DE69607614T2

DE69607614T2 - Borfreie glasfasern

Info

Publication number: DE69607614T2
Application number: DE69607614T
Authority: DE
Inventors: L. Eastes; A. Hofmann; W. Wingert
Original assignee: Owens Corning; Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1996-06-06
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2016-06-07
Also published as: EP0832046B1; EP0832046A4; KR19990022293A; EP0832046A1; AU692712B2; BR9608349A; AU6094896A; JP2001515448A; JP3909862B2; KR100391963B1; US5789329A; WO1996039362A1; DE69607614D1

Description

Die Erfindung betrifft Endlosglasfasern mit borfreien Glaszusammensetzungen, d. h. solchen, die im Wesentlichen frei von Bor sind. Die Glasfasern sind als Verstärkungs- und Textilglasfasern von Nutzen.
Die Standardglaszusammensetzung zum Herstellen von Endlos- Glasfasersträngen ist "E"-Glas, das in die 1940er Jahre zurück datiert. Obwohl 50 Jahre verstrichen sind, ist E-Glas, das allgemein im US-Patent Nr. 2,334,961 beschrieben ist, immer noch das üblichste Glas zum Herstellen von Textil- und Verstärkungsglasfasern. Der Schlüsselvorteil von E-Glas besteht darin, dass seine Liquidustemperatur 200ºF (111ºC) unter seiner Verformungstemperatur liegt, d. h. der Temperatur, bei der die Viskosität des Glases normalerweise nahe 1000 Poise liegt.
E-Glas schmilzt und läutert bei relativ niedrigen Temperaturen. E-Glas zeigt über einen großen Bereich relativ niedriger Temperaturen eine Viskosität, die Bearbeitbarkeit ermöglicht, einen Bereich niedriger Liquidustemperaturen und eine geringe Entglasungsrate. Im Allgemeinen erlauben diese Glaszusammensetzungen Betriebstemperaturen zum Herstellen von Glasfasern um 1900ºF bis 2400ºC (1038ºC bis. 1316ºC) herum, wobei die Liquidustemperatur ungefähr 2100ºF (1149ºC) oder weniger beträgt. In der Industrie wird zur Endlosfaser-Herstellung die Faserformungstemperatur typischerweise ungefähr 100ºF (56ºC) über der Liquidustemperatur gehalten, um eine Entglasung im Glaszufuhrsystem und der Ziehdüsenanordnung zu vermeiden.
In der Mitte der 1970er wurden bor- und fluorhaltige Gläser entwickelt, die diesen Betriebsbedingungen genügen. Siehe das US-Patent Nr. 4,026,715. Jedoch sind Bor und Fluor in Glasschmelzen flüchtige Komponenten, die deutlich zur Gesamtemission beitragen, die von einem Glasschmelzbetrieb herrührt.
Bor- und fluorfreie Glaszusammensetzungen sind bekannt, wie z. B. in der britischen Patentbeschreibung Nr. 520,427 offenbart. Jedoch haben bekannte bor- und fluorfreie Glaszusammensetzungen Probleme aufgeworfen.
Textilgläser, wie sie in der britischen Patentbeschreibung Nr. 520,427 offenbart sind, schmelzen bei höheren Temperaturen, und werden bei höheren Temperaturen geformt, was Betriebsbedingungen erfordert, die in der Praxis nicht erfüllt werden konnten. Häufig trat während der Formgebung Entglasung (Kristallisation) in der Ziehdüsenanordnung auf. Zum Beispiel offenbart die britische Patentbeschreibung Nr. 520,247 Glaszusammensetzungen, die im Wesentlichen alkalifrei sind und CaO, MgO, Al&sub2;O&sub3; und SiO&sub2; enthalten und die durch das Zugeben von B&sub2;O&sub3;, CaF&sub2;, P&sub2;O&sub5; oder einer kleinen Alkalimenge wie von N&sub2;O, K&sub2;O oder Lithiumoxid modifiziert werden können. Jedoch bilden nur einige weniger derselben Fasern, und nur die borhaltigen Gläser bildenohne Schwierigkeiten Fasern bei einem Endlosfaserprozess. Das Glas Nr. 1 auf der Seite 2 der britischen Literaturstelle ist eines der borfreien Gläser, die bei einem Endlosfaserprozess dank der Differenz von 100ºF (56ºC) zwischen der Liquidus- und der Verformungstemperatur als Fasern hergestellt werden konnte, wobei jedoch seine Verformungstemperatur