Исходная композиция для получения стеклянных волокон и полученное из нее стеклянное волокно
Патент 2607331
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Исходная композиция для получения стеклянных волокон и полученное из нее стеклянное волокно
Изобретение относится к композициям стекла для получения высокомодульных и высокопрочных стеклянных волокон. Технический результат изобретения заключается в снижении температуры волокнообразования, увеличении разницы между температурой ликвидуса и температурой волокнообразования, что приводит к повышению эластичности волокна и помогает сдерживать расстекловывание стекла. Исходная композиция для получения стекловолокна содержит следующие компоненты, вес.%: от приблизительно 60,5 до приблизительно 70,5 SiO2; от приблизительно 10 до приблизительно 24,5 Al2O3; от приблизительно 11,96 до приблизительно 20 окиси щелочно-земельного металла, от 0 до приблизительно 3 окисей щелочных металлов. Указанная окись щелочно-земельного металла обозначает сумму MgO, CaO, SrO и ВаО, где количество MgO в указанной окиси щелочно-земельного металла составляет по меньшей мере 5 вес.% от указанной исходной композиции и количество СаО в указанной окиси щелочно-земельного металла составляет по меньшей мере 6,96 вес.% от указанной исходной композиции. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 табл.
Реферат
Область техники
Данное изобретение в общем относится к композиции для получения непрерывных стеклянных волокон для применения в областях, требующих от материалов высокой прочности, а также к высокопрочным стеклянным волокнам и изделиям.
Предпосылки создания изобретения.
Наиболее распространенная композиция на основе стекла для изготовления непрерывных стекловолокнистых нитей называется «Е-стекло». Температура ликвидуса Е-стекла равна примерно 2100°F (1149°C) или ниже. Одним преимуществом Е-стекла является то, что его температура ликвидуса позволяет получать стеклянные волокна при температуре около 1900-2400°F (1038-1316°C). Согласно классификации по ASTM в случае стеклянной пряжи из Е-стекла, применяемой для плат печатных схем и в аэрокосмической промышленности, композиция включает 52-56 вес.% SiO2, 16-25 вес.% СаО, 12-16 вес.% Al2O3, 5-10 вес.% В2О3, 0-5 вес.% MgO, 0-2 вес.% Na2O и K2O, 0-0,8 вес.% TiO2, 0,05-0,4 вес.% Fe2O3 и 0-1,0 вес.% фтора.
Волокна, не содержащие бора, продаются под торговым названием ADVANTEX (Owens Coming, Toledo, Ohio, USA). Волокна, не содержащие бора, такие как описанные в патенте США №5789329, позволяют значительно снизить рабочие температуры по сравнению с Е-стеклом, содержащим бор. Не содержащие бора стеклянные волокна подпадают под определение волокон из Е-стекла для применения в общих областях согласно определению по ASTM.
S-стекло обозначает семейство стекол, состоящих, в основном, из окисей магния, алюминия и кремния, с химическим составом, который позволяет получать стеклянные волокна с более высокой механической прочностью, чем у волокон из Е-стекла. Композиция для получения S-стекла включает примерно 65 вес.% SiO2, 25 вес.% Al2O3 и 10 вес.% MgO. S-стекло имеет состав, который был вначале разработан для применения в областях, требующих высокой прочности.
R-стекло представляет собой семейство стекол, которые состоят, в основном, из окисей кремния, алюминия, магния и кальция, с химическим составом, который приводит к получению волокон с большей механической прочностью, чем прочность волокон из Е-стекла. R-стекло имеет состав, включающий около 58-60 вес.% SiO2, около 23,5-25,5 вес.% Al2O3, около 14-17 вес.% СаО и MgO, 0% В2О3 и 0% F2 и менее примерно 2 вес.% разнообразных других компонентов. R-стекло содержит больше окиси алюминия и окиси кремния, чем Е-стекло, и требует применения более высоких температур для плавления и переработки во время формования волокна. Обычно температуры плавления и переработки R-стекла, по меньшей мере, примерно на 160°С выше, чем в случае Е-стекла. Это увеличение температуры переработки требует применения дорогостоящего плавильника с облицовкой из платины. Кроме того, близость температуры ликвидуса к температуре формования R-стекла требует волокнообразования стекла с вязкостью, которая меньше, чем у Е-стекла, которое обычно образует волокна при значении вязкости, равном 1000 Пз или вблизи этого значения. Образование волокон из R-стекла при вязкости, равной обычно 1000 Пз, приводит, вероятно, к расстекловыванию стекла, что вызывает перерыв процесса и снижает его производительность.
