TW201615585A - 玻璃組成物，可纖維化玻璃組成物及由其製得之玻璃纖維 - Google Patents

玻璃組成物，可纖維化玻璃組成物及由其製得之玻璃纖維 Download PDF

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Abstract

本發明之實施例提供玻璃組成物、可纖維化玻璃組成物及由該等組成物形成之玻璃纖維，以及包含該等適用於各種應用之玻璃纖維的玻璃絲束、紗線、織物及複合材料。在本發明之一些實施例中，該等玻璃組成物另外包括至少一種稀土氧化物。

Description

玻璃組成物，可纖維化玻璃組成物及由其製得之玻璃纖維 相關申請案
本申請案主張2014年9月9日申請的美國臨時專利申請案第62/047,967號之優先權，其如同完全闡述於本文中一樣以引用的方式併入本文中。
本發明係關於玻璃組成物，且特定言之用於形成纖維之玻璃組成物。
玻璃纖維多年來已用於增強各種聚合樹脂。一些適用於增強應用之常用玻璃組成物包括「E-玻璃」、「R-玻璃」及「D-玻璃」家族之組成物。「S-玻璃」為另一常用家族之玻璃組成物，且包括例如可以商標名「S-2玻璃」購自AGY(Aiken,South Carolina)之玻璃纖維。
在增強應用及其他應用中，玻璃纖維或經玻璃纖維增強之複合材料之某些機械特性可為重要的。然而，在許多情況下，製造具有改良之機械特性(例如，更高強度、更高模數等)之玻璃纖維可例如由於批料成本增加、製造成本增加或其他因素而導致更高成本。舉例而言，前述「S-2玻璃」與習知E-玻璃相比具有改良之機械特性，但成本同樣顯著更多，因為對批料向玻璃轉化、熔融精煉及纖維抽絲之溫度及能量需求實質上更高。纖維玻璃製造商繼續尋找可用於在商業製 造環境中形成具有合乎需要的機械特性之玻璃纖維之玻璃組成物。
本發明之各種實施例提供玻璃組成物、可纖維化玻璃組成物及由該等組成物形成之玻璃纖維，以及包含該等適用於各種應用之玻璃纖維的纖維玻璃絲束、紗線、織物及複合材料。
在一個實施例中，適合於纖維成形之玻璃組成物包含56-68重量% SiO2；11至小於20重量% Al2O3；12重量%或12重量%以下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；含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約15重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約8重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。在一些實施例中，CaO含量小於約5重量%。在一些實施例中，Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在一些實施例中，Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，Al2O3含量在約14重量%與約19重量%之間。在一些實施例中，MgO以約10重量%與約16重量%之間的量存在。在一些實施例中，Li2O以約0.4重量%與約2重量%之間的量存在。在一些實施例中，玻璃組成物包含至少約60重量%SiO2。在一些實施例中，ZnO以至多約4重量%之量存在。在一些實施例中，SnO2以至多約4重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含CeO2，且CeO2以至多約4重量%之量存在。在一些實 施例中，SnO2與CeO2以至多約8重量%之合併量存在。在一些實施例中，玻璃組成物進一步包含量為至多約5重量%之Nb2O5。在一些實施例中，玻璃組成物實質上不含B2O3。
在一個實施例中，適合於纖維成形之玻璃組成物包含60-68重量% SiO2；14-19重量% Al2O3；5重量%或5重量%以下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；含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約15重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約8重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。在一些實施例中，Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在一些實施例中，Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，Li2O以約0.4重量%與約2重量%之間的量存在。在一些實施例中，ZnO以至多約4重量%之量存在。在一些實施例中，SnO2以至多約4重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含CeO2，且CeO2以至多約4重量%之量存在。在一些實施例中，SnO2與CeO2以至多約8重量%之合併量存在。在一些實施例中，玻璃組成物進一步包含量為至多約5重量%之Nb2O5。在一些實施例中，玻璃組成物實質上不含B2O3。
在一個實施例中，適合於纖維成形之玻璃組成物包含60-68重量% SiO2；14-19重量% Al2O3；5重量%或5重量%以下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；量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。在一些實施例中，Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在一些實施例中，ZnO以至多約4重量%之量存在。在一些實施例中，SnO2以至多約4重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含CeO2，且CeO2以至多約4重量%之量存在。在一些實施例中，SnO2與CeO2以至多約8重量%之合併量存在。在一些實施例中，玻璃組成物進一步包含量為至多約5重量%之Nb2O5。在一些實施例中，玻璃組成物實質上不含B2O3。
在一個實施例中，適合於纖維成形之玻璃組成物包含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；含量不小於3重量%之至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少4重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少5重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約15重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約8重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。在一些實施例中，CaO含量小於約8重量%。在一些實施例中，Na2O+K2O+Li2O 含量大於1重量%。在一些實施例中，Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，Al2O3含量在約15重量%與約18重量%之間。在一些實施例中，MgO以約8重量%與約10重量%之間的量存在。在一些實施例中，Li2O以約0.4重量%與約2重量%之間的量存在。在一些實施例中，玻璃組成物包含至少約61重量% SiO2。在一些實施例中，SrO以至多約3重量%之量存在。在一些實施例中，Cu2O以至多約2重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含Y2O3，且Y2O3以至多約5重量%之量存在。在一些實施例中，Cu2O及Y2O3以至多約7重量%之合併量存在。在一些實施例中，玻璃組成物進一步包含量為至多約5重量%之Nb2O5。在一些實施例中，玻璃組成物實質上不含B2O3。
本發明之一些實施例係關於纖維玻璃絲束。本文揭示多種可纖維化玻璃組成物作為本發明之一部分，且應理解，本發明之各種實施例可包含玻璃纖維、纖維玻璃絲束、紗線及併有由該等組成物形成之玻璃纖維的其他產品。
本發明之一些實施例係關於由至少一個由本文所述之玻璃組成物形成之纖維玻璃絲束形成之紗線。本發明之一些實施例係關於併有至少一個由本文所述之玻璃組成物形成之纖維玻璃絲束的織物。在一些實施例中，面料中所用之緯紗可包含至少一種纖維玻璃絲束。在一些實施例中，經紗可包含至少一種纖維玻璃絲束。在一些實施例中，可在用於形成根據本發明之織物之緯紗及經紗中使用纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之織物可包含平紋織物、斜紋織物、爪形織物、緞紋織物、縫編織物或3D編織物。
本發明之一些實施例係關於包含聚合樹脂及由本文所述之各種玻璃組成物中之一者形成之玻璃纖維的複合材料。玻璃纖維可來自根據本發明之一些實施例之纖維玻璃絲束。在一些實施例中，玻璃纖維 可併入織物(諸如編織物)中。舉例而言，玻璃纖維可在緯紗及/或經紗中編織形成織物。在該複合材料包含織物之實施例中，織物可包含平紋織物、斜紋織物、爪形織物、緞紋織物、縫編織物或3D編織物。
玻璃纖維可以其他形式併入複合材料中，以及更詳細論述於下文中。
關於聚合樹脂，本發明之複合材料可包含多種聚合樹脂中之一或多者。在一些實施例中，聚合樹脂包含以下中之至少一者：聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺基甲酸酯、酚系、聚酯、乙烯基酯、聚二環戊二烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、氰酸酯、雙順丁烯二醯亞胺及熱固性聚胺基甲酸酯之樹脂。在一些實施例中，聚合樹脂可包含環氧樹脂。
本發明之複合材料可呈多種形式且可用於多種應用。根據本發明之一些實施例之複合材料之潛在用途的一些實例包括(但不限於)風能(例如，風車葉片)、汽車應用、安全/保全應用(例如，彈道裝甲)、航天或航空應用(例如，飛機之內部地板)、高壓容器或罐、導彈外殼、電子及其他。
本發明之此等及其他實施例更詳細描述於如下實施方式中。
圖1為展示在各種玻璃組成物中楊氏模數值(Young's modulus value)相對於稀土氧化物(RE2O3)量之圖。
圖2為展示在各種玻璃組成物中原始纖維拉伸強度值相對於稀土氧化物(RE2O3)量之圖。
圖3為展示在各種玻璃組成物中軟化溫度及玻璃轉移溫度相對於稀土氧化物(RE2O3)量之圖。
圖4為展示在各種玻璃組成物中線性熱膨脹係數相對於氧化鈧(Sc2O3)量之圖。
除非有相反指示，否則以下說明書中所闡述之數值參數為可能視試圖藉由本發明獲得的所需特性而變化之近似值。至少，且不試圖將等效原則之應用限於申請專利範圍之範疇，各數值參數至少應根據所報導之有效數位的數目且藉由應用一般捨入技術來解釋。
儘管闡述本發明之廣泛範疇的數值範圍及參數為近似值，但應儘可能精確地報導特定實例中所闡述之數值。然而，任何數值均固有地含有由其各別測試量測中發現之標準差必然產生的某些誤差。此外，本文所揭示之所有範圍應理解為涵蓋其中所包含之任何及所有子範圍。舉例而言，所述範圍「1至10」應視為包括最小值1與最大值10之間(且包括1及10)的任何及所有子範圍；亦即，以1或1以上之最小值開始(例如，1至6.1)且以10或10以下之最大值結束(例如，5.5至10)之所有子範圍。另外，稱為「併入本文中」之任何參考文獻理解為以其全文併入。
另外應注意，除非明確且肯定限於一個指示物，否則如本說明書中所用之單數形式「一(a/an)」及「該」包括複數個指示物。
本發明大體上係關於玻璃組成物。在一個態樣中，本發明提供由本文所述之玻璃組成物形成之玻璃纖維。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維與習知E-玻璃纖維相比可具有改良之機械特性，諸如楊氏模數及原始強度。
本發明之玻璃組成物除玻璃組成物中通常發現之組分(諸如SiO2、Al2O3、CaO、MgO及其他)之外還包含稀土氧化物。該等玻璃組成物可為可纖維化的且因此可在各種實施例中用於製造纖維玻璃。如熟習此項技術者所理解，術語「稀土氧化物」係指併有稀土金屬之氧化物且包括以下各者之氧化物：鈧(Sc2O3)、釔(Y2O3)及鑭系元素(鑭(La2O3)、鈰(Ce2O3及CeO2)、鐠(Pr2O3)、釹(Nd2O3)、鉕(Pm2O3)、 釤(Sm2O3)、銪(Eu2O3及EuO)、釓(Gd2O3)、鋱(Tb2O3)、鏑(Dy2O3)、鈥(Ho2O3)、鉺(Er2O3)、銩(Tm2O3)、鐿(Yb2O3)及鎦(Lu2O3))。本發明之玻璃組成物中所包括的稀土氧化物之量超過在玻璃批料所包括的批料中存在的僅作為混入物(tramp material)或雜質之稀土氧化物的量，以提供另一組分。在一些實施例中，玻璃組成物可包含稀土氧化物(例如，各種稀土氧化物中之一或多者)之組合。
在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以不小於約0.05重量%之量存在於玻璃組成物中。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以不小於約0.5重量%之量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以大於約3重量%之量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以至多約5重量%之量存在，儘管可在其他實施例中使用更大量。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以至多約8重量%之量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以至多約10重量%之量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以至多約12重量%之量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以至多約15重量%之量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以約0.05重量%與約15重量%之間的量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以約0.5重量%與約15重量%之間的量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以約2.0重量%與約15重量%之間的量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以約3.0重量%與約15重量%之間的量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以約4.0重量%與約15重量%之間的量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以約5.0重量%與約15重量%之間的量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以約1重量%與約8重量%之間的量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以約3重量%與約8重量%之間的量存在。在一些實施例中，一或多種稀土氧化物可以約1重量%與約5重量 %之間的量存在。
