ES3056958T3 - High modulus glass fiber composition, glass fiber thereof, and composite material - Google Patents

Abstract

Una composición de fibra de vidrio de alto módulo, una fibra de vidrio de la misma y un material compuesto, en donde el contenido de cada componente de la composición de fibra de vidrio, expresado en porcentaje en peso, es el siguiente: 43-58% SiO2; 15,5-23% Al2O3; 8-18% MgO; mayor o igual a 25% Al2O3 + MgO; 0,1-7,5% CaO; 7,1-22% Y2O3; mayor o igual a 16,5% MgO + Y2O3; 0,01-5% TiO2; 0,01-1,5% Fe2O3; 0,01-2% Na2O; 0-1,5% K2O; 0-0,9% Li2O; 0-4% SrO; 0-5% La2O3 + CeO2. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Composición de fibra de vidrio de alto módulo, fibra de vidrio de la misma y material compuesto

[0003] La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente china 202010665076.1, presentada el 10 de julio de 2020 y titulada "High-modulus gass fiber composition, glass fiber and composite material thereof" (Composición de fibra de vidrio de alto módulo, fibra de vidrio y material compuesto de la misma).

[0004] Campo de la invención

[0005] La invención se refiere a una composición de fibra de vidrio de alto módulo, en particular, a una composición de fibra de vidrio de alto módulo que puede usarse como material base de refuerzo para materiales compuestos avanzados, y a la fibra de vidrio y material compuesto de la misma.

[0006] Antecedentes de la invención

[0007] Como material base de refuerzo para materiales compuestos avanzados, se usaban originalmente fibras de vidrio de alto módulo principalmente en la industria aeroespacial o en la industria de defensa nacional. Con el progreso de la ciencia y la tecnología y el desarrollo de la economía, las fibras de vidrio de alto módulo se han usado ampliamente en los campos civil e industrial, como grandes palas eólicas, recipientes a presión, núcleos de cables ópticos y la industria automotriz. Tomando como ejemplo el campo de la energía eólica, con el desarrollo rápido de grandes palas eólicas, la proporción de fibra de vidrio de alto módulo usada en lugar de fibra de vidrio ordinaria está en aumento. Actualmente, la búsqueda de fibra de vidrio que tiene mejores propiedades de módulo y la realización de la producción en masa para esta fibra de vidrio se ha convertido en una tendencia de desarrollo importante para fibras de vidrio de alto módulo.

[0008] El vidrio original de alta resistencia y alto módulo es vidrio S. Su composición se basa en un sistema MgO-Al<2>O<3>-SiO<2>. Según lo define la ASTM, es un tipo de vidrio que comprende principalmente los óxidos de magnesio, aluminio y silicio. Una solución típica de vidrio S es vidrio S-2 desarrollado por América. El porcentaje en peso combinado de SiO<2>y Al<2>O<3>en la composición de vidrio S-2 es de hasta el 90 %, y el porcentaje en peso de MgO es de aproximadamente el 10 %. Como resultado, no es fácil fundir y refinar el vidrio S-2, y hay muchas burbujas en el vidrio fundido. Además, la temperatura de formación de la fibra de vidrio S-2 es de hasta los 1571 °C y la temperatura de liquidus es tan alta como 1470 °C, y su velocidad de cristalización también es muy alta. En consecuencia, no puede lograrse la producción a gran escala en horno de cuba de la fibra de vidrio S-2, ya que es demasiado difícil formar la fibra de vidrio S-2, e incluso la producción en una sola etapa es difícil de asegurar. Por estos motivos, la escala y eficiencia de la producción de fibra de vidrio S-2 son ambas muy bajas mientras que su precio es alto, lo que hace impracticable lograr un uso a gran escala industrial use.

[0009] China ha desarrollado un vidrio de alta resistencia HS que es comparable con vidrio S. La composición del vidrio HS contiene principalmente SiO<2>, Al<2>O<3>y MgO, mientras que también incluye un contenido relativamente alto de Li<2>O, B<2>O<3>y Fe<2>O<3>. Su temperatura de formación está en un intervalo de desde 1310 °C hasta 1330 °C y su temperatura de liquidus es de desde 1360 °C hasta 1390 °C. Las temperaturas de estos dos intervalos son mucho más bajas que la del vidrio S. Sin embargo, dado que la temperatura de formación del vidrio HS es más baja que su temperatura de liquidus, el valor ΔT es negativo, lo que es desfavorable para la formación eficiente de fibra de vidrio, tiene que aumentarse la temperatura de formación y tienen que usarse casquillos y puntas de casquillos especiales para impedir que se produzca un fenómeno de cristalización de vidrio durante el procedimiento de estirado de la fibra. Esto causa dificultades en el control de temperatura y también dificulta realizar una producción industrial a gran escala. Además, debido a la introducción de un alto contenido de Li<2>O y B<2>O<3>, siendo el contenido combinado generalmente superior al 2 % o incluso el 3 %, las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión del vidrio se ven afectadas de manera negativa. Además, el módulo de elasticidad del vidrio HS solo es similar al del vidrio S.

[0010] La patente japonesa JP8231240 da a conocer una composición de fibra de vidrio que contiene del 62-67 % de SiO<2>, del 22-27 % de Al<2>O<3>, del 7-15 % de MgO, del 0,1-1,1 % de CaO y del 0,1-1,1 % de B<2>O<3>, expresada en porcentaje en peso a base de la composición total. En comparación con el vidrio S, la cantidad de burbujas formadas con esta composición disminuye significativamente, pero la formación de la fibra sigue siendo difícil, ya que su temperatura de formación supera los 1460 °C.

[0011] El documento WO 2014/062715 da a conocer una composición de vidrio que comprende: del 45-65 % en peso de SiO<2>, del 12-27 % en peso de Al<2>O<3>, en la que la razón de porcentaje en peso de SiO<2>/Al<2>O<3>es entre 2 y 4, del 5-15 % en peso de MgO, del 2-10 % en peso de CaO, en la que la razón de porcentaje en peso de MgO/CaO es entre 1 y 4, del 0-1 % en peso de Na<2>O, del 0,01-14,5 % en peso de Y<2>O<3>, del 0-3 % en peso de TiO<2>y del 0-5 % en peso de ZrO<2>. La composición de vidrio es adecuada para producir fibras de vibro de alto módulo y alta resistencia.

[0012] En resumen, la producción de fibras de vidrio de alto módulo en los antecedentes descritos anteriormente se enfrenta generalmente a grandes dificultades de producción, que se manifiestan específicamente en una alta temperatura de formación y una alta temperatura de liquidus, una alta velocidad de cristalización, unos intervalos de temperatura (ΔT) estrechos para la formación de la fibra, grandes problemas de fusión y refinado y muchas burbujas en el vidrio fundido. Para reducir estas dificultades, la mayoría de las empresas e instituciones tienden a sacrificar algunas de las propiedades de vidrio, haciendo así imposible mejorar sustancialmente el módulo de las fibras de vidrio mencionadas anteriormente.

