TW202210283A - 具有經改良模量之複合部件 - Google Patents

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詹姆斯 普里斯特
大衛 哈特曼
米歇爾 高文愛德森
馬拉 納加拉揚
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美商歐文斯科寧智慧資本有限責任公司
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Abstract

本發明揭示一高模量複合部件，其包含：一聚合物樹脂；及複數高性能單向玻璃纖維。該等高性能單向玻璃纖維具有至少89 GPa之一彈性模量及依據ASTM D2343-09的至少4,000 MPa之一抗拉強度。該複合部件包含不大於88%之一纖維重量分率(FWF)及依據ASTM D7205的至少60 GPa之一彈性模量。

Description

具有經改良模量之複合部件
本發明大致有關於複合部件且，更特別有關於由高性能玻璃纖維構成之高模量複合部件，例如用於混凝土之加強筋(「鋼筋」)。
混凝土係最常用之建築材料中的一種。它使用在多種結構中，例如橋樑、牆、地板、建築支架、道路及跑道等。混凝土具有極佳抗壓強度，但具有非常差的抗拉強度。因此，若該結構暴露於例如由一彎曲負載產生之拉伸應力，幾乎總是需要加強一混凝土結構。以往，這加強係藉由將通常呈鋼條形式之金屬加入該混凝土中以改良該混凝土結構之抗拉強度來提供。
至少在某些應用中，在混凝土構造中之鋼加強件具有許多缺點。例如，當暴露於水及鹽時，鋼加強件在一段時間後腐蝕。當鋼腐蝕時，它會因形成鏽層而膨脹，因此使該混凝土破裂且使該混凝土結構劣化。因此，已有人嘗試用至少部份地由非金屬材料構成之型材來取代鋼條。例如，已發展出包括埋入連續纖維之一熱固樹脂的拉擠成型複合加強材。
例如複合鋼筋之纖維強化複合材通常包括埋在一樹脂基質(例如，如一不飽和聚酯或環氧乙烯酯之一聚合物)中之一纖維強化材料(例如，玻璃、聚合物或碳纖維)。該纖維強化材料通常包括紗或紗束(各包括大量纖維或長纖維)及一或多個纖維蓆或網。
該等纖維強化複合材經常藉由一拉擠成型程序製成且具有一直線或均一輪廓。習知拉擠成型程序包括：將一強化材料束由其一來源拉出；藉由使該強化材料通過一開口槽中之一樹脂浴來濕潤且浸漬該等纖維(最好是用一可熱固聚合物樹脂)；拉動該樹脂濕潤及浸漬束通過一成形模以對齊該纖維束及控制它成為適當橫截面組態；及使該樹脂在一模具內硬化同時維持該等長纖維上之張力。
例如鋼筋之某些纖維強化複合材需要抗蝕性且使用抗蝕玻璃纖維(或E-CR玻璃纖維)習知地製成。EC-R型玻璃纖維係具有高抗水、酸及鹼性之一鋁矽酸鹽玻璃系。可了解的是E-CR玻璃係具有較高抗酸腐蝕性之無硼、經修改E玻璃組成物，其包含鋁矽酸鈣及大約1%鹼金屬氧化物。E-CR玻璃通常使用在需要強度、導電性及抗酸腐蝕性時。
一無硼、E-CR玻璃纖維之例係用商標ADVANTEX® (Owens Coming, Toledo, Ohio, USA)販售。揭示在美國專利第5,789,329號且在此全部加入作為參考之該等無硼纖維對含硼E玻璃提供操作溫度之一明顯改良。E-CR玻璃纖維屬於供一般應用使用之E-CR玻璃纖維的ASTM定義。
為了讓複合部件成為現有鋼解決方式之一可行替代方式，該等複合部件必須具有一增加模量及極佳抗鹼腐蝕性。
最近，因為聚焦在改良玻璃之機械性質，所以已發展出稱為高性能玻璃纖維之一種玻璃纖維。相較於習知E-玻璃纖維，高性能玻璃纖維具有較高強度及剛性。彈性模量(可與「楊氏模量」互換)係纖維剛性之一測量值，其界定施加在一材料上之應力與由相同材料產生之應變間的一關係。一硬材料具有高彈性模量且在彈性負載下只稍微地改變其形狀。一撓性材料具有一低彈性模量且大幅地改變其形狀。詳而言之，對某些產品而言，剛性對塑模及性能是重要的。
雖然高性能玻璃通常是習知的，但該等性質改良會犧牲抗蝕性能。習知高性能玻璃使用助熔劑來降低熔點及改善它們的形成範圍或差量T(「ΔT」)。這些助熔劑，例如鋰、硼及氟負面地影響鹼腐蝕性能是習知的。因此，在鋼筋應用中使用習知高性能玻璃受到限制。事實上，仍必須有可用於需要抗蝕性之纖維強化複合材的一高性能型玻璃。因此，需要發展使用高性能玻璃同時維持抗鹼腐蝕性之纖維強化複合材以改良如鋼筋及梯欄杆之複合部件的物理性質。
本發明之前述及其他目的、特徵及優點可由考慮以下詳細說明而在以下更完整地了解。
本發明觀念之各種態樣係有關於一種高模量複合部件，其包含一聚合物樹脂及複數高性能單向玻璃纖維。該等高性能單向玻璃纖維具有至少89 GPa之一彈性模量及依據ASTM D2343-09的至少4,500 MPa之一抗拉強度。該複合部件包含不大於88%之一纖維重量分率(FWF)及依據ASTM D7205測量的至少60 GPa之一彈性模量。
在某些示範實施例中，該聚合物樹脂係選自於由：胺甲酸酯、丙烯酸酯、聚酯、乙烯酯及環氧樹脂構成之群組。
該高模量複合部件可包含：鋼筋、欄杆、桿、管、橫擔、基礎結構(infrastructure)、纜線、電信應用及梯欄杆等。
在某些示範實施例中，該高模量複合材包含由一組成物形成之玻璃纖維，該組成物實質沒有B2 O3 及氟。在這些及其他實施例中，該組成物沒有LiO2 。
該等高性能玻璃纖維具有至少4,800 MPa之一抗拉強度及至少90 GPa之一彈性模量。在某些示範實施例中，該等高性能玻璃纖維具有大約32.0 MJ/kg至大約37.0 MJ/kg之一比模量(即，藉由密度標準化之模量)。
依據纖維含量及密度，使用該等高性能玻璃纖維形成之該高模量複合部件包含依據ASTM D7205的至少60 GPa之一彈性模量，且可包含依據ASTM D7205的至少50 GPa之一撓曲模量及至少50 GPa之一拉伸模量。
本發明觀念之各種態樣更有關於一種用於形成高模量複合部件之方法，其包含將一高性能單向玻璃纖維束由一輸入源拉出。該等纖維包含至少89 GPa之一彈性模量及依據ASTM D2343-09的至少4,500 MPa之一抗拉強度。該方法更包括：使該束通過一聚合物樹脂材料浴，形成樹脂塗布束；拉動 該樹脂塗布束通過一成形模；及使該樹脂塗布束硬化，形成一高模量複合部件，該高模量複合部件包含不大於88%之一纖維重量分率(FWF)及依據ASTM D7205的至少60 GPa之一彈性模量。
在某些示範實施例中，該聚合物樹脂係選自於由：聚酯、乙烯酯及環氧樹脂構成之群組。
