DE2129016C - Alkalifreies MgO Al tief 2 O tief 3 SiO tief 2 Glas, das bei relativ nie dngen Temperaturen zu für Verstarkungs zwecke geeigneten Glasfasern ausgezogen werden kann - Google Patents

Description

Verarbeitungstemperatur liegt bei 1180⁰C, so daß es leicht auch aus der Düse gesponnen werden kann.. Die Einfriertemperatur ist Tg = 720⁰C. Im langsam gekühlten Zustand ist das Glas getrübt durch Entmischungsbereiche. Die schnell gezogenen Fasern sind nicht entmischt. Festigkeit bei ΙΟμηι: σ = 5200 N/mm*, Elastizitätsmodul (ΙΟμπι): E = 9,3 · 10⁴N/

Beispiel 2

62 Gewichtsprozent SiO_t
17 Gewichtsprozent Al_tO₃
14 Gewichtsprozent ZnO
7 Gewichtsprozent MgO

entspricht:

2(MgO + ZnO) · AIjO₃ · 6SiO₁.

Das Glas wurde bei 1530° C geschmolzen, in Barren gegossen und vom Barren zu Fasern gezogen. Die Verarbeitungstemperatur ist bei 1230⁰C: Tg = 780⁰C. Das Glas ist auch im langsam gekühlten Zustand klar. Festigkeit bei ΙΟμίη: σ = 4500 N/mm² Elastizitätsmodul (10 μηι): E = 1,15 · 10⁴ N/mm*.

Die Fasern wurden zur Bestimmung der Verträglichkeit mit Zement in eine konzentrierte wässerige Lösung von Protlandzement getaucht und nach verschiedenen Zeiten vermessen.

Es ergab sich, daß die Festigkeit in den ersten Tagen wie bei allen Gläsern abfiel, dann aber über die gesamte Meßdauer von etwa einem Jahr konstant blieb. In derselben Zeit waren Fasern aus E-Glas aufgelöst. Der Elastizitätsmodul stieg während der Behandlung an bis auf Werte von 1,6 · 10* N/mm*. Die Haftfestigkeit der einzelnen Faser am ausgehärteten Zement betrug nach etwa 4 Wochen 500 N/ mm². Das ist etwa der zehnfache Wert des E-Glases vor seiner Zerstörung.

ίο Die Verträglichkeit mit den Monomeren von Epoxidharzen und Polyestern ist sehr gut; die Haftung ist auch schon ohne Haftvermittler fast ausreichend. Es wird vermutet, daß die leicht polarisierbaren Zinkionen kunststofffreundlicher sind als die edelgasähnliehen Ionen des Calciums, die in den bekannten Faserzusammensetzungen enthalten sind. Mit den üblichen Haftvermittlern wird die Haftung an Polymeren noch erhöht. Außerdem ist die Benetzung^ durch Metallschmelzen besser als bei anderen Fasern.

ao Wegen der guten Temperatmbeständigkeit sind die erfindiingsgcmäßen Fasern geeignet für die Verstärkung von niedrigschmelzenden Metalllegierungen, ζ. Β. auch Aluminium.
Die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen

as können zu Verstärkungsfasern verarbeitet werden, die alle oben gestellten Aufgaben erfüllen und damit wesentliche Vorteile gegenüber den bisher bekannten Glasfasern haben.

Claims (3)

ι 2 zement geeignet sind und Fasern, die für die Kunst- Patentanspiüche; harzverstärkung mit denselben Schlichten und_ Haft- vermittlern behandelt werden können wie die hierfür

1. Alkalifreies MgO-Al₂O₃-SiO₂-GIaS, das bei am häufigsten verwendete E-Glas-Faser.

relativ niedrigen Tempeiaturen zu für Verstär- 5 Die erfindungsgemäßen Glasfasern sollen außerdem

kungszwecke geeigneten Glasfasern ausgezogen für die Verstärkung von Metallen geeignet sein, und

werden kann, dadurch gekennzeich- sie sollen eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf-

n e t, daß es Zinkoxid in einer solchen Menge weisen. .

enthält, daß die Summe der Molzahlen des Zink- Dieses Ziel wird erfindungsgemaU erreicht mit Olas-

und Magnesiumoxids mindestens das Doppelte der io zusammensetzungen, die neben Oxiden von Silicium,

des Aluminiumoxids beträgt. Aluminium und Magnesium noch Zinkoxid in einer

2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekenn- solchen Menge enthalten, daß die Summe der Molzeichnet, daß die Molzahl des Siliciumdioxids das zähler, von Zink- und Magnesiumoxid mindestens Ein- bis Sechsfache der des Aluminiumoxids be- das Doppelte der Molzahl des Aluminiumoxids beträgt. 15 trägt. -ur

3. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- Die Erfindung geht von der neuen wissenschafinet, daß von den zweiwertigen Oxiden ZnO und liehen Erkenntnis aus, daß die Festigkeit und der MgO das am wenigsten vertretene in einer Menge Elastizitätsmodul um so höher sind, je großer der von mindestens einem Zehntel der Molsumme der Anteil an intermediären Kationen als Netzwerkbeiden vorhanden ist. ao bildner ist. Intermediäre Kationen sind solche, die

im Glasgerüst sowohl als Netzwerkbildner wie auch

als Netzwerkwandler vorkommen können. Als das

klassische intermediäre Kation ist in Süikalgläsem das Ai³Mon anzusehen. Dieses ist in alkalifreieis

