｇ／ｃｍ3〜約０．５ｇ／ｃｍ3、選択的には約０．１５ｇ／ｃｍ3〜約０．３ｇ／ｃｍ3、さらに選択的には約０．２ｇ／ｃｍ3〜約０．３ｇ／ｃｍ3の間隙嵩密度を与える。試料を高温に加熱し、試験期間にわたって維持する。次に、間隙を短期間にわたって所与のパーセントで開閉して１サイクルとする。これらの条件下で１，０００サイクルにわたって試料を試験し、試料の弾性は、試料が発揮する保持圧の程度である。この結果、最も望ましい弾性の範囲であるＡ、Ａよりも望ましくない弾性の範囲であるＢ、又は最も望ましくない弾性の範囲であるＣの採点として弾性が報告される。
【００８８】
耐久性試験
断熱マット試料は、試料の耐浸食性を評価するように試験することができる。試料を１．５”×２．０”（３．８１〜５．０８センチメートル）のサイズにダイカットする。次に、試料を秤に掛けて断熱マットの単位面積重量を計算し、試験中に断熱マットの第１及び第２の主要対向面の周囲に位置する取付けプレートが残すべき必要な間隙を計算する。取付けプレートが残した間隙を用いて、断熱マットの間隙嵩密度（「ＧＢＤ」）又は厚みに対応する。
【００８９】
断熱マットの第１及び第２の主要対向面を保持する２つの向かい合う取付けプレートを含む取付け具内に試料を取付ける。取付けた試料を、６００℃に予熱した加熱炉に入れる。加熱炉を１００℃に冷却し、さらに３０分にわたって６００℃で再加熱し、その後に周囲温度に冷却させる。この加熱により、断熱マットから有機物質が燃え尽きるようになる。
【００９０】
次に、加熱炉から取付けアセンブリを取外し、耐浸食性試験装置の内部に配置する。試験中は、モータを作動させて、取付け具の取付けプレート内のオリフィスを通じてガスの脈動流を試料の露出部分に向ける。１．６０バール（１６０ｋＰａ）の空気圧、６６６ｒｐｍのモータ速度及び周囲温度で５０分間試料を試験する。その後、試料を耐浸食性試験装置から取外して浸食を測定する。
【００９１】
浸食の測定は、浸食によって生じる試料内の任意の空隙に板状アルミナを満たし、各試料の空隙内に満たされた板状アルミナの量をグラム単位で量ることによって行う。１．６７ｃｍ3／ｇの板状アルミナの逆密度係数を用いて耐久性を計算し、立方センチメートル（ｃｍ3）で測定した容量損失の平均値を求める。
【００９２】
曲げ特性試験
断熱マット試料の曲げ特性は、試料を試験用円筒体に巻き付けることによって求める。試料が達成できる曲げ特性の範囲を求めるために、様々な直径の試験用円筒体を使用することができる。試料は、その全幅（円筒体の軸方向）に及ぶしわ、断裂又は破損がない場合、特定の試験用円筒体に関する試験に合格する。
【００９３】
９０重量パーセントのＩＮＳＵＬＦＲＡＸ（登録商標）繊維と、１０重量パーセントのＢＥＬＣＯＴＥＸ（登録商標）繊維とを用いて試料Ａ〜試料Ｊを調製した。ＩＮＳＵＬＦＲＡＸ（登録商標）繊維は、約３ｍｍ〜約３０ｍｍの長さと、３μｍ〜約５μｍの直径とを有していた。ＢＥＬＣＯＴＥＸ（登録商標）繊維は、約２５ｍｍの平均長さと、約９μｍの平均直径とを有していた。試料Ａ〜試料Ｅにはニードリングを行わず、試料Ｆ〜Ｋにはニードリングを行った。
【００９４】
試料Ａ〜試料Ｊを試験して、これらの引張強度を求めた。表１に、熱処理の度合いと各試料の引張強度とを列挙する。なお、対象の断熱マットは、これらの物理的特性のバランスを取って、引張強度、弾性、耐久性及び曲げ特性などの一定範囲内に収まる物理的特性を有する断熱マットが得られるように調製される。従って、例えば必ずしも引張強度を最大化できるわけではなく、むしろ引張強度は他の物理的特性と同調して最適化される。
2018510988.tif 000003
【００９５】
試料Ｈ及びＩをさらに試験して、これらの１０００サイクル弾性及び耐浸食性を求めた。表２に、各試料の熱処理の度合い、間隙嵩密度（「ＧＢＤ」）、引張強度（「ＴＳ」）、弾性（「Ｒ」）及び耐浸食性（「ＥＤ」）を列挙する。
2018510988.tif 000004
【００９６】
９０重量パーセントのＩＮＳＵＬＦＲＡＸ（登録商標）繊維と、１０重量パーセントのＢＥＬＣＯＴＥＸ（登録商標）繊維とを用いて試料Ｋ及びＬを調製した。ＩＮＳＵＬＦＲＡＸ（登録商標）繊維は、約３ｍｍ〜約３０ｍｍの長さと、３μｍ〜約５μｍの直径とを有していた。ＢＥＬＣＯＴＥＸ（登録商標）繊維は、約２５ｍｍの平均長さと、約９μｍの平均直径とを有していた。試料Ｋ及びＬにはニードリングを行い、７５０℃の温度で１０分間熱処理した。試料Ｋ及びＬに、０．１９ｇ／ｃｍ3（試料Ｋ）及び０．２１ｇ／ｃｍ3（試料Ｌ）の間隙嵩密度で、ＡＳＴＭ  Ｃ１７７−８５に従う熱伝導性試験を行った。各試料の熱伝導性を、２００℃、４００℃、６００℃及び８００℃で測定した。表３に、熱伝導性試験の結果を示す。同様のマットを約５００℃〜約８００℃の温度で約１０分間熱処理したときも、表３に示すものと同様の結果が示されると予想される。
