玻璃组合物、可纤维化玻璃组合物和由其制造的玻璃纤维的制作方法_2

在一些实施方式中这样的组分可以是任选的，当 然这取决于包括在组合物中的其他组分的量。同样地，在一些实施方式中，玻璃组合物可基 本上不含这样的组分，这意指玻璃组合物中存在的任何量的组分将源自批料中作为痕量杂 质存在的组分。
[0041] 本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的SiO2的量。在一些实 施方式中，SiO 2可以约51-约65重量％和约51-约63重量％的量存在。在一些实施方式 中，SiO2可以约54-约65重量％和约54-约63重量％的量存在。在一些实施方式中，SiO 2 可以约59重量％ -约65重量％的量存在。在一些实施方式中，玻璃组合物可包含至少60 重量％的SiO2。
[0042] 本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的Al2O3的量。在一些 实施方式中，玻璃组合物可包含12. 5-22重量％的Al2O3。在一些实施方式中，Al2O3可以约 12. 5-约19重量％的量存在。在一些实施方式中，Al2O3可以约14. 5-约19重量％的量存 在。在一些实施方式中，Al2O3可以约15-约19重量％的量存在。
[0043] 本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的CaO的量。在一些 实施方式中，CaO可以0-约20重量％的量存在。在一些实施方式中，CaO可以0-约16重 量％的量存在。在一些实施方式中，CaO可以约0.5-约15重量％的量存在。在一些实施 方式中，本发明的玻璃组合物可包含约0. 5-约14重量％。在一些实施方式中，CaO可以约 0.5-约10重量％的量存在。
[0044] 本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的MgO的量。在一些实 施方式中，本发明的玻璃组合物包含〇-约12重量％的1%0。在一些实施方式中，MgO可以 至多约9重量％的量存在。在一些实施方式中，MgO可以约6-约9重量％的量存在。
[0045] 本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的Na2O的量。在一些 实施方式中，本发明的玻璃组合物可包含约0-约2. 5重量％的~&20。在一些实施方式中， Na2O可以约0-约1.5重量％的量存在。在一些实施方式中，Na2O可以至多约1.5重量％的 量存在。在一些实施方式中，Na 2O可以至多约I. 0重量％的量存在。
[0046] 本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的K2O的量。在一些实 施方式中，K 2O可以约0-约1重量％的量存在。在一些实施方式中，K2O可以至多约1重 量％的量存在。
[0047] 本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的Li2O的量％。在一 些实施方式中，本发明的玻璃组合物可包含约〇-约2重量％的Li 20。在一些实施方式中， Li2O可以约0-约1重量％的量存在。在一些实施方式中，Li2O可以至多约1重量％的量存 在。
[0048] 本发明的一些实施方式的特征可在于Na20、K2O和Li 2O含量的总量。在一些实施 方式中，本发明的玻璃组合物中的Na20+K20+Li 20含量大于1重量％。在一些实施方式中， Na20+K20+Li20含量至多约2. 5重量％。在一些实施方式中，Na20+K20+Li20含量以大于约1 重量％到至多约2. 5重量％的量存在。
[0049] 本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的B2O3的量。在一些实 施方式中，B 2O3可以约0-约3重量％的量存在。在一些实施方式中，B2O3可以约0-约2重 量％的量存在。在一些实施方式中，B 2O3可以约0-约1重量％的量存在。在一些实施方式 中，本发明的玻璃组合物可基本上不含B 2O3，这意指玻璃组合物中存在的任何B2O3将源自批 料中作为痕量杂质存在的B 2O3。在其他实施方式中，本发明的玻璃组合物可包含大于约1重 量％的心03。在一些实施方式中，B 2O3可以至多约10重量％的量存在。
[0050] 本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的Fe2O3的量。在一些 实施方式中，Fe 2O3可以小于1.0重量％的量存在。在一些实施方式中，Fe2O3可以约0-约 〇. 5重量％的量存在。在一些实施方式中，Fe2O3可以至多约0. 4重量％的量存在。
[0051] 本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的TiO2的量。在一些实 施方式中，TiO 2可以约0-约3重量％的量存在。在一些实施方式中，TiO2可以至多约3重 量％的量存在。
