CN102844484B - 制备无机纤维幅材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了通过其可将熔体成形的无机纤维加工形成重力成网无机纤维幅材的方法。重力成网工艺包括机械地分离熔体成形的无机纤维和收集所述纤维，并可包括共混所述熔体成形的无机纤维与其他无机纤维和/或无机粒状添加剂。

Description

制备无机纤维幅材的方法

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2010年4月13日提交的美国临时专利申请No.61/323,416的优先权，该专利的公开内容以全文引用方式并入本文中。

背景技术

包括无机纤维的湿法成网幅材和干法成网幅材一直以来都是已知的，且已被用于各种应用，尤其是涉及抗高温的应用。

发明内容

公开了通过其可将熔体成形的无机纤维加工形成重力成网无机纤维幅材的方法。重力成网工艺包括机械地分离熔体成形的无机纤维和收集所述纤维，并可包括共混所述熔体成形的无机纤维与其他无机纤维和/或无机粒状添加剂。

因此在一个方面，本文中公开了一种制备包含熔体成形的无机纤维的重力成网无机纤维幅材的方法，所述方法包括：以熔体形式挤出无机材料、以及将熔融的挤出物固化为纤维并收集所述固化的无机纤维；将收集的固化的无机纤维引入成形室中，所述成形室包括多个以至少一排提供在所述成形室内的纤维分离辊，且所述成形室包括移动的环形带筛网；用所述纤维分离辊来机械地分离所述无机纤维中的至少一些无机纤维；通过所述移动的环形带筛网来捕获所述无机纤维的任何残余的团聚物，并将所捕获的团聚物返回到所述纤维分离辊，以由所述纤维分离辊机械地分离；将所述机械分离的无机纤维聚集成重力成网无机纤维垫；将所述重力成网无机纤维垫从所述成形室中取出；和加固所述重力成网无机纤维垫以形成重力成网无机纤维幅材。

在以下具体实施方式中，本发明的这些方面和其他方面将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对要求保护的主题的限制，该主题仅由所附权利要求书限定，并且在审查期间可以进行修改。

附图说明

图1示出了可用于制备重力成网无机纤维幅材的示例性工艺的示意性侧视图。

图2示出了包括重力成网无机纤维幅材的示例性制品的侧视图。

在多张图中，类似的参考标号表示类似的元件。一些元件可以相同或等同的多份存在。在这样的情况下，可能仅通过参考标号指示一个或多个代表性元件，但应理解，这样的参考标号适用于所有这类相同的元件。除非另外指明，否则本文档中的所有图和附图均未按比例绘制，并且被选择用于示出本发明的不同实施例。具体地讲，除非另外指明，否则仅用示例性术语描述各种部件的尺寸，并且不应从附图推断各种部件的尺寸之间的关系。尽管在本发明中可能使用了“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“下方”、“上方”、“前部”、“背部”、“向外”、“向内”、“向上”和“向下”以及“第一”和“第二”等术语，但应当理解，除非另外指明，否则这些术语仅以它们的相对意义使用。

具体实施方式

图1为侧视图（成形室2以剖视图示出），示出了可用于制备重力成网无机纤维幅材10的示例性设备1。熔体成形的无机纤维3由熔体成形单元400产生并自其传送（例如作为收集的纤维堆垛406，由载体405承载）和例如经由纤维输入装置31引入到成形室2中。在一些实施例中，在成形室2中加工的唯一纤维为熔体成形的无机纤维3。在其他实施例中，可以向成形室2中引入一种或多种其他类型的纤维（或经由纤维输入装置31或通过由单独的纤维输入装置加入），在这种情况下，成形室2将用来共混所述其他纤维与熔体成形的无机纤维3。在一些实施例中，可以向成形室2中引入一种或多种类型的无机粒状添加剂21，在这种情况下，成形室2将用来共混粒状添加剂21与熔体成形的无机纤维3（以及任何其他纤维，如果存在的话）。粒状添加剂21可包括一种或多种膨胀助剂、一种或多种吸热添加剂、一种或多种绝缘添加剂，以及一种或多种粘结剂等，如下文详细描述。如果存在，粒状添加剂21可通过纤维输入装置31与熔体成形的无机纤维3一道引入成形室2中，或者可例如通过颗粒输入装置22单独地引入。设备1还可包括流体（液体）喷射系统32，该系统32可在熔体成形的无机纤维3被引入到成形室2中之前向熔体成形的无机纤维3上喷射流体，可向成形室2的内部中喷射流体以与其中的纤维接触，和/或可在纤维3已被沉积为垫并已离开成形室2之后向纤维3上喷射流体。流体可用于任何用途。例如，所述流体可包括水、水溶液，或无水流体或溶液，用于改进对纤维的加工。或者，所述流体可包括溶液、分散体、乳胶等，例如，包括一种或多种粘结剂，以及/或者包括一种或多种无机粒状添加剂，如下文详细描述。如果需要，所述流体可包括无机粒状添加剂21。

在成形室2内，熔体成形的无机纤维3（和存在的任何其他纤维）被加工。这可能涉及将纤维例如机械地分离（例如部分、多半、或几乎完全地解聚）成单独的纤维和/或一些纤维或更少纤维的组。这通过旋转各自包括凸起4（通用术语称钉齿（spike），但这些凸起可以是任何合适的设计）的纤维分离辊7来实现。相邻辊7的钉齿4为互相配合的关系（但它们通常不彼此接触），因此可以对纤维的团聚物施加剪切力（尤其是在团聚物被暂时捕获在两个移动（例如反转）的钉齿之间时），并且至少部分地将团聚物分离成单独的纤维或分离成较小数量纤维的团聚物。在一些实施例中，纤维分离辊7可以上组辊排71和72及下组辊排73和74存在，如图1所示。本领域中的普通技术人员将认识到，考虑到特定组合物和/或即将加工的纤维的性质，可以对成形室2以及其中的纤维分离辊7的设计和操作参数进行调控。例如，辊的间距、钉齿长度、钉齿沿着辊和环绕辊的间距、钉齿的互相配合程度、不同辊的旋转速度、不同辊的旋转方向等中的任何或全部可以改变，例如，以延长某些纤维在腔室2内的停留时间，从而提高纤维的机械分离量等。纤维分离辊的作用可通过可选的空气流得到增强，例如，通过使用（可选的）空气喷嘴来实现，这些空气喷嘴适当地位于成形室2中，能够使纤维团聚物在成形室2内翻滚和/或再循环。（注意，尽管本文中使用术语空气，但该术语以其最广泛的意义使用，且可涵盖对任何合适的气态流体的使用）。

纤维输入装置31可以有利地设置在成形室2的上部中（如图1所示），例如，以使得纤维3可以轻松地送至纤维分离辊7附近，从而如上所述进行加工。例如，如果需要将粒状添加剂21送至辊7附近，颗粒输入装置22可以位于成形室2的上部中。或者，颗粒输入装置22可以位于成形室2的下部中（例如，在辊7下方）。任何布置方式都是可以的，只要能够针对特定应用使粒状添加剂21与纤维充分混合即可。

纤维的团聚物和/或单独的纤维最终将在重力的影响下在成形室2内向下降落。成形室2包括环形带筛网8（可以（例如）通过上组纤维分离辊排71和72和通过下组纤维分离辊排73和74，总体上如图1所示）。环形带筛网8可以包括具有所需尺寸或尺寸组合的通孔。因此，纤维团聚物、纤维块等，如果存在且如果大于特定尺寸，则可被环形带筛网8捕获，并且在成形室2内再循环，以通过所述纤维分离辊组中的一组或两组，从而进行额外的机械分离（例如，解聚）。使用成形室2来加工和/或共混无机纤维在已公布PCT专利申请WO 2009/048859中有更详细的描述，该专利的公开内容以引用方式并入本文中。

