PL67929B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 05.IV.1967 dla zastrz. 1—5 07.11.1968 dla zastrz. 9—11 Stany Zjednoczone Ameryki Opublikowano: 31.XII.1973 67929 KI. 32b,13/00 MKP C03c 13/00 UKD Wspóltwórcy wynalazku: Ralph Lester Tiede, Fay Vanisle Tooley Wlasciciel patentu: Owens-Corning Fiberglas Corporation, Toledo (Stany Zjednoczone Ameryki) Masa szklana do wyrobu zwlaszcza tekstylnych wlókien szklanych Wynalazek dotyczy masy szklanej *do wyrobu zwlaszcza tekstylnych wlókien szklanych zawiera¬ jacych krzemionke i tlenek glinu.Znane sa tego typu masy szklane, jednakze w tej dziedzinie zachodza zmiany zwiazane z rozszerza¬ niem zakresu stosowania wlókien szklanych w ce¬ lu polepszenia wyrobów tekstylnych, tkanin, tkanin technicznych i tkanin dekoracyjnych. Dokonano rów¬ niez szeregu ulepszen w dziedzinie projektowania pieców do masy szklanej, rozwiazan urzadzen przednych, chlodnic zeberkowych i innych urzadzen np. do regulacji atmosfery w strefie formowania wlókna, lecz dalsze udoskonalenia dotyczace wla¬ sciwosci fizycznych i chemicznych wlókna oraz technologii jego wytwarzania sa stale w sferze za¬ interesowania.Zaleznosc plynnosci masy szklanej od jej lepkosci jest jednym z krytycznych czynników branych pod uwage przez producentów wlókien. Wymagania w produkcji wlókien ciaglych tekstylnych sa bardziej ostre niz wlókien nieciaglych.Dzisiejsze zastosowania wymagaja wysokiej od¬ pornosci na temperature, wiekszej wytrzymalosci, lepszej odpornosci na scieranie i wiekszej odporno¬ sci chemicznej. Wymagana jest równiez wieksza odpornosc na kwasy niz gwarantowana przez do¬ stepne dotychczas przemyslowe wlókna tekstylne.Stale wzrastajace zapotrzebowanie na wlókna cien¬ sze wymaga w konsekwencji wiekszej precyzji w 25 regulowaniu procesu formowania wlókien, lepkosci i jednorodnosci szkla.Szklo wytwarza sie najkorzystniej z tanich, wy¬ stepujacych w przyrodzie materialów, które mozna stapiac z wydzieleniem stosunkowo niewielkich ilosci lotnych produktów zanieczyszczajacych at¬ mosfere. Produkcja na wielka skale w zakladach przemyslowych stwarza obawe przed zanieczyszcze¬ niem powietrza i wiaze sie z ustawodawstwem zmierzajacym do zlagodzenia problemów zanieczy¬ szczania atmosfery. Stwierdzono bowiem, ze fluorki i B2O3 w gazach pochodzacych z hut szkla maja wplyw na zycie biologiczne, zwlaszcza roslin w bez¬ posrednim otoczeniu tych zakladów przemyslowych.Celem wynalazku jest ustalenie skladu ulepszo¬ nej masy szklanej o wysokiej wytrzymalosci i wy¬ sokim module sprezystosci, dajacej sie formowac przemyslowo w postaci wlóknistej odpowiadajacej wszelkim wymaganiom dla wlókna tekstylnego, jak równiez spelniajacej ostre warunki lepkosci masy w stanie cieklym, wymagane w przemyslowej pro¬ dukcji ciagnionych wlókien szklanych.Cel ten osiagnieto, zgodnie z wynalazkiem, przez odpowiedni dobór prostych skladników wystepuja¬ cych w przyrodzie w postaci mineralów, bez stoso¬ wania dodatkowych drogich skladników oraz za¬ nieczyszczajacych atmosfere boranów, fluorków i innych lotnych substancji ulegajacych kondensacji.Przedmiotem wedlug wynalazku jest masa szkla¬ na do wyrobu zwlaszcza tekstylnych wlókien szkla- €7 9293 67 929 nych, zawierajaca krzemionke i tlenek glinu, cha¬ rakteryzujaca sie tym, ze zawiera 50—68% krze¬ mionki, 5—32% tlenku glinu natomiast pozostalosc stanowia tlenek