В следующих ниже Таблицах IA-IE представлен состав ряда обычных композиций стекла с высокой прочностью.
| Таблица I-A | ||||
| Компонент | Китайское стекло с высокой прочностью | Русский непрерывный ровинг на основе алюмосиликата магния | NITTOBO "T" стеклоткань «В» | NITTOBO "T" стеклоткань (пряжа) «С» |
| SiO2 | 55,08 | 55,81 | 64,58 | 64,64 |
| СаО | 0,33 | 0,38 | 0,44 | 0,40 |
| Al2O3 | 25,22 | 23,78 | 24,44 | 24,57 |
| B2O3 | 1,85 | 0,03 | 0,03 | |
| MgO | 15,96 | 15,08 | 9,95 | 9,92 |
| Na2O | 0,12 | 0,063 | 0,08 | 0,09 |
| Фтор | 0,03 | 0,034 | 0,037 | |
| TiO2 | 0,023 | 2,33 | 0,019 | 0,018 |
| Fe2O3 | 1,1 | 0,388 | 0,187 | 0,180 |
| K2O | 0,039 | 0,56 | 0,007 | 0,010 |
| ZrO2 | 0,007 | 0,15 | ||
| Cr2O3 | 0,011 | 0,003 | 0,003 | |
| Li2O | 1,63 | |||
| CeO2 |
| Таблица I-В | |||||
| Компонент | Пряжа Nitto Boseki A and P | Пряжа Nitto Boseki NT 6030 | Стекло Nitto Boseki RST-220PA-535CS | Армирующие стекл. волокна Vetrotex Saint Gobain SR CG 250 P109 | Высокопрочное стекло, «Стекловолокно», Полоцк |
| SiO2 | 65,51 | 64,60 | 64,20 | 63,90 | 58,64 |
| CaO | 0,44 | 0,58 | 0,63 | 0,26 | 0,61 |
| Al2O3 | 24,06 | 24,60 | 25,10 | 24,40 | 25,41 |
| В2О3 | 0,04 | ||||
| MgO | 9,73 | 9,90 | 9,90 | 10,00 | 14,18 |
| Na2O | 0,04 | 0,060 | 0,020 | 0,039 | 0,05 |
| фтор | 0,07 | 0,02 | |||
| TiO2 | 0,016 | 0,000 | 0,000 | 0,210 | 0,624 |
| Fe2O3 | 0,067 | 0,079 | 0,083 | 0,520 | 0,253 |
| K2O | 0,020 | 0,020 | 0,020 | 0,540 | 0,35 |
| ZrO2 | 0,079 | ||||
| CrO3 | 0,0010 | 0,001 | 0,023 | ||
| Li2O | |||||
| CeO2 |
| Таблица I-С | |||||
| Компонент | Китайская высокопрочная пряжа (8 мкм) | Китайский высокопрочный стеклоровинг | Стеклоровинг Zentron S-2 | Стекло SOLAIS | Стеклопряжа из R-стекла |
| SiO2 | 55,22 | 55,49 | 64,74 | 64,81 | 58,46 |
| CaO | 0,73 | 0,29 | 0,14 | 0,55 | 9,39 |
| Al2O3 | 24,42 | 24,88 | 24,70 | 24,51 | 24,55 |
| B2O3 | 3,46 | 3,52 | 0,02 | 0,04 | |
| MgO | 12,46 | 12,28 | 10,24 | 9,35 | 5,91 |
| Na2O | 0,104 | 0,06 | 0,17 | 0,16 | 0,079 |
| фтор | 0,07 | 0,02 | 0,054 | ||
| TiO2 | 0,32 | 0,36 | 0,015 | 0,04 | 0,196 |
| Fe2O3 | 0,980 | 0,930 | 0,045 | 0,238 | 0,400 |
| K2O | 0,240 | 0,150 | 0,005 | 0,03 | 0,67 |
| ZrO2 | |||||
| Cr2O3 | 0,0050 | 0,007 | 0,005 | ||
| Li2O | 0,59 | 0,63 | |||
| CeO2 | 1,23 | 1,25 |
| Таблица I-D | |||||
| Компонент | Стеклопряжа из S-стекла | Ровинг Culimeta | Пряжа IVC Vertex В96 675 | Стеклоровинг IVG Vertex | Стеклоровинг IVG Vertex вне #1 |
| SiO2 | 64,61 | 59,37 | 58,34 | 58,58 | 58,12 |
| CaO | 0,17 | 0,27 | 0,31 | 0,30 | 0,31 |
| Al2O3 | 24,84 | 25,49 | 23,81 | 24,26 | 24,09 |
| В2О3 | 0,04 | 0,05 | |||
| MgO | 10,11 | 13,47 | 14,99 | 15,02 | 15,36 |
| Na2O | 0,118 | 0,024 | 0,05 | 0,02 | 0,03 |
| фтор | 0,03 | 0,04 | 0,04 | 0,04 | |
| TiO2 | 0,011 | 0,530 | 1,380 | 0,67 | 0,91 |
