BR112013016177B1

BR112013016177B1 - composição de vidro, fibra de vidro, processo para fornecer fibras contínuas, manufaturáveis, de alto módulo de elasticidade em um forno de fundição de vidro e artigo de fibra de vidro reforçado

Info

Publication number: BR112013016177B1
Application number: BR112013016177A
Authority: BR
Inventors: Longobardo Anthony; Hausrath Robert
Original assignee: Agy Holding Corp
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2020-04-14
Also published as: MX2013007202A; BR112013016177A2; CN103596897A; CA2824644A1; EP2655276B1; WO2012087313A1; MX360051B; EP2655276A1; EP2655276A4; CN111662009A; JP5828908B2; JP2014519459A; CA2824644C

Abstract

composição de vidro, fibra de vidro, processo para fornecer fibras contínuas, manufaturáveis, de alto módulo de elasticidade em um forno de fundição de vidro e artigo de fibra de vidro reforçado composições de vidro e fibras de vidro de alto módulo de elasticidade e alta resistência feitas das mesmas, sendo capazes de processamento contínuo econômico e adequado para a produção de compósitos de baixo peso, alta resistência e/ou alta dureza, tais como turbinas de lâmina de vento, a composição de vidro compreende os seguintes constituintes nos limites definidos abaixo, expressos como percentagens em peso: entre cerca de 56 a cerca de 61% por cento em peso de sio2; entre cerca de 16 e cerca de 23 por cento em peso de al2o3, em que a razão de percentagem em peso de sio2/al2o3 está entre cerca de 2 a cerca de 4; entre cerca de 8 a cerca de 12 por cento em peso de mgo; entre cerca de 6 a cerca de 10 por cento em peso de cao, em que a razão de percentagem de mgo/cao está entre cerca de 0,7 a cerca de 1,5; entre cerca de 0 a cerca de 2 por cento em peso de na2o; menos do que cerca de 1 por cento em peso de li2o; e residual total de óxidos de metal de transição menor do que cerca de 2 por cento em peso.

Description

“COMPOSIÇÃO DE VIDRO, FIBRA DE VIDRO, PROCESSO PARA FORNECER FIBRAS CONTÍNUAS, MANUFATURÁVEIS, DE ALTO MÓDULO DE ELASTICIDADE EM UM FORNO DE FUNDIÇÃO DE VIDRO E ARTIGO DE FIBRA DE VIDRO REFORÇADO”

Campo da Técnica [001]A presente revelação é direcionada de forma geral a composições de vidro adequadas para isso na manufatura contínua de fibras de vidro de alta resistência, e especificamente, fibras formadas a partir da composição e compósitos da mesma.

Fundamentos da Invenção [002]Atualmente há um número de famílias de vidro designadas para alta resistência e alto módulo de elasticidade que são pelo menos capazes de formar fibras. Por exemplo, R-Vidro e S-Vidro são exemplos de tais famílias de vidro, ambos os quais possuem maior resistência do que E-Vidro contendo boro. O R-Vidro é considerado um vidro de alto módulo de elasticidade e alta resistência que é formável em fibras e útil em aplicações de compósitos de aeroespaço. O R-Vidro é tipicamente composto de óxido de silício, óxido de alumínio, óxido de magnésio e óxido de cálcio.

[003]O S-Vidro é tipicamente composto de óxido de silício, óxido de alumínio e óxido de magnésio (ASTM Internacional (D578-05)). As fibras de S-Vidro têm uma resistência mecânica levemente maior, em parte por seu maior teor de sílica e menor teor de óxido de cálcio que as fibras de R-Vidro. A composição química da família do S-Vidro também fornece para fibra de vidro de maior resistência útil em aplicações de alta resistência, tal como armadura balística. A Deutsches Institutflir Normung (DIN) classifica o S-Vidro como um vidro de aluminossilicato (e.g., principalmente trióxido de alumínio e dióxido de silício) e tendo MgO em cerca de 10% em peso (DIN 1259-1) sem CaO adicionado.

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 10/32

2/17 [004]Uma desvantagem das famílias de R-Vidro e S-Vidro é que elas requerem temperaturas altas de fusão e processamento durante a formação de fibras que os E-Vidros, o que requer que os R-Vidros e S-Vidros sejam geralmente manufaturados pela fusão dos constituintes das composições em forno de fundição especializado tal como um forno de fundição revestido com platina, portanto, aumentando os custos de produção da formação das fibras de R-Vidro e S-Vidro comparados com as fibras de E-Vidro. Em adição, altas temperaturas de processamento reduzem a vida dos revestimentos metálicos das fibras, que são muito caros para serem repostos. Idealmente, um processo de produção de fibras contínuo utilizando um forno de fundição revestido refratário e temperaturas de revestimentos metálicos de fibras baixos seria desejável em combinação com uma composição de vidro de alta resistência.

Sumário [005]Composições de vidro para a formação de fibras de vidro contínuas que são adequadas para uso em aplicações de alta resistência e que são capazes de serem economicamente formadas em fibras de vidro usando fornos de fundição diretos de baixo custo são fornecidas. As atuais composições de vidro exibem temperaturas baixas de fusão e formação de fibras adequadas para fornos revestidos refratários. As atuais composições de vidro combinam esses benefícios de processamento com características de resistência de fibras de processos mais restritivos de alto preço de fibras de vidro tais como S-Vidro e R-Vidro.

