BR112017005497B1 - Composição de fibra de vidro, fibra de vidro e material compósito a partir dela - Google Patents
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Abstract
composição de fibra de vidro, fibra de vidro e material compósito a partir dela. a presente invenção proporciona uma composição de fibra de vidro, fibra de vidro e material dela compósito. a composição de fibra de vidro compreende os seguintes componentes expressos em percentual em peso: 58-63% sio2; 13-17% a12o3; 6-11,8% cao; 7-11% mgo; 3,05-8% sro; 0,1-2% na2o + k2o + li2o; 0,1-1% fe2o3; 0-1% ceo2 e 0-2% tio2, em que uma razão percentual em peso cl = (mgo + sro) / cao é superior a 1. a referida composição melhora grandemente o índice de refração do vidro, protege significativamente contra os raios nocivos para os seres humanos e ainda reduz o risco de cristalização do vidro e os custos de produção, tornando-o assim mais adequado para a produção em larga escala com fornos com revestimento refratário.
Description
[001] Este pedido reivindica a prioridade do Pedido de Patente Chinês 201410486801.3, depositado em 22 de setembro de 2014 e intitulado "A Glass Fiber Composition, Glass Fiber and. Composite Material Therefrom", cujo conteúdo é aqui incorporado por referência.
[002] A presente invenção se refere a uma composição, e uma fibra de vidro e um material composto a partir dele, especificamente, para uma composição de fibra de vidro, e uma fibra de vidro e um material dele compósito.
[003] A fibra de vidro é um material de fibra inorgânica e pode ser usada para reforçar resinas para produzir materiais compósitos com bom desempenho. Como material de base de reforço para materiais compósitos avançados, as fibras de vidro de alto desempenho foram originalmente usadas principalmente na indústria de defesa nacional, tal como a indústria aeronáutica, aeroespacial e militar. Com o progresso da ciência e da tecnologia e o desenvolvimento da economia, fibras de vidro de alto desempenho têm sido amplamente utilizadas em campos civis e industriais, tais como motores, pás de vento, recipientes de pressão, tubos de petróleo offshore, aparelhos esportivos e indústria automobilística.
[004] Uma vez que os EUA desenvolveram a fibra de vidro S-2, diferentes paises competiram no desenvolvimento de fibras de vidro de elevado desempenho com várias composições, por exemplo, fibra de vidro R desenvolvida pela França, fibra de alta resistência 2# desenvolvida pela China. As composições de vidro de alto desempenho originais foram baseadas em um sistema Mg0-A1203-Si02 e uma solução tipica foi o vidro S-2 dos EUA. No entanto, a produção do vidro S- 2 é excessivamente difícil, uma vez que a sua temperatura de formação é de cerca de 1571 °C e sua temperatura liquidus até 1470 °C e, portanto, é difícil realizar a produção industrial em larga escala.
[005] Em seguida, a fim de diminuir a temperatura de fusão e a temperatura de formação do vidro para melhor satisfazer as necessidades de produção em larga escala com fornos com revestimento refratário, as grandes empresas estrangeiras desenvolveram sucessivamente vidros de alto desempenho baseados em um sistema MgO-CaO-AlsCb-SiCb. Soluções típicas foram o vidro R da França e o vidro HiPer- tex dos EUA, que foram um equilíbrio para a escala de produção, sacrificando algumas das propriedades do vidro. No entanto, como estas soluções concebidas eram demasiado conservadoras, especialmente o conteúdo de AI2O3 foi mantido a mais de 20%, de preferência 25%, a produção de vidro permaneceu muito difícil. Embora a produção em pequena escala com fornos com revestimento refratário tenha sido alcançada, a eficiência de produção era baixa e a razão entre custo e desempenho dos produtos não foi elevada. O vidro R tradicional é difícil de quebrar em fibras, uma vez que a sua temperatura de formação é de cerca de 1410 °C e a sua temperatura liquidus até 1330 °C, o que dificulta a atenuação das fibras de vidro e, consequentemente, a produção industrial em grande escala.
[006] A fibra de vidro de alta resistência 2# compreende principalmente SiO∑, AI2O3 e MgO, e também são introduzidas certas quantidades de LÍ2O, B2O3, Ceθ2 e Fe2θ3. Ela também tem alta resistência e alto módulo e sua temperatura de formação é apenas de cerca de 1245 °C e sua temperatura liquidus é 1320 °C. Ambas as temperaturas são muito mais baixas do que as da fibra de vidro S. No entanto, uma vez que a sua temperatura de formação é inferior à sua temperatura liquidus, o que é desfavorável para o controle da atenuação das fibras de vidro, a temperatura de formação tem de ser aumentada e pontas especialmente moldadas devem ser usadas para evitar que ocorra um fenômeno de cristalização do vidro no processo de atenuação da fibra. Isso provoca dificuldade no controle da temperatura e também dificulta a realização da produção industrial em grande escala.
