RU2460698C2 - Inorganic fibre composition - Google Patents
Inorganic fibre composition Download PDFInfo
- Publication number
- RU2460698C2 RU2460698C2 RU2009124447/03A RU2009124447A RU2460698C2 RU 2460698 C2 RU2460698 C2 RU 2460698C2 RU 2009124447/03 A RU2009124447/03 A RU 2009124447/03A RU 2009124447 A RU2009124447 A RU 2009124447A RU 2460698 C2 RU2460698 C2 RU 2460698C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mol
- fibers
- inorganic fibers
- sio
- fibers according
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 131
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000004034 viscosity adjusting agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 claims description 22
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 10
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 240000005428 Pistacia lentiscus Species 0.000 claims description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 2
- 239000002783 friction material Substances 0.000 claims description 2
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910000311 lanthanide oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 12
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 6
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 5
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 description 5
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 4
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 4
- FGZBFIYFJUAETR-UHFFFAOYSA-N calcium;magnesium;silicate Chemical compound [Mg+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] FGZBFIYFJUAETR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 3
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 3
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 3
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- SXQXMCWCWVCFPC-UHFFFAOYSA-N aluminum;potassium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Al+3].[K+].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O SXQXMCWCWVCFPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 231100000357 carcinogen Toxicity 0.000 description 2
- 239000003183 carcinogenic agent Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 description 2
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 2
- 210000002540 macrophage Anatomy 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910015900 BF3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K Citrate Chemical compound [O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 description 1
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 1
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000019693 Lung disease Diseases 0.000 description 1
- 229910000503 Na-aluminosilicate Inorganic materials 0.000 description 1
- LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-M Pyruvate Chemical compound CC(=O)C([O-])=O LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 239000005084 Strontium aluminate Substances 0.000 description 1
- AWKFWOCQXPTNHN-UHFFFAOYSA-N [Si]([O-])([O-])([O-])[O-].[Zr+4].[Mg+2].[Ca+2].[Si]([O-])([O-])([O-])[O-] Chemical compound [Si]([O-])([O-])([O-])[O-].[Zr+4].[Mg+2].[Ca+2].[Si]([O-])([O-])([O-])[O-] AWKFWOCQXPTNHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- ZFXVRMSLJDYJCH-UHFFFAOYSA-N calcium magnesium Chemical compound [Mg].[Ca] ZFXVRMSLJDYJCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N calcium;oxido(oxo)alumane Chemical compound [Ca+2].[O-][Al]=O.[O-][Al]=O XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 231100000206 health hazard Toxicity 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- SWHAQEYMVUEVNF-UHFFFAOYSA-N magnesium potassium Chemical compound [Mg].[K] SWHAQEYMVUEVNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 description 1
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000001637 plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- BITYAPCSNKJESK-UHFFFAOYSA-N potassiosodium Chemical compound [Na].[K] BITYAPCSNKJESK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000175 potential carcinogenicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002685 pulmonary effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 1
- 239000000429 sodium aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 235000012217 sodium aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- FNWBQFMGIFLWII-UHFFFAOYSA-N strontium aluminate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].[Sr+2].[Sr+2] FNWBQFMGIFLWII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940095064 tartrate Drugs 0.000 description 1
- 231100000041 toxicology testing Toxicity 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение относится к композициям неорганических волокон.This invention relates to inorganic fiber compositions.
Волокнистые материалы хорошо известны за их использование в качестве термических и/или акустических изоляционных материалов, а также известны за их использование в качестве армирующих составляющих в композитных материалах, таких как, например, армированные волокном элементы, армированные волокном пластики, и в качестве компонента металломатричных композитов. Такие волокна могут быть использованы в качестве опорных структур для катализаторных масс в устройствах для борьбы с выбросами в окружающую среду, таких как каталитические конверторы систем выхлопа автомобилей и фильтры дисперсных частиц дизельных двигателей. Такие волокна могут быть использованы как составляющие фрикционных материалов (например, для автомобильных тормозов). Волокна по настоящему изобретению имеют диапазон свойств и могут быть использованы в любом или во всех из этих применений в зависимости от показанных свойств.Fibrous materials are well known for their use as thermal and / or acoustic insulating materials, and are also known for their use as reinforcing components in composite materials, such as, for example, fiber reinforced plastic fiber reinforced elements, and as a component of metal matrix composites . Such fibers can be used as support structures for catalyst masses in devices for controlling emissions into the environment, such as catalytic converters of automobile exhaust systems and particulate filters of diesel engines. Such fibers can be used as components of friction materials (for example, for automobile brakes). The fibers of the present invention have a range of properties and can be used in any or all of these applications, depending on the properties shown.
До 1987 года существовало четыре основных типа волокнистых материалов, используемых для изготовления теплоизолирующих изделий (таких как, например, рулонный материал, вакуумформованные профилированные изделия и мастики). Их изготавливали двумя основными технологическими путями, хотя детали конкретных технологий варьировались в зависимости от производителя. Волокнами и путями были (в порядке возрастания стоимости и температурной характеристики):Until 1987, there were four main types of fibrous materials used for the manufacture of heat-insulating products (such as, for example, rolled material, vacuum-formed shaped products and mastics). They were made in two main technological ways, although the details of specific technologies varied depending on the manufacturer. The fibers and paths were (in order of increasing cost and temperature characteristics):
Волокна, сформированные из расплаваMelt Shaped Fibers
- Минеральные ваты- Mineral wool
- Стекловаты- Glass wool
- Алюмосиликатные волокна- Aluminosilicate fibers
Волокна золь-гель процессаFiber sol-gel process
- Так называемые поликристаллические волокна- The so-called polycrystalline fibers
Волокна, образованные из расплава, образуют путем приготовления расплава и волокнообразования полученного расплава любым из многих известных способов. Эти способы включают:Fibers formed from the melt are formed by melt preparation and fiberization of the obtained melt by any of many known methods. These methods include:
- формирование потока расплава и предоставление потоку возможности контактирования с вращающимися дисками, от которых он отбрасывается, образуя волокна;- the formation of a melt flow and providing the flow with the possibility of contact with rotating discs, from which it is discarded, forming fibers;
- формирование потока расплава и предоставление потоку возможности ударяться о струю газа, которая может быть поперечной, параллельной или идти под любым углом к направлению потока и в результате разбивать поток на волокна.- the formation of a melt stream and allowing the stream to hit a gas stream, which can be transverse, parallel or go at any angle to the direction of the stream and as a result break the stream into fibers.
- формирование волокна из расплава способом вращения, в котором расплав вытекает через отверстия в периферии вращающейся чаши и сдувается горячими газами, для образования волокон;- the formation of fiber from the melt by a rotation method in which the melt flows out through openings in the periphery of the rotating bowl and is blown away by hot gases to form fibers;
- экструзия расплава через мелкие отверстия для формирования нитей, при которой может быть использована дополнительная обработка (например, вытягивание пламенем, при котором нить пропускают через пламя);- extrusion of the melt through small openings for forming filaments, in which additional processing can be used (for example, drawing by a flame, in which the filament is passed through a flame);
- или любой другой способ, которым расплав превращают в волокно.- or any other method by which the melt is converted into fiber.