在某些示範實施例中，該等高性能玻璃纖維係由一組成物形成，該組成物實質沒有B2 O3 及氟。在這些及其他實施例中，該組成物可沒有LiO2 。
在某些示範實施例中，該等高性能玻璃纖維具有至少4,800 MPa之一抗拉強度及至少90 GPa之一彈性模量。
在某些示範實施例中，該等高性能玻璃纖維具有大約32.0 MJ/kg至大約37.0 MJ/kg之一比模量。
使用該等高性能玻璃纖維形成之該高模量複合部件包含至少60 GPa之一彈性模量且可包含至少50 GPa之一撓曲模量及至少50 GPa之一拉伸模量中的一或多個。
雖然該等概括發明觀念可容許多不同形式之實施例，但在本揭示應視為該等概括發明觀念之原理的一例示的條件下在圖中顯示且在此詳細說明特定實施例。
除非另外定義，否則在此使用之全部技術及科學用語具有與這些示範實施例所屬技術領域中具有通常知識者一般了解者相同的意義。在說明中在此使用之用語只是用於說明示範實施例而非意圖限制該等示範實施例。因此，該等概括發明觀念非意圖限制在此所示之特定實施例。雖然可在實施或測試本發明時使用與在此所述者類似或相同之其他方法及材料，但在此說明較佳方法及材料。
除非上下文另外清楚地表示，否則在說明書及附加申請專利範圍中使用之單數形「一」及「該」意圖亦包括複數形。
除非另外表示，否則應了解的是在說明書及申請專利範圍中使用之成分、化學及分子性質、反應條件等之數量都被用語「大約」修飾。因此，除非相反地表示，否則在說明書及附加申請專利範圍中所述之數字參數係可依據試圖藉由該等示範實施例獲得之所需性質來改變的近似值。至少各數字參數應依據有效位數之數字及一般四捨五入方法來解讀。
雖然表示該等示範實施例之廣義範圍的數字範圍及參數係近似值，但特定例子中所述之數值係儘可能精確地揭露。但是，任何數值本質地一定會因為在其各測試測量中發現之標準偏差而包含某些誤差。在全部這說明書及申請專利範圍中提出之每一個數字範圍可包括落在該較廣數字範圍內之每一個較窄數字範圍，如同該等較窄數字範圍已全部明白地在此寫出一般。此外，在該等例子中揭露之任一數值可用於界定在此揭露之一較廣組成範圍的一上與下終點。
本揭示係有關於包含一聚合物基質之一高模量纖維強化複合部件(「高模量複合材」)及用於改良性能及成本效益之一抗蝕高性能玻璃，以及製造該高模量複合材之系統及方法。該高模量複合部件具有依據ASTM D7205測量的至少60 GPa之一模量及不大於85%之纖維重量分率(「FWF」)玻璃加載。
該高模量複合材係藉由一拉擠成型程序(以下說明)形成，其中透過一模饋送連續高性能玻璃纖維以形成具有一所需橫截面之一桿、條或其他直線加強構件。該高模量複合材可包含所屬技術領域中習知之任一種拉擠成型複合材，包括但不限於：鋼筋、欄杆、桿、管、橫擔、基礎結構、纜線、電信應用及梯欄杆等。
通常，該加強構件可呈具有一圓形橫截面之一桿的形狀。這些桿可被切成任何所需長度。在某些示範實施例中，該等桿可與其他桿成形(例如，彎曲)及/或接合而形成更複雜形狀及結構。
該高模量複合材包括連續高性能玻璃纖維之一輸入。「高性能玻璃纖維」表示該等玻璃纖維抗腐蝕且包含依據ASTM D2343-09的至少4,000 MPa，且在某些情形中至少4,500 MPa)之一抗拉強度及至少89 GPa之一彈性模量。一玻璃纖維之彈性模量可藉由採用依據音波測量程序測量之五個單一玻璃纖維的平均測量值來決定，且該音波測量程序係揭示在1965年6月23日之報告「Glass Fiber and Measuring Facilities at the U.S. Naval Ordnance Laboratory」，Report Number NOLTR 65-87中。
習知高性能玻璃使用例如鋰、硼及氟之助熔劑，其負面地影響抗蝕性是習知的。相反地，本發明之高性能玻璃組成物包括低程度或至少實質沒有B2 O3 、LiO2 及氟。在此使用之「實質沒有B2 O3 、LiO2 及氟」表示存在之B2 O3 、LiO2 及氟的總量小於該組成物之1.0重量%。存在之B2 O3 、LiO2 及氟的總量可小於該組成物之大約0.5重量%，包括：小於大約0.2重量%、小於大約0.1重量%及小於大約0.05重量%。但是，在某些示範實施例中，可包括例如0.1至2.0重量%之低程度的鋰。
意外地發現的是包含至少89 GPa之一彈性模量及抗蝕性(浸泡在腐蝕媒介中24小時後具有小於12%重力質量損失或浸泡在腐蝕媒介中32天後具有大於75%強度保持率)的高性能玻璃纖維輸入可發展成足以供習知地利用較低性能習知E-CR玻璃纖維之應用，例如複合鋼筋使用。
該纖維抗拉強度在此亦簡稱為「強度」。在某些示範實施例中，該抗拉強度係依據ASTM D2343-09對初始纖維使用一英斯特(Instron)張力測試裝置(即，未分大小且未觸碰之實驗室製造纖維)來測量。示範玻璃纖維可具有：至少4,500 MPa、至少4,800 MPa、至少4,900 MPa、至少4,950 MPa、至少5,000 MPa、至少5,100 MPa、至少5,150 MPa及至少5,200 MPa之一纖維抗拉強度。在某些示範實施例中，由上述組成物形成之玻璃纖維具有大約3,500 MPa至大約5,500 MPa，包括：大約4,000 MPa至大約5,300 MPa、大約4,600 MPa至大約5,250 MPa之一纖維抗拉強度。有利地，高性能玻璃纖維具有至少4,800 MPa，包括：至少4,900 MPa及至少5,000 MPa之抗拉強度。
該等高性能玻璃纖維具有至少大約85 GPa，包括：至少大約88 GPa、至少大約88.5 GPa、至少大約89 GPa及至少大約89.5 GPa之一彈性模量。在某些示範實施例中，該等示範玻璃纖維可具有在大約85 GPa與大約95 GPa之間，包括：在大約87 GPa與大約92 GPa之間及在大約88 GPa與大約91 GPa之間的一彈性模量。如上所述，一玻璃纖維之彈性模量可藉由採用依據音波測量程序測量之五個單一玻璃纖維的平均測量值來決定，且該音波測量程序係揭示在1965年6月23日之報告「Glass Fiber and Measuring Facilities at the U.S. Naval Ordnance Laboratory」，Report Number NOLTR 65-87中。
