СТЕКЛО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛОВОЛОКНА Российский патент 2005 года по МПК C03C13/00 

Изобретение относится к составам стекол, в частности к составам безборного бесщелочного стекла, для производства химически и термически стойкого стеклянного волокна, которое может быть использовано для изготовления ровингов и тканей различного назначения, в том числе электроизоляционного, в качестве армирующих материалов для стеклопластиковых изделий, используемых в кислых, нейтральных и щелочных средах.

Известен состав стекла для производства стеклянного волокна (патент США №3847626, кл. С 03 С 13/00, 12.11.1974 г.), мас.%:

SiO₂54.0-60,0Al₂О₃9,0-14,5CaO17,0-24,0TiO₂3,0-5,0MgO1,5-4,5

Стекло может содержать в примесных количествах оксиды щелочных металлов (Na₂O, К₂О, Li₂O).

Недостатками этих составов являются невысокие значения температуры размягчения и химической стойкости получаемого на их основе стекловолокна. Кроме того, данные стекла содержат TiO₂ в количестве более 2%, что отрицательно сказывается на теплопрозрачности стекол.

Также известен состав стекла для производства стеклянного волокна (патент США №3876481, кл. С 03 С 13/00, 08.04.1975 г.) - аналог, мас.%:

SiO₂55,0-63,0Al₂O₃11,0-18,0CaO9,0-25,0MgO0-10,0Li₂O0,3-2,5Na₂O0-2,5К₂O0-2,5Fe₂O₃0-1,0SrO0-1,5BaO0-2,5ZnO0-4,0MnO0-1,5TiO₂2,0-5,0ZrO₂0-2,0

Недостатком этого состава является высокое содержание щелочных оксидов, отрицательно влияющих на диэлектрические свойства стеклянных волокон, а также недостаточная прочность и химическая стойкость стекловолокон на его основе и обязательное содержание оксида лития.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному составу является состав стекла для производства стеклянного волокна, описанный в патенте США №4542106, кл. С 03 С 13/00, 17.09.1985 г. - прототип, включающий, мас.%:

SiO₂58,0-60,0Al₂O₃11,0-13,0CaO21,0-23,0MgO2,0-4,0TiO₂1,0-18Na₂O+K₂Oдо 1

Недостатками известного состава являются недостаточная химическая стойкость, а также невысокая температура размягчения.

Технический результат настоящего изобретения заключается в создании состава стекла для выработки стеклянного волокна, обеспечивающего изделиям на его основе химическую стойкость в кислых, щелочных и нейтральных средах, а также повышенную термостойкость.

Этот результат достигается тем, что стекло для производства непрерывного стекловолокна, включающее SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, R₂O (где R₂O - оксиды щелочных металлов Na₂O, K₂O), дополнительно содержит ZrO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂58,0-60,0Al₂O₃12,0-14,0CaO20,0-22,0MgO3,0-5,0TiO₂0,01-1,9ZrO₂0,01-2,0R₂O(Na₂O+K₂O)до 1,0

причем стекло обладает температурой стеклования 740-770°С, температурой деформации сдвига 830-860°С и химстойкостью - 1-й гидролитический класс.

Конкретные примеры предложенного стекла для производства стекловолокна представлены в таблице 1.

Таблица 1Химсостав, оксиды, мас.%Примеры123SiO₂59,058,060,0Al₂О₃13,014,012,0CaO21.020,022,0MgO4,05,03,0TiO₂1,51,01,9ZrO₂1,00,050,6R₂O(K₂O+Na₂O)0,50,50,5

Ниже в таблице 2 приводятся некоторые физико-химические характеристики предлагаемого состава.

Таблица 2Физико-химические характеристики стеклаПримеры123Температура варки стекла, °С157015601580Температура верхнего предела кристаллизации, °С117011601190Температура, соответствующая вязкости Ig 2, °С127012751280Температура размягчения при вязкости Ig 7,6, °С917910914Температура стеклования, Tg (Ig 13), °С760740770Температура деформации сдвига, Т (Ig 9), °C845830860Плотность, кг/м³268026902670Химическая стойкость волокон (потеря массы после кипячения в течение 3-х часов), мг:
Н₂О
1н. HCl
2н. NaOH17
90
31013
97
32515
85
300Модуль упругости, МПа740074507350Прочность на растяжение, МПа340033003350Диэлектрическая проницаемость при 10⁶ Гц и 20°С7,767,707,69Тангенс угла диэлектрических потерь при 10⁶ Гц и 20°C29 10⁴3210⁴28 10⁴Удельное объемное сопротивление, Ом·м10¹²10¹²10¹²

Для получения непрерывного стеклянного волокна предлагаемого состава готовят шихту, которую загружают в печь и плавят при температуре 1570±10°С. Из расплавленной стекломассы формуют непрерывное стеклянное волокно диаметром 6-20 мкм при температуре 1280-1330°С на 400-фильерном стеклоплавильном аппарате. Полученное волокно характеризуется прочностью 3300-3500 МПа.

В результате использования изобретения создано химически и термически стойкое стеклянное волокно, пригодное для армирования стеклопластиковых изделий, изготовления ровингов и тканей различного назначения и т.п.

Изобретение относится к составам стекол, в частности к составам безборного бесщелочного стекла, для производства химически и термически стойкого стеклянного волокна, которое может быть использовано для изготовления ровингов и тканей различного назначения, в том числе электроизоляционного, в качестве армирующих материалов для стеклопластиковых изделий, используемых в кислых, нейтральных и щелочных средах. Стекло для производства непрерывного стекловолокна, содержащее SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, R₂O (где R₂O - оксиды щелочных металлов Na₂O, К₂O), ZrO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ 58,0-60,0; Al₂O₃ 12,0-14,0; CaO 20,0-22,0; MgO 3,0-5,0; TiO₂ 0,01 - 1,9; ZrO₂ 0,01-2,0; R₂O до 1,0, имеет температуру стеклования 740-770°С, температуру деформации сдвига 830-860°С и химстойкость - 1-й гидролитический класс. Температура размягчения стекла, соответствующая вязкости Ig 7,6, находится в пределах 910-920°С. Технический результат изобретения заключается в создании химически и термически стойкого непрерывного стеклянного волокна, пригодного для армирования стеклопластиковых изделий, изготовления ровингов и тканей различного назначения. 2 табл.

Стекло для производства непрерывного стекловолокна, содержащее SiO₂, Al₂О₃, CaO, MgO, TiO₂, R₂O (где R₂O - оксиды щелочных металлов Na₂O, К₂О), отличающееся тем, что оно дополнительно содержит ZrO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂58,0-60,0Al₂О₃12,0-14,0CaO 20,0-22,0MgO 3,0-5,0TiO₂0,01-1,9ZrO₂0,01-2,0R₂O(Na₂O+K₂O) До 1,0

причем стекло обладает температурой стеклования 740-770°С, температурой деформации сдвига 830-860°С и химстойкостью -1-й гидролитический класс.