ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент Китая №201610112748.Х, поданной 29 февраля 2016 года, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область техники

Настоящее изобретение относится к высокомодульному стекловолокну, к композиции для его получения и к композиционному материалу, его содержащему.

Описание области техники

Стекловолокно представляет собой неорганический волокнистый материал, который может быть использован для армирования смол с получением композиционных материалов с хорошими характеристиками. В качестве армирующего материала основы для улучшенных композиционных материалов, высокомодульные стекловолокна изначально использовали, главным образом, в аэрокосмической промышленности или в оборонной промышленности. С развитием науки и технологии и с развитием экономики, высокомодульные стекловолокна стали широко использовать в гражданских и промышленных отраслях, таких как ветряные лопасти, камеры высокого давления, трубы для шельфовых нефтяных месторождений и автомобильная промышленность.

Первые композиции высокомодульного стекла были основаны на системе MgO-Al₂O₃-SiO₂, и традиционный состав представлял собой стекло S-2, разработанное компанией ОС в США. Модуль стекла S-2 составляет 89-90 ГПа; однако производство такого стекла является чрезвычайно сложным, поскольку температура его формования достигает примерно 1571°С, а температура ликвидуса достигает примерно 1470°С и, следовательно, его трудно реализовать в крупномасштабном промышленном производстве. Поэтому компания ОС прекратила производства стекловолокна S-2 и передала патент на него американской компании AGY.

Позже компания ОС разработала стекло HiPer-tex, имеющее модуль 87-89 ГПа, которое было компромиссным вариантом для промышленного масштаба в ущерб некоторым свойствам стекла. Однако поскольку конструктивное решение стекла HiPer-tex было лишь простым усовершенствованием стекла S-2, то температура формования и температура солидуса оставались высокими, что вызывало трудности при вытяжке стекловолокна и впоследствии приводило к затруднению реализации крупномасштабного промышленного производства. Поэтому компания ОС также прекратила выпуск стекловолокна HiPer-tex и передала патент на него европейской компании 3В.

Французская компания Saint-Gobain разработала стекло R на основе системы MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂, и его модуль составляет 86-89 ГПа; однако общее содержание SiO₂ и Al₂O₃ в традиционном стекле R остается высоким, и поэтому не существует эффективного решения для улучшения характеристик кристаллизации, поскольку отношение Са к Mg подобрано неэффективно, что вызывает трудности при формовании волокна, а также высокий риск кристаллизации, высокое поверхностное натяжение и трудности при осветлении расплавленного стекла. Температура формования стекла R достигает 1410°С, а температура его ликвидуса составляет до 1350°С. Все это затрудняет эффективную вытяжку стекловолокна и впоследствии приводит к затруднению реализации крупномасштабного промышленного производства.

Компания Nanjing Fiberglass Research & Design Institute в Китае разработала стекло HS2, имеющее модуль 84-87 ГПа. Оно содержит, главным образом, SiO₂, Al₂O₃ и MgO, а также содержит некоторое количество Li₂O, В₂О₃, СеО₂ и Fe₂O₃. Температура его формования составляет лишь 1245°С, а температура его ликвидуса составляет 1320°С. Обе температуры гораздо ниже показателей для стекла S. Однако поскольку температура его формования ниже, чем температура его ликвидуса, что неблагоприятно для регулирования вытяжки стекловолокна, то необходимо увеличивать температуру формования и использовать наконечники специальной формы для предотвращения явления кристаллизации стекла в процессе вытяжки волокна. Это вызывает трудности при регулировании температуры, а также затрудняет реализацию крупномасштабного промышленного производства.

