NO173620B - Poroese fibre av aluminiumoksyd, fremgangsmaate for fremstilling av slike fibre, samt metallmatrikskompositt inneholdende slike fibre - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen vedrører porøse fibre av aluminiumoksyd med lav tetthet og forbedret modul og styrke sammenlignet med hittil kjente fibre. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av porøse fibre av aluminiumoksyd med lav tetthet ved spinning til fibre av en spinneløsning som omfatter en løsning av en forbindelse som kan dekomponeres til aluminiumoksyd ved oppvarming, og påfølgende oppvarming av fibrene for å omdanne forbindelsen til aluminiumoksyd.

Det er vel kjent å fremstille uorganiske oksydfibre ved å danne fibre av en spinneblanding omfattende en løsning av en oppløselig metallforbindelse som dekomponerer ved oppvarming for å gi et metalloksyd. F.eks. kan aluminiumoksydfibre fremstilles ved å danne fibre av en vandig løsning av aluminiumklorhydrat og deretter dekomponere aluminiumforbindelsen for å gi aluminiumoksydfibre. Spinneblandingen kan inneholde et hjelpemiddel for spinningen, så som en organisk polymer, for å gi den de korrekte reologiske egenskapene for spinningen, og additiver så som faseforandrings-inhibitorer, f.eks. kan silisiumdioksyd eller metalloksyd-partikler oppløses eller suspenderes i blandingen.

Fremstillingen av fibre fra spinneblandingen kan utføres ved flere forskjellige teknikker, avhengig i noen utstrekning av formen på de resulterende fibrene. Den vanligste formen av uorganiske oksydfibre, spesielt aluminiumoksydfibre, er relativt korte (f.eks. 2-5 cm) bulkfibre i form av en matte eller et teppe som oppnås ved delvis tørking av de nylig spunne gelfibrene under flukt, oppsamling av de delvis tørre fibrene i bunnen av spinneapparatet på en vire eller et belte, og deretter oppvarming av fibrene for å tørke dem og omdanne den uorganiske oksydforløperen til det uorganiske oksydet.

Fremgangsmåter av den generelle typen som er beskrevet ovenfor for fremstilling av matter eller tepper av vilkårlig orienterte uorganiske oksydfibre er beskrevet f.eks. i vår britiske patentspesifikasjon nr. 1.360.197 (blåsespinning) og patentpublikasjon nr. 2.096.586A (sentrifugalspinning).

Uorganiske oksydfibre i form av kontinuerlige filamenter har også vært foreslått, idet slike fibre kan oppnås f.eks. ved å ekstrudere spinneløsningen kontinuerlig gjennom et munn-stykke, og vinne opp de kontinuerlige fibrene på f.eks. en trommel. Gelfibrene blir tørket mellom spinnemunnstykket og oppvinningsanordningen i en slik utstrekning at de ikke kleber sammen på oppvinningsapparatet. En slik fremgangsmåte er foreslått f.eks. i britisk patentspesifikasjon nr. 1.360.197.

I de senere årene er det skapt betydelig interesse for å inkorporere uorganiske oksydfibre, f.eks. aluminiumoksydfibre, i metaller og legeringer for å frembringe metallmatrikskompositter med forbedret slitemotstand og/eller høytemperaturegen-skaper sammenlignet med metallene eller legeringene alene. Bemerkelsesverdig i denne henseende er utviklingen av komponenter for motorindustrien, særlig av stempler eller stempel-deler og veivaksler. Denne anvendelsen av fibrene har påpekt ønskeligheten av produktformer med rettere fibre, f.eks. for å bibringe komponentene styrke i én retning, dvs. mye større styrke i én retning enn i retningen på tvers.

Inkorporeringen av fibrene i metallmatrikskompositter med-fører også sammenpakking av fibrene for å oppnå høye volum-andeler av fibrene i komposittene. Uorganiske oksydfibre er harde og ganske sprø, og komprimering av en vilkårlig orientert matte eller et teppe av fibrene resulterer i utstrakt brekkasje av disse. Orientering eller retting av fibrene resulterer i mindre brekkasje av fibrene når disse presses sammen for å oppnå en høy volumandel av fibrene.

De mest vanlige polykrystallinske uorganiske oksydfibrene er aluminiumoksydfibre, og disse inneholder vanligvis en liten andel, f.eks. opptil 5 vekt%, av en fasestabilisator så som silisiumdioksyd. Fibre som inneholder silisiumdioksyd kan aksepteres for å forsterke aluminium og mange aluminium-legeringer, men de er mindre egnet for armering av magnesium og magnesiumholdige legeringer som reagerer med silisiumdioksyd under dannelsen av metallmatrikskompositter. Silisiumdioksydfrie uorganiske oksydfibre (f.eks. aluminiumoksydfibre) er blitt foreslått, men sterke, porøse, silisiumdioksydfrie fibre med høy elastisitetmodul har hittil ikke vært til-gjengelige.

Skjønt aluminiumoksydfibre (som inneholder silisiumdioksyd) med høy styrke og modulus er kjent, er det også vel-kjent at typer av slike fibre med lav tetthet, d.v.s. porøse fibre, gjerne har lavere styrke og elastisitetsmodul.

Foreliggende oppfinnelse vedrører porøse fibre av aluminiumoksyd med lav tetthet (silisiumdioksydholdige fibre og særlig silisiumdioksydfrie fibre) med forbedret styrke og modul, og er basert på den oppdagelsen at aksialt orienterte porer i fiberstrukturen vil forbedre fibrenes egenskaper.

Ifølge oppfinnelsen tilveiebringes en porøs fiber av aluminiumoksyd med lav tetthet og forbedret styrke og modul, og som omfatter aksialt orienterte porer i aluminiumoksydstrukturen, og hvori minst 25% av den totale fiberporøsiteten utgjøres av aksialt orienterte porer.

En foretrukken utførelse av oppfinnelsen vedrører fibre ifølge det umiddelbart foregående avsnittet som er fri for silisiumdioksyd eller andre fasestabilisatorer. Silisium-dioksydf rie aluminiumoksydfibre er en spesielt foretrukket utførelse av oppfinnelsen.

Det karakteristiske trekket ved fibrene ifølge oppfinnelsen er at minst 25% og fortrinnsvis en mye høyere andel enn 25% av den totale fiberporøsiteten tilveiebringes ved aksialt orienterte porer. Uttrykket "aksialt orienterte porer" som brukes heri, er ikke begrenset til porer som er orientert nøyaktig parallelt med fiberaksen, men omfatter noen porer som er orientert i en vinkel med aksen på opptil 3 0°. Fortrinnsvis er imidlertid de fleste av de aksialt orienterte porene i det vesentlige parallelle med aksen, og spesielt avviker de ikke mere enn 10° fra aksen. Det skal også forstås at porer som har en aksialt orientert del og en ikke aksialt orientert del, f.eks. en radialt orientert del (f.eks. en labyrintisk pore som omfatter en aksialpore i kommunikasjon med en radial pore), blir karakterisert som aksialt orienterte porer med hensyn til den delen derav som er aksialt orientert. De aksialt rettede porene kan således være lukkede porer, eller de kan være åpne mot fiberoverflaten.