避免被环形带筛网8再循环的熔体成形的无机纤维3（和其他纤维和/或粒状添加剂，如果存在的话）在重力推动下最终落在载体5（其可便利地为环形带等）上而形成纤维垫6。通常，纤维3落在一种构造中，该构造可以大体平行于载体5的表面，且可以相对于载体5的顺维和横维轴而大体无规则。载体5位于成形室2的底部处，成形室包围载体5，例如载体5穿过成形室2的下部或者在成形室2的底部中的开口下方穿过，以使得在任一情况下，熔体成形的无机纤维3（及其他纤维和粒状添加剂21，如果存在的话）均可沉积在其上。载体5可以是透气的；并且可以向载体5的底部表面施加至少部分真空，以使得可以穿过载体5施加压差，从而有助于沉积和保持纤维和粒状添加剂于载体5上。如果需要，可以便利地在载体5上使用一次性透气层（例如，薄的一次性多孔纸衬垫，例如薄页纸）。重力成网工艺可有利地以在跨过所形成的纤维垫6的横维维度上厚度大体均匀地沉积纤维（和粒状添加剂21，如果存在的话）。

纤维垫6可以在载体5上被传送到成形室2的外部，或离开成形室。如果需要，辊23可以在纤维垫6离开成形室2时提供。辊23可以使纤维垫6暂时压缩，但通常纤维垫6基本上可以回弹。本文中所有提及的纤维垫6的初沉积厚度是指纤维垫6在辊23下通过后的厚度。纤维垫6可以被传送到下文将更详细描述的各加工单元，同时停留在载体5上（如图1的示例性实施例所述）。或者，纤维垫6可以为此而从载体5传送到单独的载体上。

熔体成形的无机纤维3由熔体成形单元400制备，熔体成形单元400可以是任何熟知的类型的用于无机纤维的熔体成形的装置。通常，在这样的装置中，由无机进料单元401向熔体成形单元400中引入无机前体（天然矿物或是合成地制造的原料等）。在单元400内，无机前体被熔化、然后成形为熔融的细丝并收集为固化的无机纤维3的堆垛406。这样的熔体成形工艺可包括例如熔喷和熔纺，其二者均是本领域普通技术人员熟知的。熔体成形的无机纤维3可在其收集为纤维堆垛406之前或之后通过熟知的方法加工、处理等。例如，可以向纤维施加所谓的胶水涂层(size coating)以增强加工性能。如果需要，也可冷却纤维堆垛406，例如通过向纤维堆垛406上冲击室温空气或是冷却空气。

在一些实施例中，纤维堆垛406被收集并贮存直到需要进一步加工熔体成形的无机纤维3。在这类实施例中，可能有利的是以较松散的堆垛贮存纤维堆垛406，而不是例如将其压缩成致密的捆。在其他实施例中，成形室2与成形单元400串联地布置，使得纤维堆垛406被直接传送到成形室2而不经过任何类型的中间贮存（例如如图1的示例性设计中所示）。

成形室2与熔体成形单元400的组合使用可在熔体成形的无机纤维3的加工方面提供许多优势。许多制备无机纤维的熔体成形方法涉及到向旋转转子供给矿物熔体、利用转子的离心力来轴向向外地推动熔融的细丝和固化并收集由此制得的纤维。众所周知，这样的方法，特别是如果用来制备宽度较宽的幅材（例如一米或更宽）的话，产生的幅材可能在逼近其横维边缘处要薄得多而在逼近幅材中心线处要更厚。相比之下，成形室2的重力成网工艺铺设的幅材通常在跨过幅材的宽度上具有非常均匀的厚度。在一些实施例中，重力成网工艺可允许形成横维宽度为至少一米的垫且其中在所沉积的垫的横维宽度上所沉积的垫的厚度（不压缩垫地测得）的变化小于10%。重力成网工艺还可允许形成非常厚的幅材（例如高至5cm或更厚），特别是形成具有非常均匀的横维厚度的非常厚的幅材。

此外，成形室2的使用可减少熔体成形的无机纤维3中渣球的量。本领域中的普通技术人员熟知渣球是有时形成于（例如）纤维的熔融加工过程中，且可产生不利影响的颗粒，例如固体颗粒。通过纤维分离辊的剪切作用，渣球可以从纤维群体中去除，且随后可以与纤维分离，例如，通过筛子（如果设在腔室2中的话）等分离。或者，渣球可以通过离心力与纤维分离，例如，使用气旋分离装置来实现分离。

成形室2与熔体成形单元400的组合使用还可在其他纤维和/或粒状添加剂与熔体成形的无机纤维3的共混方面提供许多优势。许多纤维和/或粒状添加剂可能不与用来使它们或全部或以所需的量共混到熔体成形的纤维流中或共混到所收集的熔体成形的纤维堆垛中的熔体成形工艺充分相容。例如，如果暴露于熔体成形单元400的运行中通常收集熔体成形纤维的温度下，某些膨胀型材料可能过早膨胀。相比之下，成形室2提供了如果需要以非常高的水平基本上共混任何无机或有机纤维或粒状添加剂的可能性。

成形室2的使用具有另一优势。为了将收集的纤维堆垛406转化为基于纤维幅材的产品（例如隔热毯等），特别是为了共混熔体成形的无机纤维3与其他纤维和/或粒状添加剂，通常的做法是将纤维堆垛406包装和运送到另一生产线。出于经济原因，纤维堆垛406常常被压缩成捆以便运送。因此需要使用例如拆捆装置来自其压缩在一起的状态开松熔体成形的无机纤维3以便制备最终产品。众所周知，这样的压缩、包装、运送、操作和特别是纤维开松可能导致无机纤维的损坏或断裂（无机纤维比其有机对应物要脆得多）。因此，成形室2的使用，特别是与熔体成形单元400的串联使用，可在对熔体成形的无机纤维3进行最少的操作和加工的情况下（例如从不将它们压缩成捆并然后自其开松）允许其他纤维和/或粒状添加剂与熔体成形的无机纤维3共混和/或允许熔体成形的无机纤维3被成形为基于幅材的产品。这可允许熔体成形的无机纤维3的初收集长度得以基本保持，从而可改善自其形成的基于幅材的最终产品的众多性质。如果熔体成形的无机纤维3为已知特别脆而易碎的陶瓷纤维，例如身体可溶性陶瓷纤维，这样的优势可能特别有用。

上文描述的由成形室2进行的其中纤维团聚物由纤维分离辊7（以较低的速度旋转并因此赋予较低的剪切力）机械地分离（例如解聚）、机械分离的纤维3穿过室2下落在载体5上且任何剩余的纤维团聚物（如果存在的话）由环形带筛网8再循环的工艺在本文中称为重力成网，自其形成的无机纤维垫称为重力成网无机纤维垫。所述重力成网工艺可以不同于所谓的湿法成网幅材成形工艺，该湿法成网幅材成形工艺依赖于造纸设备和方法。该工艺也可以不同于梳理法、扯松法和气流成网法等公知的传统干法成网成形工艺。梳理法或扯松法涉及纤维块的机械分离（例如，通过使梳理辊大体以相对较高的速度旋转）以及将纤维定向成大体平行且顺维取向的构造。众所周知，如果用于无机纤维，尤其是较长的陶瓷纤维和/或无机纤维，这种类型的（剪切力较高）机械分离会导致实质性的断裂。气流成网工艺（例如使用市售幅材成形机如由纽约州马其顿的兰多机器制造公司（Rando Machine Corp.Macedon,N.Y.）以商品名“RANDO WEBBER”出售的那些幅材成形机的那些气流成网工艺）通常涉及刺毛辊（通常以较高的速度旋转）以及高速气流的使用来将纤维传送到收集表面上。类似于机械梳理法，已知气流成网法导致无机纤维，尤其是相对较长的无机纤维和/或陶瓷无机纤维明显破损。相比之下，重力成网工艺依赖于纤维分离辊，所述纤维分离辊（例如，通过以远低于旋转刺毛辊、旋转梳理辊等的速度旋转）能够以最小破损来加工无机纤维，尤其是长纤维和/或陶瓷纤维。

随着通过上述方法在载体5上沉积，无机纤维3包括机械强度或完整性极小或不存在的无机纤维垫6。纤维垫6随后可以得到加固，例如，通过加固单元9实现，从而具有足够的机械完整性，以包括无机纤维幅材10。无机纤维幅材是指这样一种无机纤维垫，即，已得到加固（例如，通过直接或间接地使一些或全部幅材纤维彼此缠结和/或彼此粘合），以使所述幅材是自支承幅材，例如具有足够的机械强度（顺维、横维以及穿过所述幅材的厚度），以在轧制、切削、转换加工等操作中进行处理，从而使得无机纤维幅材10形成为本文所公开的各种产品。在加固工艺过程中，纤维垫6可留在载体5上（如图1的示例性布置中所示）；或者可将纤维垫6转移到单独的载体以便加固。

