專利名稱：片材及其制造方法、廢氣處理裝置及消音裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有無機(jī)纖維的片材及其制造方法、將該片材作為支撐用密封材或者隔熱材的廢氣處理裝置。另外，本發(fā)明還涉及一種將該片材作為吸音材的消音裝置。

背景技術(shù)：
汽車的數(shù)量在進(jìn)入本世紀(jì)后飛躍增長，與此同時(shí)，汽車內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣量也在急劇增大。特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中含有的各種物質(zhì)，已經(jīng)成為引起污染的原因，目前正對(duì)世界環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
在這樣的情況下，已經(jīng)提出了各種廢氣處理裝置，并且已被實(shí)用化。一般的廢氣處理裝置是在連接至發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管的排氣管的中途設(shè)置由金屬等構(gòu)成的箱體，其中配置廢氣處理體，該廢氣處理體具有由格子壁劃分的、沿長度方向延伸的多數(shù)格子。作為廢氣處理體的一個(gè)例子，有觸媒載體以及柴油微粒過濾器(DPF)等的排氣過濾器。例如，如果是DPF，每一個(gè)格子的一端被密封為相間的方格狀，廢氣通過各格子由廢氣處理體排出之前，微粒(particulate)被格子壁所捕捉，這樣即可從廢氣中除去微粒。廢氣處理體的構(gòu)成材料有金屬、合金，還有陶瓷等。作為由陶瓷構(gòu)成的廢氣處理體的代表例子，堇青石(cordierite)制的蜂窩過濾器已經(jīng)廣為熟知。最近，從耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性等觀點(diǎn)出發(fā)，多孔質(zhì)碳化硅燒結(jié)體也已經(jīng)作為廢氣處理體的材料來使用。
一般來說，上述廢氣處理體和箱體之間設(shè)有支撐用密封材。支撐用密封材用來防止車輛行走時(shí)等產(chǎn)生的、由于廢氣處理體和箱體內(nèi)表面的接觸而引起的損傷，另外，還用來防止廢氣未經(jīng)處理就從箱體和廢氣處理體之間的縫隙泄露。另外，支撐用密封材還可以起到防止由于廢氣的排出壓力而引起的廢氣處理體位置偏移的作用。另外，廢氣處理體因?yàn)橐S持其反應(yīng)性，所以需要保持高溫，這就要求支撐用密封材還要具有隔熱性能。能夠滿足這些條件的構(gòu)件是由氧化鋁系纖維等無機(jī)纖維構(gòu)成的片材。
該片材被卷繞在廢氣處理體的開口面之外的外表面的至少一部分上，例如，將其兩端的結(jié)合部嵌合在一起，再用膠帶等將其與廢氣處理體固定成一體來使用。之后，將這個(gè)一體化的部件設(shè)置在箱體內(nèi)，構(gòu)成廢氣處理裝置。
但是，通常這種片材所含有的無機(jī)纖維中包含各種直徑的纖維，比如還存在極其微細(xì)的纖維。這種微細(xì)纖維在使用時(shí)容易飛散、操作困難，而且從作業(yè)環(huán)境衛(wèi)生方面看，也并不令人滿意。例如，有報(bào)告稱直徑3μm以下的無機(jī)纖維的一部分含有不利于健康的物質(zhì)，而且在國外這種無機(jī)纖維被列為限制對(duì)象(例如，德國技術(shù)guide lineTRGS905)。
因此，為了避免纖維飛散的問題，提出了一種不包含直徑3μm以下的無機(jī)纖維的片材(日本專利申請(qǐng)公開“特開2005-120560號(hào)公報(bào)”) 但是，不包含小直徑纖維(例如，含直徑為3μm以下的纖維)的片材作為支撐用密封材，通常對(duì)廢氣處理體缺乏足夠的支撐力。這是由于僅由大直徑纖維構(gòu)成的片材，在使用時(shí)多數(shù)纖維被折斷而受損，對(duì)外部壓縮應(yīng)力的抵抗力降低。因此，為了將片材作為支撐用密封材，需要使片材含有一定程度的小直徑纖維(例如，直徑為3μm以下的纖維)，但上述的纖維飛散的問題依然存在。
上述問題并不僅僅存在于具有觸媒載體或柴油微粒過濾器(DPF)的廢氣處理裝置中。比如，用于兩輪汽車或四輪汽車的消聲器等消音裝置中也可能發(fā)生相同的問題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種纖維飛散少、操作性及作業(yè)環(huán)境性良好、而且用來作支撐用密封材時(shí)具有適當(dāng)支撐力的片材。并且，本發(fā)明的目的在于提供一種將這種片材用來作支撐用密封材或隔熱材的廢氣處理裝置。此外，本發(fā)明的目的在于提供一種將上述片材用來作吸音材的消音裝置。
本發(fā)明的片材含有無機(jī)纖維，并至少具有第一外層、中心層及第二外層這三個(gè)層，所述第一外層、所述中心層及所述第二外層被層疊成所述第一外層和所述第二外層處于外表面?zhèn)?，所述中心層含有直徑小于或等?μm的無機(jī)纖維，所述第一外層及第二外層由最小直徑超過3μm的無機(jī)纖維構(gòu)成。
本發(fā)明的片材可以抑制無機(jī)纖維的飛散，可以提高片材的操作性及作業(yè)環(huán)境性。
本發(fā)明的片材含有無機(jī)纖維，并至少具有第一外層、中心層及第二外層這三個(gè)層，所述第一外層、所述中心層及所述第二外層被層疊成所述第一外層和所述第二外層處于外表面?zhèn)?，所述中心層含有直徑小于或等?μm的無機(jī)纖維，所述第一外層及第二外層由根據(jù)式(1)算出的A值超過6μm的無機(jī)纖維構(gòu)成。
A＝(M-2×e) 式(1) 這里，M是外層中含有的無機(jī)纖維的平均直徑，e是下述式(2)表示的標(biāo)準(zhǔn)誤差，其中，σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差、n是測(cè)定數(shù)。
式(2) 本發(fā)明的片材含有無機(jī)纖維，并至少具有第一外層、中心層及第二外層這三個(gè)層，所述第一外層、所述中心層及所述第二外層被層疊成所述第一外層和所述第二外層處于外表面?zhèn)?，所述中心層含有直徑小于或等?μm的無機(jī)纖維，所述第一外層或第二外層由生物可溶性無機(jī)纖維材料構(gòu)成。
在此，所述第一外層無機(jī)纖維的平均直徑及最小直徑可以分別與所述第二外層的平均直徑及最小直徑相同。
并且，所述第一外層及第二外層實(shí)質(zhì)上可以為相同的層。
此外，所述第一外層及第二外層相對(duì)于片材的總重量比W最好在0＜W≤50wt％的范圍內(nèi)。
并且，所述第一外層及第二外層相對(duì)于片材的厚度比t最好在0＜t≤50％的范圍內(nèi)。
所述中心層的側(cè)面構(gòu)成片材的所述兩個(gè)外表面之外的端面的至少一部分，在該側(cè)面的至少一部分可以設(shè)置被覆層。
此時(shí)，所述被覆層可以覆蓋所述中心層的整個(gè)側(cè)面。
所述被覆層可以由與所述第一外層或第二外層相同的層構(gòu)成。
片材還可以含有結(jié)合材。
片材還可以包含設(shè)在所述第一外層和所述中心層或第二外層和所述中心層之間的粘接層。
本發(fā)明的片材制造方法，該片材含有無機(jī)纖維，所述制造方法包含步驟制作由最小直徑超過3μm的無機(jī)纖維構(gòu)成的第一外層；制作含有直徑小于或等于3μm的無機(jī)纖維的中心層；制作由最小直徑超過3μm的無機(jī)纖維構(gòu)成的第二外層；以及，至少層疊所述第一外層、所述中心層及所述第二外層這三個(gè)層，使所述第一外層和所述第二外層處于外表面?zhèn)?，并接合各層?br> 本發(fā)明的片材制造方法，該片材含有無機(jī)纖維，所述制造方法包含步驟制作由根據(jù)式(1)算出的A值超過6μm的無機(jī)纖維構(gòu)成的第一外層；制作包含直徑小于或等于3μm的無機(jī)纖維的中心層；制作由根據(jù)式(1)算出的A值超過6μm的無機(jī)纖維構(gòu)成的第二外層；以及，至少層疊所述第一外層、所述中心層及所述第二外層這三個(gè)層，使所述第一外層和所述第二外層處于外表面?zhèn)?，并接合各層?br> A＝(M-2×e) 式(1) 在這里，M是外層中含有的無機(jī)纖維的平均直徑，e是下述式(2)表示的標(biāo)準(zhǔn)誤差，其中σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差、n是測(cè)定數(shù)。
