TWI691468B - 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

本發明一般而言係關於併入有稀土氧化物之玻璃組成物。在一項實施例中，適合用於成纖之玻璃組成物包括51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3中之至少一者。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物係以至少1重量%之量存在。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物係以至少3重量%之量存在。該玻璃組成物可用於形成可併入至各種其他玻璃纖維產品(例如，股紗、粗紗、織物等)中及併入至各種複合材料中之玻璃纖維。

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 相關申請案之交叉參考
此申請案主張2013年7月15日提出申請之序列號為61/846,266之美國臨時專利申請案及2014年7月8日提出申請之序列號為14/325,854之美國實用專利申請案之優先權，該等專利申請案中之每一者好像完全陳述於本文中似的特此以引用方式併入。
本發明係關於玻璃組成物，且特定而言係關於用於形成纖維之玻璃組成物。
多年來已使用玻璃纖維來強化各種聚合樹脂。用於強化應用中之某些常用玻璃組成物包含「E玻璃」、「R玻璃」及「D玻璃」組成物家族。「S玻璃」係包含(舉例而言)商標名為「S-2玻璃」之自AGY(Aiken，南卡羅萊納州)商購之玻璃纖維之另一常用玻璃組成物家族。
在強化及其他應用中，玻璃纖維或用玻璃纖維強化之複合材料的特定機械性質可係重要的。然而，在諸多情況下，由於(舉例而言)增加之批料成本、增加之製造成本或其他因素，具有經改良機械性質(例如，較高強度、較高模數等)之玻璃纖維之製造可導致較高成本。舉例而言，上述「S-2玻璃」與習用E玻璃相比具有經改良機械性質， 但由於批料至玻璃轉換、熔融澄清(fining)及纖維抽絲(drawing)之實質上較高溫度及能量需求而同樣使成本顯著更多。玻璃纖維製造商一直在尋找可用於在商業製造環境中形成具有合意機械性質之玻璃纖維的玻璃組成物。
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此等組成物形成之玻璃纖維，而且提供玻璃纖維股、紗線、織物及適合在各種應用中使用之包括此等玻璃纖維之複合材料。
在一項實施例中，適合用於成纖之玻璃組成物包括51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3中之至少一者。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以高達約15重量%之量存在。在某些實施例中，Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，MgO含量介於約6重量%與約9重量%之間。
在一項實施例中，適合用於成纖之玻璃組成物包括51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至22重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量 %至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3中之至少一者。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以高達約15重量%之量存在。在某些實施例中，MgO含量介於約6重量%與約9重量%之間。
在一項實施例中，適合用於成纖之玻璃組成物包括51重量%至63重量%之SiO2、14.5重量%至19重量%之Al2O3、0.5重量%至10重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至2重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3中之至少一者。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以高達約15重量%之量存在。在某些實施例中，Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，MgO含量介於約6重量%與約9重量%之間。
本發明之某些實施例係關於玻璃纖維股。本文中揭示若干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 施例可包括玻璃纖維、玻璃纖維股、紗線及併入有由此等組成物形成之玻璃纖維之其他產品。
本發明之某些實施例係關於由至少一根由本文中所闡述之玻璃組成物形成之玻璃纖維股形成之紗線。本發明之某些實施例係關於併入有至少一根由本文中所闡述之玻璃組成物形成之玻璃纖維股之織物。在某些實施例中，織物中所使用之緯紗可包括至少一根玻璃纖維股。在某些實施例中，經紗可包括至少一根玻璃纖維股。在某些實施例中，玻璃纖維股可在用於形成根據本發明之織物之緯紗及經紗兩者中使用。在某些實施例中，本發明之織物可包括平紋織物、斜紋織物、五經緞紋織物、緞織織物、針縫黏合織物或3D織造織物。
本發明之某些實施例係關於包括聚合樹脂及由本文中所闡述之各種玻璃組成物中之一者形成之玻璃纖維之複合材料。玻璃纖維可來自根據本發明之某些實施例之玻璃纖維股。在某些實施例中，可將玻璃纖維併入至織物(諸如，織造織物)中。舉例而言，玻璃纖維可在經織造以形成織物之緯紗及/或經紗中。在其中複合材料包括織物之實施例中，該織物可包括平紋織物、斜紋織物、五經緞紋織物、緞織織物、針縫黏合織物或3D織造織物。
如下文更詳細地論述，玻璃纖維亦可以其他形式併入至複合材料中。
關於聚合樹脂，本發明之複合材料可包括各種聚合樹脂中之一或多者。在某些實施例中，聚合樹脂包括以下各項中之至少一者：聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺甲酸酯、酚醛樹脂、聚酯、乙烯酯、聚雙環戊二烯、聚苯硫、聚醚醚酮、氰酸酯、雙-馬來醯亞胺及熱固性聚胺甲酸酯樹脂。在某些實施例中，聚合樹脂可包括環氧樹脂。
本發明之複合材料可呈各種形式且可用於各種應用中。根據本 發明之某些實施例之複合材料之潛在用途之某些實例不具限制地包含風能(例如，風車)、汽車應用、安全/安保應用(例如，防彈衣)、航天或航空應用(例如，飛機之內部底板)、高壓船舶或坦克、導彈外殼、電子器件及其他用途。
在以下實施方式中更詳細地闡述本發明之此等及其他實施例。
圖1係展示楊氏模數值關於各種玻璃組成物中之稀土氧化物(RE2O3)之量之圖表。
圖2係展示原始纖維抗拉強度值關於各種玻璃組成物中之稀土氧化物(RE2O3)之量之圖表。
圖3係展示軟化及玻璃轉化溫度關於各種玻璃組成物中之稀土氧化物(RE2O3)之量之圖表。
圖4係展示線性熱膨脹係數關於各種玻璃組成物中之氧化鈧(Sc2O3)之量之圖表。
除非指示相反情況，否則以下說明書中所陳述之數值參數係近似值，其可取決於尋求由本發明獲得之期望性質而變化。最低限度地，且並非試圖限制申請專利範圍之範疇之等效項之原則的應用，每一數值參數均應至少根據所報告之有效數位的數目且藉由應用普通舍入技術來解釋。
儘管陳述本發明之寬廣範疇之數值範圍及參數係近似值，但在具體實例中儘可能精確地報告所陳述之數值。然而，任一數值固有地含有必然由其各別測試量測中存在之標準偏差所引起之特定誤差。此外，本文中所揭示之所有範圍皆應理解為涵蓋其中所包含之任何及所有子範圍。舉例而言，「1至10」之規定範圍應視為包含介於最小值1與最大值10之間(且包括1與10)之任何及所有子範圍；亦即，以最小 值1或以上的值(例如1至6.1)開始及以最大值10或以下的值(例如5.5至10)結束之所有子範圍。另外，稱為「併入至本文中」之任一參考文獻應理解為以其全文併入。
應進一步注意，除非清楚且明確地限於一個指示物，否則本說明書中所使用之單數形式「一(a、an)」及「該(the)」包含複數個指示物。
本發明一般而言係關於玻璃組成物。在一項態樣中，本發明提供由本文中所闡述之玻璃組成物形成之玻璃纖維。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維與習用E玻璃纖維相比可具有經改良機械性質，例如楊氏模數及初始強度。
除玻璃組成物中通常存在之成份(諸如SiO2、Al2O3、CaO、MgO及其他)之外，本發明之玻璃組成物亦包括稀土氧化物。在各種實施例中，此等玻璃組成物可係可纖維化的且因此可用於製成玻璃纖維。如熟習此項技術者所理解，術語「稀土氧化物」係指併入有稀土金屬之氧化物且包含鈧氧化物(Sc2O3)、釔氧化物(Y2O3)及鑭系元素氧化物(鑭氧化物(La2O3)、鈰氧化物(Ce2O3及CeO2)、鐠氧化物(Pr2O3)、釹氧化物(Nd2O3)、鉕氧化物(Pm2O3)、釤氧化物(Sm2O3)、銪氧化物(Eu2O3及EuO)、釓氧化物(Gd2O3)、鋱氧化物(Tb2O3)、鏑氧化物(Dy2O3)、鈥氧化物(Ho2O3)、鉺氧化物(Er2O3)、銩氧化物(Tm2O3)、鐿氧化物(Yb2O3)及鑥氧化物(Lu2O3))。本發明之玻璃組成物中包含稀土氧化物，該等稀土氧化物在量上超過其中稀土氧化物在包含有玻璃配合料以提供另一成份之批料中僅作為外來材料或雜質存在之彼等稀土氧化物。在某些實施例中，該等玻璃組成物可包括稀土氧化物之組合(例如，各種稀土氧化物中之一或多者)。
在某些實施例中，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。在某些實施例中，該一或多種稀土氧化物 可以不小於約0.5重量%之量存在。在某些實施例中，該一或多種稀土氧化物可以大於約3重量%之量存在。在某些實施例中，該一或多種稀土氧化物可以高達約10重量%之量存在，儘管在其他實施例中可使用更大量。在某些實施例中，該一或多種稀土氧化物可以高達約12重量%之量存在。在某些實施例中，該一或多種稀土氧化物可以高達約15重量%之量存在。在某些實施例中，該一或多種稀土氧化物可以介於約0.05重量%與約15重量%之間的量存在。在某些實施例中，該一或多種稀土氧化物可以介於約0.5重量%與約15重量%之間的量存在。在某些實施例中，該一或多種稀土氧化物可以介於約2.0重量%與約15重量%之間的量存在。在某些實施例中，該一或多種稀土氧化物可以介於約3.0重量%與約15重量%之間的量存在。在某些實施例中，該一或多種稀土氧化物可以介於4.0重量%與約15重量%之間的量存在。在某些實施例中，該一或多種稀土氧化物可以介於約5.0重量%與約15重量%之間的量存在。
在某些實施例中所使用之稀土氧化物之量可取決於所使用之特定稀土氧化物、組成物中是否使用其他稀土氧化物、組成物之熔融性質及待由組成物形成之玻璃纖維之期望性質及其他。
在某些實施例中，本發明之玻璃組成物中所使用之稀土氧化物可包括為介於約0.5重量%與約15重量%之間的量之La2O3。如上文及在下文之實例中所陳述，根據某些實施例，La2O3之其他量亦可包含於玻璃組成物中。在某些實施例中，玻璃組成物中之La2O3之包含據信對玻璃軟化溫度及玻璃轉化溫度而且對抗拉強度、伸長率、熱膨脹係數及由組成物形成之玻璃纖維之其他性質具有合意影響。
在某些實施例中，本發明之玻璃組成物中所使用之稀土氧化物可包括為介於約0.5重量%與約15重量%之間的量之Y2O3。如上文及在下文之實例中所陳述，根據某些實施例，Y2O3之其他量亦可包含於 玻璃組成物中。在某些實施例中，玻璃組成物中之Y2O3之包含據信對玻璃軟化溫度及玻璃轉化溫度而且對模數、抗拉強度、伸長率、熱膨脹係數及由組成物形成之玻璃纖維之其他性質具有合意影響。