[007] Além disso, existe um tipo melhorado de fibra de vidro R, e a sua resistência e módulo são muito mais elevados do que os da fibra de vidro E tradicional e as suas condições de fusão e formação são melhores do que as da fibra de vidro R tradicional. No entanto, este tipo de vidro R tem um alto risco de desvitrif icação. Enquanto isso, uma vez que muito LÍ2O é introduzido, não apenas a estabilidade quimica do vidro é diminuida, mas também o seu custo de matéria-prima se torna significativamente maior. Por conseguinte, também não é adequado para a produção industrial em larga escala.
[008] Um dos propósitos da presente invenção é proporcionar uma composição de fibra de vidro de elevado desempenho que possa resolver qualquer das questões acima referidas e possa ser utilizada como um material de base de fibra de vidro não apenas garante que a fibra de vidro feita a partir dela tenha propriedades mecânicas mais elevadas, uma temperatura de cristalização mais baixa e menor risco de cristalização, mas também melhora grandemente o índice de refração do vidro e pode bloquear significativamente os raios nocivos ao corpo humano.
[009] De acordo com um aspecto da presente invenção, é proporcionada uma composição de fibra de vidro compreendendo os seguintes componentes expressos em percentagem em peso:SÍO2 58-63%A12O3 13-17%CaO 6-11,8%MgO 7-11%SrO 3,05-8%Na2θ + K2O + LÍ2O 0,1-2%Fe2θ3 0,1-1%CeO2 0-1%TÍO2 0-2%em que uma razão percentual em peso Cl = (MgO + SrO) / CaO é maior do que 1.
[010] Em que uma razão percentual em peso C2 = MgO / SrO é maior do que 2.
[011] Em que uma razão percentual em peso 03 = K2O / (NasO + LÍ2O) é 0,8-1,5, e o intervalo da razão percentual em peso C4 = LÍ2O / Na2O é 1-4.
[012] Em que uma razão percentual em peso Cl = (MgO + SrO) / CaO é 1,05-1,85.
[013] Em que o conteúdo de CeO2 em percentual em peso é de 0,02-0,4%, ou o conteúdo de CaO em percentual em peso é FIs de 8-11%.
[014] Em que a composição compreende os componentes expressos como percentuais em pesoSiO2 59-62%AI2O3 14-16,5%CaO 8-11%MgO 8-10%SrO 3,05-5%Na2O + K20 + Li20 0,1-2%Fe2O3 0,1-1%CeO2 0-1%TiO2 0-2% em que uma razao percentual em peso Cl = (MgO + SrO) / CaO é 1,05-1,85;uma razão percentual em peso C2 = MgO / SrO é maior do que 2.
[015] Em que, a composição compreende os seguintescomponentes expressos em percentuais em peso:SiO2 59-62%AI2O3 14-16,5%CaO 8-11%MgO 8-10%SrO 3,1-4,5%Na2O + K2O + Li20 0,1-2%Fe2O3 0,1-1%CeO2 0,02-0,4%TiO2 0,1-1,5%em que uma razão percentual em peso Cl = (MgO + SrO) / CaOé superior a 1;uma razão percentual em peso C2 = MgO / SrO é maior do que 2;uma razão percentual em peso C3 = K2O / (Na2O + LÍ2O) é 0,81,5;uma razão percentual em peso C4 = LÍ2O / Na2O é 1-4.
[016] Em que a composição compreende os seguintescomponentes expressos em percentual em peso:SiO2 59-62%AI2O3 14-16,5%CaO 8-11%MgO 8-10%SrO 3,1-4,5%Na20 + K2O + LÍ20 0,1-2%Fe2O3 0,1-1%TiO2 0,1-1,5%em que uma razão percentual em peso Cl = (MgO + SrO) / CaO é 1,05-1,85;uma razão percentual em peso C2 = MgO / SrO é 2,05-3,0;uma razão percentual em peso C3 = K2O / (NasO + LisO) é 0,851,25;uma razão percentual em peso C4 = Li2O / Na2O é 1,5-3,0.
[017] De acordo com outro aspecto desta invenção, é proporcionada uma fibra de vidro produzida com a referida composição de fibra de vidro.
[018] De acordo com ainda outro aspecto desta invenção, é proporcionado um material compósito que incorpora a referida fibra de vidro.
[019] Utilizando a combinação de componentes com as razões acima, a composição de fibra de vidro da presente invenção não apenas assegura as propriedades mecânicas do vidro R, mas também melhora grandemente o indice de refração cc Rubdo vidro e protege significativamente contra os raios nocivos । para seres humanos e reduz ainda mais o risco de cristalização e os custos de produção, tornando-o assim mais adequado para a produção em larga escala com fornos com revestimento refratário.
[020] Especificamente, a composição de fibra de vidro de acordo com a presente invenção compreende os seguintes componentes expressos em percentuais em peso:
[021] Em que, a composição compreende os seguintes componentes expressos em percentagem em peso:58-63% 13-17% 6-11,8% 7-11% 3,05-8%NaaO + K2O + LÍ2O0,1-1% 0-1% 0-2%em que uma razão percentual em peso Cl = (MgO + SrO) / CaO é maior do que 1.
