стекло для производства стекловолокна

Формула изобретения

Стекло для производства непрерывного стекловолокна, содержащее SiO₂, Al₂О₃, CaO, MgO, TiO ₂, R₂O (где R₂O - оксиды щелочных металлов Na₂O, К₂О), отличающееся тем, что оно дополнительно содержит ZrO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO2	58,0-60,0
Al2 О3	12,0-14,0
CaO	20,0-22,0
MgO	3,0-5,0
TiO2	0,01-1,9
ZrO2	0,01-2,0
R 2O(Na2O+K2O)	До 1,0

причем стекло обладает температурой стеклования 740-770°С, температурой деформации сдвига 830-860°С и химстойкостью -1-й гидролитический класс.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к составам стекол, в частности к составам безборного бесщелочного стекла, для производства химически и термически стойкого стеклянного волокна, которое может быть использовано для изготовления ровингов и тканей различного назначения, в том числе электроизоляционного, в качестве армирующих материалов для стеклопластиковых изделий, используемых в кислых, нейтральных и щелочных средах.

Известен состав стекла для производства стеклянного волокна (патент США №3847626, кл. С 03 С 13/00, 12.11.1974 г.), мас.%:

SiO2	54.0-60,0
Al2 О3	9,0-14,5
CaO	17,0-24,0
TiO2	3,0-5,0
MgO	1,5-4,5

Стекло может содержать в примесных количествах оксиды щелочных металлов (Na₂O, К₂О, Li₂ O).

Недостатками этих составов являются невысокие значения температуры размягчения и химической стойкости получаемого на их основе стекловолокна. Кроме того, данные стекла содержат TiO ₂ в количестве более 2%, что отрицательно сказывается на теплопрозрачности стекол.

Также известен состав стекла для производства стеклянного волокна (патент США №3876481, кл. С 03 С 13/00, 08.04.1975 г.) - аналог, мас.%:

SiO2	55,0-63,0
Al2 O3	11,0-18,0
CaO	9,0-25,0
MgO	0-10,0
Li2O	0,3-2,5
Na2 O	0-2,5
К 2O	0-2,5
Fe2O3	0-1,0
SrO	0-1,5
BaO	0-2,5
ZnO	0-4,0
MnO	0-1,5
TiO2	2,0-5,0
ZrO2	0-2,0

Недостатком этого состава является высокое содержание щелочных оксидов, отрицательно влияющих на диэлектрические свойства стеклянных волокон, а также недостаточная прочность и химическая стойкость стекловолокон на его основе и обязательное содержание оксида лития.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному составу является состав стекла для производства стеклянного волокна, описанный в патенте США №4542106, кл. С 03 С 13/00, 17.09.1985 г. - прототип, включающий, мас.%:

SiO2	58,0-60,0
Al2 O3	11,0-13,0
CaO	21,0-23,0
MgO	2,0-4,0
TiO2	1,0-18
Na2O+K 2O	до 1

Недостатками известного состава являются недостаточная химическая стойкость, а также невысокая температура размягчения.

Технический результат настоящего изобретения заключается в создании состава стекла для выработки стеклянного волокна, обеспечивающего изделиям на его основе химическую стойкость в кислых, щелочных и нейтральных средах, а также повышенную термостойкость.

Этот результат достигается тем, что стекло для производства непрерывного стекловолокна, включающее SiO₂, Al ₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, R₂ O (где R₂O - оксиды щелочных металлов Na₂ O, K₂O), дополнительно содержит ZrO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO2	58,0-60,0
Al2 O3	12,0-14,0
CaO	20,0-22,0
MgO	3,0-5,0
TiO2	0,01-1,9
ZrO2	0,01-2,0
R 2O(Na2O+K2O)	до 1,0

причем стекло обладает температурой стеклования 740-770°С, температурой деформации сдвига 830-860°С и химстойкостью - 1-й гидролитический класс.

Конкретные примеры предложенного стекла для производства стекловолокна представлены в таблице 1.

Таблица 1
Химсостав, оксиды, мас.%	Примеры
	1	2	3
SiO2	59,0	58,0	60,0
Al2О 3	13,0	14,0	12,0
CaO	21.0	20,0	22,0
MgO	4,0	5,0	3,0
TiO2	1,5	1,0	1,9
ZrO2	1,0	0,05	0,6
R2O(K 2O+Na2O)	0,5	0,5	0,5

Ниже в таблице 2 приводятся некоторые физико-химические характеристики предлагаемого состава.

Таблица 2
Физико-химические характеристики стекла	Примеры
	1	2	3
Температура варки стекла, °С	1570	1560	1580
Температура верхнего предела кристаллизации, °С	1170	1160	1190
Температура, соответствующая вязкости Ig 2, °С	1270	1275	1280
Температура размягчения при вязкости Ig 7,6, °С	917	910	914
Температура стеклования, Tg (Ig 13), °С	760	740	770
Температура деформации сдвига, Т (Ig 9), °C	845	830	860
Плотность, кг/м3	2680	2690	2670
Химическая стойкость волокон (потеря массы после кипячения в течение 3-х часов), мг: Н2О 1н. HCl 2н. NaOH	17 90 310	13 97 325	15 85 300
Модуль упругости, МПа	7400	7450	7350
Прочность на растяжение, МПа	3400	3300	3350
Диэлектрическая проницаемость при 10 6 Гц и 20°С	7,76	7,70	7,69
Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц и 20°C	29 104	3210 4	28 104
Удельное объемное сопротивление, Ом·м	1012	1012	10 12

Для получения непрерывного стеклянного волокна предлагаемого состава готовят шихту, которую загружают в печь и плавят при температуре 1570±10°С. Из расплавленной стекломассы формуют непрерывное стеклянное волокно диаметром 6-20 мкм при температуре 1280-1330°С на 400-фильерном стеклоплавильном аппарате. Полученное волокно характеризуется прочностью 3300-3500 МПа.

В результате использования изобретения создано химически и термически стойкое стеклянное волокно, пригодное для армирования стеклопластиковых изделий, изготовления ровингов и тканей различного назначения и т.п.