Ideelt utgjøres hele porøsiteten av fiberen av aksialt orienterte porer, men dette kan ikke alltid oppnås i praksis. Det foretrekkes allikevel at andelen av aksialt orienterte porer er så høy som praktisk mulig, da styrken og elastisitetsmodulen for de resulterende fibrene vanligvis vil være høyere, jo høyere andelen er av aksielt orienterte porer. Som retningslinjer for de forbedringene som tilveiebringes ifølge oppfinnelsen, har vi funnet at en aluminiumoksydfiber med 40% porøsitet ifølge oppfinnelsen kan være 3 eller 4 ganger sterkere og stivere enn en aluminiumoksydfiber med 40% porøsitet hvori porene er fullstendig vilkårlige. For å illustrere, har en typisk aluminiumoksydfiber med 40% porøsitet en stivhet (modulus) på ca". 55 GPa dersom porene er vilkårlige, men en stivhet på opptil 200 GPa dersom porene er helt eller delvis aksialt orienterte. Lignende forbedringer i styrke er blitt observert.

Aksial innretting av porene i fibrene er resultatet av å tilsette spesielle typer av overflateaktive stoffer til den spinneløsningen som fibrene spinnes fra. Vi har funnet at overflateaktive stoffer av flere kjemiske typer kan anvendes, forutsatt av spinneløsningen som inneholder dem er stabil, og at tåkepunktet for det overflateaktive stoffet i løsningen er over spinnetemperaturen, men ikke mer enn 2 0°C over spinnetemperaturen. For en spinnetemperatur på 25°C vil således tåkepunktet for det overflateaktive stoffet være under 45°C.

Ifølge et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringes derfor en fremgangsmåte for fremstilling av porøse fibre av aluminiumoksyd som har en høy andel av aksialt orienterte porer og som omfatter å spinne til fibre en spinne-løsning som omfatter en løsning av en forbindelse som kan dekomponeres til aluminiumoksyd ved oppvarming, og påfølgende oppvarming av fibrene for å omdanne forbindelsen til aluminiumoksyd, karakterisert ved at det til spinneløsningen tilsettes et ikke-ionisk overflateaktivt stoff som har et tåkepunkt i spinneløsningen som er høyere enn spinnetemperaturen, men ikke høyere enn 20°C over spinnetemperaturen. I en foretrukket utførelse er spinnetemperaturen ca. 2 5°C, og det overflateaktive stoffet har et tåkepunkt i spinneløsningen på under 45°C.

Man vil forstå at ettersom spinnetemperaturen økes, vil det akseptable tåkepunktet for det overflateaktive stoffet også øke. For en sp innetemperatur på ca. 50°C vil f. eks. tåkepunktet for det overflateaktive stoffet være under 7 0°C.

Vi foretrekker at tåkepunktet for det overflateaktive stoffet er minst 5°C over spinnetemperaturen, og ikke mer enn 15°C over spinnetemperaturen. For en spinnetemperatur på 25°C er f.eks. tåkepunktet for det overflateaktive stoffet således fortrinns-vis i området mellom 3 0°C og 40°C.

Ved uttrykket "spinnetemperatur" menes den maksimale temperaturen som spinneløsningen oppnår under ekstruderingen og nedtrekkingen (forlengelsen) som er de trinnene som omfatter den fiberdannende fremgangsmåten. Ekstruderingen av løsningen inn i. oppvarmede omgivelser vil således resultere i en hevning av temperaturen i løsningen under nedtrekkingen (forlengelsen) til grønne fibre. Spinnetemperaturen i et slikt tilfelle er den maksimale temperaturen som oppnås i løsningen (grønne fibre) før nedtrekkingen (forlengelsen) er avsluttet. Vanligvis vil spinnetemperaturen være våtkuletemperaturen for den omgivende luft.

"Tåkepunktet for det overflateaktive stoffet" som det vises til heri, er den temperaturen hvorved spinneløsningen som inneholder det overflateaktive stoffet, blir tåket ved oppvarming. Vandige løsninger av ikke-ioniske overflateaktive stoffer blir tåket ved oppvarming, og tåkepunktet for disse bestemmes ved neddykking av et kokerør som inneholder ca.

10 ml av løsningen i et kaldt omrørt vannbad, og deretter oppvarming av badet ved en hastighet på 1°C pr. minutt. Løsningen i røret blir ikke omrørt, eller bare svakt omrørt (for å unngå bobler) med en spatel. Løsningen blir tåket over et smalt

temperaturområde innenfor 1-2°C, og tåketemperaturen, eller tåkepunktet kan da noteres. Prosessen er reversibel, og når løsningen får avkjøle seg, blir den klar igjen, slik at det

kan utføres en kontroll på tåkepunktet ved å avkjøle den tåkete løsningen. I praksis har det vist seg å være tilstrekkelig med en enkelt kontroll, selv om man vanligvis får en lavere verdi for tåkepunktet (opp til 3°C lavere) ved av-kjøling, enn ved oppvarming.

Som tidligere nevnt kan det anvendes overflateaktive stoffer av flere kjemiske typer, og eksempier på slike kjemiske typer er alkyletoksylater, alkylfenyletoksylater, blokk-kopolymerer av polypropylenoksyd og polyetylenoksyd, siloksan-polyetoksylatkopolymerer av kamtypen og polyetoksy-lerte aminer. Man vil forstå at det innenfor hver av disse kjemiske klassene av overflateaktive stoffer kan være slike som har et tåkepunkt som er for høyt til å kunne anvendes i fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelsen, såvel som slike som kan benyttes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Det er dog bare et enkelt rutineeksperiment som skal til for å måle tåkepunktet for et overflateaktivt stoff for å bestemme hvorvidt det er egnet til å anvendes i fremgangsmåten. Blandinger av overflateaktive stoffer kan anvendes for å gi et passende tåkepunkt.

Mengden av overflateaktivt stoff som anvendes i spinne-løsningen kan variere innenfor et vidt område, men vil vanligvis være minst 1 vekt% basert på spinneløsningen. Fortrinnsvis vil mengden være fra 1 til 15 vekt% av løsningen; vi foretrekker spesielt fra 3 til 10 vekt% av det overflateaktive stoffet.

Spinneløsningen kan inneholde forløpere for stabiliserende og/eller sintrende additiver for fibrene i tillegg til det overflateaktive stoffet. I en spesiell utførelse av oppfinnelsen kan det overflateaktive stoffet selv virke som fasestabilisator eller sintremiddel i de resulterende fibrene. F.eks. vil bruken av en siloksankopolymer som det overflate-aktive stoffet føre til dannelse av silisiumdioksyd i fibrene når disse blir oppvarmet for å dekomponere forløperen for aluminiumoksydet til aluminiumoksydet som utgjør fibrene. Eksempler på stabiliseringsmidler for hvilke forløpere kan inkorporeres i spinneløsningen, er silisiumdioksyd, magnesiumoksyd, zirkoniumoksyd og yttriumoksyd og blandinger derav for aluminiumoksydfibre.

Aksialinnretting av i alle fall noen av porene i fibrene ifølge oppfinnelsen, demonstreres ved en forskjell i brytningsindeks mellom den aksiale retningen na og den radiale retningen nr av fibrene. Verdier for na-nr og opptil 0,03 er blitt observert for eta-aluminiumoksydfibre med 40% porøsitet. Slike fibre utviser positiv uniaksialoptisk dobbeltbrytning, kjent som form-birefringens, og det er et direkte forhold mellom mikroskopisk målt dobbeltbrytning og stivhet og styrke av slike fibre. Vanligvis blir den aksiale innrettingen av porøsiteten i fibrene større, jo større den målte dobbeltbrytningen (na-nr) er.

Dobbeltbrytningen i fibre som har en diameter under 10 /nm, må måles ved å bruke et polariserende mikroskop og en kali-brert kompensator så som en kompensator av Senarmonttypen. Når man betrakter fibrene i tørr tilstand mellom kryssede polari-satorer, kan forskjellen i veilengde beregnes fra den målte rotasjonen 0° av analysatoren som er nødvendig for å gi maksi-mum mørke i senter av fiberen. Forskjellen i brytningsindeks blir da ganske enkelt forskjellen i veilengde (=6X:180) divi-dert med fiberdiameteren. For hvitt lys er \=0,55 ina.

Målingen av dobbeltbrytning eller form-birefringens be-skrives av Hartshorne og Stewart i "Crystals and the Polarising Microscope" (London, Edward Arnold, 4. utgave 1970). Den matematiske teorien ble utviklet av Wiener som beskrevet i Abh. Sachs. Ges. (Akad) Wiss. , 1912, 32., 507 og av J.R. Partington i Advanced Treaty on Physical Chemistry, bind 4, Physico-Chemical Optics, s. 275, utgitt av Longmans. Teorien ble ytterligere utvidet av Hermans i "Contributions to the Physics of Cellulose Fibres" (Monographs on the Progress of Research in Holland during the War, bind 3 132, Elsevier, Amsterdam 194 6). Dobbeltbrytningsmetoden ovenfor kan anvendes på vilkårlig orienterte fibre og på innrettede fibre. Wieners teori setter oss i stand til å beregne en teoretisk form-birefringens, som f.eks. for eta-aluminiumoksyd med brytningsindeks 1,6 og 4 0% perfekt aksialt innrettet porøsitet er ca.

0,04. Forholdet mellom oppnådd/ teoretisk birefringens gir et kvantitativt mål på andelen innrettede porer i fibrene, og er lett å bestemme.

Den ovenfor nevnte dobbeltbrytningsmåten for å bestemme poreinnrettingen kan anvendes på vilkårlig orienterte fibre og på innrettede fibre. Ytterligere en metode er tilgjengelig til å bestemme poreinnrettingen i tilfeller med innrettede fibre. Dette en nøytronspredning ved små vinkler, hvori ca. 0,2 g av en bunt av innrettede fibre blir utsatt for en monokromatisk termisk nøytronstråle, og spredningen ved liten vinkel blir registrert på en arealdetektor. Når porene i fibrene er aksialt innrettet, er spredningen normalt på fiberaksen mer intens enn i retningen parallell med aksen. Det er mulig å relatere anisotropien for spredningsintensiteten til den aksiale innretningen av porene, og derfor også de gjennom-snittlige mekaniske egenskapene for fibrene.

Fibrene kan være korte (bulk) fibre, kontinuerlige fibre eller fibre av middels lengde fra 0,5 m opptil et par meter (nominelt kontinuerlige fibre). F.eks. kan fibrene således fremstilles i form av et teppe av vilkårlig orienterte korte (bulk) fibre, eller en folie eller stry av innrettede eller i det vesentlige innrettede fibre. Et foretrukket produkt er et produkt hvor enkeltfibrene er i det vesentlige innrettet, og har en betydelig lengde, og hvor de nominelt er kontinuerlige selv om de i virkeligheten ikke er kontinuerlige.

Ved uttrykket "i det vesentlige innrettet" som det anvendes i hele denne beskrivelse når det gjelder fibre, menes en produktform hvori fibrene strekker seg i den samme generelle retningen, men kanskje ikke er virkelig parallelle i hele sin lengde, slik at en viss grad av overlapping av fibre er mulig, og hvor en spesiell fiber kan strekke seg for en del av eller endog hele sin lengde i en vinkel, f.eks. opptil 30° eller endog høyere, i forhold til den generelle orienteringsretningen av fibrene. I et slikt produkt er det generelle inntrykket at fibrene er parallelle, men i virkeligheten er det en svak grad av overlapping og sammentvinning av fibre, og dette er i virkeligheten ønskelig for å oppnå sidestabilitet i produktet, slik at det kan håndteres uten altfor stor separa-sjon av fibrene. Vi foretrekker at minst 90% av fibrene er i det vesentlige parallelle.

Ved uttrykket "Nominelt kontinuerlige fibre" menes fibre som i virkeligheten kanskje ikke er kontinuerlige i den betyd-ningen av de har uendelig lengde eller som strekker seg i produktets totale lengde, men at hver fiber har en betydelig lengde, f.eks. minst 0,5 m og vanligvis flere meter, slik at det generelle inntrykket av produktet er kontinuerlige fibre. Således kan frie fiberender forekomme i produktet, som representerer et avbrudd i fiberkontinuitet, men vanligvis vil antallet frie ender pr. cm<2> av produktet være relativt lavt, og andelen av brutte fibre pr. cm<2> vil ikke være større enn 1 pr. 100.

Et produkt ifølge oppfinnelsen som omfatter nominelt kontinuerlige fibre, er en matte eller et teppe med en tykkelse på et par mm. I et produkt av denne tykkelsen kan antallet frie fiberender i en cm<2> av produktet være opptil 2.500; dette må sammenlignes med ca. 50.000 frie ender i et produkt med lignende masse som er laget av korte (opptil 5 cm) bulkfibre av samme diameter. Det produktet som er laget av nominelt kontinuerlige fibre er således svært forskjellig av utseende og egenskaper fra et produkt som er laget av korte bulkfibre. Andre produktformer omfatter spoler av fiberstry.