| Fe2O3 | 0,042 | 0,374 | 0,333 | 0,336 | 0,303 |
| K2O | 0,48 | 0,42 | 0,28 | 0,29 | |
| ZrO2 | 0,152 | 0,129 | 0,165 | 0,157 | |
| Cr2O3 | 0,0050 | 0,0120 | 0,0100 | 0,0120 | 0,0120 |
| Li2O | |||||
| CeO2 |
| Таблица I-Е | ||
| Компонент | Стеклоровинг IVG Vertex вне #2 | Нити из стекловолокна RH CG 250 P109 |
| SiO2 | 58,69 | 58,54 |
| CaO | 0,29 | 9,35 |
| Al2O3 | 24,3 | 25,39 |
| B2O3 | ||
| MgO | 15,06 | 6,15 |
| Na2O | 0,03 | 0,10 |
| фтор | 0,04 | 0,16 |
| TiO2 | 0,64 | 0,008 |
| Fe2O3 | 0,331 | 0,069 |
| K2O | 0,36 | 0,14 |
| ZrO2 | 0,187 | 0,006 |
| Cr2O3 | 0,0130 | |
| Li2O | ||
| CeO2 |
R-стекло и S-стекло получают плавлением компонентов композиций в плавильнике, облицованном платиной. Стоимость получения волокон из R-стекла и S-стекла гораздо выше, чем в случае волокон из Е-стекла, из-за стоимости получения волокон в таких плавильниках. Следовательно, существует необходимость в композициях стекла, пригодных для изготовления стеклянных волокон с высокими показателями по способу с непосредственным плавлением в печи, облицованной огнеупорной футеровкой, и в волокнах, полученных из таких композиций.
Сущность изобретения.
Изобретение частично относится к композиции стекла для получения непрерывных стеклянных волокон, которые пригодны для применения в областях, где требуется высокая прочность. Композицию согласно данному изобретению можно с небольшими расходами превратить в стеклянные волокна, применяя недорогое прямое плавление в печах с огнеупорной футеровкой, благодаря довольно низкой температуре волокнообразования стеклянных волокон. Полученные из этой композиции стеклянные волокна обладают прочностными характеристиками, которые свойственны более дорогим стеклянным волокнам, например, из S-стекла. Композиция по данному изобретению включает примерно 60,5-70,5 вес.% SiO2, примерно 10,0-24,5 вес.% Al2O3, примерно 6,0-20,0 вес.% RO, где RO обозначает сумму MgO, CaO, SrO и ВаО, и примерно 0,0-3,0 вес.% окисей щелочных металлов. Согласно предпочтительному варианту композиция стекла состоит из примерно 61-68 вес.% Si02, примерно 15-19 вес.% Al2O3, примерно 15-20 вес.% RO, где RO обозначает сумму MgO, CaO, SrO и ВаО, и примерно 0-3 вес.% окисей щелочных металлов. Предпочтительно, чтобы композиция содержала не более примерно 4 вес.% окислов или галогенов, выбранных из группы, состоящей из ZnO, SO3, фтора, В2О3, TiO2, ZrO2 и Fe2O3. Желательные свойства композиции стекла по данному изобретению включают температуру образования волокон менее примерно 2650°F и температуру ликвидуса, которая предпочтительно ниже температуры образования волокон, по меньшей мере, примерно на 8 ОТ, более предпочтительно, по меньшей мере, примерно на 120°F и, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, примерно на 150Т.
