PL132250B1 - Glass fibres - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku sa wlókna szklane o skladzie szkla nadajacym sie do uwlókniania zwlaszcza przez rozciaganie nitek szklanych wydo¬ stajacych sie z duzej liczby otworków do postaci wlókien nieciaglych, dzialaniem plynu pod cisnie- 5 niem.Sklady szkla stosowane zazwyczaj do wytwarza¬ nia wlókien nieciaglych sa wynikiem kompromisu miedzy pozadanymi wlasnosciami tych wlókien i ograniczeniami narzucanymi przez procesy prze- io myslowe. Najczesciej stosowany sposób wytwarza¬ nia wlókien szklanych polega na zasilaniu stopio¬ nym szklem pustego korpusu obracajacego sie z duza szybkoscia. Korpus taki stanowi obwodowa scianke z licznymi otworkami, z których szklo wy- 15 rzucane jest poziomo pod wplywem sily odsrodko¬ wej. W ten sposób powstaja pierwsze wlókna, które nastepnie sa rozciagane dzialaniem plomieni lub strumienia gazowego. Material uzyty na wykonanie pustego korpusu narzuca takie rodzaje szkiel, któ- 20 rych charakterystyki pozwalaja na uwlóknianie ich w temperaturze ponizej 1200°C Kompozycje tego typu opisane sa zwlaszcza we francuskim opisie patentowym nr 1355739.Wlókna otrzymane z takich tradycyjnych szkiel 25 sa stosowane do wytwarzania licznych produktów izolacyjnych, calkowicie zadowalajacych, gdy sa poddane dzialaniu stosunkowo niskich temperatur, nie przekraczajacych 400°C, powyzej temperatury 450°C produkty te ulegaja szybkiej degradacji 30 w wyniku modyfikacji struktury szkiel, która wy¬ raza sie bardziej lub mniej zaznaczonym osiadaniem tych produktów, powodujacym zwlaszcza powazne zmniejszenie ich wlasnosci izolacyjnych.Otrzymanie produktów izolujacych, które posia¬ dalyby lepsza odpornosc na osiadanie w wyniku obciazenia cieplnego, wiaze sie wiec bezwzglednie ze stosowaniem szkiel mieknacych w temperaturach wyzszych niz szkla tradycyjne.Proponowano juz pewne rozwiazanie, takie jak stosowanie szkiel przetworzonych ze skal bazalto¬ wych lub szkiel odtwarzajacych sklad tych natural¬ nych produktów. Szkla tego typu sa zazwyczaj uwlókniane takimi metodami jak wirowanie stopio- .nego szkla w postaci plaskiej strugi na kole obraca¬ jacym sie z duza szybkoscia lub jak rozciaganie ni¬ tek szklanych wychodzacych z filiery wykonanej ze stopu platyny za pomoca plynu.Szkla takie, bardziej odporne na dzialanie ciepla, posiadaja w istocie temperatury transformacji Tg/ /odpowiadajace scisle lepkosci y\ wyrazonej w pua- zach lub decyPaskalosekundach, takiej, ze logri=13 wynoszace co najmniej 650°C, podczas gdy szkla tradycyjne posiadaja Tg okolo 540°C.Jednakze wymienione wyzej szkla zawieraja zna¬ czna ilosc tlenków zelaza, czesto wyzsza od 8% wa¬ gowych, co niesie ze soba pewne niedogodnosci.Wiadomo, ze przetwarzanie takich szkiel, prowadzo¬ ne w piecach elektrycznych wyposazonych w elek¬ trody molibdenowe, powoduje przyspieszone zuzy- 132 2503 132 250 4 cie tych elektrod. Wiadomo równiez, ze szkla o du¬ zej zawartosci zelaza sa trudne do homogenizacji, wraz z temperatura