Из-за истории с асбестовыми волокнами большое внимание было уделено относительной способности широкого круга типов волокон вызывать легочные заболевания. Исследования токсикологии натуральных и искусственных волокон привели к мысли, что стойкость волокон в легких является тем, что вызывает проблемы. Соответственно, была выдвинута точка зрения, что если волокна могут быть быстро удалены из легких, то весь риск для здоровья может быть сведен к минимуму. Появилась концепция "биостойких волокон" и "биостойкости": волокна, которые долгое время сохраняются в организме животного, считаются биостойкими, и относительное время, в течение которого волокна остаются в организме животного, известно как биостойкость. Хотя было известно, что некоторые стеклянные системы являются растворимыми в жидкостях легких, что дает в результате низкую биостойкость, проблемой было то, что такие стеклянные системы, как правило, не были используемыми для высокотемпературных применений. Была очевидна потребность рынка в волокне, которое имело бы низкую биостойкость, сочетающуюся с высокими температурными характеристиками. В 1987 г. John Manville разработал такую систему, основанную на химии кальций-магниевых силикатов. Такой материал не только имел более высокие температурные характеристики, чем традиционные стекловаты, но также имел более высокую растворимость в жидкостях организма, чем алюмосиликатные волокна, обычно использовавшиеся для высокотемпературной изоляции. Такие низкобиостойкие волокна были позднее разработаны, и теперь на рынке имеется ряд щелочноземельно-силикатных (AES) волокон (AES - аббревиатура от англ. Alkaline Earth Silicate).Because of the history of asbestos fibers, much attention has been paid to the relative ability of a wide range of fiber types to cause pulmonary disease. Toxicology studies of natural and artificial fibers have led to the idea that fiber resistance in the lungs is what causes problems. Accordingly, it was suggested that if the fibers can be quickly removed from the lungs, then the entire health risk can be minimized. The concept of “biostable fibers” and “biostability” appeared: fibers that are stored for a long time in the animal’s body are considered biostable, and the relative time that the fibers remain in the animal’s body is known as biostability. Although it was known that some glass systems are soluble in lung fluids, resulting in low biostability, the problem was that such glass systems were generally not used for high temperature applications. The market's need for fiber was obvious, which would have low biostability combined with high temperature characteristics. In 1987, John Manville developed such a system based on the chemistry of calcium-magnesium silicates. Such material not only had higher temperature characteristics than traditional glass wool, but also had a higher solubility in body fluids than aluminosilicate fibers commonly used for high temperature insulation. Such low bio-resistant fibers were later developed, and now on the market there are a number of alkaline-earth silicate (AES) fibers (AES - abbreviation from the English Alkaline Earth Silicate).
Патенты, относящиеся к AES волокнам, включают:Patents relating to AES fibers include:
- международная патентная заявка WO87/05007 - первоначальная заявка John Manville, в которой описаны волокна, включающие оксиды магния, кремния, кальция и менее 10 мас.% оксида алюминия, растворимы в солевом растворе. Растворимость описанных волокон была в величинах частей на миллион кремния (извлеченного из содержащего оксид кремния материала волокна), присутствующего в солевом растворе после 5 часов выдержки;- international patent application WO87 / 05007 - the initial application of John Manville, which describes fibers including oxides of magnesium, silicon, calcium and less than 10 wt.% alumina, soluble in saline. The solubility of the fibers described was in parts per million silicon (recovered from the silica-containing fiber material) present in saline after 5 hours of exposure;
- международная патентная заявка WO89/12032, в которой описаны дополнительные волокна, растворимые в солевом растворе, и раскрыла некоторые составляющие, которые могут присутствовать в таких волокнах;- international patent application WO89 / 12032, which describes additional fibers that are soluble in saline, and disclosed some components that may be present in such fibers;
- европейская патентная заявка 0300320, в которой описаны стеклянные волокна, имеющие высокую физиологическую растворимость и имеющие 10-20 мол.% Na2O и 0-5 мол.% К2О. Хотя было показано, что эти волокна являются физиологически растворимыми, максимальная температура их использования не была указана.- European patent application 0300320, which describes glass fibers having high physiological solubility and having 10-20 mol.% Na 2 O and 0-5 mol.% K 2 O. Although it has been shown that these fibers are physiologically soluble, the maximum the temperature of their use was not indicated.
Следующие патентные описания, раскрывающие выбор волокон за их растворимость в солевых растворах, включают, например, европейские патенты 0412878 и 9459897, французские 2662687 и 2662688, WO86/04807, WO90/02713, WO92/09536, WO93/22251, WO93/15028, WO94/15883, WO97/16386, WO2003/059835, WO2003/060016, EP1323687, WO2005/000754, WO2005/000971 и US 5250488.The following patent descriptions, revealing the choice of fibers for their solubility in saline solutions, include, for example, European patents 0412878 and 9459897, French 2662687 and 2662688, WO86 / 04807, WO90 / 02713, WO92 / 09536, WO93 / 22251, WO93 / 15028, WO94 / 15883, WO97 / 16386, WO2003 / 059835, WO2003 / 060016, EP1323687, WO2005 / 000754, WO2005 / 000971 and US 5250488.
Жаропрочность волокон, описанных в этих различных документах предшествующего уровня техники, значительно варьируется, и для этих щелочноземельно-силикатных материалов свойства критично зависят от состава.The heat resistance of the fibers described in these various documents of the prior art varies greatly, and for these alkaline earth silicate materials, the properties critically depend on the composition.
Как правило, сравнительно легко изготовить щелочноземельно-силикатные волокна, которые хорошо ведут себя при низких температурах, поскольку при использовании при низких температурах можно использовать добавки, такие как оксид бора, чтобы гарантировать хорошее волокнообразование, и варьировать количества компонентов, чтобы соответствовать требованиям к желаемому материалу. Однако, пытаясь поднять жаропрочность щелочноземельно-силикатных волокон, мы вынуждены уменьшать использование добавок, поскольку в общем случае (хотя и с исключениями) чем больше компонентов присутствует, тем ниже жаропрочность.It is generally relatively easy to manufacture alkaline earth silicate fibers that behave well at low temperatures, because when used at low temperatures, additives such as boron oxide can be used to ensure good fiber formation and the amounts of components can be varied to meet the requirements for the desired material . However, in an attempt to increase the heat resistance of alkaline earth silicate fibers, we are forced to reduce the use of additives, since in the general case (although with exceptions), the more components are present, the lower the heat resistance.