在一或多個示範實施例中，該等高性能玻璃纖維具有在大約90 GPa與大約92 GPa之間的一適度高彈性模量。在某些示範實施例中，該等高性能玻璃纖維具有至少90.5 GPa，例如：至少90.6 GPa、至少90.8 GPa、至少91.0 GPa、至少91.2 GPa之一彈性模量。在某些示範實施例中，該等高性能玻璃纖維具有在大約90.2 GPa與大約92 GPa之間，包括：在大約90.5 GPa與大約91.9 GPa之間及在大約90.7 GPa與大約91.8 GPa之間的一彈性模量。
該模量可接著用於決定比模量。具有儘可能高之一比模量以獲得對最終物品增加剛性之一輕量複合材料。比模量在產品之剛性係一重要參數的應用，例如用於混凝土之加強筋中是重要的。在此使用之比模量係藉由以下公式計算： 比模量(MJ/kg) = 模量(GPa)/密度(kg/立方公尺)
該等高性能玻璃纖維可具有大約32.0 MJ/kg至大約37.0 MJ/kg，包括：大約33 MJ/kg至大約36 MJ/kg及大約33.5 MJ/kg至大約35.5 MJ/kg之一比模量。
該密度可藉由所屬技術領域中習知且一般接受之任何方法，例如阿基米德(Archimedes)(ASTM C693-93(2008))法對未退火玻璃塊來測量。該等玻璃纖維具有大約2.0至大約3.0 g/cc之一密度。在其他示範實施例中，該等玻璃纖維具有大約2.3至大約2.8 g/cc，包括：大約2.4至大約2.7 g/cc及大約2.5至大約2.65 g/cc之一密度。
此外，該等高性能玻璃纖維具有經改良抗鹼腐蝕性。該抗蝕性可藉由所屬技術領域中習知且一般接受之任何方法，例如藉由在以下中之一者：pH 12.88 NaOH、10% HCl或10% H2 SO4 中浸泡24小時後測量該等玻璃纖維之重力重量損失(%)來量化。在浸泡24小時後具有小於12%重力質量損失之玻璃纖維被視為具有經改良抗蝕性。抗蝕性亦可利用在以下中之一者：pH 12.88 NaOH、10% HCl或10% H2 SO4 中浸泡32天後的強度保持百分比(%)來量化。在浸泡32天後保持至少75%乾束強度之玻璃纖維被視為具有抗蝕性。
在某些示範實施例中，該輸入高性能玻璃纖維之一直徑係在13 μm至35 μm之範圍內。在某些示範實施例中，該輸入高性能玻璃纖維之一直徑係在17 μm至32 μm之範圍內。該輸入材料(例如，玻璃纖維、碳纖維)通常可具有施加於其上之一漿料，該漿料可與用於形成該複合桿之樹脂基質相容。
在某些示範實施例中，該玻璃含量可不大於該拉擠成型桿之88 wt%。在某些示範實施例中，該玻璃或混合纖維含量可在該拉擠成型桿之50 wt%至88 wt%的範圍內。在某些示範實施例中，該玻璃含量可在55 wt%至86 wt%之間，包括：在58 wt%至85 wt%之間及在60 wt%至80 wt%之間的範圍內。在某些示範實施例中，該玻璃含量可在該拉擠成型桿之80 wt%至86 wt%的範圍內。 玻璃組成物 示範玻璃組成物I
該高性能玻璃組成物可包括：大約55.0至大約65.0重量%之SiO2 、大約17.0至大約27.0重量%之Al2 O3 、大約8.0至大約15.0重量%之MgO、大約7.0至大約12.0重量%之CaO、大約0.0至大約1.0重量%之Na2 O、0至大約2.0重量%之TiO2 、0至大約2.0重量%之Fe2 O3 及不大於0.5重量%之Li2 O。
在某些示範實施例中，該玻璃組成物可包含：大約57.0至大約62.0重量%之SiO2 、大約19.0至大約25.0重量%之Al2 O3 、大約10.5至大約14.0重量%之MgO、大約7.5至大約10.0重量%之CaO、大約0.0至大約0.5重量%之Na2 O、0.2至大約1.5重量%之TiO2 、0至大約1.0重量%之Fe2 O3 及不大於0.1重量%之Li2 O。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括小於2之一Al2 O3 /MgO比率及至少1.25之一MgO/CaO比率。
在某些示範實施例中，該玻璃組成物可包含：大約57.5至大約60.0重量%之SiO2 、大約19.5至大約21.0重量%之Al2 O3 、大約11.0至大約13.0重量%之MgO、大約8.0至大約9.5重量%之CaO、大約0.02至大約0.25重量%之Na2 O、0.5至大約1.2重量%之TiO2 、0至大約0.5重量%之Fe2 O3 及不大於0.05重量%之Li2 O。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括不大於1.8之一Al2 O3 /MgO比率及至少1.25之一MgO/CaO比率。
該玻璃組成物包括至少55重量%，但不大於65重量%之SiO2 。包括大於65重量%之SiO2 使該玻璃組成物之黏度增加到一不利程度。此外，包括小於55重量%之SiO2 增加液體溫度及結晶傾向。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包含至少57重量%，包括：至少57.5重量%、至少58重量%、至少58.5重量%及至少59重量%之SiO2 。該玻璃組成物包含不大於60.5重量%，包括：不大於60.3重量%、不大於60.2重量%、不大於60重量%、不大於59.8重量%及不大於59.5重量%之SiO2 。
為獲得所需機械及纖維化性質，該玻璃組成物之一重要特性係具有至少19.0重量%且不大於27重量%之一Al2 O3 濃度。包括大於27重量%之Al2 O3 使玻璃液體增加至該纖維化溫度以上之一程度，這產生一負ΔT。包括小於19重量%之Al2 O3 形成具有一不利低模量之一玻璃纖維。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包含至少19.5重量%，包括：至少19.7重量%、至少20重量%、至少20.25重量%及至少20.5重量%之Al2 O3 。
該玻璃組成物有利地包括至少8.0重量%且不大於15重量%之MgO。包括大於15重量%之MgO使液體溫度增加，因此亦增加玻璃之結晶傾向。包括小於8.0重量%形成若被CaO取代則具有一不利低模量且若用SiO2 取代則黏度不利地增加之一玻璃纖維。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括至少9.5重量%之MgO，包括：至少10重量%、至少10.5重量%、至少11重量%、至少11.10重量%、至少11.25重量%、至少12.5重量%及至少13重量%之MgO。
