MXPA05014052A

MXPA05014052A - Fibra inorganica vitrea resistente a altas temperaturas.

Info

Publication number: MXPA05014052A
Application number: MXPA05014052A
Authority: MX
Inventors: Paul M Boymel
Original assignee: Unifrax Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-03-17
Also published as: RU2385846C2; RU2005140942A; KR20060028647A; KR100822243B1; US7468337B2; JP2007524769A; AU2004252157B2; AU2004252157A1; BRPI0411750A; US20050032620A1; CN1842498A; WO2005000971A2; CA2530305A1; ZA200510387B; WO2005000971A3; UA86939C2; JP4317218B2; CA2530305C; EP1648838A4; CN1842498B

Abstract

Una fibra inorganica vitrea resistente a la temperatura que tiene una temperatura de uso de hasta al menos 1000 ??C, o mayor, que tiene integridad mecanica despues de servicio, no es durable (soluble) en fluidos fisiologicos, y es producida a partir de un fundido que contiene silice, magnesia, un compuesto que contiene elementos de la serie de lantanidos, y opcionalmente zirconia.

Description

FIBRA INORGANICA VITREA RESISTENTE A ALTAS TEMPERATURAS CAMPO DE LA INVENCION Se proporciona una fibra vitrea resistente a altas temperaturas, la cual tiene una temperatura de uso de al menos hasta 1000 °C. La fibra resistente a altas temperaturas es fácilmente fabricable, exhibe baja contracción, retiene buena resistencia mecánica después de exposición a la temperatura de servicio, y no es durable en fluidos fisiológicos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La industria de los materiales de aislamiento ha determinado que es deseable utilizar fibras en aplicaciones de aislamiento sonoro y térmico, las cuales no sean durables en fluidos fisiológicos, tales como el fluido pulmonar. Aunque se han propuesto materiales candidatos, el uso de las temperaturas límites de estos materiales no ha sido suficientemente alto para acomodar muchas de las aplicaciones a las cuales se aplican las fibras resistentes a altas temperaturas, que incluyen fibras de cerámica y de vidrio refractarias. En particular, las fibras resistentes a altas temperaturas exhibirían contracción lineal mínima a temperaturas de exposición esperadas, a fin de proporcionar protección térmica efectiva al articulo que es aislado. Se han propuesto muchas composiciones en la familia de materiales de fibras vitreas elaboradas por el hombre, los cuales son descomponibles en un medio fisiológico. Estas fibras de vidrio generalmente tienen un contenido de óxido de metal alcalino significativo, que a menudo da como resultado un limite de temperatura de uso bajo. La Solicitud de Patente Canadiense No. 2017344 describe una fibra de vidrio que tiene solubilidad fisiológica formada de vidrios que contienen cuando se requieren componentes de sílice, calcia y Na20, como componentes preferidos, magnesia y K20, y como componentes opcionales, boria, alúmina, titania, óxidos y fluoruro de hierro. La Publicación Internacional No. WO 90/02713 describe fibras minerales que son solubles en soluciones salinas, las fibras que tienen una composición que incluye sílice, alúmina, óxido de hierro, calcia, magnesia, Na20 y K20. La Patente Ü.S. No. 5,108,957 describe composiciones de vidrio útiles para formar fibras que sean capaces de ser degradadas en medio fisiológico que contenga como componentes requeridos sílice, calcia, Na20 más 20, y boria, y opcionalmente alúmina, magnesia, fluoruro y P2O5. Se describe la presencia de fósforo como que tiene el efecto de incrementar la velocidad de descomposición de las fibras en un medio fisiológico. Otras patentes que citan el efecto del fósforo en favorecer la solubilidad biológica de fibras minerales incluyen la Publicación Internacional No. WO 92/09536, que describe fibras minerales que contienen substancialmente sílice y calcia, pero opcionalmente magnesia y Na20 más K2O, en la cual la presencia de óxido de fósforo disminuye el efecto estabilizante del aluminio y el hierro sobre una matriz de vidrio. Estas fibras son producidas típicamente a temperaturas más bajas que las fibras de cerámica refractaria. Se observó que a las temperaturas de fusión requeridas para fibras resistentes a temperaturas altas (1700-2000 °C) , óxido de fósforo a niveles tan bajos como un poco por ciento puede causar degradación y/o erosión -severa de los componentes del horno. La Solicitud de Patente Canadiense No. 2043699 describe fibras que se descomponen en presencia de un medio fisiológico, las cuales contienen sílice, alúmina, calcia, magnesia, P2O5, opcionalmente óxido de hierro, y Na20 más K20. La Solicitud de Patente Francesa No. 2662687 describe fibras minerales que se descomponen en la presencia de un medio fisiológico, que contiene sílice, alúmina, calcia, magnesia, P2O5, óxido de hierro y a2Ü más K20 más Ti02. La Patente U.S. No. 4,604,097 describe una fibra de vidrio bioabsorbible que comprende generalmente una mezcla binaria de calcia, pentóxido de fósforo, pero que tiene otros constituyentes tales como fluoruro de calcio, agua, y uno o más óxidos tales como magnesia, óxido de zinc, óxido de estroncio, óxido de sodio, óxido de potasio, óxido de litio u óxido de aluminio. La Publicación Internacional No. WO 92/07801 describe una fibra de vidrio bioabsorbible que comprende pentóxido de fósforo, y óxido de hierro. Una porción del P2O5 puede ser reemplazada por sílice, y una porción del óxido de hierro puede ser reemplazada por alúmina. Opcionalmente, la fibra contiene un compuesto catiónico divalente seleccionado de Ca, Zn y/o Mg, y un compuesto catiónico de metal alcalino seleccionado de Na, K, y/o Li. La Patente U.S. 5,055,428 describe una composición de fibra de vidrio de alúminoboro-silicato de sosa y cal que es soluble en una solución pulmonar sintética. El contenido de alúmina es disminuido con un incremento en boria, y un ajuste en sílice, calcia, y magnesia, K2O y opcionalmente Na2Ü. otros componentes pueden incluir óxido de hierro, titania, flúor, óxido