DD202280A5 - Glaszusammensetzung zur herstellung von fasern - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Glaeser, die in Form von Stapelfasern gezogen werden koennen. Diese Glasfasern enthalten folgende Oxide in den so festgelegten Gewichtsprozenten: SiO tief 2: 37...48%; Al tief 2 O tief 3: 17...25%; CaO: 23...33%; MgO: 0,1...7%; Fe tief 2 O tief 3: 0,1...3%; Na tief 2 O: 2...8%; K tief 2 O: 0,1...7%, wobei die Summe der prozentualen Anteile der Erdalkali-Oxide unter oder gleich 34 % ist, und die Summe der Alkali-Oxide ueber 5 % liegt. Die Erfindung ist insbesondere auf die Herstellung von Isoliererzeugnissen anwendbar, die bis auf 700 Grad C erhitzt werden koennen.
Description
15 HS 55 ~Λ~ * <* I / 3 ö
Zur Faserherstellung geeignetes Glasgemenge Anwendungsgebiet der Erfindung:
Die Erfindung betrifft Gläser, die sich zum Faserziehen, insbesondere durch Wirkung von Druckmedien, eignen.
Sie betrifft speziell Gläser, die durch Einwirkung eines Mediums auf aus vielen Öffnungen austretende Glasströme in Form .von Stapelfasern gezogen werden können.
Die üblicherweise verwendeten Glasgemenge zur Herstellung von Stapelfasern sind ein Kompromiß zwischen den gewünschten Eigenschaften dieser Glasfasern und den Belastungen, die die industriellen Verfahren mit sich bringen. Das meist angewendete Verfahren besteht darin, einen Hohlkörper, der sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, mit Glasschmelze zu speisen. Dieser Körper hat eine mit vielen öffnungen perforierte Umfangswand,' durch die das Glas unter Wirkung der Zentrifugalkraft horizontal gespritzt wird. Auf diese Weise bilden.sich Primärfäden, die dann von oben nach unten durch Flammenwirkung oder Wirkung eines Gasstromes zu Fasern gezogen werden. Die Art des zur Herstellung des Hohlkörpers verwendeten Materials erfordert Gläser, deren Eigenschaften das Faserziehen bei Temperaturen unter 1 200 0C gestatten.
Gemenge dieser Art werden insbesondere im französischen Patent 1 355 739 beschrieben.
Die aus diesen herkömmlichen Gläsern gewonnenen Glasfasern ?/erden zur Herstellung zahlreicher Isoliererzeugnisse verwendet, die allen Ansprüchen·genügen, wenn sie relativ niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden, die kaum 400 0C- überschreiten. Über 450 0C zerfallen diese Produkte recht
schnell infolge einer Strukturveränderung der Gläser, die
24 1738 2
sich, stofflich, in einem' mehr oder weniger starken Zusammensacken der genannten Produkte niederschlägt, die vor allem eine bedeutende Minderung ihrer Isoliereigenschaften verursacht.
Die Gewinnung von Isoliererzeugnissen, die eine bessere Festigkeit gegen das Zusammensacken als Folge von thermischen Beanspruchungen aufweisen, wird somit notwendigerweise über die Verwendung von Gläsern erreicht, die bei höheren Temperaturen weich zu werden beginnen als die herkömmlichen Gläser.
Einige lösungen wurden bereits vorgeschlagen, wie z.B. die Verwendung von Gläsern aus Basaltgestein oder die Reproduktion der Zusammensetzung dieser Naturprodukte. Aus diesen Gläsern erfolgt die Faserherstellung durch Verfahren, bei denen die Glasschmelze auf ein mit hoher Geschwindigkeit drehendes Rad aufgebrachte Glasschmelze zentrifugiert wird oder Glasströme, die 'aus einer aus einer Platinlegierung bes-tehenden Spinndüse austreten, durch ein Medium zu Fasern ausgezogen werden.
Diese hitzebeständigeren Gläser haben effektive Umwandlungstemperaturen T (Transformationstemperatur) die annäherhdTeiner Viskosität Tj , in Poise oder in Dezipascalsekunden ausgedrückt, wie log Y) = 13 entsprechend von mindestens 650 G, während sie für die herkömmlichen Gläser nur etwa 540 0C beträgt.'
