CN103392033B - 无机纤维 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了包括氧化钙、氧化铝、氧化钾和任选的氧化钠作为主要纤维组分的无机纤维。还提供了制备所述无机纤维和使用包含所述无机纤维的热绝缘物品的方法。所述无机纤维可溶于生理盐水溶液、不形成结晶二氧化硅并且耐1260℃和更高的温度。

Description

无机纤维
相关申请的交叉引用
本申请根据美国法典第35篇第119(e)条主张2010年11月16日提交的美国临时申请第61/414,143号的提交时期的权益，在此将所述申请以引用的方式并入。
技术领域
本申请提供了可用作热、电或声绝缘材料并且具有1260℃和更高使用温度的耐高温无机纤维。所述耐高温无机纤维易于制造、长时间暴露于使用温度之后显示少的收缩、暴露于使用温度之后保持良好的机械强度并且可溶于生理溶液。
背景
绝缘材料工业已经确定希望在热和声绝缘应用中利用在生理溶液中不耐久的纤维，即显示低生物持久性的纤维组合物。虽然已经提出了候选材料，但是这些材料的使用温度极限不足以高得适应使用耐高温纤维(包括玻璃质纤维和陶瓷纤维)的许多应用。已经提出玻璃质纤维类材料中的许多组合物在生理性介质中不耐久或可分解。
为了向被绝缘的物品提供有效的热保护，在预期的暴露温度以及长期或连续暴露于预期的使用温度之后，耐高温纤维也应该显示最小的线性收缩。
除了由收缩特性表示的耐热性在绝缘中使用的纤维中是重要的之外，还要求纤维在暴露于使用或工作温度期间和之后具有机械强度特性，这将允许纤维在使用中保持其结构完整性和绝缘特性。
纤维机械完整性的一个特征是其使用后脆度。纤维越易碎，即它越容易被压碎或破碎成粉末，它具有的机械完整性越小。一般来讲，在生理溶液中同时显示耐高温和非耐久性的无机纤维也显示相对高的使用后脆度。这导致纤维在暴露于工作温度之后缺乏强度或机械完整性来提供必要的结构以完成其绝缘目的。
因此，仍然希望制造一种易于从希望的成分的可纤维化熔体制造的改良的无机纤维组合物，它在暴露于1100℃或更高的工作温度期间和之后显示低的收缩，在暴露于预期的使用温度之后显示低的脆性，并且在暴露于1100℃或更高的使用温度之后保持机械完整性。
附图简述
图1是显示氧化钙、氧化铝、碱金属氧化物纤维相对于变化量的二氧化硅和氧化铝的收缩百分比的图表。
图2是显示用五氧化二磷涂覆的氧化钙、氧化铝、碱金属氧化物纤维相对于变化量的氧化铝的收缩百分比的图表。
图3是显示用五氧化二磷涂覆的氧化钙、氧化铝、碱金属氧化物纤维毯相对于变化量的氧化铝的收缩百分比的图表。
图4是显示包含变化量的氧化钾和相对低的量的二氧化硅的无覆氧化钙、氧化铝、碱金属氧化物纤维的收缩百分比的图表。
图5是显示包含变化量的氧化铝和相对低的量的二氧化硅的无涂覆氧化钙、氧化铝、碱金属氧化物纤维的熔点的图表。
说明
公开了用作热、电或声绝缘材料的耐高温无机纤维。所述耐高温无机纤维易于制造，长期暴露于使用温度之后显示低的收缩，暴露于使用温度之后保持良好的机械强度并且可溶于生理溶液(即非生物持久性的)。
所述无机纤维具有1260℃和更高的使用温度。所述耐高温无机纤维可溶于模拟的生理溶液(如模拟肺液)并且不形成结晶二氧化硅。
所述无机纤维包含氧化钙、氧化铝和氧化钾(potassia)的纤维化产物。根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含氧化钙、氧化铝、氧化钾和氧化钠(sodia)的纤维化产物。
还提供了用于制造无机纤维的方法，所述方法包括用包含氧化钙、氧化铝和氧化钾的成分形成熔体，并且从所述熔体制造纤维。
根据某些实施方案，用于制造无机纤维的方法包括用包含氧化钙、氧化铝、氧化钾和氧化钠的成分形成熔体，并且从所述熔体制造纤维。
此外提供了热绝缘材料或物品。所述热绝缘材料或物品包含多个含有氧化钙、氧化铝和氧化钾的纤维化产物的无机纤维。
根据某些说明性的实施方案，所述热绝缘材料或物品包含多个含有氧化钙、氧化铝、氧化钾和氧化钠的纤维化产物的无机纤维。
还提供了一种使物品绝缘的方法。所述使物品热绝缘的方法包括在被绝缘的物品上、内、附近或周围布置包含多个含有氧化钙、氧化铝和氧化钾的纤维化产物的无机纤维的热绝缘材料或物品。
根据某些说明性的实施方案，所述使物品热绝缘的方法包括在被绝缘的物品上、内、附近或周围布置包含多个含有氧化钙、氧化铝、氧化钾和氧化钠的纤维化产物的无机纤维的热绝缘材料或物品。
从所述无机纤维制备的热绝缘材料是耐火的在于它们显示1260℃或更高的连续工作或使用温度。
所述无机纤维在生理溶液中是不耐久或非生物持久性的。在生理溶液中“不耐久”或“非生物持久性”表示在体外试验期间所述无机纤维在这些流体(如模拟肺液)中至少部分溶解或降解。
所述耐久性试验测量在模拟人肺中的温度和化学条件的条件下从纤维失去的质量的速率(ng/cm2-hr)。具体来讲，这里讨论的纤维在酸化至pH4.5的模拟肺液中高度可溶。据信这种溶液是肺泡巨噬细胞内部的酸性化学环境的代表。因此，具有高酸溶解度的纤维可以分解并且通过巨噬细胞介导的溶解过程从肺除去。早先的纤维溶解研究已经讨论了酸pH纤维溶解试验[M.Guldberg等人，“Measurement ofIn-Vitro Fibre Dissolution Rate at Acidic pH”，Annals of OccupationalHygiene，第42卷，第4期，233-244页，1998]。
