Жаростойкие волокна

Жаростойкие волокна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к жаростойким волокнам, полученным золь-гельным методом. Такие волокна, в частности, но не исключительно, применяют в качестве термоизолирующих материалов. Изобретение также относится к применению таких волокон в опорных конструкциях для тел катализаторов в устройствах для борьбы с загрязнением окружающей среды, таких как автомобильная система каталитического дожигателя выхлопных газов и фильтров для твердых частиц в отработанных газах дизеля.

Уровень техники

Волокнистые материалы хорошо известны и используются в качестве изоляционных материалов, а также в качестве упрочняющих компонентов в композиционных материалах, таких как, например, фиброцементы, пластики, армированные волокнами, а также в качестве компонента композитных материалов с металлической матрицей.

До 1987 года было четыре основных типа волокнистых материалов, применяемых для изготовления термоизоляционных продуктов [таких, например, как покрытия, вакуумно формируемые формы, а также мастики]. Их изготавливали двумя технологическими путями, хотя детали конкретных технологий меняются в зависимости от производителя. Существовали следующие волокна и технологии (в порядке возрастания затрат и температурных характеристик):

волокна, полученные расплавлением,

- стекловата,

- минеральная вата,

- алюмосиликатные волокна,

волокна, полученные золь-гельным методом.

- так называемые поликристаллические волокна.

На основании истории асбестовых волокон много внимания уделяли потенциальной возможности широкого ряда типов волокон служить причиной болезни легких. Исследования токсикологии натуральных и искусственных волокон привели к идее, что это была персистенция (сохраняемость) волокон в легких, которая вызывала проблемы. Соответственно, создалось мнение, что если волокна могут быть быстро удалены из легких, то какая-либо опасность для здоровья была бы минимизирована. Возникли понятия "персистентные волокна" и "биоперсистентность", и волокна, которые очень долго сохраняются в человеческом теле, считаются биоперсистентными и относительное время, когда волокна остаются в человеческом теле, известно как биоперсистентность. Хотя было известно, что несколько стеклосистем являются растворимыми в легочных жидкостях, вызывая низкую биоперсистентность, была проблема в том, что такие стеклосистемы обычно не использовались для высокотемпературных применений. Была видна потребность рынка в волокне, которое могло иметь низкую биоперсистентность, соединенную со способностью выдерживать высокие температуры. В 1987 году Джонс Манвилл (Johns Manville) создал такую систему, основанную на химическом составе кальций-магниевых силикатов. Такой материал имел не только способность выдерживать более высокие температуры, чем традиционные стеклосистемы, но также имел более высокую растворимость в жидкостях организма, чем алюмосиликатные волокна, главным образом используемые для высокотемпературной изоляции. Такие низко биоперсистентные волокна были созданы позднее, а также на рынке теперь имеется ряд щелочноземельносиликатных волокон (AES). Патенты, относящиеся к AES-волокнам, включают:

- Международную заявку на патент № WO 87/05007 - первичную заявку Джонса Манвилла, - которая раскрывает, что волокна, содержащие оксид магния, диоксид кремния, оксид кальция и менее 10 мас.% оксида алюминия, растворяются в солевом растворе. Растворимости раскрытых волокон были в исчислении части на миллион частей кремния (извлеченные из волоконного материала, содержащего диоксид кремния), присутствующие в солевом растворе после 5 часов воздействия среды.

- Международную заявку на патент № WO 89/12032, которая раскрыла дополнительные волокна, растворимые в солевом растворе, и некоторые из составных частей, которые могут присутствовать в таких волокнах.

- Европейскую заявку на патент №0399320, раскрывающую стекловолокна, имеющие высокую физиологическую растворимость и имеющую 10-20 мол.% Na₂O и 0-5 мол.% K₂O. Хотя было показано, что эти растворимые волокна являются физиологически растворимыми, не была указана максимальная температура их применения.

Другие описания изобретений, раскрывающие выбор волокон для их солевой растворимости, включают, например, Европейские (0412878 и 0459897), французские (2662687 и 2662688), WO 86/04807, WO 90/02713, WO 92/09536, WO 93/22251, WO 93/15028, WO 94/15883, WO 97/16386, WO 2003/059835, WO 2003/060016, EP 1323687, WO 2005/000754, WO 2005/000971 и патент США 5250488.

