ВЫСОКОМОДУЛЬНАЯ СТЕКЛОВОЛОКОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ, СТЕКЛОВОЛОКНО И КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ИЗ НЕГО
HIGH-MODULUS FIBERGLASS COMPOSITION, GLASS FIBER AND COMPOSITE MATERIAL THEREFROM

В настоящей заявке испрашивается приоритет на основании предварительной заявки на патент Китая 201610113362.0, поданной 29 февраля 2016 года и озаглавленной «High-Modulus Glass Fiber Composition, Glass Fiber and Composite Material Therefrom», полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к высокомодульной стекловолоконной композиции, в частности, к стекловолоконной композиции, которую можно использовать в качестве армирующего материала основы для композитов, а также к стекловолокну и композиционному материалу из него.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Стекловолокно представляет собой неорганический волокнистый материал, который может быть использован для армирования смол с получением композиционных материалов с хорошими характеристиками. В качестве армирующего материала основы для улучшенных композиционных материалов, высокомодульные стекловолокна изначально использовали, главным образом, в аэрокосмической промышленности или в оборонной промышленности. С развитием науки и технологии и с развитием экономики, высокомодульные стекловолокна стали широко использовать в гражданских и промышленных отраслях, таких как ветряные лопасти, камеры высокого давления, трубы для шельфовых нефтяных месторождений и автомобильная промышленность.
2
3
2
Первые композиции высокомодульного стекла были основаны на системе MgO-AlO-SiO, и традиционный состав представлял собой стекло S-2, разработанное компанией ОС в США. Модуль стекла S-2 составляет 89-90 ГПа; однако производство такого стекла является чрезвычайно сложным, поскольку температура его формования достигает примерно 1571°С, а температура ликвидуса достигает примерно 1470°С и, следовательно, его трудно реализовать в крупномасштабном промышленном производстве. Поэтому компания ОС прекратила производства стекловолокна S-2 и передала патент на него американской компании AGY.
Позже компания ОС разработала стекло HiPer-tex, имеющее модуль 87-89 ГПа, которое было компромиссным вариантом для промышленного масштаба в ущерб некоторым свойствам стекла. Однако поскольку конструктивное решение стекла HiPer-tex было лишь простым усовершенствованием стекла S-2, то температура формования и температура солидуса оставались высокими, что вызывало трудности при вытяжке стекловолокна и впоследствии приводило к затруднению реализации крупномасштабного промышленного производства. Поэтому компания ОС также прекратила выпуск стекловолокна HiPer-tex и передала патент на него европейской компании 3В.
2
3
2
2
2
3
Французская компания Saint-Gobain разработала стекло R на основе системы MgO-CaO-AlO-SiO, и его модуль составляет 86-89 ГПа; однако общее содержание SiO и AlO в традиционном стекле R остается высоким, и поэтому не существует эффективного решения для улучшения характеристик кристаллизации, поскольку отношение Са к Mg подобрано неэффективно, что вызывает трудности при формовании волокна, а также высокий риск кристаллизации, высокое поверхностное натяжение и трудности при осветлении расплавленного стекла. Температура формования стекла R достигает 1410°С, а температура его ликвидус составляет до 1350°С. Все это затрудняет эффективную вытяжку стекловолокна и впоследствии приводит к затруднению реализации крупномасштабного промышленного производства.
2
2
3
2
2
3
2
2
3
Компания Nanjing Fiberglass Research & Design Institute в Китае разработала стекло HS2, имеющее модуль 84-87 ГПа. Оно содержит, главным образом, SiO, AlO и MgO, а также содержит некоторое количество LiO, ВО, CeO и FeO. Температура его формования составляет лишь 1245°С, а температура его ликвидуса составляет 1320°С. Обе температуры гораздо ниже показателей для стекла S. Однако поскольку температура его формования ниже, чем температура его ликвидуса, что неблагоприятно для регулирования вытяжки стекловолокна, то необходимо увеличивать температуру формования и использовать наконечники специальной формы для предотвращения явления кристаллизации стекла в процессе вытяжки волокна. Это вызывает трудности при регулировании температуры, а также затрудняет реализацию крупномасштабного промышленного производства.
