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_5

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为本发明的一部分的其他玻璃组合物中的一种形成。
[0150] 本发明的一些实施方式涉及包含本发明的复合材料的面板,诸如装甲面板。在一 些实施方式中,本发明的复合材料可形成面板,其中当通过MIL-STD-662F测量时,预期该 面板展现出令人期望的〇. 30cal FSP V50值(例如,在约21b/ft2的面板面密度和约5mm至 6mm的面板厚度下至少约900fps)。在其他实施方式中,本发明的复合材料可形成面板,其 中当通过MIL-STD-662F测量时,预期该面板展现出令人期望的0. 30cal FSP V50值(例如, 在约21b/ft2的面板面密度和约5mm至6mm的面板厚度下至少约1000 fps)。在本发明的仍 其他实施方式中,复合材料可形成面板,其中当通过MIL-STD-662F测量时,预期该面板展 现出令人期望的〇.30cal FSP V50值(例如,在约21b/ft2的面板面密度和约5mm至6mm的 面板厚度下至少约I IOOfps)。在本发明的一些实施方式中,复合材料可形成面板,其中当通 过MIL-STD-662F测量时,预期该面板展现出令人期望的0. 30cal FSP V50值(例如,在约 21b/ft2的面板面密度和约5mm至6mm的面板厚度下约900fps至约1140fps)。
[0151 ] 在一些实施方式中,本发明的复合材料可形成面板,其中当通过MIL-STD-662F测 量时,预期该面板展现出令人期望的〇. 50cal FSP V50值(例如,在约4. 8至4. 91b/ft2的 面板面密度和约13mm至13. 5mm的面板厚度下至少约1200fps)。在本发明的其他实施方 式中,复合材料可形成面板,其中当通过MIL-STD-662F测量时,预期该面板展现出令人期 望的0. 50cal FSP V50值(在约4. 8至4. 91b/ft2的面板面密度和约13mm至13. 5mm的面 板厚度下至少约1300fps)。在本发明的仍其他实施方式中,复合材料可形成面板,其中当 通过MIL-STD-662F测量时,预期该面板展现出令人期望的0. 50cal FSP V50值(在约4. 8 至4. 91b/ft2的面板面密度和约13mm至13. 5mm的面板厚度下至少约1400fps)。在本发明 的一些实施方式中,复合材料可形成面板,其中当通过MIL-STD-662F测量时,预期该面板 展现出令人期望的0. 50cal FSP V50值(例如,在约4. 8至4. 91b/ft2的面板面密度和约 13mm至13. 5mm的面板厚度下约1200fps至约1440fps)。
[0152] 适合在防弹或防爆炸中使用的本发明的复合材料可包括各种聚合物型树脂。在本 发明的一些实施方式中,复合材料包含聚合物型树脂和布置于该聚合物型树脂中的多根玻 璃纤维,其中该多根玻璃纤维中的至少之一包含如本文中所公开的玻璃组合物,该复合材 料可形成面板,诸如用于防弹或防爆炸的装甲面板,且该聚合物型树脂包括环氧树脂。在一 些实施方式中,本发明的复合材料包含聚合物型树脂和布置于该聚合物型树脂中的多根玻 璃纤维,其中该多根玻璃纤维中的至少之一包含如本文中所公开的玻璃组合物,该复合材 料可形成面板,诸如用于防爆或防爆炸的装甲面板,且该聚合物型树脂包括聚二环戊二烯 树脂。在本发明的一些实施方式中,聚合物型树脂可包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(包括尼 龙)、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、酚醛树脂、聚酯、乙烯酯、热固性聚氨 酯、氰酸酯或双-马来酰亚胺树脂。
[0153] 本发明的一些实施方式涉及用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料。 在一些实施方式中,本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料展现出对 于用于这种应用中令人期望的性质,诸如高模量、高强度、高伸长率、低热膨胀系数、高玻璃 软化温度和/或高玻璃化转变温度。