为了测量纤维在酸化至pH4.5的肺液中的溶解速率，将大约0.1g纤维放入含有已经升温至37℃的模拟肺液的50ml离心管中。随后将其放入振摇恒温箱6小时并且以100转/分钟搅拌。在试验结束时，将管离心并且将溶液倾入60ml注射器。随后将溶液压过0.45μm过滤器以除去任何颗粒并且使用感应耦合等离子体光谱分析学检测玻璃组分。这种检测可以使用近中性pH溶液或酸性溶液进行。虽然没有具体的溶解速率标准物，但是认为具有超过100ng/cm2hr的溶解值的纤维是非生物持久性纤维的指标。
还检测了无机纤维在预期的使用温度的收缩。将一团无机纤维形成合适的检测板。通过卡钳测量无机纤维检测板的长度和宽度尺寸(通常是3x5英寸)。测量检测板的长度和宽度尺寸之后，将板放入熔炉。将检测熔炉的温度线性升至希望的检测温度并且大体上在这个温度保持固定的时间。在希望的温度将检测板在检测熔炉中加热并经希望的固定时间之后，从检测熔炉移去检测板并且再次量测检测板的长度和宽度尺寸以确定响应于检测熔炉中加热出现的任何尺寸变化。
根据某些说明性的实施方案，通过上述检测方法测定，无机纤维响应暴露于1260℃的使用温度24小时显示小于约5％的线性收缩。
通过压缩恢复试验评价无机纤维暴露于使用温度之后保持机械强度的能力。压缩恢复是无机纤维响应纤维暴露于希望的使用温度一定时间的机械性能的尺度。压缩恢复是通过将由无机纤维材料制造的检测板烧至试验温度一段选定的时间来测量的。此后将烧过的检测板压缩至其原始厚度的一半并且允许其回弹。回弹的量作为板的压缩厚度的恢复百分比测量。暴露于1260℃的使用温度24小时之后测量压缩恢复。根据某些说明性的实施方案，由所述无机纤维制造的检测板显示至少10％的压缩恢复。根据其它说明性实施方案，由所述无机纤维制造的检测板显示约10至约20％的压缩恢复。根据此外的说明性实施方案，由所述无机纤维制造的检测板显示约11％至约17％的压缩恢复。
所述无机纤维不形成结晶二氧化硅。所述纤维的这个方面是通过确保存在不足以形成结晶二氧化硅的量的SiO2来控制的。在本案例中，SiO2的量限制在小于15重量％，通常SiO2的量小于10重量％。当纤维被加热时，任何SiO2通常将与其它纤维成分(例如富铝红柱石或硅灰石(wollasonite))组合形成结晶产物。只要存在的SiO2不过量，就不会形成结晶二氧化硅。在本纤维中没有结晶二氧化硅通过加热处理的纤维的X射线衍射分析进一步确认，表明没有任何结晶二氧化硅形成。
不限制并且只是说明，所述无机纤维中包括的碱金属氧化物可包含氧化钾、氧化钠或氧化钾和氧化钠的混合物。根据某些实施方案，所述纤维化产物可包含最多约35重量％氧化钾或氧化钾和氧化钠的组合。根据其它实施方案，所述纤维化产物可包含最多约20重量％氧化钾或氧化钾和氧化钠的组合。
根据某些说明性的实施方案，所述耐高温无机纤维包含含有氧化钙、氧化铝、氧化钾和氧化硼(boria)的原材料熔体的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述耐高温无机纤维包含含有氧化钙、氧化铝、氧化钠和氧化硼的原材料熔体的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述耐高温无机纤维包含含有氧化钙、氧化铝、氧化钾、氧化钠和氧化硼的原材料熔体的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约90重量％氧化铝和氧化钾的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约90重量％氧化铝和氧化钠的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约90重量％氧化铝、氧化钾和氧化钠的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约90重量％氧化铝和氧化钾、15重量％或更少的重量的SiO2的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约90重量％氧化铝、氧化钠、15重量％或更少的重量的SiO2的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约90重量％氧化铝、氧化钾和氧化钠、15重量％或更少的重量的SiO2的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约90重量％氧化铝和氧化钾、10重量％或更少的重量的SiO2的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约90重量％氧化铝、氧化钠、10重量％或更少的重量的SiO2的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约90重量％氧化铝、氧化钾和氧化钠、10重量％或更少的重量的SiO2的纤维化产物。