CZ2002862A3 - Žáruvzdorná vlákna - Google Patents

Description

Žáruvzdorná vlákna

Oblast techniky

Vynález se týká žáruvzdorných vláken, rozpustných v solných roztocích, zvláště vláken s obsahem vápníku, hořčíku a silikátu.

Dosavadní stav techniky

Vlákna uvedeného typu jsou obecně známa například z mezinárodních patentových přihlášek WO 89/12032,

WO 93/15028 a WO 94/15883.

Mezinárodní přihláška WO 89/12032 poprvé popisuje širokou skupinu žáruvzdorných vláken, rozpustných v solných roztocích.

V mezinárodní přihlášce WO 93/15028 se prokazuje, že uvedená vlákna jsou použitelná při teplotách až 1000 °C i při vyšších teplotách.

V mezinárodní přihlášce WO 94/15883 se uvádí, že některá vlákna, uvedená v mezinárodní přihlášce WO 93/15028 je možno použít při ještě vyšších teplotách až do teploty 1260 °C nebo vyšší a rovněž se uvádí, že taková vlákna musí nezbytně obsahovat přebytek SiO₂ vyšší než 21,8 % molárních, definováno jako množství SÍO2, které zbývá po krystalizaci oxidu vápenatého, oxidu hořečnatého a oxidu zirkoničitého ve formě silikátu.

Podle mezinárodní přihlášky WO 97/16386 se popisují obecně vlákna s obsahem vápníku, hořčíku a silikátů,

zvláště jde o vlákna s nízkým obsahem vápníku, použitelná při teplotě 1260 °C nebo vyšší.

Je zřejmé, že v případě vláken, obsahujících CaO-MgO-SiO₂ a CaO-MgO-SiO₂-ZrO₂ existují oblasti, v nichž je možno vytvořit vlákna s vysokou žáruvzdorností a naopak oblasti složení těchto vláken, v nichž žáruvzdorná vlákna nelze vytvořit.

Nyní bylo zjištěno, že existuje nová a úzká oblast složení vláken, použitelných při teplotách 1200 °C nebo vyšší a dokonce 1250 nebo 1260 °C nebo vyšší, přičemž tato vlákna nespadají do rozsahu mezinárodních přihlášek WO 94/15883 a WO 97/16386. Tato vlákna s výhodou obsahují jen malé množství zirkonu nebo zirkon vůbec neobsahují.

Podstata vynálezu

Podstatu vynálezu tvoří žáruvzdorná vlákna s možností použití do teploty 1200 °C nebo vyšší, v nichž je množství MgO v % molárních vyšší než množství CaO v % molárních, vlákna obsahují

SiO₂ > 64,25 % hmotnostních

CaO > 18 % hmotnostních

MgO < 17 % hmotnostních.

Uvedená vlákna však nemusí mít přebytek SiO₂ vyšší než 21,8 % molárních.

Přebytek SiO₂ je možno vypočítat tak, že se zjistí veškeré množství CaO, které je vázáno ve formě CaO.MgO. 2SiO₂, veškeré množství ZrO₂, které je vázáno ve formě ZrO₂.SiO₂ a také zbytek MgO, který je vázán ve • « formě MgO.SiO₂, přičemž se předpokládá, že jakékoliv přítomné množství AI2O3 krystalizuje ve formě AI2O3.SÍO2. Jakýkoliv zbývající SiO₂ je pokládán za přebytek SiO₂.

Vynález bude dále podrobněji popsán v souvislosti s přiloženými výkresy.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je znázorněno lineární smrštění materiálu, obsahujícího vlákna A4-2 a A4-3 z následující tabulky 1 v závislosti na teplotě.

Na obr. 2 je znázorněno zmenšení výšky materiálu, obsahujícího vlákna A4-2 a A4-3 z následující tabulky 1.

Na obr. 3 je znázorněno smrštění preformy, vyrobené z vláken A4-1, A4-2 a A4-3 z následující tabulky 1.

