KR102661086B1 - 용융-성형 무기 섬유를 형성하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

용융-성형 무기 섬유를 형성하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

용융-성형 섬유를 형성하는 장치는, 용융 물질의 공급원; 하나 이상의 회전자를 포함하는 방사 헤드; 가스의 스트림을 공급하도록 구성된, 하나 이상의 회전자의 적어도 일부 둘레에 배치된 복수의 노즐 또는 슬롯; 컨베이어; 및 상기 방사 헤드와 상기 컨베이어(6) 사이의 배리어(4)로서, 상기 배리어의 상부 에지가 상기 하나 이상의 회전자 중 적어도 하나의 회전자의 회전축(16)을 포함하는 제1 수직면(17)에 놓여 있고 상기 제1 수직면에 대해 직각이고 상기 영역을 통과하는 수직선(20)을 포함하는 제2 수직면(18)과 회전축의 교차점을 교차하는 수평선(22) 아래에 놓여 있으며, 수평선과 회전축의 교차점과 상기 배리어의 상부 에지를 연결하는 제1 수직면 내의 라인(21)과 상기 수평선(22) 사이의 포함된 각도 θ가 40° 내지 85° 범위인, 상기 배리어를 포함한다. 상기 장치를 사용하는 용융-성형 섬유의 제조 방법. 용융-성형 생용해성 섬유는 쇼트 함량이 낮은 알칼리 토류 실리케이트 섬유이다.

Description

용융-성형 무기 섬유를 형성하기 위한 장치 및 방법
본 발명은 무기 섬유를 생산하기 위한 장치 및 방법, 무기 섬유(특히, 배타적이지는 않지만, 이의 유일한 또는 주성분으로서 산화물을 포함하는 유리질 섬유), 및 이러한 섬유로부터 제조된 블랭킷(blanket)에 관한 것이다.
무기 섬유
무기 섬유 물질은 단열 및/또는 방음 물질로서의 이의 용도에 대해 널리 알려져 있고, 또한 예를 들어, 섬유 강화 시멘트, 섬유 강화 플라스틱과 같은 복합 물질에서 강화 구성성분으로서, 및 금속 매트릭스 복합체의 성분으로서의 이의 용도에 대해 알려져 있다. 이러한 섬유는 자동차 배기 시스템 촉매 컨버터 및 디젤 미립자 필터와 같은 오염 제어 디바이스에서 촉매 바디(catalyst body)에 대한 지지 구조물에서 사용될 수 있고, 촉매 바디 자체로 사용될 수 있다. 이러한 섬유는 마찰 물질[예를 들어, 자동차 브레이크용]의 구성성분으로서 사용될 수 있다.
단열(insulation)에서 사용하기 위한 무기 섬유는 널리 공지되어 있다. 무기 섬유로부터 단열을 제공하는 전형적인 수단은 상기 섬유를 포함하는 블랭킷과 같다. 이러한 블랭킷이 단열재로서 사용되기 때문에, 이의 열전도율이 가능한 한 낮아야 한다.
또한, 여러 적용에서, 블랭킷이 낮은 밀도를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 자동차에서, 지니고 있는 단열재의 밀도(및 이에 따라 질량)가 낮을수록 단열재의 부담이 줄어들며, 이에 따라, 자동차의 성능이 상응하게 증가된다.
이에 따라, 블랭킷으로 제조될 때, 이전에 달성된 것보다 제공된 밀도에서 더 낮은 열전도율을 달성하는 무기 섬유를 생산하는 것이 항상 요구된다.
무기 섬유의 바디의 열전도율
용융 성형 섬유의 바디(예를 들어, 블랭킷 또는 다른 제품 형태)의 열전도율은 특히 하기를 포함하는 다수의 인자에 의해 결정된다:
Figure 112018077115419-pct00001
섬유의 직경; 및
"쇼트(shot)"(섬유화되지 않은 물질(unfiberised material)) 함량.
미세 직경 섬유는 고체를 통한 전도 범위를 줄이고 더 미세한 섬유간 다공도를 허용하여 바디의 일측에서 다른 측면으로의 복사에 의한 열의 통과를 위한 방출-흡수 단계의 수를 증가시킴으로써 섬유의 바디에 낮은 열전도율을 제공한다.
블랭킷에 쇼트의 존재는 고체를 통한 전도 범위를 증가시킴으로써 블랭킷의 열전도율을 증가시킨다. 쇼트는 또한 블랭킷의 밀도를 증가시킨다. 쇼트 함량이 낮을수록, 열전도율 및 밀도가 낮아진다. 동일한 섬유 함량 및 화학적 특성의 2개의 바디에 대하여, 낮은 쇼트 함량을 갖는 바디는 낮은 밀도 및 낮은 열전도율 둘 모두를 가질 것이다.
무기 섬유에 대한 제조 공정
무기 섬유는 다양한 경로에 의해 제조될 수 있다. 1987년 이전에, 단열 제품[예를 들어, 이를 테면, 블랭킷, 진공 성형 형상, 및 매스틱(mastic)]을 제조하기 위한 4가지 주요 타입의 섬유 물질이 사용되었다. 이러한 것은 2가지 주요 제조 경로에 의해 제조되었지만, 특정 경로의 세부사항은 제조업자에 따라 다르다. 섬유 및 경로는 (비용 증가 및 온도 성능의 순서로) 하기와 같다:
용융 성형 섬유
유리 울(glass wool)
미네랄 울(mineral wool)
알루미노실리케이트 섬유
졸-겔 공정 섬유
소위 다결정질 섬유.
졸-겔 공정 섬유는 이러한 것이 제조하는데 상당히 더 복잡하기 때문에, 용융 성형 섬유보다 더 고가인 경향이 있다. 본 개시내용은 졸-겔 공정 섬유에 관한 것이 아닌, 용융 성형 섬유에 관한 것이다.
석면 섬유의 역사로 인하여, 폐질환의 원인으로서 광범위한 섬유 타입의 상대적 효능이 많은 주목을 받고 있다. 천연 섬유 및 인조 섬유의 독성학 연구는 문제가 일어난 폐에 섬유가 잔류한다는 사상에 이르게 하였다. 이에 따라, 폐로부터 섬유를 빠르게 제거할 수 있는 경우에, 건강에 대한 임의의 위험이 최소화될 것이라는 시각이 발전하였다.
"생체지속성 섬유(biopersistent fibre)" 및 "생체지속성(biopersistence)"의 개념이 생겨났고, 즉, 동물 신체에서 장시간 동안 지속하는 섬유는 생체지속적인 것으로 여겨지며, 동물 신체에서 섬유가 잔류하는 상대적 시간은 생체지속성으로서 알려져 있다. 여러 개의 유리 시스템이 폐 유체에서 가용성이어서 낮은 생체지속성을 야기시키는 것으로 알려졌지만, 이러한 유리 시스템이 일반적으로 고온 적용을 위해 유용하지 않다는 문제점이 존재하였다. 고온 능력과 결합된 낮은 생체지속성을 가질 수 있는 섬유에 대한 시장의 필요성이 보였다.
1987년에, Johns Manville은 칼슘 마그네슘 실리케이트 화학을 기반으로 한 이러한 시스템을 개발하였다. 이러한 물질은 전통적인 유리 울보다 더 고온 능력(temperature capability)을 가질뿐만 아니라, 고온 단열을 위해 주로 사용되는 알루미노실리케이트 섬유보다 체액 중 더 높은 용해도를 갖는다. 이러한 낮은 생체지속성 섬유는 이후에 개발되었으며, 마그네슘 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 및 칼슘 마그네슘 실리케이트를 포함하는 소정 범위의 알칼리토류 실리케이트[AES] 섬유가 현재 시판되고 있다.
최근에 개발된 다른 섬유들은 알칼리 금속 알루미노실리케이트 섬유를 포함한다.
용융 성형 섬유는 다양한 경로에 의해 제조될 수 있지만, 내화성 용융 성형 섬유의 경우, 주요 경로는 취입(blowing)에 의한 또는 방사(spinning)에 의한 것이다.
두 방법 모두에서, 요망되는 조성의 용융물이 형성되며, 용융 물질의 스트림(일반적으로, "탭 스트림(tap stream)"으로 불림)이 붕괴되고, 가속화되어 섬유(및 요망되지 않는 쇼트)를 형성시킨다.
취입에서, 붕괴는 고압 공기 또는 탭 스트림을 파괴시키는 다른 가스의 제트(jet)에 의한 것이다.
방사에서, 붕괴는 (회전자 둘레에 취입 공기와 함께 또는 이것 없이) 하나 이상의 고속 회전자에 의한 것으로서, 이에 따라, 섬유가 회전자로부터 떨어지게 하고, 후속 가공을 위해 수집된다. 회전자는 예를 들어, 휠(wheel) 또는 드럼(drum)일 수 있고, 실린더형, 원추형, 또는 다른 프로파일링된 주변부(periphery)를 가질 수 있으며, 다수의 회전자를 제공하는 것이 일반적이다.
취입에서, 탭 스트림의 붕괴는 비교적 균일한 섬유화(fiberisation)를 야기시키는 매우 짧은 시간(예를 들어, 2㎳)이 소요된다. 방사에서, 탭 스트림의 붕괴는 더 긴 시간(예를 들어, 10㎳)이 소요되며, 그 동안, 용융물은 회전자로 열을 잃는다.
이러한 상이한 형성 공정의 결과는 일반적으로, 제공된 화학적 특성에 대하여, 섬유화 동안 및 임의의 가공 전에 형성되는 바와 같은 섬유의 질량에 대하여,
취입 섬유(blown fibre)가 방사된 것보다 더 높은 비율의 미세 섬유를 가지며;
취입 섬유가 방사된 섬유(spun fibre)보다 더 좁은 스펙트럼의 섬유 직경을 가지며;
취입 섬유가 방사된 섬유보다 더 높은 양의 쇼트(shot)를 가지며;
취입 섬유가 평균적으로 방사된 섬유보다 더 짧다는 것이다.
알루미노실리케이트 섬유(52 내지 58% SiO2; 42 내지 48% Al2O3; 2% 미만 기타 - RCF)에 대하여, 도 6은 대략 1㎛ 직경의 클러스터링된 섬유의 벌크(bulk)를 갖는 취입 물질 및 훨씬 더 넓은 분포를 갖는 방사된 섬유를 나타내는, 취입 물질 및 방사된 물질에 대한 섬유 직경 분포를 도시한 것이다. 방사된 물질에 대한 128 kg.m-3 블랭킷의 1000℃에서의 열전도율은 대략 0.34 W.m-1.K-1이었으며, 취입 물질에 대하여, 이는 대략 0.30 W.m-1.K-1로서, 이는 더 많은 쇼트에도 불구하고, 취입 섬유의 더 미세한 직경의 섬유 분포의 유익한 효과를 나타낸다.
취입된 RCF 섬유에 대한 전형적인 섬유 길이 범위는 최대 10㎝의 범위이며, 방사된 섬유에 대하여, 1 내지 50㎝의 범위이다. 전형적으로, 방사 공정에서, 긴 기둥(plume)의 섬유는 최대 1 미터 길이에 이르는 기둥들로 보인다.
용융 물질의 특성으로 인하여, 알칼리토류 실리케이트 섬유는 매우 낮은 섬유 수율 및 높은 쇼트 함량이 얻어지기 때문에 취입되지 않는다.
섬유 길이는 측정하기 어려우며, 이에 따라, 일반적으로, 섬유 길이에 대한 대용물(proxy), 예를 들어, "비이커 값(beaker value)"[액체에서 침전 거동을 보임]이 사용되거나, 블랭킷을 제조하고 인장 강도를 측정하는 것이 사용된다.
전형적으로, 블랭킷을 제조할 때, 섬유는 컨베이어 상에 수집되어 존재하는 임의의 쇼트를 지닌 섬유의 매스(mass)("플리스(fleece)")를 형성하고, 이후에, 컨베이어 상에서 이동하는 동안, "니들화(needling)되어" 얽힌 섬유(entangled fiber)에 의해 함께 유지된 블랭킷을 생성시키기 위해 섬유를 얽어맨다. 얽힘을 생성시키는 다른 방법[예를 들어, 미세한 물 제트를 이용하는 방법]이 알려져 있으며, 본 발명은 니들화의 사용으로 제한되지 않는다.
방사 장치는 WO92/12939호 및 WO2015/055758호에 하기를 포함하는 것으로 기술된다:
용융 물질의 공급원;
각각이 회전축을 갖는 하나 이상의 회전자를 포함하는 방사 헤드로서, 방사 헤드가 용융 물질의 공급원으로부터 용융 물질을 수용하도록 구성된 방사 헤드;
하나 이상의 회전자의 적어도 일부 둘레에 배치된, 가스의 스트림을 공급하도록 구성된 복수의 노즐;
용융 물질로부터 생성된 섬유를 수용하도록 배치된 컨베이어.
그러한 장치에서, 생성된 섬유는 컨베이어 상으로 직선으로 배출되고, 방사 헤드 아래에 쇼트("펄(pearl)") 및 일부 섬유가 떨어지는 피트(pit)가 있고, 재순환을 위해 제거된다.
WO2015/055758호에서, 방사 헤드는 이의 주변부에서 20 내지 400 km.s-2의 범위로 가속도을 제공하는 회전자를 포함하며, 가스의 스트림은 100 내지 300 m.s-1의 속도를 갖는다.
US4238213호에는 높은 방사 속도의 사용이 방사 공정으로부터 보다 미세한 섬유의 형성을 선호한다는 것이 개시되어 있다. US2012/247156호에서는 미세한 섬유(5㎛ 미만)가 얻어질 수 없도록 70% 이상의 실리카를 갖는 알칼리토류 실리케이트 섬유를 형성하는 것이 원료 물질의 점도 증가로 인한 문제가 존재하고, 용융 물질의 안정한 공급과 함께, 고속 회전자를 사용하고 규정된 점도를 제공하는 온도에서 낮은 쇼트 함량을 갖는 미세한 섬유를 제공할 수 있다는 것이 명시되어 있다. US2012/247156호에서는 65% 이하(예를 들어, 30 내지 55%)의 45㎛ 이상의 치수를 갖는 쇼트의 함량이 달성 가능하다는 것이 기술되어 있지만, 단지 제공된 실시예에서는 40 내지 50%의 쇼트 함량을 나타내고 있으며, 기술된 섬유 직경은 2.5㎛ 이상이다.
상업적으로 입수 가능한 알칼리토류 실리케이트 섬유 SUPERWOOL® PLUS(독점 기술에 의해 제조됨)는 1200℃의 분류 온도(classification temperature)(EN 1094-1)를 갖고,
중량% 기준으로 하기 성분을 포함하는 전형적인 조성:
SiO2 64 내지 66 중량%
CaO 27 내지 31
MgO 4 내지 7
Al2O3 0.8 미만
기타(Al2O3를 포함함) 1 미만
(상기 문맥에서 "기타(other)"는 임의의 다른 물질을 의미하며, 전형적으로, 이러한 것은 산화물을 포함하며, 다른 물질(예를 들어, 플루오라이드)이 존재할 수 있음).
40 중량% 미만, 전형적으로, 35 내지 38 중량%의 쇼트 함량
2.5 내지 3㎛ 범위의 섬유 직경
및 밀도 128 kg.m3의 25㎜ 두께의 블랭킷 형태를 갖고,
75 kPa의 인장 강도 및 대략 0.25 내지 0.29 W.m- 1.K-1의 1000℃(ASTM C201)에서의 열전도율을 갖는다.
이에 따라 SUPERWOOL® PLUS는 이미 US2012/247156호에 의해 요구되는 낮은 쇼트 함량(최대 38%) 및 미세한 섬유 직경(2.5 내지 3㎛)을 갖는다.
보다 높은 온도에서 사용하기 위한 다른 상업적으로 입수 가능한 알칼리토류 실리케이트 섬유는 SUPERWOOL® HT(독점 기술에 의해 제조됨)이며, 이는 1300℃(EN 1094-1)의 분류 온도를 갖고,
중량% 기준으로 하기 성분을 포함하는 전형적인 조성:
SiO2 73 내지 74.5 중량%
CaO 22.2 내지 26 중량%
MgO 0.4 내지 0.8 중량%
Al2O3 0.9 내지 1.4 중량%
K2O 0.5 내지 0.8 중량%
(임의의 다른 성분들 또는 불순물들의 양은 0.3 중량% 이하임).
50 중량% 미만, 전형적으로, 45 내지 48%의 쇼트 함량
3 내지 3.5㎛ 산술 평균 범위의 섬유 직경을 갖고,
밀도 128 kg.m3의 25㎜ 두께의 블랭킷 형태에서 75 kPa의 인장 강도, 및 대략 0.34 W.m-1.K-1의 1000℃(ASTM C201)에서의 열전도율을 갖는다.
벌크 섬유로부터 쇼트를 감소시키기 위한 방법이 알려져 있고 특히, 이러한 섬유로부터 진공 성형된 제품을 형성시키기 위한 섬유를 제공하기 위해 사용되지만, 이러한 방법은 잔류 섬유의 수축(shortening)을 야기시킨다. [하기에, 섬유로부터 쇼트를 기계적으로 제거하는 공정은 "탈쇼팅(deshotting)"으로서 지칭되며, 얻어진 섬유는 "탈쇼팅된" 것으로서 지칭됨].
블랭킷의 인장 강도가 (다른 것들 중에서) 섬유의 길이에 의존적이기 때문에, 탈쇼팅된 섬유로부터 제조된 블랭킷은 블랭킷 형태로 상업적으로 입수 가능하지 않거나, 이러한 것이 낮은 인장 강도를 나타낼 때 이러한 사용에 대해 허용 가능하고, 또한 탈쇼팅의 추가 가공 단계가 비용을 부가한다.
이에 따라, 이전에 달성된 것보다 제공된 밀도에서 더 낮은 열전도율을 제공하는 적절한 길이의 블랭킷으로 형성될 수 있는 적합한 길이 분포 및 쇼트 함량을 갖는 섬유 매스가 요구된다. 또한, 규정된 특징의 낮은 쇼트 질량을 형성시키기 위해 절단되거나 달리 가공될 수 있는 낮은 쇼트 함량을 갖는 섬유의 매스가 요구된다.
본 출원인은 섬유 방사 장치의 설계가 탈쇼팅 단계의 필요성 없이 낮은 쇼트 용융 성형 섬유의 형성을 가능하게 한다는 것을 발견하였다.
이에 따라, 본 발명은 하기를 포함하는 용융-성형 섬유를 형성하기 위한 장치를 제공한다:
용융 물질의 공급원;
각각이 회전축을 갖는 하나 이상의 회전자를 포함하는 방사 헤드로서, 적어도 하나의 회전자가 용융물이 전달되는 회전자의 영역에서 용융 물질의 공급원으로부터의 용융 물질을 수용하도록 구성된 방사 헤드;
가스의 스트림을 공급하도록 구성된, 하나 이상의 회전자의 적어도 일부 둘레에 배치된 복수의 노즐 또는 슬롯;
용융 물질로부터 생성된 섬유를 수용하도록 배치된 컨베이어; 및
방사 헤드와 상기 컨베이어 사이의 배리어(barrier)로서, 배리어의 상부 에지(upper edge)가 하나 이상의 회전자 중 적어도 하나의 회전자의 회전축을 포함하는 제1 수직면에 놓여 있고 제1 수직면에 대해 직각이고 상기 영역을 통과하는 수직선을 포함하는 제2 수직면과 회전축의 교차점을 교차하는 수평선 아래에 놓여 있으며, 수평선과 회전축의 교차점과 배리어의 상부 에지를 연결하는 제1 수직면 내 라인과 수평선 사이에 포함된 각도 θ가 40° 내지 85° 범위인, 상기 배리어.
