JPH0483773A

JPH0483773A - 耐熱膨張性部材

Info

Publication number: JPH0483773A
Application number: JP2195975A
Authority: JP
Inventors: Satoru Hashimoto; 哲橋本; Susumu Hoshi; 保子　進
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 1990-07-23
Filing date: 1990-07-23
Publication date: 1992-03-17
Also published as: JPH0573717B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】し産業上の利用分野］本発明は、特に自動車のエンジンから排出される一酸化
炭素、炭化水素ならびに窒素酸化物等の有害成分を酸化
或いは還元して、排気浄化を行なう低公害エンジンにお
いて、触媒コンバータを構成するセラミックハニカム製
モノリス触媒の保持材として好適な耐熱膨張性部材に関
するものである。

［従来の技術］自動車のエンジンから排出される一酸化炭素。

炭化水素ならびに窒素酸化物等の有害酸物を、酸化或い
は還元して排気浄化を行ない、低公害エンジンを得るた
めの触媒として、高温特性にすぐれているセラミックハ
ニカム製モノリス触媒が好適であることは知られている
。

ところで、セラミックは靭性に劣る脆い性質を有してい
るから、特に自動車の走行時に発生する振動等の機械的
な衝撃が負荷されることによって損傷しないように、ク
ー２ジヨン性を有する保持材を巻回して金属性のケーシ
ングに装着されている。

セラミックハニカム製モノリス触媒はエンジンの運転に
よって高温の排出ガスにさらされるから、前記保持材と
しては当然すぐれた耐熱性、つまり高温強度の低下しな
い条件が要求される。しかも、エンジンが連続運転され
て排出ガスが漸次高温化するのに伴なって、各温度領域
に相当して保持材が熱膨張しても、セラミックハニカム
製モノリス触媒に対する保持力とクツション性の低下し
ない条件が要求される。

このような条件を満足させることができるモノリス触媒
の保持材として、従来、例えば特公昭６１−３５１４３
号公報に開示されているように、未処理未膨張バーミキ
ュライトをリン酸２水素アンモニウムの水溶液によって
処理した処理未膨張バーミキュライト４０重量％から６
５重量％、無機繊維材料２５重量％から５０重量％、無
機結合材から選ばれた結合材５重量％から１５重量％か
らなる耐熱膨張性シートが知られている。

また、例えば、特公昭６２−３８３９７号公報に開示さ
れているように、無機結合材に代えて、天然ゴムラテッ
クス、スチレン−ブタジェンラテックス、ブタジェン−
アクリロニトリルラテックス、アクリル酸エステル及び
メタリル酸エステルの重合体又は共重合体のラテックス
などの有機結合体を使用した耐熱膨張性シート材も知ら
れている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、前述の無機結合材を使用してなる耐熱膨張性シ
ートでは本発明者による実験結果に基づく、後記表２お
よび第３図のグラフで明らかなように、低温領域に相当
する２００℃〜３００℃付近（詳しくは２００℃〜３２
５℃）でクリープ現象による比較的大きい負膨張を生じ
、しかも、中温領域に相昌する３５０℃〜４００℃の熱
膨張量がきわめて小さいために、がたつきを生じること
になり、セラミックハニカム製モノリス触媒の保持力が
著しく低下し、また、高温領域に相当する６００℃以上
では、熱膨張量が抑えられ、高温領域におけるセラミッ
クハニカム製モノリス触媒の保持力を著しく低下させる
ことが判明した。つまり、従来の耐熱膨張性シートでは
低温領域と高温領域のそれぞれにおいて高い保持力を望
むことができず、がたつきが生じることになるさらに、無機結合材のみによって結合することで保形さ
れているため、高温かつ高速で流下する排ガスにさらさ
れる部分が漸次欠落して行く現象を生じて、経時的にモ
ノリス触媒の保持機能が消失する。即ち、耐ガスアタッ
ク性がきわめて悪いなどの問題点を有している。

また、前述の未処理未膨張バーミキュライトをリン酸２
水素ナトリウムで処理することも知られているが、この
耐熱膨張性シートでは、低温領域の負膨張は抑えられる
ものの、中温領域および高温領域における熱膨張が小さ
いために、十分な保持力を期待することができない（表
２および第３図参照）。

