композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные из этой композиции

Классы МПК:C03C13/00 Составы для волокон или нитей
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):ОСВ ИНТЕЛЛЕКЧУАЛ КЭПИТАЛ, ЭлЭлСи (US)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-12-21
публикация патента:

Изобретение относится к высокопрочным стекловолокнам. Технический результат изобретения заключается в снижении температуры выработки стекловолокна. Композиция для изготовления высокопрочных стеклянных волокон, вырабатываемых методом прямой плавки, включает следующие компоненты, мас.%: SiO2 64-75; Al2 O3 16-26; MgO 8-11; Li2O+Na2 O 0,25-3; CaO не более 2. Стекло имеет температуру ликвидуса менее 26500F и прочность 688-737 kpsi. 2 н. и 11 з.п.ф-лы, 9 табл.

Формула изобретения

1. Композиция для изготовления высокопрочных стеклянных волокон, вырабатываемых методом прямой плавки, включающая, мас.%:

SiO264-75
Al2O3 16-26
MgO 8-11
R2O 0,25-3,


где R2O равно сумме Li2O и Na2O; и

не более чем 2 мас.% CaO,

при этом стекло, изготовленное из данной композиции, имеет ликвидус меньше чем примерно 2650°F и прочность 688-737 kpsi.

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что содержит меньше чем 5 мас.% общего количества соединений, выбранных из группы, состоящей из P2O5, ZnO, ZrO 2, SrO, BaO, SO3, F2, B2 O3, TiO2 и Fe2O3.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что стекло, полученное из нее, имеет композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 T, по меньшей мере, 80°F (44.44°C).

4. Композиция для стеклянных волокон по п.3, отличающаяся тем, что стекло имеет композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 T, по меньшей мере, 120°F (66.67°C).

5. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что стекло имеет температуру выработки стекловолокна меньше чем примерно 2600°F (1427°C).

6. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что включает, мас.%:

SiO268-69
Al2O3 20-22
MgO 9-10
Li2O 1-3

7. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что содержание в ней Li2O составляет 1,75-3,0 мас.%.

8. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что ее компоненты расплавляются в стеклоплавильной печи.

9. Высокопрочное стекловолокно, формованное путем плавления стекольной шихты в стеклоплавильной печи, включающее, мас.%:

SiO264-75
Al2O3 16-24
MgO 8-11
Li2O 0,25-3,


и не более чем 2,0 мас.% CaO,

при этом стекловолокно имеет прочность более 700 kpsi.

10. Стекловолокно по п.9, отличающееся тем, что имеет модуль больше чем 12,0 Mpsi.

11. Стекловолокно по п.9, отличающееся тем, что имеет модуль больше чем 12,7 Mpsi.

12. Стекловолокно по п.9, у которого содержание, мас.%:

Al2O3 17-22
MgO 9-11
Li2O 1,75-3

13. Стекловолокно по п.9, включающее, мас.%:

SiO268-69
Al2O3 20-22
MgO 9-10
Li2O 1-3

Описание изобретения к патенту

Область техники и промышленная применимость изобретения

Настоящее изобретение в целом относится к композиции для применения в производстве непрерывного высокопрочного стекловолокна и волокнам, формованным из композиции.

Предпосылки создания изобретения

Обычно используемой композицией для изготовления высокопрочных непрерывных прядей стекловолокна является S-стекло. Термин композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 S-стеклокомпозиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 относится к семейству стекол, состоящих главным образом из оксидов магния, алюминия и кремния, с химическим составом, который позволяет вырабатывать стекловолокно, имеющее более высокую механическую прочность, чем волокна из E-стекла. Химический состав семейства S-стекла позволяет вырабатывать высокопрочное стекловолокно и применять данные стекла в областях, требующих высокой прочности, таких как бронежилет. Стандарт ASTM определяет S-стекло как семейство стекол, состоящих главным образом из оксидов магния, алюминия и кремния с подтвержденным химическим составом, который соответствует техническим характеристикам материала и который позволяет получить высокую механическую прочность (D578-05). Институт стандартизации Германии (DIN) определяет S-стекло как алюмосиликатное стекло без добавленного CaO, содержащее массовую долю MgO, где MgO составляет примерно 10% по массе (Алюмосиликатное стекло определено как стекло, которое состоит преимущественно из триоксида алюминия, диоксида кремния и других оксидов) (DIN-1259-1).