Gleichzeitig haben diese Gläser einen hohen Gehalt an Eisenoxid, der oft über 8 Gew.-?S liegt, was nicht ohne gewisse Nachteile ist: Bekanntlich verursacht die Herstellung dieser Gläser, die in mit Molybdän-Elektroden ausgestattete Elektroöfen erfolgt, einen beschleunigten Verschleiß dieser Elektroden. Es ist ebenfalls bekannt, daß die Gläser mit hohem Eisengehalt hinsichtlich ihrer Temperatur und somit ihrer Viskosität schwer zu homogenisieren sind, was sich, beim Faserziehen durch die Bildung einer größeren Anzahl von Fehlern auswirkt, die unter der Bezeichnung "Glasperlen" bekannt s ind.
Die Erfindung hat Glasfasergemenge zum Gegenstand, die eine hohe Transformationstemperatur T und relativ niedrige Temperaturen für die praktisch für das Paserziehen geeigneten Viskositäten haben, ohne daß sie die Nachteile der bekannten Gläser aufweisen.
Die Erfindung hat ebenfalls Glasfasergemenge zum Gegenstand, die gleichzeitig relativ niedrige Temperaturen für die praktisch zum Paserziehen1geeigneten Viskositäten und eine ausreichend große Differenz zwischen der Liquidustemperatür und diesen Temperaturen haben.
Die Erfindung besteht im wesentlichen aus Gläsern in Form von Glasfasern, deren Zusammensetzung folgende Oxide in den folgendermaßen festgelegten Massenanteilen enthält:
Verunreinigungen unter 3 %
Die Summe der Gehalte an netzwerkbildenden Oxiden, das heißt von Kieselerde und Tonerde, muß zwischen 55 und 65 Gew.-% gehalten werden. Dadurch können insbesondere Gläser hergestellt werden, deren Gehalt an Netzwerkbildner-Oxiden ausreichend hoch ist, um eine gute Eignung zur Faserherstellung zu sichern, ohne daß jedoch die Viskosität zu stark erhöht wird. In diesem Zusammenhang wird die Erhöhung der Temperaturen, die sehr hohen Viskositäten entsprechen, insbesondere T . dadurch erreicht, daß das Verhältnis Alo0n/Si0o vorzugsweise über 0,4 gehalten wird,
| 37 .. | . 48 |
| 17 .. | . 25 |
| 23 .. | .33 |
| 0,1 . | . 7 |
| 0,1 . | . 3 |
| 2 .... | . 8 |
| 0,1 . | . 7 |
ih j /a 8 2
Die Summe der erdalkalischen Oxide, die zum größten Teil durch Kalk dargestellt werden, muß zwischen 24 und 34 °? gehalten v/erden. Unter 24 ίδ beginnt die Temperatur ^n. spürbar abzusinken und über 34 % ist die Differenz zwischen der Fsserzlehtemperatux und der Liquidustemperatur zu gering, um gute Bedingungen für die Faserherstellung zu erhalten. Der Kalkfrehelt wird auf einem "rert unter oder gleich 33 ^ gehalten, weil darüber die korrosive Wirkung dieses Oxids, insbesondere auf die Feuerfeststoffe, aus denen die Wände der Glasschmelzeen bestehen, zu stark wird.
Im Vergleich zu den Basalt gläsern können durch Beimengung eines hohen Kalkgehalts gleichzeitig die gleichen Faserziehtemperaturen erreicht und die Temperaturen für hohe Viskositäten, insbesondere Τσ, hoch gehalten werden.
to
Bei den erfindungsgemäSen Gläsern sinkt die Temperatur Tg, wenn man die Menge von Magnesiumoxid zuungunsten von Kalk erhöht und die Summe der Gewichtsprozente dieser beiden Oxide konstant hält. Aus diesem Grund darf !Magnesiumoxid nur in sehr geringer !.!enge beigemengt werden, hauptsächlich, um die Rekristallisation des Glases in annehmbaren Grenzen zu halten.
In dieser Voraussicht sind die geeignetsten Glasgemenge diejenigen, für die das Verhältnis HgO/CaO unter 0,2 bleibt.
Die Beimengung, von Alkali-Oxiden und Bisenoxid, letzteres in geringer Menge, gestattet die Regulierung der Viskosität bei hoher Temperatur, ohne da3 die Temperatur Τσ merklich verringert wird.