[0052] 本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的ZrO2的量。在一些实 施方式中，ZrO2可以约O-约3重量％的量存在。在一些实施方式中，ZrO2可以至多约2重 量％的量存在。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物可基本上不含ZrO2，这意指玻璃组 合物中存在的任何ZrO 2将源自批料中作为痕量杂质存在的ZrO 2。
[0053] 本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的P2O5的量。在一些实 施方式中，P 2O5可以约〇-约3重量％的量存在。在一些实施方式中，P2O5可以至多约2. 5重 量％的量存在。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物可基本上不含P2O5，这意指玻璃组 合物中存在的任何P 2O5将源自批料中作为痕量杂质存在的P 2〇5。
[0054] 硫酸盐（表达为SO3)也可作为精制剂存在。也可存在少量来自原料或来自熔融 程序期间污染的杂质，诸如3抑、8 &0、(：12、？205、020 3或附0(不限于这些特定的化学形式）。 也可存在其他精制剂和/或加工助剂，诸如As20 3、MnO、Mn02、Sb203、SnO2S CeO 2 (不限于这 些特定的化学形式）。这些杂质和精制剂（当存在时）通常各自以小于总玻璃组合物的〇. 5 重量％的量存在。
[0055] 如上所述，根据本发明的一些实施方式的玻璃组合物是可纤维化的。在一些实施 方式中，本发明的玻璃组合物具有对于用于商业玻璃纤维制造操作来说令人期望的形成温 度（T f)。如本文中所使用，术语"形成温度"或Tf意指玻璃组合物具有1000泊黏度的温度 (或"log3温度"）。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物具有自约1250°C至约1415°C 范围内的形成温度（Tf)。在另一实施方式中，本发明的玻璃组合物具有自约1250Γ至约 1350°C范围内的形成温度。在一些实施方式中，玻璃组合物具有自约1250°C至约1310°C范 围内的形成温度。
[0056] 在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物具有自约1190°C至约1515°C范围内的 液相线温度。在另一实施方式中，本发明的玻璃组合物具有自约1190°C至约1300°C范围内 的液相线温度。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物具有自约1190°C至约1260°C范围 内的液相线温度。
[0057] 在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物的形成温度与液相线温度之间的差对于 商业玻璃纤维制造操作来说是令人期望的。例如，针对玻璃组合物的一些实施方式，形成温 度与液相线温度之间的差为自约35°C至大于60°C范围内。在一些实施方式中，本发明的玻 璃组合物的形成温度与液相线温度之间的差为至少50°C。
[0058] 如本文中所提供，玻璃纤维可由本发明的玻璃组合物的一些实施方式形成。因此， 本发明的实施方式可包含由本文中所阐述的任何玻璃组合物形成的玻璃纤维。在一些实施 方式中，可将玻璃纤维配置至织物中。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可以其他形式 提供，包括例如但不限于作为连续原丝、短切原丝（干燥或润湿）、纱线、粗纱、预浸材料等。 简言之，玻璃组合物（和由其形成的任何纤维）的各种实施方式可用于各种应用中。
[0059] 本发明的一些实施方式涉及玻璃纤维股。本发明的一些实施方式涉及包含玻璃纤 维股的纱线。本发明的纱线的一些实施方式特别适合用于织造应用。另外，本发明的一些 实施方式涉及玻璃纤维织物。本发明的玻璃纤维织物的一些实施方式特别适合用于强化应 用中，尤其是这样的强化应用，其中高模量、高强度和/或高伸长率是重要的。此外，本发明 的一些实施方式涉及并入有玻璃纤维股、玻璃纤维纱线和玻璃纤维织物的复合材料，诸如 纤维强化聚合物复合材料。本发明的一些复合材料特别适合用于强化应用中，尤其这样的 强化应用，其中高模量、高强度和/或高伸长率是重要的，诸如风能（例如，风车叶片）、汽车 应用、安全/安保应用（例如，防弹衣或装甲面板）、航天或航空应用（例如，飞机的内部底 板）、高压容器或槽、导弹外壳及其他。本发明的一些实施方式涉及汽车复合材料。本发明 的一些实施方式涉及航天复合材料。本申请的其他实施方式涉及航空复合材料。本发明的 仍其他实施方式涉及适合用于风能应用中的复合材料。本发明的一些实施方式涉及预浸材 料。本发明的一些实施方式涉及用于安全/安保应用（诸如装甲面板）的复合材料。本发 明的其他实施方式涉及用于高压容器或储存槽的复合材料。本发明的一些实施方式涉及用 于导弹外壳的复合材料。本发明的其他实施方式涉及用于高温热绝缘应用中的复合材料。 本发明的一些实施方式涉及其中较低热膨胀系数是特别令人期望的印刷电路板，诸如用于 芯片封装的基板。
