Склоподібне неорганічне волокно, стійке до високих температур, спосіб його виготовлення та спосіб термоізоляції виробу з його використанням

Номер патенту: 86939

Опубліковано: 10.06.2009

Автори: Бойміл Пол М., Зойтос Брюс К., Андрейчак Майкл Дж.

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Склоподібне неорганічне волокно, стійке до високих температур, яке відрізняється тим, що має низьку усадочну деформацію, температуру експлуатації вище принаймні 1000 °С, зберігає механічну цілісність аж до температури експлуатації і є нестійким у фізіологічних рідинах, яке включає продукт волокноутворення, який містить більше ніж 71,25 мас. % кремнезему, оксид магнію та сполуку, що містить елемент з ряду лантаноїдів.

2. Волокно за п. 1, яке відрізняється тим, що продукт волокноутворення містить більше ніж 71,25 мас. % кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 28,75 мас. % оксиду магнію та сполуку, що містить елемент з ряду лантаноїдів.

3. Волокно за п. 2, яке відрізняється тим, що продукт волокноутворення містить від приблизно 71,25 мас. % до приблизно 86 мас. % кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 28,75 мас. % оксиду магнію та від більше ніж 0 до приблизно 6 мас. % сполуки, що містить елемент з ряду лантаноїдів.

4. Волокно за п. 3, яке відрізняється тим, що продукт волокноутворення містить від приблизно 72 до приблизно 80 мас. % кремнезему, від приблизно 20 до приблизно 28 мас. % оксиду магнію та від більше 0 до приблизно 6 мас. % сполуки, що містить елемент з ряду лантаноїдів.

5. Волокно за п. 1, яке відрізняється тим, що згадана сполука, що містить елемент з ряду лантаноїдів, вибрана з групи, яка включає броміди, хлориди, фториди, фосфати, нітрати, нітрити, оксиди та сульфати, які містять елемент з ряду лантаноїдів.

6. Волокно за п. 5, яке відрізняється тим, що згаданою сполукою, яка містить елемент з ряду лантаноїдів, є La2O3.

7. Волокно за будь-яким з пп. 1-6, яке відрізняється тим, що додатково характеризується принаймні однією з наступних ознак:

(і) згаданий продукт волокноутворення містить менше, ніж приблизно 2 мас. % оксиду алюмінію,

(іі) згаданий продукт волокноутворення містить менше, ніж приблизно 1 мас. % оксиду заліза, з розрахунку на Fe2O3,

(ііі) згаданий продукт волокноутворення містить оксид лужного металу в кількості десятих долей відсотка; та

(iv) згаданий продукт волокноутворення містить менше, ніжприблизно 1 мас. % оксиду кальцію.

8. Волокно за п. 1, яке відрізняється тим, що продукт волокноутворення додатково містить діоксид цирконію.

9. Спосіб виготовлення склоподібного неорганічного волокна, стійкого до високих температур, з низькою усадочною деформацією за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняється тим, що включає утворення розплаву з інгредієнтів, які містять кремнезем, оксид магнію, сполуку, що містить елемент з ряду лантаноїдів, та виготовлення волокон з розплаву.

10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що розплав додатково містить діоксид цирконію.

11. Спосіб термоізоляції виробу, який відрізняється тим, що розміщують на, в, поряд або навколо виробу термоізоляційний матеріал, який має температуру експлуатації принаймні до 1000 °С або більше, який зберігає механічну цілісність аж до температури експлуатації і який є нестійким у фізіологічних рідинах, причому згаданий термоізоляційний матеріал містить волокно за будь-яким з пп. 1-8.

