DK158895B - Tungtsmeltelig fiberkomposition og heraf sammensat isoleringsmateriale - Google Patents

Description

1 DK 158895 B

Den foreliggende opfindelse angår en tungtsmeltelig fiberkomposition, der er egnet til anvendelse som termisk isolering i temperaturområder fra 760°C til 1100°C.

Aluminiumsilicatfibre, der i det væsentlige ikke indeholder andre komponenter end aluminiumoxid og siliciumoxid, er blevet anvendt i vidtstrakt grad i nogle år til termisk isolering, som er i stand til at modstå temperaturer op til ca. 1260°C. Sådanne fibre er beskrevet i USA-patentskrift nr. 3.456.914. Lignende aluminiumsilicatfibre, der indeholder visse tilsatte oxider, såsom chromoxid, er blevet anvendt til termisk isolering ved temperaturer op til ca. 1430°C. Sådanne fibre er beskrevet i USA-patentskrift nr. 3.449.137. Sådanne kompositioner er vanskelige at fibrere, da det temperaturom-

DK 158895B

2 råde, hvori smelten forbliver i en fibrerbar tilstand, er snævert, og størkning sker hurtigt. Aluminiumsilicatfibrene er derfor temmelig dyre og anvendes kun, hvor de involverede temperaturområder kræver deres anvendelse.

I den anden ende af temperaturskalaen, i området fra ca. 425°C til 650°C, er der flere forskellige billige og let fremstillede fibre. Almindelige glasfibre er sædvanligvis fuldt ud egnede til tempe-turområdet fra 425°C til 540°C. Mineraluld (der indbefatter slaggeuld, stenuld og lignende) kan normalt anvendes ved temperaturer op til ca. 640°C. Glasfibrene består primært af kiselmaterialer, medens mineraluldmaterialerne har et væsentligt indhold af aluminiumsilicat, men også meget store mængder af kalk (almindeligvis 30-45%) samt magnesiumoxid (2-10%). De almindelige råmaterialer, såsom slagge og forskellige typer stenmateriale, indeholder også mange urenheder, som i væsentlig grad begrænser den maksimale temperatur for deres anvendelse. Da det væsentligste råmateriale i glasfibrene er silica, er det økonomisk muligt at anvende forholdsvis rene materialer til glasfibrene. Mineraluldprodukterne kan imidlertid ikke på økonomisk måde fremstilles af rene bestanddele, såsom siliciumoxid, aluminiumoxid, magnesiumoxid og kalk, men må tværtimod af omkostningshensyn fremstilles af billige materialer, såsom slagge.

Selv om begge ender af temperaturspektret derfor er godt dækket med hensyn til udvalg af isolerende fibre, findes der ingen tilfredsstillende og økonomiske materialer til temperaturområder mellem den øvre og nedre ende af skalaen. De brugere, hvis temperaturfordringer kræver fibre, som er anvendelige i temperaturområdet fra 760°C til 1100°C, må således enten, give afkald på anvendelsen af fibre og gå over til en eller anden slags blokisolering, eller må anvende de dyre aluminiumsilicatfibre. Ikke blot er den sidstnævnte mulighed overdrevent dyr, men fibrene selv anvendes betydeligt under deres optimale brugsbetingelser, for de er faktisk bestemt til anvendelse et godt stykke over 1100°C.

Anvendelsestemperaturen for fibre bestemmes af tre parametre.

Den første er den indlysende betingelse, at fiberen ikke må smelte eller sintre ved den nærmere angivne temperatur. Det er dette kriterium, der udelukker anvendelsen af mange af glas- og mineraluldfibrene ved temperaturer over 650°C. For det andet må et filt eller en dug fremstillet af fibrene ikke undergå for vidtgående krympning ved dens- brugstemperatur. "For vidtgående krympning" defineres sædvanligvis ved et maksimum på 3% lineær krympning efter langvarig udsættel-

