JP2014500409A - 無機繊維 - Google Patents
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Abstract
主繊維成分としてカルシア、アルミナ、ポタシア、および任意でソディアを含む無機繊維を提供する。また、この無機繊維の調製方法、およびこの無機繊維を含む断熱材を使用した断熱物品も提供する。本無機繊維は生理食塩水に可溶性であり、結晶性シリカを形成せず、また１２６０℃以上の温度に耐える。
【選択図】図１
【選択図】図１
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関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２０１０年１１月１６日に出願された米国特許仮出願第６１／４１４，１４３号の出願日の利益を主張するものであり、それを参照することにより本願に組み込まれる。
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２０１０年１１月１６日に出願された米国特許仮出願第６１／４１４，１４３号の出願日の利益を主張するものであり、それを参照することにより本願に組み込まれる。
断熱、電気絶縁、または防音材料として有用であり、かつ使用温度が１２６０℃以上である高温耐性無機繊維を提供する。高温耐性無機繊維は、容易に製造でき、使用温度に長時間暴露した後の低収縮性を示し、使用温度への暴露後も良好な機械的強度を保持し、かつ生理液中で可溶性である。
絶縁材産業は、生理液中で非耐久性である繊維、すなわち低い生体内持続性を示す繊維組成物を、断熱および防音用途に使用することが望ましいと判断している。候補材料は提案されているものの、これらの材料の使用温度限界は、ガラス質繊維およびセラミック繊維を含む高温耐性繊維を使用する多くの用途に適応するには十分に高くない。生理学的媒体中で非耐久性または分解可能である、ガラス質繊維材料群に属する多くの組成物が提案されている。
また、高温耐性繊維は、予測される暴露温度において、また、所期の使用温度への長時間または連続した暴露後に、絶縁される物品に有効な熱防御を与えるよう、最低の線収縮も示さなければならない。
断熱で使用される繊維に重要である収縮特性によって表されるような温度耐性に加えて、これらの繊維は、使用または供給温度への暴露中および暴露後に機械的強度特性を有して、繊維が使用中にその構造的一体性および断熱特性を維持し得るようにすることも必要である。
繊維の機械的一体性の１つの特性は、そのアフターサービス脆化性である。繊維は、脆いほど、すなわち、粉末に破壊または崩壊し易いほど、機械的一体性は低い。一般に、高温耐性と生理液中での非耐久性の双方を示す無機繊維は、比較的高いアフターサービス脆化性も示す。この結果として、繊維はその断熱目的を達成するのに必要な構造を提供することのできる強度、又は機械的一体性を使用温度への暴露後に欠くこととなる。
従って、所望の成分からなる、繊維形成性溶融物から容易に製造でき、１１００℃以上の供給温度への暴露中および暴露後に低収縮性を示し、所期の使用温度への暴露後に低い脆性を示し、かつ１１００℃以上の使用温度への暴露後に機械的一体性を維持する、改良された無機繊維組成物を製造することがまだ望ましい。
断熱、電気絶縁、または防音材料として有用な、高温耐性無機繊維を開示する。高温耐性無機繊維は、容易に製造でき、使用温度に長時間暴露した後の低収縮性を示し、使用温度への暴露後も良好な機械的強度を保持し、かつ生理液中で可溶性（すなわち、非生体内持続性）である。
無機繊維の使用温度は１２６０℃以上である。高温耐性無機繊維は、模擬肺液などの模擬生理液に可溶性であり、かつ結晶性シリカを形成しない。
無機繊維は、カルシア、アルミナ、およびポタシアの繊維化製品を含む。ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、カルシア、アルミナ、ポタシア、およびソディア（ｓｏｄｉａ）の繊維化製品を含む。
また、無機繊維の製造方法も提供し、この方法は、カルシア、アルミナ、およびポタシアを含む成分を有する溶融物を形成すること、および溶融物から繊維を製造することを含む。
ある実施形態によれば、無機繊維の製造方法は、カルシア、アルミナ、ポタシア、およびソディアを含有する成分を有する溶融物を形成すること、および、溶融物から繊維を製造することを含む。
さらに、断熱材料または物品を提供する。断熱材料または物品は、カルシア、アルミナ、およびポタシアの繊維化製品を含有する複数の無機繊維類を含む。
ある例示的実施形態によれば、断熱材料または物品は、カルシア、アルミナ、ポタシアおよびソディアの繊維化製品を含有する複数の無機繊維類を含む。
さらに、物品の断熱方法を提供する。物品の断熱方法は、断熱すべき物品の上、中、近くまたは周辺に、カルシア、アルミナ、およびポタシアの繊維化製品を含む複数の無機繊維を含有する断熱材料、または物品を配置することを含む。