de bario y óxido de zinc. La Publicación Internacional No. WO 87/05007 describe una fibra inorgánica que tiene solubilidad en solución salina y que incluye sílice, calcia, magnesia, y opcionalmente alúmina. La publicación Internacional No. WO 89/12032 describe una fibra inorgánica que tiene silicio extraíble en solución salina fisiológica y que incluye sílice, calcia, opcionalmente magnesia, óxidos de metal alcalino, y uno o más de alúmina, zirconia, titania, borla y óxidos de hierro. La Publicación Internacional No. WO 93/15028 describe fibras vitreas que son solubles en solución salina las cuales en una utilización cristalizan a diopsida a partir de la exposición a 1000 °C y/o 800 °C por 24 horas y tienen la composición descrita en por ciento en peso de sílice 59-64, alúmina 0-3.5, calcia 19-23 y magnesia 14-17, y las cuales en otra utilización cristalizan a wolastonita/pseudowolastonita y tienen la composición descrita en por ciento en peso de sílice 60-67, alúmina 0-3.5, calcia 26-35, y magnesia 4-6. La Publicación Internacional No. WO 03/059835 describe una fibra de silicato de calcio que contiene 1.3-1.5 por ciento en peso de La203.Las fibras descritas en las publicaciones de patentes identificadas anteriormente son limitadas, sin embargo, en su temperatura de uso, y por consiguiente no son adecuadas para aplicaciones de aislamiento a altas temperaturas, tales como revestimientos de hornos para uso arriba de 1000 °C, y aplicaciones de refuerzo tales como compuestos de matrices metálicas y aplicaciones de fricción. Las Patentes U.S. Nos. 6,030,910, 6,025,288 y 5,874,375, de Unifrax Corporation, el beneficiario de la presente solicitud, describe fibras orgánicas particulares que comprenden los productos de un fundido fibrizable substancialmente de silice y magnesia, que son solubles en fluido fisiológico y tienen buenas características mecánicas y de contracción en un límite alto de temperatura de uso. Un producto basado en fibras químicas no durables es comercializado por Unifrax Corporation (Niágara Falls, New York) bajo la marca comercial INSULFRAX, que tiene la composición nominal en por ciento en peso de 65 % de Si02, 31.1 % de CaO, 3.2 % de MgO, 0.3 % de ?1203 y 0.3 % de Fe203- Otro producto es vendido por Thermal Ceramics (localizado en Augusto, Georgia) bajo la marca comercial SUPERWOOL, y está compuesto de 58.5 % de Si02, 35.4 % de CaO, 4.1 % de MgO y 0.7 % de A1203 en peso. Este material tiene un límite de uso de 100 °C y funde a aproximadamente 1280 °C, la cual es demasiado baja para ser deseable para los propósitos de aislamiento para altas temperaturas descritos anteriormente. La Solicitud Internacional No. WO 94/15883 describe fibras de CaO/MgO/Si02 con constituyentes adicionales A1203, Zr02, y Ti02, para las cuales se investigaron la capacidad refractaria y la solubilidad en solución salina. Este documento establece que la solubilidad en solución salina parece incrementarse con cantidades crecientes de MgO, mientras que Zr02 y ?12(¾ fueron pe judiciales a la solubilidad. La presencia de Ti02 (0.71-0.74 % molar) y A1203 (0.51-0.55 % molar) conduce a las fibras a fallar en el criterio de contracción de 3.5 % o menos a 1260 °C. El documento establece adicionalmente que las fibras que son demasiado altas en Si02 son difíciles o imposibles de formar, y cita muestras que tienen 70.04, 73.28 y 78.07 % de Si02 como Ejemplos que no podrían ser convertidos en fibras. Las Patentes U.S. Nos. 5,332,699, 5,421,714, 5,994,247, y 6,180,546 están dirigidas a fibras inorgánicas solubles, resistentes a altas temperaturas. Además de la resistencia a la temperatura que se expresa por las características de contracción que son importantes en fibras que se usan en aislamiento, se requiere también que las fibras tengan características de resistencia mecánica durante y después de la exposición a la temperatura de uso o de servicio, que permitirá a la fibra mantener su integridad estructural y las características de aislamiento en uso. Una característica de la integridad mecánica de una fibra es su friabilidad después de servicio. La fibra más friable, esto es la que se tritura o desmorona más fácilmente a un polvo, posee menos integridad mecánica. Se observó que, en general, las fibras refractarias que exhiben tanto resistencia a altas temperaturas como la no durabilidad en fluidos fisiológicos también exhibe un alto grado de friabilidad después de servicio. Esto da como resultado los defectos de las fibras en la resistencia o integridad mecánica después de exposición a la temperatura de servicio para ser capaz de proporcionar la estructura necesaria para lograr su propósito de aislamiento . Se observó que fibras no durables, resistentes a altas temperaturas que no exhibieron buena integridad mecánica hasta la temperatura de servicio. Otras medidas de integridad mecánica de fibras incluyen la resistencia a la compresión y la recuperación de la compresión. Las composiciones de vidrio refractario que pueden exhibir la durabilidad objetivo, contracción a temperatura, y características de resistencia no pueden, sin embargo, ser susceptibles a la fibrización, ya sea por hilado o insuflación de un fundido de sus componentes . Por consiguiente, es deseable proporcionar fibras de vidrio refractarias resistentes a altas temperaturas, esto es, fácilmente fabricables a partir de un fundido que tenga una viscosidad adecuada para fibras por hilado o insuflación, y que no sean durables en fluidos fisiológicos . Es también deseable proporcionar fibras de vidrio refractario resistentes a altas temperaturas, las cuales no son durables en fluidos fisiológicos, y que exhiben buena resistencia mecánica hasta la temperatura de servicio. Adicionalmente, es deseable proporcionar una fibra de vidrio refractario resistente a altas temperaturas, la cual no sea durable en fluidos fisiológicos, y que exhiba baja contracción a la temperatura de uso.

