СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОПРОЧНОГО СТЕКЛОВОЛОКНА И ИЗДЕЛИЯ, ФОРМИРОВАННЫЕ ИЗ НЕГО

1. Способ производства высокопрочного стекловолокна в непрерывной системе, имеющей печь (10), канал питателя (12) и фильеру (110), включающий:
использование стеклоплавильной печи для приемки стекольной шихты (30) и разгрузки стекломассы, имеющей футеровку, по меньшей мере, части печи материалом, главным образом свободным от материалов на основе благородных металлов, для формирования контактной поверхности печи со стеклом;
подачу стекольной шихты в печь, при этом стекольная шихта способна формировать стекломассу, предназначенную для выработки стекловолокна, имеющую температуру выработки стекловолокна ΔТ больше, чем 45°F (25°С), и содержащую:
2
примерно от 50 до 75 мас.% SiO;
2
3
примерно от 15 до 30 мас.% AlO;
примерно от 5 до 20 мас.% MgO;
примерно от 0 до 10 мас.% CaO;
2
2
2
2
2
примерно от 0 до 5 мас.% RO, где RO равно сумме LiО, NaO и KO; и следовые количества примесей, в которых каждая примесь присутствует в количестве примерно 0.05 мас.% или меньше;
плавление стекольной шихты в печи путем обеспечения тепла от теплового источника печи и формирование ванны стекломассы, соприкасающейся с контактной поверхностью печи со стеклом;
обеспечение канала питателя для переноса стекломассы из печи в фильеру и футеровку, по меньшей мере, части канала питателя материалом, главным образом свободным от материалов на основе благородных металлов, для формирования контактной поверхности канала питателя со стеклом;
перенос стекломассы в канала питателя при обеспечении тепла от теплового источника канала питателя и течение стекломассы через канала питателя, главным образом, по горизонтальному пути течения, образованному контактной поверхностью канала питателя со стеклом;
выгрузку стекломассы из канала питателя в фильеру при температуре примерно от 2400°F (1316°C) до 2900°F (1593°C) и заранее определенной вязкости и
формирование стекломассы в непрерывные волокна.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадия переноса включает течение стекломассы через канал питателя (12) на глубине меньше, чем примерно 8 дюймов (20 см).
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что стадия переноса включает течение стекломассы через канал питателя (12) на глубине меньше, чем примерно 3.5 дюймов (8.9 см).
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадия футеровки печи (10) включает футеровку, по меньшей мере, части печи огнеупорным материалом на основе оксидов.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что стадия футеровки печи (10) для формирования контактной поверхности стекла с печью включает футеровку, по меньшей мере, части печи материалом, выбранным из группы, состоящей из материалов на основе оксида хрома и циркона.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадия футеровки печи (10) включает футеровку, по меньшей мере, части печи охлажденными с наружной стороны стенками.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадия футеровки канала питателя (12) для формирования контактной поверхности стекла с каналом питателя включает футеровку, по меньшей мере, части канала питателя огнеупорным материалом на основе оксидов.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что стадия футеровки канала питателя (12) включает футеровку канала питателя материалом, выбранным из группы, состоящей из материалов на основе оксида хрома и циркона.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадия обеспечения тепла от источника тепла печи (10) включает установку одной или более кислородно-топливных горелок (34) в своде (22), боковой стенке (328А), торце или днище печи, или их комбинации.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадия обеспечения тепла от источника тепла канала питателя (12) включает установку одной или более кислородно-топливных горелок (34) в своде (22), боковой стенке (328А) или торце канала питателя или их комбинацию.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадия обеспечения тепла от источника тепла канала питателя (12) включает установку одной или более горелок (34) в своде (22), боковой стенке (328А) или торце печи (10), или их комбинацию на расстоянии, достаточном для предотвращения расстеклования стекломассы в канале питателя.
12. Способ по п.11 включает установку кислородно-топливных горелок (34) на расстоянии примерно 4 дюйма (10 см).
13. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию установки одного или более барботеров (24), электрических бустерных электродов и их комбинацию в стеклоплавильной печи (10).
14. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию установки одного или более барботеров (24), электрических бустерных электродов и их комбинацию в канале питателя (12).
15. Способ по п.1, отличающийся тем, что заранее установленная вязкость равна примерно 1000 П.
16. Способ по п.1, отличающийся тем, что заранее установленная вязкость равна примерно 316 П.
3
17. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученное стекловолокно имеет плотность 2.434-2.520 г/см.
18. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученное стекловолокно имеет модуль выше 12.7 MPsi.
19. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученное стекловолокно имеет прочность выше 680 KPsi.
3
20. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученное стекловолокно имеет плотность 2.434-2.520 г/см модуль выше, чем 12.7 MPsi.
3
21. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученное стекловолокно имеет плотность 2.434-2.486 г/см и прочность 688-737 KPsi.
22. Способ выработки стекловолокна из сырой стекольной шихты в стеклоплавильной печи с огнеупорной футеровкой, включающий следующие стадии:
загрузку сырой стекольной шихты в зону плавления стеклоплавильной печи с огнеупорной футеровкой, при этом стекольная шихта содержит:
2
64-75 мас.% SiO;
2
3
16-26 мас.% AlO;
8-12 мас.% MgO и
2
2
2
2
2
0-3 мас.% RO, где RO равно сумме LiO, NaO и KO;
нагревание стекольной шихты до температуры формования, превышающей температуру ликвидуса полученного стекла, для образования стекломассы, предназначенной для выработки стекловолокна; и
выработку стекловолокна из указанной стекломассы.
23. Способ выработки стекловолокна из сырой стекольной шихты в стеклоплавильной печи с огнеупорной футеровкой, включающий следующие стадии:
загрузку сырой стекольной шихты в зону плавления стеклоплавильной печи с огнеупорной футеровкой, при этом стекольная шихта содержит:
2
64-75 мас.% SiO;
2
3
16-26 мас.% AlO;
8-12 мас.% MgO и
2
2
2
2
2
0.25-3 мас.% RO, где RO равно сумме LiO, NaО и KO;
нагревание стекольной шихты до температуры формования, превышающей температуру ликвидуса полученного стекла, для образования стекломассы, предназначенной для выработки стекловолокна; и
выработку стекловолокна из указанной стекломассы.
24. Способ по п.23, отличающийся тем, что стекольная шихта включает:
2
примерно 68 мас.% SiO;
2
3
примерно 20 мас.% AlO;
примерно 10 мас.% MgO и
2
примерно 2 массовых процента LiO.
25. Способ по п.23, отличающийся тем, что стекольная шихта включает:
2
примерно 68 мас.% SiO;
2
3
примерно 20 мас.% AlO;
примерно 9.7 мас.% MgO и
2
примерно 2 мас.% LiO.
26. Способ по п.23, отличающийся тем, что стекольная шихта включает:
2
5
2
3
2
3
2
2
3
2
2
меньше, чем 5 мас.% всех соединений, выбранных из группы, состоящей из CaO, PO, ZnO, ZrO, SrO, BaO, SO, фтора, BO, TiO, FeO, CeO и BeO.
27. Способ по п.23, отличающийся тем, что полученное из шихты стекло имеет температуру выработки стекловолокна меньше, чем 2650°F (1454°C) и ΔТ, по меньшей мере, 80°F (44.44°C).
28. Способ по п.23, отличающийся тем, что стекло имеет ΔТ, по меньшей мере, 120°F (66.67°C).
29. Способ по п.23, отличающийся тем, что стеклоплавильная печь футерована огнеупорным материалом на основе оксидов.
30. Способ по п.23, отличающийся тем, что стеклоплавильная печь футерована огнеупорным материалом, выбранным из группы, состоящей из глинозема, кремнезема, оксида хрома, глинозема-кремнезема, циркона, циркона-глинозема-кремнезема и их комбинации.
31. Способ по п.23, отличающийся тем, что стекло, полученное из шихты, вырабатывается в стекловолокно при температуре формования меньше, чем 2600°F (1427°C).
32. Способ по п.23, отличающийся тем, что стекло имеет ΔТ, по меньшей мере, 140°F (77.78°C).
33. Способ получения стекла из сырого стеклообразующего материала в стеклоплавильной печи, футерованной огнеупорным материалом, при этом стеклоплавильная печь имеет свод (22), днище и боковые стенки (328А), определяющие вытянутый канал (322С), имеющий зону плавления и нижнюю зону осветления (28), при этом способ включает следующие стадии:
загрузку сырой стекольной шихты (30) в зону плавления стеклоплавильной печи, футерованной огнеупорным материалом, при этом стекольная шихта включает:
2
64-75 мас.% SiO;
2
3
16-24 мас.% AlO;
8-12 мас.% MgO и
2
2
2
2
2
0.25-3 мас.% RO, где RO равно сумме LiO, NaО и KO;
обеспечение, по меньшей мере, одной горелки (34) на внутренней стороне свода (22) стеклоплавильной печи; и
плавление стекольной шихты для образования стекломассы, предназначенной для выработки стекловолокна.
34. Способ по п.32, отличающийся тем, что стекло, полученное из шихты (30), вырабатывается в стекловолокно при температуре формования меньше, чем 2650°F (1454°C).
35. Способ получения стекла из сырого стеклообразующего материала в стеклоплавильной печи, футерованной огнеупорным материалом, при этом стеклоплавильная печь имеет свод (22), днище и боковые стенки (328А), определяющие вытянутый канал (322С), имеющий зону плавления и нижнюю зону осветления (16), при этом способ включает следующие стадии:
загрузку сырой стекольной шихты (30) в зону плавления стеклоплавильной печи, футерованной огнеупорным материалом, при этом стекольная шихта включает:
2
68-69 мас.% SiO;
2
3
20-22 мас.% AlO;
9-10 мас.% MgO и
2
1-3 мас.% LiO;
обеспечение, по меньшей мере, одной горелки (34) на внутренней стороне свода (22) стеклоплавильной печи (10); и
плавление стекольной шихты для образования стекломассы, предназначенной для выработки стекловолокна.
