CS236485B2

CS236485B2 - Glass fibre

Info

Publication number: CS236485B2
Application number: CS825317A
Authority: CS
Inventors: Jean-Jacques Massol; Daniel Sainte-Foi
Original assignee: Saint Gobain Isover
Priority date: 1981-07-20
Filing date: 1982-07-12
Publication date: 1985-05-15
Also published as: PL132250B1; FI74941B; DK322982A; TR21908A; CA1177856A; GR76880B; AU8603682A; RO86776A; AU555640B2; ES514131A0; DK157914C; FI822539A0; NO822487L; BR8204179A; IE821730L; PL237548A1; EP0070772A1; FI822539L; PT75271A; RO86776B

Description

Vynález se týká skleněného vlákně, které se získá zvlákněním skle zejména účinkem tekutin za tlaku. Vynniez se zejména týká skel, která mohou být vytažena ve formě diskontinuálních vláken účinkem tekutiny na tenký proud skle vystupujícího z mnnOiny otvorů.

Obbykle používaná složení skel pro výrobu diskontinuálních vláken jsou výsledkem kompromisu mezi požadovanými vlastnostmi rezultujících vláken a omezeními vynucenými používanými průmmylovými způsoby. Nejjčstěji používaný způsob výroby skleněného vlákna spočívá v tom, že se do dutého tělese, které se otáčí velkou rychlooti, přivádí roztavené sklo. Toto těleso má obvodovou perforovanou stěnu, opatřenou velkým množístvím otvorů, skrze které je roztavené sklo vymalováno horizontálním směrem působením odstředivé síly.

• Takto se vytváří primární vlákna, která se potom vytahuj seshora dolů působením plamene nebo proudu plynu. Charakter m^tt^x^iálu pouuitého pro výrobu uvedeného dutého tělesa si vynucuje pouuití skel, jejich vlastnosti u^c^ž^r^uuzí zvláknění při teplotách pod 1 200 °C.

Složení skel tohoto typu jsou popsánazejména ve francouzském patentu 1 355 739.

Vlákna získaná z těchto tradičních skel se pouuívají pro výrobu rozličrých izolačních ma^e^r^^lů, které poelcytuj uspokooivé výsledky, když jsou vystaveny poměrně nevysokým teplotám nepřesahujícím te^plotu ⁴⁰⁰ °^{C; p}ři tepJotách vyšš^h. než 45⁰ °^C t^yto ^produkt^yvelmi rychle degraduj následkem strukturní moodfikace skel, která má za následek více nebo méně výrazné sedání a borcení vláknité struktury, které vede k významnému snížení izolačních vlastností uvedených vláknitých izolačních meatFrálů.

Získání izolačních π^^^ΐά, které by mmiy lepší odolnost vůči zborcení vláknité struktury následkem tepelného оо^й^У^1^г^0, vyžaduje potuití skel, která začínáj měknout při vyšších teplotách, než při kterých měknou tradičně používaná skle.

Za tímto účelem byla již navržena některá řefiení. Mezi tato řešení patří například pouužtí skel vyrobených z čedičových hornin nebo ze sklářských kmenů, která mm j obdobné složení jako tyto čedičové horniny. Tato skla se zpravidla zvlákuují způsoby spočívajícím! jednak v odstřel ování roztaveného skla přiváděného ve vrstvě ne kolo otáčej jící se velkou rychhostí nebo vytahování proudu skle tekutinou, přičemž uvedený proud skle vystupuje z vytlačovací trysky zhotovené ze sli^ny platiny.

Tato skla, která jsou odootněš-í vůči účinku tepla, mm j transformační teplotu Tg (která odpovídá hodnotě viskozity η , vyjádřené v dP^s, rovné; log n = 13) alespoň ⁶⁵⁰ °C zatímco transformační te^ota ta^ičních s^l je rovna asi 54⁰ °C. Toto skle však íí:í vysoký obsah oxidů železa, který bývá často vyšší než 8 % humornost, což má ze následek některé nedostatky; je známo, že při výrobě těchto skel v elektrických pecích, vybavených molybdenovými elektrodami, dochází k rychlejšímu opotřebení uvedených elektrod. Rovněž je známo, že u skel s vysokým obsahem železa se jen obtížně dosahuje • stejné teploty . a tedy i viskozity v celém objemu skla, což se při zvláknění takovéhoto skla projeví souborem nepříznivých jevů známých pod společným označením perlovatění skle.

