KR980700940A - 내고온성 유리섬유(high temperature resistant glass fiber) - Google Patents

내고온성 유리섬유(high temperature resistant glass fiber)

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KR980700940A KR1019970704525A KR19970704525A KR980700940A KR 980700940 A KR980700940 A KR 980700940A KR 1019970704525 A KR1019970704525 A KR 1019970704525A KR 19970704525 A KR19970704525 A KR 19970704525A KR 980700940 A KR980700940 A KR 980700940A
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Abstract

본 발명은 1000℃이상, 적어도 1260℃이하의 사용 온도를 갖고, 통상적인 내화성 세라믹섬유에 해당하는 사용후 기계적 결합성을 갖고, 생리적 유체내에서 비내구성이고, 필수적으로 실리카, 마그네시아 및 임의로 지르코니아의 생성물로 구성되며, 임의로 점도개선제를 함유하는 용융물로부터 생성되는 내화성 유리 섬유에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]
내고온성 유리섬유
[기술분야]
본 발명은 방열 또는 방음재로서 유용한, 적어도 1260℃ 이하의 사용한계온도를 갖는 내고온성 유리섬유에 관한 것이다. 보다 특별히, 본 발명은 용이하게 제조가능하며, 낮은 수축율을 나타내고, 서비스 온도에 노출후 양호한 기계적 강도를 유지하나, 생리액 내에서 비내구성인 내고온성 유리섬유에 관한 것이다.
[배경기술]
본 절연재 공업사는 폐액(肺液)과 같은 생리액내에서 비내구성인 방열 및 방음분야에서 섬유를 사용하는 것이 바람직하다고 결정하였따. 후보물질들이 제안되었으나, 내화성 유리 및 세라믹 섬유를 포함하여 내고온성 섬유가 사용되는 많은 분야를 수용할만큼, 상기 물질들의 사용한계온도가 충분히 높지 않았다. 특히, 절연될 물품에 효과적인 열보호를 제공하기 위하여, 내고온성 섬유가 기대노출온도에서 최소한의 선형 수축율을 나타내야만 한다.
인공 유리질 섬유군의 물질들 내에서 생리학적 매질내에서 부패가능한 많은 조성물들이 제안되었다. 상기 유리섬유들은 일반적으로 높은 알칼리 금속 산화물 함량을 가지며, 이는 종종 사용한계온도의 저하를 야기한다.
캐나다 특허출원 제 2017344 호는, 생리학적 용해성을 갖고, 필수성분으로 실리카, 칼시아 및 Na2O, 바람직한 성분으로 마그네시아 및 K2O 및임의성분으로 보리아 (boria), 알루미나, 티타늄, 산화철 및 불소를 함유한 유리로 만들어진 유리섬유를 개시한다.
국제특허출원공개명세서 제 90/02713 호는 생리학적 식염수내에 용해 가능한 광물성 섬유를 개시하며, 상기 섬유는 실리카, 알루미나, 산화철, 칼시아, 마그네시아, Na2O 및 K2O를 포함하는 조성을 갖는다.
미국특허 제 5, 108, 957 호는 생리학적 매질내에서 용해될 수 있는 섬유를 형성하기에 유용하고, 필수성분으로 실리카, 칼시아, Na2O와 K2O 및 보리아를 함유하고, 임의로 알루미나, 마그네시아, 불소 및 P2O5를 함유한 유리 조성물을 개시한다. 이는 생리학적 매질내에서 섬유의 분해속도를 증진시키는 효과를 갖기 위한 인의 존재를 개시한다.
광물성 섬유의 생물학적 용해성을 촉진하는 인의 효과를 인용하는 다른 특허로는, 본질적으로 실리카 및 칼시아를 함유하나, 임의로 마그네시아 및 Na2O 와 K2O를 함유하는 광물성 섬유를 개시하는 국제특허출원공개명세서 제 92/09536 호가 있으며, 상기에서 산화인의 존재가 유리 매트릭스상의 알루미나 및 철의 안정화 효과를 감소시킨다. 상기 섬유들은 전형적으로 내화성 세라믹 섬유보다 낮은 온도에서 제조된다. 우리는 내고온성 유리섬유의 용융온도(1700~2000℃)에서 몇 % 정도의 낮은 수준으로 존재하는 산화인이 노(爐) 성분의 심각한 분해 및/또는 부식을 야기한다는 것을 관찰하였다.
캐나다 특허출원 제 2043699 호는 생리학적 매질의 존재하에 분해되고, 실리카, 알루미나, 칼시아, 마그네시아, P2O5임의로 산화철, 및 Na2O와 K2O를 함유하는 섬유를 개시한다. 프랑스 특허출원 제 2662687 호는 생리학적 매질의 존재하에 분해되고, 실리카, 알루미나, 칼시아, 마그네시아, P2O5, 산화철 및 Na2O와 K2O와 TiO2를 함유하는 섬유를 개시한다.
미국특허 제 4,604,097 호는 일반적으로 칼시아 및 오산화인의 2 성분 혼합물을 함유하나, 불화칼슘, 물 및 마그네시아, 산화아연, 산화스트론튬, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화리튬 또는 산화알루미늄과 같은 1종 이상의 산화물과 같은 다른 성분들을 갖는 생물흡수성 유리섬유를 개시한다.
국제특허출원공개명세서 제 92/07801 호는 오산화인 및 산화철을 함유하는 생물흡수성 유리섬유를 개시한다. P2O5부분은 실리카로 대치될 수 있으며, 산화철 부분은 알루미나로 대치될 수 있다. 선택적으로 상기 섬유는 Ca, Zn 및/또는 Mg으로부터 선택된 2 가 양이온 화합물 및 Na,K 및/또는 Li로부터 선택된 알칼리 금속 양이온 화합물을 함유한다.
미국특허 제 5,055,428 호는 합성 폐액(肺液)내 용해가능한 소다 라임 알루미노보로-실리케이트 유리섬유 조성물을 개시한다. 알루미나 함량은 보리아 함량의 증가 및 실리카, 칼시아, 마그네시아, K2O 및 임의로 Na2O 양의 조정과 더불어 감소한다. 다른 성분들은 산화철, 티타늄, 불소, 산화바륨 및 산화아연일 수 있다.
국제특허출원공개명세서 제 87/05007 호는 생리식염수내 용해성이며 실리카, 칼시아, 마그네시아 및 임의로 알루미나를 포함하는 무기섬유를 개시한다.
국제특허출원공개명세서 제 89,12032 호는 생리식염수내 추출가능한 실리콘을 가지며 실리카, 칼시아, 임의로 마그네시아, 알칼리 금속 산화물 및 하나 이상의 알루미나, 지르코니아, 티타늄, 보리아 및 산화철을 포함하는 무기 섬유를 개시한다.
