BR0107212B1 - composição de fibra de vidro. - Google Patents

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BR0107212B1 BRPI0107212-9A BR0107212A BR0107212B1 BR 0107212 B1 BR0107212 B1 BR 0107212B1 BR 0107212 A BR0107212 A BR 0107212A BR 0107212 B1 BR0107212 B1 BR 0107212B1
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Description

"COMPOSIÇÃO DE FIBRA DE VIDRO".
A presente invenção refere-se a composições de vidro parafazer fibras de vidro, e mais particularmente acomposições de vidro tendo temperaturas mais baixas delíquidus e de formação.
As composições de vidro mais comuns para fazer fios defibra de vidro contínuos para têxteis e reforços de fibrade vidro é o vidro "E". Os requisitos de que tipo decomposição constitui uma composição de vidro "E" estãoincluídos em ASTM D578-98. Uma vantagem de usar um vidro"E" é que a sua temperatura de líquidus é bem inferior àsua temperatura de formação, i.é, tipicamente maior que56°C (90°F) e geralmente entre 83 e IlO0C (150 a 200 °F).
Conforme usados aqui, os termos "temperatura deformação", "Tform" e "temperatura de formação Iog 3"significam a temperatura do vidro à qual a viscosidade dovidro é Iog 3, ou 1000 poise, e os termos "temperatura deliquidus" e "Tlíq" significam a temperatura na qual a fasesólida (cristais) e a fase líquida (fundido) estão emequilíbrio. A diferença entre Tform e Tlíq referida aquicomo "delta T" ou "ΔΤ", é uma medida comum do potencialde cristalização de uma dada composição de fundidos. Naindústria formadora de fibras de vidro, ΔΤ é tipicamentemantido a uma temperatura de pelo menos 50°C (9 0°F) demaneira a evitar a desvitrificação do vidro fundidodurante a operação de formação da fibra de vidro, e emparticular, na área de embuchamento.
Vidros contendo boro e flúor foram desenvolvidos paraatingir estas condições de operação. Maisespecificamente, o boro e o cloro foram incluídos nosmateriais de batelada do vidro para atuarem como fluxosdurante a operação de fusão. Em particular, o vidro Epode incluir até 10% p/p de B2O3 até 1,0 de flúor (videASTM D 5788-00 §4.2). Entretanto, esses materiais sãovolatilizados durante a fusão e emissões de boro e flúorsão liberados à atmosfera. Uma vez que boro e flúor sãoconsiderados como poluentes, essas emissões sãoestreitamente controladas por legislações ambientais, quepor sua vez requerem controle cuidadoso das operações deforno e o uso de equipamentos para controle de poluiçãocaros. Em resposta a este problema, foram desenvolvidosvidros E com baixo teor de boro e/ou baixo teor de flúor.Conforme usado aqui, "baixo teor de boro" significa que acomposição de vidro apresenta não mais que 5 por cento empeso (% p/p) de boro, e inclui vidro isento de boro, e"baixo teor de flúor" significa que a composição de vidro possui não mais que 0,30% p/p de flúor, e inclui vidroisento de flúor.
Para informações adicionais referentes a composições devidro e métodos para fibrificar a composição de vidro,vide K.Loewenstein, The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres, (3a De., 1993) páginas 30-44,47-60, 115-122 e 126-135, e F.T.Wallenberger (editor),Advanced Inorganic Fibers: Processes, Structures,Properties, Applications, (2000) nas páginas 81-102, e129-168, que são aqui incorporados por referência.
Pelo fato de a operação de formação da fibra de vidropropriamente dita se conduzida a -altas temperaturas, háum grande uso de energia associado com a sua produção,juntamente com altos custos de energia associados.Ademais, as altas temperaturas aceleram a degradação dorefratário usado no forno de fusão do vidro, bem como asbuchas usadas para formar as fibras. As buchas incluemmetais preciosos que não podem ser recuperados do vidro àmedida que as buchas se corroem. Seria vantajoso produziras fibras de vidro em temperaturas de formação e deliquidus as mais baixas quanto possível de maneira areduzir o consumo e custos de energia bem como a cargatérmica sobre o refratário do forno e buchas, enquantoque ao mesmo tempo provendo o ΔΤ requerido para asseguraruma operação de formação de fibra de vidro ininterrupta.
Reduzindo as temperaturas de formação e de liquidus dascomposições de vidro também poderá resultar em benefíciosambientais, tais como, mas não limitados a, uma reduçãona quantidade de combustível necessária para a operaçãode formação das fibras, bem como a redução da temperaturado gás combustível. Ademais, seria vantajoso se ascomposições de vidro fossem composições com baixo teor deflúor e/ou de baixo teor de boro de maneira a reduzir oueliminar os poluentes ambientais associados com essesmateriais.
A presente invenção provê uma composição formadora defibra de vidro com baixo teor de boro que tenha umatemperatura de formação de não mais que 1240°C (2262°F) ,um ΔΤ de pelo menos 50°C (90°F) , e uma razão de SiO2 paraRO (i.é, CaO + MgO) de não mais que 2,35. Em umaconcretização não limitativa da presente invenção, acomposição de vidro tem um teor de sílica de não mais que59 por cento em peso. Em uma outra concretização nãolimitativa da invenção, a composição de vidro é isenta deboro.
