(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック系多結晶ファイバーとアニールされたセラミックファイバーの混合物とを含む汚染防止装置に用いられる高温マット。
【請求項２】
前記セラミック系多結晶ファイバーおよび前記アニールされたセラミックファイバーが、ステッチボンディング、ニードルボンディング、スプレーボンディングまたは真空バギングまたは有機バインダーのいずれかによりファイバー塊に結合されている、請求項１記載の高温マット。
【請求項３】
前記マットが膨張性材料を含む、請求項１記載の高温マット。
【請求項４】
前記高温マットに接合された膨張性材料の層をさらに含む、請求項１記載の高温マット。
【請求項５】
前記セラミック系多結晶ファイバーが約５％〜約９５％の範囲で含まれ、前記アニールされたセラミックファイバーが約５％〜約９５％の範囲で含まれている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高温マット。
【請求項６】
前記高温マットが、（ａ）実条件取付試験により約１０ｋＰａ以上の弾性値、（ｂ）収縮が約５％以下、（ｃ）耐圧が約１０％以上、（ｄ）密度が約０．１〜約０．７ｇ／ｃｍ3の範囲内、（ｅ）冷腐食試験により０．１ｇ／ｈｒ以下の腐食値のうち少なくとも１つの特性を示す、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高温マット。
【請求項７】
（ａ）筐体と、
（ｂ）前記筐体内に配置され、外側表面を有する汚染防止要素と、
（ｃ）前記汚染防止要素と前記筐体間において前記汚染防止要素の外側表面周囲に配置された請求項１〜６のいずれか１項に記載の高温マットと
を含む汚染防止装置。
【請求項８】
（ａ）少なくとも１つの二重壁末端円錐部を有する筐体と、
（ｂ）前記筐体の二重壁末端円錐部の内側と外側円錐部間に配置された請求項１〜６のいずれか１項に記載の高温マットと
を含む汚染防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、汚染防止装置用の実装材料に係り、特に、汚染防止装置における高温絶縁層として好適な実装材料のシートに、さらには、多結晶ファイバーおよびアニールされたセラミックファイバーの混合物を含む実装材料のシートに関する。
【０００２】
背景
汚染防止装置は、大気汚染を防止するために自動車両に用いられている。触媒コンバータとディーゼル微粒子フィルタが、現在広く使われている２種類の汚染防止装置である。これらの装置は両方とも、汚染防止要素またはモノリシック構造を含んでおり、これは、この構造と筐体壁間に配置された実装材料により金属筐体内に実装されている。モノリシック構造またはモノリスは、金属か、より一般的にはセラミック材料のいずれかにより作成される。触媒コンバータにおいて、モノリスが触媒を担持し、高温、すなわち２６０℃を超える温度で、一酸化炭素と炭化水素の酸化および窒素酸化物の還元を促す。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。
【０００３】
セラミックモノリスの壁は通常、非常に薄く、破損しやすい。一般に、セラミックモノリスの熱膨張係数は、それが含まれている金属筐体よりも非常に小さい。セラミックモノリスの道路の衝撃や振動による損傷を防ぎ、モノリスと筐体の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、実装材料はセラミックモノリスと金属筐体間に配置する。
【０００４】
実装材料またはマットの配置のプロセスはまた、キャンニングとも呼ばれ、モノリスと金属筐体間の間隙にペーストを注入したり、モノリス周囲をシートまたはマット材料で包み、包まれたモノリスを筐体に注入するようなプロセスが含まれる。マットは通常、様々な種類のセラミック繊維状材料で作成される。セラミックファイバーは、溶融成形プロセスのような従来のプロセスにより作成される。
【０００５】
ゾル−ゲルプロセスは、実装マットに用いるファイバーを提供するのに使われる他の方法である。ゾル−ゲルプロセスにより、高温弾性および所望のレベルの耐食性という特徴を持つファイバーが生成される。しかしながら、ゾル−ゲルプロセスから生成されたファイバーは低密度であり、汚染防止装置に直接適用するのに好適なマットを与えるために、追加の処理が必要である。さらに、ゾル−ゲルプロセスを操作する経済的なコストは、その他の従来のファイバー製造プロセスに比べて非常に高くつく。
