玻璃组合物、可纤维化玻璃组合物、以及由其制成的玻璃纤维的制作方法

本文描述了玻璃组合物，尤其是用于成型纤维的玻璃组合物。

背景技术：

1、多年来，玻璃纤维已被用于增强各种聚合物树脂。用于增强应用的一些常用玻璃组合物包括“e-玻璃”、“r-玻璃”和“d-玻璃”族组合物。“s-玻璃”是另一种常用族的玻璃组合物，其包括例如可从agy(aiken,south carolina)以商品名“s-2glass”商购获得的玻璃纤维。

2、玻璃纤维分为两类：通用和专用目的的。最广泛使用的玻璃纤维类型是通用用途，也称为e玻璃纤维。总体而言，e-玻璃具有良好的机械、电气和腐蚀性能。

3、随着复合材料的可能的市场应用持续增长，玻璃纤维的用户面临挑战，以满足与性能、成本、可靠性和耐久性以及对可持续性和环境管理的日益关注有关的需求。挑战包括：风叶片的长度要求不断增长；发电厂希望在苛刻的条件和环境下，从管道和罐中获得最大的性能和使用寿命；牺牲性能而对燃料经济性的要求正在给汽车行业带来变化；技术的不断进步要求电路板的信号速度要比以往任何时候都更强大。

4、玻璃纤维制造商继续寻找可用于在商业制造环境中成型具有所需机械性能的玻璃纤维的玻璃组合物。

技术实现思路

1、本发明的各种实施方案提供了玻璃组合物、可纤维化的玻璃组合物和由这种组合物成型的玻璃纤维，以及玻璃丝股线、纱线、织物和包含适用于各种应用的这种玻璃纤维的复合材料。

2、在一个实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可包含约60至约63重量％的sio2、约14至约16重量％的al2o3、约14至约16重量％的cao、约6至约8.5重量％的mgo、小于1重量％的fe2o3、小于1重量％的tio2，其中该组合物基本不含li2o且(li2o+mgo+al2o3)含量为约22至高达约24重量％。

3、在某些实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可以包含约60至约63重量％的sio2、约14至约16重量％的al2o3、约14至约16重量％的cao、约6至约8.5重量％的mgo、小于1重量％的fe2o3、小于1重量％的tio2、以及大于0重量％且小于1重量％的稀土氧化物re2o3，其中组合物基本不含li2o。

4、在某些实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可包含约59至约63重量％的sio2、约13.7至约16重量％的al2o3、约14至约16.5重量％的cao、约6至约8.5重量％的mgo、小于1重量％的fe2o3、小于1重量％的tio2、和大于0重量％且小于1.5重量％的稀土氧化物re2o3，其中组合物基本不含li2o。

5、在一些情况下，适合于纤维成型的玻璃组合物可包含约60至约63重量％的sio2、约14至约16重量％的al2o3、约14至约16重量％的cao、约6重量％至约8.5重量％的mgo、小于1重量％的fe2o3、小于1重量％的tio2、小于0.5重量％li2o，且re2o3以大于0重量％且小于1重量％存在，其中(li2o+mgo+al2o3)的含量为约22至高达24重量％。

6、在一些实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可以包含约60至约63重量％的sio2、约14至约16重量％的al2o3、约14至约16重量％的cao、约6至约8.5重量％的mgo、小于1重量％的fe2o3、小于1重量％的tio2，li2o以大于0重量％且小于0.5重量％存在，其中(li2o+mgo+al2o3)的含量为从约22到高达23重量％。

7、在任何前述实施方案中，另外的实施方案可以包括在0.33至0.47之间的al2o3/(al2o3+mgo+cao)之比范围。在某些实施方案中，al2o3/(al2o3+mgo+cao)之比可以小于0.40。在一些实施方案中，al2o3/(al2o3+mgo+cao)之比可以为0.37至0.42。在一些实施方案中，al2o3/(al2o3+mgo+cao)之比可以为0.35至0.45。

