CN115720575A - 玻璃组合物、可纤维化玻璃组合物和由其制成的玻璃纤维 - Google Patents

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Abstract

公开了适用于具有稀土氧化物(RE2O3)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44.5至约64重量％的S iO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、最多12重量％的Y2O3、最多6重量％的CeO2、最多4重量％的ZnO、和小于4.5重量％的B2O3。玻璃组合物可用于成型玻璃纤维并纳入各种复合材料中。

Description

玻璃组合物、可纤维化玻璃组合物和由其制成的玻璃纤维
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年6月25日提交的美国临时专利申请序列号63/043，874的优先权，该申请通过引用并入本文，如同在本文中完整阐述一样。
技术领域
本文描述的是玻璃组合物，特别是用于成型纤维的玻璃组合物。
背景技术
多年来，玻璃纤维一直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”是另一族常用的玻璃组合物，包括例如可从AGY(Aiken，South Carolina)以商品名“S-2 Glass”购得的玻璃纤维。
玻璃纤维分为两类：通用用途和特殊用途。最广泛使用的玻璃纤维类型是通用用途的，也称为E玻璃纤维。整体E-玻璃提供良好的机械、电气和腐蚀性能。
随着复合材料的潜在市场应用不断增长，玻璃纤维的用户面临着满足与性能、成本、可靠性和耐用性相关的需求以及对可持续性和环境管理的日益关注的挑战。各项挑战包括：风力叶片的长度要求持续增长；发电厂希望管道和储罐在恶劣的条件和环境中具有最大的性能和使用寿命；以牺牲性能为代价的燃油经济性需求正在给汽车行业带来变革；轻型、大型压缩天然气(CNG)罐的能源市场为降低运输成本的探索；技术的不断进步要求电路板的信号速度比以往任何时候都更加稳健。
玻璃纤维制造商继续寻找可用于成型玻璃纤维的玻璃组合物，其在商业制造环境中具有所需机械性能。
发明内容
本发明的各种实施方案提供了玻璃组合物、可纤维化玻璃组合物和由此类组合物成型的玻璃纤维，以及适于各种用途的包含此类玻璃纤维的玻璃纤维原丝(粗纱或短切)、纱线、织物和热固性与热塑性复合材料。
在一个实施方案中，适用于纤维成型的玻璃组合物可包含约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、至多6重量％的CeO2、至多4重量％的ZnO、小于1重量％Li2O、以及至多4.5重量％的B2O3。
在一些实施方案中，组合物可包括小于约2.0的CaO与MgO之比(CaO/MgO)，(SiO2+Al2O3)含量可大于约70重量％，或(MgO+CaO)含量范围为约6至约25重量％。在一些实施方案中，该组合物可以基本不含B2O3，或者该组合物可以基本不含SO3。在一些实施方案中，稀土氧化物(RE2O3)的含量可以为至多12重量％，其中总的RE2O3主要是Y2O3或CeO2或者Y2O3和CeO2，而不排除稀土族的其他成员，例如La2O3、Nd2O3、Gd2O3，来自RE2O3的杂质或有意添加，或者RE2O3与MgO之比(RE2O3/Mg0)至多1.5。在一些实施方案中，该组合物可以具有小于5的Al2O3与RO之比(Al2O3/RO)，其中RO是MgO、CaO和ZnO的总和。
在任何前述实施方案中，另外的实施方案可包括由上述玻璃组合物成型的多根玻璃纤维。在任何前述实施方案中，玻璃纤维具有大于86GPa的模量，玻璃纤维具有小于2.8g/cm3的密度，玻璃纤维的成型温度(TF)小于1350℃，玻璃纤维的液相线温度(TL)小于1380℃，玻璃纤维的熔融温度(TM)小于1550℃，或者玻璃纤维的比模量大于3.2Mm。在一些实施方案中，多根玻璃纤维成型为粗纱、纱线、织造织物、非织造织物、单向织物或短切玻璃纤维原丝。
本发明的一些实施方案涉及玻璃纤维原丝。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，并且应当理解，本发明的各种实施方案可包括玻璃纤维、玻璃纤维原丝、纱线和纳入由此类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根玻璃纤维可包含约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、低于1重量％的Fe2O3、低于2重量％的TiO2、低于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、低于1重量％的Li2O、至多4.5重量％的B2O3、以及至多6重量％的CeO2，并且具有大于86GPa的杨氏模量。
本发明的一些实施方案涉及由至少一根玻璃纤维原丝成型的纱线，该玻璃纤维原丝由本文所述的玻璃组合物成型。本发明的一些实施方案涉及纳入至少一根由本文所述的玻璃组合物成型的玻璃纤维原丝的织物。在一些实施方案中，织物中使用的纬纱可包含至少一根玻璃纤维原丝。在一些实施方案中，经纱可包含至少一根玻璃纤维原丝。在一些实施方案中，玻璃纤维原丝可用于纬纱和经纱以成型根据本发明的织物。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、皱纹织物(crowfoot fabric)、缎纹织物、缝编织物或3D织造织物。
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纤维原丝。在一些实施方案中，玻璃纤维可以纳入到织物中，例如织造织物。例如，玻璃纤维可以在编织成织物的纬纱和/或经纱中。在复合材料包含织物的实施方案中，该织物可包含平纹织物、斜纹织物、皱纹织物、缎纹织物、缝编织物或3D编织织物。
玻璃纤维也可以其他形式纳入复合材料中，如下文更详细讨论的。
本发明的复合材料可包含多种聚合材料(例如聚合物树脂)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、聚双环戊二烯、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。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。根据本发明的一些实施方案的复合材料的潜在用途的一些例子包括但不限于风能(例如，风车叶片)、汽车应用、安全/安保应用(例如，弹道装甲)、航天或航空应用(例如，飞机的内部地板)、高压容器或罐体、导弹壳、电子设备等。
在下面的详细描述中更详细地描述了本发明的这些和其他实施方案。
发明详述
本发明的实施方案一般涉及玻璃组合物。一方面，本发明提供由本文所述的玻璃组合物成型的玻璃纤维。在一些情况下，玻璃组合物可包含一种或多种稀土氧化物(RE2O3)，包括但不限于Y2O3和CeO2。在一些实施方案中，与常规E-玻璃纤维相比，本发明的玻璃纤维可具有改进的机械性能，例如杨氏模量。在一些实施方案中，玻璃纤维可具有大于86GPa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，玻璃纤维可具有小于2.8g/cm3的密度。在某些实施方案中，玻璃纤维可具有小于1350℃的成型温度(TF)。在一些实施方案中，玻璃纤维可具有小于1380℃的液相线温度(TL)。在某些实施方案中，玻璃组合物可具有小于1550℃的熔化温度(TM)。
定义和说明
本文使用的术语“发明”、“本发明”、“本发明的”、“实施方案”、“特定实施方案”等旨在广泛指代本专利申请和以下权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述应理解为不限制本文描述的主题或限制以下专利权利要求的含义或范围。术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应解释为开放式术语(即意思是“包括但不限于”)，除非另有说明。还需要指出的是，如本文所用的，在说明书中，单数形式“一(a)”、“一个或一种(an)”和“该(the)”包括复数指代物，除非明确且明显地限于一个指代物。
尽管阐明本发明广泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中阐述的数值被尽可能精确地报道。然而，任何数值都固有地包含某些误差，这些误差必然是由在它们各自的测试测量中发现的标准偏差引起的。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，“1到10”的规定范围应被视为包括最小值1和最大值10之间(包括在内)的任何和所有子范围；也就是说，所有以最小值1或更大开始的子范围，例如1到6.1，并以10或更小的最大值结尾，例如5.5到10。此外，被称为“并入本文”的任何文献应理解为整体并入。
玻璃组合物以基于组合物总重量的重量％(wt.％)描述。
玻璃组成和纤维
本发明可以以多种方式体现。在一些实施方案中，适用于纤维成型的玻璃组合物可包含SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、TiO2和Na2O。在一些实施方案中，该组合物还可包含Y2O3、Li2O、B2O3、CeO2或ZnO中的至少一种。在一些实施方案中，组合物可基本不含B2O3或SO3。
在某些实施方案中，如本文所述的适用于纤维成型的玻璃组合物可包含约44.5至约64重量％(例如约45重量％至约63重量％、约50重量％至约62重量％，约50重量％至约60重量％，约55重量％至约64重量％)的SiO2。例如，该组合物可以包括约44.5重量％，45重量％，约45.5重量％，约46重量％，46.5重量％，47重量％，约47.5重量％，约48重量％，约48.5重量％，约49重量％，约49.5重量，约50重量％，约50.5重量％，约51重量％，约51.5重量％，约52重量％，约52.5重量％，约53重量％，约53.5重量％，约54重量％，约54.5重量％，约55重量％，约55.5重量％，约56重量％，约56.5重量％，约57重量％，约57.5重量％，约58重量％，约58.5重量％，约59重量％，约59.5重量％，约60重量％，约60.5重量％，约61重量％，约61.5重量％，约62重量％，约62.5重量％，约63重量％，约63.5重量％，64重量％的量的SiO2。
在一些实例中，如本文所述的适用于纤维成型的玻璃组合物可包含约12至约32重量％(例如约12.1重量％至约31.9重量％、约13重量％至约30重量％，约15重量％至约29重量％，约12.9重量％至约31.1重量％，或约12重量％至约20重量％)的Al2O3。例如，该组合物可以包括约12重量％，约12.5重量％，约13重量％，约13.5重量％，约14重量％，约14.5重量％，约15重量％，约15.5重量％，约16重量％，约16.5重量％，约17重量％，约17.5重量％，约18重量％，约18.5重量％，约19重量％，约19.5重量％，约20重量％，约20.5重量％，约21重量％，约21.5重量％，约22重量％，约22.5重量％，约23重量％，约23.5重量％，约24重量％，约24.5重量％，约25重量％，约25.5重量％，约26重量％，约26.5重量％，约27重量％，约27.5重量％，约28重量％，约28.5重量约29重量％，约29.5重量％，约30重量％，约30.5重量％，约31重量％，约31.5重量％，或约32重量％的量的Al2O3。
在一些实施方案中，如本文所述的适用于纤维成型的玻璃组合物可包含约0.1至约15.5重量％(例如，约0.11重量％至约15.45重量％、约0.2重量％至约8重量％，约0.5重量％至约10重量％)的CaO。例如，该组合物可以包括约0.1重量％，约0.2重量％，约0.3重量％，约0.4重量％，约0.5重量％，约1重量％，约1.5重量％，约2重量％，约2.5重量％，约3重量％，约3.5重量％，约4重量％，约4.5重量％，约5重量％，约5.5重量％，约6重量％，约6.5重量％，约7重量％，约7.5重量％，约8重量％，约8.5重量％，约9重量％，约9.5重量％，约10重量％，约10.5重量％，约11重量％，约11.5重量％，约12重量％，约12.5重量％，约13重量％，约13.5重量％，约14重量％，约14.5重量％，约15重量％，或约15.5重量％的量的CaO。
在一些实施方案中，如本文所述的适用于纤维成型的玻璃组合物可包含约5至约22重量％(例如，约5.1重量％至约20重量％、约5.5重量％至约15重量％、约6重量％至约10重量％，或约8重量％至约12重量％)的MgO。例如，该组合物可以包括约5重量％，约5.1重量％，约5.2重量％，约5.3重量％，约5.4重量％，约5.5重量％，约6重量％，约6.5重量％，约7重量％，约7.5重量％，约8重量％，约8.5重量％，约9重量％，约9.5重量％，约10重量％，约10.5重量％，约11重量％，约11.5重量％，约12重量％，约12.5重量％，约13重量％，约13.5重量％，约14重量％，约14.5重量％，约15重量％，约15.5重量％，约16重量％，约16.5重量％，约17重量％，约17.5重量％，约18重量％，约18.5重量％，约19重量％，约19.5重量％，约20重量％，约20.5重量％，约21重量％，约21.5重量％，或约22重量％的量的MgO。
在一些实施方案中，如本文所述的适用于纤维成型的玻璃组合物可包含小于1重量％的量的Fe2O3。例如，该组合物可以包括约0.2重量％，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％，至多1.0重量％的量的Fe2O3。
在一些实施方案中，如本文所述的适用于纤维成型的玻璃组合物可包含小于2重量％的量的TiO2。例如，该组合物可以包括约0.2重量％，约0.3重量％，约0.4重量％，约0.5重量％，约0.6重量％，约0.7重量％，约0.8重量％，约0.9重量％，约1重量％，约1.1重量％，约1.2重量％，约1.3重量％，约1.4重量％，约1.5重量％，约1.6重量％，约1.7重量％，约1.8重量％，约1.9重量％，或最多2重量％的量的TiO2。
在一些实施方案中，如本文所述的适用于纤维成型的玻璃组合物可包含至多4重量％的量的ZnO。例如，该组合物可以包括约0.2重量％，约0.3重量％，约0.4重量％，约0.5重量％，约0.6重量％，约0.7重量％，约0.8重量％，约0.9重量％，约1重量％，约1.1重量％，约1.25重量％，约1.5重量％，约1.75重量％，约2重量％，约2.5重量％，约3重量％，约3.5重量％，或约4重量％的量的ZnO。
