композиции неорганического волокна

Формула изобретения

1. Неорганические волокна, имеющие состав:

Аl ₂О₃ больше или равно 5 мол.%;

K ₂O - 12-40 мол.%;

SiO₂ - 5-80 мол.%;

модификаторы вязкости меньше или равно 20 мол.%,

в котором SiO₂+Al₂O₃+K₂ O больше или равно 80 мол.% и меньше 100 мол.%,

причем волокно имеет состав, имеющий температуру плавления выше 1400°С.

2. Неорганические волокна по п.1, в которых количество K ₂О меньше 30 мол.%.

3. Неорганические волокна по п.1, в которых количество SiO₂ больше или равно 35 мол.%.

4. Неорганические волокна по п.1, в которых количество SiO₂ ниже 70 мол.%.

5. Неорганические волокна по п.3, в которых количество SiO₂ ниже 70 мол.%.

6. Неорганические волокна по п.3, в которых количество SiO ₂ больше 52 мол.%, причем волокна включают модификаторы вязкости в количествах, достаточных для образования волокон размером менее 10 мкм.

7. Неорганические волокна по п.6, в которых модификатор вязкости выбирают из группы оксидов щелочных металлов, оксидов щелочноземельных металлов, оксидов лантанидов, оксида бора, фторидов и их смесей.

8. Неорганические волокна по п.6, в которых модификатор вязкости включает магний в форме оксида или в другой форме.

9. Неорганические волокна по п.1, в которых мольное соотношение K₂О: Аl₂О ₃ меньше чем 1,5 и больше чем 0,4.

10. Неорганические волокна по любому из пп.1-9, в которых количество CaO+MgO+Na ₂O+K₂O+BaO больше 18 мас.%.

11. Неорганические волокна по любому из пп.1-9, имеющие состав:

Аl₂ О₃ - 10-50 мол.%;

K₂О - 12-40 мол.%;

SiO₂ - 30-80 мол.%,

в котором SiO ₂+Аl₂O₃+K₂O больше или равно 80 мол.%.

12. Неорганические волокна по п.11, имеющие состав:

Аl₂О₃ - 15-40 мол.%;

K₂O - 15-30 мол.%;

SiO₂ - 40-60 мол.%, в котором SiO₂+Аl₂O₃ +K₂O больше или равно 90 мол.%.

13. Неорганические волокна по п.12, в которых количество Аl₂О₃ находится в интервале 25-35 мол.%.

14. Неорганические волокна по любому из пп.1-3, в которых количество SiO₂ меньше чем 52 мол.%.

15. Термическая изоляция, включающая неорганические волокна в соответствии с любым из пп.1-14.

16. Термическая изоляция по п.15, в которой изоляция находится в виде рулонного материала.

17. Мастики, включающие неорганические волокна, в соответствии с любым из пп.1-14.

18. Композитные материалы, включающие неорганические волокна, в соответствии с любым из пп.1-14.

19. Опорные структуры для катализаторных масс, включающие неорганические волокна, в соответствии с любым из пп.1-14.

20. Фрикционные материалы, включающие неорганические волокна, в соответствии с любым из пп.1-14.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к композициям неорганических волокон.

Волокнистые материалы хорошо известны за их использование в качестве термических и/или акустических изоляционных материалов, а также известны за их использование в качестве армирующих составляющих в композитных материалах, таких как, например, армированные волокном элементы, армированные волокном пластики, и в качестве компонента металломатричных композитов. Такие волокна могут быть использованы в качестве опорных структур для катализаторных масс в устройствах для борьбы с выбросами в окружающую среду, таких как каталитические конверторы систем выхлопа автомобилей и фильтры дисперсных частиц дизельных двигателей. Такие волокна могут быть использованы как составляющие фрикционных материалов (например, для автомобильных тормозов). Волокна по настоящему изобретению имеют диапазон свойств и могут быть использованы в любом или во всех из этих применений в зависимости от показанных свойств.

