RU2709042C1 - Стекло для производства непрерывного стекловолокна - Google Patents
Стекло для производства непрерывного стекловолокна Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709042C1 RU2709042C1 RU2019112435A RU2019112435A RU2709042C1 RU 2709042 C1 RU2709042 C1 RU 2709042C1 RU 2019112435 A RU2019112435 A RU 2019112435A RU 2019112435 A RU2019112435 A RU 2019112435A RU 2709042 C1 RU2709042 C1 RU 2709042C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- strength
- fiber
- modulus
- production
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/001—Alkali-resistant fibres
- C03C13/002—Alkali-resistant fibres containing zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/083—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound
- C03C3/085—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C4/00—Compositions for glass with special properties
- C03C4/20—Compositions for glass with special properties for chemical resistant glass
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к составам стекол для производства высокотехнологичного, высокомодульного, высокопрочного непрерывного стеклянного волокна. Cтекло для производства волокна включает следующие компоненты, мас.%: SiO53,00-60,00, AlO20,00-27,00, MgO 13,00-25,00, TiO0,20-0,70, NaO+KO 0,03-0,45, ZrO0,05-0,20, CrO0,001-0,20, МоО0,001-0,20, PdO 0,001-0,20. Технический результат изобретения получение высокотехнологичного, высокомодульного, высокопрочного состава стекла, позволяющего осуществить стабильный процесс выработки непрерывного волокна в многофильерных стеклоплавильных сосудах, при сохранении высоких значений модуля упругости (94-95 ГПа) и прочности (4300-4500 МПа), а также химической устойчивости волокон по отношению к нейтральной среде. 1 пр., 1 табл.
Description
Изобретение относится к составам стекол для производства высокотехнологичного высокомодульного высокопрочного непрерывного стеклянного волокна, из которого изготавливаются нити, ровинги и ткани, использующиеся в качестве армирующих материалов для создания композиционных стеклопластиков, применяемых в промышленности высоких технологий, в частности, при производстве баллонов высокого давления, предназначенных для перевода легкового и грузового транспорта на природный газ.
На модуль упругости и прочность волокна большое влияние оказывает химический состав стекла.
Известен состав стекла для производства стеклянного волокна (патент РФ №2263639, кл. СОЗС 13/00, публ. 22.10.2004), включающий, масс. %:
SiO2 | 58,0-60,0 |
Al2O3 | 12,0-14,0 |
СаО | 20,0-22,0 |
MgO | 3,0-5,0 |
TiO2 | 0,01-1,9 |
R2O | до 1,0 |
ZrO2 | 0,01-2,0, |
при этом полученное стекло характеризуется прочностью волокна 3300-3500 МПа и модулем упругости 74 ГПа.
Недостатками этого состава являются низкий модуль упругости, пониженная прочность элементарного волокна и низкая разрывная нагрузка комплексной и крученой нитей.
Известен состав стекла для получения высокомодульного высокопрочного волокна (Патент US №2008/0009403 А1, кл. С03С 13/00, публ. 10.01.2008), включающий, масс. %:
SiO2 | 60,5-70,5 |
Al2O3 | 10,0-24,5 |
RO (СаО, BaO, MgO, SrO) | 6,0-20,0 |
R2O | 0-3,0 |
ZrO2 | 0-3,0, |
при этом стекловолокно имеет прочность выше 696 kPsi (4792 МПа) и модуль упругости более 12,6 MPsi (87 ГПа).
Известно стекло для изготовления высокопрочных стеклянных волокон (патент US 2010/0160140 А1, кл. С03С 13/02, публ. 24.06.2010), включающее, масс. %:
SiO2 | 62,0-68,0 |
Al2O3 | 22,0-26,0 |
MgO | 8,0-15,0 |
Li2O | 0,1-2,0, |
однако присутствие оксида лития в данных стеклах ухудшает его химическую стойкость по отношению к воде, при этом стекловолокно имеет прочность выше 750 kPsi (5171 МПа) и модуль упругости стекла 13,2 MPsi (91 ГПа).
Также известно высокопрочное и высокомодульное волокно (патент ЕР №2450321 Al, С0ЗС 13/02, публ. 09.05.2012), включающее, масс. %:
SiO2 | 56,0-64,0 |
Al2O3 | 13,0-20,0 |
СаО | 8,0-13,0 |
MgO | 7,0-12,0 |
TiO2 | 0-2,5 |
Li2O | 0-0,08 |
Na2O+K2O | 0-1,0 |
Fe2O3 | 0-0,6 |
ZrO2 | 0-2,0 |
F2 | 0-0,6, |
при этом волокно имеет невысокие значения модуля упругости и прочности на разрыв, а наличие щелочей, особенно, оксида лития, ухудшает химическую стойкость и диэлектрические свойства волокна. Кроме того, наличие тугоплавкого оксида циркония в количестве до 2% затрудняет процесс варки стекла и выработки волокна, снижает коэффициент полезного времени (КПВ) процесса формования и значительно повышает капельную обрывность.
Наиболее близким к заявленному составу по технической сущности и достигаемому результату является состав стекла для производства высокомодульного непрерывного стекловолокна (патент РФ №2129102, кл. С03С 13/02, публ. 20.04.99 г. - прототип), при следующем соотношении компонентов, масс. %:
SiO2 | 57,0-60,0 |
Al2O3 | 20,0-27,0 |
MgO | 10,0-16,0 |
TiO2 | 0,20-0,70 |
Na2O | 0,03-0,10 |
K2O | 0,15-0,35 |
ZrO2 | 0,05-0,20 |
Fe2O3 | 0,1-0,6 |
Недостатком этого состава при модуле упругости стекла (95 ГПа) и прочности волокна (4200-4500 МПа) являются высокие значения температуры варки стекла и верхнего предела кристаллизации, а также короткий температурный интервал выработки и низкая вязкость расплава при формовании стеклянного волокна, вследствие чего наблюдаются нестабильный процесс выработки волокна и повышенная капельная обрывность.
Задачей настоящего изобретения является разработка высокотехнологичного высокомодульного высокопрочного состава стекла, позволяющего осуществить стабильный процесс выработки непрерывного волокна, обеспечивающего повышение КПВ процесса формования волокна и снижение капельной обрывности при сохранении высоких значений модуля упругости (94-95 Гпа) и прочности (4300-4500 Мпа, а также химической устойчивости по отношению к нейтральной среде, т.е. увеличение производительности многофильерного стеклоплавильного сосуда при сохранении высоких значений модуля упругости и прочности.
Поставленная задача достигается тем, что стекло для производства непрерывного высокопрочного и высокомодульного стеклянного волокна, включающее SiO2, Al2O3, MgO, TiO2, Na2O, K2O, ZrO2 дополнительно содержит Cr2O3, MoO3 и PdO при следующем соотношении компонентов, масс. %.
SiO2 | 53,00-60,00 |
Al2O3 | 20,00-27,00 |
MgO | 13,00-25,00 |
TiO2 | 0,20-0,70 |
Na2O+K2O | 0,03-0,45 |
ZrO2 | 0,05-0,20 |
Cr2O3 | 0,001-0,20 |
MoO3 | 0,001-0,20 |
PdO | 0,001-0,20 |
В практике стеклоделия издавна применяются различные добавки, позволяющие, например, ускорить варку стекла, улучшить процесс осветления и т.п. Возможность влияния малых добавок (не более 1%) ряда оксидов на вязкость стекла и выработочные характеристики отмечалась неоднократно и объяснялась интенсивностью разрушения молекулярных группировок в стекле при первых порциях добавки, не входящей в состав исходного расплава, когда действие новых ионов максимально продуктивно.
Так, в состав предложенного стекла вводят такие добавки, как оксид хрома, оксид молибдена и оксид палладия, каждая из которых вводится в количестве от 0,001 до 0,2 масс. %. Указанные добавки в количестве от 0,001 до 0,2 масс. % понижают поверхностное натяжение и энергию активации вязкого течения расплава, благодаря чему при сохранении высоких значений модуля упругости и прочности создаются благоприятные условия для получения стабильного процесса выработки непрерывного волокна на многофильерных стеклоплавильных сосудах при увеличенном коэффициенте полезного времени и малой капельной обрывности (улучшается качество стекла, а именно, однородность стекломассы, снижается температура верхнего предела кристаллизации, увеличивается интервал выработки волокна).
Капельная обрывность - это характеристика технологии формования стекловолокна, свидетельствующая о степени стабильности процесса выработки: чем больше капель за час работы, т.е. обрывов нити, влекущих за собой затрату времени на заправку волокон, тем хуже идет процесс формования, снижается производительность и могут ухудшаться прочностные характеристики волокна.
КПВ - коэффициент полезного времени процесса выработки волокна также характеризует стабильность процесса и представляет из себя отношение фактического времени беспрерывного формования к полному времени работы стеклоплавильного сосуда.
Количество вводимых малых добавок оксидов хрома, молибдена и палладия, влияющих положительно на выработочные свойства волокна, ограничиваются 0,2 масс. %, так как дальнейшее повышение содержания данных оксидов приведет к увеличению плотности стекла, что нежелательно для удельного модуля упругости волокна и изделий из него. Содержание вводимых малых добавок, равное 0,001 масс. %, является минимальным количеством, оказывающим заметное влияние на качество стекла и процесс выработки волокон.
Пример осуществления изобретения
Для получения стекла предлагаемого состава готовят шихту, которую загружают в печь и плавят при температуре 1580-1590°С, затем из расплавленной стекломассы формуют стеклошарики, из которых вырабатывают непрерывное стеклянное волокно диаметром 6-13 мкм на многофильерном стеклоплавильном сосуде. Примеры составов получаемого стекловолокна приведены в таблице 1
Таким образом, предложенный состав стекла позволяет получить высокомодульное высокопрочное непрерывное стеклянное волокно. Полученное стекловолокно может быть использовано для изготовления нитей, ровингов и тканей различного назначения, применяемых в качестве армирующих материалов при создании композиционных стеклопластиков.
Claims (2)
- Стекло для производства непрерывного высокопрочного и высокомодульного стеклянного волокна, включающее SiO2, Al2O3, MgO, TiO2, Na2O, К2О, ZrO2, отличающееся тем, что дополнительно содержит Cr2O3, MoO3 и PdO при следующем соотношении компонентов, мас.%:
-
SiO2 53,00-60,00 Al2O3 20,00-27,00 MgO 13,00-25,00 TiO2 0,20-0,70 Na2O+K2O 0,03-0,45 ZrO2 0,05-0,20 Cr2O3 0,001-0,20 MoO3 0,001-0,20 PdO 0,001-0,20
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019112435A RU2709042C1 (ru) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Стекло для производства непрерывного стекловолокна |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019112435A RU2709042C1 (ru) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Стекло для производства непрерывного стекловолокна |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2709042C1 true RU2709042C1 (ru) | 2019-12-13 |
Family
ID=69006840
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019112435A RU2709042C1 (ru) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Стекло для производства непрерывного стекловолокна |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2709042C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1630233A1 (ru) * | 1977-11-30 | 1996-11-10 | Асланова Рњ.РЎ. | Стекло для стекловолокна |
RU2129102C1 (ru) * | 1997-04-18 | 1999-04-20 | Акционерное общество открытого типа "НПО Стеклопластик" | Стекло для производства стекловолокна |
RU2430041C2 (ru) * | 2005-11-04 | 2011-09-27 | Осв Интеллекчуал Кэпитал, Ллк | Исходная композиция для получения стеклянных волокон и полученное из них стеклянное волокно |
US9242892B2 (en) * | 2011-12-06 | 2016-01-26 | Nitto Boseki Co., Ltd. | Glass fibers having non-circular cross sections, and fiber-reinforced resin compact using same |
RU2641050C2 (ru) * | 2012-04-18 | 2018-01-15 | 3Б Фибрегласс СПРЛ | Композиция стекловолокна |
-
2019
- 2019-04-24 RU RU2019112435A patent/RU2709042C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1630233A1 (ru) * | 1977-11-30 | 1996-11-10 | Асланова Рњ.РЎ. | Стекло для стекловолокна |
RU2129102C1 (ru) * | 1997-04-18 | 1999-04-20 | Акционерное общество открытого типа "НПО Стеклопластик" | Стекло для производства стекловолокна |
RU2430041C2 (ru) * | 2005-11-04 | 2011-09-27 | Осв Интеллекчуал Кэпитал, Ллк | Исходная композиция для получения стеклянных волокон и полученное из них стеклянное волокно |
US9242892B2 (en) * | 2011-12-06 | 2016-01-26 | Nitto Boseki Co., Ltd. | Glass fibers having non-circular cross sections, and fiber-reinforced resin compact using same |
RU2641050C2 (ru) * | 2012-04-18 | 2018-01-15 | 3Б Фибрегласс СПРЛ | Композиция стекловолокна |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8338319B2 (en) | Composition for high performance glass fibers and fibers formed therewith | |
US7799713B2 (en) | Composition for high performance glass, high performance glass fibers and articles therefrom | |
US8252707B2 (en) | Composition for high performance glass fibers and fibers formed therewith | |
US9156729B2 (en) | High refractive index glass composition | |
CN104986954B (zh) | 锆质铝硅酸盐玻璃及其制备方法 | |
US3189471A (en) | High tensile strength magnesium aluminum silicate glass compositions | |
US20120135849A1 (en) | Modulus, lithium free glass | |
JP7480142B2 (ja) | 改善された比弾性率を有する高性能ガラス繊維組成物 | |
JP7488260B2 (ja) | 改善された弾性率を有する高性能ガラス繊維組成物 | |
US8586491B2 (en) | Composition for high performance glass, high performance glass fibers and articles therefrom | |
KR19990022293A (ko) | 보론이 없는 유리섬유 | |
US20130210962A1 (en) | Glass composition for producing high strength and high modulus fibers | |
US11214512B2 (en) | High performance fiberglass composition | |
US20130225025A1 (en) | Glass composition for producing high strength and high modulus fibers | |
US9352999B2 (en) | Glass composition for producing high strength and high modulus fibers | |
RU2709042C1 (ru) | Стекло для производства непрерывного стекловолокна | |
EP2630094B1 (en) | Glass composition for producing high strength and high modulus fibers | |
CA3166215A1 (en) | Fiberglass composition for higher modulus | |
JP2018020917A (ja) | 光学ガラス母材の製造方法 | |
RU2513903C1 (ru) | Стекло для производства непрерывного стекловолокна | |
US20190055156A1 (en) | Brucite as a source of magnesium oxide in glass compositions | |
RU2777258C2 (ru) | Высококачественная стекловолоконная композиция | |
US20230331621A1 (en) | High modulus fiberglass composition with reduced energy consumption |