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Über dieses Buch

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.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Glas- ein faszinierender Werkstoff

Zusammenfassung
Glas gehört zu den ältesten Werkstoffen.
Schon bei der Entstehung der Erde kam es zur glasigen Erstarrung des schmelzflüssigen Magma. Auch bei Vulkaneruptionen können die Ergussgesteine im glasigen Zustand als Obsidian erstarren.
Roman Teschner

2. Die Zachariasen-Warren-Netzwerktheorie

Zusammenfassung
Auf der Basis der Definition des Glases (als unterkühlte Flüssigkeit) wurde von Zachariasen und Warren die sog. Netzwerkhypothese aufgebaut. Laut Zachariasen [Zachariasen, W.H.: Die Struktur der Gläser. Glastechn. Ber. (1933)] und Warren [Warren, B.E.: Summary of work on atomic arrangement in Glas. Jour. Am. Ceram. Soc. 24 (1941)] sind in einem Kristall die (SiO4)-Tetraeder regelmäßig angeordnet.
Roman Teschner

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

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

5. Glasviskosität

Zusammenfassung
Beim Übergang vom festen in den flüssigen Zustand einer Silikatschmelze infolge der Temperatureinwirkung bricht die Fernordnung zusammen.
Roman Teschner

6. Glasoberflächenspannung

Zusammenfassung
Unter Oberflächenspannung versteht man das Verhältnis der zur Vergrößerung der Oberfäche notwendigen Arbeit zur Oberfächenänderung. Die an der Oberfläche wirkende Molekularkraft ist stets danach bestrebt, die Oberfäche zu verkleinern. Dies äußert sich darin, dass sie versucht, an der Grenze zweier Phasen die Flüssigkeitsmasse abzukugeln. Der Körper mit der kleinsten Oberfläche und zugleich mit den wenigsten freien Oberflächenmolekularkräften ist die Kugel.
Roman Teschner

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

8. Thermische Glaseigenschaften

Zusammenfassung
Die Glasherstellung, insbesondere die Glasfaserherstellung im Indirect-Melt-Verfahren ist ein sehr energieintensiver Prozess.
Roman Teschner

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

10. Mechanische Glaseigenschaften

Zusammenfassung
Zu den wichtigsten mechanischen Eigenschaften eines Glases gehören Festigkeit, Elastizität, Brüchigkeit und Härte.
Roman Teschner

11. Optische Eigenschaften

Zusammenfassung
Zu den wichtigsten optischen Eigenschaften gehören die Lichtbrechung und die Lichtdurchlässigkeit. Wegen der Weiterverarbeitung des JMS-C Glases zu Fasern und dann zu Faserendprodukten wie z. B. Garne, Zwirne, Gewebe, Vliese u. a. spielen die optischen Eigenschaften eine nicht so große Rolle. Dies ist auch darauf zurückzuführen, dass die Endprodukte außer Glasfasern auch Präparationen, Bindemittel bzw. eine Polymer-Matrix enthalten. Weil die Lichtbrechung des C-Glases für einige Anwendungen von Bedeutung ist, wird nur diese optische Eigenschaft kurz erörtert.
Roman Teschner

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-chemischen Eigenschaften beeinträchtigen [Besborodov MA: Chemische Beständigkeit der Silicatgläser (1972), Clark et al. Corrosion of glass (1979), Schmidt G: Ergebnisse der Modellierung der chemischen Beständigkeit optischer Gläser und Realwerte der Gläser. Silikattechnik 37 (1986)].
Roman Teschner

13. Einige Aspekte der Kanzerogenität von Fasern

Zusammenfassung
In den letzten Jahren wurde eine lebhafte Debatte über die kanzerogene Wirkung der Mineralfasern durchgeführt.
Roman Teschner

14. Rohstoffe für C- und E-Glasherstellung

Zusammenfassung
Ähnlich der Aufteilung der am Glasaufbau beteiligten Oxide werden Glasrohstoffe aufgeteilt [Jakob, U.; Stötzel, E. et al.: Rohstoffe für die Glasindustrie. HVG-DGG, Fortbildungskurs (2004), Jakob, U.; Stötzel, E. et al.: Rohstoffe für die Glasindustrie. HVG-DGG, Fortbildungskurs (2004), Rzechuła, J.; Teszner, R.: Surowce i technologia materiałów budowlanych-Laboratorium. Skrypt Politechniki Gdańskiej. Gdańsk (1980)].
Roman Teschner

