Устойчивые к высокой температуре волокна, растворимые в физиологическом солевом растворе

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.

 

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 SiO₂ (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-SiO₂ 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:

SiO₂ > 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 Al₂O₃ <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.

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.