CZ296627B6

CZ296627B6 - Záruvzdorná vlákna

Info

Publication number: CZ296627B6
Application number: CZ20020862A
Authority: CZ
Inventors: Anthony Jubb@Gary; Martin@Jean-Louis
Original assignee: The Morgan Crucible Company Plc
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2006-05-17
Also published as: DE60003569D1; AU6713200A; CZ2002862A3; CA2383440A1; BR0013868B1; ATE243665T1; DE60003569T2; WO2001019744A1; JP2003509320A; EP1212265B1; ES2202162T3; US6861381B1; AU769172B2; CA2383440C; CN1373740A; BR0013868A; EP1212265A1; RU2247085C2; JP4066138B2; PL354487A1

Abstract

Záruvzdorná vlákna s maximální teplotou pouzití 1200 .degree.C nebo vyssí obsahují SiO.sub.2 .n.> 64,25 % hmotnostních, CaO > 18 % hmotnostních, MgO < 17 % hmotnostních, pricemz mnozství MgO v % molárních je vyssí nez mnozství CaO v % molárních aprebytek SiO.sub.2.n. je nejvýs 21,8 % molárních.Vlákna jsou vysoce rozpustná v solných roztocích a soucasne mají nízkou prasnost.

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 SiO₂, 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, použitelná 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 SiC^ 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

-1 CZ 296627 B6 množství A1₂O₃ krystalizuje ve formě Al₂O₃.SiO₂. 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 sloužení 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:

SiO₂ 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 uvedeném významu nižší než 21,8 % molámích, 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.

-2CZ 296627 B6

-3CZ 296627 B6

-4CZ 296627 B6

-5CZ 296627 B6

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 mezinárodní přihlášce WO 94/15883. Dvojice výsledků jsou uvedeny pro každý vzorek vláken stejně jako průměr celkové rozpustnosti.

Tabulka 2

jTyp vlákna	Rozpustnost (ppm) i
CaO	; MgO	SiO₂ ;	Celkem	! Průměr I
1 A4-1		102	i 115	171 \|	388	J 383 i
i		105	j 110	162 i	377	i i
; A4-2		105	116	i 72 \|	393	j 395 ^:
1		114	117	1 ££ i	397	Ί 1
ϊ A4-3		114	123	166 i	403	I dl! I
1		114	128 !	177 i	419	1 i

Typický rozsah složení vláken podle vynálezu je

SiO₂ 65 ± 0,5 % hmotnostních

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 srovnána s vlákny Superwool 607^R s nominálním hmotnostním složením SiO2 65 %, CaO 29,5 %, MgO 5,5 % a A12O3 < 1 % a také s vlákny Superwool 612^R s nominálním hmotnostním složením SiO2 64,5 %, CaO 17 %, MgO 13,5 % a ZrO₂ 5 % a s žáruvzdornými keramickými vlákny s nominálním složením SÍO2 56 %, A1₂O₃ 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 patřeno 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

Superwool 607^R

Podle vynálezu

Žáruvzdorná keramická vlákna

Superwool 612^R

Uvolněný prach v % hmotnostních

0,16%

0,18%

0,25 %

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 materiálů typu Superwool^R při vyšších teplotách. Vzorky materiálů byly vystave

-6CZ 296627 B6 ny určitým teplotám po dobu 24 hodin a pak bylo měřeno jejich lineární smrštění. Výsledky jsou uvedeny v následující tabulce 3.

Tabulka 3

1 \| Teplota
Vzorek	1050°C	1110°C	1150°C	1200°C	1250°C	[ 1300°C
Podle vynál.	0.8	0.6	1.0	1.0	1.5	j 4.2
Superwool 612™	0.7	1.0	1.1	1.7	1.8	i ¹²¹ \|
Superwool 607™	0.4	0.4	⁰³	0.6	4.8	i⁷·⁸ i

Z výsledků je zřejmé, že vlákna 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^Rke 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 tyto vlákna vyhovovala svým smrštěním až do teploty 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:

CaO 18,7 až 20,2

MgO 14,47 až 15,9

SiO₂ 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.

