FI63388B

FI63388B - Glaskomposition med foerbaettrad fuktbestaendighet foer fibrering

Info

Publication number: FI63388B
Application number: FI783290A
Authority: FI
Inventors: Lawrence Vincent Gagin
Original assignee: Johns Manville
Priority date: 1977-10-31
Filing date: 1978-10-30
Publication date: 1983-02-28
Also published as: DE2847283C3; DE2847283A1; PL210611A1; FR2407179B1; IN149190B; GB2006749B; IT1157395B; FI783290A; CA1106413A; US4177077A; GB2006749A; FI63388C; FR2407179A1; IT7851702A0; DE2847283B2

Description

KUULUTUSJULKAISU /-7700 4BTa W CV utlAggninosskhipt ΟόόΟΟ C (45) Patentti myönnetty 10 06 1933

Patent meddelat ^ V (S1) K».lk?/lncCI.3 C 03 C 13/00 SUOMI—FINLAND (11) 783290 (22) Htkamiapllv·—AnaBknlngriug 30.1Q.78 (23) AlkupUvt—GHclgh«tadaf 30.10.78 (41) Tullut IuIMmIM—Mlvk offMtMg 01.05.79

Mautta ja rekisterihallitus (44) NlhtlylkelpeBe(l „ ^ΙΙ(|ΐΜη ρ^_

Patani och registerstyrelsen An»ök»n utfcgd oeh uti.*krift*n puMfcarad 28.02.83 (32)(33)(31) Pyjrf·** «tuollMii»—Btglrtf prtorint 31.10.77 i9.O9.78 USA(US) 8U7621, 9^3837 (71) Johns-Manville Corporation, Ken-Caryl Ranch, Denver, Colorado 80217, USA(US) (72) Lawrence Vincent Gagin, Littleton, Colorado, USA(US) (7Π) Forssin & Salomaa Oy (5U) Parannetun kosteudenkestävyyden omaava lasikoostumus kuiduttamista varten - Glaskomposition med förhättrad fuktbeständighet för fibrering

Tavallinen nykyaikainen menetelmä lasikuidun valmistamiseksi on pyörivä eli keskipakoisprosessi, jossa sulaa lasia syötetään uunista pyörivään tulenkestävään kehrääjään, jonka kehällä on suuri joukko reikiä ja jota pidetään suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Kehrääjän ympärille on sijoitettu höyry- tai ilmasuihkuja tai kaasupolttimia aikaansaamaan alaspäin suunnattuja rengasmaisen poikkileikkauksen omaavia kaasuvirtauksia. Kehrääjä pyörii suhteellisen suurella nopeudella ja sula materiaali suunnataan keskipakoisvoiman alaisena radiaalisesti ulospäin kehruupään reikien läpi ja päästetään kehällä olevaan kaasuvirtaan, joka pienentää aineen pienen läpimitan omaaviksi kuiduiksi.

Eräs viimeaikainen parannus pyörivän kuidutuksen alalla aikaansaa alle 7 mikronin keskimääräisen läpimitan omaavien kuitujen valmistuksen ilman että on käytettävä suhteellisen korkeassa lämpötilassa olevaa kaasuvirtaa primäärikuitu-jen pienentämiseksi. Keksittiin, että halutun läpimitan omaavia tapulikuituja voitaisiin valmistaa yksinomaan johtamalla sulaa ainetta pyörijän aukkojen läpi suhteellisen kylmien ja suhteellisen alhaisen paineen kaasuvirtojen joukkoon siten eliminoiden aikaisemmin tunnetun tekniikan mukaisen kuuman kaasuvirran ja siihen liittyvän polttoainekulutuksen.

2 63388

Kuitujen tyydyttävä valmistus edellä olevassa kappaleessa kuvatulla menetelmällä edellyttää, että lasiseoksilla on tietyt tarkasti määrätyt ominaisuudet.

Eräs perusedellytyksistä on se, että lasilla on suhteellisen alhainen sulamis-ja työskentelylämpötila, niin että sitä voidaan helposti työstää jatkuvassa ja nopeassa prosessissa ja että sen sulattamiseen tarvitaan mahdollisimman vähän energiaa. Alhaista työskentelylämpötilaa tarvitaan myös metallikehrääjän korroosion ja kulumisen minimoimiseksi. Lasin likviduslämpötilan täytyy myöskin olla riittävän paljon alhaisempi kuin työskentelylämpötila mahdollistaen siten pyörivän kuiduttamisen alhaisessa lämpötilassa ylläkuvatulla menetelmällä ilman kiteytymistä eli kiteiden epäsuotavaa muodostumista. Lisäksi lasilla täytyy näissä suhteellisen alhaisissa työskentelylämpötiloissa olla riittävän alhainen viskositeetti korkean kuitutuotantotason sallimiseksi. Lopullinen vaatimus on kemiallinen kestävyys. On oleellista käyttää sellaista lasikoostumus-ta, joka antaa äärimmäisen korkean säänkestävyyden omaavan kuidun, koska suuri määrä paljasta pintaa painoyksikköä kohti tekee kuidut herkiksi jopa sellaisen kosteuden kuluttavalle vaikutukselle, joka on läsnä ilmassa.