在一些实施例中，纤维幅材通过针刺法（也称为针缝合法）进行加固。在这种情况下，加固单元9可包括针刺单元。针刺垫是指其中存在纤维物理缠结的垫，该缠结是通过多次全部或部分穿透垫而（例如）通过倒刺针形成的。可使用具有倒刺针（例如，可从美国威斯康辛州马尼托沃克（Manitowoc）的福斯特针公司（Foster Needle Company,Inc.）商购）的传统针刺设备（例如，德国迪乐公司（Dilo）以商品名“DILO”销售的针刺机）来对纤维垫进行针刺，从而得到针刺的纤维垫。每个垫区的针刺数可随特定应用而变，尤其是取决于在执行针刺过程中需要的幅材厚度的减小。在多个实施例中，所述纤维垫可以受到针刺，以提供约2到约2000针刺/cm²。本领域中的普通技术人员将认识到，可以使用任何合适的针，包括已知尤其适用于加工无机纤维的那些针。合适的针可以包括（例如）可从威斯康辛州马尼托沃克的福斯特针公司以商品名15×18×32×3.5RB F209-6NK/CC、15×18×32×3.5CB F209-6.5NK/CC、15×18×25×3.5RB F209-7NK和15×18×25×3.5RB F209-8NK商购的针，或者它们的等效物。所述针可以穿过垫的整个厚度，或者仅部分穿过所述厚度。即使所述针未完全刺入纤维垫中，所述针刺工艺至少可以在邻近垫表面的层中提供足够的纤维缠结，以提高纤维幅材在顺维和横维方向上的拉伸强度。在这种类型的一些实施例中，所述针刺法可以形成大体致密的表面层，该层中包括充分缠结的纤维。在此类致密表面层中，例如，每单位致密层体积的纤维密度可以比幅材中未被针刺的内部的纤维密度大至少20%、至少30%，或至少40%。在多个实施例中，所述垫可以从一侧针刺，或从两侧针刺。

在一些实施例中，使用例如如美国专利No.4,181,514中所教导的技术通过缝编法来加固纤维垫。例如，所述垫可以用有机线，或者玻璃、陶瓷或金属（例如，不锈钢）等无机线进行缝编。

在某些实施例中，所述纤维垫可以通过粘合工艺来进行加固，在所述粘合工艺中，所述垫含有粘结剂，该粘结剂被活化以将至少一些纤维粘合在一起。此类粘结剂可以采用固体形式（例如，采用粉末的形式，作为纤维等）、液体形式（例如，溶液、分散体、悬浮液、乳胶等）等引入。无论呈固体还是液体形式，均可将一种或多种粘结剂通过在将纤维3引入成形室2中之前沉积到纤维3上或与纤维3混合而引入成形室2中；或者可引入成形室2中以接触其中的纤维3；或者可根据需要在形成纤维垫6后沉积到纤维垫6上/中。粘结剂可以遍及纤维垫6的内部，或者可以主要存在于一个或多个主表面上（例如，如果粘结剂沉积在纤维垫6的主表面上，从而大体上不渗入纤维垫6中）。在这种情况下，粘结剂可以提供粘合纤维的表面层，从而提高幅材的顺维和/或横维拉伸强度。粘结剂可以是有机的或无机的。如果一种或多种无机粒状添加剂（例如，一种或多种膨胀助剂、一种或多种吸热添加剂、一种或多种绝缘添加剂，或者它们的混合物）将被引入幅材中，则粘结剂可以用于将无机粒状添加剂粘结在幅材中。在一些实施例中，加固可以通过结合使用针刺和一种或多种粘结剂的活化来实现。在此类实施例中，针刺可以在粘结剂的活化之前或之后执行。

多种橡胶、水溶性聚合物配混料、热塑性树脂、热固性树脂等可适用于作为有机粘结剂。橡胶的实例包括天然橡胶；诸如丙烯酸乙酯和氯乙烯醚的共聚物以及丙烯酸正丁酯和丙烯腈的共聚物等的丙烯酸橡胶、例如丁二烯和丙烯腈的共聚物等的丁腈橡胶、丁二烯橡胶等。水溶性聚合物配混料的实例包括羧甲基纤维素、聚乙烯醇等。热塑性树脂的实例包括丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯等的均聚物或共聚物形式的丙烯酸类树脂；丙烯腈苯乙烯共聚物；丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物等。热固性树脂的实例包括双酚型环氧树脂、酚醛型环氧树脂等。此类有机粘结剂可以采用粘结剂液体的形式使用（例如，水溶液、水分散型乳液、使用有机溶剂的乳胶或溶液）。

粘合也可通过以下方式来实现：将采用粉末或纤维形式的有机聚合物粘结剂材料包括在垫中，并对所述垫进行热处理，以使聚合物材料熔融或软化，从而将至少一些垫纤维彼此粘合。在这种情况下，加固单元9可包括烘箱或任何其他合适的热源。可以被包括在垫中的合适的聚合物粘结剂材料包括热塑性聚合物，该热塑性聚合物包括聚烯烃、聚酰胺、聚酯、醋酸乙烯酯乙烯共聚物，以及乙烯基酯乙烯共聚物。或者，热塑性聚合物纤维可被包括在垫中。合适的热塑性聚合物纤维的实例包括聚烯烃纤维（例如，聚乙烯或聚丙烯）、聚苯乙烯纤维、聚醚纤维、聚酯纤维（例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT））、乙烯基聚合物纤维（例如，聚氯乙烯和聚偏二氟乙烯）、聚酰胺（例如，聚己内酰胺）、聚氨酯、尼龙纤维和聚芳酰胺纤维。用于纤维垫热粘合的尤其有效纤维还包括所谓的双组分粘合纤维，该纤维通常包括组成不同或具有不同物理性质的聚合物。通常，此类纤维是芯/外皮纤维，其中，例如，芯的聚合物组分具有较高熔点并提供机械强度，而外皮具有较低熔点，以实现粘合，例如熔融粘合。例如，在一个实施例中，双组分粘合纤维可以是芯/外皮聚酯/聚烯烃纤维。可使用的双组分纤维包括可以商品名“TREVIRA255”从德国博宾根（Bobingen）的特雷维拉公司（Trevira GmbH）商购，以及以商品名“FIBER VISION CREATE WL”从丹麦瓦德（Varde）的维顺公司（FiberVisions）商购的那些双组分纤维。

此类有机粘结剂（如果存在的话）能够以任何合适的量使用。在多个实施例中，基于无机纤维幅材10的总重量，有机粘结剂的量可以小于约20重量%、10重量%、5重量%、2重量%、1重量%或0.5重量%。在一些实施例中，有机粘结剂的量可以为至少0.2%、0.5%或1.0%。在一些实施例中，无机纤维幅材基本上不含有机粘结剂。本领域的普通技术人员将认识到，此处以及本文的其他上下文中所用的术语“基本上无”并不排除存在一些极少量（例如，0.1重量%或更小）的材料，这可能在（例如）使用受到惯常清洗工序的大规模生产设备时发生。此类有机粘结剂可以根据需要单独使用、彼此结合使用，和/或与一种或多种无机粘结剂结合使用。此类有机粘结剂可与任何合适的无机纤维结合使用，包括，例如，陶瓷纤维、生物可溶性纤维、玄武岩纤维、矿棉纤维，以及它们的任意组合。此类有机粘结剂也可与任何合适的无机粒状添加剂结合使用，包括，例如，膨胀助剂、吸热添加剂，和/或绝缘添加剂，以及它们的混合物。

