FI84469B - Glasfibersammansaettningar som aer bestaendiga mot alkaliska medel och deras anvaendning foer foerstaerkning av cement. - Google Patents

Description

1 84469

Emäksisiä väliaineita kestäviä lasikuituja ja niiden käyttö sementin vahvistamiseen Tämä keksintö koskee lasikuituja, jotka kestävät voimakkaasti emäksisten väliaineiden syövyttävää vaikutusta ja jotka soveltuvat käytettäviksi sementtiperustaisten tuotteiden vahvisteina.

Lasikuidut, jotka vedetään mekaanisesti sulasta lasista, joka virtaa Joule-ilmiön avulla kuumennetun vetosuulak-keen reikien läpi, ovat erittäin vetolujia ja niiden kimmokerroin on erityisen korkea muihin orgaanisiin tai mineraalikuituihin verrattuna. Tästä syystä ne valitaan mielellään parantamaan monien yhdistelmätuotteiden mekaanisia ominaisuuksia.

Kun kysymyksessä on sementtiperustaisten tuotteiden vahvistaminen, lasikuitujen tulee, hyvien mekaanisten ominaisuuksien lisäksi, olla kemiallisesti erittäin kestäviä emäksisessä väliaineessa.

Vaikka lasikuidut aina syöpyvätkin sementtimatriisin sisältämän CA(0H)2:Ha kyllästyneen liuoksen vaikutuksesta, niiden syöpymistä voidaan pienentää mahdollisimman vähäiseksi sopivilla lasikoostumuksilla.

Niinpä lasikuitujen kestävyys kasvaakin voimakkaasti, kun käytetään lasikoostumuksia, jotka sisältävät paljon zirko-niumoksidia (Zr02)· Zirkoniumoksidin lisäämistä lasikoostu-muksiin ehdotetaan etenkin GB-patenttijulkaisussa n:o 1 243 972 ja US-patenttijulkaisussa n:o 3 861 926. Vaikka zirkoniumoksidin lisääminen lasikoostumuksiin parantaakin huomattavasti niiden kestävyyttä emäksisissä väliaineissa, siihen liittyy kuitenkin eräitä haittoja.

Niinpä tämän oksidin läsnäolo laseissa lisää niiden 2 84469 viskositeettia ja nostaa huomattavasti niiden kitey-tymislämpötilan ylärajaa (TSD). Koska lasit tulevat jähme-ämmiksi, kuidutuslämpötila (TF) nousee, mutta joskus hitaammin kuin kiteytymislämpötilan yläraja TSD. Kun zirkoniumok-sidin pitoisuus nousee, näiden lämpötilojen välinen ero käy yhä pienemmäksi ja kiteytymislämpötilan yläraja TSD saattaa jopa tulla suuremmaksi kuin kuidutuslämpötila Tp. Kiteyty-misvaara on tällöin liian suuri, jotta lasikuituja voitaisiin valmistaa teollisuuslaitteistossa.

Tämä vaara usein pienenee, kun peruslasikoostumukseen lisätään yhtä tai useampaa lisäoksidia, joiden pääasiallisena tehtävänä on alentaa kiteytymislämpötilan ylärajaa TSD tai jopa muuttaa kidelajin laatua, joka esiintyy korkeimmassa lämpötilassa.

Kokemus on osoittanut, että jatkuvien lasikuitujen valmistaminen teollisessa mittakaavassa on mahdollista vain, jos niiden perustana olevat lasiaineet täyttävät määrätyt edellytykset, erityisesti, jos erotus kuidutuslämpötilan Tp, joka vastaa olennaisesti viskositeettia 9, kuten esimerkiksi log η = 2,5, ja kiteytymislämpötilan ylärajan TSD välillä on vähintään 80°C ja mieluiten vähintään 100°C.

Lisäksi on toivottavaa, että kuidutuslämpötila Tp, joka vastaa jokseenkin viskositeettia 17, esim. log 9 = 2,8, olisi alle 1480°C ja mieluiten korkeintaan 1400°C, jolloin vältetään platinaseosteesta valmistettujen vetosuulakkeiden, joita yleensä käytetään jatkuvien kuitujen valmistuksessa, liian nopea kuluminen.

Keksinnön kohteena ovat lasikuidut, jotka voidaan valmistaa vetämällä mekaanisesti lasista, joka täyttää edellä mainitut edellytykset ja jonka hinta on mahdollisimman huokea.

Keksinnön kohteena ovat myös lasikuidut, joiden koostumus käsittää pienen määrän aineosia, jotka kaikki ovat 3 84469 hinnaltaan huokeita, lukuunottamatta zirkoniumoksidia, jota kuitenkin lisätään kohtuullinen määrä, mainittujen kuitujen ollessa kuitenkin erittäin hyvin emäksisiä väliaineita kestäviä .

