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2021 | Book

Glasfasern

Author: Dr. Roman Teschner

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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About this book

Das Buch stellt eine wichtige Datenquelle von physikalisch-chemischen Eigenschaften der Fasergläser, Glasfasern und der für ihre Herstellung eingesetzten Glasrohstoffe und technologischen Prozessparameter dar. Es hilft dem Leser die Eigenschaften der Fasergläser und Glasfasern besser zu verstehen, um sie im Herstellungsprozess und in der Weiterverarbeitung optimal einzusetzen. Die Herstellprozesse der verschiedenen Glasfaserprodukte wurden in einer kompakten Form kurz und verständlich dargestellt. Das Buch kann sowohl den Glasfachleuten, den Compositsspezialisten, die in der Forschung und Entwicklung bzw. in der Produktion tätig sind, als auch Studierenden der Fachbereiche Glaschemie, Glastechnologie und Werkstoffwissenschaften sehr behilflich sein. Das Buch wurde von einem Praktiker geschrieben, der die Faserglasentwicklung und die Glasfaserproduktion sowie Faserziehprozesse über 20 Jahre aktiv begleitet und erforscht hat. Dr. Teschner ist Autor von zahlreichen Patenten und Fachveröffentlichungen.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Glas- ein faszinierender Werkstoff
Zusammenfassung
Glas gehört zu den ältesten Werkstoffen.
Roman Teschner
Kapitel 2. Die Zachariasen-Warren-Netzwerktheorie
Zusammenfassung
Auf der Basis der Definition des Glases (als unterkühlte Flüssigkeit) wurde von Zachariasen und Warren die s. g. Netzwerkhypothese aufgebaut. Laut Zachariasen [13] und Warren [11] sind in einem Kristall die [SiO4]-Tetraeder regelmäßig angeordnet.
Roman Teschner
Kapitel 3. Wirkung von Netzwerkbildnern, Netzwerkwandlern und Zwischenoxiden in der Glasschmelze und im Glas
Zusammenfassung
Die chemische Zusammensetzung eines Glases hat einen entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften der Glasschmelze und auf die Eigenschaften der daraus hergestellten Produkte wie z. B. Glasfasern.
Roman Teschner
Kapitel 4. Erstarrung der Schmelze und Kristallisation
Zusammenfassung
Wie schon erwähnt besitzen Gläser keinen festen Schmelzpunkt. Die glasig-amorphe Erstarrung einer flüssigen Schmelze (Übergang nicht in einen kristallinen, sondern in einen glasigen Festkörper) stellt einen Sonderfall des Erstarrungsverhaltens dar. Die meisten Salze schmelzen und kristallisieren beim Abkühlen bei derselben Temperatur.
Roman Teschner
Kapitel 5. Glasviskosität
Zusammenfassung
Beim Übergang vom festen in den flüssigen Zustand einer Silikatschmelze infolge der Temperatureinwirkung bricht die Fernordnung zusammen. Die einzelnen Baugruppen, Bauelemente wie z. B. [SiO4]-Tetraeder haben eine große Bewegungsfreiheit, die eine Funktion der Temperatur ist.
Roman Teschner
Kapitel 6. Glasoberflächenspannung
Zusammenfassung
Unter Oberflächenspannung versteht man das Verhältnis der zur Vergrößerung der Oberfläche notwendigen Arbeit zur Oberflächenänderung. Die an der Oberfläche wirkende Molekularkraft ist stets danach bestrebt, die Oberfläche zu verkleinern.
Roman Teschner
Kapitel 7. Glasdichte
Zusammenfassung
Mit der Messung der Dichte lässt sich sehr einfach die Konstanz der chemischen Zusammensetzung eines hergestellten Glases kontrollieren. Die Messung besagt aber wenig über die Anwesenheit von glastechnischen Fabrikationsfehlern (Gispen, Steinchen, Schlieren, Farbstich u. a.) im hergestellten Produkt [1, 2].