また、上述のような有機結合材を使用してなる耐熱膨張
性シート材では、本発明者による実験結果に基づく後記
の表５からも明らかなように、常温域での引張り強度が
低いとともに、柔軟性に欠けるために、屈曲した場合に
長い範囲に亘って亀裂が入り易く、巻回など屈曲状態で
用いられることの多いこの種の耐熱膨張性部材としては
好ましくない。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、低温
領域から高温領域にかけて、十分に大きい保持力を確保
することができるとともに、耐ガスアタック性を高め、
しかも引張り強度および柔軟性の向上を図ることができ
る耐熱膨張性部材を提供することを目的とする。

１課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明に係る耐熱膨張性部
材は、セピオライト鉱物と、処理未膨張バーミキュライ
ト、セラミック繊維と、有機結合材とを所定の比率に配
合してなる耐熱膨張性部材において、前記有機結合材と
して、エチレン系多元共重合体を使用してなるものであ
る。

また、前記処理未膨張バーミキュライトとして、未処理
未膨張バーミキュライトをリン酸アンモニウムナトリウ
ムの水溶液によって処理したものを使用する。

また、前記各構成材料の配合比率が、セピオライト鉱物
３〜５重量％、処理未膨張バーミキュライト４９〜５９
重量％、セラミック繊維２５〜３０重量％、有機結合材
としてのエチレン系多元共重合体１０−１５重量％に設
定されたものである。

さらに、前記各構成材料の配合比率が、セピオライト鉱
物３〜５重量％、処理未膨張バーミキュライト２３〜３
３重量％、セラミック繊維５０〜６０重量％、有機結合
材としてのエチレン系多元共重合体１０〜１５重量％に
設定されたものである。

［作用］本発明によれば、セピオライト鉱物、処理未膨張バーミ
キュライト、セラック繊維および有機結合材をそれぞれ
所定の比率に配合することにより、低温領域における負
膨張の低域、高温領域における耐熱強度の向上、振動等
の機械的衝撃を緩和するクツション性および常温におけ
る保形性をそれぞれ適度にバランス良く付与し、て、低
温領域から高温領域にかけての広い温度領域において十
分に大きい保持力を確保することができるとともに、耐
ガスアタック性を高めることができる。特に、有機結合
材として、伸び、接着性、耐候性がバランス良く優れて
いるエチレン系多元共重合体を使用することで、常温時
の引張り強度および柔軟性を向上させて、屈曲にともな
う亀裂の発生が抑制される。

また、未処理未膨張バーミキュライトをリン酸水素アン
モニウムナトリウムの水溶液で処理した処理未膨張バー
ミキュライトを使用すれば、バーミキュライト中のＮａ
＋とイオン交換し易いもの、ＮＨ４＋とイオン交換し易
いものが、この両イオンを含む水溶液によって効果的に
イオン交換され、バーミキュライトの膨張量と膨張力を
増大させる。

［実施例］以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は触媒コンへ−夕の一例を示す概略断面図であり
、同図において、１はセラミックハニカム製モノリス触
媒で、その外周に耐熱膨張性シート２を巻回して２つ割
りの金属製ケーシング３に装着されており、該金属製ケ
ーシング３の外周が金属製バンド４によって締付けられ
ている。

前記耐熱膨張性シート２は、セピオライト鉱物３〜５重
量％、好ましくは４重量％と、未膨張バーミキュライト
４９〜５９重量％、好ましくは５４重量％と、セラミッ
ク繊、１１２５〜３５重量％、好ましくは３０重量％と
、有機結合材としてのエチレン系多元共重合体１０〜１
５重合％、好ましくは１２重量％の配合比率をもって抄
造法によって製造されている。

