DK157914B - Glasfibre og anvendelse heraf - Google Patents

Description

DK 157914 B

Den foreliggende opfindelse angår glasfibre og anvendelse heraf i rørformede eller skålformede produkter til isolation af ledninger, i plader, i stive eller halvstive hermed forstærkede produkter, og i brandhæmmende 5 elementer, varmeisolerende produkter, lydisolerende produkter og lyddæmpende elementer til anbringelse på og/eller i det indre af ledninger for fluida, der transporteres ved høj temperatur

De glassammensætninger, der sædvanligvis anven-10 des til fremstillingen af diskontinuerlige fibre, er opstået som et kompromis mellem de ønskede egenskaber hos disse fibre og de begrænsninger, der dikteres af de industrielle fremgangsmåder. Den mest anvendte fremgangsmåde består i at føde et hullegeme, der roterer 15 med stor hastighed, med smeltet glas. Dette legeme har en periferivæg, der er gennemhullet af et større antal åbninger, hvorigennem glasset udslynges horisontalt under indvirkning af centrifugalkraften. Der dannes på denne måde primærfibre, der derpå strækkes oppefra 20 og nedefter ved indvirkning af flammer eller en gasstrøm. Arten af det materiale, der benyttes til fremstilling af hullegemerne, betinger anvendelse af glas, hvis egenskaber tillader fiberdannelse ved temperaturer under 1200°C.

25 Sammensætninger af denne type er især beskrevet i fransk patentskrift nr. 1.355.739.

De fibre, der er opnået udfra disse traditionelle glassammensætninger, benyttes til fremstilling af mange forskellige isolationsprodukter, der er fuldt 30 tilfredsstillende, så længe de kun udsættes for temperaturer, der er forholdsvis lidt forhøjede og ikke overstiger 400°C væsentligt? over 450°C nedbrydes disse produkter forholdsvis hurtigt som følge af en strukturændring i glasset, der viser sig ved en 35 mere eller mindre udtalt sammensynkning af produkterne, en sammensynkning, der især bevirker en vigtig forringelse af produkternes isolationsegenskaber.

Opnåelsen af isolationsprodukter, der vil vise en bedre modstand mod sammen synkning som følge af en

DK 157914B

2 termisk påvirkning, går således nødvendigvis gennem anvendelsen af glas, der begynder at blive blødt ved langt højere temperaturer end traditionelt glas.

Der er allerede blevet foreslået visse løsnin-5 ger på problemet såsom anvendelsen af glas forarbejdet ud fra basaltiske bjergarter eller bjergarter, der fører til sammensætningen af disse naturlige produkter. Disse glassammensætninger omdannes sædvanligvis til fibre ved fremgangsmåder såsom de fremgangsmåder, 10 der benytter centrifugering af smeltet glas udbredt på et hjul, der roterer med stor hastighed, eller strækning ved hjælp af fluida af glasstrømme, der træder ud af en dyse af en platinlegering.

Disse glassammensætninger, der er mere modstands-15 dygtige overfor indvirkningen af varme,har transformationstemperaturer T (der stort set svarer til en viskositet η udtrykt i poise, hvor log η = 13) på mindst 650°C, medens transformationstemperaturen kun er ca. 540°C for de. traditionelle 2 0 glassammensætninger.

Imidlertid har disse glassammensætninger et højt indhold af jernoxider, ofte over 8 vægt%, hvilket medfører visse ulemper: det er kendt, at forarbejdningen af dette glas, udført i elektriske ovne forsynet med 25 molybdenelektroder, bevirker et accelereret slid på disse elektroder. Det er ligeledes kendt, at glas med et højt jernindhold er vanskeligt at homogenisere med hensyn til temperatur og således med hensyn til viskositet, hvilket ved fiberdannelsen giver sig udtryk i 30 dannelsen af et meget stort antal fejl kendt under navnet glas "perler".

Den foreliggende opfindelse har til fomål at tilvejebringe sammensætninger for glasfibre, der har en forhøjet transformationstemperatur T og forholds-35· vis lave temperaturer ved viskositeter, der er praktisk anvendelige for fiberdannelsen, uden at de viser de kendte glassammensætningers mangler.

Den foreliggende opfindelse har ligeledes til 3

.. DK 1 i> 7 914 B

formål at tilvejebringe sammensætninger for glasfibre, der på samme tid viser forholdsvis lave temperaturer ved viskositeter, der er praktisk anvendelige for fiberdannelsen, og en forskel mellem liquidustempera-5 turen og disse temperaturer, der er tilstrækkelig stor.

