[发明专利]在具有耐火材料衬里的熔炉中制造高性能玻璃纤维的方法及用该方法制成的纤维

说明书

本申请是申请日为2006年10月31日，名称为“在具有耐火材料衬里的熔炉中制造高性能玻璃纤维的方法及用该方法制成的纤维”的中国专利申请200680041104.0的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种制造连续玻璃纤维的方法及采用该方法制成的纤维，该纤维可在高强度应用中使用。

背景技术

用于制造连续玻璃纤维原丝(glass fiber strand)的最常用玻璃组合物为“E-玻璃”(E-Glass)。E-玻璃的液相线温度约为2100℉(1149℃)或者更低，E-玻璃的一个优点在于它的液相线温度允许生产玻璃纤维的操作温度为约1900℉至2400℉(1038℃至1316℃)。对于在印刷电路板和航空应用中使用的E-玻璃纤维纱，美国材料实验协会(ASTM)分类中定义该组合物为：52至56wt％ SiO₂、16至25wt％ CaO、12至16wt％Al₂O₃、5至10wt％ B₂O₃、0至5wt％ MgO、0至2wt％ Na₂O和K₂O、0至0.8wt％ TiO₂、0.05至0.4wt％ Fe₂O₃和0至1.0wt％氟。

无硼纤维以商标ADVANTEX(Owens Corning,Toledo,Ohio,USA)出售。无硼纤维，如同在此整体引用的美国专利No.5,789,329所公开的，其在操作温度上提供了一个超过了含硼的E-玻璃的显著进步。无硼玻璃纤维被归入ASTM定义的普遍使用的E-玻璃纤维中。

S-玻璃为一族主要由镁、铝和硅的氧化物组成的玻璃，采用其化学成分生产的玻璃纤维具有比E-玻璃纤维更高的机械强度。用于形成S-玻璃的组合物包含大约65wt％ SiO₂、25wt％ Al₂O₃和10wt％ MgO。S-玻璃的组成最初被设计为在高强度的应用中使用，如：防弹装甲。

R-玻璃为一族主要由硅、铝、镁和钙的氧化物组成的玻璃，采用其化学成分生产的玻璃纤维具有比E-玻璃纤维更高的机械强度。R-玻璃的组成包括大约58-60wt％ SiO₂、23.5-25.5wt％ Al₂O₃、14-17wt％ CaO加MgO、0％ B₂O₃、0％ F₂和少于2wt％的杂质组分。R-玻璃包含比E-玻璃更多的氧化铝和氧化硅，在纤维形成过程中需要更高的熔化和处理温度。典型地，R-玻璃的熔化和处理温度至少高于E-玻璃的相应温度160℃。处理温度的升高需要使用昂贵的铂衬熔炉。除此之外，由于R-玻璃的液相线温度与成型温度的非常接近，因此，要求R-玻璃要在比E-玻璃更低的粘度下纤维化，通常在或者接近1000泊(poise)下纤维化。通常在1000泊粘度下纤维化R-玻璃将可能会导致玻璃失透，从而导致工艺中断和生产效率降低。

表IA-IE列出了一些常规高强度玻璃组合物的成分。

表I-A

表I-B

表I-C

表I-D

表I-E

R-玻璃和S-玻璃是通过在具有铂衬的熔化容器中熔化组合物的组分而生产的。由于在这样的熔化器中生产纤维的成本导致形成R-玻璃和S-玻璃纤维的成本明显高于E-玻璃纤维。因而，在本领域需要一种玻璃组合物形成的方法以及由这种方法生产的纤维，该方法有利于在具有耐火材料衬里的炉中由直接熔化工艺形成高性能玻璃纤维。

发明内容