NO150076B - Alkali- og varmeresistent uorganisk fiber. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en alkali- og varmeresistent

uorganisk fiber og mer spesielt alkali- og varmeresistente uorganiske fibre for hvilke fiberiseringstemperaturen er omtrent den samme som for vanlige steinullfibre.

Teknikkens stand.

Noen glassfibre er kjent som alkaliresistente uorganiske

fibre. Disse glassfibre viser imidlertid en høy viskositet i smeltet tilstand, for eksempel 100 poise ved 1400°C. På grunn av denne høye viskositet er det ikke mulig å fremstille korte fibre ved multirotor-spinneprosesser som bare er anvendbare når smeltens viskositet er lav, som i tilfellet av steinullfibre med en viskositet på noen poise ved 1400°C. Andre ulemper gjør seg dessuten også gjeldende ved fremstilling av alkaliresistente glassfibre.

Det er nødvendig å tilsette zirkoniumoksyd, som er kostbart og dessuten medfører økte smeltekostnader.

Det er i den senere tid beskrevet alkaliresistente mineralfibre som ikke krever anvendelse av det kostbare zirkoniumoksyd som anvendes i konvensjonelle alkaliresistente glassfibre (japansk patentsøknad (utlagt) nr. 101 922/1979). De beskrevne fibre har imidlertid en relativt høy fiberiseringstemperatur sammenlignet med vanlige mineralfibre. Dette medfører en betydelig økning i energi-kostnadene ved fremstilling av fibre med optimal diameter ved hjelp av en multirotor-prosess.

Kort angivelse av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen tar sikte på å tilveiebringe uorganiske alkali-

og varmeresistente fibre fremstilt ved anvendelse av de naturlige steinsorter, slagger og lignende som er lett tilgjengelige i til-strekkelige mengder.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe uorganiske alkali- og varmeresistente fibre som kan fremstilles økonomisk ved hjelp av multirotor-spinneprosesser.

I henhold til oppfinnelsen tilveiebringes uorganiske alkali-

og varmeresistente fibre bestående hovedsakelig av

hvor den samlede mengde av CaO, Fe203, FeO og MnO er 16 - 20 vektprosent.

Kort beskrivelse av tegningen.

Fig. 1 viser et bilde tatt med elektronmikroskop av den mineralfiber som er omtalt i sammenligningseksemplet 1 i tabell 1, og som er underkastet alkaliresistens-prøven.

Fig. 2 viser et bilde tatt med elektronmikroskop av den

alkali- og varmeresistente fiber ifølge oppfinnelsen (Eksempel i tabell l), og som er underkastet alkaliresistens-prøven.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen.

Når man tar sikte på enkelt å oppnå gode fibre fra et utgangs-materiale med relativt lav viskositet uten å ta hensyn til alkali-og varmeresistensen, bør SiC^-innholdet i det smeltbare materiale være i området 35-50 vekt%. Hvis SiC^-innholdet er under 35 vekt%, er det vanskelig å oppnå gode korte fibre på 2-10 ym i diameter, mens fiberdannelsen ved multirotor-spinneprosessen blir vanskelig på grunn av øket smelteviskositet når SiC^-innholdet overstiger 50 vekt%. I betraktning av den alkali- og varmerésistens som tilsiktes ved den foreliggende oppfinnelse er det imidlertid ønskelig å øke Si02-innholdet, og hvis SiC^-innholdet er mindre enn 40 vekt%, er det vanskelig å oppnå fibre med tilfredsstillende alkali- og varmerésistens, på grunn av innholdet av andre, alkaliske oksyder. Alt tatt i betraktning ble det funnet nødvendig at SiC^-innholdet ligger i området 40 - 50 vektprosent, fortrinnsvis 45 - 50 vekt%.

Med sikte på å forbedre fibrenes styrke og varmerésistens be-grenses CaO-innholdet i det smeltbare materiale til høyst 10 vekt%. Hvis CaO-innholdet overstiger 10 vekti, vil varmeresistensen såvel som fysikalske egenskaper hos fibrene nedsettes. Det mest foretrukne CaO-innhold ligger i området 0-6 vekt%.

Med sikte på å motvirke ovennevnte uheldige virkning av CaO

og å innstille viskositeten av det smeltbare materiale til en verdi egnet for multirotor-spinneprosessen bør MgO være til stede 1 en mengde på 15-25 vekt%. Hvis MgO-innholdet overstiger 25%, vil ikke bare smeltens viskositet bli for lav for opprettholdelse av den optimale fiberdannelse, men også til å sikre den nødvendige mengde av sure oksyder, hvilket resulterer i en nedsettelse av fiberens alkaliresistens. På den annen side, hvis MgO-innholdet er mindre enn 15 vekt%, vil smeltens viskositet bli for høy til å være egnet for fiberdannelsen. Det mest foretrukne MgO-innhold ligger i området 18-2 3 vekt%.