Таким образом, было обнаружено, что на современном этапе реальное производство различных высокомодульных стекловолокон, как правило, сталкивается с проблемой крупномасштабного производства с применением футерованных печей, которая проявляется, в частности, как сравнительно высокая температура ликвидуса, высокая скорость кристаллизации, высокая температура формования, высокое поверхностное натяжение, трудность осветления расплавленного стекла и узкий температурный диапазон (ΔT) для формования волокна и даже отрицательное значение ΔT. Таким образом, большинство компаний стремятся уменьшить производственные проблемы за счет некоторых свойств стекла, в результате чего невозможно улучшить модуль вышеупомянутых стекловолокон с одновременным увеличением объема производства. Проблема недостаточного модуля при производстве стекловолокна S долгое время оставалась нерешенной.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на решение проблемы, описанной выше. Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении высокомодульной стекловолоконной композиции, которая не только существенно улучшает модуль упругости стекловолокна, но и позволяет преодолеть технические проблемы при производстве традиционных высокомодульных стекол, включая сравнительно высокую температуру солидуса, высокую скорость кристаллизации, высокую температуру формования, высокое поверхностное натяжение и проблемы осветления расплавленного стекла. Указанная стекловолоконная композиция может существенно снижать температуру ликвидуса и температуру формования высокомодульных стекол, способствовать снижению скорости кристаллизации и степени пузырения стекла при прочих равных условиях, а также достигать требуемого значения ΔT. Таким образом, стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению особенно подходит для крупномасштабного производства высокомодульных стекловолокон с применением футерованных печей.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, предложена высокомодульная стекловолоконная композиция, содержащая следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
55-64%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
13-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,1-6%
СаО
3,4-10,9%
MgO
8-14%
CaO+MgO+SrO
<22%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение C1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,26;
причем ограниченное массовое процентное соотношение С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,8-2,1;
При этом указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
56-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
13-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,1-6%
СаО
3,4-10,9%
MgO
8-14%
CaO+MgO+SrO
<22%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение C1=(LiO+NaO+K)/YO составляет больше 0,26;
2
где ограниченный диапазон содержания LiO составляет 0,1-1,5% по массе;
где ограниченный диапазон содержания SrO составляет 0,1-2,5% по массе;
где ограниченный диапазон содержания СаО составляет 6-10,3% по массе;
где ограниченный диапазон содержания MgO составляет 8,6-13% по массе;
2
3
где ограниченный диапазон содержания YO составляет 0,5-5% по массе;
2
3
где ограниченный диапазон содержания YO составляет 1,5-5% по массе;
При этом указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
56-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
13-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,5-5%
СаО
3,4-10,9%
MgO
8-14%
CaO+MgO+SrO
<22%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1,5%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение С1=(LiO+NaO+KO)/YO составляет больше 0,26, и массовое процентное соотношение С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,8-2,1.
При этом указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
56-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
13-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,5-5%
СаО
3,4-10,9%
MgO
8-14%
CaO+MgO+SrO
<22%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1,5%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,28, и массовое процентное соотношение С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,8-2,1.
При этом указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
57-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,5-5%
СаО
5-10,6%
MgO
8-14%
CaO+MgO+SrO
<21%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,28, и массовое процентное соотношение С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,8-2,1.
При этом указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
57-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14-23%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1,5-5%
СаО
6-10,3%
MgO
8,6-13%
CaO+MgO+SrO
<21%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение C1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,29, и массовое процентное соотношение С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,9-1,8.
При этом указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
57-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14-23%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1,5-5%
СаО
6-10,3%
MgO
8,6-13%
CaO+MgO+SrO
<21%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение C1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,29, и массовое процентное соотношение С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,9-1,7;
где ограниченный диапазон содержания SrO составляет 0,1-2% по массе;
2
3
где ограниченный диапазон содержания LaO составляет 0,1-1% по массе;
2
3
где ограниченный диапазон содержания YO составляет 2-4% по массе;
где ограниченный диапазон содержания СаО составляет 6,5-10% по массе;
где ограниченный диапазон содержания MgO составляет больше 12%, но не более 13% по массе;
При этом указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
55-64%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
13-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,1-6%
СаО
3,4-10,9%
MgO
больше 12%, но не более 13%
CaO+MgO+SrO
<22%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение C1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,26.
При этом указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
55-64%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
больше 19%, но не более 21%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,1-6%
СаО
3,4-10,9%
MgO
8-10,5%
CaO+MgO+SrO
<22%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<1%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение C1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,26.
2
При этом указанная композиция также может содержать CeO в диапазоне содержания 0-1% в массовых процентах.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предложено стекловолокно, полученное из указанной стекловолоконной композиции.
При этом модуль упругости указанного стекловолокна составляет 90-103 ГПа.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предложен композиционный материал, содержащий указанное стекловолокно.
