DE112009004439B4

DE112009004439B4 - Glasfaser-Zusammensetzung

Info

Publication number: DE112009004439B4
Application number: DE112009004439.5T
Authority: DE
Inventors: Yuqiang Zhang; Bing Zhang; Lin Zhang; Guorong Cao; Wenzhong Xing; Guijiang Gu
Original assignee: Jushi Group Co Ltd
Current assignee: Jushi Group Co Ltd
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2029-04-04
Also published as: MX2011006812A; CA2745050A1; US8334228B2; JP2012519144A; BRPI0918323B1; US20100222198A1; KR101530537B1; DE112009004439T5; KR20110138334A; CN101503279B; BRPI0918323A2; WO2010099670A1; JP5420683B2; CA2745050C; CN101503279A

Abstract

Glasfaser-Zusammensetzung, welche die Komponenten SiO2, Al2O3, CaO, MgO, B2O3, F2, TiO2, K2O, Na2O, Fe2O3 und SO3 in den folgenden prozentualen Gewichtsanteilen umfasst:SiO2 58–65% CaO 20–26% Al2O3 9–17% MgO 0,5–1% B2O3 0–2% F2 0–1% TiO2 0,1–1% R2O = K2O + Na2O 0–0,8% Fe2O3 0,1–0,5% SO3 0–0,6% RO = CaO + MgO 21–27% wobei das Verhältnis Z1 = RO/MgO 25–35 beträgt.