wapnia i/lub tlenek magnezu, przy czym laczna zawartosc krzemionki i tlenku glinu w masie wynosi 76—86% w stosunku wagowym.Zarówno tlenek wapnia jak i magnezu nie moga byc razem wyeliminowane, lecz masa powinna za¬ wierac co najmniej 14% tlenku wapnia i/lub tlen¬ ku magnezu.Masa szklana powinna byc wolna od alkaliów, B2O3 i fluorków, z wyjatkiem mozliwych sladów wystepujacych w surowcach. Masa szklana o po¬ wyzszym skladzie daje sie latwo formowac na wlók¬ na ciagnione metodami przemyslowymi.Wiadomo, ze wlókna krzemionkowe odznaczaja sie dobra odpornoscia na wysokie temperatury, jednakze daja sie trudno formowac na wlókno.Wedlug wynalazku krzemionke, tlenki glinu, wapnia i/lub magnezu laczy sie w podanych nizej proporcjach wagowych warunkujacych uzyskanie masy szklanej o odpowiedniej lepkosci w okreslonej temperaturze i szybkosci odszklenia odpowiedniej dla produkcji wlókien ciaglych.Wynalazek objasniaja nizej podane przyklady masy szklanej, przy czym skladniki podane sa w czesciach wagowych.Przyklad I. Sklad mieszaniny: SiOs — 60, AI2O3 — 20, CaO — 12, MgO — 8, stan ciekly — 1320°C.Powyzsza mieszanine topi sie i formuje wlókna z dyszy przedzalniczej o licznych otworach, z za¬ silacza utrzymywanego w temperaturze okolo 1450°C, prey czym otrzymuje sie wlókno tekstylne typu KI 8. Wlókno KI 8 produkuje sie, stosujac zasilacz posiadajacy okolo 800 otworów w pojedyn¬ czym zasilaczu. Srednica wlókien wynosi 0,127— 0,140 mm. Wytrzymalosc na rozciaganie wlókien surowych wynosila 42 180 kG/cm*, co stanowi war¬ tosc przecietna, zas modul sprezystosci wynosil 8680.102 kG/cm2, który oznaczono mierzac wydlu¬ zenie wlókna pod obciazeniem.Przyklad II. Z masy szklanej o skladzie: S1O2 — 60, AI2O3 — 15, CaO — 20. MgO — 5 — for¬ muje sie wlókna, przepuszczajac strumien stopio¬ nego szkla przez zasilacz utrzymywany w tempe¬ raturze 1330°C. W stan ciekly szklo przechodzi w temperaturze okolo 1245°C.Przyklad III. Z masy szklanej o skladzie: Si02 — 50, AI2O3 — 15, CaO — 25, MgO — 5 for¬ muje sie wlókna, przez przepuszczanie stopu przez zasilacz utrzymywany w temperaturze 1345°C. W stan ciekly szklo przechodzi w temperaturze oko¬ lo 1240°C.Przyklad IV. Z masy szklanej o skladzie: Si02 — 65, AI2O3 — 15, CaO —10 formuje sie wlókna, przepuszczajac stop przez zasilacz otrzymywany w temperaturze 1455°C. W stan ciekly szklo przechodzi w temperaturze okolo 1340°C.Przyklad V. Sklad masy szklanej: S1O2 — 50, A1203 — 30, CaO — 10, MgO — 10, szklo prze¬ chodzi w stan ciekly w temperaturze okolo 1380°C.Wlókna szklane formuje sie ze stopu przepuszczajac szklo przez zasilacz. 15 30 35 40 50 55 Przyklad VI. Sklad masy szklanej: Si02 — 60, AI2O3 — 25, CaO — 10, MgO — 5.Temperatura przejscia w stan ciekly masy wy¬ nosi okolo 1360°C. Wlókna szklane wytwarza sie przepuszczajac strumien szkla przez zasilacz w temperaturze 1438°C, z jednoczesnym rozciaganiem wlókna i nawijaniem na szpule.Przyklad VII. Sklad masy szklanej: Si02 — 50, AI2O3 — 20, CaO — 5, MgO — 20.Temperatura przejscia w stan ciekly masy wy¬ nosi okolo 1345°C. Wlókno wytwarza sie w sposób, jak podano w poprzednich przykladach.Przyklad VIII. Sklad masy szklanej: Si02 — 50, AI2O3 — 30, CaO — 5, MgO — 10.Wlókna formuje sie jak wyzej.Przyklad IX. Sklad masy szklanej: Si02 — 50, AI2O3 — 20, CaO — 20, MgO — 5.Temperatura przejscia w stan ciekly wynosi oko¬ lo 