Текст

1. Склоподібне неорганічне волокно, стійке до високих температур, яке відрізняється тим, що має низьку усадочну деформацію, температуру експлуатації вище принаймні 1000°С, зберігає механічну цілісність аж до температури експлуатації і є нестійким у фізіологічних рідинах, яке включає продукт волокноутворення, який містить більше ніж 71,25мас.% кремнезему, оксид магнію та сполуку, що містить елемент з ряду лантаноїдів. 2. Волокно за п.1, яке відрізняється тим, що продукт волокноутворення містить більше ніж 71,25мас.% кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 28,75мас.% оксиду магнію та сполуку, що містить елемент з ряду лантаноїдів. 3. Волокно за п.2, яке відрізняється тим, що продукт волокноутворення містить від приблизно 71,25мас.% до приблизно 86мас.% кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 28,75мас.% оксиду магнію та від більше ніж 0 до приблизно 6мас.% сполуки, що містить елемент з ряду лантаноїдів. 4. Волокно за п.3, яке відрізняється тим, що продукт волокноутворення містить від приблизно 72 до приблизно 80мас.% кремнезему, від приблизно 20 до приблизно 28мас.% оксиду магнію та від більше 0 до приблизно 6мас.% сполуки, що містить елемент з ряду лантаноїдів. 2 (19) 1 3 Винахід стосується склоподібного волокна, стійкого до високих температур, що є придатним як тепло- або звукоізоляційний матеріал і яке використовують при температурах принаймні до 1000°С. Волокно, стійке до високих температур, є високотехнологічним, проявляє низьку усадочну деформацію, зберігає гарну механічну міцність після дії робочих температур, і є нестійким у фізіологічних рідинах. Промисловість ізоляційних матеріалів виявила, що для застосування у якості тепло- та звукоізоляційних матеріалів бажано використовувати волокна, які є нестійкими у фізіологічних рідинах, таких як легенева рідина. Незважаючи на те, що пропонувались різні перспективні матеріали, межа температур експлуатації таких матеріалів не була достатньо високою, щоб забезпечити багато сфер використання, в яких застосовувались волокна, стійкі до високих температур, включаючи волокна з тугоплавкого скла та керамічні волокна. Зокрема, волокна, стійкі до високих температур, повинні проявляти мінімальну лінійну усадку при дії очікуваних температур для того, щоб забезпечити ефективний тепловий захист (теплоізоляцію) виробу, що піддається ізоляції. Було запропоновано багато композицій серед сімейства штучно створених склоподібних волоконних матеріалів, що розкладаються у фізіологічному середовищі. Такі скляні волокна зазвичай мають значний вміст оксидів лужних металів, що часто призводить до низької межі температур експлуатації. [Канадська патентна заявка №2017344] описує скляне волокно, що має розчинність у фізіологічному середовищі, яке сформоване із скла, що містить як обов'язкові компоненти кремнезем, оксид кальцію та Na2O, як переважні компоненти оксид магнію та K2О і як необов'язкові компоненти оксид бору, оксид алюмінію, оксид титану, оксиди заліза та фторид. Міжнародна заявка з номером публікації [WO 90/02713] описує мінеральні волокна, які є розчинними в розчинах солі, волокна отримані з композиції, що включає кремнезем, алюміній, оксид заліза, оксид кальцію, оксид магнію, Na2O та K2О. [Патент США №5,108,957] описує скляні композиції, придатні для формування волокон, які здатні розкладатися у фізіологічному середовищі і які містять обов'язкові компоненти кремнезем, оксид кальцію, Na2O плюс K2О і оксид бору, і необов'язково оксид алюмінію, оксид магнію, фторид та Р2О5. Він характеризує присутність фосфору як таку, що має ефект підвищення швидкості розкладання волокон у фізіологічному середовищі. Інші патенти, які посилаються на вплив фосфору в сприянні біологічній розчинності мінеральних волокон, включають міжнародну заявку з номером публікації [№WO 92/09536], що описує мінеральні волокна, що містять, головним чином, кремнезем та оксид кальцію, і необов'язково оксид магнію і Na2O плюс K2О, в яких присутність 86939 4 оксиду фосфору зменшує стабілізаційний ефект алюмінію та заліза на скляну матрицю. Такі волокна зазвичай виготовляють при більш низьких температурах, ніж жаростійкі керамічні волокна. Ми спостерігали, що при температурах плавлення, необхідних для волокон, що стійкі до високих температур (1700-2000°С), оксид фосфору при рівнях до декількох відсотків може викликати сильну деструкцію та/або ерозію компонентів печей. [Канадська патентна заявка №2043699] описує волокна, які розкладаються в присутності фізіологічного середовища, яке містить кремнезем, оксид алюмінію, оксид кальцію, оксид магнію, Р2О5, необов'язково оксид заліза та Na2O плюс K2О. [Французька патентна заявка №2662687] описує мінеральні волокна, які розкладаються в присутності фізіологічного середовища, яке містить кремнезем, оксид алюмінію, оксид кальцію, оксид магнію, P2O5, оксид заліза та Na2O плюс K2О плюс ТіО2. [Патент США №4,604,097] описує здатне до біоабсорбції скляне волокно, яке містить, головним чином, бінарну суміш оксиду кальцію та пентаоксиду фосфору, але має інші складові, такі як фторид