Fortrinnsvis er den sideveis kohesjonen i de hovedsaklig innrettede, nominelt kontinuerlige fiberproduktene som skriver seg fra fibre som er plassert i en vinkel med den generelle orienteringsretningen for fibrene, slik at produktet får en strekkfasthet på minst 25.000 Pa i retningen perpendikulært på den generelle orienteringsretningen for fibrene. Produktets laterale styrke vil i noen utstrekning avhenge av fiberdiameteren, siden tykkere fibre med den samme grad av sammenbinding i teorien vil frembringe en høyere lateral styrke enn tynnere fibre vil; i virkeligheten vil tykkere fibre gjerne være mindre sammenbundet enn tynnere fibre, slik at tykkere fibre i praksis gjerne vil føre til en lavere lateral styrke i produktet.

Fibrene ifølge oppfinnelsen er polykrystallinske aluminiumoksydfibre. Disse kan omfatte alfa-aluminiumoksyd eller en overgangsfase av aluminiumoksyd, spesielt gamma-eller delta-aluminiumoksyd. Typisk vil fibrene i det vesentlige bestå av en overgangsaluminiumoksyd eller en mindre andel av alfa-aluminiumoksyd innbeddet i en matriks av en overgangsaluminiumoksyd så som gamma- eller delta-aluminiumoksyd. Vi foretrekker fibre omfattende intet eller et lavt innhold av alfa-aluminiumoksyd, og spesielt et alfa-aluminiumoksyd innhold på under 2 0 vekt% og spesielt under 10 vekt%. For silisiumdioksyd-stabilisert aluminiumoksyd vil strekkfastheten og fleksibiliteten vanligvis være lavere, jo høyere innholdet av alfa-aluminiumoksyd er i fibrene. De foretrukne fibrene ifølge oppfinnelsen har akseptabel strekkfasthet og høy fleksibilitet.

Fiberdiameteren kan være fra et par, ca. 2, /xm til flere hundre /xm; vi foretrekker fibre med liten diameter, under 20 Atm, og spesielt under 10 /im. Et spesielt foretrukket produkt er et som har fibre med en midlere diameter på ca. 3 /im.

Fibrenes tetthet er vesentlig avhengig av varmebehandlingen som fibrene har vært utsatt for, og tilstedeværelsen eller fraværet av en fasestabilisator i fibrene. Etter spinning og i alle fall delvis tørking blir gelfibrene vanligvis oppvarmet i damp ved en temperatur på fra 2 00°C til 600°C for å dekomponere forløperen for metalloksydet, deretter ytterligere oppvarmet for å brenne ut eventuelt organiske rester og for å krystallisere de resulterende metalloksyd-fibrene, og deretter alternativt endog ytterligere oppvarmet for å sintre fibrene. Det kan anvendes krystalliserings-temperaturer på 1.000°C eller høyere. Etter dampbehandlingen er fibrene svært porøse, og den høye porøsiteten beholdes under krystalliseringen opptil f.eks. 900-950°C. Etter sintring av silisiumdioksydholdige aluminiumoksydfibre ved f.eks. over 1.200°C, f.eks. opptil 1.300°C eller høyere, har fibrene imidlertid lav porøsitet. Ved å kontrollere sintringstemperaturen og mengden av fasestabilisator som er tilstede, kan det således oppnås fibre med lav tetthet og høy porøsitet. Typiske tilsynelatende tettheter for aluminiumoksydfibre med lav tetthet er 1,75 til 2,0 g/ml. Typiske lave tilsynelatende tettheter for zirkoniumoksydfibre er ca. 4,0 g/ml.

Vi har observert at elastisitetsmodul for noen silisium-dioksydstabiliserte aluminiumoksydfibre ikke synes å bli på-virket vesentlig ved å sintre fibrene over 1.000°C, og at den ikke varierer sterkt i samsvar med fibrenes tilsynelatende tetthet. Over et område med tilsynelatende fibertettheter på 2 g/ml til 3,3 g/ml, er det f.eks. blitt observert at elastisitetsmodul for slike aluminiumoksydfibre vil variere bare fra 170-230 GPa til 240-300 GPa. Forholdet mellom fibermodul og fibertetthet (=spesifikk modul) er således vanligvis høyest når det gjelder fibre med lav tetthet.

Fibrene kan fremstilles ved hvilken som helst av de kjente teknikkene for fiberdannelse. F.eks. kan korte (bulk) fibre, så vel som nominelt kontinuerlige fibre, fremstilles ved en blåsespinningsteknikk eller en sentrifugalspinningsteknikk. Kontinuerlige fibre kan fremstilles ved den vanlige ekstru-der ings/oppvinningsteknikken. Ved fremstilling av fibre med orienterte porer ifølge oppfinnelsen må betingelsene imidlertid kontrolleres for å sikre at løsningen som sprøytes ut holder seg tilstrekkelig flytende for en tilstrekkelig lang tidsperiode for å tillate dannelse av den riktige gelfiberstrukturen. Dette er vanligvis ikke noe problem i tilfelle korte fibre og nominelt kontinuerlige fibre hvor det anvendes en spinneløsning med relativt lav viskositet, men kan være et alvorlig problem i tilfelle kontinuerlige fibre med større diameter hvor det anvendes en spinneløsning med høyere viskositet. I tilfelle kontinuerlige fibre må betingelsene kontrolleres for å hindre for tidlig tørking og skinndannelse på overflaten når fibrene blir trukket, f.eks. ved å spinne fibrene i fuktige, ikke tørkende omgivelser.

Den innrettede porestrukturen i fibrene blir dannet ved riktig strukturering av gelfibrene, dvs. de grønne fibrene som dannes før varmebehandlingen for å omdanne oksydforløperen til det ønskede uorganiske oksydet i fibrene. Spesielle spinne-betingelser er nødvendige for å frembringe den ønskede struk-turen i gelfibrene. Bulkspinneprosesser trekker fibrene raskt til en fin diameter, og derfor vil spinneløsningens viskositet øke raskt og jevnt over fibertverrsnittet, mens gelfiberen blir trukket og utsettes for forlengelsespåkjenninger. Kombi-nasjonen av raskt økende viskositet og høyt spinne/trekke-forhold gir flytekrefter av tilstrekkelig intensitet og varig-het til å frembringe den ønskede gelfiberstrukturen. Blåsespinning under de riktige betingelser gir et generelt spinne/- trekkeforhold på fra 500 til 2.500, hvor det generelle spinne/trekkeforholdet er forholdet mellom hastigheten av gelfibrene og hastigheten av spinneløsningen i spinnedysehullene.

