BR112015032326B1

BR112015032326B1 - Fibras inorgânicas formadas como um vidro, isolamento térmico, mástique, material compósito, papel, estrutura de suporte para corpos de catalisador, material de fricção, corpo de catalisador e combinação de fibra compreendendo ditas fibras inorgânicas

Info

Publication number: BR112015032326B1
Application number: BR112015032326-0A
Authority: BR
Inventors: Ronald Wainwright; Gary Jubb; Fontaine Fadiora
Original assignee: Morgan Advanced Materials Plc
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2021-12-21
Also published as: AU2014294819B2; US9944552B2; RU2016105765A; MY172117A; EP2858958B1; CA2918056C; ES2742328T3; JP2016529409A; CN105492401A; WO2015011439A1; JP6240325B2; PL2858958T3; US20160168019A1; AU2014294819A1; EP2858958A1; CN105492401B; ZA201600043B; MX2016000485A; KR102136916B1; KR20160039185A

Abstract

composições de fibra inorgânicas fibras inorgânicas que apresentam a composição: 10= al2o3 =50 % em mol; 12= k2o =40 % em mol; 30 = sio2 =70 % em mol; e em que sio2 + al2o3 + k2o >= 80 % em mol podem ser protegidos contra cristalização de superfície de calsilita: ? incluindo uma quantidade de um componente promotor de nucleação eficaz para promover cristalização em massa no vidro; e/ou ? fornecendo, pelo menos em parte de sua superfície, materiais descontaminantes de potássio.

Description

[001]Esta invenção se refere às composições de fibra inorgânicas e, em particular, às fibras de aluminossilicato de potássio do tipo divulgado no Pedido Internacional No WO 2008/065363.

[002]Materiais fibrosos são bem conhecidos para seu uso como materiais isolantes térmicos e/ou acústicos e também são conhecidos para seu uso como constituintes de reforço em materiais compósitos, tais como, por exemplo, cimentos reforçados com fibra, plásticos reforçados com fibra, e como um componente de compósitos de matriz de metal. Tais fibras podem ser usadas em estruturas de suporte para corpos de catalisador em dispositivos de controle de poluição, tais como conversores catalíticos de sistema de escape de automóvel e filtros de particulado de diesel, e podem ser usadas nos corpos de catalisador por si só. Tais fibras podem ser usadas como um constituinte de materiais de fricção (por exemplo, para freios de automóvel). As fibras da presente invenção apresentam uma faixa de propriedades e podem ser usadas em quaisquer ou todas estas aplicações, dependendo das propriedades mostradas.

[003]O WO 2008/065363 divulga fibras inorgânicas que apresentam uma composição compreendendo predominante ou exclusivamente Al2O3, K2O e SiO2. O WO 2008/065363 divulgou que magnésio pode ser útil como um modificador de viscosidade em tais fibras.

[004]A cristalização de cristais grandes é um problema em uma fibra, visto que os limites entre os cristais compreendem regiões de defeito, e se os cristais são grandes o suficiente para que eles se estendam através de uma parte significante do diâmetro da fibra, a fibra será significantemente frágil do que a resistência em massa do material de fibra indicaria.

[005]O WO 2009/066076 divulga o uso de magnésio e/ou boro como aditivos em fibras inorgânicas que apresentam uma composição compreendendo predominante ou exclusivamente Al2O3, K2O e SiO2. Magnésio foi divulgado como um aditivo benéfico em baixas quantidades, conforme magnésio atua como um agente de refinamento de grão, reduzindo o efeito sobre as fibras de cristalização de cristais grandes.

[006]No WO 2008/065363 e WO 2009/066076, foi mencionado que óxido de zircônio e óxido de ferro podem ser tolerados em pequenas quantidades (com quantidades máximas divulgadas de 0,1 % em peso e 0,2 % em peso, respectivamente).

[007]As fibras do WO 2008/065363 e WO 2009/066076 são úteis, mas os requerentes descobriram que algumas estão sujeitas à redução na resistência através de um ou dois entre dois mecanismos.

[008]Em um primeiro mecanismo, as fibras podem ser rompidas, devido às fendas e defeitos induzidos através de exposições a curto prazo repetidas às temperaturas acima, por exemplo, de 1000 °C. Este comportamento parece estar associado com coeficientes diferenciais de expansão térmica entre o material vítreo tal como é apresentado e o material cristalizado, levando às tensões que produzem “microfuros” na fibra.

[009]Os requerentes determinaram que a adição de magnésio sozinho, divulgada no WO 2009/066076 como útil para fornecer distinção de grãos, parece contribuir para a falha através do mecanismo de “microfuro” (embora a presença de magnésio não seja exigida para a ocorrência de microfuros).

[010]Em um segundo mecanismo, a exposição a altas temperaturas (por exemplo, 1250 °C ou mais) leva, com o passar do tempo, à produção de cristais na forma de placa grandes, com alto teor de alumina, o que leva à perda na resistência das fibras. Este mecanismo de degradação de fibra procede mais rápido, conforme a temperatura é aumentada.

[011]A desvitrificação (cristalização completa ou parcial) de vidros é iniciada pelos núcleos presentes, ou formação, no vidro. Os núcleos podem compreender regiões cristalinas que atuam como “sementes” para crescimento de cristal adicional ou podem compreender descontinuidades (por exemplo, a superfície do vidro, fendas no vidro ou limites de fase internos). Em uma fibra de vidro, a razão da superfície para o volume é alta e a superfície pode compreender falhas. Foi descoberto que as fibras de aluminossilicato de potássio, tais como aquelas divulgadas no WO 2008/065363 e WO 2009/066076, e, de fato, muitos aluminossilicatos de metal alcalino ou alcalino terroso, tendem a cristalizar a partir da superfície da fibra, com cristais crescentes a partir da superfície ao núcleo da fibra.

[012]Os requerentes descobriram que a inclusão de um ou mais componentes promotores de nucleação em uma quantidade suficiente para causar cristalização em massa pode superar o problema de microfuros nas fibras de aluminossilicato de potássio. “Cristalização em massa” significa a cristalização iniciada dentro do corpo da fibra: isto deve ser contrastado com “cristalização de superfície” significando a cristalização iniciada a partir da superfície.

[013]O componente capaz de promover nucleação pode ser qualquer um convencionalmente conhecido na técnica de vidro, mas metais de transição e lantanídeos podem ser eficazes, tal como fosfato. No contexto deste pedido, o termo “óxidos de metal de transição e/ou de elemento lantanídeo” significa qualquer um ou mais entre os elementos Sc; Ti; V; Cr; Mn; Fe; Co; Ni; Cu; Y; Zr; Nb; Mo; Ru; Rh; Pd; Ag; La; Hf; Ta; W; Re; Os; Ir; Pt; Au; Ce; Pr; Nd; Sm; Eu; Gd; Tb; Dy; Ho; Er; Tm; Yb; Lu.

[014]Zircônia é um componente promotor de nucleação preferido, mas outros componentes (por exemplo, titânia, céria e fosfato) são considerados, conforme as misturas de componentes promotores de nucleação fornecem a quantidade global que favorece a cristalização em massa.

[015]Sem restrição a qualquer mecanismo particular, os componentes promotores de nucleação podem fornecer núcleos cristalinos que promovem a nucleação; ou podem promover separação de fase para formar um vidro separado por fase, tal que a nucleação ocorre nas interfaces entre as fases.

[016]Surpreendentemente, os requerentes também descobriram que para tais composições cristalizadas em massa, a presença de magnésia pode ser benéfica, contrária a seu efeito prejudicial em fibras que não contém tais componentes. Magnésia reduz a formação de cristais na forma de placa grande e também apresenta o efeito de acelerar a cristalização, que pode ser útil para produzir quantidades controladas de cristalização no processo de produção.