1350°C. Wlókna formuje sie znanym sposobem.Przyklad X. Sklad masy szklanej: Si02 — 65, Ah03 — 10, CaO — 20, MgO — 5.Temperatura przejscia w stan ciekly wynosi oko¬ lo 1345°C. Wlókna wytwarza sie w sposób podany w poprzednich przykladach.Wytwarzanie wlókna z wymienionych zestawów masy szklanej sa zasadniczo wolne od skladników alkalicznych, fluorków, tlenków boru i innych lot¬ nych i/lub kondensujacych sie substancji. Siady tych zanieczyszczen moga wystepowac jako do¬ mieszki w surowcach wykrywalne w obecnym sta¬ nie techniki analitycznej.Z powyzszych kompozycji formuje sie wlókna zgodnie z obecna praktyka przemyslowa, polegajaca na stapianiu skladników wsadu w piecu i przepusz¬ czaniu masy w stanie stopionym przez zasilacz za¬ wierajacy dysze przedzalnicza i rozciaganiu na po¬ jedyncze nici, przy czym zazwyczaj z pojedynczego zasilacza wyciaga sie 200—1000 lub wiecej nici.Otrzymane nici laczy sie razem w pasma i nawija na motowidlo. Wlókna formuje sie w sploty, które laczy sie nastepnie na przedze znanymi sposobami skrecania i zwijania. Otrzymane wlókna wedlug przykladu I zostaly poddane szczególowym próbom.Wlókna te przewyzszaja cechami fizyczno-chemicz- nymi, normalne wlókna dotychczas wytwarzane (szklo „E"), co wykazano na zalaczonej itablicy.Tablica Cechy badane Wytrzymalosc na rozciaganie kG/cm2 Modul sprezystosci kG/cm2 1 Odpornosc chemicz¬ na (ubytek wagi) Woda, 7 dni w temp. 90°C H2S04 (50%) Szklo normal¬ ne (E) 37,260 73.50.102 1,1 8,9 | Przyklad I 42 180 8680.102 0,44 0,54 % \ poprawy 1 13% ' 18% | 60% 94% |5 67 929 6 Cechy badane Wytrzymalosc pre¬ ta na zginanie — kG/cm2 X 102: suchego wilgotnego % retencji Szklo normal¬ ne (E) 123,0 94,7 76,7 Przyklad I 127,2 105,3 82,8 % poprawy 3,4% 11,7% 8,0% Odpornosc chemiczna badano w ten sposób, ze wlókna ze szkla „E" i ze szkla wedlug przykladu I poddano dzialaniu wody i 50% roztworu wodnego H2S04 przez moczenie w ciagu 7 dni w temperatu¬ rze 90°C, po czym oznaczono ubytek wagowy ii po¬ równano wyniki. Wytrzymalosc preta na zginanie okreslono przez badanie próbek pretów poliestro¬ wych wzmocnionych splotami wlókien. Wlókna uzy¬ te do wykonania pretów próbnych byly nasycone spoiwem skladajacym sie z polioctanu winylu, wi- nylotrójchlorosilanu i smarów, w postaci emulsji wodnej. Zarówno z wlókna ze szkla „E", jak i z wlókna ze szkla wedlug przykladu I wytworzo¬ no prety po zaprawieniu wlókien w stanie surowym powyzszym spoiwem w czasie formowania. Porów¬ nanie wytrzymalosci na zginanie przedstawiono w tablicy, przy czym wytrzymalosc na rozciaganie pretów z wlókien otrzymanych z masy szklanej we¬ dlug przykladu I okazala sie lepsza o 13%, modul sprezystosci wiekszy o 18% °raz retencja wytrzy¬ malosci pretów na zginanie o 11,7% po moczeniu próbek w ciagu 4 godzin we wrzacej wodzie desty¬ lowanej.Polepszenie fizycznych wlasnosci umozliwia osiagniecie poprawy walorów uzytkowych w wy¬ padku zastosowania wlókien jako wzmocnienia w tworzywach sztucznych, czy uzytkowania ich w wielu innych zastosowaniach, w których obecnie wlókna sa stosowane. Wlókna z masy szklanej o skladzie wedlug wynalazku maja wielorakie za¬ stosowanie, np. do wyrobu worków przeciwdym- nych w celu usuwania czastek stalych z masy ga¬ zów odlotowych z pieców i innych urzadzen prze¬ myslowych. Wlókna te nadaja sie dobrze na worki przeciwdymne z uwagi na ich odpornosc