15. Gemengeaufbereitung

Zusammenfassung
Ein präzises, nach vorgegebener Rezeptur zusammengestelltes, homogenes Gemenge ist die erste Voraussetzung für einen Erfolg im technologischen Prozess.
Roman Teschner

16. Schmelzen des Gemenges

Zusammenfassung
Beim Erschmelzen des Gemenges, unabhängig von der Ofenkonstruktion, finden folgende Prozesse statt.
Roman Teschner

17. Elektrische Glasschmelze

Zusammenfassung
Das JMS-C Glas wird in einer Elektrowanne hergestellt [1, 2].
Roman Teschner

18. Glasproduktion

Zusammenfassung
Wie schon erwähnt wird das JMS-C Glas in zwei vollelektrischen Wannen unter Cold-Top-Bedingungen hergestellt [1, 2].
Roman Teschner

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 1930 in den USA und 1939 in Deutschland angefangen. Die ersten industriellen Bushings waren mit 51, dann mit 102 und 204 Düsen (Tips) versehen. Im Bushingsbau werden vorwiegend PtRh-Legierungen mit einem Rhodium-Anteil von 10 bis 20 Ma.-% eingesetzt. Durch Zulegieren von Rhodium infolge der Mischkristallverfestigung erreicht man eine erhebliche Steigerung der Festigkeit. Die konventionellen PtRh-Legierungen zeigen infolge der in der Glasfaserindustrie üblichen langzeitigen Hochtemperatureinwirkungen starkes Kornwachstum und daraus resultierend Festigkeitsabfall. Da die Korngrößen häufig die Größenordnung der verwendeten Blechdicken erreichen, steigt die Korrosionsanfälligkeit entlang der Korngrenzen beträchtlich [Einsatz von DPH-Legierungen in der Glasindustrie. Glas-Ingenieur. Nr. 2. (2000)]. Dadurch wird die Lebensdauer von Bushings beeinträchtigt und die Produktionskosten steigen.
Roman Teschner

20. Schlichte

Zusammenfassung
Die Glasfasern, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung, sind knick- und scheuerempfindlich [Textilglas für die Kunststoffverstärkung. Zechner & Hüthig Verlag (1972)].
Roman Teschner

21. Direkte Textilglasfasererzeugnisse

Zusammenfassung
Zu den wichtigsten linienförmigen Glasfaserprodukten, die im direkten Faserziehprozess hergestellt werden, gehören Rovings, Vorgarne (Glasstapelfaservorgarne) und Hybridgarne.
Roman Teschner

22. Direkte nichttextile Glasfasern

Zusammenfassung
Die wichtigsten nichttextilen Faserprodukte sind unter anderem geschnittene Rovingfasern und superfeine Isolier- und Filtrierfasern.
Roman Teschner

23. Glasfasernadelmatte

Zusammenfassung
Die Nadelmatte wird überwiegend aus Vorgarn-Ausschussfasern ohne Zugabe von Bindemitteln hergestellt.
Roman Teschner

24. Vlies

Zusammenfassung
Ein Glasfaservliesstoff stellt ein nicht gewebtes, dünnes Flächengebilde dar, das aus geschnittenen, einzeln liegenden Glasstapelfasern und einem ausgehärteten Bindemittel besteht. 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. Die Vliesfasern werden mittels einer Strangfasermaschine bzw. im Direct-Chop-Verfahren produziert.
Roman Teschner

25. Basaltfasern

Zusammenfassung
Basaltfasern sind glasige Fasern (ähnlich wie die Glasfasern), die durch schnelle Abkühlung der Schmelze im Ziehprozess ohne Kristallisation erstarren.
Roman Teschner

26. Leachprozess

Zusammenfassung
Glasfaserprodukte werden oft einem Weiterverarbeitungsprozess und einer Veredelung unterzogen. In einem Auslaugungsprozess (Leachprozess) werden unter anderem Hochtemperaturfasern hergestellt.
Roman Teschner

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

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
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