式(2) 本發(fā)明的片材制造方法，該片材含有無機(jī)纖維，所述制造方法包含步驟制作由第一生物可溶性無機(jī)纖維材料構(gòu)成的第一外層；制作包含直徑小于或等于3μm的無機(jī)纖維的中心層；制作由第二生物可溶性無機(jī)纖維材料構(gòu)成的第二外層；以及，至少層疊所述第一外層、所述中心層及所述第二外層這三個(gè)層，使所述第一外層和所述第二外層處于外表面?zhèn)?，并接合各層?br> 在此，接合所述各層的步驟包含以粘接層接合各層的步驟。
本發(fā)明的片材制造方法，該片材含有無機(jī)纖維，所述制造方法包含步驟將只含有最小直徑超過3μm的無機(jī)纖維的第一原料漿注入到成型器中；對(duì)第一原料漿進(jìn)行脫水，得到第一成形體；將含有直徑小于或等于3μm的無機(jī)纖維的第二原料漿注入到已脫水的第一原料漿之上；對(duì)第二原料漿進(jìn)行脫水，在所述第一成形體上形成第二成形體；將只含有最小直徑超過3μm的無機(jī)纖維的第三原料漿注入到成型器中；對(duì)第三原料漿進(jìn)行脫水，在所述第一成形體及第二成形體上形成第三成形體；對(duì)在所述第一成形體及第二成形體上形成了第三成形體的三層結(jié)構(gòu)的成形體進(jìn)行壓縮干燥，形成三層結(jié)構(gòu)的片材。
本發(fā)明的所述各種方法可以進(jìn)一步包含含浸結(jié)合材的步驟。
本發(fā)明的廢氣處理裝置，包含廢氣處理體和卷繞在該廢氣處理體外周面的至少一部分的支撐用密封材，所述支撐用密封材由所述的任意一個(gè)片材構(gòu)成。
本發(fā)明的廢氣處理裝置，包含廢氣入口管及出口管、設(shè)置在所述入口管及出口管之間的廢氣處理體，所述入口管的至少一部分設(shè)置隔熱材，該隔熱材由所述的任意一個(gè)片材構(gòu)成。
在此，所述廢氣處理體可以為觸媒載體或廢氣過濾器。
本發(fā)明的消音裝置，包含內(nèi)管、覆蓋該內(nèi)管外周的外殼、設(shè)置在所述內(nèi)管與外殼之間的吸音材，所述吸音材由所述的任意一個(gè)片材構(gòu)成，該片材設(shè)置在所述內(nèi)管與外殼之間時(shí)使第一外層位于外側(cè)。
本發(fā)明的片材可以抑制纖維飛散、提高操作性及作業(yè)環(huán)境性。而且，將這種片材用來作廢氣處理裝置的支撐用密封材時(shí)，抑制針對(duì)廢氣處理體的支撐力下降。并且，將這種片材用來作消音裝置的吸音材時(shí)，可以抑制內(nèi)管與外殼之間的面壓力的下降。
因此，本發(fā)明提供一種將所述片材應(yīng)用于支撐用密封材及/或隔熱材的廢氣處理裝置，以及制造這種廢氣處理裝置的方法。并且，本發(fā)明提供一種將上述片材應(yīng)用于吸音材的消音裝置。



圖1為本發(fā)明的片材形狀的一個(gè)例子。
圖2為表示將本發(fā)明的片材與廢氣處理體一起安裝至箱體內(nèi)時(shí)的狀態(tài)的概念圖。
圖3為本發(fā)明的另一個(gè)片材結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。
圖4為沿圖3的A-A線截取的截面圖。
圖5為本發(fā)明廢氣處理裝置的一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明消音裝置的一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為以“貼合方式”制造本發(fā)明片材的方法流程圖。
圖8為以“一次制造方式1”制造本發(fā)明片材的方法流程圖。
圖9為纖維飛散性試驗(yàn)裝置的一部分的示意圖。
圖10為壓縮恢復(fù)疲勞試驗(yàn)裝置的簡單示意圖。
圖11為表示外層的總重量比與1000周期后的恢復(fù)面壓力關(guān)系的曲線圖。
圖12為表示外層的總重量比與1000周期后的面壓力下降率關(guān)系的曲線圖。
圖13為表示相對(duì)于片材整體厚度的外層厚度比與1000周期后的恢復(fù)面壓力關(guān)系的曲線圖。
圖14為表示相對(duì)于片材整體厚度的外層厚度比與1000周期后的面壓力下降率關(guān)系的曲線圖。
主要符號(hào)說明 2為入口管，4為出口管，10為廢氣處理裝置，12為箱體，20為廢氣處理體，24為支撐用密封材，26為隔熱材，30、31為片材，50為配合吐部，60為配合凹部，82為第一外層，84為中心層，86為第二外層，88為被覆層，110為纖維飛散性試驗(yàn)裝置，120為塑膠袋，130為壓板，140為臂，150為垂直壁，160為試樣，310為壓縮恢復(fù)疲勞試驗(yàn)裝置，700為消音裝置，720為內(nèi)管，740為吸音材，760為外殼。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方式 以下參考

本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。
[第一實(shí)施方式] 圖1為本發(fā)明片材的第一實(shí)施方式的一個(gè)例子。但是，本發(fā)明的片材并不局限于圖1所示的形狀。另外，圖2為將本發(fā)明的片材作為支撐用密封材的廢氣處理裝置的分解結(jié)構(gòu)圖。
當(dāng)本發(fā)明的片材30被卷繞在觸媒載體等廢氣處理體20上作為廢氣處理裝置的支撐用密封材24來使用時(shí)，如圖1所示，在與片材30的卷繞方向(X方向)垂直的兩個(gè)端面70、71上設(shè)置一組嵌合用凸部50和嵌合用凹部60。片材30被卷繞在廢氣處理體20上時(shí)，如圖2所示，嵌合用凸部50和嵌合用凹部60嵌合，片材30被固定在廢氣處理體20上。之后，卷繞了片材30的廢氣處理體20通過如壓入方式被壓入由金屬等制成的筒狀箱體12內(nèi)，形成廢氣處理裝置10。
本發(fā)明的片材30是以無機(jī)纖維為主體構(gòu)成的，但是如下所述，還可以含有結(jié)合材。
本發(fā)明的片材30至少包含第一外層82、中心層84以及第二外層86，第一外層82、中心層84以及第二外層86被層疊構(gòu)成，將第一外層82和第二外層86作為外表面。例如，在圖1中，本發(fā)明的片材30由第一外層82、中心層84以及第二外層86順序?qū)盈B而構(gòu)成。
中央的中心層84是包含直徑小于或等于3μm的無機(jī)纖維(以下稱為“微細(xì)纖維”)的片材。另外，第一外層82及第二外層86由不包含“微細(xì)纖維”的無機(jī)纖維構(gòu)成。
這種三層結(jié)構(gòu)的片材在操作時(shí)，由于中心層84所包含的“微細(xì)纖維”受到設(shè)置在片材上下兩個(gè)最表面的第一外層及第二外層82、86限制而不能自由移動(dòng)。因此，可以抑制片材的“微細(xì)纖維”飛散，改善片材的操作性及作業(yè)環(huán)境。據(jù)此，本發(fā)明可以提供作業(yè)性良好的片材。
如現(xiàn)有技術(shù)中將只由不含有“微細(xì)纖維”的大直徑纖維構(gòu)成的片材作為廢氣處理裝置的支撐用密封材來使用時(shí)，在操作時(shí)(卷繞在廢氣處理體上或安裝于箱體時(shí))或使用廢氣處理裝置時(shí)，片材中所含有的許多纖維被折斷而受損，對(duì)外部壓縮應(yīng)力的抵抗力降低，針對(duì)廢氣處理體的支撐力下降。但是，本發(fā)明的片材包含提高支撐力的“微細(xì)纖維”。因此，將該片材作為廢氣處理裝置的支撐用密封材來使用時(shí)，可以抑制使用不包含“微細(xì)纖維”的片材對(duì)廢氣處理體的支撐力的下降，能夠維持對(duì)廢氣處理體足夠的支撐力。
在本發(fā)明中，并沒有特別限定第一外層及第二外層相對(duì)于片材的重量比W的上限值，但是，W最好為W≤50wt％，優(yōu)選為W≤20wt％。另外，W的下限值在理論上可以采用滿足0＜W的任何值。只是，如果W值過小，中心層84中的一部分微細(xì)纖維可能貫穿第一外層82或第二外層86而飛散到外部。因此，從實(shí)用的角度出發(fā)，W的下限值最好為W≥2wt％。第一外層82和第二外層86的重量可以相同也可以不同，例如兩者重量比可以在1∶9～9∶1的范圍。