Подробное описание изобретения.
Волокнообразующие свойства композиции стекла согласно данному изобретению включают температуру образования волокон, ликвидус и дельта-Т. Температура образования волокон определяется как температура, которая соответствует вязкости, равной примерно 1000 Пз. Как более подробно рассматривается ниже, пониженная температура образования волокон обеспечивает снижение расходов на получение волокон, позволяет стекломассе дольше находиться в фильере, приводит к повышению производительности, позволяет осуществлять плавление стекла в расплавителе с огнеупорной облицовкой и снизить количество используемой энергии. Например, при более низкой температуре волокнообразования фильера работает при более низкой температуре и образование «прогиба» происходит не так быстро. Прогиб (провис) представляет собой явление, которое возникает в фильерах при повышенной температуре в течение продолжительного времени. С понижением температуры волокнообразования скорость образования прогиба фильеры может быть снижена и время пребывания может быть увеличено. Кроме того, более низкая температура волокнообразования приводит к более высокой производительности, так как большее количество стекла может быть расплавлено в данный период времени при данном вводе энергии. В результате расходы на производство снижаются. Кроме того, более низкая температура волокнообразования дает также возможность стеклу с составом по изобретению плавиться в плавильнике с огнеупорной облицовкой, так как и его температура плавления, и его температура образования волокон ниже верхнего предела температур плавления многих коммерчески доступных огнеупорных материалов.
Ликвидус определяется как самая высокая температура, при которой существует равновесие между жидким стеклом и его первичной кристаллической фазой. При всех температурах свыше ликвидуса стекло не содержит кристаллов в их первичной фазе. При температурах ниже ликвидуса могут образовываться кристаллы,
Другим волокнообразующим свойством является дельта-Т (ΔТ), которое определяется как разница между температурой волокнообразования и ликвидусом. Большее значение ΔТ предполагает большую степень эластичности во время образования стекловолокон и помогает сдерживать расстекловывание стекла (то есть образование кристаллов внутри расплава) во время плавления и образования волокна. Увеличение ΔТ также уменьшает издержки производства стекловолокон за счет увеличения времени пребывания стекломассы в фильере и путем обеспечения более широкого технологического «окна» для образования волокон.
Различные виды стекла по настоящему изобретению приемлемы для плавления в традиционных промышленных плавильниках стекла с внутренней огнеупорной облицовкой, которые широко используются при производстве армирующих стекловолокон. Исходные загружаемые компоненты обычно включают SiO2 (размолотый кремниевый песок) и Al2O3 (кальцинированная окись алюминия), а также модификаторы цепи из исходных материалов, такие как MgCO3 (магнезит), СаСО3 (известняк), SrCO3 (стронцианит), ВаСО3 (визерит), ZrSiO4 (циркон) и Na2CO3 (натрит).
Исходная загрузка стекла, предпочтительно, содержит от около 60,5 до около 70,5 вес.% SiO2, от около 10,0 до около 24,5 вес.% Al2O3, от около 6,0 до около 20,0 вес.% RO, где RO равно сумме MgO, CaO и SrO, и от около 0,0 до около 3,0 вес.% окисей щелочных металлов. Волокно, образованное в соответствии с настоящим изобретением, будет обычно включать небольшие количества ZnO, SO3, фтора, В2О3, TiO2 и Fe2O3, предпочтительно, в количестве, меньшем чем 4 вес.%. Кроме того, волокно, образованное в соответствии с настоящим изобретением, будет, предпочтительно, иметь температуру волокнообразования, меньшую чем примерно 2650°F, а ΔТ, равную, по меньшей мере, примерно 80°F, предпочтительно, ΔT, равную, по меньшей мере, примерно 120°F и, наиболее предпочтительно, ΔТ, равную, по меньшей мере, примерно 150°F, и коэффициент теплового расширения (СТЕ) от примерно 2,28×10-6 дюйм/дюйм/°F до примерно 2,77×10-6 дюйм/дюйм/°F. Кроме того, стекло по настоящему изобретению, предпочтительно, имеет прочность свыше 600 Кф/дюйм2, предпочтительно, прочность свыше 630 Кф/дюйм2 и, наиболее предпочтительно, свыше около 695 Кф/дюйм2. Кроме того, для стекловолокна желательно иметь модуль, больший чем примерно 12,0 Мф/дюйм2, предпочтительно, больший чем 12,18 Мф/дюйм2 и, наиболее предпочтительно, больший чем около 12,6 Мф/дюйм2. Будет принято во внимание, что некоторые подробности структуры не описываются, так как такие подробности являются стандартными и известны специалистам в этой области.
