專利名稱：形成玻璃纖維的組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造玻璃纖維的玻璃組合物，更確切地說，本發(fā)明涉及具有較低液相線和成型溫度的玻璃組合物。
最普通的玻璃組合物是“E”玻璃，它可用于生產(chǎn)織物和玻璃纖維加強件所用的連續(xù)玻璃纖維條。至于由那種類型的組合物來構(gòu)成E-玻璃組合物，其條件均包含在ASTMD578-98中。使用E-玻璃的好處是其液相線溫度要低于其成型溫度，即，一般大于56℃(100°F)，通常為83～111℃(150～200°F)。在這里所用術(shù)語“成型溫度”，“T成型”和“l(fā)og3成型溫度”指的是玻璃粘度為log3或1000泊的玻璃溫度，術(shù)語“液相線溫度”和“TLIQ”指的是固相(晶體)和液相(熔體)處于平衡時的溫度。在這里稱為“德爾塔T”或“ΔT”的T成型和TLIQ間的差是測定給定熔體組合物結(jié)晶潛力的普通方法。在玻璃纖維成型工業(yè)中，為了防止熔融的玻璃在玻璃纖維形成過程中，特別是在襯套區(qū)域(bushing area)中透明消失，ΔT通常保持在至少50℃(90°F)的溫度下。
所研制的含硼和氟的玻璃可滿足這些操作條件。更具體地說，包含在玻璃批材中的硼和氟在玻璃熔融過程中起著熔劑的作用。特別是E-玻璃可包含高達10wt％的B2O3和高達1.0的氟化物(參見ASTM D 578-00§4.2)?？蛇@些材料在熔融過程中會揮發(fā)并且硼和氟的排出物會釋放到大氣中。由于硼和氟是污染物質(zhì)，因此其排放受到環(huán)境管制的嚴格控制，這就需要仔細的控制熔爐的運轉(zhuǎn)并要使用昂貴的污染控制裝置。為此，研制了低硼和/或低氟的E-玻璃。在這里所述的“低硼”指的是玻璃組合物具有不大于5重量％(wt％)的硼，并包括無硼玻璃，所述的“低氟”指的是玻璃組合物具有不大于0.30wt％的氟，并包括無氟玻璃。
關(guān)于玻璃組合物以及使玻璃組合物纖維化的方法的其它信息可參見K.Loewenstein，連續(xù)玻璃纖維的制造技術(shù)(1993年，第三版)第30-44頁，47-60頁，115-122頁和126-135頁，以及F.T.Wallenberger(編者)，高級無機纖維方法，結(jié)構(gòu)，性能，應(yīng)用(2000)第81-102頁，129-168頁，在這里將其作為參考資料引入。
由于實際的玻璃纖維成型操作是在高溫下進行的，所以它的生產(chǎn)就要使用很高的能量，并要付出高額的能量費用。此外，高溫加速了玻璃熔爐中所用耐熔物質(zhì)的降解以及形成纖維所用的襯套的降解。襯套包括不能從玻璃中作為襯套腐蝕(bushings corrode)回收的貴金屬。為了減少能量的使用和成本以及對熔爐耐熔物質(zhì)和襯套的熱負荷，在盡可能最低的成型溫度和液相線溫度下，同時提供所需的ΔT以保證連續(xù)的玻璃纖維成型操作對于生產(chǎn)玻璃纖維是非常有利的。降低玻璃組合物的成型溫度和液相線溫度也會使環(huán)境受益，例如但不限于，減少了燃料的用量，該燃料所產(chǎn)生的能量可用于纖維的成型操作，以及降低了煙道氣的溫度。此外，為了減少或消除與硼或氟等這些材料相關(guān)的環(huán)境污染物，如果玻璃組合物為低氟和/或低硼的組合物將是非常有利的。
本發(fā)明提供了一種低硼含量的玻璃纖維成型組合物，該組合物的成型溫度不大于1240℃(2262°F)，ΔT至少為50℃(90°F)，SiO2與RO(即CaO+MgO)的比不大于2.35。在本發(fā)明的一個非限制性實施方案中，玻璃組合物中二氧化硅的含量不大于59重量％。在本發(fā)明的另一非限制性實施方案中，玻璃組合物是無硼的。
上面的概述以及下面本發(fā)明實施方案的詳細描述當(dāng)結(jié)合附圖進行閱讀時將會被更好的理解。附圖中

圖1-6的曲線示出了各種玻璃纖維成型組合物的SiO2與RO的比相對于組合物成型溫度和液相線溫度的關(guān)系，所述的這些溫度分別是以對應(yīng)的表A～F中所示的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。