2
3
2
2
2
2
3
2
3
2
3
2
3
2
2
Основные патентоспособные признаки стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению включают: включение оксида редкоземельного металла YO, применением особого компенсационного эффекта иттрия в структуре стекла, контролирование соотношений (LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) и MgO/(CaO+SrO), соответственно, эффективный подбор диапазонов содержания YO, LaO, LiO, SrO, СаО, MgO и CaO+MgO+SrO с использованием синергетического эффекта иттрия и оксидов щелочных металлов, а также смешанного эффекта щелочноземельных металлов среди SrO, СаО и MgO, а также выборочное включение CeO в соответствующем количестве.
В частности, высокомодульная стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
55-64%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
13-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,1-6%
СаО
3,4-10,9%
MgO
8-14%
CaO+MgO+SrO
<22%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение C1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,26.
Эффект и содержание каждого компонента в указанной стекловолоконной композиции описаны ниже:
2
2
2
SiO представляет собой главный оксид, образующий структуру стекла, и оказывает эффект стабилизации всех компонентов. В стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению ограниченный диапазон содержания SiO составляет 55-64%. Основываясь на сохранении высоких механических свойств и отсутствии усложнения осветления расплавленного стекла, настоящее изобретение, в частности, обеспечивает сохранение содержания диоксида кремния ниже определенного значения. Предпочтительно, диапазон содержания SiO может составлять 56-60,4%, более предпочтительно 57-60,4%.
2
3
2
2
3
2
3
2
3
2
3
2
2
2
AlO представляет собой другой главный оксид, образующий структуру стекла. При комбинировании с SiO, он может оказывать значительное влияние на механические свойства стекла и существенный эффект на предотвращение фазового разделения стекла и водостойкость. Ограниченный диапазон содержания AlO согласно настоящему изобретению составляет 13-24%. Слишком низкое содержание AlO приводит к невозможности достижения достаточно высоких механических свойств, особенно модуля; слишком высокое его содержание приводит к существенному повышению риска фазового разделения стекла. Предпочтительно, содержание AlO может составлять 14-24%, более предпочтительно 14-23%. Кроме того, авторами настоящего изобретения, в одном варианте его реализации, было неожиданно обнаружено, что если массовый процент AlO регулируют до значения более 19%, но не более 21%, массовый процент MgO составляет не более 10,5%, а общий массовый процент LiO+NaO+KO составляет не более 1%, то стекло может иметь превосходные механические свойства и стойкость к кристаллизации, а также широкий температурный диапазон (ΔT) для формования волокна.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
KO и NaO могут снижать вязкость стекла и являются хорошими флюсующими агентами. Авторами настоящего изобретения обнаружено, что замена NaO на KO при сохранении общего количества оксидов щелочных металлов может приводить к снижению склонности стекла к кристаллизации и улучшению характеристик формования волокна. По сравнению с NaO и KO, LiO может не только существенно снижать вязкость стекла, улучшая характеристики плавления стекла, но и значительно способствовать улучшению механических свойств стекла. Кроме того, небольшое количество LiO обеспечивает значительное количество свободного кислорода, в результате чего большее количество ионов алюминия участвуют в тетраэдрической координации, которая упрочняет структуру стекла и дополнительно улучшает механические свойства стекла. Однако слишком большое содержание ионов щелочных металлов в композиции стекла ухудшает стабильность стекла, и введенное количество должно быть ограниченным. Таким образом, в стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению ограниченный диапазон содержания LiO+NaO+KO составляет менее 2%. Кроме того, ограниченный диапазон содержания LiO составляет 0,1-1,5% и предпочтительно 0,1-1%.
2
3
2
3
3+
3+
YO представляет собой важный щелочноземельный оксид. Авторами настоящего изобретения обнаружено, что YO особенно эффективен для повышения модуля стекла и замедления кристаллизации стекла. Поскольку Y с трудом может проникать в структуру стекла, то он обычно существует в виде внешних ионов в щелях структуры стекла. Ионы Y имеют большие координационные числа, высокую напряженность поля и электрический заряд, а также высокую аккумулирующую способность.
3+
2
3
2
3
Благодаря указанным особенностям, ионы Y могут способствовать не только улучшению структурной стабильности стекла и повышению модуля стекла, но и эффективно препятствовать движению и упорядочиванию других ионов для минимизации склонности стекла к кристаллизации. В стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению ограниченный диапазон содержания YO составляет 0,1-6%. Предпочтительно, содержание YO может составлять 0,5-5%, более предпочтительно 1,5-5% и еще более предпочтительно 2-4%.