一些實施例中所用的稀土氧化物之量可視所用之特定稀土氧化物(無論組成物中是否使用其他稀土氧化物)、組成物之熔融特性及待由該組成物形成之玻璃纖維的所需特性及其他而定。
在一些實施例中，本發明之玻璃組成物中所用之稀土氧化物可包含約0.5重量%與約15重量%之間的量之La2O3。如上文及以下實例中所闡述，其他量之La2O3亦可包括於根據一些實施例之玻璃組成物中。在一些實施例中，咸信玻璃組成物中包括La2O3對由該等組成物形成之玻璃纖維之玻璃軟化溫度及玻璃轉移溫度以及拉伸強度、伸長率、熱膨脹係數及其他特性具有合乎需要的影響。
在一些實施例中，本發明之玻璃組成物中所用之稀土氧化物可包含約0.5重量%與約15重量%之間的量之Y2O3。如上文及以下實例中所闡述，其他量之Y2O3亦可包括於根據一些實施例之玻璃組成物中。在一些實施例中，咸信玻璃組成物中包括Y2O3對由該等組成物形成之玻璃纖維之玻璃軟化溫度及玻璃轉移溫度以及模數、拉伸強度、伸長率、熱膨脹係數及其他特性具有合乎需要的影響。
在一些實施例中，本發明之玻璃組成物中所用之稀土氧化物可包含約0.5重量%與約4重量%之間的量之Sc2O3。如上文及以下實例中所闡述，其他量之Sc2O3亦可包括於根據一些實施例之玻璃組成物中。在一些實施例中，雖然咸信玻璃組成物中包括Sc2O3對由該等組成物形成之玻璃纖維之一些特性(例如，玻璃軟化溫度、玻璃轉移溫度、熱膨脹係數等)具有合乎需要的影響，但亦已觀測到Sc2O3之存在使組成物之液相線溫度升高。
在一些實施例中，本發明之玻璃組成物中所用之稀土氧化物可包含約0.5重量%與約15重量%之間的量之Nd2O3。如上文及以下實例中所闡述，其他量之Nd2O3亦可包括於根據一些實施例之玻璃組成物 中。在一些實施例中，咸信玻璃組成物中包括Nd2O3對由該等組成物形成之玻璃纖維之玻璃軟化溫度及玻璃轉移溫度以及模數、拉伸強度、伸長率、熱膨脹係數及其他特性具有合乎需要的影響。
在一些實施例中，本發明之玻璃組成物中所用之稀土氧化物可包含約0.5重量%與約15重量%之間的量之Sm2O3。如上文及以下實例中所闡述，其他量之Sm2O3亦可包括於根據一些實施例之玻璃組成物中。在一些實施例中，咸信玻璃組成物中包括Sm2O3對由該等組成物形成之玻璃纖維之玻璃軟化溫度及玻璃轉移溫度以及模數、拉伸強度、伸長率、熱膨脹係數及其他特性具有合乎需要的影響。
在一些實施例中，本發明之玻璃組成物中所用之稀土氧化物可包含約0.5重量%與約15重量%之間的量之Gd2O3。如上文及以下實例中所闡述，其他量之Gd2O3亦可包括於根據一些實施例之玻璃組成物中。在一些實施例中，咸信玻璃組成物中包括Gd2O3對由該等組成物形成之玻璃纖維之玻璃軟化溫度及玻璃轉移溫度以及模數、拉伸強度、伸長率、熱膨脹係數及其他特性具有合乎需要的影響。
在一些實施例中，本發明之玻璃組成物中所用之稀土氧化物可包含約0.5重量%與約15重量%之間的量之CeO2。如上文及以下實例中所闡述，其他量之CeO2亦可包括於根據一些實施例之玻璃組成物中。舉例而言，在一些實施例中，CeO2可以0重量%與約4重量%之間的量存在。儘管可以穩定形式之CeO2引入氧化鈰，但在高溫下熔融時玻璃中大多數鈰自Ce4+(呈CeO2形式)還原成Ce3+(變成Ce2O3)。就此而言，咸信包括氧化鈰不僅提高由該等組成物形成之玻璃纖維之音波模數及強度，而且經由在熔融期間玻璃之較好精煉來提高玻璃品質，在熔融期間在熔體中Ce4+離子還原成Ce3+離子時氧化鈰釋放氧氣氣泡。
稀土氧化物之各種組合亦可用於實現合乎需要的特性(例如，拉 伸強度、模數、比強度、比模數等)。舉例而言，選擇特定稀土氧化物及其相對量可能影響纖維密度，繼而可能影響比強度(拉伸強度除以密度)及比模數(模數除以密度)。同樣，選擇特定稀土氧化物及其相對量可能影響玻璃組成物之熔融特性。舉例而言，如上文所指出，存在一定量之Sc2O3可提高玻璃組成物之液相線溫度。類似地，氧化鈰(Ce2O3及CeO2)可充當氧化劑及精煉劑，使得在一些實施例中，氧化鈰之量可不超過4重量%。最後，選擇特定稀土氧化物及其相對量可能影響玻璃纖維之製造成本，因為其影響熔融特性及其作為原料之成本(因為稀土氧化物之成本實質上為變化的)。一般而言，對於玻璃組成物中相同量之稀土氧化物，玻璃之熔融及機械特性可藉由選擇具有不同場強度(如由z/r2所定義，其中z為電荷且r為稀土陽離子之半徑)之稀土氧化物的組合來控制。
如上文所指出，本發明之玻璃組成物且特定言之可纖維化玻璃組成物亦包括其他組分，包括SiO2、Al2O3、CaO、MgO及其他。
在一個實施例中，適合於纖維成形之玻璃組成物包含51-65重量% SiO2、12.5-19重量% Al2O3、0-16重量% CaO、0-12重量% MgO、0-2.5重量% Na2O、0-1重量% K2O、0-2重量% Li2O、0-3重量% TiO2、0-3重量% ZrO2、0-3重量% B2O3、0-3重量% P2O5、0-1重量% Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。
在一個實施例中，適合於纖維成形之玻璃組成物包含51-65重量% SiO2、12.5-22重量% Al2O3、0-16重量% CaO、0-12重量% MgO、0-2.5重量% Na2O、0-1重量% K2O、0-2重量% Li2O、0-3重量% TiO2、 0-3重量% ZrO2、0-3重量% B2O3、0-3重量% P2O5、0-1重量% Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。
在一個實施例中，適合於纖維成形之玻璃組成物包含51-63重量% SiO2、14.5-19重量% Al2O3、0.5-10重量% CaO、0-12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% ZrO2、0-2重量% B2O3、0-3重量% P2O5、0-1重量% Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。
在一個實施例中，適合於纖維成形之玻璃組成物包含56-68重量% SiO2；11至小於20重量% Al2O3；12重量%或12重量%以下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；含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約15重量%之量存 在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約8重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。
在一個實施例中，適合於纖維成形之玻璃組成物包含60-68重量% SiO2；14-19重量% Al2O3；5重量%或5重量%以下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；含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約15重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約8重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。
在一個實施例中，適合於纖維成形之玻璃組成物包含60-68重量% SiO2；14-19重量% Al2O3；5重量%或5重量%以下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；量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。
在一個實施例中，適合於纖維成形之玻璃組成物包含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；量在約2重量%與約6重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。
應理解，玻璃組成物之描述為以約0重量%與另一重量%之間的量存在之任何組分不一定為所有實施例中所需。換言之，在一些實施例中，該等組分可當然視組成物中所包括之其他組分的量而定視情況存在。同樣，在一些實施例中，玻璃組成物可實質上不含該等組分，意謂玻璃組成物中所存在之任何量之組分將由作為微量雜質存在於批料中之組分而造成。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之SiO2量表徵。在一些實施例中，SiO2可以約51重量%與約65重量%之間及約51重量%與約63重量%之間的量存在。在一些實施例中，SiO2可以約54重量%與約65重量%之間及約54重量%與約63重量%之間的量存在。在一些實施例中，SiO2可以約59重量%與約62重量%之間及約59重量%與約65重量%之間的量存在。SiO2在一些實施例中可以約56重量%與約68重量%之間的量存在，且在其他實施例中以約60重量%與約68重量%之間的量存在。在一些實施例中，玻璃組成物可包含至少60重量% SiO2。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之Al2O3量表徵。在一些實施例中，玻璃組成物可包含12.5至22重量% Al2O3。在一些實施例中，Al2O3可以約12.5重量%與約19重量%之間的量存在。 在一些實施例中，Al2O3可以約11重量%與20重量%之間的量存在。在一些實施例中，Al2O3可以約14重量%與19重量%之間的量存在。在一些實施例中，Al2O3可以約14.5重量%與19重量%之間的量存在。在一些實施例中，Al2O3可以約15重量%與19重量%之間及約15重量%與18重量%之間的量存在。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之CaO量表徵。在一些實施例中，CaO可以0與約20重量%之間的量存在。在一些實施例中，CaO可以0與約16重量%之間的量存在。在一些實施例中，CaO可以約0.5重量%與約15重量%之間的量存在。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物可包含約0.5重量%至約14重量%。在一些實施例中，CaO可以小於約12重量%之量存在。在一些實施例中，CaO可以約0.5重量%與約10重量%之間的量存在。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物可包含小於約5重量% CaO。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物可包含約4重量%與約8重量%之間的CaO。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之MgO量表徵。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物包含0與約12重量%之間的MgO。在一些實施例中，MgO可以至多約9重量%之量存在。在一些實施例中，MgO可以約6重量%與約9重量%或約6重量%與約11之間的量存在。在一些實施例中，MgO可以約7重量%與約17重量%之間的量存在。在一些實施例中，MgO可以約10重量%與約16重量%之間的量存在。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之Na2O量表徵。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物可包含約0與約2.5重量%之間的Na2O。在一些實施例中，Na2O可以約0與約1.5重量%之間的量存在。在一些實施例中，Na2O可以至多約1.5重量%之量存在。在一些實施例中，Na2O可以至多約1.0重量%之量存在。在一些實施例 中，Na2O可以至多約0.5重量%之量存在。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物包含小於約0.1重量% Na2O。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之K2O量表徵。在一些實施例中，K2O可以約0與約1重量%之間的量存在。在一些實施例中，K2O可以至多約1重量%之量存在。在一些實施例中，K2O可以至多約0.5重量%之量存在。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物包含小於約0.1重量% K2O。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之Li2O量表徵。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物可包含約0與約5重量%之間的Li2O。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物可包含約0與約2重量%之間的Li2O。在一些實施例中，Li2O在一些實施例中可以約0.4重量%與約2重量%之間的量存在。在一些實施例中，Li2O可以約0與約1重量%之間的量存在。在一些實施例中，Li2O可以至多約1重量%之量存在。
本發明之一些實施例可藉由Na2O、K2O及Li2O含量之總量表徵。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物中之Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在一些實施例中，Na2O+K2O+Li2O含量為至多約2.5重量%。在一些實施例中，Na2O+K2O+Li2O含量大於約1重量%且至多約2.5重量%。