Tabulka 1 uvádí složení vláken podle WO 89/12032,

WO 93/15028, WO 94/15883 a WO 97/16386 spolu s A4, což je cílové složení vlákna s následujícím obsahem jednotlivých látek:

SíO₂ 65 % hmotnostních

CaO 19,5 % hmotnostních

MgO 15,5 % hmotnostních, uvedená jsou také odvozená vlákna A4-1, A4-2 a A4-3, která byla analyzována.

Vlákna podle WO 89/12032 (uváděná jako Manvillova vlákna), WO 93/15028, WO 94/15883 a WO 97/16386 (uváděná jako vlákna Unifrax) jsou vlákna, která se liší od vláken podle vynálezu, která obsahují přebytek SiO₂ ve svrchu

• · φφ φφφ ♦ • * * • · »·· • · φ

uvedeném významu nižší než 21,8 % molárních, přičemž množství MgO v % molárních je vyšší než množství CaO v % molárních.

Vlákna A4-1 byla vyrobena ve formě surových vláken, vlákna A4-2 byla vyrobena jako jehlovaný materiál se specifickou hmotností přibližně 96 kg/m³ a vlákna A4-3 byla zpracována na jehlovaný materiál se specifickou hmotností přibližně 125 kg/m³.

V následující tabulce 1 je smrštění vláken A4-1, A4-2 a A4-3 uváděno na základě měření smrštění preformy, vyrobené ve vakuu z uvedených vláken.

·* ·· » t · *

I ♦ ·

Tabulka

«4 44 ► 4 · <

I · · toto to • to ·· • to • to to · toto·* to·* • to tototo to • «to • · « · to ·· to ·· to ·· ··· to· «· • #· · ·· to ··· • •to ·· ··· ·

Je zřejmé, že vlákna podle vynálezu mají nižší hodnoty smrštění při 1260 °C až na vlákna Unifrax 42, která však mají podstatně odlišné složení.

Na obr. 1 až 3 je znázorněno smrštění uvedených vláken A4-1, A4-2 a A4-3 po 24 hodinách při uvedených teplotách, přičemž je zcela zřejmé, že vlákna jsou použitelná při teplotách 1200 °C nebo vyšších.

V následující tabulce 2 jsou uvedeny výsledky zkoušek na rozpustnost vláken ve fyziologických solných roztocích, což prokazuje, že vlákna jsou rozpustná v tělesných tekutinách. Podrobná diskuse způsobů měření rozpustnosti je uvedena v mezinárodni přihlášce WO 94/15883. Dvojice výsledků jsou uvedeny pro každý vzorek vláken stejně jako průměr celkové rozpustnosti.

Tabulka 2

Typ vlákna	Rozpustnost (ppm)
CaO	! MgO	SiO;	Celkem	Průměr
A4-1	102	í 115	171	388	383
	105	| no	162	377
A4-2	105	! 116	172	393	395
	114	1 117	1 í w	397
A4-3	114	i 123	166	403	41 !
	114	i 128	177	419

Typický rozsah složení vláken podle vynálezu je

SiO2	65	+	0,5 %	hmotnostníc:
CaO	20	±	0,5 %	hmotnostních
MgO	15	+	0,5 %	hmotnostních

Další zkoušky byly provedeny na vláknech se složením SiO₂ 65 %, CaO 19,5 % a MgO 15,5 %, vlákna byla

4949 • 9 · · 444

9

9999 999 ·*

9 9 ♦ *

9 4 • ·4

4 9 9 4 4 srovnávána s vlákny Superwool 607^R s nominálním hmotnostním složením SÍO2 65 %, CaO 29,5 %, MgO 5,5 % a Al₂O₃ < 1 % a také s vlákny Superwool 612^R s nominálním hmotnostním složením SÍO2 64,5 %, CaO 17 %, MgO 13,5 % a ZrO2 5 % a s žáruvzdornými keramickými vlákny s nominálním složením SÍO2 56 %, AI2O3 44 %.