Cílem vynálezu je navrhnout skla pro výrobu skleněných vláken, která by mis zvýšenou transformační teplotu T_s relativně nízkou teplotu, při které se dosahuje viskozity ^praktick^y ^u^tei^ ^při zv^lákuování, přičem^ž b^y tato skle neměla mít nedostatk^y znéímých skel. Tato skla mm j mít jak relativně nízkou teplotu, při které se dosahuje viskozity prakticky pou^telné při zvlákuovánn, tak i dostatečně velké rozpětí íízí touto teplotou e teplotou likvidus.

Předmětem vynálezu je skleněné vlákno, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořeno ež 48 % hmo^oU oxidu křemičitého, 17 ež 25 % hmotnost oxidu hlinitého, 23 ež 33 % hmotnost oxidu vápenatého, 0,1 až 7 % oxidu hořečnatého, 0,1 až 3 % hmotnost oxidu že3 lezitého, 2 až 8 % hmotnosti oxidu sodného, 0,1 až 7 % hmotnosti oxidu draselného a méně než 3 % hooSnosti nečistot, přičemž úhrnný·obsah oxidů kovů alkalických zemin je nižší nebo roven 34 % hmoSnosti a · úhrnný obtah oxidů alkalických kovů je vyšší než 5 % hmoSnosti.

S výhodou je · hmoonootní poměr obtahu oxidu hlinitého k obsahu oxidu křemOčitého vyšší než 0,4.

HmoSnostní poměr obtahu oxidu hořeinatého k obtahu oxidu vápenatého je výhodně nižší než 0,2.

S výhodou je tklzněné vlákno podle vynálezu tvořeno 38 až 44 % hmoSnosti oxidu křemičitého,· 17,5 až 22 % hmoonooti oxidu hlinitého, 25 až 29 % hmoSnosti oxidu vápenatého, .0,1 až 5 % hoosnooti oxidu hořeinatého, 0,5 až 2,5 % hoo0nooti oxidu železitého, 2 až 6 % hmoSnosti oxidu todného a 0,1 až 6 % hmoSnosti oxidu dratelného, přičemž úhrnný . obtah oxidů kovů alkalckých zemin je nižší nebo roven 32 % hmoSnosti. S výhodou je úhrnný obsah oxidu křemičitého a oxidu hlinitého roven 58 až 62 % h^oor^oottL, úhrnný obsah oxidu hlinitého a oxidu vápenatého je roven 45 až 50 % hmoonooti a úhrnný obtah oxidu točného a oxidu dratelného je roven nebo rižší oež 11 % hmoSnosSi.

Skleněné vlákno podle vynálezu je t výhodou tvořeno 42,3 % hmoSnosti oxidu křemičitého, 18,5 % hmoSnosti oxidu hlinitého, 27,7 % hmoSnosti oxidu vápenatého, 0,3 % hmoSnosti oxidu hořeinatého, 1, 7 % hmoSnnsti oxidu železitého, 4,3 % hmoonooti oxidu todného, 4,3 % hmoSnosti oxidu dratelného a 0,9 % hmoSnosti nečistot·

Skleněné vlákno podle vynálezu může být rovněž výhodně tvořeno 39,4 % hmoSnosti oxidu křemičitého, 18,9 % hmoonooti oxidu hlinitého, 28,7 % hmoSnosti oxidu vápenatého, 0,6 % oxidu horečnatého, 1,9 % oxidu železitého, 4,6 % oxidu todného, 5 % oxidu draselného a 0,9 % nečistot.

Celkový obsah oxidů tvořících základní ttrukturu tkla, tj. oxidu křemičitého a oxidu hlinitého, musí být udržován mozi 55 a 65 % hmoOnnoti· To zejména umožňuje zítkat tkla, jejichž obsah uvedených základních oxidů je dostatečně·vytoký pro zajištění dobré způstoiicoti ke zvláknění, aniž by te priliš zvyšovala vitkozita tkla. · V tomto tmyslu te zvýšení teploty sdppsídθjící nejvyšší vitkozitě, zejména Tg, dotáhne udržováním poměru AlgO^/SiOg t výhodou na hodnotě nižší než 0,4.

Celkový obtah oxidů kovů alkalických zemin, reprezentovaný podstatnou měrou oxidem vápenatým, musí být udržován mozi 24 á 34 % hmoSnosti. Pod 24 % hmoSnosti zaiíná traotformační teplota Tg výrazně · kletat; nad 34 % hmoSnosti je rozpětí mezi zvlákňovací teplotou a teplotou likvidut velmi mmlé k zítkání dobrých zvlákňovacích podmOnek. Obséh oxidu vápenatého je udržován na hodnotě nižší než 33 % nebo rovné 33 % hmoSnnsti, nebol za touto hranicí je koroživní úiinek tohoto · oxidu zejména na žáruvzdorné mattriály, ze kterých jtou zhotoveny ttěny pece na tavení tkla, velmi tiloý.

Vzhledem k iedičoým tklům ummoňuje inko^o^ce vytokého obtahu oxidu vápenatého zítkat jak v podstatě identické teploty ^vláknění, tak i zvýšení teploty sdppoVdstící. vytokým vitkotitám, zejména Tg.

Jestliže te ve tkleněném·vláknu podle vynálezu zvýší obsah oxidu hořeinatého oa úkor oxidu vápenatého při zachování konstantního úhrnného obtahu těchto dvou oxidů, potom teplota Tg kletá. Z tohoto důvodu mosí být oxid hořeinatý přidán v malém mnooství, aby te dosáhlo odskelnění tkla v přijatelrých mezích. V tomto tpyslu jtou lejutpsk<ójjvě jšími tkleněrými vlákny tz vlákna, vz kterých iiní poměr obtahu oxidu hořeinatého k obtahu oxidu vápenatého ÍísIo nižší nzž 0,2.

Inkorporace · oxidů alkalických kovů a oxidu železa, přičemž·te uvedený oxid železa zavádí v malém m^ož^í, umoSňuje nastavit vitkozitu při vytoké teplotě, aniž by tz soíSilt zejména írantíorm^ní teplota T _σ .

230 485' výhodné skleněné vlákno podle vynálezu obsahuje 38 až 44 % hmotnosti oxidu křemičitého, 17,./ 22 % hmotnosti oxidu hlinitého, 25 až 29 % hmotnosti oxidu vápenatého, 0,1 ež

.) iu hmotnosti oxidu horečnatého, 0,5 až 2,5 % hmotnosti oxidu železitého, 2 až 6 % hmotnosti oxidu sodného, 0,1 až ó % hmotnosti oxidu draselného a méně než 3 % hmotnosti nečiš lot.

to^to výhodném provedení se celkový obsah oxidu křemičitého e oxidu hlinitého s výhodou pohybuje mezi 58 a 62 % hmotnosti; to umožňuje vedle úlohy, kterou zde tyto oxidy plní a která již byla vysvětlena v předcházejícím textu, zlepšit charakteristiky odskelnění.

V uvedeném výhodném provedení se rovněž úhrnný obsah oxidů alkalických kovů pohybuje s výhodou mezi 25 a 32 % hmonosti. Jinak úhrnný obsah oxidu vápenatého a oxidu hlinitého se pohybuje s výhodou mezi 45 a 50 % hmotnosti. Tato odlišná omezení rovněž umožňují zmírnit odskelnění při udržování horní teploty odskelnění pod 1 300 °C.

Celkový obsah oxidů alkalických zemin musí být vyšší než 5 % a s výhodou nižší než 11 %, což umožňuje zachování co možno nejvyšší transformační teploty odpovídající viskozitě vhodné pro zvláknění.

Vliv jednotlivých oxidů je pro jednotlivá skla demonstrován v tabulce I, uvedené v závěru popisné části.

Skleněná vlákna podle vynálezu mohou být získána v o sobě známých zařízeních a o sobě známými způsoby. Tato vlákna mohou být tedy získána vytahováním tenkého proudu skle, vycházejícího z množiny pevných otvorů, tekutinou. Je třeba zdůraznit, že skleněné kompozice podle vynálezu jsou určeny zejména pro způsob a zařízení popsané zejména ve francouzském patentu č. 2 223 318.

Skla podle vynálezu mají transformační teplotu T v podstatě rovnou transformační teplotě čedičových skel, tj. alespoň rovnou 650 °C. Díky tomu mohou být skleněná vlákna získáno ze skel podle vynálezu použita pro výrobu produktů schopných snášet zvýšené teploty, které v případě izolačních materiálů představují až 700 °C, a to bez výraznější změny jejich tvaru a rozměrů.