Fe203og FeO er egnet til å forbedre varmeresistensen og fleksibiliteten hos fibre på 2-10 ym i diameter. Hvis innholdet av disse overstiger 10 vekt%, vil imidlertid fibrenes alkaliresistens nedsettes. Det mest foretrukne innhold av Fe203pluss FeO ligger i området 0-8 vekt%.

Aluminiumoksyd (A1203) såvel som silisiumdioksyd (Si02) virker til å forbedre fiberstyrken. Ved økende Al203~innhold øker imidlertid smeltens viskositet, og avglassingstemperaturen øker, hvilket resulterer i en økning i smelteenergi-omkostningene. Hvis A1203-innholdet overstiger 15 vekt%, vil fibrenes alkaliresistens nedsettes, mens gode fibre ikke alltid oppnås hvis innholdet er under 5 vekt%. Al-jO^-innholdet er derfor begrenset til området 5-15 vekt%; det mest foretrukne innhold ligger i området 5-10 vekt%.

Manganoksyd (MnO) har gunstige virkninger for dannelse av en ensartet smelte og bidrar også til en god alkaliresistens hos fibrene. I tilfellet av mineralfibre, men ikke glassfibre, gir en tilsetning på 2-15 vekt% MnO en tilstrekkelig nedsettelse av smeltens viskositet og oppviser stabiliserende og klarende virkninger på smeiten. For eksempel vil tilsetning av 5 vekt% MnO nedsette den optimale fiberdannelsestemperatur med ca. 80°C. Tilsetning av MnO i mengder over 15 vekt% er imidlertid ikke bare unødvendig, men også uønsket for å sikre den nødvendige mengde av Si02for den optimale fiberdannelse. Hvis MnO-innholdet er under 2 vekt%, oppviser MnO ikke lenger fluksvirkning. Det mest foretrukne MnO-innhold ligger i området 5-10 vekt%.

Foruten den ovenfor nevnte spesifikasjon for hver bestanddel skal det samlede innhold av MnO, CaO, Fe203og FeO være 16-20 vektprosent, hvorved viskositeten av det smeltbare materiale bringes på det optimale nivå for fiberdannelsen ved multirotor-spinneprosessen. En overflødig tilsetning av disse bestanddeler bevirker en negativ faktor for opprettholdelse av den nødvendige mengde av Si02som er ønskelig for alkaliresistensen.

Titandioksyd(Ti02) foreligger som en forurensning i en mengde på 2 vekt.% i naturlige bergarter eller slagger som anvendes for det smeltbare materiale.

Det viktigste naturlige bergartsmateriale til bruk som råmaterialer ved fremstilling av de uorganiske fibre ifølge foreliggende oppfinnelse finnes i olivin og dettes metamorfe berg-

arter inneholdende minst 35 vektprosent av både Si02og MgO.

Olivin har fordelen av å være naturlig forekommende i mange

land og er tilgjengelig som råmateriale til lav pris.

En typisk metamorf bergart etter olivin er serpentin som helt eller delvis kan anvendes som erstatning for olivin. Sammenlignet med olivin er imidlertid MgO-innholdet vanligvis ca. 5% lavere,

og Fe-jO^-innholdet er ca. 3% høyere. Det er derfor fordelaktig å anvende olivin både av økonomiske og andre grunner. For å oppnå utgangsmaterialet for det produkt som beskrives i det foreliggende, må man regulere sammensetningen av det ovenfor nevnte viktigste naturlige bergartsmateriale ved tilsetning av beregnede mengder av basalt, diabas, vermikulitt, pyrofyllitt og jernmalmslagg med henblikk på Si02, CaO og A1203; silisiumdioksyd-stein eller eg-

nede leirematerialer med henblikk på Si02; og mangansilikat-

malm, mangankarbonat-malm, manganoksyd-malm og siliko-mangan-

slagg med henblikk på MnO. Valget og kombinasjonen av disse naturlige malmer eller slagger er ikke underlagt noen spesielle res-triksjoner med mindre den endelige sammensetning avviker fra den i det foreliggende spesifiserte.

Ved fremstilling av de alkali- og varmeresistente uorganiske fibre ifølge oppfinnelsen ved anvendelse av de nevnte naturlige bergarter og slagger kan det anvendes konvensjonelle velkjente metoder og utstyr. Eksempelvis smeltes de blandede råmaterialer i en kupolovn ved 1410-1460°C, den resulterende smelte tillates å strømme nedover til overflaten av spinnerotorer for fiberisering av det smeltede materiale, og de således dannede fibre oppsamles ved hjelp av en luftstrøm som blåses rundt spinnerotorene.

