[发明专利]制备高强度、轻质玻璃纤维的组合物及其用途

说明书

本发明涉及玻璃领域，提供了一种制备高强度、轻质玻璃纤维的组合物及其用途，它包括含量为60.0‑73.01wt％的SiO₂，含量为21.0‑26.0wt％的A1₂O₃，含量为5.0‑8.5wt％的MgO，含量为0.1‑4.0wt％的CaO，含量为3.25‑4.0wt％的Li₂O，和含量为0.05‑0.75wt％的Na₂O。由本发明的组合物形成的玻璃纤维可用于其中要求高强度、高刚度和低重量的应用中。这些应用包括但不限于在形成风机叶片、装甲板和航空结构中使用的织造织物。由本发明组合物形成的玻璃纤维拥有高的强度和改进的模量。

本申请为申请日为2011年6月30日、申请号为201180037104.4、名称为“生产高强度和高模量纤维的玻璃组合物”的中国发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉参考

本申请要求美国临时申请序列号61/360,138的优先权和所有其他权益，在此通过参考将其全文引入。

技术领域和工业实用性

本发明一般地涉及玻璃组合物，和更特别地涉及高性能玻璃组合物，它拥有可接受的成形性能且其组分在耐火熔化器内熔融。由本发明组合物形成的玻璃纤维拥有高的强度和改进的模量，且可用于增强其中期望高强度和轻质的复合基体。

背景技术

由以特定比例结合的各种原材料制造玻璃纤维，以得到所需的化学组成。这一材料的集合常常称为“玻璃配料(glass batch)”。为了形成玻璃纤维，典型地在熔化器或熔融装置中熔融玻璃配料，将熔融的玻璃通过衬套(bushing)或孔板牵拉成长丝，并将含有润滑剂、偶联剂和成膜粘合剂树脂的施胶组合物施加到长丝上。在施加施胶剂之后，纤维可聚集成一根或多根绳股并缠绕到包装内，或者替代地，可在湿的时候短切纤维，并收集。然后可干燥收集的短切绳股，并固化，形成干燥的短切纤维，或者它们可在其潮湿条件下以湿的短切纤维形式包装。

玻璃配料的组成和由它制造的玻璃典型地以各组分(它们主要以氧化物表达)的百分数表达。SiO₂，A1₂O₃,CaO,MgO,B₂O₃,Na₂O,K₂O,Fe₂O₃,和微量的其他化合物，例如TiO₂,Li₂O,BaO,SrO,ZnO,ZrO₂,P₂O₅,氟，和SO₃是玻璃配料的常见组分。可由改变这些氧化物的含量，或者省去玻璃配料中的某些氧化物，生产许多类型的玻璃。可生产的这些玻璃的实例包括R-玻璃，E-玻璃，S-玻璃，A-玻璃，C-玻璃，和ECR-玻璃。玻璃组合物控制玻璃的成形和产品性能。玻璃组合物的其他特征包括原材料的成本和环境影响。

存在成形性能的独特组合，所述成形性能允许玻璃在常规的耐火罐和玻璃分布体系内熔融并分布。首先，玻璃在其下保持的温度必须足够低，以便它没有侵蚀性进攻耐火材料。可能例如通过超过耐火材料的最大使用温度或者通过增加玻璃腐蚀和侵蚀耐火材料到不可接受的高程度时的速度，发生对耐火材料的进攻。当通过降低玻璃粘度，玻璃变得更加流动时，耐火材料的腐蚀速度强烈地增加。因此，为了在耐火罐内熔融玻璃，耐火材料的温度必须保持低于一定温度和玻璃粘度(例如，抗流动性)必须保持高于一定数值。在熔融单元内以及在整个分布和成纤化工艺过程中，玻璃的温度也必须足够高到防止玻璃结晶化(即，它必须保持在比液态温度(liquidus)高的温度下)。

在成纤器内，常见的是要求成纤化所选择的温度(即，成形温度)和玻璃的液态温度之间的温差最小。这一温差，ΔT，是在没有产生被反玻璃化(devitrification)晶体引起的断点干扰的纤维情况下，可如何容易地形成连续纤维的量度。因此，期望具有尽可能大的ΔT，以实现连续和不受干扰的玻璃纤维形成。