[017]Os requerentes ainda descobriram que a migração de potássio em temperaturas elevadas pode fornecer mecanismos de falha adicionais para fibras e descobriram que descontaminantes de potássio, em particular, fontes de sílica, mitigam tais mecanismos de falha adicionais.

[018]Consequentemente, em um primeiro aspecto, a presente invenção fornece fibras de aluminossilicato de potássio formadas como um vidro compreendendo um componente promotor de nucleação em uma quantidade suficiente para causar cristalização em massa no vidro. Através da promoção da cristalização em massa, tensões causadas pela cristalização de superfície são reduzidas ou eliminadas, conforme é explicado adicionalmente abaixo. A presente invenção ainda fornece um método para fabricar fibras de aluminossilicato de potássio como um vidro, caracterizado pelo fato de que a fusão é de uma composição, tal que na desvitrificação, o vidro sofre cristalização em massa.

[019]Os requerentes ainda descobriram que o efeito prejudicial da cristalização de superfície das fases normalmente encontradas em fibras de aluminossilicato de potássio pode ser mitigado através do fornecimento, pelo menos em parte de sua superfície, um ou mais materiais descontaminantes de potássio, que, vantajosamente, compreendem uma ou mais fontes de sílica.

[020]Consequentemente, em um segundo aspecto, a presente invenção fornece fibras inorgânicas formadas como um vidro que apresenta uma composição compreendendo:10< AI2O3 <50 % em mol;12< K2O <40 % em mol;30 < SiO2 <70 % em mol;

[021]as fibras portadoras, pelo menos em parte de sua superfície, um ou mais materiais descontaminantes de potássio, que, vantajosamente, compreendem uma ou mais fontes de sílica.

[022]Outros aspectos da invenção serão evidentes a partir das reivindicações. O escopo da invenção reivindicada é apresentado nas reivindicações e o escopo das mesmas é incorporado nesta descrição como referência.

[023]Outras características da invenção são apresentadas nas reivindicações anexas e exemplificadas na seguinte descrição e nos desenhos, em que:

[024]A Fig. 1 é uma microfotografia de uma primeira fibra comparativa fabricada, a qual apresenta uma composição aproximada de K2O 25 % em peso; Al2O3 40 % em peso; SiO2 35 % em peso (K2O ~ 21,4 % em mol; Al2O3 31,6 % em mol; SiO2 47% em mol);

[025]A Fig. 2 é uma microfotografia da fibra da mesma fibra comparativa da Fig. 1 depois da exposição a 1250 °C durante 250 horas;

[026]A Fig. 3 é uma microfotografia da fibra da mesma fibra comparativa da Fig. 1 depois da exposição a 1250 °C durante 1000 horas;

[027]A Fig. 4 é uma fotografia de um módulo de fibra que mostra cisalhamento, devido à quebra da fibra sob condições cíclicas de uma segunda fibra de experimento comparativa da composição aproximada de K2O 25,5 % em peso; Al2O3 37,5 % em peso; SiO2 35 % em peso, MgO 1,1 % em peso; e ZrO2 0,8 % em peso (K2O ~21,6 % em mol; Al2O3 29,3 % em mol; SiO2 46,4 % em mol, MgO 2,2 % em mol; e ZrO2 0,5 % em mol).

[028]A Fig. 5 é um esboço que indica a formação de falhas de superfície sobre a desvitrificação de superfície de uma fibra.

[029]A Fig. 6 é uma microfotografia de uma fibra comparativa que mostra uma falha de superfície.

[030]A Fig. 7 é uma imagem de microscópio eletrônico de transmissão de uma fibra comparativa.

[031]A Fig.8 é uma microfotografia de uma fibra da composição da Fig. 7.

[032]A Fig. 9 é uma imagem de microscópio eletrônico de transmissão de uma fibra de uma primeira composição, de acordo com a presente invenção.

[033]A Fig.10 é uma microfotografia de uma fibra da composição da Fig. 9 depois da exposição a 1250 °C.

[034]A Fig. 11 é uma microfotografia adicional de uma fibra da composição da Fig. 9 depois da exposição a 1400 °C.

[035]A Fig. 12 é uma microfotografia de uma fibra de uma segunda composição, de acordo com a presente invenção depois da exposição a 1400 °C.

[036]A Fig. 13 é um gráfico que indica solubilidades relativas entre fibras de aluminossilicato de potássio, de acordo com a invenção, em comparação com fibras de aluminossilicato de potássio, que não de acordo com a invenção, e uma fibra de silicato alcalino terroso.

[037]A Fig. 14 é uma microfotografia de fibras que foram expostas às condições que levam a uma “zona mole” em um corpo de isolamento (por exemplo, manta ou módulos, incluindo módulos de manta e blocos dobrados).

[038]A Fig. 15 é uma microfotografia de fibras tratadas que foram expostas às condições que, normalmente, levam a uma “zona mole” em um corpo de isolamento (por exemplo, manta ou módulos, incluindo módulos de manta e blocos dobrados).

[039]Para se evitar dúvida, deve ser observado que, no presente relatório descritivo, o termo “compreender”, em relação a uma composição, deve significar incluir, conter ou abranger e permitir que outros ingredientes estejam presentes. Os termos “compreende” e “compreendendo” devem ser entendidos da mesma forma. Também deve ser observado que nenhuma reivindicação é feita a qualquer composição em que a soma dos componentes excede 100 %.

[040]Onde uma patente ou outro documento é referido neste relatório, seu teor é incorporado neste relatório como referência no grau permissível sob a lei nacional.

[041]Ainda deve ser entendido que o uso nas composições dos nomes de óxidos (por exemplo, alumina, sílica, potássia, zircônia] não implica que estes materiais são fornecidos como tais, mas se refere à composição da fibra final que expressa os elementos relevantes como óxidos. Os materiais de interesse podem ser fornecidos no total ou em parte como óxidos mistos, compostos com componentes fugitivos (por exemplo, fornecidos como carbonatos) ou, de fato, como componentes sem óxido (por exemplo, como haletos).

[042]Se materiais compreendendo componentes fugitivos (tais como carbonatos) são usados, pode ser importante garantir que o componente fugitivo é removido antes da formação da fibra, como, de outro modo, porosidade pode se formada nas fibras, o que é prejudicial à resistência da fibra. Esta remoção pode ocorrer na fusão, sobre a superfície da fusão ou antes da introdução do componente à fusão. No último caso, isto pode incluir uma etapa de calcinação.

[043]As fibras, de acordo com a invenção, e fibras comparativas descritas neste relatório foram produzidas nas instalações de produção Mexicanas de uma das subsidiárias do requerente em Pachuca, México, através de fiação (feita a partir da fusão através da formação de uma corrente fundida e conversão da corrente em fibra, permitindo que a corrente esteja em contato com uma ou mais rodas de fiar); ou nas instalações de pesquisa do requerente em Bromborough, Inglaterra, através da fiação ou, alternativamente, através de sopro (fibras fabricadas através da fusão através da formação de uma corrente fundida e conversão da corrente em fibra através do uso de um jato de ar dirigido na corrente).

[044]A invenção não é limitada a qualquer método particular para formar as fibras a partir da fusão, e outros métodos (por exemplo, formação giratória ou centrífuga de fibras; estiramento; atenuação de jato de ar) podem ser usados. As composições descritas neste relatório e outras fibras de aluminossilicato de potássio (incluindo aquelas do WO 2008/065363 e WO 2009/066076) também podem ser fabricadas através de métodos de sol-gel e tais fibras podem evitar os problemas que fluem da formação a partir de uma fusão.

