Стекло для производства стекловолокна

Стекло для производства стекловолокна

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.%:

SiO2	54.0-60,0
Al2О3	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, 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.%:

SiO2	55,0-63,0
Al2O3	11,0-18,0
CaO	9,0-25,0
MgO	0-10,0
Li2O	0,3-2,5
Na2O	0-2,5
К2O	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
Al2O3	11,0-13,0
CaO	21,0-23,0
MgO	2,0-4,0
TiO2	1,0-18
Na2O+K2O	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, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, R₂O (где R₂O - оксиды щелочных металлов Na₂O, K₂O), дополнительно содержит 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(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
Al2О3	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(K2O+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:Н2О1н. HCl2н. NaOH	1790310	1397325	1585300
Модуль упругости, МПа	7400	7450	7350
Прочность на растяжение, МПа	3400	3300	3350
Диэлектрическая проницаемость при 106 Гц и 20°С	7,76	7,70	7,69
Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц и 20°C	29 104	32104	28 104
Удельное объемное сопротивление, Ом·м	1012	1012	1012

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.%:

SiO2	58,0-60,0
Al2О3	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(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.