[0014] Sumario de la invención

[0016] Con el fin de resolver los problemas descritos anteriormente, la presente invención tiene como objetivo proporcionar una composición de fibra de vidrio de alto módulo. La composición puede aumentar significativamente el módulo de fibra de vidrio, reducir significativamente la temperatura de refinado del vidrio fundido y mejorar el rendimiento de refinado del vidrio fundido; también puede optimizar la velocidad de endurecimiento del vidrio fundido, mejorar el rendimiento de enfriamiento de la fibra de vidrio y reducir la velocidad de cristalización. La composición es adecuada para una producción a gran escala de fibra de vidrio de alto módulo.

[0018] Según un aspecto de la presente invención, se proporciona una composición para producir fibra de vidrio de alto módulo, comprendiendo la composición porcentaje en peso de los siguientes componentes:

[0020] SiO<2>43-58 %

[0021] Al<2>O<3>15,5-23 %

[0022] MgO 8-18 %

[0023] Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

[0024] CaO 0,1-7,5 %

[0026] Y<2>O<3>7,1-22 %

[0027] MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

[0028] TiO<2>0,01-5 %

[0029] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0030] Na<2>O 0,01-2 %

[0032] K<2>O 0-1,5 %

[0033] Li<2>O 0-0,9 %

[0034] SrO 0-4 %

[0035] La<2>O<3>+CeO<2>0,5 %

[0036] ZrO<2>0-2,4 %,

[0038] en la que la razón de porcentaje en peso C3 = Y<2>O<3>/CaO es mayor de o igual a 2,1.

[0040] En una clase de esta realización, la composición comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0042] SiO<2>43-58 %

[0043] Al<2>O<3>15,5-23 %

[0044] MgO 8-18 %

[0045] Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

[0046] CaO 0,1-7,5 %

[0048] Y<2>O<3>7,1-22 %

[0049] MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

[0050] TiO<2>0,01-5 %

[0051] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0052] Na<2>O 0,01-2 %

[0054] K<2>O 0-1,5 %

[0055] Li<2>O 0-0,9 %

[0056] SrO 0-4 %

[0057] La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

[0058] ZrO<2>0-2 %<∘>

[0059] En una clase de esta realización, la composición comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0060] SiO<2>43-58 %

[0061] Al<2>O<3>15,5-23 %

[0062] MgO 8-18 %

[0063] Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

[0064] CaO 0,1-7,5 %

[0066] Y<2>O<3>7,1-22 %

[0067] MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

[0068] TiO<2>0,01-5 %

[0069] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0070] Na<2>O 0,01-2 %

[0072] K<2>O 0-1,5 %

[0073] Li<2>O 0-0,9 %

[0074] SrO 0-4 %

[0075] La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

[0076] Además, el porcentaje en peso total de los componentes anteriores es mayor de o igual al 98 %.

[0077] En una clase de esta realización, la razón de porcentaje en peso C1=MgO/CaO es mayor de o igual a 1,7. En una clase de esta realización, la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,8. La razón de porcentaje en peso C3=Y<2>O<3>/CaO es mayor de o igual a 2,1.

[0078] En una clase de esta realización, la razón de porcentaje en peso C4= A1<2>O<3>/Y<2>O<3>es 1-2,5.

[0079] En una clase de esta realización, el intervalo de contenido de Y<2>O<3>es del 10,1-20 % en peso.

[0080] En una clase de esta realización, el intervalo de contenido de SiO<2>es del 44-55,9 % en peso.

[0081] En una clase de esta realización, el intervalo de contenido de Al<2>O<3>es del 15,8-20,4 % en peso.

[0082] En una clase de esta realización, el intervalo de contenido de MgO es del 9-15 % en peso.

[0083] En una clase de esta realización, el intervalo de contenido de CaO es del 0,5-5,9 % en peso.

[0084] En una clase de esta realización, la razón de porcentaje en peso C1= MgO/CaO es mayor de o igual a 1,7, y la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,8.

[0085] En una clase de esta realización, la razón de porcentaje en peso C1= MgO/CaO es mayor de o igual a 2,0, y la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,9.

[0086] En una clase de esta realización, la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,8, y la razón de porcentaje en peso C3=Y<2>O<3>/CaO es mayor de o igual a 2,1.

[0087] En una clase de esta realización, la razón de porcentaje en peso C1= MgO/CaO es mayor de o igual a 1,7, la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,8, y la razón de porcentaje en peso C3=Y<2>O<3>/CaO es mayor de o igual a 2,1.

[0088] En una clase de esta realización, la composición comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0089] SiO<2>44-55,9 %

[0090] Al<2>O<3>15,5-23 %

[0091] MgO 8-18 %

[0092] Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

[0093] CaO 0,1-7,5 %

[0094] Y<2>O<3>10,1-20 %

[0095] MgO+Y<2>O<3>18,1-33 %

[0096] TiO<2>0,01-5 %

[0097] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0098] Na<2>O 0,01-2 %

[0100] K<2>O 0-1,5 %

[0101] Li<2>O 0-0,9 %

[0102] SrO 0-4 %

[0103] La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

[0105] Además, la razón de porcentaje en peso C1= MgO/CaO es mayor de o igual a 1,7.

[0107] En una clase de esta realización, la composición comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0109] SiO<2>44-55,9 %

[0110] Al<2>O<3>15,8-20,4 %

[0111] MgO 8-16 %

[0112] Al<2>O<3>+MgO ≥26,5 %

[0113] CaO 0,1-6,5 %

[0115] Y<2>O<3>7,1-22 %

[0116] MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

[0117] TiO<2>0,01-5 %

[0118] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0119] Na<2>O 0,01-2 %

[0121] K<2>O 0-1,5 %

[0122] Li<2>O 0-0,9 %

[0123] SrO 0-4 %

[0124] La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

[0126] Además, la razón de porcentaje en peso C1= MgO/CaO es mayor de o igual a 1,7, y la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,8.

[0128] En una clase de esta realización, el intervalo de contenido de CeO<2>es del 0-2 % en peso.

[0130] En una clase de esta realización, la composición contiene además uno o más de ZrO<2>, ZnO, B<2>O<3>, F<2>y SO<3>, siendo el porcentaje en peso combinado menor del 4 %.

[0132] En una clase de esta realización, la composición contiene además del 0-0,9 % en peso de ZrO<2>.

[0134] En una clase de esta realización, la composición comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0136] SiO<2>44-55,9 %

[0137] Al<2>O<3>15,5-23 %

[0138] MgO 8-18 %

[0139] Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

[0140] CaO 0,1-7,5 %

[0142] Y<2>O<3>7,1-22 %

[0143] MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

[0144] TiO<2>0,01-5 %

[0145] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0146] Na<2>O 0,01-2 %

[0147] K<2>O 0-1,5 %

[0148] Li<2>O 0-0,9 %

[0149] SrO 0-4 %

[0150] La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

[0152] Además, el porcentaje en peso total de los componentes anteriores es mayor de o igual al 99,5 %.

[0154] En una clase de esta realización, la composición puede ser libre de B<2>O<3>.

[0156] En una clase de esta realización, la composición puede ser libre de MnO.

[0158] En una clase de esta realización, la composición puede producir a vidrio fundido que tiene una temperatura de refinado menor de o igual a 1460 °C.

[0160] Según otro aspecto de esta invención, se proporciona una fibra de vidrio producida con dicha composición de fibra de vidrio.

[0162] Según todavía otro aspecto de esta invención, se proporciona un material compuesto que incorpora dicha fibra de vidrio.

[0164] En la composición de fibra de vidrio de alto módulo según la presente invención, al introducir un alto contenido de Y<2>O<3>, configurar de manera razonable los intervalos de contenido respectivos de SiO<2>, Al<2>O<3>, Y<2>O<3>, CaO y MgO así como las razones entre ellos, controlar los intervalos de contenido de óxidos de metales alcalinotérreos y óxidos de metales alcalinos así como las razones entre ellos, y controlar los intervalos de contenido de (Al<2>O<3>+MgO) y (MgO+Y<2>O<3>), respectivamente, mientras se utiliza el efecto de compensación especial y el efecto de la acumulación de iones de itrio en la estructura del vidrio, así como el efecto mixto de metal alcalinotérreo, potenciar los efectos sinérgicos entre iones de magnesio e iones de calcio, entre iones de itrio e iones de magnesio, entre iones de itrio e iones de calcio y entre iones de itrio e iones de aluminio, y controlar además las razones de MgO/CaO, Y<2>O<3>/MgO, Y<2>O<3>/CaO y Al<2>O<3>/Y<2>O<3>, respectivamente, la composición permite una estructura de apilamiento más compacta del vidrio y una mayor dificultad de reorganización y disposición de iones durante el procedimiento de cristalización. Por tanto, la composición para producir una fibra de vidrio de esta invención puede aumentar significativamente el módulo del vidrio y reducir la velocidad de cristalización del vidrio. Mientras tanto, la composición también puede reducir significativamente la temperatura de refinado del vidrio, mejorar el rendimiento de refinado, optimizar la velocidad de endurecimiento del vidrio fundido, y mejorar el rendimiento de enfriamiento de la fibra de vidrio.

[0165] Concretamente, la composición de fibra de vidrio de alto módulo según la presente invención comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0167] SiO<2>43-58 %

[0168] Al<2>O<3>15,5-23 %

[0169] MgO 8-18 %

[0170] Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

[0171] CaO 0,1-7,5 %

[0173] Y<2>O<3>7,1-22 %

[0174] MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

[0175] TiO<2>0,01-5 %

[0176] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0177] Na<2>O 0,01-2 %

[0179] K<2>O 0-1,5 %

[0180] Li<2>O 0-0,9 %

[0181] SrO 0-4 %

[0182] La<2>O<3>+CeO<2>0,5 %

[0183] ZrO<2>0-2,4 %,

[0185] en la que la razón de porcentaje en peso C3 = Y<2>O<3>/CaO es mayor de o igual a 2,1.

[0187] El efecto y contenido de cada componente en dicha composición de fibra de vidrio se describe de la siguiente manera:

[0188] SiO<2>es un óxido principal que forma la red del vidrio. En comparación con el vidrio S, con el fin de aumentar el módulo del vidrio, la composición de fibra de vidrio según la presente invención contiene una cantidad significativamente reducida de sílice mientras se introduce un alto contenido de óxido de itrio. En la composición de fibra de vidrio de la presente invención, el intervalo de contenido de SiO<2>es 43-58 %. Preferiblemente, el intervalo de contenido de SiO<2>puede ser del 44-57 %, más preferiblemente del 44-55,9 %, aún más preferiblemente del 45-54,9 %, y todavía aún más preferiblemente del 45-54 %.

[0189] Al<2>O<3>es otro óxido que forma la red del vidrio. Cuando se combina con SiO<2>, puede tener un efecto sustancial en las propiedades mecánicas del vidrio. Un contenido de Al<2>O<3>demasiado bajo hará imposible obtener propiedades mecánicas suficientemente altas, mientras que un contenido de Al<2>O<3>demasiado alto aumentará significativamente el riesgo de cristalización. Por tanto, el intervalo de contenido de Al<2>O<3>en esta invención es del 15,5-23 %. Preferiblemente, el contenido de Al<2>O<3>puede ser del 15,8-21 %, más preferiblemente del 15,8-20,4 %, aún más preferiblemente del 16,5-19,8 %, y todavía aún más preferiblemente del 17-19,6 %.

[0190] Además, con el fin de obtener propiedades mecánicas de fibra de vidrio suficientemente altas y para reducir la temperatura de formación de la fibra, la suma de los porcentajes en peso de SiO<2>+Al<2>O<3>puede ser del 65-78 %. Preferiblemente, la suma de los porcentajes en peso de SiO<2>+Al<2>O<3>puede ser del 65-76 %, más preferiblemente del 66-74,5 %, y aún más preferiblemente del 66-73 %.

[0191] En la presente invención, MgO y CaO desempeñan principalmente el papel de regular la viscosidad y cristalización del vidrio. En la composición de fibra de vidrio de esta invención, el intervalo de porcentaje en peso de MgO es del 8-18 %. Preferiblemente, el intervalo de porcentaje en peso de MgO puede ser del 8-16 %, más preferiblemente del 9-15 %, aún más preferiblemente del 9,4-13,5 %, y todavía aún más preferiblemente del 9,4-12 %. En la composición de fibra de vidrio de esta invención, el intervalo de porcentaje en peso de CaO es del 0,1-7,5 %. Preferiblemente, el intervalo de porcentaje en peso de CaO puede ser del 0,1-6,5 %, más preferiblemente del 0,5-5,9 %, aún más preferiblemente del 0,5-4,9 %, y todavía aún más preferiblemente del 1-4,5 %.

[0192] En la fibra de vidrio de alto módulo según la presente invención, la suma de los porcentajes en peso de Al<2>O<3>+MgO puede ser mayor de o igual al 25 %. Preferiblemente, la suma de los porcentajes en peso de Al<2>O<3>+MgO puede ser mayor de o igual al 26 %, más preferiblemente puede ser del 26-35 %, y aún más preferiblemente del 26,5-32 %.

[0193] Y<2>O<3>es un óxido de tierras raras importante. Como iones externos de la red del vidrio, los iones de Y<3+>tienen grandes números de coordinación, una alta intensidad de campo y una alta carga eléctrica, y una alta capacidad de acumulación, lo que ayudaría a mejorar la estabilidad estructural del vidrio y aumentar el módulo y la resistencia del vidrio. En la composición de fibra de vidrio de esta invención, el intervalo de contenido de Y<2>O<3>es del 7,1-22 %. Preferiblemente, el intervalo de contenido de Y<2>O<3>es del 8,1-22 %, más preferiblemente del 10,1-20 %, aún más preferiblemente del 11,4-20 %, y todavía aún más preferiblemente del 12,3-20 %. Además, el intervalo de contenido de Y<2>O<3>es preferiblemente del 13,1-20 %, y más preferiblemente del 14,6-20 %.

[0194] En la composición de fibra de vidrio de esta invención, la suma de los porcentajes en peso de Y<2>O<3>+MgO puede ser mayor de o igual al 16,5 %. Preferiblemente, la suma de los porcentajes en peso de Y<2>O<3>+MgO puede ser mayor de o igual al 17,5 %, más preferiblemente puede ser del 17,5-34 %, y aún más preferiblemente del 18,1-33 %.

[0195] Los iones de Y<3+>y los iones de Ca<2+>pueden reemplazarse bien entre sí para el llenar la red, ya que sus radios iónicos son casi iguales, 0,09 nm para el ion de Y<3+>y 0,1 nm para el ion de Ca<2+>, siendo ambos notablemente mayores que el de cualquiera de los de Al<3+>(0,0535 nm) o Mg<2+>(0,072 nm). Mientras tanto, en la presente invención, al considerar las diferencias de intensidad de campo entre iones de Y<3+>e iones de Mg<2+>, y entre iones de Y<3+>e iones de Ca<2+>, así como el efecto alcalinotérreo mixto entre iones de Ca<2+>e iones de Mg<2+>, y al introducir una alta cantidad de Y<2>O<3>mientras se controlan adecuadamente las razones de los mismos en consecuencia, se inhibirían de manera eficaz el movimiento y la disposición de otros iones en el vidrio, de modo que se minimiza significativamente la tendencia a la cristalización del vidrio; además, se regularía de manera eficaz la velocidad de endurecimiento del vidrio fundido y se mejoraría el rendimiento de enfriamiento del vidrio. Además, en esta invención, se controlan de manera racional las razones de MgO/CaO, Y<2>O<3>/MgO, Y<2>O<3>/CaO y A1<2>O<3>/Y<2>O<3>, de modo que puede lograrse no solo un mejor efecto de apilamiento estructural, sino que también pueden restringirse de manera eficaz las fases cristalinas formadas durante la cristalización del vidrio debido a una competición reforzada entre las fases cristalinas; y así se controlaría de manera eficaz la tendencia a la cristalización del vidrio. Las fases cristalinas principales incluyen cordierita (Mg<2>Al<4>Si<5>O<8>), anortita (CaAl<2>Si<2>O<8>), diopsida (CaMgSi<2>O<6>), y una mezcla de las mismas.

[0196] Además, la razón de porcentaje en peso C1= MgO/CaO es mayor de o igual a 1,7. Preferiblemente, la razón de porcentaje en peso C1 es mayor de o igual a 2,0, más preferiblemente mayor de o igual a 2,3, y aún más preferiblemente mayor de o igual a 2,5.

[0197] Además, la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,8. Preferiblemente, la razón de porcentaje en peso C2 es mayor de o igual a 0,9, más preferiblemente mayor de o igual a 1,0, y aún más preferiblemente mayor de o igual a 1,1.

[0198] Además, la razón de porcentaje en peso C3=Y<2>O<3>/CaO es mayor de o igual a 2,1, más preferiblemente mayor de o igual a 2,3, y aún más preferiblemente mayor de o igual a 2,9.

[0199] Además, la razón de porcentaje en peso C4=A1<2>O<3>/Y<2>O<3>es 1-2,5. Preferiblemente, la razón de porcentaje en peso C4 es 1-2,1, más preferiblemente 1-2, y aún más preferiblemente 1,2-2.

[0200] Además, el porcentaje en peso combinado de CaO+MgO puede ser del 9-20 %. Preferiblemente, el porcentaje en peso combinado de CaO+MgO puede ser del 9,5-18 %, más preferiblemente puede ser del 9,5-17 %, y aún más preferiblemente puede ser del 10-16 %.

[0201] Tanto Na<2>O como K<2>O pueden reducir la viscosidad del vidrio y son buenos agentes fundentes. En comparación con Na<2>O y K<2>O, Li<2>O puede no solo reducir significativamente la viscosidad del vidrio, mejorando de ese modo el rendimiento de fusión del vidrio, sino que también ayuda a mejorar las propiedades mecánicas del vidrio. Sin embargo, debe controlarse la cantidad de óxidos de metales alcalinos introducida, ya que las materias primas que contienen estos óxidos son muy costosas y, cuando hay una cantidad excesiva de iones de metales alcalinos en la composición de fibra de vidrio, se verá afectada la estabilidad estructural del vidrio y así se verá mermada notablemente la resistencia a la corrosión del vidrio. Por tanto, en la composición de fibra de vidrio según la presente invención, el intervalo de contenido de Na<2>O es del 0,01-2 %, preferiblemente del 0,01-1,5 %, más preferiblemente del 0,05-0,9 %, y aún más preferiblemente del 0,05-0,45 %.

[0202] En la composición de fibra de vidrio según la presente invención, el intervalo de contenido de K<2>O es del 0-1,5 %, preferiblemente del 0-1 %, y más preferiblemente del 0-0,5 %.

[0203] En la composición de fibra de vidrio según la presente invención, el intervalo de contenido de Li<2>O es del 0-0,9 %, preferiblemente del 0-0,6 %, más preferiblemente del 0-0,3 %. En otra realización de esta invención, la composición de fibra de vidrio puede ser libre de Li<2>O.

[0204] Además, el porcentaje en peso combinado de Na<2>O+K<2>O+Li<2>O puede ser del 0,01-1,4 %, preferiblemente del 0,05-0,9 %. Además, el porcentaje en peso combinado de Na<2>O+K<2>O puede ser del 0,01-1,2 %, preferiblemente del 0,05-0,7 %.

[0205] El TiO<2>puede reducir la viscosidad del vidrio a altas temperaturas y, con un efecto sinérgico producido en combinación con iones de titanio e iones de itrio, puede mejorar el efecto de apilamiento y las propiedades mecánicas del vidrio. En la composición de fibra de vidrio de esta invención, el intervalo de contenido de TiO<2>es del 0,01-5 %, preferiblemente del 0,01-3 %, más preferiblemente del 0,05-1,5 %, y aún más preferiblemente del 0,05-0,9 %.

[0206] El Fe<2>O<3>facilita la fusión del vidrio y también puede mejorar el rendimiento de cristalización del vidrio. Sin embargo, dado que los iones férricos tienen un efecto colorante, debe limitarse la cantidad introducida. En la composición de fibra de vidrio de esta invención, el intervalo de contenido de Fe<2>O<3>es del 0,01-1,5 %, preferiblemente del 0,01-1 %, y más preferiblemente del 0,05-0,8 %.

[0207] El SrO puede reducir la viscosidad del vidrio y producir un efecto sinérgico de iones de metales alcalinotérreos con iones de calcio e iones de magnesio, lo que puede ayudar a reducir adicionalmente la tendencia a la cristalización del vidrio. En la composición de fibra de vidrio de esta invención, el intervalo de contenido de SrO es del 0-4 %, preferiblemente del 0-2 %, más preferiblemente del 0-1 %, y aún más preferiblemente del 0-0,5 %. En otra realización de esta invención, la composición de fibra de vidrio puede ser libre de SrO.

[0208] El La<2>O<3>puede reducir la viscosidad del vidrio y mejorar las propiedades mecánicas del vidrio, y tiene un determinado efecto sinérgico con los iones de itrio, lo que puede reducir adicionalmente la tendencia a la cristalización del vidrio. El CeO<2>puede potenciar la tendencia a la cristalización y el rendimiento de refinado de vidrio. En la composición de fibra de vidrio de esta invención, la suma de los porcentajes en peso de La<2>O<3>+CeO<2>puede ser del 0-5 %, preferiblemente del 0-3 %, y más preferiblemente del 0-1,5 %.