기술된 바와 같은 장치는 현존하는 포뮬레이션의 더 낮은 쇼트 버전을 제공할 수 있다. 1 내지 50㎝의 섬유 길이는 전형적으로 이러한 장치로부터 생성되며, 섬유 분포는 전형적으로, 길이가 10㎝를 초과하는, 예를 들어, 길이가 20㎝를 초과하는, 또는 길이가 30㎝를 초과하는 일부 섬유를 포함한다.
이에 따라, 다른 것들 중에서, 본 발명은 중량% 기준으로 하기 전체 조성을 갖는 용융-성형 생용해성 섬유의 매스로서,
SiO2: 62 내지 68%
CaO: 26 내지 32%
MgO: 3 내지 7%
기타: 1% 미만
섬유는 2㎛ 미만의 산술 평균 직경을 갖고, 10㎝ 초과의 길이의 섬유를 포함하며, 이러한 매스는 35 중량% 미만의 45㎛ 초과의 쇼트의 쇼트 함량을 갖고, 얽힘에 의해 하기 특성을 갖는 블랭킷으로 형성될 수 있는, 용융-성형 생용해성 섬유의 매스를 추가로 제공한다:
128 kg.m-3의 밀도;
25㎜의 두께;
35 중량% 미만의 45㎛ 초과의 쇼트의 함량;
50 kPa 초과의 인장 강도.
"용융-성형 생용해성 섬유의 매스"는 1 그램 초과, 10 그램 초과, 100 그램 초과, 1 킬로그램 초과 또는 10 킬로그램 초과를 포함하는, 0.5 그램 이상의 임의의 양을 포함하는 다량 또는 응집체의 이러한 섬유를 의미한다.
본 개시내용의 범위는 청구범위(본 명세서에 참고로 포함된)에서 명시되지만, 또한, 하기 비제한적인 설명 및 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 임의의 신규하고 진보적인 대상으로 확장한다.
도 1은 전형적인 섬유 성형 기계의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 고리(air ring)를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 섬유 성형 기계의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 압축 가스 제트 시스템을 도시하고 부분적으로 확장된 형태의 가스 제트를 도시한 개략도이다.
도 5는 전형적인 섬유 성형 기계의 치수를 도시한 개략적 다이아그램이다.
도 6은 각각 취입 및 방사에 의해 생성된 알루미노실리케이트 섬유(RCF)에 대한 섬유 직경 분포를 도시한 것이다.
도 7은 다수의 상이한 섬유에 대한 열전도율의 값을 도시한 것이다.
도 8은 블랭킷의 인장 강도를 측정하기 위한 장치를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 규정하는데 사용되는 라인 및 면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 회전자의 평면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 도 10의 회전자의 측면도 및 용융물 공급원으로부터 회전자 근위의 영역으로 용융물의 전달을 개략적으로 도시한 것이다.
도 12는 RCF 조성물에 대한 시험의 요약이다.
섬유 성형 공정
상기에 기술된 바와 같이, 무기 섬유를 제조하는 공지된 공정은 섬유가 회전자로부터 떨어지게 되고 후속 가공을 위해 수집되도록, 고속 회전자에(회전자 둘레에 취입 공기와 함께 또는 이것 없이) 요망되는 화학적 조성의 용융 물질의 스트림을 공급하는 것이다.
이러한 공정은 회전자에서 떨어지고 섬유를 형성시키는 용융 물질의 "테일(tail)"을 뽑아내는 용융 물질의 점적에 의해 작동한다고 가설을 세웠다. 점적은 적어도 쇼트의 일부를 형성한다.
공정을 작동시키기 위해 용융 물질의 점도는 적절해야 한다.
용융 물질은 전형적으로, 적합한 온도에서 용융 물질을 유지시키기 위해 가열/단열 수단을 갖는 용기에 보유된다.
점도가 온도에 의존적이기 때문에, 용융 물질의 온도의 제어가 바람직하다. 각 물질에 대하여, 상이한 온도 범위는 최적의 점도를 제공할 것이다. 이상적으로, 용융 물질이 회전자에 부딧칠 때, 용융 물질은 관련된 용융 물질에 대한 최적 온도의 ±150℃, 바람직하게는, ±100℃, 및 더욱 바람직하게는, ±50℃ 내이어야 한다. 용융 물질이 용기에서 떠날 때[그리고, 이상적으로, 이러한 것이 회전자에 부딧칠 때] [예를 들어, 고온계를 이용하여] 용융 물질의 스트림의 온도를 모니터링하고 용융 물질에 대한 열의 공급을 제어하기 위해 이를 이용하는 것이 유리하다.
최상의 성능을 보장하기 위하여, 용융 물질의 스트림은 섬유 성형 공정 동안 가능한 한 오랫동안 방해받지 않아야 한다. 이는 용융 물질의 주입 속도(pour rate)가 연속 스트림을 제공할 정도로 충분히 높고 용융 물질의 점적으로 파괴될 정도로 낮지 않아야 한다는 것을 의미한다.
도 1 및 도 2는 모터 장치(1)가 배리어(4)에 의해 회전자로부터 떨어진 단부에서 구획된(delimited) 섬유 성형 영역(3)에 하우징된 회전자(2)를 구동시키는, 섬유 성형 장치를 도시한 것이다. 배리어(4) 이후에, 보편적으로 "울 빈(wool bin)"(5)으로서 공지된 것이 존재하며, 여기서, 사용 시에, 섬유는 컨베이어(6) 상에 놓여져서 느슨한 섬유(7)의 플리스를 형성하고, 이후에, [예를 들어, 블랭킷을 형성하기 위해 "니들화"에 의해] 추가 가공으로 진행될 수 있다. 추출기(8)는 컨베이어 아래로부터 공기를 제거하여 울 빈에서 컨베이어로 섬유를 끌어내는 데 보조한다.
이러한 장치는 또한, 공기 고리(12)를 통해 공기[전형적으로, 50 kPa 이하에서 또는 대기압 이상]를 회전자(2) 뒤쪽 섬유 성형 구역으로 진행시키는 송풍기(9)를 포함한다.
도 2는 2개의 회전자(2)를 포함하는 회전자 장치를 도시한 것이며, 단일 회전자 또는 2개가 넘는 회전자가 보편적으로 사용될 수 있다. 보편적으로, 하나의 회전자는 다른 회전자로부터 변위되고 이보다 약간 위에 배치되며, 회전자들(2) 사이의 변위 및 분리의 적절한 각도는 설계의 문제이다. 적합한 각도 및 변위는 예를 들어, WO92/12939호 및 WO2015/055758호에서 논의되어 있지만, 전형적으로, 회전자는 [2 내지 10㎜]의 간격(separation)을 가지며, 수평면과 다른 회전자 축에 하나의 회전자 축을 연결시키는 라인 사이의 각도는 [0 내지 15°(통상적임) 및 2 내지 10°(바람직함)]의 범위이다. 회전자의 전체 어셈블리는 US4238213호에서와 같이 수직으로 변위될 수 있다. 회전자들 중 하나 이상은 마운트(mount)에서 충격 흡수재와 함께 탑재될 수 있는, 직접 구동 메카니즘 내에서 구동 샤프트를 지지하는 적어도 2개의 이격된 베어링을 갖는 구동 샤프트의 한 단부에 탑재될 수 있다.
섬유는 회전자의 주변부로부터 용융물이 빠져 나올 때 생성되며, 이러한 것이 제조된 직후에, 이러한 것은 회전자에서 울 빈으로 이동될 필요가 있다. 이는 섬유 및 쇼트의 잔류 속도에 의해 부분적으로 이루어지고, 부분적으로, 이후에 울 빈으로 이동되는 섬유의 이동에 대해 일반적으로 수직으로 이동하는 가스(대개, 공기)의 사용에 의해 이루어진다. 사용되는 장치는 일반적으로 '공기 고리' 또는 '스트립퍼 고리"로서 지칭되며, 명명된 고리는 방사 회전자의 외측 둘레에 부분 원을 형성하는, 형상에서 비롯한 것이다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 공기 고리(12)는 전형적으로, 송풍기에 의해 채워진 공기 공급장치를 구비한 금속 블록에서의 홀(hole)(전형적으로 블록 당 50 내지 100개의 홀)을 포함한다.
바람직하게는, 공기 고리는 가능한 한 용융물 스트림을 방해하지 않으면서 회전자의 주변부 둘레에 연장된다. 예를 들어, 제공된 회전자에 대하여, 공기 고리는 회전자 주변부의 대략 180°초과, 200° 초과, 220° 초과, 또는 240° 초과의 둘레로 연장될 수 있다.
작동 시에, 용융물은 용융물 스트림으로서 용융 물질의 공급원(25)[도 11]으로부터 회전자(2) 상으로 떨어지고, 방적되어 섬유를 형성하며, 섬유 형성은 부분적으로 송풍기(9)로부터의 공기 흐름에 의해 보조된다. 용융물 공급원은 용융되는 물질의 특성에 대해 적절한 임의의 타입을 포함할 수 있다. 이는 전형적인 기술로서, 예를 들어, US2012/0247156호에 예시되어 있다.
전형적으로, 용융물 공급원은 용융물의 구성성분들을 용용시키고 용융된 구성성분을 보유하기 위한 챔버(chamber), 및 요망될 때 용융물을 배출시키기 위한 챔버의 기저부(base)에서의 탭핑 홀(tapping hole)을 포함한다. 실제로, 회전자 상에서의 용융물의 충격의 포인트-유사 정밀도는 가능하지 않으며, 공급원(25)에서 영역(23)으로의 콘(26)은 가능한 용융물 스트림 경로의 범위를 지시하며, 이에 따라, 용융물은 영역(23) 위의 회전자 상에 내려 앉을 수 있게 한다. 용융물 스트림은 영역(23)을 통하는 수직선을 나타내는 점선(20)으로서 개략적으로 도시된다. 수직선(20)은 영역(23)을 통해, 예를 들어, 회전자 상의 영역(23)의 중심을 통해 어느 곳에서든지 진행할 수 있으며, 용융물이 용융 물질의 공급원(25)에서 오리피스(27)로부터 수직으로 전달되는 경우에, 수직선(20)은 보편적으로 용융물 전달 오리피스(27)의 중심을 통해 진행할 수 있다.