在某些實施例中，本發明之玻璃組成物中所使用之稀土氧化物可包括為介於約0.5重量%與約4重量%之間的量之Sc2O3。如上文及在下文之實例中所陳述，根據某些實施例，Sc2O3之其他量亦可包含於玻璃組成物中。在某些實施例中，雖然玻璃組成物中之Sc2O3之包含據信對由組成物形成之玻璃纖維之某些性質(例如，玻璃軟化溫度、玻璃轉化溫度、熱膨脹係數等)具有合意影響，但亦已觀察到Sc2O3之存在會提高組成物之液相線溫度。
在某些實施例中，本發明之玻璃組成物中所使用之稀土氧化物可包括為介於約0.5重量%與約15重量%之間的量之Nd2O3。如上文及在下文之實例中所陳述，根據某些實施例，Nd2O3之其他量亦可包含於玻璃組成物中。在某些實施例中，玻璃組成物中之Nd2O3之包含據信對玻璃軟化溫度及玻璃轉化溫度而且對由組成物形成之玻璃纖維之模數、抗拉強度、伸長率、熱膨脹係數及其他性質具有合意影響。
稀土氧化物之各種組合亦可用於達成合意性質(例如，抗拉強度、模數、比強度、比模數等)。舉例而言，特定稀土氧化物及其相對量之選擇可影響纖維密度，此繼而可影響比強度(抗拉強度除以密度)及比模數(模數除以密度)。同樣地，特定稀土氧化物及其相對量之選擇可影響玻璃組成物之熔融性質。舉例而言，如上所述，Sc2O3以特定量之存在可增加玻璃組成物之液相線溫度。類似地，氧化鈰(Ce2O3及CeO2)可用作氧化及澄清劑，以使得在某些實施例中氧化鈰之量可不多於2重量%。最終，特定稀土氧化物及其相對量之選擇可由於其對熔融性質之影響且由於當稀土氧化物之成本實質上變化時其原材料成本而影響製作玻璃纖維之成本。
如上所述，本發明之玻璃組成物及特定而言可纖維化玻璃組成物亦包含其他成份，包含SiO2、Al2O3、CaO、MgO及其他。
在一項實施例中，適合用於成纖之玻璃組成物包括51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3中之至少一者。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。
在一項實施例中，適合用於成纖之玻璃組成物包括51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至22重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3中之至少一者。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。
在一項實施例中，適合用於成纖之玻璃組成物包括51重量%至 63重量%之SiO2、14.5重量%至19重量%之Al2O3、0.5重量%至10重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至2重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3中之至少一者。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。
應理解，未必在所有實施例中需要經闡述為以介於約0重量%與另一重量%之間的量存在之玻璃組成物之任一成份。換言之，在某些實施例中此等成份可係選用的，當然此取決於包含於組成物中之其他成份之量。同樣地，在某些實施例中，玻璃組成物可實質上不含此等成份，此意指玻璃組成物中存在之成份之任何量將源自批料中作為痕量雜質存在之成份。
本發明之某些實施例之特徵可在於該等玻璃組成物中所存在之SiO2之量。在某些實施例中，SiO2可以介於約51重量%與約65重量%之間且介於約51重量%與約63重量%之間的量存在。在某些實施例中，SiO2可以介於約54重量%與約65重量%之間且介於約54重量%與約63重量%之間的量存在。在某些實施例中，SiO2可以介於約59重量%與約65重量%之間的量存在。在某些實施例中，玻璃組成物可包括至少60重量%之SiO2。
本發明之某些實施例之特徵可在於該等玻璃組成物中所存在之Al2O3之量。在某些實施例中，玻璃組成物可包括12.5重量%至22重量%之Al2O3。在某些實施例中，Al2O3可以介於約12.5重量%與約19 重量%之間的量存在。在某些實施例中，Al2O3可以介於約14.5重量%與約19重量%之間的量存在。在某些實施例中，Al2O3可以介於約15重量%與約19重量%之間的量存在。
本發明之某些實施例之特徵可在於該等玻璃組成物中所存在之CaO之量。在某些實施例中，CaO可以介於約0重量%與約20重量%之間的量存在。在某些實施例中，CaO可以介於約0重量%與約16重量%之間的量存在。在某些實施例中，CaO可以介於約0.5重量%與約15重量%之間的量存在。在某些實施例中，本發明之玻璃組成物可包括介於約0.5重量%與約14重量%之間。在某些實施例中，CaO可以介於約0.5重量%與約10重量%之間的量存在。
本發明之某些實施例之特徵可在於該等玻璃組成物中所存在之MgO之量。在某些實施例中，本發明之玻璃組成物包括介於0重量%與約12重量%之間的MgO。在某些實施例中，MgO可以高達約9重量%之量存在。在某些實施例中，MgO可以介於約6重量%與約9重量%之間的量存在。
本發明之某些實施例之特徵可在於該等玻璃組成物中所存在之Na2O之量。在某些實施例中，本發明之玻璃組成物可包括介於約0重量%與約2.5重量%之間的Na2O。在某些實施例中，Na2O可以介於約0重量%與約1.5重量%之間的量存在。在某些實施例中，Na2O可以高達約1.5重量%之量存在。在某些實施例中，Na2O可以高達約1.0重量%之量存在。
本發明之某些實施例之特徵可在於該等玻璃組成物中所存在之K2O之量。在某些實施例中，K2O可以介於約0重量%與約1重量%之間的量存在。在某些實施例中，K2O可以高達約1重量%之量存在。
本發明之某些實施例之特徵可在於該等玻璃組成物中所存在之Li2O之量。在某些實施例中，本發明之玻璃組成物可包括介於約0重 量%與約2重量%之間的Li2O。在某些實施例中，Li2O可以介於約0重量%與約1重量%之間的量存在。在某些實施例中，Li2O可以高達約1重量%之量存在。
本發明之某些實施例之特徵可在於Na2O、K2O及Li2O含量之總量。在某些實施例中，本發明之玻璃組成物中之Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，Na2O+K2O+Li2O含量係高達約2.5重量%。在某些實施例中，Na2O+K2O+Li2O含量以大於約1重量%且高達約2.5重量%之量存在。
本發明之某些實施例之特徵可在於該等玻璃組成物中所存在之B2O3之量。在某些實施例中，B2O3可以介於約0重量%與約3重量%之間的量存在。在某些實施例中，B2O3可以介於約0重量%與約2重量%之間的量存在。在某些實施例中，B2O3可以介於約0重量%與約1重量%之間的量存在。在某些實施例中，本發明之玻璃組成物可實質上不含B2O3，此意指玻璃組成物中存在之任何B2O3將源自批料中作為痕量雜質存在之B2O3。在其他實施例中，本發明之玻璃組成物可包括大於約1重量%之B2O3。在某些實施例中，B2O3可以高達約10重量%之量存在。
本發明之某些實施例之特徵可在於該等玻璃組成物中所存在之Fe2O3之量。在某些實施例中，Fe2O3可以小於1.0重量%之量存在。在某些實施例中，Fe2O3可以介於約0重量%與約0.5重量%之間的量存在。在某些實施例中，Fe2O3可以高達約0.4重量%之量存在。
本發明之某些實施例之特徵可在於該等玻璃組成物中所存在之TiO2之量。在某些實施例中，TiO2可以介於約0重量%與約3重量%之間的量存在。在某些實施例中，TiO2可以高達約3重量%之量存在。
本發明之某些實施例之特徵可在於該等玻璃組成物中所存在之ZrO2之量。在某些實施例中，ZrO2可以介於約0重量%與約3重量%之 間的量存在。在某些實施例中，ZrO2可以高達約2重量%之量存在。在某些實施例中，本發明之玻璃組成物可實質上不含ZrO2，此意指玻璃組成物中存在之任何ZrO2將源自批料中作為痕量雜質存在之ZrO2。
本發明之某些實施例之特徵可在於該等玻璃組成物中所存在之P2O5之量。在某些實施例中，P2O5可以介於約0重量%與約3重量%之間的量存在。在某些實施例中，P2O5可以高達約2.5重量%之量存在。在某些實施例中，本發明之玻璃組成物可實質上不含P2O5，此意指玻璃組成物中存在之任何P2O5將源自批料中作為痕量雜質存在之P2O5。
硫酸鹽(表達為SO3)亦可作為精製劑存在。亦可存在少量來自原料或來自熔融程序期間污染之雜質，諸如SrO、BaO、Cl2、P2O5、Cr2O3或NiO(不限於此等特定化學形式)。亦可存在其他精製劑及/或加工助劑，諸如As2O3、MnO、MnO2、Sb2O3、SnO2或CeO2(不限於此等特定化學形式)。此等雜質及精製劑(若存在)通常各自以小於總玻璃組成物之0.5重量%之量存在。
如上所述，根據本發明之某些實施例之玻璃組成物係可纖維化的。在某些實施例中，本發明之玻璃組成物具有對於用於商業玻璃纖維製造操作中為合意之形成溫度(TF)。如本文中所使用，術語「形成溫度」或TF意指玻璃組成物具有1000泊之黏度之溫度(或「log 3溫度」)。在某些實施例中，本發明之玻璃組成物具有介於自約1250℃至約1415℃之範圍內之形成溫度(TF)。在另一實施例中，本發明之玻璃組成物具有介於自約1250℃至約1350℃之範圍內之形成溫度。在某些實施例中，玻璃組成物具有介於自約1250℃至約1310℃之範圍內之形成溫度。
在某些實施例中，本發明之玻璃組成物具有介於自約1190℃至約1515℃之範圍內之液相線溫度。在另一實施例中，本發明之玻璃 組成物具有介於自約1190℃至約1300℃之範圍內之液相線溫度。在某些實施例中，本發明之玻璃組成物具有介於自約1190℃至約1260℃之範圍內之液相線溫度。
在某些實施例中，本發明之玻璃組成物之形成溫度與液相線溫度之間的差對於商業玻璃纖維製造操作係合意的。舉例而言，針對玻璃組成物之某些實施例，形成溫度與液相線溫度之間的差介於自約35℃至大於60℃之範圍內。在某些實施例中，本發明之玻璃組成物之形成溫度與液相線溫度之間的差係至少50℃。
如本文中所提供，玻璃纖維可由本發明之玻璃組成物之某些實施例形成。因此，本發明之實施例可包括由本文中所闡述之玻璃組成物中之任何者形成之玻璃纖維。在某些實施例中，可將玻璃纖維配置至織物中。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可以其他形式提供，包含(舉例而言且不具限制地)短切股紗(乾燥或潤濕)、紗線、粗紗、預浸材等作為連續股紗。簡言之，玻璃組成物(及其所形成之任何纖維)之各種實施例可用於各種應用中。
本發明之某些實施例係關於玻璃纖維股。本發明之某些實施例係關於包括玻璃纖維股之紗線。本發明之紗線之某些實施例尤其適合用於織造應用。另外，本發明之某些實施例係關於玻璃纖維織物。本發明之玻璃纖維織物之某些實施例特別適合用於強化應用中，由其其中高模數、高強度及/或高伸長率係重要之強化應用。此外，本發明之某些實施例係關於併入有玻璃纖維股、玻璃纖維紗線及玻璃纖維織物之複合材料，諸如纖維強化聚合物複合材料。本發明之某些複合材料特別適合用於加強應用中，由其其中高模數、高強度及/或高伸長率係重要之加強應用，諸如風能(例如，風車)、汽車應用、安全/安保應用(例如，防彈衣或裝甲面板)、航天或航空應用(例如，飛機之內部底板)、高壓船舶或坦克、導彈外殼及其他。本發明之某些實施例係 關於汽車複合材料。本發明之某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。本發明之又其他實施例係關於適用用於風能應用中之複合材料。本發明之某些實施例係關於預浸材。本發明之某些實施例係關於用於諸如裝甲面板之安全/安保應用之複合材料。本發明之其他實施例係關於用於高壓船舶或儲存槽之複合材料。本發明之某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中之複合材料。本發明之某些實施例係關於其中較低熱膨脹係數係特別合意之印刷電路板，諸如用於晶片封裝之基板。