Огнеупорность волокон, раскрытых в этих разных документах известного уровня техники, значительно отличается, и для этих щелочноземельносиликатных материалов свойства критично зависят от состава.

В общем, относительно легко получить щелочноземельносиликатные волокна, которые демонстрируют хорошую эффективность при низких температурах, так как для их низкотемпературного применения можно использовать добавки, такие как оксид бора, чтобы гарантировать хорошее волокнообразование, и изменять количества компонентов для соответствия желательным свойствам материала. Однако при попытке поднять огнеупорность щелочноземельносиликатных волокон вынуждены снижать применение добавок, так как обычно (хотя с исключениями), если присутствует много компонентов, то понижается огнеупорность.

В WO 93/15028 раскрыты волокна, содержащие CaO, MgO, SiO₂ и необязательно ZrO₂ в качестве основных составляющих частей. Такие AES-волокна известны также как CMS (кальциймагниевосиликатные) или CMZS (кальциймагнийциркониевосиликатные) волокна. В WO 93/15028 требовалось, чтобы применяемые композиции были бы по существу свободны от оксидов щелочных металлов. Было показано, что количества вплоть до 0,65 мас.% являются допустимыми для материалов, пригодных для использования в качестве изоляции при 1000°C.

В WO 94/15883 раскрыт ряд таких волокон, применимых как огнеупорная изоляция при температурах вплоть до 1260°C или более. Как и в WO 93/15028, в этой заявке требовалось, чтобы содержание оксида щелочного металла поддерживалось бы низким, но было показано, что некоторые щелочноземельносиликатные волокна могут допускать более высокие уровни содержаний оксида щелочного металла, чем другие. Однако предполагалось, что уровни в 0,3% и 0,4% по массе Na₂O вызывают повышенную усадку материалов для применения в качестве изоляции при 1260°C.

В WO 97/16386 раскрыты волокна, применимые в качестве огнеупорной изоляции при температурах вплоть до 1260°C или более. Такие волокна включают в себя MgO, SiO₂, и необязательно ZrO₂, в качестве основных составных частей. Установлено, что такие волокна не должны содержать оксидов щелочных металлов, за исключением следов примесей (присутствующих самое большее на уровне сотых процента, в пересчете на оксид щелочного металла). Волокна имеют общий состав

SiO₂ 65-86%,

MgO 14-35%

с компонентами MgO и SiO₂, составляющими, по меньшей мере, 82,5% по массе волокна, остальное - указанные составляющие части и модификаторы вязкости.

WO 2003/059835 раскрывает определенные кальциевосиликатные волокна, в которых La₂O₃ или лантаноидные добавки применяют для улучшения прочности волокон и покрытий, изготовленных из волокон. Эта заявка на патент не указывает уровня содержания оксида щелочного металла, но были раскрыты количества около ~0,5 мас.% в волокнах, предназначенных для использования в качестве изоляции при температуре вплоть до 1260°C или более.

Такие волокна изготавливают из расплава путем образования расплавленного потока и преобразования потока в волокно, или позволяя потоку контактировать с вращающимся колесом, или путем использования сильной струи воздуха, направленной в поток. Признаки таких волокон, образованных из расплава, включают в себя:

- поскольку быстрые изменения температуры во время процесса образования вызывает быстрое изменение вязкости, волокна получаются с диаметрами в широком диапазоне;

- волокна имеют прочность гораздо ниже, чем можно было бы ожидать от объемных свойств волоконной композиции, заявители полагают - из-за внесения трещин в волокнообразующем процессе;

- большое количество зернистых включений (не превращенного в волокна материала) является обычным для таких материалов - обычно >40% по массе составляют зернистые включения, а присутствие зернистых включений повышает теплопроводность волокнистых изоляционных материалов, хотя волокно может быть избавлено от зернистых включений, это увеличивает расходы.