[0154] 在一些实施方式中,本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料 包含聚合物型树脂和布置于该聚合物型树脂中的多根玻璃纤维,其中该多根玻璃纤维中的 至少之一包含玻璃组合物,该玻璃组合物包含以下组分:51-65重量%的Si0 2、12. 5-19重 量%的Al203、0-16重量%的Ca0、0-12重量%的Mg0、0-2. 5重量%的Na20、0-1重量%的 K20、0-2 重量 % 的 Li20、0-3 重量 % 的 Ti02、0-3 重量 % 的 Zr02、0-3 重量 % 的 B203、0-3 重量 % 的P205、0-1重量%的Fe2O3、含量不小于0. 05重量%的至少一种稀土氧化物和总计为0-11 重量%的其他组分。在一些实施方式中,本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳之 中的复合材料包含聚合物型树脂和布置于该聚合物型树脂中的多根玻璃纤维,其中该多 根玻璃纤维中的至少之一包含玻璃组合物,该玻璃组合物包含以下组分:51-65重量%的 Si02、12. 5-19 重量 % 的 Al203、0-16 重量 % 的 Ca0、0-12 重量 % 的 Mg0、0-2. 5 重量 % 的 Na20、 0-1重量%的K20、0-2重量%的Li20、0-3重量%的Ti02、0-3重量%的Zr0 2、0-3重量%的 B203、0-3重量%的P205、0-1重量%的Fe 203、含量不小于0· 05重量%的至少一种稀土氧化物 和总计为0-11重量%的其他组分,其中Na20+K20+Li 20含量大于1重量%。在一些实施方 式中,本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料包含聚合物型树脂和布 置于该聚合物型树脂中的多根玻璃纤维,其中该多根玻璃纤维中的至少之一包含玻璃组合 物,该玻璃组合物包含以下组分:51-63重量%的Si0 2、14. 5-19重量%的A1203、0. 5-10重 量%的Ca0、0-12重量%的]\%0、0-1重量%的Na20、0-1重量%的K20、0-2重量%的Li 20、 0-3重量%的Ti02、0-3重量%的Zr02、0-2重量%的B20 3、0-3重量%的P205、0-1重量%的 Fe2O3、含量不小于0. 5重量%的至少一种稀土氧化物和总计为0-11重量%的其他组分。在 其他实施方式中,本发明的用于导弹和其他炸药递送装置中的复合材料可包含聚合物型树 脂和布置于该聚合物型树脂中的多根玻璃纤维,其中该多根玻璃纤维中的至少之一由本文 中所公开作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中的一种形成。
[0155] 在一些实施方式中,本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料 包含聚合物型树脂和布置于该聚合物型树脂中的至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股。 在一些实施方式中,本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料包含聚合 物型树脂和布置于该聚合物型树脂中的包含至少一根如本文中所公开玻璃纤维股的粗纱 的至少一部分。在其他实施方式中,本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复 合材料包含聚合物型树脂和布置于该聚合物型树脂中的如本文中所公开的至少一根纱线。 在仍其他实施方式中,本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料包含聚 合物型树脂和布置于该聚合物型树脂中的如本文中所公开的至少一个织物。在一些实施方 式中,本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料包含至少一根包含至少 一根如本文中所公开的玻璃纤维股的炜纱和至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻 璃纤维股的经纱。
[0156] 本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料可包括各种聚合物 型树脂,这取决于所期望的性质和应用。在包含用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的 复合材料的本发明的一些实施方式中,聚合物型树脂可包括热固性树脂。可用于这种应用 中的常见热固性树脂的实例包括但不限于环氧树脂、酚醛树脂、聚酯和本领域技术人员已 知的其他热固性树脂。
[0157] 虽然本文中阐述了本发明的复合材料的若干个示例性使用和应用,但本领域技术 人员可识别这样的复合材料的其他潜在用途,包括,例如油气工业中的其他应用、与交通运 输和基础设施有关的其他应用、替代性能源中的其他应用、其他高温热绝缘(即,热屏蔽) 应用(归因于较高强度、较高模量、较高软化温度和较高玻璃化转变温度)等。