O sumário acima, bem como a seguinte descrição detalhadadas concretizações da presente invenção, serão melhor entendidos quando lidos em conjunto com os desenhosapensos. Nos desenhos:
As figuras 1-6 mostrando a relação entre a razão de SiO2para RO de diversas composições formadoras de fibras devidro entre as temperaturas de formação e de líquidus dascomposições baseado nos dados mostrados nas tabelas A a
F, respectivamente.
A composição básica para as fibras com baixo teor de boroda presente invenção adequada para têxteis e reforços defibra de vidro inclui os seguintes constituintesprincipais em por cento em peso com base no peso total dacomposição de vidro final.
<table>table see original document page 4</column></row><table>K2O (%ρ/ρ) 0 a 2 até 1
Deve ser apreciado que, salvo indicação em contrário,todos os valores numéricos discutidos aqui, tal como, masnão limitados a porcentuais em peso de materiais outemperaturas, são aproximados e estão sujeitos avariações devido a diversos fatores bem conhecidosdaqueles versados na técnica tais como mas não limitadosa, padrões de medidas, equipamentos e técnicas. Comoresultado, tais valores devem ser entendidos como estandoem todas as instâncias modificados pelo termo "cerca de".
Consequentemente, salvo indicação em contrário, osparâmetros numéricos mostrados no seguinte descritivo ereivindicações apensas são aproximações que podem variardependendo das propriedades desejadas de serem obtidaspela presente invenção. No mínimo, cada parâmetronumérico deve ser entendido pelo menos à luz do número dedígitos significativos reportados e aplicando técnicas dearredondamento comuns. Por exemplo, onde o presentepedido afirma que a faixa para SiO2 é de 52 a 62 porcento em peso, esta faixa é de cerca de 52 a cerca de 62por cento em peso, e onde afirma que a temperatura deformação de uma composição de vidro não deve ser maiorque 1249°C (2280°F), a temperatura é de cerca de 1249°C.
Não obstante as faixas numéricas e parâmetros indicando aabrangência ampla da invenção serem aproximações, osvalores numéricos mostrados nos exemplos específicos sãoreportados o mais precisamente quanto possível. Qualquervalor numérico, entretanto, inerentemente contém certoserros necessariamente resultantes do desvio padrãoencontrado nas suas respectivas medições de teste.
Ademais, quando a quantidade de um material oucombinações de materiais em particular divulgados aquiforme expressos em termos de "por cento" ou "%", deveficar entendido que isto significa "por cento em peso" ou"%p/p".
Materiais adicionais podem ser adicionados à composiçãode vidro para modificar as propriedades de fusão dovidro. Por exemplo, e sem limitar as composições de vidrodivulgadas aqui, Li2O, ZnO, MnO, e/ou MnO2, podem seradicionados â composição de fibra de vidro para reduzir aTform e/ou a TLIG. Em uma concretização não limitativa dapresente invenção, a composição de vidro inclui 0 a 1,5%p/p de Li2O e/ou 0 a 0,15% p/p de ZnO e/ou 0 a 3% p/p deMnO e/ou 0 a 3% p/p de MnO2. Acredita-se que níveisdesses materiais de menos que 0,05% p/p seriamconsideradas quantidades estranhas ou tão baixas que nãoimpactariam materialmente as propriedades de fusão dovidro. Como resultado, em outra concretização nãolimitativa, 0,05 a 1,5% p/p de Li2O e/ou 0,05 a 1,5% p/pde ZnO e/ou 0,05 a 3% p/p de MnO e/ou 0,05 a 3% p/p deMnO2 estão incluídos na composição de vidro. Em ainda umaoutra concretização não limitativa da invenção, ascomposições de vidro incluem 0,2 a 1% p/p de Li2O e/ou0,2 a 1% p/p de ZnO e/ou até 1% p/p de MnO e/ou até 1%p/p de MnO2.
O MgO é um outro material tipicamente incluído em uma
composição formadora de fibra de vidro. Descobriu-se queo perfil de aquecimento e fusão de uma composição defibra de vidro, e em particular a temperatura deliquidus, pode ser controlada e em particular otimizadacontrolando a quantidade de MgO. Ademais, foi determinadoque um eutético (temperatura de liquidus mínima) existeem um quaternário genérico SiO2-Al2O3-CaO-MgO a cerca de2,5% p/p de MgO (vide pedido de patente PCT US n°00/14155, que é aqui incorporado por referência. Semlimitar a presente invenção, em uma concretização nãolimitativa, a composição de fibra de vidro inclui 1 a 5%p/p de MgO, p.e., 1 a 4% p/p ou 1,7 a 2,9% p/p ou 1,9 a2,65% p/p de MgO.