Der Vorzugsbereich der erfindungs-emäBen Glasgemenge ist durch folgende Gewichtsgrenzen festgelegt:
'IkM
| SiO | 2 | 3 |
| CaO | ||
| MgO | °3 | |
| Pe2 | 0 | |
| Ua2 | ||
| κ2ο |
| 38 ... | 44 % |
| 17,5... | OO of |
| 25 ... | 29 % |
| 0,1 ... | |
| 0,5 ... | 2,5 % |
| 2 ' ... | O /o |
| 0,1 ... | C at Ό /O |
| als | "3 Of |
Verunreinigungen wenig«
In diesem Vorzugsbereich liegt die Summe der Gehalte von Kieselerde und Tonerde vorzugsweise zwischen 58 und 62 %. Dadurch können, neben der Rolle, die diese Oxide τ wie vorher dargelegt - spielen, die Rekristallisationseigenschaften verbessert werden.
In diesem Bereich liegt auch die Summe der Erdalkali-Oxide vorzugsweise zwischen 25 und 32 %. Des weiteren wird die Summe Kalk + Tonerde vorzugsweise zwischen 45 und 50 % gehalten. Diese verschiedenen Begrenzungen ermöglichen ebenfalls, die Rekristallisation zu mindern und die obere Rekristallisationstemperatur unter 1300 G zu halten.
Die Summe der Gehalte der Alkali-Oxide muß über 5 % und vorzugsweise unter 11 % liegen, wodurch am besten gleichzeitig eine so hoch wie mögliche Temperatur T0, beibehalten und die Temperaturen für die zum Faserziehen geeigneten Viskositäten reguliert werden können.
Der Einfluß dieser verschiedenen Oxide wird durch die im Anhang in Tabelle I als Beispiel gegebenen unterschiedlichen Gläser verdeutlicht.
Die erfindungsgemäßen Glasfasern können durch verschiedene, dem Fachmann bekannte Verfahren und Vorrichtungen hergestellt werden. So können sie durch Ziehen von aus vielen feststehenden Öffnungen austretende Glasströme durch ein Medium hergestellt v/erden. Dabei ist zu unterstreichen, daß die erfindungsgemäßen Glasgemenge für das Verfahren und
die Vorrichtung geeignet sind, die insbesondere im französichen Patent 2 223 318 beschrieben sind.
Die erfindungsgemäßen Gläser haben im wesentlichen die gleichen Transformationstemperaturen T wie Basaltgläser, die mindestens gleich. 650 0C sind. Dank dieser Eigenschaft können die aus den erfindungsgemäßen Gläsern gewonnenen Glasfasern zur Herstellung von Erzeugnissen verwendet werden, die auf hohe Temperaturen erwärmt werden können, die für Isoliererzeugnisse nahe 700 C liegen, ohne daß sich ihre Form und ihre Maße bemerkenswert ändern.
Dies zeigtr eine der Methoden, die zum Testen der Hitzebeständigkeit der Glasfasererzeugnisse und zur Festlegung ihres Anwendungsbereichs entwickelt wurden.
Diese standardisierte Methode (Bonn DIIT 52 271) besteht im. wesentlichen darin, auf eine Glasfasermatte mit einer bekannten Dichte einen bestimmten Druck auszuüben, das Ganze unterschiedlichen "Temperaturen auszusetzen und die Temperatur zu bestimmen,, bei der ein Zusammensacken dieser Matte um 5 % festgestellt wird.
Die im Anhang in Tabelle II zusammengestellten Ergebnisse wurden ausgehend von Glasfasermatten erhalten, deren Dichte
"3 ' 2
100 kg/m betrug und die einem Druck von 981 U/m ausgesetzt wurden.
Die Ergebnisse zeigen, daß die durch Beispiel 1 veranschaulichten erfindungsgemäßen Gläser eine beachtliche Hitzebeständigkeit im Vergleich zu einer Anzahl bekannter Gläser (Beispiel 4), aufweisen.
Mit den erfindungsgemäßen Gläsern können dank ihrer Eigenschaften und ihrer Anpassung auf ein leistungsfähiges Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung - wie die vorher genannten - Fasererzeugnisse ausgezeichneter Qualität her-
241 7
gestellt werden, die sich, für viele Anwendungen eignen. So zeigt, sich, das vorher beschriebene gute Verhalten der Glasfasern auch in einer guten Festigkeit gegenüber Vibrationen bei hohen Temperaturen, und es gestattet, ausgezeichnete Produkte für die Schalldämpfung bei hohen Temperaturen herzustellen.