[022] O efeito e conteúdo de cada componente na referida composição de fibra de vidro são descritos como a seguir:O SÍO2 é um óxido principal que forma a rede de vidro e tem o efeito de estabilizar todos os componentes. Na composição de fibra de vidro da presente invenção, o intervalo de conteúdos restritos de SÍO2 é de 58-63%. O conteúdo de SÍO2 sendo demasiado baixo afetará as propriedades mecânicas do vidro; o conteúdo de SÍO2 sendo demasiado elevado fará com que a viscosidade do vidro seja excessivamente elevada, resultando fusão e clarificação. De preferência,de SÍO2 pode ser de 59-62%.
[023] AI2O3 é outro óxido que forma a rede de vidro. Quando combinado com SÍO2, pode ter um efeito substantivo sobre as propriedades mecânicas do vidro e um efeito significativo sobre a prevenção da separação de fase do vidro e sobre a resistência à água. O intervalo de conteúdo restrito de AI2O3 na composição de fibra de vidro desta invenção é de 13-17%. O conteúdo de AI2O3 sendo demasiado baixo irá aumentar a temperatura liquidus e, ao mesmo tempo, diminuir as propriedades mecânicas e a resistência à água do vidro; o conteúdo de AI2O3 sendo demasiado elevado fará com que a viscosidade do vidro seja excessivamente elevada, resultando assim em questões de fusão e clarificação, e aumentar o risco de desvitrificação do vidro. De preferência, o conteúdo de AI2O3 pode ser de 14-16,5%.
[024] A composição de fibra de vidro desta invenção usa o efeito de alcalino-terrosos mistos ternários CaO, MgO e SrO. De um modo geral, o efeito de alcalino-terrosos mistos binários CaO e MgO é bem conhecido para o especialista na técnica, enquanto o efeito de alcalino-terrosos mistos ternários CaO, MgO e SrO, especialmente quando o conteúdo de CaO + MgO + SrO excede 15% e o conteúdo de SrO excede 3%, tem sido pouco relatado. O que se segue é uma descrição detalhada do efeito de alcalino-terrosos mistos ternários CaO, MgO e SrO na presente invenção e como os conteúdos destes três componentes são determinados respectivamente.
[025] Em primeiro lugar, para comparação, o efeito dealcalino-terrosos mistos binários CaO e MgO é brevemente ©ta Ru6significativo no aumento do módulo do vidro. Determinando racionalmente a razão de conteúdo de CaO para MgO e tirando proveito do crescimento competitivo entre os dois cristais, isto é, anortita (CaAlzSi∑Oa) e diopsida (CaMgSÍ2Oe) , o crescimento dos dois cristais é retardado, atingindo assim o objetivo de reduzir o risco de desvitrificação.
[026] A partir uma grande quantidade de experiências e pesquisas, verificou-se que, quando suas razões são racionais, o efeito técnico do efeito de alcalino-terrosos mistos ternários CaO, MgO e SrO é melhor do que o do efeito de alcalino-terrosos mistos binários CaO e MgO. Isto porque, à medida que mais ions de metais alcalino-terrosos com raios diferentes participam no processo de substituição, uma estrutura de empilhamento compacta se forma mais facilmente e, deste modo, o vidro tem melhores propriedades mecânicas, ópticas e de resistência à corrosão. No que se refere a CaO, MgO e SrO introduzidos na composição de fibra de vidro da invenção, a fim de alcançar uma estrutura de empilhamento compacta, a correspondência entre os números de três tipos de ions, isto é, Ca2+, Mg2+ e Sr2+, nesta invenção, se torna muito importante. Uma vez que os raios iônicos de Mg2+, Ca2+ e Sr2+ se tornam sequencialmente maiores, os ions com o menor raio e aqueles com o maior raio precisam ser bem combinados . A pesquisa mostra que, quando uma quantidade apropriada de SrO é introduzida na composição de fibra de vidro e a razão de (MgO + SrO) / CaO é racionalmente ajustada, a tendência e a velocidade da cristalização do vidro podem ser CL Rub controladas de forma eficaz, e uma certa quantidade De Sr^,I é introduzida apenas quando o conteúdo de MgO é relativamente elevado. Uma razão de MgO / SrO dentro de um intervalo razoável aumenta grandemente o efeito de alcalino-terrosos mistos. Portanto, ao tomar CaO, MgO e SrO como parâmetros para o controle das propriedades mecânicas, ópticas e de cristalização da fibra de vidro, esta aplicação determina os conteúdos destes três componentes nos correspondentes sistemas de vidro, de modo a obter melhores propriedades mecânicas e ópticas e uma menor temperatura de cristalização e risco.
