DE69422826T2 - Glaszusammensetzungen zur herstellung von doppelglasfasern - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Glaszusammensetzungen zur Herstellung von Glasfasern, genauer gesagt Zweifachglas-Zusammensetzungen zum Herstellen von Glasfasern für Dämm- und Bauerzeugnisse.
• Glasfasern kleinen Durchmessers sind bei einer Vielzahl von Anwendungen von Nutzen, von denen die wichtigste diejenige akustischer oder thermischer Dämmmaterialien ist. Wenn diese Glasfasern kleinen Durchmessers geeignet zu einem Gitter oder Gewebe zusammengesetzt werden, das allgemein als Wollepacken bezeichnet wird, können Fasern, denen es einzeln an Festigkeit oder Steifigkeit fehlt, zu einem ziemlich starken Erzeugnis geformt werden. Das hergestellte Glasfaser-Dämmmaterial ist leicht, hoch-kompressibel und elastisch.
• Die bekannten Verfahren zum Herstellen von Glasfaserwollen beinhalten das Herstellen von Wollewatte unter Verwendung von in erster Linie geraden Glasfasern mit anschließendem Zusammendrücken dieser Watten zu Packen zum Versand. Unglücklicherweise zeigen aktuell hergestellte Glasfasererzeugnisse mehrere gemeinsame Probleme. Erstens besteht für die einzelnen, in erster Linie geraden Fasern während ihrer Abschwächung die Neigung sich selbst gegeneinander auszurichten, um schnurförmige Strukturen auszubilden. Diese Strukturen führen zu einer örtlichen Schwankung der Faserdichte im Wollepacken, was den Dämmwert des Materials senkt. Zweitens ist es erforderlich, etwas Material, im Allgemeinen ein Phenol-Formaldehyd-Harz, zum Verbinden der Fasern miteinander zu verwenden. Schließlich verringern Faserbrüche, bei ausreichend hoher Kompression, die Fähigkeit der Wolle watte, ihre konzipierte Dicke wieder zu erlangen. So besteht Bedarf an einem verbesserten Glasfasererzeugnis, das größerer Kompression standhält und größere Verschlingung der Fasern innerhalb des Erzeugnisses zeigt. Auch ist es wünschenswert, eine gleichmäßigere, weniger schnurartige Faserstruktur im Dämmerzeugnis zu schaffen.
• Im Stand der Technik erfolgten Versuche zum Herstellen gekräuselter Glasfasern zur Verwendung als Bündelungsfasern und zum Erzeugen von Glasfasermatten mit hoher Verschlingung. Stalego offenbart im US-Patent Nr. 2,998,620 schraubenförmig gekräuselte Glasfasern aus Doppelkomponenten-Glaszusammensetzungen. Stalego lehrt die Herstellung gekräuselter Fasern durch Hindurchleiten zweier Glaszusammensetzungen verschiedener Wärmeexpansion durch die Öffnungen eines Spinners. Die Gläser werden in ausgerichteter, integraler Beziehung so extrudiert, dass sich die Fasern beim Abkühlen aufgrund der verschiedenen Wärmeexpansion in natürlicher Weise kräuseln.
• Jedoch sind die durch Stalego offenbarten Glaszusammensetzungen für eine Rotationsherstelltechnik nicht geeignet. Z. B. ist bei den von Stalego offenbarten Glaspaaren ein Glas E ein solches mit niedriger Wärmeexpansion. Damit sich ein Glas bei einem Rotationsprozess zufriedenstellend bildet, muss es bei Temperaturen nahe bei denen, bei denen es eine Viskosität von 1000 Poise aufweist, in den Spinner eintreten. Bei dieser Viskosität hat das Glas E eine Temperatur von nahe 2190ºF (1200ºC), was ausreichend hoch dafür ist, dass eine schnelle Beschädigung der Metalle verursacht wird, aus der die Spinner bestehen. Dies verhindert die Verwendung des Glases E über die längeren, für die kommerzielle Herstellung erforderlichen Perioden in effektiver Weise. In variablem Ausmaß existieren ähnliche Probleme hinsichtlich aller von Stalego offenbarten Gläser mit hoher Wärmeexpan sion.
• Tiede offenbart im US-Patent Nr. 3,073,005 einen Nichtrotationsprozess zum Herstellen gekräuselter Doppelkomponenten- Glasfasern. Die Fasern werden dadurch hergestellt, dass einer Öffnung verschiedene Glaszusammensetzungen Seite an Seite so zugeführt werden, dass die zwei Gläser zu einer einzelnen Faser abgeschwächt werden. Da Tiede dieselbe Glaszusammensetzung wie Stalego offenbart, offenbart er keine Glaszusammensetzungen, die für die kommerzielle Herstellung von Glasfasererzeugungen durch den Rotationsprozess geeignet sind.
• Demgemäß besteht Bedarf an verbesserten Glaszusammensetzungen, die zum Herstellen von Glasfasern geeignet sind, die verbessertes Erholungsvermögen und verbesserte Wärmeleitfähigkeit zeigen, wenn sie durch den Rotationsprozess hergestellt werden.
• Diesem Bedarf wird durch die Erfindung genügt, wobei Zweifachglas-Zusammensetzungen geschaffen sind, die zum Herstellen unregelmäßig geformter Glasfasern durch Extrusion aus den Öffnungen eines Spinners bei einem Rotationsprozess von Nutzen sind.
• Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Zweifachglas-Zusammensetzung zum Herstellen unregelmäßig geformter Glasfasern geschaffen. Diese Zweifachglas-Zusammensetzung verfügt über mindestens eine erste. Glaszusammensetzung und eine zweite Glaszusammensetzung. Die erste und die zweite Glaszusammensetzung verfügen über nicht identische Wärmeexpansionskoeffizienten, wobei die Differenz größer als ungefähr 2,0 ppm (Teile pro Million)/ºC, vorzugsweise größer als ungefähr 4,0 ppm/ºC und am bevorzugtesten größer als ungefähr 5,0 ppm/ºC ist.
• Die erste Glaszusammensetzung ist vorzugsweise eine Boratreiche, Soda-arme Kalk-Aluminosilicat-Zusammensetzung mit einem Boratgehalt im Bereich von gewichtsbezogen ungefähr 14% bis ungefähr 24%. Die zweite Glaszusammensetzung ist vorzugsweise eine Soda-reiche, Borat-arme Kalk-Aluminosilicat-Glaszusammensetzung mit einem Sodagehalt im Bereich von gewichtsbezogen ungefähr 14% bis ungefähr 25%. Die Liquiduskurve sowohl der ersten als auch der zweiten Glaszusammensetzung liegt mindestens 50ºF (28ºC) unter derjenigen, bei der die Glasviskosität 1000 Poise beträgt. Vorzugsweise liegt die Liquidustemperatur mehr als ungefähr 200ºF (111ºC) unter derjenigen, bei der die Glasviskosität 1000 Poise beträgt.
• Die chemische Beständigkeit sowohl der ersten als auch der zweiten Glaszusammensetzung beträgt weniger als ungefähr 4,0%, und bevorzugter weniger als ungefähr 2,5%. Die Auflösungsrate sowohl der ersten als auch der zweiten Glaszusammensetzung beträgt in einer physiologischen Flüssigkeit mehr als ungefähr 100 ng/cm²Std. für die Faser im Enderzeugnis.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Zweifachglas-Zusammensetzung mit einer ersten Glaszusammensetzung und einer zweiten Glaszusammensetzung geschaffen. Von der ersten und der zweiten Glaszusammensetzung enthält eine in Gewichtsprozent ungefähr 50-61% Siliciumdioxid, 0-7% Aluminiumoxid, 9-13% Kalk, 0-5% Magnesiumoxid, 14-24% Borat, 0-10% Soda, 0-2% Kaliumoxid. Von der ersten und zweiten Glaszusammensetzung enthält die andere in Gewichtsprozent ungefähr 52-69% Siliciumdioxid, 0-8% Aluminiumoxid, 6-10% Kalk, 0-7% Magnesiumoxid, 0-8% Borat, 14-25% Soda, 0-2% Kaliumoxid.
• Vorzugweise enthält von der ersten und der zweiten Glaszu sammensetzung eine gewichtsbezogen ungefähr 52-57% Siliciumdioxid, 4-6% Aluminiumoxid, 10-11% Kalk, 1-3% Magnesiumoxid, 19-22% Borat, 4-6% Soda, 0-2% Kaliumoxid, und die andere Glaszusammensetzung enthält gewichtsbezogen ungefähr 27-65% Siliciumdioxid, 2-6% Aluminiumoxid, 0-9% Kalk, 4-6% Magnesiumoxid, 0-6% Borat, 15-21% Soda und 0-2% Kaliumoxid.
• Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Erstarrungsprozesses unter Wärme, durch den die erfindungsgemäße Isolierung hergestellt werden kann.
• Fig. 2 ist eine geschnittene Seitenansicht einer Faserherstellvorrichtung, durch die die erfindungsgemäßen Fasern hergestellt werden können.
• Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Teils des Spinners von Fig. 2 entlang einer Linie 3-3.
• Fig. 4 ist eine schematische Seitenansicht des Spinners der Fig. 3 entlang einer Linie 4-4.