第一外層及第二外層相對(duì)于整個(gè)片材的總厚度比t，例如可以為0＜t≤70％，最好為0＜t≤50％，優(yōu)選為0＜t≤20％。比如，水平靜止?fàn)顟B(tài)的整個(gè)片材的厚度可為5～20mm。第一外層82和第二外層86的厚度可以相同也可以不同，例如兩者厚度比可以在1∶9～9∶1的范圍。
但是，如果t值過小，中心層84中的一部分微細(xì)纖維可能貫穿第一外層82或第二外層86而飛散到外部。因此，從實(shí)用的角度出發(fā)，t的最小值最好為t≥1％。
第一外層及第二外層以及中心層的單位面積重量并沒有被特別限定，例如第一外層及第二外層的單位面積重量為60g/m2～1500g/m2，中心層的單位面積重量為500g/m2～3000g/m2。單位面積重量是指片材的單位面積所含有的纖維總重量，當(dāng)片材包含結(jié)合材時(shí)，表示單位面積所含有的結(jié)合材和纖維的總重量。此外，各層的體積密度(bulk density)并沒有被特別限定，例如可以為0.07g/cm3～0.30g/cm3。
本發(fā)明沒有限定整個(gè)片材的體積密度及單位面積重量，例如整個(gè)片材的體積密度為0.07g/cm3～0.30g/cm3、單位面積重量為500g/m2～3000g/m2。
本實(shí)施方式中沒有限定第一外層及第二外層所含有的無機(jī)纖維的平均直徑，比如可以使用如平均直徑為5μm～10μm的纖維。但是，需要注意第一外層及第二外層并不包含“微細(xì)纖維”。為此，通常第一外層及第二外層所含有的無機(jī)纖維的最小直徑在3.1μm～5.0μm范圍。在本發(fā)明中，第一外層及第二外層的各種特性(平均纖維直徑、最小纖維直徑、制作方法)可以相同也可以不同。
另外，中心層所含有的無機(jī)纖維的平均直徑在3.0μm～8.0μm的范圍內(nèi)。但是，中心層可以包含“微細(xì)纖維”。
各層所含有的無肌纖維的平均直徑是按照下述方法測(cè)定的。首先，將從任何一個(gè)層提取的氧化鋁系纖維放入汽缸中，并使用20.6MPa加壓粉碎。然后，將該試料放在篩網(wǎng)上，將通過篩子的試料作為用電子顯微鏡進(jìn)行觀察的樣本。在該樣本的表面蒸鍍金等之后，用放大率約為1500倍左右的電子顯微鏡進(jìn)行拍攝。從拍到的照片至少可以測(cè)到40根纖維的直徑。針對(duì)5個(gè)樣本重復(fù)進(jìn)行該操作，并將測(cè)定值的平均值作為該層無機(jī)纖維的平均直徑。
各層所含有的纖維的最小直徑按照下述方法求出。分別拍攝外層及中心層的適當(dāng)部分的電子顯微鏡照片(放大率約為1500倍左右)。在拍出的照片(約50根纖維)中選擇直徑最小的纖維并測(cè)定其直徑。針對(duì)從各層的不同位置提取的六張照片進(jìn)行相同的操作，并將得到的直徑中的最小直徑作為該層的最小纖維直徑。
當(dāng)片材由后述的“針刺(needling)處理法”制造時(shí)，各層的針(needle)跡密度最好在2.0個(gè)/cm2～20.0個(gè)/cm2的范圍內(nèi)。這是由于當(dāng)各層的針跡密度小于2.0個(gè)/cm2時(shí)，可能使強(qiáng)度下降。另外，當(dāng)針跡密度超過20.0個(gè)/cm2時(shí)，即使再增加針跡密度，體積密度也幾乎不變化，而且片材被硬質(zhì)化而導(dǎo)致操作性下降。
在本申請(qǐng)中，“針跡”是指，在通過“針刺處理法”制造的片材中，在插入拔出針或者其它纖維交織工具時(shí)，在片材上生成的最大尺寸為3mm2以下的纖維交織痕跡。
本發(fā)明的片材30，如上所述，被卷繞在廢氣處理體20的外周，并將其端部嵌合、膠帶固定而使用。被該片材30卷繞的廢氣處理體20，通過壓入等方法設(shè)置在箱體12內(nèi)，以此構(gòu)成廢氣處理裝置10。
[第二實(shí)施方式] 下面說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式。
本實(shí)施方式的片材與上述圖1中的片材30相同，由第一外層、中心層以及第二外層順序?qū)盈B構(gòu)成。但是，該片材的第一外層及第二外層由A值超過6μm的無機(jī)纖維構(gòu)成，所述A值通過下述的式(1)算出 A＝(M-2×e) 式(1) 在此，M是外層所含有的無機(jī)纖維的平均直徑，e是下述式(2)表示的標(biāo)準(zhǔn)誤差，其中σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差、n是測(cè)定數(shù)。
式(2) 根據(jù)歐洲有關(guān)玻璃纖維的健康安全性規(guī)定(EU directive97/69/EC，1997年12月5日生效)(下面稱為“歐洲指令”)，上述式(1)的A滿足A＞6μm的無機(jī)纖維屬于所謂的“Note-R”，被列在限制對(duì)象之外。
因此，具有上述第一外層及第二外層的本實(shí)施方式的片材，即使第一外層及第二外層自身發(fā)生無機(jī)纖維的飛散，這種無機(jī)纖維對(duì)人體引起不良影響的可能性也很小。并且，如上所述，由于片材的兩個(gè)表面設(shè)有第一外層及第二外層，因此在操作時(shí)可以有效抑制中心層的“微細(xì)纖維”飛散。因此，采用這種片材時(shí)，如上所述，也能改善片材的操作性及作業(yè)環(huán)境。而且，由于該片材含有提高支撐力的“微細(xì)纖維”，因此可以減小支撐力的下降。
第二實(shí)施方式的片材只需滿足上述A＞6μm的關(guān)系，不必限定第一外層及第二外層的無機(jī)纖維的平均直徑。應(yīng)該注意到與第一實(shí)施方式不同，第二實(shí)施方式的片材中第一外層及第二外層可以含有若干的“微細(xì)纖維”。另外，中心層與第一實(shí)施方式相同，包含“微細(xì)纖維”，無機(jī)纖維的平均直徑最好在3.0μm～8.0μm的范圍。
[第三實(shí)施方式] 根據(jù)本發(fā)明的片材的上述方式，第一外層及第二外層由最小直徑超過3μm的無機(jī)纖維或根據(jù)式(1)算出的A值超過6μm的無機(jī)纖維構(gòu)成。相對(duì)于此，本發(fā)明的片材的第三實(shí)施方式的特征在于，其第一外層及/或第二外層由“生物可溶性無機(jī)纖維材料”構(gòu)成。
在此，“生物可溶性無機(jī)纖維材料”是指，在上述“歐洲指令”中被排除在無機(jī)纖維限制對(duì)象之外的、滿足所謂的“Note-Q”基準(zhǔn)的無機(jī)纖維的總稱。在此，作為被排除在限制對(duì)象之外的無機(jī)纖維，“歐洲指令”的“Note-Q”中列出了如下條件 A)在根據(jù)短期吸入的生物體內(nèi)滯留性試驗(yàn)中，長度大于20μm的無機(jī)纖維具有不到10天的半減期； B)在根據(jù)期間內(nèi)注入的短期的生物體內(nèi)滯留性試驗(yàn)中，長度大于20μm的無機(jī)纖維具有不到40天的負(fù)荷半減期； C)在適當(dāng)?shù)母骨粌?nèi)投予試驗(yàn)中，沒有過高致癌性的證據(jù)； D)在適當(dāng)?shù)拈L期吸入試驗(yàn)中，不會(huì)產(chǎn)生相關(guān)的病原性變化或腫瘤性變化。
這種“生物可溶性無機(jī)纖維材料”，即使被吸入人體也會(huì)在體內(nèi)溶解，因此對(duì)人體的影響非常小，是安全的。因此，當(dāng)由“生物可溶性無機(jī)纖維材料”構(gòu)成片材的第一外層及第二外層時(shí)，從這些層本身飛散的無機(jī)纖維對(duì)人體沒有絲毫影響。而且，片材中央部的中心層所含有的“微細(xì)纖維”，其向外部的飛散被第一外層及第二外層抑制。因此，通過這種第三實(shí)施方式的片材也能有意改善片材的操作性及作業(yè)環(huán)境，尤其是作業(yè)環(huán)境性。
[第四實(shí)施方式] 上述三個(gè)實(shí)施方式的片材是在中心層84的兩個(gè)“主表面”設(shè)置第一外層82及第二外層86。但是，本發(fā)明的片材并不限定于這種結(jié)構(gòu)。
圖3及圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的片材結(jié)構(gòu)的例子。圖4為沿圖3的A-A線截取的截面圖。該片材31也與上述圖1中示出的片材30相同，由第一外層82、中心層84以及第二外層86順序?qū)盈B而構(gòu)成。但是，與圖1中示出的片材30不同，片材31還包含覆蓋整個(gè)片材側(cè)面40的被覆層88。
