BR112017023548B1

BR112017023548B1 - Composição de fibra de vidro de alto desempenho, fibra de vidro e material compósito do mesmo.

Info

Publication number: BR112017023548B1
Application number: BR112017023548-0A
Authority: BR
Inventors: Lin Zhang; Guorong Cao; Wenzhong Xing; Guijiang Gu
Original assignee: Jushi Group Co., Ltd
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2015-10-15
Publication date: 2022-03-08
Also published as: JP6633651B2; CN107531552B; CA2984174A1; HUE054124T2; AU2015411780B2; KR20170141803A; RU2017137765A; MA41018A1; EP3275847A1; PL3275847T3; US20180086661A1; ZA201708661B; PT3275847T; AU2015411780A1; RU2017137765A3; CN107531552A; DK3275847T3; US10189742B2; EP3275847A4; CA2984174C

Abstract

composição de fibra de vidro de alto desempenho, fibra de vidro e material compósito do mesmo. uma composição de fibra de vidro de alto desempenho e uma fibra de vidro e material compósito do mesmo. a composição de fibra de vidro compreende os seguintes componentes em percentagem em peso: si02 de 58% a 62%, a1203 de 14% a 18%, cao + mgo de 20% a 24,5%, cao superior a 14%, li20 de 0,01% a 0,4%, na20 + k20 inferior a 2%, tio2 inferior a 3,5%, fe203 inferior a 1% e fz inferior a 1%; em que, a faixa da relação percentual em peso cl = cao/mgo é superior a 2 e inferior ou igual a 2, 6, e a faixa da relação percentual em peso c2 = si02/cao é 3,3 a 4, 3. a composição pode melhorar significativamente a resistência mecânica e a temperatura do ponto de amolecimento da fibra de vidro, reduzir a viscosidade do vidro em altas temperaturas, inibir efetivamente a tendência de cristalização e reduzir a temperatura líquida do vidro e, portanto, é mais adequado para a produção de forno de tanques em larga escala.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a composições de fibra de vidro, em particular, a composições de fibra de vidro de alto desempenho que podem ser utilizadas como um material de base de reforço para compósitos, e à fibra de vidro e material compósito a partir do mesmo.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

[002] A fibra de vidro é um material de fibra inorgânica que pode ser usado para reforçar resinas para produzir materiais compósitos com bom desempenho. Como um material de base de reforço para materiais compósitos avançados, as fibras de vidro de alto desempenho foram originalmente utilizadas principalmente na indústria de defesa nacional, tais como a indústria aeronáutica, aeroespacial e militar. Com o progresso da ciência e da tecnologia e o desenvolvimento da economia, as fibras de vidro de alto desempenho têm sido amplamente utilizadas em campos civis e industriais, tais como motores, lâminas de vento, vasos de pressão, tubos de petróleo offshore, aparelhos de esporte e indústria automobilística.

[003] Uma vez que a Owens Corning Company (doravante denominada OC) dos EUA desenvolveu a fibra de vidro S-2, diferentes paises competiram no desenvolvimento de fibras de vidro de alto desempenho com várias composições, por exemplo, fibra de vidro R desenvolvida por Saint-Gobain da França, fibra de vidro HiPer-tex desenvolvida pela OC dos EUA e fibra de vidro de alta resistência 2# desenvolvida pela Nanjing Fiberglass Research & Design Institute Co. Ltd da China. As composições de vidro de alto desempenho originais foram cornel base em um sistema MgO-A12θ3~Siθ2 e uma composição tipica foi o vidro S-2 desenvolvido por OC dos EUA. No entanto, a produção de vidro S-2 é excessivamente dificil, uma vez que a sua temperatura de formação é de cerca de 1571°C e a sua temperatura do liquido é de até 1470°C e, portanto, é dificil realizar a produção industrial em larga escala. Em seguida, a OC desistiu da produção de fibra de vidro S-2 e atribuiu a patente à empresa AGY que foi dedicada à produção em pequena escala de fibra de vidro S e seus produtos aperfeiçoados.

[004] Posteriormente, a fim de diminuir a temperatura de fusão e a temperatura de formação do vidro para melhor satisfazer as necessidades da produção de forno de tanques em larga escala, grandes empresas estrangeiras desenvolveram sucessivamente vidros de alto desempenho com base em um sistema MgO-CaO-AlaCh-SiCh. As composições tipicas foram o vidro R desenvolvido por Saint-Gobain da França e o vidro HiPer-tex desenvolvido pela OC dos EUA, que eram uma compensação para a escala de produção sacrificando algumas das propriedades do vidro. No entanto, como essas soluções projetadas eram muito conservadoras, especialmente o conteúdo de AI2O3 manteve-se mais de 20%, de preferência 25%, a produção de vidro permaneceu altamente dificil. Embora a produção de forno de tanque em pequena escala tenha sido alcançada, a eficiência da produção foi baixa e a relação de custo-desempenho dos produtos não foi alta. Em seguida, a OC desistiu da produção de fibra de vidro HiPer-tex e atribuiu a patente da fibra de vidro HiPer-tex à Companhia 3B da Europa. Por volta de 2007, a Companhia OCV foi criada pela combinação de OC e Saint-Gobain, e as principais tecnologias da fibra de vidro R foram atribuidas à Companhia OCV. A relação de Ca/Mg no vidro R tradicional é muito baixa, o que causará problemas tais como dificuldade de fibralização, alto risco de cristalização, alta tensão superficial e dificuldade de finalização do vidro fundido; a temperatura de formação é de cerca de 1410°C e a temperatura do liquido de até 1330°C. Tudo isso causou dificuldade em atenuar a fibra de vidro e consequentemente em realizar a produção industrial em larga escala.