• Fig. 5 ist eine künstlich vergrößerte, schematische, perspektivische Ansicht unregelmäßig geformter Glasfasern gemäß der Erfindung.
• Die Dämmerzeugnisse aus unregelmäßig geformten Glasfasern gemäß der Erfindung können durch einen Rotations-Faserherstell- und Packen-Erstarrungsprozess unter Wärme hergestellt werden, wie in Fig. 1 dargestellt.
• Aus der Fig. 1 ist es erkennbar, dass zwei gesonderte, geschmolzene Glaszusammensetzungen über Vorherde 12 von Öfen 10 an Faserherstelleinrichtungen 14 geliefert werden. Durch die Faserherstelleinrichtungen hergestellte Schleier unregelmäßig geformter Glasfasern 18 werden durch Unterdruck unter einem Förderer 16 auf diesem als Wollepacken 20 aufgenommen. Wenn die Fasern durch Luft oder Gase durch ein Gebläse 22 in den Fasererzeugungseinrichtungen nach unten auf den Förderer geblasen werden, werden sie abgeschwächt und nehmen ihre unregelmäßige Form ein.
• Dann wird der Wollepacken durch einen Ofen 24 geleitet, der sich auf Temperaturen für einen Erstarrungsprozess unter Wärme von 700 bis 1100ºF (371 bis 593ºC) befindet. Die Temperatur für den Erstarrungsprozess unter Wärme kann entweder dadurch erzielt werden, dass die hohe Temperatur der Fasern beim Faserherstellprozess aufrechterhalten wird oder dass die Fasern im Ofen für den Erstarrungsprozess oder unter Wärme wieder erwärmt werden. Während der Wollepacken durch den Ofen geführt wird, wird er durch einen oberen Förderer 26 und einen unteren Förderer 28 sowie durch Randführungen, die nicht dargestellt sind, geformt. Während sich die Glasfasern im Ofen befinden, können sie Strömen heißer Gase unterzogen werden, um eine gleichmäßige Erwärmung zu erleichtern. Nach einer Periode von bis zu zehn Minuten verlässt der Wollepacken dann den Ofen als Dämmerzeugnis 30.
• Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, besteht der Spinner 60 aus einer Spinner-Bodenwand 62 und einer Spinner-Umfangswand 64. Der Spinner wird auf einer Spindel 66 gedreht, wie es in der Technik bekannt ist. Durch die Drehung des Spinners wird geschmolzenes Glas durch die Spinner-Umfangswand zu Primärfasern 68 auszentrifugiert. Die Primärfasern werden durch die Wärme eines Ringbrenners 70 in einem weichen, abschwächbaren Zustand gehalten. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung liefert ein interner Brenner, der nicht dargestellt ist, Wärme in das Innere des Spinners. Ein Ringgebläse 72, das eingeleitete Luft 74 verwendet, ist so positioniert, dass es die Primärfasern zieht und sie weiter zu Sekundärfasern 76 schwächt, die zur Verwendung in Wolle-Dämmmateria lien geeignet sind. Die Sekundärfasern, oder Doppelkomponenten-Glasfasern, werden dann zur Ausbildung als Wollepacken gesammelt.
• Das Innere des Spinners wird mit zwei gesonderten Strömen geschmolzenen Glases versorgt, nämlich einem ersten Strom 78, der ein Glas A enthält, und einem zweiten Strom 80, der ein Glas B enthält. Das Glas im Strom 78 fällt unmittelbar auf die Spinner-Bodenwand und strömt durch die Zentrifugalkraft zur Spinner-Umfangswand nach außen, um einen Kopf aus dem Glas A zu bilden. Glas B im geschmolzenen Glasstrom 80 ist näher an der Spinner-Umfangswand als der Strom 78 positioniert, und das Glas im Strom 80 wird durch einen horizontalen Flansch 82 abgeschnitten, bevor es die Spinner-Bodenwand erreichen kann. So bildet sich am Horizontalflansch ein Stau oder ein Kopf aus Glas B auf.
• Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, ist der Spinner mit einer vertikalen Innenwand 84 versehen, die im Wesentlichen in Umfangsrichtung verläuft und radial einwärts gegenüber der Spinner-Umfangswand positioniert ist. Eine Reihe vertikaler Trennwände 86, die zwischen der Spinner-Umfangswand und der vertikalen Innenwand positioniert sind, unterteilen diesen Raum in eine Reihe von Kammern 88. Abwechselnde Kammern enthalten entweder Glas A oder Glas B.
