保持密封材料、保持密封材料的制造方法和废气净化装置.pdf

本发明提供保持密封材料、保持密封材料的制造方法和废气净化装置。所述保持密封材料的剪切强度高，缠绕特性良好，并且能够减少粘结剂的用量。本发明的保持密封材料是针刺垫和抄造垫层积而成的保持密封材料，其中，针刺垫包含交错在一起的第一无机纤维和粘结剂，抄造垫包含经抄造处理的第二无机纤维和粘结剂，所述保持密封材料的特征在于，平均纤维长度比第二无机纤维的平均纤维长度短的短纤维局部存在于从针刺垫与抄造垫的界面起朝向针刺垫侧的界面区域，以重量比计，界面区域中的粘结剂的含量高于针刺垫中的粘结剂的含量。

1.  一种保持密封材料，其是针刺垫和抄造垫层积而成的保持密封材料，其中，所述针刺垫包含交错在一起的第一无机纤维和粘结剂，所述抄造垫包含经抄造处理的第二无机纤维和粘结剂，所述保持密封材料的特征在于，
平均纤维长度比所述第二无机纤维的平均纤维长度短的短纤维局部存在于从所述针刺垫与所述抄造垫的界面起朝着所述针刺垫侧的界面区域，
以重量比计，所述界面区域中的粘结剂的含量高于所述针刺垫中的粘结剂的含量。

2.  如权利要求1所述的保持密封材料，其中，局部存在的所述短纤维在与所述界面交叉的方向上取向。

3.  如权利要求1或2所述的保持密封材料，其中，以重量比计，所述针刺垫中的粘结剂的含量低于所述抄造垫中的粘结剂的含量。

4.  如权利要求1～3任一项所述的保持密封材料，其中，以重量比计，所述界面区域中的粘结剂的含量是所述针刺垫中的粘结剂的含量的1.3倍～7.0倍。

5.  如权利要求1～4任一项所述的保持密封材料，其中，所述短纤维的平均纤维长度为300μm以下。

6.  一种保持密封材料的制造方法，其包括如下工序：
对包含第一无机纤维的垫实施针刺处理，制作无机纤维交错在一起的针刺垫的工序；
使粘结剂附着到所述针刺垫上的工序；
在附着有所述粘结剂的针刺垫上投入至少包含第二无机纤维和粘结剂的抄造用浆料，然后保持预定时间的工序；
对所述抄造用浆料进行脱水，制作抄造垫预制体的工序；和
对层积在一起的所述针刺垫和所述抄造垫预制体进行干燥的工序。

7.  如权利要求6所述的保持密封材料的制造方法，其中，附着在所述针刺垫上的粘结剂的量少于所述抄造用浆料中的粘结剂的含量。

8.  如权利要求6或7所述的保持密封材料的制造方法，其中，所述预定时间为10秒～60秒。

9.  一种废气净化装置，其包括：
在长度方向上隔着孔道壁并列设置有多个孔道的柱状废气处理体；
容纳所述废气处理体的外壳；和
配置在所述废气处理体与所述外壳之间并保持所述废气处理体的保持密封材料，
所述废气净化装置的特征在于，
所述保持密封材料为权利要求1～5任一项所述的保持密封材料。

保持密封材料、保持密封材料的制造方法和废气净化装置
技术领域
本发明涉及保持密封材料、保持密封材料的制造方法和废气净化装置。
背景技术
从柴油发动机等内燃机中排出的废气中含有颗粒物质(以下也称为PM)，近年来，该PM危及环境和人体这一点成为问题。并且，由于废气中还含有CO、HC、NOx等有害的气体成分，因此人们也担心这些有害的气体成分对环境和人体造成影响。
于是，作为捕集废气中的PM或净化有害气体成分的废气净化装置，提出了各种由废气处理体(由碳化硅、堇青石等多孔质陶瓷构成)、容纳废气处理体的外壳和配置在废气处理体和外壳之间的保持密封材料构成的废气净化装置。配置该保持密封材料的主要目的是为了防止汽车行驶等时所产生的振动或冲击导致废气处理体与覆盖其外周的外壳接触而破损，还为了防止废气从废气处理体和外壳之间泄漏。
在此，对于内燃机来说，由于为了改善油耗而在接近理论空燃比的条件下运转，导致废气的温度趋于高温化。特别是在使内燃机在高转速区域工作的情况下，有时刚从内燃机排出的废气的温度会达到1000℃左右的高温。由此，高温废气会到达废气净化装置，作为保持密封材料，要求在这样的高温条件下也不因熔损等发生破损。
作为以在高温条件下使用为目的的保持密封材料，已经提出了由如下两层无机纤维层构成的保持密封材料：由氧化铝纤维构成的层和由主要包含氧化铝和二氧化硅的无机纤维(以下，也简称为陶瓷纤维)构成的层(专利文献1)。
专利文献1所述的保持密封材料由如下两层无机纤维层构成：由耐热性较高的氧化铝纤维构成的层和由陶瓷纤维构成的层，由此获得了相当高的耐热性。
专利文献1：日本特开2004-204819号公报
另外，制造废气净化装置时，将保持密封材料缠绕在废气处理体上，一边使缠绕有保持密封材料的废气处理体滑动一边将其压入圆筒状的外壳中。由于将保持密封材料的厚度计算在内的废气处理体的外径大于外壳的内径，因此压入时在保持密封材料上产生较大的剪切应力。因此，要求保持密封材料具有能够对抗压入时产生的剪切应力的强度(以下也称为剪切强度)，并且还具有缠绕时不会出现裂痕或裂缝的缠绕特性。
对于专利文献1所述的垫记载了如下内容：由于在通过抄造第一浆料所得到的下层上层积有对第二浆料进行抄造所得到的上层，因此在两层之间浆料会部分混合，结果形成了一体片材。
