专利名称：高性能玻璃纤维用组合物及由其形成的纤维的制作方法
高性能玻璃纤维用组合物及由其形成的纤维
发明的技术领域和工业应用本发明总体上涉及用于制造连续高强度玻璃纤维的组合物以及由该组合物形成的纤维。
背景技术：
用于制备连续高强度玻璃纤维原丝的常用玻璃组合物是“S-玻璃”。术语S-玻璃定义了一族主要由镁、铝和硅的氧化物组成的玻璃，其具有制备机械强度比E-玻璃纤维高的玻璃纤维的化学组成。S-玻璃族的化学组成制备高强度玻璃纤维并且使这些玻璃能够在高强度的应用中使用，例如防弹装甲。ASTM国际组织将S-玻璃定义为一族主要由镁、铝和硅的氧化物组成的玻璃，其具有符合可应用的材料规格并产生高机械强度(D578-05)的合格的化学组成。德国标准化学会(Deutsches Institut fur Normung) (DIN)将S-玻璃定义为不添加CaO的铝硅酸盐玻璃，并且具有部分质量的MgO，其中MgO约为IOwt % (铝硅酸盐玻璃定义为一种主要由铝的三氧化物，硅的二氧化物和其它氧化物组成的玻璃)(DIN 1259-1)。R-玻璃为另外一族高强度、高模量玻璃，该玻璃典型地形成航天复合材料应用中使用的纤维。R-玻璃族主要由氧化硅、氧化铝，氧化镁和氧化钙组成，其化学组成制备的玻璃纤维具有高于S-玻璃纤维的机械强度。R-玻璃一般含有比S-玻璃更少的二氧化硅和更多的氧化钙(CaO)，其在纤维的形成过程中需要较高的熔化和处理温度。表IA-IE列出了一些传统的高强度玻璃组合物的组成。表 I-A
权利要求
1.高强度玻璃纤维用组合物，可通过直接熔化工艺形成，包含64-75wt%SiO2 ； 16-24wt% Al2O3 ；8-12wt%MgO ；和0. 25-3wt% R2O,其中 R2O 为 Li2O 和 Na2O 之和； 该组合物具有低于约2550° F(1399°C)的液相线。
2.权利要求1的高强度玻璃纤维用组合物，其中玻璃配合料包含总量低于5wt%的选自下组的化合物，该组由 CaO, P2O5> ZnO, ZrO2, SrO, BaO、SO3> F2, B2O3> TiO2 和 Fe2O3 组成。
3.权利要求1的高强度玻璃纤维用组合物，其中由所述配合料制备的玻璃具有低于约洸50° F(14M°C )的纤维化温度和至少为80° W44. 44°C )的ΔΤ。
4.权利要求3的高强度玻璃纤维用组合物，其中由所述配合料制备的玻璃具有至少为 120° F(66. 67°C )的 ΔΤ。
5.权利要求1的高强度玻璃纤维用组合物，其中由所述配合料制备的玻璃具有低于 2600° F(1427°C )的纤维化温度和至少为140° F(77. 78°C )的ΔΤ。
6.权利要求1的高强度玻璃纤维用组合物，其中玻璃配合料还包含0到3wt%的碱金属氧化物。
7.权利要求1的高强度玻璃纤维用组合物，其中该组合物包含 68-69wt% SiO2 ；20-22wt% Al2O3 ；9-10wt%MgO ；禾口 l-3wt% Li20。
8.高强度玻璃纤维用组合物，可由直接熔化工艺形成，包含65-69wt%SiO2 ； 20-22wt% Al2O3 ； 9-1 Iwt % MgO ；禾口 0. 25-3wt% Li2O,该组合物具有低于约2650° F(14M°C )的液相线。
9.权利要求8的高强度玻璃纤维用组合物，其中该组合物包含 约 68wt% SiO2 ；约 20wt% Al2O3 ； 约 IOwt % MgO ；禾口约 2wt% Li2O。
10.权利要求8的高强度玻璃纤维用组合物，其中该组合物基本上由下述成分组成 约 68wt% SiO2 ；约 20wt% Al2O3 ； 约 9. 7wt% MgO ；和约 2wt% Li2O。
11.权利要求10的高强度玻璃纤维用组合物，其中模量至少为12.7MPsi。
12.权利要求10的高强度玻璃纤维用组合物，其中ΔT至少为140° F (77. 78°C )。
13.权利要求8的高强度玻璃纤维用组合物，其中由所述配合料制备的玻璃具有低于沈00° F(1427°C )的纤维化温度和至少为144° F(80°C )的ΔΤ。
14.通过在耐火材料衬里的玻璃熔炉中熔化玻璃配合料形成的高强度玻璃纤维，包含64-75wt% SiO2 ； 16-24wt% Al2O3 ；8-12wt%MgO ；和0. 25-3wt% R2O,其中 R2O 为 Li2O 和 Na2O 之和。
15.权利要求14的高强度玻璃纤维，其中该纤维具有大于12.OMPsi的模量。
16.权利要求14的高强度玻璃纤维，其中该纤维具有大于12.7MPsi的模量。
17.权利要求14的高强度玻璃纤维，其中该纤维具有大于688KPsi的强度。
18.权利要求14的高强度玻璃纤维，其中该纤维具有大于700KPsi的强度。
19.权利要求14的高强度玻璃纤维，其中的至少75%为Li20。
20.权利要求14的高强度玻璃纤维，包含 68-69wt% SiO2 ；20-22wt% Al2O3 ；9-10wt%MgO ；和 l-3wt% Li20。
全文摘要
公开了一种用于适合在耐火材料衬里的玻璃窑炉中制造高强度玻璃纤维的组合物。本发明的玻璃组合物包括64-75wt％SiO2、16-24wt％Al2O3、8-11wt％MgO和0.25到3.0wt％R2O，其中R2O为Li2O和Na2O之和。本发明优选的组合物包括64-75wt％SiO2、16-24wt％Al2O3、8-11wt％MgO和0.25到0.3wt％Li2O。另一种优选的组合物包括68-69wt％SiO2、20-22wt％Al2O3、9-10wt％MgO和1-3wt％Li2O。通过使用氧化物基耐火材料衬里的窑炉生产玻璃纤维的成本与使用铂衬里的熔炉的纤维成本相比显著降低。还公开了通过本发明形成的纤维。该纤维具有低于2650°F(1454℃)的纤维化温度，至少80°F(44.44℃)的ΔT。进一步，该玻璃纤维具有超过680KPsi，优选超过约700KPsi，最优选强度超过约730KPsi的强度。期望玻璃纤维具有大于12.0MPsi，优选大于约12.18MPsi，最优选大于约12.7MPsi的模量。
文档编号C03C3/087GK102317225SQ200980156454
公开日2012年1月11日 申请日期2009年12月21日 优先权日2008年12月22日
发明者D·霍夫曼, P·B·麦金尼斯 申请人:Ocv智识资本有限责任公司