устойчивые к высокой температуре волокна, растворимые в физиологическом солевом растворе
Классы МПК: | C03C13/00 Составы для волокон или нитей |
Автор(ы): | ДЖУББ Гари Энтони (GB), МАРТЕН Жан-Луи (FR) |
Патентообладатель(и): | ДЗЕ МОРГАН КРУСИБЛ КОМПАНИ П Л С (GB) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-08-24 публикация патента:
27.02.2005 |
Изобретение относится к кальций-магний-силикатным волокнам. Техническая задача изобретения – получение волокна с высокой растворимостью, низкой запыленностью и хорошими температурными характеристиками. Описано волокно, имеющее максимальную температуру применения 1200°С или выше, которое включает: SiO2 > 64.25 вес.%, СаО > 18 вес.%, MgO<17 вес.% и в котором количество MgO в мольных % превышает количество СаО в мол.%. Такие волокна имеют высокую растворимость и низкую запыленность. 12 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 ил.
Формула изобретения
1. Волокно, имеющее максимальную температуру применения 1200°С или выше, которое включает
SiO2> 64,25 вес.%
СаО > 18 вес.%
МgO<17 вес.%
и в котором количество МgО в мол.% превышает количество СаО в мол.%, и избыток SiO2, как определено, не превышает 21,8 мол.%.
2. Волокно по п.1, включающее
СаО <21 вес.%.
3. Волокно по п.2, включающее
СаО <20,5 вес.%.
4. Волокно по любому из пп.1-3, включающее
СаO>19 вес.%.
5. Волокно по п.4, включающее
СаO>19,5 вес.%.
6. Волокно по любому из пп.1-4, включающее
МgO>14,25 вес.%.
7. Волокно по п.6, включающее
МgO>14,75 вес.%.
8. Волокно по п.7, включающее
МgO>15,25 вес.%.
9. Волокно по любому из предшествующих пунктов, включающее
МgO<16 вес.%.
10. Волокно по любому из пп.1-9, включающее SiO2 65±0,5 вес.%, СаО 20±0,5 вес.%, МgО 15±0,5 вес.%.
11. Волокно по любому из пп.1-9, включающее SiO2 64,5-64,7 вес.%, СаО 19,5-20,2 вес.%, МgО 15,5 -15,6 вес.%.
12. Волокно по любому из предшествующих пунктов, включающее SiO2 примерно 65 вес.%, СаО примерно 19,5 вес.%, МgО примерно 15,5 вес.%.
13. Волокно по любому из предшествующих пунктов, состоящее, по существу, из СаО от 18,7 до 20,2 вес.%, МgО от 14,47 до 15,9 вес.%, SiO2 от 64,5 до 65,1 вес.%, Al2O3 от 0 до 0,56 вес.%.
Приоритет по пунктам:
10.09.1999 по пп.1-11;
20.10.1999 по п.12;
24.08.2000 по п.13.
Описание изобретения к патенту
Данное изобретение относится к устойчивым к высокой температуре волокнам, растворимым в физиологическом солевом растворе и, в частности, относится к кальций-магний-силикатным волокнам.
Кальций-магний-силикатные волокна известны, например, из WО89/12032, WО93/15028 и WО94/15883.
В WО93/15028 впервые описан широкий класс огнеупорных волокон, растворимых в физиологическом солевом растворе.
В WО93/15028 показано, что класс волокон по WО89/12032 можно использовать при температурах вплоть до 1000°С или выше.
В WО94/15883 показано, что некоторые из волокон по WО93/15028 имеют еще более высокие температуры применения, вплоть до 1260°С или выше, и указано, что в таких волокнах требуется избыток SiO 2 (определенный, как количество SiO2, остающееся после кристаллизации СаО, МgО и любого ZrO2 в качестве силикатов) более 21,8 мол.%.
WО97/16386, хотя попадает в общий класс кальций-магний-силикатных волокон, относится к волокнам с низким количеством кальция, имеющим температуры применения 1260°С или выше.