PRIMEIRA FIBRA COMPARATIVA

[045]Fibras relativamente planas, essencialmente uniformes, podem ser produzidas de vidro de aluminossilicato de potássio, conforme reivindicado no WO 2008/065363, conforme indicado na Fig. 1 para uma fibra que apresenta uma composição aproximada de K2O 25 % em peso; Al2O3 40 % em peso; SiO2 35 % em peso (K2O ~ 21,4 % em mol; Al2O3 31,6 % em mol; SiO2 47% em mol].

[046]Depois da exposição a 1250 °C (250 horas Fig. 2; 1000 horas Fig. 3) tais fibras mostram alguma cristalização com cristais hexagonais (alto teor de alumina) sendo formados [veja as setas “A” nas Figs. 2 e 3]. A fibra particular mostrada na Fig. 2 mostra a evidência de que componentes fugitivos não foram removidos antes da formação da fibra e mostra buracos onde tais componentes escaparam à superfície (veja as setas “B” nas Figs. 2 e 8).

SEGUNDA FIBRA COMPARATIVA

[047]Uma fibra compreendendo MgO e ZrO2 como aditivos apresentou a composição aproximada de K2O 25,5 % em peso; Al2O3 37,5 % em peso; SiO2 35 % em peso, MgO 1,1 % em peso; e ZrO2 0,8 % em peso (K2O ~21,6 % em mol; Al2O3 29,3 % em mol; SiO2 46,5 % em mol, MgO 2,2 % em mol; e ZrO2 0,4 % em mol). Módulos de fibra comprimida foram fabricados a partir desta fibra e instalados na porta de um forno que apresenta um ciclo de 20 horas, compreendendo• aquecimento lento (<75 °C/hora) a 600 °C• aquecimento mais rápido (~200 °C/hora) a 1180 °C• ~40 minutos a 1180 °C• esfriamento (~250 °C/hora) a 700 °C• esfriamento mais lento (~250 °C/hora) a 50 °C.

[048]Isto forneceu um tempo aproximado nas temperaturas acima de 1000 °C de 2,3 horas.

[049]Conforme pode ser observado a partir da Fig. 4, o módulo foi cortado ao longo de uma curva. Esta curva apareceu para aproximar um plano de temperatura igual correspondente, em geral, a uma temperatura que indica o início de cristalização e de modo que o requerente analisou as fibras em mais detalhes.

[050]Foi descoberto que calsilita esteve presente nas fibras e que as fibras na região de cisalhamento mostraram morfologias diferentes, de acordo com o tamanho. Fibras grossas (por exemplo, diâmetro > 10 μm) tendem a mostrar fendas longitudinais; fibras médias (por exemplo, diâmetro 5 a 10 μm) tendem a mostrar falhas de superfície e fibras mais finas (por exemplo, diâmetro <5 μm) tendem a estar livre de falhas. (Estas faixas de diâmetro são apenas ilustrativas e existe um espectro de comportamento a partir de fibras finas livres de falhas até as fibras grossas craqueadas).

[051]O material vítreo amorfo das fibras tem uma densidade de ~2,5 g.cm-3; calsilita tem uma densidade relatada na faixa de 2,6 a 2,62 g.cm-3. Os requerentes avaliaram (sem limitar a invenção a qualquer teoria) que:-• como as fibras são expostas às temperaturas em que a desvitrificação pode ocorrer, isto ocorre preferencialmente na superfície das fibras, inicialmente, levando a uma superfície desvitrificada e núcleo vítreo;• o pareamento errôneo entre a densidade do material vítreo da fibra e aquele de calsilita resulta na superfície que será colocada sob tensão;• para a fibras de diâmetro pequeno, a desvitrificação na superfície afetará uma proporção significante do diâmetro da fibra e fibras de pequeno diâmetro podem acomodar esta tensão na superfície desvitrificada e a núcleo vítreo da fibra; ao passo que com fibras de diâmetro progressivamente maior, a porção desvitrificada ocupará uma proporção menor do diâmetro da fibra e, assim, precisa acomodar mais tensão;• o tempo prolongado na temperatura permite a liberação de tal tensão e o restabelecimento de falhas em um processo de anelamento;•ao passo que exposições repetidas curtas não apresentam este efeito, de modo que as fibras de diâmetro maior são rompidas e/ou exibem falhas de superfície, levando ao defeito na fibra que em um corpo da fibra (por exemplo, manta ou módulos, incluindo módulos de manta e blocos dobrados) pode resultar em uma “zona mole” de resistência mecânica reduzida.

[052]Este efeito é mostrado esquematicamente na Fig. 5 onde uma fibra que apresenta um núcleo vítreo 1 tem uma superfície desvitrificada 2 com a tensão resultando em um falha 3, que pode estar na forma de um microfuro na superfície da fibra ou, em casos extremos, uma fenda prolongada (veja as setas “C” nas Figs. 6 e 8).

TERCEIRA FIBRA COMPARATIVA

[053]A Fig. 7 mostra uma imagem de microscópio eletrônico de transmissão de uma terceira fibra comparativa da composição aproximada de K2O 26,4 % em peso; Al2O3 36,7 % em peso; SiO2 34 % em peso, MgO 1,9 % em peso; e ZrO2 0,9 % em peso (K2O ~22,2 % em mol; Al2O3 28,6 % em mol; SiO2 44,9 % em mol, MgO 3,7 % em mol; e ZrO2 0,6 % em mol). Conforme pode ser observado, isto mostra bandas cristalinas amplas que se prolongam para o interior do núcleo vítreo em justaposição da fibra (em direção ao topo direito da imagem). Tais fibras mostram microfuros depois da exposição a 1250 °C durante 24 horas, conforme mostrado na Fig. 8.

PRIMEIRA FIBRA EXEMPLAR

[054]O requerente descobriu que quando zircônia é adicionada em quantidades grandes o suficiente para causar cristalização em massa, um aperfeiçoamento dramático nas propriedades é fornecido.

[055]A Fig. 9 mostra uma imagem de microscópio eletrônico de transmissão de uma fibra de composição aproximada de K2O 22,8 % em peso; Al2O3 33,8 % em peso; SiO2 36,3 % em peso; Na2O 0,3 % em peso; HfO2 0,2 % em peso; Fe2O3 0,1 % em peso; MgO 0,1 % em peso; TiO2 0,1 % em peso e ZrO2 5,8 % em peso (K2O ~19,7 % em mol; Al2O3 26,9 % em mol; SiO2 49,0 % em mol, Na2O 0,3 % em mol; HfO2 0,1 % em mol; Fe2O3 <0,1% em mol; MgO 0,1% em mol; TiO2 0,1% em mol e ZrO2 3,8 % em mol). Isto mostra cristalitos menores formados no corpo da fibra mostrando cristalização em massa.

[056]O efeito da adição de zircônia em tais níveis pode ocorrer para promover separação em fase no vidro (para formar regiões de fase diferente), tal que esta separação em fase promove cristalização em massa através do fornecimento de núcleos nas interfaces da fase; ou a zircônia pode ocorrer para produção de núcleos cristalinos.

[057]Imagens de microscópio eletrônico de varredura das fibras da Fig. 9 mostram que depois da exposição a 1250 °C durante 24 horas as fibras estão livres de microfuros (Fig. 10).

[058]A adição de zircônia suficiente para promover cristalização em massa, assim, apresenta o efeito de aliviar as tensões, levando à formação de microfuro através do fornecimento de uma desvitrificação mais uniforme da fibra.

