CN111902377A - 玻璃组合物、可纤维化玻璃组合物、以及由其制成的玻璃纤维 - Google Patents

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Abstract

公开了适用于具有低水平的Li2O的纤维成型的玻璃组合物和具有高模量的玻璃纤维。玻璃组合物可包含约59至约63重量％的SiO2、约13.7至约16重量％的Al2O3、约14至约16.5重量％的CaO、约6至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3和小于1重量％的TiO2。在某些情况下，该组合物可以基本不含Li2O。在某些情况下，该组合物可包含至多0.5重量％的Li2O。在一些情况下，RE2O3可以以高达1.5重量％的量存在于组合物中。该玻璃组合物可用于成型玻璃纤维，该玻璃纤维可被并入多种其他玻璃纤维产品(例如股线、粗纱、织物等)中且并入各种复合材料中。

Description

玻璃组合物、可纤维化玻璃组合物、以及由其制成的玻璃纤维
优先权
本申请要求于2018年3月7日提交的美国临时专利申请号62/639,731的权益和优先权，该申请的全部内容通过引用合并于此，就如同在此完整阐述。
技术领域
本文描述了玻璃组合物，尤其是用于成型纤维的玻璃组合物。
背景技术
多年来，玻璃纤维已被用于增强各种聚合物树脂。用于增强应用的一些常用玻璃组合物包括“E-玻璃”、“R-玻璃”和“D-玻璃”族组合物。“S-玻璃”是另一种常用族的玻璃组合物，其包括例如可从AGY(Aiken,South Carolina)以商品名“S-2Glass”商购获得的玻璃纤维。
玻璃纤维分为两类：通用和专用目的的。最广泛使用的玻璃纤维类型是通用用途，也称为E玻璃纤维。总体而言，E-玻璃具有良好的机械、电气和腐蚀性能。
随着复合材料的可能的市场应用持续增长，玻璃纤维的用户面临挑战，以满足与性能、成本、可靠性和耐久性以及对可持续性和环境管理的日益关注有关的需求。挑战包括：风叶片的长度要求不断增长；发电厂希望在苛刻的条件和环境下，从管道和罐中获得最大的性能和使用寿命；牺牲性能而对燃料经济性的要求正在给汽车行业带来变化；技术的不断进步要求电路板的信号速度要比以往任何时候都更强大。
玻璃纤维制造商继续寻找可用于在商业制造环境中成型具有所需机械性能的玻璃纤维的玻璃组合物。
发明内容
本发明的各种实施方案提供了玻璃组合物、可纤维化的玻璃组合物和由这种组合物成型的玻璃纤维，以及玻璃丝股线、纱线、织物和包含适用于各种应用的这种玻璃纤维的复合材料。
在一个实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可包含约60至约63重量％的SiO2、约14至约16重量％的Al2O3、约14至约16重量％的CaO、约6至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于1重量％的TiO2，其中该组合物基本不含Li2O且(Li2O+MgO+Al2O3)含量为约22至高达约24重量％。
在某些实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可以包含约60至约63重量％的SiO2、约14至约16重量％的Al2O3、约14至约16重量％的CaO、约6至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于1重量％的TiO2、以及大于0重量％且小于1重量％的稀土氧化物RE2O3，其中组合物基本不含Li2O。
在某些实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可包含约59至约63重量％的SiO2、约13.7至约16重量％的Al2O3、约14至约16.5重量％的CaO、约6至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于1重量％的TiO2、和大于0重量％且小于1.5重量％的稀土氧化物RE2O3，其中组合物基本不含Li2O。
在一些情况下，适合于纤维成型的玻璃组合物可包含约60至约63重量％的SiO2、约14至约16重量％的Al2O3、约14至约16重量％的CaO、约6重量％至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于1重量％的TiO2、小于0.5重量％Li2O，且RE2O3以大于0重量％且小于1重量％存在，其中(Li2O+MgO+Al2O3)的含量为约22至高达24重量％。
在一些实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可以包含约60至约63重量％的SiO2、约14至约16重量％的Al2O3、约14至约16重量％的CaO、约6至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于1重量％的TiO2，Li2O以大于0重量％且小于0.5重量％存在，其中(Li2O+MgO+Al2O3)的含量为从约22到高达23重量％。
在任何前述实施方案中，另外的实施方案可以包括在0.33至0.47之间的Al2O3/(Al2O3+MgO+CaO)之比范围。在某些实施方案中，Al2O3/(Al2O3+MgO+CaO)之比可以小于0.40。在一些实施方案中，Al2O3/(Al2O3+MgO+CaO)之比可以为0.37至0.42。在一些实施方案中，Al2O3/(Al2O3+MgO+CaO)之比可以为0.35至0.45。
本发明的一些实施方案涉及玻璃丝股线。作为本发明的一部分，本文公开了许多可纤维化的玻璃组合物，并且应该理解，本发明的各种实施方案可以包括玻璃纤维、玻璃丝股线、纱线以及并入由这种组合物成型的玻璃纤维的其他产品。在一个实施方案中，由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维可包含约60至约63重量％的SiO2、约14至约16重量％的Al2O3、约14至约16重量％的CaO、约6重量％至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于1重量％的TiO2、且Li2O以大于0重量％且小于0.5重量％存在，其中(Li2O+MgO+Al2O3)的含量为约22至高达24重量％，并且杨氏模量大于85GPa。
本发明的一些实施方案涉及由至少一种由本文所述的玻璃组合物成型的玻璃丝股线形成的纱线。本发明的一些实施方案涉及并入至少一种由本文所述的玻璃组合物成型的玻璃丝股线的织物。在一些实施方案中，用于织物的纬纱可包括至少一条玻璃丝股线。在一些实施方案中，经纱可以包括至少一条玻璃丝股线。在一些实施方案中，玻璃丝股线可用于纬纱和经纱两者中以形成根据本发明的织物。在一些实施方案中，本发明的织物可包括平纹织物、斜纹织物、五经缎纹织物、缎纹织物、缝编织物或3D机织织物。
本发明的一些实施方案涉及包含聚合物树脂和由本文所述的各种玻璃组合物中的一种成型的玻璃纤维的复合材料。根据本发明的一些实施方案，玻璃纤维可以来自玻璃丝股线。在一些实施方案中，玻璃纤维可以并入到织物例如机织织物(woven fabric)中。例如，玻璃纤维可以在被编织以形成织物的纬纱和/或经纱中。在复合材料包括织物的实施方案中，织物可以包括平纹织物、斜纹织物、五经缎纹织物、缎纹织物、缝编织物或3D机织织物。
玻璃纤维可以以其他形式并入复合材料中，如下面更详细地讨论的。
本发明的复合材料可包含多种聚合物树脂中的一种或多种。在一些实施方案中，聚合物树脂可包含聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、酚醛树脂、聚酯、乙烯基酯、聚二环戊二烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、氰酸酯、双马来酰亚胺和热固性聚氨酯树脂中的至少一种。在一些实施方案中，聚合物树脂可以包括环氧树脂。
本发明的复合材料可以是多种形式，并且可以用于多种应用中。根据本发明一些实施方案的复合材料的潜在用途的一些实例包括但不限于风能(例如风车叶片)、汽车应用、安全/安保应用(例如弹道装甲)、航空或航天应用(例如飞机的内部地板)、高压容器或罐、导弹壳体、电子件等。
在以下的详细描述中更详细地描述本发明的这些和其他实施方案。
具体实施方式
本发明的实施方案通常涉及玻璃组合物。一方面，本发明提供了由本文所述的玻璃组合物成型的玻璃纤维。具体而言，本文所述的玻璃组合物可不含Li2O。任选地，所述组合物可以包含少量的氧化锂(Li2O)。在某些情况下，玻璃组合物可包含一种或多种稀土氧化物(RE2O3)。在一些实施方案中，与常规的E-玻璃纤维相比，本发明的玻璃纤维可具有改善的机械性能，例如杨氏模量。在一些实施方案中，玻璃纤维可具有大于85GPa的模量。在某些实施方案中，玻璃纤维可具有大于88GPa的模量。在一些实施方案中，玻璃纤维的密度可以小于2.7g/cm3。在某些实施方案中，玻璃纤维的成型温度(TF)可以小于1350℃。在一些实施方案中，玻璃纤维的液相线温度(TL)可小于1250℃。在玻璃组合物的一些实施方案中，TF和TF之差(“ΔT”)可大于约60℃。在某些实施方案中，玻璃组合物的熔融温度(TM)可小于1530℃。
定义和说明
本文中使用的术语“发明”、“该发明”、“本发明”、“实施方案”、“某些实施方案”等旨在广泛地指代本专利申请的所有主题，并且如权利要求所述。包含这些术语的陈述应理解为不限制本文所述主题或限制以下专利权利要求的含义或范围。除非另有说明，否则术语“包括”、“包含”、“具有”、和“含有”应被解释为开放式术语(即意思是“包括但不限于”)。还应注意的是，如在本说明书中使用的，单数形式“一(a)”和“该”(或不译出)包括复数指代物，除非明确地和无疑义地地限于一个指代物。
尽管阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但是尽可能精确地报告了在具体实例中阐述的数值。但是，任何数值都固有地包含必然由它们各自的测试测量中的标准偏差引起的某些误差。此外，本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，规定的范围“1至10”应视为包括最小值1和最大值10之间(包括端值)之间的任何和所有子范围；也就是说，以最小值1或更大的值例如1至6.1开头，并且以最大值10或更小例如5.5至10结束的所有子范围。另外，被称为“结合在本文中”的任何文献应理解为整体结合。
玻璃组合物以基于组合物总重量的重量％(重量％)描述。
玻璃组合物和纤维
本发明可以以多种方式实施。在一些实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可包含SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3和TiO2。任选地，该组合物可以进一步包含RE2O3。任选地，该组合物可以进一步包含Li2O。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。