[006]Portanto, em uma modalidade, uma composição compreendendo entre cerca de 56 a cerca de 61% por cento em peso de SiO2; entre cerca de 16 e cerca de 23 por cento em peso de AteOa, em que a razão de percentagem em peso de SiO2/Al2O3 está entre cerca de 2 a cerca de 4, entre cerca de 8,5 a cerca de 11,5 por cento em peso de MgO; entre cerca de 6 a cerca de 10 por cento em peso de CaO, em que a razão de percentagem em peso de MgO/CaO está entre cerca de 0,7 a

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 11/32

3/17 cerca de 1,5; entre cerca de 0 a cerca de 2 por cento em peso de Na2O; menos do que cerca de 1 por cento em peso de L12O; e residual total de óxidos de metal de transição menor do que cerca de 2 por cento em peso, é fornecida. As fibras de vidro formadas a partir desta composição também são fornecidas.

[007]Em um aspecto, a composição de vidro compreende entre cerca de

57.5 a cerca de 60,5% por cento em peso de SiO2; entre cerca de 17,3 e cerca de

21.5 por cento em peso de Al2O3, em que a razão de percentagem em peso de SiO2/Al2O3 está entre cerca de 2,7 a cerca de 3,5; entre cerca de 9,0 a cerca de 11,3 por cento em peso de MgO; entre cerca de 7,5 a cerca de 9,7 por cento em peso de CaO, em que a razão de percentagem em peso de MgO/CaO está entre cerca de 1,0 a cerca de 1,2; entre cerca de 0 a cerca de 2 por cento em peso de Na2O; menos do que cerca de 0,5 por cento em peso de Li2O; e residual total de óxidos de metal de transição menor do que cerca de 2 por cento em peso, é fornecida. As fibras de vidro formadas a partir desta composição também são fornecidas.

[008]Em outro aspecto, a percentagem em peso dos quatro óxidos mais abundantes presentes na composição de vidro ou fibra pode ser expressa como segue: 57 < SiO2 < 60; 17 < Al2O3 < 22; 7 < MgO < 12; 7 < CaO < 11,5; 1 < Na2O <2; e em que a composição de vidro ou fibra possui as seguintes razões de óxidos: 2,7 < SiO2/Al2O3 < 3,5 por percentagem em peso presente e 0,8 < MgO/CaO < 1,2 por percentagem em peso.

[009]Em outra modalidade, um processo para fornecer fibras de vidro de alto módulo de elasticidade, manufaturáveis, contínuas em um forno de fundição de vidro é fornecido. O processo compreende fornecer uma composição a uma zona de fusão de um forno de fundição de vidro, a composição compreendendo entre cerca de 56 a cerca de 61 % por cento em peso de SiO2; entre cerca de 16 e cerca de 23 por cento em peso de Al2O3, em que a razão de percentagem em peso de SiO2/Al2O3 está entre cerca de 2 a cerca de 4, entre cerca de 8 a cerca de 12 por cento em pe

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 12/32

4/17 so de MgO; entre cerca de 6 a cerca de 10 por cento em peso de CaO, em que a razão de percentagem em peso de MgO/CaO está entre cerca de 0,7 a cerca de 1,5; entre cerca de 0 a cerca de 2 por cento em peso de Na2O; menos do que cerca de 1 por cento em peso de L12O; e residual total de óxidos de metal de transição menor do que cerca de 2 por cento em peso; e aquecer a composição para uma temperatura de formação em excesso da temperatura líquidus de um vidro resultante para formar vidro fundido fibrerizável e fibrerizar continuamente o referido vidro fundido, por meio do que um processo de vidro de alto módulo de elasticidade manufaturável é suportado [0010]Em outra modalidade, um artigo reforçado de fibra de vidro é fornecido, o artigo compreende fibras de vidro da composição descrita acima e um material de matriz orgânico, inorgânico ou orgânico - inorgânico.

Descrição Detalhada da Invenção [0011]Os vidros revelados e descritos aqui são adequados para fundição em fornos de vidro revestidos com refratários comercialmente disponíveis, que são amplamente utilizados na manufatura de fibras de reforço de vidro. As propriedades mecânicas e a efetividade das partes de compósito são aumentadas pelo melhoramento da performance mecânica das fibras de vidro, especialmente o módulo de Young das fibras.

[0012]Como utilizado aqui, ao termo “líquidus” é dado seu significado ordinário e costumeiro, geralmente, inclusive da mais alta temperatura na qual o equilíbrio existe entre vidro líquido e sua fase cristalina primária, enquanto que em todas as temperaturas acima da liquidus, cristais podem formar na fusão.

[0013]Como utilizado aqui, o termo “delta-T (ΔΤ)” é dado seu significado ordinário e costumeiro, geralmente inclusive da diferença entre a temperatura de fibrerização e a liquidus,e portanto, uma propriedade de fibrerização da composição de vidro. Quanto maior o delta-T, maior o grau de flexibilidade de processo durante a

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 13/32

5/17 formação das fibras de vidro e menor provável desvitrificação (formação de cristais dentro do forno) do vidro fundido vai ocorrer durante a fundição e fibrerização. Tipicamente, quanto maior delta-T, menor o custo de produção das fibras de vidro, em parte pela vida estendida dos revestimentos metálicos e pelo fornecimento de uma janela de processo de formação de fibras mais ampla.