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约20重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约80重量％氧化铝和氧化钾的纤维化产物。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约20重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约80重量％氧化铝和氧化钠的纤维化产物。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约20重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约80重量％氧化铝、氧化钾和氧化钠的纤维化产物。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约20重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约80重量％氧化铝和氧化钾的纤维化产物，其中所述纤维含有15重量％或更少的SiO2。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约20重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约80重量％氧化铝、氧化钠的纤维化产物，其中所述纤维含有10重量％或更少的SiO2。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约20重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约80重量％氧化铝、氧化钾和氧化钠的纤维化产物，其中所述纤维含有10重量％或更少的SiO2。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约30重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约70重量％氧化铝和氧化钾的纤维化产物。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约30重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约70重量％氧化铝和氧化钠的纤维化产物。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约30重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约70重量％氧化铝、氧化钾和氧化钠的纤维化产物。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约30重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约70重量％氧化铝和氧化钾的纤维化产物，其中所述纤维含有15重量％或更少的SiO2。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约30重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约70重量％氧化铝、氧化钠的纤维化产物，其中所述纤维含有10重量％或更少的SiO2。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约30重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约70重量％氧化铝、氧化钾和氧化钠的纤维化产物，其中所述纤维含有10重量％或更少的SiO2。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约40重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约60重量％氧化铝和氧化钾的纤维化产物。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约40重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约60重量％氧化铝和氧化钠的纤维化产物。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约40重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约60重量％氧化铝、氧化钾和氧化钠的纤维化产物。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约40重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约60重量％氧化铝和氧化钾的纤维化产物，其中所述纤维含有15重量％或更少的SiO2。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约40重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约60重量％氧化铝、氧化钠的纤维化产物，其中所述纤维含有10重量％或更少的SiO2。