[005] Além disso, a PPG Industries descreveu outro tipo de fibra de vidro R. O seu desempenho mecânico é ligeiramente inferior ao da fibra de vidro R tradicional, mas os desempenhos de fusão e formação são significativamente superiores ao do vidro R tradicional. No entanto, este tipo de vidro R tem alto risco de desvitrificação porque as relações de Si/Ca e Ca/Mg não são razoavelmente projetadas. Enquanto isso, desde que introduziu muito LÍ2O, não só a estabilidade quimica do vidro é influenciada, mas também o seu custo de matéria-prima é significativamente maior. Portanto, também não é adequado para a produção industrial em larga escala.

[006] A fibra de vidro de alta resistência 2# compreende principalmente SÍO2, AI2O3 e MgO, e certas quantidades de LÍ2O, B2O3, Ceθ2 e Fe2θ3 são também introduzidas. A mesma também tem alta resistência e alto módulo e sua temperatura de formação é de cerca de 1245°C e sua temperatura do liquido é de 1320°C. Ambas as temperaturas são muito inferiores às da fibra de vidro S. No entanto, uma vez que a sua temperatura de formação é inferior a sua temperatura do liquido, o que é desfavorável para o controle da atenuação da fibra "de vidro, a temperatura de formação deve ser aumentada e as pontas de buchas de forma especial devem ser usadas para evitar um fenômeno de cristalização de vidro que ocorre no processo de desenho de fibra. Isso causa dificuldade no controle de temperatura e também dificulta a realização de produção industrial em larga escala.

[007] Em resumo, foi descoberto que vários tipos de fibras de vidro de alto desempenho geralmente enfrentam problemas de produção, tais como alta temperatura do liquido, alto risco de desvitrificação, alta temperatura de formação, alta tensão superficial e dificuldade de finalização do vidro fundido. A temperatura do liquido do vidro principal é geralmente inferior a 1200°C, e a sua temperatura de formação é inferior a 1300°C, enquanto que as fibras de vidro de alto desempenho acima mencionadas geralmente têm temperaturas do liquido superiores a 1300°C e temperaturas de formação superiores a 1350°C, o que pode facilmente causar fenômeno de cristalização de vidro, viscosidade desigual e refinamento pobre, reduzindo assim a eficiência da produção, a qualidade do produto e a vida útil dos materiais refratários e das buchas de platina. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008] A presente invenção visa proporcionar uma composição de fibra de vidro de alto desempenho que possa resolver os problemas acima mencionados.

[009] De acordo com um aspecto da presente invenção, a composição de fibra de vidro é proporcionada compreendendo os seguintes componentes expressos em percentagem em peso: SÍO2 de 58-62% A12O3 de 14-18% CaO + MgO de 20-24,5% CaO superior a 14% Li2O de 0,01-0,5% Na2O + K2O inferior a 2% TiO2 inferior a 3,5% Fe2O3 inferior a 1% F2 inferior a 1% em que a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é superior a 2 e inferior a ou igual a 2,6, e a faixa da relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,3-4,3. em que, o conteúdo de F2 expresso em percentagem em peso é superior a ou igual a 0,01% e inferior a 0,3%. em que, o conteúdo de Li20 expresso em percentagem em peso é superior a ou igual a 0,01% e inferior a 0,1%.

[0010] Além disso, a composição de fibra de vidro pode ainda compreender B2O3, e o conteúdo de B2O3 expresso em percentagem em peso é superior a 0% e inferior a 0,1%.

[0011] De acordo com outro aspecto desta invenção, uma fibra de vidro produzida com a referida composição de fibra de vidro é proporcionada.

[0012] De acordo com ainda outro aspecto desta invenção, um material compósito que incorpora a referida fibra de vidro é proporcionado.

[0013] Ao conceber razoavelmente as faixas de conteúdos de SiO2, CaO, MgO, Li2O e F2, respectivamente, controlando rigorosamente as faixas das relações de CaO/MgO e SiO2/CaO, aproveitando ao máximo o efeito alcalino misto ternário de K2O, Na2O e Li2O e, introduzindo seletivamente uma pequena quantidade de B203, as soluções técnicas da presente invenção não só garantem que a fibra de vidro produzida a partir dai '"1 / x3ji" tenha altas propriedades mecânicas, mas também resolve os problemas na produção de fibra de vidro de alto desempenho, tais como alta temperatura do liquido, alta taxa de cristalização, alta temperatura de formação, dificuldade de resfriamento, alta tensão superficial e dificuldade de finalização. A composição pode reduzir significativamente a temperatura de formação, a temperatura do liquido e a tensão superficial do vidro fundido, e reduzir a dificuldade de fibralização, o grau de devitrificação e a quantidade de bolha nas mesmas condições. Enquanto isso, a fibra de vidro feita a partir da mesma possui resistência mecânica favorável. Além disso, a referida fibra de vidro possui uma propriedade de resistência ao calor excepcional quando um alto conteúdo de TÍO2 é introduzido.