【０００６】
概要
本発明は、汚染防止装置用高温マットに係る。実装マット（ｍｏｕｎｔｉｎｇ  ｍａｔ）は、汚染防止要素を包み、包まれた要素を汚染防止装置内で固定するのに好適である。さらに、高温マットは、汚染防止装置の二重壁末端円錐部において絶縁層として用いることができる。本発明は、一般に、触媒コンバータやディーゼル微粒子フィルタのような汚染防止装置に用いられる。
【０００７】
本発明の高温マットには、多結晶ファイバーとアニールされたセラミックファイバーの混合物が含まれる。多結晶ファイバーは、極めて少量（５重量％未満）のセラミック微粒子物質を含むゾル−ゲル成形ファイバーである。本発明の他のセラミックファイバー成分は少なくとも部分結晶度を有するアニールされたセラミックファイバーである。記載したファイバーの組み合わせにより、追加の処理工程を必要とすることなく、汚染防止装置に直接使用するのに好適な密度を有する実装マットが得られる。本発明の実装マットはまた、高温および通常の実装圧力において、良好な耐食性と望ましい弾性値を有している。
【０００８】
高温マットは、汚染防止装置に用いられる。本発明の汚染防止装置は、筐体（ｈｏｕｓｉｎｇ）と、筐体内に配置された汚染防止要素とを含む。本発明に従って作成された実装マットは、要素と筐体の間の要素の外側表面に配置される。この代わりに、高温実装マットは、汚染防止装置の二重壁末端円錐部において絶縁層として用いることができる。すなわち、絶縁層は、二重壁末端円錐部の内側と外側の金属円錐部の間に挟まれる。
【０００９】
キャンニングの前に所望の嵩密度を得るために、追加の処理を必要とすることなく、望ましい密度と嵩厚さを有する実装マットが提供されるという利点がある。また、高い操作温度および通常の実装圧力で望ましい弾性と良好な耐食性を得るために高温マットを利用する汚染防止装置が提供されるという利点もある。
【００１０】
本発明によれば、明細書で用いられる用語は次に定義される通りである。
「ショットフリーセラミックファイバー」とは約５％未満の微粒子セラミック材料を有する多結晶ファイバーで、ゾル−ゲルプロセスにより一般的に形成される。
「アニールされたアモルファスファイバー」とは、ファイバーの弾性を改善するのに十分な温度までアニールしておいた溶融形成リフラクトリーセラミックファイバーのことである。アニールプロセスは、冷腐食試験により判断したときにファイバーが過剰に脆くなる前に止めるのが好ましい。アニールされたファイバーは、Ｘ線回折および微結晶度を調べる透過型電子顕微鏡により判断したときにある程度の結晶度を示す。ファイバーが適しているかどうかは、示差熱分析により判断することができる。
「弾性」とは、繰り返しの厚さの変化、すなわち圧縮および弛緩サイクルに係らず、実質的な保持力を維持する能力のことである。
「セラミック系ファイバー」とは、８０％以上のレベルの量で金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物またはこれらの組み合わせを含むファイバーのことである。
【００１１】
詳細な説明
図１に、本発明の実装材料を用いた汚染防止装置１０を示す。汚染防止装置１０には、筐体１２と汚染防止要素１４とが含まれる。汚染防止要素１４は、高温実装マット１６により弾性的に支持されている。実装マット１６に用いられる材料には、多結晶セラミックファイバーとアニールされたセラミックファイバーの混合物が含まれる。
【００１２】
本発明の実装材料は、薄壁セラミックモノリスおよび金属モノリスに特に有用である。高度の弾性が汚染防止要素またはモノリスを適所に保持するのに必要な力を与える。意外なことに、多結晶セラミックファイバーとアニールされたセラミックファイバーの組み合わせにより、汚染防止装置の操作温度で適切な耐圧を維持しながら、収縮を減らして、高度の弾性と耐食性が与えられる。
【００１３】
