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La présente invention a pour objet la fabrication de fibres de verre à partir de systèmes aqueux.
L'état vitreux est l'état dans lequel la matière est dense, rigide et non cristalline. La plupart des corps rigi- des, lorsqu'ils sont sous forme de fibres de diamètre suffi- samment petit, sont raisonnablement flexibles, Le verre
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inorganique ordinaire est formé d'un mélange d'oxydes métal- liques qui ont une structure formtement tassée, donnant une densité relativement élevée, qui sont de nature amorphe et notablement rigides. Dien que l'on prépare ordinairement le verre en refroidissant à une rapidité raisonnable un mélange fondu d'oxydes métalliques, on a maintenant orée des procédés pour préparer du verre inorganique à partir de systèmes aqueux.
Il y a deux formes de silice amorphe qui donnent de bonnes normos de référenoe pour les produits préparés à partir de compositions siliceuses aqueuses. Les fibres de silice fondue ont une densité d'environ 2,2 g/om3, une résistance à ' la traction très élevée de l'ordre de 70 000 kg/cm, et ten- dent à absorber seulement des quantités d'eau minimes.
Un gel de silice activé, déshydraté, présente une densité apparente d'environ 0,8 g/om 3, une résistance à la traction très faible, et une telle capacité d'absorption d'eau que, pour éliminer complètement les quantités d'eau relativement grandes, il faut un ohauffage prolongé à des températures élevées, par exemple à 650 0. On a préparé antérieurement des filaments en forme de tiges de gel de silioe, à partir de systèmes aqueux comprenant du silicate de sodium, mais étant donné que. ces filaments ne possèdent pas une résistance à la traction comparable à celle des fibres de verre du commerce, aucun procédé antérieur n'a été commercialement adopté pour fabriquer de longs filaments siliceux à partir de systèmes aqueux.
La résistance à la traction d'une fibre inorganique synthétique dépend dans une large mesure de l'absence d'une structure de gel poreux et de la présence d'une structure à forte densité analogue à colle que l'on obtient en filant du verre fondu. Antérieurement, on a préparé des sphères de sili- ce activée, des catalyseurs silice-alumine et des partioules apparentées, par déshydratation réglée de oompositions
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gélatineuses siliceuses façonnées., On a préparé des fibres inorganiques de façon analogue, en façonnant la composition gélatineuso siliceuse on une tige de gelée que l'on déshydra- tait pour former un solide poreux de faible résistance à la traction et de faible densité.
Il paraît que ces,procédés ordinaires de déshydratation de tiges gélatineuses siliceuses ordinaires ne conviennent pas pour préparer des fibres ae grande solidité.
La demanderesse a trouvé maintenant qu'il est pos'sible d'obtenir des fibres de grande soliuite, présentant une struc- ture vitreuse pratiquement déshydratée, par un procédé qui comporte la combinaison d'une synérèse, d'une réduction de diamètre et d'un étirage du courant qui forme la fibre, ce courant étant initialement un système aqueux visqueux sous la forme d'une solution de silicate alcalin qui contient non seulement des particules de silicate colloïdal, mais aussi des composés oxygénés d'au moins un métal dont les oxydes font partie-,du groupe depuis longtemps reconnu des oxydes métalli- ques que'l'on incorpore en quantités notables aux diverses compositions de verre silicate transparent fondu qui sont dé- crites dans les ouvrages classiques sur le verre, Ces oomposés sont appelés ci-après "constituants de verre non alcalins",
et on peut les définir comme étant des composés oxygénés du bore, de l'aluminium, du ziroonium, du titane, du zino,.du calcium, du baryum, de l'arsenic, du germanium, du phosphore, du plomb, du thorium, du béryllium et du tungstène.
Les données relatives à la solidité de liaison fournie par ces constituants de verre non alcalins, et d'après lesquel- les, par exemple, l'anhydride borique tend à renforcer davanta- ge une composition de verre que l'anhydride arsénieux, donnent des critères utiles pour choisir le constituant de verre. Cer- tains oxydes métalliques tels que l'oxyde ferrique, le
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sesquioxyde de chrome, eto, existent facilement sous forme de solides colorés, et ces solides sont susceptibles de oommu- niquer une couleur aux verres de silicate fondus, et on les a utilisés, non pas pour donner au verre de la solidité, ni des caractéristiques apparentées, mais simplement pour colorer le verre.
Bien que les oxydes de ces métaux puissent servir à fabriquer des fibres de verre coloréss, ils sont exclus du groupe des constituants de verre au sens que l'on donne ici à cette expression.
La plupart des verres contiennent de la silice et de l'oxyde de sodium ou de potassium, et, en plus, au moins un constituant de verre non alcalin.
Afin d'obtenir des fibres de verre solides à partir de courants de systèmes siliceux aqueux, il faut différer la solidification jusqu'à ce que la matière siliceuse ait une densité du même ordre général que celle de la composition anhydre fondue. Après solidification, on peut modifier la surface de la fibre et on peut éliminer de l'eau de la surface ou même de l'intérieur de la fibre, mais une partie apprécia- ble du réglage de la densité et de la résistance à la traction des filaments doit être opérée avant la solidifioation. En déshydratant l'intérieur du filament après la solidification, même si l'on obtient en même temps une certaine contraction et une certaine augmentation de densité, on n'arrive pas à au- gmenter la résistance à la traction dans la même mesure qu'en réglant convenablement la déshydratation avant la solidifioa- tion.
Pour obtenir les conditions optima pour préparer des fibres de verre solides à partir de systèmes aqueux, on a partiellement recours au genre de mécanismes de réaction qui se produisent biologiquement dans la formation de matières:
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vitreusos (infusoires, mollusques, éponges, bambou, etc...).
Il semble que la réaction en chaîne de transfert d'ions hy- drogène entre pour une bonne part dans la déshydratation de cet- te matière siliceuse dans un milieu aqueux, en biologie, ainsi que dans la polymérisation des matières siliceuses et dans la formation des fibres de-verre suivant la présente invention.
Certains phénomènes de déshydratation ne sont pas en- tièrement connus. Le mot "synérèse" s'applique à la transfor- mation d'une matière très hydratée en Une matière à peu nrès complètement déshydratée, en présence de l'eau. Par exemple, une suspension colloïdale d'hydroxyde cérique peut subir une synérèse et former un oxyde de cérium déshydraté, amorphe et vitreux.
Ces phénomènes sont particuliers à des systèmes déter- minés dans des conditions de déshydratation déterminées, et la plupart des corps ne peuvent pas subir de synérèse dans la plupart des conditions de déshydratation.