Boro é outro material que pode ser adicionado acomposições de fibra de vidro para reduzir a Tform e a
Tliq. Entretanto, conforme discutido anteriormente, ainclusão de boro resulta na produção de emissõesparticuladas que, dependendo do nível de particulados,podem ser removidos de uma corrente de escape de forno defusão sendo liberados para o ambiente. Não obstante aquantidade de B2O3 em uma composição de fibra de vidropoder ser de até 10% p/p, na presente invenção, acomposição de vidro tem um baixo teor de boro, i.é, temum teor de B2O3 de não mais que 5% p/p. Em outrasconcretizações não limitativas da presente invenção, acomposição de fibra de vidro tem não mais que 4% p/p, ounão mais que 3%, ou não mais que 2% p/p de B2O3. Em umaoutra concretização não limitativa da com formadora defibra de vidro, a composição de vidro com baixo teor deboro é essencialmente isenta de boro, i.é, inclui nãomais que vestígios de B2O3, que é considerado aqui comosendo de até 0,05% p/p de B2O3. Em ainda uma outraconcretização não limitativa, a composição de fibra devidro com baixo teor de boro não inclui nenhum B2O3.Deve ser apreciado que as composições de fibra de vidropodem incluir outros constituintes e a presente invençãocontempla a inclusão de outros materiais nas composiçõesde fibra de vidro, tais como, mas não limitados a, 0 a 2%p/p cada de TiO2, BaO, ZrO2, e SrO, p.e., até 1,5% p/p ouaté 1% p/p de cada um desses materiais.
Ademais, devido às preocupações ambientais discutidasanteriormente, em uma concretização não limitativa dapresente invenção, a composição de vidro tem um baixoteor de flúor. Em uma outra concretização não limitativa,a composição de vidro é isenta de flúor, i.é, inclui nãomais que uma quantidade vestígio de flúor, que éconsiderada aqui como sendo de até 0,05% p/p de flúor. Emainda outra concretização não limitativa, a composição devidro não inclui flúor. Exceto onde indicado emcontrário, as composições formadoras de fibras de vidrodivulgadas e discutidas aqui estão isentas de flúor.Deve ser apreciado que as composições de vidro divulgadasaqui podem também incluir pequenas quantidades de outrosmateriais, por exemplo, adjuvantes de fusão e refinação,materiais estranhos ou impurezas. Por exemplo, e semlimitar a presente invenção, adjuvantes de fusão erefinação, tais como SO3, são úteis durante a produção dovidro, mas suas quantidades residuais no vidro podemvariar e ter, se algum, um efeito material mínimo sobre as propriedades do produto de vidro. Adicionalmente,pequenas quantidades dos aditivos discutidos acima podementrar na composição de vidro como materiais estranhos ouimpurezas incluídas nas matérias-primas dos constituintesprincipais.
Fibras de vidro comerciais da presente invenção podem serpreparadas da maneira convencional bem conhecida natécnica, misturando as matérias-primas usadas para supriros óxidos específicos que formam a composição das fibras.Por exemplo, tipicamente areia é usada para SiO2, argila para Al2O3, cal ou calcário para CaO, e dolomita para MgOe parte do CaO. Conforme discutido anteriormente, o vidropode incluir outros aditivos que são adicionados paramodificar as propriedades do vidro bem como pequenasquantidades de adjuvantes de fusão e refino, materiais estranhos ou impurezas.
Após misturados os ingredientes nas proporções adequadaspara prover o peso desejado de cada constituinte do vidrodesejado, a batelada é fundida em um forno de fusão defibra de vidro convencional e o vidro fundido resultante é passado por uma pré-fornalha convencional e para dentrode um embuchamento formador de fibra de vidro localizadoao longo do fundo da pré-fornalha, conforme é bemconhecido daqueles versados na técnica. Durante a fase defusão do vidro, os materiais da batelada de vidro são tipicamente aquecidos a uma temperatura de pelo menos14OO0C (2550°F) . 0 vidro fundido é então sacado ou puxadoatravés de uma pluralidade de orifícios no fundo doembuchamento. As correntes de vidro fundido são atenuadasde modo a formar filamentos juntando uma pluralidade de filamentos entre para formar um cordão enrolando o cordãoem torno de um tubo montado em uma pinça de tornogiratória de uma máquina enroladora. Alternativamente, aaparelhagem formadora de fibra de vidro pode ser, porexemplo, um dispositivo formador de fibras ou fiostexteis sintéticos no qual fibras são puxadas através debocais em uma placa, conforme é conhecidos daquelesversados na técnica. Pré-fornalhas e arranjos formadoresde fibras de vidro típicos são mostrados em K.Loewenstein, The Manufacturing Technology of ContinuousGlass Fibres, (3a Edição 1993) nas páginas 85-107 epáginas 115-135 que são aqui incorporadas por referência.