使本發明玻璃組成物可獲得所需機械及纖維化性質的另一重要特性係具有不大於2.0之一Al2 O3 /MgO比率。已發現的是具有有其他類似組成範圍，但有大於2.0之Al2 O3 /MgO比率之組成物的玻璃纖維無法獲得依據ASTM D2343-09的至少4,800 MPa之抗拉強度。在某些示範態樣中，至少19重量%之一Al2 O3 濃度及不大於2，例如不大於1.9及不大於1.85之一Al2 O3 /MgO比率的組合可獲得具有所需纖維化性質及依據ASTM D2343-09的至少4,800 MPa之一抗拉強度的玻璃纖維。
該玻璃組成物有利地包括至少7.0重量%且不大於12重量%之CaO。包括大於12重量%之CaO形成具有一低彈性模量之一玻璃。包括小於7重量%可依據該CaO被什麼取代而不利地增加液體溫度或黏度。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包含至少8.0重量%，包括：至少8.3重量%、至少8.5重量%、至少8.7重量%及至少9.0重量%之CaO。
在某些示範實施例中，SiO2 、Al2 O3 、MgO及CaO之總量係至少98重量%或至少99重量%，且不大於99.5重量%。在某些示範實施例中，SiO2 、Al2 O3 、MgO及CaO之總量係在98.3重量%與99.5重量%之間，包括：在98.5重量%與99.4重量%之間及在98.7重量%與99.3重量%之間。
在某些示範實施例中，MgO及CaO之總濃度係至少10重量%且不大於22重量%，包括：在13重量%與21.8重量%之間及在14重量%與21.5重量%之間。在某些示範實施例中，MgO及CaO之總濃度係至少20重量%。
該玻璃組成物可包括最多大約2.0重量%之TiO2 。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括大約0.01重量%至大約1.0重量%，包括：大約0.1重量%至大約0.8重量%及大約0.2至大約0.7重量%之TiO2 。
該玻璃組成物可包括最多大約2.0重量%之Fe2 O3 。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括大約0.01重量%至大約1.0重量%，包括：大約0.05重量%至大約0.6重量%及大約0.1至大約0.5重量%之Fe2 O3 。
在某些示範實施例中，該玻璃組成物包含小於2.0重量%，包括在0與1.5重量%之間的鹼金屬氧化物Na2 O及K2 O。該玻璃組成物可有利地包括Na2 O及K2 O，且其量係各氧化物大於0.01重量%。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括大約0至大約1重量%，包括：大約0.01至大約0.5重量%、大約0.03至大約0.3重量%及0.04至大約0.1重量%之Na2 O。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括大約0至大約1重量%，包括：大約0.01至大約0.5重量%、大約0.03至大約0.3重量%及0.04至大約0.1重量%之K2 O。 示範玻璃組成物II
在某些示範實施例中，該等高性能玻璃纖維修係由一玻璃組成物形成，該玻璃組成物包括至少57重量%，但不大於62重量%之SiO2 。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包含至少或大於57.25重量%，包括：至少或大於57.5重量%、至少或大於58重量%及至少或大於58.25重量%之SiO2 。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包含不大於60.5重量%，包括：不大於60.3重量%、不大於60.2重量%、不大於60重量%、不大於59.8重量%及不大於59.5重量%之SiO2 。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包含57.5重量%至小於59重量%之SiO2 。
在這些及其他示範實施例中，為獲得所需機械及纖維化性質，該玻璃組成物之一重要特性係具有至少19.0重量%且不大於25.0重量%之一Al2 O3 濃度。包括小於19.0重量%之Al2 O3 促進具有一不利低模量之一玻璃纖維的形成。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包含至少19.5重量%，包括：至少19.7重量%、至少20.0重量%、至少20.05重量%及至少20.10重量%之Al2 O3 。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包含不大於22.0重量%，包括：不大於21.8重量%、不大於21.6重量%、不大於21.2重量%、不大於21.1重量%及不大於21重量%之Al2 O3 。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包含20.0重量%至小於21重量%之Al2 O3 。包括更高程度之Al2 O3 增加結晶傾向。
該玻璃組成物有利地包括至少8.0重量%且不大於15重量%之MgO。包括大於15重量%之MgO使液體溫度增加，因此亦增加玻璃之結晶傾向。包括小於8.0重量%形成若被CaO取代則具有一不利低模量且若用SiO2 取代則黏度不利地增加之一玻璃纖維。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括至少9.5重量%之MgO，包括：至少10重量%、至少10.5重量%、至少11重量%、至少11.10重量%及至少11.20重量%之MgO。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括不大於12.5重量%，例如：不大於12.0重量%、不大於11.9重量%或不大於11.8重量%之MgO。在各種示範實施例中，該玻璃組成物包含在10.5重量%與小於12.0重量%之間的一MgO濃度。
該玻璃組成物有利地包括至少7.0重量%且不大於12重量%之CaO。包括大於12重量%之CaO形成具有一低彈性模量之一玻璃。包括小於7重量%可依據該CaO被什麼氧化物取代而不利地增加液體溫度或黏度。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包含至少8.0重量%，包括：至少8.1重量%及至少8.2重量%之CaO。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括不大於11.5重量%，例如：不大於10.0重量%、不大於9.8重量%、不大於9.5重量%及不大於9.0重量%之CaO。在各種示範實施例中，該玻璃組成物包含在7.9重量%與小於9.0重量%之間的一CaO濃度。