[027] Além disso, em comparação com os vidros tradicionais que utilizam o efeito de alcalino-terrosos mistos, a composição de vidro nesta aplicação tem um conteúdo relativamente mais baixo de CaO, o que pode não apenas ajudar a produzir uma taxa moderada de endurecimento de vidro fundido e melhorar a eficiência de formação de fibras de vidros de alto desempenho, mas também compor uma estrutura ternária mais compacta usando um maior conteúdo de MgO para correspondência com SrO. No entanto, o conteúdo de CaO não pode ser demasiado baixo, caso contrário, o crescimento competitivo entre cristais de anortita e diopsida perderá o equilíbrio, aumentando assim o risco de desvitrificação.
[028] Além disso, com a premissa de um conteúdo relativamente elevado de óxidos de metais alcalino-terrosos nesta invenção, o conteúdo de MgO é adequadamente aumentado, de modo a introduzir SrO de forma eficaz, o que pode fortalecer significativamente o efeito sinérgico desses dois componentes. A pesquisa mostra que, em um sistema de vidro com um elevado conteúdo de óxidos de metais alcalino- terrosos, e quando o conteúdo de SrO é mantido acima de 3%, especialmente entre 3,05-8%, o efeito sinérgico de SrO e MgO não irá melhorar de forma eficaz o índice de refração do vidro, porém também proteger de forma significativa contra raios nocivos, por exemplo, raios X, raios y, raios β, para seres humanos. De preferência, o intervalo do conteúdo de SrO pode ser de 3,05-5% e, mais preferivelmente, 3,1-4,5%.
[029] Por conseguinte, a presente invenção considera de forma abrangente o efeito de alcalino-terrosos mistos ternários CaO, MgO e SrO e seleciona um conteúdo de SrO apropriado para ser capaz de alcançar propriedades mecânicas mais elevadas e uma temperatura e risco de cristalização mais baixos, melhorar eficazmente o índice de refração do vidro e proteger significativamente contra raios nocivos para seres humanos. Na composição de fibra de vidro desta invenção, o intervalo de conteúdo restrito de CaO é de 611,8%; MgO é de 7-11% e SrO é de 3,05-8%, e uma razão percentual em peso Cl = (MgO + SrO) / CaO é acima de 1. De preferência, o intervalo de conteúdo restrito de CaO pode ser de 8-11%, MgO é de 8-10% e SrO é de 3,05-5% e, mais preferencialmente, o intervalo de conteúdo restrito de SrO pode ser de 3,1-4,5%. De preferência, a razão percentual em peso Cl = (MgO + SrO) / CaO pode ser de 1,05-1,85.
[030] Nossa pesquisa mostra que, do ponto de vista da substituição simples, em comparação com CaO, SrO pode melhorar a resistência à compressão e o índice de refração do vidro e a diferença em seu efeito sobre a taxa de endurecimento do vidro fundido (trabalhabilidade) é grande; em comparação com MgO, SrO pode melhorar a resistência à tração, módulo de elasticidade e índice de refração do vidro ôwstna/ o12 26. k/ co Rub AO -... % ■ 1 <£*seu efeito sobre a taxa de endurecimento dopequena. Ao mesmo tempo, considerando acorrespondência entre os tamanhos de ions, é apropriado controlar a razão da soma de SrO e MgO para CaO. Os inventores verificaram que, quando Cl é ajustada para estar acima de 1,especialmente entre 1,05-1,85; as propriedades mecânicas e o indice de refração do vidro melhoraram de forma especialmente significante por um lado e, por outro lado, a temperatura de cristalização e o grau do vidro diminuíram de forma especialmente visível. Os inventores acreditam que isto seja devido, talvez, porque o empilhamento dos óxidos de alcalino-terrosos ternários é tão compacto com o intervalo acima mencionado que a estrutura de vidro se torna especialmente estável, resultando assim em uma melhoriainesperada das propriedades do vidro.
[031] Os efeitos benéficos específicos obtidos através da utilização plena da sinergia de CaO, MgO e SrO e seleção dos intervalos de conteúdo apropriados para cada um deles e as razões entre eles serão explicados através dos valores determinados de parâmetros relevantes apresentados nas tabelas dos exemplos detalhados a seguir.
[032] O vidro terá um índice de refração melhorado e um melhor efeito de proteção contra os raios nocivos para os seres humanos quando os conteúdos de CaO, MgO e SrO forem respectivamente determinados, a razão Cl for controlada e, ao mesmo tempo, a razão de MgO para SrO estiver dentro de um certo intervalo. Nesta invenção, por exemplo, uma razão percentual em peso C2 = MgO / SrO pode ser maior do que 2,de preferência entre 2,05-3,0.