[0014] Especificamente, a composição de fibra de vidro de acordo com a presente invenção compreende os seguintes componentes expressos em percentagem em peso: SÍO2 de 58-62% AI2O3 de 14-18% CaO + MgO de 20-24,5% CaO superior a 14% LÍ2O de 0,01-0,5% Na2θ + K2O inferior a 2% TÍO2 inferior a 3,5% Fβ2θ3 inferior a 1% F2 inferior a 1% em que a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é superior a 2 e menor ou igual a 2,6, e a faixa da relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,3-4,3.

[0015] O efeito e o conteúdo referida composição de fibra de seguinte forma:

[0016] SiO2 é um óxido principal de cada vidro são que forma a omponent descrito rede de A da idro e tem o efeito de estabilizar todos os componentes. Na composição de fibra de vidro da presente invenção, a faixa de conteúdo restrito de SiO2 é 58-62% em peso. O conteúdo de SiO2 sendo muito baixo afetará as propriedades mecânicas do vidro; o conteúdo de SiO2 sendo muito alto fará com que a viscosidade do vidro seja excessivamente alta, resultando em problemas de derretimento e finalização. De preferência, a faixa de conteúdo de SiO2 pode ser de 58,5-61% em peso. Mais de preferência, a faixa de conteúdo de SiO2 pode ser 58,560,4% em peso.

[0017] AI2O3 é outro óxido que forma a rede de vidro. Quando combinado com SiO2, pode ter um efeito substancial sobre as propriedades mecânicas do vidro e um efeito significativo na prevenção da separação de fase de vidro e na resistência à água. A faixa de conteúdo restrito de AI2O3 na composição de fibra de vidro desta invenção é de 14-18% em peso. O conteúdo de AI2O3 sendo muito baixo será incapaz de obter altas propriedades mecânicas; o conteúdo de AI2O3 sendo muito alto fará com que a viscosidade do vidro seja excessivamente alta, resultando em problemas de derretimento e finalização. De preferência, o conteúdo de AI2O3 pode ser 14,5-17% em peso. Mais de preferência, o conteúdo de AI2O3 pode ser 14,5-16,5% em peso.

[0018] CaO é um importante modificador de rede de vidro e tem um efeito particular na redução da viscosidade do vidro à alta temperatura, mas o conteúdo de CaO sendo muito alto volastonite (CaSiOs) a partir do derretimento de vidro. MgO tem o efeito similar, e o Mg2+ tem maior intensidade de campo e desempenha um papel importante no aumento do módulo de vidro. 0 conteúdo de MgO sendo muito alto aumentará a tendência e a taxa de cristalização do vidro, causando assim o risco de cristalização de diopside (CaMgSiaOδ) . Ao conceber razoavelmente as faixas de conteúdo de CaO, MgO, SÍO2 e as relações entre as mesmas, a presente invenção consegue introduzir um crescimento competitivo em cristais de anortite (CaA12SÍ20s) , diopside (CaMgSiaOg) e volastonite (CaSiOa) , de modo a retardar o crescimento desses cristais, reduzindo assim o risco de desvitrificação. Na composição de fibra de vidro desta invenção, a faixa restrita do conteúdo total de CaO e MgO é de 20-24,5% em peso, em que a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é superior a 2 e menor ou igual a 2,6, e a faixa da relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,3-4,3. A cristalização do vidro pode ser controlada através do pleno aproveitamento da concorrência de Mg2+, Ca2+ e Si4+ para agarrar os grupos de ânion no vidro, reduzindo assim a temperatura do liquido e o grau de desvitrificação. Obviamente, a relação percentual em peso de CaO/MgO sendo muito baixa causará muito conteúdo de Mg2+ e agravará a cristalização de diopside; a relação em percentagem em peso de CaO/MgO que é muito alta causará muito conteúdo de Ca2+, e agravará a cristalização de anortite; a relação percentual em peso de SiO2/CaO sendo muito alta causará maior viscosidade; a relação percentual em peso de SiO2/CaO sendo muito baixa agravará a cristalização da W I x3o volastonite. De preferência, a faixa da relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é superior a 2 e inferior ou igual a 2,4, e a faixa da relação percentual em peso C2 = SiCWCaO é de 3,4-4,2. Mais de preferência, a faixa da relação percentual em peso C2 = SiCWCaO é 3,5-4,0.

[0019] Tanto o K2O quanto o Na2<3 são bons agentes fluxantes que podem reduzir a viscosidade do vidro e melhorar as propriedades de cristalização do vidro. Mas as quantidades adicionadas não devem ser muito altas para não reduzir a resistência do vidro. Na composição de fibra de vidro desta invenção, a faixa restrita do conteúdo total de Na?0 e K2O é inferior a 2% em peso.