	Ό)		m	o	¹
•		ΓΟ	OO		'^1
		c<	CN		o
9		T—.		o \|	04	i
oo CX						1
		o*	O	kC	ΤΓ	1
			o	WO	04	1
	n	cS	cS	Cx	o	1
		WO ¹ WO	uo	c	i
	cz:·
	ČM					i
r—x	O					i
«
'Π5		ro		*4'
H	zn o	o	04	04	cO
O	ZM	o	o	O	o	!
É	<
		a	Τ'.	o	o
	c		o	o
*S-Z	ó	O	o	o	ζ^·
	Um
Ή	ín)
c		Ol	\o	oc	«·**
v	/O	wo	Ol	o*
>N	*čó	<o	K-M
O	oi	04	04	Cs
rH
w	ir~	ro	—
		r-	c		ro
	o	o.	OO	00 > O
	<5
	'<D				CZ
	C				τχ*
	Ή
	F
	.o	o		“T
	r-4	o		CO	WO	,
	O	wo	uo	Xf	t?·
	Ό	C	Ό	'<3	1
	bo
					r^.	í
					r^~	I
z—X	rs					1
t	O					i
4-9 0						1 1
rrt O r*	ο	oc	Tf
*	<=>. a	co	0.4	wo O
	<
M	CM O
β
<D	r—* N
>N					i
o		O	o	o	Γ-
H	o	o	iz->	O	Ό
W	ČQ	vo	irí		T
1		·»—·	«—·
1	xi
		.—.	/—·		o
		—»	o.	cc	o,
i	CaO	O Ol	OC	o	\

^KrH				>,	0 c
	O			E Ch	4) >u	•H F s-·
'CQ 4-9	o			0	><u	0.0
Φ >W	wo				p	C
c h	CM	o	oc	N <P		o
*4 fe	l·^	oc	r-	a> u
J (Λ		o	O	ff) c.	\|CM
0 c		! i		tz	cMl
'CO				z>
! H		2	o	u	u
1 >		cn	ř-	r^· <	ř“

Claims

1,

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 % molámích je vyšší než množství CaO v % molámích a přebytek SiO₂ je nejvýš 21,8 % molámích.

2,

2. Žáruvzdorná vlákna podle nároku CaO <21 % hmotnostních.

3, vyznačující se

tím, že obsahují tím, že obsahují tím, že obsahují tím, že obsahují

6. Žáruvzdorná vlákna podle některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že obsahují MgO > 14,25 % hmotnostních.

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

že obsahují

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

že obsahují

9. Žáruvzdorná vlákna podle některého z nároků obsahují MgO < 16 % hmotnostních.

až 8, vyznačující tím, že

10. Žáruvzdorná vlákna podle některého z nároků obsahují

SiO₂ 65 ± 0,5 % hmotnostních

CaO 20 ± 0,5 % hmotnostních.

MgO 15 ± 0,5 % hmotnostních.

až 6, vyznačující tím, že

11. Žáruvzdorná vlákna podle některého z nároků obsahují

SiO₂ 64,5 až 64,7 % hmotnostních

CaO 19,5 až 20,2 % hmotnostních

MgO 15,5 až 15,6 % hmotnostních.

až 9, vyznačující tím, že

12. Žáruvzdorná vlákna podle některého z nároků 1 až 11, obsahují

SiO₂ přibližně 65 % hmotnostních

CaO přibližně 19,5 % hmotnostních

MgO přibližně 15,5 % hmotnostních.

tím, že

13. Žáruvzdorná vlákna podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že obsahují

CaO 18,7 až 20,2 % hmotnostních

3. Žáruvzdorná vlákna podle nároku CaO < 20,5 % hmotnostních.

4,

4. Žáruvzdorná vlákna podle nároků 1 CaO > 19 % hmotnostních.

až

5. Žáruvzdorná vlákna podle nároku CaO > 19,5 % hmotnostních.

5 MgO 14,47 až 15,9 % hmotnostních

SiO₂ 64,6 až 65,1 % hmotnostních

A1₂O₃ 0 až 0,56 % hmotnostních.