但是，在专利文献1所述的垫中，或许是由于上层与下层的粘接不过是通过浆料中的粘结剂来实现的缘故，压入时的剪切强度不充分。并且，由于上层和下层这两层是通过抄造形成的，因此垫整体缺乏柔软性，向废气处理体上进行缠绕时可能会出现裂缝或裂痕。另外，使保持密封材料暴露于废气的高温下时，有时伴随着粘结剂的燃烧会产生令人不快的烟和异味。另一方面，专利文献1所述的垫中，由于垫通过浆料的抄造而形成，需要大量的粘结剂来维持垫本身的外形，因而在减少粘结剂的用量方面本身就有极限。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种剪切强度高、缠绕特性良好并且能够减少粘结剂的用量的保持密封材料。
为了实现上述目的，对于技术方案1所述的发明的保持密封材料，其是针刺垫和抄造垫层积而成的，其中，针刺垫包含交错在一起的第一无机纤维和粘结剂，抄造垫包含经抄造处理的第二无机纤维和粘结剂，平均纤维长度比第二无机纤维的平均纤维长度短的短纤维局部存在于从针刺垫与抄造垫的界面起朝向针刺垫侧的界面区域，以重量比计，界面区域中的粘结剂的含量高于针刺垫中的粘结剂的含量。
由于预定的短纤维(由无机纤维构成)局部存在于针刺垫所包含的界面区域，因此与仅用粘结剂进行了层积的情况相比，保持密封材料能够得到高的剪切强度。由此能够防止压入时因剪切应力而导致保持密封材料出现剥离等情况。该理由尚不清楚，据认为是局部存在于界面区域中的短纤维与界面区域中的粘结剂之间发生结合以及交错，从而在针刺垫与抄造垫之间实现了更牢固的接合。
需要说明的是，界面区域是指，从针刺垫与抄造垫的界面起朝着针刺垫侧至厚度为保持密封材料的厚度的5％为止的区域。因此，界面区域包含在针刺垫中，是构成针刺垫的一部分的区域。并且，在针刺垫与抄造垫相接触的部分，有时也存在因第一无机纤维与第二无机纤维交错在一起而共存有该两者的部分，但通常来说，该部分远远窄于界面区域的厚度，因此设定界面包括这两者共存的部分。
并且，由于以重量比计，界面区域中的粘结剂的含量高于针刺垫中的粘结剂的含量，因此由于短纤维的存在和高含量的粘结剂而出现牢固的结合以及交错。因此，技术方案1所述的发明中，与粘结剂含量在保持密封材料的整个厚度方向上没有梯度的保持密封材料相比，能够实现保持密封材料的剪切强度的进一步提高。
需要说明的是，正如上述界面区域的定义中明确的那样，针刺垫中的粘结剂的含量是指在包含界面区域的针刺垫整体中的粘结剂的含量，而不是除去界面区域外的针刺垫的区域中的粘结剂的含量。
另外，技术方案1所述的发明中，通过层积针刺垫和抄造垫来构成保持密封材料。针刺垫是由原本就交错在一起的第一无机纤维形成的垫所构成的，因而其本身就具有一定程度的定型性。因此，不需要大量的粘结剂来维持针刺垫本身的外形，粘结剂的量只要是根据作业性等所需的最小量即可，因此能够实现保持密封材料中的粘结剂的用量的减少。
此外，由于针刺垫的柔软性高于抄造垫，因此将保持密封材料缠绕在废气处理体上时能够紧密地贴合在废气处理体的外周。因此，在技术方案1所述的发明中，能够得到对废气处理体的缠绕性良好的保持密封材料。
技术方案2所述的发明中，由于局部存在的短纤维在与界面交叉的方向上取向，因此能够进一步提高保持密封材料的剪切强度。该理由尚不清楚，据认为，通过使短纤维以如此的取向来局部存在，产生了由界面区域中的短纤维带来的锚固效果，因此提高了针刺垫与抄造垫之间的粘结强度，从而提高了保持密封材料的剪切强度。
需要说明的是，与界面交叉的方向是指短纤维的长轴(或其延长线)与界面交叉的方向。
根据技术方案3所述的发明，以重量比计，针刺垫中的粘结剂的含量低于抄造垫中的粘结剂的含量。通过本申请的发明人的研究，发现保持密封材料的粘结剂量越大，摩擦系数越大，将缠绕有保持密封材料的废气处理体压入外壳就越困难。与此相对，将粘结剂的含量低的针刺垫朝向外侧(外壳侧)而缠绕在废气处理体上时，由于摩擦系数低的一侧朝向外壳侧，因而将废气处理体压入外壳的操作也变得顺利。
如技术方案4所述的发明那样，以重量比计，界面区域中的粘结剂的含量是针刺垫中的粘结剂的含量的1.3～7.0倍时，能够在保持制作抄造垫的简易性的同时进一步提高保持密封材料的剪切强度。之所以界面区域中的粘结剂的含量高，是因为抄造垫的抄造用浆料所含有的游离的粘结剂进入界面区域，从而实现了界面区域中的粘结剂的高含量。因此，需要在抄造用浆料中投入某种程度的量的粘结剂以提高界面区域的粘结剂含量，但如果在抄造用浆料中含有太多的粘结剂，则粘结剂出现凝聚等，可能对制作抄造垫带来阻碍。另一方面，抄造用浆料中的粘结剂含量较少时，有时不能得到目标的剪切强度。从以上的方面考虑，通过将界面区域中的粘结剂的含量限定为上述预定范围，能够在保持制作抄造垫的简易性的同时进一步提高保持密封材料的剪切强度。
通过如技术方案5所述的发明那样，通过使短纤维的平均纤维长度为300μm以下，能够进一步提高保持密封材料的剪切强度。短纤维的平均纤维长度超过上述平均纤维长度时，短纤维带来的锚固效果变弱，有时难以获得提高保持密封材料的剪切强度这样的效果。
