КОМПОЗИЦИЯ СТЕКЛОВОЛОКНА Российский патент 2018 года по МПК C03C13/02 C03C3/87 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области стекловолокна, в частности композиций стекловолокна, подходящих для усиления армированных волокном композиционных материалов с высокими технологическими показателями с органической или неорганической матрицей. Кроме того, оно относится к продуктам, таким как лопасти ветряных мельниц, содержащим полимерную оболочку или покрытие, армированные вышеуказанным стекловолокном.

Уровень техники

Композиции стекловолокна, подходящие для армирования композиционных материалов, описывают уже в течение длительного времени. В 1966 году в FR 1435073 была описана композиция так называемого R-стекловолокна, содержащего от 50 до 65 масс. % SiO₂, от 20 до 30 масс. % Al₂O₃, от 5 до 20 масс. % MgO и от 6 до 16 масс. % СаО. Эти волокна стекловолокна с большей механической прочностью, чем более известные волокна из Е-стекла, имели, однако, недостатки в виде довольно жестких условий обработки, в частности высоких температур обработки и более проблемного волокнообразования, из-за которых их стоимость была более высокой по сравнению со стоимостью волокон из Е-стекла.

Е-стекло представляет собой, вероятно, наиболее распространенный тип стекла, применяемый в армированных непрерывным волокном композитах. Е-стекло определено в ASTM-D-57 8-00 как стекло, содержащее от 52 до 62 масс. % SiO₂, от 12 до 16 масс. % Al₂O₃, от 0 до 5 масс. % MgO, от 16 до 25% масс. % СаО и от 0 до 10 масс. % B₂O₃. Е-стекло, как правило, используется в качестве эталонного волокна, с которым сравниваются эксплуатационные характеристики новых композиций стекла. Не содержащие бора композиции Е-стекла были предложены, например, в US-A-5,789,329, и они содержали от 59 до 62 масс. % SiO₂, от 12 до 15 масс. % Al₂O₃, от 1 до 4 масс. % MgO, от 20 до 24 масс. % СаО, и небольшие количества оксидов щелочных металлов, таких как Na₂O и K₂O.

S-стекло представляет собой стекло, обычно имеющее более высокую механическую прочность, чем Е-стекло, и содержащее около 65 масс. % SiO₂, 25 масс. % Al₂O₃, и 10% масс. % MgO.

В литературе было предложено множество четырехкомпонентных композиций стекловолокна, содержащих SiO₂, Al₂O₃, СаО и MgO в качестве основных компонентов, относящихся к R-, Е, S-типам стекла, описанным выше, и подобных им.

В GB 520246 1938 года описана четырехкомпонентная композиция волокна, содержащая либо бор, либо фтор в довольно больших количествах, недопустимых в настоящее время. Также там описана пара композиций, не содержащих бора и фтора, которые отличаются от содержащей бор и фтор композиции существенно более высоким содержанием Al₂O₃. Эти волокна не подходят для армирования композиционных материалов, так как они предназначены для применения в качестве изолирующей оболочки для электрических кабелей.

В ЕР 1496026 описана композиция стекловолокна, содержащая существенно меньше бора, чем традиционные Е-стекла и имеющая значительно меньшую вязкость, чем не содержащие бора составы Е-стекла, что уменьшает затраты на производство партии. Волокна стекловолокна, описанные в данном документе, содержат 52-62 масс. % SiO₂, 10-15 масс. % Al₂O₃, 18-25 масс. % СаО, 0,5-4 масс. % MgO и 3,5-5,5 масс. % B₂O₃.

В GB 1391384 описывается композиция стекловолокна, не содержащая бор и демонстрирующая приемлемую вязкость и температуру ликвидуса. Волокна стекловолокна, описанные в данном документе, содержат 54-64 масс. % SiO₂, 9-19 масс. % Al₂O₃, 9-25 масс. % СаО, 0-10 масс. % MgO, а также различные оксиды в количестве менее 6 масс. %.