SUMARIO DE LA INVENCION Se proporciona fibras inorgánicas vitreas refractarias resistentes a altas temperaturas, que no sean durables en fluidos fisiológicos. Las fibras son más solubles en fluido pulmonar simulado que fibras de cerámica refractarias de aluminosilicato estándares, y exhibe una temperatura limite de uso de hasta al menos 1000 °C o más. Estas fibras retienen resistencia mecánica después de exposición a las temperaturas de servicio. Se han identificado las fibras que satisfacen los requerimientos de ser fibrizables, resistentes a alta temperatura, y no durables en fluidos fisiológicos, en las cuales las composiciones de la fibra contienen Sílice (Si02) , magnesia (MgO) , y al menos un compuesto que contenga lantano o un elemento de la serie lantánida. En ciertas modalidades, la fibra es fabricada a partir de un fundido de ingredientes que contenga sílice en una cantidad que esté en el intervalo de 71.25 a aproximadamente 86 por ciento en peso, magnesia, y un compuesto que contenga un elemento de la serie lantánida. Se proporcionó una fibra inorgánica, vitrea, refractaria, de baja contracción basada en un sistema de silicato de magnesio que tenga una temperatura de uso de hasta al menos 1000 °C, que mantenga la integridad mecánica después de exposición a la temperatura de uso y que no sea durable en fluidos fisiológicos, tales como fluido pulmonar. La fibra inorgánica vitrea refractaria no durable, de conformidad con una modalidad, comprende el producto de fibrización de aproximadamente 71.25 a aproximadamente 86 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 14 a aproximadamente 28.75 por ciento en peso de magnesia, y aproximadamente más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida. El compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida puede ser, por ejemplo, un óxido del elemento de la serie lantánida. La fibra inorgánica, vitrea, refractaria no durable, de conformidad con una modalidad, comprende el producto de fibrización de aproximadamente 71.25 a aproximadamente 86 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 14 a aproximadamente 28.75 por ciento en peso de magnesia, y aproximadamente más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un .compuesto, tal como un óxido, que contenga un elemento de la serie lantánida y, opcionalmente, zirconia. Si se incluye zirconia en el fundido de fibrización, entonces se incluye en una cantidad generalmente en el intervalo de más de 0 a aproximadamente 11 por ciento en peso. De conformidad con una modalidad adicional, la fibra inorgánica vitrea, refractaria, no durable comprende el producto de fibrización de aproximadamente 71.25 a aproximadamente 86 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 14 a aproximadamente 28.75 por ciento en peso de magnesia, y aproximadamente más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contenga un elemento de la serie lantánida, y menos de aproximadamente 1 por ciento en peso de impurezas de óxido de hierro, calculado como Fe2Ü3. El compuesto que contiene el elemento de la serie lantánida puede ser, por ejemplo, un óxido de un elemento de la serie lantánida. ' Las fibras no durables, resistentes a altas temperaturas, de conformidad con ciertas modalidades, contienen preferiblemente menos de aproximadamente 2 por ciento en peso de alúmina (AI2O3) . Se proporciona un proceso para la producción de fibras inorgánicas vitreas resistentes a altas temperaturas que tengan una temperatura de uso de hasta al menos 1000 °C, que mantenga la integridad mecánica hasta la temperatura de servicio y que sean no durable en fluidos fisiológicos, que comprende: formar un fundido con los ingredientes que comprenden desde aproximadamente 71.25 a aproximadamente 86 por ciento en peso de silice, aproximadamente 14 a aproximadamente 28.75 por ciento en peso de magnesia, y aproximadamente más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contenga lantano o un elemento de la serie lantánida, y