DE2847283B2 - Zur Herstellung von feuchtigkeitsfesten Glasfasern nach dem Schleuderblasverfahren geeignetes Glas auf der Basis SiO2 -Al2 O3 -CaO-(MgO)-Na2 0-(K2 O)-B2 O3 -ZnO - Google Patents
Zur Herstellung von feuchtigkeitsfesten Glasfasern nach dem Schleuderblasverfahren geeignetes Glas auf der Basis SiO2 -Al2 O3 -CaO-(MgO)-Na2 0-(K2 O)-B2 O3 -ZnOInfo
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Description
ist bekannt (DE-AS 10 94 937), bei dem mit niedrigen
Betriebstemperaturen gearbeitet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein zur Herstellung von Glasfasern besonders geeignetes Glas anzugeben,
welches bei niedrigen Arbeitstemperaturen die Herstellung von feuchtigkeitsfesten Glasfasern ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Glas der im Oberbegriff von Anspruch 1 beschriebenen Art
durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Patentanspruch t gelöst.
Gegenüber dem in der DE-AS 10 94 937 angegebenen Glas zeichnet sich das erfindungsgemäße Glas
dadurch aus, daß auf den MgO-Anteil bis auf übliche Unreinheiten verzichtet wird und die Temperatur bei
einer Viskosität von lOOPaxs wesentlich gesenkt
werden kann. Die Beständigkeit der aus dem erfindungsgemäßen Glas gewonnenen Fasern mit feinem
Durchmesser gegenüber einem chemischen Angriff durch Wasser wird durch Eintauchen von Einzelfaserproben mit fünf Mikrometer in reinem Wasser bei einer
Stunde festgestellt. Der Gewichtsverlust bewegt sich zwischen 2,1 % und 3,0%.
w Durch die Erfindung wird demnach ein Glas geschaffen, das eine Faserbildung durch das Schleuderblasverfahren bei niedrigen Betriebstemperaturen erlaubt. Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Glas,
eine geringe Liquidus-Temperatur sowie einen guten
v-, Widerstand gegenüber einer Kristallbildung auf.
Schließlich sind die aus diesem Glas gebildeten Fasern in hohem Maße widerstandsfähig gegenüber einem
chemischen Angriff, insbesondere Feuchtigkeit.
W) Glas durch ausgezeichnete fluide Eigenschaften aus,
wodurch bei relativ geringen Betriebstemperaturen hohe Produktionsraten erzielbar sind. Auch wird der
Verschleiß und die Korrosion des Metallrotors, welcher für das Faserbildungsverfahren verwendet wird, mini-
hi miert.
Diese gegenüber den bekannten Gläsern erzielten Vorteile, insbesondere hoher Feuchtigkeitswiderstand
ten, und insbesondere geringe Viskosität bei geringen
Temperaturen sind bedingt durch die kombinatorische Zusammenwirkung oder Wechselwirkung wesentlicher
Oxidbestandteile in einem relativ geringen Bereich, wodurch das erfindungsgemäße Glas gekennzeichnet
ist
Die nachfolgende Tabelle I gibt in Gewichtsteilen eine Analyse einiger Glassorten an, welche getestet
worden sind, wobei sechs Beispiele des erfindungsgemäßen Glases beinhaltet sind. Die Verarbeitungs- und
chemischen Eigenschaften dieser sieben Gläser sind wie folgt:
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | D | |
SiO2 | 55,0 | 55,2 | 55,4 | 55,2 | 54,5 | 55,3 | 57,0 | ±0,4 |
Al2O3 | 3,6 | 3,6 | 3a | 3,6 | 3,8 | 3,3 | 3,6 | ±03 |
CaO | 114 | 11,8 | 14,7 | 11,7 | 11,0 | 10,8 | 10,1 | ±0,4 |
Na2O | 17,8 | 16,5 | 16,5 | 17,0 | 16,3 | 17,1 | 17,2 | ±03 |
B2O3 | 9,8 | 9,7 | 8,7 | 9,7 | 10,0 | 11.1 | 9,2 | ±03 |
ZnO | 13 | 1,4 | — | 1,4 | 1,5 | 1,5 | ±0,2 | |
Fe2O3 | 0,13 | 0,05 | 0,08 | 0,08 | 0,05 | 0,06 | 0,08 | ±0^ |
K2O | 0,4 | 0,7 | 0,7 | 2,7 | 0,7 | 0,7 | ±0,2 | |