そして、２つ割りの金属ケーシング３と金属性バンド４
は、それぞれ５ＵＳ３０４によって形成されている。

耐熱膨張性シート２を構成するセピオライト鉱物は、そ
の結晶化度によって２種類あり、結晶度の高い繊維状の
ものはα型セピオライト、低結晶化度ないし非結晶で粉
体状のものは−β型セピオライトと呼ばれている。β型
セピオライトは粉体状の形態であるから、セラミック繊
維や未膨張バーミキュライトなどとのからみ合い性に劣
るため、α型セピオライトを使用している。但し、α型
とβ型を併用してもよい、また、セピオライト鉱物は、
水で練って乾燥すると固化する。さらに、４００〜８０
０℃で軽い焼結性が得られ、特にα型セピオライトはセ
ラミック繊維やバーミキュライトによくからみ合い、し
かも、こすったり締付けたりしてもガラス繊維やセラミ
ック繊維のように折損することがない、そのために、セ
ピオライト鉱物を添加した耐熱膨張性シート２は、面圧
負荷時の３００℃付近における負膨張を防止して。

セラミックハニカム製モノリス触媒１の保持力を向上さ
せる。

処理未膨張バーミキュライトは、未処理未膨張バーミキ
ュライトをリン酸水素アンモニウムナトリウムの水溶液
で処理している。このように、未処理未膨張バーミキュ
ライトを前記水溶液に浸漬することによって、未処理バ
ーミキュライト中のＮａ◆とイオン交換し易いもの、Ｎ
Ｈ４＋とイオン交換し易いものが、この両イオンを含む
水溶液によって効果的にイオン交換され、バーミキュラ
イトの膨張量、膨張力が増大される。

セラミック繊維は耐熱強度を向上させるとともに、３０
０℃付近の負膨張を防止する役目を果し、特に有機結合
材が完全に消失する高温領域におけるつなぎの機能を発
揮して保形性をよくする。

有機結合材となるエチレン系多元共重合体としては、エ
チレン酢酸ビニルアクリル酸エステル共重合体（例えば
、住友化学株式会社製のスミカフレックス９００）を使
用し、１０重量％未満では常温での強度および柔軟性が
不足するので、１０〜１５重量％の範囲にする必要があ
る。

南アフリカ産未膨張バーミキュライト１０００ｇを表１
に示す水溶液中に常温で１２０Ｈｒ浸漬した後、流水に
て洗浄して１０５℃Ｘ２Ｈｒの乾燥をおこない、所定の
過熱温度で３０分の加熱処理をおこなった後バーミキュ
ライト、の比容積をメスシリンダーにて測定した。

測定の結果を表２および第３図に示す。

表　　１処　　理　　水　　溶　　液（以下余白）表　　２加熱処理によるバーミキュライトの膨張度合（比容積ｃ
ｃ／ｇ）尚、前記表２において（）内の数値は熱膨張率％を示す
、また、八−ミキュライト１号は粒子径が０．５〜２ｍ
ｍである。

前記表２においてリン酸水素アンモニウムナトリウムは
リン酸２水素アンモニウム処理にみられるような２００
〜３００℃での収縮、つまり負膨張がない、またリン酸
水素ナトリウム処理に比べて高い膨張度合（膨張量）を
示し、さらに膨張開始温度が２７５℃と早い特徴を持つ
ことが判る。

α型セピオライト（昭和鉱業（株）のミルコンＭＳ−２
−２）４重量％、処理未膨張バーミキュライト（南アフ
リカ産０号）５４３１（量、セラミック繊維（新註化（
株）の５Ｃ１２６０Ｄ２）３０重量％、有機結合材とし
てエチレン酢酸ビニルアクリル酸エステル共重合体エマ
ルジョン（住友化学（株）のスミカフレックス９００）
１２重量％によって、厚さ４．９ｍｍ、密度０．５〜０
．８ｇ／ｃゴ、好ましくは０　、７　ｇ　／　ｃゴの耐
熱膨張性マットを抄造法によって製造し、このマー／　
トから直径φ１５ｍｍＸ厚さ４．９ｍｍの資料Ａを作成
し、第２図に示すように、加熱炉５内においてロードセ
ル６により石英棒７Ａ　、７Ａで厚さ３ｍｍに圧縮して
、約５０分で７５０℃に昇温する間の熱膨張力を測定し
た。その結果を下記表３に示す。