Diversas séries de diferentes tipos de composições defibra de vidro com baixo teor de boro foram feitos paraexaminar certas relações entre a quantidade deconstituintes do vidro selecionado e as correspondentestemperaturas de formação e de liquidus de maneira aidentificar composições de vidro tendo uma temperatura deformação abaixada e um ΔΤ desejado. Durante testes, ascomposições de vidro para as diferentes séries deamostras experimentais foram divididas nas seguintescategorias e sub-categorias composicionais principais:
Tipo I - alta Tform (Tform>1240°C) / baixo teor de boroTipo I-I isento de boroTipo 1-2 até 2,5% p/p de B2O3Tipo II - baixa Tform (Tform<124 0°C), baixo teor de boro,2,5% p/p MgOTipo II-I isento de boroTipo II-2 até 5% p/p de B2O3Tipo III - baixa Tform (TforM<124 0°C), baixo teor de boro,2,5% p/p de MgOTipo III-I isento de boro com lítioTipo III-2 isento de boro com lítio e zincoTipo III-3 isento de boro com zincoTipo III-4 até 5% p/p de B2O3
Vidros do Tipo I-I incluiriam vidros da técnica anteriortais como aqueles divulgados no exemplo 1 da patentefrancesa n° 2.768.144 (daqui por diante "patente λ144")patentes U.S. nos 4.542.106 e 5.789.329 (daqui por diante"patente ' 106" e patente '144", respectivamente) e ovidro ADVANTEX®, comercialmente disponível da OwensCorning Fiberglass, e tipicamente inclui aproximadamente60% p/p de SiO2, 25% p/p de CaO + MgO (daqui por diante"RO"), e 12-14% p/p de Al2O3 e estão isentos de boro.Vidros do Tipo 1-2 incluiriam vidros da técnica anteriortais como aqueles divulgados no exemplo 2 da patentev144, que incluem 1,7% p/p de B2O3 e 60,82% p/p de SiO2.As tabelas AaF incluem exemplos de cada série decomposições de fibra de vidro e foram usadas para gerarcorrespondentes figuras 1-6, respectivamente, conformeserá discutido adiante em mais detalhe. Na tabela A, osexemplos 1-8 são vidros do Tipo II-I enquanto que osexemplos 9-34 são vidros Tipo I-I. Na tabela B, osexemplos 35-77 são vidros tipo II-2, enquanto que nosexemplos 78-83 são vidros Tipo 1-2. Na tabela C, osexemplos 84-143 e 152-156 são vidros Tipo III-I enquantoque os exemplos 144-151 são semelhantes, mas têm umatemperatura de formação Iog 3 maior que 124 0 °C. Natabela D, os exemplos 157-171 são vidros Tipo III-2enquanto que os exemplos 172-183 são semelhantes mas têmuma temperatura de formação Iog 3 maior que 124 0°C. Natabela E, os exemplos 194-197 são vidros Tipo III-3enquanto que os exemplos 184-193 são semelhantes mas têmuma temperatura de formação Iog 3 maior que 1240°C. Natabela F, os exemplos 198-296 são vidros Tipo III-4enquanto que os exemplos 2 97 e 2 98 são semelhantes mastêm uma temperatura de formação Iog 3 maior que 1240°C.TABELA A - TIPO I-I E VIDRO II-I
<table>table see original document page 11</column></row><table>
TABELA A - TIPO I-I E VIDRO II-I (continuação) <table>table see original document page 11</column></row><table>TABELA A - TIPO I-I E VIDRO II-I (continuação)
<table>table see original document page 12</column></row><table>
TABELA A - TIPO I-I E VIDRO II-I (continuação)
<table>table see original document page 12</column></row><table>TABELA B - TIPO 1-2 E VIDRO II-2
<table>table see original document page 13</column></row><table>
TABELA B - TIPO 1-2 E VIDRO II-2 (continuação)
<table>table see original document page 13</column></row><table>TABELA B - TIPO 1-2 E VIDRO II-2 (continuação)
<table>table see original document page 14</column></row><table>TABELA B - TIPO 1-2 E VIDRO II-2 (continuação)
<table>table see original document page 15</column></row><table>
TABELA C - TIPO III-I VIDRO
<table>table see original document page 15</column></row><table>
TABELA C - TIPO III-I VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 15</column></row><table>TABELA C - TIPO III-I VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 16</column></row><table>
TABELA C - TIPO III-I VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 16</column></row><table>
TABELA C - TIPO III-I VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 16</column></row><table>TABELA C - TIPO III-I VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 17</column></row><table>
TABELA C - TIPO III-I VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 17</column></row><table>
TABELA C - TIPO III-I VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 17</column></row><table>TABELA D - TIPO III-2 VIDRO
<table>table see original document page 18</column></row><table>
TABELA D - TIPO III-2 VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 18</column></row><table>TABELA D - TIPO III-2 VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 19</column></row><table>
TABELA E - TIPO III-3 VIDRO
<table>table see original document page 19</column></row><table>TABELA E - TIPO III-3 VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 20</column></row><table>
TABELA F - TIPO III-4 VIDRO
<table>table see original document page 20</column></row><table>TABELA F - TIPO III-4 VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 21</column></row><table>
* composições incluindo 0,05 p/p Sro e 0,08 p/p S03
TABELA F - TIPO III-4 VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 21</column></row><table>TABELA F - TIPO III-4 VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 22</column></row><table>TABELA F - TIPO III-4 VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 23</column></row><table>
TABELA F - TIPO III-4 VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 23</column></row><table>TABELA F - TIPO III-4 VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 24</column></row><table>
TABELA F - TIPO III-4 VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 24</column></row><table>TABELA F - TIPO III-4 VIDRO (continuação)
<table>table see original document page 25</column></row><table>
As amostras foram amostras experimentais produzidas em umlaboratório. As amostras experimentais foram preparadas apartir de óxidos grau reagente (p.e., sílica ou cálciapuras) . O tamanho de batelada para cada exemplo foi de1000 gramas. Os ingredientes de batelada individuaisforam pesados, combinados e colocados em um pote de vidroou recipiente plástico firmemente vedado. 0 pote ourecipiente vedado foi então colocado em um agitador detinta durante 15 minutos ou em um misturador turbilhonardurante 25 minutos para efetivamente misturar osingredientes. Uma porção da batelada foi então colocadaem um cadinho, enchendo não mais que % do seu volume. 0cadinho foi então colocado em uma estufa e aquecido até1427°C (2600°F) durante 15 minutos. A bateladaremanescente foi então adicionada ao cadinho quente eaquecido até 1427°C (2600°F) durante 15 a 30 minutos. Atemperatura do forno foi então aumentada para 1482°C(2700°F) e mantida aí durante 2 horas. 0 vidro fundidofoi então fritado em água e secado. As amostras fritadasforam refundidas a 1482°C (2700°F) e mantidas a estatemperatura durante 2 horas. O vidro fundido foi entãonovamente fritado em água e secado. A temperatura deformação, i.é, a temperatura do vidro à viscosidade de1000 poise, foi determinada pelo método ASTM C965-81, e atemperatura de liquidus pelo método ASTM C829-81.
