DE2351105A1

DE2351105A1 - Glaszusammensetzung

Info

Publication number: DE2351105A1
Application number: DE19732351105
Authority: DE
Inventors: Lawrence Vincent Gagin
Original assignee: Johns Manville
Current assignee: Johns Manville
Priority date: 1972-10-10
Filing date: 1973-10-09
Publication date: 1974-05-02
Also published as: BE805784A; BR7307894D0; CA997790A; FR2202048B1; NL7313854A; FR2202048A1; IT996280B; JPS4975615A

Description

PAT ENTA N WA LT E

Dfpi:-!ng. H. Seiler ofpi-ing. ,!.Pfenning DipL-Phys. K. H-, Meinig

414 5-B 1 Berlin 19

Oldenburgalle© TO Tel. 030iT304 55 21 /22

Drahtwort: Seilwehrpatent

Postscheckkonto: Berlin-West 59 38-1O2

9. Oktober 1973 Me/CSo)/St

JOHNS-MANVILLE CORPORATION 22 East 40th Street, New York, N.Y. 10016

U.S.A.

Glaszusammensetzung

Die Erfindung betrifft Glaszusammensetzungen, und sie betrifft insbesondere Glaszusammensetzungen, die für die Her— stellung von Glasfasern geeignet sind.

Glassorten, die sich für die Erzeugung von Glasfasern eignen, sollten Zusammensetzungen ausweisen, die sich durch niedrige Erweichungstemperaturen, niedrige Schmelztemperaturen und hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber chemischen Angriffen auszeichnen. Eine weitere erwünschte Eigenschaft ist solche Viskosität, daß das geschmolzene Glas bei der Arbeitstemperatur zu Fasern gezogen werden kann, ohne daß die! Pasern brechen. Diese Viskosität sollte über einen weiteren

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Temperaturbereich herrschen, damit während der Fasererzeugumj

■ die Notwendigkeit für eine strenge Temperaturkonstanthaltung entfällt.

} Die Bestandteile des Glassatzes und ihre prozentualen An—

ι teile bestimmen natürlich die Arbeitseigenschaften der Glasmasse und der daraus resultierenden Glasschmelze und Erzeugnisse. Eine Zusammensetzung, die zu den gewünschten Eigenschaften des Erzeugnisses führt, gibt häufig die Herstellungsbedingungen vor, welche wiederum die Art der Herstellungsausrüstung und die Betriebsparameter, wie z.B. den

[ Durchmesser der Löcher, aus denen die Fasern gezogen werden,

die Zieh temperatur und die Ausziehgeschwindigkeit der Fasern, festlegen. Bei der Herstellung von Glasfasern müssen daher beträchtliche Investlonskosten für Herstellungsanlagen aufgebracht werden, die auf eine Glassorte für eine bestimmte Glasfaser abgestimmt sind, wobei die Verwendung eines anderen Glassatzes mit anderen Betriebseigenschaften Schwierigkeiten bereitet.

Es sind Glaszusammensetzungen verwendet und in den Handel gebracht worden, die im hohen Maße erwünschte Verarbeitungs- und Erzeugniseigenschaften aufweisen, welche Eigenschaften zumindest teilweise auf die Gegenwart von Fluor im Glassatz und in der daraus resultierenden Glaszusammensetzung zurückzuführen sind.

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Fluor war schon bei vielen .Glaszusammensetzungen für die Jf as er erzeugung ein Bestandteil«, Fluor als Bestandteil unterstützt d en Schmelzvorgang, setzt die Viskosität herab, vermindert die Schmelztemperatur und steigert die iebeiBoLauer der erzeugten Glasfasern. Fluor ist den Glasmassen, z.B. in Form von Kryolith, d.h. Hat r iumaluminiumf luor id Ia-AlIg, oder in Form von Flußspat, d.h. Kaiziumfluorid CaF₂» hinzugefügt wordene

Bei Glasschmelztemperaturen.ist Fluor in hohem Maße flüchtig, chemisch aktiv und giftig. Während des Schmelzens, fiaffinierens und Bearbeitens des Glases gehen erfahrungsgemäß ca« 50$ des Fluors an die Atmosphäre verloren. Der Austritt eines derart schädlichen Stoffes in die Atmosphäre in der Umgebung von Glasherstellungs- und bearbeitungswerken bereitet der Industrie, den Regierungen und der Öffentlichkeit große Sorgen Während die Miehtverwendung von Fluor bei Glaszusammensetzun-. gen die Umweltschutzforderungen erfüllen mag, zumindest was den Austritt von Fluor betrifft, verändert diese Lösung aber die Glaseigenschaften, die wiederum andere Eigenschaften der Glas erzeugnisse nach sich ziehen. Derartige Veränderungen·, auch wenn sie durchführbar sind, verursachen beträchtliche Kosten für die Erzeuger und Verbraucher der Glasprodukte.

