KR830002307B1 - 시멘트 보강용 글래스 섬유 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

시멘트 보강용 글래스 섬유

본 발명은 염기성 매체에 대해 우수한 내성을 가지며, 특히 시멘트 제품의 보강재로서 유용한 글래스섬유에 관한 것이다.

시멘트 제품의 보강재로서 특수한 조성의 유리로 만든 석유, 일반적으로 석면 석유를 사용하도록 하는 제안이 있었으나, 이와같은 사용으로 여러 난점과 문제점에 직면하는 일이 급증하고 있다. 따라서 양질의 석면 섬유를 제조하는데 어려움이 따르고, 이에 관련하여 석면 섬유의 단가가 제품 수요자에게 경제적인 부담을 크게 줄 정도로 높아질 뿐만 아니라, 더우기 오염문제에 관련된 유해 효과는 더 이상의 언급이 필요 없을 만큼 주지되고 있는 일이다.

상기와 같은 이유에서, 기술적 및 경제적인 면에서 모두 타당하고 오염 문제와는 무관한 해결책을 강구하는 것이 요청되었다. 수년동안, 많은 연구가들은 상기 언급한 모든 조건에 합당한 대응 보강재를 찾기위해 노력을 기울여 왔다. 이와같은 연구의 결과, 한 방법은 섬유의 조성물에 전형적인 글래스, 예를 들면 E 글래스 또는 암면을 형성하는 데에 전형적인 글래스를 사용하였다. 이와같은 조성물로 제조된 섬유는 강염기성 조건 또는 시멘트의 수화에 기인하는 매트릭스에 의해 급격한 충격을 받거나 파괴되기 때문에 사용하는데 실패하였다.

화학적 안정성의 결점을 해결하기 위해서, 연구가들은 최고의 기계적 및 화학적 특성을 가진 섬유를 생산할 수 있는 특수한 글래스 조성물의 조성비율에 대해 연구하였다. 이것은 독일연방공화국 특허 DE 제1,026, 928호 및 DE 제1,040,444호에서 지적된 바와 같이, 특히 삼원계-SiO₂-Al₂O₃-MgO를 기준으로 한 글래스로 형성된 섬유와 관련이 있다. 이와같은 노력으로 전형적인 글래스로 제조된 섬유에 비해 약간의 진전 또는 개선이 이루졌으나, 이들 새로운 형태의 글래스가 특수한 용도에는 알맞지 않기 때문에, 이러한 개선은 충분한 것이 못되었다. 이와같은 글래스는 처음에는 보다 큰 탄성과 기후와 노성(老成)에 증가된 내성을 얻기 위한 노력에서 실지 개발된 것이다.

더우기 근래에 이를 연구자들은 공지된 지르코늄 글래스를 포함한 다른 글래스 조성물에 대해서 연구하고 있으며, 이러한 종류의 글래스는 SiO₂-Al₂O₃-ZrO₂-RO(RO는 알카리토류 산화물을 나타냄 : 일본국 특허 제77.04520호), 특히 SiO₂-Al₂O₃-ZrO₂-MgO(미합중국 특허 제3,904,424호) 또는 SiO₂-R'O-R₂O-ZrO₂(여기에서 R'O는 알카리토류 산화물, 아연 및 또는 망간 산화물이고 R₂O는 알카리 산화물이다). (참조 : 미합중국 특허 제3,861,926호)

거의 통상적으로 섬유를 형성시키는 데 있어서 사용되는 이들 조성물의 다수는 대개 10% 이상 때로는 15% 또는 16%^*정도의 높은 함량의 ZrO2를 갖는다(여기서^*는 중량%를 말함). 이 산화물은 반응성이 높은 알카리성 조건하에서도 글래스에 탁월한 화학적 내성을 부여하나 이러한 섬유를 시멘트 제품에 혼힙할 경우, 이들 산화물은 섬유에 적합한 화학적 내성을 반드시 부여하는 것은 아니다. 더우기, 제안된 ZrO₂의 고함량은 이와같은 섬유를 사용하는 데 있어서 경제적 실용성에 큰 영향을 끼칠 정도로 섬유의 단가 또는 가격을 증가시킨다.

ZrO₂10% 미만을 함유하는 선행기술의 조성물에 있어서, 일본 특허 제77-04520호에 기술된 유리는 ZrO₂의 함량이 5% 내지 10%로 낮아지는 경우, 화학적 내성에 있어서 크게 손상을 받게 된다는 것이 판명되었다. 이와 유사하게, 시멘트의 적합한 내충격성을 부여하기 위해 프랑스공화국 특허 제1,582,318호에서 제안된 글래스에 있어서, 중합체 필름으로 섬유를 피복하는 것이 제안되었다. 따라서, 이들 두 가지 제안들은 무시할 수 없는 여러 단점을 수반하고 있었다.