表　　３熱　　膨　　張　　力　　（ｋｇｆ）前記表３によって、高温領域でも高い膨張力を得ること
が判る。特に粒子径の小さい、バーミキュライト（０号
）の方が高い膨張力を有し、かつ高温時の膨張力低下が
小さいから、自動車用セラミック触媒用保持材等の、高
温においても高い膨張力を要求されるものに適し、また
、粒子径の大きい八−ミキュライ）（１号）のように、
粒子径の小さいバーミキュライト（０号）よりも膨張力
の点で若干低いけれども、前記表２で判るように、膨張
量の大きいものは、例えば構築壁の貫通孔に挿通されて
いる送電ケーブルの外周を巻回する耐火用シール材など
に適しているといえる。

第４図に示す外径φ７６　ｍ　ｍの円筒形触媒ｌＯの外
周に本発明にかかる耐熱膨張性シート２または従来例（
特公昭６１−３５１４３号公報）の耐熱膨張性シートを
巻回し、内径φ８２−２ｍｍの金属製円筒形ケーシング
１１に装填して加熱処理を行なったのち、ゴム板１２お
よび金属板１３を介して、ロードセル１４により圧縮速
度５ｍ／ｍ　ｉ　ｎで円筒形触媒ｌＯを矢印方向に押圧
して、円筒形触媒１０を押し出すのに要する押圧力、つ
まり耐熱膨張性シート２の保持力を測定した。その結果
を下記表４および第５図のグラフに示す。

表　　４円筒形触媒の押圧力（ｋｇ　ｆ）前記表４および第５図のグラフにより、従来の耐熱膨張
性シート２では、前述の負膨張によって、３２５℃の保
持力が著しく低下し、しかも６００℃以上の高温領域に
おける保持力が小さいけれども１本発明にかかる耐熱膨
張性シート２によれば、３２５℃における負膨張領域で
も保持力の大幅な低域がみちれず、また６００℃以上の
高温領域において大きい保持力を確保できることが判る
。このことは、リン酸水素アンモニウムナトリウムによ
って処理された八−ミキュライトおよび従来のシートに
は配合されていないセピオライト鉱物がそれぞれ保有し
ている膨張量と膨張力の相乗作用によるものであるとい
える。

また、上述した配合比率で抄造法により製造したマー２
ト（実施例）と、有機結合材としてＮＢＲラテックス（
日本ゼオン（株）の１５６２および１５７１）を使用し
て同一の配合比率で製造した従来のマット（比較例１お
よび２）との引張り強度および耐屈曲性をそれぞれ測定
して、有機結合材としてエチレン酢酸ビニルアクリル酸
エステル共重合体を使用することの有効性を確認した。

その試験結果を表５に示す。

引張り試験は、輻２５　ｍ　ｍ　Ｘ長さ１６０ｍｍＸ厚
さ４．９ｍｍの供試マットを用いて、標点間距離１００
ｍｍ、引張速度２０　ｍ　ｍ　／　ｍ　ｉ　ｎで引張っ
た。

また、耐屈曲性試験は、輻（Ｗ）　２５　ｍ　ｍ　Ｘ長
さ（Ｌ）８０ｍｍＸ厚さ（ｔ）４．９ｍｍの供試マツ）
Ａを第６図に示すように、１８０’　に折曲げた際にそ
の屈曲部の外面に発生する亀裂長さ（ＪＬ）を測定した
ものである。

表　　５試　　験　　結　　果前記衣５によって、従来の耐熱膨張性マットに比べて引
張り強度が約２．３〜３．５倍も増大し、耐屈曲性も著
しくすぐれていることが判明した。

以上の実施例は、４輪自動車の排気系のように、エンジ
ンの排気口から触媒コンバータまでの距離が長く、速度
が若干緩められた排ガスにさらされ、耐熱膨張性シート
へのガスアタックが比較的小さく剛性の高い触媒コンバ
ータへの採用に適した配合比率の耐熱膨張件部剤を示し
たが、自動２輪車の排気系のように、エンジンの排気口
から触媒コンバータまでの距離が短いために、触媒コン
バータが高速で流下する排ガスにさらされ、耐熱膨張性
シールへのガスアタックが激しいものには、膨張量より
も耐ガスアタック性を重視した配合比率の耐熱膨張件部
剤を用いることが要望される。そのための各構成材料の
配合比率は、セビオライト鉱物３〜５重量％、好ましく
は４重量％、未膨張バーミキュライト２３〜３３重量％
、好ましくは２８重量％、セラミックｍｌ＆５０〜６０
重量％、好ましくは５６重量％、有機結合剤としてのエ
チレン系多元共重合体１０〜１５重量％、好ましくは１
２重量％であり、この場合は、４輪自動車の排気系に好
適な実施例のものに比べて、未膨張バーミキュライトの
配合比率を低くして膨張量を抑える反面、耐熱強度の向
上に寄与するセラミック繊維の配合比率を高め、もって
、過剰膨張によるモノリス触媒１の割れおよび金属製ケ
ーシング３の異常な変形を防止することができる。