국제특허출원공개명세서 제 93/15028 호는, 한 사용법에서 1000℃ 및/또는 800℃ 에서 24시간 동안 노출시 투휘석으로 결정화되며, 중량% 단위로 실리카 59-64, 알루미나 O-3.5, 칼시아 19-23 및 마그네시아 14-17의 조성을 갖는, 다른 사용법에서 월라스토나이트/슈도월라스토나이트로 결정화되고 중량% 단위로 실리카 60-67, 알루미나 O-3.5, 칼시아 26-35 및 마그네시아 4-6의 조성을 갖는, 생리식염수에 용해 가능한 유리질섬유를 개시한다.
그러나 상기 식별된 특허출원에 개시된 그들의 사용 온도에서 제한되어 있으며, 따라서 1000℃ 이상에서 사용하기 위한 노 라이닝과 같은 고온 절연용도 및 금속 매트릭스 조성물 및 마찰용도와 같은 강화용도로는 부적합하다.
65%SiO2, 31.1% CaO, 3.2% MgO, 0.3% Al2O3및 0.3% Fe2O3의 명목 중량% 조성을 갖는 비-내구성 섬유화 학을 기초로 하는 생성물이 상표명 INSULFR A X로 유니프락스(UNIFRAX)사(뉴욕,나이아가라 폭포)에 의해 시판되고 있다. 다른 생성물이 더말 생성물이 더말 세라믹스(Thermal Ceramics)사(조지아, 어거스타 소재)에 의해 상표명 SUPERWOOL로 시판되고 있으며, 이는 58.5% 중량% SiO2, 35.4 중량% CaO, 4.1 중량% MgO 및 0.7 중량% Al2O3로 구성되어 있다. 상기 물질은 1000 ℃의 한계온도를 가지며 약 1240℃ 에서 용융되며, 이는 상기 거재된 고온 절연목적용으로는 너무 낮아 바람직하지 않다.
국제특허출원공개명세서 제 94/15883 호는, 생리식염수 용해도 및 내화성(耐火性)이 연구된, 추가성분 Al2O3, ZrO2및 TiO2를 갖는 CaO/MgO/SiO2섬유를 개시한다. 상기 특허에서는 Al2O3및 ZrO2가 용해도의 약화를 초래하는 반면에 MgO 양의 증가에 따라 생리식염수 용해도가 증가하는 것처럼 보인다는 것을 기재하고 이다. SiO2(0.71-0.74 몰%) 및 Al2O3(0.51-0.55 몰%)의 존재는 1260℃에서 3.5% 이하의 수축기준에 미달하는 섬유를 야기한다. 상기 특허에서는 또한 SiO2함량이 너무 높은 섬유는 형성하기 힘들거나 불가능하고, 섬유화될 수 없는 예로서 70.04, 73.28 및 78.07% SiO2를 함유하는 시료를 인용한다.
절연용으로 사용되는 섬유에서 중요한 수축특성으로 표현되는 내온성과 더불어 또한 섬유가 사용 또는 서비스 온도에 노출중 또는 노출후에 섬유가 그의 구조적 결합성 및 사용중 절연특성을 유지할 수 있게하는 기계적 강도 특성을 갖을 것이 요구된다.
섬유의 기계적 결합성 특징 중 하나는 그의 사용후 무름성이다. 섬유가 무를수록 즉, 그것이 깨어지거나 가루로 부서지기 쉬울수록, 그것이 갖는 기계적 결합성은 작아진다. 우리는 일반적으로 고 내온성 및 비-내구성을 모두 나타내고, 또한 생리액상태에서 고도의 사용후 무름성을 나타내는 내화성 섬유생리를 관찰하였다. 이는 결과적으로 서비스 온도에 노출후, 그의 절연 목적을 달성하기 위하여 필요한 구조를 제공할 수 있는 섬유의 강도 및 기계적 결합성의 손실을 야기한다.
우리는 양호한 기계적 결합성을 나타내는 고 내온성, 비-내구성 섬유가 서비스 온도에 노출후 매우 작은 크기의 또는 미세한 결정성 마이크로구조를 갖는다는 것을 관찰하였다. 섬유의 기계적 결합성의 다른 기준으로는 압축강도 및 압축회복이 있다.
그러나 타아겟 내구성, 온도에 대한 수축율 및 강도 특성들을 나타낼 수 있는 내화성 유리 조성물은 그의 성분들의 용융물로부터 방사 또는 흡입성형에 의해서 섬유화하기 쉽다.
따라서 본 발명의 목적은 섬유의 흡입성형 도는 방사에 적합한 점도를 갖는 용융물로부터 용이하게 제조가능한, 또한 생리액내에서 비-내구성인 고 내온성 내화성 유리섬유를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 생리액내에서 비-내구성이며, 서비스 온도에 노출후 양호한 기계적 강도를 나타내는 고 내온성 내화성 유리섬유를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 생리액내에서 비-내구성이나, 사용후 무름성을 나타내는 고 내온성 내화성 유리섬유를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 생리액내에서 비-내구성이며, 또한 바람직하게 서비스 온도에 초기 노출후 작은 크기의 또는 미세한 마이크로구조를 나타내는 고 내온성 내화성 유리섬유를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 생리액내에서 비-내구성이며, 서비스 온도에 노출 후 높은 압축강도 및 압축회복을 나타내는 고 내온성 내화성 유리섬유를 제공하는 것이다.
[발명의 요약]
생리액내에서 비-내구성인 고 내온성 내화성 유리섬유가 제공된다. 상기 섬유는 모의 폐액내에서 표준 알루미노실리케이트 내화성 세라믹섬유보다 4 내지 150배 용해성을 가지며, 1000℃ 이상 1260℃ 이하, 또는 그 이상의 사용한계온도를 나타낸다. 상기 고온에서 하기의 본 발명의 섬유는 상기 온도에서 24 내지 168시간 동안 두었을 때, 6% 이하, 바람직하게는 4.5% 이하, 가장 바람직하게는 3% 이하의 선형 수축율을 나타낸다. 본 발명의 섬유는 서비스 온도에 노출후 기계적 강도를 유지한다. 당 분야의 기술과 비교하여, 섬유화가능성, 내화성 및 비-내구성의 요구 조건을 충족시키는 본 발명의 섬유는 조성물 내에 70 내지 86 중량%의 SiO2를 함유하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 따라, 적어도 1260℃ 이하의 온도에서 사용할 수 있는, 사용온도에 노출후 기계적 결합성을 유지하며, 폐액과 같은 생리액내에서 비-내구성인 저수축성, 내화성 유리섬유가 제공된다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 비-내구성 내화성 유리섬유는 필수적으로 약 65 내지 약 86 중량%의 실리카, 약 14 내지 약 35 중량%의 마그네시아, 0 내지 약 11 중량%의 지르코니아 및 임의로, 유효량의 점도개선제로 구성된다. 점도개선제는 알루미나, 보리아 및 그의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 상기 섬유는 1 중량% 이하의 칼시아 및 0.4 중량% 이하의 산화철(Fe2O3로 계산) 불순물을 함유해야만 한다.