В целом, описанный выше известный уровень техники в области получения высокомодульного стекловолокна сталкивается с такими проблемами, как относительно высокая температура ликвидуса, высокая скорость кристаллизации, относительно высокая температура формования, высокое поверхностное натяжение стекла, большие трудности при осветлении расплавленного стекла и низкий температурный диапазон (ΔТ) для формования волокна. Таким образом, на основании известного уровня техники, в общем, невозможно осуществлять эффективное крупномасштабное производство высокомодульного стекловолокна.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении композиции для получения высокомодульного стекловолокна. Указанная композиция может обеспечивать не только существенное улучшение модуля упругости стекловолокна, но и преодоление технических проблем при производстве традиционных высокомодульных стекол, включая высокий риск кристаллизации, большие трудности при осветлении расплавленного стекла и низкую скорость затвердевания расплавленного стекла. Указанная композиция также может обеспечивать существенное снижение температуры ликвидуса и температуры формования высокомодульных стекол, и при равных условиях обеспечивать существенное снижение скорости кристаллизации и степени пузырения стекла, и она особенно подходит для производства в ванной печи высокомодульного стекловолокна с низкой степенью пузырения.

Для решения вышеописанной задачи, в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, предложена композиция для получения высокомодульного стекловолокна, содержащая следующие компоненты в указанных массовых процентах:

SiO₂ 53-68% Al₂O₃ 13-24,5% Y₂O₃+La₂O₃ 0,1-8% La₂O₃ <1,8% CaO+MgO+SrO 10-23% Li₂O+Na₂O+K₂O <2% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,5.

В одном классе данного варианта реализации массовое процентное отношение С2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,2.

В одном классе данного варианта реализации диапазон содержания Li₂O составляет 0,1-1,5% по массе.

В одном классе данного варианта реализации диапазон содержания La₂O₃ составляет 0,05-1,7% по массе.

В одном классе данного варианта реализации диапазон содержания La₂O₃ составляет 0,1-1,5% по массе.

В одном классе данного варианта реализации массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,55.

В одном классе данного варианта реализации массовое процентное отношение C2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,22.

В одном классе данного варианта реализации массовое процентное отношение C2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,26.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:

SiO₂ 53-68% Al₂O₃ 13-24,5% Y₂O₃+La₂O₃ 0,1-8% La₂O₃ <1,8% CaO+MgO+SrO 10-23% Li₂O 0,1-1,5% Li₂O+Na₂O+K₂O <2% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,5, и массовое процентное отношение С2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,2.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:

SiO₂ 53-68% Al₂O₃ 13-24,5% Y₂O₃+La₂O₃ 0,1-8% La₂O₃ 0,05-1,7% CaO+MgO+SrO 10-23% Li₂O 0,1-1,5% Li₂O+Na₂O+K₂O <2% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,5, и массовое процентное отношение С2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,2.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:

SiO₂ 53-68% Al₂O₃ 13-24,5% Y₂O₃+La₂O₃ 0,1-8% Y₂O₃ 0,1-6,3% La₂O₃ 0,05-1,7% CaO+MgO+SrO 10-23% Li₂O+Na₂O+K₂O <2% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,5, и массовое процентное отношение С2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,2.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:

SiO₂ 53-68% Al₂O₃ 13-24,5% Y₂O₃+La₂O₃ 0,1-8% Y₂O₃ 0,1-6,3% La₂O₃ 0,05-1,7% CaO+MgO+SrO 10-23% Li₂O 0,1-1,5% Li₂O+Na₂O+K₂O <2% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,5, и массовое процентное отношение С2=(Li₂I+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,2.

В одном классе данного варианта реализации диапазон содержания СаО составляет менее 12% по массе.

В одном классе данного варианта реализации диапазон содержания СаО составляет 2-11% по массе.

В одном классе данного варианта реализации общее содержание Y₂O₃+La₂O₃ составляет 0,5-7% по массе.