Также область таких низкобиоперсистентных волокон является ограниченной, так как свыше примерно 1300°C они имеют тенденцию к ухудшению эксплуатационных характеристик. К тому же, для некоторых применений механические свойства таких волокон не являются соответствующими. Например, большинство современных транспортных средств оборудованы устройствами для борьбы с загрязнением окружающей среды, такими как каталитический дожигатель выхлопных газов или дизельные фильтры для твердых частиц. Обычно такие устройства для борьбы с загрязнением окружающей среды включают в себя монолитную керамическую конструкцию (обычно сотовую конструкцию), применяемую для очистки выхлопных газов при высоких температурах, закрепленную в металлическом корпусе с помощью упругого и гибкого мата, который обычно сформирован из неорганических волокон. Выхлопные газы входят с одного конца регулирующего устройства, где газы обрабатываются, и выходят с другого конца.

Такие каталитические дожигатели выхлопных газов и дизельные фильтры для твердых частиц требуют волокон, которые будут сохранять свою прочность при сжатии и упругость в широком интервале температур. [Под упругостью в этом контексте подразумевают способность изделия возвращать свою первоначальную форму после деформации]. Чтобы выдержать высокие температуры (обычно 850-950°C для существующих каталитических дожигателей выхлопных газов) и постоянное циклическое температурное воздействие, встречающееся в таких устройствах, в таких устройствах требуется волокнистый материал, который имеет высокую степень упругости для обеспечения опоры хрупкой каталитической конструкции. В существующих каталитических дожигателях выхлопных газов применяют или алюмосиликатные волокна, которые были термически обработаны для обеспечения соответствующей степени упругости, или оксид алюминия, образованный золь-гельным процессом, и/или волокна муллита. Однако проблема заключается в том, что и алюмосиликатные волокна и такие волокна, образованные золь-гельным процессом, имеют низкую растворимость в соответствующих жидкостях организма и считаются имеющими высокую биоперсистентность по сравнению с AES-волокнами. Не известны волокна с низкой биоперсистентностью, которые пригодны для использования в таких устройствах для борьбы с загрязнением окружающей среды. Это представляет интерес, так как большое количество таких устройств для борьбы с загрязнением окружающей среды и их широко распространенное применение дает великолепную возможность использования волокон в действии.

Альтернативные волокна с низкой биоперсистентностью, которые были предложены, представляют собой щелочноземельные алюминаты. Такие материалы были предложены в виде алюмината кальция (EP 0586797) и алюмината стронция (WO 96/04214). Такие волокна не изготавливают промышленно, но так как они описаны как образованные из расплава, то он имели бы такое же характерное непостоянство диаметра и высокое содержание зернистых включений.

Стекловидные волокна, такие как силикатные волокна, полученные из расплава, являются предметом регламентирования в Европе, и различные классы имеют различные классификации опасности при эксплуатации и требования к маркировке. Обычные стекловидные алюмосиликатные волокна требуют более строгой маркировки, касающейся опасности для здоровья [как, например, так называемая категория 2 - канцерогены], чем для щелочноземельносиликатных волокон, которые исключены из классификации канцерогенов. Поликристаллические волокна, полученные золь-гельным процессом, не являются предметом классификации опасности в Европе.

Обычные технологии производства стекловидного волокна, используемые для изготовления волокон из силикатов щелочноземельных металлов, обсужденные выше, требуют превращения сырьевых материалов в гомогенный высокотемпературный расплав и последующего волокнообразования из расплава.

В золь-гельном получении волокна золь образуется из материалов-предшественников. Волокнистые гели формируют из золей (обычно при температуре около комнатной) и затем превращают в стеклянные или керамические волокна при помощи нагревания при повышенных температурах (например, 700-2000°C). Различные виды волокон были изготовлены при помощи такого золь-гельного метода, (например, оксид кремния, оксид кремния - оксид алюминия, оксид циркония, оксид алюминия и диоксид титана).

Золь-гельное получение волокон имеет такие преимущества перед получением из расплава:

(a) сложность получения из расплава возрастает с увеличением температуры расплава, и может иметь место неконтролируемая кристаллизация;

(b) так как требуются более высокие температуры расплава, то становится трудным найти материалы для оборудования, которые имеют разумный срок эксплуатации при используемых температурах;

(с) золь-гельные методы делают возможным производство материалов, в которых компоненты являются нерастворимыми или несмешивающимися в расплаве.