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
LaO также представляет собой важный щелочноземельный оксид. Авторами настоящего изобретения обнаружено, что при использовании в отдельности, LaO демонстрирует более слабый эффект увеличения модуля и замедления кристаллизации, но обеспечивает более высокий эффект осветления, по сравнению с YO. В то же время, поскольку молекулярная масса и ионный радиус лантана имеют большие значения, то слишком большое включенное количество будет не только ослаблять его эффект на улучшение свойств стекла, но и даже ухудшать стабильность структуры стекла и повышать плотность стекла. Таким образом, включенное количество LaO должно быть ограниченным. В стекловолоконную композицию согласно настоящему изобретению LaO можно необязательно включать в небольшом количестве. Ограниченное содержание LaO может составлять 0-1,2%, и может составлять 0,1-1%.
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
2
2
2
3
2
3
Авторами настоящего изобретения также обнаружено, что координационное состояние YO тесно связано с содержанием свободного кислорода в стекле. YO в кристаллическом состоянии имеет вакансионные дефекты, и при введении YO в стекло указанные вакансионные дефекты заполняются другими оксидами, особенно оксидами щелочных металлов. Различная степень заполнения приводит к различным координационным состояниям и плотности упаковки YO, что оказывает значительное влияние на свойства стекла. Подобным образом, LaO также требует определенного содержания кислорода для заполнения вакансий. Для получения достаточного количества свободного кислорода и, соответственно, достижения более плотной структуры упаковки и лучшей стойкости к кристаллизации, ограниченный диапазон массового процентного соотношения C1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) согласно настоящему изобретению составляет больше 0,26, предпочтительно больше 0,28 и более предпочтительно больше 0,29.
2
3
2
2
6
2
2
3
2+
2+
2+
СаО, MgO и SrO, главным образом, могут влиять на контролирование кристаллизации стекла и регулирование вязкости стекла, а также скорости затвердевания расплавленного стекла. В частности, в отношении контролирования кристаллизации стекла, авторами настоящего изобретения получен неожиданный эффект посредством контролирования включенных количеств указанных соединений и соотношений между ними. В целом, для высокоэффективного стекла на основе системы MgO-CaO-AlO-SiO, кристаллические фазы, которые оно содержит после кристаллизации стекла, включают, главным образом, диопсид (CaMgSiO) и анортит (CaAlSiOO). Для эффективного подавления склонности к кристаллизации двух кристаллических фаз и для снижения температуры ликвидуса стекла и скорости его кристаллизации, в настоящем изобретении предложено рациональное контролирование общего содержания CaO+MgO+SrO и массового процентного соотношения С2=MgO/(CaO+SrO), а также использован смешанный эффект щелочноземельных металлов для образования компактной структуры упаковки, поэтому для формирования и роста зародышей кристалла необходимо больше энергии. Кроме того, поскольку радиус ионов Sr является большим, то указанный ион не только сам движется с трудом, но и может сдерживать движение и реструктуризацию ионов Mg и Са при тех же условиях, что обеспечивает достижение требуемого подавления склонности стекла к кристаллизации с одновременной оптимизацией скорости затвердевания расплавленного стекла. В стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению ограниченный диапазон общего содержания CaO+MgO+SrO составляет менее 22%, и предпочтительно менее 21%. Кроме того, в одном варианте реализации настоящего изобретения ограниченный диапазон массового процентного соотношения С2=MgO/(CaO+SrO) может составлять 0,8-2,1, предпочтительно 0,9-1,8, и более предпочтительно 0,9-1,7; в другом варианте реализации настоящего изобретения, если содержание MgO составляет более 12%, то в отношении диапазона С2 нет таких ограничений, как описано выше.
В стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению ограниченный диапазон содержания СаО может составлять 3,4-10,9%, предпочтительно 5-10,6%, более предпочтительно может составлять 6-10,3%, и еще более предпочтительно 6,5-10%; ограниченный диапазон содержания MgO может составлять 8-14%, предпочтительно 8,6-13%, и более предпочтительно более 12%, но не более 13%; ограниченный диапазон содержания SrO может составлять менее 3%, предпочтительно 0,1-2,5%, и более предпочтительно 0,1-2%.
2
2
2
TiO может не только снижать вязкость стекла при высокой температуре, но и оказывает определенный флюсующий эффект. Однако поскольку ионы титана имеют определенный окрашивающий эффект, то такой окрашивающий эффект становится особенно значительным при содержании TiO более 2%, что до некоторой степени влияет на внешний вид изделий, армированных таким стекловолокном. Таким образом, в стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению ограниченный диапазон содержания TiO составляет менее 2%.
2
3
2
3
FeO облегчает плавление стекла и также может улучшать характеристики кристаллизации стекла. Однако поскольку ионы железа(III) и железа(II) обладают окрашивающим действием, введенное количество должно быть ограниченным. Таким образом, в стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению ограниченный диапазон содержания FeO составляет менее 1,5%.