Nämä tavoitteet saavutetaan laseilla, joiden koostumus muodostuu seuraavista oksideista alla mainituissa painosuhteissa :

Si02 56 - 68 %

Zr02 14 - 17 %

Na20 12 - 20 % K20 0 - 8 % A1203 1 - 9 %

Na20 + K20:n ollessa yhteensä 14-22 % ja Si02 + Al203:n jäädessä yhteensä alle 70 %.

Viimeksi mainittua ehtoa noudatettaessa vältetään lasin viskositeetin liiallinen kasvaminen. Vaikka Si02 toimiikin perinteisessä tehtävässään lasiverkon muodostajana kuten Al203:kin, viimeksi mainittua on lisättävä kohtuullisessa määrin, sillä keksinnön mukaisten lasien yhteydessä tämä oksidi saattaa lisätä kiteytymisvaaraa. Tämä oksidi lisätään edullisesti jonkin lasiintuvan yhdistelmäraaka-aineen välityksellä, joka sisältää muitakin oksideja, kuten Si02:a, Na20:a, K20:a. Tällaisen raaka-aineen, joka itses sään muodostaa oksidiyhdistelmän, käytön etuna on, että se helpottaa lasiintuvan seoksen sulamista, mikä on erittäin arvostettavaa, kun kysymys on luonnostaan viskooseista laseista. Kaiken lisäksi se ei ole työläs.

Laseilla, jotka kuuluvat edellä määriteltyyn alaan, on yleensä lauseketta log rj = 2,5 vastaavan lämpötilan ja ki-teytyrnislämpötila n ylärajan TSD erotus yli 100°C, kun piiok-sidipitoisuus pysyy 58-66 %:ssa ja alumiinioksidipitoisuus 1-7,5 %: ssa. Si02 + A1203 on yhteensä mieluiten korkein- 4 84469 taan 68 %.

Sementtiperustaiseen matriisiin upotetun lasin kemiallisen kestävyyden paraneminen johtuu yleensä ZrC^rn ja jonkin muun tai muiden oksidien yhteisvaikutuksesta. Yleisin ja varmasti taloudellisin oksidiyhdistelmä on sellainen, jossa on Zr02:a ja yhtä tai useampaa maa-alkalioksidia; valitettavasti viimeksi mainitut oksidit usein lisäävät kiteytymis-vaaraa.

Keksinnön mukaiset lasit kestävät erinomaisesti emäksisiä väliaineita huolimatta siitä, että ne sisältävät vain yhtä tässä suhteessa aktiivista oksidia, zirkoniumoksidia, ja että tätä oksidia lisätään vain kohtuullisina määrinä. Tämä on sitäkin edullisempaa kun zirkoniumoksidin pitäminen edellä mainituissa rajoissa estää lasien viskositeetin liiallisen kasvun ja kiteytymisvaarat.

Tämän edun ansiosta voidaan käyttää yksinomaan alkaliokside-ja Na20 ja K2O lasin viskositeetin säätämiseen, jolloin kuidutuslämpötila Tp pysyy korkeintaan 1480°C:na, sen ja ki-teytymislämpötilan ylärajan TSD eron pysyessä silti riittävänä.

Vaikka Na20:lla yksistään päästään kysymyksessä oleviin tavoitteisiin, on kuitenkin eduksi lisätä keksinnön mukaisiin laseihin melko pieni määrä K20:a, etenkin kun alkalioksi-dien yhteismäärä nousee yli 19 %:n. K2<>:n lisääminen koostumukseen merkitsee tiettyjä etuja, etenkin sitä, että käytetään lasiintuvia yhdistelmäraaka-aineita, jotka sisältävät erityisesti Na20:a ja K20:a.

Keksinnön mukaisilla laseilla on erinomaiset ominaisuudet, etenkin kun Na20:n prosentuaalinen osuus pidetään 13-19 %:ssa ja kun K20:n määrä ei ylitä 6 %:a. Erityisen suositeltavaa on, että Na20 + K20:n yhteismäärä pysyy 15-20 %:ssa.

5 84469

Edullisimmat lasikoostumukset ovat yleensä näin rajatulla alueella:

Si02 58 - 66 %

Zr02 15 - 16 %

Na20 13 - 19 % K20 1 - 6 % A1203 1 - 7 %.

Keksinnön mukaisten lasikoostumusten ominaisuudet voidaan arvioida paremmin liitteenä olevassa taulukossa kuvattujen esimerkkien perusteella.

Keksinnön mukaisia lasikuituja voidaan edullisesti käyttää sementtiperustaisten tuotteiden vahvistamiseen, kuten käy ilmi seuraavassa selostetuista koetuloksista.

Määrättyä koostumusta olevien lasikuitujen soveltuvuutta sementin vahvistamiseen voidaan arvioida mittaamalla mainittujen lasikuitujen vetolujuuden muuttuminen sen jälkeen kun niitä on pidetty pitemmän tai lyhyemmän ajan portlandsemen-tin vesisuspensiossa.

Veden ja sementin suhde on sellainen, että liuoksen pH on 12,6.