[0020] TÍO2 não só pode reduzir a viscosidade do vidro à alta temperatura, mas também tem um certo efeito fluxante. Enquanto isso, o alto conteúdo de TÍO2 ajuda a melhorar a resistência ao calor do vidro. Por conseguinte, na composição de fibra de vidro desta invenção, a faixa restrita do conteúdo de TÍO2 é inferior a 3,5% em peso. Além disso, os inventores descobriram que, o vidro possui uma resistência ao calor excepcional quando a faixa do conteúdo de TÍO2 for ajustada para ser superior a 2% e inferior a 3,5% em peso.

[0021] A introdução do Fe2C>3 facilita a fusão do vidro e também pode melhorar as propriedades de cristalização do vidro. No entanto, uma vez que os ions férricos e os ions ferrosos têm efeitos colorantes, a quantidade introduzida deve ser limitada. Portanto, na composição de fibra de vidro da presente invenção, a faixa restrita do conteúdo de Fe2C>3 é inferior a 1% em peso.

[0022] O LÍ2O não só pode reduzir a viscosidade do vidro dramaticamente para melhorar o desempenho de fusão, mas 10/31 Q Hg o tx .g Rub também, obviamente, ajuda a melhorar as propriedade^ mecânicas, em comparação com NacO e K2O. Além disso, uma pequena quantidade de LÍ2O pode fornecer oxigênio livre considerável, promovendo assim mais ions de aluminio para formar coordenação tetraédrica que ajudaria a fortalecer a rede de vidro e reduzir ainda mais a tendência de cristalização do vidro. Mas a quantidade adicionada de LÍ2O não deve ser muito alta, já que o conteúdo de Li+ sendo muito alto, tem um efeito significativo na interrupção da rede de vidro, afeta a estabilidade da estrutura de vidro, e assim aumenta a tendência de cristalização do vidro. Por conseguinte, na composição de fibra de vidro da presente invenção, a faixa restrita do conteúdo de LÍ2O é de 0,01 a 0,5% em peso. Os inventores descobriram que, os efeitos técnicos permanecem excelentes, mesmo quando o conteúdo de LÍ2O é mantido relativamente baixo, tal como superior a ou igual a 0,01% e inferior a 0,1% em peso.

[0023] O flúor (F2) poderia ser adicionado em pequenas quantidades na composição de fibra de vidro da presente invenção. Uma grande quantidade de experiências e pesquisas mostra que uma pequena quantidade de flúor oferece uma melhoria significativa no desempenho fluxante e redução da temperatura de formação e da temperatura do liquido, causando pouca dificuldade no tratamento de gás residual. Por exemplo, a porcentagem em peso de F2 sendo 0,2% pode reduzir a temperatura de formação e a temperatura do liquido em 4-6°C, o que é favorável à atenuação da fibra de vidro de alto desempenho. Por conseguinte, na composição de fibra de vidro da presente invenção, a faixa restrita do conteúdo de LÍ2O é inferior a 1% em peso. Geralmente, a faixa de conteúdo de F2 § Rut3 - é restrita a ser superior a ou igual a 0,01% e inferior âr;., 0,3%, considerando que um conteúdo relativamente baixo de F2 ainda pode produzir um efeito desejado.

[0024] Além disso, uma pequena quantidade de B2O3 pode ser introduzida seletivamente, e que tem efeito fluxante e pode reduzir a viscosidade do vidro e o risco de desvitrificação. Inesperadamente, os inventores descobriram que o B2O3 pode melhorar ainda mais resistência, módulo e outras propriedades fisicas do vidro quando coexiste com LÍ2O na composição de vidro da presente invenção. Isto é talvez porque, na visão dos inventores, a pequena quantidade de B2O3 entrou ativamente na estrutura de vidro, o que é favorável na otimização das propriedades do vidro. Por conseguinte, na composição de fibra de vidro da presente invenção, a faixa restrita do conteúdo de B2O3 é superior a 0% e inferior a 0,1% em peso.

[0025] Além dos componentes acima mencionados, uma pequena quantidade de impurezas pode estar presente na composição de vidro, de acordo com a presente invenção, e a percentagem em peso total das impurezas é inferior ou igual a 1% .

[0026] Na composição de fibra de vidro da presente invenção, os efeitos benéficos produzidos pelas faixas selecionadas acima mencionadas dos componentes serão explicados através dos dados experimentais específicos fornecidos abaixo.

[0027] Os seguintes são exemplos de faixas de conteúdo preferidas dos componentes compreendidos na composição de fibra de vidro de acordo com a presente invenção. Exemplo Preferido 1

[0028] A composição de fibra de vidro, de acordo com presente invenção, compreende os seguintes componentes expressos em percentagem em peso: SÍO2 de 58,5-61% AI2O3 de 14,5-17% CaO + MgO de 20-24,5% CaO superior a 14% LÍ2O de 0,01-0,5% Na2θ + K2O inferior a 2% TÍO2 inferior a 3,5% Fe2θ3 inferior a 1% F2 inferior a 1% em que, a faixa da relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é superior a 2 e menor ou igual a 2,4; e a faixa da relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,4-4,2. Exemplo Preferido 2