本發明之某些實施例係關於玻璃纖維股。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維股包括複數個包括玻璃組成物之玻璃纖維，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2；12.5重量%至19重量%之Al2O3；0重量%至16重量%之CaO；0重量%至12重量%之MgO；0重量%至2.5重量%之Na2O；0重量%至1重量%之K2O；0重量%至2重量%之Li2O；0重量%至3重量%之TiO2；0重量%至3重量%之ZrO2；0重量%至3重量%之B2O3；0重量%至3重量%之P2O5；0重量%至1重量%之Fe2O3；含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物；及總計為0重量%至11重量%之其他組份。
在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3中之至少一者。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。
在某些實施例中，本發明之玻璃纖維股包括複數個包括玻璃組成物之玻璃纖維，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2；12.5重量%至22重量%之Al2O3；0重量%至16重量%之CaO；0重量%至12重量%之MgO；0重量%至2.5重量%之Na2O；0重量%至1重量%之K2O；0重量%至2重量%之Li2O；0重量%至3重量%之TiO2；0重量%至3重量%之ZrO2；0重量%至3重量%之B2O3；0重量%至3重量%之P2O5；0重量%至1重量%之Fe2O3；含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物；及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3中之至少一者。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。
在某些實施例中，本發明之玻璃纖維股包括複數個包括玻璃組 成物之玻璃纖維，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至63重量%之SiO2；14.5重量%至19重量%之Al2O3；0.5重量%至10重量%之CaO；0重量%至12重量%之MgO；0重量%至1重量%之Na2O；0重量%至1重量%之K2O；0重量%至2重量%之Li2O；0重量%至3重量%之TiO2；0重量%至3重量%之ZrO2；0重量%至2重量%之B2O3；0重量%至3重量%之P2O5；0重量%至1重量%之Fe2O3；含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物；及總計為0重量%至11重量%之其他組份。
在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3中之至少一者。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少1重量%之量存在。在某些實施例中，該至少一種稀土氧化物以至少3重量%之量存在。
本文中揭示若干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此等組成物形成之玻璃纖維股。
在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可展現合意機械及其他性質。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可展現與由E玻璃形成之玻璃纖維相關之一或多個經改良機械性質。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可提供與由R玻璃及/或S玻璃形成之玻璃纖維相關之一或多個經改良性質。由本發明之玻璃纖維之某些實施例展現之合意性質之 實例不具限制地包含抗拉強度、楊氏模數、熱膨脹係數、軟化點、伸長率及介電常數。
在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有合意楊氏模數(E)值。在某些實施例中，由本發明之玻璃組成物形成之纖維可具有大於約87GPa之楊氏模數。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有大於約90GPa之楊氏模數。在某些實施例中，由本發明之玻璃組成物形成之纖維可具有大於約92GPa之楊氏模數。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有大於約93GPa之楊氏模數。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有大於約95GPa之楊氏模數。除非本文中另有規定，否則本文所論述之楊氏模數值係使用以下實例章節中所陳述之程序判定。
在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有合意抗拉強度。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有大於4000MPa之抗拉強度。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有大於4,500MPa之抗拉強度。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有大於約5000MPa之抗拉強度。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有大於約5500MPa之抗拉強度。除非本文中另有規定，否則抗拉強度值係使用實例章節中所陳述之程序判定。
在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有合意伸長率值。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有至少5.0%之伸長率。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有至少5.5%之伸長率。除非本文中另有規定，否則抗拉強度值係使用實例章節中所陳述之程序判定。
在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有合意熱膨脹係數。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有小於約4.5ppm/℃之熱膨脹係數。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有小於約3.1ppm/ ℃之熱膨脹係數。除非另有規定，否則熱膨脹係數係使用實例章節中所陳述之程序判定。
在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有合意軟化點。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有至少約900℃之軟化點。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有至少約950℃之軟化點。除非另有規定，否則軟化點值係使用實例章節中所陳述之程序判定。
在某些實施例中，本發明之玻璃纖維可具有對於用於電子器件應用中為合意之介電常數值(Dk)。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維在1MHz頻率下可具有小於約6.0之介電常數值(Dk)。除非本文中另有陳述，否則藉由ASTM測試方法D150(「固體電絕緣材料之A-C損耗特性及電容率(介電常數)之標準測試方法」)自1MHz至1GHz判定介電常數(Dk)。
玻璃纖維股可包括各種直徑之玻璃纖維，此取決於期望應用。在某些實施例中，本發明之玻璃纖維股包括至少一個具有介於約5μm與約18μm之間的直徑之玻璃纖維。在其他實施例中，至少一個玻璃纖維具有介於約5μm與約10μm之間的直徑。
在某些實施例中，本發明之玻璃纖維股可形成為粗紗。粗紗可包括合股無撚、多末端或單末端直接牽伸粗紗。包括本發明之玻璃纖維股之粗紗可包括具有各種直徑及密度之直接牽伸單末端粗紗，此取決於期望應用。在某些實施例中，包括本發明之玻璃纖維股之粗紗展現高達約112碼/磅之密度。
本發明之某些實施例係關於包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股之紗線。在某些實施例中，本發明之紗線包括至少一根包括玻璃組成物之玻璃纖維股，該玻璃組成物包括51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1 重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，紗線包括至少一根包括玻璃組成物之玻璃纖維股，該玻璃組成物包括51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至22重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，本發明之紗線包括至少一根包括玻璃組成物之玻璃纖維股，該玻璃組成物包括51重量%至63重量%之SiO2、14.5重量%至19重量%之Al2O3、0.5重量%至10重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至2重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在其他實施例中，本發明之紗線可包括至少一根包括本文中所揭示作為本發明之一部分之其他玻璃組成物中之一者的玻璃纖維股。
在某些實施例中，本發明之紗線包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股，其中該至少一根玻璃纖維股至少部分地塗佈有上漿組成物。在某些實施例中，上漿組成物與熱固性聚合樹脂相容。在其他實施例中，上漿組成物可包括澱粉-油上漿組成物。
紗線可具有各種線性質量密度，此取決於期望應用。在某些實施例中，本發明之紗線具有自約5,000碼/磅至約10,000碼/磅之線性質量密度。
紗線可具有各種撚級及方向，此取決於期望應用。在某些實施例中，本發明之紗線在z方向上具有約0.5撚回/英吋至約2撚回/英吋之撚度。在其他實施例中，本發明之紗線在z方向上具有約0.7撚回/英吋之撚度。