DK 158895 B

3 se (sædvanligvis i 24 timer) for brugstemperaturen. Krympning af måtter eller duge, der anvendes som ovnforinger og lignende, er selvsagt en kritisk omstændighed, for når måtterne eller dugene krymper, åbner der sig revner imellem dem, gennem hvilken varmen kan strømme, således at formålet med isoleringen modvirkes. Endelig er den tredje faktor, som bestemmer den maksimale temperatur, der kan anvendes, den devitrificeringsgrad (delvis eller fuldstændig krystallisation), som indtræder. Jo mere devitrificeret en fiber er, desto skørere bliver den, hvorved man mister en af hovedfordelene ved fibre og fibermåtter: deres fleksibilitet og elasticitet. En fiber klassificeret som en "870°C fiber" defineres således som en fiber, der ikke smelter eller sintrer, og som har acceptabel krympning og devitrificeringsgrad ved denne temperatur, men som begynder at tage skade med hensyn til en eller flere af standardparametrene ved temperaturer over 870°C.

Det er således klart, at der er et betydeligt behov for en klasse af tungtsmeltelige fibermaterialer, der har brugstemperaturer i området fra 760°C til 1100°C. Sådanne fibre ville finde vidtstrakt anvendelse i form af voluminøse masser, måtter eller duge som isolering til smelteovne, tørre- og brændingsovne og lignende, der drives i dette temperaturområde. De vil også være særlig nyttige som isolering til de i mange automobiler anvendte katalytiske lydpotter.

I USA-patentskrift nr. 2.046.764 er der beskrevet et overvejende aluminiumholdigt, selvbundet slibemateriale indeholdende aluminiumoxid, siliciumoxid, kalk og magnesiumoxid. Dette materiale, som skal anvendes til sådanne ting som slibeskiver og trædebelægninger på gulve, består af store krystaller af aluminiumoxid dispergeret gennem en forholdsvis glasagtig matrix af de andre oxider. I USA-patentskrift nr. 3.402.055 er der beskrevet glasfibre, der er anvendelige som forstærkende eller isolerende fibre, og som omfatter en større andel siliciumoxid og mindre mængder aluminiumoxid og magnesiumoxid. I USA-patentskrif t nr. 3.819.387 er der beskrevet hårde glasperler, der er bestemt til blæsning af overflader med henblik på rensning og slibning, samt til fremstilling af ekstra hårde plader og lignende. Denne komposition indeholder en overvejende andel af si-liciumoxid og små mængder af aluminiumoxid, kalk og magnesiumoxid samt andre oxider. Forholdet mellem siliciumoxid og aluminiumoxid er mindst 3:1. Dolo-mit kan anvendes til tilvejebringelse af kalk- og magnesiumoxidind-holdet. Af andre USA-patentskrifter, der beskriver tungtsmeltelige kompositioner indeholdende større eller mindre mængder af siliciumoxid, aluminiumoxid, magnesiumoxid og/eller kalk i forskellige kombi- 4

" DK 158895 B

nationer, kan der nævnes USA-patentskrifterne nr. 1.966.406, 1.466.407, 1.966.408, 1.818.506 og 2.599.184.

Den foreliggende opfindelse angår følgelig en tungtsmeltelig fiberkomposition, der er egnet til anvendelse til termisk isolering i temperaturområder fra 760°C til 1100°C, hvilken fiberkomposition er ejendommelig ved, at den indeholder 84 til 97 vægt-% i alt af siliciumoxid og aluminiumoxid, idet siliciumoxidet og aluminiumoxi-det er til stede i et vægtforhold mellem siliciumoxid og aluminiumoxid i området fra 3:2 til 1:1, og 3-16 vægt-% af en dolomitisk komponent omfattende brændt dolomit eller calciumoxid og magnesiumoxid.

