DE60003569T2

DE60003569T2 - Hochtemperaturbeständige, in salzlösung lösliche fasern

Info

Publication number: DE60003569T2
Application number: DE60003569T
Authority: DE
Inventors: Gary Anthony Stourport-on-Severn JUBB; Jean-Louis Martin
Original assignee: Morgan Crucible Co PLC
Current assignee: Morgan Crucible Co PLC
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2020-08-25
Also published as: AU769172B2; BR0013868B1; MXPA02002380A; JP2003509320A; ES2202162T3; RU2247085C2; DE60003569D1; US6861381B1; ATE243665T1; EP1212265A1; AU6713200A; CN1373740A; CA2383440A1; EP1212265B1; JP4066138B2; CA2383440C; WO2001019744A1; BR0013868A; PL354487A1; CZ2002862A3

Description

Diese Erfindungibezieht sich auf hoch temperaturbeständige salzlösliche Fasern, und insbesondere bezieht sie sich auf Calciummagnesiumsilicatfasern.
Calciummagnesiumsilicatfasern sind beispielsweise aus den Veröffentlichungen WO89/12032, WO93/15028 und WO94/15883 bekannt.
Die Veröffentlichung WO89/12032 offenbarte zuerst eine breitgefächerte. Klasse feuerfester salzlöslicher Fasern.
Die Veröffentlichung WO93/15028 zeigte, dass eine Klasse der Fasern der WO89/12032 bei Temperaturen von bis zu 1000°C und darüber eingesetzt werden kann.
Die Veröffentlichung WO94/15883 zeigte, dass einige der Fasern der WO93/15028 noch höhere Anwendungstemperaturen von bis zu 1260°C und darüber haben, und gab an, dass solche Fasern einen SiO₂-Überschuss (definiert als die Menge von SiO₂, die nach der Kristallisation von CaO, MgO und ZrO₂ als Silicate übrigbleibt) von über 21,8 Mol-% benötigen.
Obwohl sie in die allgemeine Klasse der Calciummagnesiumsilicatfasern fallen, richtete sich die WO97/16386 auf calciumarme Fasern, um Anwendungstemperaturen von 1260°C oder darüber zu erbringen.
Es ist offensichtlich, dass es Bereiche in den Zusammensetzungsfeldern von CaO-MgO-SiO₂ und CaO-MgO-SiO₂-ZrO₂ gibt, innerhalb derer Fasern mit hoher Temperaturleistung hergestellt werden können und andere Bereiche, in denen das nicht der Fall ist.
Die Anmelder haben nun einen neuen und engen Bereich von Zusammensetzungen gefunden, die bei Temperaturen von 1200°C oder darüber und sogar 1250°C oder 1260°C und darüber einsetzbar sind, und dennoch nicht in den Rahmen von WO94/15883 und WO97/16386 fallen. Diese Zusammensetzungen weisen vorzugsweise wenig oder gar kein Zirconiumdioxid auf.
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine Faser mit einer maximalen Einsatztemperatur von 1200°C oder darüber bereit, bei der die Menge von MgO in Mol-% größer ist als die Menge von CaO in Mol-%, und die umfasst:
SiO₂ > 64,25 Gew.-%
CaO > 18 Gew.-%
MgO < 17 Gew.-%.
Jedoch werden keine Fasern beansprucht, die einen wie spezifizierten SiO₂-Überschuss von über 21,8 Mol-% aufweisen.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den beigefügten Ansprüchen hervor.
Die Zahl des SiO₂-Überschusses berechnet sich, indem das gesamte CaO als CaO.MgO.2SiO₂ gebunden; das gesamte ZrO₂ als ZrO₂.SiO₂ gebunden; und das übrige MgO als MgO.SiO₂ gebunden behandelt wird. Die Anmelder nehmen auch an, dass Al₂O₃ als Al₂O₃.SiO₂ kristallisiert. Zurückbleibendes SiO₂ wird als der SiO₂-Überschuss bezeichnet.
Die Erfindung ist beispielhaft in der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen dargestellt, in denen
1 eine graphische Darstellung ist, die die lineare Schrumpfung mit der Temperatur für Matten ist, die die Fasern A4-2 und A4-3 der nachstehenden Tabelle 1 umfassen,
2 eine graphische Darstellung ist, die die Schrumpfung über die Höhe von Matten zeigt, die die Fasern A4-2 und A4-3 der nachstehenden Tabelle 1 aufweisen,