36. Стекловолокно, выработанное из сырой стекольной шихты в стеклоплавильной печи, футерованной огнеупорным материалом (10), способом, включающим следующие стадии:
загрузку сырой стекольной шихты (30) в зону плавления стеклоплавильной печи, футерованной огнеупорным материалом, при этом стекольная шихта включает:
2
64-75 мас.% SiO;
2
3
16-24 мас.% AlO;
8-12 мас.% MgO и
2
2
2
2
2
0.25-3 мас.% RO, где RO равно сумме LiO, NaO и KO;
нагрев стекольной шихты до температуры формования, превышающей температуру ликвидуса полученного стекла, для образования стекломассы, предназначенной для выработки стекловолокна; и
выработку указанной стекломассы в стекловолокно.
37. Высокопрочное изделие, включающее:
матрицу и
множество стекловолокон, формованных из композиции стекольной шихты, включающей:
2
64-75 мас.% SiO;
2
3
16-24 мас.% AlO;
8-12 мас.% MgO; и
2
2
2
2
2
0.25-3 мас.% RO, где RO равно сумме LiO, NaO и KO.
38. Высокопрочное изделие по п.37, отличающееся тем, что композиция стекольной шихты включает:
2
примерно 68 мас.% SiO;
2
3
примерно 20 мас.% AlO;
примерно 10 мас.% MgO и
2
примерно 2 мас.% LiО.
39. Высокопрочное изделие по п.38, отличающееся тем, что композиция стекольной шихты включает:
2
примерно 68 мас.% SiO;
2
3
примерно 20 мас.% AlO;
примерно 9.7 мас.% MgO и
2
примерно 2 мас.% LiО.
3
40. Высокопрочное изделие по п.37, отличающееся тем, что стекловолокно имеет плотность 2.434-2.486 г/см.
41. Высокопрочное изделие по п.37, отличающееся тем, что стекловолокно имеет модуль 12.71-12.96 MPsi.
42. Высокопрочное изделие по п.37, отличающееся тем, что стекловолокно имеет прочность 688-737 KPsi.
3
43. Высокопрочное изделие по п.37, отличающееся тем, что стекловолокно имеет плотность 2.434-2.486 г/см и модуль 12.71-12.96 MPsi.
3
44. Высокопрочное изделие по п.37, отличающееся тем, что стекловолкно имеет плотность 2.434-2.486 г/см и прочность 688-737 KPsi.
45. Высокопрочное изделие, по п.37, отличающееся тем, что материал матрицы выбран из группы, состоящей из полиэфирной смолы, винилэфирной фенольной смолы, винилэфирной смолы и эпоксидной смолы, бисмалеимида, полиамида, фенольного винилового эфира, этилен-акрилатного или метакрилатного сополимера, поперечно-сшитого этилен-метил акрилата, метил метакрилатного сополимера и иономера, поликарбоната, полиуретана, нейлона или арамида, модифицированных эпоксидов.
46. Высокопрочное изделие по п.37, отличающееся тем, что материал матрицы представляет собой фенольный матричный материал.
47. Способ производства высокопрочных композитных изделий, включающий следующие стадии:
формование волокон из композиции стекольной шихты, включающей:
2
64-75 мас.% SiO;
2
3
16-24 мас.% AlO;
8-12 мас.% MgO и
2
2
2
2
2
0.25-3 мас.% RO, где RO равно сумме LiO, NaO и KO;
соединение волокон с матричным материалом;
формование изделия и
твердение матричного материала.
48. Способ по п.47, включающий следующие стадии:
формирование промежуточной стеклянной структуры, выбранной из группы, состоящей из влажного рубленого стекловолокна, мата из непрерывного волокна, мата из рубленого волокна, влажного мата и пневмоуложенного мата.
49. Способ по п.47, отличающийся тем, что стадия формования выбрана из группы, состоящей из прессования, ламинирования, распыления, нанесения слоев вручную, укладки предварительно изготовленных слоев (препрег), прессования в пресс-форме, формования методом вакуумного мешка, формования с помощью мешка под давлением, прессования в форме, трансферного формования, трансферного формования с помощью вакуума, пултрузии, формования намоткой нити, литья, автоклавного формования, трансферного формования центробежным литьем и непрерывного литья.
50. Способ по п.47, отличающийся тем, что композиция стекольной шихты включает:
2
примерно 68 мас.% SiO;
2
3
примерно 20 мас.% AlO;
примерно 10 мас.% MgO и
2
примерно 2 мас.% LiO.
51. Способ по п.47, отличающийся тем, что материал матрицы выбран из группы, состоящей из полиэфирной смолы, винилэфирной фенольной смолы, винилэфирной смолы и эпоксидной смолы, бисмалеимида, полиамида, фенольного винилового эфира, этилен-акрилатного или метакрилатного сополимера, поперечно-сшитого этилен-метил акрилата, метил метакрилатного сополимера и иономера, поликарбоната, полиуретана, нейлона или арамида, модифицированных эпоксидов.