Tähän asti käytetyille lasiseoksille, jotka täyttävät vaatimukset pehmenemispisteen, viskositeetin, likviduspisteen ja kestävyyden suhteen, on ollut ominaista myös suhteellisen korkeat työskentelylämpötilat.

Näinollen esillä oleva keksintö aikaansaa parannetun kosteudenkestävyyden omaavan lasiseoksen, joka soveltuu lasikuitujen valmistamiseen keskipako-menetelmän avulla, ja joka tunnetaan seuraavista painosuhteista:

Paino-osaa

Si02 54 - 57 A1203 3-4

CaO 10 - 13

Na20 16 - 19 B203 9 - 12

ZnO 1 - 3,5 ja jonka pehmenemispiste on alueella 653-661°C, likviduslämpötila alueella 927-949°C ja lämpötila 1000 poisen viskositeetissa alueella 921-943°C.

Hienoläpimittaisten kuitujen muodossa olevan lasiseoksen kestävyys veden kemiallista vaikutusta vastaan määritetään upottamalla 5 mikronin yksikuitunäyt- 3 63388 teitä puhtaaseen veteen tunnin ajaksi 100°C:ssa. Painohäviö on alueella 2,1-3,0 X.

Eräs keksinnön kohteista on aikaansaada lasiseoksia, jotka sopivat kuiduttami-seen pyörivällä prosessilla alhaisissa toimintalämpötiloissa.

Eräs toinen keksinnön kohteista on aikaansaada lasiseoksia, joilla on alhainen likviduslämpötila samoinkuin hyvä vastustuskyky kiteenmuodostusta vastaan.

Vielä eräs keksinnön kohde on aikaansaada uusia lasikoostumuksia, jotka hienojen kuitujen muodossa ovat erittäin vastustuskykyisiä kosteuden kemiallista vaikutusta vastaan.

Eräs keksinnön lisäkohde on aikaansaada lasiseoksia, joilla on sellaiset vir-taavuusominaisuudet, että korkeita kehruunopeuksia voidaan saavuttaa suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa.

Vielä eräs keksinnön lisäkohde on minimoida kuidutusprosessissa käytetyn metallisen pyörijän kuluminen ja korroosio.

Nämä ja muut kohteet ja edut, erikoisesti korkea kosteudenkestävyys ja parannetut työskentelyominaisuudet, erikoisesti alhainen viskositeetti alhaisissa lämpötiloissa, ovat suoraan luettavissa sen yhteistoiminnan tai keskinäisen vaikutuksen ansioksi, joka on tämän keksinnön uudet lasiseokset aikaansaavilla suhteellisen kapealla alueella olevilla oleellisilla oksidiaineosilla.

Keksintöön tultaessa testattiin useita lasiseoksia. Oheinen taulukko antaa analyysit paino-osina muutamille näistä laseista sisältäen kuusi esimerkkiä keksinnön mukaisista seoksista. Seitsemän seoksen työskentelyominaisuudet ja kemialliset ominaisuudet on annettu.

4 63388

TAULUKKO I

_1_ 2_ 3_ _4_ 5 6_ 7_ D

Si02 55,0 55,2 55,4 55,2 54,5 55,3 57,3 ± 0,4 A1203 3,6 3,6 3,2 3,6 3,8 3,3 3,6 t 0,3

CaO 11,5 11,8 14,7 11,7 11,0 10,8 10,1 ± 0,4

Na20 17,8 16,5 16,5 17,0 16,2 17,1 17,2 ± 0,3 B203 9,8 9,7 8,7 9,7 10,0 11,1 9,2 ± 0,3

ZnO 1,5 1,4 _ 1,4 1,5 1,3 1,5 ± 0,2

Fe203 0,13 0,05 0,08 0,08 0,05 0,06 0,08 ± 0,2 K20 0,4 1,2 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 S03 0,1 0,2 0,1 0,2 0,1 0,1 0,3 ± 0,05

Pehmenemispiste °C 657 661 657 657 657 653 661

Likviduslämpötila 949 949 1007 937 937 932 926

°C

Painohäviö % e.m.x) 2,1 4,4 2,3 e.mx) 3,0 2,3

Vesitesti

Neutraloivan e.m.X^ 4,2 9,9 4,4 e.m.X^ 5,4 4,1 H2S04:n (0,02-N) tilavuus 2 4 ml/100 ml koevettä Lämpötila 1000 poisen viskositeetissa 921 943 935 943 932 932 927 x) ei mitattu