producir fibras a partir del fundido. Se proporciona adicionalmente un proceso para la producción de fibras inorgánicas vitreas resistentes a altas temperaturas que tengan una temperatura de uso de hasta al menos 1000 °C, que mantengan la integridad mecánica hasta la temperatura de servicio y que sean no durables en fluidos fisiológicos que comprendan: formar un fundido con ingredientes que comprenden aproximadamente 71.25 a aproximadamente 86 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 14 a aproximadamente 28.75 por ciento en peso de magnesia, y aproximadamente más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contenga lantano o un elemento de la serie lantánida, y, opcionalmente, zirconia, ; y producir fibras a partir del fundido. Las composiciones fundidas utilizadas para producir las fibras de la presente invención proporcionan una viscosidad de fusión adecuada para fibras por insuflación o hilado, y para impartir resistencia mecánica para exposición a la temperatura de servicio. Adicionalmente, se proporciona un método para aislar un artículo, incluyendo disponer sobre, en, cerca o alrededor del artículo, un material de aislamiento térmico que tenga una temperatura de servicio de hasta al menos 1000 °C, o más, que mantenga la integridad mecánica hasta la temperatura de uso y que sea no durable en fluidos fisiológicos, dicho material de aislamiento que comprenda el producto de fibrización de una fibra fundida que comprenda sílice, magnesia, un compuesto que contenga lantano o un elemento de la serie lantánida, opcionalmente, zirconia.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1A es una curva de viscosidad vs. temperatura de un producto químico fundido para una fibra de aluminosilicato hilada, disponible comercialmente . La Figura IB es una curva de viscosidad Vs . temperatura de un producto químico fundido para una fibra de aluminosilicato insuflada, disponible comercialmente.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Se proporciona una fibra resistente a altas temperaturas útil como un material de aislamiento sonoro, eléctrico, térmico, que tiene una temperatura límite de uso mayor que 1000 °C, y que sea no durable en fluidos fisiológicos tales como fluido pulmonar. Por no durable en fluidos fisiológicos se quiere decir que la fibra al menos se disuelve parcialmente en dichos fluidos (tales como fluido pulmonar simulado) durante pruebas in vitro. ? fin de que una composición de vidrio sea candidata viable para producir un producto de fibra refractaria a altas temperaturas satisfactorio, la fibra a ser producida debe de ser fabricable, suficientemente soluble en fluidos fisiológicos, y capaces de sobrevivir a altas temperaturas con contracción mínima y pérdida de la integridad mecánica mínima durante la exposición a las temperaturas de servicio altas . "Viscosidad", se refiere a la habilidad de un vidrio fundido para resistir el flujo o resistencia al esfuerzo cortante. La relación viscosidad- temperatura es crítica en la determinación de sí es posible fibrizar una composición de vidrio dada. Una curva de viscosidad óptima tendría una baja viscosidad (5-50 poises) a la temperatura de fibrización y aumenta gradualmente cuando disminuye la temperatura. Si el fundido no es suficientemente viscoso (es decir, demasiado delgado) a la temperatura de fibrización, el resultado es una fibra delgada, corta, con una alta proporción de material sin fibrizar (hilos de trama) . Si el fundido es demasiado viscoso a la temperatura de fibrización, la fibra resultante será extremadamente gruesa (alto diámetro) y corta . La viscosidad es dependiente del producto químico fundido, la cual es también afectada por elementos o compuestos que actúan como modificadores de viscosidad. Se encontró para este sistema químico de fibra, el compuesto que contiene el elemento lantánido actúa como modificador de la viscosidad que permite a las fibras ser insufladas o hiladas a partir del fundido para la fibra.

