[发明专利]低生物持久性耐高温无机纤维

说明书

耐高温无机纤维包含72至77.3重量％的二氧化硅；10.2至15重量％的氧化镁；12.4至17重量％的氧化钙；0至1.5重量％的氧化铝；和0至0.6重量％的总碱金属氧化物；该纤维具有至少1260℃的使用温度；该纤维在暴露于1400℃的温度24小时后可表现出大于5％的收缩率；并且该纤维可具有小于1400℃的熔化温度。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年12月11日提交且标题为LOW BIO-PERSISTENT HIGHTEMPERATURE RESISTANT INORGANIC FIBERS的美国临时申请第63/124,518号的权益，其全部内容通过引用并入本文。

本公开的领域

本公开涉及无机纤维。更特别地，本公开涉及低生物持久性、耐高温的碱土金属硅酸盐(AES)纤维化学物质。

背景

AES纤维主要由碱土金属氧化物(例如MgO、CaO等)和二氧化硅(通常与一些少量的氧化铝、碱金属氧化物或其他添加剂组合以改善纤维化性能)构成。通过仔细的纤维组成设计，AES纤维可以提供高温热稳定性，这对于隔热应用是关键的，并且AES纤维可以是低生物持久性的，这对纤维和纤维产品的制造者和最终使用者的安全和健康是重要的。

为了成为可纤维化的(即能够形成纤维)，AES纤维组合物通常包含在60至85重量％的范围内的二氧化硅含量。一般而言，熔化温度随AES纤维组合物的二氧化硅含量而增加。因此，具有高二氧化硅含量(即大于77重量％)的AES纤维能够在1200℃或更高的温度下提供优异的热稳定性。和ISOFRAX^TM1400(可从Unifrax I LLC获得)主要包含具有大于77重量％的二氧化硅含量的镁硅酸盐(magnesia silicate)化学物质，并能够在1260℃及更高的温度下运作。

然而，由于极高的熔化温度和“短”粘度曲线，因此制造高二氧化硅AES纤维是有挑战性的。“短”粘度曲线是指存在其中粘度适合于纤维化的窄温度窗口，这对制造以及纤维质量构成巨大挑战。在高二氧化硅含量的情况下，AES化学物质具有高的熔化温度。例如，具有79重量％二氧化硅的氧化镁二氧化硅化学物质的液相线温度大于1800℃，并且在该液相线温度下的粘度低，仅为约50泊。高液相线温度需要高温来用于熔化和纤维化此类熔体。例如，上述氧化镁二氧化硅化学物质的原材料可能需要被加热至2100℃的温度以熔化并纤维化成氧化镁二氧化硅纤维。高熔化温度对煅烧条件和设备构成严峻的挑战，并显著损耗设备(例如炉衬、电极和纤维化装置)的寿命。高温绝缘羊毛通常通过在浸没的电极炉中使原材料熔化来生产，熔体流在底部流出用于纤维化。高熔化或操作温度加速电极、炉壁和纺车(在纺丝纤维化工艺中)的腐蚀，并因此缩短它们的寿命。此外，当在高温下熔化时，由于熔体和冷却介质之间大的温度梯度，因此大部分输入能量被转移到熔炉周围的冷却介质。

附图简述

图1是高二氧化硅氧化镁二氧化硅(比较例C4)、高二氧化硅氧化钙氧化镁二氧化硅(比较例C6)和较低二氧化硅氧化钙氧化镁二氧化硅(实施例2)的纤维的温度依赖粘度曲线的图。

图2是氧化钙氧化镁二氧化硅纤维的液相线温度作为纤维中二氧化硅含量的函数的图。

详细描述

本公开提供了改善的熔化和纤维化特性以及产品质量，同时改善了钙镁硅酸盐(calcia magnesia silicate)化学物质的热稳定性。根据本公开的一些方面，钙镁硅酸盐纤维能够以在1260℃及更高的温度下极低的收缩率、改善的毯拉伸强度和纤维指数、改善的熔化和纤维化特性和/或制造期间降低的能耗来运作。