a wiec i lepkosci, co wyraza sie prsjpjrwleteaiajaiu tworzeniem duzej liczby defektów ziianydf? ^oiiTriazwa^perelek szklanych. fSklady szkla dla* wlókien szklanych wedlug wy- rlalazku zapewniaja ^wysokie temperatury transfor¬ macji TgTstosunkówo niskie temperatury przy lep- kosTnSc^^tesowaji^^ w praktyce uwlókniania, nie wykazujac wad znanych szkiel i zapewniajac rów¬ noczesnie stosunkowo niskie temperatury przy lep- kosciach stosowanych w praktyce i wystarczajaco duze róznice pomiedzy temperatura likwidusu a wy¬ mienionymi temperaturami.W opisie ponizej okreslono w sposób szczególowy charakterystyki tych skladów i korzysci plynace z ich stosowania.Wedlug wynalazku wlókna szklane wykonane sa ze szkiel, których sklady obejmuja nastepujace tlenki o zawartosciach w % wagowych podanych po¬ nizej: Si02 Al2Oa CaO MgO Fe2Os NagO K20 37 —48% 17 —25% 23 —33% 0,1— 7% 0,1— 3% 2—8% 0,1— 7% zanieczyszczenia ponizej 3%.Suma zawartosci tlenków tworzacych siec a mia¬ nowicie krzemionki i tlenki glinu, powinna byc utrzymywana w granicach 55—65% wagowych. Po¬ zwala to zwlaszcza na otrzymywanie szkiel, w któ¬ rych zawartosc tlenków formujacych jest wystar¬ czajaco wysoka dla zapewnienia dobrej zdolnosci uwlókniania bez znacznego podwyzszenia lepkosci.W tym kontekscie wzrost temperatur odpowiada¬ jacych bardzo wysokim lepkosciom, zwlaszcza Tg, uzyskuje sie utrzymujac stosunek Al20g/Si02 ko¬ rzystnie wyzszy od 0,4.Suma tlenków ziem alkalicznych, reprezentowa¬ nych w glównej mierze przez tlenek wapnia, powin¬ na byc utrzymywana w zakresie 24—34%. Ponizej 24% temperatura Tg zaczyna wyraznie spadac, po¬ wyzej 34% róznica pomiedzy temperatura uwlók¬ niania i temperatura likwidusu jest zbyt mala dla uzyskania dobrych warunków uwlókniania. Zawar¬ tosc tlenku wapnia utrzymuje sie na poziomie mniejszym lub równym 33% poniewaz powyzej tej wartosci dzialanie korozyjne tlenku, zwlaszcza na materialy ogniotrwale stanowiace scianki pieca do wytapiania szkla, staje sie zbyt silne.W stosunku do szkiel bazaltowych, wprowadzenie znacznej ilosci tlenku wapnia pozwala równoczes¬ nie na uzyskanie identycznych temperatur uwlók- ' niania i na utrzymanie na wysokim poziomie tem¬ peratur odpowiadajacych duzym lepkosciom, w szczególnosci Tg.Dla szkiel stosowanych we wlóknach szklanych wedlug wynalazku, przy podwyzszeniu zawartosci tlenku magnezu kosztem tlenku wapnia i utrzyma¬ niu stalej sumy zawartosci procentowej tych tlen¬ ków, temperatura Tg spada. Z tego wzgledu tlenek magnezu powinien byc wprowadzony w stosunkowo niewielkiej ilosci, zasadniczo dla utrzymania rekry¬ stalizacji szkla w dopuszczalnych granicach.Biorac powyzsze pod uwage, najbardziej zadowa¬ lajace sklady szkla sa takie, w których stosunek MgO/CaO jest mniejszy od 0,2.Wprowadzenie tlenków alkalicznych i tlenku ze¬ laza, tego ostatniego w niewielkiej ilosci, pozwala dostosowac lepkosc do wysokiej temperatury, bez znacznego obnizenia temperatury Tg.Korzystny sklad szkla do wlókien szklanych we¬ dlug wynalazku