在某些实施方案中，本文所述的适用于纤维成型的玻璃组合物可包含约59重量％至约63重量％(例如60重量％至63重量％)的SiO2。例如，组合物可以包含约59重量％、59.1重量％、59.2重量％、59.3重量％、59.4重量％、59.5重量％、59.6重量％、59.7重量％、59.8重量％、59.9重量％、60重量％、60.1重量％、60.2重量％、60.3重量％、60.4重量％、60.5重量％、60.6重量％、60.7重量％、60.8重量％、60.9重量％、61重量％、61.1重量％、61.2重量％、61.3重量％、61.4重量％、61.5重量％、61.6重量％、61.7重量％、61.8重量％、61.9重量％、62重量％、62.1重量％、62.2重量％、62.3重量％、62.4重量％、62.5重量％、62.6重量％、62.7重量％、62.8重量％、62.9重量％、或63重量％的SiO2。
在一些实例中，如本文所述的适合于纤维成型的玻璃组合物可包含约13.7重量％至约16.5重量％(例如14重量％至16重量％)的Al2O3。例如，组合物可以包含约13.7、13.8、13.9、14重量％、14.1重量％、14.2重量％、14.3重量％、14.4重量％、14.5重量％、14.6重量％、14.7重量％、14.8重量％、14.9重量％、15重量％、15.1重量％、15.2重量％、15.3重量％、15.4重量％、15.5重量％、15.6重量％、15.7重量％、15.8重量％、15.9重量％、16重量％、16.1重量％、16.2重量％、16.3重量％、16.4重量％或16.5重量％的Al2O3。
在一些实施方案中，如本文所述的适合于纤维成型的玻璃组合物可包含约14至约16.5重量％(例如14重量％至16重量％)的CaO。例如，组合物可以包含约14重量％、14.1重量％、14.2重量％、14.3重量％、14.4重量％、14.5重量％、14.6重量％、14.7重量％、14.8重量％、14.9重量％、15重量％、15.1重量％、15.2重量％、15.3重量％、15.4重量％、15.5重量％。15.6重量％％、15.7重量％、15.8重量％、15.9重量％、16重量％、16.1重量％、16.2重量％、16.2重量％、16.4重量％或16.5重量％的CaO。
在一些实施方案中，如本文所述的适合于纤维成型的玻璃组合物可包含约6至约8.5重量％(例如6重量％至8重量％)的MgO。例如，组合物可以包含约6重量％、6.1重量％、6.2重量％、6.3重量％、6.4重量％、6.5重量％、6.6重量％、6.7重量％、6.8重量％、6.9重量％、7重量％、7.1重量％、7.2重量％、7.3重量％、7.4重量％、7.5重量％、7.6重量％、7.7重量％、7.8重量％、7.9重量％、8重量％、8.1重量％、8.2重量％、8.3重量％、8.4重量％或8.5重量％的MgO。
在一些实施方案中，如本文所述的适合于纤维成型的玻璃组合物可以包含小于1重量％的Fe2O3。例如，该组合物可以包含约0.25重量％、0.3重量％、0.35重量％、0.4重量％、0.45重量％、0.5重量％％、0.55重量％、0.6重量％、0.65重量％、0.7重量％、0.75重量％、0.8重量％、0.85重量％、0.9重量％、0.95重量％、或至多1.0重量％的Fe2O3。在某些情况下，该组合物可以基本不含Fe2O3。
在一些实施方案中，如本文所述的适合于纤维成型的玻璃组合物可以包含小于1重量％的TiO2。例如，组合物可以包含约0.25重量％、0.3重量％、0.35重量％、0.4重量％、0.45重量％、0.5重量％％、0.55重量％、0.6重量％、0.65重量％、0.7重量％、0.75重量％、0.8重量％、0.85重量％、0.9重量％、0.95重量％、或至多1.0重量％的TiO2。在某些情况下，该组合物可以基本不含TiO2。
任选地，如本文所述的适合于纤维成型的玻璃组合物的一些实施方案可以包含小于0.5重量％(例如小于0.4重量％)量的Li2O。例如，组合物可以包含约0.05重量％、0.1重量％、0.15重量％、0.2重量％、0.25重量％、0.3重量％、0.35重量％、0.4重量％、0.45重量％或0.5重量％的Li2O。在某些情况下，该组合物可以基本不含Li2O。
任选地，如本文所述的适合于纤维成型的玻璃组合物的一些实施方案可以包含小于1重量％的稀土氧化物(“RE2O3”)。在一些实施方案中，玻璃组合物可以包含小于1.5重量％的RE2O3。例如，组合物可以包含约0.2重量％、0.25重量％、0.3重量％、0.35重量％、0.4重量％、0.45重量％、0.5重量％％、0.55重量％、0.6重量％、0.65重量％、0.7重量％、0.75重量％、0.8重量％、0.85重量％、0.9重量％、0.95重量％、1.0重量％、1.1重量％、1.2重量％、1.3重量％、1.4重量％、或至多1.5重量％的RE2O3。如本文所用，如本领域技术人员所理解的，术语“稀土氧化物”是指并入稀土金属的氧化物，并且包括以下的氧化物：钪(Sc2O3)、钇(Y2O3)和镧系元素(镧(La2O3)、铈(Ce2O3和CeO2)、镨(Pr2O3)、钕(Nd2O3)、钷(Pm2O3)、钐(Sm2O3)、铕(Eu2O3和EuO)、钆(Gd2O3)、铽(Tb2O3)、镝(Dy2O3)、钬(Ho2O3)、铒(Er2O3)、铥(Tm2O3)、镱(Yb2O3)和镥(Lu2O3)。本发明的玻璃组合物中稀土氧化物的含量可以超过稀土氧化物仅作为杂物或杂质存在于包括在玻璃批料中的批料材料的量以提供另一种组分。在一些实施方案中，玻璃组合物可包含稀土氧化物的组合(例如一种或多种稀土氧化物)。在一些实施方案中，RE2O3可包含La2O3、Y2O3、Sc2O3和Nd2O3中的至少一种。在一些实施方案中，RE2O3可以是Y2O3。在一些实施方案中，Y2O3含量可以为约1重量％或更少。在一些情况下，RE2O3可以以大于0重量％且小于1.5重量％的量存在。在某些情况下，该组合物可以基本不含RE2O3。
不受理论的束缚，在玻璃组合物中包含Y2O3可对由该组合物成型的玻璃纤维的玻璃软化温度和玻璃转变温度以及模量、拉伸强度、伸长率、热膨胀系数和其他性质具有期望的影响。
在一些实施方案中，适用于本文所述的纤维成型的玻璃组合物可以包含约22重量％至高达23重量％的(Li2O+MgO+Al2O3)。在一些实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可以包含约22重量％至高达24重量％的(Li2O+MgO+Al2O3)。例如，该组合物可以包含约22重量％、22.1重量％、22.2重量％、22.3重量％、22.4重量％、22.5重量％、22.6重量％、22.7重量％、22.8重量％、22.9重量％、23重量％、23.1重量％、23.2重量％、23.3重量％、23.4重量％、23.5重量％、23.6重量％、23.7重量％、23.8重量％、23.9或24重量％的(Li2O+MgO+Al2O3)。
在一些实施方案中，如本文所述的适合于纤维成型的玻璃组合物可包含约1.6至约2.8(例如1.7至2.0)的CaO与MgO之比(“CaO/MgO”)。例如，该组合物可以包含约1.6、1.65、1.7、1.75、1.8、1.85、1.9、1.95、2.0、2.15、2.2、2.25、2.3、2.35、2.4、2.45、2.5、2.55、2.6、2.65、2.7、2.75或2.8的CaO/MgO。
在一些实施方案中，如本文所述的适合于纤维成型的玻璃组合物可包含约3.5至约4.6(例如约3.9至约4.3、约4到约4.5、大于4到4.5)的SiO2与Al2O3之比(“SiO2/Al2O3”)。例如，该组合物可以包含约3.5、3.55、3.6、3.65、3.7、3.75、3.8、3.85、3.9、3.95、4、4.05、4.1、4.15、4.2、4.25、4.3、4.35，4.4、4.45、4.5、4.55或4.6的SiO2/Al2O3的量。在一些实施方案中，SiO2/Al2O3可以大于4。
在一些实施方案中，如本文所述的适合于纤维成型的玻璃组合物可包含约0.33至约0.47(例如约0.35至约0.41，约0.35至小于0.40)的Al2O3与(Al2O3+CaO+MgO)之比(“Al2O3/(Al2O3+CaO+MgO)”)。例如，该组合物可以以约0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46或0.47包含Al2O3/(Al2O3+CaO+MgO)。在一些实施方案中，Al2O3/(Al2O3+CaO+MgO)可以小于0.40。在其他实施方案中，Al2O3/(Al2O3+MgO+CaO)之比可以为0.37至0.42。
在一些实施方案中，玻璃组合物可包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，该组合物可以基本不含Na2O。在某些实施方案中，玻璃组合物可包含至多0.2重量％的K2O。在某些情况下，该组合物可以基本不含K2O。在一些实施方案中，玻璃组合物可以基本不含Zn、F、B或Sr中的至少一种。
在一些实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可包含：约60至约63重量％的SiO2；约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6％至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；小于1重量％的TiO2。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。在一些实施方案中，(Li2O+MgO+Al2O3)的含量可以为约22重量％至高达24重量％。
在一些情况下，适合于纤维成型的玻璃组合物可包含：约60至约63重量％的SiO2；约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；小于1重量％的TiO2；存在量大于0重量％且小于1重量％的RE2O3。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。
在某些实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可包含约59重量％至约63重量％的SiO2、约13.7重量％至约16重量％的Al2O3、约14重量％至约16.5重量％的CaO、约6重量％至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于1重量％的TiO2、和大于0重量％且小于1.5重量％量的稀土氧化物RE2O3，其中组合物基本不含Li2O。