R-стекло представляет собой другое семейство стекол с высокой прочностью, высоким модулем, которые обычно формуют в волокна, предназначенные для применения в аэрокосмических композитных материалах. R-стекло главным образом состоит из оксида кремния, оксида алюминия, оксида магния и оксида кальция с химическим составом, который позволяет вырабатывать стекловолокно с более высокой механической прочностью, чем волокна из S-стекла. R-стекло, в целом, содержит меньшее количество оксида кремния и большее количество оксида кальция (СаО), чем S-стекло, которое требует более высоких температур плавления и переработки во время формования волокна.

В Таблицах IA-IE представлены композиционные составы некоторых обычно используемых составов высокопрочного стекла.

ТАБЛИЦА I-A
КомпонентВысокопрочное стекло, Китай Непрерывный пучок из алюмосиликата магния, РоссияNITTOBO композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 Iкомпозиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 стекловолокно <<B>> NITTOBO композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 Iкомпозиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 стекловолокно (Нить) <<C>>
SiO255.08 55.8164.5864.64
CaO0.33 0.380.44 0.40
Аl2О3 25.2223.78 24.4424.57
B2O3 1.85композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 0.030.03
MgO15.96 15.089.95 9.92
Na2O 0.120.0630.08 0.09
Фтор 0.03композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 0.0340.037
TiO2 0.0232.330.019 0.018
Fe 2O31.1 0.3880.1870.180
K2O 0.0390.560.007 0.010
ZrO 20.0070.15 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
Сr2O3 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 0.0110.003 0.003
Li 2Oкомпозиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 1.63композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
СеO2 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951

ТАБЛИЦА I-B

КомпонентNitto Boseki A&P НитьNitto Boseki NT6030 Нить Nitto Boseki ТЕ Glass RST-220PA-535CS Vertotex Saint Gobain SR Glass Stratifils SR CG 250 P109Полоцк Стекловолокно, высокопрочное стекло
SiO2 65.5164.6064.20 63.9058.64
СаО0.44 0.580.630.26 0.61
Аl 2О324.06 24.6025.1024.40 25.41
B 2O3композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 0.04
MgO9.739.90 9.9010.00 14.18
Na2O 0.040.060.020 0.0390.05
Фтор0.07 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 0.02
TiO20.016 0.0000.0000.210 0.624
2O30.067 0.0790.0830.520 0.253
K 2O0.020 0.0200.0200.540 0.35
ZrO 20.079композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
Сr2O3 0.0010композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 0.0010.023
Li2O композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
CeO2 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951

ТАБЛИЦА I-C

КомпонентВысокопрочная пряжа, Китай (8 микрон)Высокопрочные пучки из стекловолокна, КитайВысококачественная пряжа из стекловолокна Zentron S-2, стеклопряжа SOLAIS образец стекла
SiO 255.2255.49 64.7464.81
CaO0.73 0.290.140.55
Аl2О3 24.4224.8824.70 24.51
В 2O33.46 3.52композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 0.02
MgO12.4612.28 10.249.35
Na2O 0.1040.060.17 0.16
Фтор 0.07композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 0.02
TiO20.32 0.360.0150.04
Fe2O3 0.9800.9300.045 0.238
K 2O0.240 0.1500.0050.03
ZrO2 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
Сr2O3 0.0050композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 0.007
Li2O0.59 0.63композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
CeO2 1.231.25композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951

ТАБЛИЦА I-D

Компонент

композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
Высококачественная пряжа из