В WO93/15028 описаны волокна, включающие CaO, MgO, SiO2 и, необязательно, ZrO2, в качестве основных составляющих. Такие AES-волокна известны также как CMS (кальций-магний-силикатные) или CMZS (кальций-магний-цирконий-силикатные) волокна. WO93/15028 настаивал, что используемые композиции должны практически не содержать оксидов щелочных металлов. Было показано, что количества до 0,65 мас.% приемлемы для материалов, пригодных для использования в качестве изоляции при 1000°С.WO93 / 15028 describes fibers comprising CaO, MgO, SiO 2 and, optionally, ZrO 2 , as main constituents. Such AES fibers are also known as CMS (calcium-magnesium-silicate) or CMZS (calcium-magnesium-zirconium-silicate) fibers. WO93 / 15028 insisted that the compositions used should be substantially free of alkali metal oxides. It has been shown that amounts up to 0.65 wt.% Are acceptable for materials suitable for use as insulation at 1000 ° C.
В WO93/15028 описаны также способы определения растворимости стекол и указаны материалы, которые были испытаны в качестве стекол на их растворимость, но не были сформированы как волокна. Среди этих составов были составы, имевшие обозначения KAS, KMAS и KNAS, которые являлись, соответственно, калий-алюмосиликатом, калий-магний-алюмосиликатом и калий-натрий-алюмосиликатом. Эти композиции были оценены как имеющие недостаточную растворимость на основе измерений растворимости в физиологическом растворе. Тип использованного физиологического раствора имел рН около 7,4.WO93 / 15028 also describes methods for determining the solubility of glasses and indicates materials that have been tested as glasses for their solubility, but which have not been formed as fibers. Among these compounds were compounds designated KAS, KMAS, and KNAS, which were potassium aluminosilicate, potassium magnesium aluminosilicate, and potassium sodium aluminosilicate, respectively. These compositions were rated as having poor solubility based on measurements of solubility in saline. The type of saline used had a pH of about 7.4.
Позднее было обнаружено, что растворимость зависит от окружающей среды, в которой находится волокно. Хотя физиологический солевой раствор, присутствующий в межклеточной легочной жидкости, приближается к тому, который дан в WO93/15028, и имеет рН около 7,4, механизм очистки от волокон включает их атаку макрофагами. Известно, что рН физиологического солевого раствора, присутствующего там, где макрофаги контактируют с волокном, значительно более низкий (около 4,5), и это оказывает влияние на растворимость неорганических волокон (см. "In-vitro dissolution rate of mineral fibres at pH 4.5 and 7.4 - A new mathematical tool to evaluate the dependency on composition", Torben Knudsen and Marianne Guldberg, Glass Sci. Technol., 78(205) No 3).It was later discovered that solubility depends on the environment in which the fiber is located. Although the physiological saline solution present in the intercellular pulmonary fluid approximates that given in WO93 / 15028 and has a pH of about 7.4, the mechanism for cleansing the fibers involves their attack by macrophages. The pH of the physiological saline solution present where macrophages are in contact with the fiber is known to be significantly lower (about 4.5), and this affects the solubility of inorganic fibers (see "In-vitro dissolution rate of mineral fibers at pH 4.5 and 7.4 - A new mathematical tool to evaluate the dependency on composition " , Torben Knudsen and Marianne Guldberg, Glass Sci. Technol., 78 (205) No. 3).
В WO94/15883 описан ряд таких волокон, используемых в жаропрочной изоляции при температурах до 1260°С или более. Как и WO93/15028, этот патент требует, чтобы содержание оксидов щелочных металлов поддерживалось низким, но указывает, что некоторые щелочноземельно-силикатные волокна могут выдержать более высокие уровни оксидов щелочных металлов, чем другие. Однако подозревают, что концентрации 0,3% и 0,4 мас.% Na2O вызывают повышенную усадку материалов для использования в качестве изоляции при 1260°С.WO94 / 15883 describes a number of such fibers used in heat-resistant insulation at temperatures up to 1260 ° C or more. Like WO93 / 15028, this patent requires that the alkali metal oxide content be kept low, but indicates that some alkaline earth silicate fibers can withstand higher levels of alkali metal oxides than others. However, it is suspected that concentrations of 0.3% and 0.4 wt.% Na 2 O cause increased shrinkage of materials for use as insulation at 1260 ° C.
В WO97/16386 описаны волокна, используемые в качестве жаростойкой изоляции при температурах до 1260°С или более. Эти волокна включают MgO, SiO2 и, необязательно, ZrO2 в качестве основных составляющих. Заявлено, что эти волокна требуют практического отсутствия оксидов щелочных металлов кроме как в виде следовых загрязнений (присутствие на уровне самое большее в сотые доли процента в расчете на оксиды щелочных металлов). Волокно имеет основной состав, %:WO97 / 16386 describes fibers used as heat-resistant insulation at temperatures up to 1260 ° C or more. These fibers include MgO, SiO 2 and, optionally, ZrO 2 as the main constituents. It is stated that these fibers require the practical absence of alkali metal oxides except in the form of trace contaminants (presence at the level of at most hundredths of a percent calculated on alkali metal oxides). The fiber has a basic composition,%:
причем компоненты MgO и SiO2 составляют по меньшей мере 82,5% от массы волокна, а остальным являются поименованные составляющие и модификаторы вязкости.moreover, the components of MgO and SiO 2 comprise at least 82.5% by weight of the fiber, and the rest are named components and viscosity modifiers.
В WO2003/059835 описаны некоторые кальцийсиликатные волокна, в которых используют добавки La2O3 или других лантанидов для того, чтобы улучшить прочность волокон и изготовленного из волокон рулонного материала. Эта патентная заявка не упоминает концентрации оксидов щелочных металлов, но количества в области 0,5 мас.% указаны для волокон, предназначенных для использования в качестве изоляции при температурах до 1260°С или более.WO2003 / 059835 describes some calcium silicate fibers that use additives of La 2 O 3 or other lanthanides in order to improve the strength of the fibers and the roll material made from the fibers. This patent application does not mention the concentration of alkali metal oxides, but amounts in the range of 0.5 wt.% Are indicated for fibers intended for use as insulation at temperatures up to 1260 ° C. or more.
В WO2006/048610 указано, что для механических и термических свойств AES-волокон благоприятно включать небольшие количества оксидов щелочных металлов.WO2006 / 048610 states that for the mechanical and thermal properties of AES fibers, it is beneficial to include small amounts of alkali metal oxides.
Область применения таких низкобиостойких волокон ограничена тем, что выше примерно 1300°С они склонны к ухудшению рабочих характеристик.The scope of such low bio-resistant fibers is limited in that they are prone to performance degradation above about 1300 ° C.
Альтернативные волокна с низкой биостойкостью, которые были предложены, являются щелочноземельными алюминатами. Такие материалы были предложены в виде алюмината кальция (ЕР0586797) и алюмината стронция (WO96/04214). Такие волокна не производятся как коммерческий продукт.The low bio-resistance alternative fibers that have been proposed are alkaline earth aluminates. Such materials have been proposed as calcium aluminate (EP0586797) and strontium aluminate (WO96 / 04214). Such fibers are not manufactured as a commercial product.
