стекло для производства непрерывного стекловолокна

Формула изобретения

Стекло для производства непрерывного стекловолокна, включающее SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO ₂, R₂O (Na₂O+K₂O), ZrO ₂, отличающееся тем, что оно содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

SiO2	50,0-60,0
Al2O3	10,0-20,0
CaO	12,0-16,0
MgO	6,0-10,0
TiO2	4,0-10,0
R2O (Na 2O+K2O)	0,1-0,7
ZrO2	0,01-0,4
Fe2O3	0,01-0,5,

причем стекло обладает низкой температурой верхнего предела кристаллизации 1240°С и химической стойкостью - 1-й гидролитический класс.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к составам стекол для производства непрерывного, высокомодульного, прочного и химически стойкого стекловолокна, которое может быть использовано для изготовления ровингов и тканей различного назначения, а также в качестве армирующих материалов для стеклопластиковых изделий, используемых в кислых и щелочных средах.

На модуль упругости, прочность и химическую устойчивость стеклянного волокна большое влияние оказывает химический состав стекла.

Известен состав стекла для производства стекловолокна (патент РФ № 2129102, кл. С03С 13/02, 1997 г.), включающий, мас.%:

SiO2	57,0-60,0
Al2O3	20,0-27,0
MgO	10,0-16,0
ZrO2	0,05-0,6
Fe2O3	0,1-0,6
K2O	0,15-0,35
Na2О	0,03-0,1

Недостатком этого состава являются высокие значения температуры варки стекла и верхнего предела кристаллизации, низкая вязкость расплава при формовании стеклянного волокна, короткий температурный интервал выработки, вследствие чего наблюдаются нестабильный процесс выработки волокна и высокая капельная обрывность.

Также известно стекло для получения высокопрочного и высокомодульного волокна (патент ЕР № 2450321 А1, кл. С03С 13/02, 2012 г. - аналог), включающий, мас.%:

SiO2	56,0-64,0
Al2O3	13,0-20,0
CaO	8,0-13,0
MgO	7,0-12,0
TiO2	0-2,5
Li2O	0-0,08
Na2O+K2 O	0-1,0
ZrO 2	0-2,0
Fe2O3	0-0,6
F2O	0-0,6

Однако у этих безборных составов недостаточно высокий модуль упругости, а наличие щелочей, особенно оксида лития, ухудшает химическую стойкость и диэлектрические свойства волокна. Кроме того, наличие тугоплавкого оксида циркония в количестве до 2% затрудняет процесс варки стекла и выработки волокна, снижает коэффициент полезного времени (КПВ) процесса формования и значительно повышает капельную обрывность.

Наиболее близким к заявленному составу по технической сущности и достигаемому результату является стекло для производства стекловолокна (патент РФ № 2263639, кл. С03С 13/00, 2004 г. - прототип), включающий, мас.%:

SiO2	58,0-60,0
Al2O3	12,0-14,0
CaO	20,0-22,0
MgO	3,0-5,0
TiO2	0,01-1,9
R2O(Na 2O+K2O) до	1,0
ZrO2	0,01-2,0

Данное стекло обладает модулем упругости 7700 МПа, прочностью волокна 3400 МПа.

Недостатком данного состава являются невысокие значения прочности (3400 МПа) и модуля упругости (7700 МПа).

Заявленное изобретение направлено на ликвидацию указанных недостатков данного состава стекла, предназначенного для производства непрерывного стеклянного волокна.