ある例示的な実施形態によれば、物品の断熱方法は、断熱すべき物品の上、中、近くまたは周辺に、カルシア、アルミナ、ポタシア、およびソディアの繊維化製品を含む複数の無機繊維を含有する断熱材料、または物品を配置することを含む。
無機繊維から調製された断熱材料は、１２６０℃以上の連続供給または使用温度を示す点において耐熱性である。
無機繊維は、生理液中で非耐久性または非生体内持続性である。生理液中で「非耐久性」または「非生体内持続性」とは、生体外試験中に、無機繊維が少なくとも部分的に、模擬肺液などのそのような液中で溶解または分解することを意味する。
耐久性試験は、ヒトの肺内で見出される温度および化学的条件を模した条件下で、繊維から質量が損失する速度（ｎｇ／ｃｍ2−ｈｒ）を測定する。特に、本明細書で論じる繊維は、ｐＨ４．５に酸性化した模擬肺液に高可溶性である。この溶液は、肺胞マクロファージ内における酸性の化学的環境を示すと考えられている。したがって、高酸溶性の繊維は分解し、マクロファージに媒介される溶解プロセスを介して肺から除去されうる。繊維溶解の先行研究で、酸性ｐＨ繊維溶解試験を論じている（Ｍ．Ｇｕｌｄｂｅｒｇ，ｅｔ ａｌ．，“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎ−Ｖｉｔｒｏ Ｆｉｂｒｅ Ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｒａｔｅ ａｔ Ａｃｉｄｉｃ ｐＨ”，Ａｎｎａｌｓ ｏｆ Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ Ｈｙｇｉｅｎｅ，Ｖ．４２，Ｎｏ．４，ｐｐ ２３３−２４４，１９９８）。
ｐＨ４．５に酸性化した肺液中の繊維の溶解速度を測定するために、約０．１ｇの繊維を、３７℃に暖められた模擬肺液を含有する、５０ｍｌの遠心管内に設置する。次にこれを振とう培養器内に６時間設置し、毎分１００サイクル数で撹拌する。実験の最後に、管を遠心分離にかけ、溶液を６０ｍｌの注射器に注入する。次に溶液を０．４５μｍのろ過器に通過させ、すべての粒子を除去し、誘導結合高周波プラズマ分光分析を用いてガラス成分を試験した。試験は中性に近いｐＨ溶液または酸性溶液のいずれかを使用してよい。特定の溶解速度の基準は存在しないが、１００ｎｇ／ｃｍ２ ｈｒを超える溶解値の繊維は、非生体内持続性繊維であることを示していると見なされる。
また、無機繊維は、初期の使用温度での収縮率も試験する。無機繊維の集合体を好適な試験パッドに成形する。無機繊維の試験パッドの長さおよび幅寸法（典型的には３×５インチ）は、キャリパーによって測定する。試験パッドの長さおよび幅寸法を計測後、パッドを炉に設置する。試験炉の温度を所望の試験温度へと上げ、実質的にこの温度で一定の時間保持する。試験炉内にて、試験パッドを所望の温度で所望の一定時間加熱後、試験パッドを試験炉から除去して、試験炉内での加熱に対して生じた寸法の変化を判断するため、試験パッドの長さおよび幅寸法をもう一度測定する。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、上記の試験方法により判断されるように、１２６０℃の使用温度への２４時間の暴露に対して、約５％未満の線収縮を示す。
使用温度への暴露後に無機繊維が機械強度を保持する能力を、圧縮回復検査によって評価した。圧縮回復性とは、繊維を所望の使用温度へ一定時間暴露すること対しての、無機繊維の機械的性能の尺度である。圧縮回復性は、無機繊維材料から製造した試験パッドを、選択される時間で試験温度まで焼成することにより測定する。その後、焼成した試験パッドを元の厚みの半分まで圧縮し、回復させる。パッドの圧縮厚みの回復率として、回復量を測定する。１２６０℃の使用温度への２４時間の暴露後に、圧縮回復性を測定した。ある例示的な実施形態によれば、無機繊維から製造した試験パッドは、少なくとも１０％の圧縮回復性を示す。他の例示的な実施形態によれば、無機繊維から製造した試験パッドは、約１０〜約２０％の圧縮回復性を示す。さらなる例示的な実施形態によれば、無機繊維から製造した試験パッドは、約１１〜約１７％の圧縮回復率を示す。
無機繊維は結晶性シリカを形成しない。繊維のこの態様は、不十分なＳｉＯ2が存在して結晶性シリカの形成を確実にすることで制御する。本件においてはＳｉＯ2の量は１５質量％未満に制限され、典型的には、ＳｉＯ2の量は１０質量％未満である。繊維が加熱されると、任意のＳｉＯ2は、他の繊維成分（例えば、ムル石またはウォラソナイト（ｗｏｌｌａｓｏｎｉｔｅ））と結合して、典型的には結晶質生成物を形成する。ＳｉＯ2が過剰に存在しない限り、結晶性シリカはいっさい形成されない。さらに、本件の繊維中に結晶性シリカが存在しないことが、熱処理した繊維のＸ線回折分析により確認されたが、これは、いかなる形態の結晶性シリカも存在しないということを示している。