Pendant la synérèse, les molécules d'eau et les oxydes métalliques peuvent avoir une grande mobilité, presque jusqu'à l'instant de la solidification, ce qui doit peut-être s'attri- buer à l'existence de systèmes aqueux contenant seulement de petites quantités d'eau, mais permettant encore la migration des ions et la migration de l'eau comme dans une solution li- quide. Une fois que les oxydes métalliques ont été amenés à l'état suffisamment tassé, pendant les premiers stades de la synérèse, des forces de tension interfaoiales peuvent provoquer les étapes finales d'expulsion d'eau et la solidification à l'état quasi-totalement déshydraté.
La présente invention fournit un procédé pour préparer des fibres de verre qui comprend les étapes suivantes : former ùn courant visqueux d'un système aqueux visqueux comprenant de- l'eau, au moins un composé oxygéné du silicium comprenant dese particules de silicate' colloïdal, au moins un composé oxygéné
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du sodium ou du potassium et au moins un constituant de verre non alcalin tel que défini plus haut;
contracter le diamètre de ce courant jusqu'à moins d'un tiers de son diamètre initial et jusqu'à moins de 20 microns on allongeant le courant sous une atmosphère gazeuse contenant do la vapeur d'eau à au moins 10 mm de pression, en obtenant simultanément un allon- gement et une synérèse, de sorte que l'eau se concentre à la surface du courant et que les composés oxygénés du silicium et du constituant de verre non alcalin se concentrent au coeur du courant, évaporer de l'eau de la surface du courant et re- tirer le produit sous forme de fibre de verre stable et amorphe contenant plus de 40 % de silice, au moins un oxyde de métal alcalin et au moins un constituant de verre non alcalin, cette fibre de verre ayant une résistance à la traction d'au moins 2 100 kg/cm.
De préférence, le courant visqueux a un diamètre ini- tial inférieur à 200 microns. Le système aqueux visqueux pré- sente de préférence une viscosité d'au moins 14 poises.
Dans une forme préférée de l'invention, la quantité de constituant de verre non alcalin représente au moins 0,1 % en poids de la teneur totale en solides du système aqueux.
On peut traiter la fibre dans une zone de séchage chaude (à une température supérieure à 93 C mais inférieure au point de fusion de la fibre), pour provoquer l'élimination d'un sup- plément d'eau et pour déshydrater davantage la surface de la fibre.
Suivant une caractéristique de l'invention, on peut ex- poser momentanément la fibre fraîchement formée à une solution aqueuse d'un catalyseur de déshydratation tel qu'un acide vo- latil, un sel de ziroonium ou un solvant organique misoible à l'eau.
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Les particules de silicate colloïdal du courant de liquide visqueux soumis à l'allongement fournissent des noyaux pour le développement du verre.
L'expression "verre à l'oau" a été appliquée à des systèmes aqueux de silicate alcalin, et il était possible antérieurement de préparer des compositions possédant ini- tialement une partie du caractère amorphe du verre, mais oontenant suffisamment d'eau intérieure pour subir des mo- difications par cristallisation en de courts laps de temps, par exemple quelques semaines ou quelques mois. C'est seule- ment en réalisant une structure interne si fortement tassée . qu'elle est pratiquement tout à fait déshydratée, que l'on arrive à obtenir un verre stable, c'est-à-dire un verre qui ne perd pas son caractère amorphe quand on le laisse vieillir un temps prolongé, par exemple 3 mois ou plusieurs années.
Une fibre de verre stable est une fibre de verre qui ne perd pas les caractéristiques de résistance à la traction et d'état amorphe lorsqu'on la laisse vieillir plus de trois mois.
Bien que les surfaces spécifiques des fibres de verre à forte densité ne soient qu'une petite fraction des surfaces spécifiques des gels déshydratés, il existe cependant de grandes surfaces pour les phénomènes d'évaporation. Une fibre de verre qui a un diamètre d'environ 0,5 micron présente une surface spécifique d'environ 3,14 m2/g et une longueur d'en- viron 2 mégamètres/g. Quand on fait évaporer un gramme d'eau d'une surface de 3 m2, l'épaisseur du film évaporé est d'en- . viron 3300 A. Quand on transforme un système oontenant environ 50% d'eau en une fibre de verre anhydre d'un demi-mioron de
0 diamètre, les 3300 A d'épaisseur du film d'eau sont inférieurs
0 au diamètre de la fibre qui est d'environ 5000 A.
Des composi- tions plus concentrées nécessiteraient'l'évaporation d'une quantité d'eau équivalente à des films plus minces en
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conséquence. les nécessités d'évaporation pour les fibres de plus grand diamètre portent sur des films d'eau d'épais- seur relativement plus grande. Les fibres de verre dont le diamètre est compris entre 0,4 et 20 miorons environ ont des surfaces spécifiques assez grandes pour permettre à l'eau de s'en évaporer beaucoup plus facilement que dans le cas de fi- laments de diamètre relativement; grand, par exemple des fila- ments de 40 ou 50 microns de diamètre. Les tentatives faites pour réaliser la structure de verre quasi-totalement déshy- dratée par les procédés de la présente invention ont été sans succès chaque fois que le diamètre de la fibre était supérieur à 20 microns.
En conséquence, il y a des raisons de considérer le diamètre de 20 microns comme une limite ma- ximum.
Les exemples suivants sont donnés pour illustrer l'invention.
Exemple 1.
L'acide borique n'est habituellement soluble dans l'eau froide qu'à raison d'environ 5% en poids ou environ 50 g/1. L'anhydride borique est à peu près, deux fois moins soluble que l'aoide borique. Malgré ces limites de solubi- lité, on prépare une composition aqueuse oontenant des quan- tités relativement grandes d'anhydride borique.
Pour préparer une solution colloïdale de silioe,oon.. tenant environ 15% de silice et pratiquement exempte de sels ou alcalis dissous, on dialyse le produit de neutrali- sation de solutions d'aoide et de silicate de sodium. A' 200 cm3 de cette solution colloïdale de silice, on ajoute graduellement 100 g d'anhydride borique tout en agitant, et on obtient ainsi un système aqueux contenant environ 33 % d'anhydride borique. L'anhydride borique s'absorbe peut-être
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en partie sur la surface clos particules de silice colloïdale.
Le système comprond pout-être à la fois de l'anhydride borique dissous et adsorbé.
Dans la fabrication industrielle des pigments de sili- cate de calcium et dans d'autres procédés, on a observé qu'il se forme facilement des silicates de calcium quand on mélange des solutions aqueuses de chaux éteinte et des solutions aqueuses de silice soluble ou colloïdale. Cependant, quand on ajoute 30 g do chaux éteinte à la solution colloïdale d'anhy- dride borique et de silice, il ne se forme aucun précipité et le système garde une consistance étonnamment uniforme. On peut aussi ajouter de l'alumine au système sans causer la précipitation qui se produit habituellement quand on mélange des systèmes aqueux non alcalins alumines et siliciés. On observe qu'il y a certains avantages à ajouter l'alumine avant et non après l'addition de la chaux éteinte, mais lesdeux procédés donnent satisfaction.
