提供一种玻璃组合物，它包括用量为约70.6-约79.6wt%的SiO2，用量为约10.0-18.5wt%的Al2O3，用量为约10.0-约19.0wt%的MgO，用量为0.1-约5.0wt%的CaO，用量为0.0-约35.0wt%的Li2O，和用量为0.0-约3.0wt%的Na2O。在例举的实施方案中，玻璃组合物不含或基本上不含B2O3和氟。该玻璃纤维的比模量为约3.40X107J/kg-3.6X107J/kg。由本发明专利技术组合物形成的玻璃纤维拥有特别好的高模量和低密度，这使得它们尤其适合于在其中要求高强度，高刚度和低重量的应用中，例如风片和航空结构体中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产高强度和高模量纤维的玻璃组合物相关申请的交叉参考本申请要求美国临时申请序列号61/394，177的优先权和所有其他权益。
和工业实用性本专利技术一般地涉及玻璃组合物，和更特别地涉及拥有可接受的成形性能且其组分在耐火熔化器内熔融的高性能玻璃组合物。由本专利技术的组合物形成的玻璃纤维拥有改进的模量和低密度，且可用于增强其中期望高强度，刚度(stiffness)和轻质的复合基体。
技术介绍
由以得到所需的化学组合物的特定比例结合的各种初级原料制造玻璃纤维。这一材料的统称常常称为“玻璃配料(glass batch)”。为了形成玻璃纤维，典型地在熔化器或熔融装置内熔融玻璃配料，通过套管(bushing)或孔板(orifice plate),将熔融玻璃拉伸成长丝(所得长丝也称为连续玻璃纤维)，和施加含润滑剂，偶联剂和成膜粘合剂树脂的施胶组合物到长丝上，在施加施胶剂之后，可将纤维聚集成一个或更多个绳股(strand)并在包装内缠绕，或者替代地可在湿的同时短切纤维并收集。然后可干燥所收集的短切绳股，并固化，形成干燥的短切纤维，或者可在湿的条件下以湿的短切纤维形式包装它们。玻璃配料的组合物和由它制造的玻璃通常以各组分的百分数形式表达且主要以氧化物形式表达。SiO2, Al2O3, CaO, MgO, B2O3, Na2O, K2O, Fe2O3,和微量的其他化合物，例如TiO2, Li2O7BaO, SrO, ZnO, ZrO2, P2O5,氟和SO3是玻璃配料中的常见组分。可由改变这些氧化物的用量，或者在玻璃配料内省去一些此类氧化物，生产许多类型的玻璃。可生产的这种玻璃的实例包括R-玻璃，E-玻璃，S-玻璃，A-玻璃，C-玻璃，和ECR-玻璃。玻璃组合物控制玻璃的成形和产品性能。玻璃组合物的其他特征包括初级原料成本和环境影响。存在成形性能的独特组合，所述成形性能允许玻璃在常规的耐火罐和玻璃分布体系内熔融并分布。首先，玻璃保持在其下的温度必须足够低，以便它没有激进地腐蚀(aggressively attack)耐火材料。可例如通过超过耐火材料的最大使用温度，或者通过增加玻璃腐蚀和侵蚀耐火材料到无法接受的高程度时的速度，发生对耐火材料的腐蚀。当通过降低玻璃粘度，使得玻璃更加成流体时，耐火材料的腐蚀速度强烈地增加。因此,为了在耐火罐内熔融玻璃，耐火材料的温度必须保持低于一定温度，和玻璃粘度(例如，抗流动性)必须维持高于一定数值。在熔融单元内以及在整个分布和纤维化工艺当中，玻璃的温度也必须足够高，以防止玻璃结晶(即它必须保持高于液相温度的温度)。在成纤器中，常见的是要求纤维化所选温度(即，成形温度)和玻璃的液相温度之间的温差最小。这一温差Λ T是可在没有产生被反玻璃化(devitrification)晶体引起的断点隔开的纤维的情况下，如何容易地形成连续纤维的量度。因此，期望具有尽可能大的Δ T，以实现连续和不受干扰的玻璃纤维形成。在探索具有较高最终性能的玻璃纤维中，有时牺牲△ T，以实现所需的最终性能。这一牺牲的结果是要求在钼或钼-合金为衬里的炉内熔融玻璃，这或者因为该温度超过常规耐火材料的最大最终 使用温度或者因为玻璃的粘度使得玻璃体的温度不可能保持高于液相温度，同时产生足够高的玻璃粘度，以保持耐火材料的腐蚀在可接受的水平下。S2-玻璃是其中这两种现象均发生的一个实例。S2-玻璃的熔融温度相对于普通的耐火材料来说太高，和△ T非常小(或为负)，从而在比液相温度高的玻璃温度下，引起玻璃非常容易流动，且对常规耐火材料的腐蚀大。常规的R-玻璃也具有非常小的△ T，因此在钼或钼-合金为衬里的熔化器内熔融。因此，本领域需要高性能的玻璃组合物，它保留有利的机械和物理性能(例如，比模量和拉伸强度)和成形性能(例如，液相温度和成形温度)，其中成形温度足够低，且成形与液相温度之差足够大，使得玻璃组合物中的各组分能在常规的耐火罐内熔融