Es necesario, no obstante, de conformidad con la presente invención, que dichos modificadores de viscosidad, ya sea por tipo o por cantidad, no impacten adversamente la solubilidad, la resistencia a la contracción, o resistencia mecánica de la fibra insuflada o hilada. La integridad mecánica es también una propiedad importante, ya que la fibra debe de soportar su propio peso en cualquier aplicación y debe también de ser capaz de resistir la abrasión debida al movimiento del aire o gas. Se proporcionan indicaciones de integridad de fibra y resistencia mecánica por medio de observaciones táctiles y visuales, asi como también la medición mecánica de estas propiedades de fibras expuestas a temperaturas después de servicio. La fibra tiene una resistencia a la compresión en un intervalo objetivo comparable a la de una fibra de aluminosilicato comercial, estándar, y tiene adicionalmente alta recuperación por compresión, o elasticidad. Las fibras de la presente invención son significativamente menos durables que las fibras de cerámica refractaria normales, tales como aluminosilicatos (aproximadamente 50/50 por ciento en peso) y silicatos de alumino zirconia o AZC (aproximadamente 30/16/54 por ciento en peso) en fluido pulmonar simulado. Las fibras vitreas refractarias no durables son elaboradas m por medio de métodos de fabricación de fibras de cerámica y de vidrio estándares. Los materiales crudos, tales como sílice, cualquier fuente adecuada de magnesia tales como enstatita, forsterita, magnesia, magnesita, magnesita calcinada, zirconato de magnesio, periclase, esteatita, o talco, y, si se incluyó zirconia en la fibra fundida, cualquier fuente adecuada de zirconia tal como badeleyita, zirconato de magnesio, zircon o zirconia, son liberados en proporciones seleccionadas de silos de almacenamiento a un horno donde son fundidos e insuflados usando una boquilla de fibrización, o hilado, ya sea en modalidad continua o discontinua . La viscosidad del fundido puede ser opcionalmente controlada por la presencia de modificadores de viscosidad, suficientes para la fibrización requerida para las aplicaciones deseadas. Los modificadores de viscosidad pueden estar presentes en los materiales crudos que suministran los componentes principales del fundido, o pueden, al menos en parte, ser añadidos separadamente. El tamaño de partícula deseado de los materiales crudos es determinada por las condiciones de horneado, incluyendo, tamaño del horno (SEF) , velocidad de vertido, temperatura de fusión, tiempo de residencia, y los similares. Un compuesto que contenga un elemento de la serie lantánida puede ser utilizado efectivamente para mejorar la viscosidad de un fundido para fibra que contiene sílice y magnesia como componentes principales, mejorando así la fibrización del fundido para la fibra. El uso del compuesto que contiene el elemento lantánido mejora la viscosidad y mejora la fibrización sin impactar adversamente el comportamiento térmico, las propiedades mecánicas, o la solubilidad de la fibra producto. De conformidad con una modalidad, la fibra inorgánica vitrea refractaria es capaz de soportar una temperatura de uso de al menos hasta 1000 °C con menos de aproximadamente 6 % de contracción lineal, preferiblemente de menos de aproximadamente 5 % de contracción lineal, exhibe integridad mecánica a la temperatura de servicio, y es no durable en fluidos fisiológicos, tales como fluido pulmonar. La fibra inorgánica vitrea refractaria no durable comprende el producto de fibrización de aproximadamente 71.25 a aproximadamente 86 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 14 a aproximadamente 28.75 por ciento en peso de magnesia y aproximadamente más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso decompuesto que contiene lantanc o un elemento de la serie lantánida. El fundido de fibrización a partir del cual es fabricada la fibra producto puede también incluir desde aproximadamente 0 a aproximadamente 11 por ciento en peso de zirconia. La fibra podrá contener no más de aproximadamente 1 por ciento en peso de impurezas de calcia. De conformidad con otras modalidades, la fibra no podrá contener más de aproximadamente 1 por ciento en peso de impurezas de óxidos de hierro (calculado como FeaOs) . Otros elementos o compuestos pueden ser utilizados como modificadores de viscosidad los cuales, cuando se añaden al fundido, afectan la viscosidad del fundido para si aproximarse al perfil, o forma, de la curva de temperatura/viscosidad de un fundido que sea fácilmente fibrizable, como se discutió anteriormente. Los elementos útiles de la serie de lantánidos La, Ce, Pr, Nd, Pmr Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu y mezclas de los mismos. El elemento Y conjunta muchos de los elementos de la serie lantánida y se encuentra con ellos en la naturaleza. Para propósitos de esta especificación, el elemento Y se considera incluido en los elementos de la serie lantánida. En una cierta modalidad, los compuestos que contienen los elementos lantánidos La, Ce, Pr, Nd o combinaciones de los mismos pueden ser añadidos al fundido para fibra. Un elemento de la serie lantánida particularmente útil que puede ser añadido al fundido para fibra es La. El compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida puede incluir, sin limitación, bromuros que contengan elementos de la serie lantánida, cloruros que contengan elementos de la serie lantánida, fluoruros que contengan elementos de la serie lantánida, fosfatos que contengan elementos de la serie lantánida, nitratos que contengan elementos de la serie lantánida, nitritos que contengan elementos de la serie lantánida, óxidos que contengan elementos de la serie lantánida, y sulfatos que contengan elementos de la serie lantánida. Los óxidos de los elementos de la serie lantánida son útiles para mejorar la viscosidad de un fundido para fibras que contiene sílice y magnesia para mejorar la fibrizabilidad del fundido. Un óxido particularmente útil de un elemento de la serie lantánida es La2C>3. L 2Ü3 es comúnmente mencionado en las artes químicas como "lantano" u "óxido de lantano" y, por consiguiente, estos términos pueden ser usados indistintamente en la especificación . Como se describió anteriormente, mezclas de compuestos que contienen un elemento de la serie lantánida pueden ser usados en el fundido para fibra para mejorar la viscosidad. Químicamente, los