Были разработаны золь-гелевые волокна, включающие алюмосиликаты, имеющие значительные добавки оксидов щелочноземельных металлов или оксидов щелочных металлов, и эти волокна были предметом международной патентной заявки PCT/GB2006/004182.Sol-gel fibers have been developed, including aluminosilicates having significant additives of alkaline earth metal oxides or alkali metal oxides, and these fibers have been the subject of international patent application PCT / GB2006 / 004182.
В настоящем изобретении был разработан другой химический состав волокна, который обеспечивает волокна с низкой биостойкостью и благодаря которому некоторые волокна способны по меньшей мере быть волокнами с термическими характеристиками, сравнимыми с характеристиками алюмосиликатных волокон.Another chemical composition of the fiber has been developed in the present invention that provides fibers with low biostability and due to which some fibers are capable of at least fibers with thermal characteristics comparable to those of aluminosilicate fibers.
Соответственно, в настоящем изобретении предложены образованные из расплава неорганические волокна, имеющие состав, мол.%Accordingly, the present invention provides melt-formed inorganic fibers having a composition, mol%
в котором сумма SiO2+Al2O3+K2O равна 50 мол.%, предпочтительно больше 60 мол.%, более предпочтительно ≥70 мол.%, еще более предпочтительно ≥80 мол.% или даже ≥90 мол.%.in which the sum of SiO 2 + Al 2 O 3 + K 2 O is 50 mol%, preferably more than 60 mol%, more preferably ≥70 mol%, even more preferably ≥80 mol% or even ≥90 mol% .
В конкретных осуществлениях такие волокна включают, мол.%:In specific implementations, such fibers include, mol.%:
илиor
илиor
Количество К2О может быть меньше 50 мол.%, меньше 40 мол.%, меньше 35 мол.% или меньше 30 мол.%. Количество К2О может быть больше 10 мол.% или больше 20 мол.%. Количество Al2O3 может быть больше 10 мол.% и может быть больше 20 мол.%.The amount of K 2 O may be less than 50 mol.%, Less than 40 mol.%, Less than 35 mol.% Or less than 30 mol.%. The amount of K 2 O may be more than 10 mol.% Or more than 20 mol.%. The amount of Al 2 O 3 may be greater than 10 mol% and may be greater than 20 mol%.
Количество SiO2 может быть больше 20 мол.%, ≥30 мол.% или ≥35 мол.%. Количество SiO2 может быть ниже 80 мол.% или ниже 70 мол.%.The amount of SiO 2 may be greater than 20 mol%, ≥30 mol%, or ≥35 mol%. The amount of SiO 2 may be below 80 mol% or below 70 mol%.
Дополнительные характерные признаки изобретения ясны из формулы изобретения и в свете следующего описания.Additional features of the invention are apparent from the claims and in light of the following description.
Был изготовлен ряд калий-алюмосиликатных волокон, используя опытную установку, в которой образовывался расплав соответствующего состава, выпускался через 8-16 мм отверстие и сдувался, чтобы известным способом получить волокно. Размер отверстия выпуска варьировали, чтобы учесть вязкость расплава (это настройка, которая должна быть определена экспериментально в соответствии с используемыми аппаратурой и композицией).A series of potassium aluminosilicate fibers was made using an experimental setup in which a melt of the corresponding composition was formed, was released through an 8-16 mm hole and blown off in order to obtain fiber in a known manner. The size of the outlet opening was varied to take into account the viscosity of the melt (this is a setting that must be determined experimentally in accordance with the equipment and composition used).
Прилагаемые результаты отличаются от тех, которые показаны в предшествующих заявках, поскольку было установлено, что недостаточная температура плавления некоторых расплавов была результатом присутствия карбоната (калий вводили в виде карбоната калия). Соответственно, результаты, приведенные в следующих таблицах, представляют новые испытания материалов, примеры которых приведены в прототипе и в предшествующих заявках и в дополнительных примерах.The attached results differ from those shown in previous applications, since it was found that the insufficient melting point of some melts was the result of the presence of carbonate (potassium was introduced as potassium carbonate). Accordingly, the results shown in the following tables represent new material tests, examples of which are given in the prototype and in previous applications and in additional examples.
В прилагаемой здесь таблице 1 показаны изготовленные волокна и их состав в массовых процентах, определенный анализом методом флюоресценции в рентгеновских лучах.The attached table 1 shows the manufactured fibers and their composition in mass percent, determined by analysis by fluorescence in x-rays.
В прилагаемой здесь таблице 2 показаны изготовленные волокна и их расчетный состав в мольных процентах.The attached table 2 shows the manufactured fibers and their calculated composition in molar percent.
В прилагаемой здесь таблице 3 показана усадка изготовленных волокон. Усадка была измерена методом изготовления заготовок вакуумным литьем с использованием 75 г волокна в 500 см3 0,2% раствора крахмала в оснастке 120×65 мм. Платиновые иглы (диаметром приблизительно 0,3-0,5 мм) помещали отдельно на расстоянии 100×45 мм по 4 углам. Более длинные расстояния (L1 и L2) и диагонали (L3 и L4) измеряли с точностью ±5 мкм, используя передвижной микроскоп. Образцы помещали в печь и плавно подогревали до температуры на 50°С ниже температуры испытания со скоростью 300°С/ч и плавно подогревали со скоростью 120°С/ч в течение последних 50°С до температуры испытания и оставляли на 24 часа. После извлечения из печи образцам давали остыть естественным путем. Величины усадки приведены как средние из 4 измерений.The attached table 3 shows the shrinkage of the manufactured fibers. Shrinkage was measured by vacuum blank casting using 75 g of fiber in 500 cm 3 of a 0.2% starch solution in a snap of 120 × 65 mm. Platinum needles (with a diameter of approximately 0.3-0.5 mm) were placed separately at a distance of 100 × 45 mm at 4 angles. Longer distances (L1 and L2) and diagonals (L3 and L4) were measured with an accuracy of ± 5 μm using a mobile microscope. Samples were placed in an oven and gradually heated to a temperature 50 ° C below the test temperature at a speed of 300 ° C / h and gradually heated at a speed of 120 ° C / h for the last 50 ° C to a test temperature and left for 24 hours. After removal from the oven, the samples were allowed to cool naturally. Shrinkage values are given as the average of 4 measurements.
В прилагаемой здесь таблице 4 показана растворимость изготовленных волокон в ч/млн основных компонентов стекла после 5 часов статического испытания в физиологическом солевом растворе с рН 4,5.The attached table 4 shows the solubility of the manufactured fibers in ppm of the main components of the glass after 5 hours of static testing in physiological saline with a pH of 4.5.