실제로, 용융물 스트림이 영역(23) 내의 어느 곳이든지 이러한 수직선을 벗어날 수 있기 때문에, 고려되는 용융물에 대한 최적의 위치 상에 용융물 스트림을 떨어뜨리는 것을 보장하기 위해 회전자가 이동 가능하도록 배열하는 것이 필요하다는 것이 입증될 수 있다. 전형적으로, 용융물은 회전자의 전반 절반[예를 들어, 회전자의 전면(컨베이어를 향하는 면)으로부터 회전자의 깊이의 1/4 내지 1/2] 상에, 이와 만나는 제1 회전자 상에 충돌하고 회전자의 회전 방향 전방 또는 후방 중 어느 하나의 회전자 축을 포함하는 수직면의 0 내지 90°, 전형적으로, 18 내지 72°(예를 들어, 18 내지 30°) 내에서 충돌하는 것이 바람직하다. 영역(23)의 크기는 공급원(24)의 기하학적 구조 및 회전자에 대한 이의 위치에 의존적일 것이다. 용융물로부터 생성된 섬유는 배리어(4)의 상부 에지를 걸쳐 컨베이어(6) 쪽으로 진행시키기 위해 회전자로부터 가스의 스트림에 의해 운반되며, 쇼트 및 단섬유는 배리어(4)의 립(lip)에서 폐기물 슈트(waste chute)(10)(때때로 "쇼트 피트(shot pit)"로 불리워짐)로 후퇴되며, 이러부터 폐기물 슈트 및 섬유는 폐기 또는 재사용을 위한 폐기 준비를 해체하는 과립기로 진행한다.
본 출원인은 이전에 배리어(4)의 상부 에지에서 폐기물 슈트(10)까지의 기울기가 추가의 쇼트 및 섬유 분리가 일어날 수 있는 영역으로 고려하고 있으며, 섬유는 배리어(4)의 상부 에지에 기울기로 취입된다.
이러한 장치는 전형적으로, 모든 다른 파라미터(예를 들어, 탭 스트림 온도 및 주입 속도는 최적임)를 추정하여 45 내지 50%의 쇼트 함량을 갖는 플리스를 생산한다.
이러한 장치가 갖는 문제점은 저압 공기 시스템의 사용이 회전자로부터 섬유를 스트립핑하기 위해 높은 부피의 공기를 시사하며 배리어(4)에 의해 초기에 정지된 일부 쇼트가 배리어(4)의 경사면과 울 빈(5)로 취입될 수 있도록 이러한 것이 폐기물 슈트(10) 내의 난류 및 소용돌이(eddying)를 초래한다.
본 출원인은 회전자에 대해 배리어의 상부 에지를 낮추고 회전자에서 배리어까지의 거리를 단축시킴으로써, 배리어에서 폐기물 슈트쪽으로 떨어지는 쇼트 및 단섬유가 배리어 위로 취입될 가능성이 적도록 소용돌이를 일으킬 기회가 낮다.
도 3 및 도 4는 동일한 정수가 도 1과 동일한 참조 부호를 갖는 본 발명에 따른 섬유 성형 장치를 도시한 것이다.
송풍기(9)보다 오히려 이러한 장치에서, 고압[전형적으로, 대기압보다 100 kPa 초과로 높음] 하에서의 압축 가스는 회전자(2) 주위의 고리에 분포된 직렬의 평평한 스프레이 노즐(14)에 공급된다. 이는, 더 많은 섬유가 울 빈(5) 내로 들어가고 더 많은 쇼트가 폐기물 슈트(10)로 떨어지도록 섬유 및 쇼트의 더욱 효율적인 분리를 제공한다. 2차 취입 디바이스는 또한, 회전자 아래에 제공되며, 이는 섬유 및 쇼트의 추가 분리를 제공하지만, 또한, 배리어로부터의 섬유 흐름을 개선하고, 덕팅(ducting)을 울 빈으로 다시 돌아가는 섬유 풍부 쇼트를 방지한다.
적합한 스프레이 노즐은 경질 에지 없는 평평한 스프레이 패턴에 대한 것이다. 이러한 것은 수 개의 스프레이 각도를 갖게 되며, 본 출원인에 의해 사용되는 타입은 도 4의 확장된 부분에 도시된 바와 같이 Delevan® ¼ AC 20 15이다.
이러한 공정은 전형적으로, 탈쇼팅 없이 알칼리토류 실리케이트 섬유에 대해 30 내지 45%의 쇼트 함량을 달성하게 할 수 있다.
도 5는 치수와 함께 도 1의 구조를 도시한 것이고, 각도 θ를 개략적으로 도시한 것이며, 이의 결정은 도 9에서보다 더 상세히 도시되어 있다.
도 9는 회전자의 회전축(16) 및 축(16)을 포함하는 수직면(17)을 도시한 것이다.
평면(17)은 교차선(19)을 따라 직각 수직면(18)과 교차하며, 수직면(18)은 용융물이 전달되는 회전자 상의 영역(23)으로 통과하는 수직선(20)을 포함한다.
라인(21)은 평면(17) 내에 놓여 있고, 회전축(16)과 평면(17)의 교차점으로부터 배리어(4)의 상부 에지까지 연장된다.
수평선(22)은 평면(17) 내에 놓여 있고, 회전축(16)과 평면(17)과의 교차점과 만난다. [회전축(16)이 수평일 때, 라인(16 및 22)은 동일하다]. 각도 θ는 라인(21)과 수평선(22) 사이의 각도이다.
도 10은 장치의 배면(24) 및 배리어(4)에 의해 정위된 회전자(2)의 평면을 개략적으로 도시한 것이다. 영역(23)은 회전자(2)의 회전 방향으로 상부 중심 사전에 또는 뒤에 놓여 있을 수 있다.
표 1은 도 1의 장치와 도 3의 장치를 비교한 것이다.
설계들 간의 주된 차이는 30°미만 내지 40°초과의 각도 θ의 증가 및 보다 높은 공기 속도(40 m.s-2 초과)이다. 이러한 차이는 도 1의 장치에 비해 도 3의 장치 상에서 생성된 제공된 화학적 특성의 섬유의 경우 더 낮은 쇼트 함량을 야기시킨다.
또한, 증가된 각도는 배리어의 상부 에지를 회전자에 더 가깝게 함으로써 달성될 수 있고, 결과적으로, 울 빈의 제공된 전체 길이에 대해 더 긴 컨베이어를 사용할 수 있게 한다. 이러한 더 긴 컨베이어는 섬유의 레이 다운(lay down)의 균일성을 개선시킨다.
제공된 화학적 특성, 탭 스트림 온도, 및 회전자 속도에 대해 달성된 개선은 주로 알칼리토류 실리케이트 섬유를 참조로 하여 하기에 명시되지만, 유사한 개선은 다른 화학물질[비제한적으로, 알루미노실리케이트 화학물질, 알칼리 금속 알루미노실리케이트를 포함함]에 적용할 것이다. 하기는 최적의 섬유 생산을 제공하는데 고려되어야 하는 관련 변수들 중 일부를 나타내는 것이다.
탭 스트림 온도
최적 값은 화학물질 의존적이다. 특히, 약 70% 미만의 실리카 함량을 갖는 칼슘 마그네슘 실리케이트 화학물질(예를 들어, 상기에 언급된 SUPERWOOL PLUS)의 경우에, 탭 스트림 온도가 1350℃ 미만 또는 1600℃ 초과이고, 바람직하게는, 온도가 1450℃±50℃인 경우에 열악한 결과가 발생한다.
반대로, 칼슘 실리케이트 화학물질(예를 들어, 상기에 언급된 SUPERWOOL HT)의 경우, 탭 스트림 온도는 바람직하게는, 1650 내지 1800℃의 범위이다.
마그네슘 실리케이트 화학물질의 경우, 탭 스트림 온도는 바람직하게는, 1750 내지 1850℃의 범위이다.
알루미노실리케이트 화학물질의 경우, 탭 스트림 온도는 바람직하게는, 1950 내지 2200℃의 범위이다.
포타슘 알루미노실리케이트 화학물질의 경우, 탭 스트림 온도는 바람직하게는, 2050℃ 초과의 범위이다.
주입 속도.
최적의 주입 속도는 탭 스트림을 섬유로 전환시켜 적합한 탭 스트림을 보정하기 위한 회전자의 능력에 의존적이다. 20㎝(8") 회전자에 대하여, 전형적으로, 250 kg/hr 내지 800 kg/hr의 주입 속도에서 양호한 결과가 얻어진다. 250 kg/hr 미만의 경우에, 탭 스트림은 파괴되는 경향이 있으며, 얻어진 "스플래터(splatter)"는 손상된 쇼트를 생성시킨다. 바람직하게는, 이러한 회전자에 대하여, 주입 속도는 400 내지 750 kg/hr이다.
회전자 속도.
20㎝(8") 회전자에 대하여, 이는 바람직하게 15000 내지 17000 rpm[약 250 내지 320 km.s-2의 가속도에 해당함]이며, 더 높은 회전 속도는 더 미세한 섬유를 야기시킬 수 있다. 이는 실질적으로 12000 rpm보다 더 큰데, 이는 기러한 기술에 대해 일반적인 속도이고 약 160 km.s-2에 해당한다. 속도가 10000 rpm[110 km.s-2에 해당함] 미만일 때의 결과는 덜 유익하다.
청구된 장치를 이용하여 이러한 방사 조건 하에서 생성된 섬유를 사용하여 형성된 블랭킷은 더 느린 선형 속도에서 생성된 섬유보다 낮은 열전도율 및 쇼트 함량을 지니고, 인장 강도와 같은 허용 가능한 기계적 특성을 보유한다. 명시된 바와 같이, 표 2는 특정 섬유로부터 형성된 다양한 밀도의 블랭킷의 전형적인 인장 강도 및 쇼트 함량을 나타낸다:
표로부터 알 수 있는 바와 같이,
방사된 섬유 블랭킷에 대한 인장 강도는 취입 섬유 블랭킷보다 상당히 더 높으며, 이는 취급에 있어서 상당히 도움이 되며,
도 1의 장치에서 도 3의 장치로의 이동은 쇼트 함량의 큰 감소를 야기시키고, 이에 따라, 열전도율을 낮추며,
취입 섬유와 유사한 직경의 섬유가 더 낮은 쇼트 함량으로 달성될 수 있기 때문에, 방사 속도의 증가는 훨씬 더 낮은 열전도율을 야기시킨다.