本発明の材料の組み合わせから作成されたマットは、純粋な多結晶ファイバーやアニールされたセラミックファイバーまたは多結晶ファイバーとアニールされていないセラミックファイバーとの組み合わせのいずれかから形成されたマットに比べて利点がある。すべてが多結晶ファイバーから形成されたマットは密度が低く望ましくない。さらに、すべてが多結晶ファイバーのマットは嵩高く、モノリスを適所に保つために十分な保持力を与えるのに必要な所望の実装密度を得るために約１０のファクターにより実質的に圧縮しなければならない。さらに、多結晶材料から作成されたマットは、所望の量の圧縮を維持するために、ニードルステッチング、バッグへの封入、バインダーの添加および圧力をかけた乾燥または硬化のような手段またはキャンニングを促すためにこられらの組み合わせにより圧縮接合しなければならない。アニールされたファイバーのみを用いて作成されたマットは、弾性値が低く、耐圧値が下がる傾向にある。本発明のマットはファイバーを下げるために追加の圧縮手段なしで容易にキャニングできる。さらに、本発明の結合されたファイバーを用いたマットは望ましい弾性値と耐圧値の両方を有している。
【００１４】
本発明によれば、実装材料は材料のマットまたはシートの形態で提供される。マットは結合されたファイバーの単一層または複数層とすることができる。一実施形態において、多結晶ファイバーとアニールされたセラミックファイバーの混合物とを含むマットを用いてモノリスが実装される。他の実施形態において、マットは多結晶ファイバー、アニールされたセラミックファイバーおよび１種類以上の膨張性材料から形成される。さらに他の実施形態において、マットは多結晶ファイバーとアニールされたセラミックファイバーおよび膨張性材料を含むことのできる１種類以上のその他の層の混合物の層から形成される。図２に、多結晶ファイバーとアニールされたセラミックファイバーの混合物の第１の層２２と、膨張性材料を含むセラミックファイバーの第２の層２４とを有するマット２０の後者の実施形態の例を示す。好ましくは、ファイバーの第１の層２２はモノリスに対して実装されている。
【００１５】
本発明に好適なセラミック系多結晶ファイバーは、従来のゾル−ゲル生成プロセスから生成される。多結晶ファイバーを用いると、本発明のマットに高温弾性と耐食性が付与される。さらに、ゾル−ゲルプロセスを用いるとショットフリーのファイバーが得られる。ショット、特に微粒子物質を含むファイバーはマットの強度に悪影響を及ぼす。実装マットを形成するのに有用な多結晶ファイバーは、３Ｍ（ミネソタ州、セントポール）よりＮｅｘｔｅｌファイバー３１２、Ｎｅｘｔｅｌファイバー４４０、Ｎｅｘｔｅｌファイバー５５０という商品名で、Ｕｎｉｆａｘ（ニューヨーク州、ナイアガラフォール）よりファイバーマックスファイバーという商品名で、ＩＣＩアメリカ（デラウェア州、ウィルミントン）よりＳａｆｆｉｌファイバーという商品名で、そして三菱化学（日本、東京）よりＭａｆｔｅｃファイバーという商品名で市販されているものである。ファイバーは大量のアルミナを含んでいるのが好ましい。アルミナ含量は６０％以上であるのが最も好ましい。ファイバー組成はある量のシリカまたはジルコニアも含むことができる。多結晶ファイバーの長さおよび直径は特定の用途によって異なる。しかしながら、多結晶ファイバーのファイバー長さは５ｃｍを超え、ファイバー直径は約２〜１２ミクロンである。
【００１６】
アニールされたセラミックファイバーは、所望の特性を最終マットに与えるために多結晶ファイバーと組み合わせて用いられる。アニールされたセラミックファイバーは、様々な金属酸化物から溶融ブローまたは溶融スパンすることのできる溶融形成リフラクトリーセラミックファイバーである。溶融形成リフラクトリーファイバーは、アニールされたアモルファスファイバーを形成するために組成に応じた温度でアニールまたは熱処理される。ファイバーは、３０〜６０重量％のアルミナと、６０〜４０重量％のシリカを好ましくはほぼ等しい重量部で有するＡｌ2Ｏ3とＳｉＯ2の混合物であるのが好ましい。混合物はＢ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ5およびＺｒＯ2のようなその他の酸化物も含むことができる。
【００１７】