MgO | 0,2 | 0,3 | 0,6 | 0,4 | 0,2 | 0,3 | 0,3 | ±0,2 |
SO3 | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,1 | 03 | +0,05 |
Erweichungspunkt, 0C | 657 | 661 | 657 | 657 | 657 | 653 | 661 | |
Liquidus, °C | 949 | 949 | 1007 | 938 | 938 | 932 | 927 | |
%-Gew.-Verlust | n.m,#) | 2,1 | 4,4 | 2,3 | n.m.*) | 3,0 | 2,3 | |
Wassertest | ||||||||
Vol. von neutralisierendem | n.m.·) | 4,2 | 9,9 | 4,4 | n.m.*) | 5,4 | 4,1 | |
0,02 N | ||||||||
H2SO4 in ml pro 1002mH | ||||||||
Testwasser | ||||||||
Viskosität | 921 | 943 | 935 | 943 | 932 | 932 | 927 | |
0C bei 100 Pa χ s (geschätzt) | ||||||||
*) Nicht gemessen. |
Sämtliche dieser Gläser mit Ausnahme von Beispiel 3 können zufriedenstellend bei Rotorbetrieb zu Fasern
verarbeitet werden. Beispiel 3 weist einen höheren Liquiduspunkt und eine niedrigere Viskosität auf und
neigt zur Kristallbildung im Rotor aufgrund des hohen Liquiduspunkts, was die Herstellung von hochqualitativen
Fasern verhindert. Die anderen Beispiele zeigen die exzellenten Verarbeitungseigenschaften auf, d. h. niedriger
Erweichungspunkt, Liquidus und Viskosität sowie ausgezeichneter Widerstand gegen Feuchtigkeit, was
durch den geringen Gewichtsverlust und die niedrige Alkaliauflösung in Wasser gezeigt ist.
Die mit »D« in Tabelle 1 überschriebene Spalte zeigt die normale prozentuale Abweichung einer jeden
Komponente, welche vorliegen kann, um trotzdem ein Glas zu erzielen, das den aufgelisteten Gläsern
äquivalent ist. Somit kann beispielsweise beim Glas der Nr. 1 der Siliciumdioxidbestandteil von 55% um ±0,4%
variieren, d. h. von 54,6% bis 55,4%, ohne irgendeine
wesentliche Änderung der Glaseigenschaften. Die Anteile der anderen Bestandteile können selbstverständlich
auch innerhalb der in Spalte »D« aufgelisteten annehmbaren Grenzen variieren, um die Veränderung
des Siliciumdioxid zu kompensieren. Alle Gläser, die innerhalb dieser Abweichungen für ein besonderes in
Tabelle I aufgezeichnetes Glas fallen, sind demnach als identisch mit dem aufgelisteten Glas anzusehen.
Das Glas gemäß der Erfindung und die daraus hergestellten Glasfasern besitzen einen bevorzugten
Bereich der Hauptbestandteile, der wie folgt angegeben
Bestandteil | Gewichtsteil |
SiO2 | 54,5-57,0 |
Al2O3 | 3,3- 3,8 |
CaO | 10,1-12,2 |
Na2O | 16,2-18,1 |
B2O3 | 9,2-11,1 |
ZnO | 1,2- 1,7 |
Spezifische Gläser, welche bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, sind in den Beispielen
1,2 sowie 4, 5, 6 und 7 der Tabelle I angegeben. Diese Gläser besitzen ausgezeichnete Fluideigenschaften bei
üblichen Arbeitstemperaturen bei der Faserherstellung durch Schleuderblasverfahren und können bei Temperaturen
verwendet werden, die beträchtlich unterhalb den Temperaturen liegen, die allgemein für diese
Faserherstellung verwendet werden, wodurch ein geringerer Verschleiß und geringere Korrosion der
metallischen Spinneinrichtungen, die für das Schleuderblasverfahren
verwendet werden, festzustellen ist Die geringe Liquidustemperatur dieser Gläser erlaubt die
Verarbeitung des Schmelzmaterials bei relativ geringen Temperaturen, wodurch die Gefahr der Entglasung
oder Bildung von Kristallen während der Faserbildung ausgeschlossen wird. Darüber hinaus hat es sich
herausgestellt, daß diese Gläser einen sehr guten Widerstand und eine große Beständigkeit gegenüber
einem Feuchtigkeitsangriff aufweisen, wenn sie in Form von feinen Fasern vorließen iTabeiie Ii.