在某些实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可包含：约60至约63重量％的SiO2；约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6％至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；小于1重量％的TiO2；小于0.5重量％的Li2O；大于0重量％且小于1重量％的量的RE2O3。在一些实施方案中，(Li2O+MgO+Al2O3)的含量可以为约22重量％至高达24重量％。
在一些实施方案中，适合于纤维成型的玻璃组合物可包含：约60至约63重量％的SiO2；约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6％至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；小于1重量％的TiO2；存在量大于0重量％且小于0.5重量％的Li2O。在一些实施方案中，(Li2O+MgO+Al2O3)的含量为约22重量％至高达23重量％。
应该理解的是，在所有实施方案中并不一定需要将玻璃组合物的任何组分描述为以约0重量％至另一重量％的量存在。在一些实施方案中，这样的组分可以是任选的。同样，在一些实施方案中，玻璃组合物可以基本不含一些组分；存在于玻璃组合物中的任何量的组分将由于该组分以痕量杂质存在于批料材料中而产生。作为痕量杂质存在的组分不是故意添加到玻璃组合物中，而是由于其作为杂质存在于添加到玻璃组合物中的原料而存在于本文所述的玻璃组合物中。通常，痕量杂质在玻璃组合物中的存在量不大于约0.1重量％，尽管一些痕量杂质可以在玻璃组合物中以高达约0.5重量％的量存在。
在一些实施方案中，本发明的玻璃组合物可以是可纤维化的。在一些实施方案中，玻璃组合物可具有在商业玻璃丝制造操作中使用所需的成型温度(TF)。如本文所用，术语“成型温度”或TF是指玻璃组合物具有1000泊的粘度的温度(或“log 3温度”)。在一些实施方案中，玻璃组合物可以具有小于1350℃(例如小于1320℃、小于1300)的成型温度(TF)。举例来说，四舍五入到最接近的5℃，TF可约为1200℃、1205℃、1210℃、1215℃、1220℃、1225℃、1230℃、1235℃、1240℃、1245℃、1250℃、1255℃、1260℃、1265℃、1270℃、1275℃、1280℃、1285℃、1290℃、1295℃、1300℃、1305℃、1310℃、1315℃、1320℃、1325℃、1330℃、1335℃、1340℃、1345℃或最高1350℃。
在一些实施方案中，玻璃组合物的液相线温度(TL)可小于1250℃(例如小于1220℃、小于1200)。例如，四舍五入到最接近的5℃，TL可约为1120℃、1125℃、1130℃、1135℃、1140℃、1145℃、1150℃、1155℃、1160℃、1165℃、1170℃、1175℃、1180℃、1185℃、1190℃、1195℃、1200℃、1205℃、1210℃、1215℃、1220℃、1225℃、1230℃、1235℃、1240℃、1245℃或最高1250℃。
在一些实施方案中，玻璃组合物的成型温度(TF)和液相线温度(TL)之差异对于商业玻璃丝制造操作可为期望的。例如，在玻璃组合物的一些实施方案中，TF和TF之差(“ΔT”)可大于约60℃(例如大于80℃、大于100)。例如，ΔT可约为62℃、64℃、66℃、68℃、70℃、72℃、74℃、76℃、78℃、80℃、82℃、84℃、86℃、88℃、90℃、92℃、94℃、96℃、98℃、100℃、105℃、110℃、115℃或120℃。
在一些实施方案中，玻璃组合物的熔融温度(TM)可小于1530℃(例如小于1510℃、小于1480℃)。例如，TM可约为1465℃、1468℃、1470℃、1472℃、1474℃、1476℃、1478℃、1480℃、1482℃、1484℃、1486℃、1488℃、1490℃、1492℃、1494℃、1496℃、1498℃、1500℃、1502℃、1504℃、1506℃、1508℃、1510℃、1512℃、1514℃、1516℃、1518℃、1520℃、1522℃、1524℃、1526℃、1528℃或1530℃。
在一些实施方案中，玻璃纤维可以由本文所述的玻璃组合物成型。任选地，玻璃纤维可以布置成织物。在一些实施方案中，玻璃纤维可以以其他形式提供，例如包括但不限于连续股线、短切股线(干或湿)、纱线、粗纱、预浸料等。玻璃组合物(和由其成型的任何纤维)的各种实施方案可用于多种应用中。在一些实施方案中，纤维可以是玻璃丝股线，而其他实施方案可以是包括玻璃丝股线的纱线。纱线的一些实施方案可特别适合于编织应用。在一些实施方案中，纤维可以是玻璃纤维织物。本发明的玻璃丝织物的一些实施方案特别适用于增强应用，特别是其中高模量、高强度和/或高伸长率重要的增强应用。
本发明的一些实施方案可以涉及并入玻璃丝股线、玻璃丝纱线和玻璃丝织物的复合材料，例如纤维增强的聚合物复合材料。一些复合材料可特别适用于增强应用，尤其是其中高模量、高强度和/或高伸长率重要的增强应用，例如风能(例如风车叶片)、汽车应用、安全/安保应用(例如防弹装甲或装甲板)、航天或航空(例如飞机的内部地板)、高压容器或罐、导弹壳体等。
本发明的一些实施方案涉及适用于风能应用的复合材料。本发明的复合材料可适用于风力涡轮机叶片，特别是与其他长的风力涡轮机叶片相比重量轻但仍坚固的长的风力涡轮机叶片。降低风能叶片的重量和增加稳定性是选择复合材料的关键考虑因素。风能叶片的设计随时间已发生变化，以追求更长的叶片来收集更多的能量。一些叶片的长度可为82米，并受益于改进的纤维复合材料。更坚固的玻璃纤维复合材料如本文所公开的那些的可用于获得较大的风叶片尺寸，同时提供保持在风车的载荷设计内所需的强度和重量。像本发明这样的更轻和更坚固的材料可以提供能量产率的增加，并导致改善的操作成本、降低的安装成本、易于运输和改善的安全性。
本发明的其他实施方案可以涉及汽车复合材料。本发明的一些实施方案可以涉及航天复合材料。本申请的其他实施方案可以涉及航空复合材料。本发明的一些实施方案涉及用于安全/安保应用的复合材料，例如装甲板。本发明的其他实施方案可以涉及用于高压容器或储罐的复合材料。本发明的一些实施方案可以涉及用于导弹壳体的复合材料。本发明的其他实施方案可以涉及用于高温绝热应用中的复合材料。本发明的一些实施方案可以涉及特别需要较低热膨胀系数的印刷电路板，例如用于芯片封装的基板。本发明的一些实施方案可以涉及预浸料。本发明的一些实施方案可以涉及用于各种汽车零件的长纤维增强热塑性塑料(LFT)。本发明的一些实施方案可以涉及用于化学品运输和化学品存储的管道或罐子。本发明的一些实施方案可以涉及用于热和声管理应用的非机织的变形(texturized)纤维，例如摩托车、车辆和卡车的消声器。本发明的一些实施方案可涉及电绝缘棒或电缆。本发明的一些实施方案可以涉及复合钢筋以代替用于道路基础设施、桥梁和建筑物的钢筋。
本发明的一些实施方案涉及玻璃丝股线。在一些实施方案中，本发明的玻璃丝股线包含多条玻璃纤维。在一些实施方案中，可以由包含以下的玻璃组合物成型多条玻璃纤维：约60至约63重量％的SiO2；和约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6％至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；小于1重量％的TiO2。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。在一些实施方案中，组合物的(Li2O+MgO+Al2O3)含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.7至约2.0。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。
在一些实施方案中，可以由包含以下的玻璃组合物成型多条玻璃纤维：约59重量％至约63重量％的SiO2；约13.7至约16重量％的Al2O3；约14至约16.5重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；小于1重量％的TiO2；以大于0重量％且小于1.5重量％的量存在的RE2O3。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。在一些实施方案中，组合物的(Li2O+MgO+Al2O3)含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.6至约2.8。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。
在一些实施方案中，玻璃纤维或多条玻璃纤维可以由包含以下的玻璃组合物成型：约60至约63重量％的SiO2；约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；小于1重量％的TiO2；小于0.5重量％的Li2O；存在量大于0重量％且小于1重量％的RE2O3。在一些实施方案中，组合物的(Li2O+MgO+Al2O3)含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.7至约2.0。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。
在一些实施方案中，玻璃纤维或多条玻璃纤维可以由包含以下的玻璃组合物成型：约60至约63重量％的SiO2；约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；小于1重量％的TiO2；存在量大于0重量％且小于0.5重量％的Li2O。在一些实施方案中，(Li2O+MgO+Al2O3)的含量可以为约22重量％至高达23重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.7至约2.0。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。
在一些实施方案中，玻璃纤维或多条玻璃纤维可以由包含以下的玻璃组合物成型：约60至约63重量％的SiO2；约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；小于1重量％的TiO2；存在量大于0重量％且小于0.5重量％的Li2O。在一些实施方案中，(Li2O+MgO+Al2O3)的含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，杨氏模量可以大于85GPa。在一些实施方案中，杨氏模量可以大于88GPa。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.7至约2.0。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。