До 1987 года существовало четыре основных типа волокнистых материалов, используемых для изготовления теплоизолирующих изделий (таких как, например, рулонный материал, вакуумформованные профилированные изделия и мастики). Их изготавливали двумя основными технологическими путями, хотя детали конкретных технологий варьировались в зависимости от производителя. Волокнами и путями были (в порядке возрастания стоимости и температурной характеристики):

Волокна, сформированные из расплава

- Минеральные ваты

- Стекловаты

- Алюмосиликатные волокна

Волокна золь-гель процесса

- Так называемые поликристаллические волокна

Волокна, образованные из расплава, образуют путем приготовления расплава и волокнообразования полученного расплава любым из многих известных способов. Эти способы включают:

- формирование потока расплава и предоставление потоку возможности контактирования с вращающимися дисками, от которых он отбрасывается, образуя волокна;

- формирование потока расплава и предоставление потоку возможности ударяться о струю газа, которая может быть поперечной, параллельной или идти под любым углом к направлению потока и в результате разбивать поток на волокна.

- формирование волокна из расплава способом вращения, в котором расплав вытекает через отверстия в периферии вращающейся чаши и сдувается горячими газами, для образования волокон;

- экструзия расплава через мелкие отверстия для формирования нитей, при которой может быть использована дополнительная обработка (например, вытягивание пламенем, при котором нить пропускают через пламя);

- или любой другой способ, которым расплав превращают в волокно.

Из-за истории с асбестовыми волокнами большое внимание было уделено относительной способности широкого круга типов волокон вызывать легочные заболевания. Исследования токсикологии натуральных и искусственных волокон привели к мысли, что стойкость волокон в легких является тем, что вызывает проблемы. Соответственно, была выдвинута точка зрения, что если волокна могут быть быстро удалены из легких, то весь риск для здоровья может быть сведен к минимуму. Появилась концепция "биостойких волокон" и "биостойкости": волокна, которые долгое время сохраняются в организме животного, считаются биостойкими, и относительное время, в течение которого волокна остаются в организме животного, известно как биостойкость. Хотя было известно, что некоторые стеклянные системы являются растворимыми в жидкостях легких, что дает в результате низкую биостойкость, проблемой было то, что такие стеклянные системы, как правило, не были используемыми для высокотемпературных применений. Была очевидна потребность рынка в волокне, которое имело бы низкую биостойкость, сочетающуюся с высокими температурными характеристиками. В 1987 г. John Manville разработал такую систему, основанную на химии кальций-магниевых силикатов. Такой материал не только имел более высокие температурные характеристики, чем традиционные стекловаты, но также имел более высокую растворимость в жидкостях организма, чем алюмосиликатные волокна, обычно использовавшиеся для высокотемпературной изоляции. Такие низкобиостойкие волокна были позднее разработаны, и теперь на рынке имеется ряд щелочноземельно-силикатных (AES) волокон (AES - аббревиатура от англ. Alkaline Earth Silicate).

Патенты, относящиеся к AES волокнам, включают:

- международная патентная заявка WO87/05007 - первоначальная заявка John Manville, в которой описаны волокна, включающие оксиды магния, кремния, кальция и менее 10 мас.% оксида алюминия, растворимы в солевом растворе. Растворимость описанных волокон была в величинах частей на миллион кремния (извлеченного из содержащего оксид кремния материала волокна), присутствующего в солевом растворе после 5 часов выдержки;

- международная патентная заявка WO89/12032, в которой описаны дополнительные волокна, растворимые в солевом растворе, и раскрыла некоторые составляющие, которые могут присутствовать в таких волокнах;

- европейская патентная заявка 0300320, в которой описаны стеклянные волокна, имеющие высокую физиологическую растворимость и имеющие 10-20 мол.% Na₂O и 0-5 мол.% К₂О. Хотя было показано, что эти волокна являются физиологически растворимыми, максимальная температура их использования не была указана.

Следующие патентные описания, раскрывающие выбор волокон за их растворимость в солевых растворах, включают, например, европейские патенты 0412878 и 9459897, французские 2662687 и 2662688, WO86/04807, WO90/02713, WO92/09536, WO93/22251, WO93/15028, WO94/15883, WO97/16386, WO2003/059835, WO2003/060016, EP1323687, WO2005/000754, WO2005/000971 и US 5250488.

Жаропрочность волокон, описанных в этих различных документах предшествующего уровня техники, значительно варьируется, и для этих щелочноземельно-силикатных материалов свойства критично зависят от состава.