von 2350ºF (1288ºC) zu hoch ist, als dass eine Herstellung entsprechend zuvor bekannten Prozessen erfolgen konnten. Die Viskosität des Glases Nr. 2 gemäß der britischen Literaturstelle beträgt bei einer Temperatur von nur 87ºF (48ºC) über der Liquidustemperatur 1000 Poise. Dies führt wahrscheinlich wäh rend der Herstellung bei Endlosglasfaser-Herstellung zu Entglasung. Das britische Patent Nr. 520,247 gibt an, dass dieses Glas vorzugsweise für Dämmwolle-Gläser verwendet wird, die mit kleineren Differenzen zwischen den Liquidus- und Verformungstemperaturen als bei Endlosfasern hergestellt werden können. Das Glas Nr. 3 dient ebenfalls vorzugsweise für Dämmwolle-Gläser. Die Liquidustemperatur des Glases Nr. 3 gemäß der britischen Literaturstelle liegt 52ºF (29ºC) über der Verformungstemperatur, und es würde bei Endlosfaserbetrieb in der Ziehdüsenanordnung kristallisieren. Das US-Patent Nr. 4,542,106 für Sproull offenbart bor- und fluorfreie Glasfaser-Zusammensetzungen. Im Allgemeinen enthalten sie 58 bis 60% SiO&sub2;, 11 bis 13% Al&sub2;O&sub3;, 21 bis 23% CaO, 2 bis 4% MgO und 1 bis 5% TiO&sub2;. Die Glasfaser-Zusammensetzungen können auch Alkalimetalloxid und Spurenmengen an Fe&sub2;O&sub3; enthalten. Die Gläser weisen, zusätzlich dazu, dass sie frei von Bor und Fluor sind und eine wesentliche Menge an TiO&sub2; vorhanden ist, elektrische Leckeigenschaften auf, so dass sie an Stelle der Gläser Standard-E und "621" (Gläser 621 sind allgemein im US-Patent Nr. 2,571,074 beschrieben) verwendet werden können. Das US-Patent Nr. 3,847,627 für Erickson et al. offenbart auch zu Fasern formbare Glaszusammensetzungen, die frei von Bor und Fluor sind und eine wesentliche Menge an TiO&sub2; enthalten. Die Zusammensetzungen gemäß Erickson et al. (ähnliche Zusammensetzungen sind auch in der britischen Patentbeschreibung Nr. 1,391,384 beschrieben) bestehen im Wesentlichen aus, gewichtsbezogen, 54,5 bis 60% SiO&sub2;, 9 bis 14,5% Al&sub2;O&sub3;, 17 bis 24% CaO, 2 bis 4% TiO&sub2;, 1,5 bis 4% MgO und 1 bis 5,5% ZnO, SrO oder BaO. Die Verwendung wesentlicher Mengen an Titanoxid (TiO&sub2;) weist jedoch Nachteile auf. Zum Beispiel kann eine wesentliche Menge an TiO&sub2; dem Glas eine unerwünschte Farbe verleihen.
Um die Herstellkosten für Glasfasern zu senken und um die Umweltverschmutzung zu senken ohne die Herstellkosten zu er höhen, besteht in der Technik immer noch Bedarf an verbesserten Glaszusammensetzungen, die im Wesentlichen frei von Bor und Fluor sind, jedoch unzweckmäßige Verfärbung vermeiden und immer noch vorteilhafte Eigenschaften sehr ähnlich denen von E-Glas beibehalten, und die bei Endlosfaserbetrieb leicht zu Fasern formbar sind.
Die Erfindung versucht, wirtschaftlich und umweltmäßig wünschenswerte Glasfasern mit vorteilhaften Eigenschaften zu erhalten, die wenig oder kein Bor und Fluor enthalten und ohne große Schwierigkeiten zu Fasern geformt werden können, und sie beruht teilweise auf der Erkenntnis, dass der Sulfatanteil in der Charge verringert werden muss, um Gläser wirkungsvoll zu schmelzen und zu formen, die Zusammensetzungen ähnlich denjenigen aufweisen, wie sie im britischen Patent Nr. 520,247 beschrieben sind. Die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen führen jedoch in überraschender Weise zu größeren Differenzen zwischen der Verformungs- und Liquidustemperatur (d. h. zu größeren Delta-T-Werten), was erfolgreiche Faserherstellung eines Glases mit außerordentlichen Eigenschaften ermöglicht.
Die erfindungsgemäßen Glasfasern, die für Textil- und Verstärkungsglasfasern geeignet sind, weisen allgemein eine Glaszusammensetzung auf, die im Wesentlichen aus dem Folgenden besteht:

