[發(fā)明專利]改善了模量的不含鋰玻璃

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080040752.0
• 申請日: 2010-08-04
• 公開（公告）號: CN102482142A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·霍夫曼;P·邁克金尼斯;J·溫格特;A·貝爾特羅
• 申請（專利權(quán)）人: OCV智識資本有限責(zé)任公司
• 主分類號: C03C3/087
• 分類號: C03C3/087;C03C3/091;C03C3/112;C03C13/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李帆

相關(guān)申請的交叉引用

本申請涉及和要求2009年8月4日提交的題為“改善了模量的不含鋰玻璃”的美國臨時(shí)專利申請系列No.61/231,203和2009年8月5日提交的題為“改善了模量的不含鋰玻璃”的美國臨時(shí)專利申請系列No.61/231,482的所有優(yōu)先權(quán)益，兩個(gè)專利申請的所有內(nèi)容以整體引用的方式明確并入本文。

本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域和工業(yè)可應(yīng)用性

本發(fā)明總體上涉及玻璃組合物，更特別地，涉及在不添加或包含鋰的情況下獲得可接受的成型和機(jī)械性能且其組分在耐火材料熔爐中熔融的高性能玻璃組合物。

發(fā)明背景

玻璃纖維由以特定比例組合以產(chǎn)生要求的化學(xué)組成的各種原料制備。這些匯集的材料通常稱為“玻璃配合料”。為了形成玻璃纖維，玻璃配合料典型地在熔爐或熔化設(shè)備中熔融，熔融的玻璃通過漏板或孔板拉成單絲，并將含有潤滑劑、偶聯(lián)劑和成膜粘合劑樹脂的水性上漿組合物施用到單絲上。施用上漿劑后，纖維會聚集成一束或多束原絲，纏繞為捆，或替代地，在潤濕的情況下將纖維切碎并收集。然后將收集的短切原絲干燥并固化，形成干燥的短切纖維，或可以將它們在它們潤濕的條件下作為濕的短切纖維打包。

玻璃配合料及由其制備的玻璃的組成典型地以組分的百分比為單位表示，其主要表示為氧化物。SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、B₂O₃、Na₂O、K₂O、Fe₂O₃、少量的其他化合物例如TiO₂、Li₂O、BaO、SrO、ZnO、ZrO₂、P₂O₅、氟和SO₃都是玻璃配合料的常見組分。通過改變這些氧化物的含量或除去玻璃配合料中的一些氧化物，可以制備許多類型的玻璃。可以制備的這些玻璃的實(shí)例包括R-玻璃、E-玻璃、S-玻璃、A-玻璃、C-玻璃和ECR-玻璃。玻璃組成控制著玻璃的成型和產(chǎn)品性能。玻璃組成的其他特征包括原料成本和環(huán)境影響。

按慣例，鋰以鋰輝石(鋰鋁硅酸鹽原料)的形式添加到玻璃纖維組合物中，以便促進(jìn)熔融并獲得所要求的機(jī)械和成型性能。例如，鋰對降低玻璃配方的粘度非常有效。雖然在機(jī)械和成型性能方面含鋰玻璃組合物可具有所要求的性能，但是玻璃組合物中存在的鋰提高了玻璃纖維的制造成本。如果加入鋰可以足夠地降低粘度，使得能夠在耐火材料池窯而不是鉑熔爐中熔融高性能玻璃例如R-玻璃，那么這些成本可以被抵消。R-玻璃通常在鉑熔爐中熔融。

成型性能的唯一組合是允許玻璃在常規(guī)耐火材料池窯和玻璃分配系統(tǒng)中熔融和分配。首先，玻璃必須保持足夠低的溫度，以免玻璃侵蝕性地破壞耐火材料。例如在超過耐火材料的最高使用溫度或使玻璃腐蝕和沖刷耐火材料的速率增加至一個(gè)不可接受的高水平的情況下，就可發(fā)生對耐火材料的破壞。當(dāng)通過降低玻璃粘度使玻璃變得更具流動(dòng)性時(shí)，耐火材料的腐蝕速率急劇增加。因此，為了使玻璃在耐火材料池窯中熔融，耐火材料池窯的溫度必須保持低于一定溫度，并且粘度(例如，流動(dòng)阻力)必須保持高于一定粘度。而且，玻璃在熔融單元中以及貫穿整個(gè)分配和纖維化過程的溫度必須足夠高以防止玻璃結(jié)晶化(即，溫度必須保持高于液相線溫度)。

在成纖器，通常要求纖維化所選擇的溫度(即，成型溫度)和玻璃的液相線溫度之間的溫度差最小。該溫度差ΔT用以衡量如何能夠容易地形成連續(xù)纖維而不產(chǎn)生由析晶引起的斷裂而造成纖維生產(chǎn)的中斷。因此，理想地，盡可能具有大的ΔT，以便實(shí)現(xiàn)連續(xù)無中斷的玻璃纖維成型。

在尋求具有更高終端性能的玻璃纖維的過程中，有時(shí)犧牲ΔT以達(dá)到所需的使用性能。這種犧牲的結(jié)果是需要將玻璃在鉑或鉑合金襯里的爐中熔融，這是因?yàn)闇囟瘸^了常規(guī)耐火材料最高使用溫度，或者是因?yàn)椴Ａд扯仁沟貌荒軐⒉Ａw的溫度保持在高于液相線溫度，同時(shí)產(chǎn)生足夠高的玻璃粘度使得耐火材料的腐蝕保持在可接受的水平。S-玻璃是發(fā)生這兩種現(xiàn)象的良好例子。S-玻璃的熔融溫度對普通耐火材料來說太高，且ΔT非常小(或負(fù)值)，因此造成玻璃非常容易流動(dòng)，對常規(guī)耐火材料具有很大的腐蝕性。常規(guī)的R-玻璃也具有很小的ΔT，因此在鉑或鉑合金襯里的熔爐中熔融。將鋰添加到配方中，充分地?cái)U(kuò)大了R-玻璃的ΔT，使得允許R-玻璃在標(biāo)準(zhǔn)耐火材料熔爐中熔融。然而，鋰原料非常昂貴，極大地增加了玻璃纖維的制造成本。