[033] Tanto K2O quanto NazO podem reduzir a viscosidade do vidro e são bons agentes fundentespor K2O enquanto se mantém a quantidade total de óxidos de metais alcalinos inalterada pode reduzir a tendência de cristalização do vidro, melhorar o desempenho da quebra em vidros e também reduzir a tensão superficial do vidro fundido e melhorar o desempenho de fusão do vidro. Uma pequena quantidade de LÍ2O também é introduzida nesta invenção. Em comparação com Na2θ e K2O, LÍ2O não apenas pode reduzir significativamente a viscosidade do vidro, melhorando assimo desempenho de fusão do vidro, mas também ajudar a melhorar notavelmente as propriedades mecânicas do vidro. No entanto, a quantidade introduzida de metais alcalinos deve ser limitada de modo a evitar a redução da estabilidade química do vidro. Por conseguinte, na composição da fibra de vidro da presente invenção, o intervalo de conteúdo restrito de Na2θ + K2O + LÍ2O é de 0,1-2%, em que a razão percentual em peso C3 = K2O / (Na2O + LÍ2O) pode ser de 0,8-1,5 e a razão percentual em peso C4 = LisO / Na2<D é de 1-4. De preferência, a razão percentual em peso C3 = K2O / (Na2<0 + LÍ2O) pode ser de 0,85-1,25, e a razão percentual em peso C4 = LÍ2O / Na2O é de 1,5-3,0.
[034] A introdução de Fβ2θ3 facilita a fusão do vidro e pode também melhorar o desempenho de cristalização do vidro. No entanto, uma vez que os ions férricos e os ions ferrosos têm um efeito de coloração, a quantidade introduzida deve ser limitada. Por conseguinte, na composição de fibra de vidro da presente invenção, o intervalo de conteúdo restrito de Pe2θ3 é de 0,1-1%.
[035] O CeÜ2 pode não apenas produzir um excelente efeito de clarificação não tóxico, como também oxidar uma porção dos ions ferrosos em ions ferricos e iluminar a cor verde da ffibra de vidro. Visto que os vidros de alta resistência na técnica anterior são dificeis de clarificar e homogeneizar, a fim de assegurar a qualidade de clarificação e homogeneização da massa fundida de vidro, uma quantidade adequada de CeOj é introduzida na composição de fibra de vidro desta invenção. 0 intervalo de conteúdos restritos de CeCú nesta invenção é de 0 ~ 1%. De preferência, o teor de CeCú pode ser de 0,02 ~ 0,4%.
[036] TÍO2 pode não apenas reduzir a viscosidade do vidro a elevadas temperaturas, mas também tem um certo efeito fundente. Por conseguinte, na composição de fibra de vidro da presente invenção, o intervalo de conteúdo restrito de TÍO2 é de 0-2%. De preferência, o intervalo do conteúdo de TiOa é de 0,1-1,5%.
[037] Além disso, a composição de fibra de vidro da presente invenção permite a existência de uma pequena quantidade de flúor. No entanto, considerando o grande impacto negativo do flúor no ambiente, normalmente ele não é intencionalmente adicionado.
[038] Na composição de fibra de vidro da presente invenção, os efeitos benéficos produzidos pelos intervalos selecionados acima mencionados dos componentes serão explicados através dos dados experimentais específicos fornecidos abaixo.
[039] Os seguintes são exemplos de intervalos de conteúdo preferidos dos componentes contidos na composição de fibra de vidro de acordo com a presente invenção.
[040] A composição de fibra de vidro de acordo com a presente invenção 15/2 6 x^'ria'/ A \ í2 ( cRu6 %compreende os seguintes componentes %, 1/^1expressos em percentuais em peso: SÍO2 59-62%AI2O3 14-16,5%CaO 8-11%MgO 8-10%SrO 3,05-5%Na20 + K2O + Li20 0,1-2%Fe2O3 0,1-1%CeO2 0-1%TiO2 0-2%em que uma razão em percentual em peso Cl = (MgO + SrO) / CaO é de 1,05-1,85; euma razão percentual em peso C2 = MgO / SrO é maior do que 2 .
[041] A composição de fibra de vidro de acordo com a presente invenção compreende os seguintes componentes expressos em . percentual em peso:SiO2 59-62%AI2O3 14-16,5%CaO 8-11%MgO 8-10%SrO 3,1-4,5%Na2O + K20 + Li20 0,1-2%Fe2Os 0,1-1%CeO2 0,02-0,4%TiO2 0,1-1,5%em que uma razão percentual em peso Cl = (MgO + SrO) / CaOé superior a 1; uma razãopercentualempesoC2= MgO /SrOmaiordo que %2;uma razãopercentualempeso03= K2O /(Na2OLi2O)é 0,8-1,5; euma razãopercentualempesoC4= L12O /Na2O
[042] A composição de fibra de vidro de acordo com a presente invenção compreende os seguintes componentes expressosem percentuais em peso:SiO259-62%AI2O314-16,5%CaO8-11%MgO8-10%SrO3,1-4,5%Na2O + K2O+ LÍ2O0,1-2%Fe2O30,1-1%TiO20,1-1,5%em que uma razão percentualempeso Cl = (MgO+ SrO) / CaOé 1,05-1,85;uma razãopercentualempesoC2= MgO / SrO é 2,05-3,0;uma razãopercentualempesoC3= K2O / (Na20 + Li20) é 0,85-1,25; euma razãopercentualempesoC4= Li20 / Na2O é 1,5-3,0.