Как правило, сравнительно легко изготовить щелочноземельно-силикатные волокна, которые хорошо ведут себя при низких температурах, поскольку при использовании при низких температурах можно использовать добавки, такие как оксид бора, чтобы гарантировать хорошее волокнообразование, и варьировать количества компонентов, чтобы соответствовать требованиям к желаемому материалу. Однако, пытаясь поднять жаропрочность щелочноземельно-силикатных волокон, мы вынуждены уменьшать использование добавок, поскольку в общем случае (хотя и с исключениями) чем больше компонентов присутствует, тем ниже жаропрочность.

В WO93/15028 описаны волокна, включающие CaO, MgO, SiO₂ и, необязательно, ZrO₂, в качестве основных составляющих. Такие AES-волокна известны также как CMS (кальций-магний-силикатные) или CMZS (кальций-магний-цирконий-силикатные) волокна. WO93/15028 настаивал, что используемые композиции должны практически не содержать оксидов щелочных металлов. Было показано, что количества до 0,65 мас.% приемлемы для материалов, пригодных для использования в качестве изоляции при 1000°С.

В WO93/15028 описаны также способы определения растворимости стекол и указаны материалы, которые были испытаны в качестве стекол на их растворимость, но не были сформированы как волокна. Среди этих составов были составы, имевшие обозначения KAS, KMAS и KNAS, которые являлись, соответственно, калий-алюмосиликатом, калий-магний-алюмосиликатом и калий-натрий-алюмосиликатом. Эти композиции были оценены как имеющие недостаточную растворимость на основе измерений растворимости в физиологическом растворе. Тип использованного физиологического раствора имел рН около 7,4.

Позднее было обнаружено, что растворимость зависит от окружающей среды, в которой находится волокно. Хотя физиологический солевой раствор, присутствующий в межклеточной легочной жидкости, приближается к тому, который дан в WO93/15028, и имеет рН около 7,4, механизм очистки от волокон включает их атаку макрофагами. Известно, что рН физиологического солевого раствора, присутствующего там, где макрофаги контактируют с волокном, значительно более низкий (около 4,5), и это оказывает влияние на растворимость неорганических волокон (см. "In-vitro dissolution rate of mineral fibres at pH 4.5 and 7.4 - A new mathematical tool to evaluate the dependency on composition" , Torben Knudsen and Marianne Guldberg, Glass Sci. Technol., 78(205) No 3).

В WO94/15883 описан ряд таких волокон, используемых в жаропрочной изоляции при температурах до 1260°С или более. Как и WO93/15028, этот патент требует, чтобы содержание оксидов щелочных металлов поддерживалось низким, но указывает, что некоторые щелочноземельно-силикатные волокна могут выдержать более высокие уровни оксидов щелочных металлов, чем другие. Однако подозревают, что концентрации 0,3% и 0,4 мас.% Na₂ O вызывают повышенную усадку материалов для использования в качестве изоляции при 1260°С.

В WO97/16386 описаны волокна, используемые в качестве жаростойкой изоляции при температурах до 1260°С или более. Эти волокна включают MgO, SiO₂ и, необязательно, ZrO₂ в качестве основных составляющих. Заявлено, что эти волокна требуют практического отсутствия оксидов щелочных металлов кроме как в виде следовых загрязнений (присутствие на уровне самое большее в сотые доли процента в расчете на оксиды щелочных металлов). Волокно имеет основной состав, %:

SiO2	65-86
MgO	14-35

причем компоненты MgO и SiO₂ составляют по меньшей мере 82,5% от массы волокна, а остальным являются поименованные составляющие и модификаторы вязкости.

В WO2003/059835 описаны некоторые кальцийсиликатные волокна, в которых используют добавки La₂O₃ или других лантанидов для того, чтобы улучшить прочность волокон и изготовленного из волокон рулонного материала. Эта патентная заявка не упоминает концентрации оксидов щелочных металлов, но количества в области 0,5 мас.% указаны для волокон, предназначенных для использования в качестве изоляции при температурах до 1260°С или более.