任选地，适用于如本文所述的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％的量的Li2O。例如，该组合物可以包括约0.1重量％，约0.15重量％，约0.2重量％，约0.25重量％，约0.3重量％，约0.35重量％，约0.4重量％，约0.45重量％，约0.5重量％，约0.55重量％，约0.6重量％，约0.65重量％，约0.7重量％，约0.75重量％，约0.8重量％，约0.85重量％，约0.9重量％，约0.95重量％，或约1重量％的量的Li2O。在一些情况下，Li2O可以大于0重量％且小于1重量％的量存在。在一些情况下，该组合物可以基本不含Li2O。
任选地，如本文所述的适用于纤维成型的玻璃组合物的一些实施方案可以包含至多12重量％(例如至多约11.9重量％、至多约11.5重量％，最多11重量％，最多约10重量％，至多约7.5重量％，或最多约6重量％)的量的稀土氧化物(“RE2O3”)。例如，该组合物可以包括最多约0.1重量％，约0.15重量％，约0.2重量％，约0.25重量％，约0.3重量％，约0.35重量％，约0.4重量％，约0.45重量％，约0.5重量％，约0.55重量％，约0.6重量％，约0.65重量％，约0.7重量％，约0.75重量％，约0.8重量％，约0.85重量％，约0.9重量％，约0.95重量％，约1重量％，约1.25重量％，约1.5重量％，约1.75重量％，约2重量％，约2.5重量％，约3重量％，约3.5重量％，约4重量％，约4.5重量％，约5重量％，约5.5重量％，约6重量％，约6.5重量％，约7重量％，约7.5重量％，约8重量％，约8.5重量％，约9重量％，约9.5重量％，约10重量％，约10.5重量％，约11重量％，约11.5重量％，或约12重量％的量的RE2O3。如本文所用，术语“稀土氧化物”如本领域技术人员所理解是指并入稀土金属的氧化物，并且包括如下氧化物：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(Td2O3)、镝(Dy2O3)、钬(Ho2O3)、铒(Er2O3)、铥(Tm2O3)、镱(Yb2O3)和镥(Lu2O3)。稀土氧化物在本发明的玻璃组合物中的含量可以超过其中稀土氧化物仅作为批料材料中的混杂(tramp)材料或杂质存在而包含在玻璃批料以提供另一组分的量。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，各种稀土氧化物中的一种或多种)。在一些实施方案中，RE2O3可包括La2O3、Y2O3、Sc2O3和Nd2O3中的至少一种。在一些实施方案中，RE2O3可以是Y2O3和CeO2。在一些情况下，RE2O3可以大于0重量％且小于1重量％的量存在。在一些情况下，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RE2O3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能具有理想的影响。
在一些实施方案中，玻璃组合物中使用的稀土氧化物可包含约0.5至约12重量％之间的量的Y2O3。在一些实施方案中，玻璃组合物可包含最多约12重量％的Y2O3(例如，最多约11.9重量％、最多约8重量％、最多约5重量％或最多约2重量％)。例如，该组合物可以包括最多约0.5重量％，约1重量％，约1.5重量％，约2重量％，约2.5重量％，约3重量％，约3.5重量％，约4重量％，约4.5重量％，约5重量％，约5.5重量％，约6重量％，约6.5重量％，约7重量％，约7.5重量％，约8重量％，约8.5重量％，约9重量％，约9.5重量％，约10重量％，约10.5重量％，约11重量％，约11.5重量％，或约12重量％的量的Y2O3。如上文和以下实施例中所述，根据一些实施方案，其他量的Y2O3也可以包括在玻璃组合物中。
在一些实施方案中，玻璃组合物中使用的稀土氧化物可包含约0.15至约6重量％的量的CeO2。在一些实施方案中，玻璃组合物可包含最多约6重量％(例如，最多约5重量％、最多约3.3重量％、最多约2重量％或最多约1.7重量％)的CeO2。例如，该组合物可以包括至多约0.25重量％，约0.5重量％，约0.75重量％，约1重量％，约1.5重量％，约2重量％，约2.5重量％，约3重量％，约3.5重量％，约4重量％，约4.5重量％，约5重量％，约5.5重量％，或约6重量％的量的CeO2。如上文和以下实施方案中所述，根据一些实施方案，其他量的CeO2也可以包括在玻璃组合物中。例如，在一些实施方案中，CeO2可以以在0和约4重量％之间的量存在。尽管氧化铈可以以CeO2的稳定形式引入，但玻璃中的大部分铈在高温下熔化时从Ce4+(以CeO2)还原为Ce3+(变成Ce2O3)。在这方面，据信包含氧化铈不仅改善了由该组合物成型的玻璃纤维的声模量(或杨氏模量)、强度和耐辐射性，而且还在熔化过程中通过玻璃的较好澄清而提高了玻璃质量，在所述熔化过程中，随着熔体中的Ce4+离子还原为Ce3+离子，氧化铈释放出氧气泡。
还可以使用稀土氧化物的各种组合来实现所需的性能(例如，拉伸强度、模量、比强度、比模量等)。例如，特定稀土氧化物及其相对量的选择可影响纤维密度，其进而影响比强度(抗拉强度除以密度)和比模量(模量除以密度)。同样，特定稀土氧化物及其相对量的选择可影响玻璃组合物的熔化性能。例如，如上所述，一定量的Y2O3的存在可以提高玻璃组合物的液相线温度。类似地，铈氧化物(Ce2O3和CeO2)可以充当氧化剂和澄清剂，使得在一些实施方案中，铈氧化物的量可以不超过4重量％。特定稀土氧化物的选择和它的相对量可影响玻璃纤维的密度。最后，特定稀土氧化物及其相对量的选择可影响制造玻璃纤维的成本，因为它对熔体性能有影响，并且因为其作为原材料的成本(因为稀土氧化物的成本变化很大)。通常，对于玻璃组合物中相同量的稀土氧化物，可以通过选择具有由z/r2定义的不同场强的稀土氧化物的组合来控制玻璃的熔体和机械性能，其中z是电荷而r是稀土阳离子的半径。
一些实施方案的特征可在于玻璃组合物中存在的Na2O的量。在一些实施方案中，玻璃组合物可包含小于3重量％的Na2O(例如，小于2.9重量％、小于1重量％、小于0.5重量％或小于0.25重量％)。在一些情况下，该组合物可以基本不含Na2O。在一些实施方案中，Na2O可以以在约0和约1.5重量％之间的量存在。在一些实施方案中，Na2O可以至多约1.0重量％的量存在。在一些实施方案中，Na2O可以至多约0.5重量％的量存在。在一些实施方案中，玻璃组合物可包含小于约0.1重量％的Na2O。
一些实施方案的特征可在于玻璃组合物中存在的B2O3的量。在一些实施方案中，B2O3可以以在约0和约4.5重量％之间的量存在。在一些实施方案中，B2O3可以以在约0和约3重量％之间的量存在。在一些实施方案中，B2O3可以以在约0和约1重量％之间的量存在。在一些实施方案中，玻璃组合物可基本不含B2O3，这意味着玻璃组合物中存在的任何B2O3将由作为批料材料中的痕量杂质存在的B2O3产生。
硫酸盐类(表示为SO3)也可以作为精炼剂存在。少量存在的杂质可来自原材料或来自熔化过程中的污染，例如SrO、BaO、Cl2、P2O5、Cr2O3或NiO(不限于这些特定的化学形式)。也可存在其他精炼剂和/或加工助剂，例如As2O3、MnO、MnO2或Sb2O3(不限于这些特定的化学形式)。这些杂质和精炼剂，当存在时，各自通常以小于总玻璃组合物的0.1重量％的量存在。在一些实施方案中，玻璃组合物可基本不含SO3。
在一些实施方案中，适用于如本文所述的纤维成型的玻璃组合物可包含至多约2.0(例如，至多约1.9，至多约1.5，至多约1.2，至多约0.8，或至多约0.4)的CaO与MgO之比(“CaO/MgO”)。例如，组合物可以包括约0.01、约0.02、约0.03、约0.04、约0.05、约0.06、约0.07、约0.08、约0.09、约0.1、约0.15、约0.2、约0.1、约0.15、约0.2、约0.25、约0.3、约0.35、约0.4、约0.45、约0.5、约0.55、约0.6、约0.65、约0.7、约0.75、约0.8、约0.85、约0.9、约0.95、约1、约1.05，约1.1，约1.15，约1.2，约1.25，约1.3，约1.35，约1.4，约1.45，约1.5，约1.55，约1.6，约1.65，约1.7，约1.75，约1.8，约1.85，约1.9大约1.95，或约2的CaO/MgO。
在一些实施方案中，适用于如本文所述的纤维成型的玻璃组合物可包含大于约70重量％(例如，大于约71重量％、大于约74重量％、大于约78重量％、大于约85重量％或大于约70.05重量％)的SiO2和Al2O3(“SiO2+Al2O3”)的组合含量。例如，该组合物可以包括大于约70重量％，约70.5重量％，约71重量％，约71.5重量％，约72重量％，约72.5重量％，约73重量％，约73.5重量％，约74重量％，约74.5重量％，约75重量％，约75.5重量％，约76重量％，约76.5重量％，约77重量％，约77.5重量％，约78重量％，约78.5重量％，约79重量％，约79.5重量％，约80重量％，约80.5重量％，约81重量％，约81.5重量％，约82重量％，约82.5重量％，约83重量％，约83.5重量％，约84重量％，约84.5重量％，约85重量％，约85.5重量％，约86重量％，约86.5重量％，约87重量％，约87.5重量％，约88重量％，约88.5重量％，约89重量％，约89.5重量％，约90重量％，约90.5重量％，约91重量％，约91.5重量％，或大于约92重量％的量的(SiO2+Al2O3)。
在一些实施方案中，如本文所述的适用于纤维成型的玻璃组合物可包含。在一些实施方案中，该组合物可具有小于5(例如，小于约4、小于约2或小于约1)的Al2O3与RO之比(Al2O3/RO)，其中RO是MgO、CaO和ZnO之和。例如，组合物可以包括约0.02、约0.05、约0.07、约0.1、约0.15、约0.2、约0.25、约0.3、约0.4、约0.5、约0.6、约0.7、约0.8、约0.9、约1、约1.1、约1.2、约1.3、约1.4、约1.5、约1.6、约1.7、约1.8、约1.9、约2、约2.1、约2.2、约2.3、约2.4、约2.5、约2.6、约2.7、约2.8、约2.9、约3、约3.1、约3.2、约3.3、约3.4、约3.5、约3.6，、约3.7、约3.8、约3.9、约4、约4.1、约4.2、约4.3、约4.4、约4.5、约4.6、约4.7、约4.8、约4.9或约小于5的量的Al2O3/RO。
在一些实施方案中，适用于如本文所述的纤维成型的玻璃组合物可包含约6重量％至约25重量％(例如约6.5重量％至约22重量％、约8重量％至约15重量％、或约12重量％至约24重量％)的MgO和CaO(“MgO+CaO”)的组合含量。例如，该组合物可以包括约6重量％，约6.5重量％，约7重量％，约7.5重量％，约8重量％，约8.5重量％，约9重量％，约9.5重量％，约10重量％，约10.5重量％，约11重量％，约11.5重量％，约12重量％，约12.5重量％，约13重量％，约13.5重量％，约14重量％，约14.5重量％，约15重量％，约15.5重量％，约16重量％，约16.5重量％，约17重量％，约17.5重量％，约18重量％，约18.5重量％，约19重量％，约19.5重量％，约20重量％，约20.5重量％，约21重量％，约21.5重量％，约22重量％，约22.5重量％，约23重量％，约23.5重量％，约24重量％，约24.5重量％，或约25重量％的量的(MgO+CaO)。
在一些实施方案中，如本文所述的适用于纤维成型的玻璃组合物可包含。在一些实施方案中，该组合物可具有至多1.5(例如，至多约1.2、至多约1，或至多约0.5)的RE2O3与MgO之比(RE2O3/MgO)。例如，该组合物可以包括约0、0.02、约0.05、约0.07、约0.1、约0.15、约0.2、约0.25、约0.3、约0.4、约0.5、约0.6、约0.7、约0.8、约0.9、约1、约1.1、约1.2、约1.3、约1.4或约1.5的量的(RE2O3/MgO)。
在一些实施方案中，适用于纤维成型的玻璃组合物可包含：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22％重量的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、至多4重量％的ZnO和小于3重量％的Na2O。在一些实施方案中，该组合物还可包含至多12重量％的RE2O3。在一些实施方案中，该组合物还可包含小于1重量％的Li2O和小于4.5重量％的B2O3。
在一些情况下，适用于纤维成型的玻璃组合物可包含：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、最多4重量％的ZnO、小于3重量％的Na2O和最多12重量％的Y2O3。在一些实施方案中，该组合物可进一步包含小于1重量％的Li2O。
在一些情况下，适用于纤维成型的玻璃组合物可包含：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至22重量％的MgO，小于1重量％的Fe2O3，小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、至多6重量％的CeO2、至多4重量％的ZnO、小于1重量％的Li2O、至多4.5重量％的B2O3。
应当理解，描述为存在量为约0重量％至另一重量％的玻璃组合物的任何组分未必在所有实施方案中都是必需的。在一些实施方案中，这样的组分可以是可选的。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产生于作为批料材料中的痕量杂质而存在的组分。作为痕量杂质存在的组分不是有意添加到玻璃组合物中，而是由于其作为添加到玻璃组合物中的起始材料中的杂质存在而可能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％，尽管一些痕量杂质在玻璃组合物中的存在量可为至多约0.5重量％。
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，玻璃组合物可具有用于商业玻璃纤维制造操作所需的成型温度(TF)。如本文所用，术语“成型温度”或TF是指玻璃组合物具有1000泊的粘度时的温度(或“log 3温度”)。
