Стекло для производства непрерывного стекловолокна

Изобретение относится к составам стекол для производства высокотехнологичного, высокомодульного, высокопрочного непрерывного стеклянного волокна. Cтекло для производства волокна включает следующие компоненты, мас.%: SiO2 53,00-60,00, Al2O3 20,00-27,00, MgO 13,00-25,00, TiO2 0,20-0,70, Na2O+K2O 0,03-0,45, ZrO2 0,05-0,20, Cr2O3 0,001-0,20, МоО3 0,001-0,20, PdO 0,001-0,20. Технический результат изобретения получение высокотехнологичного, высокомодульного, высокопрочного состава стекла, позволяющего осуществить стабильный процесс выработки непрерывного волокна в многофильерных стеклоплавильных сосудах, при сохранении высоких значений модуля упругости (94-95 ГПа) и прочности (4300-4500 МПа), а также химической устойчивости волокон по отношению к нейтральной среде. 1 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к составам стекол для производства высокотехнологичного высокомодульного высокопрочного непрерывного стеклянного волокна, из которого изготавливаются нити, ровинги и ткани, использующиеся в качестве армирующих материалов для создания композиционных стеклопластиков, применяемых в промышленности высоких технологий, в частности, при производстве баллонов высокого давления, предназначенных для перевода легкового и грузового транспорта на природный газ.

На модуль упругости и прочность волокна большое влияние оказывает химический состав стекла.

Известен состав стекла для производства стеклянного волокна (патент РФ №2263639, кл. СОЗС 13/00, публ. 22.10.2004), включающий, масс. %:

SiO2 58,0-60,0
Al2O3 12,0-14,0
СаО 20,0-22,0
MgO 3,0-5,0
TiO2 0,01-1,9
R2O до 1,0
ZrO2 0,01-2,0,

при этом полученное стекло характеризуется прочностью волокна 3300-3500 МПа и модулем упругости 74 ГПа.

Недостатками этого состава являются низкий модуль упругости, пониженная прочность элементарного волокна и низкая разрывная нагрузка комплексной и крученой нитей.

Известен состав стекла для получения высокомодульного высокопрочного волокна (Патент US №2008/0009403 А1, кл. С03С 13/00, публ. 10.01.2008), включающий, масс. %:

SiO2 60,5-70,5
Al2O3 10,0-24,5
RO (СаО, BaO, MgO, SrO) 6,0-20,0
R2O 0-3,0
ZrO2 0-3,0,

при этом стекловолокно имеет прочность выше 696 kPsi (4792 МПа) и модуль упругости более 12,6 MPsi (87 ГПа).

Известно стекло для изготовления высокопрочных стеклянных волокон (патент US 2010/0160140 А1, кл. С03С 13/02, публ. 24.06.2010), включающее, масс. %:

SiO2 62,0-68,0
Al2O3 22,0-26,0
MgO 8,0-15,0
Li2O 0,1-2,0,

однако присутствие оксида лития в данных стеклах ухудшает его химическую стойкость по отношению к воде, при этом стекловолокно имеет прочность выше 750 kPsi (5171 МПа) и модуль упругости стекла 13,2 MPsi (91 ГПа).

Также известно высокопрочное и высокомодульное волокно (патент ЕР №2450321 Al, С0ЗС 13/02, публ. 09.05.2012), включающее, масс. %:

SiO2 56,0-64,0
Al2O3 13,0-20,0
СаО 8,0-13,0
MgO 7,0-12,0
TiO2 0-2,5
Li2O 0-0,08
Na2O+K2O 0-1,0
Fe2O3 0-0,6
ZrO2 0-2,0
F2 0-0,6,

при этом волокно имеет невысокие значения модуля упругости и прочности на разрыв, 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 состав стекла для производства высокомодульного непрерывного стекловолокна (патент РФ №2129102, кл. С03С 13/02, публ. 20.04.99 г. - прототип), при следующем соотношении компонентов, масс. %:

SiO2 57,0-60,0
Al2O3 20,0-27,0
MgO 10,0-16,0
TiO2 0,20-0,70
Na2O 0,03-0,10
K2O 0,15-0,35
ZrO2 0,05-0,20
Fe2O3 0,1-0,6

Недостатком этого состава при модуле упругости стекла (95 ГПа) и прочности волокна (4200-4500 МПа) являются высокие значения температуры варки стекла и верхнего предела кристаллизации, а также короткий температурный интервал выработки и низкая вязкость расплава при формовании стеклянного волокна, вследствие чего наблюдаются нестабильный процесс выработки волокна и повышенная капельная обрывность.

Задачей настоящего изобретения является разработка высокотехнологичного высокомодульного высокопрочного состава стекла, позволяющего осуществить стабильный процесс выработки непрерывного волокна, обеспечивающего повышение КПВ процесса формования волокна и снижение капельной обрывности при сохранении высоких значений модуля упругости (94-95 Гпа) и прочности (4300-4500 Мпа, а также химической устойчивости по отношению к нейтральной среде, т.е. увеличение производительности многофильерного стеклоплавильного сосуда при сохранении высоких значений модуля упругости и прочности.

Поставленная задача достигается тем, что стекло для производства непрерывного высокопрочного и высокомодульного стеклянного волокна, включающее SiO2, Al2O3, MgO, TiO2, Na2O, K2O, ZrO2 дополнительно содержит Cr2O3, MoO3 и PdO при следующем соотношении компонентов, масс. %.

SiO2 53,00-60,00
Al2O3 20,00-27,00
MgO 13,00-25,00
TiO2 0,20-0,70
Na2O+K2O 0,03-0,45
ZrO2 0,05-0,20
Cr2O3 0,001-0,20
MoO3 0,001-0,20
PdO 0,001-0,20

В практике стеклоделия издавна применяются различные добавки, позволяющие, например, ускорить варку стекла, улучшить процесс осветления и т.п. Возможность влияния малых добавок (не более 1%) ряда оксидов на вязкость стекла и выработочные характеристики отмечалась неоднократно и объяснялась интенсивностью разрушения молекулярных группировок в стекле при первых порциях добавки, не входящей в состав исходного расплава, когда действие новых ионов максимально продуктивно.

Так, в состав предложенного стекла вводят такие добавки, как оксид хрома, оксид молибдена и оксид палладия, каждая из которых вводится в количестве от 0,001 до 0,2 масс. %. Указанные добавки в количестве от 0,001 до 0,2 масс. % понижают поверхностное натяжение и энергию активации вязкого течения расплава, благодаря чему при сохранении высоких значений модуля упругости и прочности создаются благоприятные условия для получения стабильного процесса выработки непрерывного волокна на многофильерных стеклоплавильных сосудах при увеличенном коэффициенте полезного времени и малой капельной обрывности (улучшается качество стекла, а именно, однородность стекломассы, снижается температура верхнего предела кристаллизации, увеличивается интервал выработки волокна).

Капельная обрывность - это характеристика технологии формования стекловолокна, свидетельствующая о степени стабильности процесса выработки: чем больше капель за час работы, т.е. обрывов нити, влекущих за собой затрату времени на заправку волокон, тем хуже идет процесс формования, снижается производительность и могут ухудшаться прочностные характеристики волокна.

КПВ - коэффициент полезного времени процесса выработки волокна также характеризует стабильность процесса и представляет из себя отношение фактического времени беспрерывного формования к полному времени работы стеклоплавильного сосуда.

Количество вводимых малых добавок оксидов хрома, молибдена и палладия, влияющих положительно на выработочные свойства волокна, ограничиваются 0,2 масс. %, так как дальнейшее повышение содержания данных оксидов приведет к увеличению плотности стекла, что нежелательно для удельного модуля упругости волокна и изделий из него. Содержание вводимых малых добавок, равное 0,001 масс. %, является минимальным количеством, оказывающим заметное влияние на качество стекла и процесс выработки волокон.