кальцію, вода та один або декілька оксидів, таких як оксид магнію, оксид цинку, оксид стронцію, оксид натрію, оксид калію, оксид літію або оксид алюмінію. [Міжнародна заявка з номером публікації WO 92/07801] описує здатне до біоабсорбції скляне волокно, яке містить пентоксид фосфору та оксид заліза. Частина P2O5 може бути замінена на кремнезем, а частина оксиду заліза може бути замінена на оксид алюмінію. Необов'язково волокно містить сполуку двовалентного катіону, вибраного з Са, Zn та/або Мg, та сполуку катіону лужного металу, вибраного з Na, K та/або Li. [Патент США №5,055,428] описує волокна на основі натронно вапнового алюмоборосилікатного скла, яке є розчинним в синтетичному легеневому розчині. Вміст оксиду алюмінію зменшується з підвищенням вмісту оксиду бору та регулюванням кількості кремнезему, оксиду кальцію, оксиду магнію, K2О та, необов'язково, Na2O. Інші компоненти можуть включати оксид заліза, титану, фтор, оксид барію та оксид цинку. [Міжнародна заявка з номером публікації WO 87/05007] описує неорганічне волокно, яке є розчинним у розчині солі і включає кремнезем, оксид кальцію, оксид магнію та необов'язково алюміній. Міжнародна заявка з номером публікації [WO89/12032] описує неорганічне волокно, що має кремній, здатний екстрагуватися у фізіологічному розчині солі і включає кремнезем, оксид кальцію, необов'язково оксид магнію, оксиди лужних металів, та один або декілька оксидів алюмінію, цирконію, титану, оксид кальцію та заліза. Міжнародна заявка з номером публікації [WO 93/15028] описує склоподібні волокна, що є розчинними у розчині солі, які в одному випадку використання кристалізуються до - діоксиду при 5 витримці при температурі 1000°С та/або 800°С протягом 24 годин і мають наступний склад (у ваг.%): кремнезему 59-64, оксиду алюмінію 0-3,5, оксиду кальцію 19-23 та оксиду магнію 14-17, і які в іншому випадку використання кристалізуються до воластоніту/псевдоволастоніту і мають наступний склад (у ваг.%): кремнезему 60-67, оксиду алюмінію 0-3,5, оксиду кальцію 26-35 та оксиду магнію 4-6. [Міжнародна заявка з номером публікації WO 03/059835] розкриває волокно з силікату кальцію, яке містить 1,3-1,5ваг.% Lа2О3. Волокна, описані у вищезазначених патентних публікаціях, обмежені, однак, їх температурами використання і є, таким чином, непридатними як ізоляційні матеріали для застосування при високих температурах, наприклад, як футеровка печей для використання при температурах вище 1000°С, та при застосуванні для надання жорсткості, наприклад, у випадку металоматриксних композитів та для застосування як фрикційних матеріалів. [Патенти США №6,030,910, 6,025,288 та 5,874,375], що належать Unifrax Corporation, заявнику представленої заявки, розкривають особливі неорганічні волокна, які містять продукти волокноутворення з розплаву, що складається по суті з кремнезему та оксиду магнію, що є розчинними у фізіологічний рідині і мають гарні усадочну деформацію та механічні характеристики при використанні в межах високих температурах. Продукт на основі недовговічного волокна продається компанією Unifrax Corporation (Niagara Falls, New York) під торговою маркою INSULFRAX, маючи номінальний склад композиції у ваг.%: 65% SiO2, 31,1% СаО, 3,2% МgО, 0,3% АІ2О3 та 0,3% Fe2O3. Інший продукт продається компанією Thermal Ceramics (розташованою в Augusta, Georgia) під торговою маркою SUPERWOOL і складається з 58,5% SiO2, 35,4% СаО, 4,1% МgО та 0,7% АІ2О3 за вагою. Цей матеріал має температурну межу використання 1000°С і плавиться приблизно при 1280°С, що є занизьким для того, щоб бути придатним для цілей високотемпературної ізоляції, як описано вище. [Міжнародна заявка з номером публікації WO 94/15883] описує CaO/MgO/SiO2 волокна з додатковими компонентами АІ2О3, ZrO2 та ТіО2, для яких були досліджені розчинність в розчині солі та жаростійкість. Цей документ констатує, що виявляється, що розчинність у розчині солі підвищується зі збільшенням кількості МgО, в той час як ZrO2 та АІ2О3 згубно впливали на розчинність. Присутність ТsO2 (0,71-0,74мол.%) та АІ2О3 (0,51-0,55мол.%) приводила до зниження усадочної деформації волокон до 3,5% або менше при 1260°С. Документ в подальшому стверджує, що волокна, які мають підвищений вміст SiO2, складно або взагалі неможливо формувати, і посилається як приклади на зразки, що мають вміст SiO2 70,04, 73,28 та 78,07%, які не здатні до волокноутворення. [Патенти США №№ 5,332,699, 5,421,714, 5,994,247 та 6,180,546] стосуються розчинних 86939 6 неорганічних волокон, стійких до високих температур. Крім стійкості до температури, що виражається величинами усадочної деформації, яка є важливою для волокон, що використовуються для ізоляції, також є необхідним, щоб волокна мали такі показники механічної міцності в процесі та після дії робочих температур, які б дозволили волокну підтримувати його структурну цілісність та ізоляційні характеристики в дії. Однією з характеристик механічної цілісності волокна є його післяексплуатаційна крихкість. Чим більш крихке волокно, тобто, чим легше воно руйнується або кришиться до порошку, тим