本發明之一些實施例可藉由Na2O及K2O含量之總量表徵。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物中之Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，Na2O+K2O含量為至多約0.3重量%。在一些實施例中，Na2O+K2O含量為至多約0.1重量%。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之B2O3量表徵。在一些實施例中，B2O3可以約0與約3重量%之間的量存在。在一些實施例中，B2O3可以約0與約2重量%之間的量存在。在一些實施例 中，B2O3可以約0與約1重量%之間的量存在。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物可實質上不含B2O3，意謂玻璃組成物中所存在之任何B2O3將由作為微量雜質存在於批料中之B2O3造成。在其他實施例中，本發明之玻璃組成物可包含大於約1重量% B2O3。在一些實施例中，B2O3可以至多約10重量%之量存在。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之Fe2O3量表徵。在一些實施例中，Fe2O3可以小於1.0重量%之量存在。在一些實施例中，Fe2O3可以約0與約0.5重量%之間的量存在。在一些實施例中，Fe2O3可以至多約0.4重量%之量存在。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之TiO2量表徵。在一些實施例中，TiO2可以約0與約3重量%之間的量存在。在一些實施例中，TiO2可以至多約3重量%之量存在。在一些實施例中，TiO2可以0至約2重量%存在。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之Cu2O量表徵。在一些實施例中，Cu2O可以約0與約2重量%之間的量存在。在一些實施例中，Cu2O可以至多2重量%之量存在。在一些實施例中，Cu2O可以0至約1.5重量%存在。Cu2O用於玻璃批料、熔融玻璃、氧化態混合物中，咸信Cu1+及Cu2+離子在玻璃中為穩定的。在不希望束縛於任何理論之情況下，咸信類似於ZnO，單價Cu+離子功能類似於鹼離子及二價Cu2+離子功能，藉此提高玻璃化學耐久性。在玻璃或玻璃纖維表面上Cu+離子氧化成Cu2+離子提供較高玻璃及/或玻璃纖維強度之益處。咸信藉由形成減緩分子水自周圍環境滲透至玻璃及/或玻璃纖維中之結構鈍化層來提供增加之強度。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之SrO量表徵。在一些實施例中，SrO可以約0與約3重量%之間的量存在。在一些實施例中，SrO可以至多3重量%之量存在。在一些實施例中，SrO可以0 至2.5重量%存在。SrO與MgO或CaO相比具有降低玻璃黏度之效果。因此，添加SrO相較於MgO或CaO將導致玻璃彈性模數改良。
在一些實施例中，本發明之玻璃組成物可包含ZnO。在一些實施例中，ZnO可用於替代或減少玻璃組成物之CaO量。在一些實施例中，咸信包括ZnO以至少部分替代CaO會提高來自該等組成物之玻璃纖維之音波模數及拉伸強度。此外，咸信ZnO降低玻璃熔體中之CaO活性，且因此咸信降低熔體中矽灰石(CaO．SiO2)及/或鈣長石(CaO．Al2O3．2SiO3)之結晶風險。在一些實施例中，含有較高濃度ZnO之玻璃纖維亦可提供對酸腐蝕改良之耐性。在包括ZnO之實施例中，ZnO可以至多約4重量%之量存在。在包括ZnO之一些實施例中，ZnO可以至多約4重量%之量存在且CaO量可在約0與約5重量%之間。
在一些實施例中，本發明之玻璃組成物可包含氧化錫。儘管可以SnO2形式引入氧化錫，在高溫下熔融時玻璃中大多數錫自Sn4+(自SnO2)還原成Sn2+(變成SnO)。就此而言，咸信包括氧化錫不僅提高由該等組成物形成之玻璃纖維之音波模數及強度，而且經由在熔融期間玻璃之較好精煉來提高玻璃品質，在熔融期間在熔體中Sn4+離子還原成Sn2+離子時氧化錫釋放氧氣氣泡。另外，在一些實施例中，玻璃中存在SnO可准許至少部分替代CaO。此外，咸信SnO之存在降低玻璃熔體中之CaO活性，且因此咸信降低熔體中矽灰石(CaO．SiO2)及/或鈣長石(CaO．Al2O3．2SiO3)之結晶風險。就此而言，在一些實施例中，亦可以SnO形式添加氧化錫而不潛在影響精煉。在包括氧化錫之實施例中，氧化錫可以至多約4重量%之量存在。在包括氧化錫之一些實施例中，氧化錫可以至多約4重量%之量存在且CaO量可在約0與約5重量%之間。
在一些實施例中，本發明之玻璃組成物可藉由SnO2及CeO2之量表徵。由於此等氧化物可對玻璃熔體及由其形成之纖維具有類似影 響，一些玻璃組成物可包含SnO2及CeO2。在一些實施例中，SnO2+CeO2含量可為至多約8重量%。在一些實施例中，SnO2+CeO2含量可為至多約6重量%。在一些實施例中，SnO2+CeO2含量可為至多約4重量%。在一些實施例中，SnO2可以至多約4重量%之量存在且CeO2亦可以至多約4重量%之量存在。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之ZrO2量表徵。在一些實施例中，ZrO2可以約0與約3重量%之間的量存在。在一些實施例中，ZrO2可以至多約2重量%之量存在。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物可實質上不含ZrO2，意謂玻璃組成物中所存在之任何ZrO2將由作為微量雜質存在於批料中之ZrO2造成。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之P2O5量表徵。在一些實施例中，P2O5可以約0與約3重量%之間的量存在。在一些實施例中，P2O5可以至多約2.5重量%之量存在。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物可實質上不含P2O5，意謂玻璃組成物中所存在之任何P2O5將由作為微量雜質存在於批料中之P2O5造成。P2O5充當玻璃網路形成體，且如SiO2在玻璃中形成四面體單元(PO4)。在一些實施例中，P2O5可用於替代SiO2以降低尤其含有高濃度稀土氧化物之玻璃之液相線溫度。
本發明之一些實施例可藉由玻璃組成物中所存在之氧化鈮(Nb2O5)量表徵。Nb2O5充當玻璃網路形成體，但相較於作為玻璃網路形成體形成四面體單元(SiO4)之SiO2形成八面體單元(NbO6)。咸信Nb2O5取代一些SiO2含量會降低熔融黏度。在含鹼土鋁矽酸鹽玻璃或含鹼鋁矽酸鹽玻璃中存在NbO6及SiO4之情況下，存在4倍(AlO4)及6倍(AlO6)之鋁，且存在較高濃度AlO6導致較高濃度Nb2O5，咸信導致由該組成物形成之玻璃纖維中之較低熔融黏度及較高音波模數及拉伸強度。在包括Nb2O5之實施例中，Nb2O5可以至多約5重量%之量存在。
硫酸鹽(表示為SO3)亦可作為精煉劑存在。少量雜質亦可因原料或在熔融製程期間因污染而存在，諸如SrO、BaO、Cl2、P2O5、Cr2O3或NiO(不限於此等特定化學形式)。其他精煉劑及/或加工助劑亦可存在，諸如As2O3、MnO、MnO2或Sb2O3(不限於此等特定化學形式)。當存在時，此等雜質及精煉劑各自通常以小於總玻璃組成物之0.5重量%的量存在。
如上文所指出，根據本發明之一些實施例之玻璃組成物為可纖維化的。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物具有合乎需要用於商業纖維玻璃製造操作之成形溫度(TF)。如本文所用，術語「成形溫度」或TF意謂玻璃組成物具有1000泊黏度之溫度(或「對數3溫度」)。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物之成形溫度(TF)在約1250℃至約1415℃範圍內。在另一實施例中，本發明之玻璃組成物之成形溫度在約1250℃至約1350℃範圍內。在一些實施例中，玻璃組成物之成形溫度在約1250℃至約1310℃範圍內。
在一些實施例中，本發明之玻璃組成物之液相線溫度在約1150℃至約1515℃範圍內。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物之液相線溫度在約1130℃至約1235℃範圍內。在另一實施例中本發明之玻璃組成物之液相線溫度在約1190℃至約1300℃範圍內。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物之液相線溫度在約1190℃至約1260℃範圍內。
在一些實施例中，本發明之玻璃組成物之成形溫度與液相線溫度之間的差值合乎商業纖維玻璃製造操作的需要。舉例而言，對於玻璃組成物之一些實施例，成形溫度與液相線溫度之間的差值在約35℃至大於60℃範圍內。在一些實施例中，本發明之玻璃組成物之成形溫度與液相線溫度之間的差值為至少50℃。在其他實施例中，本發明之玻璃組成物之成形溫度與液相線溫度之間的差值在約70℃至約190℃範圍內。
如本文所提供，玻璃纖維可由本發明之玻璃組成物之一些實施例形成。因此，本發明之實施例可包含由本文所述之玻璃組成物中之任一者形成的玻璃纖維。在一些實施例中，玻璃纖維可佈置成織物。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可以其他形式提供，包括例如且不限於如連續絲束、短切絲束(乾或濕)、紗線、粗紗、預浸體等。簡言之，玻璃組成物(及由其形成之任何纖維)之各種實施例可用於多種應用。
本發明之一些實施例係關於纖維玻璃絲束。本發明之一些實施例係關於包含纖維玻璃絲束之紗線。本發明之紗線之一些實施例尤其適合於編織應用。另外，本發明之一些實施例係關於玻璃纖維織物。本發明之纖維玻璃織物之一些實施例尤其適用於增強應用，尤其高模數、高強度及/或高伸長率為重要之增強應用。此外，本發明之一些實施例係關於併有纖維玻璃絲束、纖維玻璃紗線及纖維玻璃織物之複合材料，諸如纖維增強聚合物複合材料。本發明之一些複合材料尤其適用於增強應用，尤其高模數、高強度及/或高伸長率為重要之增強應用，諸如風能(例如，風車葉片)、汽車應用、安全/保全應用(例如，彈道裝甲或裝甲板)、航天或航空應用(例如，飛機之內部地板)、高壓容器或罐、導彈外殼及其他。本發明之一些實施例係關於汽車複合材料。本發明之一些實施例係關於航天複合材料。本申請案之其他實施例係關於航空複合材料。本發明之另其他實施例係關於適用於風能應用之複合材料。本發明之一些實施例係關於預浸體。本發明之一些實施例係關於用於安全/保全應用(諸如裝甲板)之複合材料。本發明之其他實施例係關於用於高壓容器或儲存罐之複合材料。本發明之一些實施例係關於用於導彈外殼之複合材料。本發明之其他實施例係關於用於高溫熱絕緣應用之複合材料。本發明之一些實施例係關於印刷電路板，其中較低熱膨脹係數為尤其合乎需要的，諸如晶片封裝用基 板。
本發明之一些實施例係關於纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之纖維玻璃絲束包含複數種玻璃纖維，其包含含以下組分之玻璃組成物：51-65重量% SiO2；12.5-19重量% Al2O3；0-16重量% CaO；0-12重量% MgO；0-2.5重量% Na2O；0-1重量% K2O；0-2重量% Li2O；0-3重量% TiO2；0-3重量% ZrO2；0-3重量% B2O3；0-3重量% P2O5；0-1重量% Fe2O3；含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分。
在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。
在一些實施例中，本發明之纖維玻璃絲束包含複數種玻璃纖維，其包含含以下組分之玻璃組成物：51-65重量% SiO2；12.5-22重量% Al2O3； 0-16重量% CaO；0-12重量% MgO；0-2.5重量% Na2O；0-1重量% K2O；0-2重量% Li2O；0-3重量% TiO2；0-3重量% ZrO2；0-3重量% B2O3；0-3重量% P2O5；0-1重量% Fe2O3；含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。
在一些實施例中，本發明之纖維玻璃絲束包含複數種玻璃纖維，其包含含以下組分之玻璃組成物：51-63重量% SiO2；14.5-19重量% Al2O3；0.5-10重量% CaO；0-12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% ZrO2；0-2重量% B2O3；0-3重量% P2O5；0-1重量% Fe2O3；含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分。
在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。
在一些實施例中，本發明之纖維玻璃絲束包含複數種玻璃纖維，其包含含以下組分之玻璃組成物：56-68重量% SiO2；11至小於20重量% Al2O3；12重量%或12重量%以下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；含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物；及 總計0-11重量%其他成分。
在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約15重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約8重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。
在一些實施例中，本發明之纖維玻璃絲束包含複數種玻璃纖維，其包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2；14-19重量% Al2O3；5重量%或5重量%以下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；含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分。
在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實 施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約15重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約8重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。
在一些實施例中，本發明之纖維玻璃絲束包含複數種玻璃纖維，其包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2；14-19重量% Al2O3；5重量%或5重量%以下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；量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。
在一些實施例中，本發明之纖維玻璃絲束包含複數種玻璃纖 維，其包含含以下組分之玻璃組成物：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；量在約2重量%與約6重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。
本文揭示多種其他玻璃組成物作為本發明之一部分，且本發明之其他實施例係關於由該等組成物形成之纖維玻璃絲束。
在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可展現合乎需要的機械特性及其他特性。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可相對於由E-玻璃形成之玻璃纖維展現一或多種改良之機械特性。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可相對於由R-玻璃及/或S-玻璃形成之玻璃纖維提 供一或多種改良之特性。由本發明之玻璃纖維之一些實施例展現的合乎需要特性之實例包括(但不限於)拉伸強度、楊氏模數、熱膨脹係數、軟化點、伸長率及介電常數。