Пример осуществления изобретения

Для получения стекла предлагаемого состава готовят шихту, которую загружают в печь и плавят при температуре 1580-1590°С, затем из расплавленной стекломассы формуют стеклошарики, из которых вырабатывают непрерывное стеклянное волокно диаметром 6-13 мкм на многофильерном стеклоплавильном сосуде. Примеры составов получаемого стекловолокна приведены в таблице 1

Таким образом, предложенный состав стекла позволяет получить высокомодульное высокопрочное непрерывное стеклянное волокно. Полученное стекловолокно может быть использовано для изготовления нитей, ровингов и тканей различного назначения, применяемых в качестве армирующих материалов при создании композиционных стеклопластиков.

Стекло для производства непрерывного высокопрочного и высокомодульного стеклянного волокна, включающее SiO2, Al2O3, MgO, TiO2, Na2O, К2О, ZrO2, отличающееся тем, что дополнительно содержит Cr2O3, MoO3 и PdO при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO2 53,00-60,00
Al2O3 20,00-27,00
MgO 13,00-25,00
TiO2 0,20-0,70
Na2O+K2O 0,03-0,45
ZrO2 0,05-0,20
Cr2O3 0,001-0,20
MoO3 0,001-0,20
PdO 0,001-0,20



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к стеклянным контейнерам. Стеклянный корпус имеет внутреннюю область, проходящую от приблизительно 10 нм ниже внутренней поверхности и имеющую устойчивую однородность слоя такую, что экстремальное значение концентрации в слое каждого из составляющих компонентов стекольной композиции во внутренней области превышает или равно приблизительно 80% или составляет приблизительно 120% или менее от концентрации того же самого составляющего компонента в средней точке толщины стеклянного корпуса.

Изобретение относится к алюмосиликатным стеклянным композициям, содержащим щелочноземельный металл, с улучшенной химической и механической стойкостью, которые используют, в частности, для изготовления фармацевтических упаковок.
Изобретение относится к рассеивающей подложке для устройства с органическим электролюминесцентным диодом. На одну из сторон стеклянного листа наносят стекловидный материал следующего состава, вес.%: Bi2O3 65-85, B2O3 5-12, SiO2 6-20, MgO+ZnO 2-9,5, Al2O3 0-7%, Li2O+Na2O+K2O 0-5, CaO 0,5-5, BaO 0-20, CaO+MgO 0,5-4.

Группа изобретений относится к области транспорта. Способ изготовления тормозного диска для транспортного средства, заключается в расположении на базовом теле тормозного диска защитного слоя.

Изобретение относится к химически и механически стойким композициям стекла и к изделиям из стекла, изготовленным из них, и может быть использовано для изготовления упаковки для лекарственных средств.

Стекло // 2646246
Изобретение относится к технологии силикатов, а именно к производству стекол для изготовления изделий хозяйственно-бытового назначения. Техническим результатом является повышение кислотостойкости стекла.

Эмаль // 2643840
Изобретение относится к составам эмалей. Эмаль содержит, мас.%: SiO2 45,4-46,0; Sb2O3 2,2-2,6; ZnO 3,0-4,0; Na2O 0,5-1,5; Al2O3 22,0-24,0; BaO 1,0-1,5; CaO 0,3-0,5; B2O3 6,0-7,5; K2O 2,0-2,5; P2O5 0,5-1,0; TiO2 11,0-12,5; Nd2O3 1,0-1,5.

Стекло // 2642732
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов стекол, которые могут быть использованы для изготовления изделий декоративно-художественного назначения, сортовой посуды.

Описаны щелочноземельные алюмосиликатные стеклянные композиции с улучшенной химической и механической стойкостью, предназначенные для изготовления упаковок для фармацевтических продуктов.