стекловолокна S-Класс
Culimeta пучки IVG Vertex В96675

пряжа
IVG Vertex пучки из

стекловолокна
IVG Vertex Outside #1

пучки из стекловолокна
SiO2 64.6159.3758.34 58.5858.12
CaO0.17 0.270.310.30 0.31
Аl 2О324.84 25.4923.8124.26 24.09
В 2O30.04 0.05композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
MgO 10.1113.4714.99 15.0215.36
Na2O 0.1180.0240.05 0.020.03
Фтор0.03 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 0.040.04 0.04
TiO 20.0110.530 1.3800.67 0.91
2O3 0.0420.374 0.3330.336 0.303
K2O композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 0.480.42 0.280.29
ZrO2композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 0.1520.129 0.1650.157
Сr2O3 0.00500.01200.0100 0.01200.0120
Li2Oкомпозиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
CeO2 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951

ТАБЛИЦА I-Е

КомпонентIVG Vertex Outside #2 пучки из стекловолокнаRH CG250P 109 пряди из стекловолокна
SiO 258.6958.54
CaO0.29 9.35
Аl 2О324.3 25.39
В2O3 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
MgO 15.066.15
Na2O0.03 0.10
Фтор 0.040.16
TiO20.64 0.008
2O3 0.3310.069
K2O 0.360.14
ZrO20.187 0.006
Сr2O3 0.0130композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
Li2O композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
CeO2 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951

Типовые R-стекло и S-стекло обычно производят путем плавления компонентов композиции в печи для плавления, футерованной платиной. Затраты на формование волокон из R-стекла и S-стекла значительно превышают затраты на производство волокна из Е-стекла из-за стоимости выработки волокон в таких печах. Таким образом, существует потребность в данной области в способах формования составов стекла, которые были бы эффективными для выработки высококачественных стеклянных волокон методом прямой плавки.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение относится к стекольной композиции для формования непрерывных стеклянных волокон, пригодных для использования в областях, требующих высокой прочности. Композиция может быть формована с небольшими затратами в стекловолокно с использованием экономичного метода прямой плавки в печах, футерованных огнеупорным материалом, благодаря относительно низкой температуре выработки стекловолокна из композиции. После формования в волокна стекольная композиция обеспечивает прочностные характеристики S-стекла. В одну композицию настоящего изобретения входит 64-75 мас.% SiO 2; 16-24 мас.% Al2O3; 8-11 мас.% MgO и от 0,25 до 3,0 мас.% R2O, где R2O равно сумме Li2O и Na2O. Композиция настоящего изобретения включает 64-75 мас.% SiO2; 16-24 мас.% Аl2О3; 8-11 мас.% MgO и от 0,25 до 3,0 мас.% Li2O. В предпочтительном варианте стекольная композиция включает 64-70 мас.% SiO2; 17-22 мас.% Аl2О3; 9-11 мас.% MgO и 1,75-3,0 мас.% R2O, где R2O равно сумме Li2 O и Na2O. В другом предпочтительном варианте в стекольную композицию входит 64-70 мас.% SiO2; 17-22 мас.% Аl 2О3; 9-11 мас.% MgO и 1,75-3,0 мас.% Li 2O. Предпочтительно, чтобы в композицию входило не более чем примерно 5,0 мас.% оксидов или соединений, выбранных из группы, состоящей из CaO, P2O5, ZnO, ZrO2 , SrO, BaO, SO3, F, В2O3, TiO 2 и Fе2О3.

Желательные свойства высококачественных композитных волокон, произведенных с помощью настоящего изобретения, включают температуру выработки стекловолокна, которая меньше чем 2650°F (1454°С), предпочтительно меньше чем примерно 2625°F (1441°С), более предпочтительно меньше чем примерно 2600°F (1427°С) и более всего предпочтительно меньше чем примерно 2575°F (1413°С), и температуру ликвидуса, которая предпочтительно ниже температуры выработки стекловолокна, по меньшей мере, на 80°F (44°С), более предпочтительно, по меньшей мере, на 120°F (66.67°С) и более всего предпочтительно, по меньшей мере, на 150°F (83.33°С). Настоящее изобретение также включает волокна, формованные из таких композиций.