根据其它说明性的实施方案，所述无机纤维包含约40重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约60重量％氧化铝、氧化钾和氧化钠的纤维化产物，其中所述纤维含有10重量％或更少的SiO2。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约60重量％至约90重量％氧化铝和最多20重量％的氧化钾的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约60重量％至约90重量％氧化铝和最多20重量％的氧化钠的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约60重量％至约90重量％氧化铝和最多20重量％的氧化钾和氧化钠的组合的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约60重量％至约90重量％氧化铝、最多20重量％的氧化钾和氧化钠和约15重量％或更少的SiO2的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约60重量％至约90重量％氧化铝、最多20重量％的氧化钾和氧化钠和约10重量％或更少的SiO2的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约20重量％至约35重量％氧化钙、约60重量％至约70重量％氧化铝、约5至约10重量％氧化钾和约15重量％或更少的SiO2的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约20重量％至约35重量％氧化钙、约60重量％至约70重量％氧化铝、约5至约10重量％氧化钠和约15重量％或更少的SiO2的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约20重量％至约35重量％氧化钙、约60重量％至约70重量％氧化铝、约5至约10重量％的氧化钾和氧化钠的组合和约15重量％或更少的SiO2的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约20重量％至约35重量％氧化钙、约60重量％至约70重量％氧化铝、约5至约10重量％氧化钾和约10重量％或更少的SiO2的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约20重量％至约35重量％氧化钙、约60重量％至约70重量％氧化铝、约5至约10重量％的氧化钠的组合和约10重量％或更少的SiO2的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，所述无机纤维包含约20重量％至约35重量％氧化钙、约60重量％至约70重量％氧化铝、约5至约10重量％的氧化钾和氧化钠的组合和约10重量％或更少的SiO2的纤维化产物。
根据某些说明性的实施方案，可以在纤维化的无机纤维上或在无机纤维毯的表面上涂覆五氧化二磷涂层。
可以制备无机纤维的纤维化学的说明性实例包括：
-约18重量％氧化钙、约72重量％氧化铝和约10重量％氧化钾；
-约27重量％氧化钙、约63重量％氧化铝和约10重量％氧化钾；
-约36重量％氧化钙、约54重量％氧化铝和约10重量％氧化钾；
-约45重量％氧化钙、约45重量％氧化铝和约10重量％氧化钾；和
根据某些实施方案，氧化钙、氧化铝、氧化钾和/或氧化钠的纤维化产物是从大于60重量％氧化铝制备的，其含有5重量％或更少的二氧化硅杂质，并且在暴露于1260℃24小时之后显示10％的线性收缩。
用于纤维熔体的原材料可以从能够提供需要的化学和纯度的任何合适的来源获得。不受限制，氧化钙的合适的来源包括具有希望的CaO/Al2O3、石灰、石灰石和生石灰的比例的铝酸钙水泥。不受限制，氧化铝合适的来源是那些具有要求的纯度和可以按需要与所述带有CaO的材料掺混以获得希望的化学的那些。
除了氧化钙和氧化铝之外，所述无机纤维可以含有最多约10重量％的杂质。这些杂质可以包括氧化铁。如果氧化铁杂质存在于来自起始原材料的纤维化熔体中，那么它们存在的量为约1重量％或更少，按Fe2O3计算。
在所述无机纤维中的杂质可以包括基于纤维的总重量最多10重量％的二氧化硅杂质。然而，在某些实施方案中，所述纤维可以含有小于约4重量％二氧化硅，或甚至低到约2重量％二氧化硅或更少。
无机纤维的线性收缩是纤维耐高温性能或其在特定的连续工作或使用温度的性能的良好尺度。所述纤维在暴露于1260℃的工作温度24小时之后显示20％或更小的线性收缩。因此，所述纤维可用于在至少1260℃或更高的连续工作或操作温度的热绝缘应用。此外，已经发现所述纤维直到暴露于1400℃或更高的温度才熔融。