具有這種被覆層88的片材31，在片材的側(cè)面40也沒有露出中心層84。因此，在對(duì)片材進(jìn)行操作時(shí)等，在片材的側(cè)面40也能抑制“微細(xì)纖維”的飛散。因此，可以進(jìn)一步抑制片材的“微細(xì)纖維”向外部飛散。
雖然圖3中被覆層88覆蓋了片材31的整個(gè)側(cè)面40，但是應(yīng)該注意到，被覆層88也可以只設(shè)置在側(cè)面40的一部分。此時(shí)，雖然與圖3中示出的片材31相比，其“微細(xì)纖維”的飛散抑制效果有所下降，但是與圖1中示出的片材30相比，依然可以有效地抑制“微細(xì)纖維”的飛散。
被覆層88可以通過粘接劑或以縫合等方法設(shè)置在片材的側(cè)面。被覆層88只要可以抑制“微細(xì)纖維”的飛散，可以采用任何結(jié)構(gòu)，例如，可以采用與第一實(shí)施方式的片材或第二實(shí)施方式的片材相同的層。
圖3的例子中，第一外層及第二外層可以由不含有“微細(xì)纖維”的無機(jī)纖維構(gòu)成。但是，第一外層及第二外層也可以由式(1)定義的A值超過6μm的無機(jī)纖維或“生物可溶性無機(jī)纖維材料”構(gòu)成。
圖5中示出本發(fā)明的廢氣處理裝置10的結(jié)構(gòu)之一個(gè)例子。廢氣處理裝置10包含外周卷繞支撐用密封材24的廢氣處理體20、用于容納該廢氣處理體的箱體12、分別連接于該箱體的入口端及出口端的廢氣入口管2及出口管4。在圖5示出的例子中，支撐用密封材24使用圖1中示出的片材30。但是，支撐用密封材24也可以使用圖3中示出的片材31。入口管2及出口管4形成為錐形，口徑在與箱體12連接的位置變大。但是，本實(shí)施方式并不限于一種錐形。在入口管2的一部分(圖5的例子中為錐形部)設(shè)置隔熱材26，據(jù)此可以抑制廢氣處理裝置10內(nèi)部的熱量通過入口管2傳到外部。
在該圖的例子中，廢氣處理體20是一個(gè)觸媒載體，其具有作為廢氣入口和出口的開口面，在平行于氣流的方向具有多個(gè)格子(或貫通孔)。觸媒載體由蜂窩(honeycomb)狀的多孔質(zhì)碳化硅等構(gòu)成。但是，本發(fā)明的廢氣處理裝置10并不限定于這種結(jié)構(gòu)。例如，廢氣處理體20也可由各格子的一端被密封而形成相間的方格狀的柴油微粒過濾器(DPFDiesel Particulate Filter)構(gòu)成。
在這種廢氣處理裝置中，如上述片材的效果，將片材卷繞在廢氣處理體20時(shí)，可以有效地抑制無機(jī)纖維的飛散。并且，支撐用密封材可以向廢氣處理體提供適當(dāng)?shù)闹瘟Α?br> 另外，也可用本發(fā)明片材構(gòu)成隔熱材26。
下面說明本發(fā)明片材的其它應(yīng)用例。圖6表示具有本發(fā)明片材的消音裝置的概圖。該消音裝置設(shè)置在兩輪汽車或四輪汽車等的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中。消音裝置700包含內(nèi)管720(例如，由不銹鋼等金屬制造的)、覆蓋內(nèi)管外周的外殼760(例如，由不銹鋼等金屬制造的)、設(shè)置在內(nèi)管與外殼之間的吸音材740。通常，內(nèi)管720的表面設(shè)置多個(gè)小穿孔。廢氣在內(nèi)管720內(nèi)部流動(dòng)時(shí)，這種消音裝置700可以通過消音材740衰減廢氣中所含有的噪音成份。
吸音材740可以使用本發(fā)明的片材。通過在吸音材740中使用本發(fā)明的第一至第四實(shí)施方式片材中的任意一個(gè)，在內(nèi)管720上卷繞片材時(shí)，可以有效地抑制無機(jī)纖維的飛散，并且可以抑制內(nèi)管與外殼之間的面壓力的下降。
下面說明本發(fā)明的片材的制造方法。下面的描述以上述第一實(shí)施方式的片材30為例，說明其制造方法。
制造本發(fā)明片材30的典型的方法有“貼合方式”和“一次制造方式”兩種方式。
圖7表示通過“貼合方式”制造本發(fā)明片材30的方法流程圖。該方式分別制作不含有“微細(xì)纖維”的兩個(gè)層(即，第一外層82及第二外層86)和含有“微細(xì)纖維”的中心層，然后將這些層層疊使其一體化而制造三層結(jié)構(gòu)的片材。
首先，在步驟S100制作不含有“微細(xì)纖維”的第一外層。第一外層如下所述，通過如“針刺處理法”或“抄制法”制作。需要注意的是，本申請(qǐng)中的“針刺處理法”之術(shù)語包含，具有在片材上插入拔出如針等纖維交織工具的針處理工序的各種片材的制造方法。此外，需要注意，本申請(qǐng)中的“抄制法”指包含纖維的開纖、漿化、成型及壓縮干燥各工序的片材制造方法。
然后，在步驟S110制作不含有“微細(xì)纖維”的第二外層。第二外層與第一外層相同，也采用“針刺處理法”或“抄制法”制作。
然后，在步驟S120制作含有“微細(xì)纖維”的中心層。與第一外層及第二外層相同，中心層也采用“針刺處理法”或“抄制法”制作。在此，該三個(gè)層的制作方法(“針刺處理法”或“抄制法”)可以相同，也可以不同。而且，步驟S100～S120的工序并不一定要按照該順序進(jìn)行，例如可以最先制作中心層，然后再制作第一外層及第二外層。
接著，在步驟S130中將第一外層、中心層、第二外層這三個(gè)層順序?qū)盈B，并接合各層。接合各層的方法包含在第一外層及第二外層/中心層表面設(shè)置兩面膠或粘接劑等“粘接層”使其粘接的方法，或者將各層之間的表面縫合進(jìn)行接合的方法等。上述通過“粘接層”進(jìn)行接合的方法，除了通過“粘接層”直接接合各層的方法之外，還有在中心層的兩面以及相對(duì)于該兩面的各外層表面以140℃溫度熱粘接熱可塑性膜(例如，PE膜、CLAF(注冊(cè)商標(biāo))等)，并在這些膜中的任意兩面設(shè)置膠帶或粘接劑等接合三層的方法。粘接劑可以使用丙烯系粘接劑、丙烯酸鹽(acrylate)系膠乳(latex)等。兩面膠、粘接劑及熱可塑性膜的厚度沒有被特別限定，例如為0.02mm～0.20mm。
在本申請(qǐng)中，“粘接層”指如兩面膠或粘接劑等為了接合中心層和兩個(gè)外層而設(shè)置在各表面的層，若中間設(shè)有上述熱可塑性膜，則包含該膜。因此，對(duì)于夾有上述熱可塑性膜的結(jié)構(gòu)，一個(gè)“粘接層”的厚度為熱可塑性膜的厚度×2+兩面膠(或粘接劑)的厚度?！罢辰訉印钡暮穸壤缭?.02mm～0.60mm的范圍。
“貼合方式”經(jīng)過這種工序制造本發(fā)明的片材。
另外，“一次制造方式”與上述的“貼合方式”不同，通常在一系列工序中形成由三層構(gòu)成的片材。在“一次制造方式”中也通過“針刺處理法”或“抄制法”中的任意一個(gè)制造片材。只是，“一次制造方式”無需單獨(dú)準(zhǔn)備各層，可以使用另一種簡單的制造裝置，因此具有可以簡化制作工序的優(yōu)點(diǎn)。
下面具體說明使用“貼合方式”及“一次制造方式”制造本發(fā)明片材的方法之一例。在下面的說明中，以含有作為無機(jī)纖維的氧化鋁(alumina)和二氧化硅(silica)的混合物的片材為例進(jìn)行說明。只是，纖維材料并不限定于此，可以只由氧化鋁或二氧化硅中的一種構(gòu)成?；蛘撸部梢允褂闷渌鼰o機(jī)纖維。
(貼合方式1) 如上所述，該方式最初需要準(zhǔn)備各層。各層使用“針刺處理法”，經(jīng)過調(diào)制紡絲液、吹氣(blowing)處理、針刺(needle)處理、焙燒(burning)、含浸結(jié)合材的各工序而制作。
(調(diào)制紡絲液的工序) 在鋁含有量為70g/l、Al/Cl＝1.8(原子比)的堿性氯化鋁水溶液中添加氧化鋁和二氧化硅組成比為60～97∶40～3的硅溶膠(silica sol)，調(diào)制無機(jī)纖維的前軀體。尤其，氧化鋁-二氧化硅組成比最好為70～97∶30～3。這是由于當(dāng)氧化鋁組成比在60％以下時(shí)，由氧化鋁和二氧化硅生成的莫來石(mullite)組成比率下降，因此完成后具有各層的導(dǎo)熱性提高、隔熱性下降的傾向。另外，當(dāng)氧化鋁組成比超過97％時(shí)，會(huì)損壞無機(jī)纖維的柔軟性。
然后，在該氧化鋁系纖維的前軀體加入聚乙烯醇(polyvinylalcohol)等有機(jī)聚合物。然后，濃縮該液體調(diào)制紡絲液。