추가의 세부 사항은 하기 실시예에 기술된다.
실시예 1
표 3에 명시된 화학의 칼슘 마그네슘 실리케이트 섬유를 15,000 rpm의 속도로 회전하는 20.3㎝[8"] 직경 회전자를 향한 1450±50℃의 온도에서 탭 스트림을 이용하여 표 1에 제공된 치수를 갖는 도 3에 도시된 바와 같은 장치에서 생성하였다. 표 3은 실시예 1의 화학을 SUPERWOOL ® PLUS의 전형적인 조성과 비교하고, 전형적인 측정된 특성을 나타낸다:
밀도 125.4 kg.m- 1.K-1을 갖는, 실시예 1의 섬유로부터 형성된, 블랭킷에 대한 열전도율은 표 4에 나타나 있고, 0.25 내지 0.29 W.m- 1.K-1의 1000℃에서의 전형적인 값을 갖는 SUPERWOOL® PLUS 블랭킷에 비해 상당한 개선을 나타낸다.
실시예 2
표 5에 명시된 화학의 칼슘 마그네슘 실리케이트 섬유를 15,000 rpm의 속도로 회전하는 20.3㎝[8"] 직경 회전자를 향한 1680 내지 1730℃의 온도에서 탭 스트림을 사용하여 표 1에서 제공된 치수를 갖는 도 3에 도시된 바와 같은 장치에서 생성하였다. 표 5는 실시예 2의 화학물질을 전형적인 조성의 SUPERWOOL ® HT와 비교하였고, 전형적인 측정된 특성을 나타낸다:
밀도 117.5 kg.m- 1.K- 1를 갖는 블랭킷에 대한 열전도율은 표 6에 나타나 있고, SUPERWOOL® HT의 경우 0.34 W.m- 1.K-1의 1000℃의 전형적인 값과 잘 비교한다.
블랭킷의 열전도율이 또한 블랭킷의 밀도에 의존적이라는 것이 알려져 있고, 도 7에는 실시예 1 및 실시예 2에 대한 실험 값과 함께, SUPERWOOL® PLUS 및 SUPERWOOL® HT 및 전술한 취입된 RCF 섬유 및 방사된 RCF 섬유에 대해 블랭킷 밀도에 대한 열전도율의 상업적 문헌값이 도시되어 있다.
알 수 있는 바와 같이, 약 250 km.s-2의 가속도를 제공하는 회전자를 갖는 도 3의 장치를 이용하여 생성된 섬유는 상업적 제품보다 상당히 더 낮은 열전도율을 형성시키고, 실제로, 취입된 RCF보다 더 낮다.
섬유는 1000℃ 및 128 kg/㎥ 밀도에서 0.21 W.m- 1.K-1 미만의 열전도율의 단열 블랭킷을 생성시키기 위해 사용될 수 있다. 이는 섬유의 특성, 즉, 그 자체로 매우 낮은 열전도율과 함께, 미세하고, 낮은 쇼트로 인해 가능하다.
블랭킷의 밀도는 또한, 블랭킷의 열용량과 상관관계가 있으며, 이는 특히 사이클링 조건에서 중요하다. 균등한 조성의 전형적인 블랭킷보다 더 낮은 밀도 블랭킷에 요망되는 열전도율을 제공함으로써, 본 발명은 블랭킷의 열용량을 감소시킨다.
도 7에서 각각 SUPERWOOL PLUS 및 SUPERWOOL HT에 대한 라인이 각각 실시예 1 및 실시예 2에 대해 나타낸 열전도율에 외삽되는 경우에, 실시예 1 및 실시예 2의 밀도보다 20 kg/m-3 이상 큰 밀도가 동일한 열전도율에 대해 필요한 것으로 지시될 것이다.
본 명세서에 개시된 장치의 개발 이전에, 이러한 블랭킷의 생산은 불가능하였다: 쇼트가 가능하게 다른 방법을 통해 생성된 섬유로부터 제거될 수 있지만, 쇼트 세정 작업은 섬유를 단축시켜 이를 블랭킷의 생산을 위해 적합하지 않게 만든다.
실시예 3
알루미노실리케이트 섬유를 20㎝(8") 회전자 쌍을 이용하여 도 3에 도시된 바와 같은 방사 장치 상에서 시험하고, 회전자 속도는 15,000 RPM에서 구동하는 두 회전자 모두를 통해 9000/9500 rpm로부터(하나의 회전자 9000 rpm, 다른 하나는 9500 rpm) 단계적으로 증가하였다. 섬유 직경 및 쇼트 함량을 측정하였으며, 결과 및 섬유 조성은 도 12에 나타나 있다.
회전자 속도가 증가함에 따라, 섬유 직경 및 쇼트 함량 둘 모두가 감소되어, 보다 고속에서, 취입된 RCF와 유사한 섬유 직경을 갖지만, 방사된 RCF와 유사하거나 상당히 더 낮은 쇼트 함량을 갖는 섬유를 제공한다.
실시예 3의 결과를 고려하여, 출원인은 하기를 비교하였다:
실시예 3의 회전자 구성 및 높은 회전자 속도(두 회전자 모두 14,500 rpm)를 이용하여 본 발명에서 청구된 장치로 제조된 알루미노실리케이트; 더 낮은 회전자 속도를 이용하여 본 발명에서 청구된 장치를 이용하여 제조된 물질,
상업적으로 입수 가능한 물질.
실시예 4
"표준" 방사된 내화 세라믹 섬유는 하기의 전형적인 조성을 갖고:
알루미나 46 내지 48 중량%
실리카 52 내지 54 중량%
Cerablanket™(Morgan Advanced Materials plc의 상표)에 의해 예시된다. 이러한 물질은 약 50%의 45㎛ 초과의 쇼트 함량을 갖는다.
높은 회전자 속도(두 회전자 모두 14,500 rpm임)를 이용하여 제조된 동일한 조성물의 물질은 43 내지 46%의 45㎛ 초과의 쇼트 함량을 갖는다.
W/mK 단위로 표현되는 ASTM-C201에 의해 측정된 128 kg/㎥ 블랭킷에 대한 열전도율의 비교 결과는 표 7에 나타나 있다.
실시예 5
취입 섬유는 방사된 섬유보다 더 미세한 경향이 있고, 이에 따라, 더 낮은 열전도율을 제공하는 경향이 있다. 그러나, 취입 섬유는 방사된 섬유보다 더 짧은 경향이 있으며, 블랭킷은 취입 섬유로부터 제조하기가 어렵다. 취입 섬유는 또한, 방사된 섬유보다 더 많은 쇼트를 갖는 경향이 있다. 전형적으로, 취입된 RCF는 50% 초과의 45㎛ 초과의 쇼트 함량을 갖고, 유사한 조성의 방사된 섬유보다 큰 쇼트 함량을 갖는다.
고함량의 알루미나(HA) RCF 섬유는 표준 RCF 섬유보다 더 높은 온도 적용을 충족시키기는 것이 공지되어 있고, 종래에 방사되고 블랭킷으로 제조하는데 어렵다고 입증되었기 때문에, 대개 취입된다.
HA 섬유는 하기 성분의 전형적인 조성물을 갖는다:
알루미나 50 내지 53 중량%
실리카 47 내지 50 중량%
W/mK 단위로 표현되는 ASTM-C201에 의해 측정된 128 kg/㎥ 블랭킷에 대한 열전도율의 비교 결과는 표 8에 나타나 있으며, 이는 하기 섬유를 비교한다:
A. 43 내지 46%의 45㎛ 초과의 쇼트 함량을 갖는 높은 회전자 속도(두 회전자 모두는 14,500 rpm임)를 이용하여 제조된 하기 성분을 기반으로 한 조성을 갖는 방사된 HA 섬유:
알루미나 50 내지 52%
실리카 48 내지 50%
B. 하기 성분의 조성을 갖는 "표준" 취입된 내화 조성물[Kaowool®, Thermal Ceramics, Inc.의 상표]
알루미나 46 내지 48%
실리카 52 내지 54%
최대 3% 알루미나의 철 및 티탄 산화물로의 일부 치환을 가짐.
C. 알루미나 53%, 실리카 46%, 잔부의 불순물을 기반으로 한 조성을 갖는 상업적 HA 제품.
알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 장치 상에서 생성된 높은 알루미나 조성물 RCF의 방사된 섬유는 표준 또는 높은 알루미나 조성물이든지 간에 취입된 RCF 섬유에 비해 열전도율에 있어서 우수하다.
본 출원인은, 다양한 알루미노실리케이트 섬유(예를 들어, 알루미노실리케이트 울[ACW]로서도 알려진 내화 세라믹 섬유[RCF])가 방사된 섬유와 유사한 섬유 길이 및 낮은 쇼트 함량을 갖는, 취입 섬유와 유사한 섬유 직경의 섬유 매스를 제공하기 위해 본 명세서에 기술된 방법 및 장치를 이용하여 제조될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 물질은 하기에 추가로 언급되는 바와 같이 자동차 적용을 포함하는, 다수의 적용에서 유용할 것이다.