본 발명의 섬유는 실질적으로 알칼리 금속은 포함하지 않고, 미량의 불순물을 포함하는 것이 바람직하다. 산화철 및 칼시아의 존재는 가능한 정도로 제한되어야만 한다.
본 발명은 필수적으로 약 65 내지 약 86 중량%의 실리카, 약 14 내지 약 35 중량%의 마그네시아, 0 내지 약 11 중량%의 지르코니아 및 임의로, 유효량의 점도개선제로 구성된 성분들의 용융물의 형성 및 상기 용유물로부터 섬유를 제조하는 것으로 이루어진, 적어도 1260℃ 이하의 사용온도를 가지며, 서비스 온도에 노출후 기계적 결합성을 유지하며, 생리학적 유첸에서 비-내구성인 내화성 유리섬유의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 섬유를 제조하기 위해 사용되는 용융조성물은 섬유의 흡입성형 또는 방사에 적합한, 또한 서비스 온도에 노출후 기계적 강도를 부여하기 위해 생성된 섬유의 결정 구조를 조절하기에 적합한 용융점도를 제공한다.
[도면의 간단한 설명]
도 1A는 상업적으로 수득가능한 방적(紡績) 알루미노실리케이트 섬유에 대한 용융화학의 점도 대 온도 곡선 이다.
도 1B는 상업적으로 수득가능한 취주(吹奏) 알루미노실리케이트 섬유에 대한 용융화학의 점도 대 온도 곡선 이다.
도 2 는 75 중량%의 실리카를 갖는 마그네시아-실리카-지르코니아 섬유에 대한 용융화학의 점도 대 온도 곡선이다.
도 3 은 70 중량%의 실리카를 갖는 마그네시아-실리카-지르코니아 섬유에 대한 용융화학의 점도 대 온도 곡선이다.
도 4 는 75 중량%의 실리카 및 1 중량%의 첨가된 알루미나를 갖는 마그네시아 -실리카-지르코니아 섬유에 대한 용융화학의 점도 대 온도 곡선이다.
도 5 는 1 중량%의 첨가된 알루미나를 갖는, 선택된 마그네시아-실리카-지르코니아 섬유에 대한 용융화학의 점도 대 온도 곡선이다.
도 6 은 선택된 마그네시아-실리카-지르코니아 섬유에 대한 용융화학의 점도 대 온도 곡선이다.
도 7 은 선택된 마그네시아-실리카-지르코니아 섬유에 대한 용융화학의 점도 대 온도 곡선이다.
도 8 은 알루미늄 지르코늄 실리케이트(AZS)를 함유하는 세라믹 섬유를 1426 ℃에서 24시간 동안 노출시킨 후의 주사 전자현미경 사진이다.
도 9 는 카올린을 함유하는 세라믹 섬유를 1260℃에서 24시간 동안 노출시킨 후의 주사 전자현미경 사진이다.
도 10 은 티타늄 칼슘 실리케이트를 함유하는 유리섬유를 1260℃에서 24시간동안 노출시킨 후의 주사 전자현미경 사진이다.
도 11 은 본 발명의 유리섬유를 1260℃에서 24시간 동안 노출시킨 후의 주사 전자현미경 사진이다.
도 12 는 본 발명의 유리섬유의 절단면의 주사 전자현미경 사진이다.
도 13 은 알루미늄 지르코늄 실리케이트(AZS)를 함유하는 세라믹 섬유의 절단면의 주사 전자현미경 사진이다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명에 따라, 방열 또는 방음재로 유용한, 적어도 1260℃ 이하의 사용한계온도를 가지며, 폐액과 같은 생리액내에서 비-내구성인 내화성 유리섬유가 제공된다. 생리액내에서 비-내구성이라는 말은 체외시험동안 섬유가 상기 유체(모의 폐액과 같은)내에 적어도 부분적으로는 용해된다는 것을 의미한다.
유리조성물이 만족할 만한 고온 내화성 섬유생성물을 제조하기 위한 실행가능한 후보가 되기 위해서는, 제조될 섬유가 제조가능하고, 생리액내에서 충분히 용해성이며, 고온에서도 최소한의 수축율 및 결합성 손실로 견딜수 있어야만 한다.
상기 기준을 충족하는 물질을 찾기 위하여, 목표 성질을 나타내는 섬유를 찾는 일련의 스크리닝 시험이 사용되었다. 상기 시험은 (a) 점도/섬유화, (b) 내구성, (c) 온도에 대한 수축율 및 (d) 사용후 무름성, 강도 및 탄성력을 포함한다.
"점도"는 유리 용융물의 흐름 또는 전단응력을 견디는 능력을 일컫는다. 점도-온도 관계는 주어진 유리 조성물을 섬유화할 수 있느냐 없느냐를 결정하는 데 있어서 결정적이다. 최적 점도 곡선은 섬유화 온도에서 낮은 점도(5-50 포아즈)를 갖고 온도가 낮아질수록 점차로 상승하게 된다. 용융물이 섬유화온도에서 충분히 점성이지 않으면(즉, 너무 얇으면), 결과는 미섬유화된 물질(쇼트:shot)의 비율이 높은 짧은, 얇은 섬유가 된다. 용융물이 섬유화 온도에서 너무 점성이면, 생성된 섬유는 극히 거칠고(높은 직경) 또한 짧게 될 것이다.
점도는 용융화학에 따라 다르고, 또한 점도개선제로 작용하는 원소 또는 화합물에 의해 영향 받는다. 우리는 상기 섬유화학시스템에서 알루미나 또는 보리아가 섬유의 흡입성형 또는 방사를 가능하게 하는 점도개선제로서 작용한다는 것을 관찰하였다. 그러나 본 발명에 따라 상기 점도개선제는 유형 또는 양에 따라, 용해도, 내수축율, 또는 섬유의 흡입성형 또는 방사의 기계적 강도에 악영향을 주지 않을 필요가 있다.
점도-온도 프로파일이 상승된 온도에서 작용할 수 있는 점도측정기상에서 측정될 수 있따. 또한, 적절한 점도 프로파일이 제조되는 섬유의 질(인덱스,직경,길이)을 조사하는 일상적인 실험에 의해서 추론될 수 있다.
내구성 시험은 인간 폐에서 발견되는 온도 및 화학조건을 모의화하는 조건하에서 섬유로부터 질량이 손실되는 속도(ng/cm2-시간)를 측정한다.상기 시험은 약 0.1g의 탈-쇼트된 섬유를 0.3ml/분 속도로 흐르는 모의 폐액(SLF)에 노출시키는 것으로 구성된다. 전체적인 시험 시스템은 인체의 온도를 모의화하는 37℃에서 유지된다.