在一些实施方案中，本发明的玻璃纤维或多条玻璃纤维可以表现出期望的机械性能和其他性能。在一些实施方案中，本发明的玻璃纤维相对于由E-玻璃成型的玻璃纤维可表现出一种或多种改善的机械性能。在一些实施方案中，相对于由R玻璃和/或S玻璃成型的玻璃纤维，本发明的玻璃纤维可以提供一种或多种改善的性能。由本发明的玻璃纤维的一些实施方案表现出的期望性质的实例包括但不限于拉伸强度、杨氏模量、热膨胀系数、软化点、伸长率和介电常数。
在一些实施方案中，玻璃纤维或多条玻璃纤维可由本文所述的玻璃组合物成型。在某些实施方案中，多条玻璃纤维可以具有期望的杨氏模量(E)值。在某些情况下，多条玻璃纤维的杨氏模量可大于约85GPa(例如大于87GPa、大于88GPa)。例如，杨氏模量可以为约85GPa、85.1GPa、85.2GPa、85.3GPa、85.4GPa、85.5GPa、85.6GPa、85.7GPa、85.8GPa、85.9GPa、86GPa、86.1GPa、86.2GPa、86.3GPa、86.4GPa、86.5GPa、85.6GPa、86.7GPa、86.8GPa、86.9GPa、87GPa、87.1GPa、87.2GPa、87.3GPa、87.4GPa、87.5GPa、87.6GPa、87.7GPa、87.8GPa、87.9GPa、88GPa、88.1GPa、88.2GPa、88.3GPa、88.4GPa、88.5GPa、88.6GPa、88.7GPa、88.8GPa、88.9GPa、89GPa、89.1GPa、89.2GPa、89.3GPa、89.4GPa或89.5GPa。在一些实施方案中，多条玻璃纤维可具有大于约90GPa的杨氏模量。在某些实施方案中，多条玻璃纤维可以具有高达95GPa的杨氏模量。
在某些实施方案中，玻璃纤维或多条玻璃纤维可具有期望的密度值。在某些情况下，多条玻璃纤维的密度可以小于约2.7g/cm3(例如小于2.6GPa、大于2.55GPa)。例如，密度可以是约2.55g/cm3、2.56g/cm3、2.57g/cm3、2.58g/cm3、2.59g/cm3、2.6g/cm3、2.61g/cm3、2.62g/cm3、2.63g/cm3、2.64g/cm3、2.65g/cm3、2.66g/cm3、2.67g/cm3、2.68g/cm3、2.69g/cm3或2.7g/cm3。
取决于期望的应用，玻璃丝股线可以包括各种直径的玻璃纤维。在一些实施方案中，本发明的玻璃丝股线可包含至少一条直径在约5至约18μm之间的玻璃纤维。在其他实施方案中，至少一条玻璃纤维的直径在约5至约10μm之间。在一些实施方案中，本发明的玻璃丝股线可以成型为粗纱。粗纱可包括组装的、多端或单端直接拉制的粗纱。取决于期望的应用，包含本发明的玻璃丝股线的粗纱可以包含具有各种直径和密度的直接拉制的单端粗纱。在一些实施方案中，包含本发明的玻璃丝股线的粗纱表现出至多约112码/磅的密度。本发明的一些实施方案涉及包含至少一种如本文公开的玻璃丝股线的纱线。
在一些实施方案中，玻璃丝股线可包含本文所述的任何一种玻璃组合物的多条玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，玻璃丝股线可包含由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维，该玻璃组合物包含：约60至约63重量％的SiO2；约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；小于1重量％的TiO2。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。在某些情况下，组合物可进一步包含小于0.5重量％的Li2O。在一些情况下，Li2O可以以大于0重量％且小于0.5重量％的量存在。在一些实施方案中，组合物的(Li2O+MgO+Al2O3)含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.7至约2.0。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。在一些情况下，RE2O3可以以大于0重量％且小于1重量％的量存在于组合物中。
在其他实施方案中，本发明的纱线可包含至少一种玻璃丝股线，该玻璃丝股线包含本文公开的作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中的一种。
在一些实施方案中，本发明的纱线可包含如本文所公开的至少一条玻璃丝股线，其中至少一条玻璃丝股线至少部分地涂覆有施胶组合物。在一些实施方案中，施胶组合物可以与热固性聚合物树脂相容。在其他实施方案中，施胶组合物可包含淀粉-油施胶组合物。
取决于期望的应用，纱线可以具有各种线性质量密度。在一些实施方案中，本发明的纱线的线性质量密度可以为约5,000码/磅至约10,000码/磅。
取决于期望的应用，纱线可以具有各种捻度和方向。在一些实施方案中，本发明的纱线在z方向上可具有每英寸约0.5至约2匝的捻度。在其他实施方案中，本发明的纱线在z方向上可以具有每英寸约0.7匝的捻度。
根据期望的应用，纱线可以由捻合在一起和/或合股的一条或多条股线制成。纱线可以由一条或多条捻合在一起但不合股的股线制成；这种纱线被称为“初捻纱(singles)”。本发明的纱线可以由捻合在一起但不合股的一条或多条股线制成。在一些实施方案中，本发明的纱线可包含捻合在一起的1-4股股线。在其他实施方案中，本发明的纱线可包含1条捻合股线。
在一些实施方案中，玻璃丝股线可包含本文所述的任何一种玻璃组合物的多条玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，玻璃丝股线可包含由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维，所述玻璃组合物包含：约59至约63重量％的SiO2；约13.7至约16重量％的Al2O3；约14至约16.5重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；和小于1重量％的TiO2。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。在某些情况下，组合物可进一步包含小于0.5重量％的Li2O。在一些情况下，Li2O可以以大于0重量％且小于0.5重量％的量存在。在一些实施方案中，组合物的(Li2O+MgO+Al2O3)含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.6至约2.8。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。在一些情况下，RE2O3可以大于0重量％且小于1.5重量％的量存在于组合物中。
在一些实施方案中，粗纱可包含本文所述的任何一种玻璃组合物的多条玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，粗纱可包含由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维，所述玻璃组合物包含：约60至约63重量％的SiO2；约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6％至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；和小于1重量％的TiO2。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。在某些情况下，组合物可进一步包含小于0.5重量％的Li2O。在一些情况下，Li2O可以以大于0重量％且小于0.5重量％的量存在。在一些实施方案中，组合物的(Li2O+MgO+Al2O3)含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.7至约2.0。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。在一些情况下，RE2O3可以大于0重量％且小于1重量％的量存在于组合物中。
在一些实施方案中，纱线可包含本文所述的任何一种玻璃组合物的多条玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，纱线可包含由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维，所述玻璃组合物包含：约60至约63重量％的SiO2；约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；和小于1重量％的TiO2。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。在某些情况下，组合物可进一步包含小于0.5重量％的Li2O。在一些情况下，Li2O可以以大于0重量％且小于0.5重量％的量存在。在一些实施方案中，组合物的(Li2O+MgO+Al2O3)含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.7至约2.0。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。在一些情况下，RE2O3可以大于0重量％且小于1重量％的量存在于组合物中。
本发明的一些实施方案涉及包含至少一条本文公开的玻璃丝股线的织物。在一些实施方案中，织物可以是机织的。在其他实施方案中，织物可以是非机织的。在一些实施方案中，织物可包含本文所述的任何一种玻璃组合物的多条玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，织物可包含由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维，该玻璃组合物包含：约60至约63重量％的SiO2；约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；和小于1重量％的TiO2。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。在某些情况下，组合物可进一步包含小于0.5重量％的Li2O。在一些情况下，Li2O可以以大于0重量％且小于0.5重量％的量存在。在一些实施方案中，组合物的(Li2O+MgO+Al2O3)含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.7至约2.0。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。在一些情况下，RE2O3可以大于0重量％且小于1重量％的量存在于组合物中。
在本发明的包括织物的一些实施方案中，玻璃纤维织物可以是根据工业织物样式No.7781编织的织物。在其他实施方案中，织物包括平纹织物、斜纹织物、五经缎纹织物、缎纹织物、缝编织物(也称为非卷曲织物)或“三维”机织织物。