[0158] 本发明的一些实施方式涉及预浸材。本发明的预浸材可包含聚合物型树脂和至少 一根如本文中所公开的玻璃纤维股。在一些实施方式中,本发明的预浸材包含聚合物型树 脂和与该聚合物型树脂接触的多根玻璃纤维,其中该多根玻璃纤维中的至少之一包含玻璃 组合物,该玻璃组合物包含以下组分:51-65重量%的Si0 2、12. 5-19重量%的六1203、0-16重 量%的Ca0、0-12重量%的Mg0、0-2. 5重量%的Na20、0-1重量%的K20、0-2重量%的Li20、 0-3重量%的Ti02、0-3重量%的Zr02、0-3重量%的B20 3、0-3重量%的P205、0-1重量% 的Fe2O 3、含量不小于0. 05重量%的至少一种稀土氧化物、和总计为0-11重量%的其他成 分。在一些实施方式中,本发明的预浸材包含聚合物型树脂和与聚合物型树脂接触的多根 玻璃纤维,其中该多根玻璃纤维中的至少之一包含玻璃组合物,该玻璃组合物包含以下组 分:51-65 重量% 的 Si02、12. 5-22 重量% 的 Al2O3,、0-16 重量% 的 Ca0、0-12 重量% 的 MgO、 0-2. 5重量%的Na20、0-1重量%的K20、0-2重量%的Li20、0-3重量%的Ti0 2、0-3重量% 的Zr02、0-3重量%的B203、0-3重量%的P 205、0-1重量%的Fe203、含量不小于0· 05重量% 的至少一种稀土氧化物和总计为0-11重量%的其他组分,其中Na20+K20+Li 20含量大于1重 量%。在一些实施方式中,本发明的预浸材包含聚合物型树脂和与该聚合物型树脂接触的 多根玻璃纤维,其中该多根玻璃纤维中的至少之一包含玻璃组合物,该玻璃组合物包含以 下组分:51-63重量%的Si02、14. 5-19重量%的A1203、0. 5-10重量%的Ca0、0-12重量% 的MgO、0-1重量%的Na20、0-1重量%的K20、0-2重量%的Li 20、0-3重量%的Ti02、0-3重 量%的Zr02、0-2重量%的B 203、0-3重量%的P205、0-1重量%的Fe 203、含量不小于0· 5重 量%的至少一种稀土氧化物和总计为0-11重量%的其他组分。在其他实施方式中,本发明 的预浸材可包含聚合物型树脂和与该聚合物型树脂接触的多根玻璃纤维,其中该多根玻璃 纤维中的至少之一由本文中所公开作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中的一种形成。
[0159] 在一些实施方式中,本发明的预浸材包含聚合物型树脂和与该聚合物型树脂接触 的至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股。在一些实施方式中,本发明的预浸材包含聚合 物型树脂和布置于该聚合物型树脂中的包含至少一根如本文中所公开玻璃纤维股的粗纱 的至少一部分。在其他实施方式中,本发明的预浸材包含聚合物型树脂和与该聚合物型树 脂接触的至少一根如本文中所公开的纱线。在仍其他实施方式中,本发明的预浸材包含聚 合物型树脂和与该聚合物型树脂接触的至少一个如本文中所公开的织物。在某些实施方式 中,本发明的预浸材包含至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的炜纱和至 少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的经纱。
[0160] 本发明的预浸材可包括各种聚合物型树脂,这取决于所期望的性质和应用。在包 含预浸材的本发明的一些实施方式中,聚合物型树脂包括环氧树脂。在包含预浸材的本发 明的其他实施方式中,聚合物型树脂可包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲 酸丁二酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、酚醛树脂、聚酯、乙烯酯、聚二环戊二烯、聚苯硫醚、聚 醚醚酮、氰酸酯、双-马来酰亚胺和热固性聚氨酯树脂。
[0161] 虽然本文中所阐述的玻璃纤维的诸多应用是强化应用,但可在电子器件应用(诸 如印刷电路板("PCB"))中利用本发明的玻璃纤维的一些实施方式。更特别地,本发明的 一些实施方式涉及具有允许增强PCB性能的电性质的玻璃纤维强化物。例如,本发明的玻 璃纤维的一些实施方式可具有对于电子器件应用令人期望的介电常数(D k)。材料的介电常 数(Dk)(也称为"电容率")是材料储存电能的能力的量度。待用作电容器的材料令人期望 地具有相对较高的D k,而待用作PCB基板的一部分的材料令人期望地具有低Dk,特别是对于 高速电路而言。D k是两个金属板之间的给定材料的将储存的电荷(即,电容)与该相同两 个金属板之间的空隙(空气或真空)将储存的电荷的量的比率。作为另一实例,本发明的 玻璃纤维的一些实施方式可具有对于电子器件应用为令人期望的热膨胀系数。因此,本发 明的一些实施方式可用于各种电应用中,包括但不限于印刷电路板、印刷电路板的前驱物 (precursor)(例如,织物、层压物、预浸材等)。在这样的实施方式中,待用于电应用中的印 刷电路板或其他复合材料可包含聚合物型树脂和与该聚合物型树脂接触的多根玻璃纤维, 其中该多根玻璃纤维中的至少之一是由本文中所公开作为本发明的一部分的任何玻璃组 合物形成。聚合物型树脂可包括本领域技术人员已知用于印刷电路板或其他电应用中的任 意那些。