Золь-гельные волокна стремятся иметь более низкое (но не нулевое) содержание зернистых включений по сравнению с волокнами, полученными из расплава. Известные огнеупорные волокна, полученные золь-гельным методом, имеют диапазон составов, изменяющийся от, например, муллитовых волокон основного состава 3Al₂O₃·2SiO₂ до волокон, которые являются почти чистым Al₂O₃. Примеры включают продукты с торговыми марками:

- MAFTEC™ волокно, производимое Mitsubishi Chemical Corporation, которое содержит ~72% по массе Al₂O₃ и 28% по массе SiO₂, и имеющее средний диаметр около 4 мкм;

- SAFFIL™ - волокно, производимое Saffil Limited, которое содержит ~ 96-97% по массе Al₂O₃ и 3-4% по массе SiO₂, примесные элементы <0,5%, и имеющее средний диаметр около 3-4 мкм;

- NEXTEL™ - волокно, производимое 3М, которое имеет диапазон составов от ~62% по массе Al₂O₃, 24% по массе SiO₂, и ~14% по массе B₂O₃ до >99% по массе Al₂O₃, 0,2-0,3% по массе SiO₂ и 0,4-0,7% Fe₂O₃. NEXTEL волокна имеют типичный средний диаметр 10-12 мкм;

- FIBERMAX™ - волокно, производимое Toshiba Monofrax и Unifrax Corporation, которое содержит ~72% по массе Аl₂O₃, 27% по массе SiO₂, ~1% по массе других компонентов, включая в очень маленьких количествах MgO, CaO и Na₂O [<0,2% каждого], с предполагаемым средним диаметром волокна около 2-3,5 мкм, все из которых содержат различные соотношения SiO₂ и Al₂O₃. Относительно высокая степень упругости золь-гельно полученных волокон по сравнению с щелочноземельносиликатными волокнами при температурах свыше примерно 1300°C делает их идеально пригодными для каталитических дожигателей выхлопных газов. Например, несколько из многих патентов, описывающих применение таких золь-гельно полученных волокон в каталитических дожигателях выхлопных газов, включают US 4929429, US 5028397, US 5032441, US 5580532, US 5666726, US 5811063, US 6726884, WO 00/75496 и WO 2004/064996.

Биоперсистентность является не единственным фактором в определении потенциальной опасности волокнистых материалов для здоровья. Также значимым является количество волокна, которое вдыхается. Если волокно не входит в легкие, оно не может причинить вреда легким. Золь-гельные методы получения волокон позволяют производить волокна, имеющие относительно узкое распределение волокон по диаметру, аргументом производителей золь-гельных волокон является то, что это делает возможным уменьшение пропорции вдыхаемых волокон из этих материалов. Однако уменьшение не является тем же самым, что устранение, и производство золь-гельного волокна, которое имеет приемлемые механические и термические свойства, и которое растворяется в физиологических солевых растворах, предлагает возможность не только ограничить количество вдыхаемого волокна, но также гарантировать, что волокно, которое вдыхается, имеет пониженную биоперсистентность по сравнению с обычными золь-гельными волокнами.

Заявитель открыл, что возможно производить золь-гельно полученные волокна, которые демонстрируют низкую усадку при полученной температуре, а также высокую упругость при температуре, и которые также имеют достоинство обладания степенью растворимости в жидкостях организма, которая хотя и не такая высокая как у наилучших щелочноземельносиликатных волокон, но является значительно выше, чем растворимость чистых муллитовых волокон. Имеется компромиссное соотношение этих требований и настоящее изобретение допускает производство высокоогнеупорных, но малорастворимых материалов, с одной стороны, до высокорастворимых материалов с достаточной огнеупорностью, с другой стороны, с широким диапазоном характеристик в промежутке.

US 5019293 раскрывает способы изготовления золь-гельных магнийалюминиевосиликатных волокон, в которых соотношение Mg и Si находится в пределах от 0,3:1 до 4:1 и соотношение Mg и Al находится в пределах от 0,12:1 до 2:1. Способ включает в себя производство низкоконцентрационного золя [<1% твердых веществ] с использованием пероксида водорода в процессе образования золя, концентрирование этого золя и формирование волокон с помощью:

- экструзии золя в основной раствор,

- экструзии золя в воздух и на покрытую подложку,

- покрытие золем нити или филамента.

