RU2727774C1 - Стекловолоконная композиция - Google Patents
Стекловолоконная композиция Download PDFInfo
- Publication number
- RU2727774C1 RU2727774C1 RU2019118439A RU2019118439A RU2727774C1 RU 2727774 C1 RU2727774 C1 RU 2727774C1 RU 2019118439 A RU2019118439 A RU 2019118439A RU 2019118439 A RU2019118439 A RU 2019118439A RU 2727774 C1 RU2727774 C1 RU 2727774C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- feo
- composition
- glass
- iron
- iron oxides
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 115
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 title description 5
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 268
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims abstract description 75
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 73
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims abstract description 72
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 38
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 49
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 39
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 33
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 33
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 21
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 18
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 18
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 18
- 239000006066 glass batch Substances 0.000 description 14
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 12
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 5
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N iron (II) ion Substances [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- -1 iron (III) ions Chemical class 0.000 description 5
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 5
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000148 Polycarbophil calcium Polymers 0.000 description 3
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012681 fiber drawing Methods 0.000 description 3
- 239000000156 glass melt Substances 0.000 description 3
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 3
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101000993059 Homo sapiens Hereditary hemochromatosis protein Proteins 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 229910004762 CaSiO Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052661 anorthite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005391 art glass Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004061 bleaching Methods 0.000 description 1
- NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N calcium;magnesium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Mg+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O NWXHSRDXUJENGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000004031 devitrification Methods 0.000 description 1
- GWWPLLOVYSCJIO-UHFFFAOYSA-N dialuminum;calcium;disilicate Chemical compound [Al+3].[Al+3].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GWWPLLOVYSCJIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052637 diopside Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910002059 quaternary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/11—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen
- C03C3/112—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen containing fluorine
- C03C3/115—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen containing fluorine containing boron
- C03C3/118—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen containing fluorine containing boron containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
- C03C3/085—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
- C03C3/087—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal containing calcium oxide, e.g. common sheet or container glass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/11—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen
- C03C3/112—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing halogen or nitrogen containing fluorine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
- C03B37/022—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from molten glass in which the resultant product consists of different sorts of glass or is characterised by shape, e.g. hollow fibres, undulated fibres, fibres presenting a rough surface
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2213/00—Glass fibres or filaments
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к композиции, предназначенной для получения стекловолокна. Композиция содержит следующие компоненты, мас.%: 57,5-61 SiO, 12-17 AlO, 20-25 CaO, 0,3-3,9 MgO, 0,6-1,1 NaO+KO, 0,1-1,5 TiOи 0,1-1 оксида железа (II) (в пересчете на FeO) и оксида железа (III). Массовое процентное отношение C1=FeO/(оксиды железа – FeO) составляет 1,25 или более. Общее содержание вышеуказанных компонентов составляет более 97%. Изобретение позволяет повысить прочность при растяжении композиции. 11 з.п. ф-лы, 4 табл.
Description
Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании заявки на патент Китая №201810647969.6, поданной в Государственное ведомство по интеллектуальной собственности 22 июня 2018 года и озаглавленной «GLASS FIBER COMPOSITION, GLASS FIBER AND COMPOSITE MATERIAL THEREOF», полное описание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Один вариант реализации настоящего изобретения относится, но не ограничивается им, к стекловолоконной композиции и, в частности, к стекловолокну, к композиции для его получения и к композиционному материалу, содержащему его.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Стекловолокно представляет собой неорганический волоконный материал, который можно использовать для армирования смол с получением композиционных материалов с хорошими техническими характеристиками. Стекло Е является наиболее распространенной стекольной композицией, используемой для производства непрерывного стекловолокна. По мере развития науки и технологии, растет потребность в улучшении свойств композиционных материалов, армированных стекловолокном. Традиционное Е-стекловолокно, которое содержит большое количество бора, не может удовлетворять требованиям к техническим характеристиками в некоторых областях применения, таких как лопасти ветряных турбин, высококачественные трубы и автомобильные детали, что обусловлено его относительно слабой структурой и недостаточной механической и коррозионной стойкостью. Для преодоления вышеуказанных недостатков традиционного Е-стекловолокна многие компании и исследовательские институты проводят множество исследований. Описаны некоторые релевантные патенты, относящиеся к композициям, не содержащим бор. Например, в патенте США №4542106 описана композиция, не содержащая бор, и в указанную композицию добавлено существенное количество TiO2, что обусловливает высокую стоимость получения сырьевых материалов для выплавки стекла и нежелательный цвет стекла. В патенте US 08/469836 также описана не содержащая бор композиция на основе четырехкомпонентной системы SiO2-Al2O3-CaO-MgO, по существу не содержащая сульфатов и оксида титана; однако нет описания технических решений в отношении улучшения стекольной шихты и преодоления проблем с плавлением и формовкой стекла, возникающих вследствие отсутствия флюсов, поэтому будет трудно реализовать эффективное производство в футерованных печах. В других патентах предложены некоторые рационализаторские решения для уменьшения трудностей, возникающих при плавлении и формовке стекла. Такие решения включают, например: добавление более 3% мас. ZnO и TiO2, что будет иметь весьма ограниченное применение вследствие чрезмерно высокой стоимости указанных двух оксидов; добавление большого количества MgO и увеличение общего содержания оксидов щелочноземельных металлов, что может уменьшать проблемы с плавлением стекла, но в то же время увеличивать риск расстеклования и, следовательно, будет иметь ограниченное применение вследствие негативного влияния на сдерживание проблем формовки стекла; и добавление менее 8% мас. доменного шлака, который может ускорять плавления стекольной шихты, но, с другой стороны, будет препятствовать осветлению стекольного расплава и, следовательно, будет иметь ограниченное применение вследствие больших трудностей при контролировании процесса плавления стекла.