[043] A fim de melhor esclarecer os objetivos, soluçõestécnicase vantagens dos exemplos da presenteinvenção,assoluçõestécnicas nos exemplos da presenteinvençãosãoclaramente ecompletamente descritasabaixopor meiodosdesenhos nosexemplos. Obviamente os exemplos aqui descritos são apenas parte dos exemplos da presente invenção e não são todos os exemplos. Todas as outras formas de realização exemplificativas obtidas por um especialista na técnica com base nos exemplos da presente invenção sem realização de trabalho criativo devem estar todas dentro do âmbito de proteção da presente invenção. 0 que deve ser deixado claro é que, enquanto não houver conflito, os exemplos e as características dos exemplos no presente pedido de patente podem ser arbitrariamente combinados uns com os outros.
[044] O conceito básico da presente invenção é, utilizando plenamente o efeito sinérgico de CaO, MgO e SrO, selecionar um intervalo de conteúdo apropriado para cada um deles e as razões entre eles, e ajustar as proporções para quantidades residuais de outros componentes introduzidos, uma fibra de vidro é formada com um indice de refração melhorado e um excelente efeito na blindagem contra raios nocivos para seres humanos.
[045] De acordo com as formas de realização especificas acima mencionadas, os valores de conteúdos específicos de SÍO2, AI2O3, CaO, MgO, SrO, Na∑O, K2O, Fe2θ3, LÍ2O, Ceθ2 e TÍO2 na composição de fibra de vidro da presente invenção são selecionados para serem utilizados nos exemplos, que são comparados com as propriedades dos vidros E e R tradicionais em termos dos seguintes cinco parâmetros de propriedade:1. ) Temperatura de formação, a temperatura na qual o vidro fundido tem uma viscosidade de 103 poise.2. ) Temperatura liquidus, a temperatura na qual os núcleos de cristais começam a se formar quando a massa de vidro fundido arrefece, isto é, a temperatura superior limite para cristalização do vidro. 3. ) Valor ΔT, que é a diferença entre a temperatura de formação e a temperatura liquidus e indica o intervalo de temperaturas no qual a extração de fibras pode ser realizada.4. ) Resistência do filamento, a resistência à tração que um filamento de fibra de vidro pode suportar.5. ) índice de refração, a razão entre a velocidade da luz no ar e a velocidade da luz no vidro.
[046] Os cinco parâmetros acima mencionados e os métodos para os medir são bem conhecidos dos especialistas na técnica. Deste modo, os parâmetros acima mencionados podem ser eficazmente utilizados para explicar as propriedades da composição de fibra de vidro da presente invenção.
[047] Os procedimentos específicos para as experiências são os seguintes: cada componente pode ser adquirido a partir das matérias-primas apropriadas; as matérias-primas são misturadas nas proporções apropriadas, de modo que cada componente atinja o percentual final esperada de peso; a batelada mista é fundida e clarificada; em seguida, o vidro fundido é extraido através das pontas das buchas, formando assim a fibra de vidro; a fibra de vidro é atenuada sobre a pinça rotativa de um enrolador para formar bolos ou embalagens. Naturalmente, métodos convencionais podem ser utilizados para processar profundamente estas fibras de vidro para satisfazer os requisitos esperados.
[048] As formas de realização exemplificativas da composição de fibra de vidro de acordo com a presente invenção são dadas a seguir.
[049] Uma composição de fibra de vidro compreende os componentes a seguir expressos como percentuais em peso, SÍO2 59,5%A12O3 15,2%CaO 11,2%MgO 8,0%SrO 3,85%Na20 0,2%K2O 0, 6%Li20 0,4%Fe2θ3 0,4%CeO2 0%IiO2 0, 65%em que a razão percentual em peso Cl = (MgO + SrO) / CaO é de 1,06, e a razão percentual em peso C2 = MgO / SrO é de 2,08 e a razão percentual em peso C3 = K2O / (Na2θ + Li2O) é de 1,0.
[050] No Exemplo 1, os valores medidos dos cincoparâmetros são respectivamente: Temperatura de formação 1280 °CTemperatura liquidus 1196 °CΔT 84 °CResistência do filamento 4153MPaíndice de refração 1,571
[051] Uma composição de fibra de vidro compreende os seguintes componentes expressos como percentual em peso, SiO2 59, 7%.ãl2O3 15,4%CaO 8,3%MgO 10%SrO 4,5%Na2O 0,2%K2O 0,5%Li20 0,4%Fe2O3 0,3%CeO2 0%TiO2 0,7%em que a razão percentual em peso Cl = (MgO + SrO) / CaO é de 1,65, e a razão percentual em peso C2 = MgO / SrO é de 2,50 e a razão percentual em peso C3 = K2O / (Na2O + Li2O) é de 0,84.