在一些实施方案中，玻璃组合物具有约1250℃至约1350℃的成型温度(TF)。在另一个实施方案中，玻璃组合物具有约1275℃至约1330℃的成型温度。在一些实施方案中，玻璃组合物可具有小于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可以是约1250℃、约1255℃、约1260℃、约1265℃、约1270℃、约1275℃、约1280℃、约1285℃、约1290℃、约1295℃、约1300℃、约1305℃、约1310℃、约1315℃、约1320℃、约1325℃、约1330℃，约1335℃，约1340℃，约1345℃，或约1350℃。
在一些实施方案中，玻璃组合物具有约1175℃至约1380℃的液相线温度。在一些实施方案中，玻璃组合物具有约1200℃至约1350℃的液相线温度。在一些实施方案中，玻璃组合物的液相线温度(TL)可小于1380℃(例如，小于1350℃，小于1300)。例如，TL可以是约1175℃、约1180℃、约1185℃、约1190℃、约1195℃、约1200℃、约1205℃、约1210℃、约1215℃、约1220℃、约1225℃、约1230℃、约1235℃、约1240℃、约1245℃、约1250℃、约1255℃、约1260℃、约1265℃、约1270℃、约1275℃、约1280℃、约1285℃、约1290℃、约1295℃、约1300℃、约1305℃、约1310℃、约1315℃，约1320℃，约1325℃，约1330℃，约1335℃，约1340℃，约1345℃，约1350℃，约1355℃，约1360℃，约1365℃，约1370℃，约1375℃，或约1380℃。
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)之间的差异可为商业玻璃纤维制造操作所希望的。例如，在玻璃组合物的一些实施方案中，TF和TL之间的差异(“ΔT”或“delta T”)可以小于约95℃(例如，小于70℃、小于50℃)。例如，ΔT可以小于约0℃、约5℃、约10℃、约15℃、约20℃、约25℃、约30℃、约35℃、约40℃，约45℃，约50℃，约55℃，约60℃，约65℃，约70℃，约75℃，约80℃，约85℃，约90℃，约95℃。在一些实施方案中，玻璃组合物可具有小于60℃的ΔT。
在一些实施方案中，玻璃组合物可具有小于50℃或甚至为负的△T值，即小于0℃，如基于log 3温度使用TF所确定的。对于这些情况，实际的玻璃纤维成型过程可以设置实际的纤维拉制温度(TF 实际)比液相线温度高至少60℃，即TF 实际＝TL+60℃，与log 3基TF和TL之间的计算差异无关。
在一些实施方案中，玻璃组合物可具有小于1550℃(例如，小于1510℃、小于1480℃)的熔化温度(TM)。例如，TM可以是约1450℃、约1452℃、约1454℃、约1456℃、约1458℃、约1460℃、约1462℃、约1464℃、约1466℃、约1468℃、约1470℃、约1472℃、约1474℃、约1476℃、约1478℃、约1480℃、约1482℃、约1484℃、约1486℃、约1488℃、约1490℃、约1492℃、约1494℃、约1496℃、约1498℃、约1500℃、约1502℃、约1504℃、约1506℃、约1508℃、约1510℃、约1512℃、约1514℃、约1516℃、约1518℃、约1520℃、约1522℃、约1524℃、约1526℃、约1528℃、约1530℃、约1532℃、约1534℃、约1536℃、约1538℃、约1540℃、约1542℃、约1544℃、约1546℃、约1548℃或约1550℃。
在一些实施方案中，玻璃纤维可由本文所述的玻璃组合物成型。任选地，玻璃纤维可以排列成织物。在一些实施方案中，玻璃纤维可以其他形式提供，包括例如但不限于连续原丝、短切原丝(干的或湿的)、纱线、粗纱、预浸料等。玻璃组合物(以及由其成型的任何纤维)的各种实施方案可用于各种应用。在一些实施方案中，纤维可以是玻璃纤维原丝，而其他实施方案可以是包含玻璃纤维原丝的纱线。纱线的一些实施方案可特别适用于编织应用。在一些实施方案中，纤维可以是玻璃纤维织物。本发明的玻璃纤维织物的一些实施方案特别适用于增强应用，尤其是其中高模量、高强度和/或高伸长率很重要的增强应用。
本发明的一些实施方案可涉及纳入玻璃纤维原丝、玻璃纤维纱线和玻璃纤维织物的复合材料，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/或高伸长率很重要的增强应用，例如风能(例如风车叶片)、汽车应用、安全/安保应用(例如，弹道装甲或装甲板)、航天或航空应用(例如，飞机的内部地板)、高压容器或罐、导弹壳等。
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，特别是长风力涡轮机叶片，其与其他长风力涡轮机叶片相比重量更轻但仍坚固。风能叶片的较轻重量和提高稳定性是选择复合材料的关键考虑因素。风能叶片的设计随着时间的推移发生了变化，从而追求更长的叶片以收集更多的能量。一些叶片可为82米长，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(例如本文公开的那些)可能有助于实现更大的风力叶片尺寸，同时提供保持在风车负载设计内所需的强度和重量。像本发明这样更轻和更坚固的材料可以提供能量产率的增加，并且导致改进的操作成本、降低的安装成本、便于运输和改进的安全性。
本发明的其它实施方案可涉及汽车复合材料。本发明的一些实施方案可涉及航天复合材料。本申请的其他实施方案可涉及航空复合材料。本发明的一些实施方案涉及用于安全/安保应用例如装甲板的复合材料。本发明的其他实施方案可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涉及用于导弹壳的复合材料。本发明的其他实施方案可涉及用于高温绝热应用的复合材料。本发明的一些实施方案可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涉及预浸料。本发明的一些实施方案可涉及用于各种汽车部件的长纤维增强热塑性塑料(LFT)。本发明的一些实施方案可涉及用于化学品运输和化学品储存的管道或罐。本发明的一些实施方案可涉及用于热管理和声管理应用的非织造变形(texturized)纤维，例如用于摩托车、车辆和卡车的消音器。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涉及复合钢筋以替代用于道路基础设施、桥梁和建筑物的钢筋。
本发明的一些实施方案涉及玻璃纤维原丝。在一些实施方案中，本发明的玻璃纤维原丝包含多根玻璃纤维。在一些实施方案中，多根玻璃纤维可由包含以下的玻璃组合物成型：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、小于1重量％的Li2O、小于4.5重量％的B2O3、至多6重量％的CeO2、和至多4重量％的ZnO。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在某些情况下，该组合物可能基本不含SO3。在一些情况下，该组合物还可包含小于3重量％的Na2O。
在一些实施方案中，多根玻璃纤维可由包含以下的玻璃组合物成型：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、至多6重量％的CeO2、至多4重量％的ZnO、小于1重量％的Li2O、和小于4.5重量％的B2O3。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在一些情况下，该组合物可以基本不含SO3。在一些情况下，该组合物还可包含小于3重量％的Na2O。
在一些实施方案中，一根玻璃纤维或多根玻璃纤维可由包含以下的玻璃组合物成型：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO％、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、至多6重量％的CeO2、至多4重量％的ZnO、小于1重量％的Li2O、和小于4.5重量％的B2O3。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在一些情况下，该组合物可以基本不含SO3。在一些情况下，该组合物还可包含小于3重量％的Na2O。
在一些实施方案中，一根玻璃纤维或多根玻璃纤维可由包含以下的玻璃组合物成型：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、至多6重量％的CeO2、至多4重量％的ZnO、小于1重量％的Li2O、和小于4.5重量％的B2O3。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在一些情况下，该组合物可以基本不含SO3。在一些情况下，该组合物还可包含小于3重量％的Na2O。
在一些实施方案中，一根玻璃纤维或多根玻璃纤维可由包含以下的玻璃组合物成型：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、至多6重量％的CeO2、至多4重量％的ZnO、小于1重量％的Li2O、和小于4.5重量％的B2O3。在一些实施方案中，杨氏模量可以大于86GPa。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)可小于约2.0。在一些情况下，该组合物可以基本不含SO3。
在一些实施方案中，本发明的一根玻璃纤维或多根玻璃纤维可表现出所需的机械和其他性能。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进的机械性能。在一些实施方案中，本发明的玻璃纤维可提供相对于由R-玻璃和/或S-玻璃成型的玻璃纤维的一种或多种改进的性质。本发明的玻璃纤维的一些实施方案表现出的期望特性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，一根玻璃纤维或多根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，多根玻璃纤维可具有期望的杨氏模量(E)值。在一些情况下，多根玻璃纤维可具有大于约86GPa(例如，大于87GPa、大于88GPa)的杨氏模量。例如，杨氏模量可为约86GPa、86.5GPa、87GPa、87.5GPa、88GPa、88.5GPa、89GPa、89.5GPa、90GPa、90.5GPa、91GPa、91.5GPa、92GPa、92.5GPa、93GPa、93.5GPa、94GPa、94.5GPa、95GPa、95.5GPa、96GPa、96.5GPa、97GPa、97.5GPa、98GPa、98.5GPa、99GPa、99.5GPa、100GPa、100.5GPa、101GPa、101.5GPa、102GPa、102.5GPa、103GPa、103.5GPa、104GPa、104.5GPa、105GPa、105.5GPa、106GPa、106.5GPa、107GPa、107.5GPa、108GPa、108.5GPa、109GPa、109.5GPa或110GPa。在一些实施方案中，多根玻璃纤维可具有大于约100GPa的杨氏模量。在某些实施方案中，多根玻璃纤维可具有至多110GPa的杨氏模量。
在某些实施方案中，多根玻璃纤维可具有期望的比模量(Sp)值。在一些情况下，多根玻璃纤维可具有大于约3.2×106m(例如，大于3.4×106m、大于3.7×106m)的比模量。例如，比模量可以是约3.2×106m、3.25×106m、3.3×106m、3.35×106m、3.4×106m、3.45×106m、3.5×106m、3.55×106m、3.6×106m、3.65×106m、3.7×106m、3.75×106m、3.8×106m、3.85×106m、3.9×106m、3.95×106m或4.0×106m。在一些实施方案中，多根玻璃纤维可具有大于约3.5×106m的比模量。在某些实施方案中，多根玻璃纤维可具有至多4.0×106m的比模量。
在某些实施方案中，一根玻璃纤维或多根玻璃纤维可具有期望的密度值。在一些情况下，多根玻璃纤维的密度可小于约2.8g/cm3(例如，小于2.6g/cm3，大于2.55g/cm3)。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、2.7g/cm3、2.71g/cm3、2.72g/cm3、2.73g/cm3、2.74g/cm3、2.75g/cm3、2.76g/cm3、2.77g/cm3、2.78g/cm3、2.79g/cm3或2.8g/cm3。
玻璃纤维原丝可包含各种直径的玻璃纤维，这取决于所需的应用。在一些实施方案中，本发明的玻璃纤维原丝可包含直径在约5至约18μm之间的至少一根玻璃纤维。在其他实施方案中，至少一根玻璃纤维具有在约5和约10μm之间的直径。在一些实施方案中，本发明的玻璃纤维原丝可以成型为粗纱。粗纱可包括组装的、多头的或单头的直拉粗纱。包含本发明的玻璃纤维原丝的粗纱可包含具有各种直径和密度的直接拉制的单头粗纱，这取决于所需的应用。在一些实施方案中，包含本发明的玻璃纤维原丝的粗纱表现出至多约112纱线/磅的密度。本发明的一些实施方案涉及包含如本文所公开的至少一根玻璃纤维原丝的纱线。
在一些实施方案中，玻璃纤维原丝可包含本文所述的任何一种玻璃组合物的多根玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，玻璃纤维原丝可包含由包含以下的玻璃组合物成型的多根玻璃纤维：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、至多6重量％的CeO2、小于1重量％的Li2O、至多4重量％的ZnO、和小于4.5重量％B2O3。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在一些情况下，或者该组合物可以基本不含SO3。
在其他实施方案中，本发明的纱线可包含至少一根玻璃纤维原丝，该玻璃纤维原丝包含作为本发明的一部分的本文公开的其他玻璃组合物之一。
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根玻璃纤维原丝，其中该至少一根玻璃纤维原丝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。
取决于所需的应用，纱线可以具有各种线性质量密度。在一些实施方案中，本发明的纱线可具有约5，000纱线/磅至约10，000纱线/磅的线性质量密度。
取决于所需的应用，纱线可以有不同的捻度和方向。在一些实施方案中，本发明的纱线在z方向上的捻度可为每英寸约0.5至约2匝。在其他实施方案中，本发明的纱线在z方向上的捻度可为每英寸约0.7匝。
纱线可以由一根或多根捻在一起和/或合股的原丝制成，取决于所需的应用。纱线可以由一根或多根捻在一起但不合股的原丝制成；这种纱线被称为“单丝(singles)”。本发明的纱线可由一根或多根捻在一起但未合股的原丝制成。在一些实施方案中，本发明的纱线可包含1-4根捻合在一起的原丝。在其他实施方案中，本发明的纱线可包含1根加捻原丝。
在一些实施方案中，玻璃纤维原丝可包含本文所述的任何一种玻璃组合物的多根玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，玻璃纤维原丝可包含由包含以下的玻璃组合物成型的多根玻璃纤维：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、至多6重量％的CeO2、小于1重量％的Li2O、至多4重量％的ZnO、和小于4.5重量％的B2O3。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在一些情况下，或者该组合物可以基本不含SO3。
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根玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，粗纱可包含多根由包含以下的玻璃组合物成型的玻璃纤维：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3。在一些实施方案中，纤维的组成还可包含小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、最多12重量％的RE2O3、小于1重量％的Li2O、最多4重量％的ZnO或小于4.5重量％的B2O3。在某些实施方案中，纤维的组成可包含最多12重量％的Y2O3和最多6重量％的CeO2。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在一些情况下，该组合物可以基本不含SO3。
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根玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，纱线可包含由包含以下的玻璃组合物成型的多根玻璃纤维：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、最多12重量％的Y2O3、最多6重量％的CeO2、小于1重量％的Li2O、至多4重量％的ZnO、和小于4.5重量％的B2O3。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在一些情况下，该组合物可以基本不含SO3。
本发明的一些实施方案涉及包含至少一种如本文所公开的玻璃纤维原丝的织物。在一些实施方案中，织物可以是织造的。在其他实施方案中，织物可以是非织造织物或单向织物。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根玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，织物可包含由包含以下的玻璃组合物成型的多根玻璃纤维：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、至多6重量％的CeO2、至多4重量％ZnO、小于1重量％的Li2O、和小于4.5重量％的B2O3。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在一些情况下，该组合物可以基本不含SO3。
在包括织物的本发明的一些实施方案中，玻璃纤维织物可以是根据工业织物样式no.7781织造的织物。在其他实施方案中，织物包括平纹织物、斜纹织物、皱纹织物、缎纹织物、缝编织物(也称为无褶皱织物)或“三维”织造织物。
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根玻璃纤维。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包含如下的玻璃组合物成型的多根玻璃纤维：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、至多6重量％的CeO2、小于1重量％的Li2O、至多4重量％的ZnO、和小于4.5重量％的B2O3。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在一些情况下，该组合物可以基本不含SO3。在一些实施方案中，多根玻璃纤维可以是非织造织物或单向织物的形式。在一些实施方案中，多根玻璃纤维可以是织造织物的形式。在一些实施方案中，聚合物材料可包括热塑性聚合物。在一些实施方案中，聚合物材料可包括热固性聚合物。
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设置在聚合物树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根由本文公开且作为本发明一部分的其他玻璃组合物之一成型。在一些实施方案中，复合材料可包含聚合物树脂和至少一根布置在该聚合物树脂中的如本文所公开的玻璃纤维原丝。在一些实施方案中，复合材料可包含聚合物树脂和至少一部分粗纱，该粗纱包含布置在聚合物树脂中的至少一根如本文所公开的玻璃纤维原丝。在其他实施方案中，复合材料可包含聚合物树脂和至少一种布置在该聚合物树脂中的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至少一种布置在聚合物树脂中的如本文所公开的织物。在一些实施方案中，复合材料可包含至少一根包含至少一根如本文公开的玻璃纤维原丝的纬纱和至少一根包含至少一根如本文公开的玻璃纤维原丝的经纱。
根据所需的性能和应用，本发明的复合材料可包含各种聚合物树脂。在一些实施方案中，聚合物树脂可包括环氧树脂。在其他实施方案中，聚合物树脂可包括聚乙烯、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聚氨酯树脂。
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根玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，制品可包含由包含以下的玻璃组合物成型的多根玻璃纤维：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、至多6重量％的CeO2、至多4重量％的ZnO、小于1重量％的Li2O、和小于4.5重量％的B2O3。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在一些情况下，该组合物可以基本不含SO3。在一些实施方案中，多根玻璃纤维可以是非织造织物或单向织物的形式。在一些实施方案中，多根玻璃纤维可以是织造织物的形式。
在其他实施方案中，制品可包含聚合材料和由包含以下的玻璃组合物成型的多根玻璃纤维：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、最多12重量％的Y2O3、最多6重量％的CeO2、最多4重量％的ZnO、小于1重量％的Li2O、和小于4.5重量％的B2O3。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在一些情况下，该组合物可以基本不含SO3。在一些实施方案中，多根玻璃纤维可以是非织造织物或单向织物的形式。在一些实施方案中，多根玻璃纤维可以是织造织物的形式。在一些实施方案中，聚合物材料可包括热塑性聚合物。在一些实施方案中，聚合物材料可包括热固性聚合物。
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用于航天应用所需的特性，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所述的玻璃组合物的多根玻璃纤维。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包含如下的玻璃组合物成型的多根玻璃纤维：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、至多6重量％的CeO2、最多为4重量％的ZnO、小于1重量％的Li2O、和小于4.5重量％的B2O3。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在一些情况下，该组合物可以基本不含SO3。在一些实施方案中，多根玻璃纤维可以是非织造织物或单向织物的形式。在一些实施方案中，多根玻璃纤维可以是织造织物的形式。在一些实施方案中，聚合物材料可包括热塑性聚合物。在一些实施方案中，聚合物材料可包括热固性聚合物。
可以使用本发明的复合材料的组件的例子可以包括但不限于航天部件，例如地板、头顶行李箱、厨房、座椅靠背和其他可能容易受到冲击的内部隔间，以及作为外部组件，例如直升机旋翼叶片；汽车部件，例如结构组件、车身和保险杠；风能部件，例如风力涡轮机叶片；高压容器和/或储罐；安全和/或安保应用；高的机械应力应用；高能冲击应用，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载装置的壳；在石油和天然气行业的应用，与运输和基础设施相关的其他应用，在替代能源中的应用，高温隔热(即热屏蔽)应用(这是由于更高的强度、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，预浸料可包含来自本文所述的玻璃组合物的多根玻璃纤维。例如，在一些实施方案中，预浸料可包含聚合材料和由包含以下的玻璃组合物成型的多根玻璃纤维：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％的Na2O、至多12重量％的Y2O3、至多6重量％的CeO2、最多4重量％的ZnO、小于1重量％的Li2O、和小于4.5重量％的B2O3。在一些实施方案中，组合物的CaO与MgO之比(CaO/MgO)可小于约2.0。在一些情况下，该组合物可以基本不含SO3。在一些实施方案中，多根玻璃纤维可以是非织造织物或单向织物的形式。在一些实施方案中，多根玻璃纤维可以是织造织物的形式。在一些实施方案中，聚合物材料可包括热塑性聚合物。在一些实施方案中，聚合物材料可包括热固性聚合物。
虽然本文所述的玻璃纤维的许多应用是增强应用，但玻璃纤维的一些实施方案可用于电子应用，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物。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“电容率”，是衡量材料储存电能能力的指标。待用作电容器的材料期望地具有相对高的Dk，而待用作PCB基板的一部分的材料期望地具有低Dk，特别适用于高速电路。Dk是给定材料要在两个金属板之间存储的电荷(即电容)与两个相同金属板之间的空隙(空气或真空)要存储的电荷量之比。作为另一个例子，一些实施方案可以具有电子应用所需的热膨胀系数。因此，一些实施方案可用于各种电气应用，包括但不限于印刷电路板、印刷电路板的前体(例如，织物、层压板、预浸料等)。在这样的实施方案中，待用于电气应用的印刷电路板或其他复合材料可包含聚合物树脂和与聚合物树脂接触的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根由本文公开的作为本发明一部分的任何玻璃组合物成型。聚合物树脂可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那些聚合物树脂。
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本领域熟知的常规方式通过掺混用于提供成型纤维组合物的特定氧化物的原材料而制备。根据本发明的各种实施方案的玻璃纤维可以使用本领域已知的用于成型玻璃纤维的任何工艺来成型，并且更期望地，可使用本领域已知的用于成型基本连续的玻璃纤维的任何工艺。例如，尽管在此没有限制，但是根据本发明的非限制性实施方案的玻璃纤维可以使用直接熔化或间接熔化纤维成型的方法成型。这些方法在本领域中是公知的并且容认为鉴于本公开内容没有必要对其进行进一步讨论。例如，参见K.L.Loewenstein，The ManufacturingTechnology of Continuous Glass Fibers，第3版，Elsevier，N.Y.，1993，第47-48和117-234页。
在成型玻璃纤维之后，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多种因素选择用于玻璃纤维的许多市售施胶组合物中的一种，这些因素包括例如施胶组合物的表现性能、所得织物的所需柔韧性、成本和其他因素。
可以通过本领域普通技术人员已知的任何合适的方法制备本发明的玻璃纤维原丝。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制造，例如但不限于将纬纱(也称为“纬线”)交织进多根经纱。
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造型、挤出复合、压缩造型、树脂传递造型、长丝缠绕、预浸料/高压釜固化和拉挤造型。可以使用本领域普通技术人员已知的造型技术制备本发明的复合材料。特别地，可以使用本领域技术人员已知的用于制备此类复合材料的技术来制备纳入织造玻璃纤维织物的本发明复合材料的实施方案。
可以通过本领域普通技术人员已知的任何合适的方式制备本发明的预浸料，例如但不限于使玻璃纤维原丝、粗纱或织物通过树脂浴；使用溶剂型树脂；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。已知可用于增强应用的聚合物树脂在一些实施方案中可特别有用。在一些实施方案中，聚合物树脂可包括热固性树脂。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，聚合物树脂可包括环氧树脂。在其他实施方案中，聚合物树脂可包括热塑性树脂。可用于本发明的一些实施方案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)。可用于本发明的一些实施方案的市售聚合物树脂的非限制性实例包括具有Epikure MGS RIMH 1366固化剂的EPIKOTEResin
Figure BDA0004013693870000281
135环氧树脂(可从俄亥俄州哥伦布市的Momentive SpecialtyChemicals Inc.获得)、Applied Poleramic MMFCS2环氧树脂(可从Applied Poleramic，Inc.，Benicia，California获得)和EP255改性环氧树脂(可从Barrday CompositeSolutions，Millbury，MA获得)。
下面通过一系列具体实施方案对本发明进行说明。然而，本领域的技术人员将理解，本发明的原理预设了许多其他实施方案。
实施例
表1提供了根据本发明的各种实施方式的多种可纤维化玻璃组合物以及与此类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℃和1600℃(2732°F至2912°F)之间的温度下在10％Rh/Pt坩埚中熔化粉末形式的商业级与试剂级化学品(试剂级化学品仅用于稀土氧化物)的混合物四个小时制成的。每一批料约1000克。在4小时熔化期后，将熔融玻璃倒在钢板上用于淬冷。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，因此未在批料中调整其排放损失。实施例中的组成代表分批态的组成。商业成分用于制备玻璃。在批量计算中，考虑了特殊的原料保留因子来计算每一玻璃中的氧化物。保留因子基于多年的玻璃批料熔化和玻璃中测量的氧化物产量。因此，实施例中说明的批料组成被认为接近测量的组成。
熔体特性
熔体粘度作为温度和液相线温度的函数，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”确定。
表1包括测得的液相线温度(TL)、由玻璃组合物的1000泊熔体粘度定义的参考成型温度(TF)。还显示了成型温度和液相线温度之间的差异(△T)。
机械性能
对于表1中的某些玻璃组合物，还使用以下技术测量了纤维的杨氏模量(或声模量)。在由100泊定义的熔化温度下，在90Pt/10Rh坩埚中将大约50克具有对应于适当实例表1的组成的碎玻璃再熔化两个小时。随后将坩埚转移到竖直管、电加热炉中。炉温预设为接近或等于1000泊熔体粘度的纤维拉拔温度。在光纤拉制之前，将玻璃在该温度下平衡一小时。纤维拉制炉的顶部有带中心孔的盖子，其上方装有水冷铜线圈来调节光纤的冷却。然后将硅棒手动浸入熔体中，穿过冷却线圈，拉出并收集约1-1.5m长的纤维。纤维的直径从一端的约100μm变化到另一端的约1000μm；在该范围内，声模量值与纤维直径无关。比模量通过测得的声模量与裸纤维密度之比计算得出。纤维声模量测量遵循如下方法：L.C.Lynnworth，Ultrasonic“Measurement of Elastic Moduli in Slender SpecimensUsing Extensional and Torsional Wave Pulses,”Journal of Testing andEvaluation,JTEVA,Vol.1,No.2,March 1973,pp.119-125”。
表1
1 2 3 4 5 6 7 8
SiO<sub>2</sub> 60.45 60.57 60.70 60.33 60.32 60.83 61.05 61.31
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 15.42 15.45 15.49 14.56 14.60 15.23 15.50 16.00
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.29 0.29 0.29 0.29 0.30 0.37 0.27 0.28
CaO 14.46 14.49 14.52 15.04 15.30 7.90 7.50 7.00
MgO 8.15 8.17 8.20 8.21 8.43 8.86 9.52 9.27
Na<sub>2</sub>O 0.07 0.07 0.07 0.08 0.08 0.04 0.14 0.14
K<sub>2</sub>O 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.08 0.09
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.54 0.00 4.50 5.00 4.96
F<sub>2</sub> 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.00 0.01 0.01
TiO<sub>2</sub> 0.62 0.62 0.62 0.51 0.54 1.41 0.63 0.65
Li<sub>2</sub>O 0.43 0.22 0.00 0.00 0.00 0.77 0.00 0.00
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SO<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
CeO<sub>2</sub> 0.00 0.00 0.00 0.32 0.32 0.00 0.30 0.30
总RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.85 0.32 4.50 5.30 5.26
CaO/MgO 1.77 1.77 1.77 1.83 1.81 0.89 0.79 0.76
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/RO 0.68 0.68 0.68 0.63 0.62 0.91 0.91 0.98
SiO<sub>2</sub>+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 75.87 76.03 76.19 74.89 74.92 76.05 76.55 77.31
RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/MgO 0.00 0.00 0.00 0.10 0.04 0.51 0.56 0.57
MgO+CaO 22.62 22.67 22.72 23.25 23.73 16.76 17.01 16.27
T<sub>L</sub>(℃) 1204 1199 1219 1218 1209 1219 1295 1309
T<sub>F</sub>(℃) 1281 1291 1299 1278 1272 1289
ΔT(℃) 77 92 80 60 63 70
T<sub>M</sub>(℃) 1475 1482 1489 1452 1446 1491
纤维密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.62 2.62 2.62 2.61 2.64 2.64 2.64 2.64
纤维模量(GPa) 90.4 90.1 88.8 88.5 88.8 91.8 90.2 90.6
Sp.模量(10<sup>6</sup>m) 3.52 3.51 3.46 3.46 3.44 3.54 3.49 3.51
表1(续)
9 10 11 12 13 14 15 16
SiO<sub>2</sub> 61.50 63.04 62.52 61.69 61.30 59.74 60.17 60.41
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 16.05 15.98 15.85 16.64 16.53 18.21 18.14 16.35
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.31 0.31 0.28
CaO 7.00 6.64 6.43 4.66 5.78 5.60 5.39 6.16
MgO 9.29 9.03 8.50 10.18 9.59 10.48 10.32 9.99
Na<sub>2</sub>O 0.14 0.30 0.30 0.04 0.04 0.04 0.04 0.03
K<sub>2</sub>O 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.10 0.10 0.09
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 4.00 3.48 4.90 5.44 5.41 4.50 4.51 5.21
F<sub>2</sub> 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
TiO<sub>2</sub> 0.65 0.65 0.64 0.67 0.67 0.73 0.73 0.66
Li<sub>2</sub>O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.54
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SO<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
CeO<sub>2</sub> 1.00 0.50 0.50 0.29 0.29 0.28 0.28 0.26
总RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 5.00 3.98 5.39 5.74 5.70 4.79 4.79 5.47
CaO/MgO 0.75 0.74 0.76 0.46 0.60 0.53 0.52 0.62
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/RO 0.99 1.02 1.06 1.12 1.08 1.13 1.15 1.01
SiO<sub>2</sub>+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 77.54 79.02 78.37 78.33 77.84 77.95 78.31 76.76
RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/MgO 0.54 0.44 0.63 0.56 0.59 0.46 0.46 0.55
MgO+CaO 16.29 15.67 14.93 14.84 15.37 16.08 15.71 16.14
T<sub>L</sub>(℃) 1306 1297 1300 1356 1336 1296 1289 1305
T<sub>F</sub>(℃) 1327 1315
ΔT(℃) 31 26
T<sub>M</sub>(℃) 1507 1510
纤维密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.63 2.60 2.65 2.63 2.64 2.64 2.64 2.64
纤维模量(GPa) 90.1 89.3 90.2 91.3 90.3 91.2 91.8 91.4
Sp.模量(10<sup>6</sup>m) 3.49 3.51 3.47 3.54 3.49 3.52 3.55 3.53
表1(续)
17 18 19 20 21 22 23 24
SiO<sub>2</sub> 60.03 59.30 59.71 60.46 60.89 60.81 60.65 61.00
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 16.99 18.60 18.73 14.37 14.06 14.16 13.74 19.13
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.29 0.32 0.32 0.26 0.26 0.26 0.25 0.32
CaO 6.40 6.70 6.74 7.02 6.84 6.78 6.87 6.87
MgO 10.38 9.90 9.34 12.31 12.50 12.53 12.76 8.04
Na<sub>2</sub>O 0.03 0.23 0.61 0.03 0.03 0.03 0.03 0.62
K<sub>2</sub>O 0.09 0.10 0.10 0.08 0.08 0.08 0.08 0.10
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 4.26 3.89 3.50 4.57 4.50 4.48 4.56 2.94
F<sub>2</sub> 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
TiO<sub>2</sub> 0.68 0.75 0.75 0.58 0.57 0.57 0.56 0.77
Li<sub>2</sub>O 0.57 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.15 0.00
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SO<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
CeO<sub>2</sub> 0.27 0.19 0.19 0.30 0.28 0.28 0.34 0.20
总RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 4.52 4.08 3.69 4.87 4.78 4.76 4.90 3.13
CaO/MgO 0.62 0.68 0.72 0.57 0.55 0.54 0.54 0.85
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/RO 1.01 1.12 1.16 0.74 0.73 0.73 0.70 1.28
SiO<sub>2</sub>+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 77.02 77.91 78.44 74.83 74.95 74.97 74.39 80.13
RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/MgO 0.44 0.41 0.40 0.40 0.38 0.38 0.38 0.39
MgO+CaO 16.78 16.60 16.08 19.33 19.33 19.31 19.63 14.91
T<sub>L</sub>(℃) 1293 1189 1190 1315 1325 1335 1352 1269
T<sub>F</sub>(℃)
ΔT(℃)
T<sub>M</sub>(℃)
纤维密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.66 2.64 2.62 2.66 2.65 2.66 2.66 2.59
纤维模量(GPa) 91.4 90.6 88.7 92.2 91.8 91.9 92.2 89.6
Sp.模量(10<sup>6</sup>m) 3.50 3.50 3.45 3.54 3.53 3.52 3.54 3.53
表1(续)
25 26 27 28 29 30 31 32
SiO<sub>2</sub> 60.61 59.72 60.09 51.84 52.71 52.06 60.08 60.32
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 19.01 18.53 18.66 30.27 17.75 19.79 18.74 12.00
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.32 0.31 0.32 0.47 0.31 0.33 0.32 0.22
CaO 6.83 6.17 6.15 3.78 7.22 6.84 5.30 5.30
MgO 7.99 8.91 8.80 6.59 10.29 9.75 10.45 9.55
Na<sub>2</sub>O 0.62 0.60 0.37 0.02 0.47 0.45 0.05 0.06
K<sub>2</sub>O 0.10 0.10 0.10 0.16 0.09 0.11 0.10 0.07
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 3.55 4.71 4.61 5.64 10.20 9.65 3.95 12.00
F<sub>2</sub> 0.01 0.01 0.01 0.02 0.01 0.01 0.01 0.01
TiO<sub>2</sub> 0.76 0.74 0.75 1.20 0.71 0.79 0.75 0.49
Li<sub>2</sub>O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SO<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
CeO<sub>2</sub> 0.20 0.19 0.14 0.00 0.24 0.22 0.25 0.00
总RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 3.75 4.90 4.75 5.64 10.44 9.88 4.19 12.00
CaO/MgO 0.85 0.69 0.70 0.57 0.70 0.70 0.51 0.56
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/RO 1.28 1.23 1.25 2.92 1.01 1.19 1.19 0.81
SiO<sub>2</sub>+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 79.62 78.25 78.75 82.11 70.46 71.85 78.82 72.32
RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/MgO 0.47 0.55 0.54 0.86 1.01 1.01 0.40 1.26
MgO+CaO 14.81 15.08 14.95 10.38 17.51 16.59 15.76 14.84
T<sub>L</sub>(℃) 1190 1220 1295
T<sub>F</sub>(℃)
ΔT(℃)
T<sub>M</sub>(℃)
纤维密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.61 2.64 2.63 2.67 2.79 2.77 2.62 2.74
纤维模量(GPa) 89.8 89.8 90.6 97.8 96.2 95.9 91.38 92.2
Sp.模量(10<sup>6</sup>m) 3.52 3.48 3.52 3.74 3.52 3.53 3.56 3.44
表1(续)
33 34 35 36 37 38 39 40
SiO<sub>2</sub> 60.45 58.65 58.48 57.93 58.01 48.86 49.60 50.61
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 12.00 20.22 20.80 19.45 19.59 29.65 29.23 29.82
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.22 0.34 0.34 0.33 0.33 0.47 0.46 0.47
CaO 6.30 6.14 5.00 8.94 6.84 3.50 3.45 3.50
MgO 9.95 9.34 9.30 8.03 9.40 12.32 12.14 10.23
Na<sub>2</sub>O 0.06 0.01 0.01 0.01 0.01 0.05 0.05 0.05
K<sub>2</sub>O 0.07 0.11 0.11 0.10 0.10 0.15 0.15 0.16
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 10.45 4.07 4.82 4.14 4.64 3.49 3.44 3.65
F<sub>2</sub> 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02
TiO<sub>2</sub> 0.49 0.81 0.83 0.78 0.78 1.18 1.16 1.18
Li<sub>2</sub>O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SO<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
CeO<sub>2</sub> 0.00 0.29 0.28 0.28 0.28 0.30 0.30 0.31
总RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 10.45 4.36 5.10 4.42 4.91 3.79 3.74 3.96
CaO/MgO 0.63 0.66 0.54 1.11 0.73 0.28 0.28 0.34
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/RO 0.74 1.31 1.45 1.15 1.21 1.87 1.87 2.17
SiO<sub>2</sub>+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 72.45 78.88 79.28 77.37 77.60 78.52 78.83 80.43
RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/MgO 1.05 0.47 0.55 0.55 0.52 0.31 0.31 0.39
MgO+CaO 16.25 15.48 14.30 16.97 16.24 15.82 15.59 13.74
T<sub>L</sub>(℃) 1302 1303 1302
T<sub>F</sub>(℃)
ΔT(℃)
T<sub>M</sub>(℃)
纤维密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.72 2.62 2.65 2.65 2.65 2.67 2.68 2.67
纤维模量(GPa) 91.9 91.1 92.8 91.07 91.98 99.1 98.8 98.2
Sp.模量(10<sup>6</sup>m) 3.44 3.55 3.58 3.51 3.54 3.79 3.75 3.75
表1(续)
41 42 43 44 45 46 47 48
SiO<sub>2</sub> 50.37 54.12 49.00 49.00 59.02 54.07 52.19 57.55
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 29.69 31.61 29.84 27.50 21.30 24.76 27.06 19.86
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.47 0.48 0.47 0.43 0.34 0.39 0.43 0.32
CaO 4.09 1.29 2.83 3.00 0.63 0.45 0.47 0.73
MgO 10.27 5.15 10.00 10.60 12.31 12.88 12.50 13.20
Na<sub>2</sub>O 0.05 0.02 2.69 0.03 0.24 0.28 0.31 0.05
K<sub>2</sub>O 0.16 0.17 0.16 0.17 0.11 0.13 0.14 0.11
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 3.40 0.00 3.50 3.75 4.94 5.75 5.50 7.38
F<sub>2</sub> 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
TiO<sub>2</sub> 1.18 1.25 1.18 1.09 0.85 0.99 1.08 0.80
Li<sub>2</sub>O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 4.40 0.00 0.00 0.00 0.00
SO<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
CeO<sub>2</sub> 0.31 5.89 0.31 0.00 0.24 0.28 0.31 0.00
总RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 3.71 5.89 3.81 3.75 5.18 6.03 5.81 7.38
CaO/MgO 0.40 0.25 0.28 0.28 0.05 0.03 0.04 0.05
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/RO 2.07 4.91 2.33 2.02 1.65 1.86 2.09 1.43
SiO<sub>2</sub>+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 80.06 85.72 78.84 76.51 80.32 78.84 79.25 77.41
RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/MgO 0.36 1.14 0.38 0.35 0.42 0.47 0.46 0.56
MgO+CaO 14.36 6.44 12.83 13.60 12.93 13.32 12.97 13.92
T<sub>L</sub>(℃) 1306 1317 1339 1289 1305 1315 1297
T<sub>F</sub>(℃)
ΔT(℃)
T<sub>M</sub>(℃)
纤维密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.66 2.64 2.66 2.64 2.63 2.69 2.69 2.68
纤维模量(GPa) 98.3 95.5 94.9 95.5 95.1 100.0 99.0 96.3
Sp.模量(10<sup>6</sup>m) 3.77 3.68 3.64 36.91 3.69 3.80 3.76 3.67
表1(续)
49 50 51 52 53 54 55 56 57
SiO<sub>2</sub> 56.51 56.96 56.18 54.93 54.56 54.84 55.2 52.51 52.13
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 20.86 23.62 23.56 23.19 23.23 23.87 23.61 25.89 27.00
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.34 0.37 0.37 0.39 0.39 0.39 0.39 0.40 0.40
CaO 0.71 0.75 0.79 0.66 0.38 0.44 0.45 0.97 0.20
MgO 13.52 10.52 10.76 10.84 10.95 10.76 10.63 8.29 8.72
Na<sub>2</sub>O 0.04 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
K<sub>2</sub>O 0.11 0.13 0.12 0.10 0.10 0.10 0.10 0.14 0.14
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 7.06 6.35 6.91 8.56 9.07 8.28 8.29 10.46 10.00
F<sub>2</sub> 0.02 0.02 0.02 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02
TiO<sub>2</sub> 0.83 0.94 0.94 0.90 0.90 0.90 0.90 1.03 1.10
Li<sub>2</sub>O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SO<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
CeO<sub>2</sub> 0.00 0.24 0.24 0.30 0.30 0.30 0.30 0.19 0.19
总RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 7.06 6.59 7.16 8.86 9.37 8.58 8.59 10.65 10.19
CaO/MgO 0.05 0.07 0.07 0.06 0.03 0.04 0.04 0.12 0.02
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/RO 1.47 2.10 2.04 2.02 2.05 2.13 2.13 2.79 3.03
SiO<sub>2</sub>+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 77.37 80.58 79.74 78.12 77.79 78.71 78.81 78.40 79.13
RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/MgO 0.52 0.63 0.67 0.82 0.86 0.80 0.81 1.28 1.17
MgO+CaO 14.22 11.27 11.55 11.50 11.33 11.20 11.08 9.26 8.92
T<sub>L</sub>(℃)
T<sub>F</sub>(℃)
ΔT(℃)
T<sub>M</sub>(℃)
纤维密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.68 2.649 2.668 2.708 2.713 2.702 2.700 2.743 2.705
纤维模量(GPa) 97.2 96.2 97.5 98.1 97.5 98.1 98.1 98.93 98.00
Sp.模量(10<sup>6</sup>m) 3.70 3.71 3.73 36.97 36.67 37.05 3.71 3.68 36.97
表1(续)
58 59 60 61 62 63 64 65 66
SiO<sub>2</sub> 54.58 53.57 54.58 53.58 55.07 53.43 52.57 52.55 50.05
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 24.77 25.26 24.76 25.24 24.51 25.24 26.75 26.26 24.76
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.39 0.40 0.39 0.40 0.39 0.40 0.42 0.42 0.39
CaO 0.46 0.45 0.45 0.45 0.45 0.46 0.91 0.90 3.00
MgO 12.38 12.88 12.65 12.87 12.14 12.88 12.32 12.87 14.88
Na<sub>2</sub>O 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.29 0.28
K<sub>2</sub>O 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.14 0.14 0.13
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 5.74 5.75 5.75 6.03 6.05 6.00 5.53 5.52 5.50
F<sub>2</sub> 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
TiO<sub>2</sub> 0.99 1.01 0.99 1.01 0.98 1.01 1.06 1.04 0.99
Li<sub>2</sub>O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SO<sub>3</sub> 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.00
CeO<sub>2</sub> 0.27 0.27 0.00 0.00 0.00 0.15 0.00 0.00 0.00
总RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 6.01 6.02 5.75 6.03 6.05 6.14 5.53 5.52 5.50
CaO/MgO 0.04 0.04 0.04 0.03 0.04 0.04 0.07 0.07 0.20
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/RO 1.93 1.89 1.89 1.90 1.95 1.89 2.02 1.91 1.38
SiO<sub>2</sub>+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 79.35 78.82 79.34 78.82 79.57 78.68 79.32 78.81 74.81
RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/MgO 0.48 0.47 0.45 0.47 0.50 0.48 0.45 0.43 0.37
MgO+CaO 12.84 13.33 13.10 13.32 12.59 13.34 13.23 13.77 17.88
T<sub>L</sub>(℃) 1315 1295 1307 1301 1314 1309 1307 1375
T<sub>F</sub>(℃) 1300 1294 1287 1241
ΔT(℃) -1 -15 -20 -134
T<sub>M</sub>(℃) 1470 1460 1451 1395
纤维密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.675 2.689 2.674 2.690 2.761 2.699 2.685 2.695 2.739
纤维模量(GPa) 97.5 97.4 97.5 98.2 97.1 97.5 99.3 99.1 100.0
Sp.模量(10<sup>6</sup>m) 3.72 3.70 3.72 3.73 3.59 3.69 3.77 3.75 3.73
表1(续)
67 68 69 70 71 72 73 74 75
SiO<sub>2</sub> 49.55 49.66 49.24 50.74 49.74 48.71 46.71 44.71 50.12
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 25.76 25.76 25.00 23.5 23.5 23.5 25.5 25.5 25.50
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.39 0.50 0.70 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.42
CaO 3.00 2.78 3.76 1.86 0.86 1.06 3.06 3.06 3.77
MgO 14.88 14.88 14.88 17.88 18.88 19.88 19.88 21.88 15.53
Na<sub>2</sub>O 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.01
K<sub>2</sub>O 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 5.00 5.00 5.00 4.00 5.00 5.00 3.00 3.00 3.50
F<sub>2</sub> 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
TiO<sub>2</sub> 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 1.02 1.02 1.02 1.01
Li<sub>2</sub>O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
SO<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01
CeO<sub>2</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
总RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 5.00 5.00 5.00 4.00 5.00 5.00 3.00 3.00 3.50
CaO/MgO 0.20 0.19 0.25 0.10 0.05 0.05 0.15 0.14 0.24
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/RO 1.44 1.46 1.34 1.19 1.19 1.12 1.11 1.02 1.32
SiO<sub>2</sub>+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 75.31 75.42 74.24 74.24 73.24 72.21 72.21 70.21 75.61
RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/MgO 0.34 0.34 0.34 0.22 0.26 0.25 0.15 0.14 0.23
MgO+CaO 17.88 17.66 18.64 19.74 19.74 20.94 22.94 24.94 19.30
T<sub>L</sub>(℃) 1376 1379 1365 1366 1272 1275 1315 1356 1283
T<sub>F</sub>(℃) 1244 1223 1203 1217
ΔT(℃) -134 -143
T<sub>M</sub>(℃) 1396 1374 1344 1328
纤维密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.741 2.737 2.748 2.732 2.758 2.760 2.763 2.783 2.713
纤维模量(GPa) 100.9 100.2 100.4 99.8 101.7 103.6 104.5 106.0 101.0
Sp.模量(10<sup>6</sup>m) 3.76 3.74 3.73 3.73 3.76 3.83 3.86 3.89 3.80
表1(续)
76 77 78 79 80 81 82 83 84
SiO<sub>2</sub> 51.38 50.04 51.55 50.55 50.00 50.71 50.06 49.67 50.06
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 25.50 25.95 26.29 26.28 24.65 25.73 24.51 22.86 23.07
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.41 0.42 0.42 0.42 0.40 0.42 0.41 0.38 0.38
CaO 2.59 2.57 0.91 0.91 0.95 2.58 1.83 2.12 2.00
MgO 15.55 16.48 13.12 13.12 16.30 16.02 17.73 18.76 19.21
Na<sub>2</sub>O 0.01 0.01 0.02 0.02 0.01 0.01 0.15 1.00 1.01
K<sub>2</sub>O 0.13 0.14 0.14 0.14 0.13 0.14 0.13 0.13 0.13
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 3.38 3.34 4.50 4.50 2.57 3.36 4.19 1.20 1.21
F<sub>2</sub> 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
TiO<sub>2</sub> 1.01 1.03 1.05 1.04 0.98 1.02 0.97 0.91 0.92
Li<sub>2</sub>O 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.94 1.99
SO<sub>3</sub> 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00
CeO<sub>2</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
ZnO 0.00 0.00 2.00 3.00 4.00 0.00 0.00 0.00 0.00
总RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 3.38 3.34 4.50 4.50 2.57 3.36 4.19 1.20 1.21
CaO/MgO 0.17 0.16 0.07 0.07 0.06 0.16 0.10 0.11 0.10
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/RO 1.41 1.36 1.87 1.87 1.43 1.38 1.25 1.09 1.09
SiO<sub>2</sub>+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 76.88 75.99 77.84 76.84 74.65 76.43 74.57 72.53 73.13
RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/MgO 0.22 0.20 0.34 0.34 0.16 0.21 0.24 0.06 0.06
MgO+CaO 18.15 19.05 14.03 14.03 17.25 18.60 19.56 20.88 21.21
T<sub>L</sub>(℃) 1306 1298 1303 1305 1302 1291
T<sub>F</sub>(℃)
ΔT(℃)
T<sub>M</sub>(℃)
纤维密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.690 2.712 2.718 2.737 2.752 2.701 2.725 2.667 2.672
纤维模量(GPa) 99.8 101.8 100.5 100.7 100.8 100.8 101.7 98.2 98.4
Sp.模量(10<sup>6</sup>m) 3.78 3.83 3.78 3.75 3.74 3.81 3.81 3.76 3.76
表1(续)
85 86 87 88 89 90 91 92
SiO<sub>2</sub> 50.76 56.40 50.21 56.40 55.89 55.57 54.22 60.45
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 23.42 21.40 25.36 21.44 21.41 21.30 21.43 25.82
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.38 0.36 0.41 0.36 0.36 0.36 0.37 0.42
CaO 1.37 8.28 2.39 8.31 8.15 7.98 8.70 6.61
MgO 19.47 11.09 16.54 11.34 11.95 11.88 12.07 5.50
Na<sub>2</sub>O 0.72 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
K<sub>2</sub>O 0.13 0.12 0.14 0.12 0.12 0.12 0.12 0.14
Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 1.80 0.00 2.39 0 0 0.88 0.86 0
F<sub>2</sub> 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02
TiO<sub>2</sub> 0.93 0.90 1.01 0.86 0.86 0.85 0.85 1.03
Li<sub>2</sub>O 0 0 0 0 0 0 0 0
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 1.00 1.40 1.52 1.14 1.22 1.03 1.37 0.00
SO<sub>3</sub> 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
CeO<sub>2</sub> 0 0 0 0 0 0 0 0
ZnO 0 0 0 0 0 0 0 0
总RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 1.80 0.00 2.39 0 0 0.88 0.86 0
CaO/MgO 0.07 0.75 0.14 0.73 0.68 0.67 0.72 1.20
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/RO 1.12 1.11 1.34 1.09 1.07 1.07 1.03 2.13
SiO<sub>2</sub>+Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 74.18 77.81 75.57 77.84 77.31 76.87 75.64 86.28
RE<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/MgO 0.09 0.00 0.14 0 0 0.07 0.07 0
MgO+CaO 20.84 19.37 18.93 19.65 20.10 19.87 20.76 12.11
T<sub>L</sub>(℃) 1269 1370 1263 1265 1266
T<sub>F</sub>(℃) 1296
ΔT(℃) 27
T<sub>M</sub>(℃) 1478
纤维密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.688 2.602 2.687 2.607 2.613 2.621 2.637 2.573
纤维模量(GPa) 100.2 92.0 99.12 92.23 91.22 91.81 93.28 90.10
Sp.模量(10<sup>6</sup>m) 3.80 3.61 3.76 3.61 3.56 3.57 3.61 3.57
本发明的各种但不一定是所有实施方案可表现出的期望特征可以包括但不限于以下：提供玻璃纤维、玻璃纤维原丝、玻璃纤维织物、预浸料和其他可用于增强应用等的产品。
合适的组合物、纤维、复合材料、产品的说明性实施方案。
如以下所用，对组合物、复合材料或产品的任何提及应被理解为对那些组合物、复合材料或产品中的每一者的分别提及(例如，“说明性实施方案1-4应被理解为说明性实施方案1、2、3或4”)。
说明性实施方案1是一种适用于纤维成型的玻璃组合物，包含：约44.5至约64重量％的SiO2、约12至约32重量％的Al2O3、约0.1至约15.5重量％的CaO、约5至约22重量％的MgO重量、小于1重量％的Fe2O3、小于2重量％的TiO2、小于3重量％Na2O、至多12重量％的RE2O3、至多4重量％的ZnO、小于1重量％的Li2O、和小于4.5重量％的B2O3。
说明性实施方案2是任何前述或随后的说明性实施方案的组合物，其中RE2O3包括Y2O3或CeO2中的至少一种。
说明性实施方案3为组合物的说明性实施方案2，其中CeO2为至多6重量％。
说明性实施方案4是任何前述或随后的说明性实施方案的组合物，其中CaO与MgO之比(CaO/MgO)小于约2.0。
说明性实施方案5是任何前述或随后的说明性实施方案的组合物，其中总(SiO2+Al2O3)含量大于约70重量％。
说明性实施方案6是任何前述或随后的说明性实施方案的组合物，其中Al2O3与RO之比(Al2O3/RO)小于5。
说明性实施方案7是任何前述或随后的说明性实施方案的组合物，其中总(MgO+CaO)含量范围为约6至约25重量％。
说明性实施方案8是任何前述或随后的说明性实施方案的组合物，其中RE2O3与MgO之比(RE2O3/MgO)小于1.5。
说明性实施方案9是任何前述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B2O3。
说明性实施方案10是任何前述说明性实施方案的组合物，其中该组合物基本不含SO3。
说明性实施方案11是由任何前述或随后说明性实施方案的玻璃组合物成型的多根玻璃纤维。
说明性实施方案12是任何前述或随后说明性实施方案的多根玻璃纤维，其中玻璃纤维具有大于86GPa的杨氏模量。
说明性实施方案13是任何前述或随后说明性实施方案的多根玻璃纤维，其中玻璃纤维具有小于2.8g/cm3的密度。
说明性实施方案14是任何前述或随后的说明性实施方案的多根玻璃纤维，其中可以在比玻璃纤维的液相线温度高至少60℃的纤维实际拉伸温度(TF 实际)下拉制玻璃纤维。
说明性实施方案15是任何前述或随后的说明性实施方案的多根玻璃纤维，其中玻璃纤维具有小于1380℃的液相线温度(TL)。
说明性实施方案16是任何前述或随后的说明性实施方案的多根玻璃纤维，其中玻璃纤维具有小于1550℃的熔化温度(TM)。
说明性实施方案17是任何前述说明性实施方案的多根玻璃纤维，其中玻璃纤维具有大于3.2×106m的比模量。
说明性实施方案18是任何前述说明性实施方案的多根玻璃纤维，其中玻璃纤维具有大于3.40(106m)的比模量。
说明性实施方案19是包含任何前述说明性实施方案的多根玻璃纤维的玻璃纤维原丝。
说明性实施方案20是包含任何前述说明性实施方案的多根玻璃纤维的粗纱。
说明性实施方案21是包含任何前述说明性实施方案的多根玻璃纤维的纱线。
说明性实施方案22是织造织物或单向织物，其包含任何前述说明性实施方案的多根玻璃纤维。
说明性实施方案23是一种非织造织物，其包含任何前述说明性实施方案的多根玻璃纤维。
说明性实施方案24是包含任何前述说明性实施方案的多根玻璃纤维的短切玻璃纤维原丝。
说明性实施方案25是一种聚合物复合材料，包含：聚合物材料；和多根玻璃纤维，其由任何前述说明性实施方案的玻璃组合物成型。
说明性实施方案26是任何前述或随后的说明性实施方案的聚合物复合材料，其中多根玻璃纤维为非织造织物或单向织物的形式。
说明性实施方案27是任何前述或随后的说明性实施方案的聚合物复合材料，其中多根玻璃纤维为织造织物的形式。
说明性实施方案28是任何前述或随后的说明性实施方案的聚合物复合材料，其中聚合物材料包括热塑性聚合物。
说明性实施方案29是任何前述或随后的说明性实施方案的聚合物复合材料，其中聚合物材料包含热固性聚合物。
说明性实施方案30是一种制品，其包含由任何前述说明性实施方案的玻璃组合物成型的多根玻璃纤维。
本文已经描述了本发明的各种实施方案。应当认识到，这些实施方案仅仅是对本发明的说明。在阅读前述说明后，那些优选实施方案的变化对于本领域的普通技术人员而言将变得明了。发明人认为，本领域的技术人员适当地采用此类变化，并且发明人打算以不同于本文具体描述的方式实施本发明。因此，本发明包括适用法所允许的所附权利要求中所列主题的所有修改和等同物。此外，本发明涵盖上述要素的任何组合及其所有可能的变体，除非另有说明或与上下文明显矛盾。
应当理解，本说明书说明了与清楚地理解本发明相关的本发明的各方面。本发明的某些方面对于本领域的普通技术人员来说是清楚的并因此不会有助于更好地理解本发明，为了简化本说明书，没有给出这些内容。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具体实施方案，而是旨在涵盖在本发明的精神和范围内的修改。

Claims (29)

1.一种适合纤维成型的玻璃组合物，包括：
约44.5至约64重量％的SiO2；
约12至约32重量％的Al2O3；
约0.1至约15.5重量％的CaO；
约5至约22重量％的MgO；
小于1重量％的Fe2O3；
小于2重量％的TiO2；
小于3重量％的Na2O；
至多4重量％的ZnO；
至多12重量％的RE2O3；和
小于4.5重量％的B2O3。
2.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中RE2O3包括Y2O3或CeO2中的至少一种。
3.如权利要求2所述的玻璃组合物，其中所述CeO2至多6重量％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的玻璃组合物，其中CaO与MgO之比(CaO/MgO)小于约2.0。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的玻璃组合物，其中总(SiO2+Al2O3)含量大于约70重量％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的玻璃组合物，其中Al2O3与RO之比(Al2O3/RO)小于5。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的玻璃组合物，其中总(MgO+CaO)含量在约6至约24重量％的范围内。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的玻璃组合物，其中RE2O3与MgO之比(RE2O3/MgO)小于1.5。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的玻璃组合物，其中所述组合物基本不含B2O3。
10.由权利要求1-9中任一项的玻璃组合物成型的多根玻璃纤维。
11.根据权利要求10所述的多根玻璃纤维，其中所述玻璃纤维具有大于86GPa的杨氏模量。
12.根据权利要求10或11所述的多根玻璃纤维，其中所述玻璃纤维的密度小于2.8g/cm3。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的多根玻璃纤维，其中可在比所述玻璃纤维的液相线温度(TL)高至少60℃的纤维实际拉制温度(TF 实际)下拉制所述玻璃纤维。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的多根玻璃纤维，其中所述玻璃纤维具有小于1380℃的液相线温度(TL)。
15.根据权利要求10-14中任一项所述的多根玻璃纤维，其中所述玻璃纤维具有小于1550℃的熔化温度(TM)。
16.根据权利要求10-15中任一项所述的多根玻璃纤维，其中所述玻璃纤维具有大于3.2×106m的比模量。
17.根据权利要求10-16中任一项所述的多根玻璃纤维，其中所述玻璃纤维具有大于3.40(106m)的比模量。
18.一种玻璃纤维原丝，其包含权利要求10-17中任一项的多根玻璃纤维。
19.一种粗纱，其包含权利要求10-17中任一项的多根玻璃纤维。
20.一种纱线，其包含权利要求10-17中任一项的多根玻璃纤维。
21.一种织造织物，其包含权利要求10-17中任一项的多根玻璃纤维。
22.一种非织造织物，其包含权利要求10-17中任一项的多根玻璃纤维。
23.一种短切玻璃纤维原丝，其包含权利要求10-17中任一项的多根玻璃纤维。
24.一种聚合物复合材料，包含：
聚合物材料；和
多根玻璃纤维，其由权利要求1-9中任一项的玻璃组合物成型。
25.根据权利要求24所述的聚合物复合材料，其中所述多根玻璃纤维为非织造织物或单向织物的形式。
26.根据权利要求24所述的聚合物复合材料，其中所述多根玻璃纤维为织造织物的形式。
27.根据权利要求24-26中任一项所述的聚合物复合材料，其中所述聚合物材料包括热塑性聚合物。
28.根据权利要求24-26中任一项所述的聚合物复合材料，其中所述聚合物材料包括热固性聚合物。
29.一种制品，其包含由权利要求1-9中任一项的玻璃组合物成型的多根玻璃纤维。
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