2
2
В стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению выборочное введение CeO в подходящем количестве может дополнительно улучшать склонность к кристаллизации и осветление стекла, и ограниченный диапазон содержания СеО может составлять 0-1%.
Кроме того, стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению может содержать небольшое количество других компонентов с общим содержанием не более 2%.
В стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению благоприятное действие, оказываемое вышеуказанными выборочными диапазонами компонентов, описано далее на примерах с помощью конкретных экспериментальных данных.
Ниже представлены варианты реализации предпочтительных диапазонов содержания компонентов в стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению.
Предпочтительный вариант реализации 1
Высокомодульная стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
56-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
13-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>2</sub>
0,5-5%
СаО
3,4-10,9%
MgO
8-14%
CaO+MgO+SrO
<22%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1,5%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, диапазон массового процентного соотношения С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,26, и диапазон массового процентного соотношения С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,8-2,1.
Предпочтительный вариант реализации 2
Высокомодульная стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
56-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
13-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,5-5%
СаО
3,4-10,9%
MgO
8-14%
CaO+MgO+SrO
<22%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1,5%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, диапазон массового процентного соотношения С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,28, и диапазон массового процентного соотношения С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,8-2,1.
Предпочтительный вариант реализации 3
Высокомодульная стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
57-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,5-5%
СаО
5-10,6%
MgO
8-14%
CaO+MgO+SrO
<21%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, диапазон массового процентного соотношения С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,28, и диапазон массового процентного соотношения С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,8-2,1.
Предпочтительный вариант реализации 4
Высокомодульная стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
57-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14-23%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1,5-5%
СаО
6-10,3%
MgO
8,6-13%
CaO+MgO+SrO
<21%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, диапазон массового процентного соотношения С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,29, и диапазон массового процентного соотношения С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,9-1,8.
Предпочтительный вариант реализации 5
Высокомодульная стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
57-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14-23%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1,5-5%
СаО
6-10,3%
MgO
8,6-13%
CaO+MgO+SrO
<21%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, диапазон массового процентного соотношения С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,29, и диапазон массового процентного соотношения С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,9-1,7.
В соответствии с предпочтительным вариантом реализации 5, температура ликвидуса стеклянной композиции составляет не более 1320°С, предпочтительно не более 1300°С, и более предпочтительно не более 1250°С, а модуль упругости стекловолокна, изготовленного из нее, составляет 90-103 ГПа.
Предпочтительный вариант реализации 6
Высокомодульная стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
57-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14-23%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1,5-5%
СаО
6-10,3%
MgO
8,6-13%
CaO+MgO+SrO
<21%
SrO
0,1-2%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, диапазон массового процентного соотношения С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,29, и диапазон массового процентного соотношения С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,9-1,7.
Предпочтительный вариант реализации 7
Высокомодульная стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
57-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,5-5%
СаО
5-10,6%
MgO
8-14%
CaO+MgO+SrO
<21%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,1-1%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, диапазон массового процентного соотношения С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,28, и диапазон массового процентного соотношения С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,8-2,1.
Предпочтительный вариант реализации 8
Высокомодульная стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
57-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
2-4%
СаО
5-10,6%
MgO
8-14%
CaO+MgO+SrO
<21%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, диапазон массового процентного соотношения С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO)составляет больше 0,28, и диапазон массового процентного соотношения С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,8-2,1.
Предпочтительный вариант реализации 9
Высокомодульная стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
57-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,5-5%
СаО
6,5-10%
MgO
8-14%
CaO+MgO+SrO
<21%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, диапазон массового процентного соотношения С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,28, и диапазон массового процентного соотношения С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,8-2,1.
Предпочтительный вариант реализации 10
Высокомодульная стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
55-64%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
13-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,1-6%
СаО
3,4-10,9%
MgO
больше 12%, но не более 13%
CaO+MgO+SrO
<22%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, диапазон массового процентного соотношения С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,26.
В соответствии с предпочтительным вариантом реализации 10, модуль упругости стекловолокна, изготовленного из указанной композиции, составляет более 95 ГПа.
Предпочтительный вариант реализации 11
Высокомодульная стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
55-64%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
больше 19%, но не более 21%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,1-6%
СаО
3,4-10,9%
MgO
8-10,5%
CaO+MgO+SrO
<22%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>2O
<1%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, диапазон массового процентного соотношения С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,26.