Os pesos por cento das composições mostradas nas tabelasAaF são baseados no peso por cento de cada constituintena batelada. Acredita-se que o peso por cento da bateladaseja geralmente aproximadamente igual ao peso por centoda amostra fundida, exceto por materiais de batelada devidro que se volatilizam durante a fusão, p.e., boro eflúor. Para o boro, acredita-se que o peso por cento deB2O3 em uma amostra de laboratório seja de 5 a 15 porcento menor que o peso porcentual de B2O3 na composiçãoda batelada, a perda precisa dependendo da composição edas condições de fusão. Para o flúor, acredita-se que opeso por cento de flúor em uma amostra de teste delaboratório seja aproximadamente 50 por cento menor que opeso por cento de flúor na composição da batelada, aperda precisa dependendo da composição e das condições dafusão. Acredita-se ainda que composições de fibra devidro feitas de materiais de grau comercial apresentem osmesmos porcentuais de batelada e de fundido que aquelesdiscutidos acima, com a perda precisa dependendo, emparte, da temperatura de operação do forno, da produção eda qualidade dos materiais de batelada comerciais. Aquantidade de flúor e de boro reportadas nas tabelas levaem consideração a perda esperada desses materiais erepresenta a quantidade esperada de vidro na composiçãode vidro.
A determinação da temperatura de formação Iog 3 foibaseada nas amostras de vidro sendo comparadas contrapadrões físicos fornecidos pelo National Institute ofStandards and Testing (NIST). Nas tabelas AaF, atemperatura de formação Iog 3 reportada está baseada emcomparação com NIST 710A ou NIST 714, ambos os quais sãopadrões de vidro de soda cal sílica. É esperado que ambosos padrões provejam resultados comparáveis uma vez queambos estão baseados em um padrão de soda cal sílica. ATliq não é afetada pelo padrão NIST. Salvo afirmação emcontrário, as temperaturas de formação Iog 3 reportadasaqui são baseadas no padrão NIST 714.
Na presente invenção, as variáveis composicionais deinteresse são o peso por cento de SiO2 e o peso por centode RO, e a relação de interesse é a razão de SiO2 paraRO, i.é, Si02/R0. As propriedades de fundido de interessesão a temperatura de formação e a temperatura de liquidusuma vez que uma meta na presente invenção é prover umacomposição de vidro com baixo teor de boro tendo umatemperatura de formação abaixada e um ΔΤ desejado tal quea composição possa ser processada a baixa temperaturaenquanto que reduzindo a possibilidade de desvitrificaçãodo vidro fundido na área de embuchamento durante umaoperação de formação de fibra de vidro. Sem limitar apresente invenção, em uma concretização não limitativa, acomposição de vidro tem uma ΔΤ de pelo menos 50°C (90°F) ,p.e., pelo menos 55°C (IOO0F). Em outras concretizaçõesnão limitativas, a composição de vidro tem uma ΔΤ de 50 a100°C (90 a 180°F) , ou de 50 a 83°C (90 a 150°F) , ou de 50a 72°C (90 a 130°F) .
Com referência às figuras 1 a 6, a relação entre a razãode Si02/R0 é plotada contra ambas a temperatura deformação e a temperatura de liquidus da amostra. Aslinhas de tendência mais adequadas para as temperaturasbaseadas em um protocolo de análise de regressão desegunda ordem, e em particular são curvas polinomiais de2a ordem geradas usando Microsoft"8 Excel 97 SR-2 (f) . Porinferência, ambas as linhas de tendência também mostram amudança resultante da ΔΤ as temperaturas de liquidus e deformação.