Настоящее изобретение также включает композиционный материал, содержащий стекловолокно, описанное выше, в сочетании с отверждающимся материалом матрицы. Композиционный материал является особенно полезным для применения, когда желательны высокая прочность, жесткость и небольшой вес. Такие области применения включают самолеты, автомобили и ветряные энергетические установки (такие как лопасти ветряных мельниц), а также любое другое применение, где желательны небольшой вес, жесткость и высокая прочность. Приемлемые отверждающиеся материалом матрицы включают термореактивные и термопластичные смолы. Например, термореактивные материалы матрицы включают виниловые эфиры, полиэфиры, эпоксидные смолы и их комбинации или сополимеры. Обычно лопасти ветряных мельниц изготавливаются с применением любого приемлемого способа изготовления композита, такого как введение смолы с помощью вакуума или применение предварительно пропитанных усиливающих вставок.
Настоящее изобретение, будучи описанным в общем смысле, найдет дальнейшее понимание путем ссылок на некоторые специфические приведенные ниже примеры, которые даны только в целях иллюстрации и ни в коей мере не являются лимитирующими, если не указано иное.
Примеры.
Стекла в примерах, перечисленных в Таблицах IIA-IIC, были расплавлены в платиновых тиглях или в непрерывно действующем плавителе с внутренней платиновой облицовкой с целью определения механических и физических свойств стекла и произведенного из него волокна. Единицами измерения физических свойств являются: вязкость (°F), температура ликвидуса (°F) и ΔT (°F). В некоторых примерах стекло было переработано на волокно и были измерены прочность (Кф/дюйм2), плотность (г/см3), модуль (Мф/дюйм2), точка размягчения (°F) и коэффициент теплового расширения (СТЕ) (дюйм/дюйм/(°F)).
Температура образования волокна была измерена с применением вращающегося осевого вискозиметра. Вязкость при волокнообразовании была определена как 1000 Пз. Ликвидус был измерен путем помещения наполненного стеклом платинового контейнера в термическую наклонную печь на 16 ч. Наиболее высокая температура, при которой имелись кристаллы, была принята как температура ликвидуса. Модуль упругости при растяжении был измерен при помощи ультразвукового метода на моноволокне из стекла. Предел прочности на растяжение был измерен на свежевыработанном моноволокне. СТЕ был измерен с помощью дилатометра при температуре в пределах выше 25-600°С. Температура размягчения была измерена с использованием метода удлинения волокон согласно ASTM C338.
| Таблица II-A | ||||||
| Стекло | Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | Пример 5 | Пример 6 |
| SiO2 | 62,63 | 62,42 | 61,75 | 63,01 | 63,07 | 63,16 |
| СаО | 8,49 | 8,64 | 8,57 | 4,84 | 4,85 | 4,8 |
| Al2O3 | 18,50 | 18,54 | 18,82 | 19,99 | 20,03 | 19,76 |
| MgO | 9,47 | 9,64 | 9,65 | 11,26 | 11,28 | 11,33 |
| Na2O | 0,70 | 0,69 | 0,70 | 0,70 | ||
| TiO2 | 0,00 | 0,01 | 0,01 | 0,00 | 0,01 | 0,02 |
| Fe2O3 | 0,20 | 0,05 | 0,045 | 0,20 | 0,05 | 0,037 |
| Измеренная вязкость (°F) | 2491 | но | но | 2514 | но | но |
| Измеренный ликвидус (°F) | 2261 | 2247 | но | 2335 | но | но |
