ES2202162T3 - Fibras solubles en solucion salina resistentes a las altas temperaturas. - Google Patents

Abstract

Una fibra con una temperatura máxima de empleo de 1200ºC o más que comprende: SiO2 > 64, 25% en peso CaO > 18% en peso MgO < 17% en peso y en la que la cantidad de MgO en % en moles es mayor que la cantidad de CaO en % en moles y en la que el exceso de SiO2 como se especifica no es mayor que 21, 8% en moles.

Description

Fibras solubles en solución salina resistentes a las altas temperaturas.

Esta invención se refiere a fibras solubles en solución salina resistentes a alta temperatura y en particular se refiere a fibras de silicato cálcico-magnésico.

Las fibras de silicato cálcico-magnésico se conocen por ejemplo a partir de los documentos WO89/12032, WO93/
15028 y WO94/15883.

El documento WO89/12032 describió en primer lugar una amplia gama de fibras solubles en solución salina ignífugas.

El documento WO93/15028 demostró que una de las clases de fibras del documento WO89/12032 se podía utilizar a temperaturas de hasta 1000ºC o más.

El documento WO94/15883 demostró que algunas de las fibras del documento WO93/15028 tenían temperaturas de empleo todavía más elevadas, hasta 1260ºC o más, y señaló que tales fibras necesitaban un exceso de SiO_{2} (definido como la cantidad de SiO_{2} que permanece después de la cristalización como silicatos de CaO, MgO y cualquier ZrO_{2}) mayor que 21,8% en moles.

El documento WO97/16386 aunque entra en la categoría general de fibras de silicato cálcico-magnésico se ocupó de fibras bajas en calcio para demostrar temperaturas de empleo de 1260ºC o más.

Está claro que hay zonas de los campos de composición de CaO-MgO-SiO_{2} y CaO-MgO-SiO_{2}-ZrO_{2} dentro de las cuales se pueden crear fibras que soportan alta temperatura y otras zonas donde no se puede.

Los solicitantes han descubierto ahora una nueva y reducida variedad de composiciones que son utilizables a temperaturas de 1200ºC o más e incluso a 1250ºC ó 1260ºC o más, y caen aún fuera del alcance de los documentos WO94/15883 y WO97/16386. Estas composiciones tienen preferentemente poco o nada de zircona.

En consecuencia, la presente invención proporciona una fibra que tiene una temperatura máxima de empleo de 1200ºC o más, en la cual la cantidad de MgO en % en moles es mayor que la cantidad de CaO en % en moles y la cual comprende:

SiO_{2} > 64,25% en peso

CaO > 18% en peso

MgO < 17% en peso.

Sin embargo, no se reivindican fibras que tengan un exceso de SiO_{2} como se ha especificado mayor que 21,8% en moles.

De las reivindicaciones adjuntas se hacen evidentes más características de la invención.

El dato del exceso de SiO_{2} se calcula mediante el tratamiento de todo el CaO como perteneciente al CaO.MgO.
2SiO_{2}; todo el ZrO_{2} como perteneciente al ZrO_{2}.SiO_{2}; y el MgO restante como perteneciente al MgO.SiO_{2}. Los solicitantes también suponen que cualquier Al_{2}O_{3} cristaliza como Al_{2}O_{3}.SiO_{2}. Cualquier SiO_{2} que quede se denomina exceso de SiO_{2}.

La invención se ilustra mediante un ejemplo descrito a continuación con referencia a los dibujos en los cuales:

La Fig. 1 es un gráfico que muestra la contracción lineal con la temperatura de mantas que comprenden las fibras A4-2 y A4-3 de la siguiente Tabla 1.

La Fig. 2 es un gráfico que muestra la contracción en altura de mantas que comprenden las fibras A4-2 y A4-3 de la siguiente Tabla 1.

La Fig. 3 es un gráfico que muestra la contracción de piezas en bruto producidas con las fibras A4-1, A4-2 y A4-3 de la siguiente Tabla 1.

La Tabla 1 muestra las composiciones sacadas de los documentos WO89/12032, WO93/15028, WO94/15883, y WO97/16386 junto con A4, una fibra de composición deseada que tiene la composición:

\newpage

SiO_{2} alrededor de 65% en peso

CaO alrededor de 19,5% en peso

MgO alrededor de 15,5% en peso

y A4-1, A4-2, y A4-3, que son muestras de fibras analizadas.