меншу механічну цілісність воно має. Загалом було встановлено, що вогнестійкі волокна, що проявляють як стійкість до високих температур, так і нестійкість у фізіологічних рідинах, також проявляють високий рівень післяексплуатаційної крихкості. Це призводить до втрати міцності або механічної цілісності після дії температур експлуатації, які необхідні для забезпечення необхідної структури, що зумовлювала б її ізоляційні функції. Ми винайшли стійкі до високих температур, недовговічні волокна, які дійсно проявляють гарну механічну цілісність аж до температури експлуатації. Інші показники механічної цілісності волокон включають границю міцності на стиснення та відновлення при стисненні. Композиції жаростійкого скла, які можуть проявляти задані довговічність, усадочну деформацію при температурі та характеристики міцності, можуть, однак, не піддаватися волокноутворенню шляхом або витягування, або видування з розплаву їх компонентів. Таким чином, бажано забезпечити тугоплавке скляне волокно, стійке до високих температур, що є високотехнологічним для формування з розплаву, що має в'язкість, придатну для видування або витягування волокна і яке є нестійким у фізіологічних рідинах. Також бажано забезпечити тугоплавке скляне волокно, стійке до високих температур, яке є нестійким у фізіологічних рідинах і яке проявляє гарну механічну міцність аж до температури експлуатації. Також бажано забезпечити тугоплавке скляне волокно, стійке до високих температур, яке є нестійким у фізіологічних рідинах і яке проявляє низьку усадочну деформацію при температурі експлуатації. Створені тугоплавкі склоподібні неорганічні волокна, стійкі до високих температур, які є нестійкими у фізіологічних рідинах. Волокна є більш розчинними у штучній легеневій рідині, ніж стандартні алюмосилікатні тугоплавкі керамічні волокна, і виявляють температурну межу використання приблизно 1000°С або більше. Такі волокна зберігають механічну міцність після впливу експлуатаційних температур. Було встановлено відповідність волокон вимогам волокноутворення, стійкості до високих температур та нестійкості у фізіологічних рідинах, причому композиції волокон містять оксид кремнію (SiO2), оксид магнію 7 (МgО) та принаймні одну сполуку, яка містить лантан або елемент з ряду лантаноїдів. В певних втіленнях волокно виробляють з розплаву інгредієнтів, що містить оксид кремнію в кількості, що лежить в межах від 71,25 до приблизно 86ваг.%, оксид магнію та сполуку, що містить елемент з ряду лантаноїдів. Винаходом передбачається тугоплавке склоподібне неорганічне волокно з низькою усадочною деформацією на основі магній-силікатної системи, що має температуру використання принаймні до 1000°С, яке підтримує механічну цілісність після дії експлуатаційної температури і яке є нестійким у фізіологічних рідинах, таких як легенева рідина. Нестійке тугоплавке склоподібне неорганічне волокно згідно з одним із втілень включає продукт волокноутворення, що містить від приблизно 71,25 до приблизно 86ваг.% кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 28,75ваг.% оксиду магнію та від приблизно більше ніж 0 до приблизно 6ваг.% сполуки, що містить елемент з ряду лантаноїдів. Сполукою, що містить елемент з ряду лантаноїдів, може бути, наприклад, оксид елементу з ряду лантаноїдів. Нестійке тугоплавке склоподібне неорганічне волокно згідно з одним із втілень включає продукт волокноутворення, який містить від приблизно 71,25 до приблизно 86ваг.% кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 28,75ваг.% оксиду магнію та від приблизно більше ніж 0 до приблизно 6ваг.% сполуки, такої як оксид, що містить елемент з ряду лантаноїдів, та, необов'язково, оксид цирконію Якщо оксид цирконію входить до складу розплаву для волокноутворення, то він зазвичай міститься в кількості від приблизно більше ніж 0 до приблизно 11ваг.%. Згідно з подальшим втіленням нестійке тугоплавке склоподібне неорганічне волокно включає продукт волокноутворення, який містить від приблизно 71,25 до приблизно 86ваг.% кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 28,75ваг.% оксиду магнію та від приблизно більше ніж 0 до приблизно 6ваг.% сполуки, що містить елемент з ряду лантаноїдів, та менше, ніж приблизно 1ваг.% домішки у вигляді оксиду заліза, розрахованого як Fe2O3. Сполукою, що містить елемент з ряду лантаноїдів, може бути, наприклад, оксид елементу з ряду лантаноїдів. Нестійкі волокна, стійкі до високих температур, згідно з деякими втіленнями переважно містять менше, ніж приблизно 2ваг.% оксиду алюмінію (АІ2О3). Винаходом передбачається спосіб виробництва склоподібного неорганічного волокна, стійкого до високих температур, що має температуру експлуатації, принаймні, аж до 1000°С, яке зберігає механічну цілісність до температур експлуатації і яке є нестійким у фізіологічних рідинах, який полягає: в утворенні розплаву з інгредієнтів, які включають від приблизно 71,25 до приблизно 86ваг.% кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 28,75ваг.% оксиду магнію та від приблизно більше ніж 0 до приблизно 6ваг.