В WO 2007/055964 и WO 2007/055968 предложены композиции стекла, позволяющие получить волокна с более высокими механическими свойствами и повышенной устойчивостью к температуре и кислотам, чем Е-стекло, и хорошо поддающиеся формованию. Они характеризуются содержанием 60,5-70,5 масс. % SiO₂, 10-24,5 масс. % Al₂O₃ и 6-20 масс. % RO (=MgO+СаО+SrO). Волокна стекловолокна, приведенные в примерах, содержат 4,8-14 масс. % СаО и 5,0-11,3 масс. % MgO.

В ЕР 1641717 описаны волокна стекловолокна с механическими свойствами, сравнимыми с таковыми у R-стекла, как описано в FR 1435073, и обладающие улучшенными технологическими свойствами, в частности, условиями плавления и волокнообразования. Волокна стекловолокна, предложенные в ЕР 1641717, содержат 50-65 масс. % SiO₂, 12-20 масс. % Al₂O₃, 12-17 масс. % СаО и 6-12 масс. % MgO в сочетании с количеством (MgO+Al₂O₃), предпочтительно больше, чем 24 масс. %.

В WO 2009/138661 показано, что стекловолокно, имеющее высокий модуль упругости и температуру ликвидуса 1250°C или ниже, может быть получено с составом, содержащим 50-65 масс. % SiO₂, 12-23 масс. % Al₂O₃, 1-10 масс. % СаО и 6-12 масс. % MgO. Сумма SiO₂ и Al₂O₃ должна быть больше чем 79 масс. %.

В WO 9840321 описывается стекловолокно, подходящее для тепло- и звукоизоляции в строительной промышленности, содержащее 50-60 масс. % SiO₂, 1-6 масс. % Al₂O₃, 16-22 масс. % MgO и 12-18 масс. % СаО. Применение этого стекла в качестве арматуры для композиционных материалов не описано.

В СА 1045641 и US 3892581 описаны волокна стекловолокна для армирования композиционных материалов, содержащие 53-57,3 масс. % SiO₂, 16,3-18,5 масс. % Al₂O₃, 8,5-12,7 масс. % СаО и 6,6-10,5 масс. % MgO. Аналогично, в WO 2006/064164 описываются волокна стекловолокна для армирования композиционных материалов с более высоким содержанием Al₂O₃ и СаО, чем у предыдущих композиций, и содержащие 50,0-65,0 масс. % SiO₂, 12,0-20,0 масс. % Al₂O₃, 12,0-17,0 масс. % СаО и 6,0-12,0 масс. % MgO.

В WO 2008/142347 описаны композиции стекловолокна с низкой стоимостью, обеспечивающие отличный компромисс между механическими свойствами и условиями производства. Они содержат довольно низкие комбинированные количества (MgO+Al₂O₃), с 62,0-72,0 масс. % SiO₂, 4,0-10,0 масс. % Al₂O₃, 8,0-22.0 масс. % СаО и 1,0-7,0 масс. % MgO.

В WO 2011095601, WO 2011095598 и WO 2011095597 описаны композиции стекловолокна, имеющие высокое содержание MgO и СаО для относительно высоких соотношений MgO/Al₂O₃, проявляющие отличные механические свойства.

В WO 2011017405 описано некоторое число композиций стекловолокна, имеющих относительно высокое содержание SiO₂. Несколько примеров, содержащих не более 59,5 масс. % SiO₂ обычно имеют неприемлемо низкие значения ΔT, причем некоторые даже имеют отрицательные значения ΔТ (см. пр. 35, 42, 47 и 48 в WO 2011017405 и прилагаемую фиг. 4).

Заявка ЕР 2450321 была подана раньше, но опубликована после даты приоритета, заявленной в соответствии с настоящим изобретением и описывает ряд композиций стекловолокна, которые близки, хотя и отличаются от заявленных в настоящем изобретении.