[059]Existe alguma evidência de que a separação em fase pode ocorrer, conforme este nível de zircônia parece apresentar o efeito de aumentar as taxas de dissolução.Tabela 1 AI2O3 SiO2 K2O CaO Fe2O3 HfO2 MgO Na2O TiO2 ZrO2 P2O5 Mn3O4C370 39,4 34,9 25,2 0,05 0,05 0 0,05 0,29 0,03 0,1 0 0Experimento 3 36,8 33,2 26,5 0,01 0,03 0,03 2,1 0,27 0,02 1,1 0 0C485 33,7 34,1 25,5 0,06 0,08 0,18 0,05 0,13 0,05 5,7 0 0C493 36,1 31,7 25,5 0,03 0,07 0,19 0,05 0,14 0,05 5,9 0 0AES 17,9 42,8 0,9 21,1 7,3 0 7,1 1,6 1,7 0 0,24 0,22

[060]A Fig. 13 mostra taxas de solubilidade totais em uma solução pH 4,5 (medidas de acordo com o procedimento apresentado no WO 2008/065363) para as fibras das composições da Tabela 1 que compreendem quatro fibras de aluminossilicato de potássio e uma fibra de silicato alcalino terroso:

[061]As solubilidades alta-baixa e média de um número de amostras são mostradas para as fibras de aluminossilicato de potássio: apenas uma medição foi feita para a fibra de silicato alcalino terroso.

[062]C370 tem a solubilidade mais baixa das composições indicadas e contém <0,6 % em peso de componentes, exceto Al2O3.

[063]A adição de uma quantidade de MgO (2 % em peso) e ZrO2 (1 % em peso) fornece uma solubilidade maior (Experimento 3), mas no custo de exacerbar o problema de “microfuro” mencionado acima.

[064]A adição de mais ZrO2 (5,7 % em peso) mostra uma solubilidade (C485) menor do que a fibra de ZrO2 de 1 % em peso e ainda produz uma fibra que tende a apresentar microfuros.

[065]Quando uma fibra, de acordo com a presente invenção, é usada (C493), um aumento dramático na solubilidade é demonstrado, ainda que a diferença no teor de ZrO2 (5,9 % em peso) seja de apenas 0,2 % em peso diferente de C485.

[066]Deve ser observado por comparação com a fibra de silicato alcalino terroso que as fibras do exemplo C493 apresenta solubilidade muito satisfatória.

[067]A adição de um material promotor de nucleação, tal como zircônia, em uma quantidade que parece suficiente para causar tal separação em fase, assim, não apenas reduz a propensão para formação de microfuro, também aumenta a solubilidade das fibras.

[068]Acredita-se que este último efeito seja independente da composição da fibra e o requerente reserva o direito de reivindicar, em geral, fibras inorgânicas formadas como um vidro de óxido que apresenta uma composição compreendendo elementos formadores de vidro e uma quantidade de um componente promotor de nucleação eficaz para promover a separação em fase no vidro. Vidro de óxido, neste contexto, significa um vidro em que átomos de oxigênio constituem mais do que 50% em mol da composição de vidro.

[069]Deve ser observado que outros componentes promotores de nucleação, por exemplo, tais como céria, titânia ou fosfato, provavelmente pelo menos cooperam com zircônia no grau que menos do que 5,9 % em peso de zircônia mencionada acima podem ser suficientes se combinados com tal componente promotor de nucleação. Os requerentes mostraram que titânia, quando usada ao invés de zircônia (ou em grandes quantidades em combinação com zircônia), reduz o ponto de fusão das fibras de aluminossilicato de potássio em um nível que não é adequado às aplicações de temperatura mais altas (por exemplo, aplicações que exigem exposição contínua entre 1200 a 1300 °C), embora tais composições possam ser de uso para aplicações de temperatura mais baixa, tais como esteiras de suporte para conversores catalíticos.

SEGUNDA FIBRA EXEMPLAR

[070]A primeira fibra exemplar ainda é inclinada para produzir placas com alto teor de alumina em temperatura mais alta. A Fig. 11 mostra a primeira fibra exemplar depois da exposição a 1400 °C durante 24 horas mostrando a formação de tais placas.

[071]Conforme mencionado acima, MgO foi divulgado no WO 2009/066076 como um aditivo benéfico em quantidades baixas, conforme magnésio atua como um agente de refinamento de grão, reduzindo o efeito sobre as fibras de cristalização de cristais grandes. Entretanto, foi descoberto pelos requerentes que magnésio parece contribuir para falhas através do mecanismo de “microfuro”, visto que ele acelera a cristalização e, consequentemente, aumenta as tensões causadas durante a cristalização.

[072]Entretanto, os requerentes descobriram que quando cristalização em massa ocorre, magnésio não apresenta este efeito prejudicial e, de fato, apresenta os efeitos positivos para a redução de formação de placa sobre as fibras e aumento da resiliência para as fibras expostas a 1200 °C ou mais durante períodos prolongados.

[073]A Fig. 12 mostra uma fibra que apresenta a composição aproximada de K2O 23,1 % em peso; Al2O3 36,0 % em peso; SiO2 31,4 % em peso; MgO 2 % em peso; e ZrO26,3 % em peso (K2O ~20,1 % em mol; Al2O329,0 % em mol; SiO2 42,8% em mol, MgO 4,0 % em mol; e ZrO2 4,2 % em mol) depois da exposição a 1400 °C durante 24 horas. Conforme pode ser observado, a fibra é plana e não mostra sinal principal de formação de placa, em contraste com a primeira fibra exemplar.

[074]Onde não existe magnésia, a resistência mecânica das fibras a 1400 °C é deficiente.

[075]Tais fibras têm uma propensão muito reduzida para formar uma “zona mole” quando usadas em um corpo de fibras (por exemplo, manta ou módulos, incluindo módulos de manta e blocos dobrados).

OUTRAS FIBRAS EXEMPLARES

[076]Os requerentes investigaram uma faixa de fibras para determinar o efeito de zircônia e magnésia sobre as propriedades. O efeito de zircônia na redução de formação de microfuro foi demonstrado com teores de zircônia de até 13 a 14 % em peso, mas, em tais níveis altos, alguma fusão de superfície das fibras foi observada, a qual os requerentes hipotetizam que pode ser devido à formação de compostos com outros componentes das fibras.

[077]Além disso, com o aumento do teor de zircônia, a propensão para formar placas com alto teor de alumina a 1400 °C parece aumentar.

[078]Consequentemente, para minimizar o potencial para a ocorrência deste efeito, os níveis de zircônia abaixo de 13 % em peso ou abaixo de 11 % em peso ou abaixo de 9 % em peso ou abaixo de 7 % em peso podem ser preferidos.

[079]O efeito de magnésia na redução de formação de placa com alto teor de alumina foi demonstrado com algumas composições. Entretanto, embora magnésio reduza a propensão para formar placas, também foi descoberto que ele reduz a resistência das fibras em temperaturas altas, tal que o encolhimento das fibras contendo magnésia tende a aumentar com o aumento do teor de magnésia.

[080]Para teores de K2O <24 % em peso, o encolhimento das fibras tende a ser mais alto a 1400 °C do que para as fibras com K2O 24 % em peso ou mais.

[081]Para teores de Al2O3 > 38 % em peso, a formação das placas com alto teor de alumina parece ser promovida.

[082]Para teores de SiO2 > 33 % em peso, a viscosidade da fusão aumenta, levando à produção de fibras grossas.