SLF를 섬유를 통하여 흘려보낸 후, 인덕티블리 커플드 플라즈마 스펙트로스코피를 사용하여 우리 성분을 수집하고 분석한다. 또한 SLF 내에 존재하는 원소에 대해 보정하기 위하여 "블랭크" SLF 시료를 측정하여 사용한다. 일단 상기 데이터가 수즉되면, 본 연구의 시간 경과에 따른 섬유의 질량손실 속도를 계산하는 것이 가능하다.
섬유를 패드형태로 습형(wet-forming)하고, 캘리퍼스를 사용하여 패드의 실리 및 폭(전형적으로 35인지)을 측정하고, 패드를 노에 위치시키고, 온도를 상승시키고 설정된 기간동안 유지시킴으로써 섬유를 시험한다. 가열후, 발생된 크기의 변활르 측정하기 위하여 상기 패드를 재측정한다.
상기 시험중 하나에서 약 427 그램의 섬유, 27.2 그램의 폐놀성 결합제 및 약 4 갈론의 물을 혼합하고, 상기 혼합물을 판 주형에 부어넣고 주형의 바다을 통해 물을 배수시킴으로써 패드를 만들었다. 상기 패드를 건조시키고 3인치 5인치 1인치 크기의 조각을 잘라내었다. 상기 조각의 길이 및 폭을 면밀하게 측정하고, 상기 패드를 노에 위치시키고 1260℃의 온도에서 24,168 또는 672 시간동안 두었다. 냉각후, 측면부 크기를 측정하고 전과 후의 측정결과를 비교함으로써 선형 수축율을 측정하였다. 섬유가 블랭킷 형으로 얻을 수 있으면, 패드를 형성하지 않고 직접 측정할 수 있다.(상기 블랭킷 수축율 측정은 패드 수축율 측정결과와 유사하나 동일하지는 않다).
사용후 무름성은 고온에 노출후 섬유가 그의 기계적 결합성을 유지하는 능력을 일컫는다. 이는 섬유가 어떠한 용도에서도 그 자신의 중량을 지지하고 또한 공기 또는 가스를 이동함으로써 생기는 마모를 견딜 수 잇어야만 하기 때문에, 중요한 성질이다. 섬유 결합성 및 기계적 강도의 표시는 육안 및 촉각관측에 의해 또한 서비스 온도에 노출후 섬유의 상기 성질들의 기계적 측정결과로써 제공된다.
서비스 겨합성 이후 패드 수축율은 2개의 시험 : 압축강도 및 압축회복에 의해 나타내어진다. 상기 시험은 각각 패드가 얼마나 용이하게 탈형태화될 수 있는지 또한 50%의 압축후 패드가 나타내는 탄성(또는 압축회복)양을 측정한다.
본 발명의 섬유로부터 제조된 수축패드를 1260℃에서 24시간동안 가열한 후 인스트론 시험장치를 사용하여 압축시험하였다. 2.5인치 직경의 실린더형 램을 패드가 그의 원두께의 반으로 압축될 때까지 수축패드내로 밀어 넣었다. 상기 포인트에서 크로스헤드를 멈추고 압축동안 직면한 피크 로드(psi 단위)를 기록하였다.
그후 크로스헤드의 진행방향을 서서히 역전시키고 읽혀지는 로드가 0일때까지 수축패드밖으로 실린더형 램을 회수함으로써 압축회복율을 측정하였다. 50% 압축점에서 0 로드점까지의 거리를 기록하고 원 패드두께의 퍼센트로 나타내었다. 상기 숫자는 섬유패드의 탄성량을 나타낸다.
상기 시험기준에 의해서, 열악한 수행패드는 압축강도에 대해, 용이하게 압축됨을 나타내는, 낮은 값을 갖게 되며, 압축회복에 대해 일탄 탈형태화된 후 거의 회복되지 않음을 나타내는, 낮은 값을 갖게 된다. 역으로 상기파라미터에 대해 높은 갑을 갖는 패드/섬유조성물은 높은 압축강도를 나타내며 양호한 수행자로 생각된다. 이상적인 섬유는 표준, 시판중인 알루미노실리케이트 섬유와 비교하여 목표범위 내에서 압축강도, 또한 추가적으로 높은 압축회복 또는 탄성을 갖게 된다.
서비스 온도로 가열할 때, 일반적으로 무정형으로 제조된 상기 유리섬유는 결정화를 겪는다. 부분적으로, 생성된 결정의 크기는 섬유의 기계적 성질에 영향을 준다. 강한 탄성력이 있는 섬유는 연소후에 매우 작은 크기를 나타낸다는 것이 관찰되었다. 연소후 깨어지기 쉬운 섬유는 전형적으로 매우 큰 그레인을 갖는다.
사용후 그레인 크기의 한 측정방법은 하기에 따라 수행된다. 섬유시료를 1260℃에서 연소시킨다(일반적으로 24시간 동안). 그 후,연소된 시료를 에폭시내에 마운트하고 상기 에폭시를 경화시킨다. 그 후, 상기 에폭시 마운트를 연마하여 부드러운 섬유단면을 만든다. 그 후, 연마된 마운트를 후면굴절 또는 이차 전자 이미지화 모드(어느쪽이든지 결정상 사이의 최상의 콘트라스트를 나타냄)에서 작동하는 주사전자현미경을 사용하여 조사하여 전자현미경사진을 찍는다.
전자현미경사진을 가로질러 선을 그리고(대개 모퉁이에서 모퉁이까지) 상기 선내의 결정 절단부의 수를 센다. 선의 길이를 측정하고 전자현미경사진의 크기를 기초로 하여 미크론 단위로 환산한다. 예를 들어, 1000x 전자현미경사진상에 그어진 5cm의 선은 5/1000cm 또는 5 미크론으로 측정되어진다. 선의 길이는 결정 절단부의 수로 나누어 결정당 평균 크기를 구한다.
약간의 경우, 결정 크기는 너무 작거나 또는 둘레가 너무 분산되어 상기 방법에 의한 측정을 불가능하게 한다. 상기의 경우, "전형적인" 결정의 크기를 전자현미경사진상의 미크론 바와 비교하여 추론할 수 있다.
우리는 마그네시아 실리케이트 섬유에 지르코니아을 약 11 중량% 이하의 함량으로 참가시키면 사용후 마이크로구조를 개선시키고, 생성된 비-내구성, 내화성 유리섬유의 무름성을 낮춘다는 것을 관찰하였다. 또한, 우리는 섬유내에 지르코니아을 참가하는 것이 결과적으로, 상기 섬유를 1260℃ 이하의 온도에서 24시간 이하의 시간동안 노출시켰을 때, 매우 작은 크기의 마이크로구조의 형성을 야기한다는 것을 관찰하였다. 상기 작은 크기 또는 미세 마이크로구조는 서비스 온도에 노출후 양호한 기계적 섬유 결합성을 제공한다. 상기 마이크로구조는 사용 온도에 계속적으로 노출시켰을 때 약간 굵어질 수 있으나, 상기 섬유는, 다른 비-내구성, 내열성 섬유와 비교하여 상대적으로, 상기 연장된 노출후에도 그들의 개선된 기계적 성질을 유지한다.