В целом, описанный выше уровень техники в области получения стекловолокна является затратным и сталкивается с такими проблемами, как большие трудности при плавлении материалов стекольной шихты и осветлении расплавленного стекла, недостаточное теплопоглощение расплавленного стекла, низкая скорость охлаждения и затвердевания расплавленного стекла во время вытяжки волокна, высокие температуры формования и ликвидуса, высокая скорость кристаллизации и узкий температурный диапазон (ΔT) для формования волокна. Таким образом, получение стекловолокна в уровне техники не может обеспечить эффективное крупномасштабное производство при низких затратах.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одна задача настоящего изобретения заключается в обеспечении композиции для получения стекловолокна. Готовое стекловолокно имеет низкие производственные затраты и высокое теплопоглощение; в то же время, благодаря внедрению оксидов железа и контролирования отношения оксида железа(II) к оксиду железа(III), предложенная композиция для получения стекловолокна может не только увеличивать степень теплопоглощения стекольной шихты и расплавленного стекла, но и улучшать конвекцию расплавленного стекла, улучшая характеристики плавления при сниженных энергетических затратах; кроме того, она может способствовать снижению степени разрыва волокна и улучшению прочности стекловолокна вследствие увеличения скорости охлаждения и затвердевания расплавленного стекла в процессе формования волокна, а также уменьшению количества пузырьков и температуры ликвидуса стекла и снижению скорости кристаллизации стекла, расширяя температурный диапазон для формования волокна. Таким образом, композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению особенно подходит для крупномасштабного производства в футерованных печах.
Для достижения вышеуказанной задачи, в соответствии с одним вариантом реализации настоящего описания предложена композиция для получения стекловолокна, содержащая следующие процентные количества, выраженные по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 12-17% |
| СаО | 20-25% |
| MgO | 0,3-3,9% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| TiO2 | 0,1-1,5% |
| Все оксиды железа | 0,1-1% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения C1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, и совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 97%.
В одном классе данного варианта реализации массовое процентное отношение С2=(FeO+СаО-MgO)/SiO2 составляет более 0,33.
В одном классе данного варианта реализации предложенная композиция по существу не содержит B2O3.
В одном классе данного варианта реализации совокупный массовый процент SiO2, Al2O3, СаО, MgO, Na2O, K2O, TiO2 и оксидов железа составляет более 99%.
В одном классе данного варианта реализации диапазон содержания FeO составляет более или ровно 0,10%.
В одном классе данного варианта реализации предложенная композиция содержит следующие компоненты, количество которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 12-17% |
| CaO+MgO | 21-26,5% |
| СаО | 20,5-25% |
| MgO | 0,3-2,7% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| Na2O | 0,1-1,2% |
| K2O | 0,1-1,2% |
| TiO2 | 0,1-1,5% |
| Все оксиды железа | 0,1-0,8% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения С1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, и совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 99%; предложенная композиция по существу не содержит B2O3.
В одном классе данного варианта реализации диапазон содержания Al2O3 составляет 13,6-15% по массе.
В одном классе данного варианта реализации предложенная композиция содержит следующие компоненты, количество которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 13-15,5% |
| СаО | 21-24,5% |
| MgO | >0,4% и <1% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| TiO2 | 0,1-1,2% |
| Все оксиды железа | 0,1-0,8% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения С1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, и совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более или ровно 99,2%.
В одном классе данного варианта реализации предложенная композиция содержит следующие компоненты, количество которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 13-15,5% |
| СаО | 21-24,5% |
| MgO | >0,4% и <1% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| TiO2 | 0,1-1,2% |
| Все оксиды железа | 0,1-0,8% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения С1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, и совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 99%; предложенная композиция по существу не содержит B2O3.
В одном классе данного варианта реализации предложенная композиция дополнительно содержит менее 0,4% мас. Li2O.
В одном классе данного варианта реализации предложенная композиция дополнительно содержит 0,15-0,65% мас. F2.
В одном классе данного варианта реализации диапазон содержания SiO2 составляет 59-64% по массе.
В одном классе данного варианта реализации предложенная композиция по существу не содержит P2O5.
В одном классе данного варианта реализации предложенная композиция по существу не содержит Li2O.
В одном классе данного варианта реализации массовое процентное отношение Na2O/K2O составляет более 0,65.
В одном классе данного варианта реализации предложенную композицию получают с использованием материалов стекольной шихты, которые имеют значение COD 500-1200 м.д.
В одном классе данного варианта реализации предложенную композицию получают с использованием материалов стекольной шихты, которые имеют отношение SO3/COD 2-10.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предложено стекловолокно, полученное с применением композиции для получения стекловолокна.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предложен композиционный материал, содержащий указанное стекловолокно.
Настоящее изобретение относится к стекловолоконной композиции, в частности, к стекловолоконной композиции с низкими производственными затратами и высоким теплопоглощением. Композиция для получения стекловолокна содержит оксиды железа, которые включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO) и оксид железа(III). Регулируя отношение оксида железа(II) к оксиду железа(III), выраженное как FeO/(оксиды железа - FeO), и целесообразно изменяя содержание СаО, MgO и Al2O3, соответственно, предложенная композиция может: 1) не только улучшать теплопоглощение материалов стекольной шихты и расплавленного стекла, что способствует улучшению характеристик плавления стекла и снижению энергопотребления, но и улучшать конвекцию расплавленного стекла и увеличивать скорость охлаждения и затвердевания расплавленного стекла при формовании волокна, снижая степень разрыва волокна и увеличивая прочность стекловолокна. 2) усиливать синергетический эффект между ионами железа(II), ионами железа(III), ионами кальция и ионами магния, обеспечивая достижение лучшей многоуровневой структуры и более высокой скорости затвердевания расплавленного стекла, снижение температуры ликвидуса и регулирование скорости кристаллизации стекла. 3) существенно снижать проблемы волокнообразования и осветления стекла, а также обеспечивать требуемый температурный диапазон для формования волокна. Таким образом, композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению лучше подходит для недорогого, крупномасштабного производства в футерованных печах. Кроме того, благодаря регулированию соотношения (FeO+СаО-MgO)/SiO2 для усиления синергетического эффекта между ионами железа(II), ионами кальция, ионами магния и ионами кремния, настоящее изобретение дополнительно снижает температуру ликвидуса и скорость кристаллизации стекла.