在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有合乎需要的楊氏模數(E)值。在一些實施例中，由本發明之玻璃組成物形成之纖維之楊氏模數可大於約87GPa。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之楊氏模數可大於約90GPa。在一些實施例中，由本發明之玻璃組成物形成之纖維之楊氏模數可大於約92GPa。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之楊氏模數可大於約93GPa。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之楊氏模數可大於約95GPa。除非本文另外陳述，否則本文中論述之楊氏模數值使用以下實例部分中所闡述之程序測定。
在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有合乎需要的拉伸強度。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之拉伸強度可大於4000MPa。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之拉伸強度可大於4,500MPa。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之拉伸強度可大於約5000MPa。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之拉伸強度可大於約5500MPa或大於約5700MPa。除非本文另外陳述，否則拉伸強度值使用實例部分中所闡述之程序測定。
在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有合乎需要的伸長率值。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之伸長率可為至少5.0%。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之伸長率可為至少5.5%。在其他實施例中，本發明之玻璃纖維之伸長率可為至少6.0%。除非本文另外陳述，否則伸長率值使用實例部分中所闡述之程序測定。
在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有合乎需要的熱膨脹係數。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之熱膨脹係數可小於約4.5ppm/℃。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之熱膨脹係數可小 於約3.1ppm/℃。除非另外陳述，否則熱膨脹係數係使用實例部分中所闡述之程序測定。
在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有合乎需要的軟化點。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之軟化點可為至少約900℃。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之軟化點可為至少約950℃。除非另外陳述，否則軟化點值係使用實例部分中所闡述之程序測定。
在一些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有合乎需要用於電子應用之介電常數值(Dk)。在一些實施例中，本發明之玻璃纖維之介電常數值(Dk)在1MHz頻率下可小於約6.0。除非本文另外陳述，否則藉由ASTM測試方法D150-「Standard Test Methods for A-C Loss Characteristics and Permittivity(Dielectric Constant)of Solid Electrical Insulating Materials」在1MHz至1GHz下測定介電常數(Dk)。
纖維玻璃絲束可視所需應用而定包含各種直徑之玻璃纖維。在一些實施例中，本發明之纖維玻璃絲束包含直徑在約5μm與約18μm之間的至少一個玻璃纖維。在其他實施例中，至少一個玻璃纖維之直徑在約5μm與約10μm之間。
在一些實施例中，本發明之纖維玻璃絲束可形成為粗紗。粗紗可包含組裝、多端或單端直接抽絲粗紗。包含本發明之纖維玻璃絲束之粗紗可視所需應用而定包含具有各種直徑及密度之直接抽絲單端粗紗。在一些實施例中，包含本發明之纖維玻璃絲束之粗紗展現至多約112碼/磅之密度。
本發明之一些實施例係關於包含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的紗線。在一些實施例中，本發明之紗線包含至少一種纖維玻璃絲束，其包含含以下各者之玻璃組成物：56-68重量% SiO2、11至小於20重量% Al2O3、12重量%或12重量%以下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、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，紗線包含至少一種纖維玻璃絲束，其包含含以下各者之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之紗線包含至少一種纖維玻璃絲束，其包含含以下各者之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在其他實施例中，本發明之紗線可包含含本文所揭示之作為本發明之一部分的其他玻璃組成物中之一者的至少一種纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之紗線包含至少一種纖維玻璃絲束，其包含含以下各者之玻璃組成物：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；量在約2重量%與約6重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物 以至多約5重量%之量存在。
在一些實施例中，本發明之紗線包含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束，其中至少一種纖維玻璃絲束用上漿組成物至少部分塗佈。在一些實施例中，上漿組成物與熱固性聚合樹脂相容。在其他實施例中，上漿組成物可包含澱粉-油上漿組成物。
紗線可視所需應用而定具有各種線性質量密度。在一些實施例中，本發明之紗線之線性質量密度為約5,000碼/磅至約10,000碼/磅。
紗線可視所需應用而定具有各種絞撚水準及方向。在一些實施例中，本發明之紗線在z方向上之絞撚為約0.5匝/吋至約2匝/吋。在其他實施例中，本發明之紗線在z方向上之絞撚為約0.7匝/吋。
紗線可視所需應用而定由絞撚在一起及/或合股之一或多個絲束製成。紗線可由絞撚在一起但未合股之一或多個絲束製成；該等紗線稱為「單紗」。本發明之紗線可由絞撚在一起但未合股之一或多個絲束製成。在一些實施例中，本發明之紗線包含絞撚在一起的1-4個絲束。在其他實施例中，本發明之紗線包含1個絞撚絲束。
本發明之一些實施例係關於包含至少一種纖維玻璃絲束之織物。在一些實施例中，織物包含至少一種纖維玻璃絲束，其包含含以下各者之玻璃組成物：56-68重量% SiO2、11至小於20重量% Al2O3、12重量%或12重量%以下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、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，織物包含至少一種纖維玻璃絲束，其包含含以下各者之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，織物包含至少一種纖維玻璃絲束，其包含含以下各者之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，織物包含至少一種纖維玻璃絲束，其包含含以下各者之玻璃組成物：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；量在約2重量%與約6重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。在其他實施例中，本發明之織物可包含含本文所揭示之作為本發明之一部分的其他玻璃組成物中之一者的至少一種纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之織物包含如本文所揭示之紗線。在一些實施例中，本發明之織物可包含含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種緯紗。在一些實施例中，本發明之織物可包含含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種經紗。在一些實施例中，本發明之織物包含含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種緯紗及含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種經紗。
在本發明之包含織物之一些實施例中，玻璃纖維織物為根據工業織物樣式第7781號編織之織物。在其他實施例中，織物包含平紋織物、斜紋織物、爪形織物、緞紋織物、縫編織物(亦稱為非捲曲織物)或「三維」編織物。
本發明之一些實施例係關於複合材料。在一些實施例中，本發明之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：56-68重量% SiO2、11至小於20重量% Al2O3、12重量%或12重量%以下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、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，本發明之複合材 料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：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；量在約2重量%與約6重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。在其他實施例中，本發明之複合材料可包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者由本文所揭示之作為本發明之一部分的其他玻璃組成物中之一者形成。在一些實施例中，本發明之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之複合材料包含聚合樹脂及包含安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的粗紗的至少一部分。在其他實施例中，本發明之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種紗線。在另其他實施例中，本發明之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種織物。在一些實施例中，本發明之複合材料包含含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種緯紗及含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種經紗。
本發明之複合材料可視所需特性及應用而定包含各種聚合樹脂。在本發明之包含複合材料之一些實施例中，聚合樹脂包含環氧樹脂。在本發明之包含複合材料之其他實施例中，聚合樹脂可包含聚乙 烯、聚丙烯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺基甲酸酯、酚系、聚酯、乙烯基酯、聚二環戊二烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、氰酸酯、雙順丁烯二醯亞胺及熱固性聚胺基甲酸酯之樹脂。
本發明之一些實施例係關於航天複合材料。在一些實施例中，本發明之航天複合材料展現合乎需要用於航天應用之特性，諸如高強度、高伸長率、高模數及/或低密度。
在一些實施例中，本發明之航天複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：56-68重量% SiO2、11至小於20重量% Al2O3、12重量%或12重量%以下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、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之航天複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之航天複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，本發明之航天複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：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；量在約2重量%與約6重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。在其他實施例中，本發明之航天複合材料可包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者由本文所揭示之作為本發明之一部分的其他玻璃組成物中之一者形成。
在一些實施例中，本發明之航天複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之航天複合材料包含聚合樹脂及包含安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的粗紗的至少一部分。在其他實施例中，本發明之航天複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種紗線。在另其他實施例中，本發明之航天複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種織物。在一些實施例中，本發明之航天複合材料包含含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種緯紗及含如本文所揭示之至 少一種纖維玻璃絲束的至少一種經紗。
本發明之航天複合材料可視所需特性及應用而定包含各種聚合樹脂。在本發明之包含航天複合材料之一些實施例中，聚合樹脂包含環氧樹脂。在本發明之包含航天複合材料之其他實施例中，聚合樹脂可包含聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺基甲酸酯、酚系、聚酯、乙烯基酯、聚二環戊二烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、氰酸酯、雙順丁烯二醯亞胺及熱固性聚胺基甲酸酯之樹脂。可能使用本發明之航天複合材料之部分之實例可包括(但不限於)地板、高架箱、廚房、座椅靠背及潛在易於衝擊之其他內部隔室以及諸如直升機旋翼葉片之外部組件。