Komponente Menge (Gewichtsprozent)

SiO&sub2; 59,0 bis 62,0
CaO 20,0 bis 24,0
Al&sub2;O&sub3; 12,0 bis 15,0
MgO 1,0 bis 4,0
F&sub2; 0,0 bis 0,5
Na&sub2;O 0,1 bis 2,0
TiO&sub2; 0,0 bis 0,9
Fe&sub2;O&sub3; 0,0 bis 0,5
K&sub2;O 0,0 bis 2,0
SO&sub3; 0,0 bis 0,5
Die Gesamtheit aller Komponenten einschließlich jeglicher Verunreinigungsspuren, in der Zusammensetzung beträgt selbstverständlich 100 Gewichtsprozent. Das Glas verfügt bei Temperaturen im Bereich von 2100ºF bis 2500ºF (1149ºC bis 1371ºC) über eine Viskosität von 1000 Poise, und die Liquidustemperatur des Glases liegt mindestens 100ºF (55ºC) unter der Temperatur, bei der die Fasern hergestellt werden. Trotz der Hochtemperatur-Betriebsbedingungen können diese Gläser ohne Entglasung in der Ziehdüsenanordnung oder bei der Verformung zu Fasern ausgebildet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Gewichtsprozentsatz von MgO im Bereich von 2,0 bis 3,5.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Mengen von SiO&sub2;, CaO, Al&sub2;O&sub3;, MgO und R&sub2;O (R&sub2;O = Na&sub2;O + K&sub2;O) in diesen Zusammensetzungen die Folgenden:

Komponente Gewichtsprozent

SiO&sub2; 59,0-61,0
CaO 21,5-22,5
Al&sub2;O&sub3; 12,7-14,0
MgO 2,5-3,3
Na&sub2;O + K&sub2;O 0,1-2,0
TiO&sub2; 0,0-0,6
Die Viskosität dieser Zusammensetzungen betragen bei Temperaturen im Bereich von 2200ºF bis 2400ºF (1204ºC bis 1300ºC) 1000 Poise, und die Liquidustemperaturen dieser Zusammensetzungen liegen mindestens 125ºF (69ºC) unter der Temperatur für eine Viskosität von 1000 Poise. Bevorzugter sind die Mengen von SiO&sub2;, CaO, Al&sub2;O&sub3;, MgO und R&sub2;O die Folgenden:

