DE2847283C3 - Zur Herstellung von feuchtigkeitsfesten Glasfasern nach dem Schleuderblasverfahren geeignetes Glas auf der Basis SiO↓2↓-Al↓2↓O↓3↓-CaO-(MgO)-Na↓2↓O-(K↓2↓O)--B↓2↓O↓3↓-ZnO - Google Patents

Zur Herstellung von feuchtigkeitsfesten Glasfasern nach dem Schleuderblasverfahren geeignetes Glas auf der Basis SiO↓2↓-Al↓2↓O↓3↓-CaO-(MgO)-Na↓2↓O-(K↓2↓O)--B↓2↓O↓3↓-ZnO

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Description

SiO2-Al2O3-CaO-(MgO)-Na2O-(K2O)-B1O3-ZnO
ist bekannt (DE-AS 10 94 937), bei dem mit niedrigen Betriebstemperaturen gearbeitet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein zur Herstellung von Glasfasern besonders geeignetes Glas anzugeben, welches bei niedrigen Arbeitstemperaturen die Herstellung von feuchtigkeitsfesten Glasfasern ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Glas der im Oberbegriff von Anspruch 1 beschriebenen Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Palentanspruch 1 gelöst.
Gegenüber dem in der DE-AS 10 94 937 angegebenen Glas zeichnet sich das erfindungsgemäße Glas dadurch aus, daß auf den MgO-Anteil bis auf übliche Unreinheiten verzichtet wird und die Temperatur bei einer Viskosität von 100 Pa χ s wesentlich gesenkt werden kann. Die Beständigkeit der aus dem erfindungsgemäßen Glas gewonnenen Fasern mit feinem Durchmesser gegenüber einem chemischen Angriff durch Wasser wird durch Eintauchen von Einzelfaserproben mit fünf Mikrometer in reinem Wasser bei einer Temperatur von 10O0C und einer Dauer von eiiu r Stunde festgestellt. Der Gewichtsverlust bewegt sich zwischen 2,1 % und 3,0%.
Durch die Erfindung wird demnach ein Glas geschaffen, das eine Faserbildung durch das Schleuderblasverfahren bei niedrigen Betriebstemperaturen erlaubt. Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Glas eine geringe Liquidus-Temperatur sowie einen guten Widerstand gegenüber einer Kristallbildung auf. Schließlich sind die aus diesem Glas gebildeten Fasern in hohem Maße widerstandsfähig gegenüber einem chemischen Angriff, insbesondere Feuchtigkeit.
Des weiteren zeichnet sich das erfindungsgemäße Glas durch ausgezeichnete fluide Eigenschaften aus, wodurch bei relativ geringen Betriebstemperaturen hohe Prodiiktionsraten erzielbar sind. Auch wird der Verschleiß und die Korrosion des Metallrotors, welcher für das Faserbildungsverluhren verwendet wird, minimi et.
i se gegenüber den bekannten Gläsern erzielten Vorteile, insbesondere hoher Feuchtigkeitswiderstand und verbesserte Verarbeitung?- und Betriebseigenschaf-
ten, und insbesondere geringe Viskosität bei geringen Temperaturen sind bedingt durch die kombinatorische Zusammenwirkung oder Wechselwirkung wesentlicher Oxidbestandteile in einem relativ geringen Bereich, wodurch das erfindungsgemäße Glas gekennzeichnet ist.
Tabelle I
Die nachfolgende Tabelle 1 gibt ?n Gewichtsteilen eine Analyse einiger Glassorten an, welche getestet worden sind, wobei sechs Beispiele des erfindungsgemäßen Glases beinhaltet sind. Die Verarbeitungs- und chemischen Eigenschaften dieser sieben Gläser sind wie iolgt:
1 2 3 4 5 6 7 D
SiO2 55,0 55,2 55,4 55,2 54,5 55,3 57,0 ±0,4
Al2O3 3,6 3,6 3.2 3,6 3,8 3,3 3,6 ±0,3
CaO 11.5 11,8 14,7 11,7 11,0 10,8 10,1 ±0,4
Na2O 17,8 16,5 16,5 17,0 16,3 17,1 17,2 ±0,3
B2O3 9,8 9,7 8,7 9,7 10,0 11,1 9,2 ±0,3
ZnO 1,5 1,4 — 1,4 1,5 1,3 1,5 ±0,2
Fe2O3 0,13 0,05 0,08 0,08 0,05 0,06 0,08 ±0,2
K2O 0,4 1,2 0,7 0,7 2,7 0,7 0,7 ±0,2
MgO 0,2 0,3 0.6 0,4 0,2 0,3 03 ±0,2
SO3 0,1 0,2 0,1 0,2 0.1 0,1 0,3 ±0,05
Erweichungspunkt, °C 657 661 657 657 657 653 661
Liquidus, °C 949 949 1007 938 938 932 927
%-Gew.-Verlust n.m,*) 2,1 4,4 2,3 n.m.*) 3,0 2,3
Wassertest
Vol. von neutralisierendem n.m.*) 4,2 9,9 4,4 n.m.*) 5,4 4,1
0,02 N
H2SO4 in ml pro 1002mH
Testwasser
Viskosität 921 943 935 943 932 932 927
0C bei 100 Pa χ s (geschätzt)
*) Nicht gemessen.
Sämtliche dieser Gläser mit Ausnahme von Beispiel 3 können i'Hedenstellend bei Rotorbetrieb zu Fasern verarbeitet werden. Beispiel 3 weist einen höheren Liquiduspunkt und eine niedrigere Viskosität auf und neigt zur Kristallbildung im Rotor aufgrund des hohen Liquiduspunkts, was die Herstellung von hochqualitativen Fasern verhindert. Die anderen Beispiele zeigen die exzellenten Verarbeitungseigenschaften auf, d. h. niedriger Erweichungspunkt, Liquidus und Viskosität sowie ausgezeichneter Widerstand gegen Feuchtigkeit, was durch den geringen Gewichtsverlust und die niedrige Alkaliauflösung in Wasser gezeigt ist.
Die mit »D« in Tabelle I überschriebene Spalte zeigt die normale prozentuale Abweichung einer jeden Komponente, welche vorliegen kann, um trotzdem ein Glas zu erzielen, das den aufgelisteten Gläsern äquivalent ist. Somit kann beispielsweise beim Glas der Nr. 1 der Siliciumdioxidbestandtei! von 55% um ±0.4% variieren, d. h. von 54,6% bis 55,4%, ohne irgendeine wesentliche Änderung der Giaseigenschaften. Die Anteile der anderen Bestandteile können selbstverständlich auch innerhalb der in Spalte >»D« aufgelisteten annehmbaren Grenzen variieren, um die Veränderung des Siliciumdioxid zu kompensieren. Alle Gläser, die innerhalb dieser Abweichungen für ein besonderes in Tabelle I aufgezeichnetes Glas fallen, sind demnach als identisch mit dem aufgelisteten Glas anzusehen.