在某些示範實施例中，SiO2 、Al2 O3 、MgO及CaO之總量係至少98重量%或至少99重量%，且不大於99.5重量%。在某些示範實施例中，SiO2 、Al2 O3 、MgO及CaO之總量係在97.5重量%與小於99.5重量%之間，包括：在98.0重量%與小於99.0重量%之間及在98.05重量%與98.8重量%之間。
該玻璃組成物可包括0至最多大約2.0重量%之量的LiO2 。LiO2 之存在減少該玻璃組成物之纖維化溫度且增加由其形成之玻璃纖維的彈性模量。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括大約0.2重量%至大約1.0重量%，包括：大約0.4重量%至大約0.8重量%及大約0.5至大約0.7重量%之LiO2 。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括大於0.45重量%且小於0.8重量%之LiO2 。
該玻璃組成物可包括最多大約2.0重量%之TiO2 。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括大約0.05重量%至大約1.5重量%，包括：大約0.4重量%至大約1.0重量%及大約0.5至大約0.7重量%之TiO2 。
該玻璃組成物可包括最多大約2.0重量%之Fe2 O3 。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括大約0.05重量%至大約1.0重量%，包括：大約0.2重量%至大約0.8重量%及大約0.3至大約0.6重量%之Fe2 O3 。
在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括小於2.0重量%，包括在0與1.5重量%之間的鹼金屬氧化物Na2 O及K2 O。該玻璃組成物可有利地包括Na2 O及K2 O，其量係各氧化物大於0.01重量%。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括大約0至大約1重量%，包括：大約0.01至大約0.5重量%、大約0.03至大約0.3重量%及0.04至大約0.1重量%之Na2 O。在某些示範實施例中，該玻璃組成物包括大約0至大約1重量%，包括：大約0.01至大約0.5重量%、大約0.03至大約0.3重量%及0.04至大約0.2重量%之K2 O。 任選添加劑
在某些示範實施例中，形成該等高性能玻璃纖維之玻璃組成物可更包括雜質及/或微量材料且不會不利地影響該等玻璃或該等纖維。這些雜質可進入該玻璃成為原料雜質或可為藉由該熔融玻璃與火爐成分之化學反應形成的產物。微量材料之非限制例包括：鋅、鍶、鋇及其組合。該等微量材料可用其氧化物形式存在且可更包括氟及/或氯。在某些示範實施例中，本發明之玻璃組成物包含小於1.0重量%，包括：小於0.5重量%、小於0.2重量%及小於0.1重量%之各BaO、SrO、ZnO、ZrO2 、P2 O5 及SO3 。特別地，該玻璃組成物可包括總共小於大約5.0重量%之BaO、SrO、ZnO、ZrO2 、P2 O5 及/或SO3 ，其中若各BaO、SrO、ZnO、ZrO2 、P2 O5 及SO3 全部存在，則存在小於1.0重量%之量。
在某些示範實施例中，形成該等高性能玻璃纖維之玻璃組成物(共同地)包括小於2.0重量%之以下修改成分：CeO2 、LiO2 、Fe2 O3 、TiO2 、WO3 及Bi2 O3 。在某些示範實施例中，該等玻璃組成物包括小於1.5重量%之該等修改成分。
在某些示範實施例中，形成該等高性能玻璃纖維之玻璃組成物包括小於1.0重量%，包括在0與0.9重量%之間或在0與0.5重量%之間的稀土氧化物：Y2 O3 ¡BGa2 O3 ¡BSm2 O3 ¡BNd2 O3 ¡BLa2 O3 ¡BCe2 O3 及Sc2 O3 (「R2 O3 ¡v)以及Ta2 O5 ¡BNb2 O5 或V2 O5 (「R2 O5 ¡v)。在某些示範實施例中，該玻璃組成物沒有稀土氧化物。
在此使用之用語「重量百分比」、「重量%」、「wt%」及「重量之百分比」可互換地使用且意欲表示以總組成物為基礎之重量百分比(重量之百分比)。 樹脂黏結劑
該等高性能輸入玻璃纖維被一樹脂黏結劑(亦稱為一基質樹脂)固持在一起，當該樹脂黏結劑硬化時將該等纖維互相固定且形成該高模量複合材。在某些示範實施例中，該樹脂黏結劑包含：聚酯(PE)樹脂、乙烯酯(VE)樹脂、丙烯酸樹脂、胺甲酸酯樹脂及環氧(EP)樹脂中之一或多個樹脂，其係用於形成聚合物複合材之一般使用的基質樹脂或黏結劑。在某些示範實施例中，該樹脂黏結劑包含乙烯酯及環氧樹脂中之一者。因為通常在例如近海水之嚴苛或腐蝕環境中使用該等複合材作為一加強材，所以選擇可耐受得住該環境之一樹脂是一重要的設計考慮。
已發現的是適當配製或修改一乙烯酯樹脂是重要的。例如，少量添加胺甲酸酯或酚醛樹脂或者用於苯乙烯之丙烯酸或其他反應單體修改的互穿網可進一步強化抗蝕性。高抗蝕性可藉由從該鋼條之富樹脂表面移除樹脂及/或施加例如：丙烯酸酯、氯乙烯、辛基矽烷及/或矽烷化聚氮雜醯胺之一水合抑制劑來改良。該等添加劑與例如混凝土一起作用作為用於防止該複合材進一步腐蝕之一障壁及與該混凝土之界面。
亦可進一步包括其他添加劑，例如，可施加在該鋼筋上作為一塗層以提供一經改良混凝土黏結界面之有效表面腐蝕抑制劑的n,n二甲基乙胺或嗎福林系胺的辛酸鹽。亦可施加其他遷移劑以便在混凝土在該鋼筋界面開始破裂時作用以防止進一步腐蝕。此外，某些玻璃纖維界面漿料成分，例如一丙烯酸、一鹽、四氟硼鈉或銨、或交聯劑季四戊醇或伊康酸、或如辛基矽烷之高交聯矽烷/矽烷醇形成一穩定鈍化層或可與該玻璃聚縮合矽酸鹽表面一起作用成為一界面改變層以阻擋或抑制水及鹼侵入。在防止水侵入方面，該玻璃/改變層界相比該玻璃本身更有效。在初始及改變玻璃中之水移動性受到與固相之化學交互作用的強烈影響。在二氧化矽飽和條件下，該重組改變層達成與該等體及孔隙溶液之平衡，且剩餘腐蝕速率由於靠近該玻璃表面之運送限制效應而大幅降低。一穩定鈍化層之理想條件通常係小於90℃及7＜pH＜9.5，二氧化矽飽和溶液，其對於在與該鋼筋之黏著界面的混凝土水合物最佳。