技术方案6所述的发明中，保持密封材料的制造方法包括如下工序：对包含第一无机纤维的垫实施针刺处理，制作无机纤维交错在一起的针刺垫的工序；使粘结剂附着在针刺垫上的工序；在附着有粘结剂的针刺垫上投入至少包含第二无机纤维和粘结剂的抄造用浆料，然后保持预定时间的工序；对抄造用浆料进行脱水，制作抄造垫预制体的工序；和对层积在一起的针刺垫和抄造垫预制体进行干燥的工序。
根据技术方案6所述的发明，由于包括在附着有粘结剂的针刺垫上投入至少包含第二无机纤维和粘结剂的抄造用浆料后保持预定时间的工序，因此抄造用浆料所含有的微细的短纤维和未形成凝聚体的游离的粘结剂沉降在针刺垫上。并且，经过其后的脱水工序，短纤维和粘结剂进一步侵入至针刺垫内某种程度的深度，由此能够有效地制造出短纤维局部存在于界面区域中且该界面区域中的粘结剂含量也高的保持密封材料。即，根据技术方案6所述的发明，能够适宜地制造出剪切强度高、缠绕特性良好、并且还能够减少粘结剂的用量的技术方案1所述的保持密封材料。
并且，在进行浆料的脱水工序时沉降在针刺垫上的短纤维侵入针刺垫的界面区域并同时取向于与界面交叉的方向(以相对于界面呈竖立的状态的方式进行取向)，因此有助于提高保持密封材料的剪切强度。
根据技术方案7所述的发明，附着在针刺垫上的粘结剂的量少于抄造用浆料中的粘结剂的含量。由此，在以摩擦阻力低的针刺垫朝向外壳侧的方式来将保持密封材料缠绕在废气处理体上的情况下，压入时的阻力小，压入性变得良好。
通过如技术方案8所述的发明那样，将投入浆料后的保持时间设为10秒～60秒，能够使必要量的短纤维和粘结剂沉降，并且能够在维持生产效率下良好地制造本发明的保持密封材料。
技术方案9所述的发明为一种废气净化装置，该废气净化装置包括：在长度方向上隔着孔道壁并列设置有多个孔道的柱状废气处理体；容纳废气处理体的外壳；和配置在废气处理体与外壳之间并保持废气处理体的保持密封材料；其中保持密封材料为技术方案1～5任一项所述的保持密封材料。
技术方案9所述的废气净化装置中，由于使用了剪切强度高的保持密封材料，因此将缠绕有保持密封材料的废气处理体压入外壳内时也不会出现保持密封材料的剥离等，能够顺利地组装废气净化装置。并且，在保持密封材料出现裂缝或裂痕的情况下，废气会从出现该裂缝或裂痕的部分泄漏，而对于技术方案9所述的废气净化装置而言，由于保持密封材料还具有优异的缠绕特性，能够防止保持密封材料出现裂缝或裂痕，因此也能够防止废气从废气净化装置中泄漏。
附图说明
图1是示意性表示本发明的保持密封材料的立体图。
图2(a)是示意性表示本发明的保持密封材料的截面的侧视图，图2(b)是将图2(a)的截面之中的界面区域放大的放大截面图。
图3(a)是示意性表示第一实施方式的废气净化装置的立体图，图3(b)是图3(a)所示的废气净化装置的沿A-A线的截面图。
图4(a)是示意性表示构成第一实施方式的废气净化装置的蜂窝过滤器的立体图，图4(b)是示意性表示构成第一实施方式的废气净化装置的外壳的立体图。
图5是示意性表示制造第一实施方式的废气净化装置的过程的立体图。
图6是示意性表示剪切强度试验机的侧视图。
图7是对实施例1和比较例1的保持密封材料进行剪切强度的测定后的测定样品的照片。
图8(a)是使用实施例3的保持密封材料进行缠绕性确认试验后的试验样品的照片，图8(b)是使用比较例3的保持密封材料进行缠绕性确认试验后的试验样品的照片。
符号说明
10 保持密封材料
11 针刺垫
12 抄造垫
20 界面
21 界面区域
22 短纤维
30 废气净化装置
40 废气处理体
41 孔道
42 孔道壁
43 封堵材料
50 外壳
具体实施方式
(第一实施方式)
下面参照附图对作为本发明的保持密封材料和保持密封材料的制造方法的一个实施方式的第一实施方式进行说明。
图1是示意性表示本发明的保持密封材料的立体图。如图1所示，本实施方式的保持密封材料10的形状是具有预定的长度(图1中以箭头L表示)、宽度(图1中以箭头W表示)和厚度(图1中以箭头T表示)的俯视图大致为矩形的平板状的形状。
并且，在保持密封材料10的端面15a、15b之中的一个端面15a上形成有凸部13、另一个端面15b上形成有凹部14。这些凸部13和凹部14的形状为，在将保持密封材料10缠绕在废气处理体上以进行后述的废气净化装置的组装时凸部13和凹部14正好相互嵌合这样的形状。
保持密封材料10具有针刺垫11和抄造垫12层积而成的两层结构，其中，针刺垫11是使第一无机纤维交错起来而形成的，抄造垫12是由经抄造处理的第二无机纤维形成的。
针刺垫11是对由第一无机纤维构成的基体垫实施针刺处理而得到的垫。需要说明的是，针刺处理是指将针等使纤维交错的工具在基体垫上进行插入抽出。针刺垫11中，比构成抄造垫12的第二无机纤维还长的第一无机纤维经针刺处理而三维地交错在一起，粘结剂存在于第一无机纤维交错而成的结构中而增强了第一无机纤维的交错结构。如此地，针刺垫11中第一无机纤维原本就交错在一起，能够保持其自身的形状，因此使交错结构得到增强的粘结剂的量较少即可。需要说明的是，为了呈现交错结构，第一无机纤维具有某种程度的纤维长度，例如，第一无机纤维的平均纤维长度为0.5cm～10cm左右即可。