[0209] Además, el intervalo de contenido de La<2>O<3>en la composición de fibra de vidrio de esta invención puede ser del 0-3 %, preferiblemente del 0-1,5 %. En otra realización de esta invención, la composición de fibra de vidrio puede ser libre de La<2>O<3>. Además, el intervalo de contenido de CeO<2>en la composición de fibra de vidrio de esta invención puede ser del 0-2 %, preferiblemente del 0-0,6 %. En otra realización de esta invención, la composición de fibra de vidrio puede ser libre de CeO<2>.

[0210] Además de los componentes principales mencionados anteriormente, la composición de fibra de vidrio según la presente invención también puede contener una pequeña cantidad de otros componentes con un contenido combinado menor de o igual al 4 % en peso.

[0211] Además, la composición de fibra de vidrio según la presente invención contiene uno o más de ZrO<2>, ZnO, B<2>O<3>, F<2>y SO<3>, y la cantidad total de ZrO<2>, ZnO, B<2>O<3>, F<2>y SO<3>es menor del 4 % en peso. Además, la cantidad total de ZrO<2>, CeO<2>, ZnO, B<2>O<3>, F<2>y SO<3>es menor del 2 % en peso.

[0212] Además, la composición de fibra de vidrio según la presente invención contiene uno o más de Sm<2>O<3>, Sc<2>O<3>, Nd<2>O<3>, Eu<2>O<3>y Gd<2>O<3>, y la cantidad total de Sm<2>O<3>, Sc<2>O<3>, Nd<2>O<3>, Eu<2>O<3>y Gd<2>O<3>es menor del 4 % en peso. Además, la composición de fibra de vidrio según la presente invención contiene uno o más de Ho<2>O<3>, Er<2>O<3>, Tm<2>O<3>, Tb<2>O<3>y Lu<2>O<3>, y la cantidad total de Ho<2>O<3>, Er<2>O<3>, Tm<2>O<3>, Tb<2>O<3>y Lu<2>O<3>es menor del 2 % en peso.

[0213] Además, la composición de fibra de vidrio según la presente invención contiene uno o ambos de Nb<2>O<5>y Ta<2>O<5>con un contenido combinado menor del 2 % en peso.

[0214] Además, la composición de fibra de vidrio según la presente invención contiene ZrO<2>con un intervalo de contenido del 0-2,4 % en peso. Además, el intervalo de contenido de ZrO<2>puede ser del 0-0,9 %, y aún más puede ser del 0-0,3 %. En otra realización de esta invención, la composición de fibra de vidrio puede ser libre de ZrO<2>.

[0215] Además, la composición de fibra de vidrio según la presente invención contiene B<2>O<3>con un intervalo de contenido del 0-2 % en peso. En otra realización de esta invención, la composición de fibra de vidrio puede ser libre de B<2>O<3>. Además, la composición de fibra de vidrio según la presente invención contiene F<2>con un intervalo de contenido del 0-1 % en peso. Además, el intervalo de contenido de F<2>puede ser del 0-0,5 %. Además, la composición de fibra de vidrio según la presente invención contiene SO<3>con un intervalo de contenido del 0-0,5 % en peso. Además, el porcentaje en peso combinado de otros componentes puede ser menor de o igual al 2 %, y además puede ser menor de o igual al 1 %, y aún más puede ser menor de o igual al 0,5 %.

[0216] Además, la temperatura de refinado de la composición de fibra de vidrio según la presente invención puede ser menor de o igual a los 1485 °C. Además, la temperatura de refinado puede ser menor de o igual a los 1460 °C, y aún más menor de o igual a los 1445 °C.

[0217] Además, el módulo de la fibra de vidrio formada a partir de la composición de fibra de vidrio de esta invención puede ser mayor de o igual a 95 GPa. Además, el módulo de fibra de vidrio puede ser de 97-115 GPa.

[0218] En la composición de fibra de vidrio según la presente invención, los efectos beneficiosos producidos por los intervalos seleccionados de los componentes mencionados anteriormente se explicarán a modo de ejemplos a través de los datos experimentales específicos.

[0219] Los siguientes son ejemplos de intervalos de contenido preferidos de los componentes contenidos en la composición de fibra de vidrio según la presente invención.

[0220] Ejemplo preferido 1

[0221] La composición de fibra de vidrio de alto módulo según la presente invención comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0222] SiO<2>44-55,9 %

[0223] Al<2>O<3>15,8-20,4 %

[0224] MgO 8-18 %

[0225] Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

[0226] CaO 0,1-7,5 %

[0228] Y<2>O<3>7,1-22 %

[0229] MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

[0230] TiO<2>0,01-5 %

[0231] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0232] Na<2>O 0,01-2 %

[0234] K<2>O 0-1,5 %

[0235] Li<2>O 0-0,9 %

[0236] SrO 0-4 %

[0237] La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

[0238] en la que el porcentaje en peso total de los componentes anteriores es mayor de o igual al 98 %, la razón de porcentaje en peso C1= MgO/CaO es mayor de o igual a 1,7, y la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,8.

[0240] Ejemplo preferido 2

[0242] La composición de fibra de vidrio de alto módulo según la presente invención comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0244] SiO<2>44-55,9 %

[0245] Al<2>O<3>15,8-20,4 %

[0246] MgO 8-16 %

[0247] Al<2>O<3>+MgO ≥26,5 %

[0248] CaO 0,1-6,5 %

[0250] Y<2>O<3>7,1-22 %

[0251] MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

[0252] TiO<2>0,01-5 %

[0253] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0254] Na<2>O 0,01-2 %

[0256] K<2>O 0-1,5 %

[0257] Li<2>O 0-0,9 %

[0258] SrO 0-4 %

[0259] La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

[0261] en la que la razón de porcentaje en peso C1= MgO/CaO es mayor de o igual a 2,0, y la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,9.

[0263] Ejemplo preferido 3

[0265] La composición de fibra de vidrio de alto módulo según la presente invención comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0266] SiO<2>44-55,9 %

[0267] Al<2>O<3>15,8-21 %

[0268] MgO 9,4-13,5 %

[0269] Al<2>O<3>+MgO ≥26,5 %

[0270] CaO 0,1-6,5 %

[0272] Y<2>O<3>10,1-20 %

[0273] MgO+Y<2>O<3>19,5-33 %

[0274] TiO<2>0,01-5 %

[0275] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0276] Na<2>O 0,01-2 %

[0278] K<2>O 0-1,5 %

[0279] Li<2>O 0-0,9 %

[0280] SrO 0-4 %

[0281] La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

[0283] Ejemplo preferido 4

[0285] La composición de fibra de vidrio de alto módulo según la presente invención comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0287] SiO<2>44-55,9 %

[0288] Al<2>O<3>15,5-23 %

[0289] MgO 8-18 %

[0290] Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

[0291] CaO 0,1-7,5 %

[0293] Y<2>O<3>7,1-22 %

[0294] MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

[0295] TiO<2>0,01-5 %

[0296] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0297] Na<2>O 0,01-2 %

[0299] K<2>O 0-1,5 %

[0300] Li<2>O 0-0,9 %

[0301] SrO 0-4 %

[0302] La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

[0303] ZrO<2>0-0,3 %

[0305] en la que la razón de porcentaje en peso C1= MgO/CaO es mayor de o igual a 1,7.

[0307] Ejemplo preferido 5

[0309] La composición de fibra de vidrio de alto módulo según la presente invención comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0310] SiO<2>44-55,9 %

[0311] Al<2>O<3>15,5-23 %

[0312] MgO 8-18 %

[0313] Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

[0314] CaO 0,1-7,5 %

[0316] Y<2>O<3>7,1-22 %

[0317] MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

[0318] TiO<2>0,01-5 %

[0319] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0320] Na<2>O 0,01-2 %

[0322] K<2>O 0-1,5 %

[0323] Li<2>O 0-0,9 %

[0324] SrO 0-4 %

[0325] La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

[0327] en la que el porcentaje en peso total de los componentes anteriores es mayor de o igual al 98 %, la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,8., y la razón de porcentaje en peso C3=Y<2>O<3>/CaO es mayor de o igual a 2,1.

[0329] Ejemplo preferido 6

[0331] La composición de fibra de vidrio de alto módulo según la presente invención comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0333] SiO<2>43-58 %

[0334] Al<2>O<3>15,5-23 %

[0335] MgO 8-18 %

[0336] Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

[0337] CaO 0,1-7,5 %

[0339] Y<2>O<3>7,1-22 %

[0340] MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

[0341] TiO<2>0,01-5 %

[0342] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0343] Na<2>O 0,01-2 %

[0345] K<2>O 0-1,5 %

[0346] Li<2>O 0-0,9 %

[0347] SrO 0-4 %

[0348] La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

[0350] en la que la razón de porcentaje en peso C1= MgO/CaO es mayor de o igual a 1,7, la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,8, y la razón de porcentaje en peso C3=Y<2>O<3>/CaO es mayor de o igual a 2,9.

[0352] Ejemplo preferido 7

[0354] La composición de fibra de vidrio de alto módulo según la presente invención comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0356] SiO<2>44-55,9 %

[0357] Al<2>O<3>15,5-23 %

[0358] MgO 8-18 %

[0359] Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

[0360] CaO 0,1-7,5 %

[0362] Y<2>O<3>7,1-22 %

[0363] MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

[0364] TiO<2>0,01-5 %

[0365] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0366] Na<2>O 0,01-2 %

[0368] K<2>O 0-1,5 %

[0369] Li<2>O 0-0,9 %

[0370] SrO 0-4 %

[0371] La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

[0373] en la que la razón de porcentaje en peso C3=Y<2>O<3>/CaO es mayor de o igual a 2,9.

[0375] Ejemplo preferido 8

[0377] La composición de fibra de vidrio de alto módulo según la presente invención comprende los siguientes componentes expresados como porcentaje en peso:

[0379] SiO<2>43-58 %

[0380] Al<2>O<3>15,5-23 %

[0381] MgO 8-18 %

[0382] Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

[0383] CaO 0,1-7,5 %

[0385] Y<2>O<3>7,1-22 %

[0386] MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

[0387] TiO<2>0,01-5 %

[0388] Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

[0389] Na<2>O 0,01-2 %

[0391] K<2>O 0-1,5 %

[0392] Li<2>O 0-0,9 %

[0393] SrO 0-4 %

[0394] La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

[0395] en la que la razón de porcentaje en peso C1= MgO/CaO es mayor de o igual a 1,7, la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,8, y la razón de porcentaje en peso C4= Al<2>O<3>/Y<2>O<3>es 1-2.

[0396] Descripción detallada de la invención

[0397] Con el fin de aclarar mejor los propósitos, las soluciones técnicas y ventajas de los ejemplos de la presente invención, las soluciones técnicas en los ejemplos de la presente invención se describen clara y completamente a continuación. Evidentemente, los ejemplos descritos en el presente documento son meramente parte de los ejemplos de la presente invención y no son todos los ejemplos. Todas las demás realizaciones de ejemplo obtenidas por un experto en la técnica sobre la base de los ejemplos de la presente invención sin realizar un trabajo creativo entrarán en el ámbito de protección de la presente invención. Lo que hay que dejar claro es que, siempre que no haya conflicto, los ejemplos y las características de los ejemplos de la presente solicitud pueden combinarse arbitrariamente entre sí.

[0398] El concepto básico de la presente invención es que los componentes de la composición de fibra de vidrio expresados como porcentaje en peso son: el 43-58 % de SiO<2>, el 15,5-23 % de Al<2>O<3>, el 8-18 % de MgO, mayor de o igual a 25 % de (Al<2>O<3>+MgO), el 0,1-7,5 % de CaO, el 7,1-22 % de Y<2>O<3>, mayor de o igual a 16,5 % de (MgO+Y<2>O<3>), el 0,01-5 % de TiO<2>, el 0,01-1,5 % de Fe<2>O<3>, el 0,01-2 % de Na<2>O, el 0-1,5 % de K<2>O, el 0-0,9 % de Li<2>O, el 0-4 % de SrO, 0-5 % de (La<2>O<3>+CeO<2>) , y el 0-2,4 % ZrO<2>, siendo la razón de porcentaje en peso C3 = Y<2>O<3>/CaO mayor de o igual a 2,1. La composición puede aumentar significativamente el módulo de fibra de vidrio, reducir significativamente la temperatura de refinado del vidrio fundido y mejorar el rendimiento de refinado del vidrio fundido; también puede optimizar la velocidad de endurecimiento del vidrio fundido, mejorar el rendimiento de enfriamiento de la fibra de vidrio y reducir la velocidad de cristalización. La composición es adecuada para una producción a gran escala de fibra de vidrio de alto módulo.

[0399] Los valores de contenido específicos de SiO<2>, Al<2>O<3>, MgO, CaO, Y<2>O<3>, TiO<2>, Fe<2>O<3>, Na<2>O, K<2>O, Li<2>O, SrO, La<2>O<3>, CeO<2>y ZrO<2>en la composición de fibra de vidrio de la presente invención se seleccionan para usarse en los ejemplos, y comparaciones con el vidrio R mejorado, designado como B1, tal como da a conocer la patente WO2016165506A2, el vidrio R designado como B2, y el vidrio S designado como B3, se realizan en cuanto a los siguientes ocho parámetros de propiedades,

[0400] (1) Temperatura de formación, la temperatura a la que la masa fundida de vidrio tiene una viscosidad de 10<3>poise y que representa la temperatura habitual para la formación de fibra.

[0401] (2) Temperatura de liquidus, la temperatura a la que los núcleos cristalinos empiezan a formarse cuando la masa fundida de vidrio se enfría, es decir, el límite superior de la temperatura para la cristalización del vidrio.

[0402] (3) Temperatura de refinado, la temperatura a la que la masa fundida de vidrio tiene una viscosidad de 10<2>poise y que representa la dificultad relativa del refinado de vidrio fundido y la eliminación de burbujas del vidrio. En general, cuando una temperatura de refinado es menor, será más eficiente para refinar el vidrio fundido y eliminar las burbujas a la misma temperatura.

[0403] (4) Valor ΔT, que es la diferencia entre la temperatura de formación y la temperatura de liquidus e indica el intervalo de temperatura en el que puede realizarse el estirado de la fibra.

[0404] (5) Valor ΔL, que es la diferencia entre la temperatura de refinado y la temperatura de formación e indica la velocidad de endurecimiento del vidrio fundido. Puede usarse para representar la dificultad de enfriar la masa fundida de vidrio durante la formación de fibra. Hablando en términos generales, si el valor ΔL es relativamente pequeño, será más fácil enfriar la masa fundida de vidrio en las misas condiciones de condiciones de formación de fibra, lo que conduce a un estirado eficiente de fibra de vidrio.

[0405] (6) Módulo de elasticidad, el módulo que define la capacidad del vidrio para resistir la deformación elástica, que va a medirse en vidrio masivo según la norma ASTM E1876. Puede usarse para representar la propiedad de módulo de fibra de vidrio.

[0406] (7) Razón del área de cristalización, que va a determinarse en un procedimiento establecido de la siguiente manera: Se corta el vidrio a granel de forma apropiada para que quepa en una cubeta de porcelana y, a continuación, se coloca la muestra de barra de vidrio cortada en la cubeta de porcelana. Se introduce la cubeta de porcelana con la muestra de barra de vidrio previamente tratada en un horno de gradiente para su cristalización y se mantiene la muestra en conservación térmica durante 5 horas. Se saca la cubeta de porcelana con la muestra del horno de gradiente y se enfría al aire hasta alcanzar la temperatura ambiente. Finalmente, se examinan y miden las cantidades y dimensiones de los cristales en las superficies de cada muestra dentro de un intervalo de temperatura de 1050-1150 °C, desde una vista microscópica utilizando un microscopio óptico, y luego se calcula la razón de área relativa de cristalización con respecto al vidrio S. Una razón del área alta significaría una alta tendencia a la cristalización y una alta tasa de cristalización.

[0407] (8) Contenido de burbujas, que va a determinarse en un procedimiento establecido de la siguiente manera: Se usan moldes especiales para comprimir los materiales del lote de vidrio de cada ejemplo para dar muestras de la misma forma y dimensión, que luego se colocarán en la plataforma de muestras de un microscopio de alta temperatura. Se calientan las muestras según los procedimientos convencionales hasta la temperatura preestablecida de 1500 °C y, a continuación, se enfrían directamente con el enfriamiento del microscopio hasta la temperatura ambiente sin conservación del calor. Finalmente, se examina cada una de las muestras de vidrio con un microscopio óptico para determinar la cantidad de burbujas en las muestras y, a continuación, se calcula el contenido relativo de burbujas con respecto al vidrio S. Cuanto mayor sea el contenido de burbujas, más difícil será el refinado del vidrio y más difícil será garantizar la calidad del vidrio fundido. En donde las cantidades de burbujas se identifican según el aumento del microscopio.

[0408] Los ocho parámetros mencionados anteriormente y los métodos para medirlos son bien conocidos por los expertos en la técnica. Por tanto, estos parámetros mencionados anteriormente pueden usarse eficazmente para explicar las propiedades de la composición de la fibra de vidrio según la presente invención.

[0409] Los procedimientos para los experimentos son los siguientes: Puede adquirirse cada componente a partir de las materias primas apropiadas. Se mezclan las materias primas en las proporciones apropiadas de modo que cada componente alcanza el porcentaje en peso final esperado. Se funde y refina el lote mezclado. A continuación, se extrae el vidrio fundido a través de las puntas de los casquillos, formando de ese modo la fibra de vidrio. Se atenúa la fibra de vidrio sobre la pinza giratoria de una bobinadora para formar tortas o paquetes. Por supuesto, pueden usarse métodos convencionales para procesar adicionalmente estas fibras de vidrio a fin de cumplir con los requisitos esperados.

[0410] A continuación se comparan adicionalmente los parámetros de las propiedades usadas en los ejemplos de la composición de fibra de vidrio según la presente invención con las del vidrio S, el vidrio R convencional y el vidrio R mejorado mediante tablas, en las que los contenidos de los componentes de las composiciones para producir fibras de vidrio se expresan en porcentaje en peso. Lo que hay que dejar claro es que la cantidad total de los componentes en un ejemplo es ligeramente menor del 100 %, y debe entenderse que la cantidad restante son impurezas traza o una pequeña cantidad de componentes que no pueden analizarse.

[0411] El ejemplo A29 no es según la invención.

[0412] Tabla 1A

[0414]

[0415]

[0417] Tabla 1B

[0419]

[0421] Tabla 1C

[0423]

[0424]

[0426] Tabla 1D

[0427]

[0428] Tabla 1E

[0430]

[0432] Puede observarse a partir de los valores de las tablas anteriores que, en comparación con la composición del vidrio S, la composición de fibra de vidrio según la presente invención tiene las siguientes ventajas: (1) un módulo de elasticidad mucho más alto; (2) una temperatura de refinado y un contenido de burbujas mucho más bajos, lo que significa que el vidrio fundido de la presente invención es más fácil de refinar y las burbujas son más fáciles de descargar; y (3) una temperatura de formación de fibras, una temperatura de liquidus y una razón del área de cristalización mucho más bajas.

[0433] En comparación con la composición del vidrio R convencional, la composición de fibra de vidrio según la presente invención tiene las siguientes ventajas: (1) un módulo de elasticidad mucho mayor; (2) una temperatura de refinado y un contenido de burbujas mucho más bajos, lo que significa que el vidrio fundido de la presente invención es más fácil de refinar y las burbujas son más fáciles de eliminar; (3) un valor ΔL mucho más bajo, lo que ayuda a aumentar la eficiencia de estirado de la fibra, ya que el vidrio fundido es más fácil de enfriar; y (4) una temperatura de formación de la fibra, una temperatura de liquidus y una razón de área de cristalización mucho más bajos.

[0434] En comparación con la composición del vidrio R mejorado, la composición de fibra de vidrio según la presente invención tiene las siguientes ventajas: (1) un módulo de elasticidad mucho mayor; (2) una temperatura de refinado y un contenido de burbujas mucho más bajos, lo que significa que el vidrio fundido de la presente invención es más fácil de refinar y las burbujas son más fáciles de eliminar; (3) un valor ΔL mucho más bajo, lo que ayuda a aumentar la eficiencia de estirado de la fibra, ya que el vidrio fundido es más fácil de enfriar; y (4) una razón del área de cristalización más baja, lo que significa que el vidrio fundido de la presente invención tiene una velocidad de cristalización relativamente baja y así ayuda a reducir el riesgo de cristalización.

[0435] Por tanto, puede concluirse que la composición de fibra de vidrio según la presente invención ha supuesto un gran avance en cuanto al módulo del vidrio, el rendimiento de refinado y enfriamiento y la velocidad de cristalización. Según la presente invención, en condiciones iguales, el módulo del vidrio aumenta considerablemente, la temperatura de refinado del vidrio fundido se reduce significativamente, la cantidad de burbujas en el vidrio fundido se reduce y el vidrio muestra un excelente rendimiento de enfriamiento. La solución técnica global de la presente invención es excelente.

[0436] La composición de fibra de vidrio según la presente invención puede usarse para fabricar fibras de vidrio con las excelentes propiedades mencionadas anteriormente.

[0437] La composición de fibra de vidrio según la presente invención, en combinación con uno o más materiales orgánicos y/o inorgánicos, puede usarse para preparar materiales compuestos con un rendimiento excelente, tales como materiales base reforzados con fibra de vidrio.

[0438] Cabe señalar que, en este texto, los términos "comprende/que comprende", "contiene/que contiene" y cualquier otra variante de los mismos no son exclusivos, de modo que cualquier procedimiento, método, objeto o dispositivo que contenga una serie de elementos no solo contiene dichos factores, sino también otros factores que no se enumeran claramente, o además contiene factores inherentes al procedimiento, método, objeto o dispositivo. Sin más restricciones, un factor definido por la expresión "comprende/que comprende un/una...", "contiene/que contiene un/una..." o cualquier otra variante de los mismos no excluye otros factores idénticos en el procedimiento, método, objeto o dispositivo que incluyen dichos factores.

[0439] Las realizaciones anteriores se proporcionan únicamente para describir, y no para limitar, las soluciones técnicas de la presente invención. Si bien se han mostrado y descrito realizaciones particulares de la invención, será obvio para un experto en la técnica que pueden realizarse modificaciones a las soluciones técnicas incorporadas en todas las realizaciones mencionadas anteriormente, o que pueden realizarse sustituciones equivalentes a algunas de las características técnicas incorporadas en todas las realizaciones mencionadas anteriormente.

[0440] Aplicabilidad industrial de la invención

[0441] La composición de fibra de vidrio de alto módulo según la presente invención puede aumentar significativamente el módulo de fibra de vidrio, reducir significativamente la temperatura de refinado del vidrio fundido y mejorar el rendimiento de refinado del vidrio fundido; también puede optimizar la velocidad de endurecimiento del vidrio fundido, mejorar el rendimiento de enfriamiento de la fibra de vidrio y reducir la velocidad de cristalización. La composición es adecuada para una producción a gran escala de fibra de vidrio de alto módulo.

[0442] En comparación con composiciones de fibras de vidrio convencionales, la composición de fibra de vidrio según la presente invención ha supuesto un gran avance en cuanto al módulo del vidrio, el rendimiento de refinado y enfriamiento y la velocidad de cristalización. Según la presente invención, en condiciones iguales, el módulo del vidrio aumenta considerablemente, la temperatura de refinado del vidrio fundido se reduce significativamente, la cantidad de burbujas en el vidrio fundido se reduce y el vidrio muestra un excelente rendimiento de enfriamiento. La solución técnica global de la presente invención es excelente.

[0443] Por tanto, la presente invención presenta una buena aplicabilidad industrial.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES

1. Composición de fibra de vidrio de alto módulo, que comprende los siguientes componentes con las cantidades correspondientes en porcentaje en peso:

SiO<2>43-58 %

Al<2>O<3>15,5-23 %

MgO 8-18 %

Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

CaO 0,1-7,5 %

Y<2>O<3>7,1-22 %

MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

TiO<2>0,01-5 %

Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

Na<2>O 0,01-2 %

K<2>O 0-1,5 %

Li<2>O 0-0,9 %

SrO 0-4 %

La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

ZrO<2>0-2,4 %

en la que la razón de porcentaje en peso C3=Y<2>O<3>/CaO es mayor de o igual a 2,1.

2. Composición de fibra de vidrio de alto módulo según la reivindicación 1, que comprende los siguientes componentes con las cantidades correspondientes en porcentaje en peso:

SiO<2>43-58 %

Al<2>O<3>15,5-23 %

MgO 8-18 %

Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

CaO 0,1-7,5 %

Y<2>O<3>7,1-22 %

MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

TiO<2>0,01-5 %

Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

Na<2>O 0,01-2 %

K<2>O 0-1,5 %

Li<2>O 0-0,9 %

SrO 0-4 %

La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

ZrO<2>0-2 %

3. Composición de fibra de vidrio de alto módulo según la reivindicación 1, que comprende los siguientes componentes con las cantidades correspondientes en porcentaje en peso:

SiO<2>43-58 %

Al<2>O<3>15,5-23 %

MgO 8-18 %

Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

CaO 0,1-7,5 %

Y<2>O<3>7,1-22 %

MgO+Y<2>O<3>≥16,5 %

TiO<2>0,01-5 %

Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

Na<2>O 0,01-2 %

K<2>O 0-1,5 %

Li<2>O 0-0,9 %

SrO 0-4 %

La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

en la que el porcentaje en peso total de los componentes anteriores es mayor de o igual al 98 %.

4. Composición de fibra de vidrio de alto módulo según la reivindicación 1, en la que la razón de porcentaje en peso C1=MgO/CaO es mayor de o igual a 1,7.

5. Composición de fibra de vidrio de alto módulo según la reivindicación 1, en la que la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,8.

6. Composición de fibra de vidrio de alto módulo según la reivindicación 1, en la que la razón de porcentaje en peso C4= A1<2>O<3>/Y<2>O<3>es 1-2,5.

7. Composición de fibra de vidrio de alto módulo según la reivindicación 1, en la que el porcentaje en peso de Y<2>O<3>es del 10,1-20 %.

8. Composición de fibra de vidrio de alto módulo según la reivindicación 1, en la que el porcentaje en peso de SiO<2>es del 44-55,9 %.

9. Composición de fibra de vidrio de alto módulo según la reivindicación 1, en la que el porcentaje en peso de Al<2>O<3>es del 15,8-20,4 %.

10. Composición de fibra de vidrio de alto módulo según la reivindicación 1, en la que la razón de porcentaje en peso C1=MgO/CaO es mayor de o igual a 1,7, y la razón de porcentaje en peso C2=Y<2>O<3>/MgO es mayor de o igual a 0,8.

11. Composición de fibra de vidrio de alto módulo según la reivindicación 1, que comprende los siguientes componentes con las cantidades correspondientes en porcentaje en peso:

SiO<2>44-55,9 %

Al<2>O<3>15,5-23 %

MgO 8-18 %

Al<2>O<3>+MgO ≥25 %

CaO 0,1-7,5 %

Y<2>O<3>10,1-20 %

MgO+Y<2>O<3>18,1-33 %

TiO<2>0,01-5 %

Fe<2>O<3>0,01-1,5 %

Na<2>O 0,01-2 %

K<2>O 0-1,5 %

Li<2>O 0-0,9 %

SrO 0-4 %

La<2>O<3>+CeO<2>0-5 %

en la que la razón de porcentaje en peso C1=MgO/CaO es mayor de o igual a 1,7.

12. Composición de fibra de vidrio de alto módulo según la reivindicación 1, que comprende además uno o más de ZnO, B<2>O<3>, F<2>y SO<3>, siendo el porcentaje en peso combinado menor del 4 %.

13. Fibra de vidrio, que se produce usando cualquiera de las composiciones según las reivindicaciones 1-12.

14. Material compuesto, que incorpora la fibra de vidrio según la reivindicación 13.