封孔蜂窝结构体 |
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| 申请号 | CN201380012449.3 | 申请日 | 2013-01-23 | 公开(公告)号 | CN104159651B | 公开(公告)日 | 2016-08-17 |
| 申请人 | 日本碍子株式会社; | 发明人 | 高桥章; 浜崎佑一; 丰岛哲雄; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供PM的捕集性能、再生时的耐裂性、制造成本各方面都良好的封孔蜂窝结构体。是具有划分形成连通两个端面之间的多个隔室的多孔质的隔壁(3)、和与隔壁(3)一体形成的外周壁(4)的蜂窝结构体(1)。隔室由位于蜂窝结构体(1)的最外周部且其一部分与外周壁(4) 接触 的部分隔室(5)、和部分隔室(5)以外的通常隔室(6)构成。就通常隔室(6)而言，以蜂窝结构体(1)的两个端面呈互补的方格花纹的封孔图案，在其一端部形成封孔部(8)，就部分隔室(5)而言，在按照上述封孔图案应在其一端部形成封孔部的部分隔室(5)中，根据数学式(1)求出的面积比小于80％的部分隔室(5a)的至少一部分不形成封孔部，并且，根据数学式(1)求出的面积比为80％以上的部分隔室(5b)中，按照上述封孔图案应在其一端部形成封孔部的面积比为80％以上的部分隔室的95％以上形成有封孔部(8)，面积比(％)＝部分隔室的面积/通常隔室的面积×100…(1)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种封孔蜂窝结构体，具有划分形成连通两个端面之间的多个隔室的多孔质隔壁、以及与该隔壁一体形成的外周壁，上述封孔蜂窝结构体的特征在于， |
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| 说明书全文 | 封孔蜂窝结构体技术领域背景技术[0003] 一般来说，这样的蜂窝结构体构成为，具有：划分形成连通两个端面之间的多个隔室的多孔质的隔壁；以及与该隔壁一体形成的外周壁，并且以其两个端面呈互补的方格花纹的封孔图案，在各隔室的一端部形成封孔部。 [0005] 然而，在这样的制造方法中，通过挤压成型来制造的蜂窝结构体的隔室中存在：位于蜂窝结构体的最外周部且其一部分与外周壁接触的部分隔室；以及部分隔室以外的通常隔室。就部分隔室而言，其轮廓的一部分由外周壁形成，因此与通常隔室的形状不同，面积也比通常隔室小。因此，在部分隔室形成封孔部时比在通常隔室形成封孔部时更困难且麻烦。 [0006] 因此，以往，针对怎样处理该部分隔室作出了各种研究，根据其处理的方法，提出了不同方式的蜂窝结构体。作为代表性的蜂窝结构体，举出下述(1)～(3)的方式。 [0008] (2)在包含部分隔室的存在于从外周起几个隔室的范围的隔室，全部形成封孔部(例如，参照专利文献2)。 [0009] (3)在部分隔室或者包含部分隔室存在于从外周起几个隔室的范围的隔室一律不形成封孔部(例如，参照专利文献3)。 [0010] 然而，就上述(1)以及(2)的方式而言，PM的捕集性能良好，但是在对存积在蜂窝结构体的内部的PM进行燃烧去除而进行过滤器的再生时，存在容易产生裂缝的问题。作为该原因之一，可以想到由于在面积小的部分隔室也形成封孔部，从而蜂窝结构体的刚性(杨氏模量)变高，再生时的热应力变大。另外，作为另外一个原因，可以想到形成于部分隔室的封孔部隔热作用，再生时的蜂窝结构体内的温度梯度变大。 [0011] 另一方面，就上述(3)的方式而言，再生时的耐裂性良好，然而流入没有形成封孔部的部分隔室的PM的绝大多数没有被捕集，直接通过蜂窝结构体，所以捕集性能上有问题。