專利名稱：高性能玻璃纖維用組合物及由其形成的纖維的制作方法
高性能玻璃纖維用組合物及由其形成的纖維
發明的技術領域和工業應用本發明總體上涉及在制備連續高強度玻璃纖維中使用的組合物以及由該組合物形成的纖維。
背景技術：
用于制備連續高強度玻璃纖維原絲的常用玻璃組合物是“S-玻璃”。術語S-玻璃定義了一族主要由鎂、鋁和硅的氧化物組成的玻璃，其具有制備機械強度比E-玻璃纖維高的玻璃纖維的化學組成。S-玻璃族的化學組成制備高強度玻璃纖維并且使這些玻璃能夠在高強度的應用中使用，例如防彈裝甲。ASTM國際組織將S-玻璃定義為一族主要由鎂、鋁和硅的氧化物組成的玻璃，其具有符合可應用的材料規格并產生高機械強度(D578-05)的合格的化學組成。德國標準化學會(Deutsches Institut fur Normung) (DIN)將S-玻璃定義為不添加CaO的鋁硅酸鹽玻璃，并且具有部分質量的MgO，其中MgO約為IOwt % (鋁硅酸鹽玻璃定義為一種主要由鋁的三氧化物，硅的二氧化物和其它氧化物組成的玻璃)(DIN 1259-1)。美國專利第3，402，055描述了一種用于形成S-玻璃族內的高強度玻璃的組合物。 可商購的高強度S-玻璃組合物為S-2玻璃。如在公開的W0/2004/094794(從首頁看屬于 3M Innovative Properties Company)中記述的，S-2玻璃纖維典型地具有約65% Si02、 25% Al2O3、和 10% MgO 的組成。S-2 玻璃由美國 Aiken South Carolina 的 Advanced Glass Yarns制造。S_2玻璃具有高的抗壓強度和抗拉強度以及良好的高溫性能。S-2玻璃用于直升飛機槳葉、用于高壓容器，例如水下呼吸器氣瓶的裝甲和卷繞物。R-玻璃為另外一族高強度、高模量玻璃，該玻璃典型地形成航天復合材料應用中使用的纖維。R-玻璃族主要由氧化硅、氧化鋁，氧化鎂和氧化鈣組成，其化學組成制備的玻璃纖維具有一般低于S-玻璃纖維的機械強度。R-玻璃一般含有比S-玻璃更少的二氧化硅和更多的氧化鈣(CaO)，其在纖維的形成過程中需要較高的熔化和處理溫度。如在公開的TO/2004/094794中所述，R-玻璃纖維典型地具有60% SiO2,25% Al203>9% CaO和6% MgO的組成。表IA-IE列出了一些傳統的高強度玻璃組合物的組成。表 I-A
權利要求
1.一種高強度玻璃纖維，包含 62-68wt% SiO2 ；22-26wt%Al2O3 ；8-15wt%MgO ；禾口 0. l-2wt% Li2O ；所述纖維具有大于12. SMPsi的模量和700KPsi的強度。
2.權利要求1的高強度玻璃纖維，還包含總量低于約2wt %的選自下組的化合物，該組由CaO、P2O5, ZnO, ZrO2, SrO、BaO, SO3> F2, B2O3、TiO2 和 Fii2O3 組成。
3.權利要求1的高強度玻璃纖維，其中二氧化硅的含量在至67wt%之間。
4.權利要求3的高強度玻璃纖維，其中二氧化硅的含量在66wt<%至67wt%之間。
5.權利要求1的高強度玻璃纖維，其中二氧化硅的含量約為66wt%。
6.權利要求1的高強度纖維，其中玻璃配合料還包含0-3wt%的堿金屬氧化物。
7.權利要求1的高強度玻璃纖維，其中該組合物包含 66. 5wt% SiO2 ；23. 4wt% Al2O3 ； 9. 8wt% MgO ；禾口 0. 3wt% Li2O0
8.高強度玻璃纖維，包含 64-66. 5wt% SiO2 ；23-24.5wt% Al2O3 ；9-1Iwt % MgO ；禾口0. 3-0. 35wt% Li2O ；纖維具有大于約13MPsi的模量和約750KPsi的強度。
9.權利要求8的高強度玻璃纖維，還包含總量低于約2wt %的選自下組的化合物，該組由CaO、P2O5, ZnO, ZrO2, SrO、BaO, SO3> F2, B2O3^ TiO2 和 I^e2O3 組成。
10.權利要求8的高強度玻璃纖維，其中模量為約13.2MPsi。
11.權利要求8的高強度玻璃纖維，其中該組合物包含 約 66. 5wt% SiO2 ；約 23. 4wt% Al2O3 ； 約 9. 8wt% MgO ；禾口約 0. 3wt% Li20。
12.權利要求8的高強度玻璃纖維，其中該組合物基本上由下述成分組成 66. 5wt% SiO2 ；23. 4wt% Al2O3 ； 9. 8wt% MgO ；禾口 0. 3wt% Li2O0
13.權利要求8的高強度玻璃纖維，其中該組合物包含約 66wt% SiO2 ； 約 23wt% Al2O3 ； 約 10. 5wt% MgO ；禾口約 0. 3wt% Li20。
14.權利要求8的高強度玻璃纖維，其中該組合物基本上由下述成分組成 66. 05wt% SiO2 ；23. 05wt% Al2O3 ； 10. 55wt% MgO ；和 0. 35wt% Li2O0
15.一種高強度玻璃纖維，包含 66. 5wt% SiO2 ；23. 4wt% Al2O3 ； 9. 8wt% MgO ；禾口 0. 3wt% Li2O0
16.權利要求15的高強度玻璃纖維，其中該纖維具有大于12.SMPsi的模量。
17.權利要求15的高強度玻璃纖維，其中該纖維具有大于750KPsi的強度。
18.權利要求15的高強度玻璃纖維，其中該纖維具有大于700KPsi的強度。
19.權利要求15的高強度玻璃纖維，其中該纖維具有大于約13MPsi的模量。
20.權利要求15的高強度玻璃纖維，其中該纖維具有大于約13.2MPsi的模量。
全文摘要
公開了一種制造高強度玻璃纖維用的組合物，該高強度玻璃纖維適合在貴金屬襯里的窯爐和耐火材料襯里的玻璃熔爐中制造。本發明的玻璃組合物包括62-68wt％SiO2、22-26wt％Al2O3、8-15wt％MgO和0.1到3.0wt％Li2O。本發明的一種合適的組合物包括64-66.5wt％SiO2、23-24.5wt％Al2O3、9-11wt％MgO和0.3到0.35wt％Li2O。另一種合適的組合物包括66.5wt％SiO2、23.4wt％Al2O3、9.8wt％MgO和0.3wt％Li2O。又一種合適的組合物為約66wt％SiO2、約23wt％Al2O3、約10.5wt％MgO和約0.3wt％Li2O。還公開了通過本發明形成的纖維。該纖維具有低于2650°F的纖維化溫度、至少25°F的ΔT。進一步，本發明的玻璃纖維典型地具有超過700KPsi的強度，在一個實施方式中，強度超過約730KPsi，在又一個實施方式中，強度超過約750KPsi。玻璃纖維典型地具有大于12.8MPsi的模量，在一個實施方式中，大于約13MPsi，以及在又一個實施方式中，大于約13.2MPsi。
文檔編號C03C13/00GK102317224SQ200980156441
公開日2012年1月11日 申請日期2009年12月21日 優先權日2008年12月24日
發明者D·霍夫曼, P·麥金尼斯 申請人:Ocv智識資本有限責任公司