高温マットを作成するのに用いることができる溶融形成リフラクトリーセラミックファイバーは、数多くの商業源から入手可能であり、Ｕｎｉｆｒａｘ（ニューヨーク州、ナイアガラフォール）より「Ｆｉｂｅｒｆｒａｘ」という商品名で、サーマルセラミクス（ジョージア州、アウグスタ）より「Ｃｅｒａｆｉｂｅｒ」および「Ｋａｏｗｏｏｌ」という商品名で、プレミアリフラクトリーズ（テネシー州、エルヴィン）より「Ｃｅｒ−ｗｏｏｌ」という商品名で、新日本鋼管化学（日本、東京）より「ＳＮＳＣ」という商品名で知られているものが挙げられる。「Ｃｅｒ−ｗｏｏｌ」という商品名で知られたセラミックファイバーの製造業者によれば、それらは、４８重量％のシリカと５２重量％のアルミナの混合物から溶融スパンされており、平均ファイバー直径は３〜４マイクロメートルである。「Ｃｅｒｆｉｂｅｒ」という商品名で知られたセラミックファイバーの製造業者によれば、それらは、５４重量％のシリカと４６重量％のアルミナの混合物から溶融スパンされており、平均ファイバー直径は２．５〜３．５マイクロメートルである。「ＳＮＳＣ  １２６０−Ｄ１」というセラミックファイバーの製造業者によれば、それらは、５４重量％のシリカと４６重量％のアルミナの混合物から溶融形成されており、平均ファイバー直径は約２マイクロメートルである。
【００１８】
マットの個々のアニールされたセラミックファイバーの直径は特定の最終用途に応じて異なる。一般に、直径は約２〜約８マイクロメートルである。これより大きいまたは小さい直径のファイバーだと溶融形成リフラクトリープロセスにより作成するのが難しいためである。大きな直径のファイバーは、より脆性なマットを生成するため、適正な取扱い性を与えるためにより多くのバインダーを必要とする。２マイクロメートルより小さい、または８マイクロメートルより大きい直径でリフラクトリーセラミックファイバーを溶融形成するのは難しい。
【００１９】
溶融形成されたリフラクトリーセラミックファイバーは最終用途に適用する前にアニールしなければならない。溶融形成リフラクトリーセラミックファイバーを高温、例えば、８５０℃以上でアニールするときは、ファイバーは失透または結晶状態に変化する。失透プロセス中、Ｘ線回折では検出されないが、透過型電子顕微鏡では検出できる微結晶構造をいくつかのファイバーが発現する転移点がある。その他のファイバーは、Ｘ線回折により検出可能な結晶性を発現し始める。
【００２０】
本発明の実施に好適なファイバーは、結晶の形成が始まる温度以上でアニールされているものである。図３に、本発明にとって十分にアニールされたファイバーのＸ線回折スキャンを示す。図４に、本発明に好適ではないアモルファスファイバーのＸ線回折スキャンを示す。当業者であれば、Ｘ線回折スキャンあるいは透過型電子顕微鏡から結晶の存在を判断することができる。
【００２１】
ファイバーをアニールできる時間−温度の関係が存在する。例えば、ファイバーは長い時間にわたって低めの温度でアニールすると、結晶が形成される。または高温で短い時間アニールすることもできる。溶融形成ファイバーに好適なアニール温度は、セイコーインスツルメンツより入手可能な装置を用いた示差熱分析（ＤＴＡ）により求めることができる。当業者であれば、ＤＴＡデータを用いて、所望のレベルのアニールを行うために、特定のファイバーを加熱しなければならない温度を判断することができる。例えば、示差熱分析が示す大略５０％のアルミナと５０％のシリカの組成を有するファイバーの最適アニール温度は約１０００℃である。
【００２２】
アニール時間および温度はファイバーが脆性とならず、扱いにくくならないように制御されるのが好ましい。本発明の利点を得るのに過剰の熱および時間は必要ない。失透が始まる温度は、ＤＴＡにおいていかに早く温度が上がったか、および材料の組成のような因子に応じて異なるが、温度は約８５０℃〜１０５０℃である。
【００２３】
アニールされたセラミックファイバーおよび多結晶ファイバーを結合して、不規則に混合して、本発明の高温マットを得るのが好ましい。有用なマットは、約５％〜約９５％のアニールされたセラミックファイバーと、５〜９５％の多結晶ファイバーから作成することができ、アニールされたセラミックファイバーと多結晶ファイバーの重量の合計が１００％に等しい。マットは、好ましくは約１０〜９０％のアニールされたアモルファスファイバーと９０〜１０％のショットフリーセラミックファイバー、より好ましくは２０〜８０％のアニールされたセラミックファイバーと８０〜２０％の多結晶ファイバーから作成される。作成にコストがかかる傾向があるため、ショットフリーファイバーの量を最低にするのが好ましい。ショットフリーファイバーが大量にあるとマットがより嵩高くなる。アニールされたセラミックファイバーは、これらのファイバーの量によってマットの弾性値が１０ｋＰａ未満に下がったり、腐食速度が過剰とならない限りは、存在させてもよい。マットの弾性値が１０ｋＰａを超えていれば、さらに他のファイバーを加えてもよい。