okreslony jest nastepujacymi gra¬ nicami zawartosci wagowych: Si02 A1208 CaO MgO Fe203 Na20 K20 38 —44% 17,5—22% —29% 0,1— 5% 0,5— 2,5' 2 — 6% 0,1— 6% zanieczyszczenia ponizej 3%.. Przy takim korzystnym skladzie suma zawartosci krzemionki i tlenku glinu wynosi korzystnie 58— —62%, pozwala to, poza rola odgrywana przez te tlenki i wyjasniona poprzednio, polepszyc charakte¬ rystyki odszklenia.Przy takim skladzie równiez suma tlenków ziem alkalicznych wynosi korzystnie 25—32%.. Z drugiej strony, sume tlenku wapnia i tlenku glinu utrzy¬ muje sie korzystnie w zakresie 45—50%. Podane tu rózne ograniczenia pozwalaja równiez na zwolnie¬ nia odszklenia przy utrzymywalniu górnej tempera¬ tury odszklenia ponizej 1300°C.Suma zawartosci tlenków alkalicznych powinna byc wyzsza od 5% i korzystnie nizsza od 11%, co pozwala lepiej pogodzic utrzymanie mozliwie jak najwyzszej temperatury Tg z dostosowaniem tem¬ peratur odpowiadajacych dogodnym lepkosciom uwlókniania.Wplyw omówionych wyzej róznych tlenków wy¬ kazano 'dla róznych szkiel podanych przykladowo w tabeli 1.Wlókna szklane wedlug wynalazku moga byc otrzymane róznymi sposobami i w róznych urzadze¬ niach, stosowanych zazwyczaj do tego celu. Moga one byc równiez otrzymywane przez rozciaganie za pomoca plynu nitek szklanych wychodzacych z du¬ zej liczby otworków. Nalezy podkreslic, ze sklady szkla we wlóknach wedlug wynalazku przystosowa¬ ne sa zwlaszcza do sposobów i urzadzen takich jak opisano we francuskim opisie patentowym nr 2223318.Szkla we wlóknach wedlug wynalazku maja tem¬ peratury transformacji Tg dokladnie takie same jak szkla bazaltowe, wynoszace co najmniej 650°C.Dzieki tej wlasnosci wlókna otrzymane ze szkiel we¬ dlug wynalazku moga byc stosowane do wytwarza¬ nia produktów nadajacych sie do ogrzewania do wysokich temperatur, które dla produktów izola¬ cyjnych wynosza okolo 700°C, bez istotnej zmiany formy tych produktów i ich wymiarów.Wykazuje to jedna z metod badania odpornosci na temperature produktów wlóknistych i okreslenia zakresu ich stosowania.Ta znormalizowana metoda (norma DIN 52271) po¬ lo 40 45 50 55 605 132 250 6 lega zasadniczo na wywieraniu okreslonego cisnie¬ nia na warstwe wlókien o znanej masie wlasciwej, na poddaniu calosci dzialaniu róznych temperatur i na okresleniu temperatury, przy której stwierdza sie opadniecie o 5% tej warstwy.Rezultaty zestawione w tabeli 2 uzyskano dla warstwy wlókien o masie wlasciwej 100 kg/m3, pod¬ danej dzialaniu cisnienia 981 N/m2.Rezultaty te wykazuja, ze szkla wedlug wynalaz¬ ku, przedstawione w przykladzie I, posiadaja znacz¬ na odpornosc na temperature w porównaniu z od¬ pornoscia niektórych znanych szkiel (przyklady II— —V), zwlaszcza w odniesieniu do szkla typu bazaltu (przyklad IV).Ogólnie biorac, szkla wedlug wynalazku, dzieki swym wlasnosciom samoistnym i dzieki ich dosto¬ sowaniu do szczególnie wydajnych sposobów i urza¬ dzen do uwlókniania, takich jak przytoczone wyzej, pozwalaja na uzyskanie produktów uwlóknionych doskonalej