Description

(1) Technologie
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glasfaser-Zusammensetzung, insbesondere mit geringem Magnesium- und Borgehalt.
(2) Technischer Hintergrund
E-Glas ist alkalifreies Glas, es ist die am häufigsten genutzte Glaszusammensetzung für die Herstellung von Endlosglasfaser. Alkalifreie Glaszusammensetzungen basieren auf dem ternären System SiO₂-Al₂O₃-CaO. Im ternären Phasendiagramm stellt es das Eutektikum von Anorthit, Pseudo Wollastonit und Tridymit in flüssiger Balance dar, seine Komponenten sowie deren prozentuale Gewichtsanteile betragen: SiO₂ 62%, Al₂O₃ 14,7%, CaO 22,3%. Basierend auf dieser Grundlage wird SiO₂ und CaO teilweise durch Zusatz von B₂O₃ sowie MgO ersetzt, um die heutzutage gebräuchliche alkalifreie Glaszusammensetzung zu bilden. Die Patente US 2234981 A und US 2571074 A beschreiben dessen typisches Merkmal, nämlich ein SiO₂-Al₂O₃-CaO-B₂O₃-Quartär-System als Basis. Die SiO₂-Komponente der Glaszusammensetzung, welche durch das Patent US 2571074 A beschrieben wird, wird teilweise durch B₂O₃ mit einem Gewichtsanteil von 5 bis 13% ersetzt. Der Grund dafür ist die Reduzierung der Form- und Liquidustemperatur, damit das Glas besser geschmolzen und in Faserform gezogen werden kann. Jedoch führt der Zusatz von grossen Mengen an B₂O₃ auch zu dem Ergebnis, dass das traditionelle alkalifreie Glas hohe Rohstoffkosten und Umweltverschmutzung mit sich bringt. In der Glasfaser Industrie beschreibt die Formtemperatur diejenige Temperatur, bei der die Glasschmelze für die Glasfaserbildung geeignet ist, in Wirklichkeit ist es ein Temperaturbereich, in welchem die Viskosität der Glasschmelze zwischen 10^1,5–10²Pa·s (10^2,5–10³Poise) liegt. Die Erfindung wählt jene Temperatur als Formtemperatur, bei der die Viskosität 10²Pa·s (10³) beträgt.
Liquidustemperatur verweist auf die Temperatur während der Glasschmelzekühlung, bei der die Bildung des Kristallkerns ansetzt. Um jegliche Risiken der Entglasung bei der Glasfaserziehung zu vermeiden, wird ein ΔT Wert gebildet, welcher die Differenz der Form- und der Liquidustemperatur beschreibt, dieser Wert sollte positiv und vorzugsweise mehr als 50°C betragen. Grosse ΔT Werte deuten auf eine höhere Stabilität der Glasschmelze hin und begünstigen die Glasfaserziehung.
Darüber hinaus werden die in der Erfindung erwähnten Gehalte der Zusammensetzungen immer in ”%” dargestellt, welches als ”Prozentualer Gewichtsanteil” oder ”wt%” zu verstehen ist.
Etablierte Glasfaser-Zusammensetzungen mit niedrigem Borgehalt basieren im Wesentlichen auf dem Quartär-System SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO, wobei der MgO-Gehalt meist grösser als 1% beträgt. WO 96/39362 A1 beschreibt eine borfreie Glasfaser-Zusammensetzung, welche hauptsächlich aus SiO₂, Al₂O₃, CaO und MgO besteht, es werden keine oder nur in geringem Maße teure Oxide wie TiO₂, SrO, MnO und ZnO zugesetzt. In der bevorzugten Zusammensetzung liegt der MgO-Gehalt im Bereich von 2–3,5%. Diese Glasfaser-Zusammensetzung weist einen großen ΔT Wert auf, aber die Form- und die Liquidustemperatur sind ebenfalls relativ hoch. Zu hohe Form- und Liquidustemperatur führen zum enormen Anstieg des Energieverbrauchs und verringern das Lebensalter des Ofens sowie der Platinbuchse und erhöhen somit die Produktionskosten. WO 01/32576 A1 beschreibt eine Glasfaser-Zusammensetzung mit niedrigem Borgehalt, welche ebenfalls hauptsächlich aus SiO₂, Al₂O₃, CaO und MgO besteht. In der bevorzugten Zusammensetzung liegt der MgO-Gehalt im Bereich von 1,5–4%. Diese Glasfaser-Zusammensetzung weist einen relativ großen ΔT Wert und relativ niedrige Form- und Liquidustemperatur auf. Jedoch beeinträchtigt der geringe SiO₂-Gehalt (58% oder weniger) in einem gewissen Maße die mechanische Festigkeit des Glases.
Glasfaser-Zusammensetzungen mit MgO-Gehalt weniger als 1% sind sehr selten, die wenigen Patente, die bekannt sind, haben alle gewisse Nachteile und können nicht den Bedürfnissen der industriellen Produktion gerecht werden. Zum Beispiel besitzt die Glasfaser-Zusammensetzung, welche in WO 00/73232 A1 beschrieben wird, einen MgO-Gehalt weniger als 1%; Diese Zusammensetzung, bestehend aus dem ternären System SiO₂-Al₂O₃-CaO und versetzt mit B₂O₃, Li₂O, ZnO, MnO oder MnO₂, senkt die Form- und Liquidustemperatur auf ein niedriges Niveau. Aber in der realen Umsetzung ist entweder die Formtemperatur zu hoch oder der ΔT Wert viel kleiner als 50°C. Ausserdem sind die Rohstoffkosten dieser Glasfaser-Zusammensetzung zu hoch. Auch FR 2 692 248 A1 beschreibt eine Glasfaser-Zuammensetzung mit einem höheren Anteil von B₂O₃. In einem weiteren Beispiel beschreibt WO 03/050049 A2 eine Glasfaser-Zusammensetzung, die für die Abgasanlage von Fahrzeugen genutzt wird. Durch die Einführung von einem geringen MgO-Gehalt von weniger als 1% und die Verwendung von einem TiO₂-Gehalt von mehr als 1,5% wird die Säure- und Wärmeresistenz gesteigert. Aber auf Grund der Verwendung des hohen Anteils an TiO₂ verliert diese Glasfaser-Zusammensetzung auch an Kostenvorteil.
(3) Inhalt der Erfindung
Die Erfindung behandelt das technische Problem, eine neuartige Glasfaser-Zusammensetzung mit niedrigem Magnesium- und Borgehalt zu finden, welche den Anforderungen in Kosten und ökologischer Hinsicht genügt, sowie eine ausgezeichnete Zug- und Nutzleistung bringt. Um dieses technische Probleme zu lösen, verwendet die Erfindung folgende technische Umsetzung:
Die Glasfaser-Zusammensetzung umfasst die folgenden Komponenten SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, B₂O₃, F₂, TiO₂, K₂O, Na₂O, Fe₂O₃ und SO₃ oder besteht im Wesentlichen daraus (d. h. die Anteile SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, B₂O₃, F₂, TiO₂, K₂O, Na₂O, Fe₂O₃ und SO₃ bilden den Gesamtgehalt von 100%). Die Gewichtsanteile der einzelnen Komponenten lauten wie folgt:

SiO₂ 58–65%

CaO 20–26%

Al₂O₃ 9–17%

MgO 0,5–1%

B₂O₃ 0–2%

F₂ 0–1%

TiO₂ 0,1–1%

R₂O = K₂O + Na₂O 0–0,8%

Fe₂O₃ 0,1–0,5%

SO₃ 0–0,6%
Dabei liegt die Summe RO von CaO und MgO (RO = CaO + MgO) bei einem prozentualen Gewichtsanteil im Bereich von 21–27%.
In der Glasfaser-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung befolgen die Erdalkalimetalloxid-Komponenten CaO, MgO folgende Regel: Es gilt das Verhältnis Z1 = RO/MgO, also Z1 = (CaO + MgO)/MgO. Das Verhältnis zwischen den Gewichtsanteilen der Summe von CaO und MgO und dem MgO lautet Z1 und beträgt 25–35. Dieses Verhältnis weist auf die Relation zwischen MgO und CaO. Es kann daher als Kontrollparameter für die Kristallisation und der Liquidustemperatur verwendet werden.
Die in der Erfindung beschriebene Glasfaser-Zusammensetzung besitzt die Formtemperatur von 1200–1300°C, die Liquidustemperatur ist in der Regel mehr als 55°C niedriger als die Formtemperatur.
Hierbei sollte angemerkt werden, dass die Glasfaser-Zusammensetzung zusätzlich zu den oben genannten Komponenten unvermeidlich einige Verunreinigungsstoffe enthält, jedoch haben diese Verunreinigungen keine wesentliche Auswirkung auf die Qualität der Glasfaser. Darüber hinaus kann ohne Einschränkung der vorliegenden Anteilsstruktur der Erfindung weniger als 1% SrO zugesetzt werden, um die Form- und/oder Liquidustemperatur der Glasfaser-Zusammensetzung zu verringern; ausserdem kann unter Hinzunahme von nicht mehr als 1% CeO₂ ein guter Läuterungseffekt erzielt werden und erreicht werden, dass ein Teil des Eisens in Ferriion oxidiert wird und somit die grüne Farbe der Glasfaser geschwächt wird. Die prozentualen Gewichtsanteile der SrO- und CeO₂-Komponenten beziehen sich ebenfalls auf die genannten Komponenten SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, B₂O₃, F₂, TiO₂, K₂O, Na₂O, Fe₂O₃ und SO₃ als Basis.
Zusätzlich zu den oben genannten Komponenten sind keine anderen Stoffe in der Glasfaser-Zusammensetzung enthalten, die eine wesentliche Rolle auf die Leistung des Glasfasers spielen könnten; die Erfindung erlaubt aber die Existenz von geringen Verunreinigungen, die sich während der Produktion in die Glasfaser-Zusammensetzung einmischen können.
In der vorliegenden Erfindung unterliegen die Gewichtsanteile der Komponenten folgender Regel: Es gilt das Verhältnis Z2 = (SiO₂ + Al₂O₃)/(RO + R₂O + B₂O₃ + F₂), Z2 liegt im Bereich von 2,55–2,95. Dieses Verhältnis kann als das Verhältnis zwischen dem Gesamtgehalt der Komponenten für der Bildung des Glas-Netzwerks und dem Gehalt der Komponenten, welcher das Glas-Netzwerk verbessert, verstanden werden. Daher kann es als Regelparameter für die Festigkeit sowie Viskosität des Glases verwendet werden.
In der Glasfaser-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist SiO₂ das Träger-Oxid des Glasgerüsts, und spielt eine stabilisierende Rolle für die einzelnen Komponenten. Die Erfindung begrenzt das SiO₂-Gehalt auf 58–65%, ein zu geringer Gehalt beeinflusst die strukturelle Stabilität des Glases, ein zu hoher Gehalt jedoch verursacht auf Grund der erhöhten Viskosität Schwierigkeiten bei der Läuterung. Deshalb liegt der bevorzugte SiO₂-Gehalt im Bereich von 58–61%.
In der Glasfaser-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist die Komponente Al₂O₃ ebenfalls ein Träger-Oxid des Glasgerüsts, in Verbindung mit SiO₂ hat sie eine wesentliche Auswirkung auf das Glasmodul, und spielt für die Verhinderung der Phasentrennung sowie die Wasserfestigkeit des Glases eine wichtige Rolle. Der Al₂O₃-Gehalt der Erfindung muss im Bereich von 9–17% liegen, ist ihr Gehalt zu niedrig, steigt die Liquidustemperatur, und die Wasserresistenz des Glases wird verringert; wenn sein Gehalt jedoch zu hoch ist, führt es zum Risiko der Entglasung und erhöht die Viskosität des Glases. Der bevorzugte Al₂O₃-Gehalt liegt im Bereich von 12–15%.