[083]Para equilibrar estes efeitos e para fibras intencionadas para aplicações de alta temperatura (por exemplo, temperatura de uso contínuo 1200 a 1300 °C), uma faixa composicional típica pode ser (na porcentagem em peso):Al2O3 36 ± 1,5 % em pesoK2O 25,5 ± 1,5 % em pesoSiO2 31 ± 1,5 % em pesoZrO2 6,5 ± 0,5 % em pesoMgO 1 ± 0,2 % em peso

[084]com o total destes componentes sendo de 99 % a 100 % em peso.

[085]Entretanto, deve ser observado que as composições fora desta faixa também são úteis em aplicações de alta temperatura, por exemplo, através de substituição parcial de ZrO2, conforme mencionado acima.

[086]Para aplicações menos exigentes onde o desempenho em altas temperaturas não é exigido, tais como esteiras de suporte para conversores catalíticos, outras características, tais como a resiliência das fibras, podem ser mais importantes do que a temperatura de uso máxima. Para tais aplicações, teores de MgO, por exemplo, de 3 % em peso, podem ser úteis.

TRATAMENTO TÉRMICO

[087]Os requerentes ainda descobriram que as fibras de aluminossilicato de potássio são passíveis de tratamento térmico para induzir a cristalização e, consequentemente, aumentar a capacidade que as fibras apresentam em manter a tensão em temperaturas elevadas abaixa da temperatura de cristalização das fibras, que é tipicamente acima de 850 °C, tal como aquelas experienciadas nas aplicações de conversor catalítico, por exemplo, na faixa entre 600 a 850 °C. As fibras compreendendo componentes promotores de nucleação (por exemplo, tais como ZrO2) e aditivos de MgO opcionais são particularmente úteis neste respeito.

[088]Conforme pode ser avaliado, tal tratamento térmico pode ser usado com as fibras cristalizadas em massa descritas acima.

[089]Para aplicações que exigem resiliência nas fibras (por exemplo, esteiras de suporte para conversores catalíticos), é benéfico que a cristalização parcial da fibra ocorra antes do uso. Isto ocorre porque uma fibra completamente vítrea pode fluir sob pressão e cristalizar a fibra, em parte, resiste a este fluxo. Um teor cristalino entre 15 a 50 % em peso é, em geral, suficiente com um teor de cristal na faixa entre 15 a 30 % sendo preferido, embora mais do que 50 % possam ser tolerados. Adicionalmente, cristais pequenos são preferidos, com um tamanho de cristal menor do que 250 nm, preferivelmente, menor do que 150 nm, mais preferivelmente, menor do que 50 nm sendo vantajoso. Um regime de aquecimento de 2 a 60 minutos em temperaturas entre 900° a 1200 °C (com temperatura mais alta exigindo tempos mais curtos) deve ser suficiente para fornecer um teor cristalino na faixa 15 a 50 %, mas na extremidade baixa da faixa de temperatura, tempos longos serão exigidos. Um dos efeitos da adição de magnésio é a redução do tempo exigido em uma temperatura fornecida ou temperatura exigida durante um tempo fornecido.

[090]Portanto, o requerente divulga fibras inorgânicas parcialmente cristalizadas que apresentam uma composição compreendendo:10< AI2O3 <50 % em mol;12< K2O <40 % em mol;30 < SiO2 <70 % em mol;e que apresentam um teor cristalino de 15 a 50 % em peso ou 15 a 30 % em peso,e que apresentam um tamanho de cristal menor do que 250 nm ou menor do que 150 nm ou menor do que 50 nm.ou quaisquer combinações destes parâmetros. Tais composições podem ser reivindicadas em uma aplicação divisional subsequente.

[091]O efeito de magnésia sobre as fibras cristalizadas não-em massa foi demonstrado através da comparação das fibras tratadas por calor colocando em um forno na temperatura especificada e removendo as amostras depois do tempo especificado. A Tabela 2 mostra a porcentagem em peso de calsilita e leucita presentes determinada pela difração de raios X e o tamanho do grão determinado através do uso da equação de Scherrer para ampliação de pico. A contribuição instrumental para a ampliação de pico foi avaliada usando a largura de pico de um coríndon NIST 1976a padrão tomado em relação à mesma faixa angular.

[092]Conforme pode ser observado, o tratamento térmico da fibra A (que não continha zircônia ou magnésia) a 1050 °C durante um período variando de 2 a 10 minutos resultou em pouca formação de calsilita. Ao contrário, A fibra B que continha MgO e ZrO2 mostrou 8 vezes mais do que quando tratada a 1050 °C durante 5 minutos.

[093]Os testes de cristalização após o tratamento térmico em temperaturas variando de 1000 °C a 1250 °C mostrou que 20 minutos foi um tempo adequado paracristalizar mais do que 5 % da fibra como calsilita.

[094]Regimes de tratamento térmico diferentes serão exigidos paracomposições diferentes e precisam ser experimentalmente determinados.

[095]As fibras do WO 2008/065363 e WO 2009/066076 tendem a ser completamente cristalinas e densas dentro de 24 horas de exposição contínua a 1000 °C e, assim, alternativamente, tratando termicamente as fibras para condicionar as mesmas antes das exposições a curto prazo repetidas à temperatura, podem ser eficaz para melhorar a degradação das fibras. Um tempo curto de 4 horas pode fornecer proteção, mas tempos em excesso de 6 horas, 8 horas, 12 horas, 16 horas, 20 horas ou ainda 24 horas podem fornecer proteção aperfeiçoada.

[096]Entretanto, isto não é acompanhado pela redução nos microfuros obtidos através da adição de componentes promotores de nucleação em uma quantidade eficaz para promover cristalização em massa.

[097]Deve ser observado que as fibras da presente invenção não formam sílica cristalina em aquecimento.

[098]O anelamento em temperaturas insuficientes para causar cristalização também pode ser benéfico. O US 5250269 divulgou que o anelamento de fibras de silicato alcalino terroso em condições que conservaram a natureza amorfa das fibras é benéfico às propriedades mecânicas das fibras e divulgou que o tratamento térmico pode estar abaixo da temperatura de desvitrificação das fibras ou acima da temperatura de desvitrificação das fibras, mas durante um tempo muito curto, contanto que a fibra permaneça substancialmente amorfa. Os requerentes determinaram que as fibras da presente invenção também se beneficiam do anelamento. Os requerentes hipotetizaram que as condições extremas inerentes na formação de fibras formadas por fusão resultam em falhas nas fibras e que o anelamento “tratam” estas falhas. Outros mecanismos (por exemplo, iniciação de algum grau de ordenamento dentro do vidro) também podem estar envolvidos.

[099]A Tabela 3 abaixo mostra o resultado de fibras de teste que apresentam a composição aproximada de:Al2O3 36 ± 1,5 % em pesoK2O 25,5 ± 1,5 % em pesoSiO2 31 ± 1,5 % em pesoZrO2 6,5 ± 0,5 % em pesoMgO 1 ± 0,2 % em pesoem um teste de compressão térmica, em que:• amostras de 70 g de fibra em massa foram formadas através de uma fusão a partir de uma pasta fluida em uma folha de dimensões de 25 cm x 17 cm (uma “amostra de papel”). • círculos de 50 mm de diâmetro foram cortados a partir da amostra de papel e sua densidade calculada a partir da espessura das amostras e seu peso.• as amostras foram comprimidas em uma densidade de 0,650 g.cm-3 entre duas placas de quartzo sustentadas por hastes de quartzo em um forno de tudo de divisão montado em uma máquina de teste mecânica Intron 5582 e arranjadas para permitir que força seja transmitida pelas hastes de quartzo às placas de quartzo;• a pressão sobre a hastes foi medida durante a compressão;• uma vez que a densidade desejada foi atingida, a temperatura foi elevada e a pressão registrada com o passar do tempo.