Komponente Gewichtsprozent

SiO&sub2; 59,5-60,5
CaO 21,7-22,3
Al&sub2;O&sub3; 13,0-13,5
MgO 2,7-3,3
Na&sub2;O + K&sub2;O 0,5-1,0
Bei einer speziell bevorzugten Ausführungsform beträgt der TiO&sub2;-Gehalt nicht mehr als 0,6 Gewichtsprozent, bevorzugter nicht mehr als 0,04 Gewichtsprozent. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt der TiO&sub2;-Gehalt nicht mehr als 0,6 Gewichtsprozent und der F&sub2;-Gehalt ist im Wesentlichen null. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Gehalte an Sulfat, Fluor und Titanoxid jeweils im Wesentlichen null.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine Endlosfaser hergestellt, die ungefähr die folgende Glaszusammensetzung aufweist: 60,1% SiO&sub2;; 22,1% CaO; 13,2% Al&sub2;O&sub3;; 3,0% MgO; 0,2% K&sub2;O; 0,2% Fe&sub2;O&sub3;; 0,1% F&sub2;; 0,5% TiO&sub2; und 0,6% N&sub2;O. Das Glas zeigt eine Temperaturcharakteristik in der Größenordnung von log 3 bei ungefähr 2300ºF (1260ºC), eine Liquidustemperatur von ungefähr 2200ºF (1200ºC) und ein Delta-T von ungefähr 150ºF (83ºC). Ein derartiges Glas zeigt auch ungefähr die folgenden Eigenschaften: Dichte (der Faser; gemäß ASTM DT505) von ungefähr 2,62 g/ml; Zugfestigkeit bei 23ºC (einwandfreie, unkalibrierte, im Labor hergestellte Einzelfaser, ASTM D2101) von ungefähr 3100-3800 MPa (450-550 kpsi); Elastizitätsmodul (Schallverfahren) von ungefähr 80-81 GPa (11,6-11,7 Mpsi); Bruchdehnung (einwandfreie, unkalibrierte, im Labor hergestellte Einzelfaser; ASTM D2101) von ungefähr 4,6%; Brechungsindex (einer tadellosen, unkalibrierten, im Labor her gestellten Einzelfaser; Ölimmersion) von ungefähr 1,560- 1,562; lineare Wärmedehung bei 0-300ºC (eines als Charge getemperten Glases; ASTM D696) von ungefähr 6,0 · 10&supmin;&sup6;ºC; Erweichungspunkt (ASTM C338) von ungefähr 916ºC; Temperungspunkt (ASTM C336) von ungefähr 736ºC; unterer Kühlpunkt (ASTM C336) von ungefähr 691ºC; Dielektrizitätskonstante bei 23ºC und 1 MHz (von im Volumen getempertem Glas (ASTM D150) von ungefähr 7,0; Verlustfaktor bei 23ºC und 1 MHz (von im Volumen getempertem Glas; ASTM D150) von ungefähr 0,001; spezifischer Volumenwiderstand (von im Volumen getempertem Glas; ASTM D257; extrapoliert ausgehend von Messungen bei höheren Temperaturen, 120-500ºC, beruhend auf dem logarithmischen spezifischen Widerstand = A/Temperatur + B) von ungefähr 8,1*10**26; Durchschlagsfestigkeit bei 4,8 mm Dicke (von im Volumen getempertem Glas; ASTM D149) von ungefähr 8 kV/mm; Prozentsatz der Anfangszähigkeit, nachdem das Glas 5 % NaOH bei 23ºC für 28 Tage ausgesetzt war (einer einwandfreien, unkalibrierten, im Labor hergestellten Einzelfaser), von ungefähr 30.
Die erfindungsgemäßen Glasfaserzusammensetzungen sind im Wesentlichen borfrei. Unter "im Wesentlichen frei" ist zu verstehen, dass die Zusammensetzung höchstens eine Spurenmenge der angegebenen Komponente, z. B. von Verunreinigungen im Rohmaterial her, aufweist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Glasfasern auch im Wesentlichen fluorfrei. Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Glasfasern auch im Wesentlichen frei von Titanoxid.
Im Allgemeinen können erfindungsgemäße Fasern wie folgt hergestellt werden. Die Komponenten, die aus geeigneten Zusatzstoffen oder Rohmaterialien (z. B. Sand für SiO&sub2;, gebrannter Kalk für CaO, Dolomit für MgO) erhalten werden können und die wahlweise Spurenmengen anderer Komponenten enthalten können, werden auf herkömmliche Weise mit dem zweckdienli chen Mengen zum Ergeben der gewünschten Prozentsätze der Endzusammensetzung gemischt oder vermengt. Die gemischte Charge wird dann in einem Ofen oder einer Schmelzeinrichtung geschmolzen, und das sich ergebende geschmolzene Glas wird einen Vorwärmofen entlang in Faserziehdüsenanordnungen geführt, die sich entlang dem Boden des Vorwärmofens befinden. Das geschmolzene Glas wird durch Löcher oder Öffnungen im Boden oder eine Mundstückplatte der Ziehdüsenanordnung gezogen, um Glasfasern auszubilden. Die Ströme des durch die Öffnungen der Ziehdüsenanordnungen fließenden geschmolzenen Glases werden dadurch zu Endlosfasern abgeschwächt, dass ein Strang der Endlosfasern auf ein Formungsrohr aufgewickelt wird, das am drehbaren Futter einer Wickelmaschine befestigt ist. Die Fasern können auf herkömmliche Weise, wie sie für die vorgesehene Anwendung geeignet ist, weiter verarbeitet werden.
