CZ154392A3 - Glass composition free of boron trioxide - Google Patents

Description

Skleněná kompozice prosté oxidu boritého

Oblast techniky

Vynález se týká skleněné kompozice prosté oxidu boritého, která je schopna zvlákr.ění. Vynález se dále tyká způsobu zvlsknění kompozice podle vynálezu ve zvláknovacím stroji vyrobeném z mechanicky slévané nebo disperzí oxidu zpevněné slitiny a skleněné vláknité izolace vyrobené z kompozice podle vynálezu.

Dosavadní stav techniky

Použití skleněných kompozic za účelem jejich zvlákněv ní v odstředivém zvláknovacím stroji je známé. Tyto kompozice obvykle obsahují oxid boritý, jehož úkolem je poskytnout těmto kompozicím takové teplotní a viskozitní charakteristiky, které umožní sklu volně procházet skrze otvory umístěné ve stěně odstředivého zvláknovacího stroje při teplotě dostatečně nízké, při které nedochází k nadměrné erozi nebo korozi zvláknovacího stroje. Problém, který je spojený s použitím oxidu boritého, spočívá v tom, že bór je těkavý a může se uvolňovat z nádrže určené k tavení skla, což má za následek znečištování životního prostředí. Bor má dále sklon ke kondenzování na regenerátorech, čímž dochází k jejich znečištění,k vyřazení těchto zařízení z dalšího provozu, a ke zhoršení tepelné účinnosti palivem vyhřívaných nádrží určených k tavení skla.

Patentový spis GB 2 041 91C navrhuje redukci nebo úplnou eliminaci oxidu boritého s následným zvýšením teploty liouidu a vysokým obsahem hliníku a bária. Bylo zjištěno, že v průmyslovém měřítku je zvláknování těchto kompozic s redukovaným obsahem oxidu boritého doposud známými spřádacími technikami prakticky nemožné. Byla proto navržena technika zahrnující použití nového zvlékňovacího stroje, který se od dosud známých zvláknovacích strojů liší svým tvarovým uspořádáním. Nicméně v praxi je koroze těchto zvláknovacích strojů v případě, že byly vyrobeny z běžné slitiny, nepřijatelně vysoká. Skleněné kompozice podle tohoto patentu mají také nepřijatelně nízkou stálost.

Patent US 4 402 767 navrhuje novou technologii výroby zvláknovacích strojů,- která produkuje mechanicky litou nebo disperzí oxidu zpevněnou slitinu za použití kombinace tepelného zpracování, ochlazení a horkých tvářecích procesů. Na těchto zvláknovacích strojích bylo požadováno, aby měly vynikající odolnost vůči působení taveného skla a byly schopné produkovat skleněná vlákna a struskovou vlnu při vysokých teplotách, které jsou rovny až 1 315 °C. Popisná část tohoto patentu však neuvádí žádné podrobnosti, které by se týkaly produkce skleněného vlákna.

Problémem zůstala identifikace bóru-prostých skleněných kompozic, které by měly požadovanou stálost a mohly by být použity ve zvláknovacích strojích, které byly popsány ve výše uvedeném patentu US 4 402 767 a to za vysoké teploty. Ačkoliv nepřítomnost oxidu boritého ve skleněné kompozici zhoršuje stabilitu skla ve vodě, byla nyní nově identifikována skupina skleněných kompozic, jejichž stálost je dostatečná.

Podstata vynálezu ra 'množíce ,s oxirlu

- 3 boritého, které je schopna zvláknění a jejíž podstata spo Sívá v tom, že zahrnuje následující komponenty, přičemž jejich obsah je vyjádřen hmotnostními procenty :

SiO^	66-73,
Á12°3	0,8-5,
R20 = Na20 + K20	14-17,5,
CaO	6,5-12 a
SiOn + Al~0~	69-74.

Tato skla mají při teplotách až asi 1 200 °C viskozitu 100 Pas nebo nižší a teplotu liouidu alespoň 130 °C pro hodnoty viskozity pod 100 Pas.

Uvedená skleněná kompozice podle vynálezu může také obsahovat : 0-2 % Fe₂0p 0-5 % MgO, 0-0,6 % S0p přičemž obsah uvedených sloučenin je vyjádřen hmotnostními procenty .

Výhodně se obsah uvedených komponent ve skleněné kompozici podle vynálezu (v hmotnostních procentech) pohybuje v následujících rozmezích :

SiO2	67-72,4,
Al2°3	1-4 ,
r2o	14,5-17 ,
K20	0,5-2 ,
Na.,0	13,5-16,5
CaO	7-11,2 ,

0,1-2,5 , 0,2-4,4 a 70-73,7.