• Die Spinner-Umfangswand ist mit Öffnungen 90 versehen, die angrenzend an das radiale Außenende der vertikalen Trennwand positioniert sind. Die Öffnungen verfügen über eine größere Breite als es der Breite der vertikalen Trennwand entspricht, wodurch es möglich ist, dass sowohl Glas A als auch Glas B als einzelne Primärfaser aus der Öffnung austreten. Wie es aus der Fig. 4 erkennbar ist, läuft jede Kammer 88 über die gesamte Höhe der Spinner-Umfangswand 44, wobei Öffnungen entlang der gesamten vertikalen Trennwand vorhanden sind, die die Kammern trennt. Andere Spinnerkonfigurationen können dazu verwendet werden, Doppelströme von Glas zu den Spinneröffnungen zu liefern.
• Unregelmäßige Faser 122B und ein Schatten 124, wie in Fig. 5 dargestellt, liefern eine künstlich vergrößerte Ansicht einer durch die erfindungsgemäße Zweifachglas-Zusammensetzung hergestellten Faser. Die Dicke der Faser ist übertrieben dargestellt, und die Trennlinien sind hinzugefügt, um eine bessere Perspektive zu zeigen.
• Die Anzahl der Glaszusammensetzungen, die zur Herstellung unregelmäßig geformter Glasfasern durch das gerade beschriebene Verfahren geeignet sind, ist tatsächlich ziemlich klein. Die bevorzugten Glaszusammensetzungen gemäß der Erfindung sind in einzigartiger Weise zu diesem Zweck geeignet. Die durch Stalego offenbarten Zusammensetzungen sind nicht anwendbar, um unregelmäßig geformte Glasfasern herzustellen.
• Es existiert keine unmittelbare Einschränkung hinsichtlich der Werte des Wärmeexpansionskoeffizienten entweder des Glases A oder des Glases B. Jedoch existiert eine Beschränkung hinsichtlich der Differenz der Wärmeexpansionskoeffizienten zwischen dem Glas A und dem Glas B. Da die Differenz zwischen den Wärmeexpansionskoeffizienten teilweise zur unregelmäßigen Form der Fasern führt, kontrolliert diese Differenz auch das Ausmaß der Biegung in einzelnen Zweifachglas- Fasern. Die Differenz zwischen den Wärmeexpansionskoeffizienten muss ausreichend groß dafür sein, dass in jeder Zweifachglas-Faser das richtige Biegeausmaß dafür hervorgerufen wird, dass die Fasern zu unregelmäßig geformten Glasfasern geschwächt werden, die das korrekte Ausmaß an Verschlingung liefern. Wenn die Differenz zu klein ist, zeigen die Zweifachglas-Fasern einen zu großen Krümmungsradius. Je des Wolle-Dämmmaterial, das aus diesen Fasern mit großem Krümmungsradius hergestellt wird, zeigt niedrige, und demgemäß unzufriedenstellende Festigkeits- und Erholungswerte. Große Differenzen zwischen den Wärmeexpansionskoeffizienten benötigen Spezialgläser, die nicht mit Standardausgangsmaterialien hergestellt werden können und demgemäß in verhindernder Weise teuer sind. Für die Erfindung müssen die Wärmeexpansionskoeffizienten des Glases A und des Glases B, wie für einzelne Gläser durch Dilatometer-Standardtechniken gemessen, um mindestens 2,0 ppm/ºC differieren. Vorzugsweise ist die Differenz größer als ungefähr 4,0 ppm/ºC, und am bevorzugtesten ist sie größer als ungefähr 5,0 ppm/ºC.
• Für eine zufriedenstellende kommerzielle Herstellung unregelmäßig geformter Glasfasern muss die Glaszusammensetzung auch mehreren anderen Einschränkungen genügen, von denen die erste die Viskosität ist. In der Technik ist es üblich, die Viskosität von Glas als diejenige Temperatur zu beschreiben, bei der das Glas eine Viskosität von 1000 Poise aufweist. Dieses Maß wird üblicherweise als log3-Viskositätstemperatur bezeichnet. Für die Erfindung liegt die log3-Viskositätstemperatur im Bereich von ungefähr 1850ºF (1010ºC) bis ungefähr 2050ºF (1121ºC), vorzugsweise im Bereich von ungefähr 1900ºF (1037ºC) bis ungefähr 2000ºF (1093ºC), und am bevorzugtesten beträgt sie ungefähr 1950ºF (1065ºC).
