СТЕКЛО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НЕПРЕРЫВНОГО СТЕКЛОВОЛОКНА Российский патент 2014 года по МПК C03C13/02 

Изобретение относится к составам стекол для производства непрерывного, высокомодульного, прочного и химически стойкого стекловолокна, которое может быть использовано для изготовления ровингов и тканей различного назначения, а также в качестве армирующих материалов для стеклопластиковых изделий, используемых в кислых и щелочных средах.

На модуль упругости, прочность и химическую устойчивость стеклянного волокна большое влияние оказывает химический состав стекла.

Известен состав стекла для производства стекловолокна (патент РФ №2129102, кл. С03С 13/02, 1997 г.), включающий, мас.%:

SiO₂ 57,0-60,0 Al₂O₃ 20,0-27,0 MgO 10,0-16,0 ZrO₂ 0,05-0,6 Fe₂O₃ 0,1-0,6 K₂O 0,15-0,35 Na₂О 0,03-0,1

Недостатком этого состава являются высокие значения температуры варки стекла и верхнего предела кристаллизации, низкая вязкость расплава при формовании стеклянного волокна, короткий температурный интервал выработки, вследствие чего наблюдаются нестабильный процесс выработки волокна и высокая капельная обрывность.

Также известно стекло для получения высокопрочного и высокомодульного волокна (патент ЕР №2450321 А1, кл. С03С 13/02, 2012 г. - аналог), включающий, мас.%:

SiO₂ 56,0-64,0 Al₂O₃ 13,0-20,0 CaO 8,0-13,0 MgO 7,0-12,0 TiO₂ 0-2,5 Li₂O 0-0,08 Na₂O+K₂O 0-1,0 ZrO₂ 0-2,0 Fe₂O₃ 0-0,6 F₂O 0-0,6

Однако у этих безборных составов недостаточно высокий модуль упругости, а наличие щелочей, особенно оксида лития, ухудшает химическую стойкость и диэлектрические свойства волокна. Кроме того, наличие тугоплавкого оксида циркония в количестве до 2% затрудняет процесс варки стекла и выработки волокна, снижает коэффициент полезного времени (КПВ) процесса формования и значительно повышает капельную обрывность.

Наиболее близким к заявленному составу по технической сущности и достигаемому результату является стекло для производства стекловолокна (патент РФ №2263639, кл. С03С 13/00, 2004 г. - прототип), включающий, 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 R₂O(Na₂O+K₂O) до 1,0 ZrO₂ 0,01-2,0

Данное стекло обладает модулем упругости 7700 МПа, прочностью волокна 3400 МПа.

Недостатком данного состава являются невысокие значения прочности (3400 МПа) и модуля упругости (7700 МПа).

Заявленное изобретение направлено на ликвидацию указанных недостатков данного состава стекла, предназначенного для производства непрерывного стеклянного волокна.

Главным критерием, определяющим достижение новых качественных характеристик и создание нового вида изделий, являются не только повышение отдельных показателей, таких как модуль упругости, прочность, высокая химстойкость и их сочетание, но и улучшенные технологические свойства, обеспечивающие стабильность и безобрывность процесса формования стеклянного волокна на многофильерных стеклоплавильных сосудах с высоким коэффициентом полезного времени.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке высокотехнологичного высокомодульного состава стекла, позволяющего осуществить стабильный процесс выработки непрерывного волокна, гарантирующего повышение КПВ процесса формования волокна и снижение капельной обрывности, т.е. производительности стеклоплавильного сосуда. Достижение этой задачи обеспечивает получение высокотехнологичного высокомодульного волокна с повышенной прочностью (высокой разрывной нагрузкой комплексной и крученой нити), низким коэффициентом вариации прочности, обеспеченным высоким КПВ и низкой капельной обрывностью, а также хорошей химической стойкостью в кислых и нейтральных средах.

Перечисленные задачи достигаются присутствием в составе кальций-магнийалюмосиликатного стекла диоксида титана в достаточном количестве (от 4 до 10 мас.%), которое в сочетании с микродобавками оксида циркония от 0,01 до 0,04 мас.%, оксида железа от 0,01 до 0,50 мас.% и оксидов щелочных металлов калия и натрия от 0,01 до 0,70 мас.% обеспечивает высокий модуль упругости, повышенную прочность и химическую стойкость 1-й гидролитический класс.