Детальная методика измерения растворимости включает взвешивание 0,500 г ± 0,003 г волокна в центрифужной пробирке, используя пластиковые пинцеты. Волокно обычно рубили (проволочная сетка №6) и дегранулировали (просеивали вручную сеткой №10), но оно могло быть цельным телом или рулонным материалом, если доступны только небольшие количества волокна. Каждый образец взвешивали дважды. В каждую центрифужную пробирку наливали 25 см3 модельной жидкости организма, используя градуированный диспенсер, и трубки герметично закрывали. Модельная жидкость организма добавлялась к волокну только в начале испытания и включала следующие ингредиенты в 10 л воды:A detailed solubility measurement technique involves weighing 0.500 g ± 0.003 g of fiber in a centrifuge tube using plastic tweezers. The fiber was usually chopped (wire mesh No. 6) and degranulated (manually sieved with mesh No. 10), but it could be a solid body or roll material if only small amounts of fiber are available. Each sample was weighed twice. 25 cm 3 of model body fluid was poured into each centrifuge tube using a graduated dispenser, and the tubes were sealed. The model body fluid was added to the fiber only at the beginning of the test and included the following ingredients in 10 l of water:
с HCl, добавляемой медленно, так как это величина является приблизительной для доведения рН до конечной величины рН ~ 4,5. Модельной жидкости организма давали минимум 24 ч для того, чтобы придти в равновесие, и после этого периода соответствующим образом корректировали рН.with HCl added slowly, since this value is approximate for adjusting the pH to a final pH of ~ 4.5. The model body fluid was given a minimum of 24 hours in order to balance, and after this period, the pH was adjusted accordingly.
Все использованные реагенты были качества "для анализа" или эквивалентного, и процедуру проводили, используя пластиковое оборудование, так как могло происходить выщелачивание оксида кремния из стеклянной посуды.All reagents used were of the quality “for analysis” or equivalent, and the procedure was carried out using plastic equipment, since leaching of silicon oxide from glassware could occur.
Затем центрифужные пробирки помещали во встряхиваемую водяную баню, которую поддерживали при 37°С ± 1°С (температура тела) и встряхивали в течение 5 часов. Короткое время в 5 часов было выбрано потому, что растворимость некоторых из этих материалов настолько высока, что количество выщелоченного К2О может вызвать сдвиг рН к более высоким значениям, что исказит результаты, если использовать более продолжительное время.Then the centrifuge tubes were placed in a shaken water bath, which was maintained at 37 ° C ± 1 ° C (body temperature) and shaken for 5 hours. A short time of 5 hours was chosen because the solubility of some of these materials is so high that the amount of leached K 2 O can cause a pH shift to higher values, which will distort the results if a longer time is used.
После встряхивания два раствора для каждого волокна декантировали и фильтровали через беззольные бумажные фильтры Whatman № 40 диаметром 110 мм в одну 50 мл колбу. Раствор затем передавали на анализ методом индуцированной сопряженной плазменно-атомной эмиссионной спектроскопии (IPC). Оксиды, которые должны определяться, зависят от состава испытуемого волокна. Результаты приведены в ч/млн для релевантных оксидов.After shaking, two solutions for each fiber were decanted and filtered through Whatman No. 40 ashless paper filters with a diameter of 110 mm into one 50 ml flask. The solution was then transferred for analysis by induced conjugated plasma atomic emission spectroscopy (IPC). The oxides to be determined depend on the composition of the test fiber. The results are given in ppm for the relevant oxides.
Обращаясь сперва к свойствам волокон, вначале было обнаружено, что, когда мольное соотношение K2O:SiO2 меньше чем 30:70, имеется тенденция образования грубых волокон с диаметром волокна намного больше 10 мкм (например, 50-250 мкм). Однако впоследствии было найдено, что это являлось слишком поспешным обобщением и было установлено, что грубыми были волокна с более чем 40 мас.% SiO2 (обычно больше 52 мас.%). Такие волокна, имеющие более 40 мас.% SiO2, и те, которые изготовлены как тонкие волокна, имеют склонность иметь относительно высокую усадку, поскольку они имеют склонность быть подверженными вязкому течению. Тем не менее, такие волокна могут представлять интерес для некоторых применений. Если требуются тонкие волокна (<10 мкм диаметром), то могут быть добавлены модификаторы вязкости. Подходящие модификаторы вязкости могут включать оксиды щелочных металлов, оксиды щелочноземельных металлов, лантанидные элементы, оксид бора, фторид и, в самом деле, любые элемент или соединение, известные в практике как влияющие на вязкость силикатных стекол. Количества и тип таких модификаторов вязкости должны быть выбраны так, чтобы согласовываться с целевым применением волокон. Оксид бора, например, вероятно понижает максимальную температуру использования, хотя это может быть и терпимо (см. волокно KAS80). Модификатором вязкости, который был найден особенно полезным, является магний, который может быть добавлен в виде оксида или в другой форме (см., например, волокно KMAS1). Оксид кальция может быть допустим, как и оксид стронция. Оксид циркония и оксид железа могут быть допущены в малых количествах. В целом, композиции по настоящему изобретению, по-видимому, терпимы к добавкам, хотя количество, приемлемое для достижения желаемых свойств, должно варьироваться от добавки к добавке.Turning first to the properties of the fibers, it was first found that when the molar ratio of K 2 O: SiO 2 is less than 30:70, there is a tendency to form coarse fibers with a fiber diameter much larger than 10 μm (e.g., 50-250 μm). However, it was subsequently found that this was too hasty a generalization and it was found that fibers with more than 40 wt.% SiO 2 (usually more than 52 wt.%) Were coarse. Such fibers having more than 40 wt.% SiO 2 , and those made as thin fibers, tend to have relatively high shrinkage, since they tend to be subject to viscous flow. However, such fibers may be of interest for some applications. If thin fibers (<10 μm diameter) are required, viscosity modifiers can be added. Suitable viscosity modifiers may include alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, lanthanide elements, boron oxide, fluoride and, in fact, any element or compound known in practice as affecting the viscosity of silicate glasses. The amounts and type of such viscosity modifiers should be selected so as to be consistent with the intended use of the fibers. Boron oxide, for example, probably lowers the maximum usage temperature, although this can be tolerated (see KAS80 fiber). A viscosity modifier that has been found to be particularly useful is magnesium, which can be added in the form of oxide or in another form (see, for example, KMAS1 fiber). Calcium oxide may be acceptable, as is strontium oxide. Zirconia and iron oxide may be tolerated in small quantities. In general, the compositions of the present invention appear to be tolerant to additives, although an amount acceptable to achieve the desired properties should vary from additive to additive.
