FI63007C - Glaskomposition avsedd foer framstaellning av glasullsprodukter - Google Patents

Description

1 63007

Lasivillatuotteiden valmistamiseen tarkoitettu lasikoostu-mus 5 Tämän keksinnön kohteena on lasivillatuotteiden val mistamiseen tarkoitettu lasikoostumus, joka on saatu sulattamalla lasiraaka-ainetta, joka sisältää pääaineosana kvart-sihiekkaa sekä muina aineosina ainakin lasin sulavuutta parantavaa ainetta ja juoksevuutta ja säänkestävyyttä paran-10 tavaa ainetta.

Tavallinen, yleisesti tunnettu tapa valmistaa lasi-villakuitua perustuu raaka-aineseoksen sulattamiseen lasi-uunissa toivotut ominaisuudet omaavaksi lasiksi. Sula lasi johdetaan massan koostumuksen tasaamiseksi ja lämpötilan 15 säätämiseksi tasaus- ja jakolaitteeseen, josta lasi juoksutetaan edelleen kuidutuslaitteistoon. Kuidutuslaitteis-ton muodostaa suurella nopeudella pyörivä kotelopyörä. Sula johdetaan kotelopyörän sisäpuolelle ja keskipakovoiman ansiosta sula tunkeutuu pyörän kehässä olevien reikien läpi 20 muodostaen ja jäähtyen primäärikuiduiksi, joista ulkopuolelta kohdistetun ja sopivasti ohjatun säädellyn kaasuvir-tauksen tai liekin avulla kuidut muokataan edelleen lopullisiksi lasivillakuiduiksi.

Jotta kuitujen valmistamiseen käytettävät laitteet ku-25 luisivat mahdollisimman vähän ja jotta kuidut saisivat halutut ominaisuudet, asetetaan käytettävälle lasimassalle joukko vaatimuksia, joista sulamis-, kuidunmuodostus- sekä ki-teytymislämpötilat ovat tärkeimmät. Sulamislämpötilalla tarkoitetaan lasiyhteydessä yleisesti sitä lämpötilaa, jossa 30 lasin juoksevuus eli viskositeetti saavuttaa arvon 100 poisea (d · Pa · sek) tai, kuten asia yleisemmin ilmaistaan, lasin poiseina mitatun viskositeetin 10-logaritmi = 2 (log 2-läm-pötila). Vastaavasti kuidunmuodostuslämpötilalla tarkoitetaan lämpötilaa, jossa lasin viskositeetti on 1000 poisea eli 10-35 logaritminen arvo 3 (log 3-lämpötila). Lasin työstäminen 2 63007 kuiduiksi eli kuiduttaminen suoritetaan tässä lämpötilassa. Lasin kiteytymislämpötila (LT) on taas kiteytymisominaisuuk-sista ja siten lasin koostumuksesta riippuva arvo, mutta se sidotaan yleisesti viskositeettitekijään siten, että tämä 5 lämpötila pyritään pitämään vähintään 30-50°C alempana kuin log 3-lämpötila, jotta vältyttäisiin kiteytymiseltä kuidu-tusvaiheessa.

Tunnetuilla, yleisesti lasivillakuitujen valmistamiseen käytetyillä laseilla on sulamislämpötila alle 1300°C, 10 jolloin sulatusenergia ja uunin kuluminen pysyvät kohtuullisina. Kuidunmuodostuslämpötila on taas alle 1060-80°C:n, jotta kuiduttamiseen käytettävän kotelopyörän kestoikä olisi useita kymmeniä tai satoja tunteja. Lämpötilan nostaminen yli kyseisen rajan lisää kotelopyörien kulutusta siinä 15 määrin, ettei kuiduttaminen ole enää kannattavaa. Näiden lasien kiteytymislämpötilat ovat alle 1030°C:n, yleensä alle 1000°C:n. Täten kiteytyminen ei aseta estettä näiden lasien kuiduttamiselle. Lasien halutut ominaisuudet on aikaansaatu esimerkiksi seuraavilla koostumusvalinnoilla: 20