On obtient de bons résultats en utilisant 50 g d'alumine. De cette façon, on prépare 350 g d'une pâte de consistance uniforme contenant 30 g de silice colloïdale, 100 g d'anhydride borique, 50 g d'alumine, 30 g de chaux éteinte (210 g de solides) et 170 g d'eau. Cette pâte est utile comme produit intermédiaire dans la prépara- tion de compositions utiles pour filer des fibres de verre.
Exemple 2.
On peut apporter diverses modifications aux composi- tions de pâtes comprenant de la silice colloïdale ot au moins un constituant de verre du type oxyde métallique. Au lieu d'utiliser les 50 g d'alumine et les 30 g de chaux éteinte de l'exemple 1, on peut adopter l'une des formules de prépa- ration des pâtes qui sont indiquées au tableau suivant :
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<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
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<tb>
<tb>
<tb> AI2O3 <SEP> 50 <SEP> 40 <SEP> 20 <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ZrO2 <SEP> 10 <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ZrSi04 <SEP> 20 <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> TiO2 <SEP> 5 <SEP> 1-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ZnO <SEP> 20 <SEP> 15 <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ca <SEP> (OH)2 <SEP> 1
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<tb>
<tb>
<tb> BaO <SEP> 3 <SEP> il
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> As2O3 <SEP> 2,5 <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> GeO2 <SEP> iL
<tb>
EMI10.2
205
EMI10.3
<tb> PbO2
<tb>
<tb> ThO2.
<SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb> BeO <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb> WO3 <SEP> 1
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D'autres formules comprendraient jusqu'à 60 g environ de l'un ou de l'autre desdits constituants de verre pour 30 g de silice colloïdale, ou bien au total environ 90 g au maximum desdits' constituants de verr&' pour 30 g de silice colloïdale.
La composition finale de-filage peut contenir des constituante de verre introduits dans l'eau ou autrement, mais étant donné que la composition finale de filage doit contenir des solides dont au moins 0,1 % sont autres que des composés du silicium, du sodium et d'u potassium, la plupart des formules de pâte préparées à partir de la silice colloïda- le contiennent, outre l'acide borique, une quantité d'autres oxydes métalliques qui représente au moins 3 % de la teneur en silice de la pâte de silice oolloldàie'.
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EMI11.1
:G:om ..l;LC ;5
On peut préparer la pâte de silice colloïdale en fai- sant varier, non pas simplement la concentration des divers oxydes,mais aussi la concentration d'acide borique. Pour exposer l'analyse d'une structure de verre, il est bon de se référer à la teneur en anhydride borique, à la teneur en alumine, etc... Quand on prépare des systèmes aqueux, il est commode d'utiliser les modifications hydratées de ces oxydes, en utilisant par exemple 124 g d'acide borique dans une for- mule qui indique 70 g d'anhydride borique.
Quand on prépare des systèmes aqueux comprenant de la . silice colloïdale et de l'anhydride borique, le rapport entre l'anhydride borique et la silice est de préférence compris entre 0,2:1 et 1,2:1 environ, bien que des rapports supérieurs ou inférieurs puissent servir dans des formules appropriées.
Ainsi, pour une solution de 100 g de silice colloïdale à 30 %, la quantité d'anhydride borique est de préférence com- prise entre 6 et 36 g, de sorte que la quantité d'acide bori- que introduite avec agitation dans la solution colloïdale de silice doit de préférence être de 10 à 63,5 g, mais elle peut être plus petite ou plus grande pour des formules appropriées.
On peut préparer une pâte en incorporant avec agitation 10 g d'anhydride borique à 200 cm3 de silice colloïdale à 15 %, puis en incorporant avec agitation, au système d'anhy- dride borique-silice, 50 g d'alumine et 30 g de chaux éteinte.
Les pâtes de cette nature sont utiles pour préparer des com- positions de filage de verre.
Exemple 4.
Une solution commerciale de silioate de sodium a une densité de 38 Bé (densité de 1,36), et contient 3,22 parties de silioe par partie d'oxyde de sodium', soit environ 8,5 % d'oxyde de sodium, environ 27,5% de silioe et environ 64 %
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d'oau. On applique do la chaleur pondant 3 heures enviror pour évaporer environ 37,5g d'eau sur 187,5 g d'une -telle solution. Environ 31,3 % de la teneur en eau, soit environ 20 % de la solution, se perdent par évaporation. Quand on concentre la solution, il se forme des particules de silicate colloïdal qui so dispersent dans la solution concentrée de silicate de sodium.
On prépare suivant les indications de l'exemple 1, 2 ou 3, une pâte contenant de la silice colloïdale, de l'anhydride borique et des oxydes métalliques supplémentai- res, et on la mélange au silicate de sodium concentré. Pour concrétiser, on se réfère au procédé utilisant la pâte de l'exemple 1. On agite les 380 g de mélange d'anhydride bo- rique, d'alumine, de chaux éteinte, de silice colloïdale et d'eau, avec les 150 g de solution concentrée de silicate de sodium pour former 530 g de pâte que l'on mélange intimement à 1000 g de la solution commerciale de silicate de sodium décrite précédemment. On chauffe les 1530 g de mélange pour évaporer 382,5 g d'eau, et il reste un liquide visqueux ap- pelé composition de filage. Des données relatives à oette composition sont indiquées au tableau I.
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Tableau 1
EMI13.1
<tb>
<tb>
EMI13.2
: IIO :Na20 iSi0p :B203 ; CaO :AI2 03 :Total silice co3.lo- dalle : J.70, 0: : 30, 0 : 200
EMI13.3
<tb> additifs <SEP> 100 <SEP> 30 <SEP> 50 <SEP> 180
<tb>
<tb>
<tb> silicate
<tb>
<tb> concentré <SEP> 82,5 <SEP> 16 <SEP> 51,5 <SEP> 150'
<tb>
EMI13.4
silicate 640,0' '275,0 ' ' : 1000 '
EMI13.5
<tb> ordinaire <SEP> 640,0' <SEP> 85 <SEP> 275,0 <SEP> 1000
<tb>
<tb> avant <SEP> concen-
<tb>
EMI13.6
tration 89215 101 356,5 l00 ' 30 50 1530 ' liquide vis- .... , ,,¯ , - , cLueux 5 0 101 556,5 100 30 50 ' 1147,5' % humide 44,4 8,8 31el 8t7 2,6 4e4 %sec 15e8 56PO 7.5ß7 : 4,7 : 7,8 :
La caractéristique la plus importante de la composition. visqueuse est que l'on peut la filer.