Das Glas gemäß der Erfindung und die daraus hergestellten Glasfasern besitzen einen bevorzugten Bereich der Hauptbestandteile, der wk folgt angegeben ist:
Bestandteil Gewichtsteil
SiO2 54,5-57,0
Al2O3 3,3- 3,8
CaO 10,1-12,2
Na2O 16,2-18,1
B2O3 9.2-11,1
ZnO 1,2- 1,7
Spezifische Gläser, welche bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, sind in den Beispielen 1, 2 sowie 4, 5, 6 und 7 der Tabelle I angegeben. Diese Gläser besitzen ausgezeichnete Fluideigenschaften bei üblichen Arbeitstemperaturen bei der Faserherstellung durch Schleuderblasverfahren und können bei Temperaturen verwendet werden, die beträchtlich unterhalb den Temperaturen liegen, die allgemein für diese Faserherstellung verwendet werden, wodurch ein geringerer Verschleiß und geringere Korrosion der metallischen Spinneinrichtungen, die für das Schleuderblasverfahren verwendet werden, festzustellen ist. Die geringe Liquidustemperatur dieser Gläser erlaubt die Verarbeitung des Schmelzmaterials bei relativ geringen Temperaturen, wodurch die Gefahr der Entglasung oder Bildung von Kristallen während der Faserbildung ausgeschlossen wird. Darüber hinaus hat es sich herausgestellt, daß diese Gläser einen sehr guten Widerstand und eine große Beständigkeit gegenüber einem Feuchtigkeitsangriff aufweisen, wenn sie in Form von feinen Fasern vorliegen (Tabelle IV
Siliciumdioxid (S1O2) ist der grundlegende glasbildende Bestandteil. Geringere Mengen an Siliciumdioxid bedingen schlechtere Faserbildungseigenschaften. Größere Mengen erhöhen die Viskosität und erfordern höhere Temperaturen zur Faserbildung.
Aluminiumdioxid (AI2O3) trägt zur Beständigkeit bei und hemmt die Entglasung, erhöht aber auch die Viskosität, so daß übermäßige Mengen an Aluminiumdioxid vermieden werden müssen, da sonst die Glasschmelze zu viskos für die Faserbildung wird.
Kalziumoxid (CaO) trägt zur Beständigkeit gegenüber Wasserangriff bei und hilft darin, die Gläser bei der Verarbeitungstemperatur im Bereich von ungefähr 927° C bis 9820C fluide, also fließfähig zu halten.
Natriumoxid (Na2O) "ist das am meisten aktive Flußmittel und wird in den Gläsern dazu verwendet, die erwünschten Viskositätserfordernisse aufrechtzuerhalten. Üblicherweise müssen dessen Anteile beschränkt werden, da das Oxid hauptsächlich für den Wasserangriff der Gläser verantwortlich zeigt; allerdings ist das Glas gemäß der Erfindung mit der angegebenen Na2O-Menge außerordentlich beständig gegenüber Wasserangriff.
Boroxid (B2O3) dient als Flußmittel und ist ebenfalls notwendig, um die chemische Beständigkeit zu erhalten.
Zinkoxid (ZnO) ist ein Hauptbestandteil, welcher bei
Verwendung bis zu 3,5 Gew.-Teile im wesentlichen zur Beständigkeit gegenüber dem Wasserangriff beiträgt, eine größere Wirkung auf die Beständigkeit als ein äquivalentes Gewicht von CaO oder MgO besitzt. Falls ZnO nicht verfügbar ist, können zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit auch ΤΪΟ2 oder ZrO2 mit ungefähr 2 Gew.-Teilen verwendet werden.
Fe2O3, T1O2 und K2O liegen in den Gläsern in kleinen Beträgen als Unreinheiten des aus wirtschaftlichen Gründen verwendbaren Basismaterials vor.
Magnesiumoxid (MgO) ist ein Bestandteil, welcher in etwa die Eigenschaften der Zusammensetzungen in ähnlicher Weise wie Kalziumoxid beeinflußt. Es liegt ebenfalls als Unreinheit im Basismaterial vor.
Das SO3 resultiert aus der Verwendung von Sulfaten zur Unterstützung des Schmelzvorgangs oder rührt von Unreinheiten her.