本发明的一些实施方案涉及复合材料。在一些实施方案中，聚合物复合材料可包含聚合物材料和由本文所述的玻璃组合物成型的多条玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，聚合物复合材料可包含聚合物材料和由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维，所述玻璃组合物包含：约59至约63重量％的SiO2；约13.7至约16重量％的Al2O3；约14至约16.5重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；和小于1重量％的TiO2。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。在某些情况下，组合物可进一步包含小于0.5重量％的Li2O。在一些情况下，Li2O可以以大于0重量％且小于0.5重量％存在。在一些实施方案中，组合物的(Li2O+MgO+Al2O3)含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.7至约2.0。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。在一些情况下，RE2O3可以大于0重量％且小于1.5重量％的量存在于组合物中。在一些实施方案中，多条玻璃纤维可以是非机织织物的形式。在一些实施方案中，多条玻璃纤维可以是机织织物的形式。在一些实施方案中，聚合物材料可以包括热塑性聚合物。在一些实施方案中，聚合物材料可以包括热固性聚合物。
在其他实施方案中，本发明的复合材料可包含聚合物树脂和布置在该聚合物树脂中的多条玻璃纤维，其中该多条玻璃纤维中的至少一条由本文所公开的其他玻璃组合物中的一种成型，作为本发明的一部分。在一些实施方案中，复合材料可包含聚合物树脂和布置在该聚合物树脂中的至少一条本文公开的玻璃丝股线。在一些实施方案中，复合材料可包含聚合物树脂和布置在聚合物树脂中的粗纱的至少一部分，该粗纱包含至少一条本文公开的玻璃丝股线。在其他实施方案中，复合材料可包含聚合物树脂和布置在聚合物树脂中的至少一种如本文所公开的纱线。在其他实施方案中，复合材料可包含聚合物树脂和布置在聚合物树脂中的至少一种如本文所公开的织物。在一些实施方案中，复合材料可包含：包含本文中公开的至少一条玻璃丝股线的至少一条纬纱和包含本文中公开的至少一条玻璃丝股线的至少一条经纱。
本发明的复合材料可包含各种聚合物树脂，取决于所需的性质和应用。在一些实施方案中，聚合物树脂可以包括环氧树脂。在其他实施方案中，聚合物树脂可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、酚醛树脂、聚酯、乙烯基酯、聚二环戊二烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、氰酸酯、双马来酰亚胺或热固性树脂。
在某些实施方案中，制品可包含由本文所述的任何一种组合物的玻璃组合物成型的多条玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，制品可以包含由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维，所述玻璃组合物包含：约60至约63重量％的SiO2；约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；和小于1重量％的TiO2。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。在某些情况下，组合物可进一步包含小于0.5重量％的Li2O。在一些情况下，Li2O可以以大于0重量％且小于0.5重量％的量存在。在一些实施方案中，组合物的(Li2O+MgO+Al2O3)含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.7至约2.0。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。在一些情况下，RE2O3可以大于0重量％且小于1重量％的量存在于组合物中。在一些实施方案中，多条玻璃纤维可以是非机织织物的形式。在一些实施方案中，多条玻璃纤维可以是机织织物的形式。
在其他实施方案中，制品可以包含聚合物材料和由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维，所述玻璃组合物包含：约59至约63重量％的SiO2；约13.7至约16.5重量％的Al2O3；约14至约16.5重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；和小于1重量％的TiO2。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。在某些情况下，组合物可进一步包含小于0.5重量％的Li2O。在一些情况下，Li2O可以以大于0重量％且小于0.5重量％的量存在。在一些实施方案中，组合物的(Li2O+MgO+Al2O3)含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.7至约2.0。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。在一些情况下，RE2O3可以大于0重量％且小于1.5重量％的量存在于组合物中。在一些实施方案中，多条玻璃纤维可以是非机织织物的形式。在一些实施方案中，多条玻璃纤维可以是机织织物的形式。在一些实施方案中，聚合物材料可以包括热塑性聚合物。在一些实施方案中，聚合物材料可以包括热固性聚合物。
本发明的一些实施方案涉及航天复合材料。在一些实施方案中，航天复合材料可表现出航天应用中期望的性能，例如高强度、高伸长率、高模量和/或低密度。在一些实施方案中，航天复合材料可包含来自本文描述的玻璃组合物的多条玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，航天复合材料可包含聚合物材料和由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维，所述玻璃组合物包含：约60至约63重量％的SiO2；约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16.5重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；和小于1重量％的TiO2。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。在某些情况下，组合物可进一步包含小于0.5重量％的Li2O。在一些情况下，Li2O可以以大于0重量％且小于0.5重量％的量存在。在一些实施方案中，组合物的(Li2O+MgO+Al2O3)含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.7至约2.0。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。在一些情况下，RE2O3可以大于0重量％且小于1重量％的量存在于组合物中。在一些实施方案中，多条玻璃纤维可以是非机织织物的形式。在一些实施方案中，多条玻璃纤维可以是机织织物的形式。在一些实施方案中，聚合物材料可以包含热塑性聚合物。在一些实施方案中，聚合物材料可以包含热固性聚合物。
其中可以使用本发明的复合材料的部件的实例可以包括但不限于航空航天部件，例如地板、吊挂箱、厨房、座椅靠背和其他可能易于撞击的内部隔室以及外部部件如直升机旋翼桨叶；汽车零件，例如结构部件、车身和保险杠；风能部件，例如风力涡轮机叶片；高压容器和/或罐子；安全和/或安保应用；高机械应力应用；高能量冲击应用，例如防弹或防爆应用；装甲板的装甲应用生产；导弹和其他爆炸物运送装置的壳体；石油和天然气工业中的应用、与运输和基础设施有关的其他应用、替代能源中的应用、高温隔热(即热屏蔽)应用(由于更高的强度、更高的模量、更高的软化温度和更高的玻璃转变温度)。在一些实施方案中，复合材料可以具有片状的物理尺寸或形状，并且可以是面板。
本发明的一些实施方案涉及预浸料。在一些实施方案中，预浸料可以包含来自本文描述的玻璃组合物的多条玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，预浸料可以包含聚合物材料和由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维，所述玻璃组合物包含：约60至约63重量％的SiO2；和约14至约16重量％的Al2O3；约14至约16重量％的CaO；约6至约8.5重量％的MgO；小于1重量％的Fe2O3；小于1重量％的TiO2。在一些实施方案中，组合物可以基本不含Li2O。在某些情况下，组合物可进一步包含小于0.5重量％的Li2O。在一些情况下，Li2O可以以大于0重量％且小于0.5重量％的量存在。在一些实施方案中，组合物的(Li2O+MgO+Al2O3)含量可以为约22重量％至高达24重量％。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可为约1.7至约2.0。在某些情况下，该组合物可以基本不含F2。在某些情况下，组合物可以进一步包含至多0.2重量％的Na2O。在某些情况下，组合物可进一步包含至多0.2重量％的K2O。在一些情况下，RE2O3可以大于0重量％且小于1重量％存在于组合物中。在一些实施方案中，多条玻璃纤维可以是非机织织物的形式。在一些实施方案中，多条玻璃纤维可以是机织织物的形式。在一些实施方案中，聚合物材料可以包含热塑性聚合物。在一些实施方案中，聚合物材料可以包括热固性聚合物。
尽管本文描述的玻璃纤维的许多应用是增强应用，但是玻璃纤维的一些实施方案可以用于电子应用中，例如印刷电路板(“PCB”)。
更具体地，一些实施方案涉及具有允许增强PCB性能的电特性的玻璃纤维增强件。例如，一些实施方案可以具有电子应用所需的介电常数(Dk)。材料的介电常数(Dk)，也称为“介电常数”，是材料存储电能的能力的量度。用作电容器的材料期望地具有相对高的Dk，而用作一部分PCB基板的材料期望地具有较低的Dk，特别是对于高速电路而言。Dk是在两个金属板之间给定材料的将要存储电荷(即电容)与在相同两个金属板之间通过空隙(空气或真空)将要存储的电荷量之比。作为另一个实例，一些实施方案可以具有电子应用期望的热膨胀系数。因此，一些实施方案可以用于各种电气应用中，包括但不限于印刷电路板、印刷电路板的前体(例如织物、叠层、预浸料等)。在这样的实施方案中，用于电气应用的印刷电路板或其他复合材料可以包含聚合物树脂和与该聚合物树脂接触的多条玻璃纤维，其中该多条玻璃纤维中的至少一条由以下本文公开作为本发明一部分的任一种玻璃组合物成型。聚合物树脂可以包括本领域技术人员已知的用于印刷电路板或其他电气应用的任何树脂。
