184388. lajstromszámú szabadalom • Alkáliáknak ellenálló űvegszálak és ezekkel erősített cement vagy cement-tartalmú termékek
184 388 2 A találmány alkáliáknak ellenálló üvegszálakra és ezekkel erősített cementre vagy cement-tartalmú termékekre vonatkozik. Jól ismert az, hogy olyan üvegszálaknak, amelyek erősítő anyagokként kerülnek felhasználásra, szervetlen cementek, így a szokásos portland-cement, erősítésére, ellenállóknak kell lenniök a cementkötőanyag alkalikus környezetében jelentkező vegyi hatásokkal szemben. A kereskedelmi forgalomban lévő, alkáliáknak ellenálló üvegszálakat viszonylag egyszerű üvegkompozícióból állítják elő. Ilyen kompozíciókban a komponensek együttes hatása biztosítja az ellenállást alkalikus hatásokkal szemben. A kompozíció kalciumoxid (CaO) és cirkóniumoxid (Zr02) kombinációja. A szakirodalomban, különösen pedig a szabadalmi irodalomban, számos kísérletről adnak számot a rendelkezésre álló üvegek teljesítményének a növelésére. A törekvések olyan kompozíciók kifejlesztésére irányultak, amelyeknek a teljesítménye a cementkötőanyagban hasonló a meglévő üveg teljesítményéhez, de amelyekből sokkal gazdaságosabban lehet szálakat húzni. Annak érdekében, hogy olyan szálakat lehessen előállítani, amelyek a cementkészítménybe való beágyazás után erősítő hatást fejtenek ki, arra van szükség, hogy az üvegszálakat folytonos szál formájában mechanikus szálhúzó eljárással lehessen előállítani, amelynek során az üvegszálakat nagyszámú nyíláson át húzzák, amelyek—mint ismeretes — egy tartály alján perselyként vannak kialakítva. Ilyen eljárásnál korlátokba ütközik olyan megfelelő komponensek kiválasztása, amelyek biztosítják az ilyen komponensek alkáliákkal szembeni ellenállását, valamint mennyiségét. Annak érdekében, hogy folytonos szálakat lehessen húzni a megfelelő készülékben, ahol magas hőmérsékletnek ellenálló platinaötvözetből készült perselyeket használnak, nagyon fontos az, hogy a tényleges szálhúzási hőmérséklet ne haladja meg az 1350 °C-ot, előnyösen az D20 °C- ot, mert másként a perselyek hasznos üzemideje lecsökken és ennek eredményeként megnőnek a termelési költségek. Fontos az is, hogy pozitív különbség legyen a Tw üzemelési vagy szálhúzási hőmérséklet és a Tj liquidus (az üveg folyékony fázishatárvonalának megfelelő) hőmérséklet között. A Tw az a hőmérséklet, amelynél a viszkozitás 1000 poise, ugyanis ez az a viszkozitás, amelyre üvegolvadékot szokásosan beállítják a szálaknak a platinaötvözetből készült perselyekből való mechanikus szálhúzására. Előnyös, ha legalább 40 °C a különbség aTw és alj között. A gyakorlatban a perselykezelők körülbelül 80 °C-os különbséget részesítenek előnyben. Számos anyagról megállapították, hogy alkáliáknak ellenálló üveget ad, de ezek egyben a folytonos szálhúzást is nehezítik. A Zr02 például növeli mind a viszkozitást, mind pedig az olvadt üveg liquidus hőmérsékletét. Éppen ezért nem lehet egyszerűen ilyen anyagokból, például a ZrOi-ből, egyre többet adagolni anélkül, hogy a szálhúzási hőmérséklet ne emelkedne 1350 °C fölé, illetve negatív vagy nem kielégítő érték alakuljon ki a Tw — Tj különbségre. Az eddigiekben különböző összetételű üvegkompozíciókat javasoltak már. Az 1.290.528 számú brit szabadalmunkban olyan kompozíciót írunk