非限定的かつ単なる例として、無機繊維に含められるアルカリ金属酸化物は、ポタシア、ソディア、またはポタシアとソディアとの混合物を含む。ある実施形態によれば、繊維化製品は、最大約３５質量％のポスタシア（ｐｏｓｔａｓｓｉａ）、またはポタシアとソディアとの組み合わせを含むことができる。他の実施形態によれば、繊維化製品は、最大約２０質量％のポスタシア、またはポタシアとソディアとの組み合わせを含むことができる。
ある例示的な実施形態によれば、高温耐性無機繊維は、カルシア、アルミナ、ポタシア、およびボリアを含む原材料の溶融物の繊維化製品を含む。
ある例示的な実施形態によれば、高温耐性無機繊維は、カルシア、アルミナ、ソディア、およびボリアを含む原材料の溶融物の繊維化製品を含む。
ある例示的な実施形態によれば、高温耐性無機繊維は、カルシア、アルミナ、ポタシア、ソディア、およびボリアを含む原材料の溶融物の繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約９０質量％のアルミナ、およびポタシアの繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約９０質量％のアルミナ、およびソディアの繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約９０質量％のアルミナ、ポタシア、およびソディアの繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約９０質量％のアルミナ、およびポタシア、質量で１５質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約９０質量％のアルミナ、ソディア、およびで１５質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約９０質量％のアルミナ、ポタシア、およびソディア、質量で１５質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約９０質量％のアルミナ、およびポタシア、質量で１０質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約９０質量％のアルミナ、ソディア、および質量で１０質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約９０質量％のアルミナ、ポタシア、およびソディア、質量で１０質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約２０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約８０質量％のアルミナ、およびポタシアの繊維化製品を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約２０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約８０質量％のアルミナ、およびソディアの繊維化製品を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約２０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約８０質量％のアルミナ、ポタシア、およびソディアの繊維化製品を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約２０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約８０質量％のアルミナ、およびポタシアを含み、本繊維は１５質量％以下のＳｉＯ２を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約２０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約８０質量％のアルミナ、ソディアを含み、本繊維は１０質量％以下のＳｉＯ２を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約２０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約８０質量％のアルミナ、ポタシア、およびソディアを含み、本繊維は１０質量％以下のＳｉＯ２を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約３０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約７０質量％のアルミナ、およびポタシアの繊維化製品を