[0100]A pressão é relatada na Tabela 3 como uma resistência compressivacalculada.

[0101]Conforme pode ser observado a partir da Tabela 3, os requerentes confirmaram através de teste que o anelamento em temperaturas que estão abaixo da temperatura de desvitrificação (em torno de 960 a 980 °C) pode ser benéfico para aperfeiçoar a resistência compressiva em temperaturas de 700 °C, 800 °C e 900 °C, com o melhor efeito benéfica sendo observado a 900 °C.

[0102]Um aumento na resistência compressiva a 900 °C de mais do que 50 % acima das fibras não aneladas é mostrado para todas as amostras, exceto aquelas aneladas a 1000 °C (acima da temperatura de desvitrificação). Para aquelas aneladas a 900 °C durante períodos na faixa de 8 a 15 minutos, um aumento na resistência compressiva a 900 °C de mais do que 100 % acima das fibras não aneladas é mostrado.

[0103]O anelamento entre 850 °C a 900 °C durante tempos variando de 5 a 20 minutos foi mostrado benéfico em graus variados, mas temperaturas e tempos fora desta faixa podem ser usados e para fibras diferentes diferindo dos regimes de anelamento podem ser aplicados.

[0104]Em geral, o anelamento em temperaturas até 200°C ou mais abaixo da temperatura de desvitrificação pode ajudar, mas quanto mais adicional a partir da temperatura de desvitrificação, mais longo se torna o anelamento. Convenientemente, a temperatura próxima à temperatura de desvitrificação pode ser controlavelmente obtida, visto que isto permite os tempos de anelamento mais curtos. Faixas de tempos adequadas incluem, mas não são limitadas a 30 segundos em uma temperatura próxima à temperatura de desvitrificação para 30 dias em uma temperatura muito abaixo da temperatura de desvitrificação: mas tempos na faixa de 5 minutos a 1 hora, por exemplo, 8 minutos a 15 minutos, são mais manejáveis.

[0105]Faixas adequadas de temperaturas incluem, mas não são limitadas a 5 °C abaixo da temperatura de desvitrificação a 200 °C abaixo da temperatura de desvitrificação: mas as temperaturas na faixa de 20 °C abaixo da temperatura de desvitrificação a 150 °C abaixo da temperatura de desvitrificação, por exemplo, 50 °C abaixo da temperatura de desvitrificação a 100 °C abaixo da temperatura de desvitrificação são convenientes.

[0106]Por exemplo, para a composição mencionada acima, o anelamento a 900±50 °C durante 1 a 60 minutos (tempos mais curtos para temperaturas mais altas e tempos mais longos para temperaturas mais baixas) pode ser usado.

[0107]Conforme indicado acima, o anelamento em temperaturas acima da temperatura de desvitrificação, mas para tempos muito curtos, também pode fornecer um efeito não cristalizante útil, entretanto, tais processos são muito mais difíceis de controlar.

[0108]O efeito do anelamento é de aplicabilidade geral e também se aplica às fibras não abrangidas por este pedido. Os requerentes reservam o direito à reivindicação, aos métodos de anelamento divulgados no presente relatório ou a uma aplicação divisional.FORMAÇÃO E PROPRIEDADES DA FIBRA

[0109]Uma característica adicional da adição de componentes promotores de nucleação é que eles afetam a viscosidade e tensão de superfície da fusão e podem atuar como um auxiliar de fiberização que produz propriedades superiores (para algumas aplicações) nas fibras. ZrO2 foi descoberto particularmente eficaz neste papel.

[0110]As fibras de rotação descritas acima foram formadas usando um rotor de 20 cm (8”) em 12.000 rpm (equivalente a uma aceleração centrípeta de cerca de 158 km/s2). Deve ser observado que o aumento das acelerações usadas é conhecido para produzir fibras mais finas. Por exemplo, o US 4238213 divulga velocidades de rotor correspondentes às acelerações centrípetas de 81 km/s2, ~113,8 km/s2 e ~164,7 km/s2; indica que velocidades mais altas são consideradas; e indica que velocidades mais altas fornecem diâmetros de fibra mais fina para fibras de aluminossilicato. Outros propuseram rotores de alta velocidade para as fibras de silicato alcalino terroso (WO 2012/132287) com base na física do processo de fiação. Assim, o aumento da velocidade ou diâmetro dos rotores pode ser vantajoso. Os requerentes realização a rotação usando um rotor de 20 cm (8”) em 15.000 rpm (equivalente a uma aceleração centrípeta de cerca de 247 km/s2).

USOS POTENCIAIS

[0111]As fibras da presente invenção podem ser usadas, sujeitas a satisfazer critérios de desempenho relevantes, para qualquer propósito para o qual os materiais inorgânicos fibrosos e, particularmente, materiais de silicato alcalino terroso e aluminossilicato foram usado até agora; e podem ser usados em aplicações futuras onde as propriedades da fibra são apropriadas. Em seguida, referência será feita aos documentos de patente que se relacionam às aplicações em que as fibras podem ser usadas, sujeitas a satisfazer critérios de desempenho relevantes para a aplicação. As fibras da presente invenção podem ser usadas no lugar das fibras especificadas em qualquer uma destas aplicações sujeitas a satisfazer critérios de desempenho relevantes.

[0112]Por exemplo, as fibras podem ser usadas como:• materiais em massa;• materiais desaquecidos (WO 2013/094113);• em uma composição de mástique ou moldável (WO 2013/080455, WO 2013/080456) ou como parte de um artigo úmido (WO 2012/132271); • como um constituinte em montagens agulhadas ou, de outro modo, entrelaçadas (WO 2010/077360, WO 2011/084487) de materiais, por exemplo, na forma de manta, módulos de manta dobrados ou blocos de fibra de alta densidade (WO 2013/046052);• como um constituinte de montagens não agulhadas de materiais, por exemplo, feltros, moldes formados a vácuo (WO 2012/132469) ou papéis (WO 2008/136875, WO 2011/040968, WO 2012/132329, WO 2012/132327);• como um constituinte (com enchedores e/ou aglutinantes) de painéis, blocos e formas mais complexas (WO 2007/143067, WO 2012/049858, WO 2011/083695, WO 2011/083696);• como constituintes de reforço em materiais compósitos, tais como, por exemplo, cimentos reforçados com fibra, plásticos reforçados com fibra e como um componente de compósitos de matriz de metal;•em estruturas de suporte para corpos de catalisador em dispositivos de controle de poluição, tais como conversores catalíticos de sistema de escape de automóvel e filtros de particulado de diesel (WO 2013/015083), incluindo estruturas de suporte compreendendo:oprotetores de borda (WO 2010/024920, WO 2012/021270);omateriais microporosos (WO 2009/032147, WO 2011019394, WO 2011/019396);oaglutinantes orgânicos e antioxidantes (WO 2009/032191);omaterial intumescentes (WO 2009/032191);ofibras nanofibriladas (WO 2012/021817);omicroesferas (WO 2011/084558);omateriais coloidais (WO 2006/004974, WO 2011/037617)ocamadas de fibra orientadas (WO 2011/084475);opartes que apresentam peso de base diferente (WO 2011/019377); ocamadas compreendendo fibras diferentes (WO 2012065052);ofibras revestidas (WO 2010122337);oesteiras de corte em ângulos especificados (WO 2011067598);o(NB todas as características acima podem ser usadas em aplicações, exceto estruturas de suporte para corpos catalíticos)o na forma de um cone de extremidade (por exemplo, US 6726884, US 8182751).• como um constituinte de corpos de catalisador (WO 2005/110578, WO 2010/074711, WO 2010/092668, WO 2013/145243, WO 2013/145245);• como um constituinte de materiais de fricção (por exemplo, para freios de automóvel (JP 56-16578));• para proteção contra fogo (WO 2011/060421, WO 2011/060259, WO 2012/068427, WO 2012/148468, WO 2012/148469, WO 2013074968); e, opcionalmente, em combinação com um ou mais materiais intumescentes, materiais endotérmicos ou materiais intumescentes e endotérmicos.•como isolamento, por exemplo;ocomo isolamento para craqueadores de etileno (WO 2009/126593), aparelho de reformação de hidrogênio (US 4690690);ocomo isolamento em fornos para o tratamento térmico de metais, incluindo ferro e aço (US 4504957);ocomo isolamento em aparelho para a fabricação de cerâmica.

