CN101687692B - 玻璃组合物 - Google Patents
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Abstract
揭露了一种容易获得的具有稳定质量的玻璃组合物。所述玻璃组合物可用作混入聚碳酸酯树脂的玻璃填料，并且能够减轻玻璃制备装置的负荷。具体地，所述玻璃组合物包括以质量百分比表示的下列成分：50≤SiO2≤60；8≤Al2O3≤15；0≤MgO≤10；5≤CaO＜21；0＜SrO+BaO≤25；10＜MgO+SrO+BaO≤30；0≤Li2O+Na2O+K2O＜2；2＜TiO2≤10；及0≤ZrO2＜2。所述玻璃组合物基本上不含Ba2O3、F、及ZnO。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃组合物，尤其涉及一种非常适于与聚碳酸酯树脂混和的玻璃填料。
背景技术
聚碳酸酯树脂系一种由双酚A(2，2-双-(4-羟苯基)丙烷)与碳酰氯或碳酸酯反应而得到的聚碳酸酯。与其他树脂相比，聚碳酸酯树脂的机械强度、抗冲击力、耐热性和透明度较好。由此，聚碳酸酯树脂已作为工程塑料应用于，例如，电气设备、车辆部件、及建筑材料。
可将填料与聚碳酸树脂混和以进一步增进聚碳酸树脂的机械强度或耐热性。一般地，使用鳞片状、纤维状、颗粒状、珠状等形式的玻璃填料来对热塑性塑料等进行加强。较佳的玻璃组合物包括E玻璃之类的无碱硅酸盐玻璃、C玻璃之类的碱硅酸盐玻璃、以及一般的平板玻璃。
然而，这些玻璃组合物用作与聚碳酸酯树脂混和的玻璃填料时，聚碳酸酯树脂的性能会受到不利的影响。更具体地，当使用C玻璃组合物或平板玻璃组合物时，这些组合物中的碱性离子会导致使得聚碳酸酯树脂的分子量降低的水解反应。这会导致由聚碳酸酯树脂成型的产品的机械强度降低。此外，当使用E玻璃组合物时，聚碳酸酯树脂与该玻璃填料的折射率不同会在聚碳酸酯树脂与该玻璃填料的界面处发生光的散射。从而，聚碳酸酯树脂的透明度降级。
现今，适用于与聚碳酸酯树脂混和的玻璃填料已变得越来越实用。
第62-1338号日本专利公报揭露了一种由折射率接近聚碳酸酯树脂的折射率的玻璃组成的玻璃纤维组合物，以使聚碳酸酯树脂的透明度不降级。
第5-155638号日本专利申请公开揭露了一种折射率为1.570～1.600且只是稍微着色的玻璃组合物。此外，防止了该玻璃组合物中树脂分子量的减小。
WO2005/110695揭露了一种玻璃纤维，其可保持使用该纤维加强后的成型产品的透明度并且将折射率增大至与聚碳酸酯树脂的折射率基本相同的水平。还揭露了一种使用该玻璃纤维的玻璃纤维加强聚碳酸酯树脂成型产品。
第2006-22235号日本专利申请公开揭露了一种聚碳酸酯树脂组合物，其透明度和机械强度较好，且包括折射率与聚碳酸酯树脂的折射率基本相同的玻璃填料。
第2006-22236号日本专利申请公开揭露了一种聚碳酸酯树脂组合物，其透明度和机械强度较好，且包括折射率与聚碳酸酯树脂的折射率基本相同的玻璃填料。
第2007-153729号日本专利申请公开揭露了一种用于聚碳酸酯树脂的玻璃填料，该填料可在对玻璃填料进行加强后保持成型产品的透明度并且将折射率增大至与聚碳酸酯树脂的折射率基本相同的水平。还揭露了一种使用该玻璃填料的聚碳酸酯树脂组合物。
第61-14152号日本专利申请公开揭露了一种其特性适合用于电气应用的加强材料的玻璃纤维。其揭露了具有折射率为1.57的典型玻璃组合物的典型玻璃纤维。
第2005-97080号日本专利申请公开揭露了一种具有足够耐热性和令人满意的成型性的玻璃鳞片。所述玻璃鳞片混和在树脂成型产品、涂料、化妆材料、墨水中。
专利文献1：第62-1338号日本专利公报
专利文献2：第5-155638号日本专利申请公开
专利文献3：WO2005/110695
专利文献4：第2006-22235号日本专利申请公开
专利文献5：第2006-22236号日本专利申请公开
专利文献6：第2007-153729号日本专利申请公开
专利文献7：第61-14152号日本专利申请公开
专利文献8：第2005-97080号日本专利申请公开
发明内容
然而，现有技术具有如下问题。
第62-1338号日本专利公报中揭露的玻璃纤维组合物中，碱性成分的含量百分比高。由此，碱性成分会导致使聚碳酸酯树脂的分子量降低的水解反应。该玻璃纤维组合物含有大于等于3％质量百分比的氧化锆(ZrO2)。该玻璃纤维组合物还包括作为任意成分的氧化锌(ZnO)。
第5-155638号日本专利申请公开中揭露的玻璃组合物含有作为任意成分的氧化锌(ZnO)。该文献除实施例3之外的多个实施例揭露了含有氧化锌(ZnO)的玻璃组合物。此外，有一个问题为阿贝数较高。
WO2005/110695揭露的玻璃纤维中，三氧化二硼(B2O3)及/或氧化钛(TiO2)为基本成分。该文献中，不含三氧化二硼(B2O3)的玻璃纤维的各实施例含有氧化锌(ZnO)或氧化钡(BaO)。此外，有一个问题是ΔT较小且成型性不足。