FegO^

MgO

Si0₂ + AlgO^

Nejvýhodneji se obsahy komponent skleněné kompozice podle vynálezu, které jsou vyjádřeny hmotnostními procenty, pohybují v následujících rozmezích :

SiO2		67-70 ,
A12°3	-	2-4 ,
Na20		14-15,5
k2o		0,5-1,5
MgO		3-4,5 ,
CaO		7-8,5 ,
Fe2°3		0,3-2 ,
S03		0-0,3 ,
S i02 +	A12O3	70-72 a
Ms20 +	K20	15-16,5

Vysoký obsah Na?0 je potřebný k dosažení nízké teploty liouidu, avšak výhodné úzké rozmezí obsahu MgO umožňuje udržení obsahu Na₂0 na minimální hodnotě,' čímž se dosáh ne optimální stability skleněné kompozice při zachování teploty liouidu alespoň 160 °C pod teplotou odpovídající viskozitě ICO Pas, což je výhodně pod 1 170 °C.

Vynález bude dále blíže popsán pomocí příkladů provedení vynáleze. Tyto příklady mají pouze ilustrativní cha5 rakter a nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně vymezen formulací patentových nároků.

Příklady provedení vynálezu

Příklady 1-28

Nízké obsahy SC^, K^O a Fe^O-^ jsou zaznamenány jako minimální hodnoty v těchto příkladech. Ve skutečnosti je jejich obsah dokonce nižší a jsou přítomny pouze jako nečistoty vyskytující se v surovinách, přičemž nemají podstatný vliv na vlastnosti- skleněných vláken. V dále uvedené tabulce jsou uvedeny podrobnosti, které se týkají příkladů a testů stálosti. Lze si všimnout, že příklad 18 nezapadá do rozsahu vynálezu, vzhledem ke svému nízkému obsahu hliníku, který činí uvedenou kompozici nedostatečně stálou.

Pro posouzení vhodnosti skla pro izolační aplikace skleněného vlákna neexistuje zavedený mezinárodní testovací postup. Proto byl použit laboratorní test ISO 719, který poskytuje užitečné vodítko pro stanovení stálosti ve vodě a pro stanovení odolnosti skla vůči povětrnostním vlivům. Tento test je prováděn tak, že se na 2 g skleněných zrnek nechá působit po dobu 60 minut destilovaná voda při teplotě 98 °C a extrahované alkálie jsou titrovány 0,01 M HCl. Stabilita skla je pak vyjádřena jako množství extrahované alkálie (pg) na 1 gram skla, přičemž množství extrahované alkálie je určeno z uvedené titrace jako množství kyseliny, které bylo potřebné k dosažení neutralizace extrak tu. Relevantní třídy pro skleněnou vatu potom odpovídají pro ISO třídu 3 od 62 do 264 ug alkálií na gram skla a pro ISO třídu 4 od 265 do 620 ug na gram skla. Pro skleněnou vlnu je výhodnou třídou třída 3, ale i třída 4 může být přijatelná, protože izolační schopnost izolace na bázi skle něných vláken je funkcí jak vlastností skla,tak pryskyřicového pojivá, přičemž použití tohoto pojivá je vhodné zejména u vyšších tříd. Třída 3 znamená dobré ohodnocení a tří da 4 znamená přijatelné, nikoliv však dobré ohodnocení.

íiUjy 07í 34> ir’310

Tabulka

,CC

co

01(0

Ovjxp

in

rd

>IO

cs

|<s

coitn

xp

i

C'-

•

»

•

«

ίχρ

r-4

co

o

tn

VO

O 1 r-l

O

cs

rd

fH

rd

rd

j£x.

ts

co

oico

03

s»

m

r-( 1 tO

cs

VO

o

vo

xp

vO

c*

•

•

*

«0

00

O

o

vo

o

r-l

Ov

X»

rd

H

rd

vO

CTi

co

cs

(O

o

xp

tn

rd

to

cs

colcs

co

v0

»

«

»

«

£S

O

L0

o

XP

to

o

rd

o

CS

rd

r-t

M

rd

ím

ig

coico

to

o

sum

r-1

to

CS

»—1

cs

voico

I í*

*Su

•

»

»

•

σν

rd

Ol

j

o

iCO

<5·

o

rd

o

rd i

i i i i i

rd

í 1 ! j 1

rd

rd

xp

xp

rd

co

CO

xp

m

rd

tn

cs

Ci

cs

co

co

Ό

t''

♦

♦

»

•

LO

o

xp

o

tn

Ό

o

rd

o

cs

rd

rd

rd

co

Φ

co

1—f

CO

CO

LO

rd

tO

cs

tn

cs

o

co

m

•

»

»

»

tn

co

vo

o

LO

vO

o

rd

OV

cs

rd

rd

rd

CS

cn

cs

rd

CO

co

x?

m

rd

to

cs

o

xp

o

xp

O

r*

•

♦

«

•

tn

VO

i>

o

IO

O

o

rd

OV

cs

rd

i-4

rd

rd

o

i—i

rd

co

03

s*

in

rd

LO

cs

vO

cs

*3*

>.

•

•

*

•

<3·

tn

o

o

to

vo

o

rd

OV

co

cd

i“4

rd

co

O

Ό

cs

ro

CO

rd

53

0)

r—1

<

T3

λ:-

CO

+

co

co

fd

o

CO

Ή

cs

o

cs

o

o

0)

o

04

T)

>ř-

o

cs

o

cs

o

o.

CS

o

O

co

0

cn

K

Pu

H

H

M

0)

ttí

o>

ro

CS

cs

o

rd

m

co

<

W

tu

O

lS

2

«

K

to

E*

rd

-,¾¾

Do £: 1U tál

Tabulka 1 (pokračování)

c£3 rH

r—

co co

3 71

1 1-9J

CO

oc CO

Ν’ •4

rH

15

0.2

o řs rH rH

10261

tn Oc r4

(0

m

co CO

N·

CN

co » o

tn

tn có

tn tn H

rH

tn • H

CN • o

cc tn i-l ι—I

CO Oc σ»

CO tn <N

CO

í'* í i

o

CO

co

CO O

CO co

Oc • co

tn » co rH

oc o

N Ν’ rt

CN » o

m cn rH rH

m r4 O rH

co CN

co

«1 i i i 1 t

« cs

L'£L ε-ť

rH • O

CN « rH H

CN * O

rH

tn « o

tn • H

CN • o

O H H

o r4 O H

CO CO CN

N1

cs *“H

CO CO

CO

co rH

tn N

-cř

m rH

<-t

vO rH

CN O

co Ό rH rH

O O o rH

CO tn CN

NT

rH rH

θ' co

σ>

CN

co o

tn 1 r>

n·

tn rH

rH

vO rH

CN O

σ\ <0 rH rH

co CO OC

oc tn CN

<0

O rH

V» « oo CO

co

tn ι-1 >-

<0 * o

co

Ν’

tn rH

rH

rH

CN 6

CO o rH rH

O Oc OC

CO tn CN

co

Oc

<y* Ό

CQ

CN i''

co • o

ts

N1

m tn r4

rH

tn * \o rH

CN • o

Ό VO rH rH

o tn Oc

co oc CN

Ν'

Ό co í—f Λ2 Ή >ÍD Om

CN O •H co

CO o CN .4 <

co O CN 1—1 < * CN O •H W

co o CN 0 tu

O (Q O

O 05 s

O CN «3 Z

O (N

o CN K

ro O w

co 0) 0 H E-<

Jliquidus |

ra o CN Ctí ra 3.

03 T3 Ή -U

0S NAV

Tabulka 1 (pokračování)

I i i

fJ3 -O

1 » :

i 1 i 1

j-n CN

bb i n (tn • 1 I »

l~i

16.5

*j Ha ::m

3 o r4

nim ΝΊ CNI

N l

r4 i

o

i-4 r4

Ol

O

o

oucnim

tn

r4

o

CN

o

ΝΊΟ

cn

N| 1

lO

Ic4

a P·-

“*

4

<9

in r4

3

8

r4

i-4

!

CN

CN

OIO

O

lOI-V

tn

Ό

CN

7 2

o

cn

i

(N

Ό

CN| .

•

ι—11

-i

1Π

o

cn

CN

CN

O

o

CN

r4

r4

r4

coicn

rH

O

if)

*4

UO

CN

Ν'

Tpicnicn

04

Ό

CN

*

r-í

i-4

•

UO

cn

mi

*4

CN

o

r4

cn

CNI

i

r-4

o

σ>

O|CN

o

mi v

m

r4

o

CN

o

Ν'

cn

cn

CN

vO

CN

«

•

i-4

i-4

•

CN

m

o

Ol

o

í~4

cn

CN

i-4

!

cn

co

O

rH

cn

co

Ν’

in

i-4

if)

CN

i-4

r4

cn

i*4

o

CN

»

»

«

if)

co

m

o

in

Ό

Q

r4

cn

CN

r4

rU

i-4

CD

»-4

O

r4

cn

CD

n1

LO

i-4

tn

CN

CN

O

Ν'

τρ

*—1

C-s

CN

•

•

*

•

Ν'

CN

o

lf]

UO

o

r4

cn

Ν'

i“4

Κ

c*.

lO

ω

LO

o

Ό

Ν'

m

r4

UO

CN

tn

<o

r4

cn

r4

#

*

♦

»

i-4

r-t

A

UO

o

m

03

r4

o

CN

Ν'

O

i-4

o

CN

UO

CN

i-4

1-1

O

o

Ό

CN

V)

r4

3

O)

co

o

<

x>

*<

1—1

CN

4-

o

cn

•H

o

O

o

CN

o

o

$

CN

Ή

O

CN

O

CN

O

o

CN

o

o

cn

σ

Qí

>L

t4

o

(0

ay

Iti

CN

CN

o

r4

-*4

Ohb

a

co

<

CO

li.

u

2

2:

ttlIX

cn

£-·

H

Tabulka 1 ( pokračování)

28

O CS

co

Γ 73.5|

co • o

co

Ί»

σ> r4

1—t

Μ

cs » o

186|

co

s-

LO

cs

tn

tn

tn

Ό»

5»

tň

in

o

tn

tn

Os

CO

CS

•

•

•

♦

r4

»

•

SO

o

CS

OS

r-t

o

CD

r-t

tO

r-t

o

CS

sú

s.

H

r-l

r4

O

O

cs

cs

LO

tn

*3»

tn

tn

tn

o

sO

Ό

l-t

co

CS

CS

cs

«

»

•

»

H

sO

O

sO

o

CD

o

>-t

O

CS

r-M

H

r4

tn

sO

Μ»

o

tn

CO

tn

tn

tn

cs

S»

51»

sú

co

cs

sO

IS

•

«

H

1

«

•

SO

r-|

O

cs

so

r-t

SO

o

cC

O

cs

H

rd

r4

co

o

cs

cti

Ό

H

0

w

CC

<

Ό

\

r—b

co

+

co

CO

-rt

o

co

CS

o

cs

o

o

5>

0

cs

T3

'r-

o

cs

o

cs

O

O

cs

o

o

co

0

w

tr

t

>Έ.

ί -rt

r-t

M

0

ta

σ

to

cs

cs

o

•rt

ΓΤ

1

řu

! CO

<

ω

u*

o

X

z

tr

w

e*

r—I

+->

Claims (6)

1. PATENTOVÉ

   NÁROKY

   1 . Skleněná kompozice prostá oxidu boritého, která je ; schopna zvláknění, vyznačená tím, že obsahuje následující komponenty, jejichž obsah je uveden v hmotnostních procentech :

   SiO₂ íl₂O₃

   R₂0 = Na₂O + K^O CaO

   66-73 , 0,8-5 ,

   14-17,5 6,5-12 a λΛ3Γ50v AZ31VNa/ ttíd óvgn —-—- —

   Z 6 H 3

   SiO₂ ⁺ 'l₂O-j

   69-74 .
2. 2. Skleněná kompozice podle nároku 1, vyznačeníá _z , ¹ I <3 t i m , že dále obsahuje následující komponenty, je jichž., obsah je uveden v hmotnostních procentech :

   Fe₂O₃ 0-2 ,

   MgO 0-5 a so₃

   0-0,6 .
3. 3· Skleněná kompozice podle některého z nároků 1 a 2, v y značená tím, že obsahuje následující komponenty, jejichž obsah je uveden v hmotnostních procentech :

   SiO, 67-72,4 , u₂0₃ 1-4 , r₂o 14,5-17 , K₂o 0,5-2 ,

   Na₂O 13,5-16,5 CaO 7-11,2 , F e 2 O3 0,1-2,5 , kgO 0,2-4,4 a SiOg + A^O^ 70-73,7 .
4. 4. Skleněná kompozice podle nároku 3, vyznačená t í m , že obsahuje následující komponenty, jejichž obsah je uveden v hmotnostních procentech :

   SiO~ í , 67-70 , ai₂o₃ 2-4 , 3\Ts₂O 14-15,5 , k₂o 0,5-1,5 , MgO 3-4,5 , CaO 7-8,5 , ^Fe2°3 0,3-2 , S0₃ 0-0,3 , Si0₂ + 70-72 a Ne₂0 + k₂o 15-16,5 .
5. 5. Způsob výroby izolačního skleněného vlákna, vyznačený t í m , že zahrnuje zvlákňování tekutého skla při vysoké teplotě ve zvláknovacím stroji, který je vyroben z mechanicky lité nebo disperzí oxidu zpevněné slitiny, za účelem výroby vláken majících složení podle některého

   - 13 z uvedených předcházejících nároků.
6. 6. Izolační skleněná vlákna, vyznačená tím, že mají složení podle některého z nároků 1 až 4·