elementos de la serie lantánida son muy similares y tienden a encontrarse juntos en depósitos minerales. El término "misen metal" (mezcla natural de metales de tierras raras, cerio, lantano y didimio) , es usado para designar una mezcla que se encuentra" naturalmente de elementos de la serie lantánida. Adicionalmente, se requiere refinar para separar al convertir el óxido de mischmetal en sus óxidos de mischmetal constituyentes. Por consiguiente, el óxido de mischmetal mismo puede ser usado como el compuesto que contiene el elemento de la serie lantánida en el fundido para fibra. Mientras la alúmina es un modificador de viscosidad, la inclusión de alúmina en la química del fundido para fibra da como resultado una reducción en la solubilidad de la fibra resultante en soluciones salinas fisiológicas. Por consiguiente, es deseable limitar la cantidad de alúmina presente en la química del fundido para fibra a al menos inferior a aproximadamente 2 por ciento en peso, y, si es posible, con los materiales crudos usados, a menos de aproximadamente 1 por ciento en peso . Un procedimiento para probar si una fibra de una composición definida puede ser fácilmente fabricada en un nivel de calidad aceptable es determinar si la curva de viscosidad de los productos químicos experimentales emparejan la de un producto conocido que pueda ser fácilmente fibrizado. La adición de óxido de lantano a un silicato de magnesio fundido mejora la fibrización extendiendo la curva de viscosidad del fundido a temperaturas inferiores y viscosidades altas. Como un sistema silicato-lantano es un sistema más refractario que el sistema silicato-magnesio, los resultados térmicos de la fibra resultante mejoran también. La forma de la curva de viscosidad Vs . temperatura para una composición de vidrio es representativa de la facilidad con la cual un fundido fibrizará y por consiguiente, de la calidad de la fibra resultante (afectando, por ejemplo, el contenido de hilos de trama de la fibra, diámetro de fibra, y longitud de fibra. Los vidrios generalmente tienen baja viscosidad a - temperaturas altas. Cuando la temperatura disminuye, la viscosidad aumenta. El valor de la viscosidad a una temperatura dada variará como una función de la composición, como lo hará la pendiente total de la curva de viscosidad vs. temperatura. La curva de viscosidad del fundido de sílice, magnesia, y lantano u otro compuesto que contenga el elemento de la serie lantánida tiene una viscosidad que se aproxima a la curva de viscosidad objetivo de la Figura 1A para la fibra de aluminosilicato hilada, disponible comercialmente . La fibra comprende el producto de fibrización de aproximadamente 65 y aproximadamente 86 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 14 a aproximadamente 35 por ciento en peso de magnesia, y un compuesto que contenga un elemento de la serie lantánida. La fibra inorgánica vitrea refractaria no durable, de conformidad con una cierta modalidad, comprende el producto de fibrización de aproximadamente 71.25 a aproximadamente 86 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 14 a aproximadamente 28.75 por ciento en peso de magnesia, y aproximadamente más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contenga lantano o un elemento de la serie lantánida. De conformidad con otras modalidades, la fibra inorgánica vitrea resistente a altas temperaturas, no durable comprende el producto de fibrización de aproximadamente 71.25 a aproximadamente 86 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 14 a aproximadamente 28.75 por ciento en peso de magnesia, y aproximadamente más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contenga lantano o un elemento de la serie lantánida, 0 a aproximadamente 11 por ciento en peso de zirconia, y menos de aproximadamente 2 por ciento en peso de alúmina. En el fundido y las fibras discutidas anteriormente, el nivel de sílice operable está entre aproximadamente 71.25 y aproximadamente 86 por ciento en peso, preferiblemente entre aproximadamente 72 y aproximadamente 80 por ciento en peso, con el nivel suprior de sílice limitado solamente por la capacidad de fabricación de la fibra. De conformidad con otra modalidad, la fibra inorgánica vitrea resistente a altas temperaturas comprende el producto de fibrización de aproximadamente 72 a aproximadamente 80 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 21 a aproximadamente 28 por ciento en peso de magnesia, y desde más de 0 a aproximadamente 6 de un compuesto que contenga un elemento de la serie lantánida. Por supuesto, la suma de la cantidad de sílice, magnesia y el compuesto que contenga el elemento de la serie lantánida, en por ciento en peso, no puede exceder 100 por ciento en peso. De conformidad con una modalidad adicional, la fibra inorgánica vitrea refractaria no durable comprende el producto de fibrización de aproximadamente 71.25 a aproximadamente 86 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 14 a aproximadamente 28.75 por ciento en peso de magnesia, y aproximadamente más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contenga un elemento de la serie lantánida, en donde la fibra contiene substancialmente ningún óxido de metal alcalino. Las fibras no contienen substancialmente metales alcalinos, más de impurezas en trazas. El término "impurezas en trazas", se refiere a las cantidades de una substancia en el producto de fibrización que no son añadidas intencionalmente al fundido para fibra, pero que puede estar presente en los materiales crudos iniciales a partir de los cuales se producen las fibras. Por consiguiente, la frase, "substancialmente ningún óxido de metal alcalino" significa que el óxido de metal alcalino, si está presente en la fibra, es desde los materiales iniciales crudos y el óxido de metal alcalino no fue añadido intencionalmente al fundido para fibra. Generalmente, las fibras pueden contener óxido de metal alcalino desde los materiales crudos iniciales en cantidades de hasta aproximadamente decenas de un por ciento, en peso. Por consiguiente, el contenido de metal alcalino de estas fibras está generalmente en el intervalo de impurezas en trazas, o decenas de un por ciento a más, calculado como óxido de metal alcalino. Otras impurezas pueden incluir óxidos de hierro, en la cantidad de menos de aproximadamente 1 por ciento en peso, calculado como Fe203, o tan bajo como sea posible.