Die Temperaturen des Glases im Ofen, im Vorwärmofen und der Ziehdüsenanordnung werden so gewählt, dass die Viskosität des Glases zweckdienlich eingestellt ist. Die Betriebstemperaturen können unter Verwendung geeigneter Maßnahmen, wie Regelungsvorrichtungen, aufrechterhalten werden. Vorzugsweise wird die Temperatur am Vorderende der Schmelzeinrichtung automatisch geregelt, um dazu beizutragen, Entglasung zu vermeiden.
Die Verwendung von Sulfat beim Ofenbetrieb trägt dazu bei, Keimbildungs- oder Blasenbildungsprobleme im Glas zu vermeiden. Wenn große Schmelzen hergestellt werden, hat es sich als wichtig herausgestellt, der Charge Kohlenstoff hinzuzusetzen, um Schäumungsniveaus im Ofen zu steuern. Vorzugsweise beträgt das Schwefel-Kohlenstoff-Verhältnis (SO&sub3;/C) in der Charge von ungefähr 0,6 bis ungefähr 1,7, im Gegensatz zu E-Glas, das typischerweise bei SO&sub3;/C = 3,0 bis 10,0 am besten läuft. Das Sulfat-Kohlenstoff-Verhältnis wird vor zugsweise im Ofen so gesteuert, dass der Schaum auf einem handhabbaren Niveau gehalten wird und daher von den Gasbrennern Wärme in das Glas eindringen kann. Es ist jedoch zu beachten, dass die Zusammensetzungen vorzugsweise im Wesentlichen frei von Sulfat sind, da dieses, wie Kohlenstoff, beinahe vollständig oder praktisch ganz während des Schmelzvorgangs aus dem Glas entfernt wird.
Ferner trägt die Zugabe einer kleinen Alkalimenge dazu bei, die Schmelzrate der Charge zu verbessern. Zum Beispiel können ungefähr 0,70 Gewichtsprozent Na&sub2;O zugesetzt werden, um den Schmelzvorgang zu erleichtern.
Das Design des Vorwärmofens sollte dergestalt sein, dass das Glas im gesamten Vorwärmofen über der Liquidustemperatur gehalten wird. Der Vorwärmofen sollte so konstruiert sein, dass für gleichmäßige Erwärmung des Glases gesorgt ist, um kalte Flecken zu vermeiden, die Entglasung verursachen.
Die verbesserten Glaszusammensetzungen können leicht mittels jüngerer Verbesserungen bei der Ziehdüsenanordnungstechnik zu Fasern ausgebildet werden. Siehe die US-Patente Nr. 5,055,119, 4,846,865 und 5,312,470. Durch derartige verbesserte Ziehdüsenanordnungstechnik können die Fasern bei höheren Temperaturen mit kleineren Unterschieden zwischen der Verformungs- und der Liquidustemperatur hergestellt werden. Im Allgemeinen sollte die Ziehdüsenanordnung so aufgebaut sein, dass sie für lange Lebensdauer sorgt und gegen Nachgeben beständig ist, was vom Druck des Glases an der Mündstückplatte und der Temperatur abhängt. Zum Beispiel kann die Ziehdüsenanordnung aus einer steifen Legierungszusammensetzung bestehen, wie einer solchen, die ungefähr 22-25% Rhodium und Platin enthält. Die Steifigkeit der Mündstückplatte kann unter Verwendung konstruktionsmäßiger oder mechanischer Verstärkungen wie T-Stücken, verbessert werden.
Die Ziehdüsenanordnungsmaske sollte hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen, die z. B. dadurch erzielt werden kann, dass die Maskenplatte aus Platin hergestellt wird.
Die obige Erörterung betreffend Parameter und Ausrüstung erfolgte zum Veranschaulichen eines Prozesses zum Herstellen erfindungsgemäßer Glasfasern. Es ist zu beachten, dass der Fachmann die Prozessparameter und die Ausrüstung angesichts der speziell hergestellten Glasfasern und herkömmlicher Designüberlegungen geeignet modifizieren oder optimieren kann.
Die Erfindung wird nun durch die folgenden beispielhaften Ausführungsformen veranschaulicht.