还提供了一种制备在模拟生理溶液中不耐久并且显示低收缩的耐高温无机纤维的方法。形成所述无机纤维的方法包括形成包含氧化钙、氧化铝、氧化钾和任选的氧化钠的成分的材料熔体，并且从所述成分的熔体形成纤维。所述无机纤维可以通过标准的熔体纺丝或纤维吹丝技术从所述成分熔体制造。根据替代实施方案，形成所述无机纤维的方法包括形成包含氧化钙、氧化铝、氧化钾和任选的氧化钠和氧化硼的成分的材料熔体，并且从所述成分熔体形成纤维。
根据某些实施方案，形成所述无机纤维的方法包括形成包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约90重量％氧化铝和最多约10重量％的氧化钾和任选的氧化钠的成分的材料熔体，并且从所述成分熔体形成纤维。
根据其它实施方案，形成所述无机纤维的方法包括形成包含约20重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约80重量％氧化铝和氧化钾和任选的氧化钠的成分的材料熔体。
根据其它实施方案，形成所述无机纤维的方法包括形成包含约30重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约70重量％氧化铝和氧化钾和任选的氧化钠的成分的材料熔体。
根据其它实施方案，形成所述无机纤维的方法包括形成包含约40重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约60重量％氧化铝和氧化钾和任选的氧化钠的成分的材料熔体。
所述成分的材料熔体的粘度可以任选通过存在足以提供希望的应用需要的纤维化概况的量的粘度调节剂来控制。所述粘度调节剂可以存在于提供熔体的主要组分的原材料中，或可以至少部分地单独添加。所述原材料的希望的颗粒尺寸是由炉况决定的，包括炉子尺寸、倾倒速率、熔融温度、停留时间等。
如上所述，所述无机纤维可以通过纤维吹丝或纤维纺丝技术来制备。合适的纤维吹丝技术包括以下步骤：将含有氧化钙、氧化铝和氧化钾和任选的氧化钠的起始原材料混合在一起形成成分的材料混合物，将所述成分的材料混合物引入合适的容器或贮槽中，将所述成分的材料混合物熔融并通过合适的管口放出，以及在成分的熔融材料混合物的放出流上吹高压气体形成所述无机纤维。
合适的纤维纺丝技术包括以下步骤：将所述起始原材料混合在一起形成成分的材料混合物，将所述成分的材料混合物引入合适的容器或贮槽，将所述成分的材料混合物熔融并通过合适的管口放出到纺车上。熔体流随后级联通过纺车，涂覆纺轮并通过向心力甩掉，从而形成纤维并且在合适的储存器或收集器上收集。
还提供了使用含有所述无机纤维的热绝缘材料使物品绝缘的方法。所述使物品绝缘的方法包括在被绝缘的物品上、内、附近或周围布置由多个所述无机纤维制造的热绝缘材料。在所述热绝缘材料中包括的无机纤维是那些包含约10重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约90重量％氧化铝、最多10重量％的氧化钾和任选的氧化钠的纤维化产物。
根据某些实施方案，在所述热绝缘材料中包括的无机纤维是那些包含约20重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约80重量％氧化铝和氧化钾和任选的氧化钠的那些纤维。
根据某些实施方案，在所述热绝缘材料中包括的无机纤维是那些包含约30重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约70重量％氧化铝和氧化钾和任选的氧化钠的那些纤维。
根据某些实施方案，在所述热绝缘材料中包括的无机纤维是那些包含约40重量％至约50重量％氧化钙、约50重量％至约60重量％氧化铝和氧化钾和任选的氧化钠的那些纤维。
含有所述无机纤维的热绝缘可以作为标准的矿棉或耐火陶瓷纤维的替代在热绝缘应用中使用。含有所述无机纤维的热绝缘材料可以用于需要1100℃或更高耐力的热绝缘应用。此外，含有所述无机纤维的热绝缘材料可以用于需要1260℃或更高耐力的热绝缘应用。不受限制，含有所述无机纤维的热绝缘可以用于热绝缘加热容器(如熔炉)、化学加工、石油加工、陶瓷加工、玻璃加工、金属生产和加工业，或汽车、航空航天、仪器和消防工业。
所述无机纤维可以以散纤维的形式提供。此外，所述无机纤维可被并入各种各样的声、电或热绝缘物品或产品。不受限制，例如，所述无机纤维可被加工成含有耐高温纤维的毯子，包括针刺和缝纫毯、板、编织物、布、膨化纸(expanding papers)、非膨化纸、织物、毡、铸造成型体、模块、粘结模块、垫、包装材料、绳、带、套管、真空铸造成型体、编织纺织品、可加工组合物，包括耐高温填隙材料、水泥、涂料、砂浆、可泵送组合物、腻子和可模制组合物。
实施例
提出以下实施例是为了进一步描述所述无机纤维的说明性实施方案的某些特性。然而，不应该以任何方式把所述实施例理解为限制所述纤维、含有所述纤维的物品或制造或使用它们作为热绝缘的方法。
示例性的无机纤维是从以下表I中显示的成分熔体纤维化的：
表I
样品 CaO Al2O3 K2O Na2O SiO2 磷酸盐
1 45 45 10 0 0 NC
2 45 45 0 10 0 NC