紗線可由經加撚在一起及/或合股之一或多根股紗製成，此取決於期望應用。紗線可由經加撚在一起但未合股之一或多根股紗製成；此等紗線稱為「單紗」。本發明之紗線可由經加撚在一起但未合股之一或多根股紗製成。在某些實施例中，本發明之紗線包括1至4根經加撚在一起之股紗。在其他實施例中，本發明之紗線包括1根經加撚之股紗。
本發明之某些實施例係關於包括至少一根玻璃纖維股之織物。在某些實施例中，織物包括至少一根包括玻璃組成物之玻璃纖維股，該玻璃組成物包括51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，織物包括至少一根包括玻璃組成物之玻璃纖維股，該玻璃組成物包括51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至22重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重 量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量係大於1重量%。在某些實施例中，織物包括至少一根包括玻璃組成物之玻璃纖維股，該玻璃組成物包括51重量%至63重量%之SiO2、14.5重量%至19重量%之Al2O3、0.5重量%至10重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至2重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在其他實施例中，本發明之織物可包括至少一根包括本文中所揭示作為本發明之一部分之其他玻璃組成物中之一者的玻璃纖維股。在某些實施例中，本發明之織物包括如本文中所揭示之紗線。在某些實施例中，本發明之織物可包括至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的緯紗。在某些實施例中，本發明之織物可包括至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的經紗。在某些實施例中，本發明之織物包括至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的緯紗及至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的經紗。
在包括織物之本發明之某些實施例中，玻璃纖維織物係根據工業織物式樣編號7781織造之織物。在其他實施例中，織物包括平紋織物、斜紋織物、五經緞紋織物、緞織織物、針縫黏合織物(亦稱為無捲曲織物)或「三維」織造織物。
本發明之某些實施例係關於複合材料。在某些實施例中，本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖 維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至22重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至63重量%之SiO2、14.5重量%至19重量%之Al2O3、0.5重量%至10重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至2重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量 %至11重量%之其他組份。在其他實施例中，本發明之複合材料可包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者由本文中所揭示作為本發明之一部分之其他玻璃組成物形成。在某些實施例中，本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一根如本文中所揭示玻璃纖維股。在某些實施例中，本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之包括至少一根如本文中所揭示玻璃纖維股之粗紗之至少一部分。在其他實施例中，本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一根如本文中所揭示之紗線。在又其他實施例中，本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一個如本文中所揭示之織物。在某些實施例中，本發明之複合材料包括至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的緯紗及至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的經紗。
本發明之複合材料可包括各種聚合樹脂，此取決於期望性質及應用。在包括複合材料之本發明之某些實施例中，聚合樹脂包括環氧樹脂。在包括複合材料之本發明之其他實施例中，聚合樹脂可包括聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺甲酸酯、酚醛樹脂、聚酯、乙烯酯、聚雙環戊二烯、聚苯硫、聚醚醚酮、氰酸酯、雙-馬來醯亞胺及熱固性聚胺甲酸酯樹脂。
本發明之某些實施例係關於航天複合材料。在某些實施例中，本發明之航天複合材料展現對於用於航天應用中為合意之性質，諸如高強度、高伸長率、高模數及/或低密度。
在某些實施例中，本發明之航天複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重 量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，本發明之航天複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至22重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，本發明之航天複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至63重量%之SiO2、14.5重量%至19重量%之Al2O3、0.5重量%至10重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至2重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在其他實施例中，本發明之航天複合材料可包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之 複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者由本文中所揭示作為本發明之一部分之其他玻璃組成物中之一者形成。
在某些實施例中，本發明之航天複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股。在某些實施例中，本發明之航天複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之包括至少一根如本文中所揭示玻璃纖維股之粗紗之至少一部分。在其他實施例中，本發明之航天複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一根如本文中所揭示之紗線。在又其他實施例中，本發明之航天複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一個如本文中所揭示之織物。在某些實施例中，本發明之航天複合材料包括至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的緯紗及至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的經紗。
本發明之航天複合材料可包括各種聚合樹脂，此取決於期望性質及應用。在包括航天複合材料之本發明之某些實施例中，聚合樹脂包括環氧樹脂。在包括航天複合材料之本發明之其他實施例中，聚合樹脂可包括聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺甲酸酯、酚醛樹脂、聚酯、乙烯酯、聚雙環戊二烯、聚苯硫、聚醚醚酮、氰酸酯、雙-馬來醯亞胺及熱固性聚胺甲酸酯樹脂。可使用本發明之航天複合材料之部件之實例可包含(但不限於)地板面板、艙頂行李箱、廚房、座椅靠背及其他可能易受到撞擊之內部隔間以及外部組件(諸如直升機轉子葉片)。
本發明之某些實施例係關於航空複合材料。在某些實施例中，本發明之航空複合材料展現對於用於航空應用中為合意之性質，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。本發明之某些航空複合材料之高伸長率可使得此等複合材料對於用於其中高抗撞擊性係重要之航空應用(諸如，飛機內飾應用)中尤其合 意。在某些實施例中，與由E玻璃織物形成之複合材料相比，本發明之航空複合材料可證明經增加撞擊效能。本發明之航空複合材料可適合用於飛機內飾中(尤其包含行李儲存箱、座位及地板)。
在某些實施例中，本發明之航空複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，本發明之航空複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，本發明之航空複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至63重量%之SiO2、14.5重量%至19重量%之Al2O3、0.5重量%至10重量%之CaO、0重量%至 12重量%之MgO、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至2重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在其他實施例中，本發明之航空複合材料可包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者由本文中所揭示作為本發明之一部分之其他玻璃組成物中之一者形成。
在某些實施例中，本發明之航空複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股。在某些實施例中，本發明之航空複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之包括至少一根如本文中所揭示玻璃纖維股之粗紗之至少一部分。在其他實施例中，本發明之航空複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一根如本文中所揭示之紗線。在又其他實施例中，本發明之航空複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一個如本文中所揭示之織物。在某些實施例中，本發明之航空複合材料包括至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的緯紗及至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的經紗。