[0060] 本发明的一些实施方式涉及玻璃纤维股。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维 股包含多根包含玻璃组合物的玻璃纤维，该玻璃组合物包含以下组分：
[0061] 51-65 重量％ 的 SiO2;
[0062] 12. 5-19 重量％ 的 Al2O3;
[0063] 0-16 重量 ％ 的 CaO;
[0064] 0-12 重量 ％ 的 MgO;
[0065] 0-2. 5 重量 ％ 的 Na2O ;
[0066] 0-1 重量 ％ 的 K2O;
[0067] 0-2 重量 ％ 的 Li2O;
[0068] 0-3 重量％ 的 TiO2;
[0069] 0-3 重量 ％ 的 ZrO2;
[0070] 0-3 重量 ％ 的 B2O3;
[0071] 0-3 重量 ％ 的 P2O5;
[0072] 0-1 重量 ％ 的 Fe2O3;
[0073] 含量不小于0. 05重量％的至少一种稀土氧化物；和
[0074] 总计为0-11重量％的其他组分。
[0075] 在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物包括La203、Y 203、Sc203、和Nd2O 3中的至 少之一。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少1重量％的量存在。在一些实 施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。
[0076] 在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维股包含多根包含玻璃组合物的玻璃纤维， 该玻璃组合物包含以下组分：
[0077] 51-65 重量％ 的 SiO2;
[0078] 12. 5-22 重量％ 的 Al2O3;
[0079] 0-16 重量 ％ 的 CaO;
[0080] 0-12 重量 ％ 的 MgO;
[0081] 0-2. 5 重量 ％ 的 Na2O ;
[0082] 0-1 重量 ％ 的 K2O;
[0083] 0-2 重量 ％ 的 Li2O;
[0084] 0-3 重量％ 的 TiO2;
[0085] 0-3 重量 ％ 的 ZrO2;
[0086] 0-3 重量 ％ 的 B2O3;
[0087] 0-3 重量 ％ 的 P2O5;
[0088] 0-1 重量 ％ 的 Fe2O3;
[0089] 含量不小于0. 05重量％的至少一种稀土氧化物；和
[0090] 总计为0-11重量％的其他组分，
[0091] 其中Na20+K20+Li20含量大于1重量％。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化 物包括La 203、Y203、Sc2O 3和Nd 203中的至少之一。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化 物以至少1重量％的量存在。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少3重量％ 的量存在。
[0092] 在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维股包含多根包含玻璃组合物的玻璃纤维， 该玻璃组合物包含以下组分：
[0093] 51-63 重量％ 的 SiO2;
[0094] 14. 5-19 重量％ 的 Al2O3;
[0095] 0· 5-10 重量 ％ 的 CaO ;
[0096] 0-12 重量 ％ 的 MgO;
[0097] 0-1 重量 ％ 的 Na2O;
[0098] 0-1 重量 ％ 的 K2O;
[0099] 0-2 重量 ％ 的 Li2O;
[0100] 0-3 重量％ 的 TiO2;
[0101] 0-3 重量％ 的 ZrO2;
[0102] 0-2 重量 ％ 的 B2O3;
[0103] 0-3 重量 ％ 的 P2O5;
[0104] 0-1 重量 ％ 的 Fe2O3;
[0105] 含量不小于0. 5重量％的至少一种稀土氧化物；和
[0106] 总计为0-11重量％的其他组分。
[0107] 在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物包括La203、Y 203、Sc2O3、和Nd2O 3中的至 少之一。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少1重量％的量存在。在一些实 施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。
[0108] 本文中公开多种其他玻璃组合物作为本发明的一部分，和本发明的其他实施方式 涉及由这种组合物形成的玻璃纤维股。