[0029] A composição de fibra de vidro, de acordo com a presente invenção, compreende os seguintes componentes expressos em percentagem em peso: SÍO2 de 58,5-60,4% AI2O3 de 14,5-16,5% CaO + MgO de 20-24,5% CaO superior a 14% LÍ2O de 0,01-0,5% Na∑O + K2O inferior a 2% TÍO2 inferior a 3,5% Fe2θ3 inferior a 1% F2 inferior a 1% B2O3 superior a 0% e inferior a 0,1% em que, a faixa da relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é superior a 2 e menor ou igual a 2,4; e a faixa da relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,5-4,0. Exemplo Preferido 3

[0030] A composição de fibra de vidro, de acordo com a presente invenção, compreende os seguintes componentes expressos em percentagem em peso: SiO2 de 58-62% AI2O3 de 14-18% CaO + MgO de 20-24,5% CaO superior a 14% Li2O de 0,01-0,5% Na2O + K2O inferior a 2% TiO2 superior a 2% e inferior a 3,5% Fe2O3 inferior a 1% F2 inferior a 1% em que, a faixa da relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é superior a 2 e menor ou igual a 2,6; e a faixa da relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,3-4,3.

[0031] A presente invenção proporciona uma composição de fibra de vidro de alto desempenho, fibra de vidro e material compósito a partir do mesmo. A composição não só garante que a fibra de vidro feita a partir da mesma tenha altas propriedades mecânicas, mas também resolve os problemas na produção de fibra de vidro de alto desempenho, tais como alta temperatura do liquido, alta taxa de cristalização, alta temperatura de formação, dificuldade de resfriamento, alta tensão superficial e dificuldade de finalização. A composição pode reduzir significativamente a temperatura de formação, a temperatura do liquido e a tensão superficial do a dificuldade de fibralização, o a quantidade de bolhas nas mesmas a fibra de vidro feita a partir da mesma possui resistência mecânica favorável.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[0032] A fim de melhor esclarecer os propósitos, soluções técnicas e vantagens dos exemplos da presente invenção, as soluções técnicas nos exemplos da presente invenção são claramente e completamente descritas abaixo, combinadas com os desenhos nos exemplos. Obviamente, os exemplos aqui descritos são apenas uma parte dos exemplos da presente invenção e não são todos os exemplos. Todas as outras modalidades exemplares obtidas por um versado na técnica com base nos exemplos na presente invenção sem realizar trabalhos criativos devem cair no escopo de proteção da presente invenção. 0 que precisa ser esclarecido é que, desde que não haja conflito, os exemplos e as características dos exemplos no presente pedido podem ser arbitrariamente combinados entre si.

[0033] O conceito básico da presente invenção é que a composição de fibra de vidro compreende os seguintes componentes expressos em percentagem em peso: SÍO2 de 5862%, AI2O3 de 14-18%, CaO + MgO de 20-24,5%, CaO superior a 14%, LÍ2O de 0,01-0,4%, Na2O + K2O inferior a 2%, TÍO2 inferior a 3,5%, Fe2θ3 inferior a 1%, F2 inferior a 1%, em que a faixa da relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é superior a 2 e inferior ou igual a 2,6, e a faixa da relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,3-4,3. Além disso, a composição de fibra de vidro pode compreender uma pequena quantidade de B2O3, e o conteúdo de B2O3 expresso em percentagem em peso é superior a 0% e inferior a 0,1%. A composição de fibra de vidro na presente invenção não pode apenas garantir que a fibra de vidro feita a partir da mesma tenha altas propriedades mecânicas, mas também resolve os problemas na produção de fibra de vidro de alto desempenho, tais como alta temperatura do liquido, alta taxa de cristalização, alta temperatura de formação, dificuldade de resfriamento, alta tensão superficial, dificuldade de finalização e dificuldade na produção industrial em larga escala. A composição pode reduzir significativamente a temperatura de formação, a temperatura do liquido, e a tensão superficial do vidro fundido, e reduzir a dificuldade de fibralização, o grau de devitrificação e a quantidade de bolhas sob as mesmas condições. Enquanto isso, a fibra de vidro feita a partir da mesma possui uma resistência mecânica favorável. Além disso, a referida fibra de vidro possui uma propriedade de resistência ao calor excepcional quando um alto conteúdo de TÍO2 é introduzido.

[0034] De acordo com as modalidades especificas mencionadas, os valores de conteúdo especifico de SÍO2, AI2O3, CaO, MgO, Na∑O, K2O, Fe2θ3, LÍ2O, TÍO2 e B2O3 na composição de fibra de vidro da presente invenção são selecionados para serem usados nos exemplos, que são comparados com as propriedades dos vidros E e R tradicionais e o vidro R aperfeiçoado em termos dos seguintes seis parâmetros de propriedade: 1. ) Temperatura de formação, a temperatura à qual a massa fundida de vidro tem uma viscosidade de 103 poise. 2. ) Temperatura do liquido, a temperatura à qual os núcleos de cristal começam a formar-se quando a massa fundida de vidro resfria, isto é, a temperatura limite superior para cristalização de vidro. 3. ) Valor de ΔT, que é o diferencial de temperatura entre a temperatura de formação e a temperatura do liquido e indica a faixa de temperatura na qual o desenho de fibra pode ser realizado. 4. ) Temperatura do pico de cristalização, a temperatura do pico de cristalização mais forte no teste de DTA (Análise Térmica Diferencial). Geralmente, quanto maior é a temperatura, maior será a energia que os núcleos de cristal necessitam para crescer, e menor é a tendência de cristalização do vidro. 5. ) Resistência ao filamento, a resistência à tração que um filamento da fibra de vidro pode suportar. 6. ) Temperatura do ponto de amolecimento, que é uma medida da capacidade do vidro para resistir à deformação de alta temperatura.