따라서, 본 발명의 주목적은 시멘트 제품의 보강재로 사용할 경우 원하는 내충격성을 부여할 수 있는 특수한 조성물의 글래스로 형성된 섬유를 제공하는데 있다.

글래스 섬유 자체는 본 발명에 포함된 조성물로 공지된 모든 섬유 가공 방법을 이용하여 형성시킬 수 있다.

본 발명에 따라 사용된 글래스의 주성분은 SiO₂, MgO, Al₂O₃및 ZrO₂이며, 여기서 ZrO₂의 함량은 시멘트 제품의 보강재로 제안된 선행기술의 글래스에 함유된 양보다 실질적으로 적은 량으로 한정되어 있다.

본 발명에 따라, 사용되는 글래스 섬유 조성물은 다음과 같은 범위내의 성분을 함유한다.

SiO₂25 내지 54% TiO₂0 내지 10%

Al₂O₃20 내지 40% B₂O₃0 내지 10%

MgO 25 내지 40% F 0 내지 5%

ZrO₂1 내지 5% Cr₂O₃0 내지 2%

P₂O₅0 내지 10%

2MgO+Al₂O₃의 총량은 70% 이상이 바람직하다.

본 발명자는 본 발명에 포함되는 글래스로부터 제조된 글래스 섬유는 특히, 시멘트 제품에 있어서 시멘트의 수화작용으로 인해 형성되는 매트릭스와 같은 높은 반응성의 알카리 조건하에서도 우수한 화학적 내성을 나타냄을 발견하였다. 본 발명의 시멘트 및 섬유로부터 제조된 조성물 또는 제품에 있어서, 이러한 우수한 내충격성으로 인해, 매우 심한 노성 조건하에서도 높은 화학적 특성을 그대로 유지하게 되낟.

본 발명 섬유의 우수한 화학적 내성에 기인된, 조성물의 우수한 성능은 다른 모든 알카리토류 산화물을 제외한, 상술한 바와 같은 낮은 비율로 존재하는 MgO와 ZrO₂와의 결합 작용에 도움이 된다. 이밖에도, 상기에서 명시된 바와 같은 비율로 존재하는 Al₂O₃와 MgO의 결합은 시멘트 제품에 이들을 혼입할 경우 본 발명에 따른 글래스 섬유의 작용에 중요한 역활을 한다.

그러나, 당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, SiO₂의 함량이 낮고 Al₂O₃및 MgO가 다량 함유된 글래스는 다른 성분을 첨가하지 않는 한, 고온에서 융해가 어렵고 투명성을 제거하기가 곤란하다.

이와같은 결점을 해소하기 위해 본 발명에는다음과 같은 비율을 갖는 주성분을 사용하는 것도 포함된다.

SiO₂35 내지 54% MgO 24 내지 40%

Al₂O₃20 내지 40% ZrO₂1 내지 5%

본 발명에 따른 이들 성분의 바람직한 범위는 다음과 같다.

SiO₂40 내지 51% MgO 25 내지 35%

Al₂O₃20 내지 35% ZrO₂1 내지 5%

상기 바람직한 조성물 중에서, 2MgO+Al₂O₃의 총량이 75% 이상이어야만 바람직하다.

본 발명의 또 다른 특성에 있어서, 또는 혼합하여 사용할 수 있는 P₂O₅, TiO₂, B₂O₃, F 및 Cr₂O₃에서 선택된 제2성분을 첨가할 수 있다. 이와같은 첨가는, 이들 성분이 조성물 전체의 약 20%를 초과하지 않아야 바람직하다.

이들 제2성분은 시멘트 제품에 혼입할 경우 섬유에 원하는 바의 성질을 그대로 유지시키면서 글래스의 점도를 조절하는 데 사용할 수 있다.

이와같이 제2성분을 사용할 경우, 조성물은 다음과 같은 조성을 갖는 것이 바람직하다.

특히 다음과 같은 조성을 갖는 경우 바람직한 결과를 언을 수 있다.

주지되는 바와 같이, 본 발명의 글래스는 천연원료 물질로 제조할 수 있으며 이들은 통상적으로 불순물형태로서 총량이 통상 3%를 초과하지 않는 다른 성분을 함유한다. 대략 3% 이하로 존재하는 불순물에는 글래스 조정물 내에 존재하는 상기에서 맨마지막에 언급된 성분, 즉 P₂O₅, TiO₂, B₂O₃, F 및 Cr₂O₃이 함유되거나 어느 성분도 함유되지 않을 수 있다.