Beispiel I

Es wurden vier Herstellproben von Verstärkungsglasfasern mit einer mittleren Glaszusammensetzung hergestellt, die gemäß der Analyse gewichtsbezogen im Wesentlichen aus Folgendem bestand: 60,01% SiO&sub2;; 22,13% CaO; 12,99% Al&sub2;O&sub3;; 3,11% MgO; 0,04% F&sub2;; 0,63% Na&sub2;O; 0,55% TiO&sub2;; 0,25% Fe&sub2;O&sub3;; 0,14 % K&sub2;O und 0,02% SO&sub3;. Im Mittel betrugen die Verformungstemperatur bei einer Viskosität von 1000 Poise ("log 3") 2298ºF (1259ºC), die Liquidustemperatur betrug 2146ºF (1174ºC) und die Differenz zwischen der Verformungs- und der Liquidustemperatur ("Delta T") betrug 13ºF (75ºC).
Unter Verwendung einer Labor-Schmelzeinrichtung wurden Glasfasern aus Reagenzien hergestellt, die die folgende Chargenzusammensetzung ergaben, wobei die Prozentsätze gewichtsbezogen gelten: 60,08% SiO&sub2;; 22,07% CaO; 13,21% Al&sub2;O&sub3;; 3,01 % MgO; 0,16% K&sub2;O; 0,23% Fe&sub2;O&sub3;; 0,05% SO&sub3;; 0,52 TiO&sub2; und 0,60% Na&sub2;O. Das sich ergebende Glas hatte die folgende Temperatureigenschaften: log 3 = 2309ºF (1265ºC), Liquidus = 2156ºF (1180ºC) und Delta T = 153ºF (85ºC).
Die Glasfasern wurden wie folgt hergestellt. Ungefähr 30 Gramm Glasbruch, der durch Schmelzen von Chemikalien mit Reagenzienqualität entsprechend der oben angegebenen Zusammensetzung in einem Platintiegel hergestellt worden war, wurden in eine widerstandsbeheizte Ziehdüsenanordnung mit einem Durchmesser von 1 Zoll (2,54 cm) gegeben. Das Glas wurde für eine Stunde bei einer Temperatur von 1100ºC über der Verformungstemperatur erwärmt. Dann wurde die Temperatur der Ziehdüsenanordnung auf die Verformungstemperatur gesenkt, und Fasern wurden dadurch hergestellt, dass das Glas durch eine einzelne Öffnung in der Ziehdüsenanordnung auf eine Wickeleinrichtung gezogen wurde. Es sei darauf hingewiesen, dass zwar eine winzige Menge an Sulfat (SO&sub3;) zugesetzt wurde, um dazu beizutragen, Keimbildungs/Blasenbildungs-Probleme im Glas zu vermeiden, jedoch im Wesentlichen das gesamte Sulfat während der Erwärmung der Glascharge mit den Blasen ausgetrieben wurde.