na wyso¬ ka temperature i lepsza trwalosc. Sa one równiez specjalnie przystosowane do wzmacniania zywic, gum lub innych tworzyw uzywanych w lotnictwie, ze wzgledu na podwyzszony modul, wysoka wytrzy¬ malosc na rozciaganie i odpornosc na wysoka tem¬ perature. Wlókna z masy szklanej wedlug wynalaz¬ ku nadaja sie takze szczególnie do budowy zbior¬ ników i przewodów rurowych ze wzgledu na ich podwyzszona odpornosc na kwasy i wode. Wlókna moga byc mieszane z innymi wlóknami np. szkla¬ nymi, poliamidowymi, poliestrowymi lub innymi syntetycznymi wlóknami, dajac unikalne i specjal¬ ne wlasciwosci. Wlókna te wytwarzane z masy szklanej wedlug wynalazku moga byc stosowane miedzy innymi do wzmacniania oprzedu przewo¬ dów, wyprasek ze spoiwami, wlókien cietych, mat, przedzy do uzytku lotniczego i dekoracyjnego oraz jako wlókna papiernicze, przedza powlekana, liny, przedza elektrotechniczna i plyty wzmacniane.Masa szklana o skladzie wedlug wynalazku wy¬ róznia sie od dotychczas stosowanych tym, ze daje 5 sie formowac na wlókno mimo, ze nalezy do rodza¬ ju masy szklanej odznaczajacej sie zaleznoscia lep¬ kosci od temperatury, które jak dotychczas sa nie¬ korzystne dla produkcji wlókna ciaglego. Masy szklane wedlug wynalazku daja sie w sposób prze¬ myslowy przerabiac na wlókno, natomiast masy dotychczas stosowane zawierajace krzemionke, tlenki glinu, wapnia i magnezu, jak wiadomo, trud¬ ne sa do formowania na wlókno ciagnione metoda¬ mi przemyslowymi. Szklo produkowane z glinki porcelanowej, gliny i dolomitu ma cechy oraz wskazniki technologiczne wykazane w przykladzie II i w dalszym omówieniu, przy czym jak juz wy¬ zej podano, dodatek nieekonomicznego B203 jest niepotrzebny. Jak widac z powyzszych, masy szkla¬ ne o skladzie wedlug wynalazku sa ekonomiczne i maja lepsze wlasnosci fizyko-chemiczne, nieosia- gane przez dotychczas stosowane do produkcji wlókna ciagnionego.Pasma, przedze i tkaniny produkowane z tych wlókien mozna czyscic na goraco w wyzszych tem¬ peraturach niz ogólnie stosowanych do oczyszczania tkanin ze szkla „E". Temperatura spiekania wló¬ kien wedlug wynalazku jest o okolo 95°C wyzsza niz wlókien ze szkla „E". Podczas przedzenia wló¬ kna z masy szklanej wedlug wynalazku zachodzi mniejsze strzepienie sie wlókien oraz powstaje mniej pylu, w porównaniu z dotychczas stosowa¬ nymi wlóknami. Masa szklana o skladzie wedlug wynalazku moze byc stosowana do wytwarzania wlókna ciaglego, a takze do tekstylnego wlókna cietego.Sploty ciagle moga byc wytwarzane z wielu ciag¬ lych, cienkich wlókienek uzytych w ilosci od 51 do 408 lub wiecej, w zaleznosci od potrzeb. Cienkie pojedyncze wlókienka ciagnie sie z pieca szklarskie¬ go z szybkoscia- powyzej 3,2 km/min., przy czym wlókienka w splocie lub w wiazce uklada sie rów¬ nolegle obok siebie. Otrzymane sploty ciagle prze¬ rabia sie na przedze lub liny w znany sposób w pro¬ cesie przedzenia, skrecania i splatania. Pojedyncze sploty moga wystepowac jako ogólnie stosowane nici, natomiast dwa lub wiecej splotów, moga byc skrecone tworzac przedze do tkania w znany spo¬ sób tkanin i tasm o zadanym splocie. Wiekszosc przedzy z wlókna ciaglego dostarcza sie w postaci apreturowanej odpowiednia kompozycja, np. 2% klejem skrobiowo-olejowym w celu ulatwienia ma¬ nipulacji i procesów produkcyjnych. Inne klejon¬ ki uzywa sie do specjalnych zastosowan. PL PL