В WO2006/048610 указано, что для механических и термических свойств AES-волокон благоприятно включать небольшие количества оксидов щелочных металлов.

Область применения таких низкобиостойких волокон ограничена тем, что выше примерно 1300°С они склонны к ухудшению рабочих характеристик.

Альтернативные волокна с низкой биостойкостью, которые были предложены, являются щелочноземельными алюминатами. Такие материалы были предложены в виде алюмината кальция (ЕР0586797) и алюмината стронция (WO96/04214). Такие волокна не производятся как коммерческий продукт.

Были разработаны золь-гелевые волокна, включающие алюмосиликаты, имеющие значительные добавки оксидов щелочноземельных металлов или оксидов щелочных металлов, и эти волокна были предметом международной патентной заявки PCT/GB2006/004182.

В настоящем изобретении был разработан другой химический состав волокна, который обеспечивает волокна с низкой биостойкостью и благодаря которому некоторые волокна способны по меньшей мере быть волокнами с термическими характеристиками, сравнимыми с характеристиками алюмосиликатных волокон.

Соответственно, в настоящем изобретении предложены образованные из расплава неорганические волокна, имеющие состав, мол.%

Al2O 3	5-90
K2 O	5-90
SiO2	5-90

в котором сумма SiO ₂+Al₂O₃+K₂O равна 50 мол.%, предпочтительно больше 60 мол.%, более предпочтительно 70 мол.%, еще более предпочтительно 80 мол.% или даже 90 мол.%.

В конкретных осуществлениях такие волокна включают, мол.%:

Al2O 3	5-34
K2 O	5-34
SiO2	61-90

или

Al2O 3	5-78
K2 O	17-90
SiO2	5-61%

или

Al2O 3	24-90
K2 O	5-17
SiO2	5-61

Количество К₂ О может быть меньше 50 мол.%, меньше 40 мол.%, меньше 35 мол.% или меньше 30 мол.%. Количество К₂О может быть больше 10 мол.% или больше 20 мол.%. Количество Al₂O ₃ может быть больше 10 мол.% и может быть больше 20 мол.%.

Количество SiO₂ может быть больше 20 мол.%, 30 мол.% или 35 мол.%. Количество SiO₂ может быть ниже 80 мол.% или ниже 70 мол.%.

Дополнительные характерные признаки изобретения ясны из формулы изобретения и в свете следующего описания.

Был изготовлен ряд калий-алюмосиликатных волокон, используя опытную установку, в которой образовывался расплав соответствующего состава, выпускался через 8-16 мм отверстие и сдувался, чтобы известным способом получить волокно. Размер отверстия выпуска варьировали, чтобы учесть вязкость расплава (это настройка, которая должна быть определена экспериментально в соответствии с используемыми аппаратурой и композицией).

Прилагаемые результаты отличаются от тех, которые показаны в предшествующих заявках, поскольку было установлено, что недостаточная температура плавления некоторых расплавов была результатом присутствия карбоната (калий вводили в виде карбоната калия). Соответственно, результаты, приведенные в следующих таблицах, представляют новые испытания материалов, примеры которых приведены в прототипе и в предшествующих заявках и в дополнительных примерах.

В прилагаемой здесь таблице 1 показаны изготовленные волокна и их состав в массовых процентах, определенный анализом методом флюоресценции в рентгеновских лучах.

В прилагаемой здесь таблице 2 показаны изготовленные волокна и их расчетный состав в мольных процентах.

В прилагаемой здесь таблице 3 показана усадка изготовленных волокон. Усадка была измерена методом изготовления заготовок вакуумным литьем с использованием 75 г волокна в 500 см³ 0,2% раствора крахмала в оснастке 120×65 мм. Платиновые иглы (диаметром приблизительно 0,3-0,5 мм) помещали отдельно на расстоянии 100×45 мм по 4 углам. Более длинные расстояния (L1 и L2) и диагонали (L3 и L4) измеряли с точностью ±5 мкм, используя передвижной микроскоп. Образцы помещали в печь и плавно подогревали до температуры на 50°С ниже температуры испытания со скоростью 300°С/ч и плавно подогревали со скоростью 120°С/ч в течение последних 50°С до температуры испытания и оставляли на 24 часа. После извлечения из печи образцам давали остыть естественным путем. Величины усадки приведены как средние из 4 измерений.