近年来，PM的排出限制越来越严格，特别是在欧盟(EU)，除了以以往的PM的质量为基准的排出限制以外，还计划导入以PM的个数为基准的更严格的排出限制。考虑到上述(3)的方式不易应对这样的排出限制的强化。 [0012] 此外，作为与上述的制造方法不同的制造方法，还已知在通过挤压成型来制造的蜂窝结构体的通常隔室形成封孔部后，实施外周加工来去除外周壁，在其加工部位上涂敷涂层材来重新形成外周壁的方法(例如，参照专利文献4)。在该制造方法中能够得到如下蜂窝结构体：当涂敷涂层材时，作为部分隔室的部分被涂层材填上，全部的隔室仅由预先形成封孔部的通常隔室构成。 [0013] 然而，就该蜂窝结构体而言，在其制造时，需要实施外周加工来去除外周壁的工序、涂敷涂层材来重新形成外周壁的工序，直至完成为止需要较多的工序，所以在制造成本方面存在问题。 [0014] 现有技术文献 [0015] 专利文献 [0016] 专利文献1：特开2007－203628号公报 [0017] 专利文献2：特开2004－154768号公报 [0018] 专利文献3：特开2004－124723号公报 [0019] 专利文献4：特开2005－199179号公报 发明内容[0020] 发明所要解决的课题 [0021] 本发明鉴于这样的以往的情况而提出，其目的在于，提供PM的捕集性能、再生时的耐裂性，制造成本各方面都良好的封孔蜂窝结构体。 [0022] 用于解决课题的方法 [0023] 为了实现上述目的，根据本发明提供以下的封孔蜂窝结构体。 [0024] [1]在具有划分形成连通两个端面之间的多个隔室的多孔质隔壁、以及与该隔壁一体形成的外周壁的封孔蜂窝结构体中，所述隔室包括：位于所述蜂窝结构体的最外周部且其一部分与所述外周壁接触的部分隔室；以及所述部分隔室以外的通常隔室，就所述通常隔室而言，以所述蜂窝结构体的两个端面呈互补的方格花纹的封孔图案，在其一端部形成封孔部，就所述部分隔室而言，在按照所述封孔图案应在其一端部形成封孔部的部分隔室中，根据数学式(1)求出的面积比小于80％的部分隔室的至少一部分不形成封孔部，并且，根据数学式(1)求出的面积比为80％以上的部分隔室中，按照所述封孔图案应在其一端部形成封孔部的面积比为80％以上的部分隔室的95％以上形成有封孔部， [0025] 面积比(％)＝部分隔室的面积/通常隔室的面积×100…(1)。 [0026] [2]根据[1]所述的封孔蜂窝结构体，其中，在按照所述封孔图案应在其一端部形成封孔部的部分隔室中，根据数学式(1)求出的面积比为80％以上的部分隔室全部形成有封孔部。 [0027] [3]根据[1]或[2]所述的封孔蜂窝结构体，其中，在按照所述封孔图案应在其一端部形成封孔部的部分隔室中，根据数学式(1)求出的面积比小于80％且没有形成封孔部的部分隔室的数量与按照所述封孔图案应在其一端部形成封孔部的全部部分隔室数量之比为80％以下。 [0028] [4]根据[3]所述的封孔蜂窝结构体，其中，在按照所述封孔图案应在其一端部形成封孔部的部分隔室中，根据数学式(1)求出的面积比小于50％且没有形成封孔部的部分隔室的数量与按照所述封孔图案应在其一端部形成封孔部但没有形成封孔部的部分隔室整体的数量之比为50％以上。 [0029] [5]根据[1]～[4]中任意一项所述的封孔蜂窝结构体，其中，在其一端部形成封孔部的部分隔室中，根据数学式(1)求出的面积比为50％以下的部分隔室的封孔部的长度为所述通常隔室的封孔部的长度的90％以下，并且，根据数学式(1)求出的面积比为20％以下的部分隔室的封孔部的长度为所述通常隔室的封孔部的长度的60％以下。 [0030] 发明的效果 [0031] 就本发明的封孔蜂窝结构体而言，在面积比较小，不易流入PM的部分隔室的一部分不形成封孔部，另一方面，在面积比较大，容易流入PM的部分隔室的大部分形成封孔部。