본 발명을 이용하여 섬유화될 수 있는 섬유는 예를 들어, 그리고 비제한적으로 하기 섬유를 포함하는, 임의의 공지된 용융 방사된 섬유 조성물을 포함한다:
임의의 알루미노실리케이트 섬유
비제한적으로 하기 섬유를 포함하는 임의의 알칼리토류 실리케이트 섬유:
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SiO2 45 중량% 내지 85 중량%
알칼리토류 산화물 15 중량% 내지 55 중량%
알칼리토류 산화물 및 이산화규소 이외의 성분들 0 내지 20 중량%
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SiO2: 70 내지 80 중량%
CaO+MgO: 18 내지 25 중량%
기타: 3 중량% 미만
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SiO2 70 내지 80 중량%
MgO 10 내지 29 중량%
CaO 1 내지 9 중량%
Al2O3 3 중량% 미만
MgO 또는 SiO2 또는 CaO 또는 Al2O3 이외의 성분들 0 내지 19 중량%
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SiO2: 62 내지 68 중량%
CaO: 26 내지 32 중량%
MgO: 3 내지 7 중량%
기타: 1 중량% 미만
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SiO2 65 내지 86 중량%
MgO 14 내지 35 중량%
MgO 또는 SiO2 이외의 성분들 0 내지 20 중량%
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SiO2 70 내지 88.5 중량%
MgO 11 내지 29.5 중량%
SrO 0.5 내지 15.0 중량%
MgO 또는 SiO2 또는 SrO 이외의 성분들 0 내지 18.5 중량%
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SiO2 70 중량% 이상
MgO 5 내지 20 중량%
SrO 0.5 내지 15.0 중량%
CaO 0.5 내지 15.0 중량%
MgO 또는 SiO2 또는 SrO 또는 CaO 이외의 성분들 0 내지 20 중량%
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SiO2 65 내지 86 중량%
MgO 14 내지 35 중량%
MgO 또는 SiO2 이외의 성분들 0 내지 20 중량%
상기 성분들은 CaO, SrO, Al2O3, ZrO2, Li2O, B2O3, Fe2O3 및 란타나이드 산화물 또는 산화물들의 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물을 포함하지만, 이로 제한되지 않음.
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SiO2 70±4 중량%
MgO 22±4 중량%
Al2O3 6±3 중량%
MgO 또는 SiO2 또는 Al2O3 이외의 성분들 0 내지 13 중량%
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SiO2 76±4 중량%
MgO 18±3 중량%
CaO 3.5±2 중량%
MgO 또는 SiO2 또는 CaO 이외의 성분들 0 내지 11.5 중량%
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SiO2 76±4 중량%
MgO 18±3 중량%
CaO 3.5±2 중량%
Al2O3 1.5±1 중량%
MgO 또는 SiO2 또는 CaO 또는 Al2O3 이외의 성분들 0 내지 11 중량%
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SiO2 76±4 중량%
MgO 18±3 중량%
CaO 3.5±2 중량%
Al2O3 1.5±1 중량%
SrO 0.5±0.5 중량%
MgO 또는 SiO2 또는 CaO 또는 Al2O3 또는 SrO 이외의 성분들 0 내지 11 중량%
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SiO2 73 내지 74.5 중량%
CaO 22.2 내지 26 중량%
MgO 0.4 내지 0.8 중량%
Al2O3 0.9 내지 1.4 중량%
K2O 0.5 내지 0.8 중량%
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
CaO 5 내지 60 ㏖%
MgO 5 내지 60 ㏖%
Al2O3 0 내지 25 ㏖%
SiO2 10 내지 35 ㏖%
CaO + MgO 50 내지 64 ㏖%, 및
CaO + MgO + Al2O3 + SiO2 80 내지 100 ㏖%
Figure 112018077115419-pct00046
비제한적으로, 하기 성분들을 포함하는 임의의 알칼리 금속 알루미노실리케이트 섬유:
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
Al2O3 5 내지 90 ㏖%
K2O 12 내지 40 ㏖%
SiO2 5 내지 80 ㏖%
여기서, SiO2 + Al2O3 + K2O 80 ㏖% 이상.
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
Al2O3 36 ± 1.5 중량%
K2O 25.5 ± 1.5 중량%
SiO2 31 ± 1.5 중량%
ZrO2 6.5 ± 0.5 중량%
MgO 1 ± 0.2 중량%
이러한 성분들 전체는 99 중량% 내지 100 중량%임.
o 예를 들어, US2015/0144830호에 기술된 바와 같은, Na2O, Al2O3 및 SiO2를 포함하는 섬유.
알칼리토류 알루미네이트
알칼리토류 알루미노실리케이트
비제한적으로 하기 섬유를 포함하는 알칼리 금속/알칼리토류 알루미노실리케이트:
o 예를 들어, WO2015/011390호에 기술된 바와 같은, K2O, MgO, Al2O3 및 SiO2를 포함하는 섬유.
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
SrO 18 중량% 내지 52 중량%
Al2O3 25 중량% 내지 70 중량%
SiO2 0 중량% 내지 30 중량%
K2O + Na2O 2 중량% 내지 15 중량%
o 하기 성분들을 포함하는 섬유:
Al2O3 32 내지 50 중량%
SiO2 21 내지 45 중량%
Na2O + K2O 20 내지 27.5 중량%
여기서,
K2O 0 내지 15 중량%
Al2O3 + SiO2 + Na2O + K2O 90 중량% 이상
비제한적으로 하기 산화물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물을 포함하는, 하나 이상의 추가 산화물 또는 첨가제를 포함하는, 임의의 상기 언급된 부류의 섬유의 섬유:
o 주기율표의 4족 내지 11족의 원소의 하나 이상의 산화물;
o 주기율표의 3족의 원소의 하나 이상의 산화물;
o 란타노이드[원자 번호 57 내지 71을 갖는 원소]의 하나 이상의 산화물; 및
o SnO2, B2O3, P2O5.
시험 방법
쇼트 함량
쇼트 함량은 Hosokawa Micron Air Jet Sieve(Hosokawa Micron Powder Systems으로부터)를 이용하여 제트 시브 방법(jet sieve method)에 의해 측정된다.
섬유가 시브를 통과함을 보장하기 위해, 샘플은 분쇄(crushing)에 의해 제조되어야 하며, 이는 섬유를, 달리 쇼트로서 잘못 측정될 수 있는 클럼프(clump)에서 더 이상 얽혀지지 않는 짧은 길이로 파괴된다. 이후에, 제트 시브는 섬유를 교반하고 이를 시브의 메시로 정렬하기 위해 초음파 에너지를 사용한다. 이후에, 흡입은 섬유를 끌어당기고, 이러한 섬유를 고효율 미립자 포획(high efficiency particulate arresting, HEPA) 필터에서 수집하게 한다. 시빙(sieving) 전 및 후에 샘플의 중량을 측정함으로써, 쇼트의 비율이 계산될 수 있다.
상세하게는,
샘플의 열처리
섬유가 "럼프(lump)"로 응집하게 하게 하는, 수분, 또는 윤활제 또는 다른 유기 물질을 방지하기 위하여, 샘플을 건조시키고/거나 임의의 윤활제/유기물을 연소시키기 위해 적절한 온도[예를 들어, 650℃]로의 예열은, 샘플에 이러한 물질이 존재하지 않는 것으로 알려지지 않는 경우에 적절하다.
일부 물질은 너무 질겨서 하기 단계에서 쉽게 부서지기 어려울 수 있으며, 그러한 경우에, 섬유를 부서지기 쉽게 하기 위한 열처리가 요구될 수 있다.
이러한 열처리에 대한 필요는 하기 단계를 시도하고 시빙 후 샘플을 관찰하여 요망되는 수준의 정밀도 이상으로 측정 결과에 영향을 미치게 하기 위해 시브에 충분한 섬유 물질이 보유되는 지의 여부를 결정함으로써 평가될 수 있다.
분쇄(Crushing)
샘플은 분쇄하여 섬유 엉킴을 파괴하고 섬유에서 쇼트를 분리할뿐만 아니라 시브의 메시를 통과하기에 충분히 짧게 섹션을 만들 필요가 있다. 이는 쇼트의 특성에 상당히 영향을 미치지 않으면서 섬유의 효율적인 단축을 제공하는 방식으로 수행되어야 한다.
샘플(전형적으로 50 내지 100g 또는 사용되는 다이에 대해 적절한 크기)은 최소 10 MPa(바람직하게는, 약 12 Mpa)에서 다이에서 3회 분쇄된다. 분쇄 사이에, 샘플은, 후속 가공이 임의의 분쇄되지 않은 물질에 대해 수행될 수 있도록 럼프 및 컴팩트를 파괴하기 위해 잘 교반된다.
대부분의 샘플은 이러한 공정에 의해 충분히 분쇄될 것이지만, "처리하기 힘든(obstinate)" 샘플에 대해 추가 반복이 요구될 수 있다. 특정 물질에 대한 추가 반복, 또는 더 높은 분쇄 압력에 대한 필요성은 시빙 후 샘플을 관찰하여 요망되는 수준의 정밀도 이상으로 측정 결과에 영향을 미치게 하기 위해 시브에 충분한 섬유 물질이 보유되는 지의 여부를 결정함으로써 평가될 수 있다.
계량
하기 사양을 충족하거나 초과하는 저울이 사용된다(예를 들어, Sartorius MSE1202S-100-DO)
판독능력 0.01g
반복성 0.005g
선형성 0.02g
범위 0 내지 800g
저울 팬은 또한, 시브 직경을 초과하는 직경을 가져야 하고, 진동을 최소화하기 위해 견고한 하부 상에 배치되어야 한다.
사용되는 뚜껑 및 시브(하기 참조)를 먼저 계량하고, 이후에, 적절한 양, 전형적으로, 0.01 g에 가장 가깝게 측정된 20±0.5g의 분쇄된 샘플을 첨가하였다.
시빙(Sieving)
적합한 장치는 Hosokawa Micron 공기 제트 시브 및 뚜껑; Nilfisk GD930 진공 청소기; 및 공기 제트 시브에 대해 설계된 스테인레스강 시험 시브(BS410)를 포함한다. 본 명세서에서 보고된 바와 같이 쇼트 함량을 결정하기 위해, 45 마이크론 시브를 사용하였다. 임의의 적합한 제트 시브가 사용될 수 있다.
이러한 장치로의 시빙은 하기 단계를 포함한다:
시브 상에 뚜껑을 씌우는 단계,
제트 시브 유닛 상에 시브를 배치시키고, 이를 시일링하는 단계,
적어도 4.7 kPa(19 인치의 물)의 감압 하에서 180초의 시빙 시간을 이용하는 단계,
시빙 동안, 필요한 경우에, 정전기를 통해 뚜껑에 접착된 임의의 물질을 털어 내기 위해 시빙을 중지시키는 단계.