Dette opnås ved en glasfiber ifølge opfindelsen; fiberen er ejendommelig ved, at dens sammensætning omfatter følgende oxider i de angivne vægtprocentmængder:

Si02 37 - 48% 10 a12°3 17 “ 25%

CaO 23 - 33%

MgO 0,1- 7%

Fe203 0,1- 3%

Na20 2-8% 15 K20 0,1--7%

Urenheder under 3% idet summen af procentmængderne af jordalkalimetaloxi-derne er lavere end eller lig med 34%,og summen af alka-limetaloxiderne overstiger 5%.

Summen af indholdene af gitterdannende oxider, dvs. siliciumoxid og aluminiumoxid, bør holdes mellem 55 og 65 vægt%. Dette tillader især at opnå glas, hvis indhold af gitterdannende oxider er tilstrækkelig højt til at sikre god egnethed for fiberdannelse uden 25 derfor at forhøje viskositeten for stærkt. Det bemærkes i denne forbindelse, at forhøjelsen af de temperaturer, der svarer til meget høje viskositeter, især T , 9 opnås ved at holde forholdet Al203/SiC>2 fortrinsvis over 0,4.

30 Summen af jordalkalimetaloxiderne, i hovedsagen repræsenteret af kalk, bør holdes mellem 24 og 34%.

Under 24% begynder temperaturen T at formindskes fø-leligt; over 34% vil afstanden mellem fiberdannelsestemperaturen og liquidustemperaturen være for ringe 35 til opnåelse af gode fiberdannelsesbetingelser. Indholdet af kalk holdes på en værdi under eller lig med 33%, da dette oxids korroderende virkning,især på de ildfaste materialer,der udgør glassmelteovnenes væg, 4

DK 157914B

bliver for stærk over denne værdi.

I forhold til basaltglas tillader inkorporeringen af et højt kalkindhold på én gang at opnå omtrent samme fiberdannelsestemperaturer og holde de tempera-5 turer, der svarer til høje viskositeter, især T , på et højere niveau.

Når man i glasfiberen ifølge opfindelsen forhøjer mængden af magnesiumoxid på bekostning af kalken ved at holde summen af vægtprocenterne af disse to 10 oxider konstant, vil temperaturen synke. Af denne grund bør magnesiumoxidet indføres i ret lille mængde, især for at holde devitrifikationen af glasset indenfor acceptable grænser.

Af denne grund er de mest tilfredsstillende 15 glassammensætninger de sammensætninger, hvor forholdet MgO/CaO er lavere end 0,2.

Inkorporeringen af alkalimetaloxider og jernoxid, sidstnævnte i ringe mængde, tillader at regulere viskositeten ved høj temperatur uden at formindske 20 temperaturen T væsentligt.

Det foretrukne område for glassammensætningerne ifølge foreliggende opfindelse ligger indenfor nedennævnte vægtprocenter:

Si02 38 - 44% 25 a12°3 17,5-22%

CaO 25 - 29%

MgO 0,1- 5%

Fe2^3 0,5-2,5%

Na20 2-6% 30 K20 0,1- 6%

Urenheder under 3%

Indenfor dette foretrukne område holdes summen af indholdene af siliciumoxid og aluminiumoxid fortrinsvis mellem 58 og 62%; dette tillader, foruden 35 den ovenfor omtalte rolle som disse oxider spiller, at forbedre devitrifikationsegenskaberne.

Indenfor dette område holdes endvidere summen af jordalkalimetaloxiderne fortrinsvis mellem 25 og 32%.

DK 157914 B

5 På den anden side holdes summen af kalk + aluminiumoxid fortrinsvis mellem 45 og 50%. Disse begrænsninger tillader ligeledes at ændre devitrifikationen, idet den øvre devitrifikationstemperatur holdes under 1300°C.

5 Summen af indholdene af alkalimetaloxider skal være højere end 5% og fortrinsvis lavere end 11%, hvilket tillader bedst muligt at forene opretholdelsen af en temperatur T så høj som mulig og regulering

SJ

af de temperaturer, der svarer til viskositeter, der 10 er passende for fiberdannelse.

Disse forskellige oxiders indflydelse er anskue-liggjort gennem de forskellige glassammensætninger, der er givet som eksempler i tabel I.