Oksidi- Tunnettu lasi 1 Tunnettu lasi 2 koostumus

Si02 63,40 59,0 A1203 2,66 3,4 25 Fe2°3 0/30 0,1

MgO 3,16 5,0

CaO 7,26 8,2

Na20 14,55 15,9 K20 0,90 1,3 30 BaO 2,51 B203 5,26 7,0 63007

Ominaisuus Tunnettu lasi 1 Tunnettu lasi 2 log 2 (°C) 1285 1242 log 3 (°C) 1068 1054 LT (°C) 970 1032 5 Pv SIS 13 63 21 0,82 1,2-1,5

Lasille pyritään antamaan paitsi valmistusta myös tuotteena käyttöä ajatellen edulliset ominaisuudet. Eräs tällainen ominaisuus on lopullisen kuidun säänkestävyys.

10 Tämä mitataan SIS-normin 13 63 21 mukaisesti. SIS 13 63 21 on menetelmä, jossa määritetään jauhetusta lasimassasta 98°C:n veteen liuennut alkalimäärä, joka ilmaistaan määrityksessä käytetyn 0,01 N HCl:n kulutuksena (Py-arvo). Jotta tuote olisi säänkestävää on Py-arvon oltava selvästi alle 15 1,5, mieluiten alle 1,0.

Tunnetut, esimerkkeinä olevat lasikoostumukset on aikaansaatu käyttämällä lähtöraaka-aineina Si02:ta varten kvartsihiekkaa, AljO^sea ja K20:ta varten maasälpää, MgO:ta ja CaO:ta varten poltettua dolomiittia, CaO:ta varten pol-20 tettua kalkkia, Na20:ta varten soodaa, B203:ea varten raso-riittia tai colemaniittia sekä BaO:ta varten witheriittiä. Näistä raaka-aineista ovat BjO^-, BaO- ja Na20-komponentit suhteellisen kalliit ja kaksi ensiksimainittua lisäksi saatavissa vain muutamista tuottajamaista. Myöskin muiden raa-25 ka-aineiden hinnat ovat keskimääräistä kalliimmat, koska valmistukseen on valittu rautavapaat raaka-aineet.

On aikaisemmin tunnettua, että raudan sisällyttämiseen lasin raaka-aineseokseen liittyy eräitä etuja, kuten raaka-aineseoksen sulavuuden ja sulan juoksevuuden paraneminen.

30 Raudan läsnäoloa raaka-aineseoksessa on kuitenkin vältetty lähinnä tuotannollisista syistä sen aiheuttamien haittojen, kuten erottumisen ja korroosion takia. Raudan sisältymistä valmistukseen käytetyn lasin koostumukseen on pyritty rajoittamaan enintään 0,5 paino-%:iin.

4 63007

On aikaisemmin myös tunnettua, että titaanidioksidi parantaa valmistukseen käytetyn lasin juoksevuutta ja sään-kestävyyttä. Puhdas TiOj on kuitenkin hyvin kallis raaka-aine, ja sentakia on tavallisesti käytetty booria ja 5 bariumia, jotka tosin myös ovat suhteellisen kalliita raaka-aineita.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada lasi-koostumus, joka välttää edellä mainitut epäkohdat ja joka mahdollistaa raudan ja titaanidioksidin tarjoamien etujen 10 hyväksikäyttämisen tuotannollisesti ja taloudellisesti edullisella tavalla. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella lasikoostumuksella, jolle on tunnusomaista se, että lasiraaka-aine sisältää ilmeniittiä (FeTiO^)·

Keksintö perustuu ajatukseen käyttää rauta- ja titaa-15 nilähteenä luonnossa esiintyvää rautatitanaattia eli ilmeniittiä, joka on hyvin halpa ja laajoilla alueilla helposti saatava raaka-aine. Ilmeniitin sisältämän titaanin ansiosta saadaan lasikoostumukseen sisältymään titaanidioksidia ja sen tuomat tunnetut edut, jotka mahdollistavat kalliiden 20 komponenttien boorin ja bariumin vähentämisen tai jopa poisjättämisen.