【００２４】
本発明のマットは、任意でさらに膨張性材料を含むことができる。好適な膨張性材料としては、米国特許第３，００１，５７１号（Ｈａｔｃｈ）に記載された非膨張蛭石、蛭鉱石、部分剥離蛭石、膨張可能グラファイト、ハイドロバイオタイト、水膨潤性合成四珪酸フッ素タイプのマイカ、米国特許第５，１５１，２５３号（Ｍｅｒｒｙら）に記載された部分脱水蛭石および米国特許第４，５２１，３３３号（Ｇｒａｈａｍら）に記載されたアルカリ金属シリケート顆粒が挙げられるが、これに限られるものではない。好ましい膨張性材料としては、非膨張蛭石、すなわち、蛭鉱石および膨張可能なグラファイトが挙げられる。膨張性材料材料の選択は所望の最終用途に応じて異なる。より高温、例えば、約５００℃を超える温度では、蛭石材料が好適である。というのは、触媒コンバータにおける膨張する金属筐体とモノリス間の膨張間隙を埋めるのに約３４０℃で膨張し始めるからである。ディーゼル微粒子フィルタのような、より低温、例えば、約５００℃未満を使う場合には、約２１０℃で膨張し始めるため処理済グラファイトが好ましい。処理済蛭石も利用可能である。これらは約２９０℃で膨張する。様々な膨張性材料のブレンドも用いることができる。
【００２５】
層内の膨張性材料はマット全体の約５〜約７５重量％の範囲で用いることができる。本実施形態において、アニールされたセラミックファイバーおよび多結晶ファイバーは約１０〜７０％の量で存在する。任意で、バインダーは約２〜２０％の量で存在する。
【００２６】
取扱いを促し、十分な完全性と、モノリスの周囲で曲がるような弾性を与えるために、本発明のマットはバインダーを用いて作成されるのが好ましい。バインダーは、クレイやコロイドシリカのような無機物であっても有機物であってもよい。マットの取扱いに必要な弾性を与えるが、モノリスの周りを包み、業界では「キャンニング」と呼ばれるプロセスにおいて汚染防止装置の金属筐体に挿入された後はバーンアウトされるため、有機バインダーが好ましい。有機バインダーは乾燥基準で約２〜２０重量％の量で用いることができる。
【００２７】
好適な有機バインダー材料としては、水性ポリマーエマルジョン、溶剤系ポリマーおよび１００％の固体ポリマーが挙げられる。水性ポリマーエマルジョンは、ラテックス形態の有機バインダーポリマーおよびエラストマー（例えば、天然ゴムラテックス、スチレン−ブタジエンラテックス、ブタジエン−アクリロニトリルラテックス、アクリレートおよびメタクリレートポリマーおよびコポリマーのラテックス）である。溶剤系ポリマーバインダーは、アクリル、ポリウレタンまたはゴム系有機ポリマーのようなポリマーを含むことができる。１００％固体のポリマーとしては、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴムおよびその他エラストマーが挙げられる。
【００２８】
好ましくは、有機バインダー材料としては、水性アクリルエマルジョンが挙げられる。エージング特性および非腐食性燃焼生成物のため、アクリルエマルジョンが好ましい。有用なアクリルエマルジョンとしては、ローム・アンド・ハース（ペンシルバニア州、フィラデルフィア）より「ＰＨＯＰＬＥＸ  ＴＲ−９３４」（４４．５重量％の固体水性アクリルエマルジョン）および「ＰＨＯＰＬＥＸ  ＨＡ−８」（４５．５重量％固体のアクリルコポリマーの水性エマルジョン）という商品名で、ＩＣＩレジンＵＳ（マサチューセッツ州、ウィルミントン）より「ＮＥＯＣＲＹＬ  ＸＡ−２０２２」（６０．５％固体のアクリル樹脂の水性分散液）という商品名で、エアプロダクツ・アンド・ケミカルズ（ペンシルバニア州、アレンタウン）よりＡｉｒｆｌｅｘ（登録商標）６００ＢＰＤＥＶ（５５重量％固体のエチレン酢酸ビニルアクリレートターポリマーの水性エマルジョン）という商品名で市販されているものが挙げられる。
【００２９】
有機バインダー材料は１種類以上の可塑剤も含むことができる。可塑剤は、ポリマーマトリックスを軟化させる傾向があり、該組成物から作成されたシート材料の可撓性および成形性に寄与する。