第2006-22235号日本专利申请公开的权利要求1揭露的玻璃填料中，含有三氧化二硼(B2O3)作为基本成分，且含有氧化锌(ZnO)作为任意成分。该文献的权利要求2的玻璃填料含有氧化锌(ZnO)作为任意成分。此外，有一个问题是ΔT较小且成型性不足。
第2006-22236号日本专利申请公开的权利要求1揭露的玻璃填料中，含有三氧化二硼(B2O3)作为基本成分，且含有氧化锌(ZnO)作为任意成分。该文献的权利要求2的玻璃填料含有氧化锌(ZnO)作为任意成分。此外，有一个问题是ΔT较小且成型性不足。
第2007-153729号日本专利申请公开揭露的玻璃填料中，氧化锆(ZrO2)为基本成分。此外，有一个问题是ΔT较小且成型性不足。
由于B2O3、ZnO、及F为高挥发性成分，当玻璃熔融时，这些成分会扩散。该玻璃组合物会因这种扩散而变化。这使得难以控制玻璃组合物的质量。此外，B2O3和F会侵蚀窑炉或熔炉的壁，并且减短窑炉或熔炉的寿命。
由于ZrO2为加强失透性(devitrification)的成分，ZrO2的含量最好较少以制备不会失透的玻璃。此外，当含量大量的ZrO2时，玻璃的熔点升高，并且变得难以均匀地熔融玻璃。
61-14152号日本专利申请公开揭露的玻璃纤维不含B2O3、ZnO、及F。然而，该玻璃纤维的折射率为1.57。由此，该玻璃纤维在保持聚碳酸酯树脂的透明度方面无法达到令人满意的水平。
第2005-97080号日本专利申请公开揭露的玻璃亦不包含B2O3、ZnO、及F。然而，该玻璃鳞片视需要可含有TiO2，但是不包含ZrO2。这使得难以调节玻璃的折射率以及增进熔融特性和化学稳定性。
本发明的一个目的是提供一种玻璃组合物，所述玻璃组合物具有适于用作玻璃填料与聚碳酸酯树脂混和的稳定质量。本发明的另一个目的是提供一种减轻玻璃制备装置之负荷的玻璃组合物。
为了达成上述目的，本发明提供了一种玻璃组合物，包括以质量百分比表示的下列成分：50≤SiO2≤60；8≤Al2O3≤15；0≤MgO≤10；5≤CaO＜21；0＜SrO+BaO≤25；10＜MgO+SrO+BaO≤30；0≤Li2O+Na2O+K2O＜2；2＜TiO2≤10；及0≤ZrO2＜2。所述玻璃组合物实质上不含有Ba2O3、F、及ZnO。
根据本发明的玻璃组合物不含挥发性高的成分。这有助于玻璃组合物的控制及获得稳定的质量。此外，失透温度低于工作温度。这有助于玻璃填料的形成。此外，所述玻璃组合物不含会侵蚀窑炉壁且减低窑炉寿命的成分。这减小了玻璃制备装置的负荷。
本发明的玻璃组合物与聚碳酸酯树的折射率的差较小。此外，碱成分的溶出得以减小，且所述玻璃组合物的化学稳定性优良。因此，当作为填料与聚碳酸酯树脂混和时，聚碳酸酯树脂的诸如机械强度及耐热性之类特性得以改善。
附图说明
图1(A)为示出玻璃鳞片的示意图；
图1(B)为示出如何获得玻璃鳞片的平均粒径的示意图；
图2为示出玻璃鳞片制备装置的示意图；
图3为用于短切股的纺线设备的示意图；
图4为用于短切股的制备设备的示意图。
具体实施方式
现描述本发明的一个实施方式。
[玻璃组合物的组成]
现详细描述玻璃组合物的组成。
(SiO2)
二氧化硅(SiO2)系形成玻璃骨架的主要成分。此外，二氧化硅系调节玻璃失透温度和粘度且增进耐酸性的成分。只要SiO2的含量大于等于50质量百分比，就可防止失透温度增高，并且可容易地制备不会失透的玻璃。此外，玻璃的耐酸性得以增进。若二氧化硅的含量小于等于60质量百分比，玻璃的熔点变低，且变得容易均匀地熔融该玻璃。
因此，SiO2含量的下限以大于等于50质量百分比为佳。SiO2含量的下限以大于等于52质量百分比为较佳，以大于等于54质量百分比为更佳。SiO2含量的下限以大于55质量百分比为最佳。SiO2含量的上限为小于等于60质量百分。SiO2含量的上限以小于等于59质量百分比为较佳，以小于等于58质量百分比为更佳。SiO2含量的范围可选自上述上限和下限之间的任何组合。
(Al2O3)
氧化铝(Al2O3)系形成玻璃骨架的成分。此外，氧化铝系调节玻璃失透温度和粘度且增进耐水性的成分。另一方面，Al2O3系降低玻璃耐酸性的成分。只要Al2O3含量大于等于8质量百分比，就可有助于调节失透温度和粘度并增进耐水性。若氧化铝的含量小于等于15质量百分比，玻璃的熔点变低，且该玻璃变得容易均匀地熔融。此外，玻璃的耐酸性得以增进。
因此，Al2O3含量的下限以大于等于8质量百分比为佳。Al2O3含量的下限以大于等于9质量百分比为较佳，以大于等于10质量百分比为更佳。Al2O3含量的上限最好为小于等于15质量百分。Al2O3含量的上限以小于等于13质量百分比为较佳，以小于等于12质量百分比为更佳。Al2O3含量的范围可选自上述上限和下限之间的任何组合。
(MgO，CaO，SrO，BaO)
氧化镁(MgO)、氧化钙(Cao)、氧化锶(SrO)、氧化钡(BaO)系调节玻璃失透温度和粘度的成分。此外，氧化锶(SrO)和氧化钡(BaO)系调节玻璃的折射率的成分。
玻璃组合物可视需要含有MgO，然而其含量最好大于等于0质量百分比。MgO的含量以大于等于1质量百分比为较佳，以大于等于2质量百分比为最佳。
另一方面，MgO含量的上限以小于等于10质量百分比为佳，以小于等于8质量百分比为较佳，以小于等于6质量百分比为更佳，以小于等于5质量百分比为最佳。只要玻璃组合物中MgO的含量小于等于10质量百分比，就可防止失透温度增高，并且可容易地制备不会失透的玻璃。MgO含量的范围可选自上述上限和下限之间的任何组合。
当玻璃组合物中CaO的含量大于等于5质量百分比时，有助于调节失透温度和粘度。另一方面，当CaO的含量小于21质量百分比时，失透温度增大得以防止，并且可容易地制备不会失透的玻璃。
因此，CaO含量的下限以大于等于5质量百分比为佳，以大于等于10质量百分比为较佳，以大于等于12质量百分比为更佳。CaO含量的上限以小于21质量百分比为佳，以小于等于20质量百分比为较佳，以小于18质量百分比为更佳。CaO含量的范围可选自上述上限和下限之间的任何组合。
玻璃组合物可视需要含有SrO，然而其含量最好大于等于0质量百分比。SrO的含量以大于5质量百分比为较佳，以大于10质量百分比为最佳。另一方面，Sro含量的上限以小于等于20质量百分比为佳，以小于等于15质量百分比为较佳。只要SrO的含量小于等于20质量百分比，就可防止失透温度增高，并且可容易地制备不会失透的玻璃。SrO含量的范围可选自上述上限和下限之间的任何组合。
玻璃组合物可视需要含有BaO。BaO含量的上限以小于等于20质量百分比为佳，以小于等于10质量百分比为较佳，以小于等于5质量百分比为更佳，以基本上不含有BaO为最佳。只要BaO的含量小于等于20质量百分比，就可防止失透温度增高，并且可容易地制备不会失透的玻璃。
当玻璃组合物中SrO与BaO(SrO+BaO)的总含量大于0质量百分比时，有助于调节失透温度和粘度。另一方面，当(SrO+BaO)的总含量小于等于25质量百分比时，失透温度增高得以防止，并且可容易地制备不会失透的玻璃。因此，(SrO+BaO)总含量的下限以大于0质量百分比为佳，以大于5质量百分比为较佳，以大于10质量百分比为更佳。(SrO+BaO)总含量的上限以小于等于25质量百分比为佳，以小于等于20质量百分比为较佳，以小于等于15质量百分比为更佳。(SrO+BaO)总含量的范围可选自上述上限和下限之间的任何组合。
当玻璃组合物中MgO与SrO(MgO+SrO)的总含量大于10质量百分比时，有助于调节失透温度和粘度。另一方面，当(MgO+SrO)的总含量小于等于30质量百分比时，失透温度增高得以防止，并且可容易地制备不会失透的玻璃。因此，(MgO+SrO)总含量的下限以大于10质量百分比为佳，以大于11质量百分比为较佳，以大于12质量百分比为更佳。(MgO+SrO)总含量的上限以小于等于30质量百分比为佳，以小于等于25质量百分比为较佳，以小于等于20质量百分比为更佳。
当玻璃组合物中MgO、SrO与BaO(MgO+SrO+BaO)的总含量大于10质量百分比时，有助于调节失透温度和粘度。另一方面，当(MgO+SrO+BaO)的总含量小于等于30质量百分比时，失透温度增高得以防止，并且可容易地制备不会失透的玻璃。因此，(MgO+SrO+BaO)总含量的下限以大于10质量百分比为佳，以大于11质量百分比为较佳，以大于12质量百分比为更佳。(MgO+SrO+BaO)总含量的上限以小于等于30质量百分比为佳，以小于等于25质量百分比为较佳，以小于等于20质量百分比为更佳。
(Li2O，Na2O，K2O)
碱金属氧化物(Li2O，Na2O，K2O)系调节玻璃失透温度和粘度的成分，玻璃组合物可视需要含有。所含的碱金属氧化物(Li2O+Na2O+K2O)的总含量以大于0质量百分比为更佳。
另一方面，当(Li2O，+Na2O+K2O)总含量的上限以小于2质量百分比为佳，以小于等于1.5质量百分比为较佳，以小于等于1质量百分比为更佳，以小于等于0.5质量百分比为最佳。当(Li2O+Na2O+K2O)总含量小于2质量百分比时，玻璃转化温度升高，且耐热性得以增进。此外，工作温度相对于失透温度有所升高。这有助于制备不会失透的玻璃。此外，这种玻璃抑制碱离子的溶出。由此，即使作为填料混和时，聚碳酸酯树脂的分子质量不会减小。
(Li2O+Na2O+K2O)总含量的范围可选自上述上限和下限之间的任何组合。
(TiO2)
氧化钛为(TiO2)系调节玻璃折射率的成分。含有预定量TiO2的玻璃用作填料可保持聚碳酸酯树脂成型体的透明度。此外，TiO2为增进玻璃的熔度、化学稳定性、紫外线吸收特性的成分。当玻璃组合物中的TiO2含量大于2质量百分比时，有助于调节折射率。当玻璃组合物中的TiO2含量小于等于10质量百分比时，失透温度增高得以防止，并且可容易地制备不会失透的玻璃。
因此，TiO2含量的下限以大于2质量百分比为佳，以大于等于3质量百分比为较佳，以大于等于4质量百分比为更佳，以大于5质量百分比为最佳。TiO2含量的上限以小于等于10质量百分比为佳，以小于等于8质量百分比为较佳。TiO2含量的范围可选自上述上限和下限之间的任何组合。
(ZrO2)
氧化锆(ZrO2)为增进玻璃的熔度、化学稳定性的成分，玻璃组合物可视需要含有。ZrO2的含量以大于0质量百分比为佳。当玻璃组合物中ZrO2的含量小于2质量百分比时，失透温度增高得以防止，并且可容易地制备不会失透的玻璃。此外，玻璃的熔融温度变低，且变得容易均匀地熔融该玻璃。因此，ZrO2含量的上限以小于2质量百分比为佳，以小于等于1质量百分比为较佳，以小于等于0.5质量百分比为更佳。ZrO2含量的范围可选自上述上限和下限之间的任何组合。
(Fe)
当存在于玻璃中，离子(Fe)一般以Fe3+或Fe2+的状态存在。Fe3+为增进玻璃的紫外线吸收特性的成分。Fe2+为增进玻璃的热射线吸收特性的成分。即使在不意欲包含时，来自其他工业原料中的Fe也不可避免地与玻璃组合物混和。只要Fe的含量小，就可防止玻璃着色。这种玻璃用作填料可防止聚碳酸酯树脂成型产品的透明度降级。
因此，玻璃组合物中Fe的含量最好较少。当转化为Fe2O3时，Fe的含量以小于等于0.5质量百分比为佳，以小于等于0.1质量百分比为较佳，以基本上不含Fe为更佳。
(SO3)
尽管三氧化硫(SO3)并非基本成分，但其用作澄清剂。当使用硫酸盐原料时，玻璃组合物中的三氧化硫可变为小于等于0.5质量百分比。
(B2O3)
本发明中，玻璃组合物基本上不含三氧化二硼(B2O3)。
(F)
本发明中，玻璃组合物基本上不含氟(F)。
(ZnO)
本发明中，玻璃组合物基本上不含氧化锌(ZnO)。
本发明中，“基本上不含某种物质”的表述系指，除了例如当其不可避免地从其他工业原料中混入之外，玻璃组合物并不意图含有该物质。更具体地，这一情况系指玻璃组合中该物质的含量小于0.1质量百分比。这一含量小于0.05质量百分比为佳，以小于0.03质量百分比为更佳。
如前所述，本发明的玻璃组合物中，基本成分为SiO2、Al2O3、CaO、TiO2，以及SrO和BaO中的至少一种。本发明的玻璃组合物可仅由这些基本成分组成。除这些基本成分之外，本发明的玻璃组合物在需要时可含有MgO、碱金属氧化物(Li2O，Na2O，K2O)、ZrO2及SO3。
[玻璃组合物的物理特性]
现详细描述根据本发明的玻璃组合物的物理特性
(熔融特性)
熔融玻璃的粘度为1000dPa·s(1000泊)时的温度称为玻璃的工作温度，并且该温度为最适宜形成玻璃的温度。当制备鳞片状玻璃和玻璃纤维时，只要玻璃的工作温度大于等于1100℃，可减小鳞片状玻璃的厚度变化以及玻璃纤维的直径变化。此外，只要工作温度小于等于1300℃，可减小熔融玻璃所需的燃料成本。此外，对玻璃制备装置的热侵蚀减少。这延长了装置的寿命。
因此，工作温度的下限以大于等于1100℃为佳，以大于等于1150℃为较佳。工作温度的上限以小于等于1260℃为佳，以小于等于1250℃为较佳，以小于等于1240℃更佳，以小于等于1230℃为最佳。工作温度的范围可选自上述上限和下限之间的任何组合。
随着温度差ΔT(由工作温度减去失透温度而测量得到)增大，玻璃形成期间发生失透的可能性变小，且可以高产出率制备均质的玻璃。
因此，ΔT以大于等于0℃为佳，以大于等于20℃为较佳，以大于等于40℃为更佳，以大于等于60℃为最佳。然而，ΔT以小于150℃为佳，以有助于玻璃组合物的制备。ΔT以小于等于100℃为更佳。
失透系指从熔融玻璃的基础材料生成且生长的结晶变得浑浊这样一种情况。由这种熔融玻璃基础材料制得的玻璃可包括结晶块。由此，这种玻璃不适于用作聚碳酸酯树脂的填料。
(光学特性)
若玻璃填料和聚碳酸酯树脂的折射率相同，光就不会在玻璃填料和聚碳酸酯树脂的界面处散射。这保持聚碳酸酯树脂的透明度。因此，玻璃组合物的折射率最好接近聚碳酸酯树脂的折射率。由氦d线(波长587.6nm)测量的聚碳酸酯树脂的折射率nd通常为约1.585。因此，玻璃组合物的折射率nd以1.575～1.595为佳，以1.580～1.590为较佳，以1.582～1.588为更佳，以1.583～1.587为最佳。
玻璃组合物与聚碳酸酯树脂的折射率nd之间的差以小于等于0.010为佳，以小于等于0.005为较佳，以小于等于0.003为更佳，以小于等于0.002为最佳。
玻璃填料的折射率最好接近聚碳酸酯树脂的折射率。由钠D线(波长589.3nm)测量的聚碳酸酯树脂的折射率nD通常为约1.585。因此，玻璃填料的折射率nD以1.575～1.595为佳，以1.580～1.590为较佳，以1.582～1.588为更佳，以1.583～1.587为最佳。
玻璃填料与聚碳酸酯树脂的折射率nD之间的差以小于等于0.010为佳，以小于等于0.005为较佳，以小于等于0.003为更佳，以小于等于0.002为最佳。
阿贝数系表示玻璃等透明体的色散程度的量，并且为色散能力的倒数。若玻璃填料和聚碳酸酯树脂的阿贝数接近，聚碳酸酯树脂不会发生着色，并且可保持透明度。由此，玻璃组合物的阿贝数最好接近聚碳酸酯树脂的阿贝数。聚碳酸酯树脂的阿贝数vd通常为约30。因此，玻璃组合物的阿贝数vd以小于等于60为佳，以小于等于57为较佳，以小于等于55为更佳。
(化学稳定性)
只要在根据本发明的玻璃组合物的范围之内，就能获得耐酸性、耐水性、耐碱性等化学稳定性优良的玻璃组合物。因此，可以以理想的方式混和由本发明玻璃组合物形成的玻璃填料和聚碳酸酯树脂。
(玻璃填料的制法)
可将本发明的玻璃组合物形成为玻璃鳞片、短切股、磨断纤维、玻璃颗粒及玻璃珠等形式。
图1为示出玻璃鳞片的示意图。玻璃鳞片1为平均厚度为0.1～15μm、纵横比(平均粒径a/平均厚度t))为2～1000(参考图1(A)的薄片状颗粒。此处，平均粒径a定义为平面视图(参考图1(B))中玻璃鳞片1的面积S的平方根。
例如，通过使用图2所示的装置制备玻璃鳞片。用送入喷嘴15的气体使得熔融在耐火炉槽12中的熔融玻璃基材11膨胀为气球的形式，以形成中空玻璃膜16。以压力辊子17压碎中空玻璃膜16。
短切股系纤维径为1～50μm、纵横比(纤维长度/纤维直径)为2～1000的玻璃纤维。
例如，通过使用图3和4示出的装置制备短切股。
熔融在耐火炉槽12中的玻璃基材被拉出在底部具有大量喷嘴(例如2400)的套管40，以形成大量的玻璃丝41。将冷却剂吹到玻璃丝41上。然后，粘合剂施加器将粘合剂(粘结剂)施加至玻璃丝41。施加有粘合剂的大量玻璃丝粘合成例如三股，每股包括约800根玻璃丝。各股被缠绕到圆筒管48上，圆筒管装配于筒夹47同时由横向拨指46横向摇摆。然后，缠绕着股的圆筒管48从筒夹46移走，以得到线团(绕线体)51。
接下去，集束器52将股从放置在线轴架50上的线团51中拉出，并将股集束成股束。然后，喷洒装置53将水或处理液喷洒到股束上。接着，切割装置54切割股束以得到短切股55。
磨断纤维系纤维直径为1～50μm、纵横比(纤维长度/纤维直径)为2～500的玻璃纤维。可使用公知的方法制备这种磨断纤维。
用作玻璃填料的玻璃粉末的平均粒径最好为1～500μm。玻璃粉末的平均粒径定义为体积与玻璃颗粒相同的球体的直径。可使用公知的方法制备这种玻璃颗粒。
用作玻璃填料的玻璃珠的平均粒径最好为1～500μm。玻璃珠的平均粒径定义为体积与玻璃珠相同的球体的直径。可使用公知的方法制备这种玻璃珠。
[聚碳酸酯树脂组合物]
通过将由本发明的玻璃组合物形成的玻璃填料与聚碳酸酯树脂混和而得到性能优良的聚碳酸酯树脂组合物。由本发明的玻璃组合物形成的玻璃填料的折射率与聚碳酸酯树脂的折射率的差较小。此外，玻璃填料的碱成分的溶出得以减小，且该玻璃组合物的化学稳定性优良。因此，所获得聚碳酸酯树脂组合物的透明度与聚碳酸酯树脂的透明度基本相同，并且其机械强度和耐热性优于聚碳酸酯树脂。
可使用公知的方法制备聚碳酸酯树脂组合物。更具体地，可使用混炼机来加热聚碳酸酯树脂以使其与玻璃填料一起熔融混炼。所使用的聚碳酸酯树脂为业界公知的。玻璃填料的形式不限于一种类型，并且可为一种以上的混和物。为了增进聚碳酸酯树脂组合物的特性，需要时可混入多种偶联剂和添加剂。此外，熔融混炼的温度最好小于等于聚碳酸酯树脂的耐热温度。
可将这种聚碳酸酯树脂成型为适用于电气设备、车辆部件、及建筑材料等的成型产品。可使用公知的方法来进行成型，诸如挤出成型、注射成型、压制成型、使用砑光法的片材成型等方法。成型期间的加热温度最好小于等于聚碳酸酯树脂的耐热温度。
现通过实施例和对照例来进一步详述本发明。
(实施例1～9，对照例1～10)
为了获得表1和2所示的组合物，对硅砂之类的常用玻璃原料进行混和以制备用于各实施例和对照例的多批玻璃组合物。使用电炉将各批玻璃组合物加热至1400℃～1600℃且使其熔融，并在这一状态下保持约4小时直至该组合物变得均匀。然后，将熔融的玻璃倒在钢板上，并且在电炉中缓慢冷却至常温以获得玻璃组合物。
对于这样制备的玻璃，通过阿基米德法测量密度。
此外，使用公知的拉铂球法(platinum ball-pulling)测量粘度与温度之间的关系，并且根据结果计算工作温度。所谓拉铂球法是，将铂球浸入熔融玻璃中，将当匀速向上拉铂球时的作用载荷(阻力)与作用在铂球上的重力或浮力之间的关系应用于斯托克斯定律(Stokes’law)(该定律指出了粘度和在流体中下落的细颗粒的下降速度之间的关系)，从而测得粘度。
将所述玻璃压碎成粒径为1.0～2.8mm的碎片，并且将这些碎片放置在铂皿中，然后在具有温度梯度(900～1400℃)的电炉中加热2个小时，以从与结晶位置相对应的电炉的最高温度获得失透温度。预先测量获得电炉中各位置的温度，将放置在预定位置上的玻璃加热至该温度。
使用浦耳弗里奇(pulfrich)折射计来获得玻璃组合物的折射率，其中获得了d线(波长587.6nm)的折射率nd，F线(波长486.1nm)的折射率nF，C线(波长656.3nm)的折射率nC。对玻璃鳞片进行浸渍液体处理以获得D线(波长589.3nm)的折射率nD。
使用公式vd＝(nd-1)/(nF-nC)从玻璃组合物的折射率获得阿贝数。这一公式中，nd为d线(波长587.6nm)的折射率，nF为F线(波长486.1nm)的折射率，nC为C线(波长656.3nm)的折射率。
表1和2示出了测量结果。表中所示的各个数值以质量百分比为单位表示玻璃组合物。此外，如前所述，ΔT为由工作温度减去失透温度而测量得到的温度差。
表1
| 成分[质量％] | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 |
| SiO2 | 54.95 | 52.63 | 52.19 | 55.19 | 54.97 | 54.89 | 56.47 | 54.90 | 54.95 |
| Al2O3 | 11.97 | 11.46 | 11.37 | 12.02 | 11.97 | 11.96 | 10.53 | 11.96 | 11.97 |
| MgO | 2.81 | - | 2.67 | 2.74 | 2.73 | 2.79 | 3.04 | 2.81 | 2.81 |
| CaO | 14.17 | 13.57 | 13.45 | 13.82 | 13.77 | 14.05 | 15.34 | 14.16 | 14.15 |
| SrO | 10.99 | 17.44 | - | 10.72 | 10.68 | 10.91 | 11.91 | 10.99 | 10.99 |
| BaO | - | - | 15.46 | - | - | - | - | - | - |
| SrO+BaO | 10.99 | 17.44 | 15.46 | 10.72 | 10.68 | 10.91 | 11.91 | 10.99 | 10.99 |
| MgO+SrO | 13.80 | 17.44 | 2.67 | 13.46 | 13.41 | 13.70 | 14.95 | 13.80 | 13.80 |
| MgO+SrO+BaO | 13.80 | 17.44 | 18.13 | 13.46 | 13.41 | 13.70 | 14.95 | 13.80 | 13.80 |
| Li2O | - | - | - | 0.37 | - | - | - | - | - |
| Na2O | - | - | - | - | 0.76 | - | - | - | - |
| K2O | - | - | - | - | - | 0.29 | - | - | - |
| Li2O+Na2O+K2O | - | - | - | 0.37 | 0.76 | 0.29 | - | - | - |
| TiO2 | 5.11 | 4.90 | 4.86 | 5.14 | 5.12 | 5.11 | 2.71 | 4.99 | 5.11 |
| ZrO2 | - | - | - | - | - | - | - | 0.19 | - |
| Fe2O3 | - | - | - | - | - | - | - | - | 0.02 |
| 工作温度[℃] | 1228 | 1221 | 1236 | 1214 | 1224 | 1229 | 1227 | 1229 | 1227 |
| 失透温度[℃] | 1151 | 1132 | 1176 | 1120 | 1156 | 1158 | 1159 | 1152 | 1155 |
| ΔT[℃] | 77 | 89 | 60 | 94 | 68 | 71 | 68 | 77 | 72 |
| 折射率nd | 1.590 | 1.596 | 1.593 | 1.591 | 1.588 | 1.588 | 1.582 | 1.588 | 1.590 |
| 阿贝数vd | 52 | 54 | 54 | 54 | 54 | 55 | 57 | 55 | 54 |
表2
| 成分[质量％] | 对照例1 | 对照例2 | 对照例3 | 对照例4 | 对照例5 | 对照例6 | 对照例7 | 对照例8 | 对照例9 | 对照例10 |
| SiO2 | 59.00 | 57.90 | 51.84 | 52.00 | 45.43 | 64.63 | 56.22 | 54.04 | 56.59 | 55.49 |
| Al2O3 | 12.10 | 1150 | 9.99 | 9.90 | 11.87 | 12.06 | 5.88 | 16.36 | 12.32 | 10.34 |
| MgO | 3.40 | 3.50 | 3.24 | 1.80 | 3.78 | 1.82 | 3.28 | 2.47 | 10.48 | 2.19 |
| CaO | 22.60 | 21.50 | 9.84 | 16.70 | 19.06 | 9.20 | 16.55 | 12.44 | 4.02 | 11.06 |
| SrO | - | - | 24.24 | 4.50 | 14.79 | 7.13 | 12.84 | 9.66 | 11.32 | 5.58 |
| BaO | - | 1.00 | - | 10.10 | - | - | - | - | - | - |
| SrO+BaO | - | 1.00 | 24.24 | 14.60 | 14.79 | 7.13 | 12.84 | 9.66 | 11.32 | 5.58 |
| MgO+SrO | 3.40 | 3.50 | 27.48 | 6.30 | 18.57 | 8.95 | 16.12 | 12.13 | 21.80 | 10.77 |
| MgO+SrO+BaO | 3.40 | 4.50 | 27.48 | 16.40 | 18.57 | 8.95 | 16.12 | 12.13 | 21.80 | 10.77 |
| Li2O | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Na2O | 0.90 | 0.30 | 0.45 | 0.70 | - | - | - | - | - | - |
| K2O | - | 0.50 | 0.28 | 0.04 | - | - | - | - | - | - |
| Li2O+Na2O+K2O | 0.90 | 0.80 | 0.73 | 1.10 | - | - | - | - | - | - |
| TiO2 | 1.5 | 0.80 | 0.12 | - | 5.07 | 5.16 | 5.23 | 5.03 | 5.27 | 12.34 |
| ZrO2 | - | 3.00 | - | 3.90 | - | - | - | - | - | - |
| Fe2O3 | 0.20 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 工作温度[℃] | 1232 | 1245 | 1213 | 1231 | 1129 | 1416 | 1173 | 1271 | 1247 | 1227 |
| 失透温度[℃] | 1210 | 1176 | 1162 | 1224 | 1276 | 1398 | 1275 | 1303 | 1282 | 1346 |
| ΔT[℃] | 22 | 69 | 51 | 7 | -147 | 18 | -102 | -32 | -35 | -119 |
| 折射率nd | 1.573 | 1.578 | 1.581 | 1.589 | 1.625 | 1.553 | 1.601 | 1.581 | 1.577 | 1.612 |
| 阿贝数vd | 58 | 59 | 59 | 60 | 52 | 56 | 53 | 54 | 57 | 43 |
实施例1～9中，玻璃组合物的工作温度为1214℃～1236℃。这是形成玻璃填料的较佳温度。
实施例1～9中，玻璃组合物的ΔT(工作温度-失透温度)为60℃～94℃.这一温度差下，制备玻璃填料的过程中玻璃不发生失透。
实施例1～9中，玻璃组合物的折射率nd为1.582～1.596。实施例2的玻璃组合物在根据本发明的玻璃组合物的范围之内，但在根据权利要求2的折射率的范围之外。
实施例1～9中，玻璃组合物的阿贝数vd为52～57。
对照例1的玻璃组合物与第61-14152号日本专利申请公开所描述的实施例的玻璃组合物相同，并且CaO的含量、(SrO+BaO)的总含量、(MgO+SrO+BaO)的总含量、以及TiO2的含量在根据本发明的玻璃组合物的范围之外。该玻璃组合物的折射率nd为1.573，在根据权利要求2的折射率的范围之外。该玻璃组合物的阿贝数vd为58，由此大于实施例1～9的玻璃组合物的阿贝数vd。
对照例2的玻璃组合物与第5-155638号日本专利申请公开的实施例3的玻璃组合物相同，并且CaO的含量、(MgO+SrO+BaO)的总含量、TiO2的含量、以及ZrO2的含量在根据本发明的玻璃组合物的范围之外。该玻璃组合物的阿贝数vd为59，由此大于实施例1～9的玻璃组合物的阿贝数vd。
对照例3的玻璃组合物与第2005-97080号日本专利申请公开的实施例4的玻璃组合物相同，并且TiO2的含量在根据本发明的玻璃组合物的范围之外。该玻璃组合物的阿贝数vd为59，由此大于实施例1～9的玻璃组合物的阿贝数vd。