適合織物和玻璃纖維加強件的本發(fā)明低硼玻璃纖維的基本組成包括下面的主要成分，這些成分是基于最終玻璃組合物的總重量以重量百分比表示的。
寬范圍可選范圍SiO2(wt％)52～6253～59Na2O(wt％)0～2 最高可達1.5CaO(wt％) 16～2520～25Al2O3(wt％) 8～16 11～14Fe2O3(wt％) 0.05～0.80最高達0.5K2O(wt％) 0～2 最高達1除非另有說明，應(yīng)將這里所討論的所有數(shù)值，例如但不限于，材料的重量百分比或溫度等理解為是近似值并且可根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種因素，例如但不限于，測量標準，設(shè)備和技術(shù)進行改變。因此，在所有的情況下這些值均應(yīng)用術(shù)語“約”來進行限定。所以，除非另有說明，在下面說明書和權(quán)利要求書中所述的數(shù)值參數(shù)均為近似值，它們可根據(jù)本發(fā)明所要獲得的性能進行變化。每個數(shù)值參數(shù)應(yīng)至少根據(jù)所報導(dǎo)的重要數(shù)字的數(shù)值并應(yīng)用普通的舍入法來進行解釋。例如，本申請中所述SiO2的范圍為52～62重量％，則該范圍就是指約52～約62重量％，所述玻璃組合物的成型溫度應(yīng)不大于1249℃(2280°F)，則該溫度就是指約為1249℃。
盡管本發(fā)明所述的這些數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但盡可能在具體實施例中將這些數(shù)值披露得準確。然而任何數(shù)值都不可避免的含有某些誤差，這些誤差是由于各自試驗測量的標準偏差產(chǎn)生的。
此外，在這里所披露的特定材料的含量或組合材料的含量均以“百分比”或“％”來表示，應(yīng)該理解這意味著“重量百分比”或“wt％”。
也可將其它的材料加到玻璃組合物中以改進玻璃的熔體性能。例如，在不對這里披露的玻璃組合物構(gòu)成限制的情況下，可將Li2O，ZnO，MnO和/或MnO2加到玻璃纖維組合物中以減少T成型和/或TLIQ。在本發(fā)明的一個非限制性實施方案中，玻璃組合物含有0～1.5wt％Li2O和/或0～1.5wt％的ZnO和/或0～3wt％的MnO和/或0～3wt％的MnO2?？烧J為這些材料中小于0.05wt％的為痕量(tramp amounts)或低得不會對玻璃熔體性能起實質(zhì)的作用。所以，在另一非限制性實施方案中，玻璃組合物可含有0.05～1.5wt％Li2O和/或0.05～1.5wt％的ZnO和/或0.05～3wt％的MnO和/或0.05～3wt％的MnO2。在本發(fā)明的另一非限制性實施方案中，玻璃組合物含有0.2～1wt％Li2O和/或0.2～1wt％的ZnO和/或至多1wt％的MnO和/或至多1wt％的MnO2。
MgO是另一種可包含在玻璃纖維成型組合物中的材料?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)玻璃纖維組合物的加熱和熔融曲線圖形，特別是液相線溫度是可控的并且可通過控制MgO的量來優(yōu)化。此外，可測出在一般的四元SiO2-Al2O3-CaO-MgO中低共熔混合物(最低液相線溫度)存在有約2.5wt％的MgO(見PCT申請?zhí)枮閁S00/14155，在這里將其作為參考資料引入)。在不會對本發(fā)明構(gòu)成限制的情況下，在一非限制性實施方案中，玻璃纖維組合物包括1～5wt％的MgO，例如1～4wt％或1.7～2.9wt％或1.9～2.65wt％的MgO。
硼是另一種可加到玻璃纖維組合物以降低T成型和TLIQ的材料。但正如早先所討論的那樣，含有硼會導(dǎo)致微粒射出，根據(jù)微粒的量需將射出的微粒在釋放到環(huán)境中前將其從熔爐的廢氣流中去除。雖然玻璃纖維組合物中B2O3的量可高達10wt％，但在本發(fā)明中玻璃組合物卻具有低的硼含量，即具有不大于5wt％的B2O3含量。在本發(fā)明的其它非限制性實施方案中，玻璃纖維組合物具有不大于4wt％，或不大于3wt％，或不大于2wt％的B2O3。在玻璃纖維成型組合物的另一非限制性實施方案中，低硼含量的玻璃組合物從本質(zhì)上說是無硼的，即它含有小于痕量的B2O3，在這里所述的痕量的B2O3指的是至多0.05wt％的B2O3。在另一非限制性實施方案中，低硼含量的玻璃纖維組合物不含有任何B2O3。
玻璃纖維組合物還可包含其它的組分，在本發(fā)明的玻璃纖維組合物中可包含的其它材料有，例如但不限于，0～2wt％的TiO2，BaO，ZrO2和SrO中的每一種，例如最高達1.5wt％或最高達1wt％的每種材料。
此外，由于考慮到前面所述的環(huán)境因素，因此，在本發(fā)明的一個非限制性實施方案中，玻璃組合物具有低的氟含量。在另一非限制性實施方案中，玻璃組合物是無氟的，即它含有低于痕量的氟，所述痕量的氟在這里是指最高達0.05wt％的氟。在另一非限制性實施方案中，玻璃組合物不含任何的氟。除了另有說明外，在這里披露和討論的玻璃纖維成型組合物是無氟的。
在這里所披露的玻璃組合物還可包括少量其它的材料，例如熔融和精煉助劑，混入物或雜質(zhì)。例如在不限制本發(fā)明的情況下，諸如SO3等熔融和澄清(fining)助劑可在玻璃生產(chǎn)過程中使用，但它們在玻璃中的殘留量是可變的并且對玻璃產(chǎn)品的性能的影響是最小的。此外，上面討論的少量添加劑可作為混入物或雜質(zhì)(包含在原料的主成分中)加入玻璃組合物中。
本發(fā)明的商用玻璃纖維可按工藝中已知的傳統(tǒng)方式通過混合原料來制備，所用的原料可供給形成纖維組合物所需的具體的氧化物。例如，一般沙子是用于供給SiO2，粘土是用于供給Al2O3，石灰或石灰石是用于供給CaO，白云石是用于供給MgO和部分CaO。正如早先所討論的那樣，玻璃可含有其它可改進玻璃性能的添加劑以及少量的熔融和精煉助劑，混入物或雜質(zhì)。
在按正確的比例混合成分以獲得玻璃所需的每種組分的重量后，將批料在傳統(tǒng)的玻璃纖維熔爐中熔融并把所得的熔融玻璃沿傳統(tǒng)的前爐通入位于前爐底部的玻璃纖維成型襯套中，這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是眾所周知的。在玻璃熔融期間，通常將玻璃批料加熱到至少1400℃(2550°F)的溫度。之后將熔融的玻璃從襯套底部的許多孔中抽或拉出。通過把許多的長絲聚集在一起形成線股并將線股纏繞于安裝在纏繞機的可旋轉(zhuǎn)夾頭上的成型管上，熔融的玻璃流就變細形成長絲。另外，纖維成型裝置可以是例如，用于合成織物或線股的成型設(shè)備，在該設(shè)備中，纖維從噴嘴，例如噴絲頭中被拉出，其中纖維是經(jīng)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的板孔中抽出的。典型的前爐和玻璃纖維成型的設(shè)計披露在K，Loewenstein，的連續(xù)玻璃纖維的制造技術(shù)，(第三版，1993)第85～107頁，和第115頁～135頁，在這里將其作為參考資料引入。
為了確定具有較低成型溫度和所需ΔT的玻璃的組成，制備幾個系列的不同類型的低硼玻璃纖維組合物以測定所選玻璃成分的用量和對應(yīng)的成型和液相線溫度間的某種關(guān)系。在測試過程中，將用于不同系列試驗樣品的玻璃組合物分成下面的主要組成種類和子類類型I-高T成型(T成型＞1240℃)，低硼含量類型I-1 無硼類型I-2 至多2.5wt％B2O3類型II-低T成型(T成型≤1240℃)，低硼含量，2.5wt％MgO類型II-1 無硼類型II-2 至多5wt％B2O3類型III-低T成型(T成型≤1240℃)，低硼含量，2.5wt％MgO，鋰和/或鋅類型III-1 無硼有鋰類型III-2 無硼有鋰和鋅類型III-3 無硼有鋅類型III-4 至多5wt％帶有鋰的B2O3類型I-1玻璃包括現(xiàn)有技術(shù)玻璃，例如在法國專利2768144(此后稱為“專利144”)的實施例1，US專利4542106和5789329(此后分別稱為“專利’106”和“專利’329”)以及ADVANTEX玻璃中所公開的那些，ADVANTEX玻璃可從Owens Coming Fiberglass商購到，它一般含有約60wt％的SiO2，25wt％的CaO+MgO(此后稱為“RO”)和12～14wt％的Al2O3并且它是無硼的。類型I-2玻璃包括現(xiàn)有技術(shù)的玻璃例如在專利’144的實施例2中所披露的那些，它含有1.8wt％的B2O3和60.82wt％的SiO2。