[052] No Exemplo 2, os valores medidos dos cincoparâmetros são respectivamente:Temperatura de formação 1282 0 CTemperaturaΔT liquidus 1195 087 °C CResistência do filamento 4164MPa índice de refração 1,570
[053] Uma composição de fibra de vidro compreende os seguintes componentes expressos como percentual em peso,SiO2 59,0%A12O3 15,3%CaO 10,5%MgO 9,3%SrO 3, 1%Na2O 0,2%K2O 0,55%Li20 0, 45%Fe2O3 0,4%CeO2 0% 0,5%em que a razão percentual em peso Cl = (MgO + SrO) / CaO é de 1,18 e a razão percentual em peso C2 = MgO / SrO é de 3,0; e a razão percentual em peso C3 = K20 / (NazO + LizO) é de 0,85.
[054] No Exemplo 3, os valores medidos dos cinco parâmetros são respectivamente:Temperatura de formaçao 1280 °CTemperatura liquidus 1196 °CΔT 84 °CResistência do filamento 4140MPaíndice de refração 1,569
[055] As comparações dos parâmetros de propriedade dos exemplos acima mencionados e outros exemplos da composição de fibra de vidro da presente invenção com os do vidro E tradicional, do vidro R tradicional e do vidro R melhorado são adicionalmente feitas a seguir por meio de tabelas, em que os conteúdos de componentes da composição de fibra de vidro são expressos como percentual em peso. 0 que deve ser deixado claro é que a quantidade total dos componentes nos exemplos é ligeiramente inferior a 100%, e deve ser entendido que a quantidade restante é de impurezas residuais ou uma pequena quantidade de componentes que não podem ser analisados. Tabela 1
Tabela 2 
[056] Pode ser visto a partir dos valores nas tabelas acima que, em comparação com o vidro tradicional R, a composição de fibra de vidro da presente invenção tem temperatura de formação e temperatura liquidus muito mais baixas, o que ajuda a reduzir o consumo de energia e a aumentar a eficiência da extração de fibras; além disso, a presente invenção oferece um índice de refração de vidro melhorado; no entanto, a resistência do filamento da presente invenção é semelhante à da fibra de vidro R. O vidro R melhorado tem uma temperatura de formação significativamente reduzida, mas a sua temperatura de cristalização continua elevada, resultando assim em um elevado risco de cristalização e o intervalo de temperatura adequado para formação de fibras é muito pequeno e, assim, a eficiência para produção em massa é muito baixa. Entretanto, o índice de refração do vidro R melhorado é semelhante ao do vidro R tradicional. Em comparação com o vidro R melhorado, a composição de fibra de vidro da presente invenção tem uma temperatura liquidus muito mais baixa, um intervalo de temperaturas muito mais amplo para a formação de fibras e um indice de refracção de vidro bastante aumentado, e também a sua resistência de filamento é ligeiramente superior. Em comparação com o vidro E tradicional, a composição de fibra de vidro da presente invenção tem uma resistência de filamento muito mais elevada. Especificamente, em comparação com o vidro R, a composição de fibra de vidro da presente invenção fez uma descoberta em termos do desempenho de fusão do vidro com quantidade significativamente reduzida de bolhas nas mesmas condições. Além disso, a solução técnica global da presente invenção tem uma razão de custo desempenho mais elevada em comparação com a do vidro R tradicional ou do vidro R melhorado, assim permitindo a fácil realização da produção industrial em grande escala.
[057] Determinando racionalmente as razões de conteúdo entre CaO, MgO e SrO e ajustando o conteúdo de SrO acima de 3%, a presente invenção garante que a fibra de vidro resultante tem propriedades mecânicas mais elevadas e temperatura e risco de cristalização mais baixos, aumenta de forma eficaz o índice de refração do vidro e protege significativamente contra os raios nocivos para os seres humanos; ao mesmo tempo, melhora grandemente as eficiências de fusão e formação de fibras do vidro, permitindo uma temperatura de fusão e uma temperatura de fibragem significativamente mais baixas do que as do vidro R, e ainda reduz a quantidade de bolhas, viscosidade e risco de cristalização do vidro. Deste modo, a composição de fibra de vidro da presente invenção é mais adequada para produção em larga escala com fornos com revestimento refratário.
[058] A composição de fibra de vidro de acordo com a presente invenção pode ser utilizada para fabricar fibras de vidro com as excelentes propriedades acima mencionadas.
[059] A composição de fibra de vidro de acordo com a presente invenção pode ser utilizada em combinação com um ou mais materiais orgânicos e/ou inorgânicos para preparar materiais compósitos com excelentes desempenhos, tais como materiais de base reforçados com fibra de vidro.
[060] Finalmente, deve ser esclarecida que, neste texto, os termos "conter", "compreender" ou quaisquer outras variantes pretendem significar "não incluir exclusivamente", de modo que qualquer processo, método, artigo ou equipamento que contenha uma série de fatores deve incluir não apenas esses fatores, mas também incluir outros fatores que não são explicitamente listados, ou também incluir fatores intrínsecos desse processo, método, objeto ou equipamento. Sem mais limitações, os fatores definidos pela expressão "contêm um ..." não excluem que existam outros fatores no processo, método, artigo ou equipamento que incluam os referidos fatores.
[061] Os exemplos acima são proporcionados apenas com o objetivo de ilustrar em vez de limitar as soluções técnicas da presente invenção. Embora a presente invenção seja descrita em detalhes por meio dos exemplos acima mencionados, um especialista na matéria compreenderá que também podem ser feitas modificações às soluções técnicas incorporadas por todos os exemplos acima mencionados ou pode ser feita substituição equivalente para alguns dos recursos técnicos. No entanto, tais modificações ou substituições não farão com que as soluções técnicas resultantes se desviem Ç «w, ( I substancialmente do espirito e intervalos das soluções % * I técnicas respectivamente incorporadas por todos os exemplos da presente invenção.
[062] A composição de fibra de vidro da presente invenção garante que a fibra de vidro resultante tem propriedades mecânicas mais elevadas e temperatura e risco de cristalização mais baixos, melhora grandemente o indice de refração do vidro e protege significativamente contra raios nocivos para seres humanos; ao mesmo tempo, melhora grandemente o efeito de fusão e as eficiências de formação de fibras do vidro e permite que a sua temperatura de fusão e temperatura de fibragem sejam significativamente mais baixas do que as do vidro R e reduz ainda mais a quantidade de bolhas, viscosidade e risco de cristalização do vidro. Deste modo, a composição de fibra de vidro da presente invenção é mais adequada para produção em larga escala com fornos com revestimento refratário. A composição de fibra de vidro de acordo com a presente invenção pode ser usada para fabricar fibras de vidro com as excelentes propriedades acima mencionadas e a composição de fibra de vidro de acordo com a presente invenção pode ser utilizada em combinação com um ou mais materiais orgânicos e/ou inorgânicos para a preparação de materiais compósitos com excelentes desempenhos, tais como materiais de base reforçados com fibras de vidro.
Claims (9)
1. Composição de fibra de vidro caracterizada porcompreender os seguintes componentes expressos comopercentual em peso: SiO2 58-63% Al2O3 13-17% CaO 6-11,8% MgO 7-11% SrO 3,05-5% Na2O + K2O + Li2O 0,1-2% Fe2O3 0,1-1% CeO2 0-1% TiO2 0-2% em que uma razão percentual em peso C1 = (MgO+SrO)/CaO é maior do que 1, e uma razão percentual em peso C2 = MgO/SrO é maior do que 2.
2. Composição de fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma razão percentual em peso C3 = K2O/(Na2O + Li2O) é de 0,8-1,5 e uma razão percentual em peso C4 = Li2O/Na2O é de 1-4.
3. Composição de fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a razão percentual em peso C1 = (MgO+SrO)/CaO é de 1,05-1,85.
4. Composição de fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o intervalo de conteúdo de CeO2, em peso, é de 0,02-0,4%, ou o intervalo de conteúdo de CaO, em peso, é de 8-11%.
5. Composição de fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender os seguintes componentes expressos em percentual em peso: SiO2 59-62%Al2O3 14-16,5%CaO 8-11%MgO 8-10%SrO 3,05-5%Na2O + K2O + Li2O 0,1-2%Fe2O3 0,1-1%CeO2 0-1%TiO2 0-2%em que, a razão percentual em peso C1 = (MgO + SrO)/CaO é 1,05-1,85, euma razão percentual em peso C2 = MgO/SrO é maior do que 2.
6. Composição de fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender os seguintes componentes expressos em percentual em peso:SiO2 59-62%Al2O3 14-16,5%CaO 8-11%MgO 8-10%SrO 3,1-4,5%Na2O + K2O + Li2O 0,1-2%Fe2O3 0,1-1%CeO2 0,02-0,4%TiO2 0,1-1,5%em que, a razão percentual em peso C1 = (MgO + SrO)/CaO é maior do que 1;uma razão percentual em peso C2 = MgO/SrO é maior do que 2;uma razão percentual em peso C3 = K2O/(Na2O + Li2O) é de 0,8-1,5; euma razão percentual em peso C4 = Li2O/Na2O é de 1-4.
7. Composição de fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender os seguintes componentes expressos em percentual em peso:SiO2 59-62%Al2O3 14-16,5%CaO 8-11%MgO 8-10%SrO 3,1-4,5%Na2O + K2O + Li2O 0,1-2%Fe2O3 0,1-1%TiO2 0,1-1,5%em que, a razão percentual em peso de C1 = (MgO+SrO)/CaO é de 1,05-1,85;uma razão percentual em peso C2 = MgO/SrO é de 2,053,0;uma razão percentual em peso C3 = K2O/(Na2O + Li2O) é de0,85-1,25; euma razão percentual em peso C4 = Li2O/Na2O é de 1,5-3,0.
8. Fibra de vidro caracterizada por ser produzida a partir de qualquer uma das composições de fibra de vidro conforme definidas em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.
9. Material compósito caracterizado por incorporar a fibra de vidro conforme definida na reivindicação 8.
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