Beispiele III-VIII

Auf analoge Weise, wie sie beim Beispiel II beschrieben ist, wurden Glasfasern aus den Chargenzusammensetzungen (mit gewichtsbezogenen Prozentsätzen), wie sie in der folgenden Tabelle angegeben sind, hergestellt.
* die Beispiele III-VI sind Bezugsbeispiele.

Beispiel IX

Glasfasern wurden mit der folgenden Zusammensetzung im Wesentlichen ohne Fluor, Sulfat und Titanoxid hergestellt: 61,00% SiO&sub2;; 22,24% CaO; 12,00% Al&sub2;O&sub3;; 3,25% MgO; 0,52% K&sub2;O; 0,30% Fe&sub2;O&sub3;; 0,00% SO&sub3;; 0,00% F&sub2;; 0,00 TiO&sub2; und 0,69 % Na&sub2;O. Das Glas hatte die folgenden Temperatureigenschaften: log 3 = 2304ºF (1262ºC); Liquidus = 2203ºF (1206ºC) und Delta T = 101ºF (56ºC).
Wie es aus der Technik ersichtlich ist, weisen die obigen beispielhaften Zusammensetzungen wegen statistischer Übereinkünfte (z. B. Rundung und Mittelwertbildung) nicht immer insgesamt genau 100% für die aufgelisteten Komponenten auf. Selbstverständlich betragen die tatsächlichen Mengen aller Komponenten, einschließlich jeglicher Verunreinigungen, bei einer speziellen Zusammensetzung insgesamt immer 100%.
Ferner ist zu beachten, dass dann, wenn für die Zusammensetzungen kleine Mengen an Komponenten angegeben sind, z. B. Mengen in der Größenordnung von ungefähr 0,05 Gewichtsprozent oder weniger, diese Komponenten in Form von Spurenverunreinigungen vorhanden sein können, die in den Rohmaterialien vorhanden sind, anstatt dass sie absichtlich zugesetzt sind. Darüber hinaus können der Chargenzusammensetzung Kom ponenten zugesetzt werden, z. B. zum Erleichtern der Verarbeitung, die später entfernt werden, was zu einer Glaszusammensetzung führt, die im Wesentlichen frei von derartigen Komponenten ist. Demgemäß sind bei verschiedenen Beispiele zwar winzige Mengen an Komponenten wie Fluor und Sulfat aufgelistet, jedoch kann die sich ergebende Glaszusammensetzung im Wesentlichen frei von derartigen Komponenten sein - z. B. können bei der kommerziellen Ausübung der Erfindung in den Rohmaterialien für die Komponenten Siliziumoxid, Calciumoxid, Aluminiumoxid und Magnesiumoxid lediglich Spurenverunreinigungen vorhanden sein, oder es können Verarbeitungshilfen sein, die während der Herstellung im Wesentlichen entfernt werden.
Wie es aus den obigen Beispielen ersichtlich ist, weisen erfindungsgemäße Glasfaser-Zusammensetzungen vorteilhafte Eigenschaften wie niedrige Viskositäten und große (hohe) Delta-T-Werte auf.