Las fibras sacadas de los datos del documento WO89/12032 (denominadas fibras Manville), del documento WO97/
16386 (denominadas fibras Unifrax) y de los documentos WO93/15028, WO94/15883 (todas las otras referencias en la Tabla 1 excepto A4 deseada, A4-1, A4-2 y A4-3) son aquellas para las cuales el exceso de SiO_{2} especificado es menor que 21,8% en moles y para las cuales la cantidad de MgO en % en moles es mayor que la cantidad de CaO en % en moles.

La fibra A4-1 se produjo como fibra a granel; la fibra A4-2 se produjo como manta tratada con agujas que tiene una densidad de 96 kg\cdotm^{-3} aproximadamente; y A4-3 se produjo como una manta tratada con agujas que tiene una densidad de 128 kg\cdotm^{-3} aproximadamente.

En la Tabla 1 se indican los datos de contracciones de los documentos indicados o, para las fibras A4-1, A4-2, y A4-3, de medidas de la contracción de piezas en bruto formadas a vacío, de las fibras indicadas.

(Tabla pasa a página siguiente)

1

2

3

Se puede ver que las fibras de acuerdo con la presente invención muestran una contracción menor a 1260ºC que la de las fibras extraídas, aparte de la fibra Unifrax 42 que tiene una composición radicalmente diferente.

En las figuras 1-3, los gráficos muestran las características de contracción de las fibras A4-1, A4-2, y A4-3 después de 24 horas de exposición a las temperaturas indicadas. Se puede ver que las fibras son utilizables fácilmente a temperaturas de 1200ºC o más.

La siguiente Tabla 2 muestra los resultados de los ensayos de solubilidad en las fibras en solución salina fisiológica que indican que las fibras son solubles en fluidos corporales. (Véase el documento WO94/15883 para una discusión de los métodos de medida de la solubilidad). Se indican pares de resultados para ensayos separados de cada muestra así como una solubilidad media total.

TABLA 2

Tipo de fibra	Solubilidad (ppm)
	CaO	MgO	SiO_{2}	Total	Media total
A4-1	102	115	171	388	383
	105	110	162	377
A4-2	105	116	172	393	395
	114	117	166	397
A4-3	114	123	166	403	411
	114	128	177	419

Un intervalo típico de composiciones para las fibras de la presente invención sería

SiO_{2} 65 \pm 0,5% en peso

CaO 20 \pm 0,5% en peso

MgO 15 \pm 0,5% en peso

Se hicieron más ensayos en fibras que tienen la composición de la invención de SiO_{2} 65%, CaO 19,5%, MgO 15,5% en comparación con Superwool 607™, una fibra que tiene la composición nominal (en peso) de SiO_{2} 65%, CaO 29,5%, MgO 5,5%, y Al_{2}O_{3} < 1%; Superwool 612™, una fibra que tiene la composición nominal (en peso) de SiO_{2} 64,5%, CaO 17%, MgO 13,5%, ZrO_{2} 5%; y fibra cerámica refractaria que tiene la composición nominal SiO_{2} 56%, Al_{2}O_{3} 44%.

El primer ensayo tenía como objetivo indicar la cantidad de polvo que se podría liberar durante el manejo. El ensayo comprendió la determinación de la cantidad de polvo presente en una muestra de manta hecha de las respectivas fibras. Las muestras de manta se hicieron vibrar en un agitador con tamiz vibratorio Fritsch Analysette del tipo 3010, que se fijó a una frecuencia de 3000 Hz y a una amplitud vertical de 0,5 mm. El aparato se equipó con un tamiz de
1,6 mm y un recipiente. En el método del ensayo una muestra de manta de 135 mm x 135 mm se colocó en el tamiz y se hizo vibrar durante 10 minutos. El material recogido en el recipiente se pesó y se expresó como un porcentaje del peso inicial de la muestra. Los resultados fueron los que se indican a continuación:

Material de la fibra	Porcentaje de polvo liberado
Superwool 607™	0,16%
Material de la invención	0,18%
Fibra cerámica refractaria	0,25%
Superwool 612™	0,36%

De esto se puede ver que la fibra inventada es comparable por la baja formación de polvo a la fibra Superwool 607™.