3 36 54 10 0 0 NC
4 27 63 10 0 0 NC
4a 27 63 10 0 0 NC
5 22 68 10 0 0 NC
5a 22 68 10 0 0 NC
6 20 70 10 0 0 NC
7 54 36 10 0 0 NC
8 36 54 0 10 0 NC
9 27 63 0 10 0 NC
10 20 65 15 0 0 NC
11 27 63 10 0 0 NC
12 45 45 10 0 0 NC
13 37.5 57.5 5 0 0 NC
14 32.5 62.5 5 0 0 NC
15 27.5 67.5 5 0 0 NC
16 42.5 52.5 5 0 0 NC
17 47.5 47.5 5 0 0 NC
18 27 63 5 5 0 NC
19 20 70 5 5 0 NC
20 27 63 10 0 0 NC
21 27 63 10 0 0 BC
22 22 68 10 0 0 NC
23 22 68 10 0 0 BC
24 36 54 10 0 0 NC
25 17.5 62.5 20 0 0 NC
26 25 55 20 0 0 NC
27 10 55 35 0 0 NC
表I(续)
样品 CaO Al2O3 K2O Na2O SiO2 磷酸盐
28 27.5 67.5 5 0 0 NC
29 15 80 5 0 0 NC
30 32.5 62.5 5 0 0 NC
31 32.5 62.5 5 0 0 BC
32 31 64 5 0 0 NC
33 31 64 5 0 0 BC
34 31 64 5 0 0 S
35 32.5 62.5 5 0 0 NC
36 32.5 62.5 5 0 0 S
37 32.5 62.5 5 0 0 BC
38 34 61 5 0 0 NC
39 34 61 5 0 0 S
40 34 61 5 0 0 BC
41 35 62.5 2.5 0 0 NC
42 35 62.5 2.5 0 0 S
43 31 64 5 0 0 NC
44 31 64 5 0 0 S
45 32.5 62.5 2.5 2.5 0 NC
46 32.5 62.5 2.5 2.5 0 S
47 32.5 62.5 2.5 2.5 0 BC
48 32.5 62.5 0 2.5 2.5 NC
49 32.5 62.5 0 2.5 2.5 S
50 32.5 62.5 0 2.5 2.5 BC
51 32.5 62.5 0 5 0 NC
52 32.5 62.5 0 5 0 S
53 35 62.5 2.5 0 0 NC
54 29 62.5 8.5 0 0 NC
55 35 62.5 2.5 0 0 BC
56 29 62.5 8.5 0 0 BC
NC-无磷酸盐涂层
BC-通过吹涂涂覆的磷酸盐
S-喷雾涂覆的磷酸盐
通过X射线荧光测量的以上表I的纤维组合物如以下表II所示。
表II
样品 CaO Al2O3 K2O Na2O P2O5 SiO2
1 35.58 39.44 12.66 0.34 0.021 10.92
3 29.23 48.65 13.29 0.46 0.19 7.68
4 22.61 57.19 13.52 0.51 0.2 5.58
4a 22.61 57.19 13.52 0.51 0.2 5.58
5 19.5 61.83 14.79 0.59 0.091 2.9
5a 19.5 61.83 14.79 0.59 0.091 2.9
6 18.02 64.74 14.86 0.49 0.02 1.61
8 34.58 53.93 0.39 9.57 0.88
9 27.29 61.59 0.052 9.99 0.64
10 18.33 60.09 20.43 0.38 0.021 0.47
11 24.68 61.48 12.11 0.35 0.027 0.95
12 39.78 47.73 10.64 0.43 0.031 0.91
13 34.14 57.62 6.04 0.3 0.017 1.35
14 31.2 61.24 5.96 0.31 0.014 0.85
15 26.61 66.15 5.99 0.32 0.022 0.6
16 40.44 53.86 4.11 0.26 0.013 0.87
17 43.58 48.37 6.3 0.3 0.015 0.95
18 26.74 62.17 5.78 4.36 0.015 0.62
19 20.29 69.31 5.76 3.89 0.006 0.5
20 22.61 57.19 13.52 0.51 0.2 5.58
21 22.61 57.19 13.52 0.51 0.2 5.58
表II(续)
样品 CaO Al2O3 K2O Na2O P2O5 SiO2
22 19.5 61.83 14.79 0.59 0.091 2.9
23 19.5 61.83 14.79 0.59 0.091 2.9
24 46.82 40.45 10.81 0.26 1.08
25 16.5 58.66 23.53 0.41 0.63
26 24.56 54.78 19.13 0.4 0.74
27 10.68 57.43 29.61 0.6 1.46