Ilmeniittiin sisältyvää rautaa ja sen tuomia tunnettuja etuja kuidutettavalle lasille on myös voitu hyödyntää la-sikoostumuksessa ilman raudan edellä lueteltuja haitallisia 25 vaikutuksia. Raudan erottumista ja korroosiota voidaan nimittäin hallita sopivalla prosessi- tai vuorausmateriaalilla, kuten on sinänsä tunnettua kivivillan valmistusmenetelmistä.

Hyödyntämällä raudan kuidutettavalle lasille tuomia etuja voidaan aikaansaada ominaisuuksiltaan tunnettujen la-30 sivillalasien kaltainen lasikoostumus, joka raaka-ainekus- tannuksiltaan on selvästi tunnettuja koostumuksia edullisempi. Kustannussäästöön vaikuttaa hankinnaltaan halvan ilme-niitin lisäksi rautapitoisten raaka-aineiden edullisempi hankintahinta.

5 63007

Ilmeniitti sisältää rautaa ja titaania noin 95 % ja loput on piitä# alumiinia ja magnesiumia.

Keksinnössä on raaka-ainevalintojen antamien etujen ohella sovitettu valmistettavan lasin koostumus sellaisek-5 si, että kuitujen valmistamisen kannalta tärkeät parametrit ovat samat tai edullisemmat kuin tunnetuilla, yleisesti lasivillakuidun tuottamiseen käytettävillä laseilla. Niinpä keksinnön mukaisessa koostumuksessa pidetään lasin Si02~ arvo alueella 60-64 %, jotta aikaansaataisiin säänkestävyy-10 deltään hyvää lasia. Si02:n määrää ei kuitenkaan haluta liian suureksi viskositeettisyistä. SiC>2-lähteenä käytetään edullisesti kvartsihiekkaa.

A^O-jia käytetään laseissa säänkestävyyden parantajana, mutta se lisää voimakkaasti lasisulan viskositeettia ja 15 siksi A1203 pyritään pitämään suhteellisen alhaisella tasolla. Keksinnön mukaisessa koostumuksessa sitä on enintään 2,2 %, sillä koostumuksessa on muita säänkestävyyttä parantavia komponentteja. AljO^-lähteenä käytetään edullisesti maasälpää.

20 Fe2°3:a tai FeO:ta koostumus sisältää vähintään 2 % ja enintään 6 %, jotta saavutettaisiin raudan tuomat edut, mutta ei kuitenkaan nostettaisi lasin kiteytymislämpötilaa LT:tä. FeO:n läsnäolo parantaa raaka-aineseoksen sulavuutta ja sulan juoksevuutta. Fe203 parantaa kuitutuotteen sään-25 kestävyyttä, mutta huonontaa sulan juoksevuutta. Fe-lähteenä käytetään ilmeniittiä.

MgO ei FeO:n ja TiOjin rinnalla ole kovin hyvä sulavuuden ja juoksevuuden parantaja ja siksi sen enimmäismäärä pyritään pitämään alhaisena, keksinnönmukaisessa lasissa 30 enintään 2 %:na. MgO-lähteenä käytetään edullisesti poltettua dolomiittia.

63007

CaO parantaa juoksevuutta ja verrattaessa Na20:een säänkestävyyttä ja sitä voidaan osin käyttää Na20:n korvaamiseen. Liian suuret CaO-määrät nostavat kuitenkin lasin LT-lämpötilaa ja siksi CaO-määrä pidetään alueella 5 7-9 %. CaO-lähteenä käytetään edullisesti poltettua kalk kia.

Na20 parantaa juoksevuutta ja sulavuutta sekä alentaa kiteytymispistettä. Na20 vaikuttaa kuitenkin säänkestävyy-teen huonontavasti ja siksi Na20:n enimmäismääräksi asete li) taan 15,7 %. Na20:ta ei voida vähentää B2°3:a ja/tai

BaO:ta nostamatta ja siksi sen pitoisuus on välillä 14,5- 15,7 %. Na20-lähteenä käytetään edullisesti soodaa.