(吹氣處理工序) 然后，使用得到的紡絲液通過吹氣處理進(jìn)行紡絲。吹氣處理是根據(jù)載波噴嘴噴出的載波流和紡絲液供應(yīng)噴嘴擠出的紡絲液流進(jìn)行紡絲的方法。該處理方法可以通過控制載波氣體(空氣)的流量和紡絲液供應(yīng)速度，控制氧化鋁纖維前軀體的平均直徑及最小直徑。因此，在該工序確定完成后的外層及中心層所含有的無機(jī)纖維的平均直徑和最小直徑。
通常，紡絲噴嘴的直徑為0.1～0.5mm。制作外層時(shí)，由載波噴嘴噴出的空氣流速通常為30～150m/s，由紡絲液供應(yīng)噴嘴的紡絲液供應(yīng)速度通常為1～120ml/h。另外，制作中心層時(shí)，由載波噴嘴噴出的空氣流速通常為40～200m/s。并且，由紡絲液供應(yīng)噴嘴的紡絲液供應(yīng)速度通常為1～60ml/h。
然后，通過層疊完成紡絲的前軀體制作原料片。
(針刺處理工序) 然后，針對(duì)原料片進(jìn)行針刺處理。針刺處理通常使用針刺裝置。
通常，針刺裝置包含可以沿針刺方向(一般為上下方向)往返移動(dòng)的針板、設(shè)在原料片的表面及背面兩面的一對(duì)支撐板。針板上以約25～5000個(gè)/100cm2的密度裝有用于刺入原料片的多個(gè)針。各支撐板上設(shè)有針刺用的多個(gè)貫通孔。因此，在用一對(duì)支撐板壓住原料片兩面的狀態(tài)下，使針板靠近或遠(yuǎn)離原料片向原料片插入拔出針，以此形成纖維交織的原料片。在此，針刺裝置還可以設(shè)置按一定移送速度(例如，約20mm/秒)朝一定方向(約平行于原料片內(nèi)外表面的方向)搬送原料片的搬送單元。此時(shí)，可以在按一定速度移動(dòng)原料片的狀態(tài)下進(jìn)行針處理，因此無需在每壓接一次針板時(shí)移動(dòng)原料片。
此外，作為另一種結(jié)構(gòu)，針刺裝置也可以具有兩張為一組的針板。各針板分別具有支撐板。通過將兩張針板分別設(shè)置在原料片的表面及背面，從而通過各支撐板從兩面固定原料片。在此，一個(gè)針板的針布置為進(jìn)行針處理時(shí)不會(huì)與另一個(gè)針板的針群發(fā)生位置重合。各支撐板考慮到兩側(cè)針板的針布置情況設(shè)置多個(gè)貫通孔，以用于從原料片的兩面進(jìn)行針處理時(shí)不會(huì)導(dǎo)致針接觸支撐板。通過這種裝置，可以使用兩張支撐板從原料片的兩面夾住原料片，并使用兩張針板由原料片的兩側(cè)進(jìn)行針處理。根據(jù)這種方法插入拔出針，可以容易地形成針跡密度高的外層或中心層。
(焙燒工序) 然后，從常溫加熱所得到的原料片，在最高溫度1250℃左右連續(xù)焙燒0.5～2小時(shí)，由此可以得到用于片材的外層及中心層。
(含浸附著結(jié)合材的工序) 可以根據(jù)需要進(jìn)行結(jié)合材含浸附著處理，使外層及中心層含浸如有機(jī)樹脂的結(jié)合材。據(jù)此，可以防止外層及中心層的體積變大。并且，可以進(jìn)一步防止纖維從制成的片材的脫離。但是，結(jié)合材含浸附著處理并不一定要在該階段進(jìn)行。例如，也可以在如下所述的中心層與兩個(gè)外層接合之后(即，形成片材之后)，進(jìn)行結(jié)合材含浸附著處理。
在含浸附著處理中，結(jié)合材的附著量最好在1.0～10.0重量百分比的范圍內(nèi)。如果低于1.0重量百分比，防止無機(jī)纖維脫離的效果會(huì)降低。如果超過10.0重量百分比，則使用廢氣處理裝置時(shí)排出的有機(jī)成份(結(jié)合材的分解氣體)量增加 結(jié)合材可以使用環(huán)氧(epoxy)樹脂、丙烯樹脂、橡膠系樹脂、苯乙烯系樹脂等有機(jī)系結(jié)合材。也可以使用丙烯系(ACM)、丙烯腈丁二烯橡膠(NBR)、苯乙烯丁二烯橡膠(SBR)樹脂等。
使用由這種結(jié)合材與水調(diào)制的水分散液進(jìn)行噴霧涂敷，使外層及中心層含浸結(jié)合材。通過這種處理添加到外層及中心層中的多余的附著固體成分及水分，通過下述方法進(jìn)行清除。
清除多余的固體成分時(shí)，通過使用真空泵等吸引裝置的吸引法進(jìn)行。清除多余的水分時(shí)，在90～160℃溫度加熱片材及/或以40kPa～100kPa的壓力進(jìn)行壓縮。
經(jīng)過這種工序，制作含浸結(jié)合材的外層及中心層。
(外層及中心層的接合工序) 然后，在中心層的表面和背面層疊外層而接合該三層。接合三層的方法如上所述，有使用“粘接層”的方法、縫合各層之間的表面進(jìn)行接合的方法等。經(jīng)過這種工序、制造本發(fā)明的片材。
(貼合方式2) 在貼合方式的另一個(gè)例子中，制作各層時(shí)使用“抄制法”。在“抄制法”中各層經(jīng)過纖維的開纖、漿化、成型及壓縮干燥的各工序進(jìn)行制作。
(纖維的開纖) 首先，進(jìn)行無機(jī)纖維的開纖處理。開纖處理可以只單獨(dú)實(shí)施干式開纖處理，也可以實(shí)施干式開纖處理以及濕式開纖處理的兩階段處理。在干式開纖處理中，使用漿磨(feather mill)裝置等裝置對(duì)原料纖維進(jìn)行開纖。另一方面，在濕式開纖處理中，將由上述干式開纖處理所得的綿狀的干式開纖纖維投入到濕式開纖裝置中，再進(jìn)行開纖。在濕式開纖處理中，使用打漿機(jī)(pulper)等濕式開纖裝置。經(jīng)過這樣的開纖處理，就可以得到開纖的原料纖維。
(漿化工序) 之后，投入攪拌機(jī)中例如攪拌1～5分鐘，以使此原料纖維的重量相對(duì)于水的比率為1～2wt％。接下來，在該液體中添加4wt％～8wt％的有機(jī)結(jié)合材，攪拌1～5分鐘。另外，在該液體中再添加相對(duì)于原料纖維為0.5wt％～1.0wt％的無機(jī)結(jié)合材，攪拌1～5分鐘。然后，再在該液體中添加相對(duì)于原料纖維為0.5wt％左右的凝聚劑，進(jìn)行最長約為2分鐘左右的攪拌，調(diào)制原料漿。
作為無機(jī)結(jié)合材，例如，可使用氧化鋁溶膠以及/或者硅溶膠。另外，作為有機(jī)結(jié)合材，例如，可使用橡膠系材料、水溶性有機(jī)高分子化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等，作為凝聚劑，例如，可使用Ciba Specialty Chemicals公司產(chǎn)的pakol292等。
(成型工序) 接下來，將得到的原料漿添加至想要的形狀的成型器中，再進(jìn)行脫水。一般地，在成型器的底部設(shè)置過濾網(wǎng)(例如，網(wǎng)的尺寸為30目)，成型器內(nèi)添加的原料漿中的水分透過該過濾網(wǎng)被排出。因此，通過使用這樣的成型器，可以同時(shí)進(jìn)行從原料漿至片形狀的成形和脫水。另外，如果有必要，還可以使用吸入泵、真空泵等，從成型器的下側(cè)，通過過濾網(wǎng)，進(jìn)行水分的強(qiáng)制吸引。
(干燥壓縮工序) 之后，將得到的成形體從成型器中取出，使用壓縮器等對(duì)其進(jìn)行壓縮，將其厚度變?yōu)樵瓉淼?.3～0.5倍，同時(shí)，以例如90～150℃的溫度對(duì)其進(jìn)行5分～1小時(shí)的加熱和干燥，就可以得到外層。
中心層也可以通過同樣的工序制作。
另外，使用得到的外層，還可以進(jìn)行如“貼合方式1”中所述的結(jié)合材含浸處理。但是，如上所述，在“貼合方式”中，這樣的結(jié)合材含浸處理也可以在三個(gè)層接合后實(shí)施。
然后，將三個(gè)層進(jìn)行層疊后，通過上述方法(兩面膠、粘接劑或縫合)進(jìn)行接合，得到本發(fā)明的片材。
(一次制造方式1) 即使在“一次制造方式”中，也可以使用“針刺處理法”和“抄制法”。在“一次制造方式1”中，對(duì)基于“抄制法”的“一次制造方式”進(jìn)行說明。
圖8是根據(jù)一次制造方式1制造本發(fā)明的片材的流程圖。在該方式中，使用“抄制法”在一連串的工序中形成三層結(jié)構(gòu)的片材。
在該方式中，步驟S200的纖維的開纖工序～漿化工序與上述的“貼合方式2”相同。但是，在該方式中，步驟S210之后的工序與上述內(nèi)容不同。
具體來講，該方式在步驟S210中，將第一原料漿添加至成型器，在實(shí)施脫水后且取出片原料前(即，半干燥狀態(tài)下)，將第二原料漿添加至脫水后的成形體(以下稱“第一成形體”)上(步驟S220)。在此，需要注意，第一原料漿中包含的無機(jī)纖維不含有“微細(xì)纖維”，第二原料漿中包含的無機(jī)纖維含有“微細(xì)纖維”。