2018510988.tif 000005
【００９７】
いくつかの実施形態では、対象の断熱マットを排ガス処理装置取付けマットと区別することができる。対象の断熱マットは、任意の有意な圧力下で保持する必要なく使用することができる。換言すれば、断熱マットは、通常の自動車排気システムの振動条件及び温度条件での動作中、特に「ホットエンド」排気断熱用途では、無傷のままで保つために目標密度（間隙嵩密度）に圧縮する必要がない。それにも関わらず、断熱マットは、通常の動作環境において、衝撃及び一般環境から保護されるように薄い金属シートなどの薄いカバーを有することもできる。しかしながら、断熱マットを外部環境に対して密封する必要はない。例えば、いくつかの用途では、縁部を空気又は水分に露出させることもできる。
【００９８】
対象の断熱マットは、（空隙よりも優れた）良好な断熱値、自動車環境における耐久性のための水分及び塩分に対する抵抗、（最大１０００℃又はそれ以上の）高温耐性、複雑な形状の周囲に容易に取付けるための可撓性、及び半径方向振動耐久性の増加を示す。対象の断熱マットは、高温に曝された後に適所に留まることができるほど十分な高引張強度を示す。対象のマットは、多結晶アルミナマットなどの高性能断熱マットよりも安価でありながら優れた性能を提供する。
【００９９】
対象の断熱マットは、垂直管、マニホルド及びマフラー断熱体、並びに触媒コンバータの入口及び出口コーン断熱体などの自動車排気システム断熱用途に有用である。対象の断熱マットは、自動車熱シールドとしての使用にも適している。対象の断熱マットは、燃料電池内の発熱要素を包み込むために使用することもできる。
【０１００】
第１の実施形態では、断熱マットを形成する対象の方法が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約２パーセント未満収縮する第１の無機繊維と、約５〜約１５パーセント収縮する第２の無機繊維とを含む繊維混合物を準備するステップと、繊維混合物から繊維ウェブを湿式形成するステップと、繊維ウェブを絡ませて断熱マットを形成するステップと、断熱マットを約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理するステップと、湿式形成する前記ステップの後に且つ熱処理する前記ステップの前に又はその間、繊維ウェブ及び／又は断熱マットを乾燥させるステップと、を含み、断熱マットは、断熱マットを熱処理する前記ステップ前に非繊維性バインダ材料を実質的に含まない。
【０１０１】
第１の実施形態の方法では、無機繊維混合物を準備する前記ステップが、第１の無機繊維と第２の無機繊維とを混合し、選択的には前記混合前に第１の無機繊維を洗浄するステップを含むことができる。
【０１０２】
さらに、第１の又は後続の実施形態の一方又は両方の方法では、無機繊維ウェブを絡ませる前記ステップが、ニードリング又は水流絡ませの少なくとも一方を含むことができる。
【０１０３】
さらに、第１の又は後続の実施形態の任意の方法では、断熱マットを熱処理する前記ステップが、断熱マットを約５００℃〜約８００℃の温度に少なくとも約３分間露出させるステップを含むことができる。
【０１０４】
さらに、第１の又は後続の実施形態の任意の方法では、断熱マットを熱処理する前記ステップが、断熱マットを約５００℃〜約８００℃の温度に約５分〜約１５分間露出させるステップを含むことができる。
【０１０５】
第１の又は後続の実施形態の任意の方法は、断熱マットを熱処理する前記ステップの後に、断熱マットにバインダを加えるステップをさらに含むことができ、選択的には、バインダは、有機バインダ又は無機バインダの少なくとも一方を含み、さらに選択的には、バインダは、断熱マットの総重量に基づいて、断熱マットに約１〜約２重量パーセントの量で加えられる。
【０１０６】
さらに、第１の又は後続の実施形態の任意の方法では、第１の無機繊維が、繊維混合物の総乾燥重量に基づいて、繊維混合物内に少なくとも約８０重量パーセント、選択的には少なくとも約８５重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約８７重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約８８重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約９０重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約９５重量パーセントの量で存在することができる。