现在转向制造本发明的玻璃纤维和相关产品的方法，本发明的玻璃纤维可以通过混合用于提供成型纤维组成的特定氧化物的原料以本领域公知的常规方式制备。可以使用本领域已知的用于成型玻璃纤维的任何方法来成型根据本发明的各种实施方案的玻璃纤维，并且更期望地，可以使用本领域中用于成型基本连续的玻璃纤维的任何方法。例如，尽管在此不进行限制，但是可以使用直接熔融或间接熔融纤维成型方法来成型根据本发明的非限制性实施方案的玻璃纤维。这些方法在本领域中是众所周知的，并且鉴于本公开内容，认为不需要对其进行进一步的讨论。参见例如，K.L.Loewenstein，The ManufacturingTechnology of Continuous Glass Fibers,3rd Ed.,Elsevier,N.Y.,1993年，第47-48和117-234页。
在玻璃纤维成型之后，可以使用本领域普通技术人员已知的任何合适的方法将初级施胶组合物施加到玻璃纤维。本领域技术人员可以基于许多因素来选择许多可商购的用于玻璃纤维的施胶组合物中的一种，这些因素包括例如施胶组合物的性能、所得织物的所需柔韧性、成本和其他因素。
本发明的玻璃丝股线可以通过本领域普通技术人员已知的任何合适的方法来制备。本发明的玻璃纤维织物通常可以通过本领域普通技术人员已知的任何合适的方法来制造，例如但不限于将纬线纱线(也称为“纬纱线”)交织到多条经纱线中。
本发明的复合材料可以通过本领域普通技术人员已知的任何合适的方法来制备，例如但不限于真空辅助树脂灌注成形、挤出复合、压缩成形、树脂传递成形、纤丝缠绕、预浸料/高压釜固化和拉挤成形。可以使用本领域普通技术人员已知的成形技术来制备本发明的复合材料。特别地，可以使用本领域技术人员用于制备这种复合材料的已知技术来制备并入了机织玻璃纤维织物的本发明的复合材料的实施方案。
本发明的预浸料可以通过本领域普通技术人员已知的任何合适的方法来制备，例如但不限于使玻璃丝股线、粗纱或织物通过树脂浴；使用溶剂系树脂；或使用树脂膜。
如上所述，在一些实施方案中，本发明的复合材料可包含聚合物树脂。可以使用多种聚合物树脂。在某些实施方案中，已知在增强应用中有用的聚合物树脂可特别有用。在一些实施方案中，聚合物树脂可以包括热固性树脂。在本发明的一些实施方案中有用的热固性树脂体系可包括但不限于环氧树脂体系、酚醛基树脂、聚酯、乙烯基酯、热固性聚氨酯、聚二环戊二烯(pDCPD)树脂、氰酸酯和双马来酰亚胺。在一些实施方案中，聚合物树脂可包含环氧树脂。在其他实施方案中，聚合物树脂可包括热塑性树脂。在本发明的一些实施方案中有用的热塑性聚合物包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(包括尼龙)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯(TPU)、聚苯硫醚和聚醚醚酮(PEEK)。在本发明的一些实施方案中有用的可商购获得的聚合物树脂的非限制性实例包括具有EpikureMGSRIMH1366固化剂的
Figure BDA0002696952910000261
RIMR135环氧树脂(可从Columbus,Ohio的MomentiveSpecialtyChemicalsInc.获得)，AppliedPoleramicMMFCS2环氧树脂(可从Benicia,California的AppliedPoleramic，Inc.获得)和EP255改性环氧树脂(可从Millbury,MA的BarrdayCompositeSolutions获得)。
将通过以下一系列具体实施方案来说明本发明。然而，本领域技术人员将理解，由本发明的原理可以设计许多其他实施方案。
实施例
表1提供了根据本发明的各种实施方案的多种可纤维化的玻璃组合物，以及与这种组合物的各种性质有关的数据。这些实施例中的玻璃是通过在1500℃至1550℃之间(2732°F–2822°F)的温度下，将10％Rh/Pt坩埚中的粉末形式的商用级和试剂级化学品(试剂级化学品仅用于稀土氧化物)的混合物熔融四个小时制成的。每批约1000克。在4小时的熔融时间之后，将熔融玻璃倒在钢板上以进行淬冷。挥发性物质，例如来自所用成分中杂质的碱金属氧化物，由于其在玻璃中的低浓度，因此未按批次调整其排放损失。实施方案中的组合物代表所分批的组合物。商业组合物用于制备玻璃。在批次计算中，考虑了特殊的原材料保留因子来计算每一玻璃中的氧化物。保留因子基于玻璃批料熔融的年限和所测量的玻璃中的氧化物产量。因此，认为实施例中说明的所分批组合物接近于所测量的组成。
熔体性质
熔体粘度是温度和液相线温度的函数，其分别通过使用ASTM测试方法C965“Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the SofteningPoint”和C829“Standard Practices for Measurement of Liquidus Temperature ofGlass by the Gradient Furnace Method”来确定。
表1包括玻璃组合物的测量的液相线温度(TL)、由1000泊的熔体粘度定义的成型参考温度(TF)。还示出了成型温度和液相线温度之差(ΔT)。
机械性能
还使用以下技术对表1中的某些玻璃组合物测量了杨氏模量。将约50克碎玻璃在90Pt/10Rh的坩埚中在由100泊确定的熔融温度下再熔融2小时，所述碎玻璃具有对应于适当的实施例表1的组成。随后将坩埚转移到垂直管式电加热炉中。炉温预设为接近或等于1000泊熔体粘度的纤维牵伸温度。在拉丝之前，将玻璃在该温度下平衡一小时。纤维拉制炉的顶部有带有中心孔的盖，在其上方安装了水冷铜线圈以调节纤维冷却。然后将二氧化硅棒手动穿过冷却线圈浸入熔体中，并拉出和收集约1-1.5m长的纤维。纤维的直径从在一端的约100μm至另一端的约1000μm。
表1
氧化物(wt.％) Ex1 Ex2 Ex3 Ex4 Ex5 Ex6
SiO<sub>2</sub> 60.71 61.72 62.11 60.91 60.70 61.87
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 14.21 14.26 14.65 14.24 15.49 14.22
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.30 0.30 0.31 0.28 0.29 0.30
CaO 15.37 14.81 14.30 15.24 14.52 14.69
MgO 8.19 8.18 7.90 8.15 8.20 8.20
Na<sub>2</sub>O 0.05 0.05 0.05 0.00 0.07 0.05
K<sub>2</sub>O 0.08 0.08 0.08 0.06 0.09 0.08
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.50 0.00 0.00 0.50 0.00 0.00
F<sub>2</sub> 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
TiO<sub>2</sub> 0.57 0.58 0.59 0.61 0.62 0.58
Li<sub>2</sub>O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Li<sub>2</sub>O+MgO+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 22.4 22.4 22.55 22.4 23.7 22.4
CaO/MgO 1.88 1.81 1.81 1.87 1.88 1.79
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+CaO+MgO) 0.38 0.38 0.40 0.38 0.41 0.38
SiO<sub>2</sub>/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 4.27 4.33 4.24 4.28 3.92 4.35
杨氏模量,E(GPa) 88.7 88.7 88.1 88.1 88.5 88.4
纤维密度,d(g/cm<sup>3</sup>) 2.64 2.62 2.61 2.61 2.59 2.62
液相线,T<sub>L</sub>(℃) 1214 1220 1219 1225 1219 1217
成型,T<sub>F</sub>(℃) 1289 1302 1314 1296 1299 1301
ΔT(℃) 75 82 95 71 80 84
熔融,T<sub>M</sub>(℃) 1475 1493 1508 1481 1489 1492
表1，续
氧化物(wt.％) Ex7 Ex8 Ex9 Ex10 Ex11 Ex12
SiO<sub>2</sub> 61.20 61.52 61.55 60.47 60.78 60.84
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 14.24 14.11 14.01 14.16 14.53 14.86
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.30 0.30 0.30 0.32 0.31 0.32
CaO 15.45 15.03 15.08 15.48 15.07 14.78
MgO 8.10 8.32 8.35 8.23 8.15 8.11
Na<sub>2</sub>O 0.05 0.05 0.05 0.12 0.06 0.06
K<sub>2</sub>O 0.08 0.08 0.08 0.10 0.08 0.08
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.49 0.37 0.25
F<sub>2</sub> 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
TiO<sub>2</sub> 0.58 0.57 0.57 0.61 0.58 0.59
Li<sub>2</sub>O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.10
Li<sub>2</sub>O+MgO+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 22.3 22.4 22.4 22.4 22.7 23.1
CaO/MgO 1.91 1.81 1.81 1.88 1.85 1.82
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+CaO+MgO) 0.38 0.38 0.37 0.37 0.38 0.39
SiO<sub>2</sub>/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 4.30 4.36 4.39 4.27 4.18 4.09