• Sowohl die Strömungsrate von Glas durch die Spinneröffnungen als auch die Abschwächungsrate der Fasern hängen von der Glasviskosität ab. Wenn die Viskosität zu hoch ist, ist die Strömung von Glas zu den Spinneröffnungen verringert. Dies erfordert eine Vergrößerung der Spinneröffnungen, was seinerseits die Anzahl der Öffnungen verringert, die bei einem vorgegebenen Spinnerdesign möglich sind. Alternativ kann die Spinnertemperatur erhöht werden, was jedoch die Spinner-Lebensdauer senkt und, in gewissem Ausmaß, eine teure, neue Spinner-Metallurgie erfordert. Zusätzlich benötigt Glas höherer Viskosität größere Gebläseflüsse und/oder höhere Temperaturen in der Umgebung der Spinnerfläche, wo Glasfasern abgeschwächt werden. Diese sich ergebende höhere Temperatur verringert die Gesamtlebensdauer des Spinners und benötigt eine teure Spinner-Metallurgie.
• Die log3-Viskositätstemperatur des Glases A und des Glases B in der erfindungsgemäßen Zweifachglas-Zusammensetzung liegen vorzugsweise innerhalb von ungefähr 75ºF (42ºC) zueinander. Eine große Fehlanpassung hinsichtlich der log3-Viskositätstemperatur führt zu einem von zwei nicht annehmbaren Ergebnissen. Bei höheren Spinnertemperaturen würde die gesamte Strömung des flüssigeren Glases durch solche Öffnungen erfolgen, auf die es auf seinem Weg in den Spinner früher trifft. Dies würde dazu führen, dass es einigen Öffnungen am flüssigeren Glas fehlt, was bewirken würde, dass sie im Wesentlichen Einkomponentenfasern erzeugen würden.
• Alternativ würde sich, wenn die Spinnertemperatur gesenkt wird, das weniger flüssige Glas im Spinner aufstauen, bis es über den oberen Flansch überlaufen würde. Für ein Glaspaar mit großer Fehlanpassung der Viskosität würden beide Ergebnisse gleichzeitig auftreten.
• Eine zusätzliche Einschränkung, der das Glas bei der Erfindung genügen muss, ist die der Liquidustemperatur. Die Liquidustemperatur eines Glases ist die höchste Temperatur, bei der Kristalle im geschmolzenen Glas stabil sind. Bei ausreichender Zeit kristallisiert ein Glas bei einer Temperatur unter seiner Liquidustemperatur. Die Kristallisierung im Ofen und im Vorwärmherd kann zur Erzeugung fester Teilchen führen, die sich, wenn sie einmal zur Fasererzeugungseinrichtung gelaufen sind, in den Öffnungen des Spinners ablagern und diesen verstopfen. Spinneröffnungen können auch durch Kristalle versperrt werden, die unmittelbar im Spinner wachsen, wenn die Temperatur der Spinnerfläche an einem Punkt für mehrere Stunden oder mehr unter der Liquidustemperatur bleibt. Um Glaskristallisation in den Spinneröffnungen zu vermeiden, muss die Differenz zwischen der log3-Viskositätstemperatur und den Liquidustemperaturen sowohl des Glases A als auch des Glases B der Zweifachglas-Zusammensetzung bei der Erfindung mindestens 50ºF (28ºC), bevorzugter mehr als ungefähr 200ºF (111ºC) unter der log3-Viskositätstemperatur liegen. Wenn diese Einschränkung nicht erfüllt ist, erfolgt im unteren (d. h. kälteren) Teil des Spinners typischerweise Kristallisation, was die Öffnungen des Spinners versperrt.
• Eine weitere Einschränkung bei der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung ist die chemische Beständigkeit des Glases. Die chemische Beständigkeit betrifft zwei Eigenschaften des Wollepackens aus Glas. Die erste ist die Fähigkeit des Glas- Wollepackens, sich zu erholen, wenn er zur Installation geöffnet wird. Die zweite ist die körperliche Langzeit-Unversehrtheit des Glas-Wollepackens. Wenn die chemische Beständigkeit des Glases zu niedrig ist, würde sich der Glas-Wollepacken bei seiner Installation nicht auf die konzipierte Dicke erholen. Unabhängig davon, ob sich der Wollepacken nicht vollständig erholen kann oder ob er zu schnell zerfällt, ist das Ergebnis das, dass es dem Wollepacken nicht gelingt, angemessen zu isolieren.