接下來，第二原料漿內(nèi)含有的水分經(jīng)由第一成形體和過濾網(wǎng)從成型器的下側(cè)排出，進(jìn)行第二原料漿的脫水，以調(diào)制第二成形體。如上所述，此時(shí)如果有必要，也可以從成型器的下側(cè)實(shí)施水分的強(qiáng)制吸引。
然后，在步驟S230中，在取出由該第一成形體及第二成形體形成的“兩層層形體”之前(即，半干燥狀態(tài)下)，將第三原料漿添加至所述“兩層成形體”上。并且，第三原料漿內(nèi)含有的水分經(jīng)由“兩層成形體”和過濾網(wǎng)從成型器的下側(cè)排出，進(jìn)行第三原料漿的脫水。如上所述，此時(shí)如果有必要，也可以從成型器的下側(cè)實(shí)施水分的強(qiáng)制吸引。在此，需要注意，第三原料漿中包含的無機(jī)纖維不含有“微細(xì)纖維”。第三原料漿可以與第一原料漿相同或不相同。
經(jīng)過這種工序，得到三層層疊的“層疊成形體”。
然后，在步驟S240從成型器取出“層疊成形體”，并使用壓縮器等對(duì)其進(jìn)行壓縮，將其厚度變?yōu)樵瓉淼?.3～0.5倍，同時(shí)，以例如90～150℃的溫度對(duì)其進(jìn)行5分～1小時(shí)的加熱和干燥。通過這種方法，在連續(xù)的處理工序中一次形成三層結(jié)構(gòu)的片材。在此，也可以使用得到的片材進(jìn)一步進(jìn)行上述的結(jié)合材含浸處理。
通過該方法得到的片材相對(duì)于上述通過使用粘接劑等接合各層的工序得到的片材具有表面接合強(qiáng)度高的特征。這是因?yàn)?，在一個(gè)層完全形成之前在該層的上面直接層疊相鄰的層，因此使各層接觸面積變大而得到的。
(一次制造方式2) “一次制造方式2”是基于“針刺處理法”的“一次制造方式”。
在這個(gè)方式中，基本上也采用與上述“貼合方式1”的同樣的工序制造片材。但是，該一次制造方式2，在紡絲液的調(diào)制工序～吹氣紡絲處理工序中，一次層疊由三個(gè)層構(gòu)成的前軀體，制作原料片。然后，在針刺處理工序中，通過在該三層層疊的原料片進(jìn)行針刺處理，得到三層結(jié)構(gòu)得原料片。在此，需要注意的是，由三個(gè)層構(gòu)成的前軀體，在吹氣紡絲工序中被制作成中間的層含有“微細(xì)纖維”，另外兩個(gè)層不含有“微細(xì)纖維”。
之后的工序與上述的“貼合方式1”相同，只是很明顯，該方式無需進(jìn)行接合三個(gè)層的工序。
在上述的各制造方法中，對(duì)制造三層結(jié)構(gòu)的片材進(jìn)行了說明。但是，本發(fā)明只要片材的兩個(gè)最表面設(shè)有不含有“微細(xì)纖維”的層，則具有四層以上的層疊結(jié)構(gòu)也是顯而易見的。這種多層片材，通過在如“貼合方式1”及“貼合方式2”中層疊四層以上的層，或者在“一次制造方式1”中在第三成形體上再添加第四原料漿，就可以容易地制作。
雖然，上述記載以第一片材為例說明了其制造方法。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知道，所記載的方法基本上也能應(yīng)用于上述的第二至第四實(shí)施方式的片材。
[實(shí)施例] 下面通過實(shí)施例說明本發(fā)明的效果。
為了驗(yàn)證本發(fā)明的效果，使用上述“貼合方式”制造本發(fā)明的第一片材，并進(jìn)行各種試驗(yàn)。片材由以下順序制成。
(實(shí)施例1) 通過“針刺處理法”制作第一外層。首先，在鋁含有量為70g/l、Al/Cl＝1.8(原子比)的堿性氯化鋁水溶液中混合硅乳液，以使氧化鋁系纖維的組成變?yōu)锳l2O3∶SiO2＝72∶28，形成氧化鋁系纖維的前軀體。然后，在氧化鋁系纖維的前軀體內(nèi)添加聚乙烯醇。接下來，將此液體濃縮，作為紡絲液，使用該紡絲液以吹氣紡絲處理進(jìn)行紡絲。載波氣體(空氣)流量為52m/s，紡絲液的供應(yīng)速度為5.3ml/h。
然后，將折疊氧化鋁系纖維的前軀體的物質(zhì)層疊，制作氧化鋁系纖維的原料片。
接下來，對(duì)該原料片進(jìn)行針刺處理。針刺處理將以80個(gè)/100cm2的密度設(shè)置了針的針板只配置在原料片的一側(cè)，從原料片的一側(cè)進(jìn)行處理。另外，針的全長比原料片的厚度長，通過從針板的一側(cè)進(jìn)行壓接，針可以充分地貫穿原料片。
之后，對(duì)得到的原料片從常溫開始加熱至1250度連續(xù)焙燒一個(gè)小時(shí)。接下來，使得到的第一外層含浸結(jié)合材。結(jié)合材中使用丙烯系橡膠乳液，含浸量為總重量的5wt％。
使用同樣的方法得到第二外層。第一外層及第二外層的氧化鋁系纖維的平均直徑為7.2μm、最小直徑為3.2μm。層的厚度均為0.3mm，單位面積重量為60g/m2。
使用同樣的方法制作中心層。在此，制作中心層時(shí)，吹氣紡絲工序中的空氣流量為63m/s，紡絲液的供應(yīng)速度為4.3ml/h。中心層的氧化鋁系纖維的平均直徑為5.1μm，最小直徑為2.4μm。并且，中心層的厚度及單位面積重量為6.8mm及1080g/m2。
然后，通過兩面膠(厚度為100μm，Beiersdorf公司制造)順序貼合第一外層/中心層/第二外層，制造三層結(jié)構(gòu)的片材。第一外層∶中心層∶第二外層的重量比(wt％)為5∶90∶5。將此作為實(shí)施例1。
(實(shí)施例2) 根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造三層結(jié)構(gòu)的片材。但是，在該實(shí)施例中第一外層及第二外層使用厚度為0.7mm，單位面積重量為120g/m2的層，中心層使用厚度為6.0mm，單位面積重量為960g/m2的層。第一外層∶中心層∶第二外層的重量比(wt％)為10∶80∶10。將此作為實(shí)施例2。
(實(shí)施例3) 根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造三層結(jié)構(gòu)的片材。但是，在該實(shí)施例中第一外層及第二外層使用厚度為0.9mm，單位面積重量為180g/m2的層，中心層使用厚度為5.6mm，單位面積重量為840g/m2的層。第一外層∶中心層∶第二外層的重量比(wt％)為15∶70∶15。將此作為實(shí)施例3。
(實(shí)施例4) 根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造三層結(jié)構(gòu)的片材。但是，在該實(shí)施例中第一外層及第二外層使用厚度為1.4mm，單位面積重量為240g/m2的層，中心層使用厚度為4.6mm，單位面積重量為720g/m2的層。第一外層∶中心層∶第二外層的重量比(wt％)為20∶60∶20。將此作為實(shí)施例4。
(實(shí)施例5) 根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造三層結(jié)構(gòu)的片材。但是，在該實(shí)施例中第一外層及第二外層使用厚度為1.8mm，單位面積重量為300g/m2的層，中心層使用厚度為3.8mm，單位面積重量為600g/m2的層。第一外層∶中心層∶第二外層的重量比(wt％)為25∶50∶25。將此作為實(shí)施例5。
(實(shí)施例6) 根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造三層結(jié)構(gòu)的片材。但是，在該實(shí)施例中第一外層及第二外層使用厚度為2.2mm，單位面積重量為360g/m2的層，中心層使用厚度為3.0mm，單位面積重量為480g/m2的層。第一外層∶中心層∶第二外層的重量比(wt％)為30∶40∶30。將此作為實(shí)施例6。
(實(shí)施例7) 根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造三層結(jié)構(gòu)的片材。但是，在該實(shí)施例中第一外層及第二外層使用厚度為2.6mm，單位面積重量為420g/m2的層，中心層使用厚度為2.2mm，單位面積重量為360g/m2的層。第一外層∶中心層∶第二外層的重量比(wt％)為35∶30∶35。將此作為實(shí)施例7。
(實(shí)施例8) 使用“抄制法”制作第一外層。
