[发明专利]强度提高的玻璃纤维

说明书

技术领域

本公开涉及透明增强材料和增强复合材料，更具体而言，涉及用于复合材料的透明玻璃纤维和制造这类纤维的方法。

背景技术

透明复合材料已知用于要求透光或视觉透明的车辆和其它应用。这类透明复合材料包括窗户或其它用于透光的透明材料，特别是在恶劣的环境中和要求防弹的位置中。这类增强进一步提供强度提高的窗户或透明设备。

透明复合材料通常包括在聚合物基体(基材)中的增强纤维。为了使复合材料透明，基体材料和增强纤维由透明材料制造。材料通常被选择以包括相同的光学特性，从而使失真最小化。

增强纤维的几何形状也影响赋予通过透明设备的光的失真。例如，圆形纤维(即，具有圆形横截面的纤维)提供棱柱或其它光学折射效果，其提供通过透明设备的光的总体失真。

这些透明复合材料也要求经受高撞击和结构负载，因此要求具有高强度特性。这些复合材料的强度取决于基体材料和增强纤维的强度。

增强纤维的强度是由纤维材料，制造过程中赋予纤维的几何形状和特征，如表面裂纹、瑕疵、和其它不一致性确定。

所需要的是纤维增强材料，其具有相对现有技术改进的表面特征。

发明内容

本公开的第一方面包括增强透明复合基体的玻璃纤维。该纤维包括第一玻璃材料和第二玻璃材料，所述第一玻璃材料具有第一组光学特征，包括但不限于第一折射率(RI)、第一弹性模量(模量)、以及第一热膨胀系数(CTE)，所述第二玻璃材料具有第二组光学特性，包括但不限于第二RI、第二模量、和第二CTE。第二玻璃材料在第一玻璃材料上形成基本上一致的涂层。第二CTE小于第一CTE。

本公开的另一个方面包括制造用于增强透明复合基体的玻璃纤维的方法，该方法包括提供第一玻璃纤维预制品，所述第一玻璃纤维预制品具有第一RI、第一模量、和第一CTE；基本上绕第一玻璃材料的横截面涂覆第二玻璃材料，所述第二玻璃材料具有第二RI、第二模量、和第二CTE，以形成初始涂覆的玻璃纤维预制品，其具有初始横截面；热加工初始涂覆的玻璃纤维预制品以将初始横截面减小至玻璃纤维的最终横截面。选择第二CTE以小于第一CTE。

本公开的其它特征和优点可结合附图，从优选实施例的下面的更详细描述中明显看出，附图以例子的方式说明本公开的原理。

附图说明

图1示出根据本公开示例性实施方式的玻璃纤维的横截面示意图。

图2示出根据本公开的形成玻璃纤维的示例性方法。

具体实施方式

“透明的”，“透明性”和及其语法变化包括材料允许至少部分指向该材料的光通过的能力，术语“光”包括感兴趣的任何波长范围，更具体而言是从约380nm到约1000nm的可见光、近可见光和近红外光范围。

参考图1，示出了根据本公开的示例性玻璃纤维100的横截面示图。在图1中可看到，玻璃纤维100包括第一玻璃材料110和第二玻璃材料120。第二玻璃材料120绕第一玻璃材料110形成基本上一致的涂层。玻璃纤维100具有大致矩形的横截面几何形状，其具有总厚度T、第一材料厚度T₁、第二玻璃材料涂层厚度T₂、和宽度W。第一玻璃材料110和第二玻璃材料120可以都是透明玻璃。在一个实施方式中，第一玻璃材料110和第二玻璃材料120可以都是透明光学玻璃。

在可选的实施方式中，玻璃纤维100可以具有不同的横截面几何形状，例如但不限于大致正方形、大致椭圆形、大致圆形和其它类似的几何形状。

在一个实施方式中，玻璃纤维100具有在约1微米至约500微米之间的总厚度T，且宽度W与总厚度T的宽高比(aspect ratio)在约5至约500之间。在另一个实施方式中，玻璃纤维100具有在约5微米至约50微米之间的总厚度T，且宽度W与总厚度T的宽高比在约10至50之间。

在一个实施方式中，第二玻璃材料涂层厚度T₂在第一玻璃材料厚度T₁的约0.1％至约100％之间。在另一个实施方式中，第二玻璃材料涂层的厚度T₂可以在约50纳米到约5微米之间。在又一个实施方式中，第二玻璃材料涂层厚度T₂可以在约50纳米至约1微米之间。

在另一个实施方式中，玻璃纤维100具有在约5微米至5000微米之间的宽度W，且宽度W与总厚度T的宽高比在约5至约500之间。在又一个实施方式中，玻璃纤维100具有在约100微米到约500微米之间的宽度，且宽度W与总厚度T的宽高比在约10至约30之间。