Las fibras inorgánicas vitreas, de baja contracción, no durables descritas anteriormente se comparan favorablemente con caolín convencional, AZS, y fibras de cerámica refractaria durables de aluminosilicatb en términos de resistencia mecánica hasta la temperatura de servicio . Las fibras son fabricadas a partir de un fundido de ingredientes que contienen sílice, magnesia, un compuesto que contenga un elemento de la serie lantánida y, opcionalmente, zirconia, por medio de procesos de insuflación o hilado de fibras conocidos. Las fibras pueden tener diámetros de fibras que sean solamente prácticos arriba de los límites para diámetros de fibras, es la habilidad para hilar o insuflar productos que tengan el diámetro deseado. La fibra puede ser fabricada con la tecnología de fibrización existente y formada en formas de productos múltiples, que incluyen pero no se limitan a fibras a granel, mantos sin fin, papeles, fieltros que contengan fibra formas y compuestos moldeados al vacío. La fibra es usada en combinación con el material convencional utilizado en la producción de compuestos y formas moldeadas al vacío mantos sin fin que contengan fibras, como un substituto para fibras de cerámica refractaria convencionales. La fibra puede ser usada sola o en combinación con otros materiales, tales como aglutinantes y los similares, en la producción de papel y fieltro que contengan fibra. La fibra es soluble en el fluido pulmonar fisiológico simulado, minimizando asi lo relativo a la inhalación de la fibra. Se proporciona también un método de aislar un articulo con material de aislamiento térmico. De conformidad con el método de aislar térmicamente un articulo, material de aislamiento térmico que tenga una temperatura de servicio de hasta al menos 1000 °C o mayor, que mantenga la integridad mecánica hasta la temperatura de uso, y que no es durable en fluidos fisiológicos, está dispuesta sobre, en cerca, o alrededor del articulo a ser aislado. El material de aislamiento térmico utilizado en el método de aislar térmicamente un articulo comprende el producto de fibrización de un fundido de ingredientes que comprenden sílice, magnesia, un compuesto que contenga lantano o un elemento de la serie lantánida y, opcionalmente , zirconia. Se proporcionan fibras de vidrio refractario resistente a altas temperaturas que son fácilmente fabricables a partir de un fundido que tenga una viscosidad adecuada para fibras por insuflación o hiladas, y no son durables en fluidos fisiológicos. Las fibras de vidrio refractario resistentes a altas temperaturas no son durables en fluidos fisiológicos, y exhiben buena resistencia mecánica hasta la temperatura de servicio. Las fibras de vidrio refractario, resistentes a altas temperaturas no son durables en fluidos fisiológicos y exhiben baja contracción a la temperatura de uso. E emplo Se produjeron fibras a partir de un fundido de ingredientes que contienen sílice, magnesia, y 1 por ciento en peso de La203 por medio de un proceso por insuflación de la fibra. Se probaron las características de contracción de las fibras por fibras formadas vía húmeda en una almohadilla y medición de las dimensiones de la almohadilla antes y después de calentar la almohadilla contraída en un horno por un período de tiempo fijo. Se preparó una almohadilla contraída por mezclado de las fibras insufladas, un aglutinante fenólico, y agua. La mezcla de fibra, aglutinante, y agua se vertió en un molde laminar y se drenó el agua a través de la parte inferior del molde. Se cortó una pieza de 7.62 cm (3 pulgadas) x 12.7 cm (5 pulgadas) a partir de la almohadilla y se usó en la prueba de contracción. Se midieron cuidadosamente el largo y el ancho de la almohadilla de prueba. Entonces se colocó la almohadilla en un horno y se llevó a una temperatura de 1260 °C por 24 horas. Después de calentar por 24 horas, la almohadilla se enfrió y se midieron otra vez el largo y el ancho. La contracción lineal de la almohadilla de prueba se determinó comparando las mediciones dimensionales "antes" y "después". La almohadilla de prueba, que comprende las fibras preparadas de conformidad con la presente invención, exhibió una contracción lineal de aproximadamente 4 % o menos. La presente invención no se limita a las modalidades especificas descritas anteriormente, sino que incluye variaciones, modificaciones y modalidades equivalentes. Las modalidades que se describen separadamente no están necesariamente en la alternativa, ya que varias modalidades de la invención pueden ser combinadas para proporcionar las características deseadas.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Una fibra inorgánica vitrea, resistente a altas temperaturas, de baja contracción que tiene una temperatura de uso por encima de al menos 1000 °C, que mantiene la integridad mecánica hasta la temperatura de uso y que no es durable en fluidos fisiológicos, caracterizada porque comprende el producto de fibrizacion de sílice, magnesia, y un compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida.