| Измеренный DT (°F) | 230 | но | но | 179 | но | но |
| Измеренная прочность (Кф/дюйм2) | 672 | но | но | 695 | но | но |
| Измеренная плотность (г/см3) | 2,556 | но | но | 2,530 | но | но |
| Измеренный модуль (Мф/дюйм2) | 12,4 | 12,6 | но | 12,6 | 12,7 | но |
| Температура размягчения (°F) | но | но | но | 1765 | но | но |
| СТЕ (дюйм/дюйм/(°F) | но | но | но | 2,28×10-6 | но | но |
| Таблица II-B | ||||||
| Стекло | Пример 7 | Пример 8 | Пример 9 | Пример 10 | Пример 11 | Пример 12 |
| SiO2 | 62,32 | 63,89 | 63,14 | 61,39 | 61,39 | 65,00 |
| СаО | 11,56 | 11,21 | 11,96 | 11,96 | 8,71 | 13,00 |
| Al2O3 | 17.25 | 16,39 | 16,39 | 18,14 | 18,89 | 15,00 |
| MgO | 7,98 | 6,62 | 6,62 | 6,62 | 9,62 | 5,00 |
| Na2O | 0,70 | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,25 | 1,00 |
| TiO2 | 0,00 | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 1,00 |
| Fe2O3 | 0,20 | 0,39 | 0,39 | 0.39 | 0,39 | |
| Измеренная вязкость (°F) | 2458 | 2493 | 2435 | 2431 | 2434 | 2509 |
| Измеренный ликвидус (°F) | 2301 | 2268 | 2294 | 2353 | 2261 | 2226 |
| Измеренный DT (°F) | 157 | 225 | 141 | 78 | 173 | 283 |
| Измеренная прочность (Кф/дюйм2) | 632 | 636 | 622 | 615 | 682 | 612 |
| Измеренная плотность (г/см3) | 2,573 | 2,553 | 2,567 | 2,567 | 2,564 | но |
| Измеренный модуль (Мф/дюйм2) | 12,2 | 12,2 | 12,2 | 12,2 | 12,6 | но |
| Температура размягчения (°F) | 1729 | но | но | но | но | но |
| СТЕ (дюйм/дюйм/ (°F) | 2,77×10-6 | но | но | но | но | но |
| Таблица II-C | ||||||
| Стекло | Пример 13 | Пример 14 | Пример 15 | Пример 16 | Пример 17 | Пример 18 |
| SiO2 | 63,89 | 65,00 | 64,00 | 63,89 | 65,00 | 65,00 |
| CaO | 6,96 | 14,00 | 4,00 | 8,96 | 14,00 | 12,50 |
| Al2O3 | 18,64 | 15,00 | 20,00 | 18,89 | 15,00 | 15,00 |
| MgO | 9,62 | 6,00 | 11,00 | 6,62 | 5,00 | 5,00 |
| Na2O | 0,25 | 0,00 | 1,00 | 0,75 | 0,00 | 1,00 |
| TiO2 | 0,25 | 0,00 | 0,00 | 0,75 | 1,00 | 1,00 |
| Fe2O3 | 0,39 | 0,00 | 0,00 | 0,14 | 0,00 | 0,50 |
| Измеренная вязкость (°F) | 2513 | 2508 | 2548 | 2565 | 2481 | 2523 |
| Измеренный ликвидус (°F) | 2337 | 2373 | 2401 | 2288 | 2403 | 2227 |
| Измеренный DT (°Р) | 176 | 135 | 147 | 277 | 78 | 296 |
| Измеренная прочность (Кф/дюйм2) | 695 | 624 | но | но | 604 | но |
| Измеренная плотность (г/см3) | 2,480 | 2,554 | но | но | 2,546 | но |
| Измеренный модуль (Мф/дюйм2) | 12,3 | 12,0 | но | но | 11,9 | но |
| Температура размягчения (°F) | но | но | но | но | но | но |
| СТЕ (дюйм/дюйм/(°F) | но | но | но | но | но | но |
Как принято в данной области, приведенные выше примеры композиций по изобретению не всегда указывают 100% перечисленных компонентов из-за условий статистики (таких как округление и усреднение), и фактом является то, что некоторые композиции могут содержать примеси, которые не указываются. Конечно, фактические количества всех компонентов в композиции, включая примеси, всегда составляют 100%. Более того, должно быть понятно, что там, где небольшие количества компонентов указаны в композиции, например, количества в размере около 0,05% вес. и менее, такие компоненты могут присутствовать в форме следов примесей в сырьевых материалах, а не как специально добавленные.