另一方面，抄造垫12是通过对含有第二无机纤维的抄造用浆料进行抄造而得到的呈现层状结构的垫。第二无机纤维短于第一无机纤维，因此难以获得第二无机纤维形成的交错结构，从而与针刺垫相比抄造垫12本身的形状难以被保持。因此，抄造垫12中，使用了比针刺垫11更多的粘结剂以增强第二无机纤维的三维结构，从而保持了其自身的形状。另外，由于抄造垫的原料为浆料状物，因此从制作的简易性考虑，第二无机纤维的平均纤维长度为0.2mm～20mm左右即可。
本实施方式的保持密封材料中，平均纤维长度比第二无机纤维的平均纤维长度短的短纤维局部存在于从针刺垫与抄造垫的界面起朝向针刺垫侧的界面区域，并且，以重量比计，界面区域中的粘结剂的含量高于针刺垫中的粘结剂的含量。参照图2(a)和图2(b)对该方式进行说明。
图2(a)是示意性表示本发明的保持密封材料的截面的侧视图，图2(b)是将图2(a)的截面之中的界面区域放大的放大截面图。
如上所述，保持密封材料10中，针刺垫11和抄造垫12层积在一起，在保持密封材料10的厚度方向T上，针刺垫11占据图中以A所示的区域，抄造垫12占据图中以B所示的区域。
针刺垫11与抄造垫12之间，存在针刺垫11与抄造垫12相互接触而规定的界面20。界面区域21是从该界面20起朝着针刺垫11侧至厚度为保持密封材料的厚度的5％为止的区域。因此，界面区域21也是构成针刺垫11所占的区域A的一部分的区域。
将界面区域21放大的放大图见图2(b)。如图2(b)所示，平均纤维长度比构成抄造垫12的第二无机纤维的平均纤维长度短的短纤维22局部存在于界面区域21。当然，这样的短纤维22并不是仅存在于界面区域21中，至少与针刺垫11所占的区域A中的除界面区域以外的区域相比，更多的短纤维22偏在(即局部存在)于界面区域21。短纤维22不仅包括仅存在于界面20与终端面23(界面区域21的与界面20相反一侧的面)之间的短纤维22，还包括跨过界面20而存在的短纤维22和跨过终端面23而存在的短纤维22。将这些短纤维总称为短纤维。
并且，界面区域21的粘结剂含量高于针刺垫11中的粘结剂含量。如后述那样，认为之所以实现了在界面区域21中的粘结剂的含量为高含量是由于，抄造垫12的抄造用浆料中含有的粘结剂转移到界面区域21中所致的。需要说明的是，针刺垫11的粘结剂的含量不是从图2(a)的区域A中去掉界面区域21后剩余区域中的粘结剂的含量，而是在包括界面区域21在内的针刺垫11所占的整个区域A中的粘结剂的含量。
如此地，界面区域21的粘结剂的含量多于针刺垫11中的粘结剂的含量即可，但是，以重量比计，特别优选界面区域中的粘结剂的含量为针刺垫中的粘结剂的含量的1.3～7.0倍。如后述那样，界面区域中的粘结剂的高含量是由于抄造用浆料中含有的游离的粘结剂所导致的。因此，抄造用浆料中需要有某种程度的量的粘结剂，但粘结剂的量太多时，则粘结剂发生凝聚等，可能对抄造垫的制作带来阻碍。另一方面，抄造用浆料中的粘结剂的含量较少时，有时得不到目标的剪切强度。鉴于这些方面，通过使界面区域中的粘结剂的含量处于上述预定范围，能够确保制作抄造垫的简易性并同时能够进一步提高保持密封材料的剪切强度。
本实施方式的保持密封材料10中，短纤维22局部存在于界面区域21中，且在界面区域21中的粘结剂的含量多于针刺垫11中的粘结剂的含量，因此，短纤维22、粘结剂和构成针刺垫11的第一无机纤维之间产生牢固的结合，起到像是将针刺垫11和抄造垫12相互接合起来的接合层的作用。通过使这样的短纤维和粘结剂共存，能够提高保持密封材料10的剪切强度。
短纤维22局部存在于界面区域21中时，能够获得提高本实施方式的保持密封材料10的剪切强度的效果，如图2(b)所示那样，特别优选短纤维22以其长轴的延长线E与界面20交叉的方式取向而不是取向于与界面20平行的方向，来局部存在于界面区域21中。以与界面20交叉的方式取向的短纤维22在沿着保持密封材料10的厚度方向的方向上以相对于界面20呈竖立的状态存在。短纤维22如此地以相对于界面20呈竖立的状态局部存在于界面区域21中时，与存在于界面区域21中的粘结剂协同发挥出锚固效果，从而能够提高抄造垫12与针刺垫11的粘结强度，进而能够提高保持密封材料的剪切强度。
另外，对短纤维22是否局部存在于界面区域21中的判断如下进行：将针刺垫11和抄造垫12分开，取出界面区域，将其拆开，用光学显微镜等对分散开的纤维样品进行随机观察，观察时以每单位纤维根数(例如100根等)中的短纤维数达到预定值以上为基准进行判断。该预定值可以根据对保持密封材料所要求的剪切强度、用途而改变，例如，在与汽车等内燃机连接的废气净化装置中使用的情况下，作为短纤维的局部存在程度可以采用50根/100根以上这样的值。并且，短纤维的平均纤维长度短于第二无机纤维的平均纤维长度即可，具体地说，具有300μm以下的平均纤维长度的无机纤维是适宜的。
在此，对通过将针刺垫和抄造垫分开来取出界面区域，并将其拆开而获得分散开的纤维样品的过程进行如下说明。首先，分离针刺垫和抄造垫时不需要特别复杂的设备等，可以通过用人手仔细地撕开来使两者分离。具体地说，作为分离用样品，将保持密封材料冲切成50mm见方，测定冲切成的样品的厚度，同时求出相当于该厚度的5％的值。接下来，在冲切成的样品的一个侧面的针刺垫与抄造垫之间的界面附近着手，将两者缓慢地撕开，由此能够使针刺垫和抄造垫分开。但是，将针刺垫和抄造垫分开后，有时会有部分抄造垫残留在针刺垫上。这种情况下，进一步用人手或圆头刮刀等小心地将残留在针刺垫上的部分抄造垫剥下即可。
其后，对分开的针刺垫的厚度进行测定。接下来，参照测定出的针刺垫的厚度，从针刺垫的与抄造垫接触过的表面侧仅将厚度相当于预先算出的保持密封材料的厚度的5％的那部分小心地剥下。更具体地说，(1)从针刺垫的与抄造垫接触过的表面侧，用手或圆头刮刀将针刺垫表面薄薄地剥下；接着，(2)对剥剩的针刺垫的厚度进行测定。然后，重复上述(1)和(2)的过程，使得剥剩的针刺垫的厚度达到从分开后的针刺垫的厚度中减去预先求出的相当于保持密封材料的厚度的5％的那部分的厚度之后的厚度，由此能够分离出界面区域。将如此得到的界面区域在600℃烧制1小时，除去粘结剂以便能够将无机纤维一根根地拆开。接着，小心地用人手或圆头刮刀等拆开纤维以便能够测定一根一根的无机纤维的纤维长度。从拆开的无机纤维中随机抽取无机纤维的样品，测定其纤维长度，从而能够求出短纤维的局部存在程度。
下面使用图3(a)和图3(b)对使用本实施方式的保持密封材料的本实施方式的废气净化装置的构成进行说明。
图3(a)是示意性表示本实施方式的废气净化装置的立体图，图3(b)是图3(a)所示的废气净化装置的沿A-A线的截面图。
如图3(a)和图3(b)所示，废气净化装置30由在长度方向上隔着孔道壁42并列设置有多个孔道41的柱状废气处理体40；容纳废气处理体40的外壳50；以及配置在废气处理体40和外壳50之间并保持废气处理体40的保持密封材料10构成。
根据需要，外壳50的端部连接如下部件：导入由内燃机排出的废气的导入管；和将通过了废气净化装置的废气排出到外部的排出管。
另外，在本实施方式的废气净化装置30中，如图3(b)所示，作为废气处理体40，使用各孔道的任意一端被封堵材料43封住的蜂窝过滤器。
以下，使用图3(b)对废气通过具有上述构成的废气净化装置30的情况进行说明。
如图3(b)所示，由内燃机排出并且流入废气净化装置30的废气(图3(b)中，用G表示废气，用箭头表示废气流)流入蜂窝过滤器40的在废气流入侧端面40a开口的一个孔道41，并通过隔开孔道41的孔道壁42。此时，废气中的PM在孔道壁42中被捕集，废气得到净化。净化后的废气从在废气流出侧端面40b开口的其他孔道41流出，并被排出到外部。
接下来，使用图4(a)、图4(b)对构成废气净化装置30的蜂窝过滤器和外壳进行说明。
另外，由于已经对保持密封材料10的构成进行了描述，因而在此省略描述。
图4(a)是示意性表示构成第一实施方式的废气净化装置的蜂窝过滤器的立体图，图4(b)是示意性表示构成第一实施方式的废气净化装置的外壳的立体图。
如图4(a)所示，蜂窝过滤器40主要由多孔质陶瓷形成，其形状为圆柱状。并且，为了强化蜂窝过滤器40的外周部、调整形状或是提高蜂窝过滤器40的绝热性，在蜂窝过滤器40的外周设置有密封材料层44。
另外，蜂窝过滤器40的内部构成与在上述的本实施方式的废气净化装置的说明中进行的描述相同(参照图3(b))。
接下来，对外壳50进行说明。图4(b)所示的外壳50主要由不锈钢等金属制成，其形状为圆筒状。并且，外壳50的内径比蜂窝过滤器40的端面的直径与缠绕在蜂窝过滤器40上的状态下的保持密封材料10的厚度的合计长度略小，外壳50的长度与蜂窝过滤器40的长度方向(图4(a)中箭头a的方向)的长度大致相同。
下面对本实施方式的保持密封材料和废气净化装置的制造方法进行说明。
首先对保持密封材料的制造方法进行说明。本实施方式的保持密封材料的制造方法包括如下工序：对包含第一无机纤维的垫实施针刺处理，制作无机纤维交错在一起的针刺垫的工序；使粘结剂附着在该针刺垫上的工序；在附着有粘结剂的针刺垫上投入至少包含第二无机纤维和粘结剂的抄造用浆料，然后保持预定时间的工序；对抄造用浆料进行脱水，制作抄造垫预制体的工序；和对层积在一起的针刺垫与所述抄造垫预制体进行干燥的工序。下面对每个工序进行说明。
(1)针刺垫制作工序
针刺垫可以通过对基体垫实施上述的针刺处理来制作。基体垫中，具有预定的平均纤维长度的第一无机纤维经纺丝工序松松地交错在一起。对该松松地交错在一起的第一无机纤维实施针刺处理，由此第一无机纤维更加复杂地交错起来，即使不存在粘结剂，也能够制成具有某种程度的可维持形状的交错结构的垫。
对第一无机纤维没有特别限定，可以是氧化铝纤维，也可以是陶瓷纤维、二氧化硅纤维等。可以根据耐热性、耐风蚀性等对保持密封材料所要求的特性等来进行改变。使用氧化铝纤维作为第一无机纤维的情况下，例如可以使用氧化铝与二氧化硅的组成比为60∶40～99∶1的纤维。
针刺处理可以利用针刺装置来进行。针刺装置由支持基体垫的支持板和设于该支持板的上方、能够在刺入方向(基体垫的厚度方向)上来回移动的针板构成。针板上安装有大量的针。使该针板相对于安放在支持板上的基体垫移动，使大量的针在基体垫上插入抽出，从而可以使构成基体垫的第一无机纤维复杂地交错起来。可以根据目标堆积密度和单位面积重量等来改变针刺处理的次数和针数。