Při první zkoušce měla být stanovena prašnost při zacházení s uvedenými materiály a bylo tedy stanoveno množství prachu, které se nacházelo ve vzorku materiálu, vyrobeného z uvedených vláken. Jehlované materiály byly podrobeny vibracím na zařízení Fritsch Analysette typ 3010, opatřeném sítem, byla použita frekvence 3000 Hz a vertikální amplituda vibrace 0,5 mm. Zařízení bylo opatřeno sítem s průměrem ok 1,6 mm a nádobou, uloženou pod toto síto. Při provádění zkoušky byl vzorek materiálu s rozměry 135 x 135 mm uložen na síto a podroben vibracím 10 minut. Pak byl zvážen materiál v nádobě pod sítem a jeho hmotnost byla vyjádřena v procentech původní hmotnosti vzorku. Výsledky jsou dále uvedeny.

Materiál Uvolněný prach v % hmotnostních

Superwool 607^R 0,16 %

Podle vynálezu 0,18 %

Žáruvzdorná keramická vlákna 0,25 %

Superwool 612^R 0,36 %

Z výsledků je zřejmé, že vlákna podle vynálezu uvolní množství prachu, které je srovnatelné s množstvím, uvolněným z materiálu Superwool 607^R.

Druhá zkouška byla prováděna za účelem srovnání smrštění materiálu, vyrobeného z vláken podle vynálezu a • 9 ·· • * ♦ · • · 9

9 9 9 9

9 9 9 •9 9999 ř · »999

9 • 9·· materiálů typu Superwool^R při vyšších teplotách. Vzorky materiálů byly vystaveny určitým teplotám po dobu 24 hodin a pak bylo měřeno jejich lineární smrštění. Výsledky jsou uvedeny v následující tabulce 3.

Tabulka 3

	Teplota
Vzorek	1050°C	1110°C	1I5O°C	1200°C	1250°C	i 1300°C 1
Podle vynál.	0.8	0.6	1.0	1.0	1.5	! 4.2 1
Superwool 612™	0.7	1.0	1.1	1.7	1.8	! 12.1 i i
Superwool 607™	0.4	0.4	0.5	0.6	4.8	i 7.8 í i í

Z výsledků je zřejmé, že vlékna podle vynálezu jsou při této zkoušce srovnatelná s oběma materiály typu Superwool^R až do teploty 1200 °C. Při teplotě 1250 °C došlo u vláken Superwool 607' ke smrštění 4,8 %, které je možno považovat za příliš vysoké pro většinu použití. Vlákna podle vynálezu se při teplotě 1300 °C srážela o

4,2 %, což je nejlepší výsledek ze všech tří materiálů,. podrobených zkouškám.

Další pokusy byly provedeny s výrobou vláken v průmyslovém měřítku, složení získaných vláken je uvedeno v následující tabulce 4. Všechna tato vlákna vyhovovala svým smrštěním až do teplem/ 1250 °C (smrštění bylo měřeno odlišnými postupy než v tabulce 1 a získané hodnoty tedy nejsou přímo srovnatelné). V kombinaci s výsledky z tabulky 1 je zřejmé, že vzorky s použitelnými vlastnostmi mají v podstatě následující složení v % hmotnostních:

φ» φφφφ • · »

Φ * 900

ΦΦΦ Φ « Φ ·

ΦΦ ΦΦΦ

ΦΦ ·Φ • 9 9 Φ

Φ · ·

ΦΦΦ ΦΦΦ

ΦΦΦΦ

CaO	18,7	až	20,2
MgO 14,47	až	15, 9
SÍO2	64,5	až	65,1
A12O3	0 až	0,	56

Vlákna podle vynálezu mají vysokou rozpustnost (je žádoucí rychle odstranit z organismu přítomná vlákna) a nízkou prašnost (je žádoucí snížit množství vdechovaného prachu na minimum), současně mají vlákna dobré vlastnosti při vysokých teplotách.