杨氏模量,E(GPa) 88.4 88.4 88.7 88.4 88.4 88.7
纤维密度,d(g/cm<sup>3</sup>) 2.63 2.63 2.63 2.63 2.64 2.63
液相线,T<sub>L</sub>(℃) 1226 1216 1220 1199 1211 1209
成型,T<sub>F</sub>(℃) 1287 1295 1295 1285 1289 1289
ΔT(℃) 61 79 75 86 78 80
熔融,T<sub>M</sub>(℃) 1475 1483 1484 1472 1475 1477
表1，续
氧化物(wt.％) Ex13 Ex14 Ex15 Ex16 Ex17
SiO<sub>2</sub> 60.91 60.97 60.57 62.45 60.92
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 15.18 15.51 15.45 14.64 15.54
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.32 0.33 0.32 0.27 0.29
CaO 14.49 14.20 14.49 13.73 15.83
MgO 8.06 8.02 8.17 7.74 6.17
Na<sub>2</sub>O 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07
K<sub>2</sub>O 0.08 0.08 0.09 0.08 0.09
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00
F<sub>2</sub> 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
TiO<sub>2</sub> 0.60 0.61 0.62 0.59 0.63
Li<sub>2</sub>O 0.15 0.20 0.22 0.41 0.44
Li<sub>2</sub>O+MgO+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 23.4 23.7 23.8 22.8 22.2
CaO/MgO 1.80 1.77 1.88 1.88 1.88
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+CaO+MgO) 0.40 0.41 0.41 0.41 0.41
SiO<sub>2</sub>/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 4.01 3.93 3.92 4.27 3.92
杨氏模量,E(GPa) 88.2 88.7 88.8 88.2 88.0
纤维密度,d(g/cm<sup>3</sup>) 2.63 2.62 2.60 2.59 2.64
液相线,T<sub>L</sub>(℃) 1203 1207 1199 1209 1210
成型,T<sub>F</sub>(℃) 1290 1290 1291 1308 1293
ΔT(℃) 87 83 92 99 83
熔融,T<sub>M</sub>(℃) 1480 1481 1482 1513 1492
表1，续
氧化物(wt.％) Ex18 Ex19 Ex20 Ex21
SiO<sub>2</sub> 60.32 60.17 59.99 60.16
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 14.23 14.35 14.31 14.29
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.34 0.34 0.34 0.34
CaO 15.37 15.20 15.15 15.20
MgO 8.17 8.20 8.18 8.17
Na<sub>2</sub>O 0.07 0.07 0.07 0.07
K<sub>2</sub>O 0.08 0.08 0.08 0.08
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.83 0.99 1.28 1.10
F<sub>2</sub> 0.01 0.01 0.01 0.01
TiO<sub>2</sub> 0.58 0.58 0.58 0.58
Li<sub>2</sub>O 0.00 0.00 0.00 0.00
Li<sub>2</sub>O+MgO+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 22.4 22.6 22.5 22.5
CaO/MgO 1.88 1.88 1.88 1.88
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+CaO+MgO) 0.38 0.38 0.38 0.38
SiO<sub>2</sub>/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 4.23 4.19 4.19 4.21
杨氏模量,E(GPa) 89.1 88.5 88.5 88.0
纤维密度,d(g/cm<sup>3</sup>) 2.63 2.65 2.64 2.64
液相线,T<sub>L</sub>(℃) 1210 1211 1207 1211
成型,T<sub>F</sub>(℃) 1287 1277 1280 1278
ΔT(℃) 77 66 73 67
熔融,T<sub>M</sub>(℃) 1472 1461 1463 1464
表1，续
氧化物(wt.％) Ex22 Ex23 Ex24 Ex25
SiO<sub>2</sub> 59.94 60.01 60.24 60.32
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 14.23 14.47 13.94 14.01
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.34 0.34 0.33 0.34
CaO 16.17 16.22 16.11 15.55
MgO 8.02 7.66 8.11 8.19
Na<sub>2</sub>O 0.07 0.07 0.07 0.11
K<sub>2</sub>O 0.08 0.08 0.08 0.08
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.56 0.58 0.56 0.87
F<sub>2</sub> 0.01 0.01 0.01 0.01
TiO<sub>2</sub> 0.58 0.58 0.56 0.51
Li<sub>2</sub>O 0.00 0.00 0.00 0.00
Li<sub>2</sub>O+MgO+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 22.26 22.14 22.05 22.15
CaO/MgO 2.02 2.12 1.99 1.88
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+CaO+MgO) 0.37 0.38 0.37 0.41
SiO<sub>2</sub>/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 4.21 4.15 4.32 4.3
杨氏模量,E(GPa) 88.4 88.1 88.5 88.7
纤维密度,d(g/cm<sup>3</sup>) 2.65 2.65 2.64 2.63
液相线,T<sub>L</sub>(℃) 1218 1213 1224 1217
成型,T<sub>F</sub>(℃) 1280 1283 1276 1280
ΔT(℃) 62 70 52 63
熔融,T<sub>M</sub>(℃) 1464 1468 1460 1457
由本发明的各种但并非全部实施方案可展现的期望特性可以包括但不限于以下：提供玻璃纤维、玻璃丝股线、玻璃纤维织物，预浸料和其他适用于增强应用的产品等。
合适的组合物、纤维、复合材料、产品的说明性实施方案。
如以下所使用的，对组合物、复合材料或产品的任何引用应理解为对那些组合物、复合材料或产品中的每一个的分离引用(例如“说明性实施方案1-4”应理解为说明性实施方案1、2、3或4”)。
说明性实施方案1是适合于纤维成型的玻璃组合物，其包含：约60至约63重量％的SiO2、约14至约16重量％的Al2O3、约14至约16.5重量％的CaO、约6重量％至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于1重量％的TiO2、和0至约0.5重量％Li2O，其中(Li2O+MgO+Al2O3)含量为约22至高达24重量％。
说明性实施方案2是任何先前或随后的说明性实施方案的组合物，其中该组合物基本不含Li2O。
说明性实施方案3是任何先前或随后的说明性实施方案的组合物，其中CaO与MgO之比(CaO/MgO)为约1.7至约2.0。
说明性实施方案4为任何先前或随后的说明性实施方案的组合物，其中SiO2与Al2O3之比(SiO2/Al2O3)为约3.5至约4.5。
说明性实施方案5为任何先前或随后的说明性实施方案的组合物，其中(Li2O+MgO+Al2O3)含量为约22至高达23重量％。
说明性实施方案6为任何先前或随后的说明性实施方案的组合物，其中Al2O3与(Al2O3+MgO+CaO)之比(Al2O3/(Al2O3+MgO+CaO))为约0.35至约0.45。
说明性实施方案7是任何先前或随后的说明性实施方案的组合物，其中该组合物基本不含F2。
说明性实施方案8是任何先前或随后的说明性实施方案的组合物，其进一步包含至多0.2重量％的Na2O。
说明性实施方案9是任何先前或随后的说明性实施方案的组合物，其进一步包含至多0.2重量％的K2O。
说明性实施方案10是由先前或随后说明性实施方案中任一项的玻璃组合物成型的多条玻璃纤维。
说明性实施方案11是任何先前或随后的说明性实施方案的多条玻璃纤维，其中玻璃纤维具有大于85GPa的模量。
说明性实施方案12是任何先前或随后的说明性实施方案的多条玻璃纤维，其中玻璃纤维的密度小于2.7g/cm3。
说明性实施方案13是任何先前或随后说明性实施方案的多条玻璃纤维，其中玻璃纤维的成型温度(TF)小于1350℃。
说明性实施方案14是任何先前或随后说明性实施方案的多条玻璃纤维，其中玻璃纤维的液相线温度(TL)小于1250℃。
说明性实施方案15是玻璃丝股线，其包含任何先前或随后的说明性实施方案的多条玻璃纤维。
说明性实施方案16是粗纱，其包含任何先前或随后的说明性实施方案的多条玻璃纤维。
