Стекло для производства непрерывного стекловолокна


 


Владельцы патента RU 2513903:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Стеклопластик" (RU)

Изобретение относится к составам стекол для производства высокомодульного, прочного и химически стойкого стекловолокна, которое может быть использовано для изготовления ровингов и тканей различного назначения, а также в качестве армирующих материалов для стеклопластиковых изделий, используемых в кислых и щелочных средах. Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента полезного времени процесса формования волокна и снижение капельной обрывности, т.е. повышение производительности стеклоплавильного сосуда. Стекло для производства непрерывного стекловолокна содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: SiO2 50,0-60,0; Al2O3 10,0-20,0; СаО 12,0-16,0; MgO 6,0-10,0; TiO2 4,0-10,0; R2O (Na2O+K2O) 0,1-0,7; ZrO2 0,01-0,4; Fe2O3 0,01-0,5, причем стекло обладает низкой температурой верхнего предела кристаллизации 1240°С и химической стойкостью - 1-й гидролитический класс. 1 табл.

 

Изобретение относится к составам стекол для производства непрерывного, высокомодульного, прочного и химически стойкого стекловолокна, которое может быть использовано для изготовления ровингов и тканей различного назначения, а также в качестве армирующих материалов для стеклопластиковых изделий, используемых в кислых и щелочных средах.

На модуль упругости, прочность и химическую устойчивость стеклянного волокна большое влияние оказывает химический состав стекла.

Известен состав стекла для производства стекловолокна (патент РФ №2129102, кл. С03С 13/02, 1997 г.), включающий, мас.%:

SiO2 57,0-60,0
Al2O3 20,0-27,0
MgO 10,0-16,0
ZrO2 0,05-0,6
Fe2O3 0,1-0,6
K2O 0,15-0,35
Na2О 0,03-0,1

Недостатком этого состава являются высокие значения температуры варки стекла и верхнего предела кристаллизации, низкая вязкость расплава при формовании стеклянного волокна, короткий температурный интервал выработки, вследствие чего наблюдаются нестабильный процесс выработки волокна и высокая капельная обрывность.

Также известно стекло для получения высокопрочного и высокомодульного волокна (патент ЕР №2450321 А1, кл. С03С 13/02, 2012 г. - аналог), включающий, мас.%:

SiO2 56,0-64,0
Al2O3 13,0-20,0
CaO 8,0-13,0
MgO 7,0-12,0
TiO2 0-2,5
Li2O 0-0,08
Na2O+K2O 0-1,0
ZrO2 0-2,0
Fe2O3 0-0,6
F2O 0-0,6

Однако у этих безборных составов недостаточно высокий модуль упругости, 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 стекло для производства стекловолокна (патент РФ №2263639, кл. С03С 13/00, 2004 г. - прототип), включающий, мас.%:

SiO2 58,0-60,0
Al2O3 12,0-14,0
CaO 20,0-22,0
MgO 3,0-5,0
TiO2 0,01-1,9
R2O(Na2O+K2O) до 1,0
ZrO2 0,01-2,0

Данное стекло обладает модулем упругости 7700 МПа, прочностью волокна 3400 МПа.

Недостатком данного состава являются невысокие значения прочности (3400 МПа) и модуля упругости (7700 МПа).

Заявленное изобретение направлено на ликвидацию указанных недостатков данного состава стекла, предназначенного для производства непрерывного стеклянного волокна.

Главным критерием, определяющим достижение новых качественных характеристик и создание нового вида изделий, являются не только повышение отдельных показателей, таких как модуль упругости, прочность, высокая химстойкость и их сочетание, но и улучшенные технологические свойства, обеспечивающие стабильность и безобрывность процесса формования стеклянного волокна на многофильерных стеклоплавильных сосудах с высоким коэффициентом полезного времени.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке высокотехнологичного высокомодульного состава стекла, позволяющего осуществить стабильный процесс выработки непрерывного волокна, гарантирующего повышение КПВ процесса формования волокна и снижение капельной обрывности, т.е. производительности стеклоплавильного сосуда. Достижение этой задачи обеспечивает получение высокотехнологичного высокомодульного волокна с повышенной прочностью (высокой разрывной нагрузкой комплексной и крученой нити), низким коэффициентом вариации прочности, обеспеченным высоким КПВ и низкой капельной обрывностью, а также хорошей химической стойкостью в кислых и нейтральных средах.

Перечисленные задачи достигаются присутствием в составе кальций-магнийалюмосиликатного стекла диоксида титана в достаточном количестве (от 4 до 10 мас.%), которое в сочетании с микродобавками оксида циркония от 0,01 до 0,04 мас.%, оксида железа от 0,01 до 0,50 мас.% и оксидов щелочных металлов калия и натрия от 0,01 до 0,70 мас.% обеспечивает высокий модуль упругости, повышенную прочность и химическую стойкость 1-й гидролитический класс.