% сполуки, що міс 86939 8 тить лантан або елемент з ряду лантаноїдів, та формуванні волокон з розплаву. Крім того, винаходом передбачається спосіб виробництва склоподібного неорганічного волокна, стійкого до високих температур, що має температуру експлуатації, принаймні, аж до 1000°С, яке зберігає механічну цілісність до температур експлуатації і яке є нестійким у фізіологічних рідинах, який полягає: в утворенні розплаву з інгредієнтів, які включають від приблизно 71,25 до приблизно 86ваг.% кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 28,75ваг.% оксиду магнію та від приблизно більше ніж 0 до приблизно 6ваг.% сполуки, що містить лантан або елемент з ряду лантаноїдів, та, необов'язково, оксид цирконію; та формуванні волокон з розплаву. Розплавлені композиції, використовувані для виробництва волокон згідно з даним винаходом, передбачають в'язкість розплаву, придатну для видування або витягування волокна та надання механічної міцності при дії температур експлуатації. Крім того, винаходом передбачається спосіб ізоляції виробу, який включає розміщення на, в, поряд або навколо виробу термоізоляційного матеріалу, що має температуру експлуатації принаймні аж до 1000°С або більше, який зберігає механічну цілісність до температури експлуатації і який є нестійким у фізіологічних рідинах, згаданий ізоляційний матеріал, що являє собою продукт волокноутворення з розплаву, який містить кремнезем, оксид магнію, сполуку, що містить лантан або елемент з ряду лантаноїдів, та необов'язково оксид цирконію. На Фіг.1А зображено криву залежності в'язкості від температури хімічного складу розплаву для комерційно доступного пряденого алюмосилікатного волокна. На Фіг.1В зображено криву залежності в'язкості від температури хімічного складу розплаву для комерційно доступного видувного алюмосилікатного волокна. Винаходом передбачається волокно, стійке до високих температур, придатне як тепло-, електро- та звукоізоляційний матеріал, який має межу температури експлуатації, більшу, ніж 1000°С, і який є нестійким у фізіологічних рідинах, таких як легенева рідина. Термін "нестійкий у фізіологічних рідинах" означає, що волокно, принаймні частково розчиняється в таких рідинах (таких як штучна легенева рідина) під час тестів in vitro. Для того, щоб композиція скла була придатною для виробництва волокна з достатньою стійкістю до високих температур, волокно, що виробляється, повинно бути технологічним, достатньо розчинним у фізіологічних рідинах та здатним витримувати дію високих температур з мінімальною усадочною деформацією та мінімальною втратою механічної цілісності під час дії високих температур експлуатації. Термін "в'язкість" стосується здатності розплаву скла опиратися силі течії або зсуву. Взаємозв'язок в'язкість-температура є критичним у визначенні того, чи можливо перетворити на во 9 локна дану композицію скла. Крива оптимальної в'язкості повинна мати низьку в'язкість (5-50 пуаз) при температурі волокноутворення і повинна поступово підвищуватися з підвищенням температури. Якщо розплав має недостатню в'язкість (тобто занадто рідкий) при температурі волокноутворення, результатом є коротке, тонке волокно з великою частиною матеріалу, що не піддався волокноутворенню (з твердими включеннями). Якщо розплав має занадто високу в'язкість при температурі волокноутворення, одержане волокно буде вкрай грубим (великого діаметру) та коротким. В'язкість залежить від хімічного складу розплаву, на який також впливають елементи або сполуки, що діють як модифікатори в'язкості. Ми виявили, що для такої хімічної системи волокна сполука, що містить елемент з ряду лантаноїдів, діє як модифікатор в'язкості, який дає можливість видувати або витягувати волокна з розплаву. Необхідно, однак, відповідно до винаходу, щоб такі модифікатори в'язкості або своїм типом, або кількістю не впливали несприятливим чином на розчинність, стійкість до усадки або механічну міцність видутого або витягнутого волокна. Механічна цілісність є також важливою характеристикою, оскільки волокно повинно витримувати свою власну вагу при будь-якому застосуванні і повинно також стійким до стирання внаслідок дії струменів повітря або газу. Ознаки цілісності волокна та механічної міцності оцінюють за візуальними та тактильними спостереженнями, а також механічними вимірюваннями цих властивостей після дії на волокна експлуатаційних температур. Волокно має міцність на стиснення в межах припустимого діапазону, порівняного з діапазоном стандартного комерційного алюмосилікатного волокна, і додатково має високу пружну деформацію або здатність до відновлення. Волокна у відповідності з даним винаходом є значно менш стійкими, ніж звичайні жаростійкі керамічні волокна, такі як алюмосилікати (приблизно 50/50ваг.%) та алюмо-цирконій-силікати або АЦС (приблизно 30/16/54ваг.