Verfahren zur Herstellung von bindemittelfreien anorganischen Mischfaserprodukten

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von bindemittelfreien anorganischenen Mischfaserprodukten, bestehend aus wechselnden Anteilen an glasigen Fasern oder wechselnden Anteilen an glasigen und polykristallinen Fasern zwecks Verbesserung der Gebrauchseigenschaften bei der jeweiligen Anwendungstemperatur, wobeo bei der Herstellung der glasigen Fasern über ein Dosiersystem anorganische Fremdfasern, die vorher aufgekrempelt wurden, in den Faserkollektor gefördert und dort zu einer Mischfaserwolle verwirbelt werden.

Beschreibung

[0001] Es sind zwei Typen von keramischen Fasern in Form von Wolle oder Matten bekannt:

• die glasige (amorphe) Faser auf der Basis von Al₂O₃, SiO₂, Cr₂O₃ und/oder ZrO₂
• polykristalline Faser auf der Basis von Al₂O₃ , SiO₂ , ZrO₂ bzw. Mischungen der vorgenannten Oxide, auch mit wechselnden Anteilen an Cr₂O₃, MgO etc.

[0002] Glasige Fasern werden durch Erschmelzen von Rohstoffen mit hohen Gehalten an Al₂O₃, SiO₂ und mit geringen Anteilen von TiO₂, Fe₂O₃, Erdalkalien und Alkalien hergestellt, indem der Schmelzstrahl durch Zuführen von großen Luftmengen quer oder parallel zur Richtung des Strahls oder durch Auftreffen auf schnellrotierende Scheiben bzw. Trommeln zerfasert wird. Die so entstandenen Fasern werden in entsprechenden Kollektoren aufgefangen, liegen als Wolle vor und können durch Verdichten und Vernadeln auch als Matten, Vlies vorgeformt werden.

[0003] Bei den polykristallinen Fasern werden die Ausgangsmaterialien durch chemische Prozesse (z.B. Sol- Gel oder Precursor) hergestellt, die Spinnlösung zerfasert und diese Fasern einem anschließenden Brennprozeß unterworfen, bei dem die röntgenamorphen Ausgangsprodukte in kristalline Formen wie Mullit, Korund, Übergangstonerden etc. umgewandelt werden.

[0004] Die Klassifikationstemperaturen glasiger Fasern liegen bei maximal 1400 bis 1450 ^oC. Die Anwendungsgrenztemperaturen diese Produkte liegen jedoch wesentlich niedriger, was auf die hohe Schwindung von maximal 4% bei Klassifikationstemperatur zurückzuführen ist. Dagegen sind sowohl die KT als auch die AGT der polykristallinen Fasern bedeutend höher und können z.B. bei einer Faser mit 95% Al₂O₃ und 5% SiO₂ bei ca. 1850 ^oC angesiedelt werden. Doch wegen des wesentlich höheren Preises für die polykristallinen Fasern ist deren verstärkter Einsatz - auch unter dem Aspekt möglicher Energieeinsparungen - in vielen Fällen wirtschaftlich nicht vertretbar.

[0005] Bei glasigen Fasern lassen sich die Anwendungstemperaturen durch z.B. Steigerung des Al₂O₃ -Gehaltes nicht anheben, weil dadurch das Schmelzverhalten verändert wird und eine Faserproduktion nicht mehr möglich ist. Zahlreiche Industrieöfen (z.B. in der feinkeramischen Industrie, Oxidkeramikindustrie, Feuerfestindustrie) werden jedoch bei Temperaturen oberhalb 1300 ^oC betrieben. In solchen Öfen wäre also eine energiesparende Auskleidung nur mit den teuren polykristallinen Fasern möglich.

[0006] Aufgabe der Anmeldung ist die Herstellung von Wolle und Matten aus keramischen Fasern mit höheren Anwendungsgrenztemperaturen als die der herkömmlichen glasigen Fasern.

[0007] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß polykristalline und glasige Fasern miteinander gemischt werden, um daraus Wolle und Matten herzustellen, mit denen Öfen der o.ä. Art problemlos ausgekleidet werden können.

[0008] Während der Produktion der glasigen Faser werden die polykristallinen Fasern in den Faserstrom der erstgenannten hineingeblasen und durch entsprechend hohe Luftmengen optimal vermischt, bevor sich die Fasern auf dem Kollektorbond absetzen. Die quantitative Steuerung der Mischungskomponenten erfolgt durch gravimetrische Dosierung der polykristallinen Fasern im Verhältnis zur Schmelzrate der glasigen Fasern.

[0009] Eine weitere Lösung des Problems besteht in der Auskleidung von Öfen mit vakuumgeformten Teilen, bei denen glasige und polykristalline Fasern in diversen Anteilen in wäßrigen Lösungen gemischt, mit Bindern und Füllstoffen versetzt, durch Saugtechnik in speziellen Formen abgeformt und thermisch nachbehandelt werden. Die so erhaltenen Faserprodukte sind gegenüber Fasermatten wesentlich schwerer und bedürfen einer sorgfältigen Verankerung.

Beispiel

[0010] Herstellung einer Fasermatte, bestehend aus 2/3 glasigen Fasern und 1/3 polykristallinen Fasern.
Zusammensetzung der glasigen Faser:
15% ZrO₂, 35% Al₂O₃, 50% SiO₂
Zusammensetzung der polykristallinen Faser:
80% Al₂O₃, 20% SiO₂ (Korund, Mullit)
Die polykristalline Faser wurde durch eine Förderleitung, die sich am Ende trapezförmig erweitert (entsprechend der Kammerbreite), pneumatisch in den Kollektor und in den Faserstrom geblasen. Dabei wurden beide Fasertypen vermischt und daraus Matten von 1" Dicke hergestellt. Aus den Matten wurden gemäß der 41. PRE-Empfehlung Probekörper entnommen und auf ihr Schwindungsverhalten geprüft. In der folgenden Tabelle werden die Ergebnisse mit den herkömmlichen Erzeugnissen verglichen:

[0011] In einem weiteren Versuch wurden die Mischfaser und die glasige Faser 100 Stunden lang bei 1400 ^oC gebrannt. Danach wurden bei der glasigen Faser 10% Schwindung ermittelt, bei der Mischfaser nur 4%.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von bindemittelfreien anorganischenen Mischfaserprodukten, bestehend aus wechselnden Anteilen an glasigen Fasern oder wechselnden Anteilen an glasigen und polykristallinen Fasern zwecks Verbesserung der Gebrauchseigenschaften bei der jeweiligen Anwendungstemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der glasigen Fasern über ein Dosiersystem anorganische Fremdfasern, die vorher aufgekrempelt wurden, in den Faserkollektor gefördert und dort zu einer Mischfaserwolle verwirbelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischfaserwolle anschließend zu Mattenbahnen in verschiedenen Dicken konfektioniert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die glasigen Fasern keramische Fasern auf der Basis Al₂O₃/SiO₂/ZrO₂ sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die glasigen Fasern Mineralfasern bekannter Zusammensetzung sind.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdfasern polykristalline Fasern auf der Basis Al₂O₃ /SiO₂/ZrO₂ sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdfasern Mineralfasern bekannter Zusammensetzungen sind.