Кроме того, компоненты могут быть добавлены к загружаемой порции, например, для облегчения переработки, они позже удаляются, образуя при этом композицию стекла, которая, по существу, не содержит таких компонентов. Таким образом, например, небольшие количества компонентов, таких как фтор и сульфаты, могут присутствовать в виде следов примесей в сырье, содержащем окись кремния, окись кальция, окись алюминия и окись магния, при промышленном применении изобретения, или они могут быть технологическими добавками, которые практически удаляются в процессе производства.
Как видно из приведенных выше примеров, композиции для получения стекловолокна по настоящему изобретению обладают полезными свойствами, такими как низкая температура волокнообразования и большая разница между температурой ликвидуса и температурой волокнообразования (большие значения ΔТ). Другие преимущества и очевидные модификации настоящего изобретения будут очевидны специалистам из изложенного выше описания и из последующего опыта использования настоящего изобретения. Стекло с высокими характеристиками по настоящему изобретению плавится и очищается при относительно низких температурах, имеет рабочую вязкость в широких пределах относительно низких температур и небольшую область температур ликвидуса.
Настоящее изобретение в этой заявке описано выше как в общих чертах, так и со ссылками на специфические варианты. Несмотря на то, что настоящее изобретение изложено в виде предпочтительных вариантов, большое разнообразие альтернативных вариантов, доступных специалистам в этой области, может быть выбрано из общего описания. Другие преимущества и очевидные модификации настоящего изобретения будут очевидны специалистам в этой области из вышеизложенного описания и из дальнейшего применения изобретения. Настоящее изобретение не ограничено ничем, кроме формулы изобретения.
1. Стеклянное волокно, полученное из исходной композиции, содержащей:
от приблизительно 60,5 до приблизительно 70,5 вес.% SiO2;
от приблизительно 10 до приблизительно 24,5 вес.% Al2O3;
от приблизительно 11,96 до приблизительно 20 вес.% окиси щелочно-земельного металла, причем указанная окись щелочно-земельного металла обозначает сумму MgO, CaO, SrO и ВаО, где количество MgO в указанной окиси щелочно-земельного металла составляет по меньшей мере 5 вес.% от указанной исходной композиции и количество СаО в указанной окиси щелочно-земельного металла составляет по меньшей мере 6,96 вес.% от указанной исходной композиции; и
от 0 до приблизительно 3 вес.% окисей щелочных металлов, причем указанное стеклянное волокно имеет ΔT, равную по меньшей мере 120°F.
2. Стеклянное волокно по п. 1, дополнительно включающее менее 4 вес.% соединений, выбранных из группы, состоящей из ZnO, SO3, фтора, В2О3, TiO2 и Fe2O3.
3. Стеклянное волокно по п. 1, в котором указанное стекло характеризуется температурой образования волокон менее чем приблизительно 2650°F.
4. Стеклянное волокно по п. 3, где ΔT для стекла составляет по меньшей мере приблизительно 150°F.
5. Стеклянное волокно по п. 1, которое имеет коэффициент теплового расширения (СТЕ) в пределах между приблизительно 2,28×10-6 дюйм/дюйм/°F и приблизительно 2,77×10-6 дюйм/дюйм/°F.
6. Стеклянное волокно по п. 1, которое имеет прочность более чем приблизительно 600 Кф/дюйм2.
7. Стеклянное волокно по п. 1, которое имеет прочность более чем приблизительно 630 Кф/дюйм2.
8. Стеклянное волокно по п. 1, которое имеет прочность более чем приблизительно 695 Кф/дюйм2.
9. Стеклянное волокно по п. 1, которое имеет модуль более чем приблизительно 12,0 Мф/дюйм2.
10. Стеклянное волокно по п. 1, которое имеет модуль более чем приблизительно 12,2 Мф/дюйм2.
11. Стеклянное волокно по п. 1, которое имеет модуль более чем приблизительно 12,6 Мф/дюйм2.
12. Стеклянное волокно по п. 1, дополнительно включающее менее чем приблизительно 1 вес.% TiO2.
13. Изделие, армированное стеклянным волокном, содержащее:
стеклянные волокна, содержащие:
от приблизительно 60,5 до приблизительно 70,5 вес.% SiO2;
от приблизительно 10 до приблизительно 24,5 вес.% Al2O3;
от приблизительно 6,0 до приблизи