2» Die Verwendung von allgemein verfügbaren wirtschaftlichen Basismaterialien kann dazu führen, daß kleine Beträge anderer Oxide, wie etwa BaO und SrO im Glas vorliegen, ohne den Rahmen der Erfindung jedoch zu verlassen.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Zur Herstellung von feuchtigkeitsfesten Glasfasern nach dem SchleuderblasVerffikren geeigne der Basis
SiO2 - Al2O3 - CaO - (MgO) - Na2O - (K2O) - B2O3 - ZnO
reeignetes Glas auf
gekennzeichnet in Gewichtsteiler, durch:
SiO2 54-57 Al2O3 3- 4 CaO 10-13 Na2O 16-19 B2O3 9-12 ZnO 1- 3,5
sowie durch eine Erweichungstemperatur von 653° C bis 66 Γ C, eine Liquidustemperatui von 9270C bis 20 949° C sowie durch eine Temperatur bei einer Viskosität von 1OO Pa χ s von 92 Γ C bis 943° C.
2. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet in Gewichtsteilen durch: 2">
SiO2 54,5-57,0 Al2O3 3,3- 3,8 CaO 10,1-12,2 Na2O 16,2-18,1 B2O3 9,2-11,1 ZnO 1,2- 1,7
3. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet in r> Gewichtsteilen durch:
SiO2 54,5-55,6 AI2O3 3,4- 3.8 CaO 11,0-12,2 Na2O 16,2-18,1 B2O3 9,4-10,0 ZnO 1,2- 1,7
sowie durch eine Erweichungstemperatur von b54° C ·»·> bis 66I0C.
4. Glas nach Anspruch 1, 54,8 - 55,6 gekennzeichnet Gewichtsteilen durch: 3,4- 3,8 SiO2 11,3-12,1 Al2O3 16,7-17,3 CaO 9,4-lO.d Na2O 1,2- 1.0 B2O3 ZnO
sowie durch eine Erweichungstemperatur von 654° C bis661°C.
5. Glas nach Anspruch
Gewichtsteilen durch:
gekennzeichnet in
SiO.
AI2O,
CaO
55,3 - 57,0
3,6- 3,8
10,1-10,8
Na2O 17,1 -17,2 B2O3 9,2 -11.1 ZnO 1,3 - 1,5
sowie durch eine Liquidusterr.peratur von 927" C bis 932°C sowie eine Temperatur bei einer Viskosität von 1OO Pa χ s von 927° C bis 932° C.
6. Glas nach Anspruch 4, gekennzeichnet in Gewichtsteilen durch:
SiO2 55,2 Al2O3 3,6 CaO 11,7 Na2O 17,0 B2O3 9,7 ZnO 1,4 Fe2O3 0,08 K2O 0,7 MgO 0,4 SO3 0,2
sowie durch eine Temperatur bei einer Viskosität von 100 Pa χ s von 943°C.
7. Glas nach Anspruch 3, gekennzeichnet in Gewichtsteilen durch:
SiO2
Al2Oi
CaO
Na2O
B2O3
Fe2O3
K2O
55,2
3,6
11.8
16,5
9,7
1,4
0,05
1.2
0.3
0,2
sowie durch eine Temperatur bei einer Viskosität von 100 Pa χ s von 943°C.
8. Glas nach Anspruch 3, gekennzeichnet in Gewichtsteilen durch:
SiO >
Al2Oi
Na2O
B2O,
K2O
MgO
55,0
3,6 11,5 17.8
4.8
1.5
0.13
0.4
0.2
0.1
sowie durch eine Temperatur bei 100 Pa χ s ungefähr 932 C.