无机粘结剂可根据需要使用（例如，替代上述有机粘结剂或与其相结合），并且可提供有利的高温性能，例如，在某些防火应用中提供该性能。合适的无机粘结剂可包括，例如，碱金属硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、粘土等。因而，合适的无机粘结剂可包括，例如，硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、硅磷酸盐、磷酸铝、磷酸、磷酸盐玻璃（例如，水溶性磷酸盐玻璃）、硼砂、硅溶胶、膨润土、锂蒙脱石等。此类粘结剂可根据需要单独使用、彼此结合使用，和/或与一种或多种有机粘结剂结合使用。此类无机粘结剂可与任何合适的无机纤维结合使用，包括，例如，陶瓷纤维、生物可溶性纤维、玄武岩纤维、矿棉纤维，以及它们的任意组合。此类无机粘结剂也可与任何合适的无机粒状添加剂结合使用，包括，例如，膨胀助剂、吸热添加剂，和/或绝缘添加剂。

此类无机粘结剂（如果存在的话）能够以任何合适的量使用。在多个实施例中，基于无机纤维幅材10的总重量，无机粘结剂的量可以为至少0.1重量%、0.5重量%或1.0重量%。在另外的实施例中，无机粘结剂的量可以为至多20%、10%或5%。无论是有机的还是无机的，上述粘结剂通常将被活化，以将至少一些纤维3彼此粘合，从而将无机纤维垫6加固成无机纤维幅材10，和/或将一种或多种无机粒状添加剂粘结到无机纤维幅材10中。此类活化工艺可包括热曝露（例如，就双组分有机聚合物粘合纤维而言）。或者，此类活化工艺可包括去除液体，例如，溶剂（例如，就硅酸钠等无机粘结剂而言，去除水）。如果需要，此类通过去除溶剂实现的活化可由热曝露辅助。此类工艺的任何组合均属于在此所用的术语活化。

如上所述，如果使用热活化的粘结剂，则可通过让无机纤维垫6穿过活化单元9（例如烘箱或任何其他合适的热源，包括例如红外光等）而加固成无机纤维幅材10。如果需要，可在纤维幅材10离开活化单元9的点处提供辊。这样的辊可使得纤维幅材10至少暂时压缩。在某些情况下，例如在其中到幅材通过辊下之时粘结剂尚未完全冷却和固化的情况下，纤维幅材10不能完全回弹至其过烘箱前的厚度。这样，可以改变或设置纤维幅材10的最终厚度。在一些情况下，例如在其中需要非常厚的幅材的情况下，可移除这样的辊。

上述进行重力成网、然后加固的工艺可用来生产重力成网无机纤维幅材。本文所定义的术语重力成网无机纤维幅材意指一种非织造幅材，在该幅材中，至少约80重量%的幅材纤维是无机纤维，且该幅材是对通过上述工艺制成的无机纤维垫进行加固而制成的，在上述工艺中，通过纤维分离辊的机械作用来分离纤维（例如，从最初至少部分成块或团聚状态进行分离），机械分离的纤维能够在重力作用下落到收集表面上以形成垫，任何残余的纤维块或团聚物（如果存在的话）再循环以再次经历机械分离过程。在多个实施例中，至少约90重量%、或至少约95重量%的幅材纤维是无机纤维。

本领域的普通技术人员将认识到，本文所定义和描述的重力成网无机纤维幅材可在幅材的若干可测量性质中的任何性质或所有性质上区别于传统的湿法成网幅材。例如，本领域中的普通技术人员将认识到，传统的湿法成网幅材将包括指示湿法成网工艺的结构特征，和/或将包括各种辅助剂（例如，可包括粘结剂、加工助剂、絮凝剂、消泡剂等），这些辅助剂即使仅以微观量存在于最终烘干的幅材中，也可被识别成指示湿法成网工艺。

本领域中的普通技术人员还将认识到，本文所公开和描述的重力成网无机纤维幅材与传统的梳理成网幅材的不同之处可能在于，例如，本文所述的幅材可包括以大体无规则的纤维取向进行取向的纤维（相对于幅材的长度和宽度），相比之下，传统的梳理成网幅材通常呈现出幅材纤维沿着幅材顺维轴大体彼此平行地取向的构造。在一些情况下，本文中所公开的重力成网无机幅材与梳理成网幅材的不同之处可能在于，重力成网幅材包含的无机纤维的长度类似于用来制备幅材的无机纤维（例如熔体成形的无机纤维3）的长度（即平均为该长度的至少80%或甚至90%）。相比之下，如上所述，传统的梳理工艺通常生产无机纤维长度显著小于（例如，小于80%）梳理前长度的幅材。这些不同之处在使用长无机纤维（本文将长定义成意指长度为至少约5cm）时，和/或在使用陶瓷纤维时尤为明显，如本领域中的普通技术人员所知，陶瓷纤维极易碎且脆弱。重力成网幅材出于类似原因以类似方式区别于传统的气流成网幅材（例如，通过Rando-Webber型设备制成）。

本领域中的普通技术人员还应认识到，本文中所定义和描述的重力成网无机纤维幅材可区别于通过直接收集熔体成形的无机纤维所制成的无机纤维幅材（例如通过向旋转转子供给矿物熔体并直接收集由此制成的固化纤维而制成）。重力成网无机纤维幅材与此类直接收集的幅材的不同之处可能在于，例如，重力成网幅材与传统直接收集的无机纤维幅材相比包括极少或不包括渣球，与传统直接收集的无机纤维幅材相比包括少量或不包括纤维块或团聚物，包括离散长度的纤维（例如，短纤维），包括两种或更多种不同群体的纤维（例如，不同尺寸、长度、组成等），和/或包括组成和/或量与直接收集方法不相容的粒状添加剂和/或粘结剂。具体地讲，重力成网无机纤维幅材与此类直接收集的幅材的不同之处可能在于，高横维厚度均匀性，这种均匀性可通过重力成网幅材（例如，厚度可从距幅材的横维边缘不足10%到幅材中心变化）呈现出。本领域中的普通技术人员将认识到，对于直接收集的幅材，向横维边缘通常明显比沿着中心线处薄，这归因于熔融形成/直接收集工艺的性质。

重力成网无机纤维幅材在本文中定义为单片幅材，意指该幅材由一个连续的层（例如，大体均匀的组成的连续的层）制成，这与由多个单独的可分辨的层的堆叠制成成对比。（可根据需要将其他层添加到幅材中）。在一些实施例中，如本文所公开的重力成网无机纤维幅材的厚度可在约0.5cm至约20cm范围内。如本文所述，无机纤维幅材的厚度指幅材的第一和第二主表面之间沿幅材的最短维度的距离，并可通过将幅材置于平硬表面上并在幅材的0.6米×0.6米部分上放一0.6米×0.6米的2.0kg平面板（例如平金属面板）（以使载荷为约0.54克/cm²）而方便地获得。此类加重的板可以补偿任何厚度变化（例如，当样本在实验规模设备上制成时），且可提供幅材的“总”厚度。（在某些情况下，例如，在评估横维上的幅材厚度变化时，如果缺乏此类重量，则优选测量多个幅材部分的厚度）。除非另外特别指明，否则本文中对纤维垫的刚沉积厚度的所有参考，以及对纤维幅材的最终厚度的所有参考，是指用2kg板测量的厚度。在一些实施例中，无机纤维幅材的厚度为至少约5cm。

在一些实施例中，幅材可包括约0.1克/cm³或更小的堆密度。在其他实施例中，幅材可包括大于0.1到0.3克/cm³的堆密度。在另一些实施例中，幅材可包括大于0.3到1.0克/cm³的堆密度。在特定实施例中，幅材可包括大于1.0克/cm³的堆密度。在一些实施例中，如本文所公开的重力成网无机纤维幅材的每单位面积重量可在约500g/m²至约5000g/m²范围内。

重力成网无机纤维幅材10可被进一步加工，例如，通过后加工单元11进行进一步加工，以将幅材10分离成离散的制品12。制品12（如图2的示例性实施例所示）可包括给定用途所需的任何合适的形状、尺寸或构造。具体地讲，制品12可用于防火应用，如下文详细所述。