В одном классе данного варианта реализации общее содержание Y₂O₃+La₂O₃ составляет 1,5-6% по массе.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:

SiO₂ 53-68% Al₂O₃ 13-24,5% Y₂O₃+La₂O₃ 0,5-7% Y₂O₃ 0,1-6,3% La₂O₃ 0,05-1,7% CaO+MgO+SrO 10-23% CaO <12% Li₂O+Na₂O+K₂O <2% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,5, и массовое процентное отношение С2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,2.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:

SiO₂ 53-68% Al₂O₃ 13-24,5% Y₂O₃+La₂O₃ 0,5-7% Y₂O₃ 0,1-6,3% La₂O₃ 0,05-1,7% CaO+MgO+SrO 10-23% СаО 2-11% Li₂O 0,1-1,5% Li₂O+Na₂O+K₂O <2% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,5, и массовое процентное отношение С2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,2.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:

SiO₂ 53-68% Al₂O₃ 13-24,5% Y₂O₃+La₂O₃ 0,5-7% Y₂O₃ 0,3-6% La₂O₃ 0,1-1,5% CaO+MgO+SrO 10-23% СаО 2-11% Li₂O 0,1-1,5% Li₂O+Na₂O+K₂O <2% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,5, и массовое процентное отношение С2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,2.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:

SiO₂ 54-64% Al₂O₃ 14-24% Y₂O₃+La₂O₃ 0,5-7% Y₂O₃ 0,3-6% La₂O₃ 0,1-1,5% CaO+MgO+SrO 10-23% СаО 2-11% Li₂O 0,1-1,5% Li₂O+Na₂O+K₂O <2% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,55, и массовое процентное отношение С2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,2.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:

SiO₂ 54-64% Al₂O₃ 14-24% Y₂O₃+La₂O₃ 0,5-7% Y₂O₃ 0,3-6% La₂O₃ 0,1-1,5% CaO+MgO+SrO 12-22% СаО 2-11% Li₂O 0,1-1,5% Li₂O+Na₂O+K₂O <2% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение C1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,55, и массовое процентное отношение С2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,22.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:

SiO₂ 54-64% Al₂O₃ 14-24% Y₂O₃+La₂O₃ 1,5-6% Y₂O₃ 1-5,5% La₂O₃ 0,1-1,5% CaO+MgO+SrO 10-23% СаО 2-11% Li₂O 0,1-1,5% Li₂O+Na₂O+K₂O <2% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,6, и массовое процентное отношение С2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,22.

В одном классе данного варианта реализации массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,65.

В одном классе данного варианта реализации массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет 0,7-0,95.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:

SiO₂ 54-64% Al₂O₃ 14-24% Y₂O₃+La₂O₃ 1,5-6% Y₂O₃ 1-5,5% La₂O₃ 0,1-1,5% CaO+MgO+SrO 10-23% СаО 2-11% Li₂O 0,1-1,5% Li₂O+Na₂O+K₂O <2% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет 0,7-0,95, и массовое процентное отношение С2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,26.

В одном классе данного варианта реализации диапазон содержания SrO составляет менее 2% по массе.

В одном классе данного варианта реализации диапазон содержания SrO составляет 0,1-1,5% по массе.

В одном классе данного варианта реализации диапазон содержания MgO составляет 8,1-12% по массе.

В одном классе данного варианта реализации диапазон содержания MgO составляет более 12% и менее или ровно 14% по массе.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:

SiO₂ 53-68% Al₂O₃ более 19% и менее или ровно 23% Y₂O₃+La₂O₃ 0,1-8% La₂O₃ 0,05-1,7% CaO+MgO+SrO 10-23% MgO <11% Li₂O+Na₂O+K₂O <1% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,5.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит TiO₂ в количестве 0,1-3% по массе.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит ZrO₂ в количестве 0-2% по массе.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит СеО₂ в количестве 0-1% по массе.

В одном классе данного варианта реализации указанная композиция содержит B₂O₃ в количестве 0-2% по массе.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предложено стекловолокно, полученное из указанной композиции для получения стекловолокна.

Кроме того, указанное стекловолокно имеет модуль упругости более 90 ГПа.