В ЕР 2354104 описаны композиции с чистыми основными оксидами (SiO₂, Al₂O₃, СаО, MgO) и без второстепенных оксидов, которые дают приемлемые свойства, но при более высокой стоимости.

Несмотря на обширные исследования, проведенные на сегодняшний день для разработки композиций стекловолокна с улучшенными характеристиками, все еще есть необходимость в поиске волокон стекловолокна, сочетающих высокие механические, физические и химические свойства, в частности, с эффективностью затрат на производство.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение определено в прилагаемых независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты реализации определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Настоящее изобретение относится к композиции стекловолокна, содержащей следующие оксиды:

SiO₂: 57,5-59,5 масс. %,

Al₂O₃: 17,0-20,0 масс. %,

СаО: 11,0-13,5 масс. %,

MgO: 8,5-12,5 масс. %,

где сумма Na₂O, K₂O и TiO₂ составляет по меньшей мере 0,1 масс. % и Li₂O составляет ≤2,0 масс. %, все количества выражены в массовых % по отношению к общей массе композиции, и где разность температур, ΔТ, определенная как разница между температурой Т3, при которой композиция имеет вязкость 10³ пуаз, и температурой ликвидуса T_liq, равна по меньшей мере 50°C. В частности, температура ликвидуса, T_liq, композиции стекловолокна в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно составляет не более 1233°C, более предпочтительно не более чем 1228°C, наиболее предпочтительно не более чем 1225°C. Температура Т3, с другой стороны, предпочтительно составляет не более 1306°C, более предпочтительно не более 1300°C более предпочтительно не более чем 1296°C. Меньшее значение Т3, конечно, более экономически выгодно, поскольку позволяет проводить весь производственный процесс стекловолокна при более низких температурах.

Li₂O представляет собой хорошо известный флюс для композиций стекла, позволяющий снизить значение Т3, не влияя существенно на температуру ликвидуса, но его высокая цена наносит ущерб общей ценовой эффективности композиции стекла, содержащего существенные количества Li₂O. Поэтому термические свойства должны регулироваться с помощью других средств, отличных от широкого применения Li₂O, что обеспечивается настоящими композициями. Композиция предпочтительно содержит не более 1,0 масс. % Li₂O, более предпочтительно не более 0,5 масс. %. Наиболее предпочтительно она содержит не более чем следовые количества Li₂O.

Композиция предпочтительно содержит:

- по меньшей мере 0,2 масс. %, предпочтительно по меньшей мере 0,3 масс. % Na₂O, и/или

- по меньшей мере 0,2 масс. %, предпочтительно по меньшей мере 0,3 масс. % K₂O, и/или

- не более 1,0 масс. % TiO₂.

Композиции стекловолокна согласно настоящему изобретению могут содержать другие оксиды, такие как:

- по меньшей мере 0,1 масс. %, предпочтительно по меньшей мере 0,2 масс. % Fe₂O₃, и/или

- по меньшей мере 0,1 масс. % B₂O₃, предпочтительно от 0,15 до 3,0 масс. % B₂O₃.

В предпочтительном варианте реализации композиция волокна содержит:

SiO₂: 57,5-59,0 масс. %, предпочтительно 57,5-58,5 масс. %,

Al₂O₃: 17,0-19,5 масс. %, предпочтительно 17,5-19,0 масс. %,

СаО: 11,0-13,0 масс. %, предпочтительно 11,5-13,0 масс. %,

MgO: 9,0-12,0 масс. %, предпочтительно 9,5-11,5 масс. %.