如上所述，重力成网无机纤维幅材10的至少约80重量%的纤维为无机纤维（例如含小于2重量%的碳）。在一些实施例中，基本上所有的幅材纤维均为无机纤维。本领域的普通技术人员将认识到，此处以及本文的其他上下文中所用的术语“基本上所有”并不排除存在一些极少量（例如，0.1重量%或更小）的其他纤维，这可能在（例如）使用受到惯常清洗工序的大型生产设备时发生。在本文所公开的重力成网无机纤维幅材中，无机纤维被机械地分离（例如，从块分离，如果存在的话）成单独的纤维，或者至少分离成只有若干纤维的团聚物，如上所述。因此，根据定义，重力成网无机纤维幅材并不涵盖无机纤维仅以粒状、具有大量纤维的大体未分离块等存在于幅材中的幅材。同样根据定义，重力成网无机纤维幅材基本上不含有机填料，有机填料在本文中被定义成意指切碎的织物材料、橡胶残余或来自橡胶轮胎的任何其他材料等。（该前提并不排除存在任何上述有机粘结剂，无论该粘结剂是否采用纤维、粉末、乳胶等形式）。

用于重力成网无机纤维幅材10中的无机纤维可包括任何此类能够满足特定应用所需的性能标准的纤维。此类无机纤维可从（例如）以下项中选择：耐火陶瓷纤维、生物可溶性陶瓷纤维、玻璃纤维、多晶无机纤维、矿棉（石棉）、玄武岩纤维等。在这些无机纤维的如下描述中，应该指出的是，任何这些纤维均可包括由熔体成形单元400产生的熔体成形的无机纤维3；或者其可包括在成形室2内与熔体成形的纤维3共混的其他无机纤维。

在一些实施例中，重力成网无机纤维幅材10包含陶瓷纤维。例如，耐火陶瓷纤维可适用于特定应用。合适的耐火陶瓷纤维可得自多个商业源，包括可以商品名“FIBERFRAX”得自纽约州尼亚加拉瀑布的奇耐联合纤维公司（Unifrax,Niagara Falls,NY）、以商品名“CERAFIBER”和“KAOWOOL”得自乔治亚州奥古斯塔的热陶瓷公司（Thermal CeramicsCo.,Augusta,GA）、以商品名“CER-WOOL”得自田纳西州欧文的高级耐火材料公司（Premier Refractories Co.,Erwin,TN）、和以商品名“SNSC”得自日本东京的Shin-Nippon钢化学公司（Shin-Nippon Steel Chemical,Tokyo,Japan）的那些。

可用的一些陶瓷纤维包括多晶氧化物陶瓷纤维，例如，莫来石、氧化铝、高铝硅铝酸盐、硅铝酸盐、氧化锆、二氧化钛、氧化铬等等。这种类型的特定纤维包括高氧化铝晶体纤维，该纤维包括在约67重量%至约98重量%范围内的氧化铝和约33重量%至约2重量%范围内的氧化硅。这些纤维可例如以商品名“NEXTEL 550”自3M公司（3M Company）商购获得、以商品名“SAFFIL”自英国雪菲尔德的戴森集团（Dyson Group PLC,Sheffield,UK）商购获得、以商品名“MAFTEC”自日本东京的三菱化工股份有限公司（Mitsubishi Chemical Corp.,Tokyo,Japan）商购获得、以商品名“FIBERMAX”自纽约州尼亚加拉瀑布的奇耐联合纤维公司商购获得和以商品名“ALTRA”自德国的拉特有限公司（Rath GmbH,Germany）商购获得。

合适的多晶氧化物陶瓷纤维还包括铝硼硅酸盐纤维，优选地包括在约55重量%至约75重量%范围内的氧化铝、在小于约45重量%至大于0重量%（优选地，小于44重量%至大于0重量%）范围内的氧化硅，以及在小于25重量%至大于0重量%（优选地，约1重量%至约5重量%）范围内的氧化硼（分别基于如Al₂O₃、SiO₂和B₂O₃的理论氧化物计算）。此类纤维优选地为至少约50重量%的晶体，更优选地为至少75%，并且最优选地为约100%（即，晶体纤维）。铝硼硅酸盐纤维可例如以商品名“NEXTEL312”和“NEXTEL 440”自3M公司商购获得。

在一些实施例中，所述无机纤维可包括自溶胶-凝胶过程获得的陶瓷纤维，其中所述纤维通过纺制或挤出纤维的构成组分或其前体的溶液或分散体或通常粘稠的浓缩物而形成（这样的纤维将为另外加入的纤维而非用作熔体成形的纤维3）。在一些实施例中，所用的无机纤维可包括经过热处理的陶瓷纤维，有时称为退火的陶瓷纤维，例如，如美国专利No.5,250,269所公开。

在一些实施例中，重力成网无机纤维幅材10包含生物可溶性纤维（也称身体可溶性纤维），例如生物可溶性陶瓷纤维。在一些实施例中，熔体成形的无机纤维3为生物可溶性陶瓷纤维。在一些实施例中，幅材的基本上所有无机纤维均为生物可溶性陶瓷纤维（即没有其他无机纤维与熔体成形的生物可溶性陶瓷纤维共混）。在其他实施例中，幅材的基本上所有纤维均为生物可溶性陶瓷纤维（即没有其他纤维与熔体成形的生物可溶性陶瓷纤维共混）。如本文所用，生物可溶性纤维是指在生理介质或模拟的生理介质中可分解的纤维。通常，在约1年的时间内，生物可溶解纤维可溶解或基本上可溶解在生理介质中。如本文所用，术语“基本上可溶解”是指纤维溶解了至少约75重量%。估计纤维的生物可溶性的另一个方法是基于纤维的组成。例如，德国提出了根据致癌指数（KI值）的分类。KI值的计算方法为，将碱性和碱土氧化物的重量百分比相加，再减去无机氧化物纤维中的氧化铝的重量百分比的两倍。生物可溶性无机纤维通常具有约40或更大的KI值。

本发明适用的生物可溶性无机纤维可包括无机氧化物，例如，Na₂O、K₂O、CaO、MgO、P₂O₅、Li₂O、BaO或它们与二氧化硅的组合。其他金属氧化物或其他陶瓷组分可被包括在生物可溶性无机纤维中，即使这些组分（本身）缺乏所需的溶解度，但其含量却低到足以使得纤维（就整体而言）在生理介质中仍然可分解。此类金属氧化物包括（例如）Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂、B₂O₃，以及氧化铁。生物可溶性无机纤维也可包括金属组分，其含量使得纤维可在生理介质中或模拟的生理介质中分解。

在一个实施例中，生物可溶性无机纤维包括二氧化硅、镁和钙的氧化物。这些类型的生物可溶性陶瓷纤维可称为（例如）硅酸钙镁纤维，或碱土硅酸盐矿棉等。硅酸钙镁纤维通常含有小于约10重量%的氧化铝。在一些实施例中，该纤维包括约45重量%至约90重量%的SiO₂、高达约45重量%的CaO、高达约35重量%的MgO以及小于约10重量%的Al₂O₃。例如，该纤维可含有约55重量%至约75重量%的SiO₂、约25重量%至约45重量%的CaO、约1重量%至约10重量%的MgO和小于约5重量%的Al₂O₃。

在另外的实施例中，生物可溶性无机纤维包括二氧化硅和氧化镁的氧化物。这些类型的纤维可称为硅酸镁纤维。硅酸镁纤维通常含有约60重量%至约90重量%的SiO₂、高达约35重量%的MgO（通常约15重量%至约30重量%的MgO），以及小于约5重量%的Al₂O₃。例如，该纤维可含有约70重量%至约80重量%的SiO₂、约18重量%至约27重量%的MgO，以及小于约4重量%的其他微量元素。合适的生物可溶性无机氧化物纤维在例如美国专利No.5,332,699（Olds等人）、No.5,585,312（Ten Eyck等人）、No.5,714,421（Olds等人）和No.5,874,375（Zoitas等人）中有述。生物可溶性纤维可（例如）以商品名“ISOFRAX”和“INSULFRAX”从纽约州尼亚加拉瀑布的奇耐联合纤维公司（Unifrax Corporation）商购获得，以商品名“SUPERMAG 1200”从墨西哥蒙特雷（Monterrey）的努恩纤维科技公司（Nutec Fiberatec）商购获得，以及以商品名“SUPERWOOL”从乔治亚州奥古斯塔的热陶瓷公司（Thermal Ceramics）商购获得。例如，“SUPERWOOL 607”生物可溶性纤维含60重量%至70重量%的SiO₂、25重量%至35重量%的CaO、4重量%至7重量%的MgO和痕量的Al₂O₃。“SUPERWOOL 607MAX”生物可溶性纤维（例如，可在略微较高的温度下使用）含有60重量%至70重量%的SiO₂、16重量%至22重量%的CaO、12重量%至19重量%的MgO，以及微量的Al₂O₃。