%), в штучній легеневій рідині. Нестійкі жаростійкі склоподібні волокна виробляють за стандартними технологіями виробництва скляних та керамічних волокон. Вихідні речовини, такі як, кремнезем, будь-яке придатне джерело магнію, таке енстатит, форстерит, оксид магнію, карбонат магнію, обпалений карбонат магнію, цирконат магнію, периклаз, стеатит або тальк, та, якщо в розплав волокна включений діоксид цирконію, будь-яке придатне джерело діоксиду цирконію, таке як бадделеїт, цирконат магнію, цирконій або діоксид цирконію, подають у вибраному співвідношенні з бункерів для зберігання до плавильної печі, де їх розплавляють і видувають з використанням форсунки для волокноутворення або витягують, або в періодичному або в безперервному режимі. В'язкість розплаву необов'язково може регулюватися присутністю модифікаторів в'язкості, достатньою для забезпечення волокоутворення, 86939 10 передбаченого для бажаного застосування. Модифікатори в'язкості можуть бути присутніми у вихідних речовинах, що забезпечують головні компоненти розплаву, або можуть, принаймні частково, додаватись окремо. Необхідний розмір частинок вихідних речовин визначається умовами плавлення, включаючи розмір плавильної печі, швидкість засипання, температуру плавлення, тривалість перебування в печі і т.ін. Сполука, що містить елемент з ряду лантаноїдів, може бути ефективно використана для підвищення в'язкості розплаву, що містить кремнезем та оксид магнію як головні компоненти, покращуючи таким чином волокноутворення з розплаву. Застосування сполуки, що містить елемент з ряду лантаноїдів, підвищує в'язкість та покращує волокноутворення без шкідливого впливу на теплотехнічні характеристики, механічні властивості або розчинність волоконного продукту. Згідно з одним з втілень жаростійке склоподібне неорганічне волокно, що здатне витримувати температуру експлуатації принаймні до 1000°С з менш, ніж приблизно 6% лінійною усадкою, переважно з менш, ніж приблизно 5% лінійною усадкою, проявляє механічну цілісність при температурі експлуатації і є нестійким у фізіологічних рідинах, таких як легенева рідина. Нестійке жаростійке склоподібне неорганічне волокно містить продукт волокноутворення композиції, що включає від приблизно 71,25 до приблизно 86ваг.% кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 28,75ваг.% оксиду магнію та від приблизно більше, ніж 0 до приблизно 6ваг.% сполуки, що містить лантан або елемент з ряду лантаноїдів. Розплав, з якого виробляють волоконний продукт, може також включати від 0 до приблизно 11ваг. діоксиду цирконію. Волокно повинно містити не більше, ніж 1ваг.% домішки оксиду кальцію. Згідно з іншими втіленнями волокно не повинно містити більше, ніж 1ваг.% домішок оксидів заліза (з розрахунку на Fe2O3). Як модифікатори в'язкості можуть використовуватися інші елементи або сполуки, як при додаванні до розплаву впливають на його в'язкість з тим, щоб наблизити профіль або форму, або криву залежності в'язкість/температура розплаву, що легко піддається волокноутворенню, як обговорюється нижче. Придатні елементи з ряду лантаноїдів включають La, Се, Рr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu та їх суміші. Елемент Υ схожий з багатьма елементами ряду лантаноїдів і зустрічається з ними в природі. Для цілей цього детального опису вважається, що елемент Υ входить до елементів ряду лантаноїдів. В певному втіленні до розплаву можуть додаватись сполуки, що містять лантаноїді елементи La, Се, Pr, Nd або їх комбінації. Особливо корисним елементом з ряду лантаноїдів , що може додаватись до розплаву, є La. Сполука, що містить елемент з ряду лантаноїдів, може включати без обмежень броміди, що містять елемент з ряду лантаноїдів, хлориди, що містять елемент з ряду лантаноїдів, фториди, що 11 містять елемент з ряду лантаноїдів, елемент з ряду лантаноїдів, що містить фосфати, нітрати, що містять елемент з ряду лантаноїдів, нітрити, що містять елемент з ряду лантаноїдів, оксиди, що містять елемент з ряду лантаноїдів, та сульфати, що містять елемент з ряду лантаноїдів. Оксиди елементів з ряду лантаноїдів є придатними для підвищення в'язкості розплаву, що містить кремнезем та оксид магнію для покращення здатності розплаву до волокно утворення. Особливо корисним оксидом елементу з ряду лантаноїдів є La2O3. La2O3 зазвичай згадується в хімії як "лантан" або "оксид лантану" і, таким чином, ці терміни можуть використовуватися в описі, замінюючи один інший. Як описано вище, суміші сполук, що містять елемент з ряду лантаноїдів, можуть використовуватися в розплаві для підвищення його в'язкості. Елементи з ряду лантаноїдів хімічно є дуже подібними і мають тенденцію зустрічатися разом в рудних родовищах. Термін "мішметал" використовується для визначення природної суміші елементів з ряду лантаноїдів. Для розділення перетворення оксиду мішметалу в оксиди складових мішметалу необхідним є подальше очищення. Таким чином, оксид мішметалу сам може використовуватися в розплаві як сполука, що містять елемент з ряду лантаноїдів. Незважаючи на те, що оксид алюмінію є модифікатором в'язкості, включення оксиду алюмінію в хімічний склад розплаву волокна призводить до зменшення розчинності одержаного волокна у фізіологічних сольових розчинах. Таким чином, бажано обмежити кількість оксиду алюмінію, присутнього в хімічному складі розплаву волокна, принаймні, до приблизно нижче 2ваг.