[0014]Como utilizado aqui, a frase “essencialmente livre de lítio” se refere a uma composição atendendo a que óxidos de lítio e/ou seus precursores não são intencionalmente adicionados à composição, entretanto, quantidades em traços de lítio são toleráveis, de preferência, menos do que 1 por cento em peso, mais de preferência menos do que 0,75 por cento em peso, ainda mais de preferência menos do que 0,5 por cento em peso. Em um aspecto, quantidades traço de lítio é inferior a 0,25 por cento em peso.

[0015]Como utilizado aqui, a frase “essencialmente livre de potássio” se refere a uma composição atendendo a que óxidos de potássio não são intencionalmente adicionados à composição, entretanto, quantidades em traços de lítio são toleráveis, de preferência, menos do que 1 por cento em peso, mais de preferência menos do que 0,75 por cento em peso, ainda mais de preferência menos do que 0,5 por cento em peso. Em um aspecto, quantidades traço de lítio é inferior a 0,25 por cento em peso. À frase “essencialmente livre”, com referência a outros óxidos ou substancias deve ser dado o mesmo significado.

[0016]Em um aspecto, quando o dióxido de silício na composição para formar fibras é menos do que 56 por cento em peso, quando os outros componentes da composição são tomados em consideração, a viscosidade do vidro se torna muito baixa e há um risco aumentado de desvitrificação durante a fibrerização. Acima de 61%, o vidro se torna mais viscoso e mais difícil de fundir e fibrerizar. De preferência, a quantidade de sílica é entre cerca de 56 e cerca de 61 por cento em peso.

[0017]Em um aspecto, reduzindo a percentagem da concentração do óxido

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 14/32

6/17 de alumínio na composição para formar fibras, quando os outros componentes da composição são tomados em consideração, para abaixo de 17 por cento em peso, resulta em uma redução do módulo de elasticidade, considerando que um aumento muito grande na percentagem da concentração de óxido de alumínio, e.g., acima de 22 por cento em peso, pode causar desvitrificação e aumentos na viscosidade de fusão. De preferência, portanto, o teor de alumina das composições atuais é entre cerca de 16 a cerca de 23 por cento em peso.

[0018]De forma vantajosa, a razão da percentagem em peso dos óxidos de sílica e alumina (SiO2/Al2O3) é entre cerca de 2 a cerca de 4, de preferência entre cerca de 2,7 e cerca de 3,5 na composição para formar fibras, o que torna possível alcançar fibras de alto módulo de elasticidade, quando os outros componentes da composição são levados em consideração.

[0019]Magnésia ou óxido de magnésio (MgO) está presente na atual composição e fornece um efeito de redução de viscosidade bem como um melhoramento no módulo de elasticidade do vidro. A percentagem em peso preferida de MgO na composição para formar fibras é entre cerca de 8 a cerca de 12, mais de preferência entre cerca de 9 e cerca de 11,3 por cento em peso, quando os outros componentes da composição são tomados em consideração.

[0020]Óxido e cálcio (CaO) também está presente na atual composição e é utilizado para ajustar a viscosidade e para controlar a desvitrificação das composições de vidro durante processamento dentre outras coisas. A percentagem preferida de CaO na composição para formação de fibras é entre cerca de 7 e cerca de 10 por cento em peso, de preferência entre cerca de 7,8 a cerca de 9,7, quando os outros componentes da composição são levados em consideração, tal como a quantidade de óxido de magnésio. A razão de peso CaO/MgO tem uma influência no módulo de elasticidade e na temperatura liquidus do vidro, e portanto, para um dado teor de alumina, de preferência, a razão CaO/MgO varia de cerca de 0,7 a cerca de 1,5,

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 15/32

7/17 mais de preferência, entre cerca de 1 a cerca de 1,2.

[0021]A composição do vidro para fornecer fibras de alto módulo de elasticidade, portanto, é pelo menos em parte, baseada no relacionamento de SiO2/Al2O3 e do MgO/CaO em por cento em peso. Em um aspecto, a combinação desses parâmetros torna possível obter valores de módulo de Young altos de cerca de 90 GPa ou mais e maiores do que 85 GPa para módulo de tensão de fio impregnado, por exemplo, enquanto ainda tem boa fibrerazibilidade. Em certos aspectos, a combinação desses parâmetros torna possível obter valores de módulo de Young de cerca de 92 GPa ou mais e cerca de 90 GPa para módulo de tensão de fio impregnado.

[0022]Outros óxidos de metais alcalinos terrosos, por exemplo, BaO e SrO, podem estar presentes na composição de vidro como impurezas em traços, isto é, eles não são intencionalmente adicionados, e portanto, a quantidade total desses óxidos é mantida abaixo de 2 por cento em peso, de preferência abaixo de 1 por cento em peso, de modo a não aumentar a densidade do vidro, o que teria o efeito de diminuir o módulo de Young específico. De preferência, a composição contém essencialmente nenhum BaO e SrO.