[0035] Os seis parâmetros acima mencionados e os métodos de medição dos mesmos são bem conhecidos para um versado na técnica. Portanto, os parâmetros acima mencionados podem ser efetivamente utilizados para explicar as propriedades da composição de fibra de vidro da presente invenção.

[0036] 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 relações apropriadas para que cada componente atinja a percentagem em peso esperada final; o lote misto é derretido e clarificado; em seguida, o vidro fundido é extraido através das pontas das buchas, formando assim a fibra de vidro; a fibra de vidro é atenuada no colar giratório de um enrolador para formar bolos ou embalagens. , v-' Claro, métodos convencionais podem ser usados para processar profundamente essas fibras de vidro para atender aos requisitos esperados.

[0037] As modalidades exemplificativas da composição de fibra de vidro, de acordo com a presente invenção, são apresentadas a seguir. Exemplo 1 SiO2 58% AI2O3 18% CaO 14,1% MgO 6,9% B2O3 - Li2O 0,01% Na2O 0,51% K2O 0,28% Fe2O3 0, 69% TiO2 0,61% F2 0, 90% em que, a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é 2,04; e a relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 4,11.

[0038] No Exemplo 1, os valores medidos dos seis parâmetros são respectivamente: Temperatura de formação 1271 °C Temperatura do liquido 1187 °C ΔT 8 4 °C Temperatura do pico de cristalização 1042 °C Resistência ao filamento 4115 MPa Temperatura do ponto de amolecimento 915 °C SiO2 62% AI2O3 14% CaO 15,6% MgO 6,0% B2O3 - Li2O 0,05% Na2O 0,01% K2O 1,88% Fe2O3 0,40% TiO2 0, 04% F2 0, 02% em que, a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é 2,60; e a relação percentual em peso C2 = Siθ2/Caθ é 3,97.

[0039] No Exemplo 2, os valores medidos dos seis parâmetros são respectivamente: Temperatura de formação 1277 °C Temperatura do liquido 1195 °C ΔT 82 °C Temperatura do pico de cristalização 1034 °C Resistência ao filamento 4195 MPa Temperatura do ponto de amolecimento 920 °C Exemplo 3 SiO2 59, 4% AI2O3 14,5% CaO 16,5% MgO 6,875% B2O3 - Li2O 0,03% Na2O 0,12% K2O 1,175% TiO2 1,29% Fe2O3 0,05% F2 0,06% em que, a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é 2,4; e a relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,60.

[0040] No Exemplo 3, os valores medidos dos seis parâmetros são respectivamente: Temperatura de formação 1265 °C Temperatura do liquido 1187 °C ΔT 7 8 °C Temperatura do pico de cristalização 1043 °C Resistência ao filamento 4149 MPa Temperatura do ponto de amolecimento 916 °C Exemplo 4 SiO2 61% AI2O3 17% CaO 14,2% MgO 5,8% B2O3 - Li2O 0,01% Na2O 0,21% K2O 0,15% Fe2O3 0, 99% TiO2 0,32% F2 0,32% em que, a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é 2,45; e a relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 4,30.

[0041] No Exemplo 4, os valores medidos dos seis parâmetros são respectivamente: Temperatura de formação Temperatura do liquido 1196 °C ΔT 82 °C Temperatura do pico de cristalização 1030 °C Resistência ao filamento 4216 MPa Temperatura do ponto de amolecimento 920 °C Exemplo 5 SÍO2 58,5% AI2O3 16,5% CaO 14,5% MgO 7% B2O3 - LÍ2O 0,5% Na2O 0,5% K2O 0,15% Fe2O3 0,35% TiO2 1,8% F2 0,2% em que, a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é 2,07; e a relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 4,03.

[0042] No exemplo 5, os valores medidos dos seis parâmetros são respectivamente: Temperatura de formação 1264 °C Temperatura ΔT do liquido 1190 74 °C °C Temperatura do pico de cristalização 1040 °C Resistência ao filamento 4147 MPa Temperatura do Exemplo 6 SÍO2 58,625% AI2O3 14,375% ponto de amolecimento 922 °C CaO 16,75% MgO 7,75% B2O3 — Li2O 0, 15% Na2O 0, 1% K2O 0, 02% Fe2O3 0,02% TiO2 2,06% F2 0, 15% em que, a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é 2,16; e a relação percentual em peso C2 = SiCt/CaO é 3,50.