本發明之航空複合材料可包括各種聚合樹脂，此取決於期望性質及應用。在包括航空複合材料之本發明之某些實施例中，聚合樹脂包括酚醛樹脂。在包括航空複合材料之本發明之其他實施例中，聚合樹脂可包括環氧樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺甲酸酯、酚醛樹脂、聚酯、乙烯酯、聚雙環戊二烯、聚苯硫、聚醚醚酮、氰酸酯、雙-馬來醯亞胺及熱固性聚胺甲酸酯樹脂。可使用本發明之航空複合材料之部件之實例可包含(但不限於)地板面板、艙頂行李箱、廚房、座椅靠背及其他 可能易受到撞擊之內部隔間以及外部組件(諸如直升機轉子葉片)。
本發明之某些實施例係關於汽車複合材料。在某些實施例中，本發明之汽車複合材料展現對於用於汽車應用中為合意之性質，諸如高強度、高伸長率及/或低纖維密度。本發明之某些複合材料之高強度及高伸長率(或破壞應變)之組合可使得此等複合材料對於用於其中高抗撞擊性係重要之汽車應用(諸如汽車結構組件、主體及保險桿)中由其合意。在某些實施例中，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，本發明之汽車複合材料可證明經增加撞擊效能。
在某些實施例中，本發明之汽車複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，本發明之汽車複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於 0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，本發明之汽車複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至63重量%之SiO2、14.5重量%至19重量%之Al2O3、0.5重量%至10重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至2重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在其他實施例中，本發明之汽車複合材料可包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者由本文中所揭示作為本發明之一部分之其他玻璃組成物中之一者形成。
在某些實施例中，本發明之汽車複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股。在某些實施例中，本發明之汽車複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之包括至少一根如本文中所揭示玻璃纖維股之粗紗之至少一部分。在其他實施例中，本發明之汽車複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一根如本文中所揭示之紗線。在又其他實施例中，本發明之汽車複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一個如本文中所揭示之織物。在某些實施例中，本發明之汽車複合材料包括至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的緯紗及至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的經紗。
本發明之汽車複合材料可包括各種聚合樹脂，此取決於期望性質及應用。在包括汽車複合材料之本發明之某些實施例中，聚合樹脂 可包括熱塑性樹脂或熱固性樹脂。汽車複合材料中所使用之常見熱塑性樹脂之實例不具限制地包含聚丙烯、聚醯胺、高溫聚醯胺、聚酯及熟習此項技術者已知之其他熱塑性樹脂。汽車複合材料中所使用之常見熱固性樹脂之實例不具限制地包含環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯及熟習此項技術者已知之其他熱固性樹脂。可使用本發明之汽車複合材料之部件之實例可包含(但不限於)汽車結構組件、主體及保險杠。
本發明之某些實施例係關於可用於風能應用中之複合材料。在某些實施例中，適合用於風能應用中之本發明之複合材料展現對於用於風能應用中為合意之性質，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合用於風力渦輪機葉片，特別與其他長風力渦輪機葉片相比質量更輕但強韌之長風力渦輪機葉片。
在某些實施例中，適合用於風能應用中之本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，適合用於風能應用中之本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0 重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，適合用於風能應用中之本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至63重量%之SiO2、14.5重量%至19重量%之Al2O3、0.5重量%至10重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至2重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在其他實施例中，適合用於本發明之風能應用中之複合材料可包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者由本文中所揭示作為本發明之一部分之其他玻璃組成物形成。
在某些實施例中，適合用於風能應用中之本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股。在某些實施例中，適合用於風能應用中之本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之包括至少一根如本文中所揭示玻璃纖維股之粗紗之至少一部分。在其他實施例中，適合用於風能應用中之本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一根如本文中所揭示之紗線。在又其他實施例中，適合用於風能應用中之本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一個如本文中所揭示之織物。在某些實施例中，適合用於風能應用中之 本發明之複合材料包括至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的緯紗及至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的經紗。
適合用於風能應用中之本發明之複合材料可包括各種聚合樹脂，此取決於期望性質及應用。在包括適合用於風能應用中之複合材料之本發明之某些實施例中，聚合樹脂包括環氧樹脂。在包括適合用於風能應用中之複合材料之本發明之其他實施例中，聚合樹脂可包括聚酯樹脂、乙烯酯、熱固性聚胺甲酸酯或聚雙環戊二烯樹脂。
本發明之某些實施例係關於用於高壓船舶及/或坦克中之複合材料。在某些實施例中，本發明之用於高壓船舶及/或坦克中之複合材料展現對於用於此等應用中為合意之性質，諸如高強度、高伸長率、低密度及/或高比強度。
在某些實施例中，本發明之用於高壓船舶及/或坦克中之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，本發明之用於高壓船艦及/或坦克中之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至 12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，本發明之用於高壓船舶及/或坦克中之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該組成物包括以下成份：51重量%至63重量%之SiO2、14.5重量%至19重量%之Al2O3、0.5重量%至10重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至2重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在其他實施例中，本發明之用於高壓船舶及/或坦克中之複合材料可包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者由本文中所揭示作為本發明之一部分之其他玻璃組成物中之一者形成。
在某些實施例中，本發明之用於高壓船舶及/或坦克中之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一根如本文中所揭示玻璃纖維股。在某些實施例中，本發明之用於高壓船舶及/或坦克中之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之包括至少一根如本文中所揭示玻璃纖維股之粗紗之至少一部分。在其他實施例中，本發明之用於高壓船舶及/或坦克中之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一根如本文中所揭示之紗線。在又其他實施例中，本 發明之用於高壓船舶及/或坦克中之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一個如本文中所揭示之織物。在某些實施例中，本發明之用於高壓船舶及/或坦克中之複合材料包括至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的緯紗及至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的經紗。
本發明之用於高壓船舶及/或坦克中之複合材料可包括各種聚合樹脂，此取決於期望性質及應用。在包括用於高壓船舶及/或坦克中之複合材料之本發明之某些實施例中，聚合樹脂可包括熱固性樹脂。高壓船舶及/或坦克中所使用之常見熱固性樹脂之實例不具限制地包含樹脂、酚醛樹脂、聚酯、乙烯脂及熟習此項技術者已知之其他熱固性樹脂。
在某些實施例中，本發明之複合材料可用於安全及/或安保應用中。舉例而言，在某些實施例中，本發明之複合材料適合用於高機械應力應用中，包含(但不限於)高能量撞擊應用。可用於本發明之某些實施例中之玻璃纖維可展現對於高能量撞擊應用(諸如抗衝擊或抗爆炸應用)尤其合意之性質。與包括E玻璃之玻璃纖維相比，可用於本發明之某些實施例中之玻璃纖維可展現低介電常數、低介電損耗、高玻璃轉化溫度及/或低熱膨脹。
在某些實施例中，本發明之複合材料可適合用於裝甲應用中。舉例而言，複合材料之某些實施例可用於生產裝甲面板中。在某些實施例中，本發明之複合材料可形成面板，其中當藉由美國國防部裝甲V50衝擊測試之測試方法標準MIL-STD-662F，1997年12月(下文「MIL-STD-662F」)量測時，預期該面板展現合意0.30 cal FSP(「碎片模擬射彈」)V50值(例如，在約2 lb/ft2之面板面密度及約5mm至6mm之面板厚度下至少約900英尺/秒(fps))，該測試方法標準之全部內容以引用方式併入本文中。在此上下文下，術語「複合材料」通常係 指包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維之材料，而術語「面板」係指具有片狀實體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面板，其中當藉由MIL-STD-662F量測時，預期該面板展現合意0.50 cal FSP V50值(例如，在約4.8至4.9 lb/ft2之面板面密度及約13mm至13.5mm之面板厚度下至少約1200fps)。由於V50值可取決於面板面密度及面板厚度，因此本發明之複合材料可具有不同的V50值，此取決於面板如何構造。本發明之某些實施例之一個優點係提供V50值高於使用E玻璃纖維合股之以類似方式構造之複合材料的複合材料。
在某些實施例中，本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中該複合材料適合在抗衝擊或抗爆炸應用中使用。在某些實施例中，本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之 P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%且其中複合材料適合在抗衝擊或抗爆炸應用中使用。在某些實施例中，本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至63重量%之SiO2、14.5重量%至19重量%之Al2O3、0.5重量%至10重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至2重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中複合材料適合在抗衝擊或抗爆炸應用中使用。在其他實施例中，適合在抗衝擊或抗爆炸應用中使用之本發明之複合材料可包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者由本文中所揭示作為本發明之一部分之其他玻璃組成物形成。
本發明之某些實施例係關於面板，諸如包括本發明之複合材料之裝甲面板。在某些實施例中，本發明之複合材料可形成面板，其中當藉由MIL-STD-662F量測時，預期該面板展現合意0.30 cal FSP V50值(例如，在約2 lb/ft2之面板面密度及約5mm至6mm之面板厚度下至少約900fps)。在其他實施例中，本發明之複合材料可形成面板，其中當藉由MIL-STD-662F量測時，預期該面板展現合意0.30 cal FSP V50值(例如，在約2 lb/ft2之面板面密度及約5mm至6mm之面板厚度下至少約1000fps)。在本發明之又其他實施例中，複合材料可形成面板，其中當藉由MIL-STD-662F量測時，預期該面板展現合意0.30 cal FSP V50值(例如，在約2 lb/ft2之面板面密度及約5mm至6mm之面板厚度下至少約1100fps)。在本發明之某些實施例中，複合材料可形成面板，其中當藉由MIL-STD-662F量測時，預期該面板展現合意0.30 cal FSP V50值(例如，在約2 lb/ft2之面板面密度及約5mm至6mm之面板厚度下約900fps至約1140fps)。
在某些實施例中，本發明之複合材料可形成面板，其中當藉由MIL-STD-662F量測時，預期該面板展現合意0.50 cal FSP V50值(例如，在約4.8至4.9 lb/ft2之面板面密度及約13mm至13.5mm之面板厚度下至少約1200fps)。在本發明之其他實施例中，複合材料可形成面板，其中當藉由MIL-STD-662F量測時，預期該面板展現合意0.50 cal FSP V50值(在約4.8至4.9 lb/ft2之面板面密度及約13mm至13.5mm之面板厚度下至少約1300fps)。在本發明之又其他實施例中，複合材料可形成面板，其中當藉由MIL-STD-662F量測時，預期該面板展現合意0.50 cal FSP V50值(在約4.8至4.9 lb/ft2之面板面密度及約13mm至13.5mm之面板厚度下至少約1400fps)。在本發明之某些實施例中，複合材料可形成面板，其中當藉由MIL-STD-662F量測時，預期該面板展現合意0.50 cal FSP V50值(例如，在約4.8至4.9 lb/ft2之面板面密度及約13mm至13.5mm之面板厚度下約1200fps至約1440fps)。
適合在抗衝擊或抗爆炸中使用之本發明之複合材料可包括各種聚合樹脂。在本發明之某些實施例中，複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括如本文中所揭示之玻璃組成物，該複合材料可形成面板，諸如用於抗衝擊或抗爆炸之裝甲面板，且該聚合樹脂包括環氧樹脂。在某些實施例中，本發明之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括如本文中所揭示之玻璃組成物，該複合材料可形成面板，諸如用於抗衝擊 或抗爆炸之裝甲面板，且該聚合樹脂包括聚二環戊二烯樹脂。在本發明之某些實施例中，聚合樹脂可包括聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺(包含耐綸(Nylon))、聚對苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺甲酸酯、酚醛樹脂、聚酯、乙烯酯、熱固性聚胺甲酸酯、氰酸酯或雙-馬來醯亞胺樹脂。
本發明之某些實施例係關於用於導彈及其他炸藥遞送裝置之外殼中之複合材料。在某些實施例中，本發明之用於導彈及其他炸藥遞送裝置之外殼中之複合材料展現對於用於此等應用中為合意之性質，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/或高玻璃轉化溫度。
在某些實施例中，本發明之用於導彈及其他炸藥遞送裝置之外殼中之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在某些實施例中，本發明之用於導彈及其他炸藥遞送裝置之外殼之中之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量 %至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，本發明之用於導彈及其他炸藥遞送裝置之外殼中之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至63重量%之SiO2、14.5重量%至19重量%之Al2O3、0.5重量%至10重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至2重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在其他實施例中，本發明之用於導彈及其他炸藥遞送裝置中之複合材料可包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者由本文中所揭示作為本發明之一部分之其他玻璃組成物形成。
在某些實施例中，本發明之用於導彈及其他炸藥遞送裝置之外殼中之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股。在某些實施例中，本發明之用於導彈及其他炸藥遞送裝置之外殼中之複合材料包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之包括至少一根如本文中所揭示玻璃纖維股之粗紗之至少一部分。在其他實施例中，本發明之用於導彈及其他炸藥遞送裝置之外殼中之複合材料包括聚合樹脂及如本文中所揭示安置於該聚合樹脂中之至少一根紗線。在又其他實施例中，本發明之用於導彈及其他炸藥遞送裝置之外殼中之複合材料包括聚合樹脂及如本文中所揭示安置於該 聚合樹脂中之至少一個織物。在某些實施例中，本發明之用於導彈及其他炸藥遞送裝置之外殼中之複合材料包括至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的緯紗及至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的經紗。
本發明之用於導彈及其他炸藥遞送裝置之外殼中之複合材料可包括各種聚合樹脂，此取決於期望性質及應用。在包括用於導彈及其他炸藥遞送裝置之外殼中之複合材料之本發明之某些實施例中，聚合樹脂可包括熱固性樹脂。可用於此等應用中之常見熱固性樹脂之實例不具限制地包含環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯及熟習此項技術者已知之其他熱固性樹脂。
雖然本文中闡述本發明之複合材料之若干個例示性使用及應用，但熟習此項技術者可識別此等複合材料之其他潛在用途，包含(舉例而言)油氣工業中之其他應用、與交通運輸及基礎設施有關之其他應用、替代能源中之其他應用、其他高溫熱絕緣(即，熱屏蔽)應用(歸因於較高強度、較高模數、較高軟化溫度及較高玻璃轉化溫度)等。
本發明之某些實施例係關於預浸材。本發明之預浸材可包括聚合樹脂及至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股。在某些實施例中，本發明之預浸材包括聚合樹脂及與該聚合樹脂接觸之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至19重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化 物及總計為0重量%至11重量%之其他成份。在某些實施例中，本發明之預浸材包括聚合樹脂及與聚合樹脂接觸之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至65重量%之SiO2、12.5重量%至22重量%之Al2O3、0重量%至16重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至2.5重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至3重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.05重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份，其中Na2O+K2O+Li2O含量大於1重量%。在某些實施例中，本發明之預浸材包括聚合樹脂及與該聚合樹脂接觸之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者包括玻璃組成物，該玻璃組成物包括以下成份：51重量%至63重量%之SiO2、14.5重量%至19重量%之Al2O3、0.5重量%至10重量%之CaO、0重量%至12重量%之MgO、0重量%至1重量%之Na2O、0重量%至1重量%之K2O、0重量%至2重量%之Li2O、0重量%至3重量%之TiO2、0重量%至3重量%之ZrO2、0重量%至2重量%之B2O3、0重量%至3重量%之P2O5、0重量%至1重量%之Fe2O3、含量不小於0.5重量%之至少一種稀土氧化物及總計為0重量%至11重量%之其他組份。在其他實施例中，本發明之預浸材可包括聚合樹脂及與該聚合樹脂接觸之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者由本文中所揭示作為本發明之一部分之其他玻璃組成物中之一者形成。