jakosci, nadajacych sie do licznych za¬ stosowan. I tak, dobre zachowanie wlókien, opisane poprzednio, wyraza sie równiez dobra wytrzymalos¬ cia na drgania w wysokiej temperaturze \ pozwala na uzyskanie doskonalych izolatorów akustycznych w wysokich temperaturach.W dziedzinie przemyslowej izolacji termicznej, wlókna wedlug wynalazku stosuje sie korzystnie w postaci plyt scisle okreslonych geometrycznie, usztywnionych polimerycznym srodkiem wiazacym, lub w postaci produktów rurowych przeznaczonych do izolacji przewodów i zwanych potocznie kokila- mi.Wlókna wedlug wynalazku moga byc równiez stosowane w postaci zszytego materaca na kartonie lub siatce metalowej lub w postaci podkladów badz tez luzem jako wypelnienia.Wlókna wedlug wynalazku moga wchodzic w sklad elementów przeciwpozarowych, jak na przyklad przegrody do przerywania plomienia.Wlókna wedlug wynalazku moga równiez wcho¬ dzic w sklad tlumików umieszczonych na i/lub we wnetrzu przewodów do plynów transportowych w wysokiej temperaturze."Ogólnie biorac, wlókna wedlug wynalazku ko¬ rzystnie zastepuja pewna liczbe wlókien znanych w szeregu zastosowan, jak srodki wzmacniajace pro¬ dukty pólsztywne lub produkty sztywne odporne na dzialanie wysokich temperatur.Tabela 1 Przyklad nr 1 Tlenki: Si02 A1208 CaO MgO Fe208 Na20 K20 Zanieczyszcz.Tg Temperatura (°C) odpowiadajaca 1000 puazom 100 puazom 50 puazom Likwidus (°C) Maksymalna szybkosc wzrostu (m-min-1) Temperatura (°C) odpowiadajaca maksymalnej szybkosci I 2 42,3 18,5 27,7 0,3 1,7 4,3 4,3 0,9 682 1143 1300 1363 1230 13,3 1150 II 3 39,4 18,9 28,7 0,6 1,9 4,6 0,9 682 ,1118 1267 1329 1280 29 1050 III 4 38 23,8 27 0,4 1,7 3,9 4,3 0,9 693 1172 1324 1390 1330 31,6 a 135 IV 40,7 17,9 31,8 1,2 1,9 2,6 3,1 0,8 691 1126 1265 1323 1280 33 1115 ¦ i- v 6 40,1 ,1 27,7 0,5 1,8 4,2 4,8 0,8 681 1136 1285 1348 1260 1100 1 vi 7 42,4 18,0 24,8 2,8 v 1,6 ,7 4,7 2,0 677 1133 1300 1375 1240 29,8 1100 Tabela 2 1 Tlenki: SiO Al2Os CaO 2 wlókno szklane wg wyna¬ lazku )42,3 18,5 27,7 3 wlókno szklane znane 64,6 2,9 6,5 4 wlókno skalne 47,0 14,6 | 18,4 wlókno bazaltowe 45,9 12,9 ,5 6 wlókno zuzlowe 42,4 11,7 40,8132 250 Tabela 2 1 MgO Fe203 Na20 K20 Ti02 MnO B2Os BaO Zanieczyszcz.Temperatura osiadania (5%) 2 0,3 1,7 4,3 4,3 — — — — 0,9 675°C 3 3,0 0,4 13,8 1,0 — . — ,0 2,4 0,4 515°C 4 8,5 6,5 2,6 0,5 0,6 — — — 1,3 640°C 9,3 12,6 3,1 1,2 2,8 — — — 1,7 650°C 6 4,0 0,8 — — — 0,7 — — 0,8 700°C Zastrzezenia patentowe 1. Wlókna szklane, znamienne tym, ze w ich sklad wchodza nastepujace tlenki, o zawartosci w % wa¬ gowych: Si02 37—48%, Al2Os 17—25%, CaO 23—33%, MgO 0,1—77o, Fe203 0,1—3%., Na20 2—8%, K20 0,1—7% zanieczyszczenia ponizej 3%, w którym suma zawartosci % tlenków ziem alkalicznych jest nizsza lub równa 34%, a suma zawartosci % tlenków alka¬ licznych jest wyzsza od 5%. 2. Wlókna szklane wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze maja stosunek Al2Oa : Si02 wyzszy od 0,4. 3. Wlókna szklane wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze maja stosunek MgO:CaO nizszy od 0,2. 