Предпочтительный вариант реализации 12
Высокомодульная стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в массовых процентах:
SiO<sub>2</sub>
57-60,4%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
14-24%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,5-5%
СаО
5-10,6%
MgO
8-14%
CaO+MgO+SrO
<21%
SrO
<3%
Li<sub>2</sub>O
0,1-1%
Li<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O
<2%
TiO<sub>2</sub>
<2%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
<1,5%
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,2%
CeO<sub>2</sub>
0-1%
2
2
2
2
3
2
3
Кроме того, диапазон массового процентного соотношения С1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет больше 0,28, и диапазон массового процентного соотношения С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,8-2,1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для более ясного понимания целей, технических решений и преимуществ примеров согласно настоящему изобретению, технические решения в примерах согласно настоящему изобретению наглядно и подробно описаны ниже. Очевидно, что примеры, описанные в настоящем документе, представляют собой лишь часть примеров настоящего изобретения, но не все примеры. Все остальные иллюстративные варианты реализации, получаемые специалистами в данной области техники на основании примеров, приведенных в настоящем изобретении, без осуществления творческой работы, входят в объем правовой защиты настоящего изобретения. Следует понимать, что при отсутствии противоречий примеры и признаки примеров в настоящей заявки можно произвольно комбинировать друг с другом.
2
2
3
2
3
2
2
2
2
2
3
2
3
2
2
2
2
3
2
3
Основная концепция настоящего изобретения заключается в том, что содержание компонентов стекловолоконной композиции, выраженное в массовых процентах, составляет: 55-64% SiO, 13-24% ALO, 0,1-6% YO, 3,4-10,9% СаО, 8-14% MgO, менее 22% CaO+MgO+SrO, менее 2% LiO+NaO+KO, менее 2% TiO, менее 1,5% FeO, 0-1,2% LaO, причем диапазон массового процентного соотношения C1=(LiO+NaO+KO)/(YO+LaO) составляет более 0,26. Указанная композиция может существенно увеличивать модуль упругости стекла, эффективно подавлять склонность стекла к кристаллизации, снижать температуру ликвидуса, обеспечивать требуемый температурный диапазон (ΔT) формования волокна и улучшать осветление расплавленного стекла, что делает ее особенно подходящей для производства высокомодульного стекловолокна с применением футерованных печей.
2
2
3
2
3
2
2
2
2
3
2
2
3
Для использования в примерах выбраны конкретные значения содержания SiO, AlO, YO, СаО, MgO, LiO, NaO, KO, FeO, TiO, SrO и LaO в стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению, и их сравнивали со свойствами стекла S, традиционного стекла R и улучшенного стекла R с точки зрения следующих шести параметров свойств:
3
(1) Температура формования, температура, при которой расплав стекла имеет вязкость 10 пуаз.
(2) Температура ликвидуса, температура, при которой зародыши кристаллов начинают образовываться при охлаждении расплава стекла, т.е. верхний температурный предел кристаллизации стекла.
(3) Значение ΔT, которое представляет собой разность между температурой формования и температурой ликвидуса и указывает температурный диапазон, при котором можно осуществлять вытяжку волокна.
(4) Пиковая температура кристаллизации, температура, которая соответствует максимальному пику кристаллизации стекла в испытании ДТА (дифференциального термического анализа). В целом, чем выше указанная температура, тем больше энергии необходимо для роста зародышей кристалла, и тем ниже склонность стекла к кристаллизации.
(5) Модуль упругости, линейный модуль упругости, определяющий способность стекла противостоять упругой деформации, который измеряют в соответствии с ASTM2343.
(6) Количество пузырьков, которое определяют следующим образом: Используют определенные формы для прессования материалов стеклянной шихты в каждом примере с получением образцов одинакового размера, которые затем помещают на подставку для образца в высокотемпературном микроскопе. Образцы нагревают в соответствии со стандартными методами до заданной пространственной температуры 1500°С, а затем напрямую охлаждают их с помощью охлаждающей печи микроскопа до комнатной температуры без сохранения тепла. Наконец, каждый из образцов стекла изучают под поляризующим микроскопом для определения количества пузырьков в образцах. Пузырек определяют в соответствии с конкретным увеличением микроскопа.
Вышеуказанные шесть параметров и способы их измерения хорошо известны специалистам в данной области техники. Следовательно, указанные параметры можно эффективно использовать для объяснения свойств стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению.