表A～F包含了每個系列玻璃纖維組合物的實施例并且分別與圖1～6相對應(yīng)，這將在后面作更加詳細的討論。在表A中，實施例1～8為類型II-1的玻璃而實施例9～34為類型I-1的玻璃。在表B中，實施例35～77為類型II-2的玻璃而實施例78～83為類型I-2的玻璃。在表C中，實施例84～143和152～156為類型III-1的玻璃而實施例144～151類似但具有大于1240℃的log3成型溫度。在表D中，實施表A-類型I-1和II-1的玻璃
表A-類型I-1和II-1的玻璃(續(xù))
表A-類型I-1和II-1的玻璃(續(xù))
表A-類型I-1和II-1的玻璃(續(xù))
表B-類型I-2和II-2的玻璃
表B-類型I-2和II-2的玻璃(續(xù))
表B-類型I-2和II-2的玻璃(續(xù))
表B-類型I-2和II-2的玻璃(續(xù))
表B-類型I-2和II-2的玻璃(續(xù))
表C-類型III-1的玻璃
表C-類型III-1的玻璃(續(xù))
表C-類型III-1的玻璃(續(xù))
表C-類型III-1的玻璃(續(xù))
表C-類型III-1的玻璃(續(xù))
表C-類型III-1的玻璃(續(xù))
表C-類型III-1的玻璃(續(xù))
表C-類型III-1的玻璃(續(xù))
*組合物包含0.50wt％的BaO
表D-類型III-2的玻璃
表D-類型III-2的玻璃(續(xù))
表D-類型III-2的玻璃(續(xù))
表E-類型III-3的玻璃
表E-類型III-3的玻璃(續(xù))
表F-類型III-4的玻璃
表F-類型III-4的玻璃(續(xù))
*組合物含有0.05wt％的SrO和0.08wt％的SO3
表F-類型III-4的玻璃(續(xù))
表F-類型III-4的玻璃(續(xù))
表F-類型III-4的玻璃(續(xù))
表F-類型III-4的玻璃(續(xù))
表F-類型III-4的玻璃(續(xù))
表F-類型III-4的玻璃(續(xù))
表F-類型III-4的玻璃(續(xù))
表F-類型III-4的玻璃(續(xù))
樣品為在實驗室生產(chǎn)的實驗樣品。實驗樣品是由試劑級氧化物(例如純的二氧化硅或氧化鈣)制備的。每個實施例所用批料的重量為1000克。將各批料的成分稱出，組合并放在密封的玻璃瓶或塑料容器中。之后將密封的瓶或容器放在涂料振蕩器中15分鐘或在湍流混合器中25分鐘以有效地混合各成分。然后將批料的一部分放入白金坩堝中，其填充量不超過其容積的3/4。之后將坩堝放在爐中加熱到1427℃(2600°F)15分鐘。然后把剩余的批料加到熱的坩堝中并加熱到1427℃(2600°F)15～30分鐘。之后將爐溫升高到1482℃(2700°F)并保持2小時。熔融的玻璃在水中熔結(jié)并對其干燥。熔結(jié)樣品在1482℃(2700°F)下再熔融并保持2小時。之后再次將熔融的玻璃在水中熔結(jié)并對其干燥。在1000泊的粘度下通過ASTM法C965-81測定成型溫度，即玻璃溫度，通過ASTM法C829-81測定液相線溫度。
在表A～F中所示組成成分的重量百分比是基于批料中各成分的重量百分比。除了在熔融過程中會揮發(fā)的玻璃批料例如，硼和氟外，批料的重量百分比一般與熔融樣品的重量百分比大約相等。對于硼來說，據(jù)信在實驗樣品中B2O3的重量百分比為5～15％，低于批料組合物中B2O3的重量百分比，其精確的損失量是由組成和熔融條件決定的。對于氟來說，據(jù)信在實驗樣品中氟的重量百分比為約50％，低于批料組合物中氟的重量百分比，其精確的損失量是由組成和熔融條件決定的。還可以相信，由商用材料制成并在常規(guī)的操作條件下熔融的玻璃纖維組合物具有與上面討論類似的批料和熔體重量百分比，其精確的損耗部分取決于爐子的操作溫度，生產(chǎn)量和商用批料的品質(zhì)。表中所述硼和氟的量考慮到了這些材料預(yù)期的損失并且其在玻璃組合物中代表了材料預(yù)期的量。