Claims (11)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Masa szklana do wyrobu zwlaszcza tekstyl¬ nych wlókien szklanych, zawierajaca krzemionke i tlenek glinu, znamienna tym, ze zawiera 50—68% krzemionki, 5—32% tlenku glinu, natomiast pozo¬ stalosc stanowia tlenek wapnia i/lub tlenek magne¬ zu, przy czym laczna zawartosc krzemionki i tlenku glinu w masie wynosi 70—86% w stosunku wago¬ wym. 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6067 929 8

2. Masa szklana wedlug zastrz; 1, znamienna tym, ze zawiera 60% krzemionki, 20% AI2O3, 12% CaO i 8% MgO.

3. Masa szklana wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera 60% krzemionki, 15% AI2O3, 5 20% CaO i 5% MgO.

4. Masa szklana wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera 50% krzemionki, 15% tlenku glinu, 25% tlenku wapnia i 5% tlenku magnezu.

5. Masa szklana wedlug zastrz. 1, znamienna tym, 10 ze zawiera 65% krzemionki, 15% tlenku glinu, 10% tlenku wapnia i 15% tlenku magnezu.

6. Masa szklana wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera 50% tlenku krzemu, 30% tlenku glinu, 10% tlenku wapnia i 10% tlenku magnezu. 15

7. Masa szklana wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera 60% krzemionki, 25% tlenku glinu, 10% tlenku wapnia i 5% tlenku magnezu.

8. Masa szklana wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera 50% krzemionki, 20% tlenku glinu, 5% tlenku wapnia i 20% tlenku magnezu.

9. Masa szklana wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera 50% krzemionki, 30% tlenku glinu, 5% tlenku wapnia i 10% tlenku magnezu.

10. Masa szklana wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera 50% krzemionki, 20% tlenku glinu, 20% tlenku wapnia i 5% tlenku magnezu.

11. Masa szklana wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera 65% krzemionki, 10% tlenku glinu, 20% tlenku wapnia i 5% tlenku magnezu. 671 — LDA — 16.2.73 — 110 egz. Cena zl 10.— PL PL