Главным критерием, определяющим достижение новых качественных характеристик и создание нового вида изделий, являются не только повышение отдельных показателей, таких как модуль упругости, прочность, высокая химстойкость и их сочетание, но и улучшенные технологические свойства, обеспечивающие стабильность и безобрывность процесса формования стеклянного волокна на многофильерных стеклоплавильных сосудах с высоким коэффициентом полезного времени.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке высокотехнологичного высокомодульного состава стекла, позволяющего осуществить стабильный процесс выработки непрерывного волокна, гарантирующего повышение КПВ процесса формования волокна и снижение капельной обрывности, т.е. производительности стеклоплавильного сосуда. Достижение этой задачи обеспечивает получение высокотехнологичного высокомодульного волокна с повышенной прочностью (высокой разрывной нагрузкой комплексной и крученой нити), низким коэффициентом вариации прочности, обеспеченным высоким КПВ и низкой капельной обрывностью, а также хорошей химической стойкостью в кислых и нейтральных средах.

Перечисленные задачи достигаются присутствием в составе кальций-магнийалюмосиликатного стекла диоксида титана в достаточном количестве (от 4 до 10 мас.%), которое в сочетании с микродобавками оксида циркония от 0,01 до 0,04 мас.%, оксида железа от 0,01 до 0,50 мас.% и оксидов щелочных металлов калия и натрия от 0,01 до 0,70 мас.% обеспечивает высокий модуль упругости, повышенную прочность и химическую стойкость 1-й гидролитический класс.

Технический результат достигается тем, что стекло для производства непрерывного стекловолокна, включающее SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, R₂O (Na₂O+K₂ O), ZrO₂, содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%:

SiO2	50,0-60,0
Al2O3	10,0-20,0
CaO	12,0-16,0
MgO	6,0-10,0
TiO2	4,0-10,0
R2O(Na 2O+K2O)	0,1-0,7
ZrO2	0,01-0,4
Fe2O3	0,01-0,5,

причем стекло обладает низкой температурой верхнего предела кристаллизации 1240°С и химической стойкостью - 1-й гидролитический класс.

Пример 1. Для получения предлагаемого состава готовят шихту, содержащую (мас.%): SiO₂ - 55,5; Al₂O ₃ - 14,0; CaO - 14,0; MgO - 8,0; TiO₂ - 8,0; R₂O - 0,3; ZrO₂ - 0,1; Fe₂O ₃ - 0,1. Шихту загружают в печь и плавят при температуре 1550-1570°С, затем из расплавленной стекломассы формуют непрерывное стеклянное волокно диаметром 8-10 мкм при температуре 1350-1370°С на многофильерном стеклоплавильном сосуде. Примеры 1, 2 и 3 приведены в таблице 1.

Таблица 1
Оксиды, мас.% и свойства	Примеры
	1	2	3
SiO2	55,5	52,0	59,5
Al2O3	14,0	12,0	19,2
CaO	14,0	15,0	12,0
MgO	8,0	10,0	4,0
TiO2	8,0	10,0	4,0
R2O	0,3	0,7	0,4
ZrO2	0,1	0,2	0,4
Fe2O3	0,1	0,1	0,5
Модуль упругости, МПа	90000	93000	91000
Прочность волокна, МПа	4100	4200	4000
Температура формования при log =3,0	1250	1240	1230
Химическая устойчивость	13	16	17
H2O	80	90	100
1н. HCl	450	480	430
1н. NaOH	1 гидрол класс	1 гидрол класс	1 гидрол класс
Диэлектрическая проницаемость при 25°С и 60 Гц	7,0	6,9	6,8
Коэффициент полезного времени (КПВ) процесса выработки волокна	0,95-0,98	0,92-0,95	0,94-0,97
Капельная обрывность, количество капель/ч	0,4-0,6	0,6-0,8	0,5-0,7
Температура верхнего предела кристаллизации, °С	1240	1250	1235
Разрывная нагрузка комплексной нити, Н	22-24	20-22	21-23

Таким образом, использование изобретения позволяет создать высокомодульное, прочное и химически стойкое непрерывное стеклянное волокно, которое может быть использовано для изготовления ровингов и тканей различного назначения, в том числе электроизоляционного, в качестве армирующих материалов для стеклопластиковых изделий, применяемых в кислых и щелочных средах.