%, і, якщо можливо, для використовуваних сировинних матеріалів, до менше, ніж приблизно 1ваг.%. Одним з підходів до перевірки того, чи може бути з визначеної композиції швидко вироблене волокно з прийнятним рівнем якості, є визначення того, чи відповідає крива в'язкості експериментального хімічного складу кривій в'язкості відомого продукту, з якого може бути легко вироблене волокно. Додавання оксиду лантану до магній-силікатного розплаву покращує волокноутворення внаслідок подовження кривої в'язкості розплаву до більш низьких температур та високих в'язкостей. Оскільки лантан-силікатна система є більш жаростійкою системою, ніж магній-силікатна система, теплопродуктивність отриманого волокна також збільшується. Форма кривої залежності в'язкості від температури для композиції скла є показником легкості, з якою розплав буде утворювати волокна і, таким чином, якості одержаного волокна (характеризується, наприклад, вмістом твердих включень у волокні, діаметром волокна та довжиною волокна). Скло зазвичай має низьку в'язкість при високих температурах. З підвищенням температури в'язкість зростає. Значення в'язкості при даній температурі буде змінюватися як функція складу, як, наприклад, загальна крутизна кривої залежності в'язкості від температури. Крива в'язкості 86939 12 розплаву кремнезему, оксиду магнію та лантану або сполуки, що містить інший елемент з ряду лантану, має в'язкість, що наближається до заданої кривої в'язкості на Фіг.1А для комерційно доступного сформованого алюмосилікатного волокна. Волокно включає продукт волокноутворення композиції, що містить від приблизно 65 до приблизно 86ваг.% кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 35ваг.% оксиду магнію та сполуку, що містить елемент з ряду лантаноїдів. Недовговічне жаростійке склоподібне неорганічне волокно згідно з певними втіленнями включає продукт волокноутворення композиції, що містить від приблизно 71,25 до приблизно 86ваг.% кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 28,75ваг.% оксиду магнію та від приблизно більше, ніж 0 до приблизно 6ваг.% сполуки, що містить лантан або елемент з ряду лантаноїдів. Згідно з іншими втіленнями недовговічне, склоподібне неорганічне волокно, стійке до високих температур, включає продукт волокноутворення композиції, що містить від приблизно 71,25 до приблизно 86ваг.% кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 28,75ваг.% оксиду магнію та від приблизно більше, ніж 0 до приблизно 6ваг.% сполуки, що містить лантан або елемент з ряду лантаноїдів, від 0 до приблизно 11ваг.% оксиду цирконію та менше, ніж приблизно 2ваг.% оксиду алюмінію. В розплаві та волокнах, описаних вище, реальний рівень кремнезему з находиться в межах між приблизно 71,25 та приблизно 86ваг.%, переважно між приблизно 72 та приблизно 80ваг.%, з верхнім рівнем кремнезему, обмеженим лише технологічністю волокна. Відповідно до іншого втілення недовговічне, склоподібне неорганічне волокно, стійке до високих температур, включає продукт волокноутворення композиції, що містить від приблизно 72 до приблизно 80ваг.% кремнезему, від приблизно 21 до приблизно 28ваг.% оксиду магнію та від приблизно більше, ніж 0 до приблизно 6ваг.% сполуки, що містить елемент з ряду лантаноїдів. Звичайно, загальна кількість кремнезему, оксиду магнію та сполуки, що містить елемент з ряду лантаноїдів, у ваг.%, не може перевищувати 100ваг.%. Відповідно до іншого втілення недовговічне, склоподібне неорганічне волокно, стійке до високих температур, включає продукт волокноутворення композиції, що містить від приблизно 71,25 до приблизно 86ваг.% кремнезему, від приблизно 14 до приблизно 28,75ваг.% оксиду магнію та від приблизно більше, ніж 0 до приблизно 6ваг.% сполуки, що містить елемент з ряду лантаноїдів, причому волокно по суті не містить оксиду лужного металу. Волокна по суті не містять оксиду лужного металу, більше, ніж сліди домішок. Термін "сліди домішок" стосується таких кількостей речовини в продукті волокноутворення, які навмисне не додавались до розплаву волокна, але які можуть бути присутніми у сировинних вихідних речови 13 нах, з яких виробляють волокна. Таким чином, фраза "по суті не містять оксиду лужного металу" означає, що оксид лужного металу, якщо він присутній у волокні, потрапив туди з сировинних вихідних речовин, і оксид лужного металу навмисне не додавався до розплаву волокна. Загалом, волокна можуть містити оксид лужного металу з сировинних вихідних речовин в кількостях до приблизно десятих долів ваг.%. Таким чином, вміст лужного металу у таких волокнах загалом знаходиться в межах слідів домішок або, найбільше, десятих долів відсотка, в перерахунку на оксид лужного металу. Інші домішки можуть включати оксиди заліза в кількості менше, ніж приблизно 1ваг.