DE1094937B

DE1094937B - Zur Herstellung von Glasfasern nach dem Schleuderblasverfahren geeignetes Glas

Info

Publication number: DE1094937B
Application number: DEO5188A
Authority: DE
Inventors: William W Welsch
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1955-11-25
Filing date: 1956-11-08
Publication date: 1960-12-15
Also published as: BE552902A; US2877124A; GB811243A; FR1160584A; NL111147C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Glaszusammensetzung, die sich insbesondere zur Herstellung von Glasgegenständen, vorzugsweise Glasfasern, eignet.

Zentrifugal- oder Schleuderherstellungsprozesse erfordern Glaszusammensetzungen mit besonderen physikalischen Eigenschaften, damit ein Produkt von hoher Qualität mit verhältnismäßig geringen Kosten entstehen kann. Bei derartigen Schleuder- oder Zentrifugalverfahren wird in einem mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit umlaufenden Spinnkopf das in Fasern auszuziehende Schmelzgut eingeführt. Dieses Schmelzgut tritt dann durch öffnungen in der Begrenzungswandung des Spinnkopfes als einzelne Körper aus, die im allgemeinen radial zum Spinnkopf in einen ringförmigen, von einem Brenner oder einer Luftverteilungsleitung kommenden Blasstrom eintreten. Innerhalb dieses Blasstromes erfolgt das Ausziehen dieser Glaskörper in Fasern geringen Durchmessers.

Es hat sich nun gezeigt, daß eine geeignete Glaszusammensetzung zur Herstellung von Glasfasern nach einem Schleuderausziehverfahren gewonnen wird, wenn es wie erfindungsgemäß folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent

Si O₂ 52 bis 64 Gewichtsprozent

Al₂ O₃ 2 bis 5 Gewichtsprozent

CaO 5 bis 10 Gewichtsprozent

MgO 2 bis 6 Gewichtsprozent

Na₂O, K₂O, Li₀O ... 12 bis 18 Gewichtsprozent

B₂ O₃ 6 bis 11 Gewichtsprozent

und eine Verflüssigungstemperatur zwischen 870 und 950° C aufweist. Demgegenüber sind folgende Glaszusammensetzungen bekannt:

	I	II
	Glaszusammensetzung	Glaszusammensetzung
	Gewichtsprozent	Gewichtsprozent
SiO₂	40 bis 60	60 bis 65
Al₂O₃ ....	4 bis 18	2 bis 6
CaO'	¹⁵^²H Il9bis34	} 15 bis 20
MgO	4 bis 12 J
Na₂O .... K₂O	10bisl5	j 8 bis 12
Li₂O	—	—
B O	bis 6	2 bis 7

Zur Herstellung von Glasfasern

nach dem Schleuderblasverfahren

geeignetes Glas

Anmelder:

Owens-Corning Fiberglas Corporation, Toledo, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Bahr

und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte,

Herne, Freiligrathstr. 19

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 25. November 1955

William W. Welsch, Granville, Ohio (V. St ist als Erfinder genannt worden

wesentliche Be

Nach der bekannten Glaszusammensetzung I wird 15 bis 22% CaO zugegeben. Vorzugsweise liegt CaO und MgO in Anteilen von 20 bis 30% vor. Dieser hohe Anteil an CaO und MgO soll gemäß dieser Glaszusammenzetzung die Verflüssigkeitstemperatur steigern. Es wird jedoch nicht vorgeschlageD^aen/l^a _K. Anteil auf 5 bis 10% und den MgO-An/^{1 au}* ~ ^D1S 6% zu senken, wie es erfindungsgemäß /^rges, ^^ge^ wird. Erfindungsgemäß wird auch Cf. ^und nicht bis auf ihre vollen Äquivalent/*¹ ^ιηζ*% Statt dessen werden die Anteile an ψ T ganz bestimmten Bereichen angegeb/ ^Dle gibt die Lehre, daß CaO und ^ standteile sind. I ...