28 26.1 66.62 6.07 0.26 0.62
29 14.34 79.07 5.47 0.32 0.59
30 30.87 61.56 5.78 0.32 0.84
31 30.87 61.56 5.78 0.32 0.84
32 29.1 63.6 5.71 0.29 0.87
33 29.1 63.6 5.71 0.29 0.87
35 30.31 62.32 5.81 0.31 0.88
36 30.31 62.32 5.81 0.31 0.88
37 29.43 61.06 5.55 0.32 2.45 0.82
38 30.85 61.59 6.12 0.27 0.77
39 30.85 61.59 6.12 0.27 0.77
40 30.34 58.5 5.41 0.26 4.49 0.65
41 33.56 61.81 3.07 0.26 0.79
42 33.56 61.81 3.07 0.26 0.79
43 29.99 63.6 5.28 0.31 0.79
44 29.99 63.6 5.28 0.31 0.79
45 30.35 63.76 2.83 2.26 0.78
46 30.35 63.76 2.83 2.26 0.78
47 31.09 62.63 2.67 2.14 0.67 0.78
48 31.45 62.65 0.21 2.51 2.53
49 31.45 62.65 0.21 2.51 2.53
50 30.38 62.18 0.084 2.29 2.14 2.54
51 30.56 63.2 0.14 4.78 0.98
52 29.38 61.02 0.053 4.26 4.06 0.87
53 32.67 61.513 2.936 0.456 0.002 2.426
54 26.08 62.293 9.294 0.46 0.342 1.53
表II(续)
样品 CaO Al2O3 K2O Na2O P2O5 SiO2
55 32.28 59.142 2.937 0.142 3.003 2.496
56 25.713 61.021 9.282 0.422 2.054 1.508
以上表I的纤维组合物显示以下表III中提出的以下收缩、溶解速率和压缩恢复。
表III
表III(续)
表III(续)
42 ---- 2.2 3.9 ---- ---- 7.45 0
43 1450 ---- ---- 127 203 ---- ----
44 ---- 1.8 ---- ---- ---- 5.8 ----
45 1395 10.9 30.1 128 19623 ---- ----
46 ---- 2.3 6.7 ---- ---- 6.82 ----
47 1390 4.9 11.8 101 22587 7.1 ----
48 1370 ---- ---- 81 8353 ---- ----
49 ---- 3.5 ---- ---- ---- 5.29 ----
50 1460 3.1 ---- 75 8496 3.7 ----
51 1440 ---- ---- 102 6735 ---- ----
52 ＞1500 ---- ---- 74 1491 ---- ----
图1是说明氧化钙、氧化铝、碱金属氧化物纤维相对于变化量的二氧化硅和氧化铝的收缩百分比的图表。图1中说明的所有样品均是无涂层的。包含大于10重量％二氧化硅和小于50重量％氧化铝的样品通常显示高的收缩。此外，包含约48至约56重量％氧化铝的样品通常也显示高的收缩。
图2是说明用五氧化二磷涂覆的氧化钙、氧化铝、碱金属氧化物纤维相对于变化量的氧化铝的收缩百分比的图表。所述样品在纤维化的点涂层。如图表中说明的，五氧化二磷涂层导致含有高氧化铝的纤维的收缩总体改善。
图3是说明用五氧化二磷涂覆的氧化钙、氧化铝、碱金属氧化物纤维毯相对于变化量的氧化铝的收缩百分比的图表。只在毯的表面上涂所述样品。如图表中说明的，五氧化二磷涂层导致含有高氧化铝的纤维的收缩总体改善。
图4是说明包含变化量的氧化钾和相对低的量的二氧化硅的无涂覆氧化钙、氧化铝、碱金属氧化物纤维的收缩百分比的图表。如图4说明的，增加在包含小于10重量％二氧化硅的无涂层样品内的氧化钾的量通常对收缩性能无影响。
图5是说明包含变化量的氧化铝和相对低的量的二氧化硅的无涂覆氧化钙、氧化铝、碱金属氧化物纤维的熔点的图表。如图5中说明的，增加在包含小于10重量％二氧化硅的无涂层样品内的氧化铝的量通常使所述无机纤维组合物的熔点升高。
助熔剂(如氧化钠和氧化钾)与熔融所述绝缘并且包含耐火陶瓷纤维绝缘的绝缘能力的传统的硅酸铝耐火陶瓷纤维绝缘材料反应。从目前公开的无机纤维制备的绝缘材料耐受通常在工业熔炉中遇到的助熔剂。
虽然已经结合某些说明性实施方案在上面描述了无机纤维组合物、制造所述无机纤维组合物的方法、各种含有无机纤维的物品和使物品绝缘的方法，但是应理解可以使用其它类似的实施方案或可以对描述的实施方案做改进和补充以行使相同的功能而不偏离这一点。此外，公开的所有实施方案不一定在替代方案中，因为各种实施方案可以组合或去掉以提供希望的特性。本领域一般技术人员可以做出变型而不脱离本文的精神和范畴。因此，无机纤维组合物、制造所述无机纤维组合物的方法、各种含有无机纤维的物品和使物品绝缘的方法不应该被限制在任何个别的实施方案，而是应该根据附加的权利要求书的叙述宽泛的理解。