在多个实施例中，如果存在于无机纤维幅材中，则生物可溶性陶瓷纤维可构成幅材的无机纤维的至少约20重量%、至少约50重量%、至少约80重量%、至少约90重量%，或至少约95重量%。可单独使用特定类型的生物可溶性纤维；或者可组合使用至少两种或更多种不同类型的生物可溶性纤维。在一些实施例中，生物可溶性陶瓷纤维可为长纤维（即，长度为至少约5cm）。使用生物可溶性陶瓷纤维的重力成网无机纤维幅材组合物在2010年4月13日提交的名称为INORGANIC FIBER WEBS COMPRISINGBIOSOLUBLE CERAMIC FIBERS,AND METHODS OF MAKING ANDUSING（包含生物可溶性陶瓷纤维的无机纤维幅材及制备和使用方法）、代理人档案号为66308US002的美国临时专利申请序列号61/323,526中有更详细的讨论，该专利申请以引用方式并入本文中。

在一些实施例中，重力成网无机纤维幅材10包含玻璃纤维。在特定实施例中，无机纤维可包括硅酸镁铝玻璃纤维。可使用的硅酸镁铝玻璃纤维的实例包括具有10重量%到30重量%的氧化铝、52重量%到70重量%的氧化硅，以及1重量%到12重量%的氧化镁（基于Al₂O₃、SiO₂和MgO的理论量）的玻璃纤维。还应当理解，硅酸镁铝玻璃纤维可含有额外的氧化物，例如，氧化钠或氧化钾、氧化硼和氧化钙。硅酸镁铝玻璃纤维的具体实例包括：E-玻璃纤维，其组成通常为约55%的SiO₂、15%的Al₂O₃、7%的B₂O₃、19%的CaO、3%的MgO和1%的其他氧化物；S和S-2玻璃纤维，其组成通常为约65%的SiO2、25%的Al₂O₃和10%的MgO；以及R-玻璃纤维，其组成通常为60%的SiO₂、25%的Al₂O₃、9%的CaO和6%的MgO。E-玻璃、S-玻璃和S-2玻璃可得自（例如）高级玻璃纤维纱公司（Advanced Glassfiber Yarns LLC），R-玻璃可得自圣戈班维托特克斯公司（Saint-Gobain Vetrotex）。玻璃纤维可以是短玻璃纤维，且可以基本上无渣球，即，所含的渣球不超过5重量%。在一些实施例中，可使用经过热处理的纤维。可单独使用特定类型的玻璃纤维；或者可组合使用至少两种或更多种不同类型的玻璃纤维。在多个实施例中，玻璃纤维可以与任何其他所需的无机纤维或有机纤维混合，包括陶瓷纤维、生物可溶性纤维、玄武岩纤维、矿棉纤维、无机粘结剂、双组分纤维等。

在一些实施例中，重力成网无机纤维幅材10包含玄武岩纤维，其通常通过熔化并挤出玄武岩岩石以形成纤维而制得。因为该纤维衍生自矿物，所以纤维的组成可以变化，但一般来说其组成为约45重量%到约55重量%的SiO₂、约2重量%到约6重量%的碱、约0.5重量%到约2重量%的TiO₂、约5重量%到约14重量%的FeO、约5重量%到约12重量%的MgO、至少约14重量%的Al₂O₃以及通常几乎约10重量%的CaO。该纤维通常不含渣球，或含有非常少量的渣球（通常小于1重量%）。在多个实施例中，长玄武岩纤维可具有（例如）从约1微米到约5微米，从约2微米到约14微米，或从约4微米到约10微米的平均直径。通常，玄武岩纤维具有从5微米到22微米的直径。

所述纤维可以制成大体连续的，和/或可以短切成所需的长度，本文所用术语长玄武岩纤维定为长度为至少约5cm的玄武岩纤维。此类长玄武岩纤维可从（例如）得克萨斯州休斯顿市（Houston）的苏达格拉斯纤维技术公司（Sudaglass Fiber Technology）以及俄罗斯杜布纳（Dubna）的卡莫尼维克（Kamenny Vek）商购获得。基于它们的长度，长玄武岩纤维可以有利地提高无机纤维幅材的强度，同时提供比玻璃纤维等高的耐温性，同时与某些陶瓷纤维等相比较不易碎。在多个实施例中，长玄武岩纤维可以与任何其他所需的无机纤维或有机纤维混合，包括陶瓷纤维、生物可溶性纤维、玻璃纤维、矿棉纤维、无机粘结剂、双组分纤维等。在多个实施例中，如果存在于幅材中，则长玄武岩纤维可构成幅材的无机纤维的至少约2重量%、至少约5重量%，或至少约10重量%。在另外的实施例中，长玄武岩纤维可构成幅材的无机纤维的至多约90重量%、至多约70重量%，或至多约50重量%。在另一些实施例中，幅材中基本上所有的无机纤维均为玄武岩纤维。

在一些实施例中，重力成网无机纤维幅材10包含矿棉，其也称石棉或渣棉。矿棉可得自多种来源，例如，美国亚拉巴马州利兹（Leeds）的石棉制造公司（Rock Wool Manufacturing Co.）。此类材料可由再加工的矿渣等制成，且通常在相当短的纤维长度（例如，1厘米或更小）下可用。由于纤维长度通常较短，因此，此类材料可有助于将矿棉与长度为至少5cm的长无机纤维（例如，长玄武岩纤维、长玻璃纤维、长生物可溶性纤维，和/或长陶瓷纤维，如果可用的话）混合，和/或与有机或无机粘结剂混合。在多个实施例中，如果存在于幅材中，则矿棉纤维可构成幅材的无机纤维的至少约30重量%、至少约50重量%，或至少约80重量%。在另外的实施例中，矿棉纤维可构成幅材的无机纤维的至多约100重量%、至多约90重量%，或至多约85重量%。

在多个实施例中，无机纤维的平均直径可为例如约1微米至约50微米、约2微米至约14微米、或约4微米至约10微米。在多个实施例中，无机纤维的平均长度可为约0.01mm至100cm、约1mm至约30cm、或约0.5cm至约10cm。在特定的实施例中，至少一些无机纤维可以是长无机纤维，意指长度为至少约5cm。此类长无机纤维在需要通过针刺来至少部分加固无机纤维幅材时尤为有用。在一些实施例中，具有不同平均长度的纤维可以混合成共混物。在特定实施例中，重力成网无机纤维幅材可由包括短（即，约1cm或更小）和长（即，约5cm或以上）无机纤维的共混物制成。短纤维和长纤维可包括相同的组成；或者短纤维可由一种材料（例如，短陶瓷纤维、矿棉纤维等）组成，而长纤维可由另一种材料（例如，长生物可溶性陶瓷纤维、长玄武岩纤维、长玻璃纤维等）组成。

所述重力成网无机纤维幅材可含任何合适的无机粒状添加剂，所述添加剂可通过上文所公开的方法引入成形室2中并与熔体成形的无机纤维3共混（例如，大体均匀地共混）且固持在加固的纤维幅材10内（例如，粘结到无机纤维3）。在多个实施例中，此类添加剂可以干燥形式与熔体成形的无机纤维3一起引入成形室2中（例如，通过纤维输入装置31引入），或者可以干燥形式单独地引入成形室2中（例如，通过颗粒输入装置22引入）。在其他实施例中，此类添加剂可在被液体载体携载（例如，作为悬浮液、溶液、分散体、乳胶等）时引入成形室2中。此类液体载体可以在将纤维引入成形室2之前喷射到纤维上（例如，通过液体喷射单元32进行喷射）。或者，此类液体载体可以直接喷射到成形室2中。载液可例如通过蒸发（例如借助于通过烘箱等）从纤维垫6去除。如果粒状添加剂21以干燥形式引入成形室2中，则可能需要向成形室2中引入液体（例如水）（通过将其沉积到纤维3上或通过将其喷射到成形室2中）以增强粒状添加剂21与熔体成形的无机纤维3的分散和接触。