작은 그레인 크기가 섬유강도를 개선시키는 메카니즘은, 작은 그레인으로 만들어진 섬유가 굵은 그레인으로 만들어진 섬유보다 부드러운 표면을 갖기 때문에, 보다 작은 불규칙성의 섬유를 만드는 것이다.표면의 틈은 스트레스 상승제로서 작용할 수 있고 섬유가 쉽게 부러질 수 있는 포인트를 제공한다.
지르코니아가 SLF 내, 본 발명의 섬유내 유리용해속도를 낮춘다고 알려져 있다 하더라도, 이러한 효과는 생성된 섬유가 SLF 내 목표 용해도를 나타낼 만큼 충분히 작은 것으로 보인다.
비내구성, 즉 SLF 내 용해도 및 1260℃의 서비스 온도에 노출후 기계적 결합성의 유지의 조합은 당 업계에서 다른 이들에 의해 공개된 또는 사용된 섬유에 의해서는 나타난 적이 없다. 본 발명은 결정화를 개선하는 ZrO2를 제조 용융물에 대해 11 중량% 이하로 첨가함으로써 불투명화, 즉 서비스 온도로 가열시킬 때 섬유 마이크로구조를 조절한다.
모의 폐액내에서 상기 섬유의 내구성 분석은 상기 섬유가 정상 내화성 세라믹 섬유, 예를 들어 알루미노실리케이트(약 50/50 중량%) 및 알루미노-지르코늄-실리케이트 또는 AZS(약 30/16/54%)보다 현저하게 낮은 내구성을 갖는다.
본 발명에 따른 비-내구성 내화성 유리섬유는 표준 유리 및 세라믹섬유 제조 방법에 의해 만들어진다. 실리카와 같은 조물질, 엔스타티트, 포르스테리트, 마그네시아, 마그네사이트, 소성 마그네사이트, 마그네슘 지르코네이트, 페리클라스, 스테아티트, 또는 탈크와 같은 모든 적합한 마그네시아원 및 바델레이트, 마그네슘 지르코네이트, 지르콘 또는 지르코니아와 같은 모든 적합한 지르코니아원이 용기로부터 그들이 용융되는 노로, 선택된 비율로 운반되고, 섬유화 노즐을 사용하여 흡입성형 또는 뱃취 또는 연속식으로 방사된다.
용융물의 점도는, 원하는 용도로 요구되는 섬유화를 제공하기에 충분한 정도로 개선제를 존재시킴으로써, 임의로 조절될 수 있다. 점도개선제는 용융물의 주요 성분을 공급하는 조물질 형태로 존재하거나 또는 적어도 부분적으로 분리하여 첨가되어 질 수 있다. 조물질의 원하는 입자크기는, 노의 크기(SEF), 주입속도, 용융온도, 잔류시간 등을 포함하는 노화 조건에 의해 결정된다.
본 발명의 하나의 구현예에 따라, 내화성 유리섬유는, 약 6% 이하의 선형 수축율, 바람직하게는 약 4.5% 이하의 선형 수축율로 적어도 1260℃이하의 사용 온도를 견딜 수 있으며, 낮은 사용후 무름성을 타나내며, 폐액과 같은 생리액내에서 비내구성이다. 가장 바람직하게는 상기 섬유의 선형 수축율은 약 3% 이하이다. 본 발명의 비-내구성 내화성 유리섬유는 필수적으로 약 65 내지 약 86 중량%의 실리카, 약 14 내지 약 35 중량%의 마그네시아, 0 내기 약 11 중량%의 지르코니아 및 임의로 유효량의 점도개선제로 구성된다. 상기 섬유는 약 1 중량% 이하의 칼시아 불순물 및 약 0.4 중량% 이하의 산화철 불순물(Fe2O3로 계산)을 함유해야만 한다. 점도개선제는 알루미나, 보리아 및 그의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 하기에 논의된 바와 같이 용이하게 섬유화 가능한 용융물의 점도/온도 곡선의 프로파일 또는 모양을 근접시키기 위하여 다른 원소 또는 화합물이 용융물에 첨가될 때 용융물점도에 영향을 줄 수 있는 점도개선제로서 사용될 수 있다.
[실시예]
[실시예 1-2]
마그네슘 실리케이트 조성물 성능에 미치는 지르코니아의 효과에 보다 접근하기 위하여 하기의 조성물을 시험하였다. 하기 설정된 명목 중량%의 시료를 1260℃ 에서 24 이하의 시간동안 열처리하였다.
상기 사료들을 조사하여 이들이 양호한 사용후 기계적 강도를 제공하기 위해 요구되는 양호한 마이크로 구조를 갖는다는 것을 발견하였다.
[비교예 A]
71.5 중량%의 SiO2, 24.5 중량%의 CaO, 3.2 중량%의 Al2O3및 0.1 중량%의 의 TiO2의 정규 조성을 갖는 섬유를 시험하여 내구성과 수축율 목표치를 만족시킨다는 것을 발견하였다. 그러나 이 섬유는 급속히 가열하였을 때 파단되었다.
이러한 샘플의 파단은 섬유내 결정 핵 성장이 빈약하거나/하고, 과도한 알루미나 불순물로 인한 것으로 생각된다.
[비교예 B]
75.3 중량%의 SiO2및 21.0 중량%의 CaO, 그리고 핵제로 첨가된 1.5 중량%의 TiO2의 조성을 갖는 섬유는 내구성과 수축율 목표치를 만족시키고, 급속히 가열하였을 때 판단되지 않았다. 그러나 이 재료는 사용후 부서지기 쉽고, 탄력성이 낮으며, 접촉했을 때 부서지기 쉽다.
이 샘플을 1260℃에서 24시간 열 처리하였다. 주사전자 현미경에 의한 미세 구조 분식결과 티타나아를 함유한 구조가 조악한 미세구조를 가지고 있는 것으로 나타났다.
티타니아 사용후 칼슘 실리케이트 섬유의 구조에 대해 강한 부정적인 효과를 나타낸다. 1.5 중량%의 함량에서 티타나이는 실질적인 그레인 성장을 유발하여 사용후 아주 부서지기 쉽다.(즉, 기계적 강도가 낮다). 반대로, 지르코니아를 함유하고 있는 섬유는 단시간 가열(약 1달 미만)후 티타니아를 함유하고 ㄱ는 섬유와 비교하여 사용후 그 구조가 개선되었다.
[점도 대 온도]
유리 조성물에 대한 점도 대 온도의 형태는 용융체가 섬유화하는 용이도, 따라서 수득한 섬유의 품질(예컨대 섬유의 슈트(shot) 함량, 섬유 직경 및 섬유 길이)의 척도이다. 유리는 일반적으로 고온에서 점도가 낮다. 온도가 감소됨에 따라 점도는 상승한다. 특정 온도에서 점도의 수치는 조성 대 온도의 급격한 기울기에서 볼 수 있듯이, 조성의 함수로서 변화한다.