Bei der Herstellung von Glasz^mmensetzung fur die Fabrikation von Glasfasern/ommt es wesentlich auf die Auswahl der Bestand/le und insbesondere auf die Anteile der jeweilig/ Bestandteile an. Die Verflüssigungstemperatur tuft die Entlastungsgeschwindigkeit sind bei der/Herstellung von Fasern außerordentlich kritisch, M das Hinzufugen und Weglassen eines - einzig» Bestandteiles oder die Änderung irgendeines Anteiles führt zu Abweichungen, die die Unmöglic^eit, Fasern herzustellen, zur Folge haben können. '

Der bekannten Gl/szusammensetzung II ist zu entnehmen, daß das Verhältnis von CaO zu MgO vorzugsweise bei 4:1 liegen soll und ein solches von 1:1 zu wählen, nachteilig ist. Erfindungsgemaß wird da-

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gegen eine bevorzugte Zusammensetzung mit einem Molekularverhältnis von 1,5:1 verwendet. Dieses niedrige Verhältnis unterscheidet zusammen mit der Angabe des Bereiches von 7 bis 16% CaO und MgO die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung für die Herstellung von Glasfasern eindeutig von der Glaszusammensetzung II. Die Erfindung gibt die Lehre, daß CaO und MgO kritische Bestandteile sind. Die Verwendung höherer Anteile von CaO und MgO, wie sie in den Glaszusammensetzungen I und II vorgeschlagen sind, steigert in unzulässiger Weise die Verflüssigungstemperatur und macht diese Zusammensetzung völlig ungeeignet für den vorliegenden Zweck, wo eine niedrige Verflüssigungstemperatur erforderlich ist.

Die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen weisen eine Verflüssigungstemperatur von 870 bis etwa 1050° C auf. Die bevorzugte Zusammensetzung hat eine Verflüssigungstemperatur von 960° C und eine Temperatur von 1035° C bei 1000 Poise. Die oben als bevorzugte angegebene Glaszusammensetzung ist selbstverständlich nur ein Ausführungsbeispiel für den Erfindungsgegenstand, und die Anteile können innerhalb der angegebenen Bereiche schwanken. Diese verhältnismäßig niedrige Verflüssigungstemperatur ermöglicht es, die Glaszusammensetzung durch die Glasverarbeitungsvorrichtung mit verhältnismäßig niedrigen Temperaturen gehen zu lassen, so daß die Lebensdauer der Glasverarbeitungsvorrichtung einschließlich des Spinnkopfes usw. wesentlich verlängert wird. Die angegebene Glassorte weist eine geringe Neigung zur Kristallbildung und zum Kristallwachstum auf. Die Viskosität dieser Glassorte ist geringer als die üblicher Glaszusammensetzungen, die man früher beim Ausziehen von Glasfasern durch Dampf verwendet hat. Die Haltbarkeit dieser Glassorte ist außerordentlich günstig, und es hat sich herausgestellt, laß man die Haltbarkeit noch verbessern kann, indem an anorganische Salze, beispielsweise Aluminiumvfat, in das auf die Fasern aufzubringende Harz-

^Jiemittel einbaut,
.^besondere Boroxyd ist ein wesentlicher Bestand-

Y 'a. es die chemische Haltbarkeit liefert und die .^er 'sigungstemperatur sowie die Viskosität zu

Cal'^{heblichen Tdl herabsetzt}·
,. 'noxyd und Magnesiumoxyd sind eingebaut,

·»,. .^e kosität und die Herstellungkosten auf einem j -p fi¹¹*-¹¹ halten. Die Glaszusammensetzung nach

rdts b· ^{g zeichnet sich dadurch aus}> ^{daß s}i^{e be}' a-. · .^ei Mriger Verflüssigungstemperatur sehr . *> ' ^U1 geringe Kernbildungsgeschwindigkeit ^Za' j τ^°^{1 sehr} merkliche Mengen von Calciumoxyd und Mag,_{sium d enthälL} Calciumoxyd und Magne_SIumo_xyü,_<onnen gewöhnlich in Gläsern mit nieangem yerflm;_{gungspunkt nkht geduldet wer}den.

Au* α ^gen"'^{ß der} Erfindung zeigt es sich jedoch daß gerade _Cai_cium. _und Magnesiumoxyd wesentliche Bestand^ darstellen.

iitandioxyd und Z.konoxyd dienen zur Verbesserung_der Haltbarkeit,^ Flüssigkeit, der Viskosität, der Geschwmdigkeitsab.ahme, der Kristallformation usw. Jedoch sind Titai- _und Zirkonoxyde nicht wesentliche Bestandteile, u_ld „V, _{kann des}halb gegebenenfalls d.ese Zusätze zu- S%kung der Herstelhmgskosten der Glaszusammensetzungen weglassen. Der vorteilhafte Zusatz von Thand^xyd und Zirkonoxyd zu Glasern zum Herstellen von Glasfasern ist an sich bekannt.