Siliciumdioxid (S1O2) ist der grundlegende glasbildende
Bestandteil. Geringere Mengen an Siliciumdioxid bedingen schlechtere Faserbildungseigenschaften. Größere
Mengen erhöhen die Viskosität und erfordern höhere Temperaturen zur Faserbildung.
Aluminiuindioxid (AI2O3) trägt zur Beständigkeit bei
und hemmi: die Entglasung, erhöht aber auch die Viskosität, so daß übermäßige Mengen an Aluminiumdioxid
vermieden werden müssen, da sonst die Glasschmelze zu viskos für die Faserbildung wird.
Kalziumoxid (CaO) trägt zur Beständigkeit gegenüber Wasserangriff bei und hilft darin, die Gläser bei der
Verarbeitungstemperatur im Bereich von ungefähr 927°C bis 982-C fluide, also fließfähig zu halten.
Natriumoxid (Na20) ist das am meisten aktive
Flußmittel und wird in den Gläsern dazu verwendet, die erwünschten Viskositätserfordernisse aufrechtzuerhalten.
Üblicherweise müssen dessen Anteile beschränkt werden, da das Oxid hauptsächlich für den Wasserangriff
der Gliiser verantwortlich zeigt; allerdings ist das Glas gemäß der Erfindung mit der angegebenen
NajO-Menge außerordentlich beständig gegenüber Wasserangriff.
Boroxid (B2O3) dient als Flußmittel und ist ebenfalls
notwendig, um die chemische Beständigkeit zu erhalten.
Zinkoxid (ZnO) ist ein Hauptbestandteil, welcher bei
Verwendung bis zu 3,5 Gew.-Teile im wesentlichen zur
Beständigkeit gegenüber dem Wasserangriff beiträgt, eine größere Wirkung auf die Beständigkeit als ein
äquivalentes Gewicht von CaO oder MgO besitzt Falls ZnO nicht verfügbar ist, können zur Verbesserung der
chemischen Beständigkeit auch TiO2 oder ZrO2 mit
ungefähr 2 Gew.-Teilen verwendet werden.
Fe2Oj, TiO2 und K2O liegen in den Gläsern in kleinen
Beträgen als Unreinheiten des aus wirtschaftlichen Gründen verwendbaren Basismaterials vor.
Magnesiumoxid (MgO) ist ein Bestandteil, welcher in etwa die Eigenschaften der Zusammensetzungen in
ähnlicher Weise wie Kalziumoxid beeinflußt Es liegt ebenfalls als Unreinheit im Basismaterial vor.
Das SO3 resultiert aus der Verwendung von Sulfaten
zur Unterstützung des Schmelzvorgangs oder rührt von Unreinheiten her.
Die Verwendung von allgemein verfügbaren wirtschaftlichen Basismaterialien kann dazu führen, daß
kleine Beträge anderer Oxide, wie etwa BaO und SrO im Glas vorliegen, ohne den Rahmen der Erfindung jedoch
zu verlassen.
Claims (9)
1. Zur Herstellung «on feuchtigkeitsfesten Glasfasern nach dem Schleuderblasverfahren geeignetes Glas auf
der Basis
SiO2-Al2O3-CaO-(MgO)-Na2O-(IC2O)-B2O3-ZnO
gekennzeichnet in Gewichtsteilen durch:
10
15
sowie durch eine Erweichungstemperatur von 653° C bis 661°C, eine Lkjuidustemperatur von 927°C bis 20
949°C sowie durch eine Temperatur bei einer Viskosität von 100 Pa χ s von92ΓCbis 943°C
2. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet in
Gewichtsteilen durch: 25
so
3. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet in 15
Gewichtsteilen durch:
40
sowie durch eine Erweichungstemperatur von 654°C 4r>
bis 66I0C
4. Glas nach Anspruch 1. gekennzeichnet in Gewichtsteilen durch: 50
sowie durch eine Erweichungstemperatur von 654° C bis 66I0C
5. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet in Gewichtsteilen durch:
65
SiO2
AIjOj
553-57,0
3,6- 33
3,6- 33
■ A 1 I Λ Q
iw,i — ix*,**
Na2O
B2O3
ZnO
B2O3
ZnO
17,1-172
92-11.1
13- 13
sowie durch eine Liquidustemperatur von 927° C bis 932° C sowie eine Temperatur bei einer Viskosität
von 100 Pa χ s von 927°C bis 932°C
6. Glas nach Anspruch 4, gekennzeichnet in Gewichtsteilen durch:
sowie durch eine Temperatur bei einer Viskosität von 10O Pa χ s von 943°C
7. Glas nach Anspruch 3, gekennzeichnet in Gewichtsteilen durch:
sowie durch eine Temperatur bei einer Viskosität von 100 Pa χ s von 943°C
8. Glas nach Anspruch 3, gekennzeichnet in Gcwichtsteilen durch:
sowie durch eine Temperatur bei lOOPaxs von
"jngefäh r 932° C.