정의된 조성의 섬유가 허용 가능한 품질 수준에서 쉽게 제조될 수 있는 지 여부를 시험하는 한가지 방법은 실험 화학의 점도 곡선이 쉽게 섬유화하는 공지된 제품의 점도 곡선과 일치되는지 여부를 측정하는 것이다. 그러한 목표 점도 곡선이 도 1A에 나타나 있는데, 이 곡선응ㄴ 상업적으로 시판되고 있는 방적 알루미노실리케이트 섬유의 점도 곡선이다. 도 1B는 상업적으로 시판되고 있는 블룬(blown) 알루미노실리케이트 섬유의 점도 곡선이다.
도 2는 75 중량%의 SiO2, 5.5 중량%의 ZrO2, 19.5 중량%의 MgO로 구성되는 마그네시아-지르코니아-실리카 섬유 용융체 화학에 대한 점도 곡선을 보여준다. 1800 내지 1900℃의 곡선의 "노이지(noisy)" 면적은 상분리 또는 고화의 시작으로 인한 것으로 생각된다. 도 3은 70 중량%의 SiO2, 5.5 중량%의 MgO의 조성을 갖고 있는 섬유에 대한 유사한 점도 곡선을 보여준다. 도 2와 3을 비교해보면, SiO2함량 5%의 감소는 점도를 감소시키지만, 도 1A의 목표 점도 곡선에 근접하지 않는다. 도 4는 도 2의 조성에 1 중량%의 Al2O3를 첨가하였을 때 효과를 보여준다. 소량의 Al2O3를 첨가 하였을 때 효과를 보여준다. 소량의 Al2O3를 첨가하면, 점도 곡선이 아래쪽으로 위치되어 상분리된 지역이 보다 저온으로 이동하게 된다.
여기에 나타나지 않았지만, 유사한 점도 이동이 소량의 B2O3(약 1 중량% 이하)에 의해 관측되었다.
마그네시아-지르코니아-실리카 화학의 SiO2와 Al2O3의 함량 둘다를 조정함으로써 도 1A에 나타난 알루미노실리케이트 방적 화학의 점도 곡선의 1800 내지 2000 ℃(효과적인 방사영역) 사이의 형태와 거의 동일한 72.3 중량%의 SiO2, 5.4%의 ZrO2, 21.3 중량%의 MgO, 1 중량%의 Al2O3의 용융체 화학에 대한 도 5에 나타난 점도 곡선을 수득하는 것이 가능하다. 그와 같은 낮은 함량에서, Al2O3와 B2O3의 첨가는 본 발명의 섬유 성능에는 미약한 효과를 나타내지만, 용융체 점도를 조정하고 섬유 품질을 개선하는 데 효과적이다.
도 6은 73.5 중량%의 실리카, 23 중량%의 마그네시아, 3.5 중량%의 지르코니아를 함유하는 마그네시아-지르코니아-실리카 섬유 용융체 화학에 대한 점도 곡선을 나타낸다. 도 7은 73.5 중량%의 실리카와 26.5 중량%의 마그네시아를 함유하고 있는 마그네시아-실리카 섬유 용융체 화학의 점도 곡선을 보여준다. 이들 양 곡선은 상업적으로 시판되고 있는 블룬 알루미노실리케이트 섬유에 대한 도 1B의 목표 점도 곡선과 근접하다. 본 발명에 따른 이들 섬유 용융체 화학은 종래의 블루잉(blowing) 또는 방사 기술에 의해 섬유화되는 데 아주 적합하다.
[실시예 3]
적어도 1260℃의 사용 온도에서 목표 수축율 및 기계적인 강도를 가지고 있는 본 발명에 따른 내구성을 갖지 못한 내화성 유리 섬유는 하기 표 II에 수록된 조성을 산출하는 용융체로부터 적절하게 섬유화된다.
본 발명에 따른 내구성을 갖지 못한 내화성 유리 섬유는, 바람직하게는 약 65 내지 약 86 중량%의 실리카, 약 14 내지 약 35 중량%의 마그네시아, 0 내지 약 11 중량%의 지르코니아, 0 내지 약 3 중량%의 알루미나, 그리고 0 내지 약 2 중량%의 보리아의 생성물로 필수적으로 구성된다. 약 2 중량% 이하의 알루미나를 함유하고 있는 섬유는 우수한 특성을 나타낸다.
더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 내구성을 갖지 못한 내화성 유리 섬유는, 바람직하게는 약 69 내지 약 80 중량%의 실리카, 약 20 내지 약 31 중량%의 마그네시아, 0 내지 약 7 중량%의 지르코니아, 0 내지 약 2 중량%의 알루미나, 그리고 0 내지 약 1 중량%의 보리아의 생성물로 필수적으로 구성된다.
가장 바람직하게는, 본 발명에 따른 내구성을 갖지 못한 내화성 유리 섬유는, 바람직하게는 약 70 내지 약 79 중량%의 실리카, 약 20 내지 약 29 중량%의 마그네시아, 약 1 내지 약 5 중량%의 지르코니아, 0 내지 약 1.5 중량%의 알루미나, 그리고 0 내지 약 1 중량%의 보리아의 생성물로 필수적으로 구성된다.
본 발명의 용융체와 섬유에서, 조작 가능한 실리카 함량은 약 65 내지 약 86 중량%이며, 이때 상한치는 제조가능여부에 의해서만 제한된다. 이러한 사실은 약 70% 이상의 실리카를 함유한 섬유는 제조될 수 없나는 선행기술의 통념과는 대조적이다.
본 발명의섬유는 바람직하게는 미량의 불순물 이상으로 어떠한 알칼리 금속도 실질적으로 함유하고 있지 않다. 이들 섬유의 알칼리 금속 함량은 일반적으로 미량의 불순물 정도 또는 알칼리 금속 옥사이드로 계산하였을 때 최대 1 퍼센트의 백분의 1 일다. 다른 불순물로는 약 1 중량% 미만 혹은 가능한 낮은 함량의 칼시아, Fe2O3로 계산하였을 때 약 0.4 중량% 미만, 도는 가능한 낮은 함량의 철 산화물을 들 수 있다.
일련의 실험에서 하기의 내화 섬유 조성물이 방사 또는 블루잉 기술에 의해 제조되었으며, 1260℃에서 열적특성과 SLF에서 용해도를 평가하였다. 각 조성물은 표 IIIA에 수록되어 있으며, 이들 열적 특성과 용해도 데이터는 표 IIIB에 상세하게 기술되어 있다.
본 발명의 용해물과 섬유에서, 실시 가능한 실리카 수준은 약 65 내지 약 86 중량%이며, 상위 수준은 제조성에 의해서만 제한된다. 이는 70% 이상의 실리카 수준을 가지는 섬유를 제조할 수 없다는 선행 기술과는 반대인 것이다.