Roman Teschner
Kapitel 8. Thermische Glaseigenschaften
Zusammenfassung
Die Glasherstellung insbesondere die Glasfaserherstellung im Indirect-Melt-Verfahren, ist ein sehr energieintensiver Prozess.
Roman Teschner
Kapitel 9. Elektrische Glaseigenschaften
Zusammenfassung
Moderne Gläser finden ihre Anwendung unter anderem in der Elektronik, Optoelektronik und in der Elektrotechnik. In diesen Bereichen insbesondere in der Optoelektronik, die sich mit der wechselseitigen Umwandlung von optischen und elektrischen Signalen befasst, sind die elektrischen Eigenschaften dieser Gläser im Niedrigtemperaturbereich von Bedeutung.
Roman Teschner
Kapitel 10. Mechanische Glaseigenschaften
Zusammenfassung
Zu den wichtigsten mechanischen Eigenschaften eines Glases gehören Festigkeit, Elastizität, Brüchigkeit und Härte. Die mechanischen Eigenschaften hängen nicht nur mit der chemischen Glaszusammensetzung, sondern auch mit dem technologischen Prozess zusammen [1, 2].
Roman Teschner
Kapitel 11. Optische Eigenschaften
Zusammenfassung
Zu den wichtigsten optischen Eigenschaften gehören die Lichtbrechung und die
Roman Teschner
Kapitel 12. Chemische Beständigkeit
Zusammenfassung
Eine der wichtigsten Eigenschaften eines Glases ist seine chemische Beständigkeit.
Glas ist nur scheinbar resistent gegenüber wässrigen Lösungen.
Gläser in Abhängigkeit vom Milieu und von ihrer chemischen Zusammensetzung unterliegen Korrosionsprozessen, die ihre physikalisch-chemische Eigenschaften beeinträchtigen [1–3].
Roman Teschner
Kapitel 13. Einige Aspekte der Kanzerogenität von Fasern
Zusammenfassung
In den letzten Jahren wurde eine lebhafte Debatte über die kanzerogene Wirkung der Mineralfasern durchgeführt.
Die kanzerogene Wirkung von Asbest ist allgemein bekannt, obwohl der genaue Mechanismus der Tumorentstehung bis heute ungeklärt blieb.
Roman Teschner
Kapitel 14. Rohstoffe für C-und E-Glasherstellung
Zusammenfassung
Voraussetzung für den Erfolg im technologischen Prozess der Glasherstellung ist unter anderem die Konstanz der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Glasrohstoffe. Außerdem für die Glasqualität sind der Transport, die Lagerung, das Abwiegen, die Mischung der Rohstoffe und das Einlegen des Gemenges von sehr großer Bedeutung.
Roman Teschner
Kapitel 15. Gemengeaufbereitung
Zusammenfassung
Ein präzises, nach vorgegebener Rezeptur zusammengestelltes, homogenes Gemenge ist die erste Voraussetzung für einen Erfolg im technologischen Prozess. Nur wenn ein einwandfreies Gemenge für die Beschickung der Elektroschmelzwanne.
Roman Teschner
Kapitel 16. Schmelzen des Gemenges
Zusammenfassung
Beim Erschmelzen des Gemenges, unabhängig von der Ofenkonstruktion, unterscheidet man folgende Etappen: Das wichtigste Stadium im Schmelzprozess stellen die chemischen Reaktionen und polymorphischen Phasenumwandlungen dar.
Roman Teschner
Kapitel 17. Elektrische Glasschmelze
Zusammenfassung
Das C- Glas wird meistens in einer Elektrowanne hergestellt.
Roman Teschner
Kapitel 18. Glas- und Glasfaserproduktion
Zusammenfassung
Wie schon erwähnt, wird ein C- Glas meistens in vollelektrischen Wannen unter
Roman Teschner
Kapitel 19. Bushings
Zusammenfassung
Die Methode, die Glasfaser mittels Glasfaserdüsen (Bushings) herzustellen, wurde zuerst 1908 vom W.v. Paczinsky in Hamburg demonstriert. Die Produktion der Textilglasfasern im Düsenziehverfahren hat in 1930 in den USA und 1939 in Deutschland angefangen.
Roman Teschner
Kapitel 20. Schlichte
Zusammenfassung