[0043] No Exemplo 6, os valores medidos dos seis parâmetros são respectivamente: Temperatura de formação 1269 °C Temperatura do líquido 1190 °C ΔT 79 °C Temperatura do pico de cristalização 1040 °C Resistência ao filamento 4124 MPa Temperatura do ponto de amolecimento 925 °C Exemplo 7 SiO2 60,4% AI2O3 15% CaO 15,1% MgO 6,25% B2O3 - Li2O 0,01% Na2O 0,5% K2O 0,8% Fe2O3 0,2% TiO2 1,24% F2 0,5% em que, a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é e a relação percentual em peso C2 = Siθ2/Caθ é 4,00.

[0044] No Exemplo 7, os valores medidos dos parâmetros são respectivamente: Temperatura de formação 1273 °C Temperatura do liquido 1196 °C ΔT 77 °C Temperatura do pico de cristalização 1030 °C Resistência ao filamento 4130 MPa Temperatura do ponto de amolecimento 915 °C Exemplo 8 SiO2 58,48% A12O3 14% CaO 17,2% MgO 6,2% B2O3 0,08% Li2O 0,5% Na2O 0,5% K20 0,25% Fe2O3 0,5% TiO2 1,79% F2 0,5% em que, a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é e a relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,40.

[0045] No exemplo 8, os valores medidos dos parâmetros são respectivamente: Temperatura de formação 1260 °C Temperatura do liquido 1182 °C ΔT 78 °C Temperatura do pico de cristalização 1044 °C Resistência ao filamento 4110 MPa Temperatura do ponto de amolecimento 914 °C Exemplo 9 SÍO2 59,5% AI2O3 14% CaO 17,5% MgO 7% Li2O 0,08% Na2O 0,41% K2O 0,51% Fe2O3 0,5% TiO2 0,3% F2 0,2% em que, a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é 2,50; e a relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,40.

[0046] No Exemplo 9, os valores medidos dos seis parâmetros são respectivamente: Temperatura de formação 1272 °C Temperatura do liquido 1194 °C ΔT 78 °C Temperatura do pico de cristalização 1032 °C Resistência ao filamento 4132 MPa Temperatura do ponto de amolecimento 912 °C Exemplo 10 SiO2 60, 9% AI2O3 15,2% CaO 14,5% MgO 7,1% B2O3 0,01% Li2O 0,14% Na2O 0,41% K2O 0,33% Fe2O3 0,41% TiO2 1,00% F2 em que, a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é 2,05; e a relação percentual em peso C2 = SiCWCaO é 4,20.

[0047] No Exemplo 10, os valores medidos dos seis parâmetros são respectivamente: Temperatura de formação 1274 °C Temperatura do liquido 1194 °C ΔT 80 °C Temperatura do pico de cristalização 1034 °C Resistência ao filamento 4137 MPa Temperatura do ponto de amolecimento 923 °C Exemplo 11 SiO2 60,1% AI2O3 15,2% CaO 15,1% MgO 7,5% B2O3 - Li2O 0,50% Na2O 0,44% K2O 0,28% Fe2O3 0,42% TiO2 0,28% F2 em que, a relação percentual em peso Cl = CaO/MgO é 2,02; e a relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,99.

[0048] No Exemplo 11, os valores medidos dos seis parâmetros são respectivamente: Temperatura de formação 1274 °C Temperatura do liquido 1193 °C ΔT 81 °C Temperatura do pico de cristalização 1036 °C Resistência ao filamento 4156 MPa Temperatura do ponto de amolecimento 92 0 °C

[0049] 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, o vidro R tradicional e o vidro R aperfeiçoado são adicionalmente feitas a seguir por meio de tabelas, em que os conteúdos do componente da composição de fibra de vidro são expressos em percentagem em peso. O que precisa ser esclarecido é que a quantidade total dos componentes nos exemplos é ligeiramente inferior a 100%, e deve entender-se que a quantidade restante é o estado de traço ou uma pequena quantidade de componentes que não pode ser analisada.

[0050] Pode ser visto a partir dos valores nas tabelas acima que, em comparação com o vidro R tradicional e o vidro R aperfeiçoado, a composição de fibra de vidro da presente invenção tem as seguintes vantagens: (1) A composição possui uma temperatura do liquido muito menor, o que ajuda a reduzir o risco de cristalização e aumentar a eficiência do desenho da fibra. (2) A composição possui uma temperatura de pico de cristalização maior, o que significa que é necessária mais energia para que os núcleos de cristal cresçam, isto é, a composição possui menor risco de cristalização sob a mesma condição. (3) A composição possui uma temperatura de formação mais baixa. Enquanto isso, a composição possui maior resistência ao filamento e temperatura do ponto de amolecimento em comparação com o vidro R aperfeiçoado. Pode ser visto que, em comparação com o vidro R aperfeiçoado, a composição de fibra de vidro da presente invenção produz um avanço no desempenho de cristalização, resistência ao filamento e resistência ao calor, e reduz consideravelmente o risco de cristalização, melhora significativamente a resistência do filamento e a temperatura amolecimento sob as mesmas condições, e a relação de custo- desempenho de todas as soluções técnicas é maior, tornando- a mais adequada para a produção do forno de tanque em larga escala.

[0051] A composição de fibra de vidro, de acordo com a presente invenção, pode ser utilizada para produzir fibras de vidro com as propriedades excelentes anteriormente mencionadas.