본 발명의 섬유는 바람직하게 상당량, 즉 미량의 불순물보다 많은 비알칼리 금속을 포함한다. 이들 섬유의 알칼리 금속 함량은 알칼리 금속 산화물로 계산할 때 일반적으로 미량 불순물의 범위 또는 기껏해야 1%의 백분의 몇 정도이다. 그 밖의 불순물로는 약 1 중량% 미만 또는 가능한 한 적은 양의 칼시아 및 Fe3O3로 계산할 때 약 0.4 중ㄹ야% 미만 또는 가능한 한 적은 양의 철 산화물을 포함한다.
일련의 시험에서, 방사 또는 흡입성형 기술에 의하여 다음의 내화성 섬유 조성물이 제조되며, 1260℃에서의 열 수행 및 SLF에서의 용해도가 시험되었다. 개별적인 조성물이 표 IIIA에서 나타나 잇으며, 그 열 수행 및 용해도 데이터는 하기 표 IIIB에 상세히 나타나 있다.
실시예 4의 지르코니아-함유 마그네슘 실리케이트 섬유에 대한 시험으로, 전기 섬유가 1260℃에서 24시간 후에 4.3%만의 수축을 보이며 60.4ng/cm2시의 용해 속도 및 역학적 보전을 가짐을 알 수 있었으며, 이는 고 역학적 강도의 통상의 내화성 세라믹 섬유(비교 실시예 C,D 및 E)를 유사하게 처리한 결과와 잘 비교된다. 사용 또는 서비스 온도에서의 낮은 수축을 보여주는 본 발명 내의 기타 실시예로는 실시예 5-8,10-12 및 25-39가 있다. 본 발명 범주가 아닌 조성 범위를 가지는 비교 실시예 13-16은 서비스 온도에서 훨씬 높은 수축을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 서비스 온도에 노출 후에 약 4.5% 이하의 수준으로 매우 낮은 수축을 나타내며 점도개선제로서 알루미나를 가지고 약 69.75 내지 약 73.5 중량%의 실리카, 약 16.75 내지 약 22.25 중량%의 마그네시아, 0 내지 약 7.5 중량%의 지르코니아 및 약 1 내지 약 3 중량%의 알루미나 범위 내의 조성을 가지는 용해물로부터 제조되는 특정 비-내구성 내화성 유리 섬유가 제공된다.
본 발명에 따르면, 서비스 온도에 노출 후에 약 4.5% 이하의 수준으로 매우 낮은 수축을 나타내며 점도개선제로서 알루미나 및 보리아를 가지고 약 71.5 내지약 73.5 중량%의 실리카, 약 19 내지 약 21.5 중량%의 마그네시아, 약 5 내지 약 6 중량%의 지르코니아, 약 0.5 내지 약 2 중량%의 알루미나 및 약 0.2 내지 약 1 중량%의 보리아 범위 내의 조성을 가지는 용해물로부터 제조되는 특정 비-내구성 내화성 유리 섬유가 더 제공된다.
상기 표 III에 보고된 실시예 12에 의하여 기술된 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 섬유의 아프터-서비스 마이크로구조가 1260℃ 온도에 노출후에 상기에 기술된 시험 과정에 따라 그레인 크기에 대하여 테스트되었다. 이는 상기 비교 실시예 B의 조성을 갖는 티타니아-함유 칼슘 실리케이트 섬유, 내화성 AZS(비교 실시예 C) 및 카올린(비교 실시예 D) 세라믹 섬유에 대한 결과와 비교되었다.
시험 결과가 그림8-13의 전자현미경 사진에 나타나 있다. 극도로 약한 비교 실시예 B(그림 10)의 티타니아-칼슘-실리케이트 섬유는 부드러운 표면과 비교적 작은 표면 정자를 나타내는 비교 실시예 C(그림 8) 및 D(그림 9)의 통상의 내화성 세라믹 섬유와 실시예 12, 즉 본 발명의 섬유 (그림 11)와 비교해서 상당한 표면 거친과 큰 표면 결정 그레인 크기를 나타내었다. 섬유 약함 및 낮은 역학적 강도와 관련해서 표면 거친 및 큰 표면 결정은 바람직하지 않다.
그러나 표 III, 실시예 4,5,12,17-19 및 21-24에서 알 수 있듯이, 매우 감소된 아프터-서비스 약함을 가지는 본 발명의 SLF-가용성 섬유는 일반적으로 1.9 마이크론 이하 수준의 결정 그레인 크기를 가지는 매우 미세한 그레인의 마이크로 구조를 나타내었다. 티타니아-칼슘-실리케이트 섬유의 비교 실시예 B 및 본 발명의 조성 범위의 범주가 아닌 마그네시아-지르코니아-실리케이트 섬유의 비교 실시예 20은 더 큰 그레인의 아프터-서비스 마이크로구조를 보여 주었다.
그림 12의 단면도에서, 1260℃의 서비스 온도에 24시간 동안 노출된 후에 본 발명의 섬유에 존재하는 작은 그레인의 정자를 절대 명사로 또한 섬유의 지름에 관련하여 알 수 있다. 1426℃의 서비스 온도에 24시간 동안 노출된 후인 그림 13의 단면도에서 알 수 있듯이, 전지 고 역학적 강도 섬유는 정자 크기에 있어서 매우 강한 AZS 섬유에 필적한다.
또다른 일련의 시험에서, 방사 또는 흡입성형 기술에 의하여 다음의 내화성 섬유 조성물이 제조되며, 126℃에서의 열 수행 및 SLF에서의 용해도가 시험되었다. 개별적인 조성물이 표 IV A에 나타나 있으며, 그 열 수행 및 용해도 결과가 하기 표 IV B에 상세히 나타나 있다.
섬유 흡입성형기술에 의하여 제조된 본 발명에 따른 비-내구성 섬유에 대하여, 가장 좋은 열 수행 결과가 약 70% 이상의 실리카를 포함하고 약 35 이상의 섬유 지수 및 2 마이크론 이상의 지름을 가지는 용해 조성물로부터 블로우된 섬유에 의하여 나타났다. 본 발명에 따른 섬유 지름에 대한 실용적 상위 제한이 원하는 지름을 가지는 생성물을 스핀 또는 블로우시키는 능력이라 할지라도, 전기 수행이 약 10 마이크론까지의 섬유 지름으로 얻어진다.
용융물로부터 섬유를 형성하기 위해 특히 바람직한 조성물은 약 70 내지 77.5 중량%의 실리카, 약 15.5 내지 약 30 중량%의 마그네시아, 그리고 0 내지 약 6 중량%의 지르코니아를 포함한다. 섬유 생성물을 형성하기 위해 적합한 용융 조성물은 약 73.5 중량%의 실리카, 약 23 내지 약 26.5 중량%의 마그네시아, 0 내지 3.5 중량% 지르코니아, 그리고 약 0.15 내지 0.3 중량% 칼시아 그리고 약 0.32 내지 1.86 중량%, 통상 약 0.32 내지 약 0.92 중량%의 알루미나의 불순물이다. 이들 섬유는 델타 쉬링크 (Delta Shrink) 성질을 포함해서 표 IVB의 수축 데이터로 나타나는 바와 같이 탁월한 수축 특성, 또는 서비스 온도에서 1일 내지 1 주의 수축율의 차이를 나타낸다.