2. La fibra de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el compuesto que contiene el elemento de la serie lantánida es seleccionado del grupo que consiste de bromuros que contienen un elemento de la serie lantánida, cloruros que contienen un elemento de la serie lantánida, fluoruros que contienen un elemento de la serie lantánida, fosfatos que contienen un elemento de la serie lantánida, nitratos que contienen un elemento de la serie lantánida, nitritos que contienen un elemento de la serie lantánida, óxidos que contienen un elemento de la serie lantánida, y sulfatos que contienen un elemento de la serie lantánida.

3. La fibra de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida es La203.

4. La fibra de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende el producto de fibrización de sílice, magnesia, y desde más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contenga un elemento de la serie lantánida.

5. La fibra de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque adicionalmente desde 0 a aproximadamente 11 por ciento en peso de zirconia.

6. La fibra de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque contiene menos de aproximadamente 2 por ciento en peso de alúmina.

7. La fibra de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque contiene menos de aproximadamente 1 por ciento en peso de óxido de hierro, calculado como Fe203.

8. La fibra de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque substancialmente no contiene óxidos de metal alcalino.

9. La fibra de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque contiene menos de aproximadamente 1 por ciento en peso de calcia.

10. La fibra de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende el producto de fibrización de aproximadamente 65 a aproximadamente 86 por ciento en peso de silice, aproximadamente 14 a aproximadamente 35 por ciento en peso de magnesia, y más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida.

11. La fibra de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque el compuesto que contiene el elemento de la serie lantánida es seleccionado del grupo que consiste de bromuros que contienen un elemento de la serie lantánida, cloruros que contienen un elemento de la serie lantánida, fluoruros que contienen un elemento de la serie lantánida, fosfatos que contienen un elemento de la serie lantánida, nitratos que contienen un elemento de la serie lantánida, nitritos que contienen un elemento de la serie lantánida, óxidos que contienen un elemento de la serie lantánida, y sulfatos que contienen un elemento de la serie lantánida.

12. La fibra de conformidad con la reivindicación 11, caracterizada porque el compuesto que contiene el elemento de la serie lantánida es La203-

13. La fibra de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada adicionalmente porque comprende desde 0 a aproximadamente 11 por ciento en peso de zirconia.

14. La fibra de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque contiene menos de aproximadamente 2 por ciento en peso de alúmina.

15. La fibra de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque contiene menos de aproximadamente 1 por ciento en peso de óxido de hierro, calculado como Fe203.

16. La fibra de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque substancialmente no contiene óxidos de metal alcalino.

17. La fibra de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque contiene menos de aproximadamente 1 por ciento en peso de calcia.

18. La fibra de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque comprende el producto de fibrización de más de 71.25 por ciento en peso de sílice, magnesia, y un compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida.

19. La fibra de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada porque el producto de fibrización de aproximadamente 71.25 a aproximadamente 86 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 14 a aproximadamente 28.75 por ciento en peso de magnesia, y más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida.

20. La fibra de conformidad con la reivindicación 19, caracterizad aporque comprende el producto de fibrización de aproximadamente 72 a aproximadamente 80 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 21 a aproximadamente 28 por ciento en peso de magnesia, y más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida.

21. Un método para preparar una fibra vitrea resistente a altas temperaturas, de baja contracción que tiene una temperatura de uso por encima de al menos 1000 °C, que mantiene la integridad mecánica hasta la temperatura de uso y que no es durable en fluidos fisiológicos, caracterizada porque comprende: formar un fundido con ingredientes que comprenden sílice, magnesia, y un compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida, y producir fibras a partir del fundido.

22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el fundido comprende desde aproximadamente 65 a aproximadamente 86 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 14 a aproximadamente 35 por ciento en peso de magnesia, y más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida.

23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el fundido comprende más de 71.25 por ciento en peso de sílice, magnesia, y un compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida.

24. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el fundido comprende desde aproximadamente 71.25 a aproximadamente 86 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 14 a aproximadamente 28.75 por ciento en peso de magnesia, y más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida.

25. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el fundido comprende desde aproximadamente 72 a aproximadamente 80 por ciento en peso de sílice, aproximadamente 21 a 28 por ciento en peso de magnesia, y más de 0 a aproximadamente 6 por ciento en peso de un compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida.

26. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida es seleccionado del grupo que consiste de bromuros que contienen un elemento de la serie lantánida, cloruros que contienen un elemento de la serie lantánida, fluoruros que contienen un elemento de la serie lantánida, fosfatos que contienen un elemento de la serie lantánida, nitratos que contienen un elemento de la serie lantánida, nitritos que contienen un elemento de la serie lantánida, óxidos que contienen un elemento de la serie lantánida, y sulfates que contienen un elemento de la serie lantánida.

27. El método de conformidad con la serie 26, caracterizado porque el compuesto que contiene un elemento de la serie lantánida es La2Ü3.

28. ün método de aislar un articulo caracterizado porque comprende: disponer sobre, en, cerca de o alrededor del articulo, un material de aislamiento térmico que tenga una temperatura de servicio de hasta al menos 1000 °C, o mayor, que mantiene la integridad mecánica hasta la temperatura de uso y que no es durable en fluidos fisiológicos, dicho material de aislamiento comprende el producto de fibrización de un fundido de ingredientes que comprenden sílice, magnesia, un compuesto que contiene lantano o un elemento de la serie lantánida y, opcionalmente, zirconia.