这样，形成封孔部的部分隔室和不形成封孔部的部分隔室根据面积来确定，从而能够发挥PM的捕集性能和再生时的耐裂性各方面都良好的效果。另外，就本发明的封孔蜂窝结构体而言，在其制造时，不需要临时将外周壁去除后重新形成的工序，所以能够以少的工序制造，所以在制造成本方面也良好。 附图说明 [0032] 图1是表示本发明的封孔蜂窝结构体的端面的一部分的俯视图。 [0033] 图2是表示图1的A－A截面构造的局部剖视图。 [0034] 图3是表示图1的B－B截面构造的局部剖视图。 [0035] 图4是表示构成本发明的封孔蜂窝结构体的蜂窝结构体(蜂窝结构体主体)的隔室形状的一个例子的一部分的俯视图。 具体实施方式[0036] 以下，基于具体的实施方式来说明本发明，然而本发明并不限定解释于此，在不脱离本发明的范围内，可以基于本领域技术人员的知识，施加各种变更、修正、改进。 [0037] 图1是表示本发明的封孔蜂窝结构体的端面的一部分的俯视图，图2是表示图1的A－A截面构造的局部剖视图，图3是表示图1的B－B截面构造的局部剖视图。 [0038] 本发明的封孔蜂窝结构体1具有：划分形成连通两个端面9、10之间的多个隔室的多孔质的隔壁3；以及与隔壁3一体形成的外周壁4。隔室包括：位于蜂窝结构体的最外周部且其一部分与外周壁4接触的部分隔室5；以及作为部分隔室5以外的隔室的通常隔室6。部分隔室5的轮廓的一部分由外周壁4形成，所以与通常隔室6的形状不同，面积也比通常隔室6小。 [0039] 在本发明的封孔蜂窝结构体1中，在这些隔室中，通常隔室6以蜂窝结构体的两个端面9、10呈互补的方格花纹的封孔图案，在其一端部形成有封孔部8。 [0040] 另一方面，针对部分隔室5，根据由数学式(1)求出的面积比(以下，有简称为“面积比”的情况。)，进行不同的处理。此外，在数学式(1)中，“部分隔室的面积”以及“通常隔室的面积”意味着与这些隔室的延伸方向垂直的截面上的这些隔室的面积。 [0041] 面积比(％)＝部分隔室的面积/通常隔室的面积×100···(1) [0042] 具体而言，根据上述封孔图案(通常隔室6的封孔图案)，在其一端部应形成封孔部的部分隔室(以下，有简称为“应形成封孔部的部分隔室”的情况。)中，针对面积比为小于80％的部分隔室5a，至少在其一部分不形成封孔部。这样，在面积(面积比)比较小的部分隔室的至少一部分不形成封孔部，从而能够缓和伴随封孔部的形成的封孔蜂窝结构体1的刚性(杨氏模量)的上升、封孔部的隔热作用。其结果，抑制对存积在封孔蜂窝结构体1的内部的PM进行燃烧去除而进行过滤器的再生时，产生较大的热应力，或者封孔蜂窝结构体1内的温度梯度变大，从而提高再生时的耐裂性。此外，在这样面积(面积比)比较小的部分隔室不易流入PM，所以在其一部分不形成封孔部，也不会对PM的捕集性能产生较大的影响。 [0043] 另外，本发明中，就应形成封孔部的部分隔室中的面积比为80％以上的部分隔室5b而言，在应形成封孔部的面积比为80％以上的部分隔室的95％以上形成有封孔部8。这样，在面积(面积比)比较大，容易流入PM的部分隔室的大部分形成有封孔部，从而能够较高地保持PM的捕集性能。此外，在PM的捕集性能上，优选在面积比为80％以上的部分隔室5b的全部形成有封孔部8。 [0044] 本发明中，优选在应形成封孔部的部分隔室中，面积比小于80％且没有形成封孔部的部分隔室5a的数量与应形成封孔部的全部部分隔室数之比为80％以下。即使面积(面积比)比较小而不易流入PM的部分隔室，如果没有形成封孔部的部分隔室的数量过多，则PM的捕集性能上不好，然而如果满足这样的条件，则不会对PM的捕集性能产生较大的影响。 [0045] 另外，本发明中，优选在应形成封孔部的部分隔室中，面积比小于50％且没有形成封孔部的部分隔室5c的数量与应形成封孔部的部分隔室中没有形成封孔部的全部部分隔室数量之比为50％以上。PM很难流入面积比小于50％的小的部分隔室5c。因此，如果面积比小于50％的部分隔室5c占没有形成封孔部的部分隔室全体之比为50％以上，则能够将没有形成封孔部的部分隔室对PM的捕集性能带来的影响抑制为较小。 [0046] 并且，在本发明中，优选在其一端部形成有封孔部8的部分隔室中，面积比为50％以下的部分隔室5d中的封孔部8的长度L2为通常隔室6中的封孔部8的长度L1的90％以下，并且，面积比为20％以下的部分隔室5e中的封孔部8的长度L3为通常隔室6中的封孔部8的长度L1的60％以下。这样，越是面积比小的部分隔室，封孔部8的长度也越短，从而能够抑制伴随封孔部8的形成的封孔蜂窝结构体1的刚性(杨氏模量)的上升，其结果，能够提高再生时的耐裂性。 [0047] 在本发明的封孔蜂窝结构体中，从强度、耐热性等的观点考虑，作为除了封孔部的蜂窝结构体主体的构成材料，举出优选的炭化硅(SiC)、以炭化硅(SiC)为骨材并且以硅(Si)为结合材而形成的硅-炭化硅系复合材料、氮化硅、堇青石、莫来石、氧化铝、尖晶石、炭化硅－堇青石系复合材、锂铝硅酸盐、钛酸铝、Fe－Cr－Al系金属等。另外，为了减小与蜂窝结构体主体的热膨胀差，封孔部的构成材料优选使用与蜂窝结构体主体相同的材料。 [0048] 隔壁的厚度优选50～2000μm，进一步优选100～1000μm，更优选150～700μm。如果隔壁的厚度小于50μm，则存在由于强度小于而耐热冲击性降低的情况。另一方面，如果隔壁的厚度超过2000μm，则存在压力损失过大的情况。 [0049] 隔室密度优选20～600cpsi(3.1～93隔室/cm2)，进一步优选50～400cpsi(7.8～62隔室/cm2)，更优选100～300cpsi(15.5～46.5隔室/cm2)。如果隔室密度小于20cpsi(3.1 2 隔室/cm )，则存在作为过滤器的有效面积不足，而使PM的捕集效率恶化的情况。另一方面，如果隔室密度超过600cpsi(93隔室/cm2)，则存在压力损失过大的情况。此外，“cpsi”是“cells per square inch”的缩写，是表示每1平方英寸的隔室数的单位。例如10cpsi约为 1.55隔室/cm2。 [0050] 隔壁的气孔率优选25～75％，进一步优选30～65％，更优选35～65％。如果气孔率小于25％，则存在压力损失过大的情况。另一方面，如果隔壁的气孔率超过75％，则存在封孔蜂窝结构体的强度过低的情况。能够利用水银孔率计来测量气孔率。 [0051] 隔壁的平均气孔径(小孔径)优选6～35μm，进一步优选7～30μm，更优选7～25μm。如果隔壁的平均气孔径小于6μm，则存在压力损失过大的情况。另一方面，如果平均气孔径超过35μm，则存在封孔蜂窝结构体的强度过低的情况。能够利用水银孔率计来测量平均气孔径。 [0052] 蜂窝结构体主体的隔室形状(与隔室延伸方向正交的截面上的通常隔室的形状)不特别限制，然而优选四边形、六边形、八边形等的多边形。另外，也可以如图4所示在蜂窝结构体的端面上的正交的两个方向上，面积不同的四边形隔室6a和八边形隔室6b交替地排列。此外，在存在这样的两种形状的隔室的方式中，当求出部分隔室的面积比时，数学式(1)中的“通常隔室的面积”的“通常隔室”是两种形状的通常隔室中，与欲求出面积比的部分隔室的外周壁相接的部分以外的形状(轮廓)一致的一方的通常隔室。 [0053] 蜂窝结构体主体的形状不特别限定，例如，能够采用端面为圆形的筒状(圆筒形状)、端面为椭圆形状的筒状、端面为多边形(四边形、五边形、六边形、七边形、八边形等)的筒状等的形状。 [0054] 作为制造蜂窝结构体主体的方法，能够使用以往公知的方法。作为具体的方法的一个例子，首先，在上述的材料中添加木质纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等的粘合剂、造孔材、界面活性剂、作为溶媒的水等，从而得到可塑性生坯。接下来，将该生坯挤压成型为规定的蜂窝形状。接下来，将得到的蜂窝状的成形体(蜂窝成形体)利用微波、热风等来干燥之后进行烧制。烧制可以在对隔室形成封孔部之前进行，也可以在对隔室形成封孔部之后，与封孔部的烧制一同进行。 [0055] 在隔室形成封孔部的方法也能够使用以往公知的方法。作为具体的方法的一个例子，首先，在利用如上述的方法制造的蜂窝结构体的端面粘贴薄片。接下来，在该薄片的与要形成封孔部的隔室对应的位置上开孔。接下来，在粘贴该薄片的状态下，在将封孔部的构成材料浆料化的封孔用浆料中浸泡蜂窝结构体的端面，通过在薄片上开设的孔，在要封孔的隔室的端部内填充封孔用浆料。在使这样填充的封孔用浆料干燥之后，烧制而使其固化，从而形成封孔部。 [0056] 本发明的封孔蜂窝结构体的用途不特别限定，然而特别是适合作为用于捕集从柴油发动机、汽油发动机排出的PM的过滤器来使用。 [0057] 实施例 [0058] 以下，基于实施例来更加详细地说明本发明，然而本发明不限于这些实施例。 [0059] (实施例1～13以及比较例1～4) [0060] 在构成堇青石的材料(将滑石、氧化铝、高岭土以规定量混合的材料)中添加粘合剂、分散剂、水等来混匀，从而得到成型用的生坯。使用该生坯，通过挤压成型来得到蜂窝状的成形体(蜂窝成形体)，使其干燥后，以规定的温度以及时间烧制，分别制造如表1所示的构造的蜂窝结构体。此外，实施例10是在蜂窝结构体的端面上的正交的两个方向上，四边形隔室和八边形隔室交替排列(参照图4)。 [0061] 接下来，就该蜂窝结构体的通常隔室而言，利用蜂窝结构体的两个端面呈互补的方格花纹的封孔图案，在其一端部形成封孔部。另外，在部分隔室中，对于按照上述通常隔室的封孔图案在其一端部应形成封孔部的部分隔室，分别如表2所示的方式形成封孔部。然而，就比较例2而言，在任何部分隔室都没有形成封孔部。另外，就比较例4而言，在对通常隔室形成封孔部之后，实施外周加工来去除外周壁，在其加工部位上涂敷涂层材来重新形成外周壁，在重新形成该外周壁时，成为作为部分隔室的部分被涂层材填充的状态。 [0062] 此外，作为封孔部的构成材料使用与蜂窝结构体主体相同的材料。形成封孔部的顺序为，首先，在蜂窝结构体的端面粘贴薄片，在该薄片的与要形成封孔部的隔室对应的位置上开孔。接下来，在粘贴该薄片的状态下，在将封孔部的构成材料浆料化的封孔用浆料中浸泡蜂窝结构体的端面，通过在薄片开的孔，在要封孔的隔室的端部内填充封孔用浆料。在使这样填充的封孔用浆料干燥后，烧制而使其固化，从而形成封孔部。 [0063] (评价) [0064] 就实施例1～13以及比较例1～4的封孔蜂窝结构体而言，利用以下所示的方法，进行再生时的耐裂性以及PM的捕集性能的评价，将其结果表示在表3。 [0065] (再生时的耐裂性(最大烟灰堆积量(Soot Mass Limit，SML))) [0066] 将封孔蜂窝结构体用作柴油颗粒过滤器(DPF)，依次使煤烟(烟灰)的堆积量增加，进行再生(煤烟的燃烧)，确认产生裂缝的极限。首先，在封孔蜂窝结构体的外周，作为保持材卷绕陶瓷制非热膨胀性垫，压入不锈钢(SUS409)制的罐装用罐体，成为罐装结构体。其后，使包含由柴油燃料(轻油)的燃烧而产生的煤烟的燃烧气体从封孔蜂窝结构体的一方的端面流入，从另一方的端面流出，由此使煤烟堆积于蜂窝结构体内。