В частности, композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 12-17% |
| СаО | 20-25% |
| MgO | 0,3-3,9% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| TiO2 | 0,1-1,5% |
| Все оксиды железа | 0,1-1% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения С1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, и совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 97%.
Эффект и содержание каждого компонента в композиции для получения стекловолокна описаны ниже:
Предложенная композиция содержит оксиды железа, которые включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO) и оксид железа(III), что характеризует совместное присутствие ионов Fe2+ и Fe3+. Содержание указанных двух ионов и соотношение между ними изменяются в различных окислительно-восстановительных состояниях и при разных температурах. Ионы Fe3+ и Fe2+ характеризуются поглощением в ультрафиолетовом диапазоне и в инфракрасном диапазоне, соответственно, стекольная композиция с высоким содержанием Fe2+ более благоприятна для того, чтобы расплавленное стекло поглощало тепло при нагревании и рассеивало тепло при охлаждении. Таким образом, при высоком содержании Fe2+ композиция согласно настоящему изобретению может не только увеличивать теплопоглощение расплавленного стекла и улучшать конвекцию расплавленного стекла, улучшая характеристики плавления при более низком энергопотреблении, но и способствовать уменьшению степени разрыва волокна и повышению прочности стекловолокна посредством увеличения скорости охлаждения и затвердевания расплавленного стекла в процессе формования волокна. Кроме того, FeO также может влиять на снижение скорости кристаллизации стекла.
Кроме того, оксиды железа могут уменьшать вязкость стекла. Однако поскольку ионы Fe2+ и Fe3+ имеют окрашивающее действие, количество их введения должно быть ограничено. Таким образом, в композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению диапазон содержания всех оксидов железа может составлять 0,1-1%, предпочтительно 0,1-0,8%.
В то же время массовое процентное отношение С1=FeO/(оксиды железа - FeO) может составлять более или ровно 0,53, предпочтительно более или ровно 0,66, более предпочтительно более или ровно 1, еще более предпочтительно 0,66-5,66, и еще более предпочтительно 1-5,66. Кроме того, содержание FeO может составлять более или ровно 0,10%, предпочтительно более или ровно 0,13%, более предпочтительно более или ровно 0,20%, еще более предпочтительно 0,13-0,42%, и еще более предпочтительно 0,20-0,42%. В другом варианте реализации содержание FeO составляет более или ровно 0,30%. Напротив, общие знания в данной области техники имеют предубеждение против высокого содержания FeO, поэтому используют очень небольшое количество FeO. Например, что касается отношения С1, используемого в настоящем изобретении, то значение С1 в общеизвестных технических решениях зачастую составляет менее 0,40 и даже менее 0,33.
SiO2 является главным оксидом, образующим сетчатую структуру стекла, и он оказывает действие на стабилизацию всех компонентов. В композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению диапазон содержания SiO2 составляет 54,2-64%. Нижний предел установлен при 54,2%, поэтому готовое стекло будет иметь достаточные механические свойства; а верхний предел установлен при 64%, что способствует предотвращению чрезмерно высокой вязкости и температуры ликвидуса, которая в противном случае вызывает трудности при крупномасштабном производстве. Предпочтительно, содержание SiO2 согласно настоящему изобретению может составлять 57-62%, и более предпочтительно может составлять 57,5-61%. В другом варианте реализации содержание SiO2 может составлять 59-64%.
Al2O3 является другим главным оксидом, образующим сетчатую структуру стекла. При объединении с SiO2, он может оказывать существенное влияние на механические свойства, особенно модуль стекла и существенное влияние на предотвращение разделения фаз стекла и на стойкость к кристаллизации. Диапазон содержания Al2O3 согласно настоящему изобретению составляет 11-18%. Для обеспечения достаточных механических свойств, содержание Al2O3 должно быть не менее 11%. Однако содержание Al2O3 не должно быть чрезмерно высоким. Его содержание, составляющее более 18%, существенно повышает риски фазового разделения стекла и кристаллизации, что приводит к слишком высокой температуре ликвидуса и скорости кристаллизации, не подходящих для крупномасштабного производства. Предпочтительно, содержание Al2O3 может составлять 12-17%, более предпочтительно 13-15,5%, и еще более предпочтительно 13,6-15%.
СаО является модифицирующим оксидом в структуре стекла. Он способствует регулированию вязкости стекла, улучшению химической стабильности и механической прочности стекла, а также повышению скорости волокнообразования стекла посредством увеличения скорости затвердевания расплавленного стекла. Диапазон содержания СаО согласно настоящему изобретению составляет 20-25,5%. Если его содержание слишком низко, то вышеупомянутые эффекты будут незначительными; если его содержание слишком велико, то скорость затвердевания расплавленного стекла будет чрезвычайно низкой, что будет вызывать трудности при формовании волокна и увеличивать риск кристаллизации. Предпочтительно, содержание СаО может составлять 20,5-25%, более предпочтительно 21-24,5%.
MgO, главным образом, регулирует вязкость стекла и кристаллизацию стекла. Диапазон содержания MgO согласно настоящему изобретению составляет 0,3-3,9%. Согласно настоящему изобретению, смешивают определенное количество MgO с СаО и Al2O3. В такой смеси ионы кальция обеспечивают существенное количество свободного кислорода, заполняя пустоты в сетчатой структуре, и обеспечивают синергетический эффект в структурной упаковке с ионами магния и ионами алюминия. Таким образом, достигается более компактная структура упаковки, в процессе кристаллизации образуется смесь кристаллических фаз, состоящая из волластонита (CaSiO3), диопсида (CaMgSi2O6) и анортита (CaAl2Si2O8), и снижается риск кристаллизации; кроме того, происходит оптимизация скорости затвердевания расплавленного стекла и эффекта охлаждения при вытяжке волокна. Предпочтительно, содержание MgO может составлять 0,3-2,7%, более предпочтительно 0,75-2%. В другом варианте реализации содержание MgO может составлять более 0,4% и менее 1%.