[0113]As fibras também podem ser usadas em combinação com outros materiais. Por exemplo, as fibras podem ser usadas em combinação com fibras policristalinas (sol-gel) (WO 2012/065052) ou com outras fibras biossolúveis (WO 2011/037634).

[0114]Corpos compreendendo as fibras também podem ser usados em combinação com corpos formados de outros materiais. Por exemplo, em aplicações de isolamento, uma camada de material, de acordo com a presente invenção (por exemplo uma manta ou painel), pode ser fixada a uma camada de isolamento que apresenta uma temperatura de uso contínuo máxima menor (por exemplo, uma manta ou painel de fibras de silicato alcalino terroso) (WO 2010/120380, WO 2011133778). A fixação das camadas juntas pode ocorrer através de qualquer mecanismo conhecido, por exemplo, âncoras de manta fixadas dentro das mantas (US 4578918) ou parafusos de cerâmica que passam através das mantas (veja, por exemplo, DE 3427918-A1).

TRATAMENTO DAS FIBRAS

[0115]Na formação das fibras ou posteriormente elas podem ser tratadas através da aplicação de materiais às fibras.

[0116]Por exemplo:

[0117]lubrificantes podem ser aplicados às fibras para ajudar no agulhamento ou outro processamento das fibras;

[0118]revestimentos podem ser aplicados às fibras para ação como aglutinantes;

[0119]revestimentos podem ser aplicados às fibras para fornecer um fortalecimento ou outro efeito, por exemplo, fosfatos (WO 2007/005836), óxidos de metal (WO 2011159914) e materiais coloidais, tais como alumina, sílica e zircônia (WO 2006/004974);

[0120]os aglutinantes podem ser aplicados às fibras para ligação às fibras subsequente à incorporação em um corpo compreendendo tais fibras.

[0121]Foi descoberto, em particular, que a aplicação de sílica coloidal pode ajudar na supressão da formação de uma “zona mole” dentro do material (do tipo que em seu extremo leva ao comportamento mostrado na Fig. 4).

[0122]As Figs. 14 e 15 mostram microfotografias representativas de fibras que foram expostas às condições que levam a uma “zona mole” em um corpo de isolamento (por exemplo, manta ou módulos, incluindo módulos de manta e blocos dobrados). As fibras são de composição aproximada de:Al2O3 36 ± 1,5 % em pesoK2O 25,5 ± 1,5 % em pesoSiO2 31 ± 1,5 % em pesoZrO2 6,5 ± 0,5 % em pesoMgO 1 ± 0,2 % em peso.

[0123]Conforme mostrado na esquerda da Fig. 14, uma fibra tem uma camada externa desvitrificada 4 que envolve um núcleo vítreo 5 e mostra algum craqueamento limitado 6. Conforme mostrado na Fig. 15, uma fibra mostra cristalitos 7 formados na superfície da fibra.

[0124]A composição apresenta uma propensão menor para formar microfuros em relação às fibras que não da invenção e não exibe o modo de falha catastrófica mostrado na Fig. 4. Entretanto, o craqueamento mostrado por algumas fibras a partir da “zona mole” não leva a algum defeito em comparação com as fibras a partir do exterior da “zona mole”.

[0125]Os requerentes descobriram que a composição da camada externa desvitrificada difere daquela no núcleo da fibra e hipotetizaram que a migração de potássio leva a uma mudança na composição suficiente para acionar alguma cristalização de superfície. Uma causa principal da zona mole parece ser a evolução de potássio na face quente que se move para trás em um corpo de fibras e que se deposita nas fibras abaixo da temperatura de cristalização em massa da fibra (como cristalitos witness 7). A temperatura de cristalização em massa está tipicamente em torno de 960 a 980 °C. Adicionalmente, a migração de potássio para a superfície também pode contribuir para o fornecimento de depósitos ricos em potássio 7 na superfície.

[0126]Os depósitos ricos em potássio na superfície parecem promover a cristalização da superfície.

[0127]Foi descoberto que este efeito pode ser mitigado através do revestimento das fibras com um material para descontaminar o potássio. Em particular, um revestimento compreendendo uma fonte de sílica resulta na formação na superfície da fibra de cristais de leucita (K2O^Al2O3^4SiO2). Leucita tem uma densidade de ~2,47 g.cm-3, combinando mais intimamente a densidade da fusão (~2,5 g.cm-3) em relação à calsilita (K2O.Al2O3,2SiO2); (2,6 a 2,62 g.cm-3). Esta combinação de densidade mais íntima significa que tal cristalização de superfície resulta menos provavelmente em fendas e defeito nas fibras.

[0128]A Fig. 16 mostra as fibras a partir de uma manta de fibras (da mesma composição de fibra da Fig. 14) que foi tratada por imersão em uma sílica coloidal 2 % em peso de sólidos, drenada, seca, formada em um módulo de manta dobrado e depois queimadas a 1200 °C/1 h durante 30 ciclos (condições que formaram uma zona mole com fibra não tratada). A manta apresentou um carregamento de sílica de aproximadamente 0,6 % em peso.

[0129]Depois da queima, foi descoberto que nenhuma zona mole foi formada e pode ser observado que as fibras são livres de craqueamento. Deve ser observado que as placas 8 podem ser observadas sobre a superfície da fibra. O revestimento completo da fibra não é necessário para obter o efeito desejado, conforme a migração de superfície de sílica provavelmente ocorre nas temperaturas que normalmente levam a uma zona mole (tipicamente em torno de 900 °C).

[0130]A fonte de sílica suficiente precisa ser aplicada para obter o efeito desejado. A quantidade de fonte de sílica adicionada pode ser, por exemplo, e expressada como % em peso equivalente de teor de sílica com base na quantidade de fibra (isto é, equivalente de teor de sílica/quantidade de fibra), >0,1 % em peso, >0,2 % em peso, >0,3 % em peso, >0,4 % em peso, >0,5 % em peso, >0,6 % em peso, >0,8 % em peso, >0,9 % em peso, >1,0 % em peso, >1,2 % em peso, >1,4 % em peso, >1,6 % em peso, >1,8 % em peso, >2,0 % em peso, >2,5 % em peso, >3,0 % em peso, >4,0 % em peso.

[0131]Faixas convenientes incluem 0,25 % em peso a 2,5 % em peso e 0,5 % a 1,5 % em peso.

[0132]O revestimento de superfície e provisão de um componente promotor de nucleação abrange o pareamento errôneo entre as densidades de calsilita e o vidro em massa em maneiras diferentes:

[0133]a provisão de um componente promotor de nucleação abrange o problema através da promoção da cristalização em massa sobre a cristalização de superfície.

