Стекло для производства стекловолокна

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. Стекло для производства непрерывного стекловолокна, содержащее SiO2, Al2O3, CaO, MgO, TiO2, R2O (где R2O - оксиды щелочных металлов Na2O, К2O), ZrO2 при следующем соотношении компонентов, 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; ZrO2 0,01-2,0; R2O до 1,0, имеет температуру стеклования 740-770°С, температуру деформации сдвига 830-860°С и химстойкость - 1-й гидролитический класс. Температура размягчения стекла, соответствующая вязкости Ig 7,6, находится в пределах 910-920°С. Технический результат изобретения заключается в создании химически и термически стойкого непрерывного стеклянного волокна, пригодного для армирования стеклопластиковых изделий, изготовления ровингов и тканей различного назначения. 2 табл.

Реферат

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.%:

SiO254.0-60,0
Al2О39,0-14,5
CaO17,0-24,0
TiO23,0-5,0
MgO1,5-4,5

Стекло может содержать в примесных количествах оксиды щелочных металлов (Na2O, К2О, Li2O).

Недостатками этих составов являются невысокие значения температуры размягчения и химической стойкости получаемого на их основе стекловолокна. Кроме того, данные стекла содержат TiO2 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.%:

SiO255,0-63,0
Al2O311,0-18,0
CaO9,0-25,0
MgO0-10,0
Li2O0,3-2,5
Na2O0-2,5
К2O0-2,5
Fe2O30-1,0
SrO0-1,5
BaO0-2,5
ZnO0-4,0
MnO0-1,5
TiO22,0-5,0
ZrO20-2,0

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.%:

SiO258,0-60,0
Al2O311,0-13,0
CaO21,0-23,0
MgO2,0-4,0
TiO21,0-18
Na2O+K2Oдо 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, Al2O3, CaO, MgO, TiO2, R2O (где R2O - оксиды щелочных металлов Na2O, K2O), дополнительно содержит ZrO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO258,0-60,0
Al2O312,0-14,0
CaO20,0-22,0
MgO3,0-5,0
TiO20,01-1,9
ZrO20,01-2,0
R2O(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
123
SiO259,058,060,0
Al2О313,014,012,0
CaO21.020,022,0
MgO4,05,03,0
TiO21,51,01,9
ZrO21,00,050,6
R2O(K2O+Na2O)0,50,50,5

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

Таблица 2
Физико-химические характеристики стеклаПримеры
123
Температура варки стекла, °С157015601580
Температура верхнего предела кристаллизации, °С117011601190
Температура, соответствующая вязкости Ig 2, °С127012751280
Температура размягчения при вязкости Ig 7,6, °С917910914
Температура стеклования, Tg (Ig 13), °С760740770
Температура деформации сдвига, Т (Ig 9), °C845830860
Плотность, кг/м3268026902670
Химическая стойкость волокон (потеря массы после кипячения в течение 3-х часов), мг:Н2О1н. HCl2н. NaOH179031013973251585300
Модуль упругости, МПа740074507350
Прочность на растяжение, МПа340033003350
Диэлектрическая проницаемость при 106 Гц и 20°С7,767,707,69
Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц и 20°C29 1043210428 104
Удельное объемное сопротивление, Ом·м101210121012

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.

Стекло для производства непрерывного стекловолокна, содержащее SiO2, Al2О3, CaO, MgO, TiO2, R2O (где R2O - оксиды щелочных металлов Na2O, К2О), отличающееся тем, что оно дополнительно содержит ZrO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO258,0-60,0
Al2О312,0-14,0
CaO 20,0-22,0
MgO 3,0-5,0
TiO20,01-1,9
ZrO20,01-2,0
R2O(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.