Подробное описание и предпочтительные варианты изобретения

Характеристики выработки стекловолокна из композиции стекольной шихты настоящего изобретения включают температуру выработки стекловолокна, ликвидус и дельта-Т. Температура выработки стекловолокна определена как температура, которая соответствует вязкости 1000 П. Как отмечено более подробно ниже, пониженная температура выработки стекловолокна снижает затраты на производство волокон, обеспечивает более длительный срок службы фильеры, увеличивает производительность, позволяет стеклу плавиться в стеклоплавильной печи, футерованной огнеупорным материалом, и сокращает потребление энергии. Например, при более низкой температуре выработки стекловолокна фильера функционирует при более холодной температуре и не «изгибается» так быстро. Изгиб является феноменом, который возникает в фильерах, которые содержатся при повышенной температуре в течение длительного времени. При понижении температуры выработки стекловолокна скорость изгиба фильеры может быть снижена и срок службы фильеры может быть увеличен. К тому же более низкая температура выработки стекловолокна обеспечивает более высокую производительность, так как может быть расплавлено большее количество стекла за определенный период при определенном потреблении энергии. В результате затраты на производство могут быть снижены. К тому же более низкая температура выработки стекловолокна также позволяет стеклу формоваться способом изобретения и композиции плавиться в стеклоплавильной печи с огнеупорной футеровкой, так как обе температуры, плавления и выработки, находятся ниже верхних температур эксплуатации многих коммерчески доступных огнеупорных материалов.

Ликвидус стекла определен как самая высокая температура, при которой существует равновесие между жидким стеклом и его исходной кристаллической фазой. При всех температурах выше ликвидуса стекло свободно от кристаллов в его первичной фазе. При температурах ниже ликвидуса возможно образование кристаллов. Кристаллы в расплаве могут вызвать забивку фильеры и понижение прочности волокон.

Другой характеристикой выработки стекловолокна является дельта-Т (композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 Т), которая определена как разность между температурой выработки стекловолокна и ликвидусом. Большая величина композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 Т предполагает более высокую степень гибкости при формовании стеклянных волокон и помогает ингибировать расстекловывание стекла (то есть образование кристаллов в расплаве) во время плавления и выработки стекловолокна. Повышение композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 Т также снижает затраты на производство стеклянных волокон путем обеспечения более длительного срока службы фильеры и более широкого окна процесса для формования волокна.

Стекла настоящего изобретения пригодны для плавления в обычных коммерчески доступных стеклоплавильных печах, футерованных огнеупорным материалом, которые широко используются в производстве армирующего стекловолокна. Компоненты исходной шихты обычно включают SiO 2 (кварцевый песок) и Аl2О3 (кальцинированный оксид алюминия) или пирофиллит, а также модификаторы из сырьевых материалов, таких как магнезит или доломит. Углерод, включенный в материалы, такие как магнезит, удаляется в виде оксидов углерода, таких как СО2.