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約３０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約７０質量％のアルミナ、およびソディアの繊維化製品を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約３０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約７０質量％のアルミナ、ポタシア、およびソディアの繊維化製品を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約３０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約７０質量％のアルミナ、およびポタシアを含み、本繊維は１５質量％以下のＳｉＯ２を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約３０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約７０質量％のアルミナ、ソディアを含み、本繊維は１０質量％以下のＳｉＯ２を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約３０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約７０質量％のアルミナ、ポタシア、およびソディアを含み、本繊維は１０質量％以下のＳｉＯ２を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約４０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約６０質量％のアルミナ、およびポタシアの繊維化製品を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約４０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約６０質量％のアルミナ、およびソディアの繊維化製品を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約４０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約６０質量％のアルミナ、ポタシア、およびソディアの繊維化製品を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約４０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約６０質量％のアルミナ、およびポタシアを含み、本繊維は１５質量％以下のＳｉＯ２を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約４０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約６０質量％のアルミナ、ソディアを含み、本繊維は１０質量％以下のＳｉＯ２を含む。
他の例示的実施形態によれば、無機繊維は、約４０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約６０質量％のアルミナ、ポタシア、およびソディアを含み、本繊維は１０質量％以下のＳｉＯ２を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約６０質量％〜約９０質量％のアルミナ、および最大約２０質量％のポタシアの繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約６０質量％〜約９０質量％のアルミナ、および最大約２０質量％のソディアの繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約６０質量％〜約９０質量％のアルミナ、および最大約２０質量％のポタシアとソディアとの組み合わせの繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約６０質量％〜約９０質量％のアルミナ、および最大２０質量％のポタシアおよびソディア、ならびに約１５質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約６０質量％〜約９０質量％のアルミナ、最大２０質量％のポタシアおよびソディア、ならびに約１０質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
ある例示的な実施形態によれば、無機繊維は、約２０質量％〜約３５質量％のカルシア、約６０質量％〜約７０質量％のアルミナ、約５〜約１０質量％のポタシア、ならびに約１５質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