【０１０７】
さらに、第１の又は後続の実施形態の任意の方法では、第１の無機繊維が、約０．５μｍ〜約６μｍ、選択的には約１μｍ〜約６μｍ、さらに選択的には約２μｍ〜約６μｍ、さらに選択的には約４μｍ〜約５μｍ、さらに選択的には約１μｍ〜約３．５μｍ、さらに選択的には約２μｍ〜約２．５μｍの平均直径を有することができる。
【０１０８】
さらに、第１の又は後続の実施形態の任意の方法では、第１の無機繊維が、約３ｍｍ〜約３５ｍｍ、選択的には約５ｍｍ〜約２５ｍｍの平均長さを有することができる。
【０１０９】
さらに、第１の又は後続の実施形態の任意の方法では、第１の無機繊維が、生体溶解性繊維又は耐火セラミック繊維の少なくとも一方を含むことを含むことができる。
【０１１０】
さらに、第１の又は後続の実施形態の任意の方法では、第１の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約２パーセント未満収縮することができる。
【０１１１】
さらに、第１の又は後続の実施形態の任意の方法では、第２の無機繊維が、繊維混合物の総乾燥重量に基づいて、繊維混合物内に最大約２０重量パーセント、選択的には最大約１５重量パーセント、さらに選択的には最大約１３重量パーセント、さらに選択的には最大約１２重量パーセント、さらに選択的には最大約１０重量パーセント、さらに選択的には最大約５重量パーセントの量で存在する。
【０１１２】
さらに、第１の又は後続の実施形態の任意の方法では、第２の無機繊維が、約６μｍ〜約１３μｍ、選択的には約７μｍ〜約１１μｍ、さらに選択的には約９μｍ〜約１１μｍの平均直径を有することができる。
【０１１３】
さらに、第１の又は後続の実施形態の任意の方法では、第２の無機繊維が、約１２ｍｍ〜約５０ｍｍ、選択的には約２０ｍｍ〜約３５ｍｍの平均長さを有することができる。
【０１１４】
さらに、第１の又は後続の実施形態の任意の方法では、第２の無機繊維が、シリカ繊維、Ｓガラス繊維、Ｓ２ガラス繊維、Ｅガラス繊維又は繊維ガラス繊維のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【０１１５】
さらに、第１の又は後続の実施形態の任意の方法では、第２の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約５〜約１５パーセント収縮することができる。
【０１１６】
さらに、第１の又は後続の実施形態の任意の方法では、繊維混合物が、繊維混合物の総乾燥重量に基づいて、選択的には最大１重量パーセント、選択的には約０．０５〜約０．３重量パーセント、さらに選択的には約０．１〜約０．２５重量パーセントの量の有機繊維をさらに含み、さらに選択的には、この有機繊維は、ポリビニルアルコール繊維、ポリエチレン及び／又はポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、エチル酢酸ビニル繊維、又はナイロン繊維のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【０１１７】
第２の実施形態では、対象の断熱マットを第１の又は後続の実施形態の任意の方法に従って調製することができる。
【０１１８】
第２の実施形態の断熱マットは、約４０ｋＰａ〜約１１０ｋＰａ、選択的には約８０ｋＰａ〜約１０５ｋＰａの引張強度を有することができる。
【０１１９】
第２の又は後続の実施形態の一方又は両方の断熱マットは、約９０ｋｇ／ｍ3〜約２００ｋｇ／ｍ3、選択的には約９０ｋｇ／ｍ3〜約１５０ｋｇ／ｍ3、さらに選択的には約１００ｋｇ／ｍ3〜約１５０ｋｇ／ｍ3の密度を有することができる。
【０１２０】
第２の又は後続の実施形態の任意の断熱マットは、約４００ｇｓｍ〜約５，０００ｇｓｍ、選択的には約４００ｇｓｍ〜約４，０００ｇｓｍの単位面積重量を有することができる。
【０１２１】
第３の実施形態では、第１の無機繊維及び第２の無機繊維を含む対象の断熱マットが、約４０ｋＰａ〜約１１０ｋＰａ、選択的には約８０ｋＰａ〜約１０５ｋＰａの引張強度、約９０ｋｇ／ｍ3〜約２００ｋｇ／ｍ3、選択的には約９０ｋｇ／ｍ3〜約１５０ｋｇ／ｍ3、さらに選択的には約１００ｋｇ／ｍ3〜約１５０ｋｇ／ｍ3の密度、又は約４００ｇｓｍ〜約５，０００ｇｓｍ、選択的には約４００ｇｓｍ〜約４，０００ｇｓｍの単位面積重量のうちの少なくとも１つを有し、断熱マットを約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、第１の無機繊維は、約２パーセント収縮し、第２の繊維は、約５〜約１５パーセント収縮する。