Glasfibrene ifølge foreliggende opfindelse kan 15 opnås ved forskellige fremgangsmåder og apparater, der er velkendte for fagmanden; de kan således opnås ved strækning ved hjælp af fluida af glasstrømme, der træder ud af' et større antal faste åbninger. Det skal understreges, at glassammensætningerne ifølge forelig-20 gende opfindelse især er egnede ved den fremgangsmåde og det apparat, der er beskrevet i fransk patentskrift nr. 2.223.318.

Glasfiberen ifølge den foreliggende opfindelse viser transformationstemperaturer T , der stort set svarer o 25 til temperaturerne for basaltglas, der er mindst 650 C.

Som følge af denne egenskab kan fibre · ifølge foreliggende opfindelse benyttes til fremstilling af produkter, der vil kunne blive udsat for høje temperaturer, der, for isolationsprodukter, nærmer 30 sig 700°C/uden nævneværdig ændring af deres form og deres dimensioner.

Dette fremgår af en af de fremgangsmåder, der anvendes til at undersøge fiberprodukters temperaturmodstandsdygtighed og angive deres anvendelsesområde.

35 Denne normaliserede fremgangsmåde (norm DIN

52 271) består i det væsentlige i at udøve et givet tryk på en fibermåtte med et kendt specifikt rumfang', udsætte måtten for forskellige temperaturer og bestemme

DK 157914 B

6 den temperatur, ved hvilken man konstaterer en sammen-synkning på 5% af måtten.

Resultaterne, der er angivet i tabel II, er opnået under anvendelse af fibermåtter med et specifikt 5 rumfang på 100 kg/m^, underkastet et tryk på 981 N/m^.

Disse resultater viser, at glasfibrene anvendt ifølge foreliggende opfindelse illustreret gennem eksempel nr. 1, har en bemærkelsesværdig temperatur-modstandsdygtighed sammenlignet med et vist antal 10 kendte glassammensætninger (eksemplerne nr. 2 til 5), især sammenlignet med et glas af basalttype (eksempel nr. 4).

I al almindelighed tillader anvendelsen af glasfiberen ifølge foreliggende opfindelse, takket være fiberens 15 væsentlige egenskaber og takket være dens egnethed til fremstilling ved fiberdannelsesfremgangsmåder og -apparater med særlig stor ydeevne, såsom de ovenfor omtalte, at opnå fiberprodukter af fremragende kvalitet og egnede til talrige anvendelser. Ligeledes giver fibrenes ovenfor 20 beskrevne gode optræden sig udtryk ved en god modstand mod vibrationer ved høj temperatur og tillader opnåelse af udmærkede akustiske isolationsprodukter til høje temperaturer.

Indenfor området industriel varmeisolation 25 benyttes fibrene ifølge foreliggende opfindelse fordelagtigt i form af geometrisk veldefinerede plader, der er gjort stive ved hjælp af et polymeriseret bindemiddel, eller i form af rørformede produkter bestemt til isolation af ledninger, sædvanligvis beteg-30 net skaller.

Fibrene ifølge foreliggende opfindelse kan ligeledes anvendes i form af måtter, der er syet på pap eller metalnet, eller i form af tætningslister, eller tilmed i løs vægt ved indfyldning.

35 Fibrene ifølge foreliggende opfindelse kan indgå i opbygningen af brandsikringselementer såsom f.eks. brandhæmmende vægge.

Fibrene ifølge foreliggende opfindelse kan lige-

DK 157914 B

7 ledes indgå i opbygningen af lyddæmpere anbragt på og/eller i det indre af ledninger for fluida, der transporteres ved høj temperatur.

Sagt i al almindelighed kan fibrene ifølge opfindelsen 5 med fordel erstatte en række kendte fibre ved et stort antal anvendelser som forstærkningsmidler for halvstive eller stive produkter, der kan blive udsat for høje temperaturer.