4. Wlókna szklane wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze zawieraja wagowo: Si02 38—44%, A1203 17,5—22%, CaO 25—297o, MgO 0,1—5%, Fe203 0,5— —2,5%, Na20 2—6%, K20 0,1—6%, przy czym suma zawartosci % tlenków ziem alkalicznych jest nizsza lub równa 32%.. Wlókna szklane wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze maja sume Si02 + Al2Oa zawarta pomiedzy 58 a 62%. 6. Wlókna szklane wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze maja sume Al2Oa + CaO zawarta pomiedzy 45 a 50%. 7. Wlókna wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze maja sume tlenków alkalicznych Na20 i K20 równa lub mniejsza od 11% 8. Wlókna szklane wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze maja nastepujacy sklad wagowy; Si02 42,3%, A1203 18,5%, CaO 27,7%, MgO 0,3%, Fe203 1,7%, 40 Na20 4,3%, K20 4,3%, zanieczyszczenia 0,9%. 9. Wlókna szklane wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze maja nastepujacy sklad wagowy: Si02 39,4%, A1203 18,9%, CaO 28,7%, MgO 0,6%, Fe203 1,9%, Na20 4,6%, K20 5%, zanieczyszczenia 0,9%.ZGK, Druk. im. K. Miarki w Mikolowie, zam. 7654/1131/5, 90 Cena 100 zl PL

Claims (9)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Wlókna szklane, znamienne tym, ze w ich sklad wchodza nastepujace tlenki, o zawartosci w % wa¬ gowych: Si02 37—48%, Al2Os 17—25%, CaO 23—33%, MgO 0,1—77o, Fe203 0,1—3%., Na20 2—8%, K20 0,1—7% zanieczyszczenia ponizej 3%, w którym suma zawartosci % tlenków ziem alkalicznych jest nizsza lub równa 34%, a suma zawartosci % tlenków alka¬ licznych jest wyzsza od 5%.
2. 2. Wlókna szklane wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze maja stosunek Al2Oa : Si02 wyzszy od 0,4.
3. 3. Wlókna szklane wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze maja stosunek MgO:CaO nizszy od 0,2.
4. 4. Wlókna szklane wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze zawieraja wagowo: Si02 38—44%, A1203 17,5—22%, CaO 25—297o, MgO 0,1—5%, Fe203 0,5— —2,5%, Na20 2—6%, K20 0,1—6%, przy czym suma zawartosci % tlenków ziem alkalicznych jest nizsza lub równa 32%.
5. 5. Wlókna szklane wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze maja sume Si02 + Al2Oa zawarta pomiedzy 30 58 a 62%.
6. 6. Wlókna szklane wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze maja sume Al2Oa + CaO zawarta pomiedzy 45 a 50%.
7. 7. Wlókna wedlug zastrz. 4, znamienne tym, ze 35 maja sume tlenków alkalicznych Na20 i K20 równa lub mniejsza od 11%
8. 8. Wlókna szklane wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze maja nastepujacy sklad wagowy; Si02 42,3%, A1203 18,5%, CaO 27,7%, MgO 0,3%, Fe203 1,7%, 40 Na20 4,3%, K20 4,3%, zanieczyszczenia 0,9%.
9. 9. Wlókna szklane wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze maja nastepujacy sklad wagowy: Si02 39,4%, A1203 18,9%, CaO 28,7%, MgO 0,6%, Fe203 1,9%, Na20 4,6%, K20 5%, zanieczyszczenia 0,9%. ZGK, Druk. im. K. Miarki w Mikolowie, zam. 7654/1131/5, 90 Cena 100 zl PL