本發明之一些實施例係關於航空複合材料。在一些實施例中，本發明之航空複合材料展現合乎需要用於航空應用之特性，諸如高強度、高伸長率、高模數、較低密度、高比強度及/或高比模數。本發明之一些航空複合材料之高伸長率可使該等複合材料尤其合乎需要用於高耐衝擊性為重要之航空應用，諸如飛機內部應用。在一些實施例中，本發明之航空複合材料與由E-玻璃織物形成之複合材料相比可展現增加之衝擊效能。本發明之航空複合材料可適用於飛機內部(尤其包括行李儲存箱、座椅及地板)。
在一些實施例中，本發明之航空複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：56-68重量% SiO2、11至小於20重量% Al2O3、12重量%或12重量%以下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、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之航空複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹 脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之航空複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，本發明之航空複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：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；量在約2重量%與約6重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。在其他實施例中，本發明之航空複合材料可包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至 少一者由本文所揭示之作為本發明之一部分的其他玻璃組成物中之一者形成。
在一些實施例中，本發明之航空複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之航空複合材料包含聚合樹脂及包含安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的粗紗的至少一部分。在其他實施例中，本發明之航空複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種紗線。在另其他實施例中，本發明之航空複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種織物。在一些實施例中，本發明之航空複合材料包含含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種緯紗及含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種經紗。
本發明之航空複合材料可視所需特性及應用而定包含各種聚合樹脂。在本發明之包含航空複合材料之一些實施例中，聚合樹脂包含酚系樹脂。在本發明之包含航空複合材料之其他實施例中，聚合樹脂可包含環氧樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺基甲酸酯、酚系、聚酯、乙烯基酯、聚二環戊二烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、氰酸酯、雙順丁烯二醯亞胺及熱固性聚胺基甲酸酯之樹脂。可能使用本發明之航空複合材料之部分之實例可包括(但不限於)地板、高架箱、廚房、座椅靠背及潛在易於衝擊之其他內部隔室以及諸如直升機旋翼葉片之外部組件。
本發明之一些實施例係關於汽車複合材料。在一些實施例中，本發明之汽車複合材料展現合乎需要用於汽車應用之特性，諸如高強度、高伸長率及低纖維密度。本發明之一些複合材料之高強度與高伸長率(或應變失效)之組合可使該等複合材料尤其合乎需要用於高耐衝擊性為重要之汽車應用，諸如汽車結構組件、車體及保險桿。在一些 實施例中，本發明之汽車複合材料與由E-玻璃織物、R-玻璃織物及/或S-玻璃織物形成之複合材料相比可展現增加之衝擊效能。
在一些實施例中，本發明之汽車複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：56-68重量% SiO2、11至小於20重量% Al2O3、12重量%或12重量%以下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、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之汽車複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之汽車複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，本發明之汽車複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：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；量在約2重量%與約6重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。在其他實施例中，本發明之汽車複合材料可包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者由本文所揭示之作為本發明之一部分的其他玻璃組成物中之一者形成。
在一些實施例中，本發明之汽車複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之汽車複合材料包含聚合樹脂及包含安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的粗紗的至少一部分。在其他實施例中，本發明之汽車複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種紗線。在另其他實施例中，本發明之汽車複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種織物。在一些實施例中，本發明之汽車複合材料包含含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種緯紗及含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種經紗。
本發明之汽車複合材料可視所需特性及應用而定包含各種聚合樹脂。在本發明之包含汽車複合材料之一些實施例中，聚合樹脂可包含熱塑性樹脂或熱固性樹脂。汽車複合材料中所用之常見熱塑性樹脂之實例包括(但不限於)聚丙烯樹脂、聚醯胺樹脂、高溫聚醯胺樹脂、 聚酯樹脂及熟習此項技術者已知之其他熱塑性樹脂。汽車複合材料中所用之常見熱固性樹脂之實例包括(但不限於)環氧樹脂、酚系樹脂、聚酯樹脂及熟習此項技術者已知之其他熱固性樹脂。可能使用本發明之汽車複合材料之部分之實例可包括(但不限於)汽車結構組件、車體及保險桿。
本發明之一些實施例係關於可用於風能應用之複合材料。在一些實施例中，適用於風能應用之本發明複合材料展現合乎需要用於風能應用之特性，諸如高模數、高伸長率、低纖維密度及/或高比模數。本發明之複合材料可適用於風力渦輪機葉片，尤其相比於其他長風力渦輪機葉片體重更輕而仍較強之長風力渦輪機葉片。
在一些實施例中，適用於風能應用之本發明複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：56-68重量% SiO2、11至小於20重量% Al2O3、12重量%或12重量%以下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、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，適用於風能應用之本發明複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，適用於風能應用之本發明複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之 至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，適用於風能應用之本發明複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：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；量在約2重量%與約6重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。在其他實施例中，本發明之適用於風能應用之複合材料可包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者由本文所揭示之作為本發明之一部分的其他玻璃組成物中之一者形成。
在一些實施例中，適用於風能應用之本發明複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束。在一些實施例中，適用於風能應用之本發明複合材料包含聚合樹脂及包含安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的粗紗的至少一部分。在其他實施例中，適用於風能應用之本發明複合材 料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種紗線。在另其他實施例中，適用於風能應用之本發明複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種織物。在一些實施例中，適用於風能應用之本發明複合材料包含含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種緯紗及含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種經紗。
適用於風能應用之本發明複合材料可視所需特性及應用而定包含各種聚合樹脂。在本發明之包含適用於風能應用之複合材料的一些實施例中，聚合樹脂包含環氧樹脂。在本發明之包含適用於風能應用之複合材料的其他實施例中，聚合樹脂可包含聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、熱固性聚胺基甲酸酯樹脂或聚二環戊二烯樹脂。
本發明之一些實施例係關於用於高壓容器及/或罐之複合材料。在一些實施例中，本發明之用於高壓容器及/或罐之複合材料展現合乎需要用於該等應用之特性，諸如高強度、高伸長率、低密度及/或高比強度。
在一些實施例中，本發明之用於高壓容器及/或罐之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：56-68重量% SiO2、11至小於20重量% Al2O3、12重量%或12重量%以下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、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之用於高壓容器及/或罐之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之用於高壓容器及/或罐之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，本發明之用於高壓容器及/或罐之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：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；量在約2重量%與約6重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。在其他實施例中，本發明之用於高壓容器及/或罐之複合材料可包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者由本文所揭示之作為本發明之一部分的其他玻璃組成物中之一者形成。
在一些實施例中，本發明之用於高壓容器及/或罐之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之用於高壓容器及/或罐之複合材料包含聚合樹脂及包含安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的粗紗的至少一部分。在其他實施例中，本發明之用於高壓容器及/或罐之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種紗線。在另其他實施例中，本發明之用於高壓容器及/或罐之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種織物。在一些實施例中，本發明之用於高壓容器及/或罐之複合材料包含含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種緯紗及含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種經紗。
本發明之用於高壓容器及/或罐之複合材料可視所需特性及應用而定包含各種聚合樹脂。在本發明之包含用於高壓容器及/或罐之複合材料的一些實施例中，聚合樹脂可包含熱固性樹脂。高壓容器及/或罐中所用之常見熱固性樹脂之實例包括(但不限於)環氧樹脂、酚系樹脂、聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂及熟習此項技術者已知之其他熱固性樹脂。
在一些實施例中，本發明之複合材料可適用於安全及/或保全應用。舉例而言，在一些實施例中，本發明之複合材料適用於高機械應力應用，包括(但不限於)高能量衝擊應用。適用於本發明之一些實施例之玻璃纖維可展現尤其合乎高能量衝擊應用的需要之特性，該等應用諸如抗彈道或抗爆炸性應用。相比於包含E-玻璃之玻璃纖維，適用於本發明之一些實施例之玻璃纖維可展現低介電常數、低介電損耗、高玻璃轉移溫度及/或低熱膨脹。
在一些實施例中，本發明之複合材料可適用於裝甲應用。舉例 而言，複合材料之一些實施例可用於製造裝甲板。在一些實施例中，本發明之複合材料可形成為板，其中預計在藉由1997年12月美國國防部對裝甲之V50彈道測試的測試方法標準(U.S.Department of Defense Test Method Standard for V50 Ballistic Test for Armor)MIL-STD-662F(在下文中為「MIL-STD-662F」，其全部內容以引用的方式併入本文中)量測時板展現合乎需要的0.30cal碎片模擬射彈(「fragment simulating projectile，FSP」)V50值(例如，在約2lb/ft2板面積密度及約5-6mm板厚度下為至少約900呎/秒(fps))。在此情形下，術語「複合材料」一般係指包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維之材料，而術語「板」係指具有片狀物理尺寸或形狀之複合材料。在其他實施例中，本發明之複合材料可形成為板，其中預計在藉由MIL-STD-662F量測時板展現合乎需要的0.50cal FSP V50值(例如，在約4.8-4.9lb/ft2板面積密度及約13-13.5mm板厚度下為至少約1200fps)。由於V50值可視板面積密度及板厚度而定，本發明之複合材料可視如何構築板而定具有不同V50值。本發明之一些實施例之一個優點為提供V50值高於使用E-玻璃纖維組裝之類似構築的複合材料之複合材料。