Ainsi, on-peut tirer des filaments de la surface supérieure de la composition visqueuse, de façon analogue à 'oelle dont on peut tirer des filaments d'un verre fondu.
Dans oette composition visqueuse comprenant; essentiel- lement 44,4 % d'eau, 8,8 % d'oxyde de sodium, 31,1% de silice, 8,7 % d'anhydride borique, 2,6% de chaux et 4,4 % d'alumine, on plonge suffisamment une -tige de verre pour retirer une pe- tite quantité. En tirant sur le globule de composition vis- queuse à raison de plusieurs mètres par seconde, on forme .une fibre de verre très fine. On tire à la main des fibres de verre continues par le bout d'un entonnoir en verre. contenant la composition visqueuse.
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On mesura au microscope diverses fibres individuelles pour déterminer leur diamètre qui est compris entre 2 et 14 microns environ. Dos mesures de résistance à la traction établissent que certaines dos fibres ont une résistance à la .traction de 17 500 kg/om2 donc à peu près égale à la résis- tance à la traction des fibres de verre textiles. De plus, on prépare à plusieurs reprises, par la méthode de filage à la main, des fibres qui ont une résistance à la traction d'au moins 7000 kg/cm2, Desmesures de densité établissent que les fibres de verre ont un poids spécifique minimum d'environ 2,2 g/om3 pour les fibres de grand diamètre, et de 2,4 g.cm2 en moyenne, atteignant 2,47 g.cm3 pour les fibres de petit diamètre, ce qui indique que les fibres sont pratiquement déshydratées.
Etant donné que les fibres de verre terminées ont une densité si élevée et de si grandes résistances à la traction, les fibres ne peuvent pas avoir la structure microporeuse d'un gel de silice déshydraté. En conséquence, le phénomène de déshydratation diffère de la déshydratation du gel de si- lice. On transforme en fibre de verre le courant visqueux de composition susceptible de filage par des processus simultanés de synérèse, d'allongement et de réduction de diamètre. Une grande surface spécifique est disponible pour l'évaporation de l'eau. L'évaporation n'est ni trop rapide, ni trop lente, étant donné que la pression partielle d'eau est supér,ieure à 10 mm, mais inférieure à la saturation pour la température de l'atmosphère de la zone d'évaporation.
Les forces qui allongent la fibre et qui contractent simultanément le diamètre de la fibre aident peut-être à pré- server la fluidité de la composition pendant qu'on la concen- tre jusqu'à uns teneur en eau de plus en,plus faible. Dans l'état fortement tassé qui résulte d'une teneur en eau
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iniériaure à 10 %, la solidification se produit facilement et tend à causer à peu près des réactions de déshydratation analogues à la polymérisation de l'acide silicique.
En réglant la composition de façon qu'elle contienne initialement moins de 62,5 % environ d'eau, en étirant le courant de composition visqueuse à au moins dix fois sa longueur et jusqu'à un diamètre inférieur à 20 microns, et en remplissant les autres conditions de la présente invention, on forme des fibres de verre par synérèse.
Il est intéressant de supposer que, pendant la formation de la fibre à partir de compositions visqueuses, et pendant que la quantité d'eau présente est supérieure à 10 % environ, les ions sodium possèdent une mobilité beaucoup plus grande que les ions de métaux tels que l'aluminium et le calcium. Pendant la contraction du courant, les ions sodium pourraient avoir ten- dance à émigrer vers l'axe du courant en s'éloignant des surfa- ces cylindriques du courant. De l'eau pourrait émigrer de l'axe vers la surface cylindrique. Ainsi, il y aurait un certain mouvement à contre-courant.. des ions sodium et de l'eau pendant la contraction du courant, jusqu'à ce que ia teneur-' en eau soit ramenée à moins de 10 %.
Exemple 5.
On prépare une composition suivant l'exemple 4, sauf que dans l'étape finale de concentration, on n'évapore que 225 g d'eau, ce qui donne 1305 g de composition visqueuse de filage contenant 51,2 % d'eau, 7,7 % d'oxyde de sodium, 27,3 % de silice, 7,7 % d'anhydride borique,, 2,2 % de chaux et 3,9 % d'alumine. La plus forte teneur en eau et la plus faible visoo- sité de lacompostion de filage la rendent encore plus propre au tirage de fibres de verre à la main que la composition de filage de l'exemple 4.
L'étirage considérable de la fibre pendant la contraction rapide du diamètre jusqu'à moins
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de 20 microns et à moins d'un tiers du diamètre du courant initial (c'est-à-dire l'allongement d'un cylindre théorique de courant visqueux on un cylindre théorique dont la longueur axiale est au moins dix fois colle du cylindre initial, donc un allongement de dix fois), provoque une synérèse et la for- mation d'une fibre de verre déshydratée.
Exemple 6.
On prépare une série de compositions de filage en suivant les méthodes générales des exemples 4 et 5, mais en utilisant les pâtes des exemples 2 et j au lieu de la pâte de l'exemple 1. Pour préparer des fibres de verre déshydratées solides, on forme un courant visqueux de cette composition de filage, on allonge ou on étire ce courant rapidement pour con- tracter son diamètre jusqu'à moins d'un tiers, ce qui provoque une synérèse et la formation d'un coeur de verre à forte den- sité, et la concentration de l'eau sur les surfaces cylindri- ques du courant.
Exemple 7.
On utilise une solution d'une densité de 1,2 contenant 30 % de silice colloïdale et avec une quantité d'acide borique légèrement supérieure à la quantité de silice. A 120 cm3 de la solution de silice à 30 % (correspondant à 43,2 g de silice), on ajoute graduellement 47 g d'acide borique tout en agitant, et on forme ainsi un système aqueux contenant à la fois de la silice et de l'anhydride borique. L'anhydride borique est peut-être partiellement adsorbé à la surface des particules de silice colloïdale. Le système comprend peut-être à la fois de l'anhydride borique dissous et adsorbé.
Au mélange de silice et d'anhydride borique, on ajoute graduellement 16 g d'alumine tout en agitant, puis on introduit 10 g d'oxyde de zino. De cette manière, on prépare 216,3 g
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d'une pâte de consistance uniforme , qui contient 43 g de silice colloïdale, 26,5 g d'anhydride borique, 16 g d'alumine, 10g d'oxyde de zine (95,5 g de solides et 121,8 g d'eau).
Dans un récipient séparé, on mesure une solution de trisilioate de sodium qui contient 3,3 parties de silice par partie d'oxyde de sodium, ou environ 8,5% d'oxyde de sodium, environ 27,5 de silice et environ 64 % d'eau, et qui a une densité de 1,36 (39 Bé). Certaines solutions commerciales de trisilicate de sodium correspondent exactement à ces indiaa- tions, mais certains échantillons contiennent 65 % d'eau (35 % de solides) au lieu de 64 % d'eau, et certains échantil- lons contiennent des quantités notables d'impuretés telles que la chaux vive et l'alumine.