Kaikki nämä lasit lukuunottamatta esimerkkiä 3 kuiduttuvat tyydyttävästi pyörivässä operaatiossa. Esimerkin 3 lasilla on korkeampi likvidus ja alhaisempi viskositeetti ja kiteiden muodostuminen metallisessa pyörijässä korkean likvi-duksen johdosta saattaa estää hyvälaatuisen kuidun valmistamisen. Muut esimerkit osoittavat erinomaisia työskentelyominaieuuksia, nimittäin alhaista pehmenemispistettä, likvidusta ja viskositeettia samoinkuin loistavaa kosteuden-kestävyyttä, jota osoittavat alhainen painonmenetys ja alhainen alkalin vapautuminen veteen.

3 63388 teitä puhtaaseen veteen tunnin ajaksi 100°C:ssa. Painohäviö on alueella 2,1-3,0 %.

63388

A

TAULUKKO I

_1_ _2_ _3_ _A_ _5_ _6_ _7_ _D_

Si02 55,0 55,2 55,A 55,2 5A,5 55,3 57,3 ± 0,A

A1203 3,6 3,6 3,2 3,6 3,8 3,3 3,6 ± 0,3

CaO 11,5 11,8 1A,7 11,7 11,0 10,8 10,1 ± 0,A

Na20 17,8 16,5 16,5 17,0 16,2 17,1 17,2 + 0,3 B203 9,8 9,7 8,7 9,7 10,0 11,1 9,2 ± 0,3

ZnO 1,5 1 ,A _ 1,A 1,5 1,3 1,5 ± 0,2

Fe203 0,13 0,05 0,08 0,08 0,05 0,06 0,08 ± 0,2 K20 0,A 1,2 0,7 0,7 2,7 0,7 0,7 ± 0,2

MgO 0,2 0,3 0,6 0,A 0,2 0,3 0,3 ± 0,2 S03 0,1 0,2 0,1 0,2 0,1 0,1 0,3 ± 0,05

Pehmenemispiste °C 657 661 657 657 657 653 661

Likviduslämpötila 949 949 1007 937 937 932 926

°C

Painohäviö % e.m.x) 2,1 A,A 2,3 e.mx) 3,0 2,3

Vesitesti

Neutraloivan e.m.X^ A,2 9,9 A,A e.m.X^ 5,A A,1 H2S04:n (0,02-N) tilavuus

2 A

ml/100 ml koevettä Lämpötila 1000 poisen viskositeetissa 921 9A3 935 9A3 932 932 927 χ) ei mitattu

Kaikki nämä lasit lukuunottamatta esimerkkiä 3 kuiduttuvat tyydyttävästi pyörivässä operaatiossa. Esimerkin 3 lasilla on korkeampi likvidus ja alhaisempi viskositeetti ja kiteiden muodostuminen metallisessa pyörijässä korkean likvi-duksen johdosta saattaa estää hyvälaatuisen kuidun valmistamisen. Muut esimerkit osoittavat erinomaisia työskentelyominaisuuksia, nimittäin alhaista pehmenemispistettä, likvidusta ja viskositeettia samoinkuin loistavaa kosteuden-kestävyyttä, jota osoittavat alhainen painonmenetys ja alhainen alkalin vapautuminen veteen.

63388

Kirjaimella "D" merkitty sarake taulukossa I osoittaa kunkin komponentin prosenttiosuuden normaalihajonnan, joka voi esiintyä samalla kun saadaan lueteltuja vastaavia lasiseoksia. Siten esimerkiksi lasissa 1 voitaisiin piidioksi-dipitoisuutta 55,0 % vaihdella ± 0,4 % (eli 54,6 %:sta 55,4 %:iin) aiheuttamatta mitään merkitsevää muutosta lasin ominaisuuksissa. Muiden komponenttien pitoisuuksia voitaisiin tietysti hiukan vaihdella niiden sarakkeessa "D" hyväksytyissä rajoissa piin vaihtelun kompensoimiseksi. Kaikki lasit, jotka lankeavat taulukossa I luetellun tietyn lasin komponenttirajojen sisäpuolelle, tulisi siksi tämän keksinnön kannalta katsoa identtiseksi lueteltujen lasien kanssa.