其他添加劑可包括多功能填充劑以達成各種目的，例如上色及表面美觀性、用於增加強度及韌性之黏著/黏合特性、減少收縮、抗UV性、抗蝕性及具有一致部件公差之固化均一性。示範填充劑可包括：碳黑、鐵黑、三水合鋁、碳酸鈣、包括鋅及硬脂酸鈣的一脂肪酸之金屬鹽、及如高嶺土之黏土。該填充劑之特定物理及功能性質以及在一複合部件中之填充劑的量可調整以獲得所需屬性或功能目的。
該填充劑在該高模量複合部件中含有之量可在大約0至20 phr之間，包括：在大約3與大約16 phr之間、在大約5與大約13 phr之間及在大約6與大約10 phr之間。在某些示範實施例中，該填充劑在該高模量複合部件中含有之量係在10與16 phr之間。
在某些示範實施例中，在具有71體積%之一玻璃含量的一高模量乙烯酯複合部件中含有大約5至10 phr之黏土填充劑改良固化均一性且減少收縮，同時維持依據ASTM-D7205的大於1,000 MPa且在某些情形中大於1,200 MPa之一抗拉強度。 拉擠成型程序
本發明之高模量複合材係藉由一拉擠成型程序形成。該拉擠成型程序係藉由一拉擠成型線、系統等來實施。在某些示範實施例中，該拉擠成型程序係用於形成複合鋼筋。如圖1A與1B所示，依據一示範實施例，一拉擠成型線400可用於形成複合鋼筋490。該拉擠成型線400包括：一進給模組410、一樹脂浴420、一任選串聯捲繞器430、一或多個預成形器440、一或多個模450、一控制站460、一拉動段470及一切割段480。如以下進一步所述，亦可設置一表面處理站(未圖示)。表面處理可在該切割段480切割該等拉擠成型桿前及/或後進行。
該拉擠成型線400確保該輸入材料(例如，玻璃纖維)及其相關處理在纖維饋送、樹脂配製、樹脂浸漬、纖維架構、透過該預成形器對齊、乾燥及加熱、濕潤、濕透、固化及硬化形成一連續桿之過程中被小心地控制。
該進給模組410組織該輸入材料，例如設置在一紗架406等上的 一組玻璃纖維404之紗束402(例如，由俄亥俄州Toledo之Owens Coming取得的Type 30®紗束)以便達成拉擠成型目的。該等紗束402可為單端紗束及/或多端紗束。
在該進給模組410之一示範實施例中，如圖1A與1B所示，依據所需桿直徑使用多數紗束402。各紗束402之一端沿著箭號408所示之一拉擠成型方向朝向該樹脂浴420饋送。
在這實施例中，該等纖維404被饋送通過一籠412或其他結構，使得該等纖維404接合設置在該籠中之鋼條414。該等鋼條414在它們被拉過該籠412時對該等纖維404施加一初始張力。該籠412亦用於在該等纖維404之末端被饋送通過一引導件416前，開始將該等末端定位成互相靠近。
該引導件416包括複數孔。各纖維404之一端被饋送通過該引導件416中之其中一孔。依此方式，當朝該處理方向408拉動該等纖維404時，該等纖維404係定位成互相靠近且相對地平行。因此，當該等纖維404離開該引導件416時，它們已開始形成一繩索狀構件418(以下稱為「繩索」)。
接著拉動繩索418通過該樹脂浴420，使得該樹脂浴420中之一樹脂包圍該繩索418且穿過形成該繩索418之纖維404間的空間。該繩索418離開該樹脂浴420形成一浸漬繩索422。
該樹脂浴420包含具有大於4%之斷裂伸長率的一乙烯酯或經修改熱固樹脂。該樹脂具有一低硬化收縮率(例如取決於配方為3至7%)且無因負載環境或耐用性問題產生導致過早失效之空孔、龜裂或斷裂。在一示範實施例中，該樹脂組成物係以Ashland 1398乙烯酯樹脂基質(由肯塔基州Covington的Ashland公司提供)或Interplastic 692或433(由明尼蘇達州St. Paul之Interplastic公司提供)為基礎之一經修改樹脂，其具有由用於自由基自動裂解硬化之添加苯乙烯單體比率設定的交聯密度以獲得100℃至130℃之範圍內的一Tg。丙烯酸酯、酚醛樹脂或二環戊二烯(DCPD)單體取代該苯乙烯之一部份(例如，10%至30%)可改良韌性、防水耐用性且滿足火-煙-毒性(FST)標準。這些樹脂組成物設計選擇應與其成本及對大於0.8 mm之桿橫截面中之Tg、模量及龜裂/破裂的影響達成平衡以防止一硬化速率太高。
乙烯酯樹脂FFU 測試標準 性質
耐用性-無聚酯 ASTM D7957 5.2 滿足物理及耐用性要求
玻璃轉移(或HDT) ASTM E1356 Tg＞120℃
拉伸伸長或斷裂率 ASTM D638 ＞4.5%
拉伸模量 ASTM D638 ＞3,200 MPa
體積收縮率   ＜7%
如上所述，該等玻璃纖維404由該進給模組410通過該樹脂浴420，使得該等玻璃纖維404被該樹脂塗布(即，濕潤)且相鄰纖維間之空間被該樹脂適當地填充(即，濕透或浸漬)。更詳而言之，該拉擠成型線400使用多階段預成形，其中該等玻璃纖維404垂直地且水平地對齊以便在它們通過該樹脂浴420後定位在該(等)預成形器440中。依此方式，當該等纖維404通過該(等)模450後，該拉擠成型線400之各分開階段使各纖維束固化成玻璃含量為等於或大於70重量%、等於或大於80重量%或等於或大於83重量%或者68體積%。
該(等)預成形器440協助定位及對齊包含該樹脂之輸入材料。該(等)預成形器440亦協助將該等纖維緊束在一起以避免聚束、糾結及與該輸入材料有關之不必要問題。
使用多階段預成形亦可選擇地放置不同纖維種類(例如，玻璃及碳、不同玻璃種類之組合、不同纖維直徑之組合)，以便產生一複合桿來改良彈性模量或其他屬性。在該輸入材料中使用不同纖維直徑亦有助於增加該輸入材料之含量。
例如一或多個被驅動滾筒之一串聯捲繞器430可用於該拉擠成型線400中作為一張力調整裝置。例如，若在該拉擠成型程序早期需要更大拉力(例如，以便拉動該等玻璃纖維404通過該樹脂浴420)，則可使用該捲繞器430。此外，調整在該等玻璃纖維404上之張力的能力可有助於在它們進入該(等)預成形器440前固化/緊束該等玻璃纖維404。
該拉擠成型線400使用連續準直紗束之預成形、預熱及預濕潤以便固化成具有高對齊性(即，小於5度偏離方位均一地通過該橫截面)之大於85重量%的玻璃含量。
在某些示範實施例中，在該(等)拉擠成型模452之前使用一或多個剝離模450。在某些示範實施例中，該(等)剝離模450及該(等)拉擠成型模452係相同模組。當使用多數剝離模450時，各剝離模450中之一孔通常可比前一剝離模450中之一孔小。當該桿454形成時，該等剝離模450由該等浸漬纖維移除多餘樹脂且進一步固化該等纖維404。