ある例示的実施形態によれば、無機繊維は、約２０質量％〜約３５質量％のカルシア、約６０質量％〜約７０質量％のアルミナ、約５〜約１０質量％のソディア、ならびに約１５質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
ある例示的な実施形態によれば、無機繊維は、約２０質量％〜約３５質量％のカルシア、約６０質量％〜約７０質量％のアルミナ、約５〜約１０質量％のポタシアとソディアとの組み合わせ、および約１５質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
ある例示的な実施形態によれば、無機繊維は、約２０質量％〜約３５質量％のカルシア、約６０質量％〜約７０質量％のアルミナ、約５〜約１０質量％のポタシア、ならびに約１０質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
ある例示的な実施形態によれば、無機繊維は、約２０質量％〜約３５質量％のカルシア、約６０質量％〜約７０質量％のアルミナ、約５〜約１０質量％のソディアの組み合わせ、および約１０質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
ある例示的な実施形態によれば、無機繊維は、約２０質量％〜約３５質量％のカルシア、約６０質量％〜約７０質量％のアルミナ、約５〜約１０質量％のポタシアとソディアとの組み合わせ、および約１０質量％以下のＳｉＯ2の繊維化製品を含む。
ある例示的な実施形態によれば、五酸化リンのコーティングを、繊維化の際に、または無機繊維ブランケットの表面に適用してよい。
無機繊維を調整できる繊維化学反応の例示的実施例には以下が含まれる。
− 約１８質量％のカルシア、約７２質量％のアルミナ、および約１０質量％のポタシア。
− 約２７質量％のカルシア、約６３質量％のアルミナ、および約１０質量％のポタシア。
− 約３６質量％のカルシア、約５４質量％のアルミナ、および約１０質量％のポタシア。
− 約４５質量％のカルシア、約４５質量％のアルミナ、および約１０質量％のポタシア、ならびに
− 約１８質量％のカルシア、約７２質量％のアルミナ、および約１０質量％のポタシア。
− 約２７質量％のカルシア、約６３質量％のアルミナ、および約１０質量％のポタシア。
− 約３６質量％のカルシア、約５４質量％のアルミナ、および約１０質量％のポタシア。
− 約４５質量％のカルシア、約４５質量％のアルミナ、および約１０質量％のポタシア、ならびに
ある実施形態によれば、カルシア、アルミナ、ポタシアおよび／またはソディアの繊維化製品は、６０質量％超のアルミナから調製され、５質量％以下のシリカ不純物を含み、かつ１２６０℃の温度への２４時間の暴露後に１０％以下の線収縮を示す。
維溶融物の原材料は、必要な化学的性質および純度を供しうる、任意の好適な供給源から得ることができる。非限定的に、酸化カルシウムの好適な供給源には、所望の比率のＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3、石灰、石灰石、および生石灰を有するアルミン酸カルシウムセメントがある。非限定的に、アルミナの好適な供給源は、必要な純度を有し、かつ必要に応じて、ＣａＯを含む材料とブレンドして所望の化学的性質を実現することができる。
カルシアおよびアルミナに加えて、無機繊維は最大約１０質量％の不純物を含んでよい。このような不純物には、酸化鉄類がある。酸化鉄の不純物が、出発原材料からの繊維化溶融物中に存在する場合、これらは一般的に、Ｆｅ2Ｏ3として計算される、約１質量％以下の量で存在する。
無機繊維の不純物は、繊維の全質量を基準にして、最大１０質量％のシリカ不純物を含んでよい。しかしながら、ある実施形態においては、繊維は約４質量％未満のシリカを、またはさらには約２質量％以下程度の少ないシリカを含んでもよい。
無機繊維の線収縮は、特定の連続供給温度または使用温度における、繊維の高温耐性、またはその性能の良好な尺度である。繊維は、１２６０℃で２４時間の供給温度への暴露後に、２０％以下の線収縮を示す。従って、繊維は、少なくとも１２６０℃以上の連続供給温度または使用温度における断熱用途に有用である。さらに、１４００℃以上の温度に暴露されるまでは、繊維は溶けないということが見出された。
模擬生理液中で非耐久性であり、かつ低収縮性を示す、高温耐性無機繊維の調整方法も提供する。無機繊維の形成方法は、カルシア、アルミナ、ポタシア、および任意でソディアを含む成分の材料溶融物を形成することと、この成分の溶融物から繊維を形成することとを含む。無機繊維は、標準の溶融紡糸または繊維吹込み成形法により、成分の溶融物から製造することができる。代替の実施形態によれば、無機繊維の形成方法は、カルシア、アルミナ、ポタシア、ならびに任意でソディアおよびボリアを含む成分の材料溶融物を形成することと、成分の溶融物から繊維を形成することとを含む。
ある実施形態によれば、無機繊維の形成方法は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜９０質量％のアルミナ、ならびに最大約１０質量％のポタシアおよび任意でソディア、ならびにかつ、成分の溶融物から繊維を形成することを含む。
他の実施形態によれば、無機繊維の形成方法は、約２０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約８０質量％のアルミナ、およびポタシア、ならびに任意でソディアを含む、成分の材料溶融物を形成することを含む。
他の実施形態によれば、無機繊維の形成方法は、約３０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約７０質量％のアルミナ、およびポタシア、ならびに任意でソディアを含む、成分の材料溶融物を形成することを含む。
他の実施形態によれば、無機繊維の形成方法は、約４０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約６０質量％のアルミナ、およびポタシア、ならびに任意でソディアを含む、成分の材料溶融物を形成することを含む。
成分の溶融物の粘度は、任意に、粘度調整剤を存在させることにより、所望の用途において必要とする繊維化を達成するように十分な量で調整し得る。粘度調整剤は、溶融物の主成分を供給する原材料中に存在することができ、あるいは、少なくとも、部分的に、別個に添加することができる。原材料の所望の粒度は、炉の大きさ、注入速度、溶融温度、滞留時間等を含む炉条件によって決定する。
上述の通り、無機繊維は繊維吹込み成形または繊維紡糸法により調製できる。好適な繊維吹込み成形法は、カルシア、アルミナ、およびポタシア、ならびに任意でソディアを共に含む出発原材料を混合して成分の材料混合物を形成するステップ、成分の材料混合物を好適な入れ物または容器に導入するステップ、成分の材料混合物を溶解して好適なノズルを通して排出するステップ、ならびに高圧ガスを、溶解した成分の材料混合物が排出される流れに吹き付けて、無機繊維を形成するステップ、を含む。
好適な繊維紡糸法は、出発原材料を共に混合して、成分の材料混合物を形成するステップ、成分の材料混合物を好適な容器またはコンテナに導入するステップ、および成分の材料混合物を溶解して好適なノズルを通して紡ぎ車上に排出するステップを含む。続いて、車コーティングし、求心力を通じて投じられ、それにより、好適なアキュムレータまたはコレクターに収集される繊維を形成して、車の上に溶解した流れをカスケードする。
また、無機繊維を含む断熱材料を使用した、物品の断熱方法も提供する。物品の断熱方法は、断熱すべき物品の上、中、近くまたは周辺に、複数の無機繊維から製造される断熱材料を配置することを含む。断熱材料に含まれる無機繊維は、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約９０質量％のアルミナ、および最大約１０質量％のポタシア、ならびに任意でソディアの繊維化製品を含むものである。
ある実施形態によれば、断熱材料に含まれる無機繊維は、約２０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約８０質量％のアルミナ、およびポタシア、ならびに任意でソディアを含む繊維である。
ある実施形態によれば、断熱材料に含まれる無機繊維は、約３０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約７０質量％のアルミナ、およびポタシア、ならびに任意でソディアを含む繊維である。
ある実施形態によれば、断熱材料に含まれる無機繊維は、約４０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約６０質量％のアルミナ、およびポタシア、ならびに任意でソディアを含む繊維である。
無機繊維を含む断熱材は、標準のミネラルウールまたは耐熱性セラミック繊維の代替品として、断熱用途に利用することができる。無機繊維を含む断熱材料は、１１００℃以上の耐熱性を必要とする断熱用途に利用することができる。さらに、無機繊維を含む断熱材料は、１２６０℃以上の耐熱性を必要とする断熱用途に利用することができる。非限定的に、無機繊維を含む断熱材は、化学処理、石油精製、セラミック加工、ガラス加工、金属の生産および加工産業において、また、自動車、航空宇宙、電気器具、および防火産業において、炉などの断熱する加熱容器に利用することができる。