Сушка волокон затем занимает от 8 часов до 3 дней, и волокна являются короткими [1 мм - 2 см] и с соотношением геометрических размеров от 50 до 200, что предполагает толщину волокна в диапазоне 5-400 мкм. Такие волокна не будут считаться применимыми для целей изоляции.

JP 59082412 раскрывает золь-гельные волокна, содержащие <6 мас.% [~14 мол.%] MgO, которые, как указано в реферате, имеют улучшенную гибкость. Сравнительный пример с 10 мас.% [~22 мол.%] MgO был показан как являющийся неудовлетворительным. Не упомянуто в реферате применение этих волокон как термоизоляции.

US 3982955 раскрывает алюмосиликатные золь-гельные волокна, содержащие 0-5% MgO.

US 4010233 раскрывает Al₂O₃·MgO золь-гельные волокна.

Сущность изобретения

Соответственно настоящее изобретение предлагает термоизоляцию, включающую в себя золь-гельно полученные волокна, содержащие 10-99% композиции на огнеупорной основе и 1-90% компонента, выбранного из оксидов щелочноземельных металлов, оксидов щелочных металлов и их смесей, и в которых упомянутые оксиды щелочноземельных металлов, если присутствуют, включают в себя один или более из оксида кальция, оксида стронция, оксида бария или их смесь. Это не исключает присутствия оксида магния в дополнение к этим указанным оксидам, но присутствие оксида магния нежелательно по причинам, представленным ниже.

Предпочтительно упомянутая композиция на огнеупорной основе составляет более 65 мол.% состава, предпочтительно более 70 мол.% состава, более предпочтительно более 75 мол.% состава, еще даже более предпочтительно более 80 мол.% состава.

Предпочтительно композиция на огнеупорной основе включает в себя Al₂O₃ и SiO₂. Более предпочтительно Al₂O₃ присутствует в количествах, по меньшей мере, 25 мол.%.

Изобретение также предлагает золь-гельно полученные волокна, содержащие в мол.%:

- Al₂O₃ и SiO₂ в таких количествах, что Al₂O₃+SiO₂ находится в интервале 50-99% (предпочтительно 65-95%),

- один или более оксидов щелочноземельных металлов и/или оксидов щелочных металлов, содержащихся в сумме 1-50% (предпочтительно 5-35%), и где присутствующий щелочноземельный оксид включает в себя один или более из оксида кальция, оксида стронция, оксида бария или их смеси.

Изобретение также предлагает золь-гельно образованные волокна, содержащие в мол.%:

- Al₂O₃>25 мол.%,

- и SiO₂ в таких количествах, что Al₂O₃+SiO₂ >65 мол.%,

- один или более щелочноземельных оксидов и/или оксидов щелочных металлов, содержащихся в сумме 5-30%.

Предпочтительно оксид щелочноземельного металла представляет собой или включает в себя оксид кальция.

Настоящее изобретение дополнительно предполагает, что оксидом щелочного металла является один или более из оксида лития, оксида натрия, оксида калия, оксида рубидия, оксида цезия или их смесь. Предпочтительно оксид щелочного металла представляет собой или включает в себя оксид калия.

Подробное описание

Дополнительные признаки и аспекты изобретения будут видны из формулы изобретения, следующего иллюстративного описания и прилагающихся чертежей, в которых:

фиг.1 представляет собой график зависимости растворимости в жидкостях организма ряда волокон, включая волокна согласно изобретению,

фиг.2 представляет собой график зависимости усадки от температуры для ряда волокон состава на основе муллита, модифицированного MgO,

фиг.3 представляет собой график зависимости усадки от температуры для ряда волокон состава на основе муллита, модифицированного CaO,

фиг.4 представляет собой график зависимости усадки от температуры для ряда волокон состава на основе муллита, модифицированного SrO,

фиг.5 представляет собой график зависимости усадки от температуры для ряда волокон состава на основе муллита, модифицированного CaO и SrO,

фиг.6 представляет собой график зависимости усадки от температуры для ряда волокон состава на основе оксида алюминия, модифицированного CaO,

фиг.7 представляет собой график зависимости прочности на сжатие матов, сформированных из ряда золь-гельно полученных волокон настоящего изобретения,

фиг.8 представляет собой график зависимости усадки от температуры для ряда волокон состава на основе муллита, модифицированного CaO и SiO₂,

фиг.9 представляет собой график зависимости растворимости в растворе с pH 7,4 от содержания щелочноземельного компонента для ряда волокон,

фиг.10 представляет собой график зависимости растворимости в растворе с pH 4,5 от содержания щелочноземельного компонента для ряда волокон.