在一些實施例中，本發明之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：56-68重量% SiO2、11至小於20重量% Al2O3、12重量%或12重量%以下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、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，其中該複合材料適用於抗彈道或抗爆炸性應用。在一些實施例中，本發明之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維， 其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，且其中該複合材料適用於抗彈道或抗爆炸性應用。在一些實施例中，本發明之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%，其中該複合材料適用於抗彈道或抗爆炸性應用。在一些實施例中，本發明之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：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；量在約2重量%與約6重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在，且其中該複合材料適用於抗彈道或抗爆炸性應用。在其他 實施例中，適用於抗彈道或抗爆炸性應用之本發明複合材料可包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者由本文所揭示之作為本發明之一部分的其他玻璃組成物中之一者形成。
本發明之一些實施例係關於包含本發明之複合材料之板，諸如裝甲板。在一些實施例中，本發明之複合材料可形成為板，其中預計在藉由MIL-STD-662F量測時板展現合乎需要的0.30cal FSP V50值(例如，在約2lb/ft2板面積密度及約5-6mm板厚度下為至少約900fps)。在其他實施例中，本發明之複合材料可形成為板，其中預計在藉由MIL-STD-662F量測時板展現合乎需要的0.30cal FSP V50值(例如，在約2lb/ft2板面積密度及約5-6mm板厚度下為至少約1000fps)。在本發明之另其他實施例中，複合材料可形成為板，其中預計在藉由MIL-STD-662F量測時板展現合乎需要的0.30cal FSP V50值(例如，在約2lb/ft2板面積密度及約5-6mm板厚度下為至少約1100fps)。在本發明之一些實施例中，複合材料可形成為板，其中預計在藉由MIL-STD-662F量測時板展現合乎需要的0.30cal FSP V50值(例如，在約2lb/ft2板面積密度及約5-6mm板厚度下為約900fps至約1140fps)。
在一些實施例中，本發明之複合材料可形成為板，其中預計在藉由MIL-STD-662F量測時板展現合乎需要的0.50cal FSP V50值(例如，在約4.8-4.9lb/ft2板面積密度及約13-13.5mm板厚度下為至少約1200fps)。在本發明之其他實施例中，複合材料可形成為板，其中預計在藉由MIL-STD-662F量測時板展現合乎需要的0.50cal FSP V50值(在約4.8-4.9lb/ft2板面積密度及約13-13.5mm板厚度下為至少約1300fps)。在本發明之另其他實施例中，複合材料可形成為板，其中預計在藉由MIL-STD-662F量測時板展現合乎需要的0.50cal FSP V50值(在約4.8-4.9lb/ft2板面積密度及約13-13.5mm板厚度下為至少約1400 fps)。在本發明之一些實施例中，複合材料可形成為板，其中預計在藉由MIL-STD-662F量測時板展現合乎需要的0.50cal FSP V50值(例如，在約4.8-4.9lb/ft2板面積密度及約13-13.5mm板厚度下為約1200fps至約1440fps)。
適用於抗彈道或抗爆炸之本發明複合材料可包含各種聚合樹脂。在本發明之一些實施例中，複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含如本文所揭示之玻璃組成物，複合材料可形成為板，諸如抗彈道或抗爆炸用裝甲板，且聚合樹脂包含環氧樹脂。在一些實施例中，本發明之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含如本文所揭示之玻璃組成物，複合材料可形成為板，諸如抗彈道或抗爆炸用裝甲板，且聚合樹脂包含聚二環戊二烯樹脂。在本發明之一些實施例中，聚合樹脂可包含聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺(包括耐綸)、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺基甲酸酯、酚系、聚酯、乙烯基酯、熱固性聚胺基甲酸酯、氰酸酯或雙順丁烯二醯亞胺之樹脂。
本發明之一些實施例係關於用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料。在一些實施例中，本發明之用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料展現合乎需要用於該等應用之特性，諸如高模數、高強度、高伸長率、低熱膨脹係數、高玻璃軟化溫度及/或高玻璃轉移溫度。
在一些實施例中，本發明之用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：56-68重量% SiO2、11至小於20重量% Al2O3、12重量%或12重量%以下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、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，本發明之用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：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；量在約2重量%與約6重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物 包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。在其他實施例中，本發明之用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料可包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者由本文所揭示之作為本發明之一部分的其他玻璃組成物中之一者形成。
在一些實施例中，本發明之用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料包含聚合樹脂及包含安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的粗紗的至少一部分。在其他實施例中，本發明之用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種紗線。在另其他實施例中，本發明之用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料包含聚合樹脂及安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種織物。在一些實施例中，本發明之用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料包含含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種緯紗及含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種經紗。
本發明之用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料可視所需特性及應用而定包含各種聚合樹脂。在本發明之包含用於導彈外殼及其他爆炸輸送裝置之複合材料的一些實施例中，聚合樹脂可包含熱固性樹脂。可用於該等應用之常見熱固性樹脂之實例包括(但不限於)環氧樹脂、酚系樹脂、聚酯樹脂及熟習此項技術者已知之其他熱固性樹脂。
雖然本文描述本發明之複合材料之多種例示性用途及應用，熟 習此項技術者可鑑別該等複合材料之其他潛在用途，包括例如在油與氣行業中之其他應用、與運輸及基礎設施相關之其他應用、在替代能源中之其他應用、其他高溫熱絕緣(亦即，熱屏蔽)應用(因為較高強度、較高模數、較高軟化溫度及較高玻璃轉移溫度)等。
本發明之一些實施例係關於預浸體。本發明之預浸體可包含聚合樹脂及如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之預浸體包含聚合樹脂及與聚合樹脂接觸之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：56-68重量% SiO2；11至小於20重量% Al2O3；12重量%或12重量%以下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；含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之預浸體包含聚合樹脂及與聚合樹脂接觸之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分。在一些實施例中，本發明之預浸體包含聚合樹脂及與聚合樹脂接觸之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：60-68重量% SiO2、14-19重量% Al2O3、5重量%或5重量%以下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、量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物及總計0-11重量%其他成分，其中 Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，本發明之預浸體包含聚合樹脂及與聚合樹脂接觸之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者包含含以下組分之玻璃組成物：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；量在約2重量%與約6重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在一些實施例中，至少一種稀土氧化物以至多約5重量%之量存在。在其他實施例中，本發明之預浸體可包含聚合樹脂及與聚合樹脂接觸之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者由本文所揭示之作為本發明之一部分的其他玻璃組成物中之一者形成。
在一些實施例中，本發明之預浸體包含聚合樹脂及與聚合樹脂接觸之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束。在一些實施例中，本發明之預浸體包含聚合樹脂及包含安置於聚合樹脂中之如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的粗紗的至少一部分。在其他實施例中，本發明之預浸體包含聚合樹脂及與聚合樹脂接觸之如本文所揭示之至少一種紗線。在另其他實施例中，本發明之預浸體包含聚合樹脂及與聚合樹脂接觸之如本文所揭示之至少一種織物。在一些實施例中，本發明之預浸體包含含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種緯紗及含如本文所揭示之至少一種纖維玻璃絲束的至少一種經紗。
本發明之預浸材可視所需特性及應用而定包含各種聚合樹脂。在本發明之包含預浸體之一些實施例中，聚合樹脂包含環氧樹脂。在 本發明之包含預浸體之其他實施例中，聚合樹脂可包含聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺基甲酸酯、酚系、聚酯、乙烯基酯、聚二環戊二烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、氰酸酯、雙順丁烯二醯亞胺及熱固性聚胺基甲酸酯之樹脂。
雖然本文所述之玻璃纖維之許多應用為增強應用，但本發明之玻璃纖維之一些實施例可用於諸如印刷電路板(「PCB」)之電子應用。更特定言之，本發明之一些實施例係關於具有准許增強PCB效能之電學特性之玻璃纖維增強體。舉例而言，本發明之玻璃纖維之一些實施例可具有合乎電子應用需要之介電常數(Dk)。材料之介電常數(Dk)亦稱為「電容率」，其為材料儲存電能之能力的量測。用作電容器之材料理想地具有相對較高之Dk，而用作PCB基板之部分之材料理想地具有低Dk，尤其對於高速電路而言。Dk為給定材料在兩個金屬板之間儲存之電荷(亦即，電容)與空隙(空氣或真空)在相同兩個金屬板之間儲存之電荷量的比率。作為另一實例，本發明之玻璃纖維之一些實施例可具有合乎電子應用需要之熱膨脹係數。因此，本發明之一些實施例可用於多種電學應用，包括(但不限於)印刷電路板、印刷電路板前驅體(例如，織物、層壓物、預浸體等)。在該等實施例中，用於電學應用之印刷電路板或其他複合材料可包含聚合樹脂及與聚合樹脂接觸之複數種玻璃纖維，其中複數種玻璃纖維中之至少一者由本文所揭示之作為本發明之一部分的玻璃組成物中之任一者形成。聚合樹脂可包括熟習此項技術者已知用於印刷電路板或其他電學應用之彼等聚合樹脂中之任一者。
現轉至製造本發明之玻璃纖維及相關產品之方法，本發明之玻璃纖維可藉由摻合用於供應形成纖維組成物之特定氧化物的原料以此項技術中熟知之習知方式製備。根據本發明之各種實施例之玻璃纖維可使用此項技術中已知用於形成玻璃纖維之任何方法及更理想地此項 技術中已知用於形成基本上連續玻璃纖維之任何方法形成。舉例而言，儘管本文中無限制，根據本發明之非限制性實施例之玻璃纖維可使用直接熔融或間接熔融纖維成形方法形成。此等方法為此項技術中熟知，且鑒於本發明咸信其進一步論述不為必需的。參見例如K.L.Loewenstein,The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers，第3版，Elsevier,N.Y.,1993第47-48頁及第117-234頁.