Волокно, формованное согласно настоящему изобретению, предпочтительно включает 64-75 мас.% SiO2, 16-24 мас.% Аl2О3 , 8-11 мас.% MgO и от 0,25 до 3,0 мас.% R2O, где R 2O является суммой Li2O, Na2O. Более предпочтительно, чтобы стекольная композиция включала от 0,25 до 3,0 мас.% Li2O, а не комбинацию Li2O и Na2O. В другом предпочтительном варианте стекольная композиция включает 64-70 мас.% SiO2, 17-22 мас.% Аl2O3, 9-11 мас.% MgO и от 1,75 до 3,0 мас.% R2O, где R2O является суммой Li 2O, Na2O. Более предпочтительно, чтобы композиция включала от 1,75 до 3,0 мас.% Li2O. Волокно, формованное согласно настоящему изобретению, обычно включает незначительные количества CaO, P2O5, ZnO, ZrO2 , SrO, BaO, SO3, F2, В2О 3, TiO2 и Fе2О3, предпочтительно в общем количестве менее 5 мас.% и более предпочтительно менее чем примерно 4 мас.%. К тому же волокно, формованное согласно способу и составу настоящего изобретения, будет иметь температуру выработки стекловолокна меньше чем примерно 2650°F (1454°С), предпочтительно меньш, чем примерно 2625°F (1441°С), более предпочтительно меньше чем примерно 2600°F (1427°С) и более всего предпочтительно меньше чем примерно 2575°F (1413°С) и/или температуру ликвидуса, которая предпочтительно ниже температуры выработки стекловолокна, по меньшей мере, на 80°F, более предпочтительно, по меньшей мере, примерно на 120°F (66.67°С) и более всего предпочтительно, по меньшей мере, примерно на 150°F (83.33°С). Кроме того, стекло настоящего изобретения предпочтительно будет иметь прочность свежевыработанного волокна, превышающую 680 kpsi, более предпочтительно, чтобы прочность превышала примерно 700 kpsi и более всего предпочтительно, чтобы прочность превышала примерно 730 kpsi. Кроме того, стеклянные волокна будут предпочтительно иметь модуль больше чем 12,0 mpsi, предпочтительно больше чем примерно 12,18 mpsi, более всего предпочтительно больше чем примерно 12,6 mpsi.

Стекольная шихта настоящего изобретения предпочтительно плавится с использованием стеклоплавильной печи, изготовленной из соответствующих огнеупорных материалов, таких как глинозем, оксид хрома, кремнезем, алюмосиликат, циркон, оксиды алюминия-циркония-кремния или аналогичных огнеупорных материалов на основе оксидов. Часто такие стеклоплавильные печи включают один или более барботеров и/или электрических бустерных электродов (одна пригодная стеклоплавильная печь раскрыта в Американской заявке 20070105701 с названием «Способ производства высококачественного стекловолокна в футерованной огнеупорным материалом стеклоплавильной печи и волокна, формованные с ее использованием», включенной здесь в виде ссылки). Барботеры и электрические бустерные электроды повышают температуру стеклянной массы и увеличивают циркуляцию стекломассы под люковым закрытием.

Расплавленное стекло поступает в сборочный узел фильеры из канала питателя. Фильера включает верхнюю пластину со множеством форсунок, при этом каждая форсунка выгружает поток расплавленного стекла, которые механически вытягиваются для формования непрерывных волокон. Обычно волокна покрывают защитным составом замасливателя, собирают в одну непрерывную прядь и наматывают на вращающуюся бобину наматывающего аппарата для формирования пакета. Волокна также могут быть переработаны в другие формы, включающие, без ограничения, влажное рубленое волокно, сухое рубленое волокно, мат из рубленого стекловолокна, влажные формованные маты или пневмоуложенные маты.

Помимо общего описания данного изобретения, дополнительное понимание можно получить при обращении к определенным конкретным примерам, обеспеченным здесь только для иллюстрации и не предполагаются быть исчерпывающими или ограничивающими, если не указано иное.

ПРИМЕРЫ

Стекла в примерах, перечисленных в Таблицах IIА-IID, были расплавлены в платиновых тиглях или в непрерывной футерованной платиной стеклоплавильной печи для определения механических и физических свойств стекла, и выработанных из них волокон. Единицами измерения для физических свойств являются: вязкость (°F), температура ликвидуса (°F) и композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 Т (°F). В некоторых примерах стекла были выработаны в стекловолокно и измерены прочность (kpsi), плотность (г/см 3) и модуль (mpsi).