Волокна настоящего изобретения могут быть изготовлены с помощью обычных золь-гельных способов производства, известных в области техники, включая вытягивание, раздувание, центробежным распылением, или в настоящем изобретении может быть использована экструзия жидкости через фильеру. Например, золь-гельный процесс, описанный в патенте США №4348341, может быть применен для производства золь-гельно образованных волокон настоящего изобретения. Настоящее изобретение заключается в химическом составе золя и получающихся волокон, а не в конкретном оборудовании, применяемом для формирования волокон из золя. Однако применение вращательных способов, в которых золь выбрасывается с ротора и затем раздувается газом, который действует для высушивания и гелеобразования, обеспечивает регулируемые и полезные свойства в сформованных волокнах. Роторы могут быть просто чашами с выливанием золя через край чаши, чашами с зазубренными кромками так, что золь предпочтительно проходит через кромки таким образом, что при этом до некоторой степени регулируется диаметр волокна, чашами или барабанами с перфорационными отверстиями, через которые поступает золь, или любое из многих известных роторных устройств.

Чтобы подтвердить концепцию изобретения, изготовили ряд составов с помощью формирования различных алюмосиликатных композиций, включающих в себя добавки щелочноземельного оксида или оксида щелочного металла. Используемые предшественники были составлены из золя основы, к которой добавили предшественников желательных щелочноземельных оксидов или оксидов щелочных металлов. Использовали три основные композиции, две - относящиеся к композиции муллитового типа и одну - относящуюся к композиции типа оксида алюминия.

Основные химические составы указаны ниже в таблице 1.

Таблица 1
	% по массе по рецепту
Наименование	Композиция муллитового типа	Альтернативная композиция муллитового типа	Композиция типа оксида алюминия
Раствор хлоргидрата алюминия [50% по массе, изготовлен Reheis - торговая марка"Chlorohydrol"]	40,9	72,2	85,3
Хлоргидрат алюминия [изготовлен Reheis - торговая марка "Microdry"]	15,4	7,34	8,2
Полиэтиленоксид [молекулярная масса ~ 300000, изготовлен Dow Chemical Company - торговая марка "Polyox WSRN750"]	0,5	0,58	2,3
Силоксан [25% выход диоксида кремния, изготовлен Dow Corning - торговая марка "193 fluid"]	26,6		4,3
Коллоидный диоксид кремния [40% выход SiO2 катионного коллоидного диоксида кремния с размером частиц 40 мкм, изготовлен Eka Chemicals - торговая марка "Bindzil Cat 80"]	4,9	19,88
Вода	4,7
Вода для регулирования вязкости	обычно ~7,0

Хлоргидрат алюминия действует как источник оксида алюминия.

Силоксан и золь катионного коллоидного диоксида кремния действуют как источник диоксида кремния.

Полиэтиленоксид добавляют в качестве модификатора вязкости к жидкому предшественнику. Необходимо, чтобы вязкость жидкого предшественника была подходящей для используемого способа волокнообразования (между примерно 1000 до примерно 1500 сП при 25°C для способа, применяемого в примерах).

"Воду" в составах муллитового типа добавляют перед добавлением силоксана, это для того, чтобы немного разбавить золь, так как силоксан приводит к его загущению. Воду для регулирования вязкости добавляют сразу до волокнообразования, чтобы гарантировать золь правильной вязкости, так как имеется некоторое колебание вязкости от партии к партии, указанные 7% являются обычной цифрой.

Альтернативный муллитовый рецепт исключает применение силоксана.