В то же время, для увеличения скорости волокнообразования и скорости затвердевания расплавленного стекла, снижения скорости кристаллизации и усиления охлаждающего эффекта на волоконных конусах, массовое процентное отношение C2=(FeO+СаО-MgO)/SiO2 согласно настоящему изобретению может быть более 0,33, предпочтительно более или ровно 0,34, более предпочтительно 0,34-0,43, и еще более предпочтительно 0,34-0,40. Однако отношение С2 не должно быть слишком большим, поскольку в противном случае характеристики прочности и кристаллизации готового стекловолокна будут ухудшены.
И K2O, и Na2O могут снижать вязкость стекла и являются хорошими флюсующими агентами. Они также могут обеспечивать существенное количество свободного кислорода и давать хороший синергетический эффект в комбинации с ионами железа(II), ионами алюминия и ионами магния в отношении создания более компактной структуры упаковки и лучшего охлаждающего эффекта на волоконных конусах. В композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению диапазон общего содержания Na2O+K2O может составлять 0,1-2%, предпочтительно может составлять 0,15-1%, и более предпочтительно может составлять 0,15-0,85%. Кроме того, диапазон содержания Na2O может составлять 0,1-1,2%, а диапазон содержания K2O может составлять 0,1-1,2%. Кроме того, для обеспечения охлаждающего эффекта на волоконных конусах и для улучшения свойств формования стекловолокна, массовое процентное отношение Na2O/K2O может составлять более 0,65, предпочтительно более или ровно 0,8, более предпочтительно более или ровно 1.
TiO2 может не только уменьшать вязкость стекла при высоких температурах, но и имеет определенный флюсующий эффект. Поэтому в композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению диапазон содержания TiO2 составляет 0,1-1,5%, предпочтительно 0,1-1,2%, и более предпочтительно 0,1-0,8%. В то же время совокупный массовый процент SiO2+TiO2 составляет более 59,2%, предпочтительно более или ровно 59,4%.
В то же время совокупный массовый процент указанных SiO2, Al2O3, СаО, MgO, Na2O, K2O, TiO2 и оксидов железа согласно настоящему изобретению составляет более 97%, предпочтительно более 99%, более предпочтительно более или ровно 99,2%, и еще более предпочтительно более или ровно 99,4%. Помимо основных компонентов, указанных выше, стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению может содержать также небольшие количества других компонентов.
Кроме того, для регулирования производственных затрат и улучшения экологической безопасности, композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению может по существу не содержать В2О3.
Кроме того, для регулирования производственных затрат и улучшения экологической безопасности, композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению может по существу не содержать Р2О5.
Кроме того, для регулирования производственных затрат композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению может по существу не содержать Li2O. В другом варианте реализации настоящее изобретение может включать Li2O с содержанием менее 0,4%.
Кроме того, композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению может содержать F2 с массовым процентом менее 0,8%. Поскольку существует определенный синергетический эффект между F2, ионами железа(II) и ионами железа(III), то количество ионов железа(II) можно регулировать. Предпочтительно, настоящее изобретение может включать F2 с содержанием 0,1-0,7%, более предпочтительно 0,15-0,65%, и еще более предпочтительно 0,25-0,65%. В другом варианте реализации композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению по существу не содержит F2.
Кроме того, предложенную композицию получают с использованием материалов стекольной шихты, которые имеют значение COD 500-1200 м.д. Значение COD традиционных материалов стекольной шихты является очень низким, обычно менее 250 м.д. или даже менее 200 м.д. Предпочтительно, значение COD материалов стекольной шихты согласно настоящему изобретению может составлять 600-1200 м.д., более предпочтительно 650-1150 м.д.
Согласно настоящему изобретению, окислительно-восстановительное состояние можно регулировать посредством использования высокого значения COD для обеспечения большого количества Fe2+, что может не только увеличивать теплопоглощение расплавленного стекла и улучшать конвекцию расплавленного стекла, улучшая характеристики плавления при более низком энергопотреблении, но и способствовать уменьшению степени разрыва волокна и повышению прочности стекловолокна посредством увеличения скорости охлаждения и затвердевания расплавленного стекла в процессе формования волокна.
Кроме того, композицию для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению можно получать, используя материалы стекольной шихты с соотношением SO3/COD 2-10. Предпочтительно, диапазон соотношения SO3/COD может составлять 2,5-9, более предпочтительно 2,5-8.
Кроме того, выражение «по существу не содержит» или его варианты в настоящем изобретении означают, что рассматриваемый компонент присутствует в композиции только в следовых количествах. Например, он может быть внесен с сырьевыми материалами в форме примесей с содержанием 0-0,03% и в большинстве случаев 0-0,01%.
В композициях для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению преимущественный эффект, создаваемый вышеупомянутыми выборочными диапазонами содержания компонентов, будет описан на примерах с помощью конкретных экспериментальных данных.
Далее представлены примеры предпочтительных диапазонов содержания компонентов, содержащихся в композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению.
Композиция 1
Композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 12-17% |
| СаО | 20-25% |
| MgO | 0,3-3,9% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| TiO2 | 0,1-1,5% |
| Все оксиды железа | 0,1-1% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения С1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, и совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 97%.
Композиция 2
Композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 12-17% |
| СаО | 20-25% |
| MgO | 0,3-3,9% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| TiO2 | 0,1-1,5% |
| Все оксиды железа | 0,1-1% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения C1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, диапазон массового процентного отношения C2=(FeO+СаО-MgO)/SiO2 составляет более 0,3, и совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 97%.
Композиция 3
Композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 12-17% |
| СаО | 20-25% |
| MgO | 0,3-3,9% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| TiO2 | 0,1-1,5% |
| Все оксиды железа | 0,1-1% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения С1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 97%, и предложенная композиция по существу не содержит B2O3.