Aufgabe der Erfindung ist es, Fluor aus Glaszusammensetzungen

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auszuscheiden, ohne die Glas eigenschaft en bzw· die Verarbeitung se ig en schaft en der Glasschmelz nachteilig zu beeinflussen. Es sollten also die Vorteile der Eliminierung von Fluor erreicht werden, ohne die !Machteile von Veränderungen an Anlagen und Produktionsverfahren mit in Kauf nehmen zu müssen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, das Fluor inGlassätzen für Glasfasererzeugung durch Bariumoxid zu ersetzen.

Eine weitere Aufgabe ist die Beimengung von Zinkoxid und Bariumoxid zur Unterstützung des Schmelzvorgangs, zur Herabsetzung der Viskosität und der Schmelztemperatur von Glas— Sätzen für die Pasererzeugung.

Die erfindungsgemäße Glaszusammensetzung enthält SiO₂, BpO,, Al₃O₃, Ha₂O, CaO.und P, und sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtgehalt an F durch BaO ersetzt wird.

Me erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen werden mit denjenigen Glaszusammensetzungen verglichen, welche sie ersetzen. Derartige Zusammensetzungen eignen sich für die Herstellung von Glaswolle mittels des Gasstoß-Auspreßverfahrens, bei dem das geschmolzene Glas aus einer Gruppe von Bohrungen ausgepreßt wird, um Primärglasfasern mit Durchmessern im Bereich zwischen ca. 10/u und ca. 15/u zu erzeugen. Diese Primärfasern

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weiden ausgezogen und an einer Mündung vorbeigeführt, aus der heißes G-as strömt, wodurch die Fasern wieder schmelzen und siel; zur typischen Glaswollfasern verjüngen·

Eine fluorhaltige Glaszusammensetzung, die vielfach für die Erzeugung von Glaswolle mittels IPlammenverjüngung verwendet worden ist, besitzt eine Schmelztemperatur von zwischen 870 und 892°G, eine Erweichungstemperatur von ca. 676°C und eine. Arbeitstemperatur von zwischen 676 und 1065⁰C, in welchem Bereich die Viskosität zwischen ca. log 7 und log 4 Poise liegt, was sich für die laserbildung eignet. Biese bekannte Zusammensetzung enthält die folgenden Bestandteile:

Bestandteil	Anteil in Gew.%
SiO₂	63,4
B₂O₃	5,6
	5,5
. Ha₂O	14,6
K₂O	1,1
GaO	6,1
MgO	3,0
I₀	0,7

Obgleich diese Zusammensetzung in hohem Maße erwünschte Eigen-

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schäften aufweist und Anlagen zur Verarbeitung zu Glaswolle existieren, enthält der Glassatz den ca. doppelten Fluorgehalt der Zusammensetzung der Faser und führt· zum Austritt von Fluor

■ in die Atmosphäre während des Schmelzens, fiaffinierens und

j Veraroeitens der G-lasschmelze in einer Menge von ca. 0,7

j Gew.$> des Fertigproduktes.

Die erfindungsgemäße fluorfreie Glaszusammensetzung besitzt verbesserte Eigenschaften in Form einer niedrigeren Schmelztemperatur bei etwa gleicher Erweichungstemperatur, Bearbeitungstemperatur und bei gleichen Fließeigenschaften. Die aus diesem Glassatz gewonnene Glaswolle ist chemisch stabil.

Beim beschleunigten Wasserversuch zwecks Auswaschens alkalischer Produkte erleidet die erfindungsgemäße Glassorte einen geringeren Gewichtsverlust als andere ähnliche Glas— sorten.

Me erfindungsgemäßenGrlaszusammensetzung enthält die folgenden Bestandteile:

Anteil in. Gew. j» 58-64

4-9 3-6

0 . 12-16 ·

Bestandteil	2
SiO	3
B₂O	°3
Al₂

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Bestandteil	Anteil in Gew.%
K₂O	0-2
GaQ	3-7
MgO	0-4
BaO	1,5-4
ZnO	0-1