On peut éviter des difficultés avec ces impuretés en utilisant un échantillon fraîchement préparé de trisilicate de sodium provenant de la dispersion de silice gélatineuse fraîche dans la soude aqueuse, ou bien-en dispersant du trisilioate de sodium granulé purifié dans de l'eau désionisée.
On chauffe la solution de trisilicate de sodium pen- dant -environ 3 heures pour évaporer de l'eau de la solution et pour porter la teneur en solides d'environ 35 % à plus de 40 %. Ainsi, on obtient 600'g de oe silicate concentré. Quand on concentre la solution, il se forme du silicate colloïdal qui se disperse au sein de la solution concentrée de silicate de sodium.
Il convient de désigner les particules siliceuses col- loïdales dispersées dans le silicate de sodium sous le nom de particules de'silicate colloïdal, étant donné l'usage de cer- tains auteurs qui ne reconnaissent l'existence de silice colloïdale qu'en solution aoide ou neutre, (contrairement au pH alcalin d'une solution de silicate de sodium).
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Avec agitation, on introduit les 216,8 g de mélange d'anhydride borique, d'alumine, d'oxyde de zinc, de silice colloïdale et d'eau dans 600 g de silicate de sodium pour former 817 g de pâte que l'on incorpore intimement à 1200 g d'un liquide comprenant 800 g d'une solution à 33% de tri- silicate de sodium et 400 g d'une solution à 25,1 Bé de métasilioate de sodium pur. On chauffe les 2016,8 g de mé- lange pour évaporer suffisamment d'eau pour concentrer la solution jusqu'à une teneur en solides de 40 %, afin de pré- parer un liquide visqueux appelé composition de filage. Des données relatives à cette composition sont exposées au tableau II.
Tableau II
EMI18.1
bzz Ha0 Na 20 sio2 :'P.03 ZnO v y2p3 :
EMI18.2
<tb> 'silioe <SEP> colloïdale <SEP> ' <SEP> 100,8 <SEP> ' <SEP> 43,2 <SEP> ' <SEP>
<tb>
EMI18.3
.additifs 20,5 2695 10 16
EMI18.4
<tb> :silicate <SEP> concentré <SEP> : <SEP> 360 <SEP> ; <SEP> 55,8 <SEP> :184,2 <SEP> : <SEP>
<tb>
EMI18.5
, trisilicate 1 508 68 '224 :
EMI18.6
<tb> métasilioate <SEP> 324,7 <SEP> 38,1 <SEP> 37,2
<tb>
<tb>
<tb> :avant <SEP> concentration-. <SEP> 1314 <SEP> : <SEP> 161,9:488,6 <SEP> : <SEP> 26,5 <SEP> : <SEP> 10 <SEP> 16
<tb>
<tb>
<tb> après <SEP> concentration'-1064 <SEP> ' <SEP> 161.9488,6 <SEP> 26,5 <SEP> ' <SEP> 10 <SEP> ' <SEP> 16
<tb>
EMI18.7
,ÙÉ ù humide 60,23, bzz, 27,65 1,5 0,56 o,g ,
EMI18.8
<tb> :% <SEP> sec <SEP> : <SEP> 23,02: <SEP> 69,48: <SEP> 3,78: <SEP> 1,42 <SEP> :
<SEP> 1,26
<tb>
'1 Le liquide visqueux préparé de la façon exposée pos- sède à la température ambiante beaucoup de propriétés simi- laires à celles du verre fondu à température élevée. Au lieu d'être une masse gélatineuse granulée,ou un gel ferme, la
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composition coule comme un liquide très visqueux.'Quand elle coule à-travers un entonnoir en verre borosilicaté, son comportement ressemble à celui d'une colle pour caoutchouc et diffère du comportement de la silice gélatineuse ou d'une solution de silicate de sodium à 38 Bé.
La caractéristique la plus importante de la composition visqueuse est qu'elle peut être filée, Ainsi, on peut tirer des filaments de la surface supérieure de la composition visqueuse, de façon analogue à la manière dont on peut tirer des filaments du verre fondu.
Dans cette' composition, visqueuse, essentiellement formée de 60,23 % d'eau, 9,16 % d'oxyde de sodium, 27,65% de silicate, 1,5 % d'anhydride borique, 0,56 % d'oxyde de zinc et 0,9 % d'alumine, on plonge suffisamment une tige de verre pour en retirer une petite quantité. En tirant sur le globule de composition visqueuse à raison de plusieurs mètres par seconde, on obtient une fibre de verre très fine.
On tire à la main des fibres de verre continues de la pointe d'un entonnoir en verre contenant la composition visque use .
On mesure diverses fibres individuelles au microscope pour déterminer leurs diamètres, qui sont compris entre 2 et 14 microns environ. Des mesures de résistance à la traction établissent que certaines des fibres ont une résistance à la traction de 26 400 kg/cm2, ce qui équivaut approximativement à la résistance à la traction des fibres de verre txtile.
De plus, on prépare de façon répétée des fibres qui pnt une résistance à la traction d'au moins 5 370 kg/cm2, par la mé- thode de tirage à la main. Des mesures de densité établissent que les fibres de verre ont un.poids spécifique minimum d'environ 2,2 g/cm3 pour les fibres de grand diamètre, et une moyenne de 2,4 g/cm3, atteignant 2,47 g/om3 pour les fi- bres de petit diamètre, ce.qui indique que les fibres sont pratiquement déshydratées.
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Etant donné que las fibres de verre terminées ont une si forte densité et possèdent une si grande résistance à la traction, los fibres ne peuvent pas avoir la structure micro- poreuse d'un gel de silice déshydraté. En conséquence, le phénomène de déshydratation diffère de la déshydratation du gel de silice, La capacité de contraction de la composition persiste jusqu' à ce que la composition contienne moins de 10 % d'eau, et la solidification de la fibre est différée jusqu'à ce que la teneur en eau de la structure interne de la fibre soit ramenée à moins de 10 % par le processus simultané d'al- longement, de synérèse et de réduction de diamètre.
Le courant visqueux de composition susceptible de filage se convertit en fibre de verre par un processus simultané de synérèse, d'allongement et de réduction de diamètre. Une grande surface est disponible pour l'évaporation de l'eau. L'évapora- tion n'est ni trop rapide, ni trop lente, du fait que la pres- sion partielle d'eau est supérieure à 10 mm mais inférieure à la saturation pour la température de l'atmosphère de la zone d'évaporation. Les forces utilisées pour allonger la fibre et pour.contracter simultanément le diamètre de la fibre aident peut-être à préserver la fluidité de la composition pendant qu'on la concentre jusqu'à une teneur en eau plus faible, oar l'eau est rapidement expulsée hors de la structure interne et arrive à la surface du courant par synérèse.