Композиция 4
Композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 12-17% |
| СаО | 20-25% |
| MgO | 0,3-3,9% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| TiO2 | 0,1-1,5% |
| Все оксиды железа | 0,1-1% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения С1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, и совокупный массовый процент SiO2, Al2O3, СаО, MgO, Na2O, K2O, TiO2 и оксидов железа составляет более 99%.
Композиция 5
Композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 12-17% |
| СаО | 20-25% |
| MgO | 0,3-3,9% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| TiO2 | 0,1-1,5% |
| Все оксиды железа | 0,1-1% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения С1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, диапазон содержания FeO составляет более или ровно 0,10%, и совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более или ровно 97%.
Композиция 6
Композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 12-17% |
| CaO+MgO | 21-26,5% |
| СаО | 20,5-25% |
| MgO | 0,3-2,7% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| Na2O | 0,1-1,2% |
| K2O | 0,1-1,2% |
| TiO2 | 0,1-1,5% |
| Все оксиды железа | 0,1-0,8% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения C1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 99%, и предложенная композиция по существу не содержит B2O3.
Композиция 7
Композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 13-15,5% |
| СаО | 21-24,5% |
| MgO | >0,4% и <1% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| TiO2 | 0,1-1,2% |
| Все оксиды железа | 0,1-0,8% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения C1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 99%, и предложенная композиция по существу не содержит B2O3.
Композиция 8
Композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 12-17% |
| СаО | 20-25% |
| MgO | 0,3-3,9% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| TiO2 | 0,1-1,5% |
| Все оксиды железа | 0,1-1% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения C1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 97%, и предложенная композиция содержит F2 с диапазоном содержания 0,15-0,65% по массе.
Композиция 9
Композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 12-17% |
| СаО | 20-25% |
| MgO | 0,3-3,9% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| TiO2 | 0,1-1,5% |
| Все оксиды железа | 0,1-1% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения C1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 97%, и предложенная композиция по существу не содержит B2O3, P2O5 и Li2O.
Композиция 10
Композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:
| SiO2 | 57,5-61% |
| Al2O3 | 12-17% |
| СаО | 20-25% |
| MgO | 0,3-3,9% |
| Na2O+K2O | 0,6-1,1% |
| TiO2 | 0,1-1,5% |
| Все оксиды железа | 0,1-1% |
Кроме того, оксиды железа включают оксид железа(II) (в пересчете на FeO), диапазон массового процентного отношения C1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 1,25, и совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 97%; композиция получена с применением материалов стекольной шихты, которые имеют значение COD 500-1200 м.д. и соотношение SO3/COD 2-10.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ 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 заявке можно произвольно комбинировать друг с другом.
Основная концепция настоящего изобретения заключается в том, что содержание компонентов композиции для получения стекловолокна, выраженное в процентах по массе, составляет: 54,2-64% SiO2, 11-18% Al2O3, 20-25,5% СаО, 0,3-3,9% MgO, 0,1-2% Na2O+K2O, 0,1-1,5% TiO2, 0,1-1% всех оксидов железа, включая оксид железа(II) (в пересчете на FeO), причем диапазон массового процентного отношения C1=FeO/(оксиды железа - FeO) составляет более или ровно 0,53, и диапазон совокупного массового процента указанных компонентов составляет более 97%. Предложенная композиция имеет низкие производственные затраты и высокое теплопоглощение. Она может не только увеличивать теплопоглощение стекольной шихты и расплавленного стекла и улучшать конвекцию расплавленного стекла, улучшая характеристики плавления при сниженном энергопотреблении; она также может увеличивать скорость охлаждения и затвердевания расплавленного стекла в процессе формования волокна, уменьшать количество пузырьков и снижать температуру ликвидуса стекла, а также уменьшать скорость кристаллизации стекла, расширяя температурный диапазон для формования волокна. Таким образом, предложенная композиция особенно подходит для крупномасштабного производства стекловолокна в футерованных печах.
Для использования в примерах выбраны конкретные значения содержания SiO2, Al2O3, СаО, MgO, Na2O, K2O, TiO2, оксидов железа и FeO в композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению, и их сравнивали с традиционной Е-стекловолоконной композицией («В1») и улучшенной Е-стекловолоконной композицией («В2»), описанной в патенте WO 96/39362, с точки зрения следующих семи параметров свойств:
(1) Температура формования, температура, при которой расплав стекла имеет вязкость 103 пуаз.
(2) Температура ликвидуса, температура, при которой при охлаждении расплава стекла начинают образовываться зародыши кристаллов, т.е. верхний температурный предел кристаллизации стекла.
(3) Значение ΔT, которое представляет собой разность между температурой формования и температурой ликвидуса и указывает температурный диапазон, в котором можно осуществлять вытяжку волокна.
(4) Прочность при растяжении, максимальное напряжение растяжения, которое может выдерживать стекловолокно, которое измеряют на пропитанном стеклоровинге в соответствии с ASTM D2343.
(5) Отношение площади кристаллизации, которое определяют способом, описанным ниже: нарезают стеклянную массу по размеру, примерно соответствующему желобу фарфоровой лодочки, а затем помещают образец стеклянного бруса в фарфоровую лодочку. Помещают фарфоровую лодочку с образцом стеклянного бруса в градиентную печь для кристаллизации и выдерживают образец для сохранения тепла в течение 6 часов. Вынимают лодочку с образцом из градиентной печи и охлаждают на воздухе до комнатной температуры. Наконец, изучают и измеряют количество и размеры кристаллов на поверхности каждого образца в температурном диапазоне 1000-1150°С под микроскопом, используя оптический микроскоп, а затем рассчитывают отношение площади кристаллизации. Высокое отношение площади кристаллизации означает высокую склонность к кристаллизации и высокую скорость кристаллизации.
(6) Количество пузырьков, которое определяют следующим образом: Используют определенные формы для прессования материалов стекольной шихты в каждом примере с получением образцов одинакового размера, которые затем помещают на подставку для образца в высокотемпературном микроскопе. Нагревают образцы в соответствии со стандартными методами до заданной объемной температуры 1500°С, а затем напрямую охлаждают их с помощью охлаждающего контура 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.
(7) Время охлаждения, которое измеряют следующим образом: выливают сильно разогретое расплавленное стекло при 1550°С в форму из нержавеющей стали определенной толщины, определяют изменение температуры на поверхности стекломассы, используя множество комплектов инфракрасных приборов для измерения температуры, и записывают и рассчитывают время охлаждения исходного расплавленного стекла до температуры примерно 100°С.Короткое время охлаждения означает высокую скорость охлаждения и затвердевания расплавленного стекла, и наоборот.
Вышеуказанные семь параметров и способы их измерения хорошо известны специалистам в данной области техники. Следовательно, указанные параметры можно эффективно использовать для объяснения свойств композиции для получения стекловолокна 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 на вращающейся втулке намоточного устройства с получением брикетов или пакетов. Конечно, для глубокой переработки указанного стекловолокна можно использовать обычные способы для достижения заданных требований.
Сравнение параметров свойств приведенных примеров композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению с параметрами свойств традиционного стекла Е и улучшенного стекла Е дополнительно представлено в следующих таблицах, где содержание компонентов композиции для получения стекловолокна выражено в массовых процентах. Необходимо пояснить, что общее количество компонентов в приведенных примерах немного меньше 100%, и следует понимать, что остальное количество приходится на следовые примеси или небольшое количество компонентов, которые невозможно анализировать.
На основании значений, приведенных в представленных выше таблицах, можно видеть, что по сравнению с традиционным стеклом Е стекловолоконная композиция согласно настоящему изобретению имеет следующие преимущества: (1) гораздо более высокая прочность при растяжении; (2) гораздо более низкая стоимость; (3) более высокая скорость охлаждения и затвердевания расплавленного стекла; (4) меньшее количество пузырьков, что свидетельствует о более качественном осветлении расплавленного стекла.
По сравнению с улучшенным стеклом Е, композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению имеет следующие преимущества: более высокая прочность при растяжении; (2) более высокая скорость охлаждения и затвердевания расплавленного стекла; (3) гораздо более низкая температура ликвидуса и гораздо более низкое отношение площади кристаллизации, что свидетельствует о низком верхнем температурном пределе кристаллизации, а также о низкой скорости кристаллизации и, следовательно, способствует снижению риска кристаллизации и улучшению эффективности вытяжки волокна; (4) меньшее количество пузырьков, что свидетельствует о более качественном осветлении расплавленного стекла.
Таким образом, на основании вышесказанного можно видеть, что по сравнению с традиционным стеклом Е и улучшенным стеклом Е, композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению обеспечивает качественный скачок с точки зрения прочности при растяжении, скорости охлаждения и затвердевания расплавленного стекла, температуры кристаллизации и скорости кристаллизации. Таким образом, общее техническое решение согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность простой реализации крупномасштабного производства в футерованных печах.
Стекловолоконную композицию согласно настоящему изобретению можно использовать для получения стекловолокна, имеющего вышеуказанные 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 базовые материалы, армированные стекловолокном.
Описанные выше значения содержания компонентов можно использовать по отдельности или комбинировать друг с другом различным образом, и все такие варианты входят в объем правовой защиты настоящего изобретения.
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 обеспечивает введение оксидов железа и регулирует отношение оксида железа(II) и оксида железа(III). Предложенная композиция может не только увеличивать теплопоглощение стекольной шихты и расплавленного стекла и улучшать характеристики плавления при сниженном энергопотреблении; она также может улучшать конвекцию расплавленного стекла и увеличивать скорость охлаждения и затвердевания расплавленного стекла в процессе формования волокна, снижать разрыв волокна и улучшать прочность стекловолокна, уменьшать количество пузырьков и снижать температуру ликвидуса стекла, а также улучшать скорость кристаллизации стекла, расширяя температурный диапазон для формования волокна. В сравнении с современными высококачественными стеклами, композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению обеспечивает качественный скачок с точки зрения прочности при растяжении, скорости охлаждения и затвердевания расплавленного стекла, температуры кристаллизации и скорости кристаллизации, а также прозрачности. Таким образом, прочность при растяжении существенно увеличена, скорость охлаждения и затвердевания дополнительно улучшена, температура кристаллизации и скорость кристаллизации снижены, и снижено также количество пузырьков. Таким образом, общее техническое решение согласно настоящему изобретению подходит для крупномасштабного производства в печи при низких затратах.
Claims (34)
1. Композиция для получения стекловолокна, содержащая следующие компоненты, мас.%:
где
все оксиды железа включают оксид железа (II) (в пересчете на FeO) и оксид железа (III);
массовое процентное отношение C1=FeO/(оксиды железа – FeO) составляет более или равно 1,25; и
общее содержание вышеуказанных компонентов составляет более 97%.
2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что массовое процентное отношение C2= (FeO + CaO – MgO)/SiO2 составляет более 0,33.
3. Композиция по п. 1, по существу не содержащая B2O3.
4. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что совокупный массовый процент SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O, TiO2 и оксидов железа составляет более 99%.
5. Композиция по п. 1, содержащая FeO с массовым процентом более или равно 0,10%.
6. Композиция по п. 1, содержащая следующие компоненты, мас.%:
где
все оксиды железа включают оксид железа (II) (в пересчете на FeO) и оксид железа (III);
массовое процентное отношение C1=FeO/(оксиды железа – FeO) составляет более или равно 1,25;
совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 99%; и
указанная композиция по существу не содержит B2O3.
7. Композиция по п. 1, содержащая следующие компоненты, мас.%:
где
все оксиды железа включают оксид железа (II) (в пересчете на FeO) и оксид железа (III);
массовое процентное отношение C1=FeO/(оксиды железа – FeO) составляет более или равно 1,25; и
совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более или ровно 99,2%.