Testattavat kuidut upotetaan tähän suspensioon, jonka lämpötila pidetään jatkuvasti 80°C:ssa. Vanhentumisaika porrastetaan 1- 17 vuorokauteen.

Kuvio esittää kuitujen, joiden koostumus vastaa taulukon 1 palstan n:o 1 koostumusta, vetolujuuden muuttumista. Vertailun vuoksi kuvio esittää myös tunnettujen lasikuitujen, jotka on valmistettu samoissa olosuhteissa kuin lasin n:o 1 kuidut ja joille on suoritettu samat vanhentamiskäsittelyt, vetolujuuden muuttumista. Tunnettua lasia, jonka soveltuvuus sementin vahvistamiseen on selvitetty, myydään tavara- 6 84469 merkillä "Cemfil" ja se kuuluu FR-patentissa n:o 2 053 211 kuvattuihin koostumuksiin.

Molempien lasien vanhentuminen on jokseenkin samanlaista ja niiden vastaavat vetolujuuden muutokset voidaan esittää vain yhdellä käyrällä. Sikäli kuin käytetty menetelmä paljastaa lasin käyttäytymisen sementissä, koostumusta n: o 1 vastaavan kuidun soveltuvuus sementin vahvistamiseen on täysin verrattavissa "Cemfil"-kuidun soveltuvuuteen.

Sementtiperustaisia tuotteita voidaan vahvistaa ainoastaan keksinnön mukaisilla lasikuiduilla tai liittämällä ne muihin orgaanisiin tai mineraalikuituihin, kuten selluloosa-tai asbestikuituihin.

Keksinnön mukaiset lasikuidut voidaan liittää sementtimat-riisiin jatkuvina säikeinä tai katkokuituina, kuten esimerkiksi kimppuina, nauhoina, mattoina, kudoksina jne.

Termillä sementti tarkoitetaan tässä tapauksessa tavallisia hydraulisia sementtejä kuten portlandsementtiä. Termillä "sementtiperustaiset tuotteet" tarkoitetaan kaikkia tuotteita, jotka on valmistettu sementin ja aggregaattien tai muiden aineiden kuten hiekan, kiilteen, ultrahienojakoisen pii-oksidin, tuhkan jne. seoksesta.

7 84469

Taulukko n:o 1 n:o 2 n:o 3 η:θ 4 n:o 5 n:o 6 n:o 7 n:o 8

Si02 58,5% 61,0% 61,8% 61,8% 65,0% 63,0% 67,0% 59,0%

Zr02 15,0% 15,0% 14,6% 14,6% 14,0% 17,0% 16,0% 16,0%

Na20 16,5% 16,9% 16,6% 13,3% 12,0% 19,0% 14,0% 16,0% K20 2,8% 2,1% - 3,1% 8,0% - 1,0% 6,0% A1203 7,2% 5,0% 7,3% 7,2% 1,0% 1,0% 2,0% 3,0% to(°C) kun log η = 3 1343 1324 1399 1421 1435 1327 1411 1311 = 2,8 1378 1360 1438 1460 1475 1360 1450 1345 = 2,5 1434 1421 1504 1522 1521 1417 1512 1403 TSD(°C)1330 - 1260 1400 - 1250 - 1340

A(°C) 104°C ^100°C 244°C 122°C ^100°C 157°C ^100°C 63°C

TSD = kiteytymislämpötilan yläraja /\ = lämpötila (log η = 2,5) - TSD

Claims (7)

8 84469

1. Lasikuidut, jotka on valmistettu vetämällä mekaanisesti lasisäikeitä, jotka virtaavat Joule-ilmiön avulla kuumennetun vetosuulakkeen rei'istä, tunnetut siitä, että ne koostuvat seuraavista oksideista alla mainituissa painosuhteissa: Si02 56-68 % Zr02 14-17 % Na20 12-20 % K20 0- 8 % A1203 1- 9 % jolloin summa Na20 + K20 on välillä 14-22 % ja summa Si02 + Al203 on alle 70 %.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukaiset lasikuidut, tunnetut siitä, että Si02:n prosentuaalinen määrä on 58-66 % ja Al203:n prosentuaalinen määrä 1-7,5 %.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukaiset lasikuidut, tunnetut siitä, että summa Si02 + Al203 on korkeintaan 68 %.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaiset lasikuidut, tunnetut siitä, että Na20:n prosentuaalinen määrä on 13-19 % ja K20:n määrä on korkeintaan 6 %.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukaiset lasikuidut, tunnetut siitä, että summa Na20 + K20 on välillä 15-20 %.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaiset lasikuidut, tunnetut siitä, että ne koostuvat seuraavista oksideista alla mainituissa painosuhteissa: Si02 58-66 % Zr02 15-16 % Na20 13-19 % K20 1- 6 % Al203 1- 7 %.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisten lasikuitujen käyttö sementtiperusteisen tuotteen vahvistamiseksi. 9 84469