[0023]Óxido de lítio (Li2O) é geralmente acreditado a ser essencial para obter um módulo de Young específico alto de fibras de vidro, onde foi reportado para fornecer uma redução substancial na temperatura de trabalho em quantidades acima de 3 por cento em peso, mas em quantidades abaixo de 1 por cento em peso, a redução na temperatura de trabalho é insuficiente para fibrerização. Entretanto, foi encontrado pelos requerentes que com a seleção apropriada de óxidos de silício, alumínio, magnésio, cálcio e sódio, que as atuais composições e fibras fornecem vidros de alto módulo de elasticidade que podem ser obtidos com essencialmente nenhum óxido de lítio adicionado. Portanto, as atuais composições e fibras de vidro preferencialmente são livres de lítio.

[0024]Óxido de boro (B2O3) na atual composição de vidro está presente em

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 16/32

8/17 uma percentagem em peso menor do que 1%, de preferência 0,5%. Boro não é intencionalmente adicionado às composições atuais. Qualquer boro presente nas fibras de vidro finais veio de impurezas de matéria-prima. Portanto, em um aspecto, as atuais composições e fibras de vidro são essencialmente livres de boro.

[0025]O óxido de titânio age como um redutor de viscosidade e ajuda a aumentar o módulo de Young específico. Ele pode estar presente como uma impureza (seu teor na composição é então de 0 a cerca de 1%) ou pode ser intencionalmente em matérias-primas convencionais, que são as matérias-primas preferidas para o forno refratário padrão. Sua adição intencional requer o uso de matérias-primas não convencionais que são mais caras. De preferência, o teor de TiO2 é inferior a 1 por cento em peso.

[0026]Em um aspecto, Na2O é adicionado à composição de vidro aqui revelada, a fim de limitar a desvitrificação e diminuir a viscosidade do vidro. De preferência, a percentagem em peso de Na2O é entre 0 a cerca de 2%, de preferência cerca de 0,7 a cerca de 1,2. Em um aspecto, a composição de vidro atual é composta por apenas quantidades apreciáveis de um único óxido de metal alcalino (e.g., não há, essencialmente, óxidos mistos de metais alcalinos, tais como ambos Na2O e K2O e estando presentes, por exemplo). Preferencialmente, a composição contém menos do que 0,2 por cento em peso de uma mistura de óxidos mistos de metais alcalinos, especificamente, a mistura de Na2O e K2O.

[0027]O flúor (F2) pode estar presente na composição, a fim de ajudar a fusão do vidro e na fibrerização. No entanto, o seu teor é limitado a cerca de 0 a cerca de 1 por cento em peso. De preferência, a composição da invenção é essencialmente livre de flúor.

[0028]Os óxidos de metais de transição (por exemplo, Fe2O3, o óxido de zircônio e formas de óxido de cromo), estão geralmente presentes como impurezas na composição da invenção, ou são adicionados em níveis baixos como auxiliares de

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 17/32

9/17 processamento. Em um aspecto, a percentagem em peso total de óxido de metal de transição adicionado à composição da invenção é de preferência inferior a 2, de preferência inferior a cerca de 1. Estes óxidos de metal de transição são impurezas nas matérias-primas que podem estar presentes em pequenas quantidades, mas não são intencionalmente adicionados à composição da invenção.

[0029]Em um aspecto, o vidro é essencialmente livre de quaisquer outros componentes adicionais diferentes do dióxido de silício, óxido de alumínio, óxido de magnésio, óxido de cálcio, óxido de sódio, com uma quantidade total de TiO2, Fe2Ü3, B2O3, e MnO sendo inferior a 2 por cento em peso, com qualquer outro material presente numa quantidade que não afete significativamente as características inovadoras da composição da invenção, tais como a sua capacidade de fabricação e de alta resistência e módulo de elasticidade.

Preparação [0030]Os processos revelados e descritos referem-se a fibras de vidro, as quais podem ser obtidas por meio da atenuação mecânica de fios de vidro fundido que fluem para fora dos orifícios situados na base de um revestimento metálico, que é aquecida por aquecimento por resistência ou outros meios. Estas fibras de vidro são destinadas especialmente para a produção de malhas e tecidos utilizados em compósitos que têm uma matriz orgânica e/ou inorgânica.

[0031]Os vidros revelados e descritos aqui são adequados para a fusão em fornos de fundição de vidro revestidos com refratários disponíveis comercialmente que são amplamente utilizados na fabricação de fibras de reforço de vidro, o qual é normalmente chamado um processo de fundição direto. Isto está em contraste com as formulações da técnica anterior, as quais foram fundidas num recipiente de fundição revestido com platina, uma vez que estas formulações da técnica anterior tipicamente não possuem propriedades que são compatíveis com os processos de fundição direta.

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 18/32

10/17 [0032]A batelada de vidro revelada e descrita aqui é fundida, em alguns casos, utilizando um forno de fusão de vidro feito a partir de materiais refratários apropriados tais como alumina, óxido crômico, sílica, alumina-sílica, zircão, zircôniaalumina-sílica, ou óxido similar baseado em materiais refratários. Muitas vezes, esses fornos de fusão de vidro incluem um ou mais borbulhadores e/ou eletrodos de impulso elétrico. Os borbulhadores e/ou eletrodos de impulso elétrico aumentam a temperatura da massa de vidro e aumentam a circulação de vidro fundido sob a cobertura da batelada.