Claims (26)

1.一种无机纤维，其包含(i)10重量%至小于40重量%氧化钙、(ii)大于60重量%至90重量%氧化铝、和(iii)氧化钾和/或氧化钠的纤维化产物，其中所述纤维含有15重量%或更少的二氧化硅。
2. 如权利要求1所述的无机纤维，其包含(i)20重量%至小于40重量%氧化钙、(ii)大于60重量%至80重量%氧化铝、和(iii)氧化钾和/或氧化钠的纤维化产物。
3. 如权利要求2所述的无机纤维，其包含(i)30重量%至小于40重量%氧化钙、(ii)大于60重量%至70重量%氧化铝、和(iii)氧化钾和/或氧化钠的纤维化产物。
4. 如权利要求1所述的无机纤维，其包含(i)10重量%至小于40重量%氧化钙、(ii)大于60重量%至90重量%氧化铝、和(iii)大于0重量%至20重量%氧化钾和/或氧化钠的纤维化产物。
5. 如权利要求4所述的无机纤维，其包含(i)10重量%至小于40重量%氧化钙、(ii)大于60重量%至90重量%氧化铝、和(iii)大于0重量%至20重量%氧化钾的纤维化产物。
6. 如权利要求1-4任一项所述的无机纤维，其中所述无机纤维包含所述氧化钙、所述氧化铝、和所述氧化钾。
7. 如权利要求1-5任一项所述的无机纤维，其含有10重量%或更少的二氧化硅。
8. 如权利要求1-5任一项所述的无机纤维，其含有5重量%或更少的二氧化硅。
9. 如权利要求1-5任一项所述的无机纤维，其含有2重量%或更少的二氧化硅。
10. 如权利要求1-5任一项所述的无机纤维，其含有1重量%或更少的氧化铁，按Fe2O3计算。
11. 如权利要求1-5任一项所述的无机纤维，其具有至少1260℃的连续使用温度。
12. 如权利要求1-5任一项所述的无机纤维，其具有至少1330℃的连续使用温度。
13. 一种含有无机纤维的热绝缘物品，其包括至少一种毯、纸、毡、铸造成型体或组合物，其中所述热绝缘物品的所述无机纤维包括(i)10重量%至50重量%氧化钙、(ii)50重量%至90重量%氧化铝、和(iii)氧化钾和/或氧化钠的纤维化产物，其中所述纤维含有15重量%或更少的二氧化硅。
14. 一种用于制造如权利要求1所述的无机纤维的方法，其包括：
用包含(i)10至小于40重量%氧化钙、(ii)大于60至90重量%氧化铝、(iii)氧化钾和/或氧化钠和(iv)15重量%或更少的二氧化硅的成分形成熔体；以及
通过以下之一从所述熔体制造纤维：(i)从所述熔体纺丝纤维或(ii)从所述熔体吹丝纤维。
15. 如权利要求14所述的方法，其中所述成分的熔体包含(i)20重量%至小于40重量%氧化钙、(ii)大于60重量%至80重量%氧化铝、和(iii)氧化钾和/或氧化钠。
16. 如权利要求14所述的方法，其中所述成分的熔体包含(i)30重量%至小于40重量%氧化钙、(ii)大于60重量%至70重量%氧化铝、和(iii)氧化钾和/或氧化钠。
17. 如权利要求14所述的方法，其中所述成分的熔体包含(i)10重量%至小于40重量%氧化钙、(ii)大于60重量%至90重量%氧化铝、和(iii)大于0至20重量%氧化钾和/或氧化钠。
18. 如权利要求17所述的方法，其中所述成分的熔体包含(i)10重量%至小于40重量%氧化钙、(ii)大于60重量%至90重量%氧化铝、和(iii)大于0至20重量%氧化钾、以及10重量%或更少的二氧化硅。
19. 如权利要求14-17任一项所述的方法，其中所述熔体包含氧化钾。
20. 一种在1260℃及以上的温度使物品热绝缘的方法，所述方法包括在物品上、内、附近或周围布置包含无机纤维的热绝缘材料，所述无机纤维包括(i)10至50重量%氧化钙、(ii)50至90重量%氧化铝、(iii)氧化钾和/或氧化钠和(iv)15重量%或更少二氧化硅的纤维化产物。
21. 如权利要求20所述的方法，其中所述无机纤维包括(i)10重量%至50重量%氧化钙、(ii)60重量%至90重量%氧化铝、和(iii)大于0至20重量%氧化钾和/或氧化钠的纤维化产物。
22. 如权利要求21所述的方法，其中所述无机纤维包括(i)10重量%至50重量%氧化钙、(ii)60重量%至90重量%氧化铝、和(iii)大于0至20重量%氧化钾和/或氧化钠、以及(iv)10重量%或更少二氧化硅的纤维化产物。
23. 如权利要求22所述的方法，其中所述纤维化产物包括氧化硼。
24. 如权利要求20所述的方法，其中所述无机纤维包括(i)20重量%至50重量%氧化钙、(ii)50重量%至80重量%氧化铝、和(iii)氧化钾和/或氧化钠的纤维化产物。
25. 如权利要求20所述的方法，其中所述无机纤维包括(i)30重量%至50重量%氧化钙、(ii)50重量%至70重量%氧化铝、和(iii)氧化钾和/或氧化钠的纤维化产物。
26. 如权利要求20所述的方法，其中所述无机纤维包括(i)40重量%至50重量%氧化钙、(ii)50重量%至60重量%氧化铝、和(iii)氧化钾和/或氧化钠的纤维化产物。
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