Die Erfindung betrifft Glaszusammensetzungen mit a₅ Gläsern maximal als Netzwerk wandler eingebaut in, Siliciumdioxid als reinem Netzwerkbildner und Molverhältnis 2MO:A1,O₃= 1, wenn M das lon Oxiden des Aluminiums, Magnesiums und Zinks, die eines Erdalkalimetalls bedeutet. Unter den Erdaikaiiteilweise als Netzwerkbildner und teilweise als Netz- metallen scheidet'das Beryllium wegen seiner Giftig werkwandler vorliegen; die Erfindung betrifft zugleich keit aus. Das Magnesium ist geeignet, weil es ungiftig aus solchen Zusammensetzungen hergestellte Glas- 30 und leicht ist und außerdem selbst noch als Netzwerkkörper, wie Fasern, Hohlfasern, Perlen, Folien od. ä., bildner vorkommen kann. Um die Kristallisationsdie für die Verstärkung von organischen und anorga- geschwindigkeit herabzusetzen, ist noch ein edelgasnischen Verbundwerkstoffen geeignet sind. unähnliches Ion mit niedrigem Atomgewicht not-

Alkalifreie Glaszusammensetzungen aus Oxiden wendig. Als solches eignet sich das Zink-Ion. Dieses von Silicium, Aluminium und Magnesium mit Zu- 35 hat außerdem den Vorteil, daß es kristallographisch sätzen von Bortrioxid und Calciumoxid sind bekannt- dem Magnesium verwandt ist und auch als Netzwerkgeworden unter dem Namen »Ε-Glas«. Diese Glas- bildner vorkommen kann.

zusammensetzungen sind in erster Linie für die Her- Die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung ent-

stellung von Glasfasern bestimmt. In dem Bestreben, spricht somit vorzugsweise der Formel:

die Eigenschaften des »Ε-Glases« in bezug auf die 40 .... ~ , „ _* _A, _Γι „ _c,o iu_ni„w.n\

Festigkeit und den Elastizitätsmodul zu verbessern ⁷^^M^° + ^Zn0)' ^A1*°> ' ^{n Sl}°« (^MolzahIen>>

und um die Umweltbelästigung durch die Verdamp- wobei

fung von Bortrioxid zu verringern, hat man Glas- MgO ^

zusammensetzungen aus den Oxiden von Silicium, 1 < η < 6, und: 0,9 > ,^go"+ ZnÖ — *
Aluminium, Magnesium und Calcium vorgeschlagen 45

(USA.-Patentschriften 2 334 691, 2 571 074, 703 569). Abweichungen von diesen Molzahlverhältnissen

Mengenverhältnisse in diesen bekannten Glaszu- um bis zu 10 °/₀ sind möglich.

sammensetzungen wurden vorwiegend mit Hinblick In Gewichtsprozent ergibt das einen Bereich von

auf die Schmelzbarkeit ausgesucht. Die Erhöhungen 21 bis 64 Siliciumdioxid, 16 bis 36 Aluminiumoxid,

der Festigkeit und des Elastizitätsmoduls gegenüber 50 5 bis 30 Zinkoxid und 1 bis 17 Magnesiumoxid.

Ε-Glasfasern beträgt rund 15 °/₀. Die Spinntemperatur Diese Zusammensetzungen sind bis auf zufällig

ist aber um bis zu 250 K höher. Das führt zu einer vorhandene Spuren frei von alkalischen Bestandteilen,

sehr hohen Mehrbelastung der aus Platin-Rhodium- B₂O₃ und Fluoriden. Sie können mit Hilfe von tech-

Legierungen bestehenden Spinndüsen. nischen Verfahren zu Glasfasern versponnen werden.

Ziel der vorliegenden Erfindung sind Glaszusam- 55

mensetzungen, die bei relativ tiefen Temperaturen zu B e i s ρ i e 1 1

Fasern gezogen werden können, die aus der Schmelze ₅₀ Gewichtsprozent SiO

keine für die Umwelt schädlichen Bestandteile, wie ₂l Gewichtsprozent Al O

Borate, Fluoride oder ähnliche flüchtige und/oder 24GeWiChIsPrOZe_nIZnC)³

sublimierbare Substanzen entweichen lassen, und die 60 _{5 Gewichts}£_{rozent Mg0}
eine relativ geringe Dichte aufweisen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Herstellung entspricht:

von Verstärkungsfasern, aie noch bei hohen Tem- ,_m , .. ^ . _ni7„_n, _Al ,-. _Ac;n

, .j j ■· · , , .-. 2(0,3 MgO + 0,7 ZnO) · AUO₃ · 4aiO».

peraturen einsetzbar sind und die in bezug auf Festig- ⁶ * ³ "

keit und Elastizitätsmodul den bisher bekannten Ver- 65 Dieses Glas wurde bei 145O°C aus Sand, Magnesit,

Stärkungs-Glasfasern überlegen sind. Zinkkarbonat und Aluminiumhydrokarbonat ge-

Ein besonderes Ziel der Erfindung ist es, Fasern schmolzen, in Barren gegossen und vom Barren zu

herzustellen, die für die Verstärkung von Portland- Fasern von 8 bis 20 μ,τη Durchmesser gezogen. Seine