In der Glasfaser-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist die Komponente CaO ein Oxid außerhalb des Glasnetzwerks. Die Zugabe dieser Komponente in entsprechender Menge kann die chemische Stabilität und mechanische Festigkeit des Glases erhöhen. Darüber hinaus kann es die Materialeigenschaft verbessern und somit die Formungsgeschwindigkeit erhöhen. Der CaO-Gehalt der Erfindung liegt im Bereich von 20–26%, wenn der Gehalt zu niedrig ist, kann die obengenannte Wirkung nicht erzielt werden, ist ihr Gehalt aber zu hoch, steigt die Kristallisationsneigung des Glases. Der bevorzugte CaO-Gehalt liegt im Bereich von 22–25%.
In der Glasfaser-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung besitzt MgO eine ähnliche Wirkung wie CaO, es regelt vor allem die Glasviskosität und steuert die Kristallisation des Glases, es besitzt auch eine positive Wirkung für das Elastizitätsmodul. Der MgO-Gehalt dieser Erfindung ist auf 0,5–1% eingeschränkt. Die Erfindung verwendet eine Kombination von kleinen Mengen an MgO und CaO, der Gehalt von MgO hängt vom CaO-Gehalt ab. Befindet sich die Summe des Gehalts der beiden Komponenten in einem bestimmten Bereich, erhält man ein Glas mit sehr niedriger Liquidustemperatur. Die Einführung einer kleinen Menge von MgO kann das Wettbewerbswachstum zwischen den Kristallen Wollastonit (CaSiO₃) und Diopsid (CaMgSi₂O₆) bewirken und somit das Wachstum der beiden Kristalle verzögern, um das Risiko der Entglasung zu reduzieren.
Wenn der MgO-Gehalt zu hoch ist, insbesondere wenn der Gehalt 3,5% übersteigt, wächst das Kristall Diopsid besonders rapide, und führt somit zur Steigerung der Liquidustemperatur und wirkt sich negativ für die Glasziehung aus. Im Rahmen der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Anteilstruktur wird die optimale Faserziehungsleistung erreicht, wenn der Gehalt an CaO und MgO mehr als 22% und 0,5% beträgt, und wenn der Gesamtgehalt des Erdalkalimetalloxids mehr als 23% beträgt. Aber der Gesamtgehalt sollte nicht mehr als 26% betragen, weil dann die zu hohe Konzentration von CaO zur Entglasung und rapidem Anwachsen des Wollastonit führen kann und somit die Glasziehung negativ beeinflusst. Zur gleichen Zeit, besitzt das Mg²⁺ eine grössere Ion-Feldstärke als das Ca¹⁺, so dass durch die Zugabe von MgO die mechanische Festigkeit und chemische Stabilität des Glases verbessert werden kann. Der optimale MgO-Gehalt liegt im Bereich zwischen 0,7–1%.
Bevorzugter Gesamtgehalt an CaO und MgO ist 23–26%.
In der Glasfaser-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung spielt die Komponente B₂O₃ die Rolle des netzwerk-bildenden Elementes und fungiert als ein gutes Flussmittel und senkt gleichzeitig die Form- und Schmelztemperatur des Glases. Der B₂O₃-Gehalt der Erfindung ist auf 0–2% eingeschränkt. Der Grund, weswegen der B₂O₃-Gehalt auf einem minimalen Niveau gehalten wird, ist, weil erstens die borhaltigen Rohstoffe sehr teuer sind, und zweitens Bor ein sehr leicht flüchtiger Schadstoff ist, welchen man aus den Emissionen entfernen muss. Erhöhte Anteile an B₂O₃ steigern nicht nur die Produktionskosten, sondern erhöhen zudem noch das Risiko einer sekundären Verschmutzung der Abfallprodukte. Daher ist die Verringerung des B₂O₃-Gehalts vorteilhaft. Ein optimaler B₂O₃-Gehalt liegt im Bereich von 0–1%.
Die Glasfaser-Zusammensetzung der Erfindung enthält auch eine geringe Menge an TiO₂, dieser Stoff kommt in der Zusammensetzung in aller Regel durch Verunreinigungen der mineralischen Rohstoffe vor. Es kann jedoch die Viskosität des Glases bei hohen Temperaturen reduzieren sowie als Flussmittel fungieren. Die Glasfaser-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird desweiteren auch mit einer geringen Menge von Fluorid versetzt, um die Schmelzeigenschaft des Glases zu verbessern. In der V. R. China gilt für E-Glas die Bestimmung, dass der Alkali-Gehalt des Glases weniger als 0,8% betragen muss, deshalb beschränkt auch die Erfindung den Anteil der Alkalimetalle unter die Grenze von 0,8%.