K20 parantaa jonkin verran juoksevuutta mutta heikentää selvästi säänkestävyyttä. Käytännössä on K20:n pitämi-15 nen alle 1 % osoittautunut suotuisaksi. K20-lähteenä käytetään edullisesti maasälpää.

B203:lla on edullinen vaikutus juoksevuuteen ja sään-kestävyyteen, mutta se on kallis komponentti ja siksi sen määrä on keksinnön mukaisessa lasissa rajoitettu 4 %:iin.

20 Tämä on ollut mahdollista käyttämällä lasissa Ti02:ta.

BjO^-lähteenä käytetään edullisesti rasoriittia tai cole-maniittia.

Ti02 parantaa juoksevuutta ja säänkestävyyttä ja siksi sillä voidaan korvata osa lasin B20-j-sisällöstä. Keksin-25 nön salliman rautapitoisuuden takia ilmeniittiä voidaan käyttää lasin Ti02~lähteenä. Toivottu Ti02~pitoisuus vaih-telee 2-6 % välillä.

BaO on sekä kallis että myrkyllinen aineosa eikä sitä käytetä keksinnön tarkoittamassa lasissa, vaikka sillä on 30 varsin edullinen vaikutus lasin kiteytyvyyteen.

Keksinnön mukaisen kuidutettavissa olevan lasikoostu-muksen lähtöaineena käytetään siis tavallisten, yleisesti tunnettujen lasiraaka-aineiden lisäksi ilmeniittiä, ja näitä raaka-aineita suhtautetaan keskenään siten, että ne sula-35 tuksessa muodostavat lasia, jonka koostumus sisältää seu-raavia aineosia: 63007

Si02 60 - 64 paino-% A1203 0 - 2,2 " r-j -. · 5 MgO 0-2 "

CaO 7-9

Na20 14,5-15,7 " K20 0-1 " B203 0-4 " 10 Ti02 2-6

Seuraavassa keksintöä havainnollistetaan esimerkein. (Arvot ilmaistu paino-%:na).

15 Oksidi- lasi 1 lasi 2 lasi 3 koostumus

Si02 61,9 60,9 63,6 A1203 2,0 2,0 0,5

Fe?0^\ 0,3 1,1 20 Feo j 3'2 5'2 4'6

MgO 2,0 1,5 0,3

CaO 8,4 8,0 8,7

Na20 14,9 15,0 15,7 K20 1,0 0,6 0,1 25 B203 3,2 1,1 0,0

Ti02 3,4 5,4 5,4 100,0 100,0 100,0

Ominaisuus 30 log 2 (°C) 1248 1244 1252 log 3 (°C) 1019 1024 1046 LT (°C) 980 994 996

Pv SIS 13 63 21 0,96 1,1 1,2 8 63007

Edellä oleva selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan voi keksinnön mukainen lasikoostumus vaihdella huomattavastikin patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (6)

1. 63007
2. 1. Lasivillatuotteiden valmistamiseen tarkoitettu lasikoostumus, joka on saatu sulattamalla lasiraaka-ainet-5 ta, joka sisältää pääaineosana kvartsihiekkaa sekä muina aineosina ainakin lasin sulavuutta parantavaa ainetta ja juoksevuutta ja säänkestävyyttä parantavaa ainetta, tunnettu siitä, että lasiraaka-aine sisältää ilmeniittiä (FeTiO-j) .
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lasikoostumus, tunnettu siitä, että lasiraaka-aine sisältää sellaisen määrän ilmeniittiä, että sulattamalla saatu lasi sisältää FejO^sa ja FeO:ta yhteensä 2-6 paino-% ja Ti02:ta 2-6 paino-%.
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen lasikoostumus, tunnettu siitä, että lasin koostumus on SiC>2 60 - 64 paino-% A1203 0 - 2,2
5. 20 Fe~0,\ FeO J 2 - 6 MgO 0-2 " CaO 7-9 Na20 14,5-15,7
6. 25 K20 0-1 " B203 0 - 4 Ti02 2-6