Кроме того, указанное стекловолокно имеет модуль упругости более 95 ГПа.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предложен композиционный материал, содержащий указанное стекловолокно.

Основные патентоспособные признаки композиции для получения стекловолокна в соответствии с настоящим изобретением заключаются в том, что включены редкоземельные оксиды Y₂O₃ и La₂O₃ для достижения синергетического эффекта между ними, поддерживается жесткий контроль соотношений Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) и (Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃), соответственно, целесообразно подобраны диапазоны содержания Y₂O₃, La₂O₃, Li₂O, СаО, MgO и CaO+MgO+SrO, использован смешанный эффект щелочноземельных металлов СаО, MgO и SrO и смешанный эффект щелочных металлов K₂O, Na₂O и Li₂O, а также обеспечено селективное введение соответствующих количеств TiO₂, ZrO₂, CeO₂ и В₂О₃.

В частности, композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, содержание которых выражено в процентах по массе:

SiO₂ 53-68% Al₂O₃ 13-24,5% Y₂O₃+La₂O₃ 0,1-8% La₂O₃ <1,8% CaO+MgO+SrO 10-23% Li₂O+Na₂O+K₂O <2% Fe₂O₃ <1,5%

Кроме того, массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,5.

Эффект и содержание каждого компонента в указанной композиции для получения стекловолокна описаны ниже:

SiO₂ представляет собой главный оксид, образующий структуру стекла, и оказывает эффект стабилизации всех компонентов. В композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению диапазон содержания SiO₂ составляет 53-68%. Предпочтительно, диапазон содержания SiO₂ может составлять 54-64%.

Al₂O₃ представляет собой другой главный оксид, образующий структуру стекла. В сочетании с SiO₂, он может оказывать существенное влияние на механические свойства стекла. Диапазон содержания Al₂O₃ согласно настоящему изобретению составляет 13-24,5%. Слишком низкое содержание Al₂O₃ приводит к невозможности достижения достаточно высоких механических свойств; слишком высокое его содержание приводит к существенному повышению вязкости стекла, что приводит к трудностям при получении и осветлении расплава. Предпочтительно, содержание Al₂O₃ может составлять 14-24%. Кроме того, авторами настоящего изобретения, в одном варианте его реализации, было неожиданно обнаружено, что если массовый процент Al₂O₃ регулируют до значения более 19%, но менее или ровно 23%, массовый процент MgO составляет менее или ровно 11%, и общий массовый процент Li₂O+Na₂O+K₂O составляет менее или ровно 1%, то стекло может иметь исключительно высокий модуль, превосходную стойкость к кристаллизации, а также широкий температурный диапазон (ΔT) для формования волокна.

