[发明专利]用于增强有机和/或无机材料的玻璃丝

说明书

本发明涉及增强玻璃丝，其组合物含有在以重量百分数表示下述限定范围内的下述组分：SiO₂50‑65％、Al₂O₃12‑20％、CaO12‑17％、MgO6‑12％、CaO/MgO≤2，优选地≥1.3、Li₂O0.1‑0.8％，优选地≤0.6％、BaO+SrO0‑3％、B₂O₃0‑3％、TiO₂0‑3％、Na₂O+K₂O2％、F₂0‑1％、Fe₂O₃1％。这些丝是由在用比杨氏模量表示的机械性能与其熔化和纤维化条件之间有极佳折衷的玻璃构成的。

本发明涉及“增强”玻璃丝(或纤维)，即能增强有机和/或无机材料并可用作纺织纱的玻璃丝(或纤维)，这些丝可以采用这种方法得到，该方法在于机械拉制一般从位于通过焦耳效应加热拉丝模底部的孔流出的熔化玻璃细丝。

更具体地，本发明目的在于得到玻璃丝具有高的比杨氏模量，还具有特别有利的SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO类的四组成。

该增强玻璃丝领域是玻璃工业的非常特别的领域。这些丝是从特定玻璃组合物生产的，按照前面指出的方法，所使用的玻璃应能拉制成直径几微米的细丝形式，还应能形成可起到增强作用的连续丝。

在某些应用，特别是航空应用中，寻求获得适合在动力学条件下使用的大尺寸部件，因此它们能抗很高的机械应力。这些部件最经常地是有机和/或无机材料基的和增强物(例如呈玻璃丝形式)基的，一般而言，该增强物是该体积的50％以上。

通过该增强物机械性能的改进，特别地是比杨氏模量的改进，可以改进这样一些部件的机械性能与产率。

在用玻璃制成的增强丝的情况下，原则上通过构成它们的玻璃组成调节增强物的性能。人们非常熟知的用于增强有机和/或无机材料的玻璃丝是由玻璃E或R构成的。

通常，玻璃丝E或者原样或者以例如织物的组织集合形式用于构成增强物。玻璃E可以被纤维化的这些条件是非常有利的：相应于玻璃粘度接近于1000泊的温度的加工温度是相对低的，约1200℃，液相线温度比加工温度低约120℃，并且其反玻璃化速度也是低的。

运用于电子和航空领域的标准ASTM D578-98中所确定的玻璃E的组成如下(以重量百分数计)：52-56％SiO₂、12-16％Al₂O₃、16-25％CaO、5-10％B₂O₃、0-5％MgO、0-2％Na₂O+K₂O、0-0.8％TiO₂、0.05-0.4％Fe₂O₃、0-1％F₂。

但是，块状玻璃E的比杨氏模量相对低些，约33MPa/kg/m³。

根据标准ASTM D578-98，描述了任选地无硼玻璃E的其它增强丝。这些丝具有下述组成(以重量百分数计)：52-62％SiO₂、12-16％Al₂O₃、16-25％CaO、0-10％B₂O₃、0-5％MgO、0-2％Na₂O+K₂O、0-1.5％TiO₂、0.05-0.8％Fe₂O₃、0-1％F₂。

无硼玻璃E的纤维化条件不如有硼玻璃E的纤维化条件好，但是它们依然在经济上是可接受的。其比杨氏模量依然与玻璃E的性能水平相当。