熔融成形的无机纤维制造技术

提供一种包含熔融成形的无机纤维的针刺毯子，所述熔融成形的无机纤维按重量百分比具有以下总体组成：SiO

Melt formed inorganic fiber

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】熔融成形的无机纤维
本专利技术涉及铝硅酸盐纤维、由此类纤维制成的毯子以及由此类纤维制成的其他产品。
技术介绍
无机纤维无机纤维材料因其作为热和/或声绝缘材料的用途而为人所熟知，并且还因其在复合材料诸如例如纤维强化水泥、纤维强化塑料中作为增强成分的用途以及作为金属基质复合物的组分而为人所知。此类纤维可在用于污染控制装置诸如汽车排气系统催化转化器和柴油颗粒过滤器中的催化体的支撑结构中使用，并且可在催化体本身中使用。此类纤维可用作摩擦材料[例如，用于汽车制动器]的成分。用于在绝缘体中使用的无机纤维为人所熟知。由无机纤维提供绝缘体的便利手段是作为包含所述纤维的毯子。由于这些毯子要用作热绝缘体，其热导率必须尽可能低。另外，在许多应用中，毯子优选具有低密度。例如，在车辆中，所承载的热绝缘体的密度越低(并因此其质量越小)，热绝缘体所带来的负担就越小，并且因此车辆的性能相应地提高。因此，总是需要生产无机纤维，所述无机纤维在制成毯子时在给定密度下获得比先前所实现更低的热导率。无机纤维体的热导率熔融成形的纤维体(例如，毯子或其他产品形式)的热导率由特别地包括以下项的多种因素确定：-●纤维的直径；以及●“渣球”(非纤维化材料)含量细直径纤维通过以下方式向纤维主体提供低热导率：减小通过固体的传导范围并允许更细的纤维间孔隙度，从而增加热量通过辐射从主体的一侧传递到另一侧的辐射吸收步骤的数量。毯子中渣球的存在通过增加通过固体的传导范围来增加毯子的热导率。渣球还增加毯子的密度。渣球含量越低，热导率和密度越低。对于具有相同的纤维含量和化学成分的两个主体，有更低的渣球含量的主体将具有更低的密度和更低的热导率。另外，更多的渣球意味着更少的纤维，并且因此暗示有更少的材料来协助降低热导率。无机纤维的制造过程无机纤维可以通过多种途径来制成。1987年之前，存在四种主要类型的纤维材料用于制成热绝缘产品[诸如例如，毯子、真空成形形状和胶黏剂]。这些纤维材料通过两种主要制造途径制成，尽管特定途径的细节根据制造商的不同而改变。纤维和途径(按增加成本和温度性能的顺序)是：-熔融成形的纤维●玻璃棉●矿物棉●铝硅酸盐纤维溶胶-凝胶工艺纤维●所谓的多晶纤维溶胶-凝胶工艺纤维往往比熔融成形的纤维更昂贵，因为其制造显著更复杂。本公开并不涉及溶胶-凝胶工艺纤维，而是涉及熔融成形的纤维。由于石棉纤维的历史，广泛范围纤维类型作为引起肺部疾病的原因的相关效力已经受到大量关注。对天然和人造纤维的毒理学研究产生以下想法：正是纤维在肺部中的持久存在引起了问题。因此，所述观点表达出如果可将纤维从肺部快速去除，则对健康的任何风险都将最小化。出现了“生物持久性纤维”和“生物持久性”的概念—在动物体内长时间存留的纤维被认为是生物持久性的，并且纤维保留在动物体内的相对时间被称为生物持久性。虽然已知若干玻璃体系可溶于肺液，从而导致低生物持久性，但是存在的问题是，此类玻璃体系通常不可用于高温应用。可见对可具有低生物持久性结合高温能力的纤维的市场需要。1987年，JohnsManville开发出这种基于钙镁硅酸盐化学成分的体系。这种材料不仅具有比传统玻璃棉更高的温度能力，而且具有比用于高温绝缘的大多铝硅酸盐纤维更高的在体液中的溶解度。此类低生物持久性纤维自此得到开发，并且现在市场上有许多碱土金属硅酸盐[AES]纤维，其包含硅酸镁、硅酸钙和硅酸钙镁。近年来开发出的其他纤维包括碱金属铝硅酸盐纤维。熔融成形的纤维可以通过多种途径制成，但是对于耐火熔融成形的纤维来说，主要途径是通过吹气或通过纺丝。在两种方法中，形成具有期望组成的熔体，并且中断熔融材料流(通常称为“放出流(tapstream)”)并使其加速以形成纤维(和非期望渣球)。在吹气中，中断是通过高压空气或其他气体的射流来使放出流破碎。在纺丝中，中断是通过一个或多个高速转子(在有或没有围绕转子吹送空气的情况下)，使得将纤维甩出转子并收集纤维以用于后续处理。转子可以是例如轮子或滚筒，并且可具有圆柱形、圆锥形或其他轮廓的周边，并且通常提供多个转子。在吹气中，放出流的中断耗费非常短的时间(例如，2ms)，这导致相对均匀的纤维化。