技术实现思路
在本专利技术的一个实施方案中，提供一种组合物，所述组合物包括用量为约70.6-约 79.6wt% 的 SiO2,用量为约 10.0-18.5wt% 的 Al2O3,用量为约 10.0-约 19.0wt%的MgO，用量为约0.1-约5.0wt%的CaO，用量为0.0-约3.0wt%的Li2O,和用量为0.0-约3.0被％的似20。此处所使用的措辞〃wt%〃拟定义为全部组合物重量的百分数。在例举的实施方案中，玻璃组合物不含或基本上不含B2O3和氟，但可小量地添加它们中的任何一种，以调节纤维化和最终的玻璃性能，且没有负面影响性能，若维持低于几个百分点的话。此处所使用的基本上不含B2O3和氟是指所存在的B2O3和氟含量之和小于组合物的lwt%。所存在的B2O3和氟含量之和可以小于组合物的0.5wt%或者小于组合物的0.2wt%。另外，组合物可任选地含有痕量的其他组分或不是故意添加的杂质。此外，玻璃组合物拥有足够低的成形温度(此处也称为成形粘度，纤维化温度或log3温度)，使得在形成玻璃纤维中利用低成本的耐火熔化器，替代常规的高成本钼-合金为衬里的熔化器。在本专利技术的另一实施方案中，使用耐火罐熔化器，生产由以上所述的组合物形成的连续玻璃纤维。通过使用由耐火砖形成的耐火罐，可降低由本专利技术组合物生产的玻璃纤维的生产有关的制造成本。可使用该玻璃组合物，形成其中要求高强度，刚度和低密度的应用中使用的连续玻璃绳股。在本专利技术的再一实施方案中，提供由产品基体材料和采用以上所述的组合物形成的多根纤维形成的增强复合材料。该基体材料可以是聚合物，且可以是本领域技术人员已知的任何合适的热塑性或热固性树脂，且包括热塑性材料，例如聚酯，聚丙烯，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二酯，和聚丁烯，和热固性树脂，例如环氧树脂，不饱和聚酯，酚醛树脂(phenolics),乙烯基酯(vinylesters)，和弹性体。可单独或结合使用聚合物树脂,形成最终的复合产品。在本专利技术再一实施方案中，提供形成高性能玻璃纤维的方法。可通过获得初级成分和以合适的用量混合各组分，得到所需重量百分数的最终组合物，从而形成纤维。然后在常规的耐火熔化器内熔融混合的配料，并通过钼-合金基套管(bushings)的开口拉伸，形成玻璃纤维。可通过将单独的长丝收集在一起，形成玻璃纤维的绳股。可缠绕该绳股，并按照适合于打算应用的常规方式进一步加工。可通过此处描述的任何一种方法，获得本专利技术的玻璃纤维。在本专利技术的另一实施方案中，本专利技术的组合物的液相温度(Iiquidustemperature)不大于约1470或1420°C，log3温度小于约1530°C，和Λ T最多约210°C。在本专利技术的另一实施方案中，本专利技术的组合物的液相温度(Iiquidustemperature)不大于约1470°C, log3温度小于约1525。。，和Δ T最多约139。。。在本专利技术的又一实施方案中，由本专利技术组合物形成的玻璃纤维的初始纤维拉伸强度为约4150至约4960或5233MPa,模量为约80-约88GPa，和密度为约2.37-约2.51g/cc。在本专利技术的又一实施方案中，由本专利技术组合物形成的玻璃纤维的初始纤维拉伸强度为约4590-约5230或5232MPa,模量为约82.8-约87.4GPa,和密度为约2.本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·霍夫曼，P·B·麦金尼斯，
申请(专利权)人：OCV智识资本有限责任公司，
类型：
国别省市：
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