섬유는 또한 표 IVB에 설명되어 있는 바와 같이 SLF의 현저한 요도성을 나타낸다. 54 내지 1450ng/cm-hr 초과의 용해도는 상기의 기술로 측정된다(표에서의 "+"는 직접적인 계산을 할 수 없는 아주 빠른 섬유 용해속도를 나타낸다. 보고된 값은 샘플의 용해 속도의 하한이다).
본 발명의 비내구성, 저수축, 내화성 유리 섬유는 전통적인 카올린, AZS 및 아루미노실리케이트(서비스 온도에 노출된 후 기계적인 강도에 대해서 내화성 세라믹 섬유에 견딤)와 유리하게 비교된다. 본 발명의 섬유는 통상 50% 압축강도 시험과 압축 회복 시험용 카올린 섬유에 필적할 만한 범위에서 시험된다. 본 발명의 섬유는 압축 강도와 압축 회복으로서 측정되고, 비교예 B의 티타니아-칼슘-실리케이트 섬유에 비교되는 상당히 향상된 기계적인 강도를 나타낸다.
구체적인 비율의 지르코니아 및 임의의 점도 개선제 첨가물, 예컨대 Al2O3및 B2O3의 첨가에 의한 마그네슘 실리케이트로 이루어지고, 1260℃의 서비스 온도에 노출된 후 미세 그레인으로 만들어진 마이크로 구조를 나타내는 본 발명에 따른 내화성 유리 섬유는 표준 내화성 세라믹 섬유보다 모의 폐액에서 용해도의 150배 이하이고, 6% 미만의 선형 수축율로 1000℃초과의 온도, 1260℃ 이하의 온도에 견딜 수 있다.
본 발명의 SLF 용해성 섬유는 아주 안전한 SLF 내구성 알루미노실리케이트와 알루미노-지르코니아-실리케이트 섬유와 비교되는, 현저하게 감소된 사용휴 무름성, 즉 높은 기계적인 강도를 나타낸다. 본 발명의 섬유는 통상 미세 마이크로 구조를 나타내고, 낮은 무름성 및 높은 기계적인 강도 그리고 서비스 온도에 노출에 대한 낮은 수축율과 SLF 용해도를 나타낸다.
따라서 본 발명의 섬유는 전통적인 내화성 세라믹 섬유, 예컨대 알루미노실리케이트 섬유의 유익한 사용 특성, 즉 고온에서의 한계 수축율을 유지한다.
본 발명의 내화 유리 섬유는 1260℃의 사용 온도에서 약 6% 미만으로 수축하고, 우수한 기계적 강도를 유지한다. 본 발명의 섬유는 낮은 후-서비스 무름성을 나타내고, 서비스 온도에 초기 노출 후의 소규모의 미세 그레인으로 만들어진 마이크로구조 그리고 높은 압축강도 및 압축회복율을 나타낸다.
본 발명의 섬유는 존재하는 섬유화 기술로 제조될 수 이어서 다생성물을 형성될 수 있지만, 침상 블랭키트(blanket), 종이, 펠트 및 벌크 섬유에 제한되는 것은 아니다. 전통적인 내화성 세라믹 섬유의 이점에 추가해서, 본 발명의 섬유는 모의 폐액에서 용해성의 4 내지 150배이고, 따라서 섬유 흡입에 대한 관심을 최소화한다.
따라서 본 발명의 목적은 상기의 구체적인 구현예에 제한되는 것이 아니라, 다양한 변형과 하기 청구항에 의한 동등한 구현에를 포함하는 본 발명에 의해 이루어진다.

Claims (12)

  1. 약 65 내지 약 86 중량%의 실리카, 약 14 내지 약 35 중량%의 마그네시아, 0 내지 약 11 중량%의 지르코니아, 및 임의로 유효량의 점도개선제의 생성물로 주요구성된, 사용온도에 노출후 기계적 이테그리티를 유지하고, 생리액내에서 비내구성인, 적어도 1260℃이하의 사용온도를 갖는 저 수축성, 내화성 유리섬유.
  2. 제 1 항에 있어서, 섬유가 약 69 내지 약 80 중량%의 실리카, 약 20 내지 약 31 중량%의 마그네시아, 0 내지 약 7 중량%의 지르코니아, 0 내지 약 2 중량%의 알루미나, 및 0 내지 약 2 중량%의 보리아의 생성물로 주요구성된 섬유.
  3. 제 1 항에 있어서, 섬유가 약 70 내지 약 79 중량%의 실리카, 약 20 내지 약 29 중량%의 마그네시아, 약 1 내지 약 5 중량%의 지르코니아, 0 내지 약 1.5 중량%의 알루미나, 및 0 내지 약 1 중량%의 보리아의 생성물로 주요구성된 섬유.
  4. 제 1항에 있어서, 약 70 내지 약 77.5 중량%의 실리카, 약 15.5 내지 약 30 중량%의 마그네시아, 및 0 내지 약 6 중량%의 지르코니아의 생성물로 주요구성된 섬유.
  5. 제 1항에 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 약 1 중량% 미만의 칼시아 불순물, Fe2O3로 계산하여 약 0.4 중량% 미만의 산화철 불순물을 함유하고, 실질적으로 알칼리 금속 산화물을 함유하지 않는 섬유.
  6. 제 1항에 있어서, 지르코니아가 애프터-서비스 온도 그레인 크기를 제한하기에 유효한 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 섬유.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 약 2 미크론 미만의 결정성 그레인 크기를 나타내는 섬유.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유가 1260℃ 에서 약 4.5% 미만의 수축율을 나타내는 것을 특징으로 하는 섬유.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유가 0.1g 시료로 37℃에서, 0.3ml/분인 유속의 모의폐액에 노출될 때, 30ng/cm2시 이상의 용해도를 나타내는 것을 특징으로 하는 섬유.
  10. 실리카, 마그네시아, 임의로 지르코니아 및 임의로 유효량의 점도개선제로 주요구성된 성분들로 용융물을 형성하고, 상기 용유물로부터 섬유를 제조하는 것으로 이루어진, 사용온도에 노출후 기계적 이테그리티를 유지하고, 생리액내에서 비내구성인, 적어도 1260℃ 이하의 사용온도를 갖는 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 따른 저 수축성 내화성 유리섬유의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 용융물로부터 섬유를 방사하는 것을 포함하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 용융물로부터 섬유를 흡입성형하는 것을 포함하는 방법.
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