DE1037087B

DE1037087B - Glas zum Herstellen von Glasfasern

Info

Publication number: DE1037087B
Application number: DEL24186A
Authority: DE
Inventors: Dominick Labino; Lawrence Vincent Gagin
Original assignee: LOF GLASS FIBERS CO
Current assignee: LOF GLASS FIBERS CO
Priority date: 1956-01-26
Filing date: 1956-02-24
Publication date: 1958-08-21
Also published as: FR1148587A; BE545549A; GB779481A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Gläser, die wegen ihrer Eigenschaften zum Herstellen von Glasfasern besonders geeignet sind.

Es ist das Ziel dieser Erfindung, Gläser zu schaffen, die für die Herstellung von Glasfasern besonders geeignet sind und die einen niedrigen Erweichungsintervall und niedrige Verflüssigungstemperaturen aufweisen. Außerdem sind die aus den erfindungsgemäßen Glasmassen erzeugten Fasern durch verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber chemischem Angriff gekennzeichnet.

Heute werden Glasfasern gewerblich nach zwei allgemeinen Verfahren hergestellt. Die sogenannten kontinuierlichen oder Textilfasern werden durch einen mechanischen Ziehprozeß hergestellt, wobei durch Öffnungen in einer Glasschmelzkammer ausfließende Ströme geschmolzenen Glases in sehr feine Fasern oder Fäden ausgezogen werden, die auf eine schnell umlaufende Trommel gewickelt oder gewunden werden, welche die Ausziehkraft schafft. Die sogenannten Stapelfasern oder Wolle werden durch ein Gasausziehverfahren hergestellt. Bei einem solchen Verfahren werden Primärfäden erst durch mechanisches Ausziehen geschmolzener Glasströme gebildet, worauf die Primärfäden abgekühlt und verfestigt werden und dann mit einem Gasstrom hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur in Berührung gebracht werden. Durch die Wirkung des Gases hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur werden die Primärfäden geschmolzen und geblasen oder ausgezogen zu Wallfasern sehr geringen Durchmessers und verhältnismäßig kurzer Länge.

Kontinuierliche Fasern oder Fäden sind zum Verweben zu Stoffen brauchbar, für die Verstärkung von plastischen Geweben im Bereich elektrischer Isolierung usw. Die Stapel- oder Wollfasern, entweder unverarbeitet oder in der Form von Matten oder Filzen, sind für vieles zu gebrauchen, einschließlich als Isoliermaterial für Wohnungen, Gebäude und andere Konstruktionen, zum Filtrieren von Gas, Flüssigkeiten usw.

Zur befriedigenden Herstellung von Fasern nach den obigen Verfahren ist es erforderlich, daß die Gläser streng umgrenzte Eigenschaften besitzen. Es ist eines der Haupterfordernisse, daß das Glas einen verhältnismäßig niedrigen Erweichungsintervall hat, vorzugsweise unter etwa 1100° C, so daß es leicht und schnell mit einem Mindestmaß an für sein Schmelzen erforderlicher Energie bequem verarbeitet werden kann. Außerdem muß das Glas eine Viskosität haben, die es ihm ermöglicht, in Form kleiner Ströme durch die feinen Mündungsöffnungen einer Speisevorrichtung zu fließen, und muß doch eine Viskosität haben, die verhindert, daß das Glas durch die Öffnungen flutet, von denen es abgezogen wird. Die Viskositätskurve sollte auch genügend lang oder flach sein, so daß die geschmolzenen Ströme ausgezogen werden können und ihren Durchmesser vor dem Erstarren wesentlich vermindern. Außerdem muß das Glas in geschmolzenem

Anmelder:

L. O. F. Glass Fibers Company,
Toledo, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. B. Wehr,

Dipl.-Ing. H. Seiler, Berlin-Grunewald, Lynarstr. 1,

und Dipl.-Ing. H. Stehmann, Nürnberg, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. Januar 1956

Dominick Labino, Maumee, Ohio,

und Lawrence Vincent Gagin, Toledo, Ohio (V. St. A.), sind als Erfinder genannt worden

Zustand eine ausreichend niedrige Oberflächenspannung haben, die es ihm ermöglicht, in äußerst feine Fasern ausgezogen zu werden.

Der obenerwähnte niedrige Erweichungsintervall ist auch aus anderen Gründen erwünscht als nur wegen geringen Energieverbrauchs für die Verarbeitung des Glases. Es ist bekannt, daß Glas chemisch und physikalisch korrodierend auf den Behälter wirkt, in dem es geschmolzen wird, und diese korrodierenden Eigenschaften vergrößern sich schnell bei hohen Arbeitstemperaturen. Dieser Umstand hat es in der Vergangenheit notwendig gemacht, daß die bei der Bildung von Glasfasern verwendeten Präzisionsspeisevorrichtungen aus Platin oder einer Edelmetallegierung gebildet werden, die in der Lage sind, dem Angriff des Glases zu widerstehen, da kaum irgendwelche anderen Materialien in der Lage sind, gegenüber den bis jetzt entwickelten Gläsern auf die

4.0 Dauer widerstandsfähig zu sein. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Gläser, daß ihr chemischer und physikalischer Angriff auf die Behälter, in denen sie geschmolzen werden, so gering sind, daß sie die Verwendung von Schmelzvorrichtungen aus feuerfestem Ton zur Herstellung von Fasern ermöglichen. Somit ermöglichen die vorliegenden Gläser, die Abhängigkeit von Platin oder anderen seltenen Edelmetallen bei der Herstellung von Glasfasern im wesentlichen vollkommen zu beseitigen.
Die Gläser, welche bisher erzeugt worden sind, um den Anforderungen in bezug auf Schmelzintervall, Viskosität und Oberflächenspannung, wie sie für die Herstellung feiner Fasern durch mechanische oder Gasausziehung benötigt werden, zu genügen, enthalten zwar auch Bestandteile der erfindungsgemäßen Gläser, jedoch in an-

809 5*267

deren Prozentsätzen, und sind durch höhere Arbeitstemperaturen gekennzeichnet. Die aus früher bekannten Gläsern hergestellten Fasern sind auch durch im allgemeinen schlechte Widerstandsfähigkeit gegenüber chemischem Angriff gekennzeichnet gewesen.

Es ist infolgedessen ein Ziel dieser Erfindung, Gläser zu schaffen, die für die Herstellung von Glasfasern entweder durch mechanische oder Gasausziehung gut geeignet sind.

Ein anderes Ziel ist es, Gläser zu schaffen, die besonders zur Herstellung von Fasern geeignet sind, die durch wesentlich unter etwa 1100⁰C liegende Erweichungsintervalle und Arbeitstemperaturen gekennzeichnet sind und die zur Herstellung feiner Glasfasern mit hoher Widerstandsfähigkeit gegenüber chemischem Angriff geeignet sind.

Die Erfindung umfaßt ein Glas, das vor allem aus den folgenden Bestandteilen besteht:

	Beispiel	Bestandteil	1
		Gewichtsprozent, aus dem Rohstoffgemenge berechnet
SiO₂		48,9 12,8 9,5 11,2
B₂O₃ ...	O₃, Fe₂O₃) +TiO₂	4,0 2,4
R₂O₃ (Al₂ Na₂O ...		0,1 3,9 4,7
K₂O		2,1
CaO
MeO ...
BaO
ZnO
CaF₂ ...

Die obige Glaszusammensetzung war durch ein Erweichungsintervall der Fasern um ungefähr 68O⁰C und eine Verflüssigungstemperatur von 790° C gekennzeichnet; daraus hergestellte Fasern hatten nach Eintauchen in Wasser einen Gewichtsverlust von nur 2,05 ⁰J₀. Das zum Auslaugen der Fasern verwendete H₂O hatte vor dem Versuch einen elektrischen Widerstand von 400000 bis 500000 Ohm und nach dem Versuch von 10500 Ohm. Der prozentuale Verlust der Fasern mit 1,0 n-H₂SO₄ betrug 28,8 Gewichtsprozent, und die Widerstandsfähigkeit gegen Alkalien wird durch einen Verlust von nur 6,4 Gewichtsprozent dargestellt.

Es wurde festgestellt, daß die obige Zusammensetzung zur Herstellung von Stapelglasfasern oder Wolle sehr feinen Durchmessers nach einem Flammenausziehverfahren äußerst brauchbar war.

	Beispiel	Bestandteil	2
		Gewichtsprozent, aus dem Rohstoffgemenge berechnet
SiO₂		49,8 12,8 8,6 11,1 4,0 24
B₂O₃ ...	O₃, Fe₂O₃) + TiO₂	0,1 3,9 4,7 2,1
R₂O₃ (Al₂ Na₂O ...
K₂O
CaO
MgO ...
BaO ...
ZnO
CaF, ...

flüssigungstemperatur von ungefähr 730⁰C besitzt. Nach Eintauchen in Wasser mit einem anfänglichen elektrischen Widerstand von 400000 bis 500000 Ohm hatten die aus dieser Zusammensetzung hergestellten Fasern einen Gewichtsverlust von nur 2,04%. Das Wasser hatte nach dem Versuch einen elektrischen Widerstand von 10000 Ohm. Nach Eintauchen in 1,0 n-H₂SO₄ hatten die Fasern einen Gewichtsverlust von 19,8 °/„. Entsprechend der Zusammensetzung nach Beispiel 1 wurde festgestellt, daß diese Masse für die Herstellung von flammengeblasenen Wollfasern besonders vorteilhaft ist und einen hohen Durchsatz ergibt. Man wird bemerken, daß die verhältnismäßig geringe Änderung im Verhältnis der SiO₂ und R₂O₃-Bestandteile + TiO₂ erhebliche Vergrößerung der Widerstandsfähigkeit gegen Säureverlust ergeben hat.

Beispiel	Bestandteil 20	3
SiO₂ B₂O₃ R₂O₃ (Al₂O₃, Fe₂O₃) + TiO₂ ²⁵ Na₂O K₂O CaO MgO BaO ³⁰ ZnO CaF₂	Gewichtsprozent, aus dem Rohstoffgemenge berechnet
56,2 12,2 5,6 10,5 3,1 1,3 0,2 5,0 3,8 2,1

Es wurde festgestellt, daß die obige Masse ein Erweichungsintervall der Fasern um ungefähr 695° C und eine Verflüssigungstemperatur von ungefähr 730⁰C hatte. Der Wasserverlust der aus dieser Masse hergestellten Fasern betrug 2,02 Gewichtsprozent, wobei das zum Prüfen der Fasern verwendete Wasser einen elektrischen Widerstand nach dem Versuch von 10000 Ohm hatte, während es vor dem Versuch einen elektrischen Widerstand von 400000 bis 500000 Ohm hatte. Die Fasern hatten eine außerordentlich hohe Widerstandsfähigkeit gegen Säure und verloren nur 2,34 Gewichtsprozent nach Eintauchen in 1,0 n-H₂SO₄. Die Fasern hatten auch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Alkali und verloren nur 8,14 Gewichtsprozent nach Eintauchen in 0,1 n-NaOH. Man wird bemerken, daß die geringe Zunahme an Kieselsäure und MgO und BaO mit entsprechend geringen Abnahmen der anderen Bestandteile ein etwas erhöhtes Erweichungsintervall der Fasern und eine unerwartet hohe Widerstandsfähigkeit gegen Säureverlust ergab.

Claims

PaTENTAN'SPR OCHE:

1. Glas zum Herstellen von Glasfasern mit einem niedrigen Erweichungs- und Schmelzintervall sowie einem flachen Viskositätskurvenverlauf bei Erweichungs- und Schmelztemperaturen, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:

60

65

Es wurde festgestellt, daß diese Masse ein Erweichungsintervall der Fasern um ungefähr 68O⁰C und eine Ver-

SiO₂ Gewichtsprozent
... 47 bis 60 bis 15 B₂O₃ 9 bis 10,5
bis 13 R₂O₃ (Al₂O₃, Fe₂O₃) + TiO₂
Na₂O 5
8 bis 5 K₂O 2 bis 4 CaO 1 5 bis 1
bis 6 0,0 bis 6 BaO 2 bis 3 ZnO 2 CaF, ... 1,0

Vergleichstabelle

I bis 60 bis 6 II I in IV V VI Anmeldung bis 15 bis 6 Deutsches Patent 765 037 Französisches Französisches USA.-Patent bis 10,5 bis 3 Beispiel 4 Patent 858 913 Patent 1 057 552 2 306 857 SiO₂ 47 bis 13
bis 5 54,7*) 53,5*) 40 bis 60*) 60 bis 65*) B₂O₃ 9 bis 4 6,9 7,5 0 bis 6 2 bis 7 R₂O₃ 5 0,05 bis 1 10,5*) Beispiel 5 5 4,5 bis 24*) 2 bis 6*) Na₂O
K₂O 8
2 2 3,1 51,8*) ) ⁸ 10 bis 15*) j 8 bis 12*) CaO 1 2 19,3 4,0 3*) 15 bis 22 [· 15 bis 20 MgO 1 3,5 11,2 2 4 bis 12 — BaO — ! 2,4 19 — ZnO — 24,8 2*) — — CaF₂ 2,0*) ! 6,1 — — — — —

*) Innerhalb des Erfmdungsbereichs.

2. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:

Gewichtsprozent

SiO₂ 48,9

B₂O₃ 12,8

R₂O₃ (Al₂O₃, Fe₂O₃) + TiO₂ ... 9,5

Na₂O 11,2

K₂O 4,0

CaO 2,4

BaO 3,9

ZnO 4,7

CaF₂ 2,1

MgO 0,1

3. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden Gehalt an Kieselsäure, R₂O₃ + TiO₂, B₂O₃ und Natriumoxyd:

Gewichtsprozent

SiO₂ 49,8

B₂O₃ 12,8

R₂O₃ (Al₂O₃, Fe₂O₃) + TiO₂ ... 8,6

Na₂O 11,1

4. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:

SiO₂

B₂O₃

R₂O₃(Al₂O₃₁Fe₂O₃) +TiO₂

Na₂O

K₂O

CaO

MgO

BaO

ZnO

CaF₂

Gewichtsprozent

56,2 12,2

5,6 10,5

3,1

1,3

0,2

5,0

3,8

2,1

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 765 037; französische Patentschriften Nr. 858 913, 1 057 552; USA.-Patentschrift Nr. 2 308 857.