• Ein nutzvolles Maß für die chemische Beständigkeit einer Glasfaser für eine Dämmanwendung wird dadurch erhalten, dass der prozentuale Gewichtsverlust von 1 Gramm von Fasern mit einem Durchmesser von 10 Mikrometer nach zwei Stunden in 0,11 destilliertem Wasser von 205ºF (96ºC) gemessen wird. Die so gemessene Beständigkeit hängt stark von der Zusammensetzung der Glasfasern und, in geringerem Ausmaß, vom ther mischen Werdegang der Faser ab. Um angemessene Funktion des Wollepackens zu gewährleisten, sollten Fasern jeder der Zweifachglas-Zusammensetzungen bei diesem Test einen Gewichtsverlust von weniger als ungefähr 4% und bevorzugter von weniger als ungefähr 2,5% zeigen. Zusätzlich zur starken Abhängigkeit von der Glaszusammensetzung hängt die chemische Beständigkeit einer Glasfaser in geringerem Ausmaß von ihrem thermischen Werdegang ab. So verbessert z. B. das Erwärmen einer Glasfaser für einige Minuten auf 1000ºF (538ºC) ihre chemische Beständigkeit etwas. Es ist zu beachten, dass die hier offenbarten Grenzen hinsichtlich der chemischen Beständigkeit Messungen an Glasfasern ohne Wärmebehandlung, abweichend von denen, die mit ihrer ursprünglichen Abschwächung verwendet werden, betreffen. Da eine Glaswolleisolierung typischerweise einige Fasern enthält, die ausreichend dünn dafür sind, dass sie eingeatmet werden können, wenn sie zu kurzen Stücken zerbrechen, ist es möglich, dass einige Fasern in der Luft schweben können und eingeatmet werden. Im Körper sind sie physiologischen Flüssigkeiten ausgesetzt. In dem Ausmaß, in dem die Lösungsrate der Fasern im Körper eine Rolle hinsichtlich der biologischen Aktivität der eingeatmeten Fasern spielt, kann es bevorzugt sein, Glasfasern mit relativ hoher Lösungsrate in derartigen Fluiden herzustellen. Die Lösungsrate von Glasfasern ist als die Lösungsratenkonstante ausgedrückt, die für Fasern in einer simulierten Lungenflüssigkeit bei 98ºF (37ºC) gemessen wird. Sie hängt stark von der Glasfaserzusammensetzung und in geringerem Ausmaß vom thermischen Werdegang ab. Es ist bevorzugt, Glaszusammensetzungen mit einer Lösungsratenkonstante von mindestens 100 ng/cm²Std. für alle Dämmfasern zu verwenden. Daher ist es bevorzugt, dass die Lösungsratenkonstante für Fasern jeder der Zweifachglas-Zusammensetzungen mindestens 100 ng/cm²Std. beträgt. Wie bei der chemischen Beständigkeit verringert eine anschließende Wärmebehandlung für die Faser ihre Lösungsrate. Die Grenze von 100 ng/cm²Std. betrifft Fa sern, die zu einem Wolle-Dämmpacken in Form des Enderzeugnisses ausgebildet wurden.
• Wie es leicht erkennbar ist, ist das Auswählen einer Zweifachglas-Zusammensetzung für die Herstellung unregelmäßig geformter Glasfasern extrem kompliziert. Jede der einzelnen Glaszusammensetzungen, A und B, muss engen Begrenzungen hinsichtlich der log3-Viskositätstemperatur, der Liquidustemperatur und der Beständigkeit genügen. Außerdem müssen die Differenzen zwischen den Wärmeexpansionskoeffizienten und den log3-Viskositätstemperaturen der zwei Gläser innerhalb der erforderlichen Bereiche liegen. Vorzugsweise fallen auch die Lösungsraten in gewünschte Bereiche.
• Erfindungsgemäße Zweifachglas-Zusammensetzungen, die eine Borat-reiche, Soda-arme Kalk-Aluminosilicat-Zusammensetzung als Glas A und eine Soda-reiche, Borat-arme Kalk-Aluminosilicat-Zusammensetzung als Glas B enthalten, genügen allen Beschränkungen, wie sie für eine erfolgreiche unregelmäßig geformte Faser erforderlich sind. Eine Borat-reiche, Soda- arme Kalk-Aluminosilicat-Zusammensetzung soll eine Glaszusammensetzung mit einem Boratgehalt im Bereich von gewichtsbezogen ungefähr 14% bis ungefähr 24% der Gesamtkomponenten bedeuten. Eine Soda-reiche, Borat-arme Kalk-Aluminosilicat- Zusammensetzung soll eine Glaszusammensetzung mit einem Sodagehalt im Bereich von gewichtsbezogen ungefähr 14% bis ungefähr 25% der Gesamtkomponenten bedeuten.
• Vorzugsweise enthält die erste Glaszusammensetzung in Gewichtsprozent von ungefähr 50 bis ungefähr 61% Siliciumdioxid oder SiO&sub2;, von ungefähr 0 bis ungefähr 7% Aluminiumoxid oder Al&sub2;O&sub3;, von ungefähr 9 bis ungefähr 13% Kalk oder CaO, von ungefähr 0 bis ungefähr 5% Magnesiumoxid oder MgO, von ungefähr 14 bis ungefähr 24% Borat oder B&sub2;O&sub3;, von ungefähr 0 bis ungefähr 10% Soda oder Na&sub2;O und von ungefähr 0 bis unge fähr 2% Kaliumoxid oder K&sub2;O enthält.