공지된 글래스 섬유와 비교해 볼 때, 본 발명에 의한 글래스 섬유를 사용함으로서 언게되는 장점은 이와 같은 섬유로 형성된 혼성물의 기계적 특성의 측정에서 특히 명백히 드러났다. 실제로, 이와같은 혼성물에 노성 시험을 행하는 동안 혼성물의 기계적 성질은 노성 시험이 끝난 후에도, 최소한 화학적 내성이 동일한 공지된 섬유로부터 제조된 혼성물과 적어도 동일한 정도로 유지된다. 이 시험은 다음과 같은 조건하에서 수행한다.

연속적으로 배열된 필라멘트로 제조하고 경가호(light sizing)에 의해 결속시킨 매트를 순수한 포틀란드시멘트의 페이스트로 각기 침전시킨 다음 적층 또는 쌓아올린다. 시멘트가 고화되는 동안 이 적층 사이에 점착성을 갖도록 적층을 압축(6 내지 7dan/cm²)한다. 글래스 필라멘트의 직경은 약 20㎛이고 각 매트의 g 중량은 100g/m²정도이다.

이 조건 하에서는 글래스의 중량은 조성물 총중량의 약 25% 내지 30%, 예를들면 용량은 약 11% 내지 16%이다.

이와같은 방법으로 제조된 조성물을 수분-포화 상태의 대기하에 7일동안 20℃에서 노성시킨다. 노성후, 조성물을 80℃의 온도에서 유지된 수욕에 담근다.

노성의 영향은 3개의 지지체에 의한 굴곡 시험으로 관찰하는데, 시험조각은 80×17mm이고 이들의 두께는 1.5 내지 2mm이다. 이와 관련하여, 보강된 시멘트의 장기간 노성에서 나타난 하나 이상의 특성은 굴곡 g에 의한 파단점에서의 변형에 있다.

이 특성을 계산하는 방법은 문헌에 기술되어 있다[참조 : J. Aveston' R. A. Mercer and J. M. Sillwood entitled, "Fibre Reinforced Cements-Scientific Foundations for Specifications" and publishedin the reort of the conference on "Composites-Standard Testing and Design". (National Physical Laboratory, Teddington, Middlesex-April 8)및 9, 1974)].

[실시예]

본 발명에 따른 각 글래스 조성물로 제조된 섬유의 실시예(1 내지 11)와 공지된 글래스로 제조된 섬유의 실시예(Ⅰ내지 Ⅴ)는 다음표와 같다. 표의 상단은 각 글래스 조성물의 성분을 중량%로 나타낸 것이다. 각 글래스 형태에 있어서, 수치는 3가지 노성기간, 즉 2일, 7일 및 28일 말기에 수득된 굴곡파단 점에서의 변형을 나타낸 값이며 각각의 값은 8회에 걸쳐 측정한 값은 평균한 것이다.

상기표에서, 시멘트와 혼합된 본 발명에 따른 글래스 섬유는 다른 조성물의 경우보다 기계적 작용이 더욱 바람직하게 개선된 혼성물을 생성시킨다는 것을 알 수 있다. 이 작용은 이미 공지된 글래스가 본 발명에 의한 글래스의 내성에 견줄 수 없는 알칼리 용액에 대한 내성을 갖기 때문에 놀랄만하다.

더우기, 본 발명에 따른 글래스가 유리질 조성물을 제조하는데 사용하기에 적합한 원료가 천연적으로 풍부하게 존재하는[예를 들면, MgO의 광물원은 탈크 또는 마그네시트(탄산마그네슘)이다] 조성물로 이루어진 것도 알 수 있다. ZrO₂에 있어서도, 비교적 소량의 ZrO₂를 함유하는 광물, 예를 들면 그중에는 매우 저렴한 천연사질적과 같은 광물에서 유도할 수 있다는 것도 지적하고 있다.

Claims (1)

1. 다음의 조성비율(중량 %)로 이루어짐을 특징으로 하는 강염기성 매질에 대해 내성을 갖는 글래스섬유.

   SiO₂25 내지 54% TiO₂10% 이하

   Al₂O₃20 내지 40% Br₂O₃10% 이하

   MgO 25 내지 40% F 5% 이하

   ZrO₂1 내지 5% Cr₂O₃2% 이하

   P₂O₅10% 이하