Эрклез для получения полых стеклянных микросфер
Владельцы патента RU 2569135:
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Стеклопластик" (RU)
Изобретение относится к составам эрклеза для получения легковесных неорганических наполнителей - легких прочных полых стеклянных микросфер различных марок, использующихся при создании многослойных конструкционных материалов с низкой плотностью для авиастроения, судостроения и автомобильной промышленности. Техническим результатом изобретения является получение полых стеклянных микросфер с истинной плотностью 0,15-0,40 г/см3 и повышенной прочностью. Стекло для получения эрклеза содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: Na2O 8,00-20,00; B2O3 8,00-15,00; СаО 4,00-10,00; ZnO 1,00-3,50; ZrO2 0,01-0,30; Fe2O3 0,01-0,50; TiO2 0,0-0,40; Al2O3 0,0-1,00; SO3 0,50-1,50;CrO3 0,001-0,20; MoO3 0,001-0,20; SiO2 остальное. 1 табл.
Изобретение относится к составам стекол, в частности к составам натриевоборосиликатного стекла для производства эрклеза, из которого изготавливают легковесные неорганические дисперсные наполнители - легкие прочные полые стеклянные микросферы различных марок, использующиеся при создании многослойных конструкционных материалов с низкой плотностью для авиастроения, судостроения и автомобильной промышленности, в производстве сферопластиков, взрывчатых веществ, герметиков, красок, шпаклевки, в радиотехнике и др.
К наиболее важным свойствам микросфер, обуславливающих их области применения, относятся истинная плотность и прочность при всестороннем сжатии, которая оценивается величиной гидростатического давления в воде, вызывающего разрушение определенного количества (10%) микросфер.
Для достижения определенных свойств полых стеклянных микросфер решающее значение имеет выбор химического состава стекла для эрклеза и режимы его синтеза. При этом должны учитываться не только требования, предъявляемые к физико-механическим свойствам микросфер, но и показатели, играющие существенную роль в процессе сферолизации микросфер, а именно реологические свойства и поверхностное натяжение стекломассы.
Известен состав стекла для получения полых микросфер (Патент РФ №2235693, кл. С03В 19/10, 2001 г.), включающий, мас. %:
SiO2 | 54,56-60,53 |
Na2O | 12,30-20,10 |
K2O | 0,09-1,07 |
B2O3 | 3,24-7,01 |
СаО | 5,99-6,56 |
MgO | 1,35-2,79 |
PbO | 11,28-12,53 |
SO3 | 0,30-0,80 |
Недостатком этого состава стекла является наличие большого количества оксида свинца, пониженная вязкость и высокая плотность.
Также известно стекло для производства полых микросфер (Патент РФ №2059574, кл. С03В 19/10, 1992 г.), включающее, масс. %:
SiO2 - 69,0
Na2O - 8,0
B2O3 - 8,0
СаО - 8,0
ZnO - 2,0
Но в составе этого стекла не указаны газообразующие компоненты, обеспечивающие процесс сферолизации.
Также известен состав стекла для производства полых микросфер (Патент США №4661137, кл. С03В 19/08, 1987 г. - аналог), включающий, мас. %:
SiO2 | 55,00-80,00 |
Al2O3 | 0,00-5,00 |
Na2O+K2O+Li2O | 8,00-18,00 |
B2O3 | 1,00-10,00 |
CaO+MgO+BaO+ZnO | 4,00-14,00 |
S | 0,01-0,05 |
Однако в этих стеклах присутствует малое содержание серы, недостаточное для получения полых микросфер с пониженной плотностью. Кроме того, наличие оксида бария, являющегося токсичным компонентом, повышает вязкость и снижает производительность процесса формования микросфер.
Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату является стекло для производства стеклянных полых микросфер (Патент США №4391646, кл. С03С, 13/00, 1983 г. - прототип), включающее, мac. %:
SiO2 | 60,0-90,0 |
R2O(Na2O+K2O+Li2O) | 2,0-20,0 |
B2O3 | 1,0-30,0 |
RO(ZnO, СаО, MgO, BaO, SrO) | 0-25,0 |
R2O3(Al2O3, Fe2O3, Sb2O3) | 0-10,0 |
RO2(TiO2, ZrO2, MnO2) | 0-10,0 |
R2O5(P2O5, V2O5) | 0-10,0 |
S | 0,005-0,5 |
F | 0-5,0 |
Из стекла, заявленного в прототипе, получают полые микросферы с недостаточно высокой прочностью и высокой плотностью (от 0,4 до 1,0 г/см3), при этом разброс по диаметру полых микросфер составляет 5-200 мкм. Кроме того, недостаточное количество газообразователя S в составе стекла прототипа не дает возможности сформовать полые микросферы с низкой плотностью.