【００３０】
その他の添加剤を加えて、意図する目的に必要な量でマットを形成してもよい。かかる添加剤としては、消泡剤、凝集剤、界面活性剤等が挙げられる。強度向上剤を本発明の組成に含めてもよい。強度向上剤としては、例えば、セルロースファイバーや二成分バインダーファイバーのような有機ファイバーおよびガラスファイバーやマイクロファイバーガラスのような無機ファイバーが挙げられる。
【００３１】
本発明の高温マットは、含気または製紙プロセスのような従来の手段により作成することができる。製紙プロセスにおいて、セラミックファイバーは水およびバインダーと混合されて、固体１０％未満の混合物またはスラリーが形成される。スラリーを凝集剤および排水保持助剤で凝集させる。次に、凝集した混合物を製紙機に入れてマットへと形成し、脱水する。マットまたはシートは、スラリーまたは混合物を従来の製紙装置で真空鋳造により形成してもよい。マットをオーブンまたは室温で乾燥させる。乾燥したマットを、スタンピングや打抜き加工のような手段により切断して所望の形状とする。あるいは、マット形成後、マットをステッチボンド、ニードルボンド、スプレーボンドするか、真空バギングプロセスを施して、マットをさらに特定の最終用途の状態とすることができる。バインダーを用いる、または用いないマットに対するかかる修正は、当業者に従来から認識されているプロセスにより実施される。
【００３２】
マットは最終用途の要件に合わせて様々な厚さで作成することができる。これらの要件としては、モノリスの種類（例えば、薄壁、金属、標準の厚さの壁）、室温での間隙厚さ、室温での実装密度、高温で間隙厚さ、高温でのマットが出す圧力、および高温でのマットの収縮または膨張の傾向が挙げられる。アニールされたセラミックファイバーと多結晶ファイバーを含むが、膨張性材料は含まない一般的な実装マットの厚さは約１〜約２５ｍｍである。
【００３３】
図２に示すように、膨張性層を２層のマット構造に含めるときは、膨張性層の厚さは約０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍ、非膨張性層の厚さは約１〜約１５ｍｍとすることができる。多層のマットは、膨張性および非膨張性層の様々な組み合わせで形成することができる。汚染防止装置において、膨張性層は金属筐体と接触するように配向させる。
【００３４】
マットを同じ層においてファイバーと膨張性材料の組み合わせから形成するときは、一般的な厚さは約１〜２５ｍｍである。
【００３５】
さらに、本発明のマットは米国特許第５８８２６０８号に開示されたような挿入物またはＥＰ第６３９７００号に開示されたような端部保護材料を含んでいてもよい。
【００３６】
本発明の得られたマットは、以下の実施例に記載したＲＣＦＴ試験により求められる弾性値で示される望ましい弾性を示す。弾性値は、室温出発圧力１８０〜２２０ｋＰａで１０ｋＰａ以上、好ましくは１５ｋＰａ以上である。後述するＲＣＦＴ試験に記載した耐圧は、典型的には約１０％を超え、好ましくは約１２％を超える。
【００３７】
本発明のマットはまた収縮が小さい。与えられたマットの収縮値は、以下の実施例に記載してある熱機械分析試験により求めたときに５００℃〜１００℃で記録される。これらの温度範囲での大量の収縮は望ましくない。というのは、マットが保持力を失って、モノリスが移動して損傷する恐れがあるためである。本発明のマットの収縮は、繰り返し使用中にモノリスを適所に保持するのに十分な圧力保持を維持するために、約５％以下、好ましくは約３％以下、より好ましくは約１％以下である。
【００３８】
本発明のマットは望ましい耐食性を示す。マットの耐食性は、以下の実施例で記載した冷腐食試験に従って測定したときに約０．１グラム／時以下である。
【００３９】
得られるマットの密度は約０．１〜約０．７ｇ／ｃｍ3である。０．２１〜１．３ｇ／ｃｍ3の実装密度まで圧縮すると、触媒コンバータを加熱および冷却したときに生じる繰り返しの間隙変化に係らず、これらのマットは触媒コンバータ中のモノリスで実質的な保持力を維持する能力を持つ。
【００４０】