Dans la zone d'évaporation, l'eau s'évapore rapidement de la surface orois- sante du courant de petit diamètre. Dans l'état fortement tas- sé qui résulte d'une teneur en eau inférieure à 10 %, la soli- dification peut se produire facilement, et tend à causer un genre de réaction de déshydratation analogue à la polymérisa- tion de l'acide silicique.
On règle la composition de façon qu'elle contienne initialement moins de 62,5 % d'eau environ, de façon que la
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teneur en silice soit d'au moins 4u % de la teneur en. solides de la composition, do façon que la composition contienne des particulos de silicate colloïdal, de façon que la composition contienne de l'oxyde de sodium et/ou de l'oxyde de potassium, de façon que la composition contienne au moins un autre oxyde formateur de verre ;
on forme un courant de. la composition, on étire le courant pour ramener son diamètre à moins d'un tiers du diamètre initial (dono, on allonge d'au moins dix fois un cylindre théorique du courant visqueux, le coefficient de ré- duction du diamètre étant la racine carrée du coefficient d'al- longement), on étire le courant de composition visqueuse jus- qu'à un diamètre inférieur à 20 microns et, en remplissant les autres conditions de la présente invention, on obtient des fi:.- bres de verre par synérèse.
Il est intéressant de supposer que, pendant la formation de la fibre à partir des compositions visqueuses, et pendant que la quantité'd'eau présente est encore supérieure à 10 % environ, les ions sodium possèdent'une mobilité plus grande que les ions de métaux comme l'aluminium et le calcium. Aus- sit8t que l'eau commence à s'évaporer du courant qui se con- tracte, les ions sodium peuvent avoir tendance à émigrer vers l'axe du courant, en s'éloignant des surfaces cylindriques du courant. A mesure que l'eau s'évapore de la surface du courant, il se peut qu'une partie de l'eau émigre de l'axe vers la sur- face cylindrique. Ainsi, il peut y avoir un certain mouvement à contre-courant des ions sodium et de l'eau pendant la con- traction du courant, jusqu'à ce que sa teneur en eau soit ra- menée à moins de 10 %.
Exemple 8.
On prépare une série de compositions en suivant !la, mé- thode générale de l'exemple '7, et on démontre qu'elles com- viennent à la préparation de fibres de. verre d'un diamètre-
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compris entre 0,4 et 20 microns et d'une résistance à la traction d'au moins 2100 kg/cm2.
La méthode de préparation de fibres de verre stables à partir de ces compositions aqueu- ses comprond les étapes suivantes : former un courant visqueux du système aqueux; contracter le diamètre jusqu'à moins d'un tiers du diamètre initial du courant visqueux, en allongeant le courant visqueux sous une atmosphère gazeuse contenant au moins 10 mm de pression de vapeur d'eau; il se produit simul- tanément un allongement et une synérèse, ce qui fait que la. contraction de diamètre se poursuit jusqu'à ce que la densité de la fibre soit de l'ordre de grandeur de la densité d'une fibre fondue de même composition; on évapore de l'eau de la surface du courant; et on retire oomme produit du procédé une fibre inorganique très solide qui.se révèle être un verre amorphe, non cristallin, de forte densité.
Des données relatives à certains des systèmes aqueux qui conviennent à la préparation de fibres de verre par ce procédé sont indiquées au tableau III.
Tableau III
EMI22.1
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> E
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> colloïdal <SEP> à
<tb>
<tb>
<tb> 30%, <SEP> g <SEP> :120 <SEP> 120 <SEP> 120 <SEP> 252 <SEP> : <SEP> 507 <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> H3BO3, <SEP> g <SEP> 22 <SEP> ' <SEP> 14,4' <SEP> 11 <SEP> ' <SEP> 12 <SEP> 28,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> AI2O3, <SEP> g <SEP> 58 <SEP> 63 <SEP> 70 <SEP> 78 <SEP> 100
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ZnO, <SEP> g <SEP> '7 <SEP> 7 <SEP> 7 <SEP> : <SEP> 8 <SEP> : <SEP> 14,4:
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> trisilicate <SEP> concentré
<tb>
<tb> à <SEP> 40%, <SEP> g <SEP> 250 <SEP> 250 <SEP> 250 <SEP> : <SEP> 150 <SEP> : <SEP> 0 <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> silicate <SEP> à <SEP> 35 <SEP> %,g <SEP> 300 <SEP> 300 <SEP> ' <SEP> 300 <SEP> 200 <SEP> ' <SEP> 0
<tb>
EMI22.2
:NaSi03 à 17,4%, g : 200 ,200 300 ;
450 848
<Desc/Clms Page number 23>
EMI23.1
LoJa :èir8 'Cio v\3h:' d.oX}i la i'\é.fJJiJ$Ítian'd:0 à la traotiajn est snulamemtt do 2100 ic0Í c'2 's'c.'J'J:!11t 1UltiLllie.$ pour 1'ti..vco:enon, tG 9tG 'ont des avantagos par rapport à 1''isolement de laine m!LneJ:'âD..-e.
Exemple 2,
Par une sére d'essais, on obtient des éléments qui indiquent t'avantage de préparer des Fibres .de verre, à partir
EMI23.2
de systèmes ag,ueuW . dôsés dans des gammes appropr.ié-as.. ,1e .CQQ.'" . rant visqueux doit avoir de pr6f 6-ronoe .une ,tene.tJlr 6"n ..e-au linfih- rieure à 62,5 76. Le pH du 'courant doit 6tre aJloEilliI:l' dpaasz.- périeur à 7,0 La teneur en solides doit être d'au moins 40 % de silicate, et une partie du silicate 'doit être sous forme
EMI23.3
de particules'de'silioate colloïdal. On.peL:l't',utj1:Ls,e:r:t1'81.si1.i-- cate de sodium, ou le silicate de'potassiu,!0Ul1eurs,méa&.
La fibre 'terminée doit oontenir. 8!ulmoins Ql/% là'Jo:t..#eJÍlé:mlJi:L- -que du groupe des constituants ,=te 'vexrelnon.àloâ7in;s. il?aur préparer des compositions présentant ide de filage de verre, il faut que ila'.sd7utiona,'teu'sedeiliote alcalin finalement soumise à'la concentration, contienne'de pré- férence la combinaison d'un anion constitutif de verre,.par exemple l'anion borate, et d'un cation constitutif de verre,
EMI23.4
par exemple le cation,zino. La présence du constituant anion-i-/ que de verre est particulièrement avantageuse. Quelques possi- bilités sont suggérées au tableau IV. Dans ce tableau, le
EMI23.5
symbole' A20 indique unLoxyde d'un,métal alcallin.