在某些實施例中，本發明之預浸材包括聚合樹脂及與該聚合樹脂接觸之至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股。在某些實施例中，本發明之預浸材包括聚合樹脂及安置於該聚合樹脂中之包括至少一根如本文中所揭示玻璃纖維股之粗紗之至少一部分。在其他實施例中， 本發明之預浸材包括聚合樹脂及與該聚合樹脂接觸之至少一根如本文中所揭示之紗線。在又其他實施例中，本發明之預浸材包括聚合樹脂及與該聚合樹脂接觸之至少一個如本文中所揭示之織物。在某些實施例中，本發明之預浸材包括至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的緯紗及至少一根包括至少一根如本文中所揭示之玻璃纖維股的經紗。
本發明之預浸材可包括各種聚合樹脂，此取決於期望性質及應用。在包括預浸材之本發明之某些實施例中，聚合樹脂包括環氧樹脂。在包括預浸材之本發明之其他實施例中，聚合樹脂可包括聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚對苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺甲酸酯、酚醛樹脂、聚酯、乙烯酯、聚雙環戊二烯、聚苯硫、聚醚醚酮、氰酸酯、雙-馬來醯亞胺及熱固性聚胺甲酸酯樹脂。
雖然本文中所闡述之玻璃纖維之諸多應用係加強應用，但可在諸如印刷電路板(「PCB」)之電子器件應用中利用本發明之玻璃纖維之某些實施例。更特定而言，本發明之某些實施例係關於具有准許增強PCB之效能之電性質之玻璃纖維強化物。舉例而言，本發明之玻璃纖維之某些實施例可具有對於電子器件應用為合意之介電常數(Dk)。亦稱為「電容率」之材料之介電常數(Dk)係材料儲存電能之能力之度量。待用作電容器之材料合意地具有相對較高之Dk，而待用作PCB基板之一部分之材料合意地具有低Dk，特別對於高速電路而言。Dk係兩個金屬板之間的給定材料之將儲存之電荷(即，電容)與該相同兩個金屬板之間的空隙(空氣或真空)將儲存之電荷之量的比率。作為另一實例，本發明之玻璃纖維之某些實施例可具有對於電子器件應用為合意之熱膨脹係數。因此，本發明之某些實施例可用於各種電應用中，不具限制地包含印刷電路板、印刷電路板之前驅物(例如，織物、壓層物、預浸材等)。在此等實施例中，待用於電應用中之印刷電路板或 其他複合材料可包括聚合樹脂及與該聚合樹脂接觸之複數個玻璃纖維，其中該複數個玻璃纖維中之至少一者係由本文中所揭示作為本發明之一部分之玻璃組成物中之任何者形成。聚合樹脂可包含熟習此項技術者已知用於印刷電路板或其他電應用中之彼等聚合樹脂中之任何者。
現在轉向製造本發明之玻璃纖維及相關產品之方法，藉由混合用於供應形成纖維之組成物之特定氧化物之原料，可以此項技術中眾所周知之習用方法製備本發明之玻璃纖維。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程序、且更期望地此項技術中已知用於形成基本上連續玻璃纖維之任何程序來形成。舉例而言，儘管本文中並無限制，但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成纖法來形成。此等方法已為此項技術眾所周知且鑒於本揭示內容對其進一步論述據信為不必要的。參見例如，K.L.Loewenstein的The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers(第3版，Elsevier，N.Y.，1993年，第47至48頁及第117至234頁)。
繼玻璃纖維之形成之後，可使用熟習此項技術者已知之任一適合方法將主要上漿組成物施加至玻璃纖維。在某些實施例中，可在形成玻璃纖維後立即施加上漿組成物。一般而言，本發明之用於形成玻璃纖維股、織物、複合材料、壓層物及預浸材之玻璃纖維可至少部分地塗佈有上漿組成物。熟習此項技術者可基於若干個因素為玻璃纖維選擇多種商購上漿組成物中之一者，該等因素包含(舉例而言)上漿組成物之效能性質、所得織物之期望撓性、成本及其他因素。在某些實施例中，上漿組成物不含澱粉-油上漿組成物。在包括不含澱粉-油上漿組成物之上漿組成物之本發明之某些實施例中，在將纖維或股紗用於織造應用中之前，無需進一步用漿紗組成物處理經上漿玻璃纖維或 玻璃纖維股。在其他包括不含澱粉-油上漿組成物之上漿組成物之實施例中，在將纖維或股紗用於織造應用之前，可視情況進一步用漿紗組成物處理經上漿玻璃纖維或玻璃纖維股。在包括主要上漿組成物之本發明之某些實施例中，上漿組成物可包括澱粉-油上漿組成物。在包括澱粉-油上漿組成物之本發明之某些實施例中，稍後可自由至少一根經上漿玻璃纖維或玻璃纖維股形成之織物移除澱粉-油上漿組成物。在某些實施例中，可使用熟習此項技術者已知之任一適合方法自織物移除澱粉-油漿液，諸如但不限於熱清潔。在包括已移除澱粉-油上漿組成物之織物之本發明之實施例中，可用漆面塗佈進一步處理本發明之織物。
可用於本發明之某些實施例中之商購上漿組成物之非限制性實例包含用於單末端粗紗上之上漿組成物，諸如Hybon 2026、Hybon 2002、Hybon 1383、Hybon 2006、Hybon 2022、Hybon 2032、Hybon 2016及Hybon 1062；以及常用於諸如1383、611、900、610、695及690等紗線上之上漿組成物，其中每一者皆係指購自PPG Industries公司之上漿組成物產品。
本發明之玻璃纖維股可藉由熟習此項技術者已知之任一適合方法來製備。本發明之玻璃纖維織物可通常藉由熟習此項技術者已知之任一適合方法來製備，諸如但不限於使緯紗(weft yarn)(亦稱為「緯紗(fill yarn)」)交織至複數根經紗中。此交織可藉由以下方式達成：以大致平行平面陣列將經紗定位於織機上，且然後藉由使緯紗以預定重複圖案上下來回穿過經紗將緯紗織入經紗中。所用圖案取決於期望織物式樣。
經紗通常可使用熟習此項技術者已知之技術來製備。通常藉由拉細來自套管或紡紗機之複數個熔融玻璃流來形成經紗。然後，可將上漿組成物施加至個別玻璃纖維且可將纖維聚集在一起以形成股紗。 隨後可藉由經由撚機將股紗轉移至筒管將股紗加工成紗線。在此轉移期間，可對該等股紗加撚以幫助將纖維束固持在一起。然後可將此等經加撚之股紗圍繞筒管纏繞且該等筒管可用於織造程序中。
通常可使用熟習此項技術者已知之技術將經紗定位於織機上。可藉助織軸將經紗定位於織機上。織軸包括以基本上平行配置(亦稱為「經紗片」)圍繞圓柱形核心纏繞之特定數量的經紗(亦稱為「末端」)。織軸製備可包括將多個紗線卷裝(每一卷裝皆包括織軸所需之末端數量之一部分)組合成單一卷裝或織軸。舉例而言但本文中不限於，利用DE75紗線輸入之50英吋(127cm)寬7781式樣織物通常需要2868個末端。然而，用於形成織軸之習用設備不允許在一個作業中將所有此等末端自筒管轉移至單一經軸。因此，可生產多個包括一部分數量所需末端之多個經軸(通常稱為「分軸」)且然後組合以形成織軸。以類似於織軸之方式，分軸可包含圓柱形核心，該圓柱形核心包括圍繞其纏繞之複數根基本上平行經紗。雖然熟習此項技術者將認識到分軸可包括任一數量所需經紗以形成最終織軸，但通常分軸上所含末端之數量受整經機之容量限制。對於7781式樣織物，通常提供四個具有717個末端(每一末端皆為DE75紗線末端)之分軸，且當組合時提供經紗片所需之2868個末端，如上文所論述。
本發明之複合材料可藉由熟習此項技術者已知之任一適合方法來製備，例如但不限於真空輔助樹脂灌注模製、擠出複合、壓縮模製、樹脂轉移模製、長絲捲繞、預浸材/高壓釜固化及拉擠成型。本發明之複合材料可使用如熟習此項技術者已知之該等模製技術來製備。具體而言，併入有織造玻璃纖維織物之本發明之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來製備。
作為實例，本發明之某些複合材料可使用真空輔助壓縮模製來製備，該技術為熟習此項技術者熟知且簡略闡述於下文中。如熟習此 項技術已知，利用真空輔助壓縮模製將預浸漬玻璃織物之堆疊置於壓機壓板上。在本發明之某些實施例中，預浸漬玻璃織物之堆疊可包含一或多個已切割成期望大小及形狀之如本文中所闡述之本發明之織物。在對應數量層之堆疊作業完成後，閉合壓機並將壓板連接至真空幫浦以使上壓板在織物堆疊上壓縮直至達到期望壓力。真空幫助排出堆疊內之陷入空氣並使得經模製壓層物中之空隙量減少。將壓板連接至真空幫浦後，然後將壓板溫度增加至特別針對所用樹脂之預定溫度設定以加速樹脂(例如，熱固性樹脂)之轉化速率，並保持於彼溫度及壓力設定下直至壓層物完全固化。此時，關斷熱並藉由水循環來冷卻壓板直至其達到室溫。然後可打開壓板，並可自壓機移除經模製壓層物。
作為另一實例，本發明之某些複合材料可使用真空輔助樹脂灌注技術來製備，如本文中所進一步闡述。可將本發明之玻璃纖維織物之堆疊切割成期望大小並置於經聚矽氧釋放處理之玻璃桌上。然後可用剝離板層覆蓋該堆疊，裝配流動增強介質，並使用耐綸(nylon)裝袋膜進行真空裝袋。接下來，所謂的「疊層」受到約27英吋Hg之真空壓力。可使用熟習此項技術者已知用於彼特定樹脂之技術來製備待用玻璃纖維織物強化之聚合樹脂。舉例而言，對於某些聚合樹脂而言，可將適當樹脂(例如，胺可固化環氧樹脂)與適當固化劑(例如，用於胺可固化環氧樹脂之胺)以樹脂製造商所推薦或熟習此項技術者已知之比例混合。然後可在真空室中使組合樹脂脫氣30分鐘並灌注至織物預形成件中直至達成織物堆疊實質上完全濕透。此時，可將該桌用熱毯(設定為約45℃至50℃之溫度)覆蓋24小時。然後可將所得剛性複合材料脫模並在可程式化對流烘箱中在約250℉下後固化4小時。然而，如熟習此項技術者已知，各種參數(諸如脫氣時間、加熱時間及後固化條件)可基於所用特定樹脂系統而變化，且熟習此項技術者理解如何 基於特定樹脂系統而選擇此等參數。
本發明之預浸材可藉由熟習此項技術者已知之任何適合方式來製備，諸如但不限於使玻璃纖維股、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。
如上文所述，在某些實施例中，本發明之複合材料可包括聚合樹脂。可使用各種聚合樹脂。已知可用於強化應用中之聚合樹脂可特別用於某些實施例中。在某些實施例中，聚合樹脂可包括熱固性樹脂。可用於本發明之某些實施例中之熱固性樹脂系統可包含但不限於環氧樹脂系統、基於酚醛樹脂之樹脂、聚酯、乙烯酯、熱固性聚胺甲酸酯、聚雙環戊二烯(pDCPD)樹脂、氰酸酯及雙-馬來醯亞胺。在某些實施例中，聚合樹脂可包括環氧樹脂。在其他實施例中，聚合樹脂可包括熱塑性樹脂。可用於本發明之某些實施例中之熱塑性聚合物包含但不限於聚乙烯、聚丙烯、聚醯胺(包含耐綸)、聚對苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、熱塑性聚胺甲酸酯(TPU)、聚苯硫及聚醚醚酮(PEEK)。可用於本發明之某些實施例中之商購聚合樹脂之非限制性實例包含具有Epikure MGS RIMH 1366固化劑之EPIKOTE Resin MGS® RIMR 135環氧樹脂(購自Momentive Specialty Chemicals公司，Columbus，Ohio)、Applied Poleramic MMFCS2環氧樹脂(購自Applied Poleramic公司，Benicia，California)及EP255經改質環氧樹脂(購自Barrday Composite Solutions，Millbury，MA)。
將藉由以下一系列特定實施例來圖解說明本發明。然而，熟習此項技術者將理解，本發明之原理涵蓋諸多其他實施例。
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此等組成物之各種性質有關之資料。實例1、實例20、實例21、實例25、實例62及實例77係比較實例，而剩餘實例表示本發明之 各種實施例。