該玻璃之預熱去除剩餘水分且可降低在該玻璃表面之樹脂黏度以改良濕潤及濕透。可使用對該玻璃加熱之任何適當裝置。該預熱可在沿著該拉擠成型線400之多數位置實行。
該等玻璃纖維之預濕潤係藉由直接加熱該樹脂或控制該浸泡浴420中之樹脂的黏度或者當施加時藉由在該等預成形器440中之位置來促進，以便在膠化該乙烯酯樹脂前藉由圍束及/或張力更佳地獲得用於更緻密固化之樹脂濕潤。或者，該加熱可透過間接(例如，射頻)加熱達成，這可達成更均一由內向外加熱。不同玻璃德士(tex)及長纖維直徑組合可用於進一步改良該均一玻璃緊束，藉此可獲得更高玻璃纖維體積。
進入最後固化點之該(等)模450、452後，來自該(等)模450及/或452之熱使該熱固樹脂交聯，因此在該等固化纖維422內放熱以形成一桿狀構件454(以下稱為「桿」)。在某些示範實施例中，(例如，一玻璃纖維之)一螺旋纏繞施加在該桿454上以維持固化及放置該等纖維404在其中。
該拉擠成型線400通常可包括作為該拉擠成型線400之一部份或設置成與其相鄰(例如，在原地)的一控制站460。可為一分配控制系統(DCS)之控制站460可用於該拉擠成型線400及相關程序變數與條件之電腦化及/或手動控制及管理。
該桿454離開該(等)拉擠成型模452且朝向該拖拉器系統470前進。當該桿454到達該拖拉器系統470時冷卻使得它未在該等拖拉器接觸點中變形。該拉動段470協助施加該拉擠成型程序所需的拉力，即，當該桿454形成時在該桿上維持必要張力所需的拉力。
最後，該桿454前進到切割段480，該桿在該切割段被切割成預定長度且被收集以便進一步處理，例如一表面處理操作。該桿454可被切割成任何適當長度，且該長度通常係由預期應用來決定。在某些示範實施例中，該桿454被切割成10英呎至75英呎之一長度。在某些示範實施例中，該桿454被切割成20英呎至60英呎之一長度。切割後，不論有沒有任何進一步處理，該桿454均被視為複合鋼筋490。
因此，該拉擠成型線400使用連續準直紗束之預成形、預熱及預濕潤以便固化成具有均一地通過該橫截面小於5度偏離方位之高對齊性之大於85重量%的玻璃含量，且與一高性能玻璃纖維組合以獲得具有至少60 GPa之一增加模量的一高模量複合材。
在某些示範實施例中，該桿橫截面之至少一之部份可例如藉由使用適當模構造及/或組態或其他處理技術成為中空或以泡沫為核心而非實心。 高模量複合部件
該等高模量複合材可形成為包含各種纖維重量分率(「FWF」)之纖維加強件。雖然該FWF可在大於1%至大約90%之間任意地變化，但某些示範實施例包含至少70%，包括：至少72%、至少75%、至少77%及至少80%之一FWF。在任一示範實施例中，該高模量複合材可具有75%至90%，包括：在77%與88%之間及在80%與86%之間的一FWF。
相較於使用習知ECR型玻璃纖維形成之加強複合材，依據本發明之觀念形成的高模量複合材包含經改良物理性質及抗蝕性。如上所述，該高模量複合部件包含至少60 GPa，包括：至少64 GPa、至少65 GPa、至少66 GPa及至少68 GPa之一經改良彈性模量。在某些示範實施例中，該高模量複合部件包含60 GPa至75 GPa，包括：在64 GPa與73 GPa之間及在65 GPa與70 GPa之間的一彈性模量。該複合部件之彈性模量係依據ASTM D7205測量。
在某些示範實施例中，依據本發明之觀念形成的高模量複合材包含至少50 GPa，包括：至少52 GPa、至少55 GPa及至少56 GPa之一撓曲模量。依據本發明之觀念形成的高模量複合材包含至少1220 MPa，包括：至少1250 MPa、至少1285 MPa、至少1300 MPa、至少1350 MPa、至少1400 MPa、至少1450 MPa、至少1500 MPa及至少1550 MPa之一經改良撓曲強度。撓曲模量及撓曲強度都依據ASTM D790測量。
在某些示範實施例中，依據本發明之觀念形成的高模量複合材包含至少50 GPa，包括：至少62 GPa、至少65 GPa、至少67 GPa及至少70 GPa之一拉伸模量。在某些示範實施例中，該等高模量複合材具有大約60至大約75 GPa之一拉伸模量。該複合部件之拉伸模量係依據ASTM D7205測量。
在某些示範實施例中，依據本發明之觀念形成的高模量複合材包含一高抗蝕性，因此增加該複合部件之壽命。 例子
可了解的是該等概括發明觀念之範圍非意圖受限於在此所示及所述之特定示範實施例。由上述揭示，所屬技術領域中具有通常知識者不僅可了解該等概括發明觀念及其附屬優點而且亦可發現揭示之方法及系統的各種明顯變化及修改。因此，它意圖包含落於在此所述及請求之該等概括發明觀念之精神及範圍內之全部該等變化及修改以及其任何等效物。 例1
製備包含各種纖維重量分率(「FWF」)之纖維加強件的示範纖維強化拉擠成型鋼筋部件。用具有89.5 GPa之一彈性模量的高性能玻璃(「HP玻璃」)及具有82 GPa之一彈性模量的習知E-CR玻璃來製備樣本。圖2顯示不同纖維加載程度之鋼筋樣本的彈性模量。如圖所示，在相同加載程度下，包含HP玻璃之鋼筋樣本具有比包含E-CR玻璃之鋼筋樣本高的一彈性模量。例如，0.843纖維重量分率之E-CR玻璃加強鋼筋具有依據ASTM-D7205之64.6 GPa的一彈性模量(具有283.9 mm2 之橫截面積的#6鋼筋)，而HP玻璃加強鋼筋在相同纖維加載程度具有70.4 GPa之一彈性模量。 例2
製備包含：1)HP玻璃纖維及2)習知E-CR玻璃纖維之示範纖維強化拉擠成型平板。該等拉擠成型平板包含在80%FWF之一加載程度的單向纖維。在該等測試中使用二不同樹脂：聚酯及聚胺甲酸酯。接著測試該等拉擠成型部件之性能性質，包括：依據ASTM-D790之撓曲模量及撓曲強度；依據ASTM D7205之拉伸模量；及依據ASTM D2344之層間剪切強度(「ILSS」)。測試結果顯示在圖3至6中。
圖3A與3B顯示在不飽和聚酯及聚胺甲酸酯樹脂中，包含E-CR單向纖維之拉擠成型平板相較於包含HP纖維之拉擠成型平板的撓曲模量。如圖所示，HP加強板顯示相較於E-CR加強板，在聚酯樹脂中增加14%之一撓曲模量且在聚胺甲酸酯樹脂中增加10%之一撓曲模量。該等示範HP加強板具有在不飽和聚酯中之56 GPa的一撓曲模量及在聚胺甲酸酯中之59 GPa的一撓曲模量。