Claims

1. Endlosglasfaser mit einer im wesentlichen borfreien Zusammensetzung, die im wesentlichen die folgenden Bestandteile in den angegebenen Gewichtsprozentmengen enthält:

SiO&sub2; 59,0 bis 62,0

CaO 20,0 bis 24,0

Al&sub2;O&sub3; 12,0 bis 15,0

MgO 1,0 bis 4,0

F&sub2;O, 0 bis 0,5

Na&sub2;O 0,1 bis 2,0

TiO&sub2; 0,0 bis 0,9

Fe&sub2;O&sub3; 0,0 bis 0,5

K&sub2;O 0,0 bis 2,0

SO&sub3; 0,0 bis 0,5

wobei die Gewichtsprozente aller Bestandteile einschließlich Spuren von Verunreinigungen sich zu 100 addieren und die Zusammensetzung eine Viskosität von 1000 Poise bei einer Verformungstemperatur von 2100 bis 2500ºF (1149 bis 1371ºC) und eine Liguidustemperatur von zumindest 100ºF (55ºC) unterhalb der Verformungstemperatur besitzt.

2. Endlosglasfaser nach Anspruch 1 mit einem MgO-Gehalt von 2,0 bis 3,5 Gewichtsprozent.

3. Endlosglasfaser nach Anspruch 1 oder 2, die die folgenden Bestandteile in den angegebenen Gewichtsprozentmengen enthält:

SiO&sub2; 59,0 bis 61,0

CaO 21,5 bis 22,5

Al&sub2;O&sub3; 12,7 bis 14,0

MgO 2,5 bis 3,3

Na&sub2;O + K&sub2;O 0,1 bis 2,0

TiO&sub2; 0,0 bis 0,6

wobei die Zusammensetzung eine Viskosität von 1000 Poise bei einer Verformungstemperatur von 2200 bis 2400ºF (1204 bis 1316ºC) und eine Liquidustemperatur von zumindest 125ºF (69ºC) unterhalb der Verformungstemperatur besitzt.

4. Endlosglasfaser nach Anspruch 3 mit den folgenden Bestandteilen in den angegebenen Gewichtsprozentmengen:

SiO&sub2; 59,5 bis 60,5

CaO 21,7 bis 22,3

Al&sub2;O&sub3; 13,0 bis 13,5

MgO 2,7 bis 3,3

Na&sub2;O + K&sub2;O 0,5 bis 1,0

5. Endlosglasfaser nach Anspruch 4 mit den folgenden Betandteilen in den angegebenen Gewichtsprozentmengen:

SiO&sub2; 60,1

CaO 22,1

Al&sub2;O&sub3; 13,2

MgO 3,0

Na&sub2;O + K&sub2;O 0,8

6. Endlosglasfaser nach Anspruch 1 mit einem TiO&sub2;-Gehalt von höchstens 0,6 Gewichtsprozent.

7. Endlosglasfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem TiO&sub2;-Gehalt von 0,00 bis 0,04 Gewichtsprozent.

8. Endlosglasfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit SO&sub3;-, F&sub2;- und TiO&sub2;-Gehalten von jeweils höchstens 0,05 Gewichtsprozent.

9. Endlosglasfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem F&sub2;-Gehalt von 0,00 bis 0,04 Gewichtsprozent.

10. Endlosglasfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die im wesentlichen frei von TiO&sub2; ist.

11. Endlosglasfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die im wesentlichen frei von F&sub2; ist.

12. Endlosglasfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die im wesentlichen frei von SO&sub3; ist.

13. Endlosglasfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit einer Liquidustemperatur von mindestens 150ºF (83ºC) unterhalb der Verformungstemperatur.

14. Endlosglasfaser nach Anspruch 5 mit den folgenden Betandteilen in den angegebenen Gewichtsprozentmengen:

K&sub2;O 0,2

Na&sub2;O 0,6

Fe&sub2;O&sub3; 0,2

SO&sub3; + F&sub2; 0,1

TiO&sub2; 0,5

wobei die Zusammensetzung eine Verformungstemperatur von 2300 bis 2400ºF (1204 bis 1316ºC) und eine Liquidustemperatur von mindestens 150ºF (83ºC) unterhalb der Verformungstemperatur besitzt.