Fra schweizisk patentskrift nr. 494.709 kendes ganske vist glasfibre, som indeholder siliciumoxid, aluminiumoxid og en dolomitisk komponent. Deri er forholdet mellem siliciumoxid og aluminiumoxid imidlertid fra 13,6:1 til 1,6:1,og aluminiumoxidmængden ligger fra 5-32 vægt-%, medens den i fiberkompositionen ifølge den foreliggende opfindelse ligger fra 33,6-48,5 vægt-%. Det har ifølge opfindelsen vist sig, at dette høje aluminiumoxidindhold er nødvendigt, for at man kan anvende fiberkompositionen i temperaturområdet 760-1100°C uden for vidtgående krympning, medens glasfibre med et lavere aluminiumoxidindhold som de i det nævnte schweiziske patentskrift omhandlede ikke er tilstrækkeligt krympningsbestandige i det nævnte temperaturområde, hvis de i det hele taget i øvrigt er egnede i dette temperaturområde.

Også fra czekoslovakisk patentskrift nr. 130.442 kendes glasfibre af den omhandlede art,_ men med en angivelig anvendelsestemperatur på 700-900°C. I disse glasfibre ligger forholdet mellem siliciumoxid og aluminiumoxid fra 2,4 til 4,3, og det maksimale aluminiumoxidindhold er 25 vægt-%,hvorfor de af de ovennævnte grunde heller ikke er egnede til anvendelse i temperaturområdet 760-1100°C til termisk isolering, idet krymningsbestandigheden er for ringe.

Den foreliggende opfindelse omhandler hidtil ukendte tungt-smeltelige fiberkompositioner, som ved ændringer i mængden af komponenterne kan anvendes til fremstilling af fibre, som er egnet til anvendelse til termisk isolering ved temperaturer på fra 760°C til 110Q°C. Forholdet mellem siliciumoxidet og aluminiumoxidet ligger fortrinsvis på ca. 5:4. Den dolomitiske komponent omfatter brændt dolomit eller kalk og magnesiumoxid, normalt i i det væsentlige lige store mængder.

5

DK 158895B

Vægtforholdet mellem siliciumoxidet og aluminiumoxidet bestemmes af fordringerne til fiberens termiske egenskaber og til produktionen.

Ved siliciumoxidindhold på over 3 dele siliciumoxid pr. 2 dele aluminiumoxid er fibrenes termiske egenskaber ikke tilfredsstillende.

Ved siliciumoxidindhold på mindre end 1 del siliciumoxid pr. 1 del aluminiumoxid nedsættes fiberproduktionshastigheden i for vidtgående grad.

Råmaterialerne til den omhandlede komposition kan være en vilkårligt egnet kilde for forholdsvis rent siliciumoxid, aluminiumoxid og dolomit (eller kalk og magnesiumoxid hver for sig). Alle disse materialer kan fås i handelen i mange forskellige former. Fysiske variable, såsom partikkelstørrelsen, kan vælger under hensyn til prisen, håndterbarheden og lignende forhold. Råmaterialernes renhed skal holdes på et forholdsvis højt niveau, således at højst ca. 1-2% urenheder i form af andre oxider, organiske materialer og lignende er til stede i den færdige fiber, da tilstedeværelsen af sådanne urenheder vil have skadelige virkninger på fiberens temperaturafpasning. Der kan fås en række materialer af passende renhed i handelen.

Der kan benyttes forskellige hensigtsmæssige udførelsesformer for fiberkompositionen ifølge opfindelsen som angivet i krav 2-8.

Opfindelsen angår desuden et måtteformet legeme af tungtsmel-telige fibre, hvilket legeme er ejendommeligt ved det i krav 9 og specielt det i krav 10 anførte.

Fiberen fremstilles i konventionelt fremstillingsapparatur for tungtsmeltelige fibre og under anvendelse af sædvanlige fremstillings-