El segundo ensayo realizado fue mirar el comportamiento de contracción de una manta formada por la fibra de la invención y el de las dos fibras Superwool™ a temperaturas altas. Las muestras de manta se sometieron a temperaturas especificadas durante periodos de 24 horas y se midió su contracción lineal. Los resultados se indican a continuación en la Tabla 3:

TABLA 3

	Temperatura
Muestra	1050ºC	1110ºC	1150ºC	1200ºC	1250ºC	1300ºC
Fibra de la invención	0,8	0,6	1,0	1,0	1,5	4,2
Superwool 612^{TM}	0,7	1,0	1,1	1,7	1,8	12,1
Superwool 607^{TM}	0,4	0,4	0,5	0,6	4,8	7,8

Esto demuestra que la fibra de la invención es comparable en comportamiento con ambas fibras Superwool™ hasta 1200ºC. A 1250ºC la fibra Superwool 607™ muestra una contracción del 4,8% (que sería considerada como una contracción demasiado alta para la mayoría de las aplicaciones). A 1300ºC la fibra de la invención aunque muestra todavía una contracción alta del 4,2% es la mejor de las tres fibras ensayadas.

Se realizaron más series de ensayos para producir fibras a escala de producción y las composiciones de las fibras obtenidas fueron como se expone en la siguiente Tabla 4. Todas mostraron una baja contracción a 1250ºC (las contracciones se midieron por métodos diferentes a los de la Tabla 1, y no son comparables directamente). En combinación con los resultados de la Tabla 1, esto indica muestras de características utilizables que tienen composiciones que consisten esencialmente en (en % en peso):

CaO	18,7 a 20,2
MgO	14,47 a 15,9
SiO_{2}	64,5 a 65,1
Al_{2}O_{3}	0 a 0,56

Por lo tanto, las fibras de la presente invención tienen una solubilidad alta (que se desea para permitir que las fibras se eliminen del cuerpo rápidamente); una baja formación de polvo (que se desea para reducir la cantidad de fibra que se puede inhalar); y buenas características a alta temperatura.

(Tabla pasa a página siguiente)

4

Claims (13)

1. Una fibra con una temperatura máxima de empleo de 1200ºC o más que comprende:

SiO_{2} > 64,25% en peso

CaO > 18% en peso

MgO < 17% en peso

y en la que la cantidad de MgO en % en moles es mayor que la cantidad de CaO en % en moles y en la que el exceso de SiO_{2} como se especifica no es mayor que 21,8% en moles.

2. Una fibra de acuerdo con la reivindicación 1 y que comprende:

CaO < 21% en peso.

3. Una fibra de acuerdo con la reivindicación 2 y que comprende:

CaO < 20,5% en peso.

4. Una fibra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 y que comprende:

CaO > 19% en peso.

5. Una fibra de acuerdo con la reivindicación 4 y que comprende:

CaO > 19,5% en peso.

6. Una fibra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 y que comprende:

MgO > 14,25% en peso.

7. Una fibra de acuerdo con la reivindicación 6 y que comprende:

MgO > 14,75% en peso.

8. Una fibra de acuerdo con la reivindicación 7 y que comprende:

MgO > 15,25% en peso.

9. Una fibra de acuerdo con cualquier reivindicación precedente y que comprende:

MgO < 16% en peso.

10. Una fibra de acuerdo con cualquier reivindicación precedente y que comprende:

SiO_{2} 65 \pm 0,5% en peso

CaO 20 \pm 0,5% en peso

MgO 15 \pm 0,5% en peso.

11. Una fibra de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y que comprende:

SiO_{2} 64,5 - 64,7% en peso

CaO 19,5 - 20,2% en peso

MgO 15,5 - 15,6% en peso.

12. Una fibra de acuerdo con cualquier reivindicación precedente y que comprende:

SiO_{2} alrededor de 65% en peso

CaO alrededor de 19,5% en peso

MgO alrededor de 15,5% en peso.

13. Una fibra de acuerdo con cualquier reivindicación precedente y que consiste esencialmente en:

CaO 18,7 a 20,2% en peso

MgO 14,47 a 15,9% en peso

SiO_{2} 64,5 a 65,1% en peso

Al_{2}O_{3} 0 a 0,56% en peso.