Observando-se as figuras 1 a 6, pode ser visto que àmedida que a razão de Si02/R0 decresce, a temperatura deformação geralmente decresce, enquanto que a tendência natemperatura de liquidus difere dependendo do tipo devidro. Ademais, pode ser visto que à medida que a razãode Si02/R0 decresce, a ΔΤ também decresce. Comoresultado, a razão de Si02/R0 pode ser usada para reduzira temperatura de formação de uma composição formadora defibra de vidro enquanto que provendo uma desejada ΔΤ.Mais particularmente, na presente invenção onde a ΔΤ forde pelo menos 50°C, uma composição tendo uma ΔΤ de 50°C éindicativa de uma composição tendo uma combinação demateriais e quantidades que provê uma temperatura deformação mínima permissível, i.é, a temperatura deformação mais baixa para uma combinação particular deconstituintes que ainda mantenha a desejada faixa entreas temperaturas de formação e de liquidus. Daí, pode serinferido que quanto mais estreita a faixa de ΔΤ, maispróxima está a temperatura de formação do vidro de ter atemperatura de formação de vidro mínima permissível paraaquela combinação particular de constituintes. Tambémpode ser inferido que quanto mais além estiver a ΔΤ deuma composição de vidro da ΔΤ mínima permissível, maior éa oportunidade de modificar a composição de vidro de umamaneira que reduza a Tform enquanto que mantendo uma ΔΤnão menor que a ΔΤ mínima permissível. Para estafinalidade, a razão de Si02/R0 pode ser manipuladamudando-se a quantidade de SiO2 e/ou de RO para produziruma composição de vidro tendo uma ΔΤ tão próxima quantopossível da ΔΤ mínima desejada. Deve ser apreciado que sea razão de Si02/R0 abaixar demais, a ΔΤ poderá abaixar aum nível inaceitável. Apesar de não requerido, em umaconcretização não limitativa da invenção, Si02/R0 é nãomaior que 2,35. Em outras concretizações não limitativas,SiO2/RO é não maior que 2,30, ou não maior que 2,25, ounão maior que 2,20. Em ainda uma outra concretização nãolimitativa da invenção, Si02/R0 varia de 1,9 a 2,3, p.e.,de 2,05 a 2,29.
Apesar de as tabelas de A a F e correspondentes figuras 1a 6 ilustrarem como a razão em peso por cento de SiO2para RO afeta as propriedades de fusão do vidro, e emparticular a temperatura de liquidus, a temperatura deformação e a ΔΤ, composições amostras de vidro adicionaisbem como relações adicionais entre os constituintes dovidro, tais como por exemplo a diferença entre aquantidade de SiO2 e RO (i.é, % p/p de SiO2 - % p/p deRO) , o peso por cento de Al2O3, a razão de SiO2 paraAl2O3, conforme estes se relacionam com as temperaturasde liquidus e de formação e ΔΤ, são divulgados no pedidode patente provisório U.S. n° 60/230474, que é aquiincorporado por referência.
É conhecido que a sílica pura é o formador de vidro deponto de fusão mais alto. Um fundido de sílica pura não tem um ponto de fusão bem definido, mas solidifica-segradualmente e forma um vidro ã medida que resfria até atemperatura ambiente, e a sua viscosidade abaixa de maiorque Iog 4 (10.000) poise a 2500°C (1371°F) . Fundidos decálcia, magnésia e alumina puras são conhecidos como tendo viscosidades muito baixas de 0,5-2 poise nos seusrespectivos pontos de fusão. Esses materiais nãosolidificam a um vidro mas, ao contrário, cristalizaminstantaneamente no seu ponto de fusão fortementedefinido. Em uma composição típica de vidro quaternárioSiO2-Al2O3-CaO-MgO com 60% de SiO2 e 21% de CaO, cadaóxido contribui com suas características exclusivas paraseu equilíbrio nas propriedades de fusão.
Baseado nessas propriedades de materiais, pode serinferido que tal como o SiO2, que é o maior componente óxido da composição de vidro em termos de peso por cento,é reduzido em uma composição deste tipo, a viscosidade defundido e a temperatura de formação Iog 3 decrescem. CasoCaO, que é o segundo maior componente da composição devidro em termos de peso por cento, é aumentado em tal composição, o efeito de RO (CaO + MgO) nas propriedadesdo vidro será dobrado. Mais especificamente, este não sóaumentará a fluidez do fundido resultante (i.é, reduzir asua viscosidade) mas também aumentará a cristalização dofundido resultante (i.é, aumentará a temperatura deliquidus), e daí reduzirá a ΔΤ.
Como resultado, apesar de não requerido, em umaconcretização não limitativa da presente invenção, ascomposições de vidro têm (1) o teor mais baixo de SiO2que dará as temperaturas de formação Iog 3 mais baixas,em combinação com (2) a razão de SiO2 para RO (RO=CaO +MgO) que dá a ΔΤ requerida pelo processo, que estápresente na invenção é de pelo menos 50°C.
Baseado no acima e apesar de não requerido, em umaconcretização não limitativa da presente invenção, onível de sílica é mantido baixo, i.é, não maior que 59%p/p, de maneira a promover uma temperatura de formaçãoIog 3 mais baixa. Em outras concretizações nãolimitativas da presente invenção, as composições de vidrotêm não mais que 58% p/p de SiO2, ou não mais que 57% p/pde SiO2.