В таблице 3 показано, что большинство волокон имеет относительно низкую усадку при температурах от 1000°С до 1300°С, причем многие имеют низкую усадку даже при такой высокой температуре, как 1500°С. По-видимому, волокна со слишком большим избытком К2О над Al2O3 или со слишком малым количеством К2О по отношению к Al2O3 демонстрируют высокую усадку и, хотя и являются используемыми в таких применениях как армирование или как наполняющий материал в композитных изделиях, не рекомендуются для использования в качестве высокотемпературных изолирующих материалов.Table 3 shows that most fibers have relatively low shrinkage at temperatures from 1000 ° C to 1300 ° C, and many have low shrinkage even at such high temperatures as 1500 ° C. Apparently, fibers with too much excess of K 2 O over Al 2 O 3 or with too little K 2 O with respect to Al 2 O 3 show high shrinkage and, although they are used in such applications as reinforcement or as a filling material in composite products, are not recommended for use as high-temperature insulating materials.
Мольное соотношение K2O:Al2O3, близкое к 1:1, по-видимому, обеспечивает хорошие результаты, и для наилучших температурных свойств (низкая усадка после воздействия температуры до 1300°С в течение 24 часов) мольное соотношение K2O:Al2O3 может быть меньше 1,6, предпочтительно меньше 1,5, более предпочтительно меньше 1,45 и может быть больше 0,4, предпочтительно больше 0,8.A molar ratio of K 2 O: Al 2 O 3 close to 1: 1, apparently, provides good results, and for the best temperature properties (low shrinkage after exposure to temperatures up to 1300 ° C for 24 hours), the molar ratio of K 2 O : Al 2 O 3 may be less than 1.6, preferably less than 1.5, more preferably less than 1.45 and may be more than 0.4, preferably more than 0.8.
Предпочтительно волокна упомянутых выше составов имеют температуру плавления больше 1400°С. Еще более предпочтительно волокна имеют температуру плавления больше 1600°С, более предпочтительно больше 1650°С и еще более предпочтительно больше 1700°С (для стекол температура плавления определяется как температура, при которой композиция имеет вязкость 19 Па·с). Можно видеть, что композиция KMAS1 плавится при 1450°С, даже хотя имеет относительно низкую усадку при 1400°С. Такое волокно может быть обоснованно использовано в изоляционных применениях при температурах, скажем, вплоть до 1350°С, в то же время еще оставляя запас для временных отклонений к более высоким температурам. В отличие от этого многие из волокон еще показывают низкую усадку при 1500°С и должны быть пригодны для применения при более высоких температурах.Preferably, the fibers of the above compositions have a melting point of greater than 1400 ° C. Even more preferably, the fibers have a melting point greater than 1600 ° C., more preferably more than 1650 ° C. and even more preferably more than 1700 ° C. (for glasses, the melting temperature is defined as the temperature at which the composition has a viscosity of 19 Pa · s). You can see that the composition KMAS1 melts at 1450 ° C, even though it has a relatively low shrinkage at 1400 ° C. Such a fiber can be reasonably used in insulating applications at temperatures of, say, up to 1350 ° C, while still leaving a margin for temporary deviations to higher temperatures. In contrast, many of the fibers still exhibit low shrinkage at 1500 ° C and should be suitable for use at higher temperatures.
Следует отметить, что при повышенных температурах волокна могут иметь тенденцию к потере калия. Хотя это может ограничить применения, на которые волокна могли быть направлены, имеется много применений, для которых это не является проблемой.It should be noted that at elevated temperatures, fibers can tend to lose potassium. Although this may limit the applications to which the fibers could be directed, there are many applications for which this is not a problem.
Система K2O-Al2O3-SiO2 имеет широкую область высоких температур плавления. Например, только в качестве указания:The K 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 system has a wide range of high melting points. For example, only as an indication:
- минеральная композиция K2O·Al2O3 ·2 SiO2 (калиофиллит) имеет температуру плавления ~1800°С;- the mineral composition K 2 O · Al 2 O 3 · 2 SiO 2 (kaliophyllite) has a melting point of ~ 1800 ° C;
- минеральная композиция K2O·Al2O3 ·4 SiO2 (левсит) имеет температуру плавления ~1690°С.- the mineral composition K 2 O · Al 2 O 3 · 4 SiO 2 (levsite) has a melting point of ~ 1690 ° C.
Напротив, имеются области, где температуры плавления ниже и где образуются некоторые эвтектики.On the contrary, there are areas where melting points are lower and where some eutectics form.
По легкости изготовления предпочтительной должна быть композиция, имеющая низкую температуру плавления (например, близкая к эвтектике или эвтектическая), тогда как для более высокой температурной характеристики предпочтительной должна быть композиция, имеющая более высокую температуру плавления. Было обнаружено, что композиции с примерно 35-40 мас.% оксида кремния (обычно 47-52 мол.%.) легко превращаются в волокна и образуют волокна, которые показывают низкую усадку при повышенных температурах. Такие волокна с примерно 23-25 мас.% К2О (обычно 18-22 мол.%) особенно легко образуются.For ease of manufacture, a composition having a low melting point (e.g., close to a eutectic or eutectic) should be preferred, while for a higher temperature characteristic, a composition having a higher melting point should be preferred. It was found that compositions with about 35-40 wt.% Silicon oxide (usually 47-52 mol.%.) Easily converted to fibers and form fibers that show low shrinkage at elevated temperatures. Such fibers with about 23-25 wt.% K 2 O (usually 18-22 mol.%) Are especially easily formed.
Растворимость, показанная в таблице 4, указывает, что может быть достигнута чрезвычайно высокая растворимость. Волокна с K2O + Al2O3 + SiO2 >80% и с менее чем 20 мол.% К2О хотя и показывают значительно более высокую растворимость, чем алюмосиликатное волокно (RCF), не склонны показывать такую высокую растворимость, как кальций-магний-силикатные волокна. Хорошая растворимость для таких волокон обнаружена для К2О в интервале от 25 до 30 мол.%. Для волокон, имеющих значительные добавки некоторых модификаторов вязкости (например, Mg), может быть обнаружена высокая растворимость (см. KMAS1).The solubility shown in table 4 indicates that extremely high solubility can be achieved. Fibers with K 2 O + Al 2 O 3 + SiO 2 > 80% and with less than 20 mol% K 2 O, although they show significantly higher solubility than aluminosilicate fiber (RCF), are not inclined to show such high solubility as calcium magnesium silicate fibers. Good solubility for such fibers was found for K 2 O in the range from 25 to 30 mol.%. For fibers having significant additives of certain viscosity modifiers (e.g. Mg), high solubility can be detected (see KMAS1).
Для сравнения, суммарная растворимость промышленного кальций-магний-силикатного волокна (которое считают биорастворимым в модельном физиологическом растворе с рН 7,4) и промышленного алюмосиликатного волокна (которое не считают биорастворимым в модельном физиологическом растворе с рН 7,4), измеренная при одних и тех же условиях, была в обоих случаях ~13 ч/млн.For comparison, the total solubility of industrial calcium-magnesium-silicate fiber (which is considered bio-soluble in a model physiological saline with a pH of 7.4) and industrial aluminosilicate fiber (which is not considered bio-soluble in a model physiological saline with a pH of 7.4), measured at one and under the same conditions, there was ~ 13 ppm in both cases.