[0134]o revestimento de superfície abrange o problema através da descontaminação de potássio

[0135]o uso de uma fonte de sílica como um descontaminante de potássio promove a formação de superfície de leucita ao invés de calsilita.

[0136]A descontaminação de potássio e revestimento/enriquecimento de superfície com uma fonte de sílica podem ser independentemente usados ou junto com a provisão de um componente promotor de nucleação eficaz para promover a cristalização em massa no vidro.

[0137]Embora as fontes de sílica sejam particularmente vantajosas para a descontaminação de potássio, outros materiais que prendem o potássio (por exemplo, através da formação de compostos de alto ponto de fusão) também podem ser usados. A fonte de sílica pode compreender uma ou mais fontes e pode ser uma sílica coloidal ou um precursor de sílica, por exemplo, compostos de silício (por exemplo, silanos, siloxanos, silazinas) ou misturas dos mesmos. Componentes, exceto sílica, podem ser incluídos em uma ou mais fontes de sílica (por exemplo, alumina).

[0138]O revestimento/enriquecimento de superfície pode ser aplicado por quaisquer meios adequados, por exemplo:

[0139]imersão em líquido ou suspensão compreendendo uma fonte de sílica.

[0140]pulverização com um líquido ou suspensão compreendendo uma fonte de sílica.

[0141]exposição a uma fonte gasosa de sílica.

[0142]e pode ocorrer durante a formação da fibra; depois da formação da fibra sobre as fibras; depois da formação da fibra sobre os corpos compreendendo as fibras. Uma forma conveniente ocorre através de pulverização com o lubrificante convencionalmente aplicado depois da formação da fibra.

[0143]Muitas variantes, formas de produto, usos e aplicações das fibras da presente invenção serão evidentes à pessoa habilitada na técnica e são abrangidos por esta invenção.

[0144]Através do fornecimento de fibras biossolúveis que apresentam temperatura de uso contínuo máxima maior do que as fibras de silicato alcalino terroso, a presente invenção estende a faixa de aplicações para que as fibras biossolúveis possam ser usadas. Isto reduz a necessidade presente, para muitas aplicações, quanto ao uso de fibras que não são biossolúveis.

Claims

1. Fibra inorgânica formada como um vidro que apresenta uma composição, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende:10 < AI2O3 < 50 % em mol;12 < K2O < 40 % em mol;30 < SiO2 < 70 % em mol; euma quantidade de um componente promotor de nucleação eficaz para promover cristalização em massa no vidro;em que SÍO2 + AI2O3 + K2O > 80 % em mol e com os constituintes totais não excedendo 100% em mol.

2. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que 20 < Al2O3 < 35 % em mol.

3. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que 23 < Al2O3 < 33 % em mol.

4. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que 25 < Al2O3 < 31 % em mol.

5. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que 15 < K2O < 30 % em mol.

6. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que 17 < K2O < 25 % em mol.

7. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de que 20 < K2O < 24 % em mol.

8. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que 35 < SiO2 < 60 % em mol.

9. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que 40 < SiO2 < 50 % em mol.

10. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que 40 < SiO2< 45 % em mol.

11. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que SÍO2 + AI2O3 + K2O > 85 % em mol.

12. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADA pelo fato de que SiO2 + Al2O3 + K2O > 90 % em mol.

13. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que SiO2 + Al2O3 + K2O > 95 % em mol.

14. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a composição compreende ainda magnésia.

15. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADA pelo fato de que 0,2 < MgO < 5% em mol.

16. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo fato de que 0,5 < MgO < 4% em mol.

17. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADA pelo fato de que 1 < MgO < 3% em mol.

18. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o componente capaz de promover a cristalização em massa é ou inclui zircônia, céria, titânia, fosfato ou misturas dos mesmos.

19. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADA pelo fato de que o componente capaz de promover a cristalização em massa é ou inclui zircônia.

20. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADA pelo fato de que: 3 < ZrO2 < 10 % em mol.

21. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADA pelo fato de que: 3,5 % em mol < ZrO2 < 10 % em mol.

22. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADA pelo fato de que: ZrO2 < 9 % em mol.

23. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADA pelo fato de que: ZrO2 < 7 % em mol.

24. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADA pelo fato de que: ZrO2 < 5 % em mol.

25. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que é formada por fusão e foi anelada em uma temperatura entre 200 °C abaixo de uma temperatura de desvitrificação para as fibras e a temperatura de desvitrificação para as fibras

26. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 25, CARACTERIZADA pelo fato de que a fibra foi anelada em uma temperatura e tempo suficientes para mostrar um aperfeiçoamento na resistência compressiva a 900 °C de mais do que 50% acima da fibra não anelada.

27. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 26, CARACTERIZADA pelo fato de que a fibra foi anelada em uma temperatura e tempo suficientes para mostrar um aperfeiçoamento na resistência compressiva a 900 °C de mais do que 100% acima da fibra não anelada.

28. Isolamento térmico CARACTERIZADO pelo fato de que compreende fibras inorgânicas como definidas na reivindicação 1.

29. Isolamento térmico, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que o isolamento está na forma de uma manta de fibras agulhadas ou, de outro modo, entrelaçadas.

30. Mástique CARACTERIZADO pelo fato de que compreende fibras inorgânicas como definidas na reivindicação 1.

31. Material compósito CARACTERIZADO pelo fato de que compreende fibras inorgânicas como definidas na reivindicação 1.

32. Papel CARACTERIZADO pelo fato de que compreende fibras inorgânicas como definidas na reivindicação 1.

33. Estrutura de suporte para corpos de catalisador CARACTERIZADA pelo fato de que compreende fibras inorgânicas como definidas na reivindicação 1.

34. Material de fricção CARACTERIZADO pelo fato de que compreende fibras inorgânicas como definidas na reivindicação 1.

35. Corpo de catalisador CARACTERIZADO pelo fato de que compreende fibras inorgânicas como definidas na reivindicação 1.

36. Combinação de fibra CARACTERIZADA pelo fato de que compreende fibras inorgânicas como definidas na reivindicação 1.

37. Combinação de fibra, de acordo com a reivindicação 36, CARACTERIZADA pelo fato de que as outras fibras são ou incluem fibras policristalinas.

38. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que apresenta uma composição em porcentagem em peso:36 ± 1,5 % em peso de Al2O3,25,5 ± 1,5 % em peso de K2O,31 ± 1,5 % em peso de SiO2,6,5 ± 0,5 % em peso de ZrO2,1 ± 0,2 % em pesode MgO,com o total destes componentes sendo 99% a 100% em peso.

39. Fibra inorgânica formada como um vidro que apresenta uma composição, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende:10 < AI2O3 < 50 % em mol;12 < K2O < 40 % em mol;30 < SiO2 < 70 % em mol;uma quantidade de um componente promotor de nucleação eficaz para promover cristalização em massa no vidro;a fibra portando em pelo menos parte de sua superfície um ou mais materiais descontaminantes de potássio.

40. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 39, CARACTERIZADA pelo fato de que os materiais descontaminantes de potássio compreendem uma ou mais fontes de sílica.

41. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 40, CARACTERIZADA pelo fato de que uma ou mais fontes de sílica compreende uma sílica coloidal.

42. Fibra inorgânica, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende:25 < AI2O3 < 31 % em mol;20 < K2O < 24 % em mol;40 < SiO2 < 45 % em mol;3,5 < ZrO2 < 7 % em mol1 < MgO < 3 % em molem que SÍO2 + AI2O3 + K2O > 80 % em mol e com os constituintes totais não excedendo 100% em mol.