Технический результат достигается тем, что стекло для производства непрерывного стекловолокна, включающее SiO2, Al2O3, CaO, MgO, TiO2, R2O (Na2O+K2O), ZrO2, содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.%:

SiO2 50,0-60,0
Al2O3 10,0-20,0
CaO 12,0-16,0
MgO 6,0-10,0
TiO2 4,0-10,0
R2O(Na2O+K2O) 0,1-0,7
ZrO2 0,01-0,4
Fe2O3 0,01-0,5,

причем стекло обладает низкой температурой верхнего предела кристаллизации 1240°С и химической стойкостью - 1-й гидролитический класс.

Пример 1. Для получения предлагаемого состава готовят шихту, содержащую (мас.%): SiO2 - 55,5; Al2O3 - 14,0; CaO - 14,0; MgO - 8,0; TiO2 - 8,0; R2O - 0,3; ZrO2 - 0,1; Fe2O3 - 0,1. Шихту загружают в печь и плавят при температуре 1550-1570°С, затем из расплавленной стекломассы формуют непрерывное стеклянное волокно диаметром 8-10 мкм при температуре 1350-1370°С на многофильерном стеклоплавильном сосуде. Примеры 1, 2 и 3 приведены в таблице 1.

Таблица 1
Оксиды, мас.% и свойства Примеры
1 2 3
SiO2 55,5 52,0 59,5
Al2O3 14,0 12,0 19,2
CaO 14,0 15,0 12,0
MgO 8,0 10,0 4,0
TiO2 8,0 10,0 4,0
R2O 0,3 0,7 0,4
ZrO2 0,1 0,2 0,4
Fe2O3 0,1 0,1 0,5
Модуль упругости, МПа 90000 93000 91000
Прочность волокна, МПа 4100 4200 4000
Температура формования при log η=3,0 1250 1240 1230
Химическая устойчивость 13 16 17
H2O 80 90 100
1н. HCl 450 480 430
1н. NaOH 1 гидрол класс 1 гидрол класс 1 гидрол класс
Диэлектрическая проницаемость при 25°С и 60 Гц 7,0 6,9 6,8
Коэффициент полезного времени (КПВ) процесса выработки волокна 0,95-0,98 0,92-0,95 0,94-0,97
Капельная обрывность, количество капель/ч 0,4-0,6 0,6-0,8 0,5-0,7
Температура верхнего предела кристаллизации, °С 1240 1250 1235
Разрывная нагрузка комплексной нити, Н 22-24 20-22 21-23

Таким образом, использование изобретения позволяет создать высокомодульное, прочное и химически стойкое непрерывное стеклянное волокно, которое может быть использовано для изготовления ровингов и тканей различного назначения, в том числе электроизоляционного, в качестве армирующих материалов для стеклопластиковых изделий, применяемых в кислых и щелочных средах.

Стекло для производства непрерывного стекловолокна, включающее SiO2, Al2O3, CaO, MgO, TiO2, R2O (Na2O+K2O), ZrO2, отличающееся тем, что оно содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

SiO2 50,0-60,0
Al2O3 10,0-20,0
CaO 12,0-16,0
MgO 6,0-10,0
TiO2 4,0-10,0
R2O (Na2O+K2O) 0,1-0,7
ZrO2 0,01-0,4
Fe2O3 0,01-0,5,

причем стекло обладает низкой температурой верхнего предела кристаллизации 1240°С и химической стойкостью - 1-й гидролитический класс.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к стекольной промышленности, преимущественно к созданию стекловолокна, обладающего особыми свойствами. .
Изобретение относится к составу стекла, устойчивого к воздействию химических сред, для изготовления упрочняющих нитей, а также к упрочняющим нитям, полученным из этой композиции, и к композиту из органического или неорганического материала, содержащему такие нити.
Изобретение относится к термостойкому стекловолокну, которое используют для повышения прочности композиционных материалов. .
Изобретение относится к составу стекла, стойкого к воздействию щелочей и кислот, полученному из него армирующему стекловолокну и композитам, содержащим указанное стекловолокно.
Изобретение относится к области технологии силикатов и касается составов стекла для стекловолокна, которое может быть использовано для изготовления фильтров, применяемых в производстве химических, биологически активных веществ, лекарственных препаратов.
Изобретение относится к химической промышленности, преимущественно к производству стекловолокнистых материалов, предназначенных для изготовления стеклополимерных композитов.

Изобретение относится к области технологии силикатов и касается составов стекла, применяемого для выработки волокна, преимущественно фильерным способом. .
Изобретение относится к составу непрерывного базальтового волокна и технологии его получения и может быть использовано в химической и строительной промышленности, в частности для армирования бетонов. Непрерывное волокно на основе базальта содержит следующие компоненты в мас.%: оксид алюминия 11,5-19,5; смесь оксидов железа 7,0-13,5; оксид титана 0,5-5,0; оксид кальция 7,0-15,5; оксид магния 2,5-11,0; оксид калия 0,5-2,5; оксид натрия 1,5-3,5; оксид циркония 1,0-16,5; оксид лантана 0,5-5,5 и оксид кремния - остальное. Раскрывается также способ изготовления данного непрерывного волокна. Изобретение позволяет получить непрерывное базальтовое волокно с улучшенной щелочестойкостью и повышенными прочностными свойствами. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Наверх