A tabela G sumariza características de composições devidro com baixo teor de boro selecionadas divulgadas nastabelas AaF que tenham (i) uma Tform de não mais que1240°C (2264°F) , (ii) uma ΔΤ na faixa de 50-83°C (90-150°F) e (iii) não mais que 59% p/p de SiO2. Descobriu-seque uma temperatura de formação maior que 1240°C podeacelerar a perda de metais preciosos nos embuchamentosformadores de fibras de vidro. Em outras concretizaçõesnão limitativas da presente invenção, a temperatura deformação é não maior que 1230°C, ou não maior de 1220°C,ou não maior que 1210°C, ou não maior que 120 0°C.Para fins de comparação, a tabela G também incluicaracterísticas semelhantes de vidros selecionados TipoI-I e 1-2, duas composições de vidro E contendo borocomerciais, e duas composições de vidro ADVANTEXcomerciais. É notado que nenhum desses exemplosespecíficos atende aos critérios de seleção para osvidros da presente invenção apresentados na tabela G.
TABELA G
<table>table see original document page 30</column></row><table><table>table see original document page 31</column></row><table>
1Produzido pela PPG Industries, Inc., Pittsburgh, PA.
2padrão de vidro desconhecido
3amostra analisada usando análise de fluorescência deraios-X
Com referência à tabela G, pode ser visto que os vidrosTipos II-l, III-l, III-2 e III-3 selecionados geralmentetêm menos SiO2, uma razão mais baixa de Si02/R0, umatemperatura de formação mais baixa, e uma faixa de ΔΤmais estreita que a amostra de vidros isentos de boro I-1. Semelhantemente, os vidros Tipos II-2 e III-4selecionados geralmente têm menos SiO2, uma razão Si02/R0mais baixa, uma temperatura de formação mais baixa, e umafaixa de ΔΤ mais baixa que as amostras de vidros Tipo 1-2contendo boro. Ademais, os vidros selecionados Tipos II eIII geralmente têm um teor de SiO2 mais alto, uma razãode Si02/R0 mais baixa, e uma faixa de ΔΤ mais estreitaque as duas amostras de alto teor de boro comerciais.As tabelas Η, I, JeK ilustram composições de vidroadicionais de acordo com a presente invenção.
TABELA H
<table>table see original document page 32</column></row><table>
TABELA H (continuação)
<table>table see original document page 32</column></row><table>TABELA I
<table>table see original document page 33</column></row><table>
TABELA J TABELA K
<table>table see original document page 33</column></row><table>
Mais particularmente, as composições da tabela H sãocomposições de vidro do Tipo II-2, i.é, vidros com baixoteor de boro tendo 1,2 a 1,4% p/p de B2O3, que têm umbaixo teor de SiO2 variando de 55,4 a 57,75% p/p, umarazão de Si02/R0 variando de 2,02 a 2,20, uma temperaturade formação variando de 1210 a 1221°C e uma ΔΤ variandode 54 a 72°C. As composições da tabela I também sãocomposições do Tipo II-2 com baixo teor de boro queincluem 3% p/p de B2O3. Essas composições também têm umbaixo teor de SiO2 variando de 54,12 a 55,75% p/p, umarazão de Si02/R0 variando de 1,96 a 2,13, uma temperaturade formação variando de 1193 a 1201°C e uma ΔΤ variandode 64 a 82°C. A tabela J inclui composições do Tipo II-2tendo um teor de B2O5 de cerca de 5% p/p. De relevânciaparticular dentre as composições na tabela J são osbaixos teores de SiO2 (53,00 a 53,50% p/p), razões deSiO2RO (1,97 a 2,10), temperaturas de formação (1167 a1177°C), e faixa de ΔΤ (57 a 69°C). A tabela K incluicomposições do Tipo III-4 que têm um baixo teor de SiO2variando de 54,60 a 57,85% p/p, uma razão de Si02/R0variando de 2,19 a 2,35, uma temperatura de formaçãovariando de 1187 a 1208°C e uma ΔΤ de 54°C.
Com base no acima, em uma concretização não limitativa dapresente invenção, a composição de fibra de vidrocompreende 52 a 62 por cento em peso de SiO2, 0 a 2 porcento em peso de Na2O, 16 a 25 por cento em peso de CaO,8 a 16 por cento em peso de Al2O3, 0,05 a 0,80 por centoem peso de Fe2O3, 0 a 2 por cento em peso de K2O, 1 a 5por cento em peso de MgO, 0 a 5 por cento em peso deB2O3, 0 a 2 por cento em peso de TiO2, e 0 a 1 por centoem peso de F, sendo que a composição de vidro tem umatemperatura de formação Iog 3 de não mais que 124 O0Cbaseado em um padrão de referência NIST 714, uma ΔΤ depelo menos 50°C, e uma razão de Si02/R0 de não mais que2,35. Em uma outra concretização não limitativa, o teorde SiO2 da composição de vidro é não maior que 59 porcento em peso, a ΔΤ é na faixa de 50 a 83°C, e a razão deSi02/R0 é na faixa de 1,9 a 2,3 e ainda a temperatura deformação Iog 3 é não maior que 123O°C baseada em umpadrão de referência NIST 714. Em ainda uma outraconcretização não limitativa, a composição de vidro éisenta de boro.