3 eine graphische Darstellung ist, die die Schrumpfung von Vorformen zeigt, die aus den Fasern A4-1, A4-2 und A4-3 der nachstehenden Tabelle 1 hergestellt wurden.
Tabelle 1 zeigt Zusammensetzungen, die aus WO89/12032, WO93/15028, WO94/15883 und WO97/16386 entnommen sind, zusammen mit A4, einer Zielzusammensetzung, die folgende Zusammensetzung aufweist:
SiO₂ ca. 65 Gew.-%
CaO ca. 19,5 Gew.-%
MgO ca. 15,5 Gew.-%
und A4-1, A4-2 und A4-3 die analysierten Faserproben sind.
Die aus den Daten von WO89/12032 (als Manville-Fasern bezeichnet), WO97/16386 (als Unifrax-Fasern bezeichnet) und WO93/15028, WO94/15883 (alle anderen Referenzen in Tabelle 1 außer A4-Zielzusammensetzung, A4-1, A4-2 und A4-3) entnommenen Fasern sind diejenigen, bei denen der SiO₂-Überschuss so wie definiert weniger als 21,8 Mol-% beträgt, und bei denen die Menge von MgO in Mol-% größer ist als die Menge von CaO in Mol-%.
A4-1 wurde als Massenfaser hergestellt; A4-2 wurde als eine genadelte Matte mit einer Dichte von ca. 96 kg/m³ hergestellt; und A4-3 wurde als eine genadelte Matte mit einer Dichte von ca. 128 kg/m³ hergestellt.
In Tabelle 1 sind die Schrumpfungen aus den betreffenden Schriften angegeben, oder, für A4-1, A4-2 und A4-3, aus Messungen der Schrumpfung von unter Vakuum hergestellten Vorformen der betreffenden Fasern.
Es ist zu sehen, dass die Fasern nach der vorliegenden Erfindung eine geringere Schrumpfung bei 1260°C aufweisen als die entnommenen Fasern, mit Ausnahme der Faser Unifrax 42, die eine grundlegend andere Zusammensetzung aufweist.
In den 1–3 zeigen graphische Darstellungen die Schrumpfungscharakteristika der Fasern A4-1, A4-2 und A4-3, nachdem sie 24 Stunden lang den angegebenen Temperaturen ausgesetzt waren. Es ist zu sehen, dass die Fasern problemlos bei Temperaturen von 1200°C oder darüber eingesetzt werden können.
Tabelle 2 unten zeigt die Ergebnisse von Löslichkeitstests an den Fasern in physiologischer Salzlösung, die anzeigen, dass die Fasern in Körperflüssigkeiten löslich sind. (Siehe WO94/15883 für eine Erläuterung der Verfahren zur Messung der Löslichkeit). Ergebnispaare sind für gesonderte Tests an jeder Probe angegeben, sowie auch die durchschnittliche Gesamtlöslichkeit.
Ein typischer Bereich von Zusammensetzungen für Fasern der vorliegenden Erfindung wäre:
SiO₂ 65 ± 0,5 Gew.-%
CaO 20 ± 0,5 Gew.-%
MgO 15 ± 0,5 Gew.-%
Weitere Tests wurden an Fasern mit der erfindungsgemäßen Zusammen setzung von 65% SiO₂, 19,5% CaO und 15,5% MgO im Vergleich mit Superwool 607^TM, einer Faser mit der Nennzusammensetzung (Gewichtsprozent) von 65% SiO₂, 29,5% CaO, 5,5% MgO und < 1% Al₂O; Superwool 612^TM, einer Faser mit der Nennzusammensetzung (Gewichtsprozent) von 64,5% SiO₂, 17% CaO, 13,5% MgO, 5% ZrO₂; und einer feuerbeständigen Keramikfaser mit der Nennzusammensetzung von 56% SiO₂ und 44% Al₂O₃ durchgeführt.
Der erste Test zielte darauf ab, die Staubmenge anzugeben, die möglicherweise bei der Handhabung freigesetzt werden könnte. Der Test umfasste die Bestimmung der Staubmenge, die in der Probe einer Matte vorhanden war, die aus den jeweiligen Fasern hergestellt war. Die Mattenproben wurden auf einem Schwingungssiebrüttler, Fritsch Analysette Typ 3010, in Schwingung versetzt, der auf eine Frequenz von 3000 Hz und eine vertikale Amplitude von 0,5 mm eingestellt war. Das Gerät war mit einem Sieb der Maschenweite 1,6 mm und einer Wanne ausgestattet. Im Testverfahren wurde eine 135 mm × 135 mm große Mattenprobe auf das Sieb gelegt und 10 Minuten lang in Schwingung versetzt. Das Material, das sich in der Wanne angesammelt hatte, wurde gewogen und als Prozentzahl des Originalgewichts der Probe ausgedrückt. Die Ergebnisse waren wie unten angegeben:

Fasermaterial freigesetzter Staub in %

Superwool 607^TM 0,16%

Erfindungsgemäßes Material 0,18%

Feuerbeständige Keramikfaser 0,25%

Superwool 612^TM 0,36%
Daraus ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Faser vergleichbar zu Superwool 607^TM von einer niedrigen Staubabgabe ist.
Der zweite Test war auf das Schrumpfungsverhalten einer Matte bei hohen Temperaturen gerichtet, die aus der erfindungsgemäßen Faser und den Superwool^TM-Fasern hergestellt war. Mattenproben wurden 24 Stunden lang spezifizierten Temperaturen ausgesetzt, und deren lineare Schrumpfung wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in der untenstehenden Tabelle 3 angegeben:
Dies zeigt, dass die erfindungsgemäße Faser bis zu 1200°C im Verhalten vergleichbar mit beiden Superwool^TM-Fasern ist. Bei 1250°C weist die Superwool 607^TM-Faser eine Schrumpfung von 4,8% auf (was als zu hohe Schrumpfung für die meisten Anwendungen angesehen werden würde). Bei 1300°C ist die erfindungsgemäße Faser, obwohl sie immer noch eine hohe Schrumpfung von 4,2% aufweist, die Beste der drei getesteten Fasern.
Eine weitere Reihe von Tests wurden durchgeführt, um Fasern im Produktionsmaßstab herzustellen, und die Zusammensetzungen der erhaltenen Fasern waren wie in der nachstehenden Tabelle 4 dargelegt. Alle wiesen bei 1250°C eine niedrige Schrumpfung auf (die Schrumpfungen wurden mit anderen Verfahren als in Tabelle 1 gemessen und sind nicht direkt vergleichbar). In Kombination mit den Ergebnissen von Tabelle 1 zeigt dieses Proben mit brauchbaren Eigenschaften mit Zusammensetzungen, die (in Gew.-%) im Wesentlichen bestanden aus:

CaO 18,7 bis 20,2

MgO 14,47 bis 15,9

SiO₂ 64,5 bis 65,1

Al₂O3 0 bis 0,56
Die Fasern der vorliegenden Erfindung besitzen deshalb eine hohe Löslichkeit (die wünschenswert ist, damit die Fasern schnell aus dem Körper abtransportiert werden können); eine niedrige Staubabgabe (die wünschenswert ist, um die Staubmenge zu reduzieren, die eingeatmet werden kann); und gute hohe Temperaturcharakteristika.

Claims

Faser mit einer maximalen Einsatztemperatur von 1200°C oder darüber, die umfasst: SiO₂ > 64,25 Gew.-% CaO > 18 Gew.-% MgO < 17 Gew.-% bei der die Menge von MgO in Mol-% größer ist als die Menge von CaO in Mol-%, und bei der der SiO₂-Überschuss wie angegeben nicht größer als 21,8 Mol-% ist.
Faser nach Anspruch 1, die darüber hinaus umfasst: CaO < 21 Gew.-%.
Faser nach Anspruch 2, die darüber hinaus umfasst: CaO < 20,5 Gew.-%.
Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die darüber hinaus umfasst: CaO > 19 Gew.-%
Faser nach Anspruch 4, die darüber hinaus umfasst: CaO > 19,5 Gew.-%
Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die darüber hinaus umfasst: MgO > 14,25 Gew.-%
Faser nach Anspruch 6, die darüber hinaus umfasst: MgO > 14,75 Gew.-%
Faser nach Anspruch 7, die darüber hinaus umfasst: MgO > 15,25 Gew.-%
Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die darüber hinaus umfasst: MgO < 16 Gew.-%
Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die darüber hinaus umfasst: SiO₂ 65 ± 0,5 Gew.-% CaO 20 ± 0,5 Gew.-% MgO 15 ± 0,5 Gew.-%
Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die darüber hinaus umfasst: SiO₂ 64,5 – 64,7 Gew.-% CaO 19,5 – 20,2 Gew.-% MgO 15,5 – 15,6 Gew.-%
Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die darüber hinaus umfasst: SiO₂ ca. 65 Gew.-% CaO ca. 19,5 Gew.-% MgO ca. 15,5 Gew.-%
Faser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die im wesentlichen besteht aus: CaO 18,7 bis 20,2 Gew.-% MgO 14,47 bis 15,9 Gew.-% SiO₂ 64,5 bis 65,1 Gew.-% Al₂O₃ 0 bis 0,56 Gew.-%