Som nevnt ovenfor kan fibre fremstilles ved en blåsespinneteknikk eller en sentrifugal spinneteknikk, hvor i begge tilfelle en spinneformulering blir omdannet til et større antall fiberforløperstrømmer som blir tørket i alle fall delvis i flukt for å gi gelfibre som deretter blir oppsamlet på en egnet anordning så som en vireduk i tilfelle korte (bulk) fibre, eller på en oppvinningstrommel som roterer ved høy hastighet i tilfelle nominelt kontinuerlige fibre.

For å fremstille et produkt som omfatter nominelt kontinuerlige fibre foretrekker vi å bruke en blåsespinneteknikk hvori spinneformuleringen blir ekstrudert til et større antall fiberforløperstrømmer som holdes oppe i en luftstrøm og som passerer gjennom en konvergerende trakt til en oppvinningstrommel. Fortrinnsvis blir spinneformuleringen ekstrudert i en konvergerende luftstrøm med relativ fuktighet større enn 70%. Rotasjonshastigheten for oppvinningstrommelen vil avhenge av diameteren på trommelen, og tilpasses spinne-hastigheten for fibrene, slik at de svake gelfibrene ikke blir utsatt for unødig trekkpåkjenning. Bare som en rettledning kan en oppvinnings-trommelhastighet på 1.500 omdr.pr.min. være ganske typisk for en trommel med diameter 15 cm. I praksis kan det være ønskelig å la oppvinningstrommelen rotere noe raskere enn tilsvarende ekstruderingshastigheten for fibrene, slik at fibrene blir utsatt for en svak strekkpåkjenning som tjener til å trekke ned fibrene til den ønskede diameter og til å holde fibrene rette. Den anvendte strekkpåkjenning må natur-ligvis ikke være så stor at den fører til brudd i et flertall av fibrene.

Som nevnt tidligere heri er det mulig at fibrene ikke er helt kontinuerlige, og er vanligvis av en lengde på 0,5 til 2 meter. Minimum fiberlengde i tilfelle oppsamling på en oppvinningstrommel er ca. tilsvarende omkretsen av oppvinningstrommelen, da fibre som er kortere enn dette har en ten-dens til å kastes av den roterende trommelen. Fordi fibrene ikke er av uendelig lengde er det viktig at et større antall fibre blir spunnet på samme tid, slik at den resulterende samlingen av fibre kan passere gjennom apparatet i en bunt eller som et ark, hvorved frie fiberender blir båret oppe av fiberbunten eller fiberarket som gir et generelt inntrykk av fiberkontinuitet.

Spinneformuleringen kan være hvilken som helst av dem som er kjent i teknikken for å fremstille polykrystallinske metalloksydfibre, og er fortrinnsvis en spinneløsning som er fri fra eller i det vesentlige fri fra suspenderte faste stoffer eller gelpartikler av en størrelse over 10 /xm. Fortrinnsvis er løsningen fri fra partikler av en størrelse over 5 /xm. De reologiske egenskapene for spinnef ormuleringen kan lett justeres for å gi lange fibre heller enn korte fibre, f.eks. ved bruk av spinnehjelpemidler så som organiske poly-merer, eller ved å variere konsentrasjonen og molekylvekten av fiberdannende komponenter i formuleringen.

Fiberproduktet ifølge oppfinnelsen kan være et teppe eller en matte (som beskrevet tidligere) omfattende i det vesentlige innrettede og nominelt kontinuerlige fibre som utviser lateral kohesjon som et resultat av sammenbinding av noen av fibrene. Et typisk produkt av denne typen er et teppe eller en matte med en tykkelse på noen få, f.eks. 2-5 mm, bredde flere cm og lengde på 1 m eller mer, som er oppnådd ved å samle opp fibrene på en oppvinningstrommel og å kutte de oppsamlede fibrene parallelt med aksen av oppvinningstrommelen (slik at lengden og bredden av teppet eller matten blir bestemt av dimensjonene på oppvinningstrommelen). Andre produktformer, så som garn, tråd, tape og bånd, kan oppnås enten fra det produktet som samles opp på en oppvinningstrommel eller direkte ved å bruke en egnet fiberoppsamlingsteknikk. I tilfelle et produkt som er oppsamlet på en oppvinningstrommel, kan produktet kuttes i spiralform i den generelle orienteringsretningen for fibrene for å gi tape eller bånd som kan trekkes av fra trommelen og om ønsket omdannes til garn eller tråd.

Fiberproduktet i form av garn, tråd, tape eller bånd kan omdannes til vevde produkter ved å bruke egnede veveteknikker. Vevde produktformer av fibrene kan være en spesielt nyttig form av fibrene for tilsetning som armering for metaller i metallmatrikskompositter, og produkter i form av vevet materiale tilveiebringes ifølge et trekk ved oppfinnelsen.

Fiberproduktene kan anvendes i hvilken som helst av de anvendelsene hvor aluminiumoksydfibre vanligvis blir anvendt, f.eks. som termiske og akustiske isolasjonsmaterialer, og som armering for metallmatrikskompositter.

Oppfinnelsen illustreres ved de følgende eksemplene hvori fibrene ble spunnet og behandlet ved de følgende generelle fremgangsmåtene: Fiberdanninq. Spinneløsningen ble ekstrudert gjennom en rekke hull av diameter 22 5 /xm eller 3 00 /nm, og de utstrømmende for-løper fibrene ble omgitt av strømmer av fuktig luft som strømmet ut av slisser på hver side av rekken av hull og som løp sammen i en vinkel på tilsammen 60°C. Strømmer av tørr oppvarmet luft fløt på utsiden av de fuktige luftstrømmene. Det ble dannet lange (nominelt kontinuerlige) forløperfibre, gelert av den varme luften, og disse ble ført sammen med luft-strømmene inn i og gjennom en konvergerende kanal. Gelfibrene som kom ut av trakten ble oppsamlet på en roterende trommel. Etter en periode på typisk 3 0 minutter ble trommelen stoppet, og det innrettede fiberteppet som var oppsamlet på den, ble kuttet parallelt med trommelaksen og fjernet.

Fiberteppet som ble fjernet fra trommelen ble oppvarmet til 200°C i en luftstrøm i en ovn i 1 time. Atmosfæren ble deretter forandret til overhetet damp (3,3 g/min. strømnings-hastighet) og ovnstemperaturen ble hevet til 500°C under en periode på 2 timer. Etter denne tiden ble atmosfæren forandret tilbaKe til luft og ovnstemperaturen ble hevet til 900°C over en periode på 1 time, og holdt ved 900°C i ytterligere 30 minutter. Fibrene ble deretter avkjølt til romtemperatur for undersøkelse.