시브를 시빙한 후에, 뚜껑 및 보유된 쇼트는 함께 측정되며, 쇼트의 양은 차이에 의해 결정된다.
인장 강도
블랭킷의 분리 강도(parting strength)는 실온에서 시험편의 파열을 야기시킴으로써 결정된다.
샘플은 주형(230± 5mm × 75±2㎜)을 이용하여 절단된다. 샘플은 110℃에서 일정한 질량까지 건조되고, 실온까지 냉각되고, 이후에, 측정되고, 바로 시험된다.
폭은 시편의 중앙을 가로질러 1㎜ 정확도로 강철 자(steel rule)를 이용하여 측정되며, 샘플의 두께는 EN1094-1 니들 방법(needle method)을 이용하여 각 샘플(샘플의 양 단부) 상에서 측정된다.
각 시험에 대한 최소 4개의 샘플은 제조 방향을 따라 취해진다.
샘플은 시험 동안 미끄러짐을 방지하기 위해 톱니모양의 클램핑 표면을 갖는 클램핑 영역에서 적어도 40㎜ × 75㎜를 갖는 한 쌍의 조우(jaw)를 포함하는 클램프에 의해 각 단부에서 클램핑된다. 이러한 치수는 시험되는 150 ± 5㎜의 클램핑되지 않은 범위를 제공한다. 클램프는 (Vernier caliper 또는 자(ruler)를 이용하여 측정된) 샘플 두께의 50%에 가까워진다.
클램프는 인장 시험 기계[1 kN 로드 셀를 이용한 Instron 5582, 3365, 또는 인장 강도를 시험하기 위한 적어도 균등한 기능성의 기계를 이용함]에서 탑재된다.
인장 시험기의 크로스헤드 속도는 시험 전반에 걸쳐 일정한 100㎜/분이다.
샘플의 중앙보다 클램프 조(clamp jaw)에 더 가깝게 파괴되는 샘플로의 임의의 측정은 거부된다. 도 8은 양호한 시험에 대한 시험 전 및 후의 샘플을 도시한 것이다.
시험 동안 최대 하중은 강도를 계산하기 위해 기록된다.
인장 강도는 하기 수학식에 의해 제공된다:
상기 식에서,
R(m) = 인장 강도(kPa)
F = 최대 분할력(N)
W = 시험 조각의 활성 부분의 초기 폭(mm)
T = 시험 조각의 초기 두께(mm)
시험 결과는 제품의 벌크 밀도와 함께 이러한 인장 강도 측정의 평균으로서 표현된다.
섬유 직경
섬유 직경은 다양한 방식으로 측정될 수 있다. 본 명세서에 제시된 값을 결정하는데 사용되는 적합한 방법은 하기를 포함한다:
샘플 분산
32㎜ 알루미늄 SEM 스터브(stub) 상에 탑재된 25㎜ 카본 탭(종종 Leit 탭으로 지칭되는 카본 기반 전기 전도성 접착 디스크) 상에 적합한 양의 섬유 샘플을 균질하게 분산시킨다. 분산은 바람직하게는, 응집을 감소시키기 위한 건조 방법에 의한 것이다. 사용하는 전형적인 제품은 챔버내의 이러한 섬유에 진공을 사용하는 Galai PD-10 분말 분산기이며, 이로부터 이는 스터브 표면 상에 침적시킨다. 적합한 양은 스터브 상에 균일한 코팅을 제공하기에 충분함을 의미하지만, 측정이 문제가 되는 정도로 조밀하지 않은 코팅은 아니다[예를 들어, 0.03 내지 0.3 그램].
스퍼터 코팅
금속을 전도성 물질(예를 들어, 금속 또는 탄소)로 코팅함.
이미징(Imaging)
샘플 영역에서 다수의 이미지[예를 들어, 50, 100, 200개 이상의 이미지]를 얻기 위해 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하며, 이미지는 다수의 섬유를 포함한다. 전형적으로, 100 내지 300개 섬유 중 임의의 섬유가 측정될 것이다. 재현성 목적을 위하여, 적어도 50개의 상이한 이미지로부터 300개의 섬유가 측정될 수 있다.
이미지 분석
각 이미지에 대하여, 집중하는 임의의 섬유는 적어도 3:1의 종횡비(길이/직경)를 갖고, 이미지를 가로질러 놓여있는 기준선과 접촉하며, 직경은 SEM 이미지로부터의 측정에 의해 측정된다.
이러한 부분은 SEM에 연결된 이미지 분석 소프트웨어, 예를 들어, Olympus Soft Imaging Solutions GmbH로부터 입수 가능한 Scandium® 시스템을 이용하여 반-자동화될 수 있다.
누적된 섬유 측정으로부터 산술 평균 직경을 계산한다.
직경이 라인을 가로막는 섬유에 대해서만 측정되고 차단의 확률이 섬유 길이에 의존하기 때문에, 이러한 방법은 길이 가중 산술 평균 직경을 제공한다.
가능한 용도
본 발명이 섬유 또는 본 발명에 의해 생성된 섬유는 섬유 무기 물질, 및 특히, 알칼리토류 실리케이트 및 알루미노실리케이트 물질이 지금까지 사용되는 임의의 목적을 위하여, 관련 성능 기준을 총족해야 하는 경우에 사용될 수 있고, 섬유 특성이 적절한 미래 적용에 사용될 수 있다. 하기에서, 섬유가 사용될 수 있는 적용과 관련된 다수의 특허 문헌이 참조되며, 적용에 대한 관련 성능 기준을 총족해야 한다. 본 발명의 섬유는 관련 성능 기준을 충족할 수 있는 경우 임의의 이러한 적용에서 특정된 섬유 대신에 사용될 수 있다. 섬유는 관련된 적용의 요구를 충족하기 위해 제조된 상태로 또는 가공된 형태[예를 들어, 절단된 섬유로서]로서 사용될 수 있다.
예를 들어, 섬유는 하기와 같이 사용될 수 있다:
벌크 물질;
매스틱(mastic) 또는 성형 가능한 조성물에서[WO2013/080455, WO2013/080456] 또는 습윤 물품의 일부로서[WO2012/132271];
물질의 니들화되거나 달리 얽매여진[WO2010/077360, WO2011/084487] 어셈블리에서, 예를 들어, 블랭킷, 폴딩된 블랭킷 모듈, 또는 고밀도 섬유 블록[WO2013/046052] 형태의 구성성분으로서;
물질의 비-니들화된 어셈블리, 예를 들어, 펠트, 진공 형성된 형상[WO2012/132469], 또는 페이퍼[WO2008/136875, WO2011/040968, WO2012/132329, WO2012/132327]의 구성성분으로서;
보드, 블록 및 더욱 복잡한 형상의 구성성분(충전제 및/또는 결합제를 가짐)으로서[WO2007/143067, WO2012/049858, WO2011/083695, WO2011/083696];
복합 물질, 예를 들어, 이를 테면, 섬유 강화 시멘트, 섬유 강화 플라스틱 및 금속 매트릭스 복합재의 성분으로서의 강화 구성성분으로서;
하기를 포함하는 지지 구조물을 포함하는, 자동차 배기가스 시스템 촉매 컨버터 및 디젤 미립자 필터[WO2013/015083]와 같은 오염 제어 디바이스에서 촉매 바디를 위한 지지 구조물에서:
o 에지 보호제[WO2010/024920, WO2012/021270];
o 미세다공성 물질[WO2009/032147, WO2011019394, WO2011/019396];
o 유기 결합제 및 항산화제[WO2009/032191];
o 팽창성 물질[WO2009/032191];
o 나노피브릴화된 섬유[WO2012/021817];
o 마이크로구체[WO2011/084558];
o 콜로이드성 물질[WO2006/004974, WO2011/037617]
o 배향된 섬유 층[WO2011/084475];
o 상이한 기본 중량을 갖는 부분[WO2011/019377];
o 상이한 섬유를 포함하는 층[WO2012065052];
o 코팅된 섬유[WO2010122337];
o 특정 각도에서 절단된 매트[WO2011067598];
[NB 상기 특징 모두는 촉매 바디에 대한 지지 구조물 이외의 적용에서 사용될 수 있음]
o 단부 콘(end cone)의 형태[예를 들어, US6726884, US8182751]
촉매 바디의 구성성분으로서[WO2010/074711];
마찰 물질의 구성성분으로서[예를 들어, 자동차 브레이크를 위한[JP56-16578]];
화재 방지용[예를 들어, WO2011/060421, WO2011/060259, WO2012/068427, WO2012/148468, WO2012/148469, WO2013074968]; 및 선택적으로, 하나 이상의 팽창성 물질, 내열성 물질, 또는 팽창성 및 내열성 물질 둘 모두와 조합함
단열재로서, 예를 들어,
o 에틸렌 크래커[WO2009/126593], 수소 개질 장치[US4690690]을 위한 단열재로서;
o 철 및 강철을 포함하는 금속의 열처리를 위한 로에서의 단열재로서[US4504957];
o 세라믹 제작을 위한 장치에서의 단열재로서.
섬유는 또한, 다른 물질과 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 섬유는 다결정질(졸-겔) 섬유[WO2012/065052]와 또는 다른 생체가용성 섬유[WO2011/037634]와 조합하여 사용될 수 있다.
섬유를 포함하는 바디는 또한, 다른 물질로 형성된 바디로 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 단열재 적용에서, 본 발명에 따른 물질의 층[예를 들어, 블랭킷 또는 보드]은 보다 낮은 최대 연속 사용 온도를 갖는 단열재의 층[예를 들어, 알칼리토류 실리케이트 섬유의 블랭킷 또는 보드]에 고정될 수 있다[WO2010/120380, WO2011133778]. 이러한 층들을 함께 고정하는 것은 임의의 공지된 메카니즘에 의해, 예를 들어, 블랭킷 내에 고정된 블랭킷 앵커[US4578918], 또는 블랭킷을 통과하는 세라믹 스크류[예를 들어, DE3427918-A1 참조]에 의한 것일 수 있다.