Предпочтительно ограничить сумму SiO₂ и Al₂O₃, то есть структурообразующих оксидов стекла до не более чем 78,0 масс. %, предпочтительно до не более чем 76,0 масс. %. Кроме того, предпочтительно использовать по меньшей мере 21,5 масс. %, предпочтительно по меньшей мере 22,5 масс. %, более предпочтительно не более 24,5 масс. % СаО и MgO в сочетании. Суммарное содержание MgO+СаО и MgO+Al₂O₃ фактически предпочтительно ограничивается:

- 20,0≤MgO+СаО≤26,0 масс. %, предпочтительно 22,0≤MgO+СаО≤25,0 масс. %, и

- 25,5≤MgO+Al₂O₃≤33,0 масс. %, предпочтительно 26,0≤MgO+Al₂O₃≤32,0% масс. %

Отношение содержания MgO к Al₂O₃ предпочтительно составляет по меньшей мере 0,52, более предпочтительно не более 0,75 и наиболее предпочтительно не более 0,65. Соотношение MgO/СаО, с другой стороны, предпочтительно составляет от 0,7 до 1,3, более предпочтительно от 0,75 до 1,2, наиболее предпочтительно от 0,8 до 1,1.

Сумма Na₂O и K₂O составляет предпочтительно по меньшей мере 0,1 масс. %, более предпочтительно по меньшей мере 0,2 масс. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0,5 масс. % и даже по меньшей мере 0,9 масс. %. Количество SiO₂ по отношению к MgO предпочтительно определяется как SiO₂<0,8MgO+51,4 масс. %.

Волокна стекловолокна в соответствии с настоящим изобретением подходят в качестве арматуры для композиционных материалов, в частности, в таких вариантах применения как лопасти ветряных мельниц, морская, автомобильная, аэрокосмическая область и тому подобных. Они предпочтительно применяются в качестве арматуры в виде непрерывных или по меньшей мере длинных волокон.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1: показана зависимость содержания SiO₂ от содержания (а) Al₂O₃, (б) MgO и (с) CaO (сплошная линия = п. 1).

Фиг. 2: показывает зависимость температуры ликвидуса (черные круги) и Т3 (белый круг) от

(а) MgO+СаО, (б) MgO+А1₂О₃, (в) MgO/Al₂O₃ и (г) MgO/СаО.

Фиг. 3: показывает зависимость MgO+СаО от MgO+Al₂O₃.

Фиг. 4: показывает температуры ликвидуса для различных типов стекла.

Подробное описание изобретения

Композиции стекловолокна согласно настоящему изобретению определяются как четырехкомпонентные, потому что они содержат по меньшей мере 5 масс. % следующих четырех компонентов: SiO₂, Al₂O₃, СаО и MgO. В частности, указанные компоненты присутствуют в композициях согласно настоящему изобретению в следующих количествах:

SiO₂: 57,5-59,5 масс. %,

Al₂O₃: 17,0-20,0 масс. %,

СаО: 11,0-13,5 масс. %,

MgO: 8,5-12,5 масс. %.

Согласно предпочтительному варианту реализации четыре основных оксида присутствуют в следующих количествах:

SiO₂: 57,5-59,0 масс. %, предпочтительно 57,5-58,5 масс. %,

Al₂O₃: 17,0-19,5 масс. %, предпочтительно 17,5-19,0 масс. %,

СаО: 11,0-13,0 масс. %, предпочтительно 11,5-13,0 масс. %,

MgO: 9,0-12,0 масс. %, предпочтительно 9,5-11,5 масс. %.

Фиг. 1 графически иллюстрирует концентрационные окна Al₂O₃, СаО и MgO в зависимости от SiO₂. Прямоугольники из сплошных линий определяют границы концентраций согласно настоящему изобретению. Прямоугольники из пунктирных линий определяют предпочтительные концентрационные окна. Черные круги представляют собой композиции стекла в соответствии с настоящим изобретением, как указано в таблице 1. Для того чтобы попасть в объем настоящего изобретения, композиция должна находиться в прямоугольнике из толстых линий во всех трех графиках (а)-(с) фиг. 1. Композиции в соответствии с настоящим изобретением, должны, однако, содержать также другие оксиды в количествах ниже, чем количества SiO₂, Al₂O₃, СаО и MgO.

Для того чтобы контролировать свойства, в частности термические свойства стекла, композиции стекла содержат по меньшей мере один из Na₂O, K₂O и TiO₂ или их комбинацию в суммарном количестве по меньшей мере 0,1 масс. %. Na₂O, предпочтительно присутствует в композиции в количестве по меньшей мере 0,2 масс. %, более предпочтительно по меньшей мере 0,3 масс. %. Композиция предпочтительно содержит по меньшей мере 0,2 масс. %, более предпочтительно по меньшей мере 0,3 масс. % K₂O и TiO₂ предпочтительно присутствует в композиции в количестве не более 1,0 масс. %. Суммарное количество Na₂O и K₂O предпочтительно составляет по меньшей мере 0,1 масс. %, предпочтительно по меньшей мере 0,2 масс. %, более предпочтительно по меньшей мере 0,5 масс. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0,9 масс. %. Присутствие второстепенных оксидов приносит двойную пользу. Во-первых, это позволяет произвести тонкую настройку различных свойств, таких как, в частности, термические свойства (например, температура ликвидуса и Т3). Во-вторых, это позволяет использовать сырье более низкой чистоты и различного происхождения. Li₂O, с другой стороны, если присутствует, не должен присутствовать в количестве более 2,0 масс. %. Его стоимость очень высока, и, вероятно, будет оставаться таковой, и его использование в значительных количествах, хотя и положительно влияет на термические свойства, слишком сильно увеличивает стоимость производства. Несмотря на минимальные количества Li₂O, использованные здесь, композиции согласно настоящему изобретению демонстрируют хорошие термические свойства.

На фиг. 2 показано графически изменение температуры ликвидуса и Т3 в зависимости от (а) MgO+СаО, (б) MgO+Al₂O₃, (в) MgO/Al₂O₃ и (г) MgO/СаО. Видно, что Т3, по существу, не зависит от MgO+Al₂O₃ и MgO/Al₂O₃ (по существу вертикальные линии), но существенно возрастает, когда уменьшается количество MgO+СаО и, в меньшей степени, когда уменьшается отношение MgO/СаО. По этим причинам предпочтительно использовать по меньшей мере 21,5 масс. % MgO+СаО, предпочтительно по меньшей мере 22,5 масс. % и, более предпочтительно, не более 24,5 масс. %. С другой стороны, температура ликвидуса, по существу, пропорциональна и MgO+СаО, и MgO+Al₂O₃, и MgO/Al₂O₃. Разность температур, ΔТ=Т3-T_liq, составляющая по меньшей мере 50°C предпочтительна для обеспечения приемлемого окна обработки волокон стекловолокна. Как видно на фиг.2(a), значение ΔТ (расстояние между черным кругом и соответствующим белым кругом на той же ординате) изменяется в зависимости от значения MgO+СаО. Здесь также не требуется слишком высокое значение MgO+СаО и предпочтительно, чтобы оно составляло не более 24,0 масс. % более предпочтительно не более 23,5 масс. %. Аналогичным образом на фиг. 2 (б) и (в) видно, что значение ДТ уменьшается с увеличением значения MgO+Al₂O₃ и MgO/Al₂O₃. Поэтому предпочтительно, чтобы значение MgO+Al₂O₃ составляло по меньшей мере 25,5 масс. %, более предпочтительно по меньшей мере 26,0 масс. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 27,0 масс. %, и предпочтительно составляло не более 33,0 масс. %, более предпочтительно не более 32,0 масс. %, наиболее предпочтительно не более 31,0 масс. %. Соотношение MgO/Al₂O₃ предпочтительно составляет по меньшей мере 0,52, предпочтительно не более 0,75, и наиболее предпочтительно не более 0,65. В отличие от большинства композиций стекловолокна, представленных на рынке, содержание MgO в настоящем изобретении предпочтительно очень близко к содержанию СаО при соотношениях MgO/СаО, близких к единице, в частности, от 0,7 до 1,3, более предпочтительно от 0,75 до 1,2, наиболее предпочтительно от 0,8 до 1,1. Фиг. 3 графически иллюстрирует предпочтительные диапазоны MgO+СаО и MgO+Al₂O₃, включая экспериментальные данные, приведенные в таблице 1 (см. черные круги).

В композиции по настоящему изобретению могут быть использованы другие оксиды, например, по меньшей мере 0,1 масс. %, предпочтительно по меньшей мере 0,2 масс. % Fe₂O₃, и/или по меньшей мере 0,1 масс. % B₂O₃, предпочтительно от 0,15 до 3,0 масс. % B₂O₃. Другие примеры оксидов, которые могут входить в состав настоящих волокон, представляют собой любые из оксидов следующих элементов: Li, Zn, Mn, Се, V, Ti, Be, Sn, Ba, Zr, Sr, которые могут присутствовать в количестве менее 5 масс. %, как правило, от 0,05 до 3 масс. %, предпочтительно от 0,2 до 1,5 или от 0,5 до 1,0 масс. %.

В таблице 1 приведены составы ряда волокон стекловолокна в соответствии с настоящим изобретением и представленные на фиг. 1 черными кругами. В таблице 1 также представлены измеренные значения температуры ликвидуса, Т3 и ΔТ, показанные на фиг. 2. На фиг. 4 сравниваются средние значения температуры ликвидуса и Т3 волокон стекловолокна в соответствии с настоящим изобретением и приведенные в таблице 1 с подобными из предшествующего уровня техники, в том числе средними значениями для Е-, R- и S-стекол, и показаны относительно низкие термические свойства настоящих композиций, температуры ликвидуса и Т3 которых намного ниже, чем у S-стекол и R-стекол. В связи с большим количеством примеров в WO 2011017405, были выбраны только композиции, содержащие не более 59,5 масс. %, как предусмотрено в п. 1 формулы изобретения, имеющие очень низкие значения ДТ с большим числом отрицательных значений, которые, конечно, неприемлемы для производства стекловолокна.

Композиции, приведенные в таблице 1, обладают сочетанием хорошего модуля упругости порядка 87±2 ГПа (примерно 33,5 МПа/кг/м³) с экономически эффективными температурами обработки со средним значением Т3 менее 1300°C, средней температурой ликвидуса порядка 1221°C, и средним значением ДТ примерно 78°C.

В отличие от консервативной тенденции, наблюдаемой в предшествующем уровне техники, совершенно новая и неисследованная область композиций стекловолокна, характеризующихся существенно большим количеством MgO и СаО по сравнению с Al₂O₃ и SiO₂ и малыми количествами SiO₂, демонстрирует проявление превосходных термических свойств с хорошими механическими свойствами. Влияние данного оксида не может быть выделено и сильно зависит от количества других оксидов еще не полностью изученным путем. Настоящее изобретение выделяет эффекты, оказываемые некоторыми оксидами на термические свойства композиций стекла, которые имеет важное значение для экономической выгодности полученных таким образом волокон стекловолокна.

Содержание SiO₂ в композициях согласно настоящему изобретению относительно низкое по сравнению с большинством композиций стекловолокна, а содержание MgO, с другой стороны, является относительно высоким. Предпочтительно, чтобы количество SiO₂ относилось к количеству MgO как: SiO₂<0,8MgO+51,4 масс %.

Волокна стекловолокна согласно настоящему изобретению особенно подходят для применения в качестве арматуры в композиционных материалах с органической или неорганической матрицей. Армирующие волокна могут быть представлены в виде непрерывных нитей или коротких волокон. Они предпочтительно применяются в виде непрерывных нитей в так называемых улучшенных композитных материалах. Они могут быть использованы в качестве однонаправленных нитей, как в намотке, особенно подходящих для производства сосудов высокого давления, или могут быть ткаными, плетеными или петельными с формированием ряда двухмерных или трехмерных армирующих заготовок, хорошо известных специалистам в данной области.