Eksempel 1

En spinneløsning ble fremstilt ved omgivende temperatur (24-26°C) på følgende måte. 0,25 g tiourea ble løst i 3000 g kommersiell aluminiumklorhydratløsning. (Locron S fra Hoechst AG) . Løsningen ble omrørt med en propellrører som roterte ved 250 omdr.pr.min. og 25 g polyetylenoksyd (Union Carbide Polyox WSR-N-3000) løst i løpet av 3 timer. 950 g aluminiumklorhydrat flak (Locr<p>n P) ble tilsatt, og løst over ytterligere 2 timer, etterfulgt av 209 g av et siloksan overflateaktivt stoff (ICI EP 6486), med et tåkepunkt i spinneløsningen på 3 5°C. På dette punktet var viskositeten 42 poise målt ved 1000 pr. sekund og 25°C. Viskositeten ble justert ved å tilsette 80 ml destillert vann og ytterligere 30 g flak, og den endelige viskositeten av spinneløsningen ble 27 poise. Før spinningen ble løsningen filtrert gjennom et polypropylenfiberfilter. (Domnick Hunter Ltd. "Peplon" Type, 5 fira) .

Spinneløsningen ble spunnet til fibre ved den foregående generelle fremgangsmåten for fiberdanning (under "fiberdanning") ved bruk av følgende betingelser:

Den midlere diameteren av de grønne fibrene (d.v.s. før varmebehandlingen) var 7 /xm; spredningen av fiberdiameteren - var fra 5 /xm til 10 /xm.

Etter varmebehandlingen var den midlere fiberdiameteren 3,9 ± 0,4 fim. Fibrene ble funnet å være positivt uniaksiale i polarisert lys, og den midlere forskjellen i brytningsindeks (na-nr) var 0,0178 ± 0,003. Dette indikerer at ca. 45% av fiberporøsiteten kan henføres til aksialt orienterte porer.

Ved tester av enkeltfibre (19 fibre) ble det bestemt en midlere stivhet (modul) på 103 ± 26 GPa og en midlere styrke på 779± 280 MPa. Fibrene hadde et overflateareal på 85 m<2>/g og en porøsitet på 3 0%; den tilsynelatende tettheten var 2,06 g/ml.

Eksempel 2

0,1 g tiourea ble løst i 600 g kommersiell aluminiumklor-hydratløsning (Hoechst Locron S). 5,75 g polyetylenoksyd (Union Carbide Polyox WSR-N-750) og 150 g klorhydrat i flakform ble deretter løst under betingelsene i eksempel 1. 41,8 g av en siloksanblanding bestående av 3 deler ICI EP 6486 og 1 del Dow DC193 ble tilsatt, og porsjonen gjort ferdig ved ytterligere blanding i en periode på 1 time. Tåkepunktet for det overflate-aktive stoffet i spinneløsningen var 37,5°C.

Viskositeten av løsningen ble målt med et Ubbelohde viskosimeter med suspendert nivå til 16,5 poise ved 2 5°C, og før spinningen ble løsningen filtrert gjennom et GF/B glass-fiberfilter.

Løsningen ble spunnet til fibre ved den foregående generelle fiberdanningsfremgangsmåten (under "Fiberdanning") ved bruk av følgende betingelser:

Den midlere diameteren av de grønne fibrene (før varmebehandlingen) var 4,75 jum. Etter varmebehandlingen var den midlere diameteren av fibrene 3,1 ± 0,9 /nm. Fibrene hadde en BET spesifikk overflate på 125 m<2>/g og en porøsitet på 34%; deres tilsynelatende tetthet var 2,12 g/ml. Fibrene var sterkt dobbeltbrytende, og gav ved undersøkelse med nøytronspredning ved små vinkler et sterkt anisotropisk spredningsmønster under Q=0,1A"<1>, hvilket indikerte at mer enn 60% av porene var aksialt orientert.

I tester av enkeltfibre var den midlere stivheten (modul) av fibrene 216 ± 72 GPA og deres midlere styrke var 1650 ± 580 MPa.

Eksempel 3

En spinneløsning ble fremstilt som følger: 0,2 5 g tiourea ble løst i 2500 g Locron S aluminiumklorhydratløsning, 18,3 g polyetylenoksyd (Polyox WSR-N-3000) ble deretter tilsatt og løst i løpet av 3 timer ved å bruke en langsomt roterende propellrører. 555 g aluminiumklorhydrat i flakform ble deretter løst i løpet av 2 timer. På dette tidspunktet var viskositeten av løsningen målt med et Ubbelohde viskosimeter ved 25°C, 18 poise. Viskositeten ble justert til 14 poise ved innblanding av 20 ml destillert vann. 7 00 g av blandingen ble anvendt, og 37 g av et overflateaktivt stoff bestående av nonylfenoletylenoksydkondensat (Synperonic NP-10) ble tilsatt og blandet i 1 time. Den endelige viskositeten av denne løsningen var 17,8 poise, og tåkepunktet for det overflate-aktive stoffet var 3 0°C. Spinning ble foretatt etter filtrering gjennom et GF/B filter.

Løsningen ble spunnet til fibre ved den foregående generelle fiberdanningsfremgangsmåten (under "Fiberdanning") ved bruk av følgende betingelser:

Den midlere fiberdiameteren for de grønne fibrene var 5,2 /xm med en spredning av diameterne mellom 3,5 fim og 7 ^m.

Etter varmebehandling ble den midlere fiberdiameteren målt til 2,6 ± 0,4 iim. BET overflatearealet var 105 m<2>/g, porøsi-teten 31% og tilsynelatende tetthet 2,18 g/ml. Den midlere modul for fibrene var 151 ± 50 GPa og den midlere styrken var 1490 ± 600 MPa. Fibrene var sterkt dobbeltbrytende med en forskjell i brytningsindeks og 0,0216 ± 0,007 og SANS på en orientert fiberstry viste sterkt spredde topper normalt på fiberretningen. Intensiteten normalt på fibrene var 3 ganger større enn den parallelle ved Q=0,05 A"<1>, hvilket indikerer et sterkt anisotropt poresystem. Disse resultatene indikerer at ca. 70% av porene i fibrene var aksialt orientert.

Eksempel 4

En spinneløsning ble fremstilt som beskrevet i eksempel 2, med unntak av at det ble brukt 41,7 g av det overflateaktive stoffet Synperonic A9, et alifatisk hydrokarbonetylenoksyd-kondensat, istedenfor siloksan. Tåkepunktet for det overflate-aktive stoffet i løsningen var 31°C. Løsningen ble spunnet til fiberen i det vesentlige som beskrevet. Den midlere diameteren for gelfibrene var 4 ym med en spredning fra 2,5 til 5,5 jum.

Fibrene ble varmebehandlet under standardbetingelser til 900°C, hvoretter følgende egenskaper ble målt:

Fibrene ble sterkt dobbeltbrytende med en forskjell i brytningsindeks på 0,019 ± 0,0062, hvilket indikerte at ca.

50% av fiberporøsiteten var i form av aksialt orienterte porer.