在形成玻璃纖維之後，可使用一般技術者已知之任何適合方法將主要上漿組成物塗覆至玻璃纖維。在一些實施例中，上漿組成物可在形成玻璃纖維之後立即塗覆。一般而言，本發明之用於形成纖維玻璃絲束、織物、複合材料、層壓物及預浸體之玻璃纖維將用上漿組成物至少部分塗佈。熟習此項技術者可基於包括例如上漿組成物之效能特性、所得織物之所要柔性、成本及其他因素之多種因素選擇用於玻璃纖維之多種市售上漿組成物中之一者。在一些實施例中，上漿組成物不包含澱粉-油上漿組成物。在本發明之包含不包含澱粉-油上漿組成物的上漿組成物之一些實施例中，設定大小之玻璃纖維或玻璃纖維絲束在編織應用中使用該纖維或絲束之前不必進一步用漿紗組成物處理。在包含不包含澱粉-油上漿組成物之上漿組成物之其他實施例中，設定大小之玻璃纖維或玻璃纖維絲束可在編織應用中使用該纖維或絲束之前視情況進一步用漿紗組成物處理。在本發明之包含主要上漿組成物之一些實施例中，上漿組成物可包含澱粉-油上漿組成物。在本發明之包含澱粉-油上漿組成物之一些實施例中，隨後可自由至少一個設定大小之玻璃纖維或纖維玻璃絲束形成之織物移除澱粉-油上漿組成物。在一些實施例中，可使用一般技術者已知之任何適合方法(諸如(但不限於)熱清潔法)自織物移除澱粉-油上漿。在本發明之包含已自其移除澱粉-油上漿組成物之織物之實施例中，本發明織物可進一步用面漆處理。
可用於本發明之一些實施例之市售上漿組成物之非限制性實例包括通常用在單端粗紗上的上漿組成物，諸如Hybon® 2026、Hybon® 2002、Hybon® 1383、Hybon® 2006、Hybon® 2022、Hybon® 2032、Hybon® 2016及Hybon® 1062，以及通常用在紗線上的上漿組成物，諸如1383、611、900、610、695及690，其中每一者係指可購自PPG Industries,Inc.之產品的上漿組成物。
本發明之纖維玻璃絲束可藉由一般技術者已知之任何適合方法製備。本發明之玻璃纖維織物一般可藉由一般技術者已知之任何適合方法來製備，諸如(但不限於)將緯紗(weft yarn)(亦稱為「緯紗(fill yarn)」)交織至複數個經紗中。此類交織可藉由將經紗以大致平行的平面陣列定位在織機上，且其後藉由使緯紗在經紗上方及下方以預定重複圖案穿過將緯紗編織進經紗中來實現。所用圖案視所要織物樣式而定。
經紗一般可使用熟習此項技術者已知之技術製備。經紗可藉由自襯套或紡絲機使複數個熔融玻璃流變細來形成。其後，可將上漿組成物塗覆至個別玻璃纖維，且可將纖維聚集在一起形成絲束。隨後可藉由經由絞撚框架將絲束轉移至線軸來將絲束加工成紗線。在此轉移期間，可給與絲束絞撚來輔助保持纖維束在一起。此等絞撚絲束隨後可捲繞線軸，且可在編織過程中使用該線軸。
將經紗定位在織機上一般可使用一般技術者已知之技術進行。將經紗定位在織機上可藉助於織機經軸進行。織機經軸包含以基本上平行佈置(亦稱為「經紗片」)捲繞圓柱形芯之指定數目之經紗(warp yarn/ends)。織機經軸製備可包含將多個紗線包裝組合成單個包裝或織機經軸，各包裝包含織機經軸所需之經紗數目的一部分。舉例而言，且儘管本文中無限制，利用DE75紗線輸入之50吋(127cm)寬7781樣式織物通常需要2868個經紗。然而，形成織機經軸之習知設備不允 許所有此等經紗在一個操作中自線軸轉移至單個經軸。因此，可產生通常稱為「分軸」之包含一部分所需經紗數目之多個經軸，且其後合併形成織機經軸。以類似於織機經軸之方式，分軸可包括圓柱形芯，其包含捲繞其之複數個基本上平行經紗。雖然熟習此項技術者將認識到分軸可包含任何數目之形成最終織機經軸所需之經紗，但分軸上含有的經紗數目一般受整經筒子紗架之容量限制。對於7781樣式織物，如上文所論述，通常提供各DE75紗線717個經紗之四個分軸，且在合併時為經紗片提供所需2868個經紗。
本發明之複合材料可藉由一般技術者已知之任何適合方法製備，諸如(但不限於)真空輔助樹脂灌注成形、擠壓混合、壓縮成形、樹脂轉注成形、長絲捲繞、預浸體/高壓釜固化及拉擠成形。本發明之複合材料可使用諸如一般技術者已知之成形技術製備。特定言之，本發明之併有編織纖維玻璃織物的複合材料之實施例可使用熟習此項技術者已知用於製備該等複合材料之技術製備。
作為一實例，本發明之一些複合材料可使用真空輔助壓縮成形製成，該技術為熟習此項技術者所熟知且簡要描述於下文中。如熟習此項技術者所已知，在真空輔助壓縮成形之情況下，預浸漬玻璃織物之堆疊置於壓機壓板內。在本發明之一些實施例中，預浸漬玻璃織物之堆疊可包括如本文所述已切成所要大小及形狀之本發明之一或多種織物。在完成相應數目之層之堆疊操作後，關閉壓機且將壓板連接至真空泵，使得上部壓板壓縮在織物堆疊上直至達成所要壓力。真空輔助在堆疊內截留空氣之抽成真空且在模製層壓物中提供降低之空隙含量。在壓板連接至真空泵之後，壓板溫度隨後增加以加快樹脂(例如，熱固性樹脂)向特定言之預定溫度設定之所用樹脂之轉化率，且保持在彼溫度及壓力設定下直至層壓物達到完全固化。此時，關斷熱量，且藉由水循環使壓板冷卻直至其達到室溫。可隨後打開壓板，且 可自壓機移除模製層壓物。
作為另一實例，如本文進一步描述，本發明之一些複合材料可使用真空輔助樹脂灌注技術製成。本發明之玻璃纖維織物之堆疊可切成所要大小且置於經聚矽氧剝離處理之玻璃桌上。堆疊可隨後用剝離層覆蓋，裝備有流動增強介質，且使用耐綸裝袋膜真空裝袋。隨後，所謂的「疊板」可能經受約27吋Hg之真空壓力。另外，用纖維玻璃織物增強之聚合樹脂可使用熟習此項技術者已知用於彼特定樹脂之技術製備。舉例而言，對於一些聚合樹脂，適當樹脂(例如，胺可固化環氧樹脂)可與適當固化劑(例如，對於胺可固化環氧樹脂為胺)以樹脂製造商建議或另外一般技術者已知之比例混合。合併之樹脂可隨後在真空腔室中脫氣30分鐘且經由織物預形體灌注直至達成織物堆疊之實質上完全浸濕。此時，桌子可用加熱毯(設定為約45-50℃之溫度)覆蓋24小時。所得剛性複合材料可隨後脫模且在可程式化對流烘箱中在約250℉下後固化4小時。然而，如一般技術者所已知，諸如脫氣時間、加熱時間及後固化條件之各種參數可基於所用特定樹脂系統變化，且一般技術者理解如何基於特定樹脂系統選擇該等參數。
本發明之預浸體可藉由一般技術者已知之任何適合手段製備，諸如(但不限於)使纖維玻璃絲束、粗紗或織物通過樹脂浴；使用基於溶劑之樹脂；或使用樹脂膜。
如上文所指出，在一些實施例中，本發明之複合材料可包含聚合樹脂。可使用多種聚合樹脂。已知適用於增強應用之聚合樹脂可尤其適用於一些實施例。在一些實施例中，聚合樹脂可包含熱固性樹脂。適用於本發明之一些實施例之熱固性樹脂系統可包括(但不限於)環氧樹脂系統、基於酚系之樹脂、聚酯、乙烯基酯、熱固性聚胺基甲酸酯、聚二環戊二烯(pDCPD)樹脂、氰酸酯及雙順丁烯二醯亞胺。在一些實施例中，聚合樹脂可包含環氧樹脂。在其他實施例中，聚合樹 脂可包含熱塑性樹脂。適用於本發明之一些實施例之熱塑性聚合物包括(但不限於)聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺(包括耐綸)、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺基甲酸酯(TPU)、聚苯硫醚及聚醚醚酮(PEEK)。適用於本發明之一些實施例之市售聚合樹脂之非限制性實例包括含Epikure MGS RIMH 1366固化劑之EPIKOTE Resin MGS® RIMR 135環氧樹脂(可購自Momentive Specialty Chemicals Inc.,Columbus,Ohio)、Applied Poleramic MMFCS2環氧樹脂(可購自Applied Poleramic,Inc.,Benicia,California)及EP255改質環氧樹脂(可購自Barrday Composite Solutions,Millbury,MA)。
將經由以下系列之特定實施例來說明本發明。然而，熟習此項技術者應理解，本發明之原理涵蓋許多其他實施例。
實例
表1提供根據本發明之各種實施例之複數個可纖維化玻璃組成物以及與該等組成物之各種特性相關的資料。實例1、20、21、25、62及77為比較實例，而其餘實例代表本發明之各種實施例。表2提供根據本發明之各種其他實施例之複數個可纖維化玻璃組成物以及與該等組成物之各種特性相關的資料。表3亦提供根據本發明之各種其他實施例之複數個可纖維化玻璃組成物以及與該等組成物之各種特性相關的資料。
此等實例中之玻璃藉由將粉末形式之商業及試劑級化學品(試劑級化學品僅用於稀土氧化物)之混合物在10% Rh/Pt坩堝中在1500℃至1550℃(2732℉-2822℉)之溫度下熔融四小時製成。各批料為約1000公克。4小時熔融時段之後，將熔融玻璃傾倒至鋼板上用於淬滅。揮發性物質(諸如氟化物及鹼性氧化物)由於其在玻璃中之低濃度而不調整其在批料中之排放損耗。實例中之組成物代表作為批料的組成物。商業成分用於製備玻璃。在批料計算中，考慮特殊原料保留因子用於計 算各玻璃中之氧化物。保留因子係基於如所量測之玻璃中多年的玻璃批料熔融及氧化物產率。因此，認為實例中所說明之作為批料的組成物接近所量測之組成物。
熔融特性
藉由分別使用ASTM測試方法C965「Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point」及C829「Standard Practices for Measurement of Liquidus Temperature of Glass by the Gradient Furnace Method」來測定隨溫度及液相線溫度而變之熔融黏度。
表1至表3包括玻璃組成物之所量測之液相線溫度(TL)、由1000泊熔融黏度界定之參考成形溫度(TF)及由100泊黏度界定之參考熔融溫度(Tm)。亦展示成形溫度與液相線溫度之間的差值(△T)。表1至表3亦提供一些組成物之軟化溫度(T軟)、玻璃轉移溫度(Tg)及熱膨脹係數(CTE)。軟化溫度(T軟)值係根據ASTM測試方法C338-93「Standard Test Method for Softening Point of Glass」(2008)量測。玻璃轉移溫度(Tg)值係根據ASTM測試方法C336-71「Annealing Point and Strain Point by Fiber Elongation」量測。熱膨脹係數(CTE)值係根據ASTM E228-11「Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials with a Push-Rod Dilatometer」測定。
機械特性
對於纖維拉伸強度測試，來自玻璃組成物之纖維樣品由10Rh/90Pt單端纖維抽絲單元產生。將大約85公克之給定組成物之玻璃屑饋入襯套熔融單元且在接近或等於100泊熔融黏度之溫度下調節兩小時。隨後將熔體降至接近或等於1000泊熔融黏度之溫度且在纖維抽絲之前穩定一小時。藉由控制纖維抽絲捲繞機之速度控制纖維直徑以產生大約10μm直徑纖維。所有纖維樣品在與外來物體無任何接觸 之情況下在空氣中捕獲。纖維抽絲在控制濕度為40與45%相對濕度之間之室中完成。
使用裝備有Kawabata C型測力計之Kawabata KES-G1(Kato Tech Co.Ltd.,Japan)拉伸強度分析器量測纖維拉伸強度。使用樹脂黏合劑將纖維樣品安裝在紙框條上。將張力施加至纖維直至失效，根據其基於纖維直徑及斷裂應力來測定纖維強度。在室溫下在40-45%相對濕度之間的控制濕度下進行測試。基於各組成物之65-72根纖維之樣品大小計算平均值。表1至表3報導由一些組成物形成之纖維之平均拉伸強度。藉由拉伸強度值(以N/m2計)除以相應密度(以g/m3計)來計算比強度。