Предшественники, используемые для приготовления основы золя для изготовления волокна, в настоящем изобретении могут быть усовершенствованы другими обычными методами, известными в уровне техники. Эти методы включают использование неорганических оксисоединений, алкоксидов, а также хлоридов.

Оксиды щелочноземельные металлов или оксиды щелочных металлов, применяемые для изменения свойств золь-гельно полученных волокон согласно настоящему изобретению, были включены добавлением растворимых солей в золь-предшественник. Растворимые соли включают соли, такие как хлориды или нитраты [например, тетрагидрат нитрата кальция, нитрат стронция, гексагидрат нитрата магния, хлорид калия].

При высоких количествах оксидов щелочноземельных элементов могут быть проблемы с гигроскопичностью золя, препятствующей высушиванию и волокнообразованию. Составы с содержанием щелочноземельных оксидов вплоть до 30 мол.% были легко изготовлены с вышеназванными ингредиентами, но для более высоких содержаний могут потребоваться альтернативные менее гигроскопичные предшественники.

Экспериментально используемый способ включает подачу жидкотекучего золя на быстровращающуюся неглубокую чашку, имеющую наклонные стороны. В примерах, данных ниже, множество циклов было осуществлено при 10000 об/мин. Волокнообразование было продемонстрировано при скорости от 3000 об/мин до 15000 об/мин. Альтернативные методы, успешно применяемые, включают:

- вращающийся диск закрытой чашеобразной конструкции с рядами отверстий по периферии (типично ~0,5 мм в диаметре), причем золь подают к вращающемуся устройству через вал;

- систему раздувки волокна, где золь вытесняют через маленькие отверстия (типично ~0,3 мм) с использованием давления, получаемого при использовании сжатого воздуха. Окружением каждого отверстия является завеса воздуха для высушивания и вытягивания волокон.

Золь извлекался с кромки чашки за счет центробежной силы, образуя тонкие струйки. Поскольку извлекаемый материал покинул чашку, он прошел через поток горячего воздуха, который высушил и превратил золь в гель, чтобы сформировать необожженное волокно. Температуру этого воздуха измеряли, используя термопару, установленную в потоке горячего воздуха, как раз над вращающейся чашкой. Температура воздуха, использованного в большинстве примеров была ~60°C. Из некоторых золей получали волокно, используя высушивающий воздух с температурой вплоть до ~80°C. Температуру воздуха необходимо выбирать, в соответствии с характеристиками вязкости и сушки золя и присутствующих добавок. Типично могут быть применены, как соответствующие, температуры от 30°C до 150°C. Может быть использовано какое-либо другое пригодное средство для высушивания волокна, например, с помощью осушенного циркулирующего вокруг волокна воздуха или газа.

Волокна собрали на алюминийоксидные поддоны обжиговой печи и термически обработали, помещая поддон в обжиговую печь и обжигая с применением следующих этапов: 80°C /1 час, 350°C /1 час, 900°C /1 час [за исключением того, когда ниже указана другая температура]. Такой обжиговый режим не является критичным при получении волокна, и режим учитывал потребности для обеспечения достаточного времени и температуры для достижения цели удаления органических компонентов и окисления неорганических компонентов. Температура нагревания находится предпочтительно между примерно 700°C и примерно 2000°C и более предпочтительно - между примерно 850°C и примерно 1500°C. Время нагревания может превышать примерно 15 мин и типично превышать примерно 1 час.