Bevorzugte Ausführungsform: Die Glasfaser-Zusammensetzung ist aus den folgenden Komponenten zusammengesetzt: SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, B₂O₃, F₂, TiO₂, K₂O, Na₂O, Fe₂O₃ und SO₃. Die prozentualen Gewichtsanteile jeder einzelnen Komponente lauten wie folgt:

SiO₂	58–61%
CaO	22–25%
Al₂O₃	12–15%
MgO	0,7–1%
B₂O₃	0–2%
F₂	0–1%
TiO₂	0,1–1%
R₂O = K₂O + Na₂O	0–0,8%
Fe₂O₃	0,1–0,5%
SO₃	0–0,6%
RO = CaO + MgO	23–26%

Dabei befinden sich die Komponenten in folgender Relation: 25 < Z1 < 35. Optimale Ausführungsform: Die Glasfaser-Zusammensetzung ist aus den folgenden Komponenten zusammengesetzt SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, B₂O₃, F₂, TiO₂, K₂O, Na₂O, Fe₂O₃ und SO₃. Die prozentualen Gewichtsanteile jeder einzelnen Komponente lauten wie folgt:

SiO₂	58–61%
CaO	22–25%
Al₂O₃	12–15%
MgO	0,7–1%
B₂O₃	0–1%
F₂	0–1%
TiO₂	0,1–1%
R₂O = K₂O + Na₂O	0–0,8%
Fe₂O₃	0,1–0,5%
SO₃	0–0,6%
RO = CaO + MgO	23–26%

Im konkreten Falle kann die Glasfaser-Zusammensetzung aus den folgenden beschriebenen Komponenten bestehen: SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, B₂O₃, F₂, TiO₂, K₂O, Na₂O, Fe₂O₃ und SO₃. Die prozentualen Gewichtsanteile jeder einzelnen Komponente lauten wie folgt:

SiO₂	58–65%
CaO	20–26%
Al₂O₃	9–17%
MgO	0,5–1%
B₂O₃	0–2%
F₂	0–1%
TiO₂	0,1–1%
R₂O = K₂O + Na₂O	0–0,8%
Fe₂O₃	0,1–0,5%
SO₃	0–0,6%
SrO	0–1%
CeO₂	0–1%
RO = CaO + MgO	21–27%

Die Glasfaser-Zusammensetzung der Erfindung basiert auf dem ternären System SiO₂-Al₂O₃-CaO unter Einführung geringer Mengen an MgO und B₂O₃. Durch rationale Kalkulierung des Gesamtanteils der Erdalkalimetalloxide und des Verhältnisses zwischen MgO und CaO, besitzt die Zusammensetzung folgende Vorteile:

a) Da das Mg²⁺ eine höhere Ionen-Feldstärke als Ca¹⁺ besitzt, kann durch die Einführung von MgO die mechanische Festigkeit und chemische Beständigkeit des Glases verbessert werden. Zur gleichen Zeit wird durch rationale Kalkulierung des Gesamtanteils der Erdalkalimetalloxide und des Verhältnisses zwischen MgO und CaO die Kristallisation und Liquidustemperatur effektiv gesteuert. Befindet sich die Glasfaser-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung mit Z1 im Bereich von 25–35, dann hat die Glasfaser-Zusammensetzung relativ niedrige Form- und Liquidustemperatur, wodurch das Risiko der Entglasung reduziert und der Faserziehungsprozess begünstigt wird. Daher besitzt die Glasfaser-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung nicht nur mechanische Festigkeit, Wärmeformbeständigkeit und chemische Stabilität, sondern auch gute Eigenschaften für die Faserziehung.
b) Niedriger Borgehalt; die Verringerung des Einsatzes von B₂O₃ senkt die Produktionskosten und entspricht auch den ökologischen Anforderungen.