在多个实施例中，无机粒状添加剂的平均颗粒尺寸可为至少约0.1微米、至少约0.5微米、至少约1.0微米，或至少约2.0微米。在另外的实施例中，无机粒状添加剂的平均颗粒尺寸可为至多约1000微米、至多约500微米、至多约200微米、至多约100微米、至多约100微米、至多约50微米，或至多约10微米。

在多个实施例中，无机粒状添加剂包括一种或多种膨胀助剂、一种或多种吸热添加剂、一种或多种绝缘添加剂，以及它们的混合物。

在一些实施例中，无机粒状添加剂可包括一种或多种无机膨胀助剂。可用于制备膨胀材料幅材的可用膨胀材料包括，但不限于，可膨胀蛭石、经处理的可膨胀蛭石、部分脱水的可膨胀蛭石、可膨胀珍珠岩、可膨胀石墨、可膨胀水合碱金属硅酸盐（例如，可膨胀的颗粒状硅酸钠，例如，属于美国专利4,273,879所述一般类型，并且例如，可以商品名“EXPANTROL”得自明尼苏达州圣保罗市3M公司），以及它们的混合物。（在该上下文中，石墨被视为无机的）。特定的市售膨胀助剂的实例是可以商品名GRAFGUARD Grade 160-50从俄亥俄州克利夫兰的UCAR碳公司（UCAR Carbon Co.）商购的可膨胀石墨片。在多个实施例中，基于无机纤维幅材的总重量，膨胀助剂可以占0重量%、至少约2重量%、至少约5重量%、至少约10重量%、至少约20重量%，或至少约30重量%。在另外的实施例中，基于无机纤维幅材的总重量，膨胀助剂可以占至多约80重量%、至多约60重量%，或至多约50重量%。

在一些实施例中，无机粒状添加剂可包括一种或多种无机吸热添加剂。合适的吸热添加剂可包括例如任何能在例如200℃至600℃之间的温度下释出水（例如水合水）的无机化合物。合适的吸热添加剂可因而包括材料如氧化铝三水合物、氢氧化镁等。可单独使用特定类型的吸热添加剂；或者可组合使用至少两种或更多种不同类型的吸热添加剂。在多个实施例中，基于无机纤维幅材的总重量，吸热添加剂可以占0重量%、至少约2重量%、至少约5重量%、至少约10重量%、至少约20重量%，或至少约30重量%。

在一些实施例中，无机粒状添加剂可包括一种或多种无机绝缘添加剂。合适的绝缘添加剂可包括，例如，当存在于无机纤维幅材中时，能够提高幅材的绝热性质，例如，而不以不可接受方式增大幅材的重量或密度的任何无机化合物。包括相对较高孔隙度的无机粒状添加剂可以尤其适用于这些目的。合适的绝缘添加剂可包括热解法二氧化硅、沉淀二氧化硅、硅藻土、漂白土、膨胀珍珠岩、硅酸盐粘土和其他粘土、硅胶、玻璃泡、陶瓷微球、滑石粉等材料。（本领域中的普通技术人员将认识到，绝缘添加剂与（例如）某些吸热或膨胀助剂之间可能没有明确的分界线）。可单独使用特定类型的绝缘添加剂；或者可组合使用至少两种或更多种不同类型的绝缘添加剂。在多个实施例中，基于无机纤维幅材的总重量，绝缘添加剂可以占0重量%、至少约5重量%、至少约10重量%、至少约20重量%、至少约40重量%，或至少约60重量%。

本领域中的普通技术人员将认识到，本发明的方法使得能够制造多种重力成网无机纤维幅材，所述幅材包含多种纤维组成和纤维性质（例如，纤维直径和/或长度），与本文所述的粘结剂、膨胀助剂、吸热添加剂和/或绝缘添加剂中的任一者结合使用。如本文所公开的任何重力成网无机纤维幅材可用于形成防火制品，如防火枕块、毯、带、填料等。这样的防火制品在2010年4月13日提交的标题为INORGANIC FIBER WEBS ANDMETHODS OF MAKING AND USING（无机纤维幅材及制备和使用方法）、代理人档案号为66305US002的美国临时专利申请序列号61/323,425中有更详细的讨论，该专利申请以引用方式并入本文中。

示例性实施例的列表

实施例1.一种制备包含熔体成形的无机纤维的重力成网无机纤维幅材的方法，所述方法包括：以熔体形式挤出无机材料、以及将熔融的挤出物固化为纤维并收集所述固化的无机纤维；将收集的固化的无机纤维引入成形室中，所述成形室包括多个以至少一排提供在所述成形室内的纤维分离辊，且所述成形室包括移动的环形带筛网；用所述纤维分离辊来机械地分离所述无机纤维中的至少一些无机纤维；通过所述移动的环形带筛网来捕获所述无机纤维的任何残余的团聚物，并将所捕获的团聚物返回到所述纤维分离辊，以由所述纤维分离辊机械地分离；将所述机械分离的无机纤维聚集成重力成网无机纤维垫；将所述重力成网无机纤维垫从所述成形室中取出；和加固所述重力成网无机纤维垫以形成重力成网无机纤维幅材。

实施例2.根据实施例1所述的方法，其中所述收集的固化的无机纤维在被引入到所述成形室中之前不被打捆。

实施例3.根据实施例2所述的方法，其中所述成形室与所述熔体挤出工艺串联在单一生产线中。

实施例4.根据实施例3所述的方法，其中所述收集的固化的无机纤维在被引入到所述成形室中之前被冷却。

实施例5.根据实施例1-4中的任一项所述的方法，其中基本上所有收集的固化的无机纤维均为生物可溶性陶瓷纤维。

实施例6.根据实施例1-5中的任一项所述的方法，其中向所述成形室中引入至少一种组成与所述收集的固化的无机纤维的组成不同的其他类型的无机纤维并与所述收集的固化的无机纤维共混。

实施例7.根据实施例6所述的方法，其中所述其他类型的无机纤维选自长玄武岩纤维、长玻璃纤维和矿棉。

实施例8.根据实施例1-7中的任一项所述的方法，其中所述加固通过针刺进行。

实施例9.根据实施例1-8中的任一项所述的方法，其进一步包括向所述收集的固化的无机纤维或向所述重力成网无机纤维垫添加至少一种粘结剂，其中所述加固通过活化所述粘结剂来进行。

实施例10.根据实施例9所述的方法，其中所述粘结剂为无机粘结剂。

实施例11.根据实施例9-10中的任一项所述的方法，其中所述无机纤维垫在活化所述粘结剂之前经针刺。

实施例12.根据实施例1-11中的任一项所述的方法，其进一步包括向所述成形室中引入至少一种无机粒状添加剂并将所述添加剂与所述无机纤维共混。

实施例13.根据实施例12所述的方法，其中所述无机粒状添加剂包括膨胀助剂。

实施例14.根据实施例12-13中的任一项所述的方法，其中所述无机粒状添加剂包括吸热添加剂，所述吸热添加剂包括能在200℃至600℃之间的温度下释出水的无机化合物。

实施例15.根据实施例12-14中的任一项所述的方法，其中所述无机粒状添加剂包括绝缘添加剂。

实施例16.根据实施例12-15中的任一项所述的方法，其进一步包括向所述成形室中引入至少一种粘结剂并将所述粘结剂与所述无机纤维和所述无机粒状添加剂共混，且其中所述加固用于通过所述粘结剂将所述无机粒状添加剂粘结在所述无机纤维幅材内。

实施例17.根据实施例16所述的方法，其中所述粘结剂为无机粘结剂。

实施例18.根据实施例1-17中的任一项所述的方法，其中所述收集的固化的无机纤维包含熔喷纤维。

实施例19.根据实施例1-18中的任一项所述的方法，其中所述收集的固化的无机纤维包含熔纺纤维。

实施例20.根据实施例1-19中的任一项所述的方法，其中所述重力成网无机纤维幅材的无机纤维的长度平均为所述收集的固化的无机纤维的长度的至少80%。

实例

虽然不将成形室与无机纤维熔体成形单元直接连成一线，但下面的实例示意了使用这样的成形室来加工熔体成形的无机纤维（在此情况下为熔体成形的生物可溶性陶瓷纤维）及共混熔体成形的无机纤维与有机粘结纤维和粒状添加剂（在此情况下为可膨胀石墨）所带来的操作的减少及功效。