В прилагаемой здесь таблице 4 показана растворимость изготовленных волокон в ч/млн основных компонентов стекла после 5 часов статического испытания в физиологическом солевом растворе с рН 4,5.

Детальная методика измерения растворимости включает взвешивание 0,500 г ± 0,003 г волокна в центрифужной пробирке, используя пластиковые пинцеты. Волокно обычно рубили (проволочная сетка № 6) и дегранулировали (просеивали вручную сеткой № 10), но оно могло быть цельным телом или рулонным материалом, если доступны только небольшие количества волокна. Каждый образец взвешивали дважды. В каждую центрифужную пробирку наливали 25 см³ модельной жидкости организма, используя градуированный диспенсер, и трубки герметично закрывали. Модельная жидкость организма добавлялась к волокну только в начале испытания и включала следующие ингредиенты в 10 л воды:

Реагент	Масса
NaHCO3	19,5 г
CaCl2 · 2H2O	0,29 г
Na2HPO4	1,48 г
Na2SO4	0,79 г
MgCl2· 6H2O	2,12 г
Глицин (H2NCH2CO2H)	1,18 г
Na3-цитрат· 2Н2О	1,52 г
Na3-тартрат· 2Н2О	1,8 г
Пируват Na	1,72 г
90 мол.%очная кислота	1,56 г
Формальдегид	15 мл
HCl	~7,5 мл

с HCl, добавляемой медленно, так как это величина является приблизительной для доведения рН до конечной величины рН ~ 4,5. Модельной жидкости организма давали минимум 24 ч для того, чтобы придти в равновесие, и после этого периода соответствующим образом корректировали рН.

Все использованные реагенты были качества "для анализа" или эквивалентного, и процедуру проводили, используя пластиковое оборудование, так как могло происходить выщелачивание оксида кремния из стеклянной посуды.

Затем центрифужные пробирки помещали во встряхиваемую водяную баню, которую поддерживали при 37°С ± 1°С (температура тела) и встряхивали в течение 5 часов. Короткое время в 5 часов было выбрано потому, что растворимость некоторых из этих материалов настолько высока, что количество выщелоченного К₂О может вызвать сдвиг рН к более высоким значениям, что исказит результаты, если использовать более продолжительное время.

После встряхивания два раствора для каждого волокна декантировали и фильтровали через беззольные бумажные фильтры Whatman № 40 диаметром 110 мм в одну 50 мл колбу. Раствор затем передавали на анализ методом индуцированной сопряженной плазменно-атомной эмиссионной спектроскопии (IPC). Оксиды, которые должны определяться, зависят от состава испытуемого волокна. Результаты приведены в ч/млн для релевантных оксидов.

Обращаясь сперва к свойствам волокон, вначале было обнаружено, что, когда мольное соотношение K₂O:SiO₂ меньше чем 30:70, имеется тенденция образования грубых волокон с диаметром волокна намного больше 10 мкм (например, 50-250 мкм). Однако впоследствии было найдено, что это являлось слишком поспешным обобщением и было установлено, что грубыми были волокна с более чем 40 мас.% SiO₂ (обычно больше 52 мас.%). Такие волокна, имеющие более 40 мас.% SiO₂, и те, которые изготовлены как тонкие волокна, имеют склонность иметь относительно высокую усадку, поскольку они имеют склонность быть подверженными вязкому течению. Тем не менее, такие волокна могут представлять интерес для некоторых применений. Если требуются тонкие волокна (<10 мкм диаметром), то могут быть добавлены модификаторы вязкости. Подходящие модификаторы вязкости могут включать оксиды щелочных металлов, оксиды щелочноземельных металлов, лантанидные элементы, оксид бора, фторид и, в самом деле, любые элемент или соединение, известные в практике как влияющие на вязкость силикатных стекол. Количества и тип таких модификаторов вязкости должны быть выбраны так, чтобы согласовываться с целевым применением волокон. Оксид бора, например, вероятно понижает максимальную температуру использования, хотя это может быть и терпимо (см. волокно KAS80). Модификатором вязкости, который был найден особенно полезным, является магний, который может быть добавлен в виде оксида или в другой форме (см., например, волокно KMAS1). Оксид кальция может быть допустим, как и оксид стронция. Оксид циркония и оксид железа могут быть допущены в малых количествах. В целом, композиции по настоящему изобретению, по-видимому, терпимы к добавкам, хотя количество, приемлемое для достижения желаемых свойств, должно варьироваться от добавки к добавке.