無機繊維は、バルク繊維の形態で提供することができる。さらに、無機繊維は、多岐にわたる防音、電気絶縁、もしくは断熱物品または製品に組み込むことができる。非限定的に、例えば、無機繊維は、ニードルおよびスティッチブランケットを含むブランケット、板、ブレード、布、膨張性紙、非膨張性紙、布地、フェルト、注型材、モジュール、結合モジュール、マット、充填材、ロープ、テープ、スリーブ、真空注型材、織布、高温耐性コーキング材、セメント、コーティング材、モルタルを含む作用可能な組成物、ポンプ可能な組成物、パテ、ならびに成形可能な組成物を含む高温耐性繊維に加工することができる。
無機繊維の例示的実施形態の特定の特性をさらに説明するため、以下の実施例を記載する。しかしながら、実施例は、繊維、繊維含有物品、またはそれらの断熱材としてのいなかる製造もしくは使用方法を限定するものと解釈されるべきではない。
例示的な無機繊維は、下記の表Ｉに記載される成分の溶融物から繊維化された。
〔表Ｉ〕
〔表Ｉ（続き）〕
ＮＣ−リン酸塩コーティングなし
ＢＣ−ブローコーティングによりリン酸塩を塗布した
Ｓ−リン酸塩を吹き付け噴射で塗布した
〔表Ｉ〕
ＢＣ−ブローコーティングによりリン酸塩を塗布した
Ｓ−リン酸塩を吹き付け噴射で塗布した
下記表ＩＩに示す、蛍光Ｘ線法により測定した、表Ｉの繊維の組成。
〔表ＩＩ〕
〔表ＩＩ（続き）〕
〔表ＩＩ（続き）〕
〔表ＩＩ〕
上記表Ｉの繊維の組成は、下記表ＩＩＩに記載される、以下の収縮、溶解率、および圧縮回復を示した。
〔表ＩＩＩ〕
〔表ＩＩＩ（続き）〕
〔表ＩＩＩ（続き）〕
〔表ＩＩＩ〕
図１は、様々な量のシリカおよびアルミナに対する、カルシア、アルミナおよびアルカリ金属酸化物繊維の収縮率パーセントを示すグラフである。図１に図示されるすべての試料は、コーティングされていない。１０質量％超のシリカ、および５０質量％未満のアルミナを含む試料は、一般に高い収縮率を示した。また、約４８〜約５６質量％のアルミナを含む試料も、一般に高い収縮率を示した。
図２は、様々な量のアルミナに対する、五酸化リンでコーティングした、カルシア、アルミナおよびアルカリ金属酸化物繊維の収縮率のパーセントを示すグラフである。試料は繊維化の時点でコーティングされている。図に図示される通り、五酸化リンのコーティングは、一般に、高アルミナ含有繊維の収縮率の改善をもたらした
図３は、様々な量のアルミナに対する、五酸化リンでコーティングした、カルシア、アルミナおよびアルカリ金属酸化物繊維ブランケットの収縮率のパーセントを示すグラフである。試料は、ブランケットの表面のみをコーティングした。図に図示される通り、五酸化リンのコーティングは、一般に、高アルミナ含有繊維の収縮率の改善をもたらした。
図４は、様々な量のポタシア、および比較的少量のシリカを含む、コーティングしていない、カルシア、アルミナ、およびアルカリ金属酸化物繊維の収縮率のパーセントを示すグラフである。図４に図示される通り、１０質量％未満のシリカを含む、未コーティング試料中のポタシア量の増加は、一般に、収縮能力に影響を及ぼさなかった。
図５は、様々な量のアルミナ、および比較的少量のシリカを含む、コーティングしていない、カルシア、アルミナ、およびアルカリ金属酸化物繊維の融点を示すグラフである。図５に図示されるように、１０質量％未満のシリカを含む、未コーティング試料中のアルミナ量の増加は、一般に、無機繊維組成物の融点を上昇させた。
ソディアおよびポタシアなどの束は、断熱材を溶解し、かつ耐熱性セラミック繊維断熱材の断熱性能を含む、従来のアルミノケイ酸塩耐熱性セラミック繊維断熱材に反応する。明細書で開示される無機繊維から調整される断熱材料は、一般的に産業用炉で遭遇する束に対して耐熱性である。
無機繊維組成物、無機繊維組成物の生産方法、物品を含む様々な無機繊維、および物品の断熱方法を、特定の例示的な実施形態に関して、上記で説明したが、本明細書に記載された実施形態から逸脱することなく、他の類似する実施形態を使用し、また、記載された実施形態に変更および付加を施して、同一の機能の実施が可能であるということが理解されるべきである。さらに、様々な実施形態を組み合わせることで、または除外することで、所望の特性を提供することが可能であるため、開示されたすべての実施形態は、必ずしも代替の実施形態において必要ではない。本発明の精神および範囲を逸脱することなく、当業者は変形例を作成することができる。従って、無機繊維組成物、無機繊維組成物の生産方法、物品を含む様々な無機繊維、および物品の断熱方法は、いかなる単一の実施形態に制限されるべきものではなく、添付された特許請求の範囲の説明に従った広がりと範囲において解釈されるべきものである。
Claims (26)
- 約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約９０質量％のアルミナ、ポタシア、および／またはソディアの繊維化製品を含む無機繊維であって、１５質量％以下のシリカを含む、無機繊維。
- 約２０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約８０質量％のアルミナ、ポタシア、および／またはソディアの繊維化製品を含む、請求項１に記載の無機繊維。