图1示出了所用的一般类型设备。该设备包括成形室，该成形室以类似于图1所示的方式设置，腔室上部设有两排彼此靠近的纤维分离旋转（钉齿）辊，腔室下部设有两排彼此靠近的钉齿辊。每排含有五个钉齿辊。环形带在腔室的内部以类似于图1所示的方式运行，在上组钉齿辊排和下组钉齿辊排之间移动。所述带包括固体金属板条，所述板条的长轴相对于带的移动方向而横向取向，这些板条隔开，以提供宽度为约1英寸（在带的移动方向上）的横向延伸的通孔。成形室的底部包括约75cm长（在所形成的纤维垫的移动方向上）且约60cm宽的区域。载体（环形透气带）布置成沿着成形室的底部水平地移动。载体约60cm宽，以与成形室的底部的宽度大体匹配，而且可沿着成形室的底部的长轴方向移动。一次性透气纸（基重在约18克/平方米的范围内）被设置在载体的顶面上。

生物可溶性陶瓷纤维可以商品名SMG 1200从纽泰克/雷特克公司（Nutec/Fibratec）（墨西哥蒙特雷）商购获得。生物可溶性陶瓷纤维被供应商记录成标称纤维长度为约20cm且标称纤维直径为约3μm（定性地，可直接使用的纤维似乎比标称长度短）的非晶态硅酸钙镁纤维。可膨胀石墨可以商品名NORD-MIN 351从德国汉堡（Hamburg）的高加索拉斯曼公司（Nordmann-Rassmann）商购获得。双组分有机聚合物（粘结剂）纤维以商品名131-00251从斯坦纤维公司（Stein Fibers）（纽约州奥尔巴尼）商购获得。所述纤维被供应商记录成标称长度为55mm的聚酯/共聚酯2旦尼尔纤维。

在进行实验时，获得纤维（例如，成捆的散纤维），并测量出适量的纤维，且手动地将纤维放在进料传送带上。在含有所述设备的房间中使用滤水机，以降低静电，从而方便处理纤维。传送带开始移动，并将纤维传送到纤维进料站，所述纤维进料站包括含有单组两个钉齿辊的腔室。纤维被送入腔室中，穿过该组钉齿辊，并通过由鼓风扇施加的部分真空经由导管从所述腔室排出。随后，纤维在由鼓风扇施加的正压下被传送到并注入成形室的上部中。成形室的顶篷是多孔的，以使得可以将任何多余的压力抽出。可膨胀石墨颗粒被置于颗粒注射单元的料斗中，该料斗以特定速率将颗粒注入成形室的下部（钉齿辊的下方），该速率经过校准，以提供下文列出的组成。

各种纤维及颗粒的量受到控制以形成标称组成如下的纤维垫：约25重量%的可膨胀石墨、约70重量%的陶瓷纤维和约5重量%的有机粘结剂纤维。在成形室中，生物可溶性陶瓷纤维以类似于上述的方式机械地分离并与粘结剂纤维共混。机械分离和混合的纤维在重力作用下向成形室的底部降落（其中捕集和再循环任何较大的团聚物，如上所述），并与石墨颗粒混合，混合的纤维和颗粒落到透气纸上，以随着所述纸以约1米/分的速度穿过成形室的底部移动（在载体上移动）而形成纤维垫。向载体下侧施加部分真空，以有助于使材料沉积并将沉积的垫固持在多孔纸上。纸/载体将沉积的纤维垫带至成形室外。压缩辊被设在腔室出口处，该压缩辊在纤维垫离开所述腔室时暂时对其进行压缩。估计纤维垫的初沉积厚度为约8.3cm。

纤维垫以约1米/分的速度送入烘箱中。烘箱保持在约154℃的温度下。烘箱的长度为约5.5米，纤维垫在烘箱中的停留时间为约5.5分钟。烘箱被布置成引导受热空气向下流至纤维垫上，该垫位于多孔载体上，其中向该载体的下侧施加部分真空。通过这种方式，受热空气可以被引导穿过纤维垫，从而将垫固定在载体上，而不移动纤维，直到纤维粘合在一起为止。

粘结剂纤维在高温作用下活化可将纤维垫加固成自支承幅材。烘箱出口处设有辊，该辊可以进行设置，从而以所需的量暂时压缩所述幅材。在该实验中，该辊可以被设置成不压缩所述幅材。由此形成的重力成网无机纤维幅材的最终厚度为约8.3cm。幅材的堆密度为约0.062克/cm³。

上述测试和测试结果仅旨在举例说明而并非预测，且测试工序的变型可预计得到不同的结果。实例部分中的所有定量值均应理解为根据所用工序中涉及的通常所知公差的近似值。给出上述详细说明及实例仅为清楚地理解本发明。这些说明和实例不应被理解成对本发明进行不必要的限制。

本领域的技术人员将显而易见的是，本文所公开的具体示例性结构、特征、细节、构造等在许多实施例中可修改和/或组合。发明人所设想的所有此类变型和组合均在所构思的发明的范围内。因此，本发明的范围不应限于本文所述的具体说明性结构，而应由权利要求书的语言所描述的结构以及这些结构的等同形式来限定。如果在本说明书和通过引用而并入本文的任何文件中的公开内容之间存在冲突或矛盾之处，则以本说明书为准。

Claims (18)

1.一种制备包含熔体成形的无机纤维的重力成网无机纤维幅材的方法，所述方法包括：

以熔体形式挤出无机材料、以及将熔融的挤出物固化为纤维并收集所述固化的无机纤维；

将所述收集的固化的无机纤维引入成形室中，所述成形室包括多个以至少一排提供在所述成形室内的纤维分离辊，且所述成形室包括移动的环形带筛网；

用所述纤维分离辊来机械地分离所述无机纤维中的至少一些无机纤维；

通过所述移动的环形带筛网来捕获所述无机纤维的任何残余的团聚物，并将所捕获的团聚物返回到所述纤维分离辊，以由所述纤维分离辊机械地分离；

将所述机械分离的无机纤维聚集成重力成网无机纤维垫；

将所述重力成网无机纤维垫从所述成形室中取出；

和

加固所述重力成网无机纤维垫以形成重力成网无机纤维幅材；

其中所述收集的固化的无机纤维在被引入到所述成形室中之前不被打捆；并且

其中所述成形室与所述熔体挤出工艺串联在单一生产线中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述收集的固化的无机纤维在被引入到所述成形室中之前被冷却。

3.根据权利要求1所述的方法，其中基本上所有所述收集的固化的无机纤维为生物可溶性陶瓷纤维。

4.根据权利要求1所述的方法，其中向所述成形室中引入至少一种组成与所述收集的固化的无机纤维的组成不同的其他类型的无机纤维并与所述收集的固化的无机纤维共混。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述其他类型的无机纤维选自长玄武岩纤维、长玻璃纤维和矿棉。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述加固通过针刺进行。

7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括向所述收集的固化的无机纤维或向所述重力成网无机纤维垫添加至少一种粘结剂，其中所述加固通过活化所述粘结剂来进行。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述粘结剂为无机粘结剂。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述无机纤维垫在活化所述粘结剂之前经针刺。

10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将至少一种无机粒状添加剂引入所述成形室中，并将所述添加剂与所述无机纤维混合。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述无机粒状添加剂包括膨胀助剂。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述无机粒状添加剂包括吸热添加剂，所述吸热添加剂包括能在200℃至600℃之间的温度下释出水的无机化合物。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述无机粒状添加剂包括绝缘添加剂。

14.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括向所述成形室中引入至少一种粘结剂并将所述粘结剂与所述无机纤维和所述无机粒状添加剂共混，且其中所述加固用于通过所述粘结剂将所述无机粒状添加剂粘结在所述无机纤维幅材内。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述粘结剂为无机粘结剂。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述收集的固化的无机纤维包含熔喷纤维。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述收集的固化的无机纤维包含熔纺纤维。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述重力成网无机纤维幅材的所述无机纤维的长度平均为所述收集的固化的无机纤维的长度的至少80％。