DE69218827T2 - Glaszusammensetzung und deren Verwendung - Google Patents
Glaszusammensetzung und deren VerwendungInfo
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Description
- Diese Erfindung betrifft eine boroxidfreie Glaszusammensetzung, die in Fasern spinnbar ist, sie betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Spinnen von Zusammensetzungen gemäß der Erfindung in einem Spinner, der aus einer mechanisch legierten oder oxiddispersionsgestärkten Legierung hergestellt ist, und eine Glasfaserisolation, die aus den Zusammensetzungen gemäß der Erfindung erzeugt ist.
- Glaszusammensetzungen sind zur Verwendung bei der Glasfaserisierungstechnik unter Verwendung eines Zentrifugalspinners bekannt. Die Zusammensetzungen haben üblicherweise Boroxid eingearbeitet, um ihnen Temperatur- /Viskositätscharakteristiken zu verleihen, die dem Glas ermöglichen, bei einer Temperatur, die ausreichend niedrig ist, um übermäßige Korrosion und Abtragung des Spinners zu verhindern, frei durch Öffnungen in der Zentrifugalspinnerwandung hindurchzutreten. Ein Problem bei der Verwendung von Boroxid besteht darin, daß Bor leicht flüchtig ist und aus dem Glasschmelzbehälter entweichen kann, um Verschmutzungsprobleme zu verursachen. Des weiteren neigt es dazu, an Regeneratoren zu kondensieren, wodurch es diese verschmutzt und die Verwendung solcher Geräte zur Verbesserung der thermischen Effizienz von brennstoffbefeuerten Glasschmelzbehältern verhindert.
- Die GB 2 041 910 schlägt die Reduktion oder Eliminierung von Boroxid mit einem sich daraus ergebenden Anstieg der Liquidustemperatur und hohen Niveaus an Aluminiumoxid oder Bariumoxid vor. Diese reduzierten Boroxidzusammensetzungen sind anerkanntermaßen durch die aus dem Stand der Technik bekannten Spinntechniken praktisch unmöglich auf einer industriellen Basis zu faserisieren. Eine die Verwendung einer neuen Spinnerform umfassende Technik ist vorgeschlagen, jedoch ist die Korrosion eines solchen Spinners in der Praxis unannehmbar hoch, wenn er aus einer herkömmlichen Legierung hergestellt ist. Ebenso weisen die Glaszusammensetzungen gemäß diesem Patent eine unannehmbar niedrige Beständigkeit auf.
- Das US-Patent 4 402 767 schlägt ein neues Spinnerherstellungsverfahren vor, um eine mechanisch legierte oder oxiddispersionsgestärkte Legierung durch eine Kombination von Warmumform-, Temper- und Warmverarbeitungsverfahren zu erzeugen. Bei solchen Spinnern wird behauptet, daß sie einen ausgezeichneten Widerstand gegen einen Angriff durch geschmolzenes Glas aufweisen, und sie sollen dazu in der Lage sein, Glasfasern und Mineraiwolle bei Temperaturen in einer Höhe von 1315º C zu erzeugen. In der Beschreibung sind keine Details der Glasfaserherstellung angegeben.
- Das Problem hat darin bestanden, borfreie Glaszusammensetzungen herauszufinden, die die erforderliche Beständigkeit aufweisen und in Hochtemperaturspinnern verwendet werden können, bspw. diejenigen, die in der US 4 402 767 beschrieben sind. Obgleich die Abwesenheit von Boroxid eine Verschlechterung der Wasserbeständigkeit des Glases hervorruft, haben wir einen Bereich an Zusammensetzungen herausgefunden, bei welchem die Beständigkeit zufriedenstellend ist.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen isolierende Glasfasern eine boroxidfreie Glaszusammensetzung, die in Fasern gesponnen ist, welche aus den folgenden, als Massenanteil ausgedrückten Komponenten besteht:
- SiO&sub2; 66-73
- Al&sub2;O&sub3; 0,8-4
- R&sub2;O Na&sub2;O + K&sub2;O 14-17,5
- CaO 6,5-12
- SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; 69-74
- K&sub2;O 0,5-2
- Na&sub2;O 13-16,5
- und weiter Fe&sub2;O&sub3;, MgO und SO&sub3; als zusätzliche Komponenten. Solche Gläser weisen eine Viskosität von 1000 Poise oder weniger bei Temperaturen bis zu etwa 1200º C auf und einen Liquidus zumindest 130º C unter der 1000 Poise-Temperatur.
- Die zusätzlichen Komponenten können in den folgenden Mengen vorliegen: 0-3,3% Fe&sub2;O&sub3;; 0-5% MgO; 0-0,6% SO&sub3;, alle als Massenanteil ausgedrückt.