Y₂O₃ представляет собой важный щелочноземельный оксид. Авторами настоящего изобретения обнаружено, что Y₂O₃ особенно эффективен для повышения модуля стекла и замедления кристаллизации стекла. Поскольку ионы Y³⁺ с трудом могут проникать в структуру стекла, то они обычно существуют в виде внешних ионов в щелях структуры стекла. Ионы Y³⁺ имеют большие координационные числа, высокую напряженность поля и электрический заряд, а также высокую аккумулирующую способность. Благодаря указанным особенностям, ионы Y³⁺ могут способствовать улучшению структурной стабильности стекла и повышению модуля стекла, и в то же время эффективно препятствовать движению и упорядочиванию других ионов для подавления склонности стекла к кристаллизации. La₂O₃ также представляет собой важный щелочноземельный оксид. Авторами настоящего изобретения обнаружено, что при использовании в отдельности, La₂O₃ демонстрирует очевидно более слабый эффект увеличения модуля стекла и замедления кристаллизации, по сравнению с Y₂O₃. Однако при одновременном использовании указанных двух оксидов в подходящем массовом соотношении между ними, неожиданно достигнут заметный синергетический эффект. Указанный эффект выше, чем при использовании Y₂O₃ или La₂O₃ в отдельности, в отношении повышения модуля стекла и замедления кристаллизации. Авторы настоящего изобретения пришли к выводу, что хотя Y₂O₃ и La₂O₃ являются оксидами одного типа, имеющими схожие физические и химические свойства, указанные два оксида отличаются друг от друга координационным состоянием, в том отношении, что ионы иттрия, в общем, гексакоординированы, а ионы лантана являются октаэдрическими. Таким образом, одновременное использование указанных двух оксидов в массовом процентном соотношении С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) более 0,5 обеспечивает следующие преимущества: (1) увеличение координационного состояния ионов на внешней поверхности структуры стекла, что способствует увеличению стабильности и модуля стекла; (2) гексакоординация ионов иттрия в сочетании с октаэдрическими ионами лантана дополнительно улучшают структурную целостность и модуль стекла; и (3) уменьшение вероятности, что ионы будут образовывать правильные группировки при пониженных температурах, что способствует существенному снижению скорости роста кристаллических фаз и, следовательно, дополнительно повышает стойкость стекла к кристаллизации. Кроме того, оксид лантана может способствовать осветлению расплавленного стекла. Однако молярная масса и ионный радиус лантана имеют большие значения, и избыточное количество ионов лантана будет ухудшать структурную стабильность стекла, поэтому введенное количество La₂O₃ должно быть ограниченным.

В композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению, диапазон совокупного содержания Y₂O₃+La₂O₃ может составлять 0,1-8%, предпочтительно может составлять 0,5-7%, и более предпочтительно может составлять 1,5-6%. В то же время массовое процентное отношение С1=Y₂O₃/(Y₂O₃+La₂O₃) составляет более 0,5. Предпочтительно, указанное отношение может быть более 0,55. Предпочтительно, указанное отношение может быть более 0,6. Предпочтительно, указанное отношение может быть более 0,65. Предпочтительно, указанное отношение может составлять 0,7-0,95. Кроме того, диапазон содержания La₂O₃ может быть менее 1,8%, предпочтительно 0,05-1,7%, и более предпочтительно 0,1-1,5%. Кроме того, содержание Y₂O₃ может составлять 0,1-6,3%, предпочтительно 0,3-6%, и более предпочтительно 1-5,5%.

Авторами настоящего изобретения также обнаружено, что синергетический эффект двух вышеуказанных щелочноземельных оксидов тесно связан с содержанием свободного кислорода в стекле. Y₂O₃ в кристаллическом состоянии имеет вакансионные дефекты, и при введении Y₂O₃ в стекло указанные вакансионные дефекты заполняются другими оксидами, особенно оксидами щелочных металлов. Различная степень заполнения приводит к различным координационным состояниям и плотности упаковки Y₂O₃, что оказывает значительное влияние на свойства стекла. Подобным образом, La₂O₃ также требует большого содержания кислорода для заполнения вакансий. Для получения достаточного количества свободного кислорода и, соответственно, достижения более плотной структуры упаковки и лучшей стойкости к кристаллизации, ограниченный диапазон массового процентного отношения С2=(Li₂O+Na₂O+K₂O)/(Y₂O₃+La₂O₃) согласно настоящему изобретению составляет более 0,2, предпочтительно более 0,22, и более предпочтительно более 0,26.

K₂O и Na₂O могут снижать вязкость стекла и являются хорошими флюсующими агентами. Авторами настоящего изобретения обнаружено, что замена Na₂O на K₂O при сохранении общего количества оксидов щелочных металлов может приводить к снижению склонности стекла к кристаллизации и улучшению характеристик формования волокна. По сравнению с Na₂O и K₂O, Li₂O может не только существенно снижать вязкость стекла, улучшая характеристики плавления стекла, но и заметно способствовать улучшению механических свойств стекла. Кроме того, небольшое количество Li₂O обеспечивает значительное количество свободного кислорода, в результате чего большее количество ионов алюминия участвуют в тетраэдрической координации, которая упрочняет структуру стекла и дополнительно улучшает механические свойства стекла. Однако слишком большое содержание ионов щелочных металлов в композиции стекла ухудшает коррозионную стойкость стекла, и введенное количество должно быть ограниченным. Таким образом, в композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению диапазон совокупного содержания Li₂O+Na₂O+K₂O составляет менее 2%. Кроме того, содержание Li₂O составляет 0,1-1,5%.