Tämän keksinnön lasiseoksilla ja niistä valmistetuilla kuiduilla on seuraa-vat pääaineosien suositeltavat alueet:

Aineosa Paino-osaa

Si02 54,5 - 57,0 A1203 3,3 - 3,8

CaO 10,1 - 12,2

Na20 16,2 - 18,1 B203 9,2 - 11,1

ZnO 1,2-1,7

Spesifisiä lasiseoksia, jotka muodostavat tämän keksinnön suositeltavat suoritusmuodot, on kuvattu taulukon I esimerkeissä 1,2,4,5,6 ja 7. Nämä seokset antavat lasin, joka on hyvin virtaava tavallisissa työskentelylämpö-tiloissa pyörivää kuidunmuodostusta varten, ja jota voidaan käyttää oleellisesti alhaisemmissa lämpötiloissa kuin mitä pyörivässä kuidunmuodostuksessa yleisesti käytetään aiheuttaen siten pyörivässä prosessissa käytettyjen meteli ikehrääj ien vähäisempää kulumista ja korroosiota. Näiden lasien alhainen likviduslämpötila sallii sulan materiaalin työstämisen suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa eliminoiden siten vaaran kiteiden muodostumiseen tai kiteytymiseen kuidunmuodostuksen aikana. Sitäpaitsi, kuten taulukossa I on esitetty, on havaittu, että näillä laseilla on erittäin hyvä vastustuskyky ja kestävyys kosteuden vaikutusta vastaan niiden ollessa hienojen kuitujen muodossa.

Piidioksidi (Si02) on lasin perusaineosa. Vähäisempi määrä piidioksidia pyrkii antamaan huonomman kuiduttumisen. Suuremmat määrät lisäävät viskositeettia, 6 63388 mikä tekee välttämättömäksi korkeammat kuidutuslämpötilat.

Alumiinioksidi (A^O^) lisää kestävyyttä mutta lisää myös viskositeettia, joten ylimääriä täytyy välttää, jotta lasi ei tulisi liian viskoosiseksi kui-dutusta varten.

Kalkki (CaO) antaa kestävyyttä veden hyökkäystä vastaan ja auttaa pitämään laseja juoksevina työskentelylämpötiloissa noin 926-982°C.

Sooda (^£0) on aktiivisin juoksutinaine ja sitä käytetään näissä lasiseok-sissa haluttujen viskositeettivaatimusten täyttämiseksi. Varsinaisesti sen määräosuutta täytyy rajoittaa, koska juuri sooda on päävastuussa veden vaikutuksesta laseihin. Kuitenkin tämän keksinnön mukainen lasiseos on ainutlaatuinen siksi, että vaikka siinä on huomattavia määriä soodaa, se omaa erinomaisen kestävyyden veden vaikutusta vastaan.

Boorioksidi ^O^) toimii juoksuttimena ja on välttämätön myös kemiallisen kestävyyden säilyttämiseksi.

Sinkkioksidi (ZnO) on pääaineosa, joka käytettynä aina noin 3,5 paino-osaan asti edistää huomattavasti kestävyyttä veden kemiallista vaikutusta vastaan, jolloin sillä on suurempi vaikutus kestävyyteen kuin vastaavilla määrillä CaO tai MgO. Jos sinkkioksidia ei ole saatavilla, voidaan käyttää noin 2 paino-osaa T1O2 tai Zr02 kemiallisen kestävyyden parantamiseksi.

Fe2^3’ ^2^ tu^evat näihin lasiseoksiin taloudellisista syistä taval lisesti käytettyjen panosaineiden pieninä epäpuhtausmäärinä.

Magneeiumoksidi (MgO) on aineosa, joka edistää seosten ominaisuuksia hyvin samalla tavalla kuin kalkki. Se tulee mukaan epäpuhtautena taloudellisissa panosmateriaaleissa.

S0^ on tuloksena sulfaattien käytöstä sulattamisen auttamiseksi tai epäpuhtauksista.

Yleisesti saatavilla olevien talouspanosmateriaalien käyttö voi tuoda pieniä määriä muita oksideja, kuten BaO ja SrO, keksinnön piiristä poikkeamatta.

7 63388

Muutokset ja vaihtelut oheisten patenttivaatimusten puitteissa on tarkoitettu kuulumaan keksintöön.

Patenttivaatimukset 1. Parannetun kosteudenkestävyyden omaava lasikoostumus, joka soveltuu lasikuitujen valmistamiseen keskipakomenetelmän avulla, tunnettu siitä, että se sisältää oleellisesti paino-osina:

Si02 54 - 57 A1203 3-4

CaO 10 - 13

Na20 16 - 19 B203 9-12

ZnO 1 - 3,5 ja että sen pehmenemislämpötila on alueella 653-661°C, likviduslämpötila alueella 927-949°C ja lämpötila 1000 poisen viskositeetissa alueella 921-943°C.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lasiseos, tunnettu siitä, että se sisältää oleellisesti paino-osina:

Si02 54,5 - 57,0 A1203 3,3 - 3,8

CaO 10,1 - 12,2

Na20 16,2 - 18,1 B203 9,2 - 11,1

ZnO 1,2 - 1,7