亦使用以下技術量測表1及表2中某些玻璃組成物之楊氏模數。將具有對應於表1、表2或表3中適當實例之組成之大約50公克玻璃屑在90Pt/10Rh坩堝中在由100泊界定之熔融溫度下再熔融兩小時。隨後將坩堝轉移至垂直管電熱爐中。爐溫度預設在接近或等於1000泊熔融黏度之纖維拉伸溫度。玻璃在纖維抽絲前在該溫度下平衡一小時。纖維抽絲爐之頂部已覆蓋有中心孔，在中心孔上方安裝水冷銅線圈來調節纖維冷卻。隨後經由冷卻線圈將二氧化矽棒手動浸入熔體中，且約1-1.5m長之纖維被抽出且收集。纖維直徑在一端之100μ至另一端之1000μm的範圍內。
使用超音波聲學脈衝技術(來自Panametrics,Inc.,Waltham,Massachusetts之Panatherm 5010單元)測定自玻璃熔體抽出之纖維之彈性模數。使用二十微秒持續時間、200kHz脈衝獲得伸張波反射時間。量測樣品長度，且計算各別伸張波速度(V E )。使用Micromeritics AccuPyc 1330比重計量測纖維密度(ρ)。各組成物進行約20次量測，且由下式計算平均楊氏模數(E)：
模數測試儀使用直徑為1mm之波導管，其將與波導管之接觸側之纖維直徑設定為約與波導管直徑相同。換言之，在波導管之接觸側連接直徑為1000μm之纖維端。測試具有各種直徑之纖維之楊氏模數，且結果展示100μm至1000μm之纖維直徑不影響纖維模數。藉由楊氏模數值除以相應密度來計算比模數值。
基於胡克定律(Hooke's law)藉由拉伸強度值除以相應楊氏模數值(單位相同(例如，均以MPa計))且乘以100來測定表1至表3中之「纖維失效應變(%)」(亦即，纖維伸長率)值。
某些此等資料標繪於圖1至圖4中。圖1為展示實例1至17、22及23中之玻璃組成物之楊氏模數值相對於稀土氧化物(RE2O3)量之圖。圖2為展示實例1至17、22及23中之玻璃組成物之原始纖維拉伸強度值相對於稀土氧化物(RE2O3)量之圖。圖3為展示實例81至89之玻璃組成 物之軟化溫度及玻璃轉移溫度相對於稀土氧化物(RE2O3)量之圖。圖4為展示實例81至89之玻璃組成物之線性熱膨脹係數相對於氧化鈧(Sc2O3)量之圖。
可藉由本發明之各種但不一定所有實施例展現之合乎需要的特徵可包括(但不限於)以下：提供具有相對較低密度之玻璃纖維、纖維玻璃絲束、玻璃纖維織物、複合材料及相關產品；提供具有相對較高拉伸強度之玻璃纖維、纖維玻璃絲束、玻璃纖維織物、複合材料及層壓物；提供具有相對較低密度之玻璃纖維、纖維玻璃絲束、玻璃纖維織物、複合材料及相關產品；提供具有相對較高模數之玻璃纖維、纖 維玻璃絲束、玻璃纖維織物、複合材料及層壓物；提供具有相對較高伸長率之玻璃纖維、纖維玻璃絲束、玻璃纖維織物、複合材料及層壓物；提供適用於增強應用之玻璃纖維、纖維玻璃絲束、玻璃纖維織物、預浸體及其他產品；及其他。
應理解，本說明書說明與本發明之清晰理解有關的本發明之態樣。尚未呈現一般技術者將顯而易知且因此將不會促進對本發明之更好理解的本發明之某些態樣，以便簡化本說明書。儘管已結合某些實施例描述本發明，本發明不限於所揭示之特定實施例，但意欲覆蓋在本發明之精神及範疇內的修改。

Claims (51)

  1. 一種適合於纖維成形之玻璃組成物，其包含：SiO2 56-68重量%；Al2O3 11至小於20重量%；CaO 12重量%或12重量%以下；MgO 7-17重量%；Na2O 0-1重量%；K2O 0-1重量%；Li2O 0-5重量%；TiO2 0-2重量%；B2O3 0-3重量%；Fe2O3 0-1重量%；SnO2 0-4重量%；ZnO 0-4重量%；含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%之其他成分。
  2. 如請求項1之玻璃組成物，其中Al2O3係以約14重量%與約19重量%之間的含量存在。
  3. 如請求項1之玻璃組成物，其中MgO係以約10重量%與約16重量%之間的含量存在。
  4. 如請求項1之玻璃組成物，其中該CaO含量係小於約5重量%。
  5. 如請求項1之玻璃組成物，其中Na2O+K2O+Li2O含量係大於1重量%。
  6. 如請求項5之玻璃組成物，其中Na2O+K2O含量係小於約0.5重量%。
  7. 如請求項1之玻璃組成物，其中Na2O+K2O含量係小於約0.5重量%。
  8. 如請求項1之玻璃組成物，其中該Li2O含量係在約0.4重量%與約2重量%之間。
  9. 如請求項1之玻璃組成物，其中該SiO2含量為至少60重量%。
  10. 如請求項1之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以至少1重量%之含量存在。
  11. 如請求項1之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以至少3重量%之含量存在。
  12. 如請求項1之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以至多約8重量%之含量存在。
  13. 如請求項1之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以至多約5重量%之含量存在。
  14. 如請求項1之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。
  15. 如請求項1之玻璃組成物，其中ZnO係以至多約4重量%之含量存在。
  16. 如請求項1之玻璃組成物，其中SnO2係以至多約4重量%之含量存在。
  17. 如請求項1之玻璃組成物，其中CeO2係以至多約4重量%之含量存在。
  18. 如請求項1之玻璃組成物，其中SnO2與CeO2二者以至多約8重量%之總量存在。
  19. 如請求項1之玻璃組成物，其中該組成物實質上不含B2O3。
  20. 如請求項1之玻璃組成物，其進一步包含含量至多約5重量%之 Nb2O5。
  21. 一種適合於纖維成形之玻璃組成物，其包含：SiO2 60-68重量%；Al2O3 14-19重量%；CaO 5重量%或5重量%以下；MgO 10-16重量%；Na2O 0-1重量%；K2O 0-1重量%；Li2O 0-2重量%；TiO2 0-2重量%；B2O3 0-3重量%；Fe2O3 0-1重量%；SnO2 0-4重量%；ZnO 0-4重量%；含量不小於1重量%之至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%之其他成分。
  22. 如請求項21之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以至少3重量%之含量存在。
  23. 如請求項21之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以至多約8重量%之含量存在。
  24. 如請求項21之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以至多約5重量%之含量存在。
  25. 如請求項21之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。
  26. 如請求項21之玻璃組成物，其中ZnO係以至多約4重量%之含量 存在。
  27. 如請求項21之玻璃組成物，其中SnO2係以至多約4重量%之含量存在。
  28. 如請求項21之玻璃組成物，其中CeO2係以至多約4重量%之含量存在。
  29. 如請求項21之玻璃組成物，其中SnO2與CeO2二者係以至多約8重量%之總量存在。
  30. 如請求項21之玻璃組成物，其中該組成物實質上不含B2O3。
  31. 如請求項21之玻璃組成物，其進一步包含含量至多約5重量%之Nb2O5。
  32. 一種適合於纖維成形之玻璃組成物，其包含：SiO2 60-68重量%；Al2O3 14-19重量%；CaO 5重量%或5重量%以下；MgO 10-16重量%；Na2O 0-1重量%；K2O 0-1重量%；Li2O 0.4-2重量%；TiO2 0-2重量%；B2O3 0-3重量%；Fe2O3 0-1重量%；SnO2 0-4重量%；ZnO 0-4重量%；含量在約1重量%與約8重量%之間的至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%之其他成分，其中Na2O+K2O含量小於約0.5重量%。
  33. 如請求項32之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以至少3重量%之含量存在。
  34. 如請求項32之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以至多約5重量%之含量存在。
  35. 如請求項32之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。
  36. 如請求項32之玻璃組成物，其中ZnO係以至多約4重量%之含量存在。
  37. 如請求項32之玻璃組成物，其中SnO2係以至多約4重量%之含量存在。
  38. 如請求項32之玻璃組成物，其中CeO2係以至多約4重量%之含量存在。
  39. 如請求項32之玻璃組成物，其中SnO2與CeO2二者係以至多約8重量%之總量存在。
  40. 如請求項32之玻璃組成物，其中該組成物實質上不含B2O3。
  41. 如請求項32之玻璃組成物，其進一步包含含量至多約5重量%之Nb2O5。
  42. 一種適合於纖維成形之玻璃組成物，其包含：SiO2 59-62重量%；Al2O3 14-19重量%；CaO 4-8重量%；MgO 6-11重量%；Na2O 0-1重量%；K2O 0-1重量%；Li2O 0-2重量%； TiO2 0-3重量%；B2O3 0-3重量%；Fe2O3 0-1重量%；Cu2O 0-2重量%；SrO 0-3重量%；含量不小於3重量%之至少一種稀土氧化物；及總計0-11重量%之其他成分。
  43. 如請求項42之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以至少4重量%之含量存在。
  44. 如請求項42之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以至多約8重量%之含量存在。
  45. 如請求項42之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以至多約5重量%之含量存在。
  46. 如請求項42之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物包含以下中之至少一者：La2O3、Y2O3、Sc2O3、Nd2O3、CeO2、Sm2O3及Gd2O3。
  47. 如請求項42之玻璃組成物，其中SrO係以至多約3重量%之含量存在。
  48. 如請求項42之玻璃組成物，其中Cu2O係以至多約2重量%之含量存在。
  49. 如請求項42之玻璃組成物，其中Y2O3係以至多約5重量%之含量存在。
  50. 如請求項42之玻璃組成物，其中Cu2O與SrO二者係以至多約5重量%之總量存在。
  51. 如請求項42之玻璃組成物，其中該組成物實質上不含B2O3。
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