Температуру выработки стекловолокна измеряли с помощью ротационного шпиндельного вискозиметра. Вязкость выработки стекловолокна была определена как 1000 П. Ликвидус измеряли путем помещения платинового контейнера, заполненного стеклом, в печь с градиентом температур на 16 ч. Самая большая температура, при которой присутствовали кристаллы, была принята как температура ликвидуса. Модуль измеряли с использованием ультразвукового метода на одном волокне стекла. Прочность на разрыв измеряли на свежевыработанном единичном волокне.

Таблица II-A
СтеклоПример 1 Пример 2Пример 3 Пример 4Пример 5 Пример 6
SiO2 67.269 677070 65
Аl2О3 2022 221717 21
MgO 9.8911 111011
Li2O 300 233
композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
Измеренная вязкость (°F) (°С)2531 27612648 255725582461
13881516 14531403 14031349
1-й измеренный ликвидус (°F)2313 26192597 233223022296
(1267)(1437) (1425)(1278) (1261)(1258)
2-й измеренный ликвидус (°F)2302 26202614 234623082318
(1261)(1438) (1434)(1286) (1264)(1270)
композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 Т (°F)218 14251225 256165
(121.1)(78.89) (28.33)(125) (142.2)(91.67)
Измеренная плотность (г/см3) 2.4592.4522.481 2.4502.441 2.482

Таблица II-В
СтеклоПример 7 Пример 8Пример 9 Пример 10Пример 11 Пример 12
SiO2 7069 706566 65
Аl2О3 1817 212222 22
MgO 9119 11910
Li2O 330 233
композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
Измеренная вязкость °F (°C)2544 249627522525 25232486
(1396)(1369) (1511)(1385) (1384)(1363)
1-й измеренный ликвидус °F (°C) 231122342597 24682391 2361
(1266) (1223)(1425)(1353) (1311)(1294)
2-й измеренный ликвидус °F (°C)2324 234326032462 23942382
(1273)(1284) (1428)(1350) (1312)(1306)
композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 Т °F (°С)233 26215557 132125
(129.44)(145.56) (86.11)(31.67) (73.33)(69.44)
Измеренная плотность (г/см3 )2.4342.455 2.4432.486 2.4602.474

Таблица II-C

СтеклоПример 13 Пример 14Пример 15 Пример 16Пример 17 Пример 18
SiO270 67.3267.5768.27 68.0267.76
Аl2О3 1920.4920.49 20.1020.10 20.10
MgO 1110.0010.00 9.699.69 9.69
Li2O 02.001.75 1.752.00 2.25
композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
Измеренная вязкость °F(°C)2679 256325842598 25782547
(1471)(1406) (1418)(1426) (1414)(1397)
1-й измеренный ликвидус °F(°C) 259624562486 24462431 2399
(1424) (1347)(1363)(1341) (1333)(1315)
2-й измеренный ликвидус °F(°С) 25822447 246924692437 2406
(1417) (1342)(1354) (1354)(1354)(1319)
композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 Т °F (°C)83 111.5106.5140.5 144144.5

композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 (46.11) (61.94)(59.17) (78.06)(80)(80.28)
Измеренная плотность (г/см3 )2.453композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 2.461композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 2.452композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951

Составы настоящего изобретения могут также включать модификаторы, такие как Na2O, CaO и В2О3. Такие составы показаны в Таблице II-D (ниже).

Таблице II-D
СтеклоПример 19 Пример 21Пример 22 Пример 22Пример 23 Пример 24
SiO2 7566 656566 74
Аl2О3 1520 202419 15
MgO 898 898
Li2O 112 000
Na2O 121 123
CaOкомпозиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 24 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
В2О3 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 24 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951
Измеренная вязкость °F(°С)2765 260724692669 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 2809
(1518)(1431)(1354) (1465)(1542.78)
1-й измеренный ликвидус °F(°С)2422 2729композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 26142630 2680
(1328) (1498)(1434) (1443)(1471)
композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 Т °F (°С)343 -122композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 55 композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 129
(190.55)(-67.78) (30.56)(71.67)

Волокна настоящего изобретения имеют превосходные характеристики модуля и прочности. Волокна Примера 1 имеют измеренный модуль, равный 12,71 mpsi и измеренную прочность 688 kpsi. Волокна Примера 3 имеют измеренный модуль, равный 12,96 mpsi и измеренную прочность 737 kpsi. Волокна Примера 17 имеют измеренный модуль, равный 12,75 mpsi и измеренную прочность 734 kpsi.