Em ainda uma outra concretização não limitativa dapresente invenção, a composição de fibra de vidrocompreende 53 a 59 por cento em peso de SiO2, 0 a 2 porcento em peso de Na2O, 16 a 25 por cento em peso de CaO,8 a 16 por cento em peso de Al2O3, 0,05 a 0,80 por centoem peso de Fe2O3, 0 a 2 por cento em peso de K2O, 1 a 4por cento em peso de MgO, 0 a 5 por cento em peso deB2O3, 0 a 2 por cento em peso de TiO2, e 0 a 1 por cento em peso de F, sendo que a composição de vidro tem umatemperatura de formação Iog 3 de não mais que 124 0°Cbaseada em um padrão de referência NIST 714, e uma ΔΤ nafaixa de 50 a 100°C, e uma razão de Si02/R0 na faixa de1,9a 2,3.
Observando as tabelas e figuras, deve ser apreciado quemuitas das composições de amostras, apesar de terem umaΔΤ maior que a ΔΤ mínima requerida para um processo emparticular, também têm uma temperatura de formação maisalta que aquelas das composições da presente invençãodevido, em parte, aos seus altos níveis de sílica e/oualtas razões de Si02/R0. Como um resultado, taiscomposições são mais caras para produzir comercialmente,pelo menos em termos de custos de energia. Taiscomposições incluem as composições do Tipo I discutidas aqui. Ademais, as tabelas e figuras contêm muitasamostras contendo uma ΔΤ menor que a ΔΤ mínima desejadade 50°C (90°F) . Esses tipos de composições podem serencontradas ao longo do espectro composicional em cadafigura, mas especialmente em níveis baixos de- sílica e Si02/R0. Devido à faixa de ΔΤ mais estreita, o risco dovidro fundido solidificar durante a operação de formaçãoda fibra de vidro aumenta até um nível inaceitável.Será apreciado por aqueles versados na técnica ,quemudanças poderiam ser feitas às concretizações descritas acima sem partir do conceito inventivo amplo das mesmas.Daí, deve ser entendido que esta invenção não estálimitada às concretizações particulares divulgadas, maspretende-se cobrir modificações que estejam dentro doespírito e da abrangência da invenção, conforme definida nas reivindicações apensas.

Claims (16)

1. Composição de fibra de vidro, caracterizada pelo fatode compreender:SiO2 52 a 62 por cento em peso;Na2O 0 a 2 por cento em peso;CaO 16 a 25 por cento em peso;Al2O3 8 a 16 por cento em peso;Fe2O3 0,05 a 0,80 por cento em peso;K2O 0 a 2 por cento em peso;MgO 1 a 5 por cento em peso;B2O3 0 a 5 por cento em peso,-TiO2 '0 a 2 por cento em peso; eLi2O 0,05 a 1,5 por cento em peso;sendo que a composição de vidro apresenta uma temperaturade formação Iog 3 de não mais que 1240°C baseado em umpadrão de referência NIST 714, a temperatura de liquidus(ΔΤ) ser de pelo menos 50°C, e uma razão de Si02/R0 denão mais que 2,35.
2. Composição de fibra de vidro, de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de a composiçãode vidro compreender ainda pelo menos um materialselecionado dentre:ZnO 0,05 a 1,5 por cento em peso;MnO 0,05 a 3 por cento em peso;MnO2 0,05 a 3 por cento em peso.
3. Composição de fibra de vidro, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato dea razão de Si02/R0 não ser maior que 2,30.
4. Composição de fibra de vidro, de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada pelo fatode a razão de Si02/R0 não ser maior que 2,25.
5. Composição de fibra de vidro, de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo fatode a razão de Si02/R0 não ser maior que 2,20.
6. Composição de fibra de vidro, de acordo com qualqueruma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada pelo fatode a razão de Si02/R0 estar na faixa de 1,9 a 2,3, ouestar na faixa de 2,05 a 2,29.
7. Composição de fibra de vidro, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato deo teor de SiO2 ser de 57,6 a 58,8 por cento em peso.
8. Composição de fibra de vidro, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo' fato deser essencialmente livre de Boro.
9. Composição de fibra de vidro, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato deser essencialmente livre de flúor.
10. Composição de fibra de vidro, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato deo teor de MgO ser de I^a 4 por cento em peso.
11. Composição de fibra de vidro, de acordo com qualqueruma das reivindicações Ia 10, caracterizada pelo fato deo teor de TiO2 não ser maior que 1,5 por cento em peso.
12. Composição de fibra de vidro, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato dea temperatura de liquidus (ΔΤ) ser de pelo menos 55°C.
13. Composição de fibra de vidro, de acordo com.qualqueruma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pel-o fato dea temperatura de liquidus (ΔΤ) ser de 50°C a 100°C, maispreferencialmente de 50°C a 83°C.
14. Composição de fibra de vidro, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato detemperatura de formação Iog 3 de não mais que 123O°Cbaseado em um padrão de referência NIST 714.
15. Composição de fibra de vidro, de acordo - com qualqueruma das reivindicações 1 a 14, caracterizada pelo fato detemperatura de formação Iog 3 de não mais que 1220°Cbaseado em um padrão de referência NIST 714.
16. Composição de fibra de vidro, de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 15, caracterizada pelo fato detemperatura de formação Iog 3 de não mais que 1210°Cbaseado em um padrão de referência NIST 714.
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