Далее описаны конкретные способы проведения экспериментов: каждый компонент можно получать из соответствующих сырьевых материалов. Сырьевые материалы в соответствующих пропорциях смешивали так, что каждый компонент имел ожидаемое конечное процентное содержание. Смешанную шихту плавили и осветляли расплавленное стекло. Затем расплавленное стекло вытягивали через наконечники бушингов, формируя стекловолокно. Стекловолокно вытягивали, уменьшая его толщину, на вращающейся втулке намоточного устройства с получением брикетов или пакетов. Конечно, для глубокой переработки указанного стекловолокна можно использовать обычные способы для достижения заданных требований.
Ниже представлены иллюстративные варианты реализации стекловоловонной композиции согласно настоящему изобретению.
Пример 1
SiO<sub>2</sub>
59,5%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
16,7%
СаО
8,9%
MgO
9,5%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1,8%
Na<sub>2</sub>O
0,23%
K<sub>2</sub>O
0,36%
Li<sub>2</sub>O
0,75%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0.44%
TiO<sub>2</sub>
0.43%
SrO
1.0%
2
2
2
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение C1=(LiO+NaO+KO)/YO составляет 0,74, и массовое процентное соотношение С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 0,96.
Ниже представлены измеренные значения шести параметров для примера 1:
Температура формования
1298°С
Температура ликвидуса
1205°С
ΔT
93°С
Пиковая температура кристаллизации
1023°С
Модуль упругости
93,9 ГПа
Количество пузырьков
11
Пример 2
SiO<sub>2</sub>
59,3%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
17,0%
СаО
8,2%
MgO
9,7%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
3,3%
Na<sub>2</sub>O
0,22%
K<sub>2</sub>O
0,37%
Li<sub>2</sub>O
0,75%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,44%
TiO<sub>2</sub>
0,44%
2
2
2
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение C1=(LiO+NaO+KO)/YO составляет 0,41, и массовое процентное соотношение С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 1,18.
Ниже представлены измеренные значения шести параметров для примера 2:
Температура формования
1300°С
Температура ликвидуса
1206°С
ΔT
94°С
Пиковая температура кристаллизации
1024°С
Модуль упругости
95,6 ГПа
Количество пузырьков
8
Пример 3
SiO<sub>2</sub>
58,2%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
19,2%
СаО
6,7%
MgO
10%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
3,4%
Na<sub>2</sub>O
0,19%
K<sub>2</sub>O
0,23%
Li<sub>2</sub>O
0,55%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,44%
TiO<sub>2</sub>
0,82%
2
2
2
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение C1=(LiO+NaO+KO)/YO составляет 0,29, и массовое процентное соотношение С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 1,49.
Ниже представлены измеренные значения шести параметров для примера 3:
Температура формования
1305°С
Температура ликвидуса
1200°С
ΔT
105°С
Пиковая температура кристаллизации
1024°С
Модуль упругости
97,0 ГПа
Количество пузырьков
11
Пример 4
SiO<sub>2</sub>
58,8%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
17,4%
СаО
5,8%
MgO
10,4%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
5,0%
Na<sub>2</sub>O
0,29%
K<sub>2</sub>O
0,49%
Li<sub>2</sub>O
0,75%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,43%
TiO<sub>2</sub>
0,40%
2
2
2
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение C1=(LiO+NaO+KO)/YO составляет 0,31, и массовое процентное соотношение С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 1,79.
Ниже представлены измеренные значения шести параметров для примера 4:
Температура формования
1303°С
Температура ликвидуса
1213°С
ΔT
90°С
Пиковая температура кристаллизации
1029°С
Модуль упругости
100,3 ГПа
Количество пузырьков
9
Пример 5
SiO<sub>2</sub>
59,3%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
17,1%
СаО
7,6%
MgO
10,4%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
3,1%
Na<sub>2</sub>O
0,21%
K<sub>2</sub>O
0,34%
Li<sub>2</sub>O
0,45%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,44%
TiO<sub>2</sub>
0,43%
SrO
0,3%
2
2
2
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение C1=(LiO+NaO+KO)/YO составляет 0,32, и массовое процентное соотношение С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 1,37.
Ниже представлены измеренные значения шести параметров для примера 5:
Температура формования
1296°С
Температура ликвидуса
1206°С
ΔT
90°С
Пиковая температура кристаллизации
1021°С
Модуль упругости
94,1 ГПа
Количество пузырьков
10
Пример 6
SiO<sub>2</sub>
59,3%
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
16,3%
СаО
6,1%
MgO
12,2%
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
3,4%
Na<sub>2</sub>O
0,23%
K<sub>2</sub>O
0,46%
Li<sub>2</sub>O
0,50%
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,44%
TiO<sub>2</sub>
0,82%
2
2
2
2
3
Кроме того, массовое процентное соотношение C1=(LiO+NaO+KO)/YO составляет 0,35, и массовое процентное соотношение С2=MgO/(CaO+SrO) составляет 2.