DK 158895 B

6 metoder for tungtsmeltelige fibre. Den normale fremstilling vil foregå gennem smeltning i elektrisk ovn. De forskellige råmaterialer granuleres til en størrelse, der almindeligvis anvendes til smeltematerialer til tungtsmeltelige fibre, eller de kan indkøbes i en allerede således granuleret form. De granulerede råmaterialer sammenblandes og indføres i den elektriske ovn, hvori de smeltes ved elektrisk modstandssmeltning. Dannelsen af smelten kan foregå ved kontinuerlig eller chargevis smeltning,'men kontinuerlig smeltning foretrækkes dog i høj grad. Den smeltede oxidblanding føres derefter til fiberdannelsesorganer, såsom spindeorganer eller blæseorganer. En række forskellige typer for organer til fiberdannelse er velkendte og behøver ikke at beskrives her. De således dannede fibre har diametre af størrelsesordenen 0,5 til 10 mikron, idet den gennemsnitlige fiberdiameter er ca. 3,5 mikron, og længder på 0,5 til 20 cm. Efter fibrering kan fibrene opsamles som en løs upakket masse eller føres til særskilte apparater, som er beregnet til tildannelse af fibrene til måtter, duge og lignende strukturer. De hidtil almindeligvis anvendte fremgangsmåder til tildannelse af tilsvarende genstande af højtemperaturbestandige, tungtsmeltelige aluminiumsilicatfibre er fuldt ud egnet til anvendelse til fibrene ifølge den foreliggende opfindelse.

Typiske eksempler på kompositionen ifølge den foreliggende opfindelse er anført i nedenstående tabel: _Prøve_

A B C D

Komponenter, vægt-%

Siliciumoxid 54 52 50 47

Aluminiumoxid 43 42 40 37

Dolomit 3 6 10 16

Temperaturklassificering °C 1100 980 870 769 I*

Claims (10)

1. Tungtsmeltelig fiberkomposition, der er egnet til anvendelse til termisk isolering i temperaturområder fra 760°C til 1100°C, kendetegnet ved, at den indeholder 84-97 vægt-% i alt af siliciumoxid og aluminiumoxid, idet siliciumoxidet og aluminiumoxi-det er til stede i et vægtforhold mellem siliciumoxid og aluminiumoxid· i området fra 3:2 til 1:1, og 3-16 vægt-% af en dolomitisk komponent omfattende brændt dolomit eller calciumoxid og magnesiumoxid.

2. Tungtsmeltelig fiberkomposition ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den dolomitiske komponent omfatter brændt dolomit.

3. Tungtsmeltelig fiberkomposition ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den dolomitiske komponent omfatter kalk og magnesiumoxid.

4. Tungtsmeltelig fiberkomposition ifølge krav 1, kendetegnet ved, at siliciumoxidet og aluminiumoxidet er til stede i et vægtforhold på ca. 5 dele siliciumoxid pr. 4 dele aluminiumoxid.

5. Tungtsmeltelig fiberkomposition ifølge krav 1, der er egnet til anvendelse til termisk isolering ved en temperatur på ca. 1100°C, kendetegnet ved, at den indeholder ca. 54 vægt-% siliciumoxid, ca. 43 vægt-% aluminiumoxid og ca. 3 vægt-% brændt dolomit.

6. Tungtsmeltelig fiberkomposition ifølge krav 1, der er egnet til anvendelse til termisk isolering ved en temperatur på ca. 980°C, kendetegnet ved, at den indeholder ca. 52 vægt-% siliciumoxid, ca. 42 vægt-% aluminiumoxid og ca. 6 vægt-% brændt dolomit.

7. Tungtsmeltelig fiberkomposition ifølge krav 1, der er egnet til anvendelse til termisk isolering ved en temperatur på ca. 870°C, kendetegnet ved, at den indeholder ca. 50 vægt-% siliciumoxid, ca. 40 vægt-% aluminiumoxid og ca. 10 vægt-% brændt dolomit.

8. Tungtsmeltelig fiberkomposition ifølge krav 1, der er egnet til anvendelse til termisk isolering ved en temperatur på ca. 760°C, kendetegnet ved, at den indeholder ca. 47 vægt-% siliciumoxid, ca. 37 vægt-% aluminiumoxid og ca. 16 vægt-% brændt dolomit.

9. Måtteformet legeme af tungtsmeltelige fibre, kendetegnet ved, at det omfatter et flertal af fibre af sammensætningen ifølge krav 1.

10. Måtteformet legeme af tungtsmeltelige fibre, kendetegnet ved, at det omfatter et flertal af fibre af sammensætningen ifølge krav 7.