9. Glas nach Anspruch 3, gekennzeichnet in Gewichtsteilen durch:
SiO2 54,5 Al2O3 3,8 CaO 11,0 Na2O 16,3 B2O3 10,0 ZnO 1,5 Fe2O3 0,05 K2O 2,7 MgO 0,2 SO3 0,1
sowie durch eine Temperatur bei lOOPaxs von 932° C.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Glas nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein gebräuchliches Herstellungsverfahren für Glasfasern stellt das Schleuder- oder Zentrifugierverfahren dar, gemäß welchem eine Glasschmelze aus einem Ofen in eine rotierende, hitzebeständige und metallische Spinnvorrichtung mit einer großen Anzahl von Öffnungen an den Umfangswänden eingeführt und auf einer relativ hohen Temperatur gehalten wird. Um die Spinnvorrichtung sind Dampfdüsen, Luftdüsen oder Gasbrenner angeordnet, wodurch nach unten gerichtete gasförmige Ströme mit einem ringförmigen Querschnitt erzeugt werden. Die Spinnvorrichtung dreht sich mit einer relativ hohen Geschwindigkeit, wobei die Materialschmelze unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft radial nach außen durch die Öffnungen in der Spinnvorrichtung gedrängt und dem Gasstrom über den Umfang der Spinnvorrichtung ausgesetzt wird, welcher das Material zu Fasern mit kleinen Durchmessern auszieht
Eine Verbesserung dieses Verfahrens erlaubt die Herstellung von Glasfasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser unterhalb 7 Mikrometer ohne das Erfordernis, einen Gasstrom mit einer relativ hohen Temperatur zur Herstellung der Primärfasern zu verwenden. Es hat sich herausgestellt, daß Stapelfasern mit dem gewünschten Durchmesser alleine dadurch erzeugt werden können, indem das Schmelzmaterial durch die öffnungen eines Rotors in eine Vielzahl von relativ kalten Gasströmen mit einem relativ geringem Di-uck geleitet werden, wodurch der heiße Gasstrom, welcher bislang verwendet worden ist, mit dem dadurch bedingten Brennstoffverbrauch ausgeschaltet werden
ίο kann.
Eine zufriedenstellende Herstellung von Fasern durch das oben beschriebene Verfahren erfordert daß das Glas bestimmte definierte Eigenschaften besitzt Eine der Haupteigenschaften besteht darin, daß das Glas eine relativ geringe Schmelz- und Verarbeitungstemperatur aufweist, so daß es schnell und kontinuierlich mit einem Minimum an Energie zur Aufschmelzung des Materials verarbeitet werden kann. Die geringe Arbeitstemperatur ist auch erforderlich, um die Korrosion und den Verschleiß der metallischen Spinnvorrichtung zu minimieren. Das Glas muß auch eine Liquidus-Temperatur aufweisen, welche ausreichend niedriger als die relativ geringe Arbeitstemperatur ist, wodurch eine Faserbildung durch das oben beschriebene Verfahren bei einer
2ϊ geringen Temperatur ohne Entglasung, d. h. ohne unerwünschte Kristallbildung, ermöglicht wird. Zusätzlich muß das Glas eine Viskosität bei diesen relativ geringen Arbeitstemperaturen aufweisen, die ausreichend niedrig ist, um große Faserproduktionen zu ermöglichen. Ein letztes Erfordernis besteht in der chemischen Beständigkeit. Wesentlich ist die Verwendung eines Glases, mit welchem die Herstellung von Fasern mit einer außerordentlich hohen Wetterbeständigkeit möglich ist, da ein Großteil der Faserfläche pro Gewichtseinheit der Umgebung ausgesetzt ist, so daß die Fasern dem korrosiven Einfluß der Umgebungsluft, insbesondere der Feuchtigkeit, ausgesetzt sind. Bislang verwendete Gläser, welche die Anforderungen an den Erweichungspunkt, Liquiduspunkt und Beständigkeit erfüllen, sind allerdings durch relativ hohe Arbeitstemperaturen gekennzeichnet.
Ein zur Herstellung von Glasfasern nach dem Schleuderblasverfahren geeignetes Glas auf der Basis
DE2847283A 1977-10-31 1978-10-31 Zur Herstellung von feuchtigkeitsfesten Glasfasern nach dem Schleuderblasverfahren geeignetes Glas auf der Basis SiO↓2↓-Al↓2↓O↓3↓-CaO-(MgO)-Na↓2↓O-(K↓2↓O)--B↓2↓O↓3↓-ZnO Expired DE2847283C3 (de)

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