［発明の効果］以上のように、請求項（１）の本発明によれば、低温領
域における負膨張の低域、高温領域における耐熱強度の
向上、振動等の機械的衝撃を有効に緩和するクツション
性および保形性が適度にバランス良く付与され、したが
って、靭性に劣るもろい特性を有しているセラミックハ
ニカム製モノリス触媒を低温領域および高温領域にかか
わらず大きい保持力でがたつくことなく適正に保持する
ことができるので、自動車の走行時に発生する振動等の
機械的な衝撃が負荷されることでセラミックハニカム製
モノリス触媒が損傷する不都合を未然に防止できる。

しかも、有機結合材として、伸び、接着性、耐候性に優
れ、それらをバランス良く保有するエチレン系多元共重
合体を使用することにより、常温時の引張り強度を向上
できるとともに、柔軟性を向上させて、耐屈曲性を増大
でき、実使用時の屈曲にともなう亀裂の発生を抑制し耐
久性の著しい向上を達成することができる。

請求項（２）の耐熱膨張件部剤においては、未膨張バー
ミキュライトの膨張量と膨張力を低温領域から一層増大
させ、保持力をより高めることができる。

請求項（３）の耐熱膨張件部剤においては、処理未膨張
バーミキュライトの配合率をセピオライト鉱物の配合比
率よりも十分に高くして、特に膨張量と膨張力の増大を
図り、適度の耐ガスアタック性を確保するようにしてい
るので、ハニカム製モノリス触媒の圧縮強度が大きく、
また金属製ケーシングが厚肉に形成されて高い剛性を有
しているけれども、流速が若干緩められた排ガスにさら
される４輪自動車用の触媒コンバータに適している。

請求項（０の耐熱膨張性部材においては、処理未膨張バ
ーミキュライトの配合率を低くする反面、セラミック繊
維の配合率を高くして、膨張量および膨張力を抑えつつ
、耐熱強度の向上を図り、耐ガスアタック性を十分に確
保するようにしているので、ハニカム製モノリス触媒の
圧縮強度が小さく、また金属１ケーシングが薄肉に形成
されて剛性が低いけれども流速の高い排ガスにさらされ
る自動２輪車用の触媒コンバータに適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の耐熱膨張性部材が適用される触媒コン
バータの一例を示す概略断面図、第２図は熱膨張力測定
装置を示す概略正面図、第３図は処理液によって異なる
バーミキュライトの膨張度合を示すグラフ、第４図は耐
熱膨張性シートの保持力測定装置の説明断面図、第５図
は保持力測定結果を示す比較グラフ、第６図は屈曲性試
験の状態を示す斜視図である。２・・・耐熱膨張性部材。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セピオライト鉱物と、処理未膨張バーミキュライ
トと、セラミック繊維と、有機結合材とを所定の比率に
配合してなる耐熱膨張性部材において、前記有機結合材
として、エチレン系多元共重合体を使用してなることを
特徴とする耐熱膨張性部材。
（２）処理未膨張バーミキュライトが、未処理未膨張バ
ーミキュライトをリン酸水素アンモニウムナリリウムの
水溶液によって処理されたものである請求項１に記載の
耐熱膨張性部材。
（３）セピオライト鉱物３〜５重量％と、処理未膨張バ
ーミキュライト４９〜５９重量％と、セラミック繊維２
５〜３０重量％と、有機結合材１０〜１５重量％とを配
合してなる請求項１に記載の耐熱膨張性部材。
（４）セピオライト鉱物３〜５重量％と、処理未膨張バ
ーミキュライト２３〜３３重量％と、セラミック繊維５
０〜６０重量％と、有機結合材１０〜１５重量％とを配
合してなる請求項１に記載の耐熱膨張性部材。