Хотя статические растворимости являются только указаниями на биостойкость, эти результаты являются сильной поддержкой предположения о том, что попавшие при вдохе волокна по изобретению не будут выживать так долго, как промышленные алюмосиликатные волокна.Although static solubilities are only indications of biostability, these results strongly support the assumption that inhaled fibers of the invention will not survive as long as industrial aluminosilicate fibers.
Для применений, где важна механическая упругость волокон, волокна могут быть подвергнуты тепловой обработке. Одним из таких применений является применение в устройствах для борьбы с выбросами в атмосферу, таких как каталитические конвертеры, фильтры или ловушки микрочастиц дизельных двигателей, выхлопные трубы и т.п. Требования к такому оборудованию высоки и, в частности, используемые маты и концевые конусы должны иметь достаточную упругость, чтобы оставаться на месте после того, как они подвергнутся воздействию температур в 800°С или более (обычно может иметь место 900°С). Аморфные волокна были использованы для изготовления таких концевых конусов, но они проявляли тенденцию терять упругость и, следовательно, удерживающее давление на стенки корпуса, если были подвергнуты воздействию температур выше примерно 900°С.For applications where the mechanical resilience of the fibers is important, the fibers can be heat treated. One such application is in atmospheric abatement devices such as catalytic converters, filters or diesel particle traps, exhaust pipes, and the like. The requirements for such equipment are high and, in particular, the mats and end cones used must have sufficient resilience to remain in place after they are exposed to temperatures of 800 ° C or more (usually 900 ° C may occur). Amorphous fibers were used to make such end cones, but they tended to lose elasticity and, therefore, retaining pressure on the walls of the casing if they were exposed to temperatures above about 900 ° C.
Под упругостью в данном контексте подразумевается способность изделия восстанавливать свою первоначальную форму после деформации. Это может быть измерено простым осмотром размера и формы изделия после деформации, чтобы увидеть степень, в которой оно вернулось от деформированной формы к недеформированной форме. Однако данное состояние наиболее часто измеряют, наблюдая силу сопротивления деформации, поскольку это является показателем того, насколько хорошо концевые конусы способны оставаться на месте.By elasticity in this context is meant the ability of the product to restore its original shape after deformation. This can be measured by simply inspecting the size and shape of the product after deformation to see the extent to which it has returned from the deformed shape to the undeformed shape. However, this condition is most often measured by observing the strength of the deformation resistance, since this is an indicator of how well the end cones are able to remain in place.
В WO2004/064996 предложено использовать волокна, которые являются, по меньшей мере частично, кристаллическими или микрокристаллическими, так как они считаются более стойкими к усадке и более упругими, чем аморфные волокна, хотя в WO2004/064996 указано, что такие кристаллические или микрокристаллические волокна являются более хрупкими, чем аморфные волокна. Упругая природа кристаллических или термообработанных микрокристаллических волокон хорошо известна в технике теплоизоляции - см., например, WO00/75496 и WO99/46028.WO2004 / 064996 proposes the use of fibers that are at least partially crystalline or microcrystalline, as they are considered more resistant to shrinkage and more elastic than amorphous fibers, although WO2004 / 064996 states that such crystalline or microcrystalline fibers are more fragile than amorphous fibers. The elastic nature of crystalline or heat-treated microcrystalline fibers is well known in the thermal insulation technique — see, for example, WO00 / 75496 and WO99 / 46028.
Стекловолокна, такие как образованные из расплава силикатные волокна, являются объектом регламентирования в Европе, и различные классы волокон имеют различную классификацию опасности и различные требования к этикетированию. Обычные стеклянные алюмосиликатные волокна требуют более строгого этикетирования касательно опасности для здоровья (как так называемые канцерогены категории 2), чем щелочноземельно-силикатные волокна, которые не попадают в классификацию канцерогенов.Glass fibers, such as melt-formed silicate fibers, are regulated in Europe, and different classes of fibers have different hazard classifications and different labeling requirements. Conventional glass aluminosilicate fibers require stricter labeling regarding health hazards (as the so-called carcinogens of category 2) than alkaline earth silicate fibers that do not fall into the classification of carcinogens.
Директива 97/(69)/ЕС, которая заменяет Приложение 1 к Директиве 67/548/ЕЕС и классифицирует материалы по их потенциальной канцерогенности (Hazardous Substances Directive), имеет две широкие химические категории для силикатных волокон диаметром менее 6 мкм. Эти категории и заключения по ним являются следующими:Directive 97 / (69) / EC, which replaces Appendix 1 to Directive 67/548 / EEC and classifies materials according to their potential carcinogenicity (Hazardous Substances Directive), has two broad chemical categories for silicate fibers with a diameter of less than 6 microns. These categories and their conclusions are as follows:
Должно быть ясно, что заявленный настоящим класс волокон охватывает составы, которые могут попасть в категорию 3 или категорию 2, выгодно, чтобы CaO + MgO + K2O + BaO было больше 18 мас.%.It should be clear that the fiber class claimed herein encompasses compositions that may fall into category 3 or category 2, it is beneficial that CaO + MgO + K 2 O + BaO be greater than 18% by weight.
Прилагаемая формула изобретения ограничивает волокна волокнами, образованными из расплава. Должно быть ясно, что подобные волокна могут быть изготовлены с использованием альтернативных методов, таких как золь-гелевые методы. Настоящее изобретение охватывает также такие золь-гелевые волокна при условии, что они включают 12 мол.% или более К2О.The appended claims limit the fibers to fibers formed from the melt. It should be clear that such fibers can be made using alternative methods, such as sol-gel methods. The present invention also covers such sol-gel fibers, provided that they comprise 12 mol% or more of K 2 O.
Claims (20)
Аl2О3 больше или равно 5 мол.%;
K2O - 12-40 мол.%;
SiO2 - 5-80 мол.%;
модификаторы вязкости меньше или равно 20 мол.%,
в котором SiO2+Al2O3+K2O больше или равно 80 мол.% и меньше 100 мол.%,
причем волокно имеет состав, имеющий температуру плавления выше 1400°С.1. Inorganic fibers having the composition:
Al 2 About 3 greater than or equal to 5 mol.%;
K 2 O - 12-40 mol.%;
SiO 2 - 5-80 mol.%;
viscosity modifiers less than or equal to 20 mol.%,
in which SiO 2 + Al 2 O 3 + K 2 O is greater than or equal to 80 mol.% and less than 100 mol.%,
moreover, the fiber has a composition having a melting point above 1400 ° C.
Аl2О3 - 10-50 мол.%;
K2О - 12-40 мол.%;
SiO2 - 30-80 мол.%,
в котором SiO2+Аl2O3+K2O больше или равно 80 мол.%.11. Inorganic fibers according to any one of claims 1 to 9, having the composition:
Al 2 O 3 - 10-50 mol.%;
K 2 O - 12-40 mol.%;
SiO 2 - 30-80 mol.%,
in which SiO 2 + Al 2 O 3 + K 2 O is greater than or equal to 80 mol.%.