V následující části popisu bude uvedená metoda testování odolnosti vláknitých produktů vůči teplotě.

Teto normalizovaná metoda (norma DIN 52 271) spočívá v podstatě v tom, že se na vrstvu vláknitého materiálu o známé objemové hmotnosti působí daným tlakem, přičemž se tento systém vystavuje rozdílným teplotám a stanovuje se teplota, při které dojde к 5% sednutí uvedené vrstvy.

/ýsledky uvedené v tabulce II byly získány ze použití vláknité vrstvy o objemové hmotnosti 100 kg/m\ vystavené tlaku 981 Pa.

Uvedené výsledky ukazují, že skle podle vynálezu použitá v příkladě 1 mají pozoruhodnou odolnost vůči teplotě ve srovnání s několika známými skly (příklady 2 až 5), zejména ve srovnání se sklem čedičového typu (příklad 4).

Obecně lze říci, že skla podle vynálezu díky jejich podstatným vlastnostem a díky jejich použití u způsobu a zařízení, které byly popsány, umožňují získat vláknité produkty znamenité kvality, které jsou vhodné pro četné aplikace. Uvedené dobré vlastnosti těchto vláken se odráží v dobré odolnosti vláken vůči vibracím při vysoké teplotě, což předurčuje teto vlákna pro použití jako akustické izolační materiály při zvýšených teplotách.

V oblasbi průmyslových tepelných izolačních materiálů se vlákna podle vynálezu s výhodou používají ve formě geometricky dobře definovaných panelů, které jsou vyztuženy polymerovaným pojivém, anebo ve formě truvkovltých produktů, určených k izolaci kanatiztční soustavy a rozličných potrubí. .

Vlákna podle vynálezu mohou být rovněž pouuita ve formě vrstvy našité ne karton nebo na kovovou síťku nebo ve formě ucpávek a vycpávek anebo samoatetně.

Vlákna podle vynálezu mohou rovněž tvořit součást žáruvzdorných prvků, jakými jsou například žáruvzdorné přepážky.

Vlákna podle vynálezu mohou rovněž tvořit součást tlumičů výfukových plynů, přičemž jsou uspořádána vně nebo/a uvnitř potrubí vedoucího tekutinu při vysoké teplotě.

Nová vlákna podle vynálezu mohou obecně nahradit některá dosud známá vlákna v mnohé aplikacích, jako například v roli vyztužovadel polotuhých produktů nebo tuhých produktů, které jsou potom schopné snášet vySáí teploty.

Tabulka I

Oxidy

Příklad:

4

2

6

SiOg	42,3	39,4	38	40,7	40,1	42,4
^A12°³	18,5	18,9	23,8	17,9	20,1	18,0
CaO	27,7	28,7	27	31 ,8	27,7	24,8
KgO	0,3	0,6	0,4 .	i ,2	0,5	2,8
^Γβ2°3	1,7	1,9	1,7	' ,9	1,8	1,6
Na₂O	4,3	4,6	3,9	2,6	4,2	3,7
^K2°	4,3	5	4,3	3,1	4,8	4,7
Neččstoty	0,9	0,9	0,9	0,8	0,8	2,0
T_ (°C) O	682	682	693	691	681	677
Tepl^ot^a (°C)
odpooídijící;
100 Pa.s	1 143	1 118	1 172	1 126	1 136	1 133
10 Pa.s	1 300	1 267	1 324	1 265	1 285 '	1 300
5 Pa.s	1 363	1 329	V 390	1 323	1 348	1 375
Lik^vid^us (°C)	1 230	1 280	1 330	1 280	1 260	1 240