- 約３０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約７０質量％のアルミナ、ポタシア、および／またはソディアの繊維化製品を含む、請求項２に記載の無機繊維。
- 約４０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約６０質量％のアルミナ、ポタシア、および／またはソディアの繊維化製品を含む、請求項３に記載の無機繊維。
- 約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約６０質量％〜約９０質量％のアルミナ、ならびに最大２０質量％のポタシアおよび／またはソディアの繊維化製品を含む、請求項１に記載の無機繊維。
- 約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約６０質量％〜約９０質量％のアルミナ、ならびに最大２０質量％のポタシアおよび／またはソディアの繊維化製品を含む、請求項５に記載の無機繊維。
- 約１０質量％以下のシリカを含む、請求項６に記載の無機繊維。
- 約５質量％以下のシリカを含む、請求項７に記載の無機繊維。
- 約２質量％以下のシリカを含む、請求項８に記載の無機繊維。
- Ｆｅ2Ｏ3として計算される、約１質量％以下の酸化鉄を含む、請求項１に記載の無機繊維。
- 連続使用温度が少なくとも１１００℃である、請求項１に記載の無機繊維。
- 連続使用温度が少なくとも１２６０℃である、請求項１に記載の無機繊維。
- 連続使用温度が少なくとも１３３０℃である、請求項１に記載の無機繊維。
- バルク繊維、ブランケット類、ニードルブランケット類、紙類、フェルト類、注型材、真空注型材、または組成物のうちの少なくとも１つを含む、無機繊維を含む断熱物品であって、請求項７に記載の無機繊維を含む、無機繊維を含む物品。
- 無機繊維を生産するための方法であって、
約１０〜約５０質量％のカルシア、約５０〜約９０質量％のアルミナ、ポタシア、および／またはソディア、ならびに１５質量％以下のシリカを含む成分で溶融物を形成することと、
前記溶融物から繊維を生産することと、
を含む、方法。 - 前記成分の溶融物が約２０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約８０質量％のアルミナ、ポタシア、および／またはソディアを含む、請求項１５に記載の方法。
- 前記成分の溶融物が約３０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約７０質量％のアルミナ、ポタシア、および／またはソディアを含む、請求項１６に記載の方法。
- 前記成分の溶融物が約４０質量％〜約５０質量％のカルシア、約５０質量％〜約６０質量％のアルミナ、ポタシア、および／またはソディアを含む、請求項１７に記載の方法。
- 前記成分の溶融物が、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約６０質量％〜約９０質量％のアルミナ、ならびに最大２０質量％のポタシアおよび／またはソディアを含む、請求項１８に記載の方法。
- 前記成分の溶融物が、約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約６０質量％〜約９０質量％のアルミナ、最大２０質量％のポタシアおよび／またはソディア、ならびに約１０質量％以下のシリカを含む、請求項１９に記載の方法。
- 前記溶融物がポタシアを含む、請求項２０に記載の方法。
- 前記溶融物からの前記繊維の前記生成が、（ｉ）前記溶融物から前記繊維を紡糸すること、または（ｉｉ）前記溶融物から前記繊維を吹込み成形すること、のうちの１つを含む、請求項１５に記載の方法。
- 物品の断熱方法であって、前記物品の上、中、近く、または周辺に、約１０〜約５０質量％のカルシア、約５０〜約９０質量％のアルミナ、ポタシア、および／またはソディア、ならびに１５質量％以下のシリカの繊維化製品を含む無機繊維を含む断熱材料を配置することを含む、方法。
- 約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約６０質量％〜約９０質量％のアルミナ、ならびに最大２０質量％のポタシアおよび／またはソディアの繊維化製品を含む、請求項２３に記載の無機繊維。
- 約１０質量％〜約５０質量％のカルシア、約６０質量％〜約９０質量％のアルミナ、最大２０質量％のポタシアおよび／またはソディア、ならびに約１０質量％以下のシリカの繊維化製品を含む、請求項２４に記載の無機繊維。
- 前記繊維化製品がボリアを含む、請求項２５に記載の方法。
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