对照例4的玻璃组合物与第2007-153729号日本专利申请公开的实施例9的玻璃组合物相同，并且TiO2的含量以及ZrO2的含量在根据本发明的玻璃组合物的范围之外。该玻璃组合物的ΔT为7℃，其小于实施例1～9的玻璃组合物的ΔT。该玻璃组合物的阿贝数vd为60，由此大于实施例1～9的玻璃组合物的阿贝数vd。
对照例5的玻璃组合物中，SiO2的含量在根据本发明的玻璃组合物的范围之外。该玻璃组合物的ΔT为-147℃，其小于实施例1～9的玻璃组合物的ΔT。该玻璃组合物的折射率nd为1.625。由此，与聚碳酸酯树脂的折射率nd的差大于实施例1～9的玻璃组合物。
对照例6的玻璃组合物中，SiO2的含量以及(MgO+SrO+BaO)的总含量在根据本发明的玻璃组合物的范围之外。该玻璃组合物的工作温度为1416℃，由此大于实施例1～9的玻璃组合物的工作温度。该玻璃组合物的折射率nd为1.553。由此，与聚碳酸酯树脂的折射率nd的差大于实施例1～9的玻璃组合物。
对照例7的玻璃组合物中，Al2O3的含量在根据本发明的玻璃组合物的范围之外。玻璃组合物的ΔT为-102℃，小于实施例1～9的玻璃组合物的ΔT。该玻璃组合物的折射率nd为1.601。由此，与聚碳酸酯树脂的折射率nd的差大于实施例1～9的玻璃组合物。
对照例8的玻璃组合物中，Al2O3的含量在根据本发明的玻璃组合物的范围之外。该玻璃组合物的工作温度为1271℃，由此大于实施例1～9的玻璃组合物的工作温度。该玻璃组合物的ΔT为-32℃，其小于实施例1～9的玻璃组合物的ΔT。
对照例9的玻璃组合物中，MgO的含量和CaO的含量在根据本发明的玻璃组合物的范围之外。该玻璃组合物的ΔT为-35℃，其小于实施例1～9的玻璃组合物的ΔT。
对照例10的玻璃组合物中，TiO2的含量在根据本发明的玻璃组合物的范围之外。该玻璃组合物的ΔT为-119℃，其小于实施例1～9的玻璃组合物的ΔT。该玻璃组合物的折射率nd为1.612。由此，与聚碳酸酯树脂的折射率nd的差大于实施例1～9的玻璃组合物。
如前所述，只要使用根据本发明的玻璃组合物，很明显所述玻璃组合物具有适于作为玻璃填料与聚碳酸酯树脂混和的折射率。此外，只要使用根据本发明的玻璃组合物，很明显所述玻璃组合物的熔融特性适于形成玻璃填料。
(实施例10～18)
在电炉中对实施例1～9的玻璃组合物再次熔融，然后冷却并且形成为球粒。然后，将该球粒送入图2所示的制备装置以制备实施例10～18的玻璃鳞片，其平均厚度为0.5～1μm。测量这些玻璃鳞片的折射率。表3示出了测量结果。
表3
| 实施例10 | 实施例11 | 实施例12 | 实施例13 | 实施例14 | 实施例15 | 实施例16 | 实施例17 | 实施例18 | |
| 折射率nd | 1.584 | 1.591 | 1.588 | 1.585 | 1.582 | 1.582 | 1.576 | 1.584 | 1.584 |
在电炉中对实施例1～9的玻璃组合物再次熔融，然后冷却并且形成为球粒。然后，将该球粒送入图3和4所示的制备装置以制备实施例19～27的短切股，其平均厚度为10～20μm，长度为3mm。
将所述短切股(玻璃填料)与聚碳酸酯树脂混和以制备聚碳酸酯树脂组合物。
Claims (7)
1.一种玻璃组合物，包括以质量百分比表示的下列成分：
50≤SiO2≤60；
8≤Al2O3≤15；
0≤MgO≤10；
5≤CaO＜21；
5＜SrO+BaO≤25；
10＜MgO+SrO+BaO≤30；
0≤Li2O+Na2O+K2O＜2；
2＜TiO2≤10；及
0≤ZrO2＜2；
其中SrO的含量大于5质量百分比，并且所述玻璃组合物基本上不含B2O3、F、及ZnO。
2.如权利要求1所述的玻璃组合物，其中所述玻璃组合物的折射率nd大于等于1.575，且小于等于1.595。
3.如权利要求1所述的玻璃组合物，其中所述玻璃组合物的阿贝数vd小于等于60。
4.如权利要求1～3中任一项所述的玻璃组合物，其中所述玻璃组合物的工作温度小于等于1300℃。
5.如权利要求1～3中任一项所述的玻璃组合物，其中所述玻璃组合物具有大于等于0℃的温度差ΔT，所述温度差由所述玻璃组合物的工作温度减去失透温度而得到。
6.一种聚碳酸酯树脂组合物，包括：
聚碳酸酯树脂；及
玻璃填料；
其中所述玻璃填料包括如权利要求1～3中任一项所述的玻璃组合物；并且
所述玻璃填料的形式为玻璃鳞片、短切股、磨断纤维、玻璃颗粒及玻璃珠中的至少一种。
7.一种用于聚碳酸酯树脂的玻璃填料，所述玻璃填料如此制备：先熔融如权利要求1～3中任一项所述的玻璃组合物，然后将所述玻璃组合物加工成具有预定范围内的尺寸。
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