Очевидно, что имеются области CaO-MgO-SiO 2 и CaO-MgO-SiO2-ZrO2 композиционных сфер, в пределах которых могут быть получены волокна с высокотемпературными эксплуатационными характеристиками, и другие области, где это невозможно.
Авторы данного изобретения в настоящее время установили новый и узкий диапазон композиций, которые можно использовать при температурах 1200°С или выше, и даже 1250°С или 1260°С или выше, и которые к тому же не попадают в объем WО94/15883 и WО97/16386. Предпочтительно в данных композициях имеется незначительное количество или не содержится двуокиси циркония.
Соответственно, настоящее изобретение относится к волокну, имеющему максимальную температуру применения 1200°С или выше, в котором количество МgО в мол.% превышает количество СаО в мол.% и которое включает:
SiO 2 > 64.25 вес.%
СаО > 18 вес.%
МgО <17 вес.%
Однако в формуле изобретения не заявляются волокна, имеющие избыток SiO2, как указано, превышающий 21.8 мол.%.
Дополнительные отличительные особенности изобретения очевидны из прилагаемой формулы изобретения.
Величину избытка SiO2 рассчитывали с помощью обработки всего СаО, как связанного в виде CaO· MgO· 2SiO2; всего ZrO2, как связанного в виде ZrO2· SiO2, и остатка МgО, как связанного в виде МgО· SiO2. Авторы изобретения также полагают, что всякий Аl2O3 кристаллизуется в виде Аl2О3· SiO2. Всякий оставшийся SiO2 называют избытком SiO2 .
Изобретение проиллюстрировано с помощью примера в следующем далее описании со ссылкой на чертежи, на которых:
На фиг.1 представлен график, показывающий линейную усадку от температуры для покрытий, включающих волокна А4-2 и А4-3 из таблицы 1.
На фиг.2 представлен график, показывающий усадку с помощью высоты покрытий, включающих волокна А4-2 и А4-3 из таблицы 1.
На фиг.3 представлен график, показывающий усадку заготовок, полученных из волокон А4-1, А4-2 и А4-3 из таблицы 1.
В таблице 1 показаны композиции, выбранные из WO89/12032, WO93/15028, WO94/15883 и WO97/16386, а также А4, целевая композиция волокна, имеющая состав:
SiO2 65 вес.%
СаО 19,5 вес.%
МgО 15,5 вес.%
и А4-1, А4-2 и А4-3, которые представляют собой анализированные образцы волокна.
Волокна, выбранные по данным WO89/12032 (упоминаемые как Manville волокна), WO93/15028/ WO94/15883 и WO97/16386 (упоминаемые как Unifrax волокна) представляют собой волокна, для которых избыток SiO2, как установлено, составляет менее 21,8 мол.% и для которых количество МgО в мол.% превышает количество СаО в мол.%.
А4-1 был получен в виде объемного волокна; А4-2 получали в виде прошитого покрытия, имеющего плотность приблизительно 96 кг· м-3; и А4-3 получали в виде прошитого покрытия, имеющего плотность приблизительно 128 кг· м -3
В таблице 1 усадка указана по связанным документам или для А4-1, А4-2 и А4-3 по данным измерений усадки образованных в вакууме заготовок рассматриваемого волокна.
Можно видеть, что волокна согласно настоящему изобретению демонстрируют более низкую усадку при 1260°С, чем выбранные волокна, отличающиеся от волокна Unifax42, которое имеет абсолютно другой состав.
На фиг.1-3 графики показывают характеристики усадки волокон А4-1, А4-2 и А4-3 через 24 часа выдержки при указанных температурах. Можно видеть, что волокна легко пригодны для употребления при температурах 1200°С или выше.
В таблице 2 показаны результаты испытания на растворимость волокон в физиологическом солевом растворе, показывающие, что волокна растворимы в жидкости тела (Смотри WO94/15883 для обсуждения способов измерения растворимости). Пары результатов указаны для отдельных испытаний каждого образца для представления в виде среднего значения растворимости.