Eksempel 5

En spinneløsning ble fremstilt som beskrevet i eksempel 4, unntatt at 41,7 g av det overflateaktive stoffet Synperonic PE/L64 ble brukt istedenfor Synperonic A9. Tåkepunktet for det overflateaktive stoffet var 31°C. Løsningen ble spunnet til fibre som beskrevet i eksempel 4 ved en spinnetemperatur på 22,8°C.

Varmebehandlingsfremgangsmåten fra eksempel 4 ble gjentatt, og følgende egenskaper ble målt:

Fibrene ble sterkt dobbeltbrytende med en forskjell i brytningsindeks på 0,02±0,002; ca. 50% av porene var aksialt orientert.

Eksempel 6

En løsning ble fremstilt som beskrevet i eksempel 3 med de samme ingrediensene unntatt at 5,5 g magnesiumkloridheksa-hydratkrystaller ble løst før tilsetningen av polyetylenoksyd. Tåkepunktet for det overflateaktive stoffet i løsningen var 3 0°C. Løsningen ble spunnet ved å bruke standard-fremgangsmåten under følgende betingelser:

Det ble fremstilt gelfibre med en midlere diameter på 6 jum med en' spredning fra 4,5 til 9 ^m.

Gelfibrene ble varmebehandlet og følgende egenskaper observert:

Fibrene var dobbeltbrytende med en forskjell i brytningsindeks på 0,016±0,0028; ca. 40% av porene var aksialt orientert.

De relativt lave resultatene for modul og styrke viser at et tåkepunkt som ligger svært nær til spinnetemperaturen, ikke er den optimale betingelse.

Etter oppvarming til 1150°C i 30 minutter, ble fibrene omdannet til hovedsaklig alfa-aluminiumoksyd med en høyere forskjell i brytningsindeks. BET overflatearealet ble 8 m<2>/g, porøsiteten 25% og tilsynelatende tetthet 2,85 g/ml. Forskjellen i brytningsindeks for denne alfa-aluminiumoksyd-fiberen var 0,07. Den midlere modul hadde øket til ca.

12 0 GPa.

Eksempel 7

Fremstillingen av løsningen, fremgangsmåten for spinning og varmebehandling fulgte eksempel 6, unntatt at magnesium-kloridet ble erstattet med 38,6 g yttriumnitratheksahydrat. Tåkepunktet for det overflateaktive stoffet i løsningen var 22°C, og de varmebehandlede fibrene hadde følgende egenskaper:

Fibrene var svakt dobbeltbrytende med en forskjell i brytningsindeks på 0,01 ± 0,003; 25-30% av porene var aksialt orientert.

Sammenligningseksempel 8

En spinneløsning ble fremstilt som følger:

0,1 g tiourea ble løst i 600 g kommersiell aluminiumklor-hydratløsning (Locron S). Løsningen ble omrørt med en propell-rører ved 24°C, og 4,4 g polyetylenoksyd (Polyox WSR-N-3000) ble tilsatt. Polymeren ble løst over en periode på 3 timer. 160 g aluminiumklorhydratpulver ble deretter tilsatt, og løs-ningen blandet i ytterligere 2 timer for å løse opp pulveret. 41,5 g av et siloksan overflateaktivt stoff (Dow DC 193) ble deretter tilsatt. Løsningen ble filtrert gjennom fire lag av en nylonfilterduk med en maskestørrelse på nominelt 0,5 /xm. (Plastok Associates Ltd. Birkenhead). Viskositeten av løs-ningen, målt ved 25°C med et Ubbelhode viskosimeter med suspendert nivå var 14,3 poise, og tåkepunktet for det overflate-aktive stoffet var 50°C. Løsningen ble spunnet til fibre ved den generelle fremgangsmåten ved bruk av følgende betingelser:

Den midlere diameteren av de grønne fibrene var 6,1 /xm med en spredning i diameterne fra 4 /xm til 8 /xm.

Etter varmebehandling ble det funnet at fibrene hadde en porøsitet på 42% og en BET spesifikk overflate på 143 m<2>/g. Den midlere porediameteren var 6,2 nm og den midlere fiberdiameteren var 4,7 6±0,8 /xm.

Når de ble undersøkt under et polarisasjonsmikroskop var fibrene optisk inaktive, hvilket viste at aksialt orienterte porer i det vesentlige var fraværende i fibrene. Tester av enkeltfibre (21 fibre) resulterte i en midlere stivhet i (modul) på bare 58±9 GPa og en midlere styrke på 612 ± 121 MPa.

Sammenligningseksempel 9

En spinningsløsning ble fremstilt og spunnet til fibre som beskrevet i eksempel 4, unntatt at det overflateaktive stoffet ble utelatt fra spinneløsningen.

Den midlere diameteren av de grønne fibrene var 4,5 /xm.

Etter varmebehandling hadde fibrene en BET spesifikk overflate på 139 m<2>/g, en porøsitet på 29% og en tilsynelatende tetthet på 2,08 g/ml.

SANS-mønsteret var isotropt, hvilket indikerte bare vilkårlige porer i fibrene.

Sammenligningseksempel 10

En spinneløsning ble fremstilt og spunnet til fibre som beskrevet i eksempel 8, unntatt at siloksan ble erstattet med en like stor mengde overflateaktivt stoff Synperonic NP-2 0. Tåkepunktet for løsningen var 55°C. Den midlere diameteren av gelfibrene var 3,5 /xm.

De varmebehandlede fibrene hadde en midlere diameter på 2,8/xm, og var optisk isotrope. SANS var nesten isotrop, men spredde noe sterkere i retningen parallelt med fibrene. Andre egenskaper var:

Sammenligningseksempel 11

Eksempel 10 ble gjentatt ved å bruke det kationiske overflateaktive stoffet Arquad C-33W istedenfor Synperonic NP-20. Tåkepunktet for løsningen var 70°C. Den midlere diameteren av gelfibrene var 5,5 /xm med en spredning mellom 4 og 8,5 /xm. Det varmebehandlede produktet hadde en porøsitet på 50%, en tilsynelatende tetthet på 1,57 g/ml, og en BET spesifikk overflate på 149 m<2>/g. Fibrene var optisk isotrope, og SANS indikerte også et vilkårlig poresystem.

Eksempel 12

En løsning ble fremstilt ved bruk av metoden beskrevet i eksempel 2. Løsningen ble spunnet i et sentrifugalspinne-apparat, hvori fibrene ble fremstilt ved å avlede spinneløs-ningen i strømmer av regulært adskilte bånd fra leppen av en raskt roterende metallkopp.

Koppen var 70 mm i diameter og 10 mm dyp, med den åpne enden delvis lukket av en flat sirkulær plate 85 mm i diameter. Koppen ble drevet av en elektrisk motor med variabel hastighet, og spinneløsningen kunne mates gjennom drivakselen til bunnen av koppen.