СаО, MgO и SrO, главным образом, могут влиять на контролирование кристаллизации стекла и регулирование вязкости стекла, а также скорости затвердевания расплавленного стекла. В частности, в отношении контролирования кристаллизации стекла, авторами настоящего изобретения получен неожиданный эффект посредством контролирования включенных количеств указанных соединений и соотношений между ними. В целом, для высокоэффективного стекла на основе системы MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂, кристаллические фазы, которые оно содержит после кристаллизации стекла, включают, главным образом, диопсид (CaMgSi₂O₆) и анортит (CaAl₂Si₂O₃). Для эффективного подавления склонности к кристаллизации указанных двух кристаллических фаз и для снижения температуры ликвидуса стекла и скорости его кристаллизации, в настоящем изобретении предложено рациональное контролирование общего содержания CaO+MgO+SrO и соотношений между ними, а также использован смешанный эффект щелочноземельных металлов для образования компактной структуры упаковки, поэтому для формирования и роста зародышей кристалла необходимо больше энергии. Таким образом, подавлена склонность стекла к кристаллизации и оптимизированы свойства затвердевания расплавленного стекла. Кроме того, стеклянная система, содержащая оксид стронция, имеет более стабильную структуру стекла, что улучшает свойства стекла. В композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению диапазон совокупного содержания CaO+MgO+SrO составляет 10-23%, и предпочтительно 12-22%.

В качестве модификатора структуры, слишком большое количество СаО приводит к увеличению склонности стекла к кристаллизации, что вызывает выпадение в осадок кристаллов, таких как анортит и волластонит, из расплава стекла. Таким образом, диапазон содержания СаО может составлять менее 12%, и предпочтительно может составлять 2-11%. MgO обладает подобным действием на структуру стекла, как СаО, но напряженность поля Mg²⁺ выше, что играет важную роль при увеличении модуля стекла. Кроме того, в одном варианте реализации настоящего изобретения диапазон содержания MgO может составлять 8,1-12%; в другом варианте реализации настоящего изобретения диапазон содержания MgO может составлять более 12% и менее или ровно 14%. Кроме того, диапазон содержания SrO может составлять менее 2% и предпочтительно может составлять 0,1-1,5%».

Fe₂O₃ облегчает плавление стекла и также может улучшать характеристики кристаллизации стекла. Однако поскольку ионы железа(III) и железа(II) обладают окрашивающим действием, введенное количество должно быть ограниченным. Таким образом, в композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению диапазон содержания Fe₂O₃ составляет менее 1,5%.

В композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению, соответствующие количества TiO₂, ZrO₂, CeO₂ и В₂О₃ могут быть выборочно включены для дополнительного повышения модуля стекла и улучшения кристалличности стекла и характеристик его осветления. В композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению содержание TiO₂ может составлять 0,1-3%, содержание ZrO₂ может составлять 0-2%, содержание CeO₂ может составлять 0-1%, и содержание В₂О₃ может составлять 0-2%.

Кроме того, композиция для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению может содержать небольшое количество других компонентов с общим содержанием не более 2%.

В композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению благоприятное действие, оказываемое вышеуказанными выборочными диапазонами компонентов, описано далее на примерах с помощью конкретных экспериментальных данных.

Ниже представлены примеры предпочтительных диапазонов содержания компонентов в композиции для получения стекловолокна согласно настоящему изобретению. Композиция 1