[0052] 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 fibra de vidro.

[0053] Em conclusão, a presente invenção proporciona uma composição de fibra de vidro, fibra de vidro e material compósito a partir da mesma. A composição não só garante que a fibra de vidro feita a partir da mesma tenha altas propriedades mecânicas, mas também resolve os problemas na produção de fibra de vidro de alto desempenho, tais como alta temperatura do liquido, alta taxa de cristalização, alta temperatura de formação, dificuldade de resfriamento, alta tensão superficial e dificuldade de finalização. A composição pode reduzir significativamente a temperatura de formação, a temperatura do liquido e a tensão superficial do vidro fundido, e reduzir a dificuldade de fibralização, o grau de devitrificação e a quantidade de bolhas sob as mesmas condições. Enquanto isso, a fibra de vidro feita a partir da mesma possui resistência mecânica favorável.

[0054] Finalmente, o que deve ser esclarecido é que, neste texto, os termos "conter", "compreender" ou quaisquer outras variantes pretendem significar "inclusão não- exclusiva", 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 estão explicitamente listados, ou também incluir fatores intrínsecos de tais processo, método, objeto ou equipamento. Sem mais limitações, os fatores definidos pela frase "conter um ..." ou suas variantes não descartam que existam outros mesmos fatores no processo, método, artigo ou equipamento que incluem os referidos fatores.

[0055] Os exemplos acima são proporcionados apenas com a finalidade de ilustrar em vez de limitar as soluções técnicas da presente invenção. Embora a presente invenção seja descrita em detalhes por meio de exemplos acima mencionados, um versado na técnica deve entender que as modificações também podem ser feitas para as soluções técnicas incorporadas por todos os exemplos acima mencionados ou uma substituição equivalente pode ser feita a algumas das características técnicas. Contudo, tais modificações ou substituições não irão fazer com que as soluções técnicas resultantes se desviem substancialmente a partir das espessuras e faixas das soluções técnicas, respectivamente, incorporadas por todos os exemplos da presente invenção.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL DA INVENÇÃO

[0056] A composição de fibra de vidro da presente invenção faz um avanço nas propriedades de cristalização, resistência ao filamento e resistência ao calor do vidro em comparação com o vidro R aperfeiçoado e reduz consideravelmente o risco de cristalização, e melhora αfe> forma significativa a temperatura do ponto de amolecimento e da resistência ao filamento sob as mesmas condições, e a relação de custo-desempenho de todas as soluções técnicas é maior, tornando-a mais adequada para a produção de forno de tanque em larga escala.

Claims

1. Composição de fibra de vidro, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende os seguintes componentes expressos em percentagem em peso: SiO2 de 58-62% Al2O3 de 14-18% CaO + MgO de 20-24,5% CaO superior a 14% Li2O de 0,01-0,5% Na2O + K2O inferior a 2% TiO2 inferior a 3,5% Fe2O3 inferior a 1% F2 inferior a 1% B2O3 superior a 0% e inferior a 0,1% em que, a faixa da relação percentual em peso C1 = CaO/MgO é superior a 2 e inferior a ou igual a 2,6, e a faixa da relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,3-4,3.

2. Composição de fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o conteúdo de F2 expresso em percentagem em peso é superior a ou igual a 0,01% e inferior a 0,3%.

3. Composição de fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o conteúdo de Li2O expresso em percentagem em peso é superior a ou igual a 0,01% e inferior a 0,1%.

4. Composição de fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a faixa da relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,4-4,2.

5. Composição de fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende os seguintes componentes expressos em percentagem em peso: SiO2 de 58,5-61% Al2O3 de 14,5-17% CaO + MgO de 20-24,5% CaO superior a 14% Li2O de 0,01-0,5% Na2O + K2O inferior a 2% TiO2 inferior a 3,5% Fe2O3 inferior a 1% F2 inferior a 1% B2O3 superior a 0% e inferior a 0,1% em que, a faixa da relação percentual em peso C1 = CaO/MgO é superior a 2 e inferior a ou igual a 2,4 e a faixa da relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,4-4,2.

6. Composição de fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende os seguintes componentes expressos em percentagem em peso: SiO2 de 58,5-60,4% Al2O3 de 14,5-16,5% CaO + MgO de 20-24,5% CaO superior a 14% Li2O de 0,01-0,5% Na2O + K2O inferior a 2% TiO2 inferior a 3,5% Fe2O3 inferior a 1% F2 inferior a 1% B2O3 superior a 0% e inferior a 0,1% em que a faixa da relação percentual em peso C1 = CaO/MgO é superior a 2 e inferior a ou igual a 2,4, e a faixa da relação percentual em peso C2 = SiO2/CaO é 3,5-4,0.

7. Composição de fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1 ou 6, CARACTERIZADA pelo fato de que o conteúdo de TiO2 expresso em percentagem em peso é superior a 2% e inferior a 3,5%.

8. Fibra de vidro, CARACTERIZADA pelo fato de ser produzida a partir da composição de fibra de vidro, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

9. Material compósito, CARACTERIZADO pelo fato de incorporar a fibra de vidro, conforme definida na reivindicação 8.