• Die zweite Glaszusammensetzung ist vorzugsweise eine solche, die gewichtsbezogen von ungefähr 52 bis ungefähr 60% Siliciumdioxid oder SiO&sub2;, von ungefähr 0 bis ungefähr 8% Aluminiumoxid oder Al&sub2;O&sub3;, von ungefähr 6 bis ungefähr 10% Kalk oder CaO, von ungefähr 0 bis ungefähr 7% Magnesiumoxid oder MgO, von ungefähr 0 bis ungefähr 6% Borat oder B&sub2;O&sub3;, von ungefähr 14 bis ungefähr 25% Soda oder Na&sub2;O und von ungefähr 0 bis ungefähr 2% Kaliumoxid oder K&sub2;O enthält. Es ist zu beachten, dass in jeder Zusammensetzung typischerweise weniger als ungefähr insgesamt 1% verschiedener anderer Bestandteile enthalten sind, wie z. B. Fe&sub2;O&sub3;, TiO&sub2; und SrO, die dem Glas nicht absichtlich zugegeben werden, die sich jedoch aus den bei der Chargenherstellung verwendeten Ausgangsmaterialien ergeben.
• Bevorzugter enthält die erfindungsgemäße Zweifachglas-Zusammensetzung eine erste Glaszusammensetzung, die ungefähr 52- 57% Siliciumdioxid, 4-6% Aluminiumoxid, 10-11% Kalk, 1-3% Magnesiumoxid, 19-22% Borat, 4-6% Soda, 0-2% Kaliumoxid enthält, und eine zweite Glaszusamensetzung, die ungefähr 57- 65% Siliciumdioxid, 2-6% Aluminiumoxid, 8-9% Kalk, 4-6% Magnesiumoxid, 0-6% Borat, 15-21% Soda und 0-2% Kaliumoxid enthält.
• Eine geeignete Lösungsrate ist ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung. Soda-reiche Gläser mit angemessener chemischer Beständigkeit zeigen üblicherweise niedrige Lösungsraten. Die herkömmliche Maßnahme zum Überwinden niedriger Werte der Lösungsrate bestehen bei diesen Soda-reichen Gläsern im Hinzufügen von Borat zur Glaszusammensetzung. Jedoch stellt das Hinzufügen von Borat keine Lösung dar, da die Erfindung eine Zusammensetzung eines Soda-reichen, Borat-armen Glases benötigt, um eine Differenz der Wärmeexpansionskoeffizienten im erforderlichen Bereich zu erzielen. Wegen der Schwierigkeit des Auswählens von Paaren beständiger Gläser, die sowohl den Erfordernissen der Lösungsrate als auch dem Erfordernis einer deutlichen Differenz zwischen den Wärmeexpansionskoeffizienten genügen, sind die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen nicht leicht erkennbar.
Beispiele
• Es wurden mehrere Zweifachglas-Zusammensetzungen gemischt und unregelmäßig geformte Glasfasern hergestellt. Die unregelmäßig geformten Glasfasern wurden durch einen Chargenprozess hergestellt. Es wurden 10 Pfund jeder Glaszusammensetzung gemischt und geschmolzen. Dann wurden Fasern unter Verwendung eines Labortestspinners mit 40 Löchern hergestellt. Für jede von Glaszusammensetzungen A bis H wurden die log3- Viskositätstemperatur, die Liquidustemperatur, der Wärmeexpansionskoeffizient, die chemische Beständigkeit und die Lösungsrate bestimmt. Die Zusammensetzungen und die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 aufsummiert.
• Das Paar 1 ist eine erfindungsgemäße Zweifachglas-Zusammensetzung. Es zeigte sich, dass das Paar 1 hinsichtlich der chemischen Beständigkeit, der Lösungsrate, des Fehlens von Entglasung und hinsichtlich der Wiederherstellung des sich ergebenden Erzeugnisses zufriedenstellend ist. Das Paar 2 liegt zwar innerhalb der Zusammensetzungsbereiche gemäß der Erfindung, jedoch war es wegen schlechter chemischer Beständigkeit des Glases D nicht zufriedenstellend. Das Paar 3 lag außerhalb der Zusammensetzungsbereiche gemäß der Erfindung, und es war wegen der geringen Differenz der Wärmeexpansionskoeffizienten nicht zufriedenstellend. Das Paar 4 lag innerhalb der Zusammensetzungsbereiche gemäß der Erfindung, jedoch war es wegen der niedrigen Lösungsrate des Glases H nicht zufriedenstellend. TABELLE 1 TABELLE 1 (Fortsetzung)
• Wärmeexpansionskoeffizient = α
• Lösungsrate - Kdis