le, amely ugyanolyan alkáliákkal szembeni ellenállás mellett még teljesíti a szálhúzási hőmérséklettel szembeni és a Tw — Tj iránti követelményeket. A fenti szabadalom szerinti szálak Cem-TIL néven ismert, kereskedelmi forgalomban lévő termékek. A kompozíció összetétele súly %-ban számítva a következő: 2 r Si02 62 Na20 14,8 CaO 5,6 TiOj 0,1 ZrOi 16,7 A1203 0,8 A 3,840.379 számú amerikai szabadalom egy kísérleti példa szálképzési jellemzőkkel rendelkező kompozíció előállítására, amely leginkább hasonlít az, ,E” üveg kereskedelmi termékre (és amely általában ott kerül alkalmazásra, ahol nem követelmény az alkáliákkal szembeni ellenállás) és még van olyan mértékű alkáliellenállásuk, mint az 1,290.528 számú brit szabadalom körébe tartozó kereskedelmi forgalomban lévő üvegnek. A 3,840.379 számú amerikai szabadalom szerinti üvegek TiOj-t tartalmaznak a CaO és a Zr02 mellett. Az 1,497.223, az 1,540.770 és az 1,548.776 számú brit szabadalmak olyan szálképzésre alkalmas üvegkompozíciók problémájával foglalkoznak, amelyek20súly % nagyságrendben tartalmaznakZr02-öt. Az 1,498.917 számú brit szabadalom olyan üvegkompozíciókra terjed ki, amelyeknek nagy az alkáliákkal szembeni ellenállása és cementtermékek erősítésére használatos üvegszálak készítésére használhatók. Ennek összetétele lényegében a következő: súly% Si02 45-65 ZrOj 10-20 Cr203 0- 5 SnOj 0 _ 5 MO 0- 18 M20 0- 18 so3 0,05- 1 ahol a fenti komponensek a kompozíciók legalább 97 súly%-át alkotják, Cr203 + Sn02 = 0,5 - 10 súly %, Zr02 + Cr203 + Sn02 = 12 — 25 súly %, M = egy vagy több Ca, Mg, Zn, Ba és Sr, M20 = egy vagy több K/3 (0—5 súly %), NaiO (0 — 18 súly%) és Li20 (0 — 5 súly%). Ez a szabadalom olyan kompozíciók használatát írja le. ahol Sn02-t és Cr2Ó3-t külön-külön vagy együtt alkalmaznak Zr02 mellett azzal a megkötéssel, hogy legalább 0,5 súly % Cr203-nak kell jelen lennie akkor, ha Sn02 nincs jelen. Előnyösek azonban azok a kompozíciók, amelyek Sn02-t tartalmaznak Cr203-al együtt vagy anélkül, és ezeknek az anyagoknak az összes mennyisége 1,5 — 5,5 súly %, előnyösen az Sn02 legalább 1,0 súly %. Az egyetlen példában, amelyben Cr203 van jelen és nincs Sn02, a Cr203 tartalom 3 %, a Zr02 tartalom pedig 20 %. Azt találtuk, hogy 3 súly % Cr203 tartalom és 10 súly % vagy nagyobb Zr02 tartalom esetén olyan liquidus- és viszkozitás-jellemzőkkel rendelkező kompozíciókat kapunk, amelyekből a folytonos szálhúzás lehetetlen. A Cr203 jól ismert üvegkompozíciók alkotójaként, amely a zöld árnyalat biztosítására szolgál. Abban az esetben, ha olyan üvegkompozíciót olvasztunk meg, amely például nátrium- vagy káliumbrikromátot tartalmaz krómforrásként, akkor olyan üveget kapunk, amelyben egyensúly van a háromértékű és a hatértékű krómoxidációs állapotok között. Ennekaz egyensúlynak a megváltoztatására irányuló módszerek, amelyek akár redukáló, akár oxidáló körülményeket szolgáltatnak, jól ismertek az üvegkészítők előtt (Glass Industry 1966. április 200 — 203. oldal, .Conditions influencing the state of oxidation of chromium in soda-lilesilica glasses” és Bulletin of the American Ceramic Society Vol. 47 No. 3, 1968,244 — 247. oldal „Color characteristics of. U.V. absorbing emerald green glass”). Ennek az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
