Projekt 25729/01

Verbesserung der technischen Eigenschaften von Glasfasern

Projektträger

Technische Universität Bergakademie Freiberg Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik
Leipziger Str. 28
09596 Freiberg
Telefon: 03731 / 393133

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Untersuchungen zur Verbesserung der technischen Eigenschaften von Glasfasern hatten zum Ziel, ein erprobtes Oberflächenveredelungsverfahren mit Aluminiumtrichlorid aus der Dampfphase auf den Faser-ziehprozess zu übertragen, um vorrangig chemische und mechanische Eigenschaften zu steigern. Erste Versuche, diese Technologie auch auf den Herstellungsprozess von Glasfasern zu übertragen, sind am Insti-tut für Polymerforschung in Dresden (IPF) an einer 200 Düsenziehanlage durchgeführt worden. Die dortige Situation unter halbindustriellen Bedingungen ließ jedoch keine Anpassungen zu und war insgesamt zu in-stabil, so dass nur vereinzelte deutliche Verbesserungen der Fasern erreicht wurden. Dies gab den Anlass zu diesem Projekt, den Faserziehprozess mit AlCl3-Behandlung an einer Monofaseranlage im Labor zu studie-ren, was eine getrennte Variation sämtlicher verfahrenstechnischer Parameter sowie die Untersuchung un-terschiedlicher Glassysteme erlaubt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenFür die wissenschaftliche Untersuchung des Faserziehprozesses bei Verwendung des genannten
Oberflächenverdelungsverfahrens wurden folgende Arbeitsschritte durchgeführt.
1.) Bau eines Ofens für Temperaturen bis 1500°C und einer Glasfaserziehanlage zur Oberflächenbe-handlung mit AlCl3.
2.) Untersuchung der Ziehfähigkeit verschiedener Gläser: E-Glas, Alkali-Erdalkalisilikatglas, Wasserglas und Glas aus Reststoffschmelzen
3.) Bei jedem dieser Gläser muss in Abhängigkeit von Temperatur, Konzentration des AlCl3 und der um-gebenden Atmosphäre mit der für die chemische Beständigkeit und Festigkeit optimale Betriebspunkt gefunden werden.
4.) Untersuchung verschiedener Auftragsmethoden und weiterer Aluminiumträger zur Modifizierung der
Glasoberfläche.


Ergebnisse und Diskussion

Es konnte gezeigt werden, dass auch Gläser mit außergewöhnlichen Zusammensetzungen und Verarbei-tungseigenschaften, wie Wasserglas oder Gläser aus Reststoffen, sich zu Endlosfasern verspinnen lassen. Die Veredelung der Glasoberfläche mit Aluminium-haltigen Verbindungen ist sowohl im noch heißen Zustand an der Ziehzwiebel über eine Dampfphase möglich, als auch an der gerade erkalteten Faser durch flüssige oder dampfförmige Verbindungen und eine nachträgliche Erwärmung auf Reaktionstemperatur. Die Behand-lungserfolge wurden über die Wasserbeständigkeit der Fasern und ihre Zugfestigkeit bewertet.

In jedem Fall konnte eine deutliche Verbesserung der hydrolytischen Beständigkeit erreicht werden, was einen Ersatz chemisch hochwertiger Gläser (E-Glas) durch billigeres Kalknatronsilikatglas mit entsprechender Nachbehandlung in Aussicht stellt. Neben Einsparmöglichkeiten bei den Rohstoffen ergeben sich Vorteile durch eine Senkung der Schmelztemperatur. Kritischer zu bewerten ist die Oberflächenbehandlung hinsicht-lich der erwarteten Festigkeitssteigerung. Bei E-Glas konnte die stärkste Zunahme der Zugfestigkeit festge-stellt werden, während andere Glassorten eher geringe Verbesserungen aufwiesen. Es ist anzunehmen, dass hier noch großes Verbesserungspotential im Prozess vorhanden ist.

Darüber hinaus sind erweiterte Einsatzmöglichkeiten der veredelten Gläser zu erkennen. Interessant er-scheinen auch die Möglichkeiten, in den vorhandenen Produktionen durch verfahrenstechnische Erkenntnisse (Grenzflächenspannung, Ziehgeschwindigkeit - E Modul, Online Dickenmessung) die Qualitäten und damit Einsatzgebiete der Glasfasern zu vergrößern.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Teilergebnisse der vorliegenden Arbeit wurden in Form eines Posters auf der 83. Glastechnischen Tagung in Amberg im Mai 2009 vorgestellt, ferner mit einem Vortrag im Fortbildungskurs Neuentwicklungen in der Glasindustrie der TU Bergakademie Freiberg, Oktober 2009. Eine weitere Präsentation ist zur 84. Glastech-nischen Tagung und 10th ESG Conference, 30.05. - 02.06.2010, in Magdeburg vorgesehen, sowie zur inter-nationalen Fachmesse glasstec 28.09. - 01.10.2010 in Düsseldorf.


Fazit

Durch eine Stabilisierung und Optimierung der Produktionsbedingungen (Online Faserdickenmessung mit Rückkopplung auf die Ziehmaschine, Beeinflussung der Atmosphäre im Ziehprozess) sind Eigenschaftsopti-mierungen innerhalb der bisherigen Produktion möglich, wobei gleichzeitig Produktivitätssteigerungen (Mini-mierung der Faserabrissproblematik) resultieren.
Die erreichten Eigenschaftsverbesserungen lassen es möglich erscheinen, bisher verwendete teure Glaszusammensetzungen durch preiswertere Gläser mit modifizierten Oberflächen zu ersetzten bei glei-chen oder sogar verbesserten Eigenschaften

Übersicht

Fördersumme

76.700,00 €

Förderzeitraum

01.04.2008 - 31.12.2009

Bundesland

Sachsen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik