BR112020012526A2

BR112020012526A2 - composição de fibra de vidro de alto desempenho

Info

Publication number: BR112020012526A2
Application number: BR112020012526-1A
Authority: BR
Inventors: Peter Bernard McGinnis; Michelle Korwin-Edson
Original assignee: Ocv Intellectual Capital, Llc
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-11-24
Also published as: US20230051530A1; CA3085496A1; US20220081350A1; JP7448741B2; US11214512B2; CN115504675A; US20190194064A1; KR20200090921A; MX2020006064A; CN109928641B; EP3502068A1; RU2020120903A; WO2019126252A1; CN109928641A; CN115504675B; JP2021506712A

Abstract

Uma composição de vidro é fornecida que inclui cerca de 55,0 a 60,4 % em peso de SiO2, cerca de 19,0 a 25,0 % em peso de Al2O3, cerca de 8,0 a 15,0 % em peso de MgO, cerca de 7 a 12,0 % em peso de CaO, menor que 0,5 % em peso de Li2O, 0,0 a cerca de 1,0 % em peso de Na2O e 0 a cerca de 1,5 % em peso de TiO2. A composição de vidro tem uma temperatura de formação de fibras não maior que cerca de 2.500 °F (1371,1 °C). As fibras de vidro formadas a partir da composição inventiva podem ser usadas em aplicações que exigem alta rigidez e baixo peso. Tais aplicações incluem tecidos tecidos para o uso na formação de pás de vento e estruturas aeroespaciais.

Description

“COMPOSIÇÃO DE FIBRA DE VIDRO DE ALTO DESEMPENHO” REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[001]Este pedido reivindica prioridade e qualquer benefício do Pedido Provisório de Patente U.S. No 62/607.498, depositado 19 de dezembro de 2017, cujo conteúdo é aqui incorporado por referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002]As fibras de vidro são fabricadas a partir de várias matérias-primas combinadas em proporções específicas para produzir uma composição desejada, comumente denominada um “lote de vidro”. Este lote de vidro pode ser fundido em um aparelho de fusão e o vidro fundido é atraído em filamentos através de um mancal ou placa de orifícios (os filamentos resultantes também são referidos como fibras de vidro contínuas). Uma composição de dimensionamento contendo lubrificantes, agentes de acoplamento e resinas aglutinantes formadoras de película pode então ser aplicada aos filamentos. Depois que o dimensionamento é aplicado, as fibras podem ser reunidas em um ou mais fios e aglomerados em uma embalagem ou, alternativamente, as fibras podem ser cortadas enquanto úmidas e coletadas. Os fios cortados coletados podem então serem secos e curados para formar fibras cortadas secas ou então podem ser embalados em sua condição úmida como fibras cortadas úmidas.

[003]A composição do lote de vidro, junto com a fibra de vidro fabricada a partir do mesmo, é frequentemente expressada em termos dos óxidos nela contidos, que comumente incluem SiO2, Al2O3, CaO, MgO, B2O3, Na2O, K2O, Fe2O3, TiO2, Li2O e semelhantes. Numerosos tipos de vidros podem ser produzidos a partir da variação das quantidades desses óxidos ou eliminação de alguns dos óxidos no lote de vidro.

Exemplos de tais vidros que podem ser produzidos incluem vidro R, vidro E, vidro S, vidro A, vidro C e vidro ECR. A composição do vidro controla as propriedades de formação e do produto do vidro. Outras características das composições de vidro incluem o custo da matéria-prima e impacto ambiental.

[004]Por exemplo, o vidro E é um vidro de aluminoborossilicato, geralmente isento de alcalino, e comumente usado em aplicações elétricas. Uma vantagem do vidro E é que sua temperatura líquida permite que as temperaturas de operação para produzir as fibras de vidro sejam de aproximadamente 1900 °F a 2400 °F (1038 °C a 1316 °C). A classificação da ASTM para fios de fibra de vidro E usados em placas de circuito impressas e aplicações aeroespaciais define a composição como tendo 52 a 56 % em peso de SiO2, 16 a 25 % em peso de CaO, 12 a 16 % em peso de Al2O3, 5 a 10 % em peso de B2O3, 0 a 5 % em peso de MgO, 0 a 2 % em peso de Na2O e K2O, 0 a 0,8 % em peso de TiO2, 0,05 a 0,4 % em peso de Fe2O3 e 0 a 1,0 % em peso de Flúor.

[005]Fibras isentas de boro são vendidas sob a marca registrada ADVANTEX® (Owens Coming, Toledo, Ohio, EUA). As fibras isentas de boro, tais como são divulgadas na Pat. U.S. No 5.789.329, incorporada aqui por referência em sua totalidade, oferecem uma melhoria significativa nas temperaturas de operação sobre o vidro E contendo boro. As fibras de vidro isentas de boro se enquadram na definição da ASTM como fibras de vidro E para o uso em aplicações de uso geral.

[006]O vidro R é uma família de vidros que são compostos principalmente dos óxidos de silício, alumínio, magnésio e cálcio com uma composição química que produz fibras de vidro com uma resistência mecânica maior que as fibras de vidro E.

O vidro R tem uma composição que contém cerca de 58 a cerca de 60 % em peso de SiO2, cerca de 23,5 a cerca de 25,5 % em peso de Al2O3, cerca de 14 a cerca de 17 % em peso de CaO mais MgO e menos que cerca de 2 % em peso de componentes variados. O vidro R contém mais alumina e sílica que o vidro E e exige temperaturas mais altas de fusão e processamento durante a formação da fibra. Tipicamente, as temperaturas de fusão e processamento para o vidro R são maiores que aquelas para o vidro E. Este aumento na temperatura de processamento exige o uso de um fundidor revestido de platina de alto custo. Além disso, a proximidade da temperatura líquida com a temperatura de formação no vidro R exige que o vidro seja fibroso a uma viscosidade menor que o vidro E, que é habitualmente fibroso a ou aproximadamente cerca de 1.000 poise. A formação de fibras de vidro R na viscosidade habitual de 1.000 poise provavelmente resultaria em desvitrificação do vidro, que causa interrupções no processo e produtividade reduzida.

[007]As fibras de vidro de alto desempenho possuem maior resistência e rigidez em comparação com as fibras de vidro E tradicionais. Em particular, para alguns produtos, a rigidez é crucial para a modelagem e desempenho. Por exemplo, compósitos, tais como pás de vento, preparadas a partir de fibras de vidro com boas propriedades de rigidez permitiriam pás de vento mais longas em estações de geração de energia elétrica enquanto mantém a flexão da pá dentro dos limites aceitáveis.

[008]Adicionalmente, são desejadas composições de vidro de alto desempenho que possuam propriedades mecânicas e físicas favoráveis (e.g., módulo específico e resistência à tração), enquanto mantêm propriedades de formação desejáveis (e.g., temperatura líquida e a temperatura de formação de fibras).

[009]Em particular, existe uma necessidade na técnica por composições de vidro de alto desempenho com propriedades aceitáveis de formação, tais como tendo uma temperatura de formação de fibras suficientemente baixa, cujas composições de vidro retenham as propriedades mecânicas e físicas favoráveis.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[010]Várias modalidades exemplificativas dos presentes conceitos inventivos são dirigidos a uma composição de vidro compreendendo SiO2 em uma quantidade de 55,0 a 60,4 % em peso; Al2O3 em uma quantidade de 19,0 a 25,0 % em peso; CaO em uma quantidade de 7 a 12,0 % em peso; MgO em uma quantidade de 8,0 a 15,0 % em peso; Na2O em uma quantidade de 0 a 1,0 % em peso; Li2O em uma quantidade menor que 0,5 % em peso; e TiO2 em uma quantidade de 0,0 a 1,5 % em peso,

expressadas como porcentagens em peso com base no peso de toda a composição.

A razão percentual em peso de Al2O3/MgO é menor que 2,0 e a composição do vidro tem uma temperatura de formação de fibras não maior que 2.500 °F (1.371,1 °C).

[011]Em qualquer uma das várias modalidades, as quantidades combinadas de SiO2, Al2O3, MgO e CaO podem ser de pelo menos 98 % em peso e menos de 99,5 % em peso.

[012]Em qualquer uma das várias modalidades, as quantidades combinadas de MgO e CaO podem ser maiores que 20 % em peso.

[013]Em qualquer uma das várias modalidades, as quantidades combinadas de MgO e CaO podem ser menores que 22 % em peso.

[014]Em qualquer uma das várias modalidades, a composição de vidro pode ser essencialmente isenta de pelo menos um de B 2O3 e Li2O.

[015]Em qualquer uma das várias modalidades, as quantidades combinadas de Fe2O3, TiO2, K2O e Na2O podem ser abaixo de 1,5 % em peso.

[016]Outros aspectos exemplificativos dos presentes conceitos inventivos são dirigidos a uma composição de vidro compreendendo SiO2 em uma quantidade de 55,0 a 65,0 % em peso; Al2O3 em uma quantidade de 19,0 a 25,0 % em peso; CaO em uma quantidade de 7 a 12,0 % em peso; MgO em uma quantidade de 8,0 a 15,0 % em peso; Na2O em uma quantidade de 0 a 1,0 % em peso; Li2O em uma quantidade menor que 0,5 % em peso; e TiO2 em uma quantidade de 0,0 a 1,5 % em peso. Em várias modalidades exemplificativas, a porcentagem total em peso de CaO e MgO é maior que 20 % em peso e a razão percentual em peso de Al2O3/MgO é menor que 2,0. A composição de vidro tem uma temperatura de formação de fibras não maior que 2.500 °F (1.371,1 °C).

[017]Em qualquer uma das várias modalidades, a composição compreende 19,5 a 21 % em peso de Al2O3.

[018]Em qualquer uma das várias modalidades, a razão percentual em peso de Al2O3/MgO não é maior que 1,8.

[019]Em qualquer uma das várias modalidades, a composição de vidro pode ser essencialmente isenta de pelo menos um de B 2O3 e Li2O.

[020]Ainda outros aspectos exemplificativos dos presentes conceitos inventivos são dirigidos a uma fibra de vidro formada a partir de uma composição de vidro compreendendo SiO2 em uma quantidade de 55,0 a 60,4 % em peso; Al2O3 em uma quantidade de 19,0 a 25,0 % em peso; CaO em uma quantidade de 7 a 12,0 % em peso; MgO em uma quantidade de 8,0 a 15,0 % em peso; Na2O em uma quantidade de 0 a 1,0 % em peso; Li2O em uma quantidade menor que 0,5 % em peso; e TiO2 em uma quantidade de 0,0 a 1,5 % em peso, expressadas como porcentagens em peso com base no peso de toda a composição, em que a razão percentual em peso de Al2O3/MgO é menor que 2,0, e em que a dita fibra de vidro tem uma resistência à tração de pelo menos 4.800 MPa.

[021]Em qualquer uma das várias modalidades, a razão percentual em peso de Al2O3/MgO não é maior que 1,8.

[022]Em qualquer uma das várias modalidades, a fibra de vidro tem um módulo específico de pelo menos 32,0 MJ/kg.

[023]Ainda outros aspectos exemplificativos dos conceitos inventivos são dirigidos a um método de formar uma fibra de vidro contínua que inclui fornecer uma composição fundida de acordo com qualquer uma das modalidades exemplificativas aqui divulgadas e desenhar a composição fundida através de um orifício para formar uma fibra de vidro contínua.

[024]Outros aspectos exemplificativos dos conceitos inventivos são dirigidos a um produto compósito reforçado compreendendo uma matriz polimérica e uma pluralidade de fibras de vidro formadas a partir de uma composição de vidro compreendendo: SiO2 em uma quantidade de 55,0 a 60,4 % em peso; Al2O3 em uma quantidade de 19,0 a 25,0 % em peso; CaO em uma quantidade de 7 a 12,0 % em peso; MgO em uma quantidade de 8,0 a 15,0 % em peso; Na 2O em uma quantidade de 0 a 1,0 % em peso; Li2O em uma quantidade menor que 0,5 % em peso; e TiO2 em uma quantidade de 0,0 a 1,5 % em peso, expressadas como porcentagens em peso com base no peso de toda a composição, em que a razão percentual em peso de Al2O3/MgO é menor que 2,0, e em que as ditas fibras de vidro têm resistência à tração de pelo menos 4.800 MPa.

[025]Os objetos, características e vantagens anteriores e outros da invenção aparecerão mais completamente em seguida a partir de uma consideração da descrição detalhada que se segue.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[026]A menos que de outro modo definido, todos os termos técnicos e científicos aqui usados têm o mesmo significado como comumente entendidos por um especialista na técnica à qual essas modalidades exemplificativas pertencem. A terminologia usada na descrição aqui é para descrever apenas modalidades exemplificativas e não é intencionada a ser limitativa das modalidades exemplificativas. Consequentemente, os conceitos inventivos gerais não são intencionados a serem limitados às modalidades específicas aqui ilustradas. Embora outros métodos e materiais similares ou equivalentes àqueles aqui descritos possam ser usados na prática ou teste da presente invenção, os métodos e materiais preferidos são aqui descritos.

[027]Como usado na especificação e nas reivindicações anexas, as formas singulares “um/uma” e “o/a” são intencionadas a incluir as formas plurais também, a menos que o contexto indique claramente de outro modo.

[028]A menos que de outro modo indicado, todos os números que expressam quantidades de ingredientes, propriedades químicas e moleculares, condições de reação e assim por diante, usados na especificação e reivindicações devem ser entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo “cerca de”.

Consequentemente, a menos que indicado ao contrário, os parâmetros numéricos apresentados na especificação e ligados às reivindicações são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas que se procura obter pelas presentes modalidades exemplificativas. No mínimo, cada parâmetro numérico deve ser interpretado à luz do número de dígitos significativos e abordagens de arredondamento habituais.

[029]Não obstante que os intervalos e parâmetros numéricos que estabelecem o amplo escopo das modalidades exemplificativas sejam aproximações, os valores numéricos apresentados nos exemplos específicos são relatados tão precisamente quanto possível. Qualquer valor numérico, entretanto, inerentemente contém certos erros necessariamente resultantes do desvio padrão encontrado em suas respectivas medições de teste. Todo intervalo numérico fornecido ao longo desta especificação e reivindicações incluirá todo o intervalo numérico mais estreito que se enquadre dentro desse intervalo numérico mais amplo, como se esses intervalos numéricos mais estreitos fossem todos expressamente escritos aqui. Além disso, qualquer valor numérico relatado nos Exemplos pode ser usado para definir um ponto final superior ou inferior de um intervalo composicional mais amplo aqui divulgado.

[030]A presente divulgação se refere a uma composição de vidro de alto desempenho com resistência à tração e módulo aprimorados, enquanto é essencialmente isenta de lítio. Por “essencialmente isenta de lítio”, entende-se que o lítio não é adicionado intencionalmente e a composição de vidro inclui não mais que 5,0 % em peso de lítio, incluindo não mais que 4,0 % em peso, 3,0 % em peso, 2,0 % em peso, 1,0 % em peso, 0,5 % em peso e 0,1 % em peso. Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro inclui entre 0 e 1,0 % em peso de lítio, incluindo entre 0 e 0,5 % em peso e entre 0 e 0,05 % em peso. Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro é totalmente isenta de lítio.

[031]As composições de vidro aqui divulgadas são adequadas para fusão em fornos de vidro revestidos com refratário tradicional comercialmente disponíveis, que são amplamente usados na fabricação de fibras de reforço de vidro.

[032]A composição de vidro pode estar na forma fundida, obtenível por fusão dos componentes da composição de vidro em um fundidor. A composição de vidro exibe uma baixa temperatura de formação de fibras, que é definida como a temperatura que corresponde a uma viscosidade de fusão de cerca de 1.000 poise, conforme determinado pela ASTM C965-96 (2007). A redução da temperatura de formação de fibras pode reduzir os custos de produção das fibras de vidro, pois permite uma vida útil mais longa do mancal e uso reduzido de energia necessária para a fusão dos componentes de uma composição do vidro. Portanto, a energia expelida é geralmente menor que a energia necessária para fundir muitas formulações de vidro comercialmente disponíveis. Tais exigências de energia mais baixas também podem reduzir os custos gerais de fabricação associados com a composição do vidro.

[033]Por exemplo, com uma menor temperatura de formação de fibras, um mancal pode operar a uma temperatura mais baixa e, portanto, não “folga” tão prontamente como é tipicamente observado. “Ceder” é um fenômeno que ocorre quando um mancal que é mantido a uma temperatura elevada por períodos de tempo prolongados perde sua estabilidade determinada. Assim, reduzindo-se a temperatura de formação de fibras, a taxa de folga do mancal pode ser reduzida e a vida útil do mancal pode ser maximizada.

[034]Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro tem uma temperatura de formação de fibras menor que 2.500 °F (1.371,1 °C), incluindo as temperaturas de formação de fibras não maiores que 2.475 °F (1.357,2 °C), não maiores que 2.470 °F (1.354,4 °C), não maiores que 2.420 °F (1.326,6 °C), não maiores que 2.410 °F (1.321,1 °C), não maiores que 2405 °F (1.318,3 °C), não maiores que 2400 °F (1.315,5 °C), não maiores que 2390 °F (1.310 °C) e não maiores que 2385 °F (1.307,2 °C).

[035]Outra propriedade da formação de fibras de uma composição de vidro é a temperatura líquida. A temperatura líquida é definida como a temperatura mais alta na qual existe equilíbrio entre o vidro líquido e sua fase cristalina primária. A temperatura líquida, em alguns casos, pode ser medida expondo a composição de vidro a um gradiente de temperatura em um barco de liga de platina por 16 horas (ASTM C829-81(2005)). A todas as temperaturas acima da temperatura líquida, o vidro é completamente fundido, i.e., é isento de cristais. Em temperaturas abaixo da temperatura líquida, cristais podem se formar.

[036]Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro tem uma temperatura líquida abaixo de 2.500 °F (1.371,1 °C), incluindo temperatura líquida não maior que 2.400 °F (1.315,5 °C), não maior que 2.375 °F (1.301,6 °C), não maior que 2.350 °F (1.287,7 °C), não maior que 2.325 °F (1.273,8 °C), não maior que

2.305 °F (1.262,7 °C), não maior que 2.300 °F (1.260 °C), não maior que 2.290 °F (1.254,4 °C), não maior que 2.250 °F (1.232,2 °C), não maior que 2.225 °F (1.218,3 °C) e não maior que 2.215 °F (1.212,7 °C).

[037]Uma terceira propriedade da formação de fibras é “ΔT”, que é definido como a diferença entre a temperatura de formação de fibras e a temperatura líquida.

Se ΔT for muito pequeno, o vidro fundido pode cristalizar dentro do aparelho de formação de fibras e causar uma interrupção no processo de fabricação.

Desejavelmente, o ΔT é tão grande quanto possível para uma dada viscosidade de formação, porque oferece um maior grau de flexibilidade durante a formação de fibras e ajuda a evitar a desvitrificação no sistema de distribuição de vidro e no aparelho de formação de fibras. Um ΔT grande adicionalmente reduz os custos de produção das fibras de vidro, permitindo uma maior vida útil do mancal e um processo de formação menos sensível.

[038]Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro tem um ΔT de pelo menos 80 °F (26,6 °C), incluindo pelo menos 100 °F (37,7 °C), pelo menos 110 °F (43,3 °C), pelo menos 120 °F (48,8 °C), pelo menos 135 °F (57,2 °C), pelo menos 150 °F (65,5 °C) e pelo menos 170 °F (76,6 °C). Em várias modalidades exemplificativas, a composição de vidro tem um ΔT entre 100 °F (37,7 °C) e 250 °F (121,1 °C), incluindo entre 120 °F (48,8 °C) e 200 °F (93,3 °C) e entre 150 °F (65,5 °C) e 190 °F (87,7 °C).

[039]Uma propriedade da formação de fibras de vidro adicional é a temperatura de recozimento, que é a temperatura na qual a viscosidade do vidro cai para 1013 Poise. O recozimento do vidro é um processo controlado de resfriar lentamente o vidro para aliviar o estresse interno causado durante resfriamento rápido das fibras de vidro. Em temperaturas acima da temperatura de recozimento, os filamentos começam a “sintetizar” e a coalescer em vários pontos de contato. Um dos benefícios da composição de vidro em questão é uma alta temperatura de recozimento (pelo menos 750 °C), que permite que as fibras sejam usadas em aplicações de alta temperatura, tal como enchimento de silenciador. Ao contrário, as fibras de vidro E têm uma temperatura de recozimento entre 680 e 690 °C, e as fibras de vidro E isentas de boro geralmente têm a temperatura de recozimentos não maior que cerca de 720 °C.

[040]A composição de vidro pode incluir cerca de 55,0 a cerca de 65,0 % em peso de SiO2, cerca de 17,0 a cerca de 27,0 % em peso de Al2O3, cerca de 8,0 a cerca de 15,0 % em peso de MgO, cerca de 7,0 a cerca de 12,0 % em peso de CaO, cerca de 0,0 a cerca de 1,0 % em peso de Na2O, 0 a cerca de 2,0 % em peso de TiO2, 0 a cerca de 2,0 % em peso de Fe2O3 e não mais que 0,5 % em peso de Li2O.

Vantajosamente, a razão da porcentagem em peso de óxido de alumina e óxido de magnésio (Al2O3/MgO) não é maior que 2,0, tal como não maior que 1,9 e não maior que 1,8. Adicionalmente, a razão da porcentagem em peso de óxido de magnésio para óxido de cálcio (MgO/CaO) é vantajosamente pelo menos 1,2.

[041]Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro pode compreender cerca de 57,0 a cerca de 62,0 % em peso de SiO 2, cerca de 19,0 a cerca de 25,0 % em peso de Al2O3, cerca de 10,5 a cerca de 14,0 % em peso de MgO, cerca de 7,5 a cerca de 10,0 % em peso de CaO, cerca de 0,0 a cerca de 0,5 % em peso de Na2O, 0,2 a cerca de 1,5 % em peso de TiO2, 0 a cerca de 1,0 % em peso de Fe2O3 e não mais que 0,1 % em peso de Li2O. Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro inclui uma razão de Al2O3/MgO menor que 2 e uma razão de MgO/CaO de pelo menos 1,25.

[042]Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro pode compreender cerca de 57,5 a cerca de 60,0 % em peso de SiO 2, cerca de 19,5 a cerca de 21,0 % em peso de Al2O3, cerca de 11,0 a cerca de 13,0 % em peso de MgO, cerca de 8,0 a cerca de 9,5 % em peso de CaO, cerca de 0,02 a cerca de 0,25 % em peso de Na2O, 0,5 a cerca de 1,2 % em peso de TiO2, 0 a cerca de 0,5 % em peso de Fe2O3 e não mais que 0,05 % em peso de Li2O. Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro inclui razão de Al2O3/MgO não maior que 1,8 e uma razão de MgO/CaO de pelo menos 1,25.

[043]A composição de vidro inclui pelo menos 55 % em peso, mas não maior que 65 % em peso de SiO2. A inclusão de mais que 65 % em peso de SiO2 faz com que a viscosidade da composição de vidro aumente para um nível desfavorável. Além disso, a inclusão de menos que 55 % em peso de SiO2 aumenta a temperatura líquida e a tendência de cristalização. Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro inclui pelo menos 57 % em peso de SiO2, incluindo pelo menos 57,5 % em peso, pelo menos 58 % em peso, pelo menos 58,5 % em peso e pelo menos 59 % em peso. Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro inclui não mais que 60,5 % em peso de SiO2, incluindo não mais que 60,3 % em peso, não maior que 60,2 % em peso, não maior que 60 % em peso, não maior que 59,8 % em peso e não maior que 59,5 % em peso.

[044]Para obter as propriedades mecânicas e de formação de fibras desejadas, um aspecto importante da composição de vidro é ter uma concentração de Al2O3 de pelo menos 19,0 % em peso e não mais que 27 % em peso. A inclusão de mais que 27 % em peso de Al2O3 faz com que o vidro líquido aumente para um nível acima da temperatura de formação de fibras, que resulta em um ΔT negativo. A inclusão de menos que 19 % em peso de Al2O3 forma uma fibra de vidro com um módulo baixo desfavorável. Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro inclui pelo menos 19,5 % em peso de Al2O3, incluindo pelo menos 19,7 % em peso, pelo menos 20 % em peso, pelo menos 20,25 % em peso e pelo menos 20,5 % em peso.

[045]A composição de vidro vantajosamente inclui pelo menos 8,0 % em peso e não mais que 15 % em peso de MgO. A inclusão de mais que 15 % em peso de MgO fará com que a temperatura líquida aumente, que também aumenta a tendência de cristalização do vidro. A inclusão de menos que 8,0 % em peso forma uma fibra de vidro com um módulo baixo desfavorável substituído por CaO e um aumento desfavorável na viscosidade se substituído por SiO2. Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro inclui pelo menos 9,5 % em peso de MgO, incluindo pelo menos 10 % em peso, pelo menos 10,5 % em peso, pelo menos 11 % em peso, pelo menos 11,10 % em peso, pelo menos 11,25 % em peso, pelo menos 12,5 % em peso e pelo menos 13 % em peso de MgO.

[046]Outro aspecto importante da composição de vidro em questão que torna possível obter as propriedades mecânicas e de formação de fibras desejadas, é ter uma razão de Al2O3/MgO não maior que 2.0. Foi descoberto que as fibras de vidro tendo composições com faixas composicionais semelhantes, mas com razões de Al2O3/MgO maiores que 2,0, são incapazes de obter resistência à tração de pelo menos 4.800 MPa. Em certos aspectos exemplificativos, a combinação de uma concentração de Al2O3 de pelo menos 19 % em peso e uma razão de Al2O3/MgO não maior que 2, tal como não maior que 1,9 e não maior que 1,85, torna possível obter fibras de vidro com propriedades de formação de fibras desejáveis e resistência à tração de pelo menos 4.800 MPa.

[047]A composição de vidro vantajosamente inclui pelo menos 7,0 % em peso e não mais que 12 % em peso de CaO. A inclusão de mais que 12 % em peso de CaO forma um vidro com um módulo elástico baixo. A inclusão de menos que 7 % em peso aumentará desfavoravelmente a temperatura líquida ou viscosidade, dependendo de pelo que o CaO é substituído. Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro inclui pelo menos 8,0 % em peso de CaO, incluindo pelo menos 8,3 % em peso, pelo menos 8,5 % em peso, pelo menos 8,7 % em peso e pelo menos 9,0 % em peso.

[048]Em algumas modalidades exemplificativas, as quantidades combinadas de SiO2, Al2O3, MgO e CaO é pelo menos 98 % em peso, ou pelo menos 99 % em peso e não maior que 99,5 % em peso. Em algumas modalidades exemplificativas, as quantidades combinadas de SiO2, Al2O3, MgO e CaO estão entre 98,3 % em peso e 99,5 % em peso, incluindo entre 98,5 % em peso e 99,4 % em peso e 98,7 % em peso e 99,3 % em peso.

[049]Em algumas modalidades exemplificativas, a concentração total de MgO e CaO é pelo menos 10 % em peso e não mais que 22 % em peso, incluindo entre 13 % em peso e 21,8 % em peso e entre 14 % em peso e 21,5 % em peso. Em algumas modalidades exemplificativas, a concentração total de MgO e CaO é pelo menos 20 % em peso.

[050]A composição de vidro pode incluir até cerca de 2,0 % em peso de TiO 2.

Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro inclui cerca de 0,01 % em peso a cerca de 1,0 % em peso de TiO2, incluindo cerca de 0,1 % em peso a cerca de 0,8 % em peso e cerca de 0,2 a cerca de 0,7 % em peso.

[051]A composição de vidro pode incluir até cerca de 2,0 % em peso de Fe2O3.

Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro inclui cerca de 0,01

% em peso a cerca de 1,0 % em peso de Fe2O3, incluindo cerca de 0,05 % em peso a cerca de 0,6 % em peso e cerca de 0,1 a cerca de 0,5 % em peso.

[052]Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro inclui menos de 2,0 % em peso dos óxidos de metal alcalino Na2O e K2O, incluindo entre 0 e 1,5 % em peso. A composição de vidro pode vantajosamente incluir Na2O e K2O em uma quantidade maior que 0,01 % em peso de cada óxido. Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro inclui cerca de 0 a cerca de 1 % em peso de Na2O, incluindo cerca de 0,01 a cerca de 0,5 % em peso, cerca de 0,03 a cerca de 0,3 % em peso e 0,04 a cerca de 0,1 % em peso. Em algumas modalidades exemplificativas, a composição de vidro inclui cerca de 0 a cerca de 1 % em peso de K2O, incluindo cerca de 0,01 a cerca de 0,5 % em peso, cerca de 0,03 a cerca de 0,3 % em peso e 0,04 a cerca de 0,1 % em peso.

[053]Como aqui usado, os termos “por cento em peso”, “% em peso” e “porcentual em peso” podem ser usados permutavelmente e significam denotar a porcentagem em peso (ou por cento em peso) com base na composição total.

[054]As composições de vidro inventivas podem ser isentas ou substancialmente isentas de B2O3, Li2O e flúor, embora cada um, ou qualquer um, possa ser adicionado em pequenas quantidades para ajustar as propriedades de formação de fibras de vidro acabado e não afetará prejudicialmente as propriedades se mantidas abaixo de vários percentuais. Como aqui usado, substancialmente isenta de B2O3, Li2O e flúor significa que a soma das quantidades de B2O3, Li2O e flúor presentes é menor que 1,0 % em peso da composição. A soma das quantidades de B2O3, Li2O e flúor presentes pode ser menor que cerca de 0,5 % em peso da composição, incluindo menos que cerca de 0,2 % em peso, menos que cerca de 0,1 % em peso e menos que cerca de 0,05 % em peso.

[055]As composições de vidro podem ainda incluir impurezas e/ou materiais vestigiais sem afetar prejudicialmente os vidros ou as fibras. Essas impurezas podem entrar no vidro como impurezas da matéria-prima ou podem ser produtos formados pela reação química do vidro fundido com componentes do forno. Exemplos não limitativos de materiais vestigiais incluem zinco, estrôncio, bário e combinações dos mesmos. Os materiais vestigiais podem estar presentes em suas formas de óxido e podem ainda incluir flúor e/ou cloro. Em algumas modalidades exemplificativas, as composições de vidro inventivas contêm menos de 1,0 % em peso, incluindo menos que 0,5 % em peso, menos que 0,2 % em peso e menos que 0,1 % em peso de cada um de BaO, SrO, ZnO, ZrO2, P2O5 e SO3. Particularmente, a composição de vidro pode incluir menos que cerca de 5,0 % em peso de BaO, SrO, ZnO, ZrO 2, P2O5 e/ou SO3 combinados, em que cada um de BaO, SrO, ZnO, ZrO2, P2O5 e SO3, se presentes, estão presentes em uma quantidade menor que 1,0 % em peso.

[056]Como indicado acima, as composições de vidro inventivas inesperadamente demonstram uma baixa temperatura de formação de fibras e grande ΔT, enquanto fornecem módulo elástico (de Young) e resistência à tração superiores.

[057]A resistência à tração da fibra também é referida aqui simplesmente como “resistência”. Em algumas modalidades exemplificativas, a resistência à tração é medida em fibras cristalinas (i.e., fibras produzidas em laboratório sem tamanho e intactas) usando um aparelho de teste de tração Instron de acordo com ASTM D2343-

09. Fibras de vidro exemplificativas formadas a partir da composição de vidro inventiva descrita acima podem ter uma resistência à tração da fibra de pelo menos 3.500 MPa, incluindo pelo menos 4.000 MPa, pelo menos 4.500 MPa, pelo menos 4.800 MPa, pelo menos 4.900 MPa, pelo menos 4.950 MPa, pelo menos 5.000 MPa, pelo menos

5.100 MPa, pelo menos 5.150 MPa e pelo menos 5.200 MPa. Em algumas modalidades exemplificativas, as fibras de vidro formadas a partir da composição descrita acima têm uma resistência à tração da fibra de cerca de 3.500 a cerca de

5.500 MPa, incluindo cerca de 4.000 MPa a cerca de 5.300, cerca de 4.600 a cerca de 5.250 MPa. Vantajosamente, a combinação de parâmetros composicionais aqui divulgados torna possível produzir fibras de vidro tendo resistência à tração de pelo menos 4.800 MPa, incluindo pelo menos 4.900 MPa e pelo menos 5.000, que não foram obtidas pela técnica precedente com uma composição de vidro tendo propriedades de formação de fibras desejáveis.

[058]O módulo elástico de uma fibra de vidro pode ser determinado tomando- se as medições médias em cinco fibras de vidro únicas medidas de acordo com o procedimento de medição sônico esboçado no relatório “Glass Fiber and Measuring Facilities at the U.S. Naval Ordnance Laboratory”, Número do Relatório NOLTR 65- 87, 23 de junho de 1965.

[059]As fibras de vidro exemplificativas formadas a partir da composição de vidro inventiva podem ter um módulo de Young de pelo menos cerca de 85 GPa, incluindo pelo menos cerca de 88 GPa, pelo menos cerca de 88,5 GPa, pelo menos cerca de 89 GPa e pelo menos cerca de 89,5 GPa. Em algumas modalidades exemplificativas, as fibras de vidro exemplificativas formadas a partir da composição de vidro inventiva têm um módulo de Young entre cerca de 85 GPa e cerca de 95 GPa, incluindo entre cerca de 87 GPa e cerca de 92 GPa, e entre cerca de 88 GPa e cerca de 91 GPa.

[060]O módulo também pode ser usado para determinar o módulo específico.

É desejável ter um módulo específico tão alto quanto possível para obter um material compósito leve que acrescente rigidez ao artigo final. O módulo específico é importante em aplicações onde a rigidez do produto é um parâmetro importante, tal como em energia eólica e aplicações aeroespaciais. Como aqui usado, o módulo específico é calculado pela seguinte equação: Módulo específico (MJ/kg) = Módulo (GPa)/Densidade(kg/metro cúbico)

[061]As fibras de vidro exemplificativas formadas a partir da composição de vidro inventiva podem ter um módulo específico de cerca de 32,0 MJ/kg a cerca de 37,0 MJ/kg, incluindo cerca de 33 MJ/kg a cerca de 36 MJ/kg e cerca de 33,5 MJ/kg a cerca de 35,5 MJ/kg.

[062]A densidade pode ser medida por qualquer método conhecido e comumente aceito na técnica, tal como o método de Arquimedes (ASTM C693- 93(2008)) no vidro em massa não recozido. As fibras de vidro têm uma densidade de cerca de 2,0 a cerca de 3,0 g/cc. Em outras modalidades exemplificativas, as fibras de vidro têm uma densidade de cerca de 2,3 a cerca de 2,8 g/cc, incluindo de cerca de 2,4 a cerca de 2,7 g/cc, e cerca de 2,5 a cerca de 2,65 g/cc.

[063]Em algumas modalidades exemplificativas, as fibras de vidro formadas a partir da composição de vidro inventiva têm resistência à corrosão melhorada.

[064]De acordo com algumas modalidades exemplificativas, um método é fornecido para preparar as fibras de vidro da composição de vidro descrita acima. As fibras de vidro podem ser formadas por quaisquer meios conhecidos e tradicionalmente usados na técnica. Em algumas modalidades exemplificativas, as fibras de vidro são formadas obtendo-se ingredientes brutos e misturando-se os ingredientes nas quantidades apropriadas para dar as porcentagens em peso desejadas da composição final. O método pode incluir ainda fornecer a composição de vidro inventiva na forma fundida e desenhar a composição fundida através de orifícios em um mancal para formar uma fibra de vidro.

[065]Os componentes da composição de vidro podem ser obtidos a partir de ingredientes ou matérias-primas adequados incluindo, mas não limitados a areia ou pirofilita para SiO2, calcário, cal queimada, volastonita ou dolomita para CaO, caulino, alumina ou pirofilita para Al2O3, dolomita, cal dolomítica, brucita, enstatita, talco, magnesita queimada ou magnesita para MgO e carbonato de sódio, feldspato de sódio ou sulfato de sódio para o Na2O. Em algumas modalidades exemplificativas, os cacos de vidro podem ser usados para fornecer um ou mais dos óxidos necessários.

[066]O lote misturado pode então ser fundido em um forno ou fundidor e o vidro fundido resultante é passado ao longo de um túnel (forehearth) e escorrem através dos orifícios de um mancal localizado no fundo do túnel (forehearth) para formar filamentos de vidro individuais. Em algumas modalidades exemplificativas, o forno ou fundidor é um fundidor refratário tradicional. Utilizando-se um tanque refratário formado de blocos refratários, os custos de fabricação associados com a produção de fibras de vidro produzidas pela composição inventiva podem ser reduzidos. Em algumas modalidades exemplificativas, o mancal é um mancal com base em liga de platina. Os fios de fibras de vidro podem ser formados por aglomerados dos filamentos individuais juntos. Os fios de fibra podem ser enrolados e depois processados de uma maneira convencional adequada para a aplicação intencionada.

[067]As temperaturas de operação do vidro no fundidor, túnel (forehearth), e mancal podem ser selecionadas para ajustar apropriadamente a viscosidade do vidro e podem ser mantidas usando métodos adequados, tais como dispositivos de controle. A temperatura na extremidade frontal do fundidor pode ser automaticamente controlada para reduzir ou eliminar a desvitrificação. O vidro fundido pode ser então puzado (atraído) através de furos ou orifícios na placa de fundo ou ponta do mancal para formar fibras de vidro. De acordo com algumas modalidades exemplificativas, os fluxos de vidro fundido que fluem através dos orifícios de mancal são atenuados a filamentos enrolando-se um filamento formado a partir de uma pluralidade de filamentos individuais em um tubo de formação montado em uma pinça rotativa de uma máquina de enrolamento ou cortado a uma velocidade adaptiva. As fibras de vidro da invenção são obteníveis por qualquer um dos métodos aqui descritos, ou qualquer método conhecido para formar fibras de vidro.

[068]As fibras podem ser posteriormente processadas de uma maneira convencional adequada para a aplicação pretendida. Por exemplo, em algumas modalidades exemplificativas, as fibras de vidro são dimensionadas com uma composição de dimensionamento conhecida pelos especialistas na técnica. A composição de colagem não é de forma alguma restrita e pode ser qualquer composição de colagem adequada para aplicação em fibras de vidro. As fibras dimensionadas podem ser usadas para reforçar substratos, como uma variedade de plásticos, em que o uso final do produto exige alta resistência e rigidez e baixo peso.

Tais aplicações incluem, mas não estão limitadas a tecidos tecidos para uso na formação de pás de vento; infraestrutura, como reforço de concreto, pontes, etc.; estruturas aeroespaciais.

[069]A este respeito, algumas modalidades exemplificativas da presente invenção incluem um material compósito que incorpora as fibras de vidro da invenção, como descrito acima, em combinação com um material de matriz endurecível. Isso também pode ser referido aqui como um produto compósito reforçado. O material da matriz pode ser qualquer resina termoplástica ou termoendurecível adequada conhecida pelos especialistas na técnica, como, mas não se limitando a termoplásticos como poliésteres, polipropileno, poliamida, tereftalato de polietileno e polibutileno e resinas termoendurecíveis, como resinas epóxi, poliésteres não saturados, fenólicos, vinilésteres e elastômeros. Estas resinas podem ser usadas sozinhas ou em combinação. O produto compósito reforçado pode ser usado para pás de vento, vergalhões, tubos, enrolamentos de filamentos, enchimento de silenciador, absorção sonora e semelhantes.

[070]De acordo com outras modalidades exemplificativas, a invenção fornece um método para preparar um produto compósito como descrito acima. O método pode incluir a combinação de pelo menos um material de matriz polimérica com uma pluralidade de fibras de vidro. Tanto o material da matriz polimérica como as fibras de vidro podem ser como descrito acima.

EXEMPLOS

[071]As composições de vidro exemplificativas de acordo com a presente invenção foram preparadas misturando-se componentes de lote em quantidades proporcionadas para obter uma composição de vidro final com as porcentagens em peso de óxido apresentadas nas Tabelas 1 a 4, abaixo.

[072]As matérias-primas foram fundidas em um candinho de platina em um forno eletricamente aquecido a uma temperatura de 1.650 °C por 3 horas.

[073]A temperatura de formação de fibras foi medida usando um método de cilindro rotativo como descrito em ASTM C965-96(2007), intitulado “Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point”, cujo conteúdo é aqui incorporado como referência. A temperatura líquida foi medida expondo-se o vidro a um gradiente de temperatura em um barco de liga de platina por 16 horas, conforme definido em ASTM C829-81(2005), intitulado “Standard Practices for Measurement of Liquidus Temperature of Glass”, cujo conteúdo é aqui incorporado como referência. A densidade foi medida pelo método de Archimedes, conforme detalhado em ASTM C693-93(2008), intitulado “Standard Test Method for Density of Glass Buoyancy”, cujo conteúdo é aqui incorporado como referência.

[074]O Módulo específico foi calculado dividindo-se o módulo medido em unidades de GPa pela densidade em unidades de kg/m 3.

[075]A resistência foi medida em fibras cristalinas usando um aparelho de teste de tração Instron de acordo com ASTM D2343-09 intitulado, “Standard Test Method for Tensile Properties of Glass Fiber Strands, Yarns, and Rovings Used in Reinforced Plastics”, cujo conteúdo é aqui incorporado como referência.

TABELA 1 Componente Ex. de Ex. de Ex. de Ex. de Ex. de Comp. 1 Comp. 2 Comp. 3 Comp. 4 Comp. 5 (% em (% em (% em (% em (% em peso) peso) peso) peso) peso) SiO2 59,87 58,62 58,3 50,02 58,4 Al2O3 21,53 21,2 21,08 21,01 21,2 MgO 9,08 10,14 10,14 10,05 10,15

CaO 7,8 8,74 8,74 8,69 8,75 Na2O 1,5 1,07 1,5 1,0 0,30 TiO2 0,03 0,03 0,03 0,83 0,85 Fe2O3 0,16 0,18 0,18 0,32 0,33 SiO2/Al2O3 2,78 2,77 2,77 2,76 2,75 MgO/CaO 1,16 1,16 1,16 1,16 1,16 Al2O3/MgO 2,37 2,09 2,08 2,09 2,09 Propriedade

A temperatura de formação 2502 2431 2426 2419 2418 de fibras (°F) Temperatura 2300 2295 2309 2282 2276 líquida (°F) ΔT (°F) 202 137 117 137 142 Densidade 2,57 2,6 2,59 2,6 2,6 (g/cc) Resistência 4780 4773 4685 4692 4750 (MPa) Módulo específico 34,2 34,2 34,2 34,2 34,3 (MJ/kg)

[076]As composições de vidro acima na Tabela 1 (Exs. Comp. 1 a 5) são exemplos comparativos replicados a partir do Pedido europeu número 10860973.6.

Embora estes exemplos comparativos incluem concentrações de Al2O3 acima de 19,0 % em peso, as composições incluem razões de Al2O3/MgO acima de 2, que resultam na resistência à tração muito abaixo da resistência mínima à tração de 4.800 MPa obtida pelas fibras de vidro formadas a partir das composições de vidro inventivas aqui divulgadas.

TABELA 2 Componente Exemplo 1 Exemplo 2 Exemplo 3 Exemplo 4 Exemplo 5 (X11443) (X11448) (X11449) (X11452) (X11455) (% em (% em (% em (% em (% em peso) peso) peso) peso) peso) SiO2 59,00 59,00 58,50 59,10 59,60 Al2O3 20,00 21,00 21,00 19,00 20,50 MgO 11,10 11,10 11,60 13,00 12,00 CaO 9,00 8,00 8,00 8,00 7,00 Li2O 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Fe2O3 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 K 2O 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 Na2O 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 TiO2 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 Al2O3/MgO 1,80 1,89 1,81 1,46 1,71 MgO/CaO 1,23 1,39 1,45 1,63 1,71 Propriedade

A temperatura de formação 2402 2420 2407 2375 2423 de fibras (°F) Temperatura 2220 2293 2269 2226 2303 líquida (°F)

ΔT 182 128 139 149 120 (°F) Densidade 2,601 2,600 2,606 2,616 ---- (g/cc) Módulo elástico 89,22 89,71 90,09 90,42 ---- (GPa)

Módulo específico 34,30 34,50 34,57 34,56 ---- (MJ/kg) Resistência 5122 5239 5059 5119 ---- (MPa) TABELA 3 Componente Exemplo 6 Exemplo 7 Exemplo 8 Exemplo 9 Exemplo 10 (X11456) (X11457) (X11458) (X11459) (X11460) (% em (% em (% em (% em (% em peso) peso) peso) peso) peso) SiO2 59,10 59,10 59,10 59,10 58,70 Al2O3 19,50 19,70 20,30 20,50 20,50 MgO 11,50 11,30 11,10 11,10 11,50 CaO 9,00 9,00 8,60 8,40 8,40 Li2O 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Fe2O3 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 K 2O 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 Na2O 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 TiO2 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 Al2O3/MgO 1,70 1,74 1,83 1,85 1,78 MgO/CaO 1,28 1,26 1,29 1,32 1,37 Propriedade

A temperatura de formação 2393 2400 2417 2413 2405 de fibras (°F) Temperatura 2221 2218 2316 2249 2262 líquida (°F) ΔT 172 182 101 164 143

(°F) Densidade 2,6060 2,6110 2,6054 2,6036 2,6108 (g/cc) Módulo elástico 89,3 89,5 ---- ---- ---- (GPa) Módulo específico 34,3 34,3 ---- ---- ---- (MJ/kg) Resistência 5004 4997 ---- ---- ---- (MPa)

TABELA 4 Componente Exemplo 11 Exemplo 12 Exemplo 13 (X11461) (X11472) (X11505) (% em peso) (% em peso) (% em peso) SiO2 59,10 58,70 59,00 Al2O3 20,25 20,00 19,86 MgO 11,25 11,15 11,10 CaO 8,50 9,00 8,90 Li2O 0,00 0,00 0,00 Fe2O3 0,27 0,30 0,30 K 2O 0,07 0,07 0,07 Na2O 0,06 0,14 0,14 TiO2 0,50 0,63 0,63 Al2O3/MgO 1,80 1,79 1,79 MgO/CaO 1,32 1,24 1,25 Propriedade A temperatura de formação de fibras 2413 2390 2395 (°F)

Temperatura 2240 2214 2228 líquida (°F)

ΔT 173 176 167 (°F) Densidade 2,6059 2,612 2,6113 (g/cc) Módulo elástico ---- 89,5 ---- (GPa) Módulo específico ---- 34,3 ---- (MJ/kg) Resistência ---- 4918 ---- (MPa)

[077]As Tabelas 2 a 4 ilustram o aumento inesperado na resistência à tração obtido por fibras de vidro formadas a partir de composições compreendendo 55,0 a 65,0 % em peso de SiO2, 19,0 a 27,0 % em peso de Al2O3, 8,0 a 15,0 % em peso de MgO, 7,0 a 12,0 % em peso de CaO, 0,0 a 1,0 % em peso de Na2O, 0 a 2,0 % em peso de TiO2, 0 a 2,0 % em peso de Fe2O3, e não mais do que 0,5 % em peso de Li2O, com uma razão de Al2O3/MgO de não maior que 2,0. Foi descoberto ainda que o aumento inesperado na resistência à tração é diretamente ligado à obtenção de uma concentração de Al2O3 de pelo menos 19,0 % em peso e uma razão de Al2O3/MgO não maior que 2,0.

[078]Adicionalmente, as composições de vidro dos Exemplos 1 a 13 têm temperaturas de formação de fibras surpreendentementes baixas (inferiores a 2.425 °F (1.329,4 °C)) e grandes valores de ΔT (pelo menos 100 °F (37,7 °C)), enquanto obtêm propriedades mecânicas superiores. Especificamente, as fibras de vidro atingem resistência à tração de pelo menos 4.800 MPa e módulo específico de pelo menos 34,3 MJ/kg. Várias fibras de vidro exemplificativas atingem resistência à tração de pelo menos 4.900 MPa, ou pelo menos 4.950 MPa, ou pelo menos 5.000 MPa.

Tais níveis de resistência e módulo específico são inesperados em combinação com as propriedades favoráveis de formação de fibras.

[079]Além disso, as composições de vidro são particularmente adequadas para aplicações que exigem rigidez igual ou superior ao vidro R (e.g., pás de vento).

Entretanto, como ilustrado abaixo na Tabela 5, as composições de vidro dos presentes conceitos inventivos também apresentam vantajosamente propriedades favoráveis de formação de fibras, tais como as temperaturas de formação de fibras (inferiores a

2.425 °F (1.329,4 °C)).

TABELA 5 Componente Exemplo 12 (X11472) Exemplo Comp.: (% em peso) vidro R (% em peso) SiO2 58,70 59,00 Al2O3 20,00 24,50 MgO 11,15 6,00 CaO 9,00 9,00 Li2O 0,00 0,00 Fe2O3 0,30 0,00 K2O 0,07 0,00 Na2O 0,14 0,00 TiO2 0,63 0,00 Al2O3/MgO 1,79 2,4 MgO/CaO 1,24 0,67 Propriedade A temperatura de 2390 2530 formação de fibras (°F) Temperatura líquida (°F) 2214 2426

ΔT 176 108 (°F) Densidade 2,612 2,56 (g/cc)

Resistência 4918 5000 (MPa)

[080]A invenção deste pedido foi descrita acima genericamente e com relação a modalidades específicas. Embora a invenção tenha sido apresentada nas modalidades que se acredita serem as preferidas, uma grande variedade de alternativas conhecidas pelos especialistas na técnica pode ser selecionada dentro da divulgação genérica. A invenção não é de outro modo limitada, exceto pela recitação das reivindicações apresentadas abaixo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Composição de vidro, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: SiO2 em uma quantidade de 57,0 a 60,4 % em peso; Al2O3 em uma quantidade de 19,0 a 25,0 % em peso; CaO em uma quantidade de 7,5 a 10,0 % em peso; MgO em uma quantidade de 10,5 a 14,0 % em peso; Na2O em uma quantidade de 0 a 0,5 % em peso; Li2O em uma quantidade menor que 0,1 % em peso; e TiO2 em uma quantidade de 0,2 a 1,5 % em peso, expressadas como porcentagens em peso com base no peso de toda a composição, em que as quantidades combinadas de SiO2, Al2O3, MgO e CaO está entre 98,5 % em peso e 99,4 % em peso, em que a composição inclui menos que 0,2 % em peso de B2O3, e em que a razão percentual em peso de Al2O3/MgO não é maior que 1,8, e em que a dita composição de vidro tem uma temperatura de formação de fibras não maior que

2.500 °F (1.371,1 °C) e uma temperatura líquida não maior que 2.305 °F (1.262,7 °C).

2. Composição de vidro, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as quantidades combinadas de SiO2, Al2O3, MgO e CaO estão entre 98,7 % em peso e 99,3 % em peso.

3. Composição de vidro, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que as quantidades combinadas de MgO e CaO são maiores que 20 % em peso.

4. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADA pelo fato de que as quantidades combinadas de MgO e CaO são menores que 22 % em peso.

5. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita composição compreende 19,5 a 21 % em peso de Al2O3.

6. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a razão percentual em peso de Al2O3/MgO está entre 1,2 e 1,8.

7. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita composição é essencialmente isenta de B2O3.

8. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita composição é essencialmente isenta de Li2O.

9. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADA pelo fato de que as quantidades combinadas de Fe2O3, TiO2, K2O e Na2O estão abaixo 1,5 % em peso.

10. Composição de vidro, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: SiO2 em uma quantidade de 57,0 a 62,0 % em peso; Al2O3 em uma quantidade de 19,0 a 25,0 % em peso; CaO em uma quantidade de 7,5 a 10,0 % em peso; MgO em uma quantidade de 10,5 a 14,0 % em peso; Na2O em uma quantidade de 0 a 0,5 % em peso; Li2O em uma quantidade menor que 0,1 % em peso; e TiO2 em uma quantidade de 0,2 a 1,5 % em peso, em que as quantidades combinadas de SiO2, Al2O3, MgO e CaO estão entre 98,5 % em peso e 99,4 % em peso, em que a composição inclui menos que 0,2 % em peso de B2O3, e em que a porcentagem total em peso de CaO e MgO é maior que 20 % em peso e a razão percentual em peso de Al2O3/MgO não é maior que 1,8, e em que a dita composição de vidro tem uma temperatura de formação de fibras não maior que 2.500 °F (1.371,1 °C).

11. Composição de vidro, de acordo com a reivindicação 10,

CARACTERIZADA pelo fato de que a dita composição compreende 19,5 a 21 % em peso de Al2O3.

12. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 11, CARACTERIZADA pelo fato de que a razão percentual em peso de Al2O3/MgO está entre 1,2 e 1,8.

13. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita composição é essencialmente isenta de B2O3.

14. Composição de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita composição é essencialmente isenta de Li2O.

15. Fibra de vidro formada a partir de uma composição de vidro, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: SiO2 em uma quantidade de 57,0 a 60,4 % em peso; Al2O3 em uma quantidade de 19,0 a 25,0 % em peso; CaO em uma quantidade de 7,5 a 10,0 % em peso; MgO em uma quantidade de 10,5 a 14,0 % em peso; Na2O em uma quantidade de 0 a 0,5 % em peso; Li2O em uma quantidade menor que 0,1 % em peso; e TiO2 em uma quantidade de 0,2 a 1,5 % em peso, expressadas como porcentagens em peso com base no peso de toda a composição, em que as quantidades combinadas de SiO2, Al2O3, MgO e CaO está entre 98,5 % em peso e 99,4 % em peso, em que a composição inclui menos que 0,2 % em peso de B2O3, e em que a razão percentual em peso de Al2O3/MgO não é maior que 1,8, e em que a dita fibra de vidro tem uma resistência à tração de pelo menos 4.800 MPa e um módulo elástico entre 87 GPa e 92 GPa.

16. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo fato de que a razão percentual em peso de Al2O3/MgO está entre 1,2 e 1,8.

17. Fibra de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 16, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita fibra de vidro tem um módulo específico entre 33,0 MJ/kg e 36,0 MJ/kg.

18. Método de formar uma fibra de vidro contínua, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: fornecer uma composição fundida de acordo com a reivindicação 1; e desenhar a dita composição fundida através de um orifício para formar uma fibra de vidro contínua.

19. Produto compósito reforçado, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende; uma matriz polimérica; e uma pluralidade de fibras de vidro formada a partir de uma composição de vidro compreendendo: SiO2 em uma quantidade de 57,0 a 60,4 % em peso; Al2O3 em uma quantidade de 19,0 a 25,0 % em peso; CaO em uma quantidade de 7,5 a 10,0 % em peso; MgO em uma quantidade de10,5 a 14,0 % em peso; Na2O em uma quantidade de 0 a 0,5 % em peso; Li2O em uma quantidade menor que 0,1 % em peso; e TiO2 em uma quantidade de 0,2 a 1,5 % em peso, expressadas como porcentagens em peso com base no peso de toda a composição, em que as quantidades combinadas de SiO2, Al2O3, MgO e CaO está entre 98,5 % em peso e 99,4 % em peso, em que a composição inclui menos que 0,2 % em peso de B2O3, e em que a razão percentual em peso de Al2O3/MgO é menor que 2,0, e em que as ditas fibras de vidro têm resistência à tração de pelo menos 4.800 MPa.

20. Produto compósito reforçado, de acordo com a reivindicação 19,

CARACTERIZADO pelo fato de que o dito produto compósito reforçado está na forma de uma pá de vento.