9. Glas nach Anspruch 3, gekennzeichnet in Gewichtsteilen durch:
sowie durch eine Temperatur bei lOOPaxs von
932" C.
20
Die Erfindung bezieht sich auf ein Glas nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein gebräuchliches Herstellungsverfahren für Glasfasern stellt das Schleuder- oder Zentrifugierverfahren
dar, gemäß welchem eine Glasschmelze aus einem Ofen in eine rotierende, hitzebeständige und metallische
Spinnvorrichtung mit einer großen Anzahl von öffnungen an den Umfangswänden eingeführt und auf einer
relativ hohen Temperatur gehalten wird. Um die Spinnvorrichtung sind Dampfdüsen, Luftdüsen oder
Gasbrenner angeordnet, wodurch nach unten gerichtete gasförmige Ströme mit einem ringförmigen Querschnitt
erzeugt werden. Die Spinnvorrichtung dreht sich mit einer relativ hohen Geschwindigkeit, wobei die
Materialschmelze unter dem Einfluß der Zentrüugal- 1") kraft radial nach außen durch die öffnungen in der
Spinnvorrichtung gedrängt und dem Gasstrom über den Umfang der Spinnvorrichtung ausgesetzt wird, welcher
das Material zu Fasern mit kleinen Durchmessern auszieht. 4i>
Eine Verbesserung dieses Verfahrens erlaubt die Herstellung von Glasfasern mit einem durchschnittli
chen Durchmesser unterhalb 7 Mikrometer ohne das Erfordernis, einen Gasstrom mit einer relativ hohen
Temperatur zur Herstellung der Primärfasern zu verwenden. Es hat sich herausgestellt daß Stapelfasern
mit dem gewünschten Durchmesser alleine dadurch erzeugt werden können, indem das Schmelzmaterial
durch die öffnungen eines Rotors in eine Vielzahl von relativ kalten Gasströmen mit einem relativ geringem
Druck geleitet werden, wodurch der heiße Gasstrom, welcher bislang verwendet worden ist, mit dem dadurch
bedingten Brennstoffverbrauch ausgeschaltet werden kann.
Eine zufriedenstellende Herstellung von Fasern durch das oben beschriebene Verfahren erfordert, daß das
Glas bestimmte definierte Eigenschaften besitzt Eine der Haupteigenschaften besteht darin, daß das Glas eine
relativ geringe Schmelz- und Verarbeitungstemperatur aufweist, so daß es schnei! und kontinuierlich mit einem
Minimum an Energie zur Aufschmelzung des Materials verarbeitet werden kann. Die geringe Arbeitstemperatur ist auch erforderlich, um die Korrosion und den
Verschleiß der metallischen Spinnvorrichtung zu minimieren. Das Glas muß auch eine Liquidus-Temperatur
aufweisen, welche ausreichend niedriger als die relativ geringe Arbeitstemperatur ist, wodurch eine Faserbildung durch das oben beschriebene Verfahren bei einer
geringen Temperatur ohne Entglasung, d. h. ohne unerwünschte Kristallbildung, ermöglicht wird Zusätzlich muß da:· Glas eine Viskosität bei diesen relativ
geringen Arbeitstemperaturen aufweisen, die ausreichend niedrig ist, um große Faserproduktionen zu
ermöglichen. Ein letztes Erfordernis besteht in der chemischen Beständigkeit. Wesentlich ist die Verwendung eines Glases, mit welchem die Herstellung von
Fasern mit einer außerordentlich hohen Wetterbeständigkeit möglich ist, da ein Großteil der Faserfläche pro
Gewichtseinheit der Umgebung ausgesetzt ist, so daß die Fasern dem korrosiven Einfluß der Umgebungsluft,
insbesondere der Feuchtigkeit, ausgesetzt sind. Bislang verwendete Gläser, welche die Anforderungen an den
Erweichungspunkt, Liquiduspunkt und Beständigkeit erfüllen, sind allerdings durch relativ hohe Arbeitstemperaturen gekennzeichnet.
Ein zur Herstellung von Glasfasern nach dem Schleuderblasverfahren geeignetes Glas auf der Basis
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