[0109] 在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可展现出令人期望的机械和其他性质。在 一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可展现出与由E玻璃形成的玻璃纤维相比的一种或多 种改良的机械性能。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可提供与由R玻璃和/或S玻 璃形成的玻璃纤维相比的一种或多种改良的性质。由本发明的玻璃纤维的一些实施方式展 现出的令人期望的性质的实例包括但不限于抗拉强度、杨氏模量、热膨胀系数、软化点、伸 长率和介电常数。
[0110] 在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有令人期望的杨氏模量（E)值。在一 些实施方式中，由本发明的玻璃组合物形成的纤维可具有大于约87GPa的杨氏模量。在一 些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有大于约90GPa的杨氏模量。在一些实施方式中，由 本发明的玻璃组合物形成的纤维可具有大于约92GPa的杨氏模量。在一些实施方式中，本 发明的玻璃纤维可具有大于约93GPa的杨氏模量。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维 可具有大于约95GPa的杨氏模量。除非本文中另有规定，否则本文所论述的杨氏模量值是 使用以下实施例章节中所陈述的工序测定的。
[0111] 在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有令人期望的抗拉强度。在一些实施 方式中，本发明的玻璃纤维可具有大于4000MPa的抗拉强度。在一些实施方式中，本发明的 玻璃纤维可具有大于4, 500MPa的抗拉强度。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有 大于约5000MPa的抗拉强度。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有大于约5500MPa 的抗拉强度。除非本文中另有规定，否则抗拉强度值是使用实施例章节中所陈述的工序测 定的。
[0112] 在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有令人期望的伸长率值。在一些实施 方式中，本发明的玻璃纤维可具有至少5. 0%的伸长率。在一些实施方式中，本发明的玻璃 纤维可具有至少5. 5%的伸长率。除非本文中另有规定，否则抗拉强度值是使用实施例章节 中所陈述的工序测定的。
[0113] 在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有令人期望的热膨胀系数。在一些实 施方式中，本发明的玻璃纤维可具有小于约4. 5ppm/°C的热膨胀系数。在一些实施方式中， 本发明的玻璃纤维可具有小于约3. lppm/°C的热膨胀系数。除非另有规定，否则热膨胀系数 是使用实施例章节中所陈述的工序测定的。
[0114] 在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有令人期望的软化点。在一些实施方 式中，本发明的玻璃纤维可具有至少约900°C的软化点。在一些实施方式中，本发明的玻璃 纤维可具有至少约950Γ的软化点。除非另有规定，否则软化点值是使用实施例章节中所陈 述的工序测定的。
[0115] 在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有对于用于电子器件应用中令人期望 的介电常数值（D k)。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维在IMHz频率下可具有小于约 6.0的介电常数值（Dk)。除非本文中另有陈述，否则通过ASTM测试方法D150( "固体电绝 缘材料的A-C损耗特性和电容率（介电常数）的标准测试方法（Standard Test Methods for A-C Loss Characteristics and Permittivity(Dielectric Constant)of Solid Electrical Insulating Materials) "）从 IMHz 至 IGHz 测定介电常数（Dk)。
[0116] 玻璃纤维股可包含各种直径的玻璃纤维，这取决于期望的应用。在一些实施方式 中，本发明的玻璃纤维股包含至少一个具有约5 μm-约18 μm的直径的玻璃纤维。在其他 实施方式中，该至少一个玻璃纤维具有约5 μ m-与约10 μ m的直径。
[0117] 在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维股可形成为粗纱。粗纱可包括合股无捻 (assembled)、多末端或单末端直接牵伸粗纱。包含本发明的玻璃纤维股的粗纱可包括具有