(2)粘结剂附着工序
使粘结剂附着在如此实施了针刺处理的针刺垫上。通过使粘结剂附着在针刺垫上，能够使第一无机纤维彼此交错的结构更加牢固，同时能够抑制针刺垫的堆积高度。
作为粘结剂，可以使用将丙烯酸系胶乳、橡胶系胶乳等分散在水中而成的乳液。用喷雾器等将该粘结剂均匀地喷在整个针刺垫上，从而使粘结剂附着在针刺垫上。
其后，对针刺垫进行干燥以除去粘结剂中的水分。此时，可以根据需要在干燥时对针刺垫进行压缩。作为干燥压缩条件，例如可以在100℃～200℃于30kPa～200kPa进行压缩的同时干燥3分钟～20分钟。通过经历干燥工序，能够制作出本实施方式的针刺垫。
(3)抄造用浆料制备工序
下面制备成为抄造垫的原料的抄造用浆料。抄造用浆料中主要含有作为分散介质的水、第二无机纤维、粘结剂和凝聚剂。
第二无机纤维通过对氧化铝纤维等原料纤维进行开纤而得到。开纤时可以使用Feather Mill等开纤装置。通过如此地将原料纤维开纤到所期望的程度，就可以得到第二无机纤维。
相对于100重量份预定量的水，分散1重量份左右的所得到的第二无机纤维，进行搅拌。然后，添加粘结剂并进行搅拌，接着添加凝聚剂，进一步搅拌。通过添加凝聚剂，第二无机纤维与粘结剂凝聚，成为一种胶体状态，从而制备出抄造用浆料。
作为粘结剂，可以使用胶乳等有机粘结剂、氧化铝溶胶等无机粘结剂。对粘结剂的量没有特别限定，相对于100重量份第二无机纤维使用1重量份～30重量份左右粘结剂即可。作为凝聚剂，可以使用阴离子系高分子凝聚剂、阳离子系高分子凝聚剂等凝聚剂。对凝聚剂的量也没有特别限定，使用0.1重量％～3.0重量％左右即可。
(4)保持工序
在设于成型器上的过滤用筛网上安放预先制作好的针刺垫，从该针刺垫的上方投入预定量的预先制备的抄造用浆料。
投入抄造用浆料后，将由针刺垫构成的层和抄造用浆料的层保持预定时间并同时不对其实施任何操作。通过保持预定时间，在添加凝聚剂时没有凝聚的所谓的游离状态的第二无机纤维之中的短纤维成分和粘结剂优先沉降，聚积在针刺垫的上表面或一部分侵入针刺垫内部。据认为这些游离的短纤维成分和粘结剂是导致短纤维局部存在于界面区域中以及粘结剂在界面区域中高浓度化的原因。
需要说明的是，作为保持时间，只要是游离的短纤维成分和粘结剂足以沉降的时间即可，并且，只要是凝聚在一起的第二无机纤维和粘结剂不发生沉降的时间即可，例如可以是10秒～60秒的时间。
(5)脱水工序
接下来，对抄造用浆料中的水分进行脱水。脱水是使抄造用浆料中的水分通过过滤用筛网来进行的，可以使用抽吸机等来进行。该脱水工序中，抄造用浆料的水分通过针刺垫，进而通过过滤用筛网排出到外部。此时，上述游离的短纤维成分和粘结剂进一步从针刺垫的上表面侵入至预定范围，即，以在整个界面区域扩散开的方式侵入。
该脱水工序中，使在保持工序中聚积在针刺垫上的短纤维或部分侵入针刺垫内部的短纤维取向于与进行脱水时的水分的脱除方向平行的方向。即，经过脱水工序，存在于界面区域的短纤维在与界面交叉的方向上取向。
脱水工序后，在针刺垫上形成抄造垫预制体的层，成为两层结构，成为短纤维和粘结剂局部存在于界面区域中的状态。
(6)干燥工序
最后，从成型器中取出脱水后的两层结构的垫，在30kPa～200kPa的加压下于100℃～200℃的温度对该垫进行加热，由此进行干燥，从而得到本实施方式的保持密封材料。
接下来，参照附图对废气净化装置的制造方法进行说明。
图5是示意性表示制造本实施方式的废气净化装置的过程的立体图。
将上述工序中制造的保持密封材料10缠绕在利用现有公知的方法制作的圆柱形状的蜂窝过滤器(废气处理体)40的外周上，并使凸部13与凹部14嵌合。并且，如图5所示，将缠绕了保持密封材料10的蜂窝过滤器40压入具有预定尺寸的圆筒状的主要由金属等制成的外壳30中，由此制造废气净化装置。
压入后，为了使保持密封材料通过压缩而发挥出预定的回弹力(即保持蜂窝过滤器的力)，外壳50的内径比缠绕有保持密封材料10的蜂窝过滤器40的包括保持密封材料10的厚度在内的最外径略小。
本实施方式的保持密封材料中，由于界面区域中的短纤维和粘结剂的结合导致剪切强度增大，因而在将废气处理体压入外壳中时不会出现保持密封材料的剥离和分离等。
以下，对本实施方式的保持密封材料和废气净化装置的作用效果进行列举。
(1)本实施方式的保持密封材料中，由于预定的短纤维局部存在于包含在针刺垫中的界面区域，因此能够得到比仅用粘结剂进行了层积的情况高的剪切强度。由此能够防止压入时由于剪切应力而导致在保持密封材料上出现剥离等情况。
(2)本实施方式的保持密封材料中，由于以重量比计，界面区域中的粘结剂的含量高于针刺垫中的粘结剂的含量，因此由于短纤维的存在和高含量的粘结剂而产生更牢固的结合以及交错。因此，本实施方式的保持密封材料中，能够实现保持密封材料的剪切强度的进一步提高。
(3)本实施方式的保持密封材料中，通过层积针刺垫和抄造垫来构成保持密封材料。针刺垫是由原本就交错在一起的第一无机纤维形成的垫所构成的，因此其本身就具有一定程度的定型性。因此，不需要大量的粘结剂来维持针刺垫本身的外形，粘结剂的量只要是根据作业性等所需的最小限度的量即可，从而能够实现保持密封材料中的粘结剂的用量的减少。