/ / / / /

DK 157914B

8

Tabel I

Oxider Eks.l Eks.2 Eks.3 Eks.4 Eks.5 Eks.6

Si02 42,3 39,4 38 40,7 ' 40,1 42,4 A1203 18,5 18,9 23,8 17,9 20,1 18,0

CaO 27,7 28,7 27 31,8 27,7 24,8

MgO 0,3 0,6 0,4 1,2 0,5 2,8

Fe203 1,7 1,9 1,7 ' 1,9 1,8 1,6 fla20 4,3 4,6 3,9 2,6 4,2 3,7 K20 4,3 5 4,3 3,1 4,8 4,7

Urenheder 0,9_ 0*9 6,9 0,8 0,8 . 2,0

Tg 682 682 693 691 681 677 •Temperatur (°C) svarende til': 1000 poises 1143 1118 1172 1126 1136 1133 100 poises 1300 1267 1324 1265 1285 1300 50 poises 1363 1329 1390 1323 1348 1375

Liquidus (°C) 1230 1280 1330 1280 1260 1240

Maksimale stignings hastighed (ρ.ιηιΤ1) 13,3 29 31,6 33 20 29,8

Temperatur (°C) svarende _.

til den maksimale hastighed 1150 1050 1135 1115 1100 1100

Tabel II

DK 157914B

9

Oxider »*1 »"2 M°3 W5

Glasfibre Kendte · Bjergart- Basalt- Slagge- ifølge . glasfibre fibre fibre fibre opfindelsen

Si02 «2,3 6«;6 «7,0 «5,9 «1,« A1203 18,5 2,9 1«,6 12,9 11,7

CaO 27,7 6,5 18,« 10,5 «0,6

MgO 0,3 3,0 8,5 ‘9,3 «,0

Fe203 1,7 0,« 6,5 12,6 0,8

Na20 «,3 13,8 2,6 3,1 K20 «,3 1,0 0,5 1,2

Ti02 - 2,8 -

MnO - 0,7 B203 - 5,0 -·

BaO 2,« -

ZnO - 1,5

Urenheder 0,9 O,« O, 4 1,7 0,8

Sammensynk- ningstempera-

tur ” (5 %) 675°C 515cC 6«D°C 650°C 700°C

Claims (14)

1. Glasfiber, kendetegnet ved, at dens sammensætning omfatter følgende oxider i de angivne vægtprocentmængder: Si02 37 - 48% 5 a12°3 17 “ 25% CaO 23 - 33% MgO 0,1- 7% Fe203 0,1- 3% Na20 2-8%

10 K20 0,1-.7% Urenheder under 3 % idet summen af procentmængderne af jordalkalimetaloxi-derne er lavere end eller lig med 34%,og summen af alkalimetaloxiderne overstiger 5%.

2. Glasfiber ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forholdet Al203:Si02 overstiger 0,4.

3. Glasfiber ifølge krav 1, kendetegnet ved, at forholdet MgO:CaO er lavere end 0,2.

4. Glasfiber ifølge et vilkårligt af de fore-20 gående krav, kendetegnet ved, at den efter vægt omfatter: Si02 38 - 44% A1203 17,5-22% CaO 25 - 29%

25 MgO 0,1- 5% I?e2^3 0,5-2,5% Na20 2 - 6% K20 0,1 - 6% idet summen af procentmængderne af jordalkalimetaloxideme er 30 mindre end eller lig med 32%.

5. Glasfiber ifølge krav 4, kendetegnet ved, at summen Si02 + A1203 er mellem 58 og 62%.

6. Glasfiber ifølge krav 4, kendetegnet ved, at summen A1203 + CaO er mellem 45 og 50%.

7. Glasfiber ifølge krav 4, kendetegnet ved, at siammen af alkalimetaloxiderne Na20 + K20 er lig med eller lavere end 11%. ,: i. DK 157914 B 11.

8. Glasfiber ifølge et vilkårligt af kravene 1 til 7, kendetegnet ved, at dens vægtmæssige sammensætning er: Si02 42,3% 5 a12°3 18,5% CaO 27,7% MgO 0,3% Fe203 1,7% . Na20 4,3% . . ...

10 K20 4,3% Urenheder 0,9%

9. Glasfiber ifølge et vilkårligt af kravene 1 til 7, kendetegnet ved, at dens vægtmæssige sammensætning er:

15 Si02 39,4% Al203 18,9% CaO 28,7% MgO 0,6% Fe203 1,9%

20 Na20 4,6% K20 5% Urenheder 0,9% 10.Anvendelse af glasfibre ifølge krav 1-9 i rørformede eller skålformede produkter til isolation af 25 ledninger, i plader, i stive eller halvstive hermed forstærkede prokukter, og i brandhæmmende elementer, varmeisolerende produkter, lydisolerende produkter og lyddaempende elementer til anbringelse på og/eller i det indre af ledninger for fluida, der transporteres ved høj temperatur.