Auf dem Gebiet der industriellen Wärmeisolation werden die erfindungsgemäßen Pasern vorteilhaft in Form von geometrisch, genau definierten und durch, ein Polymerisationsbindemittel versteiften Platten oder in Form von röhrenförmigen Erzeugnissen für die Isolation von Rohrleitungen, die gewöhnlich, als Schalen bezeichnet werden, verwendet.
Die erfindungsgemäßen Fasern können auch in Form von auf Pappe oder Metalldraht gehefteten Matten, in Form von Schnüren oder sogar lose gestopft verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Fasern können zur Herstellung von Produkten für den Feuerschutz, wie beispielsweise feuerfeste Wände, verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Fasern- können ebenfalls als Bestandteil für die Herstellung von Erzeugnissen für die Schalldämpfung (Schalldämpfer) verwendet werden, die auf und/oder in Leitungen von mit hohen Temperaturen transportierten flüssigen oder gasförmigen Medien angebracht werden.
Generell ersetzen die erfindungsgemäßen Pasern vorteilhaft eine Anzahl von bekannten Pasern in einer Vielzahl von Anwendungen wie die Anwendung als Verstärkungsmittel von halbstarren Körpern oder starren Körpern, die auf hohe Temperaturen erhitzt werden können.
| 1 | 1 | 3 | 1 | ΓΠ J. | 2 | Λ32 | 4 | LLE I | 8 | 1 | e I | 4 | 7 | 1 | 5 | 1 | 1 | 6 | 4 | |
| Oxide | 1 | 42, | 5 | 1 | B | 39, | e | 9 | i s ρ | 1 | 40, | 9 | 1 | 40, | 1 | 1 | 42, | 0 | ||
| 1 | 18, | 7 | 1 | 18, | 7 | 3 | 4 | 1 | 17, | 8 | 1 | 20, | 7 | 1 | 13, | S | ||||
| SiO9 | 27, | 3 | 28, | β | 33 | 7 | 31, | 2 | 27, | 5 | 24, | 3 | ||||||||
| U2O3 | 1 | 0, | 7. | 1 | 0, | 9 | 23, | α | 1 | 1, | Q | Ί | ο, | 8 | 1 | 2, | α | |||
| GaO | 1, | 3 | 1, | 6 | 27 | 3 | 1, | 6 | 1, | ρ | Ί, | 7 | ||||||||
| MgO | 4, | 3 | 4, | ο, | Q | 1 | 4, | Q | 7 | |||||||||||
| Fe2O3 | 4, | 9 | 5 | 9 | 1, | 3, | 8 | 4, | 8 | 4, | 0 | |||||||||
| 0, | 0, | 3, | ο, | O5 | 2, | |||||||||||||||
| κ2ο | 682 | 682 | 4, | 691 | 68r1 | 677. | ||||||||||||||
| ο, | ||||||||||||||||||||
| 693 | ||||||||||||||||||||
| 143 | 118 | 126 | 136 | 133 | ||||||||||||||||
| 300 | 267 | 265 | 285 | 300 | ||||||||||||||||
| 363 | 329 | 1172 | 323 | 343 | 375 | |||||||||||||||
| 1324 | ||||||||||||||||||||
| 230 | 280 | 1390 | 280 | 260 | 240 | |||||||||||||||
| 1330 | ||||||||||||||||||||
| Verunreinigungen | ||||||||||||||||||||
| h | ||||||||||||||||||||
| Temperatur | ||||||||||||||||||||
| (0C), die ent | ||||||||||||||||||||
| spricht : | ||||||||||||||||||||
| 1000 Poise | ||||||||||||||||||||
| 100 Poise | ||||||||||||||||||||
| 50 Poise | ||||||||||||||||||||
| Liquidus | ||||||||||||||||||||
| (0C) | ||||||||||||||||||||
Max. "Ja c he turnsgeschwindigkeit (/u. min"1) 13,3 29 31,6 .33 20 29,8
Temperatur (0G), die der Höchstgeschwindigkeit entspricht 1150 1050 1135 1115 1100 1100
1 7
| Ur | . 1 | 3 | 0C | Tabelle | II | Ir. | 4 | ,9 | Hr. 5 | |
| Oxide | erfin- dungs- Paser | 5 | Hr. 2 | ϊΓγ. 3 | Basalt faser . | ,9 | Milch glas faser | |||
| 42, | 7 | bekann te Glas faser | Gesteins faser | 45 | ,5 | 41 ,4 | ||||
| SiO2 | 18, | 3 | 64,6 | 47,0 | 12 | ,3 | 11,7 | |||
| Al2O3 | 27, | 7 | 2,9 | 14,6 | 10 | ,6 | 40,6 | |||
| GaO | O, | 3 | 6,5 | 18,4 | 9 | ,1 | 4,0 | |||
| MgO | 1, | 3 | 3,0 | 8,5 | 12 | ,2 | 0,8 | |||
| Pe2O3 | 4, | 0,4 | 6,5 | 3 | ,8 | - | ||||