Как понимается в данной области, приведенные выше иллюстративные составы изобретения не всегда составляют 100% перечисленных компонентов из-за статистических допусков (таких как округление и усреднение) и того факта, что некоторые композиции могут включать примеси, которые не перечислены. Разумеется, фактическое количество всех компонентов композиции, включая любые примеси, всегда составляет 100%. Кроме того, должно быть понятно, что когда в композиции указаны небольшие количества компонентов, например количества порядка 0,05 мас.% или менее, такие компоненты могут присутствовать скорее в виде следовых количеств примесей, присутствующих в сырьевых материалах, чем специально добавленные.

К тому же в композицию шихты могут быть добавлены компоненты, например, для способствования переработки, которые в дальнейшем удаляются, образуя тем самым композиционный состав стекла, в основном свободный от таких компонентов. Таким образом, например, незначительные количества компонентов, такие как фтор и сульфат, могут присутствовать в виде следовых количеств в сырых материалах, обеспечивающих компоненты кремния, лития, алюминия и магния в коммерческом использовании изобретения, или они могут быть обрабатывающими добавками, которые в основном удаляются во время производства.

Из приведенных выше примеров очевидно, что композиции стекловолокна изобретения имеют полезные свойства, такие как низкие температуры выработки стекловолокна и большие разницы между температурами ликвидуса и температурами выработки стекловолокна (большие величины композиция для высокопрочных стеклянных волокон и волокна, сформованные   из этой композиции, патент № 2531951 Т). Другие преимущества изобретения и очевидные изменения будут очевидны специалисту из приведенного выше описания и, кроме того, при осуществлении изобретения на практике. Высококачественное стекло настоящего изобретения плавится и осветляется при относительно низких температурах, имеет рабочую вязкость в широком диапазоне относительно низких температур, и диапазоне низких температур ликвидуса.

Изобретение по данной заявке было описано выше как в целом, так и в отношении конкретных вариантов. Несмотря на то, что изобретение изложено в виде предпочтительных вариантов, может быть выбрано много альтернативных вариантов, известных опытным в данной области специалистам, в рамках общего раскрытия. Другие преимущества и очевидные изменения изобретения будут понятны специалисту из вышеуказанного описания и, кроме того, при осуществлении изобретения на практике. Изобретение ограничено исключительно формулой изобретения, изложенной далее.

Класс C03C13/00 Составы для волокон или нитей

стекло для производства непрерывного стекловолокна -  патент 2513903 (20.04.2014)
стекловолокна и композитные материалы с органической и/или неорганической матрицей, содержащие указанные волокна -  патент 2502687 (27.12.2013)
стекло для производства стекловолокна и высокотемпературное кремнеземное волокно на его основе -  патент 2471731 (10.01.2013)
стеклопряжи, пригодные для армирования органических и/или неорганических материалов -  патент 2471730 (10.01.2013)
композит из минеральной ваты и способ его изготовления -  патент 2469967 (20.12.2012)
устойчивое к высоким температурам неорганическое волокно на основе оксида кремния и способ его производства -  патент 2469001 (10.12.2012)
состав стекла, устойчивого к воздействию химических сред, для изготовления упрочняющих стеклонитей -  патент 2466947 (20.11.2012)
оптическое волокно с легированной оловом переходной частью между сердцевиной и оболочкой -  патент 2463266 (10.10.2012)
композиции неорганического волокна -  патент 2460698 (10.09.2012)
способ получения ваты минеральной -  патент 2439006 (10.01.2012)
Наверх