Технический результат достигается тем, что стекло для производства непрерывного стекловолокна, включающее SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, R₂O (Na₂O+K₂O), ZrO₂, содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%:

SiO₂ 50,0-60,0 Al₂O₃ 10,0-20,0 CaO 12,0-16,0 MgO 6,0-10,0 TiO₂ 4,0-10,0 R₂O(Na₂O+K₂O) 0,1-0,7 ZrO₂ 0,01-0,4 Fe₂O₃ 0,01-0,5,

причем стекло обладает низкой температурой верхнего предела кристаллизации 1240°С и химической стойкостью - 1-й гидролитический класс.

Пример 1. Для получения предлагаемого состава готовят шихту, содержащую (мас.%): SiO₂ - 55,5; Al₂O₃ - 14,0; CaO - 14,0; MgO - 8,0; TiO₂ - 8,0; R₂O - 0,3; ZrO₂ - 0,1; Fe₂O₃ - 0,1. Шихту загружают в печь и плавят при температуре 1550-1570°С, затем из расплавленной стекломассы формуют непрерывное стеклянное волокно диаметром 8-10 мкм при температуре 1350-1370°С на многофильерном стеклоплавильном сосуде. Примеры 1, 2 и 3 приведены в таблице 1.

Таблица 1 Оксиды, мас.% и свойства Примеры 1 2 3 SiO₂ 55,5 52,0 59,5 Al₂O₃ 14,0 12,0 19,2 CaO 14,0 15,0 12,0 MgO 8,0 10,0 4,0 TiO₂ 8,0 10,0 4,0 R₂O 0,3 0,7 0,4 ZrO₂ 0,1 0,2 0,4 Fe₂O₃ 0,1 0,1 0,5 Модуль упругости, МПа 90000 93000 91000 Прочность волокна, МПа 4100 4200 4000 Температура формования при log η=3,0 1250 1240 1230 Химическая устойчивость 13 16 17 H₂O 80 90 100 1н. HCl 450 480 430 1н. NaOH 1 гидрол класс 1 гидрол класс 1 гидрол класс Диэлектрическая проницаемость при 25°С и 60 Гц 7,0 6,9 6,8 Коэффициент полезного времени (КПВ) процесса выработки волокна 0,95-0,98 0,92-0,95 0,94-0,97 Капельная обрывность, количество капель/ч 0,4-0,6 0,6-0,8 0,5-0,7 Температура верхнего предела кристаллизации, °С 1240 1250 1235 Разрывная нагрузка комплексной нити, Н 22-24 20-22 21-23

Таким образом, использование изобретения позволяет создать высокомодульное, прочное и химически стойкое непрерывное стеклянное волокно, которое может быть использовано для изготовления ровингов и тканей различного назначения, в том числе электроизоляционного, в качестве армирующих материалов для стеклопластиковых изделий, применяемых в кислых и щелочных средах.

Изобретение относится к составам стекол для производства высокомодульного, прочного и химически стойкого стекловолокна, которое может быть использовано для изготовления ровингов и тканей различного назначения, а также в качестве армирующих материалов для стеклопластиковых изделий, используемых в кислых и щелочных средах. Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента полезного времени процесса формования волокна и снижение капельной обрывности, т.е. повышение производительности стеклоплавильного сосуда. Стекло для производства непрерывного стекловолокна содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: SiO₂ 50,0-60,0; Al₂O₃ 10,0-20,0; СаО 12,0-16,0; MgO 6,0-10,0; TiO₂ 4,0-10,0; R₂O (Na₂O+K₂O) 0,1-0,7; ZrO₂ 0,01-0,4; Fe₂O₃ 0,01-0,5, причем стекло обладает низкой температурой верхнего предела кристаллизации 1240°С и химической стойкостью - 1-й гидролитический класс. 1 табл.

Стекло для производства непрерывного стекловолокна, включающее SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, R₂O (Na₂O+K₂O), ZrO₂, отличающееся тем, что оно содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
SiO₂ 50,0-60,0 Al₂O₃ 10,0-20,0 CaO 12,0-16,0 MgO 6,0-10,0 TiO₂ 4,0-10,0 R₂O (Na₂O+K₂O) 0,1-0,7 ZrO₂ 0,01-0,4 Fe₂O₃ 0,01-0,5,