Die Glasfasern, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung, sind knick- und scheuerempfindlich [1]. Schon während des Faserziehprozesses muss deswegen Vorsorge getroffen werden (Schlichteauftrag), um die Glasfasern gegen die Scheuerwirkung von Glas auf Glas bzw. Glas auf Ziehtrommel und somit vor der Gefahr einer mechanischen Beschädigung zu schützen. Dies wird durch das Auftragen einer Schlichte erreicht.
Roman Teschner
Kapitel 21. Direkte Textilglasfasererzeugnisse
Zusammenfassung
Zu den wichtigsten, linienförmigen Glasfaserprodukten, die im direkten Faserziehprozess hergestellt werden, gehören Rovings, Vorgarne (Glasstapelfaservorgarne) und Hybridgarne.
Roman Teschner
Kapitel 22. Direkte nichttextile Glasfasern
Zusammenfassung
Die wichtigsten nichttextilen Faserprodukte sind unter anderem geschnittene Rovingfasern und superfeine Isolier- und Filtrierfasern.
Roman Teschner
Kapitel 23. Glasfasernadelmatte
Zusammenfassung
Die Nadelmatte wird überwiegend aus Vorgarn-Ausschussfasern ohne Zugabe von Bindemittel hergestellt.
Roman Teschner
Kapitel 24. Vlies
Zusammenfassung
Ein Glasfaservliesstoff stellt ein nicht gewebtes, dünnes Flächengebilde, das aus geschnittenen, einzeln liegenden Glasstapelfasern und einem ausgehärteten Bindemittel besteht, dar. Die Vliese mit einer Dicke von 0,2 bis 1,0 mm und mit einer Flächenmasse von 25 bis 150 g/m2 werden überwiegend aus E- und C-Glasfaser im Nassverfahren hergestellt. Für die Vliesherstellung werden Strangfasern (nasse Glasstapelfasern) mit einem Durchmesser von 8, 10 und 13 µm eingesetzt.
Roman Teschner
Kapitel 25. Basaltfasern
Zusammenfassung
Basaltfasern sind glasige Fasern (ähnlich wie die Glasfasern), die durch schnelle Abkühlung der Schmelze im Ziehprozess ohne Kristallisation erstarren.
Roman Teschner
Kapitel 26. Leachprozess
Zusammenfassung
Glasfaserprodukte werden oft einem Weiterverarbeitungsprozess und einer Veredelung unterzogen. In einem Auslaugungsprozess (Leachprozess) werden unter anderem Hochtemperaturfasern hergestellt. Dem Auslaugungsprozess werden sowohl E-Glasfasern als auch Alkalisilikatglasfasern unterzogen. Faserprodukte aus einem säurebeständigen Glas sind dafür nicht geeignet.
Roman Teschner
Kapitel 27. Weben von Glasfasern
Zusammenfassung
Im Webprozess werden die längslaufenden Kettfäden mit quer zugeführten Schussfäden an einer Webmaschine verkreuzt und zu einem Gewebe vereinigt. Die Fäden liegen dann in bestimmten Abständen über- und untereinander.
Roman Teschner
Kapitel 28. Faserverbundwerkstoffe
Zusammenfassung
In vielen Anwendungen, wo hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht gefordert wird, stößt man mit den konventionellen Werkstoffen an unüberwindbare Leistungsgrenzen. Erst neue Werkstoffe, insbesondere Faserverbundkunststoffe FVK-(Faserverbundwerkstoffe) ermöglichen eine Erweiterung der Leistungshorizonte in vielen Anwendungsbereichen (z. B. Luft- und Raumfahrt).
Roman Teschner
Kapitel 29. Übungsaufgaben
Zusammenfassung
Berechnen Sie die Oberflächenspannung eines S-Glases (Glas mit sehr hoher mechanischer und thermischer Beständigkeit) bei 1300 °C. Die chemische Zusammensetzung des S-Glases als auch die Oxidfaktoren σi sind in der u. a. Tabelle zu finden.
Roman Teschner
Metadata
Title
Glasfasern
Author
Dr. Roman Teschner
Copyright Year
2021
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-64123-1
Print ISBN
978-3-662-64122-4
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-64123-1

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