СТЕКЛО ДЛЯ СТЕКЛОВОЛОКНА Российский патент 1995 года по МПК C03C13/02 

Изобретение относится к составам стекол, предназначенных для производства непрерывных и грубых волокон, которые могут быть использованы для получения различных тканей и нетканых материалов, фильтров, для армирования цементных и гипсовых вяжущих, а также полимеров и других целей.

Цель изобретения снижение кристаллизационной способности, удлинение температурного интервала выработки, обеспечение надежности процесса и повышение устойчивости в кислых средах.

В известных составах стекол, применяемых для стекловолокна, содержится SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, MnO, K₂O, Na₂O, P₂O₅, La₂O₃. Для составления шихты в качестве исходного материала используют андезит, корректирующийся кварцевым песком, мелом, доломитом, содой и трехокисью лантана, а в ряде случаев пиролюзитом [1]
Известен состав стекла, содержащий SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Fe₂O₃, FeO, MnO, CaO, MgO, K₂O, Na₂O, SO₃ [2]
Исходным сырьем для получения минерального волокна этого состава служит порода типа ортоамфиболитов и амфиболитов как однокомпонентная шихта. Однако такое стекло обладает высокой кристаллизационной способностью, низкой кислотоустойчивостью и из-за узкого интервала выработки не может быть использовано в производстве непрерывных и грубых волокон.

Для устранения указанных недостатков и достижения цели предложены составы, конкретные из которых приведены в табл.1.

Технологические свойства расплавов и физико-химические свойства волокон приведены в табл. 2 и 3 соответственно. Как видно из табл.1, предлагаемое стекло отличается от известного более высоким содержанием оксидов алюминия и трехвалентного железа, что приводит к увеличению кислотоустойчивости. Этот эффект усиливают оксиды фосфора и скандия (как элементы III и V групп таблицы Д.И.Менделеева).

Известно, что оксиды железа, кальция и магния значительно повышают кристаллизационную способность расплава, что отрицательно отражается на процессе волокнообразования (особенно непрерывных волокон). За счет этого интервал выработки волокон сужается, возрастает обрывность и процесс получения волокон неустойчив. Уменьшение указанных оксидов обеспечивает снижение температуры верхнего предела кристаллизации (Тв.п.к.), удлинение температурного интервала выработки и надежность процесса. Введение оксида цинка приводит к образованию с Al₂O₃ твердого раствора, устойчивого к кислотам. Важным условием является соблюдение соотношения которое должно быть более 1,2, но менее 2,0.

Стекло указанного состава может быть получено как из обычных, используемых в стекловарении исходных компонентов, так и на основе различных природных материалов, например андезитов, андезитобазальтов, базальтов, диабазов, габбро.

Процесс варки стекла предлагаемого состава осуществляли в печи при температуре 1450^оС до получения гомогенного расплава. Формирование волокон происходило устойчиво.

Как следует из табл.3 в сравнении с прототипом, Тв.п.к. предлагаемого состава стекла на 50-80^оС ниже, интервал выработки волокна расширен в 6-9 раз, а кислотоустойчивость выше в 2,2-5,3 раза.

Из предлагаемого состава стекла получены также и грубые волокна. Результаты испытаний их физико-химических свойств представлены в табл.4.

Из табл.4 видно, что грубые волокна из стекла предлагаемого состава обладают высокой стойкостью не только к кислотам, но и к насыщенному раствору Са(ОН)₂, что предопределяет их использование при изготовлении фибробетона.

Ассортимент получаемых волокон (непрерывных и грубых), высокая химическая устойчивость в агрессивных средах дает возможность использовать их для производства тканых и нетканых, фильтровальных материалов, армирующих наполнителей композитов, армирования бетонов на основе минеральных вяжущих и др. стойких при эксплуатации в агрессивных средах в химической и других отраслях промышленности, в качестве фильтров грубой, тонкой и сверхтонкой очистки агрессивных сред.

Долговечность тканей, изготовленных из волокна предлагаемого состава превышает долговечность стеклянных тканей примерно в 1,5 раза. Из стекла предлагаемого состава наработаны и испытаны партии непрерывного и грубого волокна в количестве 800 и 1000 кг соответственно.

Физико-химические исследования полученного волокна подтвердили его высокую химическую устойчивость в агрессивных средах.

Использование: для производства непрерывных и грубых волокон. Сущность изобретения: стекло для стекловолокна содержит, в мас. оксид кремния 47,5 57,8 БФ SiO₂, оксид алюминия 17,1 19 БФ Al₂O₃, оксид титана 1,2 2 БФ TiO₂, оксид железа 3,8 8,5 БФ Fe₂O₃, оксид железа 3,4 7,0 БФ FeO, оксид марганца 0,11 0,19 БФ MnO, оксид кальция 6,5 10,8 БФ CaO, оксид магния 2,3 7,5 БФ MgO, оксид калия 0,8 2,5 БФ K₂O, оксид натрия 2,2 4,6 БФ Na₂O, оксид серы 0,01 0,20 БФ SO₃, оксид фосфора 1,1 2,0 БФ P₂O₅, оксид скандия 0,03 1,2 БФ Sc₂O₃, оксид цинка 0,05 1,0 БФ ZnO. Соотношение Al₂O₃/(Ca+MgO)<2,0. Устойчивость в 2N HCl (98°С, 3 ч) 98 98,9% в Ca(OH)₂ 99,1 99,8% 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. СТЕКЛО ДЛЯ СТЕКЛОВОЛОКНА, включающее SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Fe₂O₃, FeO, MnO, CaO, MgO, K₂O, Na₂O и SO₃, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит P₂O₅, ZnO и SC₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.

SiO₂ 47,5 57,8
Al₂O₃ 17,1 19,0
TiO₂ 1,2 2,0
Fe₂O₃ 3,8-8,5
FeO 3,4 7,0
MnO 0,11 0,19
CaO 6,5 10,8
MgO 2,3 7,5
K₂O 0,8 2,5
Na₂O 2,2 4,6
SO₃ 0,01 0,20
P₂O₅ 1,1 2,0
SC₂O₃ 0,03 1,2
ZnO 0,05 1,0
2. Стекло по п.1, отличающееся тем, что отношение