[0162] 现在转向制造本发明的玻璃纤维和相关产品的方法,通过混合用于供应形成纤维 的组合物的特定氧化物的原料,可以本领域中周知的常规方法制备本发明的玻璃纤维。根 据本发明的各种实施方式的玻璃纤维可使用本领域中已知用于形成玻璃纤维的任何方法、 和更期望地本领域中已知用于形成基本上连续玻璃纤维的任何方法来形成。例如,尽管本 文中并无限制,但根据本发明的非限制性实施方式的玻璃纤维可使用直接熔融或间接熔融 成纤法来形成。这些方法是本领域中周知的并且鉴于本公开内容对其进一步论述据信是不 必要的。参见例如,K. L. Loewenstein 的 The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers,第 3 版,Elsevier,Ν· Y.,1993 年,第 47 至 48 页和第 117 至 234 页。
[0163] 在玻璃纤维的形成之后,可使用本领域技术人员已知的任何适合方法将主要施胶 组合物施加至玻璃纤维。在一些实施方式中,可在形成玻璃纤维后立即施加施胶组合物。 通常地,本发明的用于形成玻璃纤维股、织物、复合材料、层压物和预浸材的玻璃纤维将至 少部分地涂布有施胶组合物。本领域技术人员可基于若干个因素为玻璃纤维选择多种商购 施胶组合物中的一种,所述因素包括例如施胶组合物的性能性质、所得织物的期望挠性、成 本及其他因素。在一些实施方式中,施胶组合物不含淀粉-油施胶组合物。在包含不含淀 粉-油施胶组合物的施胶组合物的本发明的一些实施方式中,在将纤维或股纱用于织造应 用中之前,无需进一步用浆纱组合物处理经施胶的玻璃纤维或玻璃纤维股。在其他包含不 含淀粉-油施胶组合物的施胶组合物的实施方式中,在将纤维或股纱用于织造应用之前, 可任选地进一步用浆纱组合物处理经施胶的玻璃纤维或玻璃纤维股。在包含主要施胶组合 物的本发明的一些实施方式中,施胶组合物可包含淀粉-油施胶组合物。在包含淀粉-油施 胶组合物的本发明的一些实施方式中,稍后可从由至少一根经施胶的玻璃纤维或玻璃纤维 股形成的织物移除淀粉-油施胶组合物。在一些实施方式中,可使用本领域技术人员已知 的任何适合方法(诸如但不限于热清洁)从织物移除淀粉-油施胶组合物。在包含已移除 淀粉-油施胶组合物的织物的本发明的实施方式中,可用面漆进一步处理本发明的织物。
[0164] 可用于本发明的一些实施方式中的商购施胶组合物的非限制性实例包括经常用 于单末端粗纱上的施胶组合物,诸如Hybon 2026、Hybon 2002、Hybon 1383、Hybon 2006、 Hybon 2022、Hybon 2032、Hybon 2016、和Hybon 1062,以及经常用于纱线的施胶组合物,诸 如1383、611、900、610、695和690,其中每一者是指用于商购自PPG Industries,Inc的产 品的施胶组合物。
[0165] 本发明的玻璃纤维股可通过本领域技术人员已知的任何适合方法来制备。本发明 的玻璃纤维织物可通常通过本领域技术人员已知的任何适合方法来制备,诸如但不限于使 炜纱线(weft yarn)(也称为"炜纱(fill yarn)")交织至多根经纱中。这样的交织可如 下来实现:以大致平行、平面阵列将经纱定位于织布机上,并且然后通过使炜纱以预定重复 图案上下来回(over and under)穿过经纱将炜纱织入经纱中。所用图案取决于期望的织 物式样。
[0166] 经纱通常可使用本领域技术人员已知的技术来制备。经纱可通过拉细 (attenuate)来自套管或纺纱机的多个熔融玻璃料流来形成。然后,可将施胶组合物施加至 个别玻璃纤维且可将纤维聚集在一起以形成股纱。随后可通过经由捻机将股纱转移至筒管 (bobbin)将股纱加工成纱线。在此转移期间,可对该股纱加捻以有助于将纤维束保持在一 起。然后可将这些经加捻的股纱围绕筒管缠绕且该筒管可用于织造程序中。
[0167] 通常可使用本领域技术人员已知的技术将经纱定位于织布机上。可通过织轴将经 纱定位于织布机上。织轴包括以基本上平行配置(也称为"经纱片")围绕圆柱形核心缠 绕的特定数量的经纱(也称为"末端")。织轴制备可包括将多个纱线卷装(每一卷装包括 织轴所需的末端数量的一部分)组合成单一卷装或织轴。例如但本文中不限于,利用DE75 纱线输入的50英寸(127cm)宽7781式样织物通常需要2868个末端。然而,用于形成织轴 的常规设备不允许在一个操作中将所有这些末端从筒管转移至单一经轴。因此,可生产多 个包括一部分数量所需末端的多个经轴(通常称为"分条
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