(4) Art der Durchführung
Die folgenden Ausführungsformen dienen der Erklärung der technischen Umsetzung der vorliegenden Erfindung, ohne diese einzuschränken. Zur einfacheren Operation bei der Ausführung, wird der prozentuale Gesamtanteil von 100% angenommen, der Gesamtgehalt aller Komponenten der Ausführung kann durchaus etwas weniger sein als 100%, dies kann als Verunreinigungen oder nicht-analysierbare gerinfügige Komponenten verstanden werden.
Die Hauptrohstoffe der vorliegenden Erfindung sind Pyrophyllit, Quarzmehl, Kalkstein, Dolomit, Fabianite usw. Die detailierte Ausführung der Erfindung lautet wie folgt: Die Komponenten der Zusammensetzung können aus den entsprechenden Rohstoffen gewonnen werden (wie z. B. SiO₂ aus Quarzmehl, CaO aus Branntkalk). Den angemessenen Verhältnissen entsprechend werden die diversen Rohstoffe miteinander vermischt, bis jede Komponente den vorgeschriebenen prozentualen Gewichtsanteil erreicht hat. Danach wird die Glasmasse im Wannenofen geschmolzen und geläutert. Die geschmolzene Glasflüssigkeit läuft durch den Kanal bis zur auf der Unterseite des Kanals befindlichen Glasfaserbuchse, die Glasflüssigkeit wird dann aus der Buchsenöffnung als Glasfaser heraus gezogen. Danach befestigt man die Glasfaser auf dem Rotationskopf der Ziehmaschine und erstellt Rohgarn oder Garngewebe daraus. Diese Glasfasern können mit konventionellen Methoden weiterverarbeitet werden, um den Erwartungen gerecht zu werden.
In den Tabelle 1 und 2 werden sechs Ausführungsformen der Erfindung gezeigt mit der Bezeichunung C1–C6, zum Vergleich werden zwei Ausführungsformen mit der Bezeichnung E1–E2 aufgeführt. E1 ist die traditionelle E-Glasfaser-Zusammensetzung und E2 ist die in WO 96/39362 beschriebene Glasfaser-Zusammensetzung. Der Gehalt des jeweiligen Bestandteils der Zusammensetzung wird als prozentualer Gewichtsanteil ausgedrückt.
Zur Veranschaulichung der Vorteile der Glasfaser-Zusammensetzung werden vier grundlegende Parameter in der Tabelle aufgeführt:

1 – Formtemperatur, die Temperatur der Glasschmelze bei einer Viskosität von 10²Pa·s (10³Poise).
2 – Liquidustemperatur, die obere Temperaturgrenze der Kristallisierung oder auch die Temperatur der Glasschmelze während der Kühlung, bei der die Krstallkernbildung ansetzt.
3 – ΔT Wert, die Differenz der Form- und Liquidustemperatur, also der Temperaturbereich, bei der Glasfasern gezogen werden können. Die obengenannten drei Temperaturwerte sowie deren Bestimmung sind in der Branche allgemein bekannt.
4 – Die Zugfestigkeit der Verbundwerkstoffe aus Glasfasern, die durch Epoxidharz verstärkt wurden. ASTM D2343 wird als Standard der Überprüfung verwendet.

		C1	C2	C3	C4
Komponente	SiO₂	59,31	58,62	59,03	58,43
	Al₂O₃	14,06	13,81	13,52	13,82
	CaO	23,01	23,59	23,02	23,11
	MgO	0,82	0,81	0,83	0,81
	B₂O₃	0,63	1,02	1,53	2,02
	Na₂O	0,46	0,46	0,46	0,45
	K₂O	0,23	0,23	0,25	0,23
	Fe₂O₃	0,41	0,41	0,39	0,41
	TiO₂	0,35	0,35	0,34	0,35
	F₂	0,39	0,41	0,42	0,19
Parameter	Z1	29,06	29,88	28,73	29,53
	Z2	2,83	2,73	2,74	2,69
	Formtemparatur/°C	1255	1243	1242	1239
	Liquidustemperatur/°C	1175	1169	1171	1163
	ΔT Wert/°C	80	74	71	76
	Zugfestigkeit/MPa	2203,6	2165,2	2156,5	2133,8