Композиционные материалы, полученные из волокон стекловолокна согласно настоящему изобретению, могут иметь неорганическую матрицу, но композиционные материалы с органической матрицей особенно предпочтительны. В частности, волокна согласно настоящему изобретению могут применяться с термореактивными смолами, термопластичными полимерами, эластомерами или им подобными. В случае термореактивных смол, волокна могут быть пропитаны в инструменте формирования композитов (например, установке литьевого прессования, листового литья или намотки) или предварительно пропитаны для образования препрега или жгутового препрега. Для термопластичных полимеров прямая пропитка сухих волокон проблематична из-за обычно высокой вязкости термопластичных расплавов, и поэтому требуется растворитель для снижения вязкости. Но экстракция растворителем после формирования является время- и энергоемкой и вызывает серьезные экологические проблемы. Предпочтительно производить жгутовые препреги, где волокна стекловолокна тесно смешаны с термопластичной матрицей, присутствующей в виде порошка или в виде нитей. Как и в случае со стекло-термореактивными препрегами, стекло-термопластичные жгутовые препреги пропитывают и отверждают в установке при повышенных температуре и давлении. В отличие от термореактивных композитов, термопластичная матрица должна быть охлаждена ниже ее температуры плавления до извлечения части композита из установки.

Композиционные материалы, армированные волокнами согласно настоящему изобретению, могут выгодно применяться для изготовления ряда улучшенных технологических деталей, таких как панелей в автомобильной и аэрокосмической промышленности, сосудов высокого давления и лопастей ветряных мельниц.

Панели и более сложные функциональные части, например, в автомобильной, и аэрокосмической промышленности, могут быть получены любым способом обработки, известным в данной области, таким как литьевое прессование (RTM), прессование, формование с помощью вакуумного мешка, автоклавное формование, намотка и т.д. Сосуды высокого давления преимущественно могут быть получены путем намотки. Кроме того, они могут быть получены путем укладки волокон, например, в виде плетеной или петельной заготовки на надувную камеру и помещения всей системы в закрытию установку, определяющую полость. Если волокна сухие, то либо вводят смолу, либо, в случае препрегов или жгутовых препрегов, повышают температуру и надувают камеру для прижатия волокон и матрицы к внутренним стенкам установки, определяющей полость, для проведения пропитки волокон.

Лопасти ветряных мельниц могут быть получены путем намотки некрученых лент или некрученых пучков вокруг сердечника или оправки, как описано, например, в US 4242160 и US 4381960. Они также могут быть получены путем соединения двух полуоболочек, полученных, например, путем компрессионного формования, формования с помощью вакуумного мешка, автоклавного формования, или штамповки препрегов. Соединение обычно проводят с помощью адгезива, который особенно важен и может представлять собой слабую часть лопасти. В зависимости от матрицы, отверждение смолы предпочтительно можно проводить под воздействием ультрафиолетового излучения или тепла. В случае термопластичных полимеров температурный цикл включает нагрев выше температуры плавления после и охлаждение ниже температуры плавления до, соответственно, стадии пропитки волокон. Лопасти ветряных мельниц могут быть также получены с помощью метода литьевого прессования, они содержат сердечник из вспененного материала или выполнены со съемным сердечником (см, например, US 2003116262).