Claims (20)

1. Zweifachglas-Zusammensetzung zur Herstellung unregelmäßig geformter Glasfasern mit einer ersten und einer zweiten Glaszusammensetzung, die aufweisen:

a.) Wärmeausdehnungskoeffizienten, die sich um mehr als 2,0 ppm/ºC unterscheiden,

b.) log3-Viskositätstemperaturen von 1850 bis 2050ºF (1010 bis 1121ºC),

c.) Liquidustemperaturen von mindestens 50ºF (28ºC) unterhalb der log3-Viskositätstemperaturen, und

d.) Beständigkeiten (gemessen als Gewichtsverluste von 1 g Fasern von 10um Durchmesser nach 2 Stunden in 0,1 Liter destilliertem Wasser bei 205ºF (96ºC)) von weniger als 4,0%.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten um mehr als 4,0 ppm/ºC unterscheiden.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten um mehr als 5,0 ppm/ºC unterscheiden.

4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste und die zweite Glaszusammensetzung log3-Viskositätstemperaturen von 1900 bis 2000ºF (1037 bis 1093ºC) aufweisen.

5. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste und die zweite Glaszusammensetzung log3-Viskositätstemperaturen innerhalb von 75ºF (42ºC) voneinander aufweisen.

6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste und die zweite Glaszusammensetzung Liquidustempera turen von mindestens 200ºF (111ºC) unterhalb ihrer log3-Viskositätstemperaturen aufweisen.

7. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste und die zweite Glaszusammensetzung Beständigkeiten von weniger als 2,5% aufweisen.

8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste und die zweite Glaszusammensetzung jeweils eine Lösungsrate von mindestens 100 ng/cm²h aufweisen.

9. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine der Zusammensetzungen eine Borat-reiche, Soda-arme Kalk- Aluminosilikat-Zusammensetzung ist.

10. Zusammensetzung nach Anspruch 9, wobei die Borat-reiche, Soda-arme Kalk-Aluminosilikat-Zusammensetzung einen Bor-Gehalt von 14 bis 25 Gew.-% aufweist.

11. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine der Glaszusammensetzungen eine Soda-reiche, Borat-arme Kalk-Aluminosilikat-Zusammensetzung ist.

12. Zusammensetzung nach Anspruch 11, wobei die Soda-reiche, Borat-arme Kalk-Aluminosilikat-Zusammensetzung einen Soda-Gehalt von 14 bis 25 Gew.-% aufweist.

13. Zweifachglas-Zusammensetzung zur Herstellung unregelmäßig geformter Glasfasern mit einer ersten und einer zweiten Glaszusammensetzung, wobei

die erste Glaszusammensetzung bezogen auf das Gewicht 50 bis 61% Silika, 0 bis 7% Aluminiumoxid, 9 bis 13% Kalk, 0 bis 5% Magnesiumoxid, 14 bis 24% Borat, 0 bis 10% Soda und 0 bis 2% Kaliumoxid aufweist, und

die zweite Glaszusammensetzung bezogen auf das Gewicht 52 bis 69% Silika, 0 bis 8% Aluminiumoxid, 6 bis 10% Kalk, 0 bis 7% Magnesiumoxid, 0 bis 8% Borat, 14 bis 25% Soda und 0 bis 2% Kaliumoxid aufweist.

14. Zusammensetzung nach Anspruch 13, wobei

die erste Glaszusammensetzung bezogen auf das Gewicht 52 bis 57% Silika, 4 bis 6% Aluminiumoxid, 10 bis 11% Kalk, 1 bis 3% Magnesiumoxid, 19 bis 22% Borat, 4 bis 6% Soda und 0 bis 2% Kaliumoxid aufweist, und

die zweite Glaszusammensetzung bezogen auf das Gewicht 57 bis 65% Silika, 2 bis 6% Aluminiumoxid, 8 bis 9% Kalk, 4 bis 6% Magnesiumoxid, 0 bis 6% Borat, 15 bis 21% Soda und 0 bis 2% Kaliumoxid aufweist.

15. Zusammensetzung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die erste und die zweite Glaszusammensetzung Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, die sich um mehr als 4,0 ppm/ºC unterscheiden.

16. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die erste und die zweite Glaszusammensetzung log3-Viskositätstemperaturen von 1850 bis 2050ºF (1010 bis 1121ºC) aufweisen.

17. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die erste und die zweite Glaszusammensetzung Liquidustemperaturen von mindestens 50ºF (28ºC) unterhalb ihrer log3- Viskositätstemperaturen aufweisen.

18. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die erste und die zweite Glaszusammensetzung Beständigkeiten (gemessen als Gewichtsverluste von 1 g Fasern von 10 um Durchmesser nach 2 Stunden in 0,1 Liter destilliertem Wasser bei 205ºF (96ºC)) von weniger als 4% aufweisen.

19. Unregelmäßig geformte Glasfaser, erzeugt aus einer Zweifachglas-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

20. Unregelmäßig geformte Glasfaser, erzeugt aus einer Zweifachglas-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 13 bis 18.