| ITa2O ' | 4, | 13,8 | 2,6 | . 1 | - | |||||
| κ2ο | - | 1,0 | 0,5 | 2 | - | |||||
| TiO2 | - | - | 0,6 | - | 0,7 | |||||
| MnO | - | - | - | - | - | |||||
| B2O3 | - | 9 | 5,0 | - | - | ,7 | - | |||
| BaO | - | 2,4 | - | 0G " | - | |||||
| ZnO | O, | - | - | 1 | 0,8 | |||||
| Verunrei nigungen | 675 | Q-, 4 | 1,3 | 650 | 700 0C | |||||
| Zusammen sacktem peratur - (5 %) | 515 0G | 640 0G | ||||||||
Claims (16)
1. Glasfasern, gekennzeichnet dadurch., daß ihre Zusammensetzung die folgenden Oxide in den so festgelegten Gewichtsprozenten einschließt:
Of
/ο
SiO2 37 ... 48 Al2O3 17 ... 25 % OaO 23 ...33%
rtt
MgO 0,1 ... 7 70
Fe2O3 0,1 ... 3 % Me2O 2 ... Q %
0,1 ... 7
Verunreinigungen weniger als 3 ^
und die Summe der prozentualen Anteile der Erdalkali-Oxide unter oder gleich 34 % bleibt, und die Summe der Alkali-Oxide über 5 % liegt.
2. Glasfaser nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis Al3O3 : SiO2 über 0,4 liegt.
3. Glasfaser nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis EIgO : CaO unter 0,2 liegt.
4 1 7
4. Glasfaser nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß sie gewichtsmäßig besteht aus:
SiO0 38 ... 44 ^
Al2O3 17,5 ... 22 %
CaO 25 ... 23 %
- MgO 0,1 ... 5 %
Pe2O3 ' 0,5 ... 2,5 %
Ua0O 2 ... 6 %
K2O O,1 ... 6 %
und die Summe der prozentualen Anteile der Erdalkali-Oxide unter oder gleich -32 % bleibt.
5. Glasfaser nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Summe SiO2 + AIpO zwischen 58 und 62 % liegt.
6. Glasfaser nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Summe Al2O- + CaO zwischen 45 und 50 % liegt.
7. Glasfaser nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Summe der Alkali-Oxide ITa2O + KgO gleich oder unter 11 % ist,
8. Glasfaser nach den Punkten 1 Ms 7, gekennzeichnet dadurch, daß ihre gewichtsmäßige Zusammensetzung folgende ist:
. SiO2 42,3. % Al0O 18,5 %
CaO 27,7 % MgO 0,3 % Pe2O3 1,7 % Na2O 4,3 % K2O ^,3 % Verunreinigungen 0,9 %·
9. Glasfaser nach den Punkten 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß ihre gewichtsmäßige Zusammensetzung folgende ist:
SiO2 39,4 %
Al2O3 18,9 %
CaO 28,7 %
MgO- . 0,6%
Pe2O3 1,9%
Ha2O 4,6 %
K2O 5 %
Verunreinigungen 0,9 %.
10. Erzeugnisse für die Wärmeisolation, die aus Glasfasern hergestellt werden, die nach den vorhergehenden Ansprüchen definiert sind.
24 1 7
11. Runde Hohlkörper oder Schalen für die Isolation von Rohrleitungen, die aus Glasfasern gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 hergestellt werden.
12. Platten, die teilweise oder vollständig aus Glasfasern gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 hergestellt v/erden.
13· Starre oder halbstarre Körper, die mit Glasfasern gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 verstärkt werden.
14· Feuerschutzelemente, die zum Teil Glasfasern gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 enthalten.
15· Produkte für die Schalldämmung, die aus Glasfasern gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 hergestellt werden.
16. Teile für die Schalldämmung (Schalldämpfer), die auf und/oder in Leitungen von mit hohen Temperaturen transportierten flüssigen oder gasförmigen Medien angebracht werden, die Glasfasern gemäß den -Ansprüchen 1 bis 9 enthalten.
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