(4)并且，由于针刺垫的柔软性高于抄造垫，因此向废气处理体上缠绕保持密封材料时能够紧密地贴合废气处理体的外周。因此，本实施方式的保持密封材料中，能够得到对废气处理体的缠绕性良好的保持密封材料。
(5)本实施方式的保持密封材料中，由于局部存在的短纤维取向于与界面交叉的方向，因此能够进一步提高保持密封材料的剪切强度。
(6)本实施方式的保持密封材料的制造方法中，由于包括在附着有粘结剂的针刺垫上投入至少包含第二无机纤维和粘结剂的抄造用浆料后保持预定时间的工序，因此抄造用浆料所含有的微细的短纤维和未形成凝聚体的游离的粘结剂沉降在针刺垫上。并且，经过其后的浆料的脱水工序，短纤维和粘结剂进一步侵入至针刺垫内某种程度的深度，由此能够有效地制造出短纤维局部存在于界面区域中且界面区域中的粘结剂含量也高的保持密封材料。
(7)本实施方式的保持密封材料的制造方法中，通过将投入浆料后的保持时间设为10秒～60秒，能够使必要量的短纤维和粘结剂沉降，并且能够在维持生产效率下良好地制造本发明的保持密封材料。
(8)本实施方式的废气净化装置中，由于使用了剪切强度高的保持密封材料，因此将缠绕有保持密封材料的废气处理体压入外壳中时也不会出现保持密封材料的剥离等，能够顺利地组装废气净化装置。并且，在保持密封材料出现裂缝或裂痕的情况下，废气会从出现该裂缝或裂痕的部分泄漏，而对于本实施方式的废气净化装置来说，由于保持密封材料还具有优异的缠绕特性，能够防止保持密封材料出现裂缝或裂痕，因此还能够防止废气从废气净化装置中泄漏。
下面给出进一步具体公开了本发明的第一实施方式的实施例，但本实施方式并不仅限于这些实施例。
(实施例1)
(1)针刺垫的制作
作为具有氧化铝-二氧化硅组成的由氧化铝纤维制成的基体垫，准备组成比为Al₂O₃∶SiO₂＝72∶28的基体垫。通过对该基体垫实施针刺处理，制作出堆积密度为0.15g/cm³、单位面积重量为1050g/m²的针刺处理垫。
另外再制备丙烯酸系胶乳分散在水中而成的丙烯酸系胶乳乳液，将其用作粘结剂。
接着，将针刺处理垫剪裁成俯视图尺寸为930mm×515mm的大小。使用喷雾器对剪裁出的针刺处理垫均匀地喷粘结剂，使得该粘结剂相对于剪裁出的针刺处理垫的氧化铝纤维量为3.0重量％。
其后，将附着有粘结剂的针刺处理垫在70kPa的加压下于140℃的温度通风干燥5分钟，从而制作出针刺垫。
(2)抄造垫的制作和层积
首先，按以下顺序制备抄造用浆料。
准备由组成比为Al₂O₃∶SiO₂＝72∶28的氧化铝纤维构成的原料纤维，利用Feather Mill对2kg该原料纤维进行开纤10分钟。通过该开纤操作，原料纤维中纤维长度为300μm以下的短纤维的含量为22％。
接下来，在79000g水中添加790g开纤后的原料纤维，然后利用搅拌机对其搅拌5分钟，制备出原料纤维混合物。
在原料纤维混合物中添加胶乳作为有机粘结剂并使胶乳的含量为24重量％，搅拌1分钟。接着，在混合物中添加6.32g氧化铝溶胶作为无机粘结剂，进一步搅拌1分钟。进一步向混合物中添加3.95g Percol292(汽巴精化社制造)作为凝聚剂，搅拌1分钟，由此制备出抄造用浆料。
接着，利用抄造用浆料制作了抄造垫。
在抄造用成型器(长930mm×宽515mm×深400mm)的底部设置过滤用筛网(30目)，在该过滤用筛网上安放上述的针刺垫。
接下来，从针刺垫的上方投入抄造用浆料。然后，对投入的抄造用浆料不实施任何操作并保持20秒。
抄造用浆料在经保持之后，进行脱水处理，由此在针刺垫上形成抄造垫的层。进行脱水处理时，使用抽吸泵从抄造用成型器的底部侧施加抽吸压力，通过过滤用筛网强行地抽吸出抄造用浆料中的水分。
最后，将由针刺垫和抄造垫的层构成的两层结构的垫从抄造用成型器中取出，将该两层结构的垫制成被压缩到厚度为9mm的状态，于135℃干燥60分钟。由此制造出针刺垫和抄造垫形成一体的保持密封材料。另外，抄造垫的单位面积重量为1650g/m²。
(实施例2～10)
附着在针刺处理垫上的粘结剂的量以及抄造用浆料中的粘结剂的含量为表1所示的值，除此以外，与实施例1同样地制作保持密封材料。
(比较例1、2)
作为比较例1、2的保持密封材料，制作出界面区域不含短纤维的保持密封材料。首先，与实施例1同样地进行针刺垫的制作和抄造用浆料的制备。然后，使用抄造用浆料制作并层积抄造垫时采用如下步骤。
在抄造用成型器(长930mm×宽515mm×深400mm)的底部设置过滤用筛网(30目)，在该过滤用筛网上投入抄造用浆料。
投入抄造用浆料后，进行脱水处理，由此形成抄造垫的层。进行脱水处理时，使用抽吸泵从抄造用成型器的底部侧施加抽吸压力，通过过滤用筛网强行地抽吸出抄造用浆料中的水分。
然后，将抄造垫的层从抄造用成型器中取出，将其制成被压缩到厚度为5.5mm的状态，于150℃干燥13分钟。如此制作的抄造垫的单位面积重量为1650g/m²。
接下来，通过使用粘结剂将预先制作的针刺垫和抄造垫粘接起来而使其层积在一起。作为粘结剂，使用属于有机粘结剂的丙烯酸系胶乳，使该丙烯酸系胶乳的量相对于针刺垫的重量达到表1所示的值来涂布丙烯酸系胶乳。