개시된 방법 및 장치에 의해 제공된 쇼트 함량 및 섬유 직경의 독특한 제어는 형성후 탈쇼팅화를 위해 거의 요구되지 않거나 전혀 요구되지 않는 경우에, 시장에서의 현재 유사한 제품보다 더 낮은 열전도율을 갖는 제품을 제조할 수 있게 하는 섬유 매스를 제공한다.
상기 개시내용은 일 예로서, 당업자는 개시된 장치 상에서 또는 개시된 방법에 의해 생성된 섬유에 대한 다양한 용도를 용이하게 발견할 수 있을 것이다.

Claims (32)

  1. 용융-성형 섬유(melt-formed fibre)를 형성하는 장치로서,
    용융 물질의 공급원;
    섬유 형성 영역으로서,
    i. 각각이 회전 축을 갖는 하나 이상의 회전자(rotor)를 포함하는 방사 헤드(spinning head)로서, 적어도 하나의 회전자가 용융물이 전달되는 상기 회전자 의 영역에서 상기 용융 물질의 공급원으로부터의 용융 물질을 수용하도록 구성된, 상기 방사 헤드; 및
    ii. 상기 하나 이상의 회전자의 적어도 일부 둘레에 배치되고, 40 m.s-1 초과의 속도에서 가스의 스트림을 공급하도록 구성된 복수의 노즐 또는 슬롯을 포함하는 섬유 형성 영역;
    상기 섬유 형성 영역을 대향하여 일측에 단부와 상기 단부에 상부 에지(upper edge)를 갖고 타측에 상기 상부 에지로부터 하향 연장된 경사면을 갖는, 배리어(barrier)로서,
    상기 상부 에지가 상기 하나 이상의 회전자 중에서 적어도 하나의 회전자의 회전축을 포함하는 제1 수직면에 놓인 수평선 아래에서 상기 방사 헤드로부터 이격되어 위치되고, 상기 수평선이 상기 제1 수직면에 대해 직각이고 용융물이 전달되는 상기 회전자의 상기 영역을 통과하는 수직선을 포함하는 제2 수직면과 상기 회전축의 교차 점을 교차하고,
    상기 수평선과 상기 회전축의 교차점과 상기 배리어의 상부 에지를 연결하는 제1 수직면 내 라인과 상기 수평선 사이에 포함된 각도 θ가 40° 내지 85° 범위인, 배리어(barrier);
    상기 섬유 형성 영역 하우징으로부터 섬유를 수용하도록 상기 배리어를 넘어 위치된 울 빈(wool bin); 및
    상기 용융 물질로부터 생성되고 상기 울 빈으로부터 침강된 섬유를 수용하도록 배치된 컨베이어를 포함하되;
    상기 배리어는 상기 방사 헤드와 상기 컨베이어 사이에 있고 상기 배리어의 상기 경사면은 상기 울 빈을 향하고,
    상기 방사 헤드, 배리어, 및 컨베이어가 상기 가스의 스트림에 의해 운반되 는 섬유가 상기 배리어의 상부 에지를 거쳐 상기 컨베이어로 진행할 수 있도록 배 치된, 용융-성형 섬유를 형성하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 회전자 중 적어도 하나가 이의 주변부(periphery)에서 200 km.s-2 초과의 가속도를 갖는, 용융-성형 섬유를 형성하기 위한 장치.
  3. 용융물로부터 생성된 섬유가 회전자로부터의 가스의 스트림에 의해 운반되고 배리어의 상부 에지를 거쳐 컨베이어로 진행하도록,
    노즐 또는 슬롯으로부터의 가스의 스트림을 하나 이상의 회전자 중 적어도 하나 위로 진행시키는 동안,
    상기 회전자들 중 하나 이상 위에 용융 물질의 스트림을 충돌시키고,
    상기 상부 에지를 거쳐 진행하지 않는 물질이 거부됨으로써,
    제1항의 상기 용융-성형 섬유를 형성하기 위한 장치의 사용을 포함하는, 용융-성형 섬유를 형성시키는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 용융 물질의 스트림이 상기 용융물로부터 생성된 상기 섬유가 알루미노실리케이트 섬유가 되도록 하는 조성물로 이루어진, 용융-성형 섬유를 형성시키는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 용융 물질의 스트림이 상기 용융물로부터 생성된 상기 섬유가 알칼리토류 실리케이트 섬유가 되도록 하는 조성물로 이루어진, 용융-성형 섬유를 형성시키는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 섬유가 하기 성분을 포함하는, 용융-성형 섬유를 형성시키는 방법:
    SiO2 45 중량% 내지 85 중량%
    알칼리토류 산화물 15 중량% 내지 55 중량%
    알칼리토류 산화물 및 이산화규소 이외의 성분 0 내지 20 중량%.
  7. 제5항에 있어서, 상기 섬유가 하기 성분을 포함하는 용융-성형 섬유를 형성시키는 방법:
    SiO2 65 내지 86 중량%
    MgO 14 내지 35 중량%
    MgO 또는 SiO2 이외의 성분 0 내지 20 중량%.
  8. 제3항에 있어서, 상기 용융 물질의 스트림이, 상기 용융물로부터 생성된 상기 섬유가 알칼리 금속 알루미노실리케이트 섬유인 조성물인 용융-성형 섬유를 성형하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 섬유가 하기 성분을 포함하는 용융-성형 섬유를 형성시키는 방법:
    Al2O3 5 내지 90 ㏖%
    K2O 12 내지 40 ㏖%
    SiO2 5 내지 80 ㏖%
    단, SiO2 + Al2O3 + K2O는 80 ㏖% 이상이고 100 mol% 이하임.
  10. 제9항에 있어서, 상기 섬유가 하기 성분을 포함하는 용융-성형 섬유를 형성시키는 방법:
    Al2O3 36 ± 1.5 중량%
    K2O 25.5 ± 1.5 중량%
    SiO2 31 ± 1.5 중량%
    ZrO2 6.5 ± 0.5 중량%
    MgO 1 ± 0.2 중량%
    단, 상기 성분들의 합은 99 중량% 내지 100 중량%임.
  11. 제3항의 방법에 의해 형성 가능한 용융-성형 생용해성 섬유의 매스(mass)로서, 하기 성분의 전체 조성을 갖되:
    SiO2: 62 내지 68 중량%
    CaO: 26 내지 32 중량%
    MgO: 3 내지 7 중량%
    기타: 1 중량% 미만,
    상기 섬유가 2㎛ 미만의 길이 가중 산술 평균 직경을 갖고 10㎝보다 큰 길이의 섬유를 포함하며, 상기 매스가 35 중량% 미만의 45㎛ 초과의 쇼트(shot)의 쇼트 함량(shot content)을 갖고 하기 특징을 갖는 블랭킷(blanket) 내로 니들화(needling)에 의해 얽힘(entanglement)에 의해 형성될 수 있는, 용융-성형 생용해성 섬유의 매스:
    128 kg.m-3의 밀도;
    25㎜의 두께;
    35 중량% 미만의 45㎛ 초과의 쇼트의 함량;
    50 kPa 초과의 인장 강도.
  12. 제3항에 의한 상기 용융-성형 섬유를 형성시키는 방법에 의해 형성 가능한 용융-성형 생용해성 섬유의 매스로서, 하기 성분의 전체 조성을 포함하되:
    SiO2: 70 내지 80 중량%
    CaO+MgO: 18 내지 25 중량%
    기타: 3 중량% 미만,
    상기 섬유가 2㎛ 미만의 길이 가중 산술 평균 직경을 갖고 10㎝보다 큰 길이의 섬유를 포함하며, 상기 매스가 35 중량% 미만의 45㎛ 초과의 쇼트의 쇼트 함량을 갖고 하기 특징을 갖는 블랭킷 내로 니들화에 의해 얽힘에 의해 형성될 수 있는, 용융-성형 생용해성 섬유의 매스:
    128 kg.m-3의 밀도;
    Figure 112023091554182-pct00136
    25㎜의 두께;
    35 중량% 미만의 45㎛ 초과의 쇼트의 함량;
    50 kPa 초과의 인장 강도; 및
    0.26 W.m-1.K-1 이하의 1000℃에서의 열전도율.
  13. 제3항에 의한 상기 용융-성형 섬유를 형성시키는 방법에 의해 형성 가능한 용융-성형 생용해성 섬유의 매스로서, 하기 성분의 전체 조성을 포함하되:
    SiO2 73 내지 74.5 중량%
    CaO 22.2 내지 26 중량%
    MgO 0.4 내지 0.8 중량%
    Al2O3 0.9 내지 1.4 중량%
    K2O 0.5 내지 0.8 중량%,
    단, 상기 성분들의 합은 100 중량%를 넘지않고,
    상기 섬유가 2㎛ 미만의 길이 가중 산술 평균 직경을 갖고 10㎝보다 큰 길이의 섬유를 포함하며, 상기 매스가 35 중량% 미만의 45㎛ 초과의 쇼트의 쇼트 함량을 갖고 하기 특징을 갖는 블랭킷 내로 니들화에 의해 얽힘에 의해 형성될 수 있는, 용융-성형 생용해성 섬유의 매스:
    128 kg.m-3의 밀도;
    25㎜의 두께;
    35 중량% 미만의 45㎛ 초과의 쇼트의 함량;
    50 kPa 초과의 인장 강도; 및
    0.26 W.m-1.K-1 이하의 1000℃에서의 열전도율.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항의 상기 용융-성형 생용해성 섬유의 매스 또는 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항의 상기 용융-성형 섬유를 형성시키는 방법에 의해 생성된 용융-성형 생용해성 섬유의 매스의 얽힘에 의해 형성된 용융-성형 생용해성 섬유의 블랭킷.
  15. 제14항에 있어서, 58 내지 182 kg.m-3 범위의 밀도를 갖고, 0.39 kPa/kg.m-3 초과의 밀도에 대한 인장 강도의 비율을 갖는, 블랭킷.
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