%, в перерахунку на Fе2О3, або як можливо нижче. Недовговічні склоподібні неорганічні волокна з низькою усадочною деформацією, описані вище, найсприятливим чином є порівняними зі звичайними каоліновими, АЦС та алюмосилікатними довговічними жаростійкими керамічними волокнами з точки зору механічної міцності аж до робочих температур. Волокна виготовляють з розплаву інгредієнтів, що включають кремнезем, оксид магнію, сполуку, що містить елемент з ряду лантаноїдів, та, необов'язково, діоксид цирконію, відомими способами видування або витягування. Волокна можуть мати діаметр, що є лише верхньою межею діаметра волокна, при якій забезпечується здатність одержувати витягуванням або видуванням продукт, що має бажаний діаметр. Волокна можуть бути виготовлені за існуючими технологіями волокноутворення і сформовані у продукти складної форми, включаючи, але не обмежуючись ними: об'ємні волокна, волокномісткі бланкети, папір, повсть, вироби вакуумного фасонного лиття та композити. Волокно може використовуватися у комбінації зі звичайними матеріалами, використовуваними у виробництві волокномістких бланкет, виробів вакуумного фасонного лиття та композитів, як замінників звичайних жаростійких керамічних волокон. Волокно може використовуватися окремо або в комбінації з іншими матеріалами, такими як в'яжучі речовини і т.п., у виробництві волокномісткого паперу та повсті. Волокно є розчинним у штучній фізіологічній легеневій рідині, відповідно мінімізуючи ризики вдихання волокна. Винаходом передбачається спосіб ізоляції виробу термоізоляційним матеріалом. Згідно способу термоізоляції виробу, термоізоляційний матеріал, що має температуру експлуатації принаймні до 1000°С або більше, який забезпечує механічну цілісність аж до температури експлуатації і який є нестійким у фізіологічних рідинах, розміщують на, в, поряд або навколо виробу, 86939 14 який ізолюють. Термоізоляційний матеріал, який використовується в способі термоізоляції виробу, містить продукт волокноутворення з розплаву інгредієнтів, які включають кремнезем, оксид магнію, сполуку, що містить лантан або елемент з ряду лантаноїдів і, необов'язково, діоксид цирконію. Винаходом передбачаються тугоплавкі скляні волокна, стійкі до високих температур, що легко виготовляються з розплаву, який має в'язкість, придатну для видування або витягування волокна, і є нестійкими у фізіологічних рідинах. Тугоплавкі скляні волокна, стійкі до високих температур, є нестійкими у фізіологічних рідинах і проявляють гарну механічну міцність аж до температури експлуатації. Тугоплавкі скляні волокна, стійкі до високих температур, є нестійкими у фізіологічних рідинах і проявляють низьку усадочну деформацію при використовуваних температурах. Приклад Волокна отримували способом видування з розплаву інгредієнтів, що місили кремнезем, оксид магнію та 1ваг.% Lа2О3. Показники усадочної деформації волокон досліджували шляхом вологого формування з волокон прокладки та вимірювання розмірів прокладки перед та після нагрівання прокладки в печі протягом фіксованого періоду часу. Прокладку для вимірювання усадочної деформації одержували змішуванням волокон, отриманих видуванням, фенольної зв'язувальної речовини та води. Суміш волокна, зв'язувальної речовини та води виливали в листову форму і воді дозволяли стікати через дно форми. Від прокладки відрізали шматочок розміром 3 дюйма ´ 5 дюймів і використовували в дослідженнях усадки. Ретельно вимірювали довжину та ширину досліджуваної прокладки. Потім прокладку поміщали у піч і доводили до температури 1260°С протягом 24 годин. Після нагрівання протягом 24 годин, прокладку охолоджували і знову вимірювали довжину та ширину. Лінійну усадку досліджуваної прокладки визначали шляхом порівняння вимірювань лінійних розмірів "перед" та "після". Досліджувана прокладка, що містила волокна, виготовлені у відповідності з представленим винаходом, проявляла лінійну усадку близько 4% або менше. Представлений винахід не обмежується конкретними втіленнями, описаними вище, а включає його різновиди, модифікації та еквіваленти. Втілення, що описані окремо, не обов'язково альтернативними, оскільки різні втілення винаходу можуть бути об'єднані для одержання бажаних властивостей. 15 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 86939 Підписне 16 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

High temperature resistant vitreous inorganic fiber, process for preparation thereof and process for heat insulation of product using thereof

Автори англійською

Zoitos Bruce K., Andreichak Michael J, Boymil Pall M.

Назва патенту російською

Стекловидное неорганическое волокно, устойчивое к высоким температурам, способ его изготовления и способ термоизоляции изделия с его использованием

Автори російською

Зойтос Брюс К, Андрейчак Майкл Дж., Боймил Пол М.

МПК / Мітки

МПК: C03C 3/076, C03C 13/00

Мітки: виробу, високих, стійке, спосіб, склоподібне, термоізоляції, використанням, неорганічне, волокно, виготовлення, температур

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/8-86939-sklopodibne-neorganichne-volokno-stijjke-do-visokikh-temperatur-sposib-jjogo-vigotovlennya-ta-sposib-termoizolyaci-virobu-z-jjogo-vikoristannyam.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Склоподібне неорганічне волокно, стійке до високих температур, спосіб його виготовлення та спосіб термоізоляції виробу з його використанням</a>

Подібні патенти