		C5	C6	E1	E2
Komponente	SiO₂	59,65	59,31	54,16	59,45
	Al₂O₃	13,65	13,75	14,32	13,48
	CaO	22,95	22,66	22,12	22,69
	MgO	0,92	0,88	0,41	3,23
	B₂O₃	0,61	0,62	7,26	0
	Na₂O	0,45	0,46	0,45	0,03
	K₂O	0,24	0,25	0,25	0,63
	Fe₂O₃	0,41	0,41	0,39	0,36
	TiO₂	0,36	0,35	0,34	0,04
	SrO	-	0,65	-	-
	CeO₂	-	0,25	-	-
	F₂	0,41	0,36	0,29	0,04
Parameter	Z1	25,95	26,75	54,95	8,03
	Z2	2,87	2,89	2,22	2,74
	Formtemparatur/°C	1256	1251	1175	1264
	Liquidustemperatur /°C	1180	1173	1075	1193
	ΔT Wert/°C	76	78	100	71
	Zugfestigkeit/MPa	2192,5	2190,3	1981,6	2191,2

Aus Tabelle 1 und 2 geht hervor, dass die Glasfasern der vorliegenden Erfindung den traditionellen E-Glasfasern (Vergleich E1) in Zugfestigkeit klar überlegen sind. Verglichen mit E2 besitzen die Glasfasern der vorliegenden Erfindung relativ niedrige Form- und Liquidustemperatur. Dies ist vorteilhaft für den Energieverbrauch und wirkt der Wärmealterung des Ofen und der Platin-Buchse entgegen. Zugleich verfügen die Glasfasern der vorliegenden Erfindung über eine vergleichbare Zugfestigkeit im Vergleich mit E2, und verbessern sogar noch die Faserziehungseigenschaft.

Claims

Glasfaser-Zusammensetzung, welche die Komponenten SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, B₂O₃, F₂, TiO₂, K₂O, Na₂O, Fe₂O₃ und SO₃ in den folgenden prozentualen Gewichtsanteilen umfasst: SiO₂ 58–65% CaO 20–26% Al₂O₃ 9–17% MgO 0,5–1% B₂O₃ 0–2% F₂ 0–1% TiO₂ 0,1–1% R₂O = K₂O + Na₂O 0–0,8% Fe₂O₃ 0,1–0,5% SO₃ 0–0,6% RO = CaO + MgO 21–27%

wobei das Verhältnis Z1 = RO/MgO 25–35 beträgt.
Glasfaser-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Z2 = (SiO₂ + Al₂O₃)/(RO + R₂O + B₂O₃ + F₂) 2,55–2,95 beträgt.
Glasfaser-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der SiO₂-Komponente 58–61% beträgt.
Glasfaser-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Al₂O₃-Komponente 12–15% beträgt.
Glasfaser-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der CaO-Komponente 22–25% beträgt.
Glasfaser-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der MgO-Komponente 0,7–1% beträgt.
Glasfaser-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Komponenten SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, B₂O₃, F₂, TiO₂, K₂O, Na₂O, Fe₂O₃ und SO₃ in den folgenden prozentualen Gewichtsanteilen enthält: SiO₂ 58–61% CaO 22–25% Al₂O₃ 12–15% MgO 0,7–1% B₂O₃ 0–2% F₂ 0–1% TiO₂ 0,1–1% R₂O = K₂O + Na₂O 0–0,8% Fe₂O₃ 0,1–0,5% SO₃ 0–0,6% RO = CaO + MgO 23–26%

wobei das Verhältnis Z1 = RO/MgO 25–35 beträgt.
Glasfaser-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich mindestens eine der unten aufgeführten Komponenten in den folgenden prozentualen Gewichtsanteilen enthält: SrO 0–1% CeO₂ 0–1%
Glasfaser-Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Wesentlichen die unten aufgeführten Komponenten in den folgenden prozentualen Gewichtsanteilen enthält: SiO₂ 58–65% CaO 20–26% Al₂O₃ 9–17% MgO 0,5–1% B₂O₃ 0–2% F₂ 0–1% TiO₂ 0,1–1% R₂O = K₂O + Na₂O 0–0,8% Fe₂O₃ 0,1–0,5% SO₃ 0–0,6% SrO 0–1% CeO₂ 0–1% RO = CaO + MgO 21–27%