藉由呈粉末形式之商業及試劑級別化學物(試劑級別化學物曾僅用於稀土氧化物)之熔融混合物在10% Rh/Pt坩堝中在介於1500℃與1550℃(2732℉至2822℉)之間的溫度下達四個小時製成此等實例中之玻璃。每一批料為約1000克。在4小時熔融週期之後，將熔融玻璃傾倒於鋼板上淬火。不針對其散發損失調整批料中揮發性物質(諸如氟化物及鹼金屬氧化物)，此乃因其在玻璃中濃度低。實例中之組成物表示分批組成物。使用商業配料製備玻璃。在批料計算中，要考量特殊原料保留因子來計算每一玻璃中之氧化物。保留因子係基於玻璃批料熔融之年份及所量測玻璃中之氧化物產量。因此，將實例中所圖解說明之分批組成物視為接近所量測組成物。
熔體性質
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」來判定熔體黏度隨溫度及液相線溫度之變化。
表1包含玻璃組成物之所量測液相線溫度(TL)、由1000泊之熔體黏度界定之參考形成溫度(TF)及由100泊之黏度界定之參考熔融溫度(Tm)。亦展示形成溫度與液相線溫度之間的差(ΔT)。表1亦提供某些組成物之軟化溫度(Tsoft)、玻璃轉化溫度(Tg)及熱膨脹係數(CTE)。軟化溫度(Tsoft)值係根據ASTM測試方法C338-93「Standard Test Method for Softening Point of Glass」(2008)量測。玻璃轉化溫度(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」判定。
機械性質
對於纖維抗拉強度測試而言，自10Rh/90Pt單頭式纖維抽絲單元生產來自玻璃組成物之纖維樣品。將約85克給定組成物之玻璃屑進給至套管式熔融單元中並在接近或等於100泊熔體黏度之溫度下處理2小時。隨後將熔體降低至接近或等於1000泊熔體黏度之溫度並在纖維抽絲前穩定1小時。藉由控制纖維牽絲卷線機之速度來控制纖維直徑以生產直徑為約10μm之纖維。所有纖維樣品均係在空氣中捕獲而與外物無任何接觸。在受控濕度介於40% RH與45% RH之間的房間中完成纖維抽絲。
使用配備有Kawabata C型荷重元之Kawabata KES-G1(Kato Tech有限公司，日本)抗拉強度分析儀來量測纖維抗拉強度。使用樹脂黏合劑將纖維樣品安裝在紙框架條上。向纖維施加拉力直至破壞，藉此基於纖維直徑及斷裂應力來判定纖維強度。該測試係在室溫及介於40% RH至45% RH之間的受控濕度下實施。基於65至72根每一組成物之纖維的樣品大小來計算平均值。表1報告由某些組成物形成之纖維之平均抗拉強度。比強度係藉由將抗拉強度值(以N/m2為單位)除以對應密度(以g/m3為單位)來計算。
亦使用以下技術量測表1中特定玻璃組成物之楊氏模數。將約50克具有對應於適當實例性表1之組成物之碎玻璃在90Pt/10Rh坩堝中在由100泊所界定之熔融溫度下重新熔融2小時。隨後將坩堝轉移至垂直管式電加熱爐中。爐溫度預先設定為接近或等於1000泊熔體黏度之纖維牽拉溫度下。在纖維抽絲之前，將玻璃在此溫度下平衡1小時。纖維抽絲爐之頂部具有帶中心孔之蓋子，其上係經安裝以調節纖維冷卻之水冷銅盤管。然後手動將二氧化矽棒穿過冷卻盤管浸於熔體中，並抽出約1m至1.5m長的纖維並收集。纖維之直徑介於自一端為100μ至 另一端為1000μm之範圍內。
彈性模數係使用超音波聲脈衝技術(Panatherm 5010設備，購自馬薩諸塞州，Waltham之Panametrics有限公司)針對自玻璃熔體所抽出之纖維來判定。使用20微秒持續時間200kHz脈衝來獲得伸張波反射時間。量測樣品長度並計算各別伸張波速度(V E )。使用Micromeritics AccuPyc 1330比重計來量測纖維密度(ρ)。每一組成物獲得約20個量測值並自以下公式計算平均楊氏模數(E)：
Figure 103124302-A0202-12-0051-1
模數測試儀使用直徑1mm之波導，該波導將波導接觸側之纖維直徑設定為約與波導直徑相同。換言之，該纖維直徑為1000μm之末端在波導之接觸側處連接。測試具有不同直徑之纖維的楊氏模數且結果展示自100μm至1000μm之纖維直徑並不影響纖維模數。藉由將楊氏模數值除以對應密度而計算比模數值。
藉由將抗拉強度值除以對應楊氏模數值(以相同單位(例如，全部以MPa))且乘以100基於胡克定律而判定表1中之「纖維破裂應變(%)」(即，纖維伸長率)之值。
Figure 103124302-A0202-12-0051-2
Figure 103124302-A0202-12-0052-3
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Figure 103124302-A0202-12-0055-10
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Figure 103124302-A0202-12-0066-32
Figure 103124302-A0202-12-0067-33
在圖1至圖4中繪製此等資料中之特定資料。圖1係展示楊氏模數值關於實例1至實例17、實例22及實例23中之玻璃組成物之稀土氧化物(RE2O3)之量之圖表。圖2係展示原始纖維抗拉強度值關於實例1至實例17、實例22及實例23中之玻璃組成物之稀土氧化物(RE2O3)之量之圖表。圖3係圖表展示軟化及玻璃轉化溫度關於實例81至實例89之玻璃組成物之稀土氧化物(RE2O3)之量。圖4係展示線性熱膨脹係數關於實例81至實例89之玻璃組成物之氧化鈧(Sc2O3)之量之圖表。
可由本發明之各種但未必全部實施例展現之合意特性可包含但不限於下列：提供具有相對較低密度之玻璃纖維、玻璃纖維股、玻璃纖維織物、複合材料及相關產品；提供具有相對較高抗拉強度之玻璃纖維、玻璃纖維股、玻璃纖維織物、複合材料及壓層物；提供具有相對較低密度之玻璃纖維、玻璃纖維股、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、玻璃纖維股、玻璃纖維織物、複合材料及壓層物；提供具有相對較高伸長率之玻璃纖維、玻璃纖維股、玻璃纖維織物、複合材料及壓層物；提供可用於強化應用之玻璃纖維、玻璃纖維股、玻璃纖維織物、預浸材及其他產品；及其他。
應理解，本發明闡述圖解說明與本發明之清晰理解相關之本發明之態樣。為簡化本發明闡述，未呈現熟習此項技術者將易知且因此將不會促進對本發明之更佳理解之本發明之特定態樣。儘管已結合特 定實施例闡述本發明，但本發明並不限於所揭示之特定實施例，而是意欲涵蓋在本發明之精神及範疇內之修改。

Claims (26)

  1. 一種適合用於成纖之玻璃組成物，其包括：SiO2 54重量%至65重量%；Al2O3 12.5重量%至19重量%；CaO 0.5重量%至14.0重量%；MgO 6重量%至9重量%；Na2O 0重量%至1.5重量%；K2O 0重量%至1重量%；Li2O 0重量%至1重量%；TiO2 0重量%至3重量%；B2O3 0重量%至1重量%；Fe2O3 0重量%至0.5重量%；含量大於3重量%之至少一種稀土氧化物；及其他組份 總計為0重量%至11重量%，其中Na2O+K2O+Li2O含量係大於1重量%。
  2. 如請求項1之玻璃組成物，其中該CaO含量係介於約0.5重量%與約10重量%之間。
  3. 如請求項1之玻璃組成物，其中該SiO2含量為至少60重量%。
  4. 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%之量存在。
  5. 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高達約15重量%之量存在。
  6. 如請求項1之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3中之至少一者。
  7. 如請求項6之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物包括La2O3 及Y2O3。
  8. 如請求項1之玻璃組成物，其進一步包括含量高達約3.0重量%之ZrO2。
  9. 一種適合用於成纖之玻璃組成物，其包括：SiO2 51重量%至65重量%；Al2O3 12.5重量%至22重量%；CaO 0重量%至16重量%；MgO 0重量%至12重量%；Na2O 0重量%至2.5重量%；K2O 0重量%至1重量%；Li2O 0重量%至2重量%；TiO2 0重量%至3重量%；B2O3 0重量%至3重量%；P2O5 0重量%至3重量%；Fe2O3 0重量%至1重量%；含量至少3重量%之至少一種稀土氧化物；及其他組份 總計為0重量%至11重量%，其中Na2O+K2O+Li2O含量係大於1重量%；及其中該玻璃組成物實質上不包含Y2O3。
  10. 如請求項9之玻璃組成物，其中MgO係以高達約9重量%之量存在。
  11. 如請求項9之玻璃組成物，其中該MgO含量係介於約6重量%與約9重量%之間。
  12. 如請求項9之玻璃組成物，其中該SiO2含量為至少60重量%。
  13. 如請求項9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%之量存在。
  14. 如請求項9之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以高達約15重量%之量存在。
  15. 如請求項9之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物包括La2O3、Sc2O3及Nd2O3中之至少一者。
  16. 如請求項15之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物包括La2O3。
  17. 如請求項9之玻璃組成物，其進一步包括含量高達約3.0重量%之ZrO2。
  18. 一種適合用於成纖之玻璃組成物，其包括：SiO2 51重量%至63重量%；Al2O3 14.5重量%至19重量%；CaO 0重量%至16重量%；MgO 0重量%至12重量%；Na2O 0重量%至1重量%；K2O 0重量%至1重量%；Li2O 0重量%至2重量%；TiO2 0重量%至3重量%；B2O3 0重量%至2重量%；P2O5 0重量%至3重量%；Fe2O3 0重量%至1重量%；含量至少3重量%之至少一種稀土氧化物；及其他組份 總計為0重量%至11重量%，其中Na2O+K2O+Li2O含量係大於1重量%。
  19. 如請求項18之玻璃組成物，其中MgO係以高達約9重量%之量存在。
  20. 如請求項18之玻璃組成物，其中該MgO含量係介於約6重量%與 約9重量%之間。
  21. 如請求項18之玻璃組成物，其中該SiO2含量為至少60重量%。
  22. 如請求項18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%之量存在。
  23. 如請求項22之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物係以高達約15重量%之量存在。
  24. 如請求項18之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物包括La2O3、Y2O3、Sc2O3及Nd2O3中之至少一者。
  25. 如請求項24之玻璃組成物，其中該至少一種稀土氧化物包括La2O3及Y2O3。
  26. 如請求項18之玻璃組成物，其進一步包括含量高達約3.0重量%之ZrO2。
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