在纺丝中，放出流的中断耗费更长的时间(例如，10ms)，在此期间熔体将热量传给转子。这些不同成形工艺的结果是：通常，在给定化学成分下，对于如在纤维化期间形成且在任何处理之前的纤维团：-●吹成纤维具有比纺成纤维更高的细纤维比例；●吹成纤维具有比纺成纤维更窄的纤维直径谱；●吹成纤维具有比纺成纤维更高的渣球量；●吹成纤维平均比纺成纤维更短。对于铝硅酸盐纤维(52-58％SiO2；42-48％Al2O3；<2％其他-RCF)，图6示出吹成材料和纺成材料的纤维直径分布，所述纤维直径分布示出吹成材料具有的纤维大多数聚集在1μm直径周围，并且纺成纤维具有更宽广的分布。对于纺成材料，128Kg.m-3的毯子在1000℃下的热导率是大约0.34W.m-1.K-1，然而对于吹成材料，热导率是大约0.30W.m-1.K-1，这表明吹成纤维的更细直径纤维分布的有益效果，尽管有更多的渣球。对于吹成RCF纤维，典型的纤维长度范围在至多10cm的范围内，并且对于纺成纤维，典型的纤维长度范围为1-50cm。通常，在纺丝工艺中，可见长纤维羽毛，其中羽毛至多长达一米。由于熔融材料的性质，碱土金属硅酸盐纤维不是吹成的，因为获得极低的纤维产量和高渣球含量。纤维长度难以测量，并因此通常使用纤维长度的替代值，诸如“烧杯值”(其观察在液体中的沉降行为)，或者通过制作毯子并测量拉伸强度。通常，在制作毯子时，在输送带上收集纤维以形成携载任何存在的渣球的纤维团(“绒”)，并且然后当在输送带上行进时，对纤维进行“针刺”以使其缠结以产生由缠结的纤维一起保持的毯子。产生缠结的其他方法是已知的[例如，通过使用细水射流]，并且本专利技术并不限于使用针刺。WO92/12939和WO2015/055758中描述一种纺丝设备，所述纺丝设备包括：●熔融材料源；●纺丝头，所述纺丝头包括各自具有旋转轴线的一个或多个转子，所述纺丝头被构造来从所述熔融材料源接收熔融材料；●多个喷嘴，所述多个喷嘴设置在所述一个或多个转子的至少一部分周围，被构造来供给气体流；●输送带，所述输送带被设置来接收由所述熔融材料产生的纤维。在所述设备中，所生产的纤维直接排放到输送带上，并且纺丝头下方是坑，渣球(“珍珠”)和一些纤维掉落到坑中并被取出以用于再循环。在WO2015/055758中，纺丝头包括转子，所述转子在其周边提供在20-400km.s-2范围内的加速度，并且气体流具有100-300m.s-1的速度。US4238213公开：使用高纺丝速度有助于通过纺丝过程形成更细的纤维。US2012/247156表明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含熔融成形的无机纤维的针刺毯子，所述熔融成形的无机纤维按重量百分比具有以下总体组成/nSiO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170718 GB 1711539.51.一种包含熔融成形的无机纤维的针刺毯子，所述熔融成形的无机纤维按重量百分比具有以下总体组成
SiO2：47％至65％
Al2O3：35％至53％
所述毯子具有
·小于51重量％的>45μm的渣球的渣球含量，
·>0.25m2.g-1的比表面积(BET)。


2.如权利要求1所述的针刺毯子，其中所述SiO2的量大于52％。


3.如权利要求2所述的针刺毯子，其中所述SiO2的量大于53％。


4.如权利要求3所述的针刺毯子，其中所述SiO2的量大于54％。


5.如权利要求4所述的针刺毯子，其中所述SiO2的量大于55％。


6.如权利要求5所述的针刺毯子，其中所述SiO2的量大于56％。


7.如权利要求6所述的针刺毯子，其中所述SiO2的量大于57％。


8.如权利要求1至7中任一项所述的针刺毯子，其中
SiO2+Al2O3>98％.


9.如权利要求1至8中任一项所述的针刺毯子，所述针刺毯子具有少于45重量％、或少于44重量％、或少于43重量％的渣球含量。


10.如权利要求1至9中任一项所述的针刺毯子，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·朱布，M·汉金森，C·弗里曼，
申请(专利权)人：英国热陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB