DE1225349B

DE1225349B - Glaszusammensetzungen fuer in Akrylharze als Verstaerkung einzubettende Glasfasern

Info

Publication number: DE1225349B
Application number: DEO7447A
Authority: DE
Inventors: Ralph L Tiede
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1959-06-19
Filing date: 1960-06-07
Publication date: 1966-09-22
Also published as: US3008841A; CH390474A; GB954836A; BE591341A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C03c

Deutsche Kl.: 32 b -3/04

Nummer: 1225 349

Aktenzeichen: O7447VIb/32b

Anmeldetag: 7. Juni 1960

Auslegetag: 22. September 1966

Die Erfindung betrifft Glaszusammensetzungen, wie sie zur Herstellung von Fasern in Kombination mit einem Akrylharz in einem Glas-Harz-Produkt Verwendung finden.

In den letzten Jahren hat man insbesondere die Akrylharze fortschreitend verbessert und zu Materiahen ausgestaltet, die sich in einer Vielzahl neuer Produkte mit eingebauten Glasfaserverstärkungen verwenden lassen. Kombiniert man die Akrylharze mit üblichen Glasfasern, dann erhält man. ein unschönes und unerwünschtes Aussehen. Dies geht auf den unterschiedlichen Lichtbrechungsindex von Harz und Glas zurück. Bestimmte Akrylharze haben einen Brechungsindex von 1,49, während beispielsweise die üblichen Textilglasfasern, wie man sie nach dem USA.-Patent 2 334 961 herstellen kann, einen von diesem Wert wesentlich abweichenden Brechungsindex besitzen, so daß sich bei der Kombination von Harz-Glas-Fasern im Endprodukt ein unschönes durchscheinendes oder schleieriges Aussehen ergibt. Obwohl die üblichen Textilglasfasern ausgezeichnete Verstärkungseigenschaften aufweisen, ist bei bestimmten Produkten das Aussehen des Endproduktes außerordentlich kritisch, und es ergibt sich die Forderung nach einer Zusammensetzung mit einem solchen Brechungsindex, daß die Glasverstärkung in dem mit Glasfasern verstärkten Produkt unsichtbar ist oder doch ein gutes Aussehen ergibt, falls sie noch sichtbar sein sollte.

Gläser mit einem Brechungsindex von 1,49 bis 1,51 sind an sich bekannt (vgl. Thiene, Glas, 2. Band, 1939, S. 952, letzte Zeile [Muranoglas 1923 (grün)], ferner S. 954, 1. Zeile [Glas Nr. 838 (930)], und S. 957, 2. Zeile [Verbrennungsglas Murano (1924)]), jedoch sind diese nicht für die Herstellung von Glasfasern und zum Einbetten derartiger Fasern in Kunstharze vorgeschlagen worden.

In der französischen Patentschrift 1149 289 sind glasfaserhaltige Gebilde beschrieben, die aus mindestens zwei Glasfasern des gleichen Materials, die sich durch verschiedene Abkühlungsgeschwindigkeiten bei ihrer Herstellung unterscheiden, zusammengesetzt sind. Für die dabei verwendeten Gläser sind kerne Brechungsexponenten angegeben, und es werden diese speziell beim Abkühlen behandelten Fasern auch nicht unsichtbar in Kunstharze eingebettet.

Die vorliegende Erfindung hat eine Glaszusammensetzung zum Ziel, die sich in Akrylharze einbauen läßt. Vorzugsweise soll daraus ein Glas hergestellt werden, das sich als Verstärkung in derartigen Kunstharzmaterialien eignet.

Glaszusammensetzungen für in Akrylharze als Verstärkung einzubettende Glasfasern

Anmelder:

Owens-Corning Fiberglas Corporation,

Toledo, Ohio (V. St. A.) ; V ..".'.'.

Vertreter: ....

Dipl.-Ing. R. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte, Herne, Freiligrathstr. 19

Als Erfinder benannt:

Ralph L. Tiede, Newark, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 19. Juni 1959 (821385) - -

Es hat sich gezeigt, daß Kieselsäure und Boroxyd den Brechungsindex herabsetzen und daß Soda und gewisse andere Bestandteile, wie Fluoride, AIuminiumoxyd, Kalk und Magnesiumoxyd, hinzugegeben werden müssen, um das richtige Verhältnis zwischen Viskosität und Temperatur, eine ausreichende Lebensdauer und Mischbarkeit mit der fertigen Zusammensetzung zu erhalten. Die Komponenten liegen in folgenden Anteilen in Gewichtsprozenten vor.

Bestandteile Gewichtsprozent

SiO₂ 60 bis 62

Al₂O₃ 6,0 bis 8,0

CaO 2,4 bis 4,2

MgO 1,6 bis 2,9

B₂O₃ 13,3 bis 14,0

Na₂O 7,9 bis 12,0

F₂ 2,0 bis 3,9

Fe₂O₃ nicht mehr als 0,04

Die folgenden Zusammensetzungen sind als Beispiele für das Erfindungsprinzip gedacht.

609 667/146

	1	2	3	. Beispiel 4	5	6	7
Bestandteile in Gewichtsprozenten SiO₂ AlO₃ CaO MgO B₂O₃ Na₂O F₂ Fe₂O₃ Brechungsindex der Fasern	59,96 - 8,00 4,17 2,84 13,99 9,00 2,00 0,04 1,50	61,40 7,92 3,50 2,38 13,87 7,92 2,97 0,04 1,49	61,97 8,00 3,57 2,43 13,99 8,00 2,00 0,04 1,50	'■■ 61,09 7,88 3,48 2,37 13,32 7,88 3,94 0,04 1,49	61,96 6,00 2,40 1,63 13,99 11,99 2,00 0,03 1,50	61,10 7,88 3,48 2,37 13,80 7,88 3,45 0,04 1,49	60,69 7,96 3,84 2,61 13,91 8,46 2,49 0,04 1,495
	Temperatur ⁰C	Temperatur ⁰C	Temperatur ⁰C	Temperatur	Temperatur ⁰C
Logarithmische Viskosität 1,5 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 • 3,00 ............	1480 1398 1320 1258 1200	1532 1443 1369 1296 1249	1582 1490 1408 1338 1273	1522 1442 1368 1295	1561 1415 1325 1300 1227 1166 1109

Aus den Beispielen erkennt man, daß Kieselsäure und Boroxyd wesentliche Bestandteile sind. Diese beiden Materialien liefern Gläser mit niedrigem Brechungsindex. Glaszusammensetzungen mit Brechungsindizes von etwa 1.49 bis etwa 1.51 enthalten einen ziemlich großen Anteil an diesen Materialien. An sich sind Kieselsäure und Boroxyd unmischbar, jedoch läßt sich dieser Zustand durch Zugabe von Aluminiumoxyd korrigieren. Die Zugabe von Kalziumoxyd und Aluminiumoxyd.reduziert die Viskosität und verbessert die Dauerhaftigkeit des Glases. Eisenoxyd liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 0,04 Gewichtsprozent und darunter vor und dient der Verbesserung des Aussehens. Der Anteil kann jedoch auch bis auf 0,04% steigen. Höhere Werte unterstützen die Verformbarkeit des Glases und senken die Gemengekosten,

Die offenbarten Glaszusammensetzungen haben Brechungsindizes von 1,49 bis 1,51 und lassen sich in üblicher Weise zerfasern. Bei den bekannten Faserherstellungsverfahren treten Schmelzglasströme aus einem Vorrat aus und werden zu Fasern ausgezogen, indem man einen Gasblasstrahl oder eine mechanische Ausziehvorrichtung verwendet. So kann man beispielsweise Dampfblasvorrichtungen, oder Gas-Luft-Brenner verwenden, um die Gasblasstrahlen zu erzeugen, wie es in den USA.-Patenten 2 287 006 und 2,481 543 beschrieben ist. Zum mechanischen Ausziehen der Fasern verwendet man Wickelspulen bzw. Ausziehräder, wie sie durch die USA.-Patentschriften 2 391870 und 2 729 027 bekanntgeworden sind.

Bezüglich der Faserherstellung stellt die Beziehung zwischen Viskosität und Temperatur eine wichtige physikalische Eigenschaft dar. Diese Beziehung wird in dem betreffenden Bereich mit Hilfe eines rotierenden Zylinders bestimmt. Das Glas wird in einem geeigneten Behälter in einem Ofen gehalten, der auf die gewünschte Temperatur erhitzt werden kann. Das zum Drehen mit konstanter Geschwindigkeit der in das Schmelzglas eingetauchten Spindel erforderliche Drehmoment wird gemessen und läßt sich in Viskositätswerte umrechnen. Die Beziehung zwischen Viskosität und Temperatur läßt sich durch Messungen bei verschiedenen Temperaturen feststellen. Manchmal empfiehlt es sich, die gewonnenen Werte in Form einer Kurve des Logarithmus der Viskosität gegen die Temperatur aufzutragen. Nach der Feststellung des Verflüssigungspunktes des Glases läßt sich die Viskosität am Verflüssigungspunkt durch Extrapolieren der Kurve festlegen. Je größer die Viskosität am Verflüssigungspunkt ist, desto weniger wahrscheinlich ist es, daß die Entglasung die Faserbildung bei der Faserherstellung stört. Obwohl die Verflüssigungstemperaturen nur in dem Beispiel 2 angegeben sind, zeigt dieses Beispiel bereits die erstrebte Beziehung von Verflüssigung und Viskosität bei der Faserherstellung.

Die offenbarten Glaszusammensetzungen eignen sich insbesondere für die Herstellung von Textilfasern in Strangform, die dann auf kurze Längen geschnitten und in Mattenform gesammelt werden, Diese Matten dienen als Verstärkung für ein Akrylharz mit im wesentlichen dem Brechungsindex des'Glases, d. h., 1,49 bis 1,51. Selbstverständlich will man eine vollständige Benetzung der Fasern durch das zu verstärkende Akrylharz haben. Man benötigt dazu eine Schlichterzusämmensetzung mit dem richtigen Brechungsindex und mit den erforderlichen Bindeeigenschaften auf den Fasern vor dem Zusammenbau von Glas und "Harz, jedoch richtet sich die vorliegende Erfindung im wesentlichen nur auf die richtige Glaszusammensetzung.
Bei Zugabe von Fluor erniedrigt sich die Viskosi-

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tat. Ein geeignetes fluorhaltiges Ausgangsmaterial ist durch folgende Zusammensetzungen in

Natriumsiliziumfluorid. Die angegebenen Prozent- wichtsprozent:

sätze sind theoretische Mengen, berechnet auf den ., «-,·,.

Ausgangsmaterialien. Das Schmelzen im Tiegel führt Bestandtale Gewxchtsprozent

zu einem Verlust von einem Drittel der angegebenen 5 lift α η ι? « η

Fluormengen. Das verwendete Fluor kann in mög- rn oaw α ο

liehst großen Anteilen zugegeben werden, ohne daß rf*! γι ~\^s ^n

man Milchglas erhält. Obwohl Scherben oder Kugeln ^gU 1,6 bis 2,SJ

aus solchen Gemengen etwas milchig sind, zeigen die ij η 7 ο w ι % η

aus diesen Scherben oder Kugeln hergestellten Fasern io ^^a2^u onw ta

diese Trübung nicht, da sie bei ihrer Herstellung J λ '■', ^l'^°^ls; ?%„

rasch abkühlen. ^FeA nicht mehr als 0,04

Claims

Patentanspruch:

Glaszusammensetzungen für in Akrylharze als Verstärkung einzubettende Glasfasern mit einem Brechungsindex, der im wesentlichen gleich dem eines Akrylharzes ist, gekennzeichnet

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1149 289; USA.-Patentschriften Nr. 2 287 006, 2 334 961,

2 391 870, 2 481543, 2 729 027; Hermann Thiene, »Glass«, Jena, 1939, 2. Band,

S. 952, 954, 957.