Ниже представлены измеренные значения шести параметров для примера 6:
Температура формования
1300°С
Температура ликвидуса
1220°С
ΔT
80°С
Пиковая температура кристаллизации
1020°С
Модуль упругости
97,1 ГПа
Количество пузырьков
10
Сравнение параметров свойств вышеуказанных примеров и других примеров стекловолоконной композиции согласно настоящему изобретению с параметрами свойств традиционного стекла Е, традиционного стекла R и улучшенного стекла R дополнительно представлено ниже в виде таблиц, в которых содержание компонентов стекловолоконной композиции выражено в массовых процентах. Необходимо пояснить, что общее содержание компонентов в представленных примерах немного меньше 100%, и следует понимать, что остальное количество представляют собой следовые примеси или небольшое количество компонентов, которые не могут быть проанализированы.
По значениям, представленным в приведенных выше таблицах, можно видеть, что по сравнению со стеклом S и традиционным стеклом R, стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению имеет следующие преимущества: (1) гораздо более высокий модуль упругости; (2) гораздо более низкая температура ликвидуса, что способствует снижению риска кристаллизации и повышает эффективность вытяжки волокна; относительно высокая пиковая температура кристаллизации, что свидетельствует о необходимости большего количества энергии для образования и роста зародышей кристалла в процессе кристаллизации стекла, т.е. риск кристаллизации стекла согласно настоящему изобретению ниже при прочих равных условиях; (3) меньшее количество пузырьков, что свидетельствует о более качественном осветлении расплавленного стекла.
Стекло S и традиционное стекло R не могут быть использованы в крупномасштабном производстве с применением футерованных печей, а что касается улучшенного стекла R, то некоторые свойства стекла принесены в жертву для снижения температуры ликвидуса и температуры формования, в результате чего технологические проблемы уменьшены, и может быть осуществлено его производство в футерованных печах. Напротив, стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению не только имеет достаточно низкую температуру ликвидуса и температуру формования, что обеспечивает возможность производства с применением футерованных печей, но и существенно повышает модуль стекла, тем самым решая техническую проблему, которая заключается в том, что модуль стекловолокна S и стекловолокна R нельзя улучшить при увеличении масштаба производства.
Стекловолоконную композицию согласно настоящему изобретению можно использовать для получения стеклянных волокон, имеющих вышеупомянутые превосходные свойства.
Стекловолоконную композицию согласно настоящему изобретению можно использовать в комбинации с одним или более органическими и/или неорганическими материалами для получения композиционных материалов, обладающих превосходными характеристиками, таких как материалы основы, армированные стекловолокном.
Наконец, следует пояснить, что в данном контексте термины «содержит», «включает» или любые другие варианты означают «не исключительно включает», так что любой процесс, способ, изделие или оборудование, которое содержит группу факторов, содержит не только указанные факторы, но и включает другие факторы, которые не перечислены в явном виде, или включает также неотъемлемые факторы указанного процесса, способа, объекта или оборудования. Без дополнительных ограничений, факторы, определенные таким выражением как «содержит что-либо…», не исключают, что существуют другие такие же факторы в процессе, способе, изделии или оборудовании, которое включает указанные факторы.
Представленные выше примеры приведены лишь для иллюстрации, а не ограничения технических решений согласно настоящему изобретению. Несмотря на то, что настоящее изобретение подробно описано с помощью вышеупомянутых примеров, специалистам в данной области техники понятно, что в отношении технических решений, воплощенных во всех вышеупомянутых примерах, могут быть сделаны модификации, или в отношении некоторых технических признаков могут быть сделаны эквивалентные замены. Однако такие модификации или замены не должны приводить к получению технических решений, существенно отличающихся от сущности и объема технических решений, воплощенных, соответственно, во всех примерах согласно настоящему изобретению.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению не только имеет достаточно низкую температуру ликвидуса и температуру формования, что обеспечивает возможность производства с применением футерованных печей, но и существенно повышает модуль стекла, тем самым решая техническую проблему, которая заключается в том, что модуль стекловолокна S и стекловолокна R нельзя улучшить при увеличении масштаба производства. В сравнении с современными высокомодульными стеклами, стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению обеспечивает качественный скачок с точки зрения модуля упругости, характеристик кристаллизации и характеристик осветления стекла при значительно улучшенном модуле, заметно сниженном риске кристаллизации и относительно небольшом количестве пузырьков при прочих равных условиях. Таким образом, общее техническое решение согласно настоящему изобретению обеспечивает простое достижение крупномасштабного производства с применением футерованных печей.