- Vorzugsweise liegen die Komponenten in Massenanteilen innerhalb der folgenden Bereiche vor:
- SiO&sub2; 67-72,4
- Al&sub2;O&sub3; 1-4
- R&sub2;O 14,5-17
- K&sub2;O 0,5-2
- Na&sub2;O 13,5-16,5
- CaO 7-11,2
- Fe&sub2;O&sub3; 0,1-2,5
- MgO 0,2-4,4
- SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; 70-73,7
- Am bevorzugtesten liegen die Komponenten in Massenanteilen innerhalb der folgenden Bereiche vor:
- SiO&sub2; 67-70
- Al&sub2;O&sub3; 2-4
- Na&sub2;O 14-15,5
- K&sub2;O 0,5-1,5
- MgO 3-4,5
- CaO 7-8,5
- Fe&sub2;O&sub3; 0,3-2
- SO&sub3; 0-0,3
- SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; 70-72
- Na&sub2;O+K&sub2;O 15-16,5
- Ein hohes Niveau an Na&sub2;O ist erforderlich, um eine niedrige Liquidus-Temperatur zu ergeben, jedoch ermöglicht der bevorzugte enge Bereich an MgO, daß das Na&sub2;O zu einem Minimum hin gehalten wird, wodurch die Beständigkeit optimiert wird, während der Liquidus zumindest 160º C unter der 1000 Poise-Viskositätstemperatur, die vorteilhafterweise unter 1170º C liegt, gehalten ist.
- Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden, nicht begrenzenden Beispiele 1-28 beschrieben. Niedrige Niveaus an SO&sub3;, K&sub2;O und Fe&sub2;O&sub3; sind als ein Minimum in diesen Beispielen aufgezeichnet. Tatsächlich liegen sie bei den niedrigeren Niveaus lediglich als Verunreinigungen in den Rohmaterialien vor und tragen nicht merklich zu den Eigenschaften der Glasfasern bei. Einzelheiten der Beispiele und Beständigkeitstests sind in der Tabelle angegeben. Es sollte bemerkt werden, daß Beispiel 18 aus dem Umfang der vorliegenden Erfindung herausfällt, da es sein niedriges Niveau an Aluminiumoxid ungenügend beständig macht.
- Es gibt kein etabliertes internationales Testverfahren zur Bewertung der Eignung eines Glases für Glasfaserisolationsanwendungen. Es ist Praxis geworden, den Laborartikeltest nach ISO 719 zu verwenden, da er einen nützlichen Anhaltspunkt bezüglich der Wasserbeständigkeit und der Witterungsbeständigkeit des Glases gibt. Bei diesem Test werden 29 an Glaskörnern mit destilliertem Wasser 60 Minuten lang bei 98º C behandelt und das extrahierte Alkali gegen 0,01 M HCL titriert. Die Beständigkeit ist in Form des pro Gramm an Glas extrahierten Alkalis beschrieben, wie es von der zum Neutralisieren erforderlichen Säure berechnet ist. Die relevanten Klassen für Glaswolle sind die 150-Klasse 3 - von 62 bis 264 Mikrogramm Alkali pro Gramm - und die Klasse 4 - von 265 bis 620 Mikrogramm pro Gramm. Glaswolle befindet sich vorzugsweise in Klasse 3, jedoch eine gute Klasse 4 kann akzeptabel sein, da die Isolationsleistung eine Funktion von sowohl des Glas- als auch des Harzbindemittels ist, und Bindemittel sind zur Verwendung mit höheren Freisetzungsgläsern verfügbar. Eine Klasse 3-Bewertung ist gut und eine Klasse 4-Bewertung ist akzeptabel, jedoch nicht ebenso gut. Tabelle 1 Tabelle 1 Tabelle 1 Tabelle 1
Claims (5)
1. Isolierende Glasfasern, die eine boroxidfreie Glaszusammensetzung
umfassen, die in Fasern gesponnen ist, welche aus den folgenden, als Massenanteil
ausgedrückten Komponenten besteht:
SiO&sub2; 66-73
Al&sub2;O&sub3; 0,8-4
R&sub2;O = Na&sub2;O + K&sub2;O 14-17,5
CaO 6,5-12
SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; 69-74
K&sub2;O 0,5-2
Na&sub2;O 13-16,5
und weiter Fe&sub2;O&sub3;, MgO und SO&sub3; als zusätzliche Komponenten.
2. Isolierende Glasfasern nach Anspruch 1, worin die zusätzlichen Komponenten
in den folgenden, als Massenanteil ausgedrückten Mengen vorliegen.
Fe&sub2;O&sub3; 0-3,3
MgO 0-5
SO&sub3; 0-0,6
3. Isolierende Glasfasern nach Anspruch 1 oder 2, worin die Komponenten in
Massenanteilen innerhalb der folgenden Bereiche vorliegen.
SiO&sub2; 67-72,4
Al&sub2;O&sub3; 1-4
R&sub2;O 14,5-17
K&sub2;O 0,5-2
Na&sub2;O 13,5-16,5
CaO 7-11,2
Fe&sub2;O&sub3; 0,1-2,5
MgO 0,2-4,4
SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; 70-73,7
4. Isolierende Glasfasern nach Anspruch 3, worin die Komponenten in
Massenanteilen innerhalb der folgenden Bereiche vorliegen.
SiO&sub2; 67-70
Al&sub2;O&sub3; 2-4
Na&sub2;O 14-15,5
K&sub2;O 0,5-1,5
MgO 3-4,5
CaO 7-8,5
Fe&sub2;O&sub3; 0,3-2
SO&sub3; 0-0,3
SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; 70-72
Na&sub2;O+K&sub2;O 15-16,5
5. Ein Verfahren zur Herstellung einer isolierenden Glasfaser, das das Spinnen
von geschmolzenem Glas bei einer hohen Temperatur in einem Spinner umfaßt, der
aus einer mechanisch legierten oder oxiddispersionsgestärkten Legierung hergestellt
ist, um Fasern mit einer Zusammensetzung nach irgendeinem vorhergehenden
Anspruch zu erzeugen.
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