首先，進(jìn)行無機(jī)纖維的開纖處理。作為開纖處理，只進(jìn)行了使用漿磨機(jī)的干式開纖處理。將開纖的原料纖維投入到攪拌機(jī)，使其重量相對(duì)于水為1～2wt％，并攪拌一分鐘左右。然后，在該液體中添加5wt％左右的有機(jī)結(jié)合材，攪拌一分鐘左右。再向該液體添加0.5wt％左右的無機(jī)結(jié)合材，攪拌一分鐘左右。再向該液體添加0.5wt％左右的凝聚劑，攪拌最長約2分鐘左右的時(shí)間，調(diào)制原料漿。
作為無機(jī)結(jié)合材，使用氧化鋁溶膠。另外，作為有機(jī)結(jié)合材，使用丙烯系膠乳，作為凝聚劑，使用pakol292。
然后，將得到的原料漿添加到800mm×500mm尺寸的成型器(網(wǎng)目尺寸30目)中，進(jìn)行脫水。
然后，從成型體取出得到的成形體，并使用壓縮器等對(duì)其進(jìn)行壓縮，將其厚度變?yōu)樵瓉淼?.5倍左右，同時(shí)，以150℃的溫度加熱5分鐘進(jìn)行干燥，得到第一外層。
第二外層使用相同的方法制作。第一外層及第二外層的氧化鋁系纖維的平均直徑為7.2μm，最小直徑為3.2μm。層的厚度均為0.8mm，單位面積重量為120g/m2。
再用同樣的方法制作中心層。在此，制作中心層時(shí)，在開纖處理中實(shí)施使用漿磨機(jī)的干式開纖。中心層的氧化鋁系纖維的平均直徑為5.1μm，最小直徑為2.4μm。層的厚度為6.4mm，單位面積重量為960g/m2。
然后，通過兩面膠(厚度為100μm，Beiersdorf公司制造)順序貼合第一外層/中心層/第二外層，制造三層結(jié)構(gòu)的片材。第一外層∶中心層∶第二外層的重量比(wt％)為10∶80∶10。將此作為實(shí)施例8。
(比較例1) 使用與實(shí)施例1相同的方法制作中心層。中心層的單位面積重量為1200g/m2，厚度為7.4mm。但是，在該例子中，將沒有設(shè)置外層的、只有中心層的單層作為片材。將該片材作為比較例1。
(比較例2) 使用與實(shí)施例1相同的方法制作第一外層及第二外層。第一外層及第二外層的單位面積重量均為600g/m2，厚度均為3.7mm。但是，在該例子中，沒有使用中心層，通過兩面膠(厚度為100μm，Beiersdorf公司制造)貼合第一外層/第二外層后作為片材。第一外層及第二外層的重量比(wt％)為50∶50。將該片材作為比較例2。
在表1中整理了實(shí)施例1～8、比較例1、2中的兩個(gè)外層和中心層的各自的單位面積重量、厚度、重量比以及相對(duì)于片材的第一外層及第二外層的總厚度比。
[表1]
使用上述的各片材進(jìn)行了纖維飛散性試驗(yàn)。在該試驗(yàn)中可以預(yù)測(cè)到實(shí)際操作片材時(shí)發(fā)生的“微細(xì)纖維”的飛散情況。
圖9示出纖維飛散性試驗(yàn)裝置的一部分裝置。纖維飛散性試驗(yàn)如下所述進(jìn)行。首先，將各片材剪切成圖1的形狀(X方向的最大長度262mm×Y方向的長度83.5mm)，將其作為試樣160。將該試樣160裝入到尺寸大于該試樣的塑膠袋120中，如圖9所示，使用壓板130將試樣160固定在塑膠袋120的一邊。在塑膠袋120中填充適量的空氣之后，密封塑膠袋120。然后，通過上述的或其它的壓板將塑膠袋120固定到由試驗(yàn)裝置110突出的臂140(全長80cm)上。臂140的另一端連接于試驗(yàn)裝置110的垂直壁150。垂直壁150由金屬制成，主表面在圖9的XZ平面延伸，厚度(Y方向的長度)為25mm。臂140以連接于垂直壁150的端部為支點(diǎn)，可以在與垂直壁主表面相垂直的平面(YZ)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)相對(duì)于垂直壁的主表面至少可以旋轉(zhuǎn)90°以上的角度。但是，臂140在試驗(yàn)前通過卡扣(未圖示)相對(duì)于垂直方向保持90°的角度(即，水平狀態(tài))。在該狀態(tài)下解除卡扣時(shí)，臂140沿YZ平面朝箭頭方向旋轉(zhuǎn)90°，而塑膠袋120也隨之朝箭頭方向旋轉(zhuǎn)與垂直壁150碰撞。因?yàn)榇丝痰呐鲎?，從片材試?60飛散無機(jī)纖維，飛散的無機(jī)纖維被捕獲在塑膠袋120中。然后，輕輕地打開塑膠袋120，并通過膠帶(1cm×1cm)回收附著在塑膠袋120的飛散纖維。然后，通過掃描型電子顯微鏡在膠帶的適當(dāng)位置拍攝約1500倍左右的照片，并測(cè)定無機(jī)纖維的直徑。對(duì)約300根無機(jī)纖維進(jìn)行測(cè)定，通過下式求出“微細(xì)纖維”的飛散率 “微細(xì)纖維”飛散率(％)＝(直徑3μm以下的無機(jī)纖維的根數(shù))/(測(cè)定根數(shù))×100 表1中示出相對(duì)于各片材得到的結(jié)果。從該表可知，比較例1的飛散率為1.2％，相對(duì)于此，實(shí)施例1～8中的片材的飛散率為0.3％以下，根據(jù)本發(fā)明的3層結(jié)構(gòu)的片材可以顯著降低“微細(xì)纖維”的飛散率。
(壓縮恢復(fù)疲勞試驗(yàn)) 使用上述的各片材進(jìn)行了壓縮恢復(fù)疲勞試驗(yàn)。該試驗(yàn)最多重復(fù)1000次進(jìn)行片材的壓縮和恢復(fù)，測(cè)定片材的面壓力變化。該試驗(yàn)可以相對(duì)評(píng)價(jià)片材支撐力的下降傾向。
圖10中顯示用來進(jìn)行壓縮恢復(fù)疲勞試驗(yàn)的裝置310。裝置310由具有略水平的試料支持臺(tái)320的門型支柱330構(gòu)成。該裝置310的中央(試料支持臺(tái)320的上部)設(shè)有具備負(fù)荷測(cè)量功能并上下升降的丁字頭340，該丁字頭340的下面設(shè)有不銹鋼制的直徑約103mm的半圓筒狀的上部壓塊350。該上部壓塊350上安裝變位計(jì)360。試料支持臺(tái)320上設(shè)有不銹鋼制的直徑約111mm的半圓筒狀的下部支撐物370。該下部支撐物370的內(nèi)部被挖成半圓筒形狀，以使內(nèi)表面與上部壓塊350的外部形狀相吻合，而且設(shè)置為該被挖掘的內(nèi)表面面對(duì)上部壓塊350。進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，下部支撐物370的內(nèi)表面設(shè)置重量已知的各片材的試樣380(尺寸，50cm×50cm)。
使用這種裝置310通過下述方法進(jìn)行測(cè)定。首先，事先下降丁字頭340，以使試樣380與上部壓塊350之間看不到大間隙。在該狀態(tài)下，以1mm/分的速度下降丁字頭340以壓縮試樣380，當(dāng)試樣380的體積密度變?yōu)?.4g/mm3時(shí)，測(cè)定發(fā)生在試樣380上的負(fù)荷。在此，試樣380的體積密度可以通過試樣380的重量/試樣380的面積/上部壓塊350和下部支撐物370的間隔求出。對(duì)得到的負(fù)荷除以試樣面積，算出壓縮面積(kPa)。
然后，以1mm/分的速度提升丁字頭340，恢復(fù)試樣380，當(dāng)試樣380的體積密度變?yōu)?.367g/mm3時(shí)，測(cè)定發(fā)生在試樣380上的負(fù)荷，并根據(jù)上述方法將由負(fù)荷換算面壓力，算出恢復(fù)面壓力(kPa)。將該操作重復(fù)1000循環(huán)，測(cè)定片材的壓縮面壓力及恢復(fù)面壓力的變化。對(duì)于各試樣進(jìn)行三次同樣的測(cè)定，求出平均值作為其結(jié)果。
將通過各試樣得到的結(jié)果顯示在圖11～圖14以及表1中。圖11及圖12中，橫軸表示相對(duì)于片材的外層的重量比(wt％)，縱軸在圖11中表示1000循環(huán)后的恢復(fù)面壓力(kPa)，在圖12中表示面壓力下降率(％)。該面壓力下降率可由下式表示面壓力下降率(％)＝100×(1循環(huán)后的恢復(fù)面壓力-1000循環(huán)后的恢復(fù)面壓力)/(1循環(huán)后的恢復(fù)面壓力)。在圖13及圖14中，橫軸表示相對(duì)于片材整體厚度的外層的厚度比(％)，縱軸在圖13中表示1000循環(huán)后的恢復(fù)面壓力(kPa)，在圖14中表示面壓力下降率(％)。