说明性实施方案17是纱线，其包含任何先前或随后说明性实施方案的多条玻璃纤维。
说明性实施方案18是机织织物，其包含任何先前或随后说明性实施方案的多条玻璃纤维。
说明性实施方案19是无纺布，其包含任何先前或随后说明性实施方案的多条玻璃纤维。
说明性实施方案20是短切玻璃丝股线，其包含任何先前或随后说明性实施方案的多条玻璃纤维。
说明性实施方案21是聚合物复合材料，其包含：聚合物材料；以及由任何先前或随后说明性实施方案的玻璃组合物成型的多条玻璃纤维。
说明性实施方案22是任何先前或随后说明性实施方案的聚合物复合材料，其中所述多条玻璃纤维为非机织织物的形式。
说明性实施方案23是任何先前或随后说明性实施方案的聚合物复合材料，其中所述多条玻璃纤维为机织织物的形式。
说明性实施方案24是任何先前或随后说明性实施方案的聚合物复合材料，其中所述聚合物材料包含热塑性聚合物。
说明性实施方案25是任何先前或随后说明性实施方案的聚合物复合材料，其中该聚合物材料包含热固性聚合物。
说明性实施方案26是一种制品，其包含由任何先前或随后说明性实施方案的玻璃组合物成型的多条玻璃纤维。
说明性实施方案27是适用于纤维成型的玻璃组合物，其包含：约60至约63重量％的SiO2、约14至约16重量％的Al2O3、约14至约16.5重量％的CaO、约6重量至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于1重量％的TiO2，和RE2O3以大于0重量％且小于1重量％存在，其中所述组合物基本不含Li2O。
说明性实施方案28是适合于纤维成型的玻璃组合物，其包含：约59至约63重量％的SiO2、约13.7至约16重量％的Al2O3、约14至约16.5重量％的CaO、约6至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于1重量％的TiO2，和RE2O3以大于0重量％且小于1.5重量％存在，其中所述组合物基本不含Li2O。
说明性实施方案29是任何先前或随后说明性实施方案的玻璃组合物，其中SiO2与Al2O3之比(SiO2/Al2O3)为约3.6至约4.6。
说明性实施方案30是任何先前或随后说明性实施方案的玻璃组合物，其中Al2O3与(Al2O3+MgO+CaO)(Al2O3/(Al2O3+MgO+CaO))之比为约0.33至约0.47。
说明性实施方案31是任何先前或随后说明性实施方案的玻璃组合物，其中CaO与MgO之比(CaO/MgO)为约1.6至约2.8。
说明性实施方案32是适合于纤维成型的玻璃组合物，其包含：约60至约63重量％的SiO2、约14至约16重量％的Al2O3、约14至约16.5重量％的CaO、约6至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于1重量％的TiO2、小于0.5重量％的Li2O、和RE2O3以大于0重量％且小于1重量％存在，其中(Li2O+MgO+Al2O3)的含量为约22至高达24重量％。
说明性实施方案33是适合于纤维成型的玻璃组合物，其包含：约60至约63重量％的SiO2、约14至约16重量％的Al2O3、约14至约16.5重量％的CaO、约6至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于1重量％的TiO2，并且Li2O以大于0重量％且小于0.5重量％存在，其中(Li2O+MgO+Al2O3)的含量为从约22到高达23重量％。
说明性实施方案34是由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维，所述玻璃组合物包含：约60至约63重量％的SiO2、约14至约16重量％的Al2O3、约14至约16.5重量％的CaO、约6至约8.5重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于1重量％的TiO2、Li2O以大于0重量％且小于0.5重量％存在，其中(Li2O+MgO+Al2O3)的含量为约22至高达24重量％，且杨氏模量大于85GPa。
说明性实施方案35是任何在先或随后的说明性实施方案的多条玻璃纤维，其中杨氏模量大于88GPa。
说明性实施方案36是在先说明性实施方案中的任一个，其中Al2O3/(Al2O3+MgO+CaO)之比为0.35至0.45。
说明性实施方案37是在先说明性实施方案中的任一个，其中Al2O3/(Al2O3+MgO+CaO)之比小于0.40。
说明性实施方案38是先前说明性实施方案中的任何一个，其中Al2O3/(Al2O3+MgO+CaO)之比为0.37至0.42。
在此已经描述了本发明的各种实施方案。应该认识到，这些实施方案仅是本发明的说明。在阅读先前说明后，那些优选实施方案的变型对于本领域普通技术人员而言将变得清楚。发明人期望本领域技术人员适当地采用这样的变型，并且发明人希望以不同于本文具体描述的方式来实践本发明。因此，本发明包含适用法律所允许的所附权利要求中记载的主题的所有修改和等同物。而且，除非另外指出或与上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述要素在其所有可能的变化中的任何组合。
应该理解，本说明书示出了与清楚理解本发明有关的本发明的方面。为了简化本描述，未呈现本发明的某些方面，这些方面对本领域普通技术人员而言是清楚的，因此不会促进对本发明的更好理解。尽管已经结合某些实施方案描述了本发明，但是本发明不限于所公开的特定实施方案，而是旨在覆盖在本发明的精神和范围内的修改。

Claims (33)

1.适用于纤维成型的玻璃组合物，包含：
约60至约63重量％的SiO2；
约14至约16重量％的Al2O3；
约14至约16.5重量％的CaO；
约6至约8.5重量％的MgO；
小于1重量％的Fe2O3；
小于1重量％的TiO2；和
约0至约0.5重量％的Li2O，
其中(Li2O+MgO+Al2O3)的含量为约22至高达24重量％。
2.权利要求1的玻璃组合物，其中CaO与MgO之比(CaO/MgO)为约1.7至约2.0。
3.权利要求1或2的玻璃组合物，其中SiO2与Al2O3之比(SiO2/Al2O3)为约3.5至约4.5。
4.权利要求1-3中任一项的玻璃组合物，其中(Li2O+MgO+Al2O3)含量为约22至高达23重量％。
5.权利要求1-4中任一项所述的玻璃组合物，其中Al2O3与(Al2O3+MgO+CaO)之比(Al2O3/(Al2O3+MgO+CaO))为约0.35至约0.45。
6.权利要求1-5中任一项的玻璃组合物，其中所述组合物基本不含F2。
7.权利要求1-6中任一项的玻璃组合物，其进一步包含至多0.2重量％的Na2O。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的玻璃组合物，其进一步包含至多0.2重量％的K2O。
9.由权利要求1-8中任一项的玻璃组合物成型的多条玻璃纤维。
10.根据权利要求9所述的多条玻璃纤维，其中所述玻璃纤维的模量大于85GPa。
11.根据权利要求9或10所述的多条玻璃纤维，其中所述玻璃纤维的密度小于2.7g/cm3。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的多条玻璃纤维，其中所述玻璃纤维的成型温度(TF)小于1350℃。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的多条玻璃纤维，其中所述玻璃纤维的液相线温度(TL)小于1250℃。
14.一种玻璃丝股线，其包含权利要求9-13中任一项的多条玻璃纤维。
15.粗纱，其包含权利要求9-13中任一项的多条玻璃纤维。
16.一种纱线，其包含权利要求9-13中任一项的多条玻璃纤维。
17.一种机织织物，其包含权利要求9-13中任一项的多条玻璃纤维。
18.一种非机织织物，其包含权利要求9-13中任一项的多条玻璃纤维。
19.一种短切玻璃丝股线，其包含权利要求9-13中任一项的多条玻璃纤维。
20.一种聚合物复合材料，包含：聚合物材料；和
由权利要求1-8中任一项的玻璃组合物成型的多条玻璃纤维。
21.权利要求20的聚合物复合材料，其中所述多条玻璃纤维为非机织织物的形式。
22.根据权利要求20所述的聚合物复合材料，其中所述多条玻璃纤维为机织织物的形式。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的聚合物复合材料，其中所述聚合物材料包含热塑性聚合物。
24.根据权利要求20-22中任一项所述的聚合物复合材料，其中所述聚合物材料包含热固性聚合物。
25.一种制品，其包含由权利要求1-8中任一项的玻璃组合物成型的多条玻璃纤维。
26.一种适于纤维成型的玻璃组合物，其包含：
约59-约63重量％的SiO2；
约13.7至约16重量％的Al2O3；
约14至约16.5重量％的CaO；
约6至约8.5重量％的MgO；
小于1重量％的Fe2O3；
小于1重量％的TiO2；和
RE2O3以大于0重量％且小于1.5重量％的量存在，
其中所述组合物基本不含Li2O。
27.权利要求26的玻璃组合物，其中SiO2与Al2O3之比(SiO2/Al2O3)为约3.6至约4.6。
28.根据权利要求26所述的玻璃组合物，其中Al2O3与(Al2O3+MgO+CaO)之比(Al2O3/(Al2O3+MgO+CaO))为约0.33至约0.47。
29.根据权利要求26所述的玻璃组合物，其中CaO与MgO之比(CaO/MgO)为约1.6至约2.8。
30.一种适于纤维成型的玻璃组合物，其包含：
约60至约63重量％的SiO2；
约14至约16重量％的Al2O3；
约14至约16.5重量％的CaO；
约6至约8.5重量％的MgO；
小于1重量％的Fe2O3；
小于1重量％的TiO2；
小于0.5重量％的Li2O；和
RE2O3以大于0重量％且小于1重量％的量存在，
其中(Li2O+MgO+Al2O3)的含量为约22至高达24重量％。
31.一种适于纤维成型的玻璃组合物，其包含：
约60至约63重量％的SiO2；
约14至约16重量％的Al2O3；
约14至约16.5重量％的CaO；
约6至约8.5重量％的MgO；
小于1重量％的Fe2O3；
小于1重量％的TiO2；和
Li2O以大于0重量％且小于0.5重量％的量存在；
其中(Li2O+MgO+Al2O3)的含量为约22至高达23重量％。
32.由玻璃组合物成型的多条玻璃纤维，该玻璃组合物包含：
约60至约63重量％的SiO2；
约14至约16重量％的Al2O3；
约14至约16.5重量％的CaO；
约6％至约8.5重量％的MgO；
小于1重量％的Fe2O3；
小于1重量％的TiO2；和
Li2O以大于0重量％且小于0.5重量％的量存在；
其中(Li2O+MgO+Al2O3)的含量为22至高达24重量％且杨氏模量大于85GPa。
33.根据权利要求32所述的多条玻璃纤维，其中所述杨氏模量大于88GPa。
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