8. Композиция по п. 1, содержащая следующие компоненты, мас.%:
где
все оксиды железа включают оксид железа (II) (в пересчете на FeO) и оксид железа (III);
массовое процентное отношение C1=FeO/(оксиды железа – FeO) составляет более или равно 1,25;
совокупный массовый процент вышеуказанных компонентов составляет более 99%; и
указанная композиция по существу не содержит B2O3.
9. Композиция по п. 1, дополнительно содержащая менее 0,4 мас.% Li2O.
10. Композиция по п. 1, дополнительно содержащая от 0,15 до 0,65 мас.% F2.
11. Композиция по п. 1, по существу не содержащая P2O5.
12. Композиция по п. 1, по существу не содержащая Li2O.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810647969.6A CN109678350B (zh) | 2018-06-22 | 2018-06-22 | 一种玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料 |
| CN201810647969.6 | 2018-06-22 | ||
| PCT/CN2018/102044 WO2019100782A1 (zh) | 2018-06-22 | 2018-08-24 | 一种玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2727774C1 true RU2727774C1 (ru) | 2020-07-23 |
Family
ID=66185082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019118439A RU2727774C1 (ru) | 2018-06-22 | 2018-08-24 | Стекловолоконная композиция |
Country Status (23)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11078109B2 (ru) |
| EP (2) | EP3674269B1 (ru) |
| JP (1) | JP6823084B2 (ru) |
| CN (2) | CN109678350B (ru) |
| AR (1) | AR114650A1 (ru) |
| AU (2) | AU2018372323B2 (ru) |
| CL (1) | CL2019001619A1 (ru) |
| DK (1) | DK3674269T3 (ru) |
| ES (1) | ES3010567T3 (ru) |
| FI (1) | FI3674269T3 (ru) |
| HR (1) | HRP20250152T1 (ru) |
| HU (1) | HUE069862T2 (ru) |
| LT (1) | LT3674269T (ru) |
| MA (1) | MA46136B1 (ru) |
| MY (1) | MY200249A (ru) |
| PL (1) | PL3674269T3 (ru) |
| PT (1) | PT3674269T (ru) |
| RS (1) | RS66484B1 (ru) |
| RU (1) | RU2727774C1 (ru) |
| SA (1) | SA519401224B1 (ru) |
| SI (1) | SI3674269T1 (ru) |
| WO (1) | WO2019100782A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA201901096B (ru) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110606665B (zh) | 2019-09-25 | 2020-11-17 | 巨石集团有限公司 | 一种电子级玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和电子布 |
| US12053908B2 (en) | 2021-02-01 | 2024-08-06 | Regen Fiber, Llc | Method and system for recycling wind turbine blades |
| TW202402702A (zh) * | 2022-03-30 | 2024-01-16 | 日商日本板硝子股份有限公司 | 玻璃纖維 |
| CN115464576B (zh) * | 2022-09-06 | 2023-11-17 | 南通市辉鑫玻璃纤维有限公司 | 一种高预应力玻璃纤维砂轮网片的生产工艺 |
| WO2024172055A1 (ja) * | 2023-02-15 | 2024-08-22 | 日本電気硝子株式会社 | ガラス繊維用組成物、ガラス繊維及びガラス繊維の製造方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2039019C1 (ru) * | 1992-04-29 | 1995-07-09 | Научно-исследовательская лаборатория базальтовых волокон Института проблем материаловедения АН Украины | Стекло для стекловолокна |
| CN101767934A (zh) * | 2009-12-18 | 2010-07-07 | 泰山玻璃纤维有限公司 | 一种无氟低硼无碱玻璃纤维配方及制备方法 |
| CN102123959A (zh) * | 2008-08-14 | 2011-07-13 | G·比格尔 | 具有改进的紫外线透光性的耐高温和耐化学腐蚀的玻璃和玻璃纤维及其应用 |
| CN102173594A (zh) * | 2011-02-14 | 2011-09-07 | 重庆国际复合材料有限公司 | 一种无硼无氟玻璃纤维组合物 |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0162108A4 (en) * | 1983-11-23 | 1985-12-05 | Atlantic Richfield Co | ALKALI-RESISTANT GLASS MODIFIED WITH BOROXYD. |
| US4542106A (en) | 1983-12-19 | 1985-09-17 | Ppg Industries, Inc. | Fiber glass composition |
| FR2717464B1 (fr) * | 1994-03-15 | 1996-05-24 | Vetrotex France Sa | Fibres de verre destinées au renforcement de matières organiques et composites obtenus. |
| CN1187176A (zh) * | 1995-06-06 | 1998-07-08 | 欧文斯科尔宁格公司 | 无硼玻璃纤维 |
| EP0832046B1 (en) | 1995-06-06 | 2000-04-05 | Owens Corning | Boron-free glass fibers |
| FR2918053B1 (fr) * | 2007-06-27 | 2011-04-22 | Saint Gobain Vetrotex | Fils de verre aptes a renforcer des matieres organiques et/ou inorganiques. |
| CN101503279B (zh) * | 2009-03-02 | 2012-04-11 | 巨石集团有限公司 | 一种新型玻璃纤维组合物 |
| HUE046639T2 (hu) * | 2011-04-13 | 2020-03-30 | Rockwool Int | Eljárások mesterséges üvegszálak elõállítására |
| ES2577014T5 (en) * | 2011-12-16 | 2025-06-02 | Rockwool As | Melt composition for the production of man-made vitreous fibres |
| FR2986227B1 (fr) | 2012-01-27 | 2014-01-10 | Saint Gobain Isover | Procede de production de laine minerale |
| CN102849956B (zh) * | 2012-08-23 | 2016-03-30 | 巨石集团有限公司 | 一种无硼玻璃纤维组合物 |
| WO2016086498A1 (zh) * | 2014-12-01 | 2016-06-09 | 杨德宁 | 一种低析晶温度、低析晶速度、特高铝玻璃纤维的应用及其制备方法、复合材料 |