Log3成型溫度的測定是以玻璃樣品為基礎(chǔ)的，其要與國家標準和測試協(xié)會(NIST)所提供的物理標準相比較。在表A～F中，所報導(dǎo)的log3成型溫度是基于與NIST710A或NIST714的比較，這兩種標準都是堿石灰二氧化硅玻璃標準。由于這兩者都是基于堿石灰二氧化硅標準的，所以希望這兩個標準都能提供可比較的結(jié)果。TLIQ不受NIST標準的影響。除非另有說明，在這里所述的log3成型溫度是基于NIST714標準的。
在本發(fā)明中，人們所感興趣組成變量是SiO2的重量百分比和RO的重量百分比，所感興趣的關(guān)系是SiO2與RO的比，即SiO2/RO。所感興趣的熔體性能是成型溫度和液相線溫度，因為本發(fā)明的一個目標就是要提供具有低成型溫度和所希望的ΔT的低硼玻璃組合物以便組合物在低溫下就可進行加工同時減少在玻璃纖維成型操作期間襯套區(qū)域處熔融玻璃透明消失的可能性。在不限制本發(fā)明的情況下，在一個非限制性實施方案中，玻璃組合物具有至少50℃(90°F)，例如至少55℃(100°F)的ΔT。在其它非限制性實施方案中，玻璃組合物具有50～100℃(90～180°F)或50～83℃(90～150°F)或50～72℃(90～130°F)的ΔT。
參照圖1～6，相對樣品的成型溫度和液相線溫度來繪制SiO2/RO比間的關(guān)系。對于溫度來說，最合適的趨勢線是基于第二級回歸分析曲線(second order regression analysis protocol)，特別是用MicrosoftExcel 97 SR-2(f)生成的第二級多項式曲線。通過推理，兩條趨勢線也會顯示出液相線和成型溫度間ΔT的變化。
由圖1～6可見，隨著SiO2/RO比的降低，成型溫度通常也會降低，而根據(jù)玻璃類型的不同，液相線溫度的趨勢也會不同。此外，當(dāng)SiO2/RO比降低時，ΔT也會降低。所以，可用SiO2/RO的比來降低玻璃纖維成型組合物的成型溫度同時可得到所需的ΔT。更確切地說，在本發(fā)明中，ΔT至少為50℃的地方，具有ΔT為50℃的組合物表示的材料與用量相結(jié)合的組合物可提供最低限度的可成型溫度，即用于成分特定組合的最低成型溫度，這一溫度仍可保持在成型和液相線溫度間的所需范圍。從這一點上可以推斷出，ΔT的范圍越窄，玻璃成型溫度就越接近于成分特定組合的最低可成型溫度。還可以推斷玻璃組合物的ΔT越接近最小的ΔT，以減少T成型同時保持ΔT不小于最小可允許的ΔT的方式來改進玻璃組合物的機會就越大。最終，SiO2/RO的比可通過改變SiO2和/或RO的量來控制以生產(chǎn)出ΔT盡可能接近最小ΔT的玻璃組合物。應(yīng)該理解，如果SiO2/RO的比太小的話，ΔT就會降到不能接受的水平。雖然對此沒有要求，但在本發(fā)明的一個非限制性實施方案中，SiO2/RO不大于2.35。在其它非限制性實施方案中，SiO2/RO不大于2.30或不大于2.25或不大于2.20。在本發(fā)明的另一非限制性實施方案中，SiO2/RO范圍為1.9～2.3，例如2.05～2.29。
雖然表A～F和對應(yīng)的圖1～6說明了SiO2與RO重量％的比如何影響玻璃的熔體性能，特別是液相線溫度、成型溫度和ΔT，但其它玻璃樣品的組成以及玻璃成分間的其它關(guān)系，例如SiO2和RO的量差(即SiO2wt％-ROwt％)，Al2O3的重量％，SiO2與Al2O3的比以及RO與Al2O3的比均關(guān)系到液相線和成型溫度以及ΔT，它們均公開在US臨時申請?zhí)枮?0/230474中，在這里將其作為參考資料引入。
現(xiàn)已知道純的二氧化硅是最高的熔融玻璃形成物。純的二氧化硅熔體沒有明確的熔點，但隨著其冷卻到室溫，它會逐漸的固化并形成玻璃，并且其粘度會從2500℃(1371°F)時的大于log4(10000)泊降下來。已知純的氧化鈣，氧化鎂和氧化鋁熔體在其各自的熔點處具有0.5～2泊很低的粘度。這些材料不會固化成玻璃，但它們會在其嚴格的熔點處立即結(jié)晶。在具有60％SiO2和21％CaO的典型四元SiO2-Al2O3-CaO-MgO玻璃組合物中，每種氧化物均用其獨特的性能去平衡熔體的性能。