Fuktig luft ble matet til et ringformet mellomrom 150 mm i diameter rundt koppen, og varm tørr luft ble matet til et annet ringformet mellomrom med ytre diameter 225 mm. Koppen og de luftmatede ringene ble plassert i toppen av et sylindrisk kammer som var åpent i bunnen. Kammeret var 912 mm i diameter og 1.000 dypt, og en dyp musselinsekk var festet rundt bunnen for å filtrere blandingen av luft og fiber som forlot kammeret.

Koppen ble rotert ved 8.800 omdr.pr.min. og 80 m<3>/time av fuktig luft (25°C og 8 0% relativ fuktighet) ble matet til den indre ringen, og 170 m<3>/time av oppvarmet omgivende luft ved 80°C ble matet til den ytre ringen. Spinneløsning ble matet til det indre av koppen med 22,5 ml/minutt. Fibrene ble fremstilt ved kanten av koppen og oppsamlet som en vilkårlig haug i musselinsekken ved bunnen av spinnekammeret.

Gelfibrene var av midlere diameter 5,8 /xm med en spredning fra 2,5 til 12,5 /xm. Den midlere diameteren gikk ned til 3,6 /xm etter varmebehandling, og produktet var sterkt dobbeltbrytende, hvilket viste at det var utviklet et orientert poresystem.

Eksempel 13

En spinneløsning ble fremstilt på følgende måte. 0,5 g tiourea ble løst i 250 ml destillert vann. 5 g WSR-N-3000 polyoks ble deretter tilsatt og dispergert i 2 minutter med en 5 cm propell som roterte ved 500 omdr.pr.min., og deretter løst ved 200 omdr.pr.min. i 3 timer ved omgivende temperatur. Løsningen ble filtrert under trykk gjennom GF/B filteret og justert til pH 3 med en dråpe fortynnet saltsyre. 127,5 g av polyoksløsningen ble deretter blandet med 500 g aluminiumklor-hydratløsning (Hoechst Locron S) og blandingen igjen filtrert gjennom et enkelt GF/B filter. Løsningen ble omhyggelig inn-dampet i en Buchi roterende fordamper, mens koking og snerk-dannelse ble unngått med vannbadet ved 4 0°C. Prøver av løs-ningen ble trukket ut, og viskositeten målt i en 3 ml flaske ved å bruke et RV4 Viscometer fra Viscometers UK med en spindel nr. 6 som roterte ved 50 omdr.pr.min., idet den uvanlige konfigurasjonen var blitt undersøkt ved å måle viskositeten for glyserol. Inndampningen ble stoppet da 242 g vann var blitt fjernet, og løsningens viskositet var 250 poise.

Løsningen ble så avkjølt til 20-25°C og 25 ml av en filtrert avgasset blanding av siloksan EP 6486 (3 deler) og DC193 (1 del) ble tilsatt. Siloksanblandingen og løsningen ble blandet under vakuum ved vekselvis å kjøre Buchi-fordamperen ved høy hastighet i 1 minutt, og tynne ut filmene av overflateaktivt stoff og løsning og deretter sakke ned i 5 minutter for å la blandingen folde seg sammen. Etter 3 0 minutter var det fremstilt en boblefri løsning med viskositet 1860 poise som var egnet til kontinuerlig spinning. Løsningen ble ekstrudert ved 45 ml/time gjennom åtte 90 jum spinnehull inn i en tre trinns spinnekolonne som omfattet: (i) et trekketrinn 150 mm i diameter og 400 mm langt, gjen-nomstrømmet ved 10 1/minutt med fuktig luft regulert til

88-92% relativ fuktighet ved 25°C.

(ii) et mellomtrinn som var åpent til laboratorieatmosfæren ved 24°C, 500 mm langt. (iii) et tørketrinn 150 mm i diameter og 1.000 mm langt, gjennomstrømmet med tørrluft ved 40°C.

Fibrene ble dannet og vunnet opp på en 150 mm spole ved en periferihastighet på 220 m/minutt. Gelfiberen ble vunnet av fra spolen og et fedd ble varmebehandlet i en ovn. De varmebehandlede fibrene var av jevn diameter på 14 /xm og sterkt dobbeltbrytende, noe som indikerte aksialt orienterte porer.

Claims (14)

1. Porøs fiber av aluminiumoksyd med lav tetthet og forbedret styrke og modul, karakterisert ved at den omfatter, aksialt orienterte porer i aluminiumoksydstrukturen, og hvor minst 25% av fiberens totale porøsitet tilveiebringes av de aksialt orienterte porene.

2. Fiber ifølge krav 1, karakterisert ved at den er fri for silisiumdioksyd eller andre fasestabilisatorer.

3. Fiber ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den samlede porøsiteten i det vesentlige tilveiebringes av aksialt orienterte porer.

4. Produkt omfattende en masse av fibre ifølge krav 1 til 3, karakterisert ved at det består av nominelt kontinuerlige fibre.

5. Produkt ifølge krav 4, karakterisert ved at fibrene i det vesentlige er orienterte.

6. Fremgangsmåte for 'fremstilling av porøse fibre av aluminiumoksyd ifølge krav 1-5 ved spinning til fibre av en spinne-løsning som omfatter en løsning av en forbindelse som kan dekomponeres til aluminiumoksyd ved oppvarming, og påfølgende oppvarming av fibrene for å omdanne forbindelsen til aluminiumoksyd, karakterisert ved at det til spinneløsningen tilsettes et ikke-ionisk overflateaktivt stoff som har et tåkepunkt i spinneløsningen som er høyere enn spinnetemperaturen, men ikke mer enn 20°C over spinnetemperaturen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at det overflateaktive stoffet har et tåkepunkt i spinneløsningen på minst 5°C over spinnetemperaturen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6 eller krav 7, karakterisert ved at det overflateaktive stoffet har et tåkepunkt i spinneløsningen på ikke mer enn 15°C over spinnetemperaturen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 6, 7 eller 8, karakterisert ved at spinnetemperaturen er ca. 25°C og at det overflateaktive stoffet har et tåkepunkt i spinneløsningen på under 45°C.

10. Fremgangsmåte ifølge kravene 6, 7 eller 8, karakterisert ved at spinnetemperaturen er ca. 50°C, og at det overflateaktive stoffet har et tåkepunkt i spinneløsningen på under 7 0°C.

11. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6 til 10, karakterisert ved at mengden av det overflateaktive stoffet er minst 1 vekt% av spinneløsningen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at mengden av det overflateaktive stoffet er fra 1 til 15 vekt% av spinneløsningen.

13. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 6 til 12, karakterisert ved at spinneløsningen blir spunnet til fibre ved en blåsespinneteknikk.

14. Metallmatrikskompositt, karakterisert ved at den omfatter aluminiumoksyd-fibre ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 5, og som er innleiret i en metallmatriks.