| CN106587644B (zh) * | 2015-10-15 | 2019-06-18 | 巨石集团有限公司 | 一种无硼玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料 |
| HUE054124T2 (hu) * | 2015-10-15 | 2021-08-30 | Jushi Group Co Ltd | Nagy teljesítményû üvegszál-összetétel, valamint üvegszál és ezek kompozit anyagai |
| CN105693099A (zh) * | 2015-11-06 | 2016-06-22 | 泰山玻璃纤维有限公司 | 一种耐化学腐蚀的玻璃纤维 |
| CN105731814B (zh) | 2016-02-29 | 2019-01-01 | 巨石集团有限公司 | 一种高模量玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料 |
| CN105731813B (zh) | 2016-02-29 | 2018-07-31 | 巨石集团有限公司 | 一种高模量玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料 |
| CN105693100B (zh) * | 2016-03-15 | 2018-06-26 | 巨石集团有限公司 | 一种高性能玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料 |
| CN105753329B (zh) | 2016-03-15 | 2018-07-31 | 巨石集团有限公司 | 一种高性能玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料 |
| CN105800943A (zh) * | 2016-03-16 | 2016-07-27 | 济南大学 | 一种以赤泥和高炉矿渣为原料的玻璃纤维组合物、耐碱玻璃纤维及耐碱玻璃纤维制备方法 |
| CN109790061B (zh) * | 2016-11-10 | 2022-06-28 | 日本板硝子株式会社 | 玻璃填料及其制造方法 |
| CN108358460A (zh) | 2017-01-26 | 2018-08-03 | 巨石集团有限公司 | 一种高性能玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料 |
-
2018
- 2018-06-22 CN CN201810647969.6A patent/CN109678350B/zh active Active
- 2018-06-22 CN CN202210139254.6A patent/CN114349354B/zh active Active
- 2018-08-24 FI FIEP18807843.0T patent/FI3674269T3/fi active
- 2018-08-24 MY MYPI2019002050A patent/MY200249A/en unknown
- 2018-08-24 WO PCT/CN2018/102044 patent/WO2019100782A1/zh not_active Ceased
- 2018-08-24 EP EP18807843.0A patent/EP3674269B1/en active Active
- 2018-08-24 EP EP24215027.4A patent/EP4491593A3/en active Pending
- 2018-08-24 RU RU2019118439A patent/RU2727774C1/ru active
- 2018-08-24 ES ES18807843T patent/ES3010567T3/es active Active
- 2018-08-24 HU HUE18807843A patent/HUE069862T2/hu unknown
- 2018-08-24 DK DK18807843.0T patent/DK3674269T3/da active
- 2018-08-24 PL PL18807843.0T patent/PL3674269T3/pl unknown
- 2018-08-24 JP JP2018563591A patent/JP6823084B2/ja active Active
- 2018-08-24 US US16/309,611 patent/US11078109B2/en active Active
- 2018-08-24 LT LTEPPCT/CN2018/102044T patent/LT3674269T/lt unknown
- 2018-08-24 PT PT188078430T patent/PT3674269T/pt unknown
- 2018-08-24 AU AU2018372323A patent/AU2018372323B2/en active Active
- 2018-08-24 HR HRP20250152TT patent/HRP20250152T1/hr unknown
- 2018-08-24 SI SI201831205T patent/SI3674269T1/sl unknown
- 2018-08-24 RS RS20250123A patent/RS66484B1/sr unknown
- 2018-08-24 MA MA46136A patent/MA46136B1/fr unknown
-
2019
- 2019-02-20 ZA ZA2019/01096A patent/ZA201901096B/en unknown
- 2019-02-28 SA SA519401224A patent/SA519401224B1/ar unknown
- 2019-02-28 AR ARP190100498A patent/AR114650A1/es active IP Right Grant
- 2019-06-12 CL CL2019001619A patent/CL2019001619A1/es unknown
-
2020
- 2020-09-24 AU AU2020239741A patent/AU2020239741A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2039019C1 (ru) * | 1992-04-29 | 1995-07-09 | Научно-исследовательская лаборатория базальтовых волокон Института проблем материаловедения АН Украины | Стекло для стекловолокна |
| CN102123959A (zh) * | 2008-08-14 | 2011-07-13 | G·比格尔 | 具有改进的紫外线透光性的耐高温和耐化学腐蚀的玻璃和玻璃纤维及其应用 |
| CN101767934A (zh) * | 2009-12-18 | 2010-07-07 | 泰山玻璃纤维有限公司 | 一种无氟低硼无碱玻璃纤维配方及制备方法 |
| CN102173594A (zh) * | 2011-02-14 | 2011-09-07 | 重庆国际复合材料有限公司 | 一种无硼无氟玻璃纤维组合物 |
Also Published As
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2727774C1 (ru) | Стекловолоконная композиция | |
| KR102668384B1 (ko) | 고성능 섬유유리 조성물 | |
| AU2016248179B2 (en) | High modulus glass fibre composition, and glass fibre and composite material thereof | |
| RU2712988C2 (ru) | Высокоэффективная стекловолоконная композиция, стекловолокно и композиционный материал из него | |
| KR102768030B1 (ko) | 비탄성률이 향상된 고성능 섬유 유리 조성물 | |
| JP6603733B2 (ja) | 無ホウ素ガラス繊維組成物及びそのガラス繊維と複合材 | |
| AU2015411780B2 (en) | High-performance glass fiber composition, and glass fiber and composite material thereof | |
| WO2017197933A2 (zh) | 一种高性能玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料 | |
| RU2732764C9 (ru) | Композиция стекловолокна и стекловолокно и композиционный материал на его основе | |
| WO2011017405A1 (en) | Improved modulus, lithium free glass | |
| JP2022511737A (ja) | 改善された弾性率を有する高性能ガラス繊維組成物 | |
| US20250263328A1 (en) | Lithium-free high modulus fiberglass composition |