本発明のマットは、汚染防止装置において汚染防止要素を配置するために包むか、あるいは汚染防止装置の末端円錐部の絶縁マットとして用いられる。好適な汚染防止要素（モノリスとも呼ばれる）は業界に公知であり、金属またはセラミックからできたものが挙げられる。モノリスは、コンバータの触媒材料を担持するために用いられる。有用な触媒コンバータ要素は、例えば、米国再発行特許第２７，７４７号（Ｊｏｈｎｓｏｎ）に開示されている。さらに、セラミック触媒コンバータ要素は、例えば、コーニング（ニューヨーク州、コーニング）およびＮＧＫガイシ（株）（日本、名古屋）から市販されている。例えば、ハニカムセラミック触媒担体は、コーニングより「ＣＥＬＣＯＲ」、ＮＧＫガイシ（株）より「ＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ」という商品名で販売されている。金属触媒コンバータ要素はＥｍｉｔｅｃ（ドイツ）より市販されている。
【００４１】
汚染防止装置には、触媒コンバータとディーゼル微粒子トラップの両方が含まれる。ディーゼル微粒子トラップは、同様に、筐体内で耐熱性材料により実装される１つ以上の多孔性管状またはハニカム状構造（しかしながら、一端が閉じたチャンネルを有する）を含む。微粒子は、高温バーンアウト手順により再生されるまで多孔性構造体において排気ガスから集められ、実装材料に熱的な負担をかける。本発明の実装マットはまた、化学工業において用いられる触媒コンバータにおいても用いることができる。これは、排気または排出用煙突内にあり、保護実装されるべき脆性なハニカムタイプの構造も含んでいる。
【００４２】
このように、本発明の目的は、本発明により成し遂げられるものであり、上述した特定の実施形態に限られるものではなく、添付の請求項により定義される修正、変更および等価の実施形態を含む。
【００４３】
試験方法
実条件取付試験（ＲＣＦＴ）
ＲＣＦＴを用いて、通常の使用中の触媒コンバータ中でみられる実際の条件を代表する条件下での実装材料により出される圧力を測定する。弾性の測定もなされる。
【００４４】
独立制御される２つの５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍの加熱プラテンを異なる温度まで加熱して、金属筐体とモノリス温度をシミュレートする。同時に、代表的な触媒コンバータ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。プラテンの温度と間隙の変化を下記の表１に示す。実装材料が出す力を、伸び計（ＭＴＳシステムズ、ノースカロライナ州、リサーチトライアングルパーク）を備えたＳｉｎｔｅｃｈ  ＩＤコンピュータ制御の負荷フレームにより測定する。
【００４５】
試験は３サイクル行う。第１のサイクルの間に有機バインダーがバーンアウトし、第２のサイクルの間に圧力が９００℃で水平になり始め、第３のサイクルにより圧力が安定化する。第３サイクル中の９００℃での圧力を、開始、すなわち、サイクルを行う前の室温での圧力で割ることにより、圧力保持（％でのＲＣＦＴ圧力保持）を求める。第３サイクルにおける９００℃での圧力もキロパスカルで記録する。この圧力はここでは「弾性値」と呼ばれる。
【００４６】
【表１】
0004327393.tif 000002
【００４７】
熱機械分析試験（ＴＭＡ）
この試験では、加熱中のマットの膨張を測定する。この試験は、Ｔｈｅｔａ  ＤｉｌａｔｒｏｎｉｃＩＩ熱分析機、型番ＭＦＥ−７１５を用いる。本試験において、直径１１ｍｍの円形試験マットを炉に置き、１分当たり１５℃の速度で一定に１０００℃まで加熱した。７ｍｍの水晶ロッドをマットの上部に載せ、ロッドは１３５０グラムの重りを支える。加熱に際して、マットは最初、約４００℃まで、または有機バインダーがバーンアウトするまで縮む。試料をさらに加熱すると、マットは収縮し始める。この変位を測定し、マット温度の関数として記録する。５００℃（Ｔ１）と１０００℃（Ｔ２）でのマットの厚さを用いてパーセント収縮を計算する（％収縮＝［（Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ１×１００］。
【００４８】
冷腐食試験（Ｃｏｌｄ  ｅｒｏｓｉｏｎ  ｔｅｓｔ）