Auch Aluminiumoxyd scheint kein wesentlicher Bestandteil zu sein, jedoch unterstützt es die geeignete Haltbarkeit des Glases. Aluminumoxyd kann auch durch Kieselsäure ersetzt werden. Die Zugabe von Aluminium- oder Titanoxyd, von Zirkonoxyd und Bariumoxyd unterstützt ferner die Verbesserung der Verflüssigungstemperaturen infolge der Komplexierung der Glasstruktur.

Natriumoxyd dient als Flußmittel zur Unterstützung des Schmelz Vorganges und zur Verminderung der Viskosität. Natriumoxyd kann man gegebenenfalls

ίο teilweise oder ganz durch Lithium- oder Kaliumoxyd ersetzen. Geringe Mengen von Lithiumoxyd und Kaliumoxyd zusammen mit Natriumoxyd verbessern die Haltbarkeit des Glases.

Zur Verbesserung der Haltbarkeit kann man ferner Eisenoxyd, Manganoxyd und Zinkoxyd in die erfindungsgemäßen Gläser einbauen, was an sich bei Gläsern zum Herstellen von Glasfasern bekannt ist. Im allgemeinen erhöhen sie jedoch die Viskosität und sollten deshalb nur in geringen Mengen zugegeben werden. Fluor stellt keinen wesentlichen Bestandteil der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen dar. Durch Einbau in geringen Mengen kann man jedoch die Viskosität senken und den Schmelzvorgang beschleunigen sowie die Haltbarkeit verbessern. Das Fluor muß als Calciumfluorid in Anteilen nicht über 2 Gewichtsprozent und vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,5 Gewichtsprozent zugegeben werden. Es hat sich gezeigt, daß sich die Fluorverbindung durch B₂O₃ ohne Verlust der erwünschten physikalischen Eigenschaften ersetzen läßt.

Die oben erwähnten Glaszusammensetzungen eignen sich besonders für die Verwendung bei Schleuderverfahren, bei denen der Spinnkopf mit verhältnismäßig geringen Temperaturen zur Vermeidung seiner Erosion und Oxydation betrieben werden soll. Niedrige Betriebstemperaturen lassen sich mit den erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen erreichen, wodurch der Spinnkopf und die andere Glasverarbeitungsvorrichtung eine größere Lebensdauer erhalten.

Außerdem liefern die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen bei der Verflüssigungstemperatur eine hohe Fließfähigkeit, so daß sich hochwertige Fasern mit sehr hoher Produktionsgeschwindigkeit erzeugen lassen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Zur Herstellung von Glasfasern nach einem Schleuderblasverfahren geeignetes Glas, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:

Si O₂ 52 bis 64 Gewichtsprozent

Al₂ O₃ 2 bis 5 Gewichtsprozent

CaO 5 bis 10 Gewichtsprozent

MgO 2 bis 6 Gewichtsprozent

Na₂O, K₂O, Li₂O 12 bis 18 Gewichtsprozent
B₂O₃ 6 bis 11 Gewichtsprozent

und mit einer Verflüssigungstemperatur zwischen 870 und 950° C.

2. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt von 2 bis 5 Gewichtsprozent Titandioxyd.

3. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt von 2 bis 6 Gewichtsprozent Zirkonoxyd.

4. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt von bis zu 8 Gewichtsprozent Eisenoxyd.

5. Glas nach einem der Ansprüche 2, 3 und 4, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:

Bestandteile Anteile

Si O₂ 52 bis 64 Gewichtsprozent

Al₂ O₃ 2 bis 5 Gewichtsprozent

Ca O 5 bis 10 Gewichtsprozent

MgO 2 bis 6 Gewichtsprozent

Na₂O 12 bis 18 Gewichtsprozent

B₂ O₃ 6 bis 11 Gewichtsprozent

Ti O₂ 2 bis 5 Gewichtsprozent

Zr O₂ 2 bis 6 Gewichtsprozent

BaO 2 bis 6 Gewichtsprozent

Fe₂ O₃ O bis 8 Gewichtsprozent

Mn O O bis 8 Gewichtsprozent

Zn O O bis 2 Gewichtsprozent

6. Glas nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:

Bestandteile Anteile

Si O₂ 60,04 Gewichtsprozent

Al₂ O₃ 3,26 Gewichtsprozent

CaO 8,24 Gewichtsprozent

MgO 3,96 Gewichtsprozent

Na₂ O 14,31 Gewichtsprozent

B₂ O₃ 10,05 Gewichtsprozent

Fe₂O₃ 0,14 Gewichtsprozent

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 763 108, 868 495;
schweizerische Patentschrift Nr. 260 813;
französische Patentschrift Nr. 1 057 552.