基于這些材料的性能可以推斷，當(dāng)以重量百分比而論為玻璃組合物中最大氧化物組分的SiO2在這種類型的給定組成中減少時，熔體粘度和所得的log3成型溫度就會降低。如果以重量百分比而論的玻璃組合物中的第二最大組分CaO在這種組成中增加的話，RO(CaO+MgO)對玻璃性能的影響將加倍。更具體地說，它不僅會增加所得熔體的流動性(即降低了其粘度)而且還會增加所得熔體的結(jié)晶度(即，增加其液相線溫度)并因此而降低了ΔT。
因此，雖然對其沒有什么要求，但在本發(fā)明的一個非限制性實施方案中，玻璃組合物具有(1)形成最低log3成型溫度的最小SiO2含量以及(2)SiO2與RO(RO＝CaO+MgO)的比使得加工所需的ΔT(在本發(fā)明中至少為50℃)。
如上所述，盡管對其沒有什么要求，但在本發(fā)明的一個非限制性實施方案中，為了促進較低的log3成型溫度，二氧化硅的含量保持很低，即不大于59wt％SiO2。在本發(fā)明的其它非限制性實施方案中，玻璃組合物具有不大于58wt％SiO2或不大于57wt％SiO2。
表G總結(jié)了表A～F中披露的所選低硼玻璃組合物的特征，它們具有(i)不大于1240℃(2264°F)的T成型，(ii)在50～83℃(90-150°F)間的ΔT和(iii)不大于59wt％的SiO2?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，大于1240℃的成型溫度會加速玻璃纖維成型襯套中貴金屬的損失。在本發(fā)明其它非限制性實施方案中，成型溫度不大于1230℃，或不大于1220℃或不大于1210℃或不大于1200℃。
為了便于比較，表G還包括類似特征的所選類型I-1和I-2的玻璃，兩種商用含硼E-玻璃組合物和兩種商用ADVANTEX玻璃組合物。應(yīng)注意這些具體實施例中沒有一個符合在表G中存在的本發(fā)明玻璃的選擇標準。
表G
1由PPG Industries，Inc.，Plttsburgh，PA生產(chǎn)2未知的玻璃標準3用X射線熒光分析儀分析的樣品參照表G可發(fā)現(xiàn)，所選擇的無硼類型II-1，III-1，III-2和III-3的玻璃通常具有較少的SiO2，較低的SiO2/RO之比，較低的成型溫度和比無硼樣品類型I-1玻璃窄的ΔT范圍。類似地，所選擇的含硼類型II-2和III-4玻璃通常具有較少的SiO2，較低的SiO2/RO之比，較低的成型溫度和比含硼樣品類型I-2玻璃窄的ΔT范圍。而且，所選擇的類型II和III玻璃通常具有較高的SiO2含量，較低的SiO2/RO之比，和比兩種商用高硼含量樣品窄的ΔT范圍。
表H，I，J和K說明了本發(fā)明的其它玻璃組合物。
表H
表H(續(xù))
表I
表J表K
更具體地說，表H中的組合物為類型II-2玻璃組合物，即具有1.2～1.4wt％B2O3的低硼含量玻璃，具有55.4～57.75wt％的低SiO2含量，2.02～2.20的SiO2/RO之比，1210～1221℃的成型溫度和54～72℃的ΔT。表I的組合物也是低硼類型II-2組合物，它含有3wt％的B2O3。這些組合物具有54.12～55.75wt％的低SiO2含量，1.96～2.13的SiO2/RO之比，1193～1201℃的成型溫度和64～82℃的ΔT。表J包括其它具有約5wt％B2O3的類型II-2組合物。在表J中可特別注意到組合物具有較低的SiO2含量(53.00～53.50wt％)，SiO2/RO之比(1.97～2.10)，成型溫度(1167～1177℃)和ΔT范圍(57～69℃)。表K包括類型III-4組合物，它具有54.60～57.85wt％的低SiO2含量，2.19～2.35的SiO2/RO之比，1187～1208℃的成型溫度和54℃的ΔT。