圖4A與4B顯示在不飽和聚酯及聚胺甲酸酯樹脂中，包含E-CR單向纖維之拉擠成型平板相較於包含HP纖維之拉擠成型平板的撓曲強度。如圖所示，HP加強板顯示相較於E-CR加強板，在聚酯樹脂中增加8%之一撓曲強度且在聚胺甲酸酯樹脂中增加4%之一撓曲強度。該等示範HP加強板具有在不飽和聚酯中之1296 MPa的一撓曲強度及在聚胺甲酸酯中之1572 MPa的一撓曲強度。
圖5A與5B顯示在不飽和聚酯及聚胺甲酸酯樹脂中，包含E-CR單向纖維之拉擠成型平板相較於包含HP纖維之拉擠成型平板的拉伸模量。如圖所示，HP加強板顯示相較於E-CR加強板，在聚酯樹脂中增加13%之一拉伸模量且在聚胺甲酸酯樹脂中增加8%之一拉伸模量。該等示範HP加強板具有在不飽和聚酯中之70 GPa的一拉伸模量及在聚胺甲酸酯中之62 GPa的一拉伸模量。
圖6A與6B顯示在不飽和聚酯及聚胺甲酸酯樹脂中，包含E-CR單向纖維之拉擠成型平板相較於包含HP纖維之拉擠成型平板的層間剪切強度(ILSS)。因為ILSS主要與樹脂相關，所以結果顯示在該玻璃/樹脂界面之相容性。該等示範HP加強板具有在不飽和聚酯中之50 MPa的一ILSS及在聚胺甲酸酯中之81 MPa的一ILSS，這與使用E-CR玻璃形成者一致(且事實上稍微改良)。
以上概括地且針對特定實施例地說明了本申請案之發明。雖然本發明已提出被認為是較佳實施例者，但在該概括揭示內可選擇所屬技術領域中具有通常知識者習知之許多替代例。本發明只受限於以下提出之申請專利範圍的陳述。
400:拉擠成型線 402:紗束 404:(玻璃)纖維 406:紗架 408:箭號；處理方向 410:進給模組 412:籠 414:鋼條 416:引導件 418:繩索；繩索狀構件 420:樹脂浴；浸泡浴 422:浸漬繩索；固化纖維 430:(串聯)捲繞器 440:預成形器 450:(剝離)模 452:拉擠成型模 454:桿；桿狀構件 460:控制站 470:拉動段；拖拉器系統 480:切割段 490:複合鋼筋
為了舉例參照圖式在以下更詳細地說明概括發明觀念及其實施例與優點，其中：
圖1A與1B係依據一示範實施例之用於製造複合桿之一拉擠成型線的圖。
圖2圖示地顯示鋼筋之有效彈性模量對用習知E-CR玻璃及高性能玻璃形成之複合材的纖維重量分率。
圖3A與3B顯示複合部件之撓曲模量，該等複合部件係在不飽和聚酯及聚胺甲酸酯樹脂中使用習知E-CR玻璃及高性能玻璃形成。
圖4A與4B顯示複合部件之撓曲強度，該等複合部件係在不飽和聚酯及聚胺甲酸酯樹脂中使用習知E-CR玻璃及高性能玻璃形成。
圖5A與5B顯示複合部件之拉伸模量，該等複合部件係在不飽和聚酯及聚胺甲酸酯樹脂中使用習知E-CR玻璃及高性能玻璃形成。
圖6A與6B顯示複合部件之層間剪切強度，該等複合部件係在不飽和聚酯及聚胺甲酸酯樹脂中使用習知E-CR玻璃及高性能玻璃形成。
400:拉擠成型線
402:紗束
404:(玻璃)纖維
406:紗架
408:箭號；處理方向
410:進給模組
412:籠
414:鋼條
416:引導件
418:繩索；繩索狀構件
420:樹脂浴；浸泡浴
422:浸漬繩索；固化纖維
430:(串聯)捲繞器
440:預成形器

Claims (20)

  1. 一種高模量複合部件，其包含： 一聚合物樹脂；及 複數高性能單向玻璃纖維，其具有至少89 GPa之一彈性模量及依據ASTM D2343-09的至少4,000 MPa之一抗拉強度，該複合部件包含不大於88%之一纖維重量分率(FWF)及依據ASTM D7205的至少60 GPa之一彈性模量。
  2. 如請求項1之高模量複合部件，其中該聚合物樹脂係選自於由：胺甲酸酯、丙烯酸酯、聚酯、乙烯酯及環氧樹脂構成之群組。
  3. 如請求項1之高模量複合部件，其中該高模量複合部件包含：鋼筋、欄杆、桿、管、橫擔、基礎結構(infrastructure)、纜線、電信應用、梯欄杆。
  4. 如請求項1之高模量複合部件，其中該等高性能玻璃纖維係由實質沒有B2 O3 及氟之一組成物形成。
  5. 如請求項1之高模量複合部件，其中該等高性能玻璃纖維具有依據ASTM D2343-09的至少4,800 MPa之一抗拉強度。
  6. 如請求項1之高模量複合部件，其中等高性能玻璃纖維具有至少90 GPa之一彈性模量。
  7. 如請求項1之高模量複合部件，其中該等高性能玻璃纖維具有大約32.0 MJ/kg至大約37.0 MJ/kg之一比模量。
  8. 如請求項1之高模量複合部件，其中該高模量複合部件包含依據ASTM D7205的至少60 GPa之一彈性模量。
  9. 如請求項1之高模量複合部件，其中高模量複合部件包含依據ASTM D790的至少50 GPa之一撓曲模量。
  10. 如請求項1之高模量複合部件，其中高模量複合部件包含依據ASTM D7205的至少50 GPa之一拉伸模量。
  11. 一種用於形成高模量複合部件之方法，其包含以下步驟： 將一高性能單向玻璃纖維束由一輸入源拉出，該等纖維包含至少89 GPa之一彈性模量及依據ASTM D2343-09的至少4,500 MPa之一抗拉強度； 使該束通過一聚合物樹脂材料浴，形成樹脂塗布束； 拉動該樹脂塗布束通過一成形模；及 使該樹脂塗布束硬化，形成一高模量複合部件，該高模量複合部件包含不大於88%之一纖維重量分率(FWF)及依據ASTM D7205的至少60 GPa之一彈性模量。
  12. 如請求項11之方法，其中該聚合物樹脂係選自於由：聚酯、乙烯酯及環氧樹脂構成之群組。
  13. 如請求項11之方法，其中該高模量複合部件包含：鋼筋、欄杆、桿、管、橫擔、基礎結構、纜線、電信應用、梯欄杆。
  14. 如請求項11之方法，其中該等高性能玻璃纖維係由實質沒有B2 O3 及氟之一組成物形成。
  15. 如請求項11之方法，其中該等高性能玻璃纖維具有至少4,800 MPa之一抗拉強度。
  16. 如請求項11之方法，其中該等高性能玻璃纖維具有至少90 GPa之一彈性模量。
  17. 如請求項11之方法，其中該等高性能玻璃纖維具有大約32.0 MJ/kg至大約37.0 MJ/kg之一比模量。
  18. 如請求項11之方法，其中該高模量複合部件包含依據ASTM D7205的至少60 GPa之一彈性模量。
  19. 如請求項11之方法，其中該高模量複合部件包含依據ASTM D790的至少50 GPa之一撓曲模量。
  20. 如請求項11之方法，其中該高模量複合部件包含依據ASTM D7205的至少50 GPa之一拉伸模量。
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