Заявленное изобретение направлено на устранение указанных недостатков данного состава, предназначенного для получения эрклеза, используемого при производстве легких прочных полых стеклянных микросфер.
Задача настоящего изобретения заключается в разработке высокотехнологичного состава стекла для получения эрклеза, обеспечивающего производство легких прочных полых микросфер.
Задача достигается присутствием в составе натриево-кальциевоборосиликатного стекла, содержащего ZnO, ZrO2, Fe2O3, TiO2, Al2O3 и SO3 в количестве от 0,5 до 1,5 мас. %, которые в сочетании с малыми добавками CrO3 и МоО3 в количестве 0,001-0,4 мас. % понижают поверхностное натяжение и энергию активации вязкого течения расплава, тем самым обеспечивая формование легких прочных полых микросфер.
Техническим результатом изобретения является получение полых стеклянных микросфер с повышенной прочностью и истинной плотностью от 0,15 до 0,40 г/см3.
Технический результат достигается тем, что эрклез для получения полых стеклянных микросфер, включающий SiO2, Na2O, В2О3, СаО, ZnO, ΖrO2, Fe2O3, TiO2, Al2O3, SO3, дополнительно содержит CrO3 и MoO3 при следующем соотношении компонентов, мас. %
SiO2 | 60,00-80,00 |
Na2O | 8,00-20,00 |
B2O3 | 8,00-15,00 |
СаО | 4,00-10,00 |
ZnO | 1,00-3,50 |
ZrO2 | 0,01-0,30 |
Fe2O3 | 0,01-0,50 |
TiO2 | 0,01-0,40 |
A12O3 | 0,10-1,00 |
SO3 | 0,50-1,50 |
CrO3 | 0,001-0,20 |
MoO3 | 0,001-0,20 |
причем микросферы, полученные из данного эрклеза, обладают повышенной прочностью на гидростатическое сжатие и истинной плотностью от 0,15 до 0,40 г/см3.
Пример осуществления изобретения. Для получения предлагаемого состава готовят шихту, содержащую (мас. %): SiO2-68,00; Na2O-13,56; В2O3-9,40; СаО-6,30; ZnO-1,40; ZrO2-0,05; Fe2O3-0,083; ТiO2-0,05; Al2O3-0,35; SO3-0,80; СrO3 0,002; MoO3 0,005. Шихту загружают в печь и плавят при температуре 1270±10°С. Затем расплав стекломассы отливают в воду, получая эрклез, из которого после измельчения формуют микросферы с плотностью от 0,15 до 0,40 г/см3.
Примеры 1, 2 и 3 приведены в таблице.
Таким образом, использование изобретения позволяет создать эрклез, обеспечивающий производство легких прочных полых микросфер с истинной плотностью от 0,15 до 0,40 г/см3, которые могут быть использованы при создании многослойных конструкционных материалов с низкой плотностью для авиастроения, судостроения и автомобильной промышленности.
Эрклез для получения полых стеклянных микросфер, включающий SiO2, Na2O, В2О3, CaO, ZnO, ZrO2, Fe2O3, TiO2, Al2O3, SO3, отличающийся тем, что дополнительно содержит CrO3 и MoO3 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Na2O | 8,00-20,00 |
В2О3 | 8,00-15,00 |
СаО | 4,00-10,00 |
ZnO | 1,00- 3,50 |
ZrO2 | 0,01-0,30 |
Fe2O3 | 0,01-0,50 |
TiO2 | 0,01-0,40 |
Al2O3 | 0,01-1,00 |
SO3 | 0,50-1,50 |
CrO3 | 0,001-0,20 |
MoO3 | 0,001-0,20 |
SiO2 | остальное |
причем микросферы, полученные из данного эрклеза, обладают повышенной прочностью на гидростатическое сжатие и истинной плотностью от 0,15 до 0,40 г/см3.