[0033]Assim, a composição de vidro fundido aqui revelada é entregue a um conjunto de revestimentos metálicos de um canal de transporte de vidro. O revestimento metálico inclui uma placa de ponta com uma pluralidade de bicos, cada um dos bicos descarrega um fluxo de vidro fundido, o qual está desenhado mecanicamente para formar filamentos contínuos.

[0034]Assim, as fibras de vidro, de acordo com a presente revelação, são obtidas a partir dos vidros de composição descritas como acima, para fornecer um grande número de fluxos de vidro fundido que fluem para fora de um grande número de orifícios localizados na base de um ou mais revestimentos metálicos que são atenuadas na forma de um ou mais grupos de filamentos contínuos e, em seguida, esses filamentos são combinados em um ou mais fibras, que são recolhidas em um suporte móvel. Este pode ser um suporte rotativo, quando as fibras são recolhidas sob a forma de pacotes enrolados, ou na forma de um suporte que se move em translação, quando as fibras são cortadas por um dispositivo, que também serve para desenhá-los ou quando as fibras são pulverizadas por um dispositivo que serve para desenhá-las de modo a formar um tapete.

[0035]Tendo descrito geralmente esta presente revelação, uma compreensão adicional pode ser obtida por referência a certos exemplos específicos ilustrados abaixo que são proporcionados para fins de ilustração somente e não têm a intenção

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 19/32

11/17 de ser exaustivos ou limitantes a não ser que especificado em contrário.

Exemplos [0036]Os vidros exemplários listados nas Tabelas 1-2 foram preparados pela fusão em cadinhos de platina ou em forno de fundição refratário. As propriedades físicas ou mecânicas dos vidros produzidos foram medidas. As unidades de medida das propriedades físicas são: Temperatura de líquidus (°C) e delta-T (°C). Densidade (g/cm) e Módulo de Young (GPa) foram medidos para amostras de vidro representativas, e em alguns casos, a resistência à tensão de fibra primitiva (MPa) foi também medida.

[0037]A temperatura de fibrerização foi medida utilizando um viscosímetro de eixo rotacional em uma viscosidade de fibrerização de 1000 Poise denotada por T3. A temperatura na qual a viscosidade do vidro é 100 poise (T2) também foi similarmente medida. Tipicamente, a temperatura de vidro em um forno de fundição é entre T2 e T3. A temperatura de líquidus foi medida pela colocação de um container de platina carregado com vidro em um forno de gradiente térmico por cerca de 24 horas. A maior temperatura na qual os cristais estavam presentes foi considerada a temperatura de liquidus denotada por Tlíquidus. O modulo de Young foi medido usando uma técnica sônica em uma amostra de vidro de massa recozida. A resistência à tensão foi medida em uma fibra única primitiva.

[0038]Os seguintes exemplos ilustram as fibras exemplarias sem limitação.

[0039]Fibras de vidro feitas de filamentos de vidro de cerca de 10 micra em diâmetro foram obtidas pela atenuação do vidro fundido tendo a composição dada nas Tabelas 1-2, expressas em percentagens em peso ou razões de percentagem em peso. Os Exemplos 11 e 12 tem composições tendo uma quantidade de MgO que é menor do que CaO (MgO/CaO <1) que forneceram os menores valores de delta-T e maiores temperaturas líquidus das composições do presente pedido.

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 20/32

12/17

Tabela 1

	Exemplo
Composição	1	2	3	4	5	6
SiO2	59,87	59,86	59,85	59,85	58.62	58,61
AI2O3	21,53	19,95	18,53	17.35	21,20	21,20
MgO	9,08	9,93	10,67	11,31	10,14	9,92
CaO	7,80	8,53	9,19	9,73	8,74	8,54
Na2O	1,50	1,50	1,50	1.50	1.07	1.50
TiO2	0,03	0,03	0,03	0,03	0,03	0,03
Fe2O3	0,16	0,17	0,18	0.,19	0,18	0,17
SiO2/Al2O3	2,78	3,00	3,23	3,45	2,77	2.7,6
MgO/CaO	1.16	1,16	1,16	1,16	1,16	1,16
t2 (°C)	1577	1546	1520	1501	1524	1529
t3 (°C)	1372	1345	1320	1305	1333	1334
Tliquidus (°C)	1260	1241	1240	1252	1257	1264
ÁT (°C)	112	104	80	53	76	70
Densidade (g / cm ³)	2,57	2,58	2,60	2,61	2.,60	2,60
Módulo de Young (GPa)	92,4	93,2	94,5	94,9	94,9	94,6
Resistência à tensão primitiva (MPa)	-	-	-	-	4536	-

Tabela 2

	Exemplos
Composição	7	8	9	10	11	12	Exemplo com- parativo 1
SiO2	58,61	58,30	58,02	57,95	58,61	58,05	60,0
Al2O3	21,19	21,08	21,01	20,97	21,19	20,99	25,0