【０１２２】
さらに、第１の実施形態の断熱マットでは、第１の無機繊維が、繊維混合物の総乾燥重量に基づいて、繊維混合物内に少なくとも約８０重量パーセント、選択的には少なくとも約８５重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約８７重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約８８重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約９０重量パーセント、さらに選択的には少なくとも約９５重量パーセントの量で存在することができる。
【０１２３】
さらに、第１の又は後続の実施形態の一方又は両方の断熱マットでは、第２の無機繊維が、繊維混合物の総乾燥重量に基づいて、繊維混合物内に最大約２０重量パーセント、選択的には最大約１５重量パーセント、さらに選択的には最大約１３重量パーセント、さらに選択的には最大約１２重量パーセント、さらに選択的には最大約１０重量パーセント、さらに選択的には最大約５重量パーセントの量で存在することができる。
【０１２４】
さらに、第３の又は後続の実施形態の任意の断熱マットでは、第１の無機繊維が、約０．５μｍ〜約６μｍ、選択的には約１μｍ〜約６μｍ、さらに選択的には約２μｍ〜約６μｍ、さらに選択的には約４μｍ〜約５μｍ、さらに選択的には約１μｍ〜約３．５μｍ、さらに選択的には約２μｍ〜約２．５μｍの平均直径を有することをさらに含むことができる。
【０１２５】
さらに、第３の又は後続の実施形態の任意の断熱マットでは、第２の無機繊維が、約６μｍ〜約１３μｍ、選択的には約７μｍ〜約１１μｍ、さらに選択的には約９μｍ〜約１１μｍの平均直径を有することができる。
【０１２６】
さらに、第３の又は後続の実施形態の任意の断熱マットでは、第１の無機繊維が、約３ｍｍ〜約３５ｍｍ、選択的には約５ｍｍ〜約２５ｍｍの平均長さを有することができる。
【０１２７】
さらに、第３の又は後続の実施形態の任意の断熱マットでは、第２の無機繊維が、約１２ｍｍ〜約５０ｍｍ、選択的には約２０ｍｍ〜約３５ｍｍの平均長さを有することができる。
【０１２８】
さらに、第３の又は後続の実施形態の任意の断熱マットでは、第１の無機繊維が、生体溶解性繊維又は耐火セラミック繊維の少なくとも一方を含むことができる。
【０１２９】
さらに、第３の又は後続の実施形態の任意の断熱マットでは、第２の無機繊維が、シリカ繊維、Ｓガラス繊維、Ｓ２ガラス繊維、Ｅガラス繊維又は繊維ガラス繊維のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【０１３０】
さらに、第３の又は後続の実施形態の任意の断熱マットでは、第２の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約２パーセント未満収縮することができる。
【０１３１】
さらに、第３の又は後続の実施形態の任意の断熱マットでは、第２の無機繊維が、約５００℃〜約８００℃の温度で、選択的には少なくとも約３分間熱処理したとき、約５〜１５パーセント収縮することができる。
【０１３２】
第３の又は後続の実施形態の任意の断熱マットは、選択的には、断熱マットの総乾燥重量に基づいて、約０．０５〜約０．３重量パーセント、選択的には約０．１〜約０．２５重量パーセントの量のポリビニルアルコール繊維をさらに含むことができる。
【０１３３】
第３の又は後続の実施形態の任意の断熱マットは、バインダをさらに含むことができ、選択的には、バインダは、有機バインダ又は無機バインダの少なくとも一方を含み、さらに選択的には、バインダは、断熱マットの総重量に基づいて、断熱マットに約１〜約２重量パーセントの量で加えられる。
【０１３４】
本明細書で説明した実施形態はほんの例示にすぎず、当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく変形及び修正を行うことができると理解されるであろう。上述したように、全てのこのような変形及び修正は、本発明の範囲内に含まれることが意図されている。さらに、本発明の様々な実施形態を組合せて所望の結果をもたらすことができるので、開示した実施形態が必ずしも全て代替形態に含まれるとは限らない。
【図１】
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【国際調査報告】
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