Diese Mischung, die kein iluor enthält, kann, mittels derselben Anlagen verarbeitet werden, die vorher für die Verarbeitung von fiuorhaltigen Glaszusammensetzungen zu Glaswolle mittels des Heißgasverjüngungsverfahrens verwendet wurden. Die Viskosität und die chemischen Eigenschaften der Glasfasern stimmen mit den entsprechenden Werten bei Glasfasern aus bekannten Zusammensetzungen überein. Die erfindungsgemäße GIaszusammensetzung besitzt eine Schmelztemperatur zwischen 687 und 787⁰C, eine Erweichungstemperatur von ca. 682⁰C und eine JPasererzeugungstemperatur von zwischen 682 und 1092⁰G, und ihre Viskosität ist derart, daß bei einer Temperatur von 107O⁰C die gleiche Menge Glas der erfindungsgemäßen Zusammensetzung durch die Ziehbohrungen fließt, wie bei Glas bekannter Zusammensetzung, Wenn der Fluorgehalt durch 1,5" Gew.ia BaO ersetzt wird, schmelzen diese Glassorten bei den gleichen Temperaturen und mit der gleichen Geschwindigkeit wie Glassorten, die einen HLuorgehalt von 0,5 bis 1 Gew.$ im Glassatζ aufweisen.

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Die mit früheren Zusammensetzungen ohne ZnO vergleichbare chemische Beständigkeit wird durch Zusatz von ZnO gesteigert, insbesondere bezüglich Gewichtsverlust und Modifizierung des Bindungsmittels unter wässrigen Bedingungen.

Die folgende Tabelle enthält vier Ausführungsbeispiele für j erfindungsgemäße G-laszusammensetzungen für die Herstellung ; von Grlasfasern:

Bestandteil Ausführungsbeispiel

1 2 3 4

3iO2 61,5 62,5 62,0 62,2

B₂O 7,5 6,0 6,5 6,2

Al₂O₅ 5,5 4,5 5,0 ft,9

₂O ' 15,5 14,5 15,0 15,2

K₂O . 1,0 0,5 1,0 1,1 CaO

4,5	682	5,5	5,3	5,1
3,0	687	3,5	3,2	3,7
1,5	2,5	2,0	1,5
0	0,5	0	0
684	682	680
695	704	759-787

BaO
ZnO

Erweichungstemperatur, ⁰C
Sdmelztemperatur, C

Temperatur in ⁰G, bei der
Viskosität mit derjenigen
der bekannten Zusammensetzungen bei 1065⁰G übereinstimmt 1056 1065 1071 1065 - 9 -

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- 9 Alle oben aufgeführten Glaszuaammensetzungen können in einem Temperaturbereich zwischen 1065 und. 648 G mit gebräuchlichen Anlagen zur Erzeugung von Glaswolle mittels des Heißgasverjüngungsverfahrens verarbeitet weraen, da in diesem temperatur· bereich die Viskosität im Bereich zwischen log 4 und log 7 Poise liegt. Die bevorzugte Zusammensetzung gemäß Ausführungsbeispiel 4 ist von der Erfinderin zur Herstellung von Glaswolle nach dem Heißgasverjüngungsverfahren eingesetzt worden. Die Glaszusammensetzung gemäß Ausführungsbeispiel 4 ist statt der bekannten fluorhaltigen Glaszusammensetzung für die Erzeugung von Glaswolle in Anlagen verwendet worden, die auf die bekannte Zusammensetzung eingestellt waren, wobei nur minimale Veränderungen bei der Anlage und bei den Verfahrensparametern vorgenommen werden mußten, so daß die Umstellung als schnell und wirtschaftlich bezeichnet werden kann.

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Claims

- ίο - Ansprüche

1. Glas zusammensetzung mit den folgenden Bestandteilen: SiO₂; B₂O₃J Al₂O^; Ua₂O; CaOj P, dadurch gekennzeichnet , daß der gesamte F-Gehalt durch BaO ersetzt wird.

2. Glaszusammensetzung mit den folgenden Bestandteilen in Gew.jSr SiO₂;58-64} B₂O₅ 4-9i Al₃O₅ 3-6J Na₃O 12-16; CaO 3-71 und S¹, dadurch gekennzeichnet, daß der J?-Gehalt durch 1.5-4 Gew.$ BaO ersetzt wird.

3· Verfahren zur Herstellung von Glasfasern aus einer Glasschmelze mittels Heißgasverjüngung, wobei die Glasschmelze die Bestandteile SiO₂; ^B ₂°3» ^¹O⁰V ^lia2^0>
Ca0 und J? aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Glaszusammensetzung eine Schmelztemperatur von 68? bis 787⁰G und eine Verarbeitungstemperatur von 682 bis 1O92°C verliehen wird, wobei der gesamte JP-Gehalt durch BaO ersetzt wird.

Patentanwälte

Seil«-, Pfenning, Meinig

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