CN116135804A - 玻璃组合物，可纤维化玻璃组合物和由其制得的玻璃纤维 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式提供了玻璃组合物、可纤维化玻璃组合物和由这样的组合物形成的玻璃纤维，以及包含这样的适用于各种应用的玻璃纤维的玻璃丝束、纱线、织物和复合材料。在本发明的一些实施方式中，该玻璃组合物另外包括至少一种稀土氧化物。

Description

玻璃组合物，可纤维化玻璃组合物和由其制得的玻璃纤维
本申请是申请日为2015年9月9日，申请号为201580048365.4，发明名称为“玻璃组合物，可纤维化玻璃组合物和由其制得的玻璃纤维”的分案申请。
相关申请
本申请要求2014年9月9日提交的美国临时专利申请系列号62/047,967的优先权，其如同完全描述于本文中一样以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及玻璃组合物，和特别涉及用于形成纤维的玻璃组合物。
背景技术
多年来已使用玻璃纤维来强化各种聚合树脂。用于强化应用中的一些常用玻璃组合物包括“E-玻璃”、“R-玻璃”和“D-玻璃”组合物的族。“S-玻璃”是另一种常用玻璃组合物的族，其包括，例如商标名为“S-2玻璃”的商购自AGY(Aiken，South Carol ina)的玻璃纤维。
在强化和其他应用中，玻璃纤维或用玻璃纤维强化的复合材料的某些机械性能可以是重要的。然而，在诸多情况下，例如由于增加的配合料成本、增加的制造成本或其他因素，具有改良的机械性能(例如，较高强度、较高模量等)的玻璃纤维的制造可导致较高成本。例如，上述“S-2玻璃”与常规E玻璃相比具有改良的机械性能，但由于配合料至玻璃(batch-to-g lass)转换、熔融澄清(f ining)和纤维抽丝(drawing)的显著较高的温度和能量需求而同样使成本显著更高。玻璃纤维制造商持续在寻找可用于在商业制造环境中形成具有令人期望的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式提供了玻璃组合物、可纤维化玻璃组合物和由这样的组合物形成的玻璃纤维，以及包含这样的适用于各种应用的玻璃纤维的玻璃纤维股(s trand)、纱线、织物和复合材料。
在一种实施方式中，适合于形成纤维的玻璃组合物包含56-68重量％S iO2，11至小于20重量％Al2O3；12重量％或更少的CaO；7-17重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-5重量％Li2O；0-2重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-4重量％SnO2；0-4重量％ZnO；含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少1重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约15重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约8重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。在一些实施方式中，CaO含量小于约5重量％。在一些实施方式中，Na2O+K2O+Li2O含量大于1重量％。在一些实施方式中，Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，Al2O3含量在约14重量％至约19重量％之间。在一些实施方式中，MgO以约10重量％至约16重量％之间的量存在。在一些实施方式中，Li2O以约0.4重量％至约2重量％之间的量存在。在一些实施方式中，玻璃组合物包含至少约60重量％S iO2。在一些实施方式中，ZnO以至多约4重量％的量存在。在一些实施方式中，SnO2以至多约4重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含CeO2，且CeO2以至多约4重量％的量存在。在一些实施方式中，SnO2和CeO2二者以至多约8重量％的合并量存在。在一些实施方式中，玻璃组合物进一步包含量为至多约5重量％的Nb2O5。在一些实施方式中，玻璃组合物基本上不含B2O3。
在一种实施方式中，适合于形成纤维的玻璃组合物包含60-68重量S iO2；14-19重量％Al2O3；5重量％或更少的CaO；10-16重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-2重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-4重量％SnO2；0-4重量％ZnO；含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约15重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约8重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。在一些实施方式中，Na2O+K2O+Li2O含量大于1重量％。在一些实施方式中，Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，Li2O以约0.4重量％至约2重量％之间的量存在。在一些实施方式中，ZnO以至多约4重量％的量存在。在一些实施方式中，SnO2以至多约4重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含CeO2，且CeO2以至多约4重量％的量存在。在一些实施方式中，SnO2与CeO2以至多约8重量％的合并量存在。在一些实施方式中，玻璃组合物进一步包含量为至多约5重量％的Nb2O5。在一些实施方式中，玻璃组合物基本上不含B2O3。
在一种实施方式中，适合于形成纤维的玻璃组合物包含60-68重量％SiO2；14-19重量％Al2O3；5重量％或更少的CaO；10-16重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0.4-2重量％Li2O；0-2重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-4重量％SnO2；0-4重量％ZnO；量在约1重量％至约8重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3,Y2O3,Sc2O3,Nd2O3,CeO2,Sm2O3,和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。在一些实施方式中，Na2O+K2O+Li2O含量大于1重量％。在一些实施方式中，ZnO以至多约4重量％的量存在。在一些实施方式中，SnO2以至多约4重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含CeO2，且CeO2以至多约4重量％的量存在。在一些实施方式中，SnO2与CeO2二者以至多约8重量％的合并量存在。在一些实施方式中，玻璃组合物进一步包含量为至多约5重量％的Nb2O5。在一些实施方式中，玻璃组合物基本上不含B2O3。
在一种实施方式中，适合于形成纤维的玻璃组合物包含59-62重量％S iO2；14-19重量％Al2O3；4-8重量％CaO；6-11重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-3重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-2重量％Cu2O；0-3重量％SrO；含量不小于3重量％的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少4重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少5重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约15重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约8重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。在一些实施方式中，CaO含量小于约8重量％。在一些实施方式中，Na2O+K2O+Li2O含量大于1重量％。在一些实施方式中，Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，Al2O3含量在约15重量％至约18重量％之间。在一些实施方式中，MgO以约8重量％至约10重量％之间的量存在。在一些实施方式中，Li2O以约0.4重量％至约2重量％之间的量存在。在一些实施方式中，玻璃组合物包含至少约61重量％SiO2。在一些实施方式中，SrO以至多约3重量％的量存在。在一些实施方式中，Cu2O以至多约2重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含Y2O3，且Y2O3以至多约5重量％的量存在。在一些实施方式中，Cu2O和Y2O3二者以至多约7重量％的合并量存在。在一些实施方式中，玻璃组合物进一步包含量为至多约5重量％Nb2O5。在一些实施方式中，玻璃组合物基本上不含B2O3。
本发明的一些实施方式涉及玻璃纤维股。本文中公开了许多种可纤维化玻璃组合物作为本发明的一部分，且应理解，本发明的各种实施方式可包含玻璃纤维、玻璃纤维股、纱线和并入有由这样的组合物形成的玻璃纤维的其他产品。
本发明的一些实施方式涉及由至少一根由本文中所描述的玻璃组合物形成的玻璃纤维股形成的纱线。本发明的一些实施方式涉及并入有至少一根由本文中所描述的玻璃组合物形成的玻璃纤维股的织物。在一些实施方式中，织物中所使用的纬纱可包含至少一根玻璃纤维股。在一些实施方式中，经纱可包含至少一根玻璃纤维股。在一些实施方式中，玻璃纤维股可在用于形成根据本发明的织物的纬纱和经纱两者中使用。在一些实施方式中，本发明的织物可包括平纹织物、斜纹织物、毛茛织物(crowfoot fabric)、缎织织物(satin weave fabr ic)、针缝黏合织物或3D机织织物。
本发明的一些实施方式涉及包含聚合树脂和由本文中所描述的各种玻璃组合物中之一形成的玻璃纤维的复合材料。玻璃纤维可来自根据本发明的一些实施方式的玻璃纤维股。在一些实施方式中，可将玻璃纤维并入至织物(诸如，机织织物)中。例如，玻璃纤维可在经织造以形成织物的纬纱和/或经纱中。在其中复合材料包含织物的实施方式中，该织物可包括平纹织物、斜纹织物、毛茛织物、缎织织物、针缝黏合织物或3D机织织物。
如下文更详细地论述，玻璃纤维也还可以其他形式并入至复合材料中。
关于聚合树脂，本发明的复合材料可包括各种聚合树脂中之一或多者。在一些实施方式中，聚合树脂包括以下各项中的至少之一：聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、酚醛树脂、聚酯、乙烯酯、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。在一些实施方式中，聚合树脂可包括环氧树脂。
本发明的复合材料可呈各种形式且可用于各种应用中。根据本发明一些实施方式的复合材料潜在用途的一些实例不受限制地包括风能(例如，风车叶片)、汽车应用、安全/安保应用(例如，防弹衣)、航天或航空应用(例如，飞机的内部地板)、高压容器或槽、导弹外壳、电子器件及其他用途。
在以下详细说明中更详细地描述本发明的这些和其他实施方式。
附图说明
图1是展示杨氏模量值相对于各种玻璃组合物中的稀土氧化物(RE2O3)的量的图表。
图2是展示原始纤维抗拉强度值相对于各种玻璃组合物中的稀土氧化物(RE2O3)的量的图表。
图3是展示软化和玻璃化转变温度相对于各种玻璃组合物中的稀土氧化物(RE2O3)的量的图表。
图4是展示线性热膨胀系数相对于各种玻璃组合物中的氧化钪(Sc2O3)的量的图表。
详细说明
除非指示相反情况，否则以下说明书中所陈述的数值参数是近似值，其可取决于寻求由本发明获得的期望性质而变化。最起码，且并非试图应用等同原则限制权利要求的范围，每一数值参数均应至少根据所报告的有效数字的数目且通过应用普通舍入技术来解释。
尽管陈述本发明的宽广范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实例中尽可能精确地报告所陈述的数值。然而，任一数值固有地含有必然由它们各自测试测量中存在的标准偏差所引起的特定误差。此外，本文中所公开的所有范围皆应理解为涵盖其中所包含的任何和所有子范围。例如，“1至10”的规定范围应视为包括最小值1与最大值10之间(且包括1与10)的任何和所有子范围；即，以最小值1或以上的值(例如1至6.1)开始，并以最大值10或以下的值(例如5.5至10)结束的所有子范围。另外，称为“并入至本文中”的任何参考文献应理解为以其全文并入。
应进一步注意，除非清楚且明确地限于一个指示物，否则本说明书中所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括多个指示物。
本发明大体涉及玻璃组合物。在一方面中，本发明提供由本文中所描述的玻璃组合物形成的玻璃纤维。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维与常规E玻璃纤维相比可具有改良的机械性能，例如杨氏模量和原始强度。
除玻璃组合物中通常存在的组分(诸如SiO2、Al2O3、CaO、MgO及其他)之外，本发明的玻璃组合物还包含稀土氧化物。在各种实施方式中，这样的玻璃组合物可以是可纤维化的并由此可用于制造玻璃纤维。如本领域技术人员所理解，术语“稀土氧化物”是指并入有稀土金属的氧化物并且包括钪氧化物(Sc2O3)、钇氧化物(Y2O3)和镧系元素氧化物(镧氧化物(La2O3)、铈氧化物(Ce2O3和CeO2)、镨氧化物(Pr2O3)、钕氧化物(Nd2O3)、钷氧化物(Pm2O3)、钐氧化物(Sm2O3)、铕氧化物(Eu2O3和EuO)、钆氧化物(Gd2O3)、铽氧化物(Tb2O3)、镝氧化物(Dy2O3)、钬氧化物(Ho2O3)、铒氧化物(Er2O3)、铥氧化物(Tm2O3)、镱氧化物(Yb2O3)和镥氧化物(Lu2O3))。稀土氧化物以这样的量包括在本发明的玻璃组合物中，该量超过其中稀土氧化物在包含有玻璃配合料以提供另一组分的配合料中仅作为外来材料或杂质存在的那些。在一些实施方式中，该玻璃组合物可包含稀土氧化物的组合(例如，各种稀土氧化物中之一或多者)。
在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以不小于约0.05重量％的量存在于玻璃组合物中。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以不小于约0.5重量％的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以大于约3重量％的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以至多约5重量％的量存在，尽管可在其他实施方式中使用更大量。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以至多约8重量％的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以至多约10重量％的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以至多约12重量％的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以至多约15重量％的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以约0.05重量％与约15重量％之间的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以约0.5重量％至约15重量％之间的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以约2.0重量％至约15重量％之间的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以约3.0重量％至约15重量％之间的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以约4.0重量％至约15重量％之间的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以约5.0重量％至约15重量％之间的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以约1重量％至约8重量％之间的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以约3重量％至约8重量％之间的量存在。在一些实施方式中，一种或多种稀土氧化物可以约1重量％至约5重量％的量存在。
在一些实施方式中所使用的稀土氧化物的量可取决于所使用的具体稀土氧化物、组合物中是否使用其他稀土氧化物、组合物的熔体性质和待由组合物形成的玻璃纤维的期望性质及其他。
在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物中所使用的稀土氧化物可以约0.5-约15重量％的量包含La2O3。如上文及在下文的实施例中所陈述，根据一些实施方式，其他量的La2O3也可包括在玻璃组合物中。在一些实施方式中，玻璃组合物中包括La2O3据信对由组合物形成的玻璃纤维的玻璃软化温度和玻璃化转变温度以及对抗拉强度、伸长率、热膨胀系数和其他性质具有令人期望的影响。
在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物中所使用的稀土氧化物可以约0.5-约15重量％的量包含Y2O3。如上文及在下文的实施例中所陈述，根据一些实施方式，其他量的Y2O3也可包括在玻璃组合物中。在一些实施方式中，玻璃组合物中包括Y2O3据信对由组合物形成的玻璃纤维的玻璃软化温度和玻璃化转变温度以及对模量、抗拉强度、伸长率、热膨胀系数和其他性质具有令人期望的影响。
在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物中所使用的稀土氧化物可以约0.5-约4重量％的量的包含Sc2O3。如上文及在下文的实施例中所陈述，根据一些实施方式，其他量的Sc2O3也可包括在玻璃组合物中。在一些实施方式中，虽然玻璃组合物中包括Sc2O3据信对由组合物形成的玻璃纤维的一些性质(例如，玻璃软化温度、玻璃化转变温度、热膨胀系数等)具有令人期望的影响，但还已观察到Sc2O3的存在会提高组合物的液相线温度。
在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物中所使用的稀土氧化物可以约0.5-约15重量％的量包含Nd2O3。如上文及在下文的实施例中所陈述，根据一些实施方式，其他量的Nd2O3也可包括在玻璃组合物中。在一些实施方式中，玻璃组合物中包括Nd2O3据信对由组合物形成的玻璃纤维的玻璃软化温度和玻璃化转变温度以及对模量、抗拉强度、伸长率、热膨账系数和其他性质具有令人期望的影响。
在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物中所用的稀土氧化物可包含约0.5重量％至约15重量％之间的量的Sm2O3。如上文及以下实施例中所描述，根据一些实施方式，其他量的Sm2O3也可包括于玻璃组合物中。在一些实施方式中，据信玻璃组合物中包括Sm2O3对由该组合物形成的玻璃纤维的玻璃软化温度和玻璃化转变温度以及模量、抗拉强度、伸长率、热膨胀系数及其他特性具有令人期望的影响。
在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物中所用的稀土氧化物可包含约0.5重量％至约15重量％之间的量的Gd2O3。如上文及以下实施例中所描述，根据一些实施方式，其他量的Gd2O3也可包括于玻璃组合物中。在一些实施方式中，据信玻璃组合物中包括Gd2O3对由该组合物形成的玻璃纤维的玻璃软化温度和玻璃化转变温度以及模量、抗拉强度、伸长率、热膨胀系数及其他特性具有令人期望的影响。
在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物中所用的稀土氧化物可包含约0.5重量％至约15重量％之间的量的CeO2。如上文及以下实施例中所描述，根据一些实施方式，其他量的CeO2也可包括于玻璃组合物中。例如，在一些实施方式中，CeO2可以0重量％至约4重量％之间的量存在。尽管可以稳定形式的CeO2引入氧化铈，但在高温下熔融时玻璃中大多数铈从Ce4+(呈CeO2形式)还原成Ce3+(变成Ce2O3)。就此而言，据信包括氧化铈不仅提高由该组合物形成的玻璃纤维的声波模量和强度，而且经由在熔融期间玻璃的较好澄清来提高玻璃品质，在熔融期间在熔体中Ce4+离子还原成Ce3+离子时氧化铈释放氧气气泡。
稀土氧化物的各种组合也可用于实现令人期望的性质(例如，抗拉强度、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，其可反之影响比强度(抗拉强度除以密度)和比模量(模量除以密度)。同样地，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体性质。例如，如上所述，Sc2O3以特定量的存在可增加玻璃组合物的液相线温度。类似地，铈氧化物(Ce2O3和CeO2)可充当氧化剂和澄清剂，以使得在一些实施方式中铈氧化物的量可不多于4重量％。最终，特定稀土氧化物及其相对量的选择可由于其对熔体性质的影响和由于其原材料成本(由于稀土氧化物的成本显著变化)而影响制造玻璃纤维的成本。一般而言，对于玻璃组合物中相同量的稀土氧化物，玻璃的熔融和机械特性可通过选择具有不同场强度(如由z/r2所定义，其中z为电荷和r为稀土阳离子的半径)的稀土氧化物的组合来控制。
如上所述，本发明的玻璃组合物和特别是可纤维化玻璃组合物还包括其他组分，包括SiO2、Al2O3、CaO、MgO及其他。
在一种实施方式中，适合用于形成纤维的玻璃组合物包含51-65重量％的SiO2、12.5-19重量％的Al2O3、0-16重量％的CaO、0-12重量％的MgO、0-2.5重量％的Na2O、0-1重量％的K2O、0-2重量％的Li2O、0-3重量％的TiO2、0-3重量％的ZrO2、0-3重量％的B2O3、0-3重量％的P2O5、0-1重量％的Fe2O3、含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物和总计为0-11重量％的其他组分。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3、和Nd2O3中的至少之一。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少1重量％的量存在。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。
在一种实施方式中，适合用于形成纤维的玻璃组合物包含51-65重量％的SiO2、12.5-22重量％的Al2O3、0-16重量％的CaO、0-12重量％的MgO、0-2.5重量％的Na2O、0-1重量％的K2O、0-2重量％的Li2O、0-3重量％的TiO2、0-3重量％的ZrO2、0-3重量％的B2O3、0-3重量％的P2O5、0-1重量％的Fe2O3、含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物和总计为0-11重量％的其他组分，其中Na2O+K2O+Li2O含量大于1重量％。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3、和Nd2O3中的至少之一。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少1重量％的量存在。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。
在一种实施方式中，适合用于形成纤维的玻璃组合物包含51-63重量％的SiO2、14.5-19重量％的Al2O3、0.5-10重量％的CaO、0-12重量％的MgO、0-1重量％的Na2O、0-1重量％的K2O、0-2重量％的Li2O、0-3重量％的TiO2、0-3重量％的ZrO2、0-2重量％的B2O3、0-3重量％的P2O5、0-1重量％的Fe2O3、含量不小于0.5重量％的至少一种稀土氧化物和总计为0-11重量％的其他组分。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3、和Nd2O3中的至少之一。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少1重量％的量存在。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。
在一种实施方式中，适合于形成纤维的玻璃组合物包含56-68重量％S iO2；11至小于20重量％Al2O3；12重量％或更少的CaO；7-17重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-5重量％Li2O；0-2重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-4重量％SnO2；0-4重量％ZnO；含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少1重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约15重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约8重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。
在一种实施方式中，适合于形成纤维的玻璃组合物包含60-68重量％SiO2；14-19重量％Al2O3；5重量％或更少的CaO；10-16重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-2重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-4重量％SnO2；0-4重量％ZnO；含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约15重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约8重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。
在一种实施方式中，适合于形成纤维的玻璃组合物包含60-68重量％SiO2；14-19重量％Al2O3；5重量％或更少的CaO；10-16重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0.4-2重量％Li2O；0-2重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-4重量％SnO2；0-4重量％ZnO；量在约1重量％至约8重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。
在一种实施方式中，适合于形成纤维的玻璃组合物包含59-62重量％S iO2；14-19重量％Al2O3；4-8重量％CaO；6-11重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-3重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-2重量％Cu2O；0-3重量％SrO；量在约2重量％至约6重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。
应理解，经描述为以约0重量％至另一重量％的量存在的玻璃组合物的任何组分在所有实施方式中未必是必须的。换言之，在一些实施方式中这样的组分可以是任选的，当然这取决于包括在组合物中的其他组分的量。同样地，在一些实施方式中，玻璃组合物可基本上不含这样的组分，这意指玻璃组合物中存在的任何量的组分将源自配合料中作为痕量杂质存在的组分。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的SiO2的量。在一些实施方式中，SiO2可以约51重量％至约65重量％之间及约51重量％与约63重量％之间的量存在。在一些实施方式中，SiO2可以约54重量％与约65重量％之间及约54重量％至约63重量％之间的量存在。在一些实施方式中，SiO2可以约59重量％至约62重量％之间及约59重量％至约65重量％之间的量存在。SiO2在一些实施方式中可以约56重量％至约68重量％之间的量存在，且在其他实施方式中以约60重量％至约68重量％的量存在。在一些实施方式中，玻璃组合物可包含至少60重量％的SiO2。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的Al2O3的量。在一些实施方式中，玻璃组合物可包含12.5至22重量％的Al2O3。在一些实施方式中，Al2O3可以约12.5重量％至约19重量％之间的量存在。在一些实施方式中，Al2O3可以约11重量％与20重量％之间的量存在。在一些实施方式中，Al2O3可以约14重量％与19重量％之间的量存在。在一些实施方式中，Al2O3可以约14.5重量％与19重量％之间的量存在。在一些实施方式中，Al2O3可以约15重量％与19重量％之间及约15重量％与18重量％之间的量存在。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的CaO的量。在一些实施方式中，CaO可以0与约20重量％之间的量存在。在一些实施方式中，CaO可以0与约16重量％之间的量存在。在一些实施方式中，CaO可以约0.5重量％至约15重量％之间的量存在。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物可包含约0.5重量％至约14重量％。在一些实施方式中，CaO可以小于约12重量％的量存在。在一些实施方式中，CaO可以约0.5重量％至约10重量％之间的量存在。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物可包含小于约5重量％CaO。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物可包含约4重量％至约8重量％之间的CaO。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的MgO的量。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物包含0与约12重量％之间的MgO。在一些实施方式中，MgO可以至多约9重量％的量存在。在一些实施方式中，MgO可以约6重量％至约9重量％或约6重量％至约11之间的量存在。在一些实施方式中，MgO可以约7重量％至约17重量％之间的量存在。在一些实施方式中，MgO可以约10重量％至约16重量％之间的量存在。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的Na2O的量。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物可包含约0与约2.5重量％之间的Na2O。在一些实施方式中，Na2O可以约0与约1.5重量％之间的量存在。在一些实施方式中，Na2O可以至多约1.5重量％的量存在。在一些实施方式中，Na2O可以至多约1.0重量％的量存在。在一些实施方式中，Na2O可以至多约0.5重量％的量存在。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物包含小于约0.1重量％Na2O。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的K2O的量。在一些实施方式中，K2O可以约0与约1重量％之间的量存在。在一些实施方式中，K2O可以至多约1重量％的量存在。在一些实施方式中，K2O可以至多约0.5重量％的量存在。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物包含小于约0.1重量％K2O。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的Li2O的量。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物可包含约0与约5重量％之间的Li2O。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物可包含约0与约2重量％之间的Li2O。在一些实施方式中，Li2O在一些实施方式中可以约0.4重量％至约2重量％之间的量存在。在一些实施方式中，Li2O可以约0与约1重量％之间的量存在。在一些实施方式中，Li2O可以至多约1重量％的量存在。
本发明的一些实施方式的特征可在于Na2O、K2O及Li2O含量的总量。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物中的Na2O+K2O+Li2O含量大于1重量％。在一些实施方式中，Na2O+K2O+Li2O含量为至多约2.5重量％。在一些实施方式中，Na2O+K2O+Li2O含量大于约1重量％且至多约2.5重量％。
本发明的一些实施方式的特征可在于Na2O及K2O含量的总量。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物中的Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，Na2O+K2O含量为至多约0.3重量％。在一些实施方式中，Na2O+K2O含量为至多约0.1重量％。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的B2O3的量。在一些实施方式中，B2O3可以约0-约3重量％的量存在。在一些实施方式中，B2O3可以约0-约2重量％的量存在。在一些实施方式中，B2O3可以约0-约1重量％的量存在。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物可基本上不含B2O3，这意指玻璃组合物中存在的任何B2O3将源自配合料中作为痕量杂质存在的B2O3。在其他实施方式中，本发明的玻璃组合物可包含大于约1重量％的B2O3。在一些实施方式中，B2O3可以至多约10重量％的量存在。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的Fe2O3的量。在一些实施方式中，Fe2O3可以小于1.0重量％的量存在。在一些实施方式中，Fe2O3可以约0-约0.5重量％的量存在。在一些实施方式中，Fe2O3可以至多约0.4重量％的量存在。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的TiO2的量。在一些实施方式中，TiO2可以约0-约3重量％的量存在。在一些实施方式中，TiO2可以至多约3重量％的量存在。在一些实施方式中，TiO2可以0至约2重量％存在。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的Cu2O的量。在一些实施方式中，Cu2O可以约0与约2重量％之间的量存在。在一些实施方式中，Cu2O可以至多2重量％的量存在。在一些实施方式中，Cu2O可以0至约1.5重量％存在。Cu2O用于玻璃配合料、熔融玻璃、氧化态混合物中，据信Cu1+及Cu2+离子在玻璃中是稳定的。在不希望束缚于任何理论的情况下，据信单价Cu+离子功能类似于碱金属(alkal is)及二价Cu2+离子功能类似于ZnO，由此改进玻璃化学耐久性。在玻璃或玻璃纤维表面上Cu+离子氧化成Cu2+离子提供了较高玻璃和/或玻璃纤维强度的益处。据信通过形成减缓分子水从周围环境渗透至玻璃和/或玻璃纤维中的结构钝化层来提供增加的强度。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的SrO的量。在一些实施方式中，SrO可以约0与约3重量％之间的量存在。在一些实施方式中，SrO可以至多3重量％的量存在。在一些实施方式中，SrO可以0至2.5重量％存在。SrO与MgO或CaO相比具有降低玻璃粘度的效果。因此，添加SrO，与MgO或CaO不同，将导致玻璃弹性模量改良。
在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物可包含ZnO。在一些实施方式中，ZnO可用于替代或减少玻璃组合物的CaO量。在一些实施方式中，据信包括ZnO以至少部分替代CaO会改进来自这样的组合物的玻璃纤维的声波模量及抗拉强度。此外，据信ZnO降低玻璃熔体中的CaO活性，并因此据信降低熔体中硅灰石(CaO·SiO2)和/或钙长石(CaO·Al2O3·2SiO3)的结晶风险。在一些实施方式中，含有较高浓度ZnO的玻璃纤维也可提供对酸腐蚀改良的耐受性。在包括ZnO的实施方式中，ZnO可以至多约4重量％的量存在。在包括ZnO的一些实施方式中，ZnO可以至多约4重量％的量存在且CaO量可在约0与约5重量％之间。
在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物可包含锡氧化物。尽管可以SnO2形式引入锡氧化物，在高温下熔融时玻璃中大多数锡从Sn4+(从SnO2)还原成Sn2+(变成SnO)。就此而言，据信包括锡氧化物不仅改进由该组合物形成的玻璃纤维的声波模量及强度，而且经由在熔融期间玻璃的较好澄清来提高玻璃品质，在熔融期间在熔体中Sn4+离子还原成Sn2+离子时锡氧化物释放氧气气泡。另外，在一些实施方式中，玻璃中存在SnO可准许至少部分替代CaO。此外，据信SnO的存在降低玻璃熔体中的CaO活性，并因此据信降低熔体中硅灰石(CaO·SiO2)和/或钙长石(CaO·Al2O3·2SiO3)的结晶风险。就此而言，在一些实施方式中，也可以SnO形式添加锡氧化物而不潜在影响澄清。在包括锡氧化物的实施方式中，锡氧化物可以至多约4重量％的量存在。在包括锡氧化物的一些实施方式中，锡氧化物可以至多约4重量％的量存在且CaO量可在约0与约5重量％之间。
在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物的特征可在于SnO2及CeO2的量。由于这些氧化物可对玻璃熔体及由其形成的纤维具有类似影响，一些玻璃组合物可包含SnO2及CeO2二者。在一些实施方式中，SnO2+CeO2含量可为至多约8重量％。在一些实施方式中，SnO2+CeO2含量可为至多约6重量％。在一些实施方式中，SnO2+CeO2含量可为至多约4重量％。在一些实施方式中，SnO2可以至多约4重量％的量存在且CeO2也可以至多约4重量％的量存在。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的ZrO2量。在一些实施方式中，ZrO2可以约0与约3重量％之间的量存在。在一些实施方式中，ZrO2可以至多约2重量％的量存在。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物可基本上不含ZrO2，这是指玻璃组合物中所存在的任何ZrO2将源自作为微量杂质存在于配合料中的ZrO2。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的P2O5的量。在一些实施方式中，P2O5可以约0-约3重量％的量存在。在一些实施方式中，P2O5可以至多约2.5重量％的量存在。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物可基本上不含P2O5，这意指玻璃组合物中存在的任何P2O5将源自配合料中作为痕量杂质存在的P2O5。P2O5充当玻璃网络形成体，且如SiO2在玻璃中形成四面体单元(PO4)。在一些实施方式中，P2O5可用于替代SiO2以降低含有尤其高浓度的稀土氧化物的玻璃的液相线温度。
本发明的一些实施方式的特征可在于玻璃组合物中所存在的氧化铌(Nb2O5)的量。Nb2O5充当玻璃网络形成体，但与作为玻璃网络形成体形成四面体单元(SiO4)的SiO2不同，形成八面体单元(NbO6)。据信Nb2O5取代一些SiO2含量会降低熔融粘度。在含碱土金属的铝硅酸盐玻璃或含碱金属的铝硅酸盐玻璃中存在NbO6和SiO4二者的情况下，存在4倍(AlO)及6倍(AlO6)的铝，且存在较高浓度AlO6导致较高浓度的Nb2O5，其据信导致由该组合物形成的玻璃纤维中的较低熔融粘度和较高声波模量和抗拉强度。在包括Nb2O5的实施方式中，Nb2O5可以至多约5重量％的量存在。
硫酸盐(表达为SO3)也可作为精炼剂存在。也可存在少量来自原料或来自熔融程序期间污染的杂质，诸如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，诸如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)通常各自以小于总玻璃组合物的0.5重量％的量存在。
如上所述，根据本发明的一些实施方式的玻璃组合物是可纤维化的。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物具有对于用于商业玻璃纤维制造操作来说令人期望的形成温度(TF)。如本文中所使用，术语“形成温度”或TF意指玻璃组合物具有1000泊粘度的温度(或“log3温度”)。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物具有从约1250℃至约1415℃范围内的形成温度(TF)。在另一实施方式中，本发明的玻璃组合物具有从约1250℃至约1350℃范围内的形成温度。在一些实施方式中，玻璃组合物具有从约1250℃至约1310℃范围内的形成温度。
在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物的液相线温度在约1150℃至约1515℃范围内。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物的液相线温度在约1130℃至约1235℃范围内。在另一实施方式中本发明的玻璃组合物的液相线温度在约1190℃至约1300℃范围内。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物的液相线温度在约1190℃至约1260℃范围内。
在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物的形成温度与液相线温度之间的差对于商业玻璃纤维制造操作来说是令人期望的。例如，针对玻璃组合物的一些实施方式，形成温度与液相线温度之间的差为从约35℃至大于60℃范围内。在一些实施方式中，本发明的玻璃组合物的形成温度与液相线温度之间的差为至少50℃。在其他实施方式中，本发明的玻璃组合物的形成温度与液相线温度之间的差在约70℃至约190℃范围内。
如本文中所提供，玻璃纤维可由本发明的玻璃组合物的一些实施方式形成。因此，本发明的实施方式可包含由本文中所描述的任何玻璃组合物形成的玻璃纤维。在一些实施方式中，可将玻璃纤维配置至织物中。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可以其他形式提供，包括例如但不限于作为连续原丝、短切原丝(干燥或润湿)、纱线、粗纱、预浸料等。简言之，玻璃组合物(和由其形成的任何纤维)的各种实施方式可用于各种应用中。
本发明的一些实施方式涉及玻璃纤维股。本发明的一些实施方式涉及包含玻璃纤维股的纱线。本发明的纱线的一些实施方式特别适合用于织造应用。另外，本发明的一些实施方式涉及玻璃纤维织物。本发明的玻璃纤维织物的一些实施方式特别适合用于强化应用中，尤其是这样的强化应用，其中高模量、高强度和/或高伸长率是重要的。此外，本发明的一些实施方式涉及并入有玻璃纤维股、玻璃纤维纱线和玻璃纤维织物的复合材料，诸如纤维强化聚合物复合材料。本发明的一些复合材料特别适合用于强化应用中，尤其这样的强化应用，其中高模量、高强度和/或高伸长率是重要的，诸如风能(例如，风车叶片)、汽车应用、安全/安保应用(例如，防弹衣或装甲面板)、航天或航空应用(例如，飞机的内部底板)、高压容器或槽、导弹外壳及其他。本发明的一些实施方式涉及汽车复合材料。本发明的一些实施方式涉及航天复合材料。本申请的其他实施方式涉及航空复合材料。本发明的仍其他实施方式涉及适合用于风能应用中的复合材料。本发明的一些实施方式涉及预浸料。本发明的一些实施方式涉及用于安全/安保应用(诸如装甲面板)的复合材料。本发明的其他实施方式涉及用于高压容器或储存槽的复合材料。本发明的一些实施方式涉及用于导弹外壳的复合材料。本发明的其他实施方式涉及用于高温热绝缘应用中的复合材料。本发明的一些实施方式涉及其中较低热膨胀系数是特别令人期望的印刷电路板，诸如用于芯片封装的基板。
本发明的一些实施方式涉及玻璃纤维股。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维股包含多根包含玻璃组合物的玻璃纤维，该玻璃组合物包含以下组分：
51-65重量％的SiO2；
12.5-19重量％的Al2O3；
0-16重量％的CaO；
0-12重量％的MgO；
0-2.5重量％的Na2O；
0-1重量％的K2O；
0-2重量％的Li2O；
0-3重量％的TiO2；
0-3重量％的ZrO2；
0-3重量％的B2O3；
0-3重量％的P2O5；
0-1重量％的Fe2O3；
含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物；和
总计为0-11重量％的其他组分。
在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3、和Nd2O3中的至少之一。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少1重量％的量存在。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维股包含多根包含玻璃组合物的玻璃纤维，该玻璃组合物包含以下组分：
51-65重量％的SiO2；
12.5-22重量％的Al2O3；
0-16重量％的CaO；
0-12重量％的MgO；
0-2.5重量％的Na2O；
0-1重量％的K2O；
0-2重量％的Li2O；
0-3重量％的TiO2；
0-3重量％的ZrO2；
0-3重量％的B2O3；
0-3重量％的P2O5；
0-1重量％的Fe2O3；
含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物；和
总计为0-11重量％的其他组分，
其中Na2O+K2O+Li2O含量大于1重量％。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3和Nd2O3中的至少之一。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少1重量％的量存在。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维股包含多根包含玻璃组合物的玻璃纤维，该玻璃组合物包含以下组分：
51-63重量％的SiO2；
14.5-19重量％的Al2O3；
0.5-10重量％的CaO；
0-12重量％的MgO；
0-1重量％的Na2O；
0-1重量％的K2O；
0-2重量％的Li2O；
0-3重量％的TiO2；
0-3重量％的ZrO2；
0-2重量％的B2O3；
0-3重量％的P2O5；
0-1重量％的Fe2O3；
含量不小于0.5重量％的至少一种稀土氧化物；和
总计为0-11重量％的其他组分。
在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3、和Nd2O3中的至少之一。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少1重量％的量存在。在一些实施方式中，该至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维股包含多根玻璃纤维，其包含含以下组分的玻璃组合物：
56-68重量％SiO2；
11至小于20重量％Al2O3；
12重量％或更少的CaO；
7-17重量％MgO；
0-1重量％Na2O；
0-1重量％K2O；
0-5重量％Li2O；
0-2重量％TiO2；
0-3重量％B2O3；
0-1重量％Fe2O3；
0-4重量％SnO2；
0-4重量％ZnO；
含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物；和
总计0-11重量％的其他成分。
在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少1重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约15重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约8重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维股包含多根玻璃纤维，其包含含以下组分的玻璃组合物：
60-68重量％S iO2；
14-19重量％Al2O3；
5重量％或更少的CaO；
10-16重量％MgO；
0-1重量％Na2O；
0-1重量％K2O；
0-2重量％Li2O；
0-2重量％TiO2；
0-3重量％B2O3；
0-1重量％Fe2O3；
0-4重量％SnO2；
0-4重量％ZnO；
含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物；和
总计0-11重量％的其他成分。
在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约15重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约8重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维股包含多根玻璃纤维，其包含含以下组分的玻璃组合物：
60-68重量％S iO2；
14-19重量％Al2O3；
5重量％或更少的CaO；
10-16重量％MgO；
0-1重量％Na2O；
0-1重量％K2O；
0.4-2重量％Li2O；
0-2重量％TiO2；
0-3重量％B2O3；
0-1重量％Fe2O3；
0-4重量％SnO2；
0-4重量％ZnO；
量在约1重量％至约8重量％之间的至少一种稀土氧化物；和
总计0-11重量％的其他成分，
其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维股包含多根玻璃纤维，其包含含以下组分的玻璃组合物：
59-62重量％S iO2；
14-19重量％Al2O3；
4-8重量％CaO；
6-11重量％MgO；
0-1重量％Na2O；
0-1重量％K2O；
0-2重量％Li2O；
0-3重量％TiO2；
0-3重量％B2O3；
0-1重量％Fe2O3；
0-2重量％Cu2O；
0-3重量％SrO；
量在约2重量％至约6重量％之间的至少一种稀土氧化物；和
总计0-11重量％的其他成分，
其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。
本文中公开多种其他玻璃组合物作为本发明的一部分，和本发明的其他实施方式涉及由这种组合物形成的玻璃纤维股。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可展现出令人期望的机械和其他性质。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可展现出与由E玻璃形成的玻璃纤维相比的一种或多种改良的机械性能。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可提供与由R玻璃和/或S玻璃形成的玻璃纤维相比的一种或多种改良的性质。由本发明的玻璃纤维的一些实施方式展现出的令人期望的性质的实例包括但不限于抗拉强度、杨氏模量、热膨胀系数、软化点、伸长率和介电常数。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有令人期望的杨氏模量(E)值。在一些实施方式中，由本发明的玻璃组合物形成的纤维可具有大于约87GPa的杨氏模量。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有大于约90GPa的杨氏模量。在一些实施方式中，由本发明的玻璃组合物形成的纤维可具有大于约92GPa的杨氏模量。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有大于约93GPa的杨氏模量。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有大于约95GPa的杨氏模量。除非本文中另有规定，否则本文所论述的杨氏模量值是使用以下实施例章节中所陈述的工序测定的。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有令人期望的抗拉强度。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有大于4000MPa的抗拉强度。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有大于4,500MPa的抗拉强度。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有大于约5000MPa的抗拉强度。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有大于约5500MPa或大于约5700MPa的抗拉强度。除非本文中另有规定，否则抗拉强度值是使用实施例章节中所陈述的工序测定的。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有令人期望的的伸长率值。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维的伸长率可为至少5.0％。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维的伸长率可为至少5.5％。在其他实施方式中，本发明的玻璃纤维的伸长率可为至少6.0％。除非本文另外陈述，否则伸长率值使用实施例章节中所陈述的工序测定的。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有令人期望的热膨胀系数。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有小于约4.5ppm/℃的热膨胀系数。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有小于约3.1ppm/℃的热膨胀系数。除非另有规定，否则热膨胀系数是使用实施例章节中所陈述的工序测定的。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有令人期望的软化点。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有至少约900℃的软化点。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有至少约950℃的软化点。除非另有规定，否则软化点值是使用实施例章节中所陈述的工序测定的。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维可具有对于用于电子器件应用中令人期望的介电常数值(Dk)。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维在1MHz频率下可具有小于约6.0的介电常数值(Dk)。除非本文中另有陈述，否则通过ASTM测试方法D150(“固体电绝缘材料的A-C损耗特性和电容率(介电常数)的标准测试方法(Standard Tes tMethods for A-CLoss Character is t ics and Permi t t ivi ty(Dielectr ic Cons tant)of Sol idElectr ical Insulat ing Mater ials)”)从1MHz至1GHz测定介电常数(Dk)。
玻璃纤维股可包含各种直径的玻璃纤维，这取决于期望的应用。在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维股包含至少一根具有约5μm-约18μm的直径的玻璃纤维。在其他实施方式中，该至少一根玻璃纤维具有约5μm-与约10μm的直径。
在一些实施方式中，本发明的玻璃纤维股可形成为粗纱。粗纱可包括组装的(assembled)、多末端或单末端直接抽丝(draw)粗纱。包含本发明的玻璃纤维股的粗纱可包括具有各种直径和密度的直接牵伸单末端粗纱，这取决于所期望的应用。在一些实施方式中，包含本发明的玻璃纤维股的粗纱展现出至多约112码/磅的密度。
本发明的一些实施方式涉及包含如本文所公开的至少一种玻璃纤维股的纱线。在一些实施方式中，本发明的纱线包含至少一种玻璃纤维股，其包含含以下各者的玻璃组合物：56-68重量％SiO2、11至小于20重量％Al2O3,12重量％或更少的CaO,7-17重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-5重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，纱线包含至少一种玻璃纤维股，其包含含以下各者的玻璃组合物：60-68重量％SiO2、14-19重量％Al2O3、5重量％或更少的CaO、10-16重量％MgO、0-1重量％Na2O、0-1重量％K2O、0-2重量％Li2O、0-2重量％TiO2、0-3重量％B2O3、0-1重量％Fe2O3、0-4重量％SnO2、0-4重量％ZnO、含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的纱线包含至少一种玻璃纤维股，其包含含以下各者的玻璃组合物：60-68重量％SiO2、14-19重量％Al2O3、5重量％或更少的CaO、10-16重量％MgO、0-1重量％Na2O、0-1重量％K2O、0.4-2重量％Li2O、0-2重量％TiO2、0-3重量％B2O3、0-1重量％Fe2O3、0-4重量％SnO2、0-4重量％ZnO、量在约1重量％至约8重量％之间的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在其他实施方式中，本发明的纱线可包含含本文所公开的作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中之一的至少一种玻璃纤维股。在一些实施方式中，本发明的纱线包含至少一种玻璃纤维股，其包含含以下各者的玻璃组合物：59-62重量％S iO2,14-19重量％Al2O3；4-8重量％CaO；6-11重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-3重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-2重量％Cu2O；0-3重量％SrO；量在约2重量％至约6重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。
在一些实施方式中，本发明的纱线包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股，其中该至少一根玻璃纤维股至少部分地涂覆有施胶组合物。在一些实施方式中，施胶组合物与热固性聚合树脂相容。在其他实施方式中，施胶组合物可包括淀粉-油施胶组合物。
纱线可具有多种线性质量密度，这取决于所期望的应用。在一些实施方式中，本发明的纱线具有从约5,000码/磅至约10,000码/磅的线性质量密度。
纱线可具有多种捻级和方向，这取决于所期望的应用。在一些实施方式中，本发明的纱线在z方向上具有约0.5-约2捻回/英寸的捻度。在其他实施方式中，本发明的纱线在z方向上具有约0.7捻回/英寸的捻度。
纱线可由经加捻在一起和/或合股的一根或多根丝束(s trand)制成，这取决于所期望的应用。纱线可由经加捻在一起但未合股的一根或多根丝束制成；这样的纱线称为“单纱(s ing le)”。本发明的纱线可由经加捻在一起但未合股的一根或多根丝束制成。在一些实施方式中，本发明的纱线包含1-4根经加捻在一起的丝束。在其他实施方式中，本发明的纱线包含1根经加捻的丝束。
本发明的一些实施方式涉及包含至少一种玻璃纤维股的织物。在一些实施方式中，织物包含至少一种玻璃纤维股，其包含含以下各者的玻璃组合物：56-68重量％SiO2,11至少于20重量％Al2O3,12重量％或更少的CaO,7-17重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-5重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，织物包含至少一种玻璃纤维股，其包含含以下各者的玻璃组合物：60-68重量％S iO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，织物包含至少一种玻璃纤维股，其包含含以下各者的玻璃组合物：60-68重量％S iO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0.4-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、量在约1重量％至约8重量％之间的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，织物包含至少一种玻璃纤维股，其包含含以下各者的玻璃组合物：59-62重量％SiO2,14-19重量％Al2O3；4-8重量％CaO；6-11重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-3重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-2重量％Cu2O；0-3重量％SrO；量在约2重量％至约6重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。在其他实施方式中，本发明的织物可包含至少一根玻璃纤维股，该玻璃纤维股包含本文中所公开作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中的一种。在一些实施方式中，本发明的织物包含如本文中所公开的纱线。在一些实施方式中，本发明的织物可包含至少一根纬纱，该纬纱包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股。在一些实施方式中，本发明的织物可包含至少一根经纱，该经纱包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股。在一些实施方式中，本发明的织物包含至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的纬纱和至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的经纱。
在包含织物的本发明的一些实施方式中，玻璃纤维织物是根据工业织物式样编号7781织造的织物。在其他实施方式中，织物包括平纹织物、斜纹织物、毛茛织物、缎织织物、针缝黏合织物(还称为无卷曲织物)或“三维”机织织物。
本发明的一些实施方式涉及复合材料。在一些实施方式中，本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：56-68重量％S iO2、11至小于20重量％Al2O3、12重量％或更少的CaO、7-17重量％MgO、0-1重量％Na2O、0-1重量％K2O、0-5重量％Li2O、0-2重量％TiO2、0-3重量％B2O3、0-1重量％Fe2O3、0-4重量％SnO2、0-4重量％ZnO、含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％S iO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％S iO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0.4-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO。量为约1重量％与约8重量％之间的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：59-62重量％SiO2,14-19重量％Al2O3；4-8重量％CaO；6-11重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-3重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-2重量％Cu2O；0-3重量％SrO；量在约2重量％至约6重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3,Y2O3,Sc2O3,Nd2O3,CeO2,Sm2O3,和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。在其他实施方式中，本发明的复合材料可包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中该多根玻璃纤维中的至少之一由本文中所公开作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中的一种形成。在一些实施方式中，本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股。在一些实施方式中，本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的包含至少一根如本文中所公开玻璃纤维股的粗纱的至少一部分。在其他实施方式中，本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一根如本文中所公开的纱线。在仍其他实施方式中，本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一个如本文中所公开的织物。在一些实施方式中，本发明的复合材料包含至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的纬纱和至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的经纱。
本发明的复合材料可包括多种聚合树脂，这取决于所期望的性质和应用。在包含复合材料的本发明的一些实施方式中，聚合树脂包括环氧树脂。在包含复合材料的本发明的其他实施方式中，聚合树脂可包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、酚醛树脂、聚酯、乙烯酯、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。
本发明的一些实施方式涉及航天复合材料。在一些实施方式中，本发明的航天复合材料展现出对于用于航天应用中令人期望的性质，诸如高强度、高伸长率、高模量和/或低密度。
在一些实施方式中，本发明的航天复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：56-68重量％S iO2,11至少于20重量％Al2O3,12重量％或更少的CaO,7-17重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-5重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的航天复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％S iO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的航天复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％S iO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0.4-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、量在约1重量％至约8重量％之间的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，本发明的航天复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：59-62重量％S iO2,14-19重量％Al2O3；4-8重量％CaO；6-11重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-3重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-2重量％Cu2O；0-3重量％SrO；量在约2重量％至约6重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3,Y2O3,Sc2O3,Nd2O3,CeO2,Sm2O3,和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。在其他实施方式中，本发明的航天复合材料可包含聚合树脂及设置于聚合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所公开的作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中之一形成。
在一些实施方式中，本发明的航天复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股。在一些实施方式中，本发明的航天复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的粗纱的至少一部分。在其他实施方式中，本发明的航天复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一根如本文中所公开的纱线。在仍其他实施方式中，本发明的航天复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一个如本文中所公开的织物。在一些实施方式中，本发明的航天复合材料包含至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的纬纱和至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的经纱。
本发明的航天复合材料可包括多种聚合树脂，这取决于所期望的性质和应用。在包含航天复合材料的本发明的一些实施方式中，聚合树脂包括环氧树脂。在包含航天复合材料的本发明的其他实施方式中，聚合树脂可包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、酚醛树脂、聚酯、乙烯酯、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。可使用本发明的航天复合材料的部件的实例可包括但不限于地板面板、舱顶行李箱(overhead bin)、厨房(gal ley)、座椅靠背和其他可能易受到冲击的内部隔间以及外部组件(诸如直升机旋翼桨叶)。
本发明的一些实施方式涉及航空复合材料。在一些实施方式中，本发明的航空复合材料展现出对于用于航空应用中令人期望的性质，诸如高强度、高伸长率、高模量、较低密度、高比强度和/或高比模量。本发明的一些航空复合材料的高伸长率可使得这种复合材料对于用于航空应用(其中高抗冲击性是重要的)(诸如，飞机内饰应用)中是尤其令人期望的。在一些实施方式中，与由E玻璃织物形成的复合材料相比，本发明的航空复合材料可表现出增加的冲击性能。本发明的航空复合材料可适合用于飞机内饰中(包括行李储存箱、座位和地板等)。
在一些实施方式中，本发明的航空复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：56-68重量％SiO2,11至少于20重量％Al2O3,12重量％或更少的CaO,7-17重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-5重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的航空复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％SiO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的航空复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％S iO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0.4-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、量在约1重量％至约8重量％之间的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，本发明的航空复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：59-62重量％S iO2,14-19重量％Al2O3；4-8重量％CaO；6-11重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-3重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-2重量％Cu2O；0-3重量％SrO；量在约2重量％至约6重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。在其他实施方式中，本发明的航空复合材料可包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中至少之一由本文所公开的作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中之一形成。
在一些实施方式中，本发明的航空复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股。在一些实施方式中，本发明的航空复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的包含至少一根如本文中所公开玻璃纤维股的粗纱的至少一部分。在其他实施方式中，本发明的航空复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一根如本文中所公开的纱线。在仍其他实施方式中，本发明的航空复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一个如本文中所公开的织物。在一些实施方式中，本发明的航空复合材料包含至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的纬纱和至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的经纱。
本发明的航空复合材料可包括多种聚合树脂，这取决于所期望的性质和应用。在包含航空复合材料的本发明的一些实施方式中，聚合树脂包括酚醛树脂。在包含航空复合材料的本发明的其他实施方式中，聚合树脂可包括环氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、酚醛树脂、聚酯、乙烯酯、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。可使用本发明的航空复合材料的部件的实例可包括但不限于地板面板、舱顶行李箱、厨房、座椅靠背和其他可能易受到冲击的内部隔间以及外部组件(诸如直升机旋翼桨叶)。
本发明的一些实施方式涉及汽车复合材料。在一些实施方式中，本发明的汽车复合材料展现出对于用于汽车应用中令人期望的性质，诸如高强度、高伸长率和/或低纤维密度。本发明的一些复合材料的高强度和高伸长率(或失效至应变(fai lure-to-s train))的组合可使得这种复合材料对于用于汽车应用(其中高抗冲击性是重要的)(诸如汽车结构组件、主体和保险杆)中尤其令人期望的。在一些实施方式中，与由E玻璃织物、R玻璃织物和/或S玻璃织物形成的复合材料相比，本发明的汽车复合材料可表现出增加的冲击性能。
在一些实施方式中，本发明的汽车复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：56-68重量％SiO2,11至少于20重量％Al2O3,12重量％或更少的CaO,7-17重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-5重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的汽车复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％SiO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的汽车复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％S iO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0.4-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、量在约1重量％至约8重量％之间的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，本发明的汽车复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：59-62重量％S iO2,14-19重量％Al2O3；4-8重量％CaO；6-11重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-3重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-2重量％Cu2O；0-3重量％SrO；量在约2重量％至约6重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3,Y2O3,Sc2O3,Nd2O3,CeO2,Sm2O3,和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。在其他实施方式中，本发明的汽车复合材料可包含聚合树脂及设置于聚合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所公开的作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中之一形成。
在一些实施方式中，本发明的汽车复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股。在一些实施方式中，本发明的汽车复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的包含至少一根如本文中所公开玻璃纤维股的粗纱的至少一部分。在其他实施方式中，本发明的汽车复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一根如本文中所公开的纱线。在仍其他实施方式中，本发明的汽车复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一个如本文中所公开的织物。在一些实施方式中，本发明的汽车复合材料包含至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的纬纱和至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的经纱。
本发明的汽车复合材料可包括多种聚合树脂，这取决于所期望的性质和应用。在包含汽车复合材料的本发明的一些实施方式中，聚合树脂可包括热塑性树脂或热固性树脂。汽车复合材料中所使用的常见热塑性树脂的实例包括但不限于聚丙烯、聚酰胺、高温聚酰胺、聚酯和本领域技术人员已知的其他热塑性树脂。汽车复合材料中所使用的常见热固性树脂的实例包括但不限于环氧树脂、酚醛树脂、聚酯和本领域技术人员已知的其他热固性树脂。可使用本发明的汽车复合材料的部件的实例可包括但不限于汽车结构组件、主体和保险杠。
本发明的一些实施方式涉及可用于风能应用中的复合材料。在一些实施方式中，适合用于风能应用中的本发明的复合材料展现出对于用于风能应用中令人期望的性质，诸如高模量、高伸长率、低纤维密度和/或高比模量。本发明的复合材料可适合用于风力涡轮机叶片，特别是与其他长风力涡轮机叶片相比质量更轻但仍强韧的长风力涡轮机叶片。
在一些实施方式中，适用于风能应用的本发明复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：56-68重量％S iO2、11至小于20重量％Al2O3、12重量％或更少的CaO、7-17重量％MgO、0-1重量％Na2O、0-1重量％K2O、0-5重量％Li2O、0-2重量％TiO2、0-3重量％B2O3、0-1重量％Fe2O3、0-4重量％SnO2、0-4重量％ZnO、含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，适用于风能应用的本发明复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％S iO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，适用于风能应用的本发明复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％SiO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0.4-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、量在约1重量％至约8重量％之间的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，适用于风能应用的本发明复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：59-62重量％SiO2,14-19重量％Al2O3；4-8重量％CaO；6-11重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-3重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-2重量％Cu2O；0-3重量％SrO；量在约2重量％至约6重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3,Y2O3,Sc2O3,Nd2O3,CeO2,Sm2O3,和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。在其他实施方式中，本发明的适用于风能应用的复合材料可包含聚合树脂及设置于聚合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所公开的作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中之一形成。
在一些实施方式中，适合用于风能应用中的本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股。在一些实施方式中，适合用于风能应用中的本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的包含至少一根如本文中所公开玻璃纤维股的粗纱的至少一部分。在其他实施方式中，适合用于风能应用中的本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一根如本文中所公开的纱线。在仍其他实施方式中，适合用于风能应用中的本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一个如本文中所公开的织物。在一些实施方式中，适合用于风能应用中的本发明的复合材料包含至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的纬纱和至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的经纱。
适合用于风能应用中的本发明的复合材料可包括多种聚合树脂，这取决于所期望的性质和应用。在包含适合用于风能应用中的复合材料的本发明的一些实施方式中，聚合树脂包括环氧树脂。在包含适合用于风能应用中的复合材料的本发明的其他实施方式中，聚合树脂可包括聚酯树脂、乙烯酯、热固性聚氨酯或聚二环戊二烯树脂。
本发明的一些实施方式涉及用于高压容器和/或槽中的复合材料。在一些实施方式中，本发明的用于高压容器和/或槽中的复合材料展现出对于用于这种应用中令人期望的性质，诸如高强度、高伸长率、低密度和/或高比强度。
在一些实施方式中，本发明的用于高压容器和/或罐的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：56-68重量％SiO2,11至少于20重量％Al2O3,12重量％或更少的CaO,7-17重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-5重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的用于高压容器和/或罐的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％S iO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的用于高压容器和/或罐的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％SiO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0.4-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、量在约1重量％至约8重量％之间的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，本发明的用于高压容器和/或罐的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：59-62重量％SiO2,14-19重量％Al2O3；4-8重量％CaO；6-11重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-3重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-2重量％Cu2O；0-3重量％SrO；量在约2重量％至约6重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。在其他实施方式中，本发明的用于高压容器和/或罐的复合材料可包含聚合树脂及设置于聚合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所公开的作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中之一形成。
在一些实施方式中，本发明的用于高压容器和/或槽中的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一根如本文中所公开玻璃纤维股。在一些实施方式中，本发明的用于高压容器和/或槽中的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的包含至少一根如本文中所公开玻璃纤维股的粗纱的至少一部分。在其他实施方式中，本发明的用于高压容器和/或槽中的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一根如本文中所公开的纱线。在仍其他实施方式中，本发明的用于高压容器和/或槽中的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一个如本文中所公开的织物。在一些实施方式中，本发明的用于高压容器和/或槽中的复合材料包含至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的纬纱和至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的经纱。
本发明的用于高压容器和/或槽中的复合材料可包括多种聚合树脂，这取决于所期望的性质和应用。在包含用于高压容器和/或槽中的复合材料的本发明的一些实施方式中，聚合树脂可包括热固性树脂。高压容器和/或槽中所使用的常见热固性树脂的实例包括但不限于树脂、酚醛树脂、聚酯、乙烯脂和本领域技术人员已知的其他热固性树脂。
在一些实施方式中，本发明的复合材料可用于安全和/或安保应用中。例如，在一些实施方式中，本发明的复合材料适合用于高机械应力应用中，包括但不限于高能量冲击应用。可用于本发明的一些实施方式中的玻璃纤维可展现出对于高能量冲击应用(诸如防弹或防爆炸应用)尤其令人期望的性质。与包含E玻璃的玻璃纤维相比，可用于本发明的一些实施方式中的玻璃纤维可展现出低介电常数、低介电损耗、高玻璃化转变温度和/或低热膨胀。
在一些实施方式中，本发明的复合材料可适合用于装甲应用中。例如，复合材料的一些实施方式可用于生产装甲面板中。在一些实施方式中，本发明的复合材料可形成面板，其中当通过美国国防部装甲V50弹道测试的测试方法标准(U.S.Department of DefenseTest Method Standard for V50 Ballistic Test for Armor)，MIL-STD-662F，1997年12月(下文为“MIL-STD-662F”)测量时，预期该面板展现出令人期望的0.30cal FSP(“碎片模拟射弹”)V50值(例如，在约2lb/ft2的面板面密度和约5mm至6mm的面板厚度下至少约900英尺/秒(fps))，该测试方法标准的全部内容以引用方式并入本文中。在此上下文下，术语“复合材料”通常是指包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的多根玻璃纤维的材料，而术语“面板”是指具有片状实际尺寸或形状的复合材料。在其他实施方式中，本发明的复合材料可形成面板，其中当通过MIL-STD-662F测量时，预期该面板展现出令人期望的0.50cal FSP V50值(例如，在约4.8至4.9lb/ft2的面板面密度和约13mm至13.5mm的面板厚度下至少约1200fps)。由于V50值可取决于面板面密度和面板厚度，因此本发明的复合材料可具有不同的V50值，这取决于面板如何构造。本发明的一些实施方式的一个优点是提供V50值高于使用E玻璃纤维合股的以类似方式构造的复合材料的复合材料。
在一些实施方式中，本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：56-68重量％SiO2,11至少于20重量％Al2O3,12重量％或更少的CaO,7-17重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-5重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分，其中该复合材料适用于抗弹道或抗爆炸性应用。在一些实施方式中，本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％SiO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分，且其中该复合材料适用于抗弹道或抗爆炸性应用。在一些实施方式中，本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％SiO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0.4-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、量在约1重量％至约8重量％之间的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％，其中该复合材料适用于抗弹道或抗爆炸性应用。在一些实施方式中，本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：59-62重量％SiO2,14-19重量％Al2O3；4-8重量％CaO；6-11重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-3重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-2重量％Cu2O；0-3重量％SrO；量在约2重量％至约6重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3,Y2O3,Sc2O3,Nd2O3,CeO2,Sm2O3,和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在，且其中该复合材料适用于抗弹道或抗爆炸性应用。在其他实施方式中，适用于抗弹道或抗爆炸性应用的本发明复合材料可包含聚合树脂及设置于聚合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所公开的作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中之一形成。
本发明的一些实施方式涉及包含本发明的复合材料的面板，诸如装甲面板。在一些实施方式中，本发明的复合材料可形成面板，其中当通过MIL-STD-662F测量时，预期该面板展现出令人期望的0.30cal FSP V50值(例如，在约2lb/ft2的面板面密度和约5mm至6mm的面板厚度下至少约900fps)。在其他实施方式中，本发明的复合材料可形成面板，其中当通过MIL-STD-662F测量时，预期该面板展现出令人期望的0.30cal FSP V50值(例如，在约2lb/ft2的面板面密度和约5mm至6mm的面板厚度下至少约1000fps)。在本发明的仍其他实施方式中，复合材料可形成面板，其中当通过MIL-STD-662F测量时，预期该面板展现出令人期望的0.30cal FSP V50值(例如，在约2lb/ft2的面板面密度和约5mm至6mm的面板厚度下至少约1100fps)。在本发明的一些实施方式中，复合材料可形成面板，其中当通过MIL-STD-662F测量时，预期该面板展现出令人期望的0.30cal FSP V50值(例如，在约2lb/ft2的面板面密度和约5mm至6mm的面板厚度下约900fps至约1140fps)。
在一些实施方式中，本发明的复合材料可形成面板，其中当通过MIL-STD-662F测量时，预期该面板展现出令人期望的0.50cal FSP V50值(例如，在约4.8至4.9lb/ft2的面板面密度和约13mm至13.5mm的面板厚度下至少约1200fps)。在本发明的其他实施方式中，复合材料可形成面板，其中当通过MIL-STD-662F测量时，预期该面板展现出令人期望的0.50cal FSP V50值(在约4.8至4.9lb/ft2的面板面密度和约13mm至13.5mm的面板厚度下至少约1300fps)。在本发明的仍其他实施方式中，复合材料可形成面板，其中当通过MIL-STD-662F测量时，预期该面板展现出令人期望的0.50cal FSP V50值(在约4.8至4.9lb/ft2的面板面密度和约13mm至13.5mm的面板厚度下至少约1400fps)。在本发明的一些实施方式中，复合材料可形成面板，其中当通过MIL-STD-662F测量时，预期该面板展现出令人期望的0.50cal FSP V50值(例如，在约4.8至4.9lb/ft2的面板面密度和约13mm至13.5mm的面板厚度下约1200fps至约1440fps)。
适合在防弹或防爆炸中使用的本发明的复合材料可包括各种聚合树脂。在本发明的一些实施方式中，复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中该多根玻璃纤维中的至少之一包含如本文中所公开的玻璃组合物，该复合材料可形成面板，诸如用于防弹或防爆炸的装甲面板，且该聚合树脂包括环氧树脂。在一些实施方式中，本发明的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中该多根玻璃纤维中的至少之一包含如本文中所公开的玻璃组合物，该复合材料可形成面板，诸如用于防爆或防爆炸的装甲面板，且该聚合树脂包括聚二环戊二烯树脂。在本发明的一些实施方式中，聚合树脂可包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(包括尼龙)、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、酚醛树脂、聚酯、乙烯酯、热固性聚氨酯、氰酸酯或双-马来酰亚胺树脂。
本发明的一些实施方式涉及用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料。在一些实施方式中，本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料展现出对于用于这种应用中令人期望的性质，诸如高模量、高强度、高伸长率、低热膨胀系数、高玻璃软化温度和/或高玻璃化转变温度。
在一些实施方式中，本发明的用于导弹及其他炸药递送装置的外壳中的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：56-68重量％SiO2,11至少于20重量％Al2O3,12重量％或更少的CaO,7-17重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-5重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的用于导弹及其他炸药递送装置的外壳中的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％S iO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的用于导弹及其他炸药递送装置的外壳中的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％SiO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0.4-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、量在约1重量％至约8重量％之间的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，本发明的用于导弹及其他炸药递送装置的外壳中的复合材料包含聚合树脂及设置于聚合树脂中的多根玻璃纤维，其中多根玻璃纤维中的至少一根包含含以下组分的玻璃组合物：59-62重量％S iO2,14-19重量％Al2O3；4-8重量％CaO；6-11重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-3重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-2重量％Cu2O；0-3重量％SrO；量在约2重量％至约6重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3,Y2O3,Sc2O3,Nd2O3,CeO2,Sm2O3,和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。在其他实施方式中，本发明的用于导弹及其他炸药递送装置的外壳中的复合材料可包含聚合树脂及设置于聚合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所公开的作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中之一形成。
在一些实施方式中，本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股。在一些实施方式中，本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的包含至少一根如本文中所公开玻璃纤维股的粗纱的至少一部分。在其他实施方式中，本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的如本文中所公开的至少一根纱线。在仍其他实施方式中，本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的如本文中所公开的至少一个织物。在一些实施方式中，本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料包含至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的纬纱和至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的经纱。
本发明的用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料可包括各种聚合树脂，这取决于所期望的性质和应用。在包含用于导弹和其他炸药递送装置的外壳中的复合材料的本发明的一些实施方式中，聚合树脂可包括热固性树脂。可用于这种应用中的常见热固性树脂的实例包括但不限于环氧树脂、酚醛树脂、聚酯和本领域技术人员已知的其他热固性树脂。
虽然本文中描述了本发明的复合材料的若干个示例性使用和应用，但本领域技术人员可识别这样的复合材料的其他潜在用途，包括，例如油气工业中的其他应用、与交通运输和基础设施有关的其他应用、替代性能源中的其他应用、其他高温热绝缘(即，热屏蔽)应用(归因于较高强度、较高模量、较高软化温度和较高玻璃化转变温度)等。
本发明的一些实施方式涉及预浸料。本发明的预浸料可包含聚合树脂和至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股。在一些实施方式中，本发明的预浸料包含聚合树脂和与该聚合树脂接触的多根玻璃纤维，其中该多根玻璃纤维中的至少之一包含玻璃组合物，该玻璃组合物包含以下组分：56-68重量％SiO2,11至少于20重量％Al2O3,12重量％或更少的CaO,7-17重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-5重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO；含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的预浸料包含聚合树脂及与聚合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包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％SiO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分。在一些实施方式中，本发明的预浸料包含聚合树脂及与聚合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包含含以下组分的玻璃组合物：60-68重量％SiO2,14-19重量％Al2O3,5重量％或更少的CaO,10-16重量％MgO,0-1重量％Na2O,0-1重量％K2O,0.4-2重量％Li2O,0-2重量％TiO2,0-3重量％B2O3,0-1重量％Fe2O3,0-4重量％SnO2,0-4重量％ZnO、量在约1重量％至约8重量％之间的至少一种稀土氧化物和总计0-11重量％的其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，本发明的预浸料包含聚合树脂及与聚合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包含含以下组分的玻璃组合物：59-62重量％SiO2,14-19重量％Al2O3；4-8重量％CaO；6-11重量％MgO；0-1重量％Na2O；0-1重量％K2O；0-2重量％Li2O；0-3重量％TiO2；0-3重量％B2O3；0-1重量％Fe2O3；0-2重量％Cu2O；0-3重量％SrO；量在约2重量％至约6重量％之间的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％其他成分，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物包含以下中的至少一种：La2O3,Y2O3,Sc2O3,Nd2O3,CeO2,Sm2O3,和Gd2O3。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。在一些实施方式中，至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。在其他实施方式中，本发明的预浸料可包含聚合树脂及与聚合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所公开的作为本发明的一部分的其他玻璃组合物中之一形成。
在一些实施方式中，本发明的预浸料包含聚合树脂和与该聚合树脂接触的至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股。在一些实施方式中，本发明的预浸料包含聚合树脂及设置于该聚合树脂中的包含至少一根如本文中所公开玻璃纤维股的粗纱的至少一部分。在其他实施方式中，本发明的预浸料包含聚合树脂和与该聚合树脂接触的至少一根如本文中所公开的纱线。在仍其他实施方式中，本发明的预浸料包含聚合树脂和与该聚合树脂接触的至少一个如本文中所公开的织物。在某些实施方式中，本发明的预浸料包含至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的纬纱和至少一根包含至少一根如本文中所公开的玻璃纤维股的经纱。
本发明的预浸料可包括各种聚合树脂，这取决于所期望的性质和应用。在包含预浸料的本发明的一些实施方式中，聚合树脂包括环氧树脂。在包含预浸料的本发明的其他实施方式中，聚合树脂可包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、酚醛树脂、聚酯、乙烯酯、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。
虽然本文中所描述的玻璃纤维的诸多应用是强化应用，但可在电子器件应用(诸如印刷电路板(“PCB”))中利用本发明的玻璃纤维的一些实施方式。更特别地，本发明的一些实施方式涉及具有允许增强PCB性能的电性质的玻璃纤维强化物。例如，本发明的玻璃纤维的一些实施方式可具有对于电子器件应用令人期望的介电常数(Dk)。材料的介电常数(Dk)(也称为“电容率”)是材料储存电能的能力的量度。待用作电容器的材料令人期望地具有相对较高的Dk，而待用作PCB基板的一部分的材料令人期望地具有低Dk，特别是对于高速电路而言。Dk是两个金属板之间的给定材料的将储存的电荷(即，电容)与该相同两个金属板之间的空隙(空气或真空)将储存的电荷的量的比率。作为另一实例，本发明的玻璃纤维的一些实施方式可具有对于电子器件应用为令人期望的热膨胀系数。因此，本发明的一些实施方式可用于各种电应用中，包括但不限于印刷电路板、印刷电路板的前驱物(precursor)(例如，织物、层压物(laminate)、预浸料等)。在这样的实施方式中，待用于电应用中的印刷电路板或其他复合材料可包含聚合树脂和与该聚合树脂接触的多根玻璃纤维，其中该多根玻璃纤维中的至少之一是由本文中所公开作为本发明的一部分的任何玻璃组合物形成。聚合树脂可包括本领域技术人员已知用于印刷电路板或其他电应用中的任意那些。
现在转向制造本发明的玻璃纤维和相关产品的方法，通过混合用于供应形成纤维的组合物的特定氧化物的原料，可以本领域中周知的常规方法制备本发明的玻璃纤维。根据本发明的各种实施方式的玻璃纤维可使用本领域中已知用于形成玻璃纤维的任何方法、和更期望地本领域中已知用于形成基本上连续玻璃纤维的任何方法来形成。例如，尽管本文中并无限制，但根据本发明的非限制性实施方式的玻璃纤维可使用直接熔融或间接熔融成纤法来形成。这些方法是本领域中周知的并且鉴于本公开内容对其进一步论述据信是不必要的。参见例如，K.L.Loewens tein的The Manufactur ing Technology of Cont inuous Glass Fibers，第3版，Elsevier，N.Y.，1993年，第47至48页和第117至234页。
在玻璃纤维的形成之后，可使用本领域技术人员已知的任何适合方法将主要施胶组合物施加至玻璃纤维。在一些实施方式中，可在形成玻璃纤维后立即施加施胶组合物。通常地，本发明的用于形成玻璃纤维股、织物、复合材料、层压物和预浸料的玻璃纤维将至少部分地涂布有施胶组合物。本领域技术人员可基于若干个因素为玻璃纤维选择多种商购施胶组合物中的一种，所述因素包括例如施胶组合物的性能性质、所得织物的期望挠性、成本及其他因素。在一些实施方式中，施胶组合物不含淀粉-油施胶组合物。在包含不含淀粉-油施胶组合物的施胶组合物的本发明的一些实施方式中，在将纤维或丝束用于织造应用中之前，无需进一步用浆纱组合物处理经施胶的玻璃纤维或玻璃纤维股。在其他包含不含淀粉-油施胶组合物的施胶组合物的实施方式中，在将纤维或丝束用于织造应用之前，可任选地进一步用浆纱组合物处理经施胶的玻璃纤维或玻璃纤维股。在包含主要施胶组合物的本发明的一些实施方式中，施胶组合物可包含淀粉-油施胶组合物。在包含淀粉-油施胶组合物的本发明的一些实施方式中，稍后可从由至少一根经施胶的玻璃纤维或玻璃纤维股形成的织物移除淀粉-油施胶组合物。在一些实施方式中，可使用本领域技术人员已知的任何适合方法(诸如但不限于热清洁)从织物移除淀粉-油施胶组合物。在包含已移除淀粉-油施胶组合物的织物的本发明的实施方式中，可用面漆进一步处理本发明的织物。
可用于本发明的一些实施方式中的商购施胶组合物的非限制性实例包括经常用于单末端粗纱上的施胶组合物，诸如
Figure BDA0004088093010000511
2026、/>
Figure BDA0004088093010000512
2002、/>
Figure BDA0004088093010000514
1383、
Figure BDA0004088093010000516
2006、/>
Figure BDA0004088093010000517
2022、/>
Figure BDA0004088093010000518
2032、/>
Figure BDA0004088093010000513
2016、和/>
Figure BDA0004088093010000515
1062，以及经常用于纱线的施胶组合物，诸如1383、611、900、610、695和690，其中每一者是指用于商购自PPG Industries，Inc的产品的施胶组合物。
本发明的玻璃纤维股可通过本领域技术人员已知的任何适合方法来制备。本发明的玻璃纤维织物可通常通过本领域技术人员已知的任何适合方法来制备，诸如但不限于使纬纱线(weft yarn)(也称为“纬纱(fill yarn)”)交织至多根经纱中。这样的交织可如下来实现：以大致平行、平面阵列将经纱定位于织布机上，并且然后通过使纬纱以预定重复图案上下来回(over and under)穿过经纱将纬纱织入经纱中。所用图案取决于期望的织物式样。
经纱通常可使用本领域技术人员已知的技术来制备。经纱可通过使来自套管或纺纱机的多个熔融玻璃料流变细来形成。然后，可将施胶组合物施加至个别玻璃纤维且可将纤维聚集在一起以形成丝束。随后可通过经由捻机将丝束转移至筒管(bobbin)将丝束加工成纱线。在此转移期间，可对该丝束加捻以有助于将纤维束保持在一起。然后可将这些经加捻的丝束围绕筒管缠绕且该筒管可用于织造程序中。
通常可使用本领域技术人员已知的技术将经纱定位于织布机上。可通过织轴将经纱定位于织布机上。织轴包括以基本上平行配置(也称为“经纱片”)围绕圆柱形核心缠绕的特定数量的经纱(也称为“末端”)。织轴制备可包括将多个纱线卷装(每一卷装包括织轴所需的末端数量的一部分)组合成单一卷装或织轴。例如但本文中不限于，利用DE75纱线输入的50英寸(127cm)宽7781式样织物通常需要2868个末端。然而，用于形成织轴的常规设备不允许在一个操作中将所有这些末端从筒管转移至单一经轴。因此，可生产多个包括一部分数量所需末端的多个经轴(通常称为“分条整经轴”)并且然后组合以形成织轴。以类似于织轴的方式，分条整经轴可包括圆柱形核心，该圆柱形核心包括围绕其附近缠绕的多根基本上平行的经纱。虽然本领域技术人员将认识到分条整经轴可包括任何数量的所需经纱以形成最终织轴，但通常分条整经轴上所含末端的数量受整经轴架的容量限制。对于7781式样织物，通常提供四个具有717个末端(每一末端为DE75纱线末端)的分条整经轴，并且当组合时提供经纱片所需的2868个末端，如上文所论述。
本发明的复合材料可通过本领域技术人员已知的任何适合方法来制备，例如但不限于真空辅助树脂灌注成型、挤出配混、模压成型、树脂传递模塑、纤维缠绕、预浸料/蒸压养护(autoclave cur ing)和拉挤成型。本发明的复合材料可使用如本领域技术人员已知的这样的模制技术来制备。具体而言，并入有织造玻璃纤维织物的本发明的复合材料的实施方式可使用本领域技术人员已知用于制备这样的复合材料的技术来制备。
作为实例，本发明的一些复合材料可使用真空辅助模压成型来制备，该技术为本领域技术人员周知并且简略描述于下文中。如本领域技术人员已知，利用真空辅助模压成型将预浸渍玻璃织物的堆栈置于压机压板中。在本发明的一些实施方式中，预浸渍玻璃织物的堆栈可包括一个或多个已切割成期望大小和形状的如本文中所描述的本发明的织物。在对应数量的层的堆栈操作完成后，闭合压机并将压板连接至真空泵以使得上压板在织物堆栈上压缩直至达到期望的压力。真空有助于排出堆栈内的陷人空气并提供了经模制的层压物中的减少的空隙量。将压板连接至真空泵后，然后将压板温度增加至特别针对所用树脂设定的预定温度以加块树脂(例如，热固性树脂)的转化速率，并保持于该温度和压力设定下直至层压物达到完全固化。此时，关掉热并通过水循环来冷却压板直至它们达到室温。然后可打开压板，并可从压机移除经模制的层压物。
作为另一实例，本发明的一些复合材料可使用真空辅助树脂灌注技术来制备，如本文中所进一步描述。可将本发明的玻璃纤维织物的堆栈切割成期望的尺寸并置于经硅酮释放处理的玻璃桌上。然后该堆栈可经剥离板层(peel ply)覆盖，装配有流动增强介质，并使用尼龙装袋膜进行真空装袋(bag)。接下来，可使所谓的“叠层(lay up)”经受约27英寸Hg的真空压力。分别地，可使用本领域技术人员已知用于那种特定树脂的技术来制备待用玻璃纤维织物强化的聚合树脂。例如，对于一些聚合树脂而言，可将适当树脂(例如，胺可固化环氧树脂)与适当固化剂(例如，用于胺可固化环氧树脂的胺)以树脂制造商所推荐或本领域技术人员已知的比例混合。然后可在真空室中使组合树脂脱气30分钟并灌注穿过织物预成型件直至实现织物堆栈基本上完全湿透。此时，可将该桌用热毯(设定为约45℃至50℃的温度)覆盖24小时。然后可将所得刚性复合材料脱模并在可程序化的对流烘箱中在约250℉下后固化4小时。然而，如本领域技术人员已知，各种参数(诸如脱气时间、加热时间及后固化条件)可基于所用特定树脂系统而变化，且本领域技术人员理解如何基于特定树脂系统而选择这样的参数。
本发明的预浸料可通过本领域技术人员已知的任何适合方式来制备，诸如但不限于使玻璃纤维股、粗纱或织物通过树脂浴；使用基于溶剂的树脂；或使用树脂膜。
如上文所述，在一些实施方式中，本发明的复合材料可包含聚合树脂。可使用各种聚合树脂。已知可用于强化应用中的聚合树脂可特别用于一些实施方式中。在一些实施方式中，聚合树脂可包括热固性树脂。可用于本发明的一些实施方式中的热固性树脂系统可包括但不限于环氧树脂系统、基于酚醛树脂的树脂、聚酯、乙烯酯、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。在一些实施方式中，聚合树脂可包括环氧树脂。在其他实施方式中，聚合树脂可包括热塑性树脂。可用于本发明的一些实施方式中的热塑性聚合物包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(包含尼龙)、聚对苯二甲酸丁二酯、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式中的商购聚合树脂的非限制性实例包括具有Epikure MGS RIMH 1366固化剂的EPIKOTEResin
Figure BDA0004088093010000541
RIMR 135环氧树脂(获自Columbus，Ohio的Momentive Specialty ChemicalsInc.)、Applied Poleramic MMFCS2环氧树脂(获自Applied Poleramic，Inc.，Benicia，California)和EP255改性环氧树脂(获自Barrday Composite Solutions，Millbury，MA)。
将通过以下一系列具体实施方式来说明本发明。然而，本领域技术人员将理解，本发明的原理预期了诸多其他实施方式。
具体实施方式
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这样的组合物的各种性质有关的数据。实施例1、实施例20、实施例21、实施例25、实施例62和实施例77是比较实施例，而剩余实施例表示本发明的各种实施方式。表2提供了根据本发明的各种其他实施方式的多种可纤维化玻璃组合物以及与这样的组合物的各种特性相关的数据。表3还提供了根据本发明的各种其他实施方式的多种可纤维化玻璃组合物以及与这样的组合物的各种性质相关的数据。
通过使呈粉末形式的商业和试剂级化学品(试剂级化学品仅用于稀土氧化物)的混合物在10％Rh/Pt坩埚中在1500℃-1550℃(2732℉-2822℉)的温度下熔融四个小时制备这些实施例中的玻璃。每一配合料为约1000克。在4小时熔融期之后，将熔融玻璃倾倒于钢板上淬火。不针对挥发性物质的散发损失调整配合料中的挥发性物质(诸如氟化物和碱金属氧化物)，这是因为它们在玻璃中浓度低。实施例中的组合物表示如之前所分批的(as-batched)组合物。使用商业成分制备玻璃。在配合料计算中，考虑特殊原料保留系数(factor)来计算每一玻璃中的氧化物。保留系数基于玻璃配合料熔融的年份和所测量玻璃中的氧化物产量。因此，将实施例中所说明的如之前所分批的组合物视为接近所测量的组合物。
熔体性质
通过分别使用ASTM测试方法C965“Standard Practice for Measur ingViscosity of Glass Above the Softening Point”和C829“Standard Practices forMeasurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method”来确定作为温度和液相线温度的函数的熔体粘度。
表1-3包括玻璃组合物的所测量的液相线温度(TL)、由1000泊的熔体粘度限定的参考形成温度(TF)和由100泊的粘度限定的参考熔融温度(Tm)。还展示了形成温度与液相线温度之间的差(ΔT)。表1-3还提供了一些组合物的软化温度(T软化)、玻璃化转变温度(Tg)和热膨胀系数(CTE)。软化温度(T软化)值是根据ASTM测试方法C338-93“Standard Tes tMethod for Softening Point of Glass”(2008)测量。玻璃化转变温度(Tg)值是根据ASTM测试方法C336-71“Anneal ing Point and Strain Point by Fiber Elongat ion”测量。热膨胀系数(CTE)值是根据ASTM E228-11“Standard Tes t Method for Linear ThermalExpans ion of Sol id Materials wi th a Push-Rod Di latometer”测定。
机械性能
对于纤维抗拉强度测试而言，从l 0Rh/90Pt单头式纤维抽丝单元生产来自玻璃组合物的纤维样品。将大约85克给定组合物的碎玻璃供给至套管式熔融单元中并在接近或等于100泊熔体粘度的温度下调节(condi t ion)2小时。随后将熔体降低至接近或等于1000泊熔体粘度的温度并在纤维抽丝前稳定1小时。通过控制纤维抽丝卷线机的速度来控制纤维直径以生产直径为约10μm的纤维。所有纤维样品均是在空气中捕获而与外物无任何接触。在介于40 -45％RH的受控湿度的房间中完成纤维抽丝。
使用配备有Kawabata C型荷重元(load cel l)的Kawabata KES-G1(KatoTechCo.Ltd，日本)抗拉强度分析仪来测量纤维抗拉强度。使用树脂黏合剂将纤维样品安装在纸框条上。向纤维施加拉力直至破坏，由此基于纤维直径和断裂应力来确定纤维强度。该测试是在室温下，在40-45％RH的受控湿度下进行。基于每种组合物65至72根纤维的样本量(sample s ize)来计算平均值。表1-3报告由一些组合物形成的纤维的平均抗拉强度。比强度是通过将抗拉强度值(以N/m2为单位)除以相应的密度(以g/m3为单位)来计算。
也使用以下技术测量表1和表2中某些玻璃组合物的杨氏模量。将具有对应于表1、表2或表3中适当实施例的组合物的大约50克的碎玻璃在90Pt/10Rh坩埚中在由100泊所限定的熔融温度下重新熔融2小时。随后将坩埚转移至垂直管式电加热炉中。炉温度预先设定为接近或等于1000泊熔体粘度的纤维牵拉温度下。在纤维抽丝之前，将玻璃在此温度下平衡1小时。纤维抽丝炉的顶部具有带中心孔的盖子，在其上安装水冷铜盘管以调节纤维冷却。然后经由冷却盘管手动将二氧化硅棒浸于熔体中，并抽出和收集约lm至1.5m长的纤。纤维的直径在自一端为100μ至另一端为1000μm的范围内。
弹性模量是使用超声波声学脉冲技术(Panatherm 5010设备，购自马萨诸塞州，Wal tham的Panametrics,Inc)针对从玻璃熔体所抽出的纤维来测定。使用20微秒持续时间，200kHz脉冲来获得伸张波反射时间。测量样品长度并计算各自伸张波速度(VE)。使用Micromeri t ics AccuPyc 1330比重计来测量纤维密度(ρ)。针对每种组合物进行约20次测量并由以下公式计算平均杨氏模量(E)：
Figure BDA0004088093010000571
模测试仪使用直径1mm的波导，其将与波导接触侧的纤维直径设定为约与波导直径相同。换言之，该纤维直径为1000μm的末端在波导的接触侧处连接。测试具有不同直径的纤维的杨氏模量并且结果展示出100-1000μm的纤维直径并不影响纤维模量。通过将杨氏模量值除以相应的密度而计算比模量值。
通过将抗拉强度值除以相应的杨氏模量值(以相同单位(例如，全部以MPa))并乘以100基于胡克定律而确定表1-3中的“纤维破坏应变(％)”(即，纤维伸长率)的值。
表1
Figure BDA0004088093010000572
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表1(续)
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表1(续)
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表1(续)
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表1(续)
Figure BDA0004088093010000622
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表1(续)
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表1(续)
Figure BDA0004088093010000642
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表1 (续)
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表1(续)
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表1(续)
Figure BDA0004088093010000682
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表1(续)
Figure BDA0004088093010000692
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表1(续)
Figure BDA0004088093010000702
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表1(续)
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表1(续)
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表1(续)
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Figure BDA0004088093010000751
在图1至4中绘制这些数据中的某些数据。图1是展示杨氏模量值相对于实施例1至实施例17、实施例22和实施例23中的玻璃组合物的稀土氧化物(RE2O3)的量的图表。图2是展示原始纤维抗拉强度值相对于实施例1至实施例17、实施例22和实施例23中的玻璃组合物的稀土氧化物(RE2O3)的量的图表。图3是展示软化和玻璃化转变温度相对于实施例81至实施例89的玻璃组合物的稀土氧化物(RE2O3)的量的图表。图4是展示线性热膨胀系数相对于实施例81至实施例89的玻璃组合物的氧化钪(Sc2O3)的量的图表。
表2
Figure BDA0004088093010000752
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Figure BDA0004088093010000761
表2(续)
Figure BDA0004088093010000771
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表2(续)
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表2(续)
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表2(续)
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表2(续)
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表3
Figure BDA0004088093010000832
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表3(续)
Figure BDA0004088093010000842
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Figure BDA0004088093010000851
可由本发明的各种但未必全部实施方式展现的令人期望的特性可包括但不限于下列：提供具有相对较低密度的玻璃纤维、玻璃纤维股、玻璃纤维织物、复合材料和相关产品；提供具有相对较高抗拉强度的玻璃纤维、玻璃纤维股、玻璃纤维织物、复合材料和层压物；提供具有相对较低密度的玻璃纤维、玻璃纤维股、玻璃纤维织物、复合材料和相关产品；提供具有相对较高模量的玻璃纤维、玻璃纤维股、玻璃纤维织物、复合材料和层压物；提供具有相对较高伸长率的玻璃纤维、玻璃纤维股、玻璃纤维织物、复合材料和层压物；提供可用于强化应用的玻璃纤维、玻璃纤维股、玻璃纤维织物、预浸料和其他产品；和其他。
本发明还涉及如下非限定性方面：
1.一种适合于形成纤维的玻璃组合物，其包含：
Figure BDA0004088093010000852
Figure BDA0004088093010000861
含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分。
2.方面1的玻璃组合物，其中Al2O3以约14重量％至约19重量％的量存在。
3.方面1的玻璃组合物，其中MgO以约10重量％至约16重量％的量存在。
4.方面1的玻璃组合物，其中CaO含量小于约5重量％。
5.方面1的玻璃组合物，其中Na2O+K2O+Li2O含量大于1重量％。
6.方面5的玻璃组合物，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。
7.方面1的玻璃组合物，其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。
8.方面1的玻璃组合物，其中Li2O含量为约0.4重量％至约2重量％。
9.方面1的玻璃组合物，其中S iO2含量为至少60重量％。
10.方面1的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物以至少1重量％的量存在。
11.方面1的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。
12.方面1的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物以至多约8重量％的量存在。
13.方面1的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。
14.方面1的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3中的至少一种。
15.方面1的玻璃组合物，其中ZnO以至多约4重量％的量存在。
16.方面1的玻璃组合物，其中SnO2以至多约4重量％的量存在。
17.方面1的玻璃组合物，其中CeO2以至多约4重量％的量存在。
18.方面1的玻璃组合物，其中SnO2与CeO2二者以至多约8重量％的总量存在。
19.方面1的玻璃组合物，其中该组合物基本上不含B2O3。
20.方面1的玻璃组合物，进一步以至多约5重量％的量包含Nb2O5。
21.一种适合于形成纤维的玻璃组合物，其包含：
Figure BDA0004088093010000871
含量不小于1重量％的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分。
22.方面21的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。
23.方面21的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物以至多约8重量％的量存在。
24.方面21的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。
25.方面21的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3中的至少一种。
26.方面21的玻璃组合物，其中ZnO以至多约4重量％的量存在。
27.方面21的玻璃组合物，其中SnO2以至多约4重量％的量存在。
28.方面21的玻璃组合物，其中CeO2以至多约4重量％的量存在。
29.方面21的玻璃组合物，其中SnO2与CeO2二者以至多约8重量％的总量存在。
30.方面21的玻璃组合物，其中该组合物基本上不含B2O3。
31.方面21的玻璃组合物，其进一步包含含量至多约5重量％的Nb2O5。
32.一种适合于形成纤维的玻璃组合物，其包含：
Figure BDA0004088093010000881
含量在约1重量％至约8重量％的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分，
其中Na2O+K2O含量小于约0.5重量％。
33.方面32的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物以至少3重量％的量存在。
34.方面32的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。
35.方面32的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3中的至少一种。
36.方面32的玻璃组合物，其中ZnO以至多约4重量％的量存在。
37.方面32的玻璃组合物，其中SnO2以至多约4重量％的量存在。
38.方面32的玻璃组合物，其中CeO2以至多约4重量％的量存在。
39.方面32的玻璃组合物，其中SnO2与CeO2二者以至多约8重量％的总量存在。
40.方面32的玻璃组合物，其中该组合物基本上不含B2O3。
41.方面32的玻璃组合物，其进一步包含含量至多约5重量％的Nb2O5。
42.一种适合于形成纤维的玻璃组合物，其包含：
Figure BDA0004088093010000891
含量不小于3重量％的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分。
43.方面42的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物以至少4重量％的量存在。
44.方面42的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物以至多约8重量％的量存在。
45.方面42的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物以至多约5重量％的量存在。
46.方面42的玻璃组合物，其中该至少一种稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3、和Gd2O3中的至少一种。
47.方面42的玻璃组合物，其中SrO以至多约3重量％的量存在。
48.方面42的玻璃组合物，其中Cu2O以至多约2重量％的量存在。
49.方面42的玻璃组合物，其中Y2O3以至多约5重量％的量存在。
50.方面42的玻璃组合物，其中Cu2O与SrO二者以至多约5重量％的总量存在。
51.方面42的玻璃组合物，其中该组合物基本上不含B2O3。
应理解，本说明书说明了与本发明的清晰理解相关的本发明的方面。为简化本说明书，未呈现对本领域技术人员来说是明显的且因此将不会促进对本发明的更好的理解的本发明的某些方面。尽管已结合某些实施方式描述了本发明，但本发明并不限于所公开的具体实施方式，而是意欲涵盖在本发明的精神和范围内的修改。

Claims (1)

1.一种适合于形成纤维的玻璃组合物，其包含：
Figure FDA0004088092980000011
含量不小于0.05重量％的至少一种稀土氧化物；和总计0-11重量％的其他成分。
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