В таблице 3 показано, что большинство волокон имеет относительно низкую усадку при температурах от 1000°С до 1300°С, причем многие имеют низкую усадку даже при такой высокой температуре, как 1500°С. По-видимому, волокна со слишком большим избытком К₂О над Al ₂O₃ или со слишком малым количеством К₂ О по отношению к Al₂O₃ демонстрируют высокую усадку и, хотя и являются используемыми в таких применениях как армирование или как наполняющий материал в композитных изделиях, не рекомендуются для использования в качестве высокотемпературных изолирующих материалов.

Мольное соотношение K ₂O:Al₂O₃, близкое к 1:1, по-видимому, обеспечивает хорошие результаты, и для наилучших температурных свойств (низкая усадка после воздействия температуры до 1300°С в течение 24 часов) мольное соотношение K₂O:Al ₂O₃ может быть меньше 1,6, предпочтительно меньше 1,5, более предпочтительно меньше 1,45 и может быть больше 0,4, предпочтительно больше 0,8.

Предпочтительно волокна упомянутых выше составов имеют температуру плавления больше 1400°С. Еще более предпочтительно волокна имеют температуру плавления больше 1600°С, более предпочтительно больше 1650°С и еще более предпочтительно больше 1700°С (для стекол температура плавления определяется как температура, при которой композиция имеет вязкость 19 Па·с). Можно видеть, что композиция KMAS1 плавится при 1450°С, даже хотя имеет относительно низкую усадку при 1400°С. Такое волокно может быть обоснованно использовано в изоляционных применениях при температурах, скажем, вплоть до 1350°С, в то же время еще оставляя запас для временных отклонений к более высоким температурам. В отличие от этого многие из волокон еще показывают низкую усадку при 1500°С и должны быть пригодны для применения при более высоких температурах.

Следует отметить, что при повышенных температурах волокна могут иметь тенденцию к потере калия. Хотя это может ограничить применения, на которые волокна могли быть направлены, имеется много применений, для которых это не является проблемой.

Система K₂O-Al₂O₃ -SiO₂ имеет широкую область высоких температур плавления. Например, только в качестве указания:

- минеральная композиция K₂O·Al₂O₃ ·2 SiO₂ (калиофиллит) имеет температуру плавления ~1800°С;

- минеральная композиция K₂O·Al₂O₃· 4 SiO₂ (левсит) имеет температуру плавления ~1690°С.

Напротив, имеются области, где температуры плавления ниже и где образуются некоторые эвтектики.

По легкости изготовления предпочтительной должна быть композиция, имеющая низкую температуру плавления (например, близкая к эвтектике или эвтектическая), тогда как для более высокой температурной характеристики предпочтительной должна быть композиция, имеющая более высокую температуру плавления. Было обнаружено, что композиции с примерно 35-40 мас.% оксида кремния (обычно 47-52 мол.%.) легко превращаются в волокна и образуют волокна, которые показывают низкую усадку при повышенных температурах. Такие волокна с примерно 23-25 мас.% К₂О (обычно 18-22 мол.%) особенно легко образуются.

Растворимость, показанная в таблице 4, указывает, что может быть достигнута чрезвычайно высокая растворимость. Волокна с K₂O + Al₂O₃ + SiO ₂ >80% и с менее чем 20 мол.% К₂О хотя и показывают значительно более высокую растворимость, чем алюмосиликатное волокно (RCF), не склонны показывать такую высокую растворимость, как кальций-магний-силикатные волокна. Хорошая растворимость для таких волокон обнаружена для К₂О в интервале от 25 до 30 мол.%. Для волокон, имеющих значительные добавки некоторых модификаторов вязкости (например, Mg), может быть обнаружена высокая растворимость (см. KMAS1).