而且，暂时，冷却至室温(25℃)之后，使680℃的燃烧气体从封孔蜂窝结构体的上述一方的端面流入，当因煤烟燃烧而使封孔蜂窝结构体的压力损失降低时，使燃烧气体的流量减少，由此使煤烟急燃烧，确认了之后的封孔蜂窝结构体中的裂缝的产生的有无。该试验从煤烟的堆积量为4g/L(封孔蜂窝结构体的容积1升的煤烟的堆积量)的状态开始，直至确认出裂缝的产生为止，每次增加0.5g/L堆积量，反复进行。裂缝产生时的煤烟的堆积量为最大烟灰堆积量(SML)的值，将该值为7.0g/L以上的为“A”，6.5g/L以上且小于7.0g/L的为“B”，6.0g/L以上且小于6.5g/L的为“C”，5.5g/L以上且小于6.0g/L的为“D”，5.0g/L以上且小于5.5g/L的为“E”，小于5.0g/L的为“F”来评价。如果该评价为A～C，则可以说再生时的耐裂性良好。 [0067] (PM的捕集性能) [0068] 将封孔蜂窝结构体用作柴油颗粒过滤器(DPF)，基于通过联合国的欧州经济委员会的汽车基准协调世界论坛的排出气体能量专家会议中的粒子测定程序(PMP)提出的PN测定方法(粒子数测定法)来评价了其PM的捕集性能。首先，在封孔蜂窝结构体的外周，作为保持材卷绕陶瓷制非热膨胀性垫，压入不锈钢(SUS409)制的罐装用罐体，成为罐装结构体。将此作为DPF，安装到排气量2.0L的柴油发动机汽车，以EUDC(Extra Urban Driving Cycle)旋转3回后，8小时以上浸泡(soak)(发动机停止)之后，以NEDC(New European Driving Cycle)模式测定了用DPF不能捕集的PM的粒子数。将该粒子数小于1×1011个/km的为“A”，111 11 11 11 ×10 个/km以上且小于3×10 个/km的为“B”，3×10 个/km以上且小于5×10 个/km的为“C”，5×1011个/km以上且小于7×1011个/km的为“D”，7×1011个/km以上且小于9×1011个/km的为“E”，9×1011个/km以上为“F”来进行评价。如果该评价为A～C，则可以说PM捕集性能良好。 [0069] [表1] [0070] [0071] [表2] [0072] [0073] [表3] [0074] 再生时的耐裂性 PM的捕集性能 实施例1 B A 实施例2 B A 实施例3 B B 实施例4 B B 实施例5 A C 实施例6 C B 实施例7 C B 实施例8 A C 实施例9 B C 实施例10 B A 实施例11 B B 实施例12 C B 实施例13 B C 比较例1 B E 比较例2 A F 比较例3 C D 比较例4 E A [0075] 如表3所示，就实施例1～13的封孔蜂窝结构体而言，在再生时的耐裂性以及PM的捕集性能的评价中都得到良好的结果。另一方面，在应形成封孔部的部分隔室中，面积比为80％以上且形成有封孔部的部分隔室的数量与应形成封孔部的面积比为80％以上的全部部分隔室数量之比为小于95％的比较例1～3不能得到充分的PM的捕集性能。特别是，在任何部分隔室中都没有形成封孔部的比较例2的PM的捕集性能非常低。另外，在重新形成外周壁时，被涂层材填充作为部分隔室的部分的比较例4的PM的捕集性能良好，然而再生时的耐裂性低。 [0076] 产业上的应用可能性 [0077] 本发明的封孔蜂窝结构体例如能够适当地用作用于捕集从柴油发动机、汽油发动机排出的烟灰等的粒子状物质的过滤器。 [0078] 符号的说明 [0079] 1—封孔蜂窝结构体，3—隔壁，4—外周壁，5(5a～5e)—部分隔室，6—通常隔室，6a—四边形隔室，6b—八边形隔室，8—封孔部，9、10—端面。 |
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