Таблица 2
Номер образца	Измерено, мас.% ↑	Рассчитано, мол.% ↑
Al2O3	SiO2	K2O	CaO	MgO	SrO	Al2O3	SiO2	K2O	CaO	MgO	SrO
0125	73.0	27.1		0			61.3%	38.7%
0135	71.5	27.4		1.2			59.6%	38.7%		1.7%
0126	69.9	24.6		5.2			57.8%	34.5%		7.7%
0127	66.9	23.6		9.9			53.6%	32.0%		14.4%
0128	61.2	20.8		17.9			47.4%	27.4%		25.2%
0129	56.5	18.2		25.2			42.4%	23.2%		34.3%
0134	72.7	26.0	1.2				61.5%	37.4%	1.1%
0130	67.9	27.0	5.0				57.0%	38.5%	4.5%
0131	64.8	25.2	8.8				55.3%	36.5%	8.2%
0133	64.1	23.4	10.6				55.6%	34.4%	10.0%
0132	62.4	24.6	12.2				53.2%	35.6%	11.3%
0223	72.7	25.6			1.1		61.1%	36.6%			2.3%
0224	70.0	25.2			5.1		55.7%	34.0%			10.2%
0225	66.2	22.9			10.3		50.5%	29.6%			19.9%
0274	72.7	26.2				1.2	61.5%	37.6%				1.0%
0275	67.8	26.5				5.7	57.3%	38.0%				4.7%
0276	64.5	25.0				10.4	55.1%	36.2%				8.8%
0277	56.9	22.1				21.1	49.4%	32.6%				18.0%
0278	49.5	18.8				31.0	44.2%	28.5%				27.3%
0448	75	25.1		0.7		0.6	62.8%	35.7%		1.1%		0.5%
0437	70.3	24.6		2.7		2.6	58.8%	34.9%		4.1%		2.1%
0410	65.8	23.8		5.3		5.3	54.4%	33.4%		8.0%		4.3%
0429	58.3	19.2		11.3		11.5	47.5%	26.5%		16.7%		9.2%
0428*	49.55	17.13		16.39		16.49	39.8%	23.3%		23.9%		13.0%

Таблица 2
Номер образца	Измерено, мас.% ↑	Рассчитано, мол.% ↑
Al2O3	SiO2	K2O	CaO	MgO	SrO	Al2O3	SiO2	K2O	CaO	MgO	SrO
0301	95.1	4.1		0.1			93.0%	6.8%		0.2%
0295	94.4	4.0		1.0			91.6%	6.6%		1.8%
0296	90.8	3.7		5.4			85.0%	5.9%		9.1%
0297	87.5	3.0		10.4			78.5%	4.6%		16.9%
0298	82.3	3.7		14.8			71.2%	5.4%		23.3%
0299	74.0	2.7		22.8			61.7%	3.8%		34.5%
0537	56.2	30.7		11.2			43.6%	40.5%		15.9%
0538	50.6	38.2		11.0			37.4%	47.9%		14.7%
0539	44.6	45.2		10.8			31.7%	54.4%		13.9%
0564	88.8	0,2		10.1			82.6%	0.3%		17.0%
0565	99.2	0.3					99.5%	0.5%
0566	82.4	6.4		10.7			73.2%	9.6%		17.2%
0567	72.0	16.5		10.6			60.3%	23.5%		16.1%

Таблица 3
Номер образца	Стандартиз. статическая растворим. (ррm/м2/г) 1100°С	Стандартиз. статическая растворим. - 900°С
Al2O3	SiO2	CaO	MgO	SrO	Сумма	Al2O3	SiO2	K2O	CaO	Сумма
0125	0	0,4	0			0.4	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
0135	0.0	0.0	0.0			0	0.0	0.0	0.0	0.1	0.1
0126	1.8	3.0	3.9			8.7	0.0	0.0	0.0	0.4	0.4
0127	2.1	8.3	6.2			16.7	11.1	7.1	0.0	2.0	20.2
0128	16.2	13.0	24.7			53.9	10.8	13.0	0.0	15.8	39.5
0129	10.1	9.8	19.3			39.3	20.5	21.5	0.0	34.5	76.5

Таблица 3
Номер образца	Стандартиз. статическая растворим. (ррm/м2/г) 1100°С	Стандартиз. статическая растворим. - 900°С
Al2O3	SiO2	CaO	MgO	SrO	Сумма	Al2O3	SiO2	K2O	CaO	Сумма
0134							0.0	0.0	0.7	0.0	0.7
0130							0.0	0.0	2.1	0.0	2.1
0131							0.1	0.0	3.9	0.0	4.0
0133							0.5	0.0	9.4	0.0	10.0
0132							0.3	0.0	13.1	0.0	13.4
0223	0.0	0.4		0.1		0.6
0224	0.1	1.0		0.3		1.5
0225	0.1	3.3		0.7		4.0
0274	0.0	0.7			0.3	0.9
0275	1.1	2.2			1.2	4.5
0276	1.2	0.8			0.9	2.8
0277	4.9	2.6			4.2	11.7
0278