Таблица 2 | |||||
Тип волокна | Растворимость (миллионные доли) | ||||
СаО | МgО | SiO2 | Всего | Средний итог | |
А4-1 | 102 | 115 | 171 | 388 | 383 |
105 | 110 | 162 | 377 | ||
А4-2 | 105 | 116 | 172 | 393 | 395 |
114 | 117 | 166 | 397 | ||
А4-3 | 114 | 123 | 166 | 403 | 411 |
114 | 128 | 177 | 419 |
Типичный диапазон композиций для волокон по настоящему изобретению должен быть:
SiO2 65±0,5 вес.%
СаО 20±0,5 вес.%
МgО 15±0,5 вес.%
Были проведены дополнительные испытания волокон, имеющих состав по изобретению, включающий SiO2 65%, CaO 19,5%, МgО 15,5%, в сравнении с Superwool 607 , волокном, имеющим номинальный состав (по весу), включающий SiO2 65%, CaO 29,5%, МgО 5,5% и Al2O 3 <1%; Superwool 612 , волокном, имеющим номинальный состав (по весу), включающий SiO2 64,5%, CaO 17%, МgО 13,5%, ZrO2 5%, и огнеупорным керамическим волокном, имеющим номинальный состав, включающий SiO2 56%, Аl2O3 44%.
Цель первого испытания заключалась в указании количества пыли, которое может высвобождаться при обработке. Испытание включало определение количества пыли, присутствующей в образце покрытия, полученного из соответствующих волокон. Образцы покрытия подвергали вибрации на вибрационном встряхивателе для сит Fritsch Analysette типа 3010, который был установлен при частоте 3000 Гц и вертикальной амплитуде 0,5 мм. Устройство было оборудовано 1,6 мм ситом и поддоном. При таком способе испытания образец покрытия размером 135 х 135 мм помещали на сито и подвергали вибрации в течение 10 минут. Материал, собранный в поддоне, взвешивали и выражали в процентах от первоначального веса образца. Результаты показаны ниже:
Из данных результатов можно видеть, что волокно по изобретению имеет сопоставимо низкую запыленность с Superwool 607 .
Второе испытание проводили для оценки усадки при высокой температуре тканевого покрытия, полученного из волокна по изобретению и двух типов волокон с Superwool . Образцы покрытия подвергали действию установленных температур в течение 24 часового периода и измеряли их линейную усадку. Результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3 | ||||||
Образец | Температура | |||||
1050°С | 1110°С | 1150°С | 1200°С | 1250°С | 1300°С | |
Волокно по изобретению | 0,8 | 0,6 | 1,0 | 1,0 | 1,5 | 4,2 |
Superwool 612 | 0,7 | 1,0 | 1/1 | 1,7 | 1,8 | 12,1 |
Superwool 607 | 0,4 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 4,8 | 7,8 |
Данные результаты показывают, что волокно по изобретению сравнимо по эксплуатационным характеристикам с обоими типа волокон Superwool вплоть до 1200° С. При 1250° С волокно Superwool 607 дает усадку в 4,8% (что следует рассматривать как слишком высокую усадку для большинства применений). При 1300° С волокно по изобретению, хотя и проявляет высокую усадку в 4,2%, является лучшим из трех испытанных волокон.
Были проведены дополнительные серии испытаний для получения волокон в производственном масштабе и композиции полученных волокон показаны в таблице 4. Все из них продемонстрировали низкую усадку при 1250°С (усадку измеряли способами, отличающимися от использованных в таблице 1, и результаты не являются прямо сопоставимыми). В сочетании с результатами таблицы 1 это выявляет образцы с пригодными к употреблению характеристиками, имеющие композиции, состоящие по существу из (вес.%):
СаО от 18,7 до 20,2
МgО от 14,47 до 15,9
SiO2 от 64,5 до 65,1
Аl2O3 от 0 до 0,56.
Таким образом, волокна по настоящему изобретению обладают высокой растворимостью (желательной для предоставления возможности быстрого удаления волокон из тела); низкой запыленностью (желательной для снижения количества волокна, которое может поступать при вдыхании); и хорошими температурными характеристиками.
Класс C03C13/00 Составы для волокон или нитей