Стекло // 2631709
Изобретение относится к технологии силикатов, в частности к производству стекол, которые могут быть использованы для изготовления ваз, стаканов, сувениров. Стекло содержит, мас.
Изобретение относится к производству крупногабаритных керамических изделий радиотехнического назначения. Технический результат - повышение производительности при кристаллизации исходного литийалюмосиликатного стекла и повышение качества материала.

Настоящее изобретение относится к беспористой керамике, которую можно использовать как стабильные по размерам подложки в областях, которые подвергаются градиентам температуры, например при производстве полупроводников.
Изобретение относится к области производства неорганических и теплоизоляционных материалов и раскрывает способ получения пеностекла. Способ включает получение измельченного стеклобоя следующего состава в мас.%: SiO2 - 72,0 ± 7,0; Na2O - 13,0 ± 2,0; CaO - 10,0 ± 2,0; MgO - 4,0 ± 2,0; Al2O3 - 1,0 ± 0,5; SO3 - 0,2 ± 0,1; K2O - 0,3 ± 0,1; Fe2O3 ≤0,2, содержащего частицы размером менее 40 мкм, добавление к измельченному стеклобою водного раствора кальцинированнной соды и глицерина, перемешивание, выдержку полученной смеси, последующую сушку при температуре менее 200°С до получения смеси с влажностью не более 1%, дезагломерацию, включающую перемешивание смеси с серой, с получением шихты с размером частиц менее 40 мкм, последующее дозирование, помещение в форму, вспенивание, фиксацию, извлечение, отжиг и охлаждение полученного пеностекла.

Стекло // 2665725
Изобретение относится к технологии силикатов, в частности к производству стекол, которые могут быть использованы в производстве изделий декоративно-художественного назначения.

Изобретение относится к волокнообразующей стеклянной композиции и волокнам, изготовленным из неё, которые могут быть использованы в виде нитей, ровинга, пряжи, тканого или нетканого полотна, в частности, в составе полимерных композитов.

Изобретение относится к оптически прозрачным стеклокристаллическим материалам магнийалюмосиликатной системы. Предлагается прозрачный ситалл, содержащий, мас.%: SiO2 40-50; Al2O3 10-15; MgO 6-10; ZnO 20-25; Na2O 0,5-3; TiO2 3-9; ZrO2 1-6; As2O3 0,1-1.

Стекло // 2642732
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов стекол, которые могут быть использованы для изготовления изделий декоративно-художественного назначения, сортовой посуды.

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к композициям стекла, стекловолокнам, формованным из таких композиций и предназначенным для изготовления композитов и стеклопластиков.

Глазурь // 2640215
Изобретение относится к составам глазурей, которые могут быть использованы для покрытия керамических изделий хозяйственно-бытового назначения, печных изразцов. Технический результат – повышение термостойкости глазури.

Стекло // 2631715
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов стекол, которые могут быть использованы для изготовления изделий декоративно-художественного назначения.

Изобретение относится к технологии очистки зерен кварца с помощью пенной флотации и может быть использовано в полупроводниковой, химической и оптической промышленности.

Изобретение относится к составам стекол для производства высокотехнологичного, высокомодульного, высокопрочного непрерывного стеклянного волокна. Cтекло для производства волокна включает следующие компоненты, мас.: SiO2 53,00-60,00, Al2O3 20,00-27,00, MgO 13,00-25,00, TiO2 0,20-0,70, Na2O+K2O 0,03-0,45, ZrO2 0,05-0,20, Cr2O3 0,001-0,20, МоО3 0,001-0,20, PdO 0,001-0,20. Технический результат изобретения получение высокотехнологичного, высокомодульного, высокопрочного состава стекла, позволяющего осуществить стабильный процесс выработки непрерывного волокна в многофильерных стеклоплавильных сосудах, при сохранении высоких значений модуля упругости и прочности, а также химической устойчивости волокон по отношению к нейтральной среде. 1 пр., 1 табл.

Наверх