Аl2О3 - 15-40 мол.%;
K2O - 15-30 мол.%;
SiO2 - 40-60 мол.%, в котором SiO2+Аl2O3+K2O больше или равно 90 мол.%.12. Inorganic fibers according to claim 11, having the composition:
Al 2 O 3 - 15-40 mol.%;
K 2 O - 15-30 mol.%;
SiO 2 - 40-60 mol.%, In which SiO 2 + Al 2 O 3 + K 2 O is greater than or equal to 90 mol.%.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US86742106P | 2006-11-28 | 2006-11-28 | |
| GB0623770A GB0623770D0 (en) | 2006-11-28 | 2006-11-28 | Inorganic fibre compositions |
| GB0623770.5 | 2006-11-28 | ||
| US60/867,421 | 2006-11-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009124447A RU2009124447A (en) | 2011-01-10 |
| RU2460698C2 true RU2460698C2 (en) | 2012-09-10 |
Family
ID=37671477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009124447/03A RU2460698C2 (en) | 2006-11-28 | 2007-11-23 | Inorganic fibre composition |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101541699B (en) |
| AT (1) | ATE488476T1 (en) |
| BR (1) | BRPI0719017A2 (en) |
| DE (1) | DE602007010658D1 (en) |
| GB (1) | GB0623770D0 (en) |
| MY (1) | MY146007A (en) |
| RU (1) | RU2460698C2 (en) |
| ZA (1) | ZA200902628B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2540676C2 (en) * | 2013-02-13 | 2015-02-10 | Закрытое акционерное общество "Институт новых углеродных материалов и технологий" (ЗАО "ИНУМиТ") | Method of obtaining continuous basalt-based fibre |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2733363T3 (en) * | 2013-03-15 | 2019-11-28 | Unifrax I Llc | Inorganic fiber |
| ES2742328T3 (en) * | 2013-07-22 | 2020-02-13 | Morgan Advanced Mat Plc | Inorganic fiber compositions |
| JP6266250B2 (en) * | 2013-07-25 | 2018-01-24 | ニチアス株式会社 | Heat resistant inorganic fiber |
| WO2019074794A1 (en) * | 2017-10-10 | 2019-04-18 | Unifrax 1 Llc | Crystalline silica free low biopersistence inorganic fiber |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2710261A (en) * | 1952-05-16 | 1955-06-07 | Carborundum Co | Mineral fiber compositions |
| SU1203045A1 (en) * | 1984-08-08 | 1986-01-07 | Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Стекла | Glass for glass fibre |
| RU2100298C1 (en) * | 1992-08-20 | 1997-12-27 | Изовер Сэн-Гобэн | Method of manufacturing mineral wool and apparatus for forming fibers by way of internal centrifugation |
| RU2222506C2 (en) * | 1998-05-06 | 2004-01-27 | Изовер Сэн-Гобэн | Mineral wool composition |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4604366A (en) * | 1984-03-20 | 1986-08-05 | Dentsply Research & Development Corp. | Leucite porcelain |
| US4622307A (en) * | 1985-05-29 | 1986-11-11 | Manville Corporation | Low shrinkage kaolin refractory fiber and method for making same |
| NZ246629A (en) * | 1992-01-17 | 1997-07-27 | Morgan Crucible Co | Saline soluble fibres for refractory insulation comprising greater than 58 percent by weight of silicon dioxide |
| SK45594A3 (en) * | 1992-08-20 | 1994-09-07 | Saint Gobain Isover | Method of producing mineral wool, and mineral wool produced thereby |
| FR2883866B1 (en) * | 2005-04-01 | 2007-05-18 | Saint Gobain Isover Sa | MINERAL WOOL, INSULATING PRODUCT AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME |
-
2006
- 2006-11-28 GB GB0623770A patent/GB0623770D0/en not_active Ceased
-
2007
- 2007-11-23 MY MYPI20092072A patent/MY146007A/en unknown
- 2007-11-23 CN CN200780043842.3A patent/CN101541699B/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-11-23 RU RU2009124447/03A patent/RU2460698C2/en active
- 2007-11-23 BR BRPI0719017-4A patent/BRPI0719017A2/en not_active Application Discontinuation
- 2007-11-23 DE DE602007010658T patent/DE602007010658D1/en active Active
- 2007-11-23 AT AT07824708T patent/ATE488476T1/en active
-
2009
- 2009-04-16 ZA ZA200902628A patent/ZA200902628B/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2710261A (en) * | 1952-05-16 | 1955-06-07 | Carborundum Co | Mineral fiber compositions |
| SU1203045A1 (en) * | 1984-08-08 | 1986-01-07 | Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Стекла | Glass for glass fibre |
| RU2100298C1 (en) * | 1992-08-20 | 1997-12-27 | Изовер Сэн-Гобэн | Method of manufacturing mineral wool and apparatus for forming fibers by way of internal centrifugation |
| RU2222506C2 (en) * | 1998-05-06 | 2004-01-27 | Изовер Сэн-Гобэн | Mineral wool composition |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2540676C2 (en) * | 2013-02-13 | 2015-02-10 | Закрытое акционерное общество "Институт новых углеродных материалов и технологий" (ЗАО "ИНУМиТ") | Method of obtaining continuous basalt-based fibre |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ZA200902628B (en) | 2010-04-28 |
| CN101541699B (en) | 2013-08-21 |
| CN101541699A (en) | 2009-09-23 |
| MY146007A (en) | 2012-06-15 |
| BRPI0719017A2 (en) | 2013-12-17 |
| RU2009124447A (en) | 2011-01-10 |
| GB0623770D0 (en) | 2007-01-10 |
| ATE488476T1 (en) | 2010-12-15 |
| DE602007010658D1 (en) | 2010-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8088701B2 (en) | Inorganic fibre compositions | |
| JP2010511105A5 (en) | ||
| US8163377B2 (en) | High temperature resistant fibres | |
| US20100264352A1 (en) | Inorganic fibre compositions | |
| RU2460698C2 (en) | Inorganic fibre composition | |
| JPH08508971A (en) | Synthetic glass fiber | |
| JPH10504272A (en) | Inorganic fiber dissolved in physiological saline | |
| PL176175B1 (en) | Thermally stable and biologically soluble mixes for producing mineral fibres | |
| US12122704B2 (en) | Low biopersistence inorganic fiber free of crystalline silica | |
| EP2213634A1 (en) | Inorganic fibre compositions | |
| ES2352815T3 (en) | COMPOSITIONS OF INORGANIC FIBERS. | |
| WO2019226450A1 (en) | Inorganic fiber | |
| EP3405443A1 (en) | Inorganic fiber | |
| RU2248334C2 (en) | Method for providing refractory properties of product and inorganic refractory fiber |