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TABLEAU IV
EMI24.1
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<tb> E <SEP> F <SEP> G <SEP> H <SEP> J <SEP> K <SEP> Min <SEP> Max.
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SiO2 <SEP> colloïdal <SEP> .0 <SEP> 200 <SEP> 300 <SEP> 200 <SEP> : <SEP> 300 <SEP> : <SEP> 200 <SEP> : <SEP> 0 <SEP> 50
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Acide <SEP> borique <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 0 <SEP> 179 <SEP> 10 <SEP> ' <SEP> 30 <SEP> ' <SEP> 0 <SEP> 12
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Alumine <SEP> tri-
<tb>
<tb>
<tb> hydratée <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> 30 <SEP> 73 <SEP> ' <SEP> 0 <SEP> 73 <SEP> ' <SEP> 0 <SEP> 18 <SEP> ' <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> zirconium <SEP> 2 <SEP> 0 <SEP> o <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> ' <SEP> 0 <SEP> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb> titane <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> zinc <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> 10 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> :
Chaux <SEP> éteinte <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> : <SEP> 25 <SEP> 30 <SEP> : <SEP> 0 <SEP> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Divers <SEP> oonsti-
<tb>
<tb>
<tb> . <SEP> tuants <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> verre <SEP> 1 <SEP> 18 <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> :Total <SEP> des <SEP> :
<tb>
<tb>
<tb> constituants
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> verre <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 60 <SEP> 60 <SEP> 65 <SEP> 133 <SEP> ' <SEP> 0,1 <SEP> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicate <SEP> 282
<tb>
EMI24.2
initial : 220 400 : .- , a 187,5' 580 187<5 15 10 90
EMI24.3
<tb> 15 <SEP> 16 <SEP> Na2O <SEP> 43,9 <SEP> 93,9 <SEP> 16 <SEP> ; <SEP> 0 <SEP> 30
<tb>
<tb>
<tb> 16 <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> : <SEP> 0 <SEP> K2O <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> :
<SEP> 0 <SEP> 30
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rapport
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> SiO/A2O <SEP> 2,3 <SEP> 5,1 <SEP> : <SEP> 3,4: <SEP> 3,2 <SEP> : <SEP> 3,4 <SEP> 3,2: <SEP> 2,0 <SEP> : <SEP> 5,3 <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> : <SEP> d'eau <SEP> 70 <SEP> 75 <SEP> : <SEP> 67 <SEP> . <SEP> ' <SEP> % <SEP> 67 <SEP> 64. <SEP> ' <SEP> 40 <SEP> 95
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> %il <SEP> 0 <SEP> dans <SEP> la
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> solution <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> :concentrée <SEP> 64 <SEP> 57 <SEP> : <SEP> 40 <SEP> : <SEP> 50 <SEP> 44 <SEP> : <SEP> 50 <SEP> 44 <SEP> 35 <SEP> 65 <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> silicate <SEP> :
<tb>
<tb>
<tb> :supplément.. <SEP> 800 <SEP> 800 <SEP> 1200' <SEP> 1000 <SEP> : <SEP> 12QO <SEP> 1000 <SEP> : <SEP> 10 <SEP> 90
<tb>
EMI24.4
perte de Il 20 20 33 lO, 5:
42,9'. 10,5 42sq 10 -80 '
EMI24.5
<tb> %
<tb>
EMI24.6
:%H20 dans la
EMI24.7
<tb> composition
<tb>
EMI24.8
; de filage 56 : 50 60 44,4: . 60 44, 4: 3'7, 5 : 62, 5:
EMI24.9
<tb> 'Analyse <SEP> des
<tb> fibres <SEP> de
<tb>
EMI24.10
verre AC 9,5: ll,4 : 19PO 15,8 17,7 18,0 6,0: 40 % SiO 60 74,4 : 73,c 56-,0: 72,3: 65,8: 40,0: 85 : :% rlGü3 o . 7,1 0 15,7: 1,4 2,0: 0 20
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Exemple 10.
En suivant la méthode de l'exemple 7, on prépare un système aqueux en utilisant- 120g do solution do. silice col-
EMI25.1
loldale à 30 'e 11 g d'acide borique,. 7g ... d'oxyde de zino, 250 g de silioate concentré, 300 9 de trisilicate de sodium et 200 g de solution de métasilicate de
EMI25.2
sodium. On tire à la main des ftÉÔps],'µqlé.yprsjgiiÇ$j%6%$±-,w#j' ' ,.'2,' '>"??, Jji;1')ii13±=. g- .. --' ,¯ ¯ solution concentrée.
On--filtre lé .r,1&qbi e µi& 1e'-.ô,Yi 3 l" , W - iua,'... ,.,' =¯ ,, q .<. ; . .,, J;,%i ..;. utilise le filtrat dans un""aµpàre>Él+,i$el#p1tS@Ô%:"#].$àéàbs¯¯,,,,fl ': 'tl '1 l ;"1,,.., , . par étirage, pour préparer des fibr3s à6' vorre ..BJQ(r,tains s,'.: ¯ - constituants sont éliminés préférentiellement de la composition par filtration, comme l'indique l'analyse des fibres tirées à la main et tirées à la machine ...
EMI25.3
<tb>
Tirées <SEP> à <SEP> Tirées <SEP> à
<tb>
<tb> la <SEP> main <SEP> la <SEP> machine
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Na20 <SEP> 18,0 <SEP> 23,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 57,6 <SEP> 65,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> B2O3 <SEP> 1,7 <SEP> 5,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> AI2O3 <SEP> 20,8 <SEP> 3,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ZnO <SEP> 1,9 <SEP> 1,8
<tb>
Il est impossible d'obtenir des renseignements surs concernant la composition du liquide visqueux avant filtra- tion en analysant la fibre de verre tirée à la maohine, parce qu'il peut se produire parfois un dépôt préférentiel de constituants pendant la filtration qui précède le passage du liquide à travers un orifice fin de la machine à faire
EMI25.4
, ,. ,,¯,; < .. ;'1:' ...> -t.: . les fibres de verre.
Que; la, main '<':'J: ;' :./...i";j" $'( t...J:"I''-:;' .:: r. 't. ou à la machine, il y ,a"bflaùëçùsà=/lj6iùfiàjÙàéÉàÉuàà% aussi bien quant à l'analyse cïps .;(}om1;>Sl?l;Lt,i:es;" ê.. f:ilà.ge..,' 0" ne- 'Pour", ;;';f ./<;\ :"::;;(.'fj'''/ ,,!:.,.i.t.;.\ le procédé de préparation des fibres de verre àl<b±µà>(1:ld'q(±j;]j: ces compositions.