•Φ ··>* φ « » • · ·<· φ φ · φ φ · φφ φφ·

Φ· φ φ · · φ · • ΦΦΦ φφφ φφ φ φ φ φ φ φ · • φ · · * φ φ φφ φφφ

• Χ5 Φ 2 λ co a		19.35	19.81	19.13	20.50
Složení (% molár.)	rM O cg	59.67	59.90	59.56	60.24
PM O H
m O PM	0.03 1	0.21 j	0.24, i	0.31
PM O u-> N	o o o	00Ό	O O O	0.00
MgO	20.52 1	21.26	21.78	20.13
CaO 1	19.77	18.63	18.41	19.30
Složení (%hmot.)	Jiné!				o
PM O CG	i 65.00	65.101	64.80,	64.54
PM O H				o O j
m O ΓΜ	0.06	0.38	T ^r o'	0.56
<M O 1— N	1
O cO *e—	O p tri	o io «Tj i O\ »ri | vr 1	Γ
CaO i	20.10	18.90	o cd	m C\
Lineární smršt. (%) 1250°C 1	08Ό	0.78	& F 0 <H 0 ÍH ra a	0 c <D H a o Λ o S rs —«
Vlákno	2 CG	lo IH	'70 O H	TCUK2

0) •ο •μ ω

m

Ν

• Β ··**

Β · · • · Β«·

Β Β »

Β · ·

ΒΒ ΒΒΒ

Β·

Β

ΒΒΒΒ

ΒΒ

Β

Β •

ΒΒΒ

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Žáruvzdorná vlákna s maximální teplotou použití 1200 °C nebo vyšší, vyznačující se tím, že obsahují

   SiO₂ > 64,25 % hmotnostních

   CaO > 18 % hmotnostních

   MgO < 17 % hmotnostních, přičemž množství MgO v % molárních je vyšší než množství CaO v % molárních a přebytek SiO₂ je nejvýš 21,8 % molárních.

   2 . v y CaO Žáruvzdorná vlákna podle nároku 1, značuj ící < 21 % hmotnostních s e tím, že obsahuj í 3. Žáruvzdorná vlákna podle nároku 2, v y značuj ící s e tím, že obsahuj í CaO < 20,5 % hmotnostních. 4 . Žáruvzdorná vlákna podle nároku 1 až 3, v y značuj ící s e tím, že obsahuj í CaO > 19 % hmotnostních • 5. Žáruvzdorná vlákna podle nároku 4, v y značuj ící s e t í m, že obsahuj í CaO > 19,5 % hmotnostních. 6. Žáruvzdorná vlákna podle některého z nároků v y značuj ící s e tím, že obsahuj í MgO > 14,25 % hmotnostních.

   • · ♦

   ·*·* ·

   7. Žáruvzdorná vlákna podle nároku 6, vyznačující se tím, že obsahují MgO > 14,75 % hmotnostních.

   8. Žáruvzdorná vlákna podle nároku 7, vyznačující se tím, že obsahují MgO > 15,25 % hmotnostních.

   9. Žáruvzdorná vlákna podle některého z nároků 1 vyznačující se tím, že obsahují MgO < 16 % hmotnostních.

   10. Žáruvzdorná vlákna podle některého z nároků 1 vyznačující se tím, že obsahují SiO₂ 65 ± 0,5 % hmotnostních

   CaO 20 ± 0,5 % hmotnostních

   MgO 15 ± 0,5 % hmotnostních.

   11. Žáruvzdorná vlákna podle některého z nároků 1 vyznačující se tím, že obsahují SiO₂ 64,5 až 64,7 % hmotnostních

   CaO 19,5 až 20,2 % hmotnostních

   MgO 15,5 až 15,6 % hmotnostních.

   12. Žáruvzdorná vlákna podle některého z nároků 1 vyznačující se tím, že obsahují SiO₂ přibližně 65 % hmotnostních

   CaO přibližně 19,5 % hmotnostních

   MgO přibližně 15,5 % hmotnostních.