Для сравнения, суммарная растворимость промышленного кальций-магний-силикатного волокна (которое считают биорастворимым в модельном физиологическом растворе с рН 7,4) и промышленного алюмосиликатного волокна (которое не считают биорастворимым в модельном физиологическом растворе с рН 7,4), измеренная при одних и тех же условиях, была в обоих случаях ~13 ч/млн.

Хотя статические растворимости являются только указаниями на биостойкость, эти результаты являются сильной поддержкой предположения о том, что попавшие при вдохе волокна по изобретению не будут выживать так долго, как промышленные алюмосиликатные волокна.

Для применений, где важна механическая упругость волокон, волокна могут быть подвергнуты тепловой обработке. Одним из таких применений является применение в устройствах для борьбы с выбросами в атмосферу, таких как каталитические конвертеры, фильтры или ловушки микрочастиц дизельных двигателей, выхлопные трубы и т.п. Требования к такому оборудованию высоки и, в частности, используемые маты и концевые конусы должны иметь достаточную упругость, чтобы оставаться на месте после того, как они подвергнутся воздействию температур в 800°С или более (обычно может иметь место 900°С). Аморфные волокна были использованы для изготовления таких концевых конусов, но они проявляли тенденцию терять упругость и, следовательно, удерживающее давление на стенки корпуса, если были подвергнуты воздействию температур выше примерно 900°С.

Под упругостью в данном контексте подразумевается способность изделия восстанавливать свою первоначальную форму после деформации. Это может быть измерено простым осмотром размера и формы изделия после деформации, чтобы увидеть степень, в которой оно вернулось от деформированной формы к недеформированной форме. Однако данное состояние наиболее часто измеряют, наблюдая силу сопротивления деформации, поскольку это является показателем того, насколько хорошо концевые конусы способны оставаться на месте.

В WO2004/064996 предложено использовать волокна, которые являются, по меньшей мере частично, кристаллическими или микрокристаллическими, так как они считаются более стойкими к усадке и более упругими, чем аморфные волокна, хотя в WO2004/064996 указано, что такие кристаллические или микрокристаллические волокна являются более хрупкими, чем аморфные волокна. Упругая природа кристаллических или термообработанных микрокристаллических волокон хорошо известна в технике теплоизоляции - см., например, WO00/75496 и WO99/46028.

Стекловолокна, такие как образованные из расплава силикатные волокна, являются объектом регламентирования в Европе, и различные классы волокон имеют различную классификацию опасности и различные требования к этикетированию. Обычные стеклянные алюмосиликатные волокна требуют более строгого этикетирования касательно опасности для здоровья (как так называемые канцерогены категории 2), чем щелочноземельно-силикатные волокна, которые не попадают в классификацию канцерогенов.

Директива 97/(69)/ЕС, которая заменяет Приложение 1 к Директиве 67/548/ЕЕС и классифицирует материалы по их потенциальной канцерогенности (Hazardous Substances Directive), имеет две широкие химические категории для силикатных волокон диаметром менее 6 мкм. Эти категории и заключения по ним являются следующими:

>18 мас.% (CaO, MgO, Na2O, K2O, BaO)	Категория 3 - требует предупреждающей этикетки на продукте, показывающей крест Св. Андрея и указывающей: "потенциально вреден при вдыхании" - такие волокна могут быть освобождены от этикетирования, если они отвечают одному или нескольким определенным тестам на низкую биостойкость
<18 мас.% (CaO, MgO, Na2O, K2O, BaO)	Категория 2 - требует предупреждающей этикетки на продукте, показывающей символ черепа и скрещенных костей и указывающей "потенциально канцерогенен при вдыхании" - продукт не может быть освобожден от этикетки

Должно быть ясно, что заявленный настоящим класс волокон охватывает составы, которые могут попасть в категорию 3 или категорию 2, выгодно, чтобы CaO + MgO + K₂O + BaO было больше 18 мас.%.

Прилагаемая формула изобретения ограничивает волокна волокнами, образованными из расплава. Должно быть ясно, что подобные волокна могут быть изготовлены с использованием альтернативных методов, таких как золь-гелевые методы. Настоящее изобретение охватывает также такие золь-гелевые волокна при условии, что они включают 12 мол.% или более К₂О.