由試驗(yàn)結(jié)果可知，比較例2的片材在1000循環(huán)后恢復(fù)面壓力下降68.8％。而本發(fā)明的實(shí)施例1～8中的片材，在1000循環(huán)后恢復(fù)面壓力維持高狀態(tài)，下降率最大為66.3％。
尤其，實(shí)施例1～5及8的片材(外層的總重量比10wt％～50wt％，外層的總厚度比8％～50％)，在1000循環(huán)后恢復(fù)面壓力下降62.6％以下，被認(rèn)可具有充分的抑制面壓力下降效果。而實(shí)施例1、2及8的片材(外層的總重量比10wt％～20wt％，外層的總厚度比8％～20％)，其下降率達(dá)到51.3％至53.6％，與現(xiàn)有片材(比較例1)的50.4％相當(dāng)，可以得知具有低的下降率。
在此，從圖12的結(jié)果可知，第一外層及第二外層相對(duì)于片材的總重量比W在W＞50％的范圍內(nèi)，面壓力下降率具有接近最大值(68.8％比較例2)的傾向。并且，上述W在W≤20wt％的范圍內(nèi)，面壓力下降率具有接近最小值(50.4％比較例1)的傾向。
同樣，從圖14的結(jié)果可知，第一外層及第二外層相對(duì)于片材的總厚度比t在t＞50％的范圍內(nèi)，面壓力下降率具有接近最大值(68.8％比較例2)的傾向。并且，上述t在t≤20％的范圍內(nèi)，面壓力下降率具有接近最小值(50.4％比較例1)的傾向。
根據(jù)以上結(jié)果可知，第一外層及第二外層相對(duì)于片材的總重量比W最好在0＜W≤50％的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0＜W≤20％的范圍內(nèi)。并且，第一外層及第二外層相對(duì)于片材的總厚度比t最好在0＜t≤50％的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0＜t≤20％的范圍內(nèi)。但是，如上所述，從實(shí)用的角度出發(fā)，外層的總重量比W應(yīng)該在W≥2wt％，外層的總厚度比t應(yīng)該在t≥1％。
[工業(yè)上的應(yīng)用性] 本發(fā)明的片材可以應(yīng)用于車輛用廢氣處理裝置的支撐用密封材和隔熱材以及消音裝置的吸音材等。
權(quán)利要求
1.一種片材，含有無機(jī)纖維，其特征在于
至少具有第一外層、中心層及第二外層這三個(gè)層，
所述第一外層、所述中心層及所述第二外層被層疊成所述第一外層和所述第二外層處于外表面?zhèn)龋?br> 所述中心層含有直徑小于或等于3μm的無機(jī)纖維，
所述第一外層及第二外層由根據(jù)式(1)算出的A值超過6μm的無機(jī)纖維構(gòu)成，
A＝(M-2×e)式(1)
這里，M是外層中含有的無機(jī)纖維的平均直徑，e是下述式(2)表示的標(biāo)準(zhǔn)誤差，其中σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差、n是測(cè)定數(shù)，
式(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片材，其特征在于，所述第一外層的無機(jī)纖維的平均直徑及最小直徑分別與所述第二外層的無機(jī)纖維的平均直徑及最小直徑相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片材，其特征在于，所述第一外層及第二外層實(shí)質(zhì)上為相同的層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片材，其特征在于，所述第一外層及第二外層相對(duì)于所述片材的總重量比W在0＜W≤50wt％的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片材，其特征在于，所述第一外層及第二外層相對(duì)于所述片材的厚度比t在0＜t≤50％的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片材，其特征在于，
所述中心層的側(cè)面構(gòu)成該片材的所述兩個(gè)外表面之外的端面的至少一部分，
在該側(cè)面的至少一部分設(shè)置被覆層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的片材，其特征在于，所述被覆層覆蓋所述中心層的整個(gè)側(cè)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的片材，其特征在于，所述被覆層由與所述第一外層或第二外層相同的層構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片材，其特征在于，所述片材還含有結(jié)合材。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的片材，其特征在于，所述片材還包含設(shè)在所述第一外層和所述中心層或第二外層和所述中心層之間的粘接層。
11.一種片材制造方法，該片材含有無機(jī)纖維，所述方法的特征在于包含步驟
制作由根據(jù)式(1)算出的A值超過6μm的無機(jī)纖維構(gòu)成的第一外層；
制作包含直徑小于或等于3μm的無機(jī)纖維的中心層；
制作由根據(jù)式(1)算出的A值超過6μm的無機(jī)纖維構(gòu)成的第二外層；以及
至少層疊所述第一外層、所述中心層及所述第二外層這三個(gè)層，使所述第一外層和所述第二外層處于外表面?zhèn)?，并接合各層?br> A＝(M-2×e)式(1)
這里，M是外層中含有的無機(jī)纖維的平均直徑，e是下述式(2)表示的標(biāo)準(zhǔn)誤差，其中σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差、n是測(cè)定數(shù)，
式(2)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的片材制造方法，其特征在于接合所述各層的步驟包含以粘接層接合各層的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的片材制造方法，所述方法的特征在于，還包含含浸結(jié)合材的步驟。
14.一種廢氣處理裝置，包含廢氣處理體和卷繞在該廢氣處理體外周面的至少一部分的支撐用密封材，其特征在于，
所述支撐用密封材由所述權(quán)利要求1至10中的任意一項(xiàng)所述的片材構(gòu)成。
15.一種廢氣處理裝置，包含廢氣入口管及出口管、設(shè)置在所述入口管及出口管之間的廢氣處理體，其特征在于，
在所述入口管的至少一部分設(shè)置隔熱材，
該隔熱材由所述權(quán)利要求1至10中的任意一項(xiàng)所述的片材構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的廢氣處理裝置，其特征在于，所述廢氣處理體為觸媒載體或廢氣過濾器。
17.一種消音裝置，包含內(nèi)管、覆蓋該內(nèi)管的外周的外殼、設(shè)置在所述內(nèi)管與外殼之間的吸音材，其特征在于，
所述吸音材由權(quán)利要求1至10中的任意一項(xiàng)所述的片材構(gòu)成，
該片材設(shè)置在所述內(nèi)管與外殼之間，使所述第一外層位于外側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種纖維飛散少、用來作支撐用密封材時(shí)具有適當(dāng)支撐力的片材。本發(fā)明所提供的片材含有無機(jī)纖維，并至少具有第一外層、中心層及第二外層這三個(gè)層，所述第一外層、所述中心層及所述第二外層被層疊成所述第一外層和所述第二外層處于外表面?zhèn)龋鲋行膶雍兄睆叫∮诘扔?μm的無機(jī)纖維，所述第一外層及第二外層由根據(jù)式A＝(M-2×e)算出的A值超過6μm的無機(jī)纖維構(gòu)成，這里，M是外層中含有的無機(jī)纖維的平均直徑，e是式表示的標(biāo)準(zhǔn)誤差，其中σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差、n是測(cè)定數(shù)。
文檔編號(hào)B32B5/02GK101758649SQ200910253
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者岡部隆彥 申請(qǐng)人:揖斐電株式會(huì)社