然后，在针刺垫上安放抄造垫，将其制成厚度被压缩到9mm的状态，于150℃干燥10分钟。通过以上的工序，得到针刺垫与抄造垫层积在一起、界面区域不含短纤维的保持密封材料。
(比较例3)
作为比较例3的保持密封材料，不使用针刺垫，制作出由两层抄造垫构成的保持密封材料。
在抄造用成型器(长930mm×宽515mm×深400mm)的底部设置过滤用筛网(30目)，在该过滤用筛网上投入与实施例1同样地制备出的抄造用浆料。
投入抄造用浆料后，进行脱水处理，由此形成抄造垫的层。进行脱水处理时，使用抽吸泵从抄造用成型器的底部侧施加抽吸压力，通过过滤用筛网强行地抽吸出抄造用浆料中的水分。
然后，将抄造垫的层从抄造用成型器中取出，将其制成厚度被压缩到3.5mm的状态，于150℃干燥13分钟。如此制作的抄造垫的单位面积重量为1050g/m²。
接下来，再次在抄造用成型器(长930mm×宽515mm×深400mm)的底部设置过滤用筛网(30目)，在该过滤用筛网上安放上述抄造垫。
接着，从抄造垫的上方投入抄造用浆料。然后，不实施任何操作将投入的抄造用浆料保持20秒。
抄造用浆料在经保持之后，进行脱水处理，由此在抄造垫上进一步形成抄造垫的层。进行脱水处理时，使用抽吸泵从抄造用成型器的底部侧施加抽吸压力，通过过滤用筛网强行地抽吸出抄造用浆料中的水分。
最后，将由抄造垫和抄造垫的层构成的两层结构的垫从抄造用成型器中取出，将该两层结构的垫制成厚度被压缩到9mm的状态，于135℃干燥60分钟。由此制造出两层抄造垫形成一体的保持密封材料。
针对实施例1～10和比较例1～3制作的各保持密封材料，分别进行剪切强度测定、初期密度测定、摩擦系数测定、灼烧损失测定、纤维长度测定以及缠绕性确认试验。
(剪切强度测定)
使用图6所示的剪切强度试验机进行剪切强度测定。图6是示意性表示剪切强度试验机的侧视图。首先，将制成的保持密封材料冲切成俯视图尺寸为50mm×50mm的大小，制成剪切强度测定用样品。在带有突起62的SUS制板材61上安放冲切出的测定用样品10，在其上安放两面带有突起62的SUS制中间板材63，以预定的间隔g夹住测定用样品10。接下来，在中间板材63上安放另一个冲切出的测定用样品10，再在该测定用样品10上以预定的间隔g安放带有突起62的SUS制板材61，在三张板材的相邻的两张之间夹一张测定用样品，共计夹住两张测定用样品。
接下来，沿着相反的方向(图6中箭头t的方向)牵引上下两端的板材61和中间板材63，测定此时产生的应力(N)。将如此测定出的应力除以两张测定用样品的面积(0.05m²×2)，将所得到的值作为每单位面积上所负载的应力(即剪切强度)(kPa)来进行评价。
(初期密度测定)
将制成的保持密封材料冲切成俯视图尺寸为100mm×100mm的大小，制成初期密度测定用样品。通过测定该样品的厚度(mm)和重量(g)，求出初期密度(g/cm³)。
(摩擦系数测定)
将制成的保持密封材料冲切成俯视图尺寸为30mm×50mm的大小，制成摩擦系数测定用样品。在固定于测定台上的SUS制板材上安放测定用样品，使得砝码的牵引方向与测定用样品的长度方向平行。进而，在该测定用样品上安放5kg的砝码，以10mm/min的速度在水平方向上牵引该砝码，测定此时的拉伸应力。读取测定的应力的最大值，用最大应力(N)除以由砝码重量导出的负荷(N)，从而计算出静止摩擦系数。
(灼烧损失测定)
将制成的保持密封材料冲切成俯视图尺寸为50mm×50mm的大小，制成灼烧损失测定用样品。将该样品拆分成抄造垫所占的区域(a)(相当于图2中的区域B)、界面区域所占的区域(b)(相当于图2中的界面区域21)、和从针刺垫所占的区域中除掉界面区域(b)后剩下的区域(c)。
接下来，以拆分开的各区域为试样，分别投入到预先测定了重量的坩锅中，测定坩锅和试样的合计重量。将装有试样的坩锅直接放入电炉中，于600℃加热烧制1小时。冷却后，从电炉中取出坩锅，再次测定坩锅的重量，比较灼烧前后的重量，求出灼烧损失(g)。根据如此求出的灼烧损失，计算出针刺垫和抄造垫中各自的粘结剂的含量(重量％)。
(纤维长度测定)
将实施例1和比较例1制作的保持密封材料冲切成俯视图尺寸为10mm×10mm的大小，制成纤维长度测定用样品。与灼烧损失测定同样，将该样品拆分成抄造垫所占的区域(a)、界面区域所占的区域(b)和从针刺垫所占的区域中除掉界面区域(b)后剩下的区域(c)。
从各区域中随机选择10处测定点，从各处采集纤维试样。使用光学显微镜，以10倍的放大倍数对至少50根纤维测定各纤维试样中纤维的长度。接着，根据区域(a)～(c)各区域的测定结果，对纤维长度为300μm以下的短纤维的根数进行计数。通过用该短纤维的根数除以测定了纤维长度的纤维的总数，计算出短纤维存在率(％)。
(缠绕性确认试验)
准备直径为127mm、长度方向上的长度为150mm的圆柱形的蜂窝状催化剂载体。从实施例和比较例制作的保持密封材料上切下俯视图尺寸为350mm×100mm的缠绕用样品。以针刺垫朝向外侧的方式将缠绕用样品缠绕在催化剂载体的外周。以此时保持密封材料的外观上是否出现裂缝为判定基准，进行缠绕性确认试验。
结果列于表1和表2。

表2