この試験は、触媒コンバータにおける実際の条件よりも厳しい条件下で行われる加速試験である。マット実装材料の耐食性に関する比較データとなる。試験試料を２．５４ｃｍ×２．５４ｃｍの正方形に切断し、秤量し、実装密度が０．４００＋／−０．００５ｇ／ｃｍ3となるようにスペーサを用いて２つの高温インコネル６０１鋼板間に実装する。試験アセンブリを８００℃で２時間加熱し、室温まで冷やす。冷却した試験アセンブリを１分当たり２０サイクルでマットの端部で前後に振動させながら、エアジェットの前３．８ｍｍに置く。０．２グラムの材料が喪失するか、２４時間経つか、いずれか先に生じたところでこの試験を止める。エアジェットを１秒当たり３０５メートルの速度でマットに衝突させる。試験の時間で除算した重量喪失により腐食速度を求め、グラム／時間（ｇ／ｈｒ）で記録する。
【００４９】
実施例１〜３および比較例Ｃ１〜Ｃ６
表２に示したファイバーを次のようにしてマットに形成した。ファイバーをＷａｒｉｎｇブレンダーにおいて低速で約１０秒間水に加え、０．４％〜０．６％固体のスラリーを形成した。スラリーを４５．５％固体のアクリルラテックスバインダー（ローム＆ハースより入手可能なＲｈｏｐｌｅｘ  ＨＡ−８）１０乾燥重量％を入れた１２リットルのビーカーに移し、プロペラミキサーにより混合した。十分量の硫酸アルミニウムの５０％水溶液を加えて、ｐＨを４〜６に調整した。凝集剤（Ｎａｌｃｏ７５３０）の０．１％溶液１０グラムと、消泡剤（ヘンケルより入手可能なＦｏａｍｍａｓｔｅｒＩＩＩ）約０．２グラムを加えて、プロペラミキサーにより混合した。混合直後、スラリーを、米国特許第５，２５０，２６９号に記載されたシート鋳型に注ぎ、脱水し、湿潤圧縮し、乾燥してマットを形成した。マットのＲＣＦＴ試験における圧力保持およびＴＭＡ試験により求められる収縮について試験した。実施例１〜３のマットでモノリシック構造の周りを包み、包んだモノリスを金属筐体に挿入し、筐体の周囲を溶接することにより、触媒コンバータを作成することができる。
【００５０】
【表２】
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【００５１】
表１のデータによれば、本発明のマットはＲＣＦＴ試験において良好な圧力保持を示しつつも、収縮が減少していることが分かる。
【００５２】
実施例１、２、比較例Ｃ１およびＣ５のマットについて、実装密度０．４ｇ／ｃｃで冷腐食を試験した。データを表３に示してある。
【００５３】
【表３】
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【００５４】
表３のデータによれば、本発明のマットの冷腐食が、アモルファスのアニールされたファイバーのみよりも改善されていることが分かる。比較例Ｃ５は匹敵する耐食性を有しているが、最終使用の前に圧縮接合工程が必要であり望ましくない。
【００５５】
実施例４〜６
実施例１〜３のマットを、３Ｍより入手可能なＩｎｔｅｒａｍ（登録商標）タイプ１００マットのような膨張性マットと結合して、膨張性層と非膨張性層とを有する２層のマットを生成する。非膨張性層をモノリスに、膨張性層を筐体に押し付けるようにして、２層マットを、モノリスと金属ハウジング間の２層のマットに実装することにより、触媒コンバータを作成する。任意で、膨張性層をモノリスに対して実装することができる。
【００５６】
実施例７において、膨張性材料を実施例１のセラミック系多結晶ファイバーおよびアニールされたファイバーと結合させる。非膨張蛭石フレークを、材料の３０重量％となる量で実施例１のファイバーに加える。得られるマットの密度は０．１〜０．７ｇ／ｃｍ3である。
【００５７】
本発明の一般的な原理の上記の開示および先の詳細な説明から、当業者であれば、本発明に行える様々な修正を容易に行えるであろう。従って、本発明の範囲は、添付の請求項およびこの等価物によってのみ限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  筐体内に配置された包まれた汚染防止要素の拡大透視図。
【図２】  本発明による実装材料の２層シートの部分図。
【図３】  結晶構造を有する溶融形成セラミックファイバーのＸ線回折ダイアグラム。
【図４】  非結晶構造を示す溶融形成セラミックファイバーのＸ線回折ダイアグラム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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