如上所述，在本發(fā)明的一個非限制性實施方案中，玻璃纖維組合物包含52～62％重量的SiO2，0～2％重量的Na2O，16～25％重量的CaO，8～16％重量Al2O3，0.05～0.80％重量的Fe2O3，0～2％重量的K2O，1～5％重量的MgO，0～5％重量B2O3，0～2％重量TiO2和0～1％重量的F，其中玻璃組合物具有不大于1240℃的log3成型溫度，以NIST714參考標準計，至少50℃的ΔT和不大于2.35的SiO2/RO之比。在另一非限制性實施方案中，玻璃組合物中SiO2的含量不大于59％重量，ΔT為50～83℃，SiO2/RO的比為1.9～2.3，log3成型溫度不大于1230℃，以NIST714參考標準計。在另一非限制性實施方案中，玻璃組合物為無硼的。
在本發(fā)明另一非限制性實施方案中，玻璃纖維組合物包含53～59％重量的SiO2，0～2％重量的Na2O，16～25％重量的CaO，8～16％重量Al2O3，0.05～0.80％重量的Fe2O3，0～2％重量的K2O，1～4％重量的MgO，0～5％重量B2O3，0～2％重量TiO2和0～1％重量的F，其中玻璃組合物具有不大于1240℃的log3成型溫度，以NIST714參考標準計，ΔT為50～100℃，SiO2/RO的比為1.9～2.3。
由表和圖可理解，許多樣品組成盡管它們具有大于用于特定方法的最小ΔT的ΔT，但它們也具有比本發(fā)明組合物高的成型溫度，這部分是由于它們較高的二氧化硅含量和/或高的SiO2/RO的比。結(jié)果，這些組合物在進行商品化生產(chǎn)時會更加昂貴，至少在考慮到其能量成本時是如此的。這種組合物包括這里所討論的類型I組合物。此外，表和圖中包括許多含有小于50℃(90°F)所需的最小ΔT的ΔT的樣品。這些類型的組合物可在每張圖中的組成光譜中發(fā)現(xiàn)，尤其是在二氧化硅和SiO2/RO的水平很低的情況下。由于ΔT的范圍較窄，所以在玻璃纖維成型操作過程中熔融玻璃在襯套區(qū)域發(fā)生固化的風(fēng)險就會增加到不可接受的程度。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可在沒有脫離本發(fā)明的精神的情況下對上面所述實施方案進行改動。因此，可以理解本發(fā)明不限于所批露的特定實施方案，它所覆蓋的各種改進均在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這是由所附的權(quán)利要求所限定的。
權(quán)利要求
1.一種玻璃纖維組合物包括SiO252-62％重量；Na2O0-2％重量；CaO 16-25％重量；Al2O38-16％重量；Fe2O30.05-0.80％重量；K2O 0-2％重量；MgO 1-5％重量；B2O30-5％重量；TiO20-2％重量；F0-1％重量；其中，玻璃組合物基于NIST714參考標準具有不大于1240℃的log3成型溫度，ΔT至少為50℃，并且SiO2/RO的比不大于2.35。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中SiO2的含量不大于59％重量，ΔT為50-83℃，SiO2/RO的比在1.9-2.3的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的玻璃纖維組合物，其中SiO2的含量不大于58％重量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2玻璃纖維組合物，其中基于NIST714參考標準log3成型溫度不大于1230℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的玻璃纖維組合物，其中基于NIST714參考標準log3成型溫度不大于1210℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的玻璃纖維組合物，其中B2O3的含量不大于3％重量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的玻璃纖維組合物，其中B2O3的含量不大于2％重量。