Настоящее изобретение относится к стекловолокну, которое может быть использовано для армирования композиционных материалов для производства лопастей ветряных мельниц, сосудов высокого давления, компонентов в автомобильной, машиностроительной, аэрокосмической промышленности и т.п. Композиция стекловолокна содержит следующие оксиды, мас.%: SiO₂ 57,5-59,5, Al₂O₃ 17,0-20,0, СаО 11,0-13,5, MgO 8,5-12,5, где сумма Na₂O, K₂O, TiO₂ составляет по меньшей мере 0,1 мас. % и Li₂O≤2,0 мас. %, причем все количества выражены в массовых % по отношению к общей массе композиции. Разница температур ΔT, определенная как разница между температурой Т3, при которой композиция имеет вязкость 10³ пуаз, и температурой ликвидуса T_liq, составляет по меньшей мере 50°C, при этом T_liq составляет не более 1233°С. Технический результат изобретения – сочетание хороших механических (модуля упругости) и термических свойств волокон с экономически эффективными температурами обработки композиций. 11 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

1. Композиция стекловолокна, содержащая следующие оксиды:

SiO₂: 57,5-59,5 масс. %

Al₂O₃: 17,0-20,0 масс. %

CaO: 11,0-13,5 масс. %

MgO: 8,5-12,5 масс. %,

причем суммарное содержание Na₂O, K₂O и TiO₂ составляет по меньшей мере 0,1 масс. %, а содержание Li₂O≤2,0 масс. %, где все количества выражены в массовых % по отношению к общей массе композиции, причем температура ликвидуса T_liq указанной композиции стекловолокна составляет не более 1233°C, и при этом разность температур ΔТ, определенная как разность между температурой Т3, при которой композиция имеет вязкость 10³ пуаз, и температурой ликвидуса T_liq составляет по меньшей мере 50°C.

2. Композиция стекловолокна по п. 1, имеющая температуру ликвидуса T_liq не выше 1228°C.

3. Композиция стекловолокна по п. 2, имеющая температуру ликвидуса T_liq не выше 1225°C.

4. Композиция стекловолокна по п. 1, имеющая температуру Т3 не выше 1306°C, предпочтительно не выше 1300°C, более предпочтительно не выше 1296°C.

5. Композиция стекловолокна по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащая:

- по меньшей мере 0,2 масс. %, предпочтительно по меньшей мере 0,3 масс. % Na₂O, и/или

- по меньшей мере 0,2 масс. %, предпочтительно по меньшей мере 0,3 масс. % K₂O, и/или

- по меньшей мере 0,1 масс. %, предпочтительно по меньшей мере 0,2 масс. % Fe₂O₃, и/или

- по меньшей мере 0,1 масс. % B₂O₃, предпочтительно от 0,15 до 3,0 масс. % B₂O₃, и/или

- не более 1,0 масс. % TiO₂.

6. Композиция стекловолокна по любому из пп. 1-4, содержащая:

SiO₂: 57,5-59,0 масс. %, предпочтительно 57,5-58,5 масс. %

Al₂O₃: 17,0-19,5 масс. %, предпочтительно 17,5-19,0 масс. %

CaO: 11,0-13,0 масс. %, предпочтительно 11,5-13,0 масс. %

MgO: 9,0-12,0 масс. %, предпочтительно 9,5-11,5 масс. %.

7. Композиция стекловолокна по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что сумма SiO₂+Al₂O₃ составляет не более 78,0 масс. %, предпочтительно не более 76,0 масс. %.

8. Композиция стекловолокна по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что сумма CaO+MgO составляет по меньшей мере 21,5 масс. %, предпочтительно по меньшей мере 22,5 масс. %, более предпочтительно не более 24,5 масс. %.

9. Композиция стекловолокна по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что отношение MgO/CaO составляет от 0,7 до 1,3, более предпочтительно от 0,75 до 1,2, наиболее предпочтительно от 0,8 до 1,1.

10. Композиция стекловолокна по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что отношение MgO/Al₂O₃ составляет по меньшей мере 0,52 и предпочтительно не более 0,75, более предпочтительно не более 0,65.

11. Композиция стекловолокна по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что сумма Na₂O и K₂O составляет по меньшей мере 0,1 масс. %, предпочтительно по меньшей мере 0,2 масс. %, более предпочтительно по меньшей мере 0,5 масс. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0,9 масс. %.

12. Композиция стекловолокна по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что количество SiO₂<0,8 MgO+51,4 масс. %.