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 21/32

13/17

MgO	9,44	10,14	10,05	10,03	8,73	7,83	6,0
CaO	9,44	8,74	8,69	8,64	10,13	10,92	9,0
Na2O	1,07	1,50	1,07	1,07	1,07	1,07	-
LiO2	0,03	0,03	0,83	0,83	0,03	0,83	-
Fe203	0,19	0,18	0,32	0,47	0,20	0,31	-
SiO2/Al2O3	2,77	2,77	2,76	2,76	2,77	2,77	2,4
MgO/CaO	1,00	1,16	1,16	1,16	0,86	0,72	0,67
t2 (°C)	1531	1524	1512	-	1538	1533	-
t3 (°C)	1338	1330	1326	-	1344	1341	1410
Tliquidus (°C)	1268	1265	1250	-	1291	1298	1330
At (°C)	70	65	76	-	53	43	80
Densidade (g/cm3)	2,59	2,59	2,60	-	2,59	2,60	2,56
Módulo de Young (GPa)	94,3	94,2	95,1	-	93,8	93,0	94,1
Resistência à tensão primária (MPa)	-	-	-	-	-	-	4764

[0040]As Tabelas 1 e 2 mostram que os presentes exemplos exibem um balance excelente entre propriedades de fusão e fibrerização e propriedades mecânicas. Essas propriedades de fibrerização são particularmente vantajosas para processamento de fibras, pelo menos em parte em vista das temperaturas liquidus (cerca de 1240°C a 1270°C), as quais são menores do que aquelas do R-Vidro (Exemplo comparativo 1) e S-Vidro. A janela de fibrerização (AT) de todos exemplos é positiva e substancial, e é igual ou maior do que 60°C (Exemplo 9), 70°C ou maior (Exemplos 5 - 8, 10) ou 80°C (Exemplo 3) ou maior do que 100°C (Exemplos 1 - 2).

[0041]As propriedades das fibras de reforço de vidro (discutidas abaixo) são

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 22/32

14/17 principalmente governadas pela composição de seus vidros constituintes. As presentes composições de vidro fornecem fibras tendo propriedades mecânicas substancialmente comparáveis, especialmente o módulo de Young, que aquelas do R-Vidro, enquanto apreciavelmente reduzem a temperatura de fibrerização. As fibras reveladas e descritas aqui têm modulo de elasticidade superior e características de resistência que são concedidas aos compósitos. As atuais fibras de vidro dos exemplos 1 - 12 das Tabelas 1 e 2 tem um modulo de elasticidade medido entre cerca de 92 a cerca de 95 GPa. A resistência medida da fibra de vidro atual exemplária (Exemplo 5) foi encontrada ser cerca de 657 KPsi (4536 MPa). Comparada ao R-Vidro (Exemplo comparativo 1), por exemplo, as fibras de vidro da presente invenção têm uma menor T3 enquanto possuem módulo de elasticidade e resistência excelentes.

[0042]Como aparente a partir dos exemplos acima, as composições de fibra de vidro da presente revelação possuem propriedades vantajosas, tais como, baixas temperaturas de fibrerização e amplas diferenças entre as temperaturas liquidus e temperaturas de fibrerização (altos valores de delta-T). Outras vantagens e modificações óbvias da presente revelação serão aparentes ao técnico no assunto a partir da descrição acima e adicionalmente através da prática da presente revelação. O vidro de alta performance revelado e descrito pode ser fundido e refinado em temperaturas relativamente baixas, tem uma viscosidade trabalhável em uma faixa ampla de relativamente baixas temperaturas e baixa faixa de temperatura liquidus.

[0043]As composições inventivas exemplárias acima nem sempre totalizam 100% dos componentes listados devido a convenções estatísticas (tais como, arredondamentos e médias) e o fato de que algumas composições podem incluir impurezas que não estão listadas. Claro que as quantidades reais de todos os componentes, incluindo quaisquer impurezas, em uma composição sempre totalizam 100%. Adicionalmente, deve ser entendido que onde pequenas quantidades de componentes são especificadas nas composições, por exemplo, quantidades na or

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 23/32

15/17 dem de 1 por cento em peso ou menos, aqueles componentes podem estar presentes na forma de impurezas traços presentes nas matérias-primas, ao invés de intencionalmente adicionados.

[0044]Adicionalmente, componentes podem ser adicionados na composição batelada, por exemplo, para facilitar o processamento, que são posteriormente eliminados, por meio disso formando uma composição de vidro que é essencialmente livre de tais componentes. Portanto, por exemplo, quantidades minutas de componentes tais como flúor e sulfato podem estar presentes como impurezas traço nas matérias-primas fornecendo os componentes sílica, cálcia, alumina e magnésia na prática comercial da presente revelação ou eles podem ser auxiliares de processamento que são essencialmente removidos durante a manufatura.

Compósitos [0045]A presente revelação também inclui um compósito compreendendo as fibras de vidro acima mencionadas formadas a partir das composições, conforme descritas acima. Portanto, um compósito, compreendendo as fibras de vidro conforme descritas acima em combinação com um material de matriz curável, é fornecido. Em um aspecto, o compósito é configurado para aplicações nas quais alta resistência e dureza e baixo peso são desejados e/ou requeridos. Aplicações adequadas para o presente compósito compreendendo as fibras de vidro conforme descritas acima em combinação com um material de matriz orgânico, inorgânico, ou orgânico - inorgânico, incluem, por exemplo, transporte civil e militar (e.g., veículos aeroespaciais, veículos de combate militar e táticos, veículos de transporte civil pessoal e público, etc., energia dos ventos (tais como turbinas de lâminas de vento), reforços para indústria de construção (placas de cimento), blindagem de janela, etc.), e similares. Em outros aspectos, as fibras de vidro como descritas acima em combinação com um material de matriz orgânico, inorgânico ou orgânico - inorgânico são aplicáveis para qualquer aplicação onde artigos de compósitos de peso leve, dureza e alta

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 24/32

16/17 resistência é desejado.