Maairnminí rychlost růstu
Qum.min^-1)	13,3	29

,6 33

29,8

Teplota odpovíd^jcí uvedené maximální tychlosti (°C) 1 150

050

135

1115

100 1 100

Tabulka II

Oxidy	Č.1 Skleněné vlákno podle vynálezu	č. 2 Známé skleněné vlákno	č. 3 Horninové vlákno	x ^£* ⁴Čedičové vlákno	Č.5 Struskové vlákno
SiO^	42,3	64,6	47,0	45,9	41 ,4
^A12°3	18,5	2,9	14,6	12,9	И ,7
CaO	27,7	6,5	18,4	10,5	40,6
MgO	0,3	3,0	8,5	9,3	4,0
^Fe2°3	1,7	0,4	6,5	12,6	0,8
^Na2°	4,3	13,8	2,6	3,1	-
k₂o	4,3	1,0	0,5	1,2	-
tío₂	-	-	-	2,8	-
ídnO	-	-	-	-	0,7
^B2°3	-	5,0	T	-	-
BaO	-	2,4	-	-	-
ZnO	-	-	1 ,5	-	-
Nečistoty	0,9	0,4	0. 4	1,7	0,8
Teplota, při které dochází к 5% sednutí
vrstvy (°C)	675	515	640	650	700

Claims

Ρ ί Ε D Κ í Τ VYNÁLEZU

1. Skleněné vlákno, vyznačené tím. že je tvořeno 37 ež 48 % hmotnost! oxidu křemičitého, 17 ež 25 % Нпо^о^! oxidu hlinitého, 23 ež 33 % Нпо^ю^! oxidu vápenatého, 0,1 ež 7 % bnoonooti oxidu hořečnatého, 0,1 až 3 % Ηοο^ο^Ι oxidu železitého, 2 ež 8 % hmot, oxidu sodného, 0,1 až 7 % Нпо^о^! oxidu draselného a méně hež 3 % nečistot, přičemž celkový obtah oxidů kovů alkalických zemio je oižěí nebo roven 34 % Η^ηο^Ι a úhrnný obtah oxidů alkalických kovů je vyšší oež 5 % Ηοο^ο^!.
2. Skleněné vlákno podle bodu 1, vyznačené tío, že hmo0ηottní poměr obtahu oxidu hlinitého k obtahu oxidu křemičitého je ' vyšší než 0,4.
3. Skleněné vlákno podle bodu 1, vyznačené tío, že hmotnootní poměr obtahu oxidu hořečnatého k obtahu oxidu vápenatého je oižěí oež 0,2.
4. Skleněné vlákoo podle bodů 1 až 3, vyznačené tío, že je tvořeno 38 až 44 % Η^ηο^ί oxidu křemičitého, 17,
5 až 22 % hmotηotti oxidu hlinitého, 25 až 29 % h&oorooti oxidu vápenatého, 0,1 až 5 % Ηοο^ο^Ι oxidu hořečnatého, 0,5 až 2,5 % hιnoOηotti oxidu železitého, 2 až 6 % hmoOηotti oxidu todného a 0,1 až 6 % Нго^-оШ oxidu draselného,' přičemž úhrnný obtah oxidů kovů alkalických zeoio je oižSí nebo roven 32 % hmo0ηotti.

i. Skleněné vlákoo podle bodu 4, vyznačené tío, že úhrooý obaah oxidu křemičitého a oxidu hlinitého je roven 58 až 62 % Нпо^о^!. '
6. Skleněné vlákno podle bodu 4, vyznačené tío, že úhrooý obtah oxidu hlinitého a oxidu vápenatého je roveo 45 až 50 % Ηο^ο^!.
7. Skleněné vlákno podle bodu 4, vyznačené tím, že úhrooý obsah oxidu točného a oxidu draselného je roven oebo oižěí než 11 % hmoOηotti.
8. Skleněné vlákno podle bodu 1 až 7, vyznačené tío, že je tvořeno 42,3 % Ηοο^ο^ί oxidu křemičitého, 18,5 % hmotηotti oxidu hlinitého, 27,7 % Ηοο^ο^! oxidu vápenatého, 0,3 % НпоШ^! oxidu horečnatého, 1,7 % hmoOηotti oxidu železitého, 4,3 % oxidu todného, 4,4 % hmoOηotti oxidu draselného a 0,9 % nečistot.

к
9. Skleněné vlákoo podle bodů 1 až 7, vyznačené tío, že je tvořeno 39»4 % hmootooti oxidu křemičitého, 18,9 % hmo0ηotti oxidu hlinitého, 28,7 % НтоШИ oxidu vápenatého, 0,6 % hmo0ηotti oxidu horečnatého, 1,9 % oxidu železitého, 4,6 % hmo0notti oxidu todoého, 5 % Ηοο^ο^! oxidu draselného a 0,9 % Ηο^ιο^! nečistot.