Стекло для производства стекловолокна

 

Изобретение относится к составам стекол для производства высокопрочного высокомодульного непрерывного стеклянного волокна, которое может быть использовано для создания композиционных стеклопластиков, применяемых в промышленности высоких технологий, в частности для баллонов высокого давления, предназначенных для перевода легкового, грузового и воздушного транспорта на природный газ. Стекло для производства стекловолокна, включающее SiO₂, Al₂O₃, MgO, ZrO₂, TiO₂, дополнительно содержит Fe₂O₃, K₂O и Na₂O при следующем соотношении компонентов, маc. %: SiO₂ - 57-60; Al₂O₃ - 20-27; MgO - 10-16; ZrO₂ - 0,05-0,2; TiO₂ - 0,2-0,7; Fe₂O₃ - 0,1-0,6; K₂O - 0,15-0,35; Na₂O - 0,03-0,1. B результате использования изобретения обеспечивается высокая производительность, экологичность и устойчивость ведения процесса. 1 табл.

Изобретение относится к составам стекол для производства высокопрочного высокомодульного непрерывного стекловолокна, которое может быть использовано для создания композиционных стеклопластиков, применяемых в промышленности высоких технологий, в частности, для баллонов высокого давления, предназначенных для перевода легкового, грузового и воздушного транспорта на природный газ.

Известны составы стекол для производства стеклянного волокна (патент Франции N 1435073, кл. C 03 C, 15.04.1966 г.) следующего состава, мас.%: SiO₂ - 50 - 65 Al₂O₃ - 20 - 30 MgO - 5 - 20 CaO - 2 - 10, а также (патент РФ N 2017695, кл. C 03 C 13/02, 15.08.1994 г.) состава, мас.%: SiO₂ - 57 - 60 Al₂O₃ - 24 - 26 MgO - 4 - 9 CaO - 6 - 10
TiO₂ - 0,4 - 0,8
ZrO₂ - 0,07 - 0,15
K₂O - 0,05 - 0,3
Na₂O - 0,05 - 0,3
Недостатками известных составов являются невысокие значения прочности (3600-3800 МПа) и модуля упругости 87000 МПа получаемого на их основе стекловолокна.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному составу является состав стекла по патенту США N 4534796, кл. 106-99, 13.08.1985 г., включающий, мас.%:
SiO₂ - 25 - 54
Al₂O₃ - 20 - 40
MgO - 24 - 40
TiO₂ - 0 - 10
ZrO₂ - 1 - 5
P₂O₅ - 0 - 10
B₂O₃ - 0 - 10
F₂ - 0 - 5
Cr₂O₃ - 0 - 2
Недостатками известного состава являются также недостаточно высокие физико-механические характеристики получаемого стекловолокна, использование дорогостоящих и вредных для окружающей среды сырьевых материалов (фтор-, фосфор- и борсодержащих компонентов). Кроме того, низкое содержание SiO₂ при высоких значениях MgO и Al₂O₃ приводит к значительному повышению температуры формования и снижению вязкости расплава, вследствие чего затрудняется процесс выработки непрерывного волокна и сокращается срок службы платиновых стеклоплавильных сосудов.

Задача настоящего изобретения заключается в создании состава стекла для выработки непрерывного стеклянного волокна с высокими физико-механическими характеристиками.

Технический результат, получаемый от использования изобретения, состоит в создании высокопрочного высокомодульного непрерывного стеклянного волокна, пригодного для использования в промышленности высоких технологий, при этом обеспечивается высокая производительность, экологичность и устойчивость ведения процесса.

Этот результат достигается тем, что в стекло для производства стекловолокна, включающее SiO₂, Al₂O₃, MgO, TiO₂ и ZrO₂, дополнительно вводят Fe₂O₃, K₂O и Na₂O при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ - 57 - 60
Al₂O₃ - 24 - 27
MgO - 10 - 16
TiO₂ - 0,2 - 0,7
ZrO₂ - 0,05 - 0,2
Fe₂O₃ - 0,1 - 0,6
K₂O - 0,15 - 0,35
Na₂O - 0,03 - 0,1
Пример 1 осуществления изобретения.

Для получения непрерывного стеклянного волокна предлагаемого состава готовят шихту, содержащую (мас.%): SiO₂ - 58,5, Al₂O₃ - 25, MgO - 15, TiO₂ - 0,6, ZrO₂ - 0,1, Fe₂O₃ - 0,4, K₂O - 0,3 и Na₂O - 0,1. Шихту загружают в электропечь и плавят при температуре 1580±⁴⁰₃₀°C Из расплавленной стекломассы формуют непрерывное стеклянное волокно диаметром 9-13 мкм при температуре 1390^oC и вязкости 230 Пз на 200- или 400-фильерных стеклоформующих агрегатах. Полученное волокно характеризуется прочностью 4200-4500 МПа и модулем упругости 95000 МПа.

Для приготовления составов и выработки волокна по примерам 2, 3 приведены составы стекол, режимы формования и свойства получаемого волокна по примерам 1 - 3 в таблице.

Совокупность существенных признаков заявленного состава стекла позволяет достичь высоких характеристик волокна: прочность ~4000-45000 МПа и модуль упругости ~95000 МПа. Одновременно при этом введение Fe₂O₃ приводит к увеличению скорости твердения стекла, что улучшает формуемость стеклянного волокна в процессе вытягивания.

Введение малых количеств щелочных оксидов Na и K снижает кристаллизационную способность стекла и, следовательно, температуру формования волокон, что увеличивает срок службы стеклоформующих агрегатов.

Формула изобретения

Стекло для производства стекловолокна, включающее SiO₂, А1₂О₃, MgO, ZrО₂, TiO₂, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Fe₂О₃, К₂О и Na₂О при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ - 57 - 60
А1₂О₃ - 20 - 27
MgO - 10 - 16
ZrО₂ - 0,05 - 0,2
TiO₂ - 0,2 - 0,7
Fe₂О₃ - 0,1 - 0,6
К₂О - 0,15 - 0,35
Na₂О - 0,03 - 0,1

РИСУНКИ

Рисунок 1