8、本发明的一些实施方案涉及玻璃丝股线。作为本发明的一部分，本文公开了许多可纤维化的玻璃组合物，并且应该理解，本发明的各种实施方案可以包括玻璃纤维、玻璃丝股线、纱线以及并入由这种组合物成型的玻璃纤维的其他产品。在一个实施方案中，由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维可包含约60至约63重量％的sio2、约14至约16重量％的al2o3、约14至约16重量％的cao、约6重量％至约8.5重量％的mgo、小于1重量％的fe2o3、小于1重量％的tio2、且li2o以大于0重量％且小于0.5重量％存在，其中(li2o+mgo+al2o3)的含量为约22至高达24重量％，并且杨氏模量大于85gpa。

9、本发明的一些实施方案涉及由至少一种由本文所述的玻璃组合物成型的玻璃丝股线形成的纱线。本发明的一些实施方案涉及并入至少一种由本文所述的玻璃组合物成型的玻璃丝股线的织物。在一些实施方案中，用于织物的纬纱可包括至少一条玻璃丝股线。在一些实施方案中，经纱可以包括至少一条玻璃丝股线。在一些实施方案中，玻璃丝股线可用于纬纱和经纱两者中以形成根据本发明的织物。在一些实施方案中，本发明的织物可包括平纹织物、斜纹织物、五经缎纹织物、缎纹织物、缝编织物或3d机织织物。

10、本发明的一些实施方案涉及包含聚合物树脂和由本文所述的各种玻璃组合物中的一种成型的玻璃纤维的复合材料。根据本发明的一些实施方案，玻璃纤维可以来自玻璃丝股线。在一些实施方案中，玻璃纤维可以并入到织物例如机织织物(woven fabric)中。例如，玻璃纤维可以在被编织以形成织物的纬纱和/或经纱中。在复合材料包括织物的实施方案中，织物可以包括平纹织物、斜纹织物、五经缎纹织物、缎纹织物、缝编织物或3d机织织物。

11、玻璃纤维可以以其他形式并入复合材料中，如下面更详细地讨论的。

12、本发明的复合材料可包含多种聚合物树脂中的一种或多种。在一些实施方案中，聚合物树脂可包含聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、酚醛树脂、聚酯、乙烯基酯、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中的至少一种。在一些实施方案中，聚合物树脂可以包括环氧树脂。

13、本发明的复合材料可以是多种形式，并且可以用于多种应用中。根据本发明一些实施方案的复合材料的潜在用途的一些实例包括但不限于风能(例如风车叶片)、汽车应用、安全/安保应用(例如弹道装甲)、航空或航天应用(例如飞机的内部地板)、高压容器或罐、导弹壳体、电子件等。

14、在以下的详细描述中更详细地描述本发明的这些和其他实施方案。

技术特征：

1.一种适于纤维成型的玻璃组合物，其包含：

2.一种适于纤维成型的玻璃组合物，其包含：

3.由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维，该玻璃组合物包含：60至63重量％的sio2；

4.根据权利要求3所述的多条玻璃纤维，其中所述杨氏模量大于88gpa。

技术总结
本申请涉及一种玻璃组合物、可纤维化玻璃组合物、以及由其制成的玻璃纤维。具体涉及了适用于具有低水平的Li2O的纤维成型的玻璃组合物和具有高模量的玻璃纤维。玻璃组合物可包含约59至约63重量％的SiO2、约13.7至约16重量％的Al2O3、约14至约16.5重量％的CaO、约6至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3和小于1重量％的TiO2。在某些情况下，该组合物可以基本不含Li2O。在某些情况下，该组合物可包含至多0.5重量％的Li2O。在一些情况下，RE2O3可以以高达1.5重量％的量存在于组合物中。该玻璃组合物可用于成型玻璃纤维，该玻璃纤维可被并入多种其他玻璃纤维产品(例如股线、粗纱、织物等)中且并入各种复合材料中。

技术研发人员：李洪
受保护的技术使用者：电子玻璃纤维美国有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15