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Exemple 11
On ''fend des fibres de verre fraîchement préparées pro- venant de l'un dos exemples précédonts, et on les plonge pen- dant une seconde onviron dans une solution aqueuse contenait environ 10 % d'acide acétique, puis on les fait passer à tra- vers une zone de séchage maintenue à environ l62 0. L'acide volatil joue le rôle de catalyseur de déshydratation et il aide à produire une nouvelle modification de la surface de la fibre de verre dans la zone de séchage chaude. Cette déshydratation de surface est très différente de toute déshydratation de la structure interne d'une composition siliceuse.
Au lieu d'utiliser de l'acide acétique, on peut utiliser d'autres acides volatils qui se vaporisent complètement sur des fibres de verre à des températures de l'ordre de 175-200 C, par exemple l'acide nitrique, l'acide oxalique, l'acide citrique et l'acide formique. Bien que l'on utilise seulement des quantités minimes de catalyseur, il n'est généralement pas désirable de produire des impuretés à la surface de la fibre de verre en utilisant des acides qui laissent un résidu à 200 C, par exemple l'acide chlorhydrique, l'acide bromhydrique et l'acide sulfurique.
Etant'donné que l'acide a simplement pour rôle de catalyser la déshydratation à chaud, il peut avoir une large gamme de concen- tration, généralement de 5 à 25 %, et de préférence environ 10 %.
Il ne faut pas utiliser d'aoides concentrés, comma 1 acide sulfu- rique à 100% ou à 98 %. Etant donné que le but est de réduire au minimum l'entraînement en solution et d'appliquer le catalyseur acide sur la fibre fraîchement formée, le contact entre l'acide et la fibre doit être bref,de préférenoe une seconde environ seulement. On peut faire passer la fibre à travers un brouillard d'acide dilué, ou bien on peut la revêtir d'une autre manière.
On peut utiliser au stade final de séchage de la fibre toute température qui est notablement inférieure au point de fusion de
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la fibre, et on assure ainsi une volatilisation adéquate de tout resta de catalyseur.
.Au lion d'utiliser un acide dilué comme catalyseur de déshydratation, on peut utiliser un solvant organique qui est miscible à l'eau.Par exemple, on peut plonger pendant une se-. oonde des fibres de verre fraîchement formées dans uno solution. de dioxane à 50% et sécher les fibres revêtues à 175 C.
Le catalyseur de déshydratation peut aussi. être une so- lution aqueuse d'un sel de zirconium. On plonge pendant 1 se- conde dans une solution à 10 % d'acétate de zirconium des fi- bres de verre préparées suivant l'un ou l'autre des exemples 4 à 10, et on sèche à 175 C les fibres revêtues de catalyseur.,
Exemple 12.
On prépare des compositions de filage de verre en sui- vant les procédés généraux des exemples précédent$appropriés, mais en modifiant les compositions dans le but d'en.connaître les limites. On n'obtient de fibres satisfaisante.s que si la composition visqueuse contient non seulement du silicate de sodium et/ou de potassium, mais aussi une quantité mesurable d'uncomposé oxygéné d'au moinsun métal dont les oxydes ren- trent dans le groupe des constituants de verre non alcalins, par exemple 1"anhydride borique, l'alumine, l'oxyde de zirco- nium, l'oxyde de titane, l'oxyde de zinc, la chaux vive, l'oxyde de baryum, l'oxyde de germanium, l'oxyde de hafnium, l'anhydride phosphorique, l'oxyde de plomb, l'oxyde de thorium, l'oxyde de béryllium, et l'anhydride tungstique .
On obtient des avantages en concentrant la composition finale de filage de verre pour ramener sa teneur en eau à moins de 62,5 %, tout en gardant dans cette composition au moins 37,5 % d'eau. Les compositions de filage de verre ont une viscosité supérieure à 14 poise-s et sont des liquides visqueux qui peuvent s'écouler sous fourme de. cou- rant dont le diamètre se contraote en traversant la zone
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d'allongement. Pour former des fibres de verre avec la compo- sition de filage de verre, on forme un oourant du liquide vis- queux, on applique des forces pour allonger le courant d'au moins dix fois, en ramenant ainsi le diamètre du oourant li- quide à un tiers de son diamètre initial au maximum. Dans la zone d'évaporation, la pression partielle d'eau est d'au moins 10 mm.
On forme des fibres de verre par synérèse et par déshy- dratation pratiquement oomplète de la composition de filage.
L'efficacité de la déshydratation est indiquée par la forte densité et la forte résistance à la traction des fibres ter- minées.
Exemple 13.
On fait une série de mesures et d'essais sur un groupe de fibres. Pour mesurer le diamètre des fibres, on observe la fibre au microscope en même temps qu'une série de fibres de verre de diamètre connu. On calcule les aires de section trans- versale d'après le diamètre de la fibre. Pour mesurer la résis- tanoe d'une fibre à la traotion, on mesure la charge libre sup- portée par la fibre et on oalcule le rapport entre la charge et l'aire de seotion transversale de la fibre. Une portion supé- rieure d'un échantillon de fibre est maintenue fermement et un plateau de poids connu est suspendu à une portion inférieure de la fibre. On place dans le plateau des'-poids supplémentaires d'ordre analytique, jusqu'à ce que la fibre se brise.
On calcule la résistance à la traction d'après le poids maximum ainsi sup- porté par la fibre, par rapport à l'aire de section transversale de la fibre. Une fibre qui a un diamètre de 4 miorons et donc une aire de section transversale de 1,26 x 10-7 cm2, et qui supporte 12,6 g, présente une résistance à la traction de 105 kg/om2. De même, une fibre de 10 microns qui supporte un poids de 5,60 g mais qui se brise avec 5,61 g aura une résistance à la traction de 7 000 kg/om2.
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Les fibres de verre commerciales fabriquées à partir de verre fondu ont généralement une résistance à la traotion qui diminue après 24 heures d'immersion dans l'eau. On mesure la sensibilité d'une fibre à l'eau par le test de résistance à l'état humide après 24 heures d'immersion. Une fibre résistant aux acides ne subit auoun changement détectable à l'examen mi- oroscopique lorsque la fibre a été plongée dans l'acide sulfu- rique à 98% pendant 8 heures et complètement rincée à l'eau.
Une fibre résistant à la chaleur ne subit aucun changement no- table quand on l'expose pendant quelques secondes à la zone réductrice d'une 'flamme de gaz très douce. Les fibres'des exemples résistent au test de la flamme à peu près aussi bien que les fibres de verre fondu du commerce. On peut préparer des fibres de verre suivant les exemples de façon telle-qu'elles - résistent au test de la vapeur, qui consistera placer la fibre pendant 15 minutes au-dessus d'un récipient d'eau bouillante.
Les résultats de quelques essais sont indiqués ci-dessous :
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