Eksempel.

Det blandede råmateriale som er vist i tabell 1 under "Eksempel", ble smeltet i en konvensjonell kupolovn ved 1430°C. Den resulterende smelte ble tillatt å strømme nedover til overflaten av spinnerotorer for fiberisering av det smeltede materiale, og de således dannede fibre ble oppsamlet ved hjelp av en luftstrøm som ble blåst rundt spinnerotoren.

I sammenligningseksemplene 1 og 2 ble likeledes de blandede råmaterialer som er angitt i tabell 1, dannet til fibre og oppsamlet på samme måte som beskrevet ovenfor, med unntagelse av at råmaterialene ble smeltet ved henholdsvis 1460 og 1540°C, som var de optimale fiberdannelsestemperaturer som vist i tabell 2.

Sammensetningen og egenskapene av de uorganiske fibre som oppnås ifølge oppfinnelsen, er angitt i tabell 2, som også viser sammensetningenbg egenskapene av andre mineralfibre som ikke om-fattes av den foreliggende oppfinnelse (Sammenligningseksempler 1-3).

Anmerkninger:

(1) Alle prosentangivelser er på vektbasis.

(2) Sammenligningseksempel 1 viser de vanlige mineralfibre. (3) Fibrene i sammenligningseksempel 2 har en sammensetning som ikke dekkes av den foreliggende oppfinnelse. (4) Sammenligningseksempel 3 tilsvarer de mineralfibre som er beskrevet i japansk patentsøknad (utlagt) nr. 101 922/ 1979.

(5) Testmetode:

(a) Alkaliresistens: 500 ml IN NaOH og ca. 10 g (veiet nøyaktig) av prøven plasseres sammen i en 1-liters polyetylenbeholder med tett propp og nedsenkes i et vannbad som holdes ved 80 t 1°C. Etter 24 timer

vaskes prøven med rent vann og tørkes, og vekttapet måles.

(b) Varmeresistens-temperatur: En skive med en diameter

på 500 mm, en tykkelse på 50-80 mm og en spesifikk vekt på 0,5 plasseres under en belastning på 10 g. Temperaturen av skiven heves med en hastighet på 10°C/minutt opp til 500°C og deretter med en hastighet på 5°C/minutt. Den temperatur ved hvilken prøvens tykkelse er redusert med 10% på grunn av kontraksjon, tas som varmeresistens-temperatur.

Fig. 1 viser et bilde tatt med elektronavsøkningsmikroskop

(x 1000) av vanlige mineralfibre etter at de var underkastet den alkaliresistenstest som er beskrevet ovenfor under (a). Fibrene ble observert å være så forringet at de viste ruhet på fiberoverflaten og forekomst av fragmenter av fibre som var gått i stykker.

Fig. 2 viser et bilde tatt med elektronavsøkningsmikroskop

(x 1000) av de uorganiske fibre ifølge foreliggende oppfinnelse etter at de var underkastet den alkaliresistens-test som er beskrevet ovenfor under (a). Det ble observert at fibrene hadde beholdt sin opprinnelige form, og hverken ru overflate eller fiberfragmenter ble påvist, hvilket viser at alkaliresistensen var blitt forbedret i stor grad.

Som det fremgår av tabell 2, har fibrene ifølge foreliggende oppfinnelse bedre alkaliresistens enn fibrene i sammenligningseksempler 1 og 2. Fibrene i sammenligningseksempel 3 viser at alkaliresistensen er nesten like god som hos fibrene ifølge foreliggende oppfinnelse. Eksemplet vedrørende foreliggende oppfinnelse viser imidlertid en lavere optimal fiberiseringstemperatur, hvilket viser muligheten for en betydelig besparelse i smelteenergi. Varmeresistenstemperaturen for fibrene ifølge oppfinnelsen er nesten 140°C høyere enn varmeresistenstemperaturen for de vanlige mineralfibre.

De uorganiske fibre ifølge foreliggende oppfinnelse med den gode alkali- og varmerésistens, som beskrevet ovenfor, kan fremstilles med lave omkostninger i industriell målestokk og anvendes hovedsakelig som en erstatning for asbest i asbest-sement plater.

Claims (1)

1. Alkali- og varmeresistent uorganisk fiber, karakterisert vedat den hovedsakelig består

   hvor den samlede mengde avCaO, Fe203, FeO og MnO er 16 - 20 vektprosent.