[0046]Materiais de matriz curáveis adequados incluem resinas termoendurecíveis e termoplásticas. A título de exemplo, materiais de matriz orgânicos, inorgânicos, ou orgânicos- inorgânicos adequados incluem cimentos, cerâmica, borrachas naturais e sintéticas, poliésteres, ésteres de vinila, resina de epóxi, poliuretanos, resinas acrílicas, e combinações ou copolímeros dos mesmos. A matriz orgânica pode ser um material termoplástico ou termoendurecível. Artigos compósitos compreendendo a presente invenção podem ser fabricados utilizando qualquer técnica de fabricação adequada de compósito, por exemplo, a infusão de resina vácuo assistida, reforço pré-impregnado de armazenamento, moldagem de transferência de resina, moldagem por compressão, pultrusão, etc [0047]Num aspecto da presente divulgação, após os filamentos de vidro serem puxados e atenuados, a separação por tamanho é aplicada, usando técnicas convencionais. Depois da aplicação da separação por tamanho, as fibras resultantes são recolhidas numa mecha, que é então enrolada em uma embalagem, por exemplo, usando um enrolador convencional. Em um aspecto, a composição de tamanho separado é particularmente adequada para as fibras de vidro de alta temperatura, fornecimento de proteção contra a abrasão durante o processamento e ajudando a facilitar a molhagem das fibras revestidas por um material líquido, que vai curar ou para formar uma matriz sólida de resina na qual as fibras são incorporadas como elementos de reforço, aumentando preferencialmente a ligação entre a matriz de resina curada e as fibras de vidro.

[0048]A mecha compreendendo as fibras feitas de acordo com a presente revelação foi tratada com uma composição de tamanho proprietário e impregnado com uma resina epóxi (Hexion LI35 fabricada pela Hexion, Inc.) e curado com Hexion LH137 de acordo com ins-truções do fabricante. A impregnação da fibra de vidro produzida a partir das composições aqui reveladas e descritas, fornece fibras de vi

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 25/32

17/17 dro tendo um módulo de tensão de fio impregnado de cerca de 85 GPa, maior que 87 GPa, superior a 89 GPa e 90 GPa ou superior. Em um exemplo, uma mecha impregnada exemplar (Exemplo 5), foi testada como especificado na norma ASTM D2343 para determinar a sua resistência à tensão e módulo de elasticidade. Os dados na Tabela 3 demonstram a melhoria da força e o módulo de elasticidade de um fio compósito impregnado usando as composições de fibra de vidro aqui descritas.

Tabla 3. Teste do fio impregnado por ASTM D2343.

Diâmetro da fibra (um)	14
Resistência à tensão (MPa)	3070
Módulo de tensão (GPa)	90

[0049]O acima foi descrito genericamente e com respeito a modalidades específicas. Apesar da presente revelação ser realizada em que é acreditado ser as modalidades preferidas, uma ampla variedade de alternativas conhecidas por aqueles técnicos no assunto pode ser selecionada dentro da revelação genérica. Outras vantagens e modificações óbvias serão aparentes para um técnico no assunto a partir da descrição acima e adicionalmente através da prática da presente revelação. A presente revelação não é por outro lado limitada, exceto pela citação das reivindicações descritas abaixo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Composição de vidro CARACTERIZADA pelo fato de que compreende:

de 56 a 60,5 por cento em peso de SiO2;

de 16 a 23 por cento em peso de AteOa, em que a razão de percentagem em peso de SÍO2/AI2O3 está entre 2 e 4;

de 8 a 12 por cento em peso de MgO;

de 6 a 10 por cento em peso de CaO, em que a razão de percentagem em peso de MgO/CaO está entre 0,7 e 1,5;

Na2O presente entre 0,7 e 2 por cento em peso;

LÍ2O presente em menos do que 1 por cento em peso; e residual total de óxidos de metal de transição menor do que 2 por cento em peso.

2. Composição de vidro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a percentagem em peso de SiO2 está entre 57,5 e 60,5. 3. Composição de vidro, de acordo com a reivindicação 1,

CARACTERIZADA pelo fato de que a percentagem em peso de AteOa está entre 17,3 e 21,5.

4. Composição de vidro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a percentagem em peso de MgO está entre 9,0 e 11,3.

5. Composição de vidro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a percentagem em peso de CaO está entre 7,5 e 9,7.

6. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a razão de percentagem em peso de SiO2/Al2O3 está entre 2,7 e 3,5.

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 27/32
2/5

7. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a razão de percentagem em peso de MgO/CaO está entre 1,0 e 1,2.

8. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que é livre de lítio.

9. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que é livre de potássio.

10. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que é livre de lítio e livre de potássio.

11. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que consiste em:

de 57,5 a 60,5 por cento em peso de SiOa;

de 17,3 a 21,5 por cento em peso de AteOa, em que a razão de percentagem em peso de SiO2/Al2Oa está entre 2,7 e 3,5;

de 9 a 11,3 por cento em peso de MgO;

de 7,5 a 9,7 por cento em peso de CaO, em que a razão de percentagem em peso de MgO/CaO está entre 1,0 e 1,2;

de 0,7 a 2 por cento em peso de Na2O;

menos do que 0,5 por cento em peso de LiaO; e residual total de óxidos de metal de transição menor do que 2 por cento em peso.

12. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que tem uma temperatura liquidus de 1240°C a 1270°C e uma T2 menor do que 1550°C.

13. Fibra de vidro CARACTERIZADA pelo fato de que compreende uma composição de vidro como definida na reivindicação 1.

14. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pe

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 28/32
3/5 lo fato de que é livre de potássio.

15. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que é livre de lítio e livre de potássio.

16. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que tem uma resistência de fibra primitiva de pelo menos 4400 MPa.

17. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que tem um módulo de Young de pelo menos 90 GPa.

18. Fibra de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 17, CARACTERIZADA pelo fato de que a composição de vidro consiste em:

57,5 a 60,5 por cento em peso de SiO2;

17,3 a 21,5 por cento em peso de Al2O3, em que a razão de percentagem em peso de SiO2/Al2O3 está entre 2,7 e 3,5;

9 a 11,3 por cento em peso de MgO;

de 7,5 a 9,7 por cento em peso de CaO, em que a razão de percentagem em peso de MgO/CaO está entre 1,0 e 1,2;

entre 0,7 e 2 por cento em peso de Na2O;

menos do que 0,5 por cento em peso de Li2O; e residual total de óxidos de metal de transição menor do que 2 por cento em peso.

19. Processo para fornecer fibras contínuas, manufaturáveis, de alto módulo de elasticidade em um forno de fundição de vidro, o processo CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de:

fornecer uma composição de vidro, como definida na reivindicação 1, para uma zona de fundição de um forno de fundição de vidro;

aquecer a composição para uma temperatura de formação em excesso da temperatura liquidus de um vidro resultante para formar um vidro fundido fibrerizável; e

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 29/32
4/5 fibrerizar continuamente o dito vidro fundido, pelo qual um processo de fibrerização de vidro de alto módulo de elasticidade manufaturável é mantido.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que a composição compreende:

de 57,5 a 60,5 por cento em peso de SiO2;

de 17,3 a 21,5 por cento em peso de AteOa, em que a razão de percentagem em peso de SiO2/Al2Oa está entre 2,7 e 3,5;

de 9 a 11,3 por cento em peso de MgO;

de 7,5 a 9,7 por cento em peso de CaO, em que a razão de percentagem em peso de MgO/CaO está entre 1,0 e 1,2;

de 0,7 a 2 por cento em peso de Na2O;

menos do que 0,5 por cento em peso de Li2O; e residual total de óxidos de metal de transição menor do que 2 por cento em peso.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 19 ou 20, CARACTERIZADO pelo fato de que a composição tem uma temperatura de fibrerização menor do que 1375°C, e um delta-T (ΔΤ) de pelo menos 70°C.

22. Processo, de acordo com a reivindicação 19 ou 20, CARACTERIZADO pelo fato de que a fibra de vidro produzida a partir da referida composição tem uma resistência de fibra primária de 4400 MPa.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 19 ou 20, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda impregnar a fibra de vidro produzida a partir da dita composição, em que a fibra de vidro tem um módulo de tensão de fio impregnado maior do que 85 GPa.

24. Processo, de acordo com a reivindicação 19 ou 20, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda impregnar a fibra de vidro produzida a partir da dita composição, em que a fibra de vidro tem um módulo de tensão de fio impregna

Petição 870190109081, de 27/10/2019, pág. 30/32
5/5 do de 90 GPa.

25. Artigo de fibra de vidro reforçado CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

fibras de vidro que compreendem uma composição de vidro como definida na reivindicação 1; e um material de matriz.

26. Artigo de fibra de vidro reforçado, de acordo com a reivindicação 25,

CARACTERIZADO pelo fato de que as fibras de vidro compreendem:

de 57,5 a 60,5 por cento em peso de SiO2;

de 17,3 a 21,5 por cento em peso de Al2O3, onde a razão de percentagem em peso de SiO2/Al2O3 está entre 2,7 e 3,5;

de 9 a 11,3 por cento em peso de MgO;

de 7,5 a 9,7 por cento em peso de CaO, onde a razão de percentagem em peso de MgO/CaO está entre 1,0 e 1,2;

de 0,7 a 2 por cento em peso de Na2O;

menos do que 0,5 por cento em peso de Li2O; e residual total de óxidos de metal de transição menor do que 2 por cento em peso.

27. Artigo de fibra de vidro reforçado, de acordo com a reivindicação 25 ou

26, CARACTERIZADO pelo fato de que é uma turbina de lâmina de vento.

28. Artigo de fibra de vidro reforçado, de acordo com a reivindicação 25 ou

26, CARACTERIZADO pelo fato de que as fibras de vidro do artigo de fibra de vidro reforçado têm um módulo de tensão de fio impregnado maior do que 85 GPa.

29. Artigo de fibra de vidro reforçado, de acordo com a reivindicação 25 ou

26, CARACTERIZADO pelo fato de que as fibras de vidro do artigo de fibra de vidro reforçado têm um módulo de tensão de fio impregnado de 90 GPa.