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的玻璃纖維組合物，其中玻璃組合物是無硼的。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的玻璃纖維組合物，其中SiO2/RO的比不大于2.25。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的玻璃纖維組合物，其中SiO2/RO的比不大于2.20。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的玻璃纖維組合物，其中MgO的含量為1.7-2.9％重量，B2O3的含量不大于3％重量，TiO2的含量不大于1.5％重量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的玻璃纖維組合物，其中玻璃組合物是無硼的。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的玻璃纖維組合物，其中玻璃組合物進一步含有至少一種選自下面的材料Li2O 0.05-1.5％重量；ZnO 0.05-1.5％重量；MnO 0.05-3％重量；MnO20.05-3％重量。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中MgO的含量為1-4％重量，B2O3的含量不大于4％重量，TiO2的含量不大于2％重量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的玻璃纖維組合物，其中基于NIST714參考標準，成型溫度不大于1230℃。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的玻璃纖維組合物，其中SiO2/RO的比不大于2.30。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的玻璃纖維組合物，其中ΔT在50-83℃的范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中基于NIST714參考標準，成型溫度不大于1230℃。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的玻璃纖維組合物，其中基于NIST714參考標準，成型溫度不大于1220℃。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的玻璃纖維組合物，其中基于NIST714參考標準，成型溫度不大于1210℃。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中SiO2的含量不大于59％重量。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的玻璃纖維組合物，其中SiO2的含量不大于58％重量。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中TiO2含量不大于1.5％重量。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中MgO的含量為1-4％重量。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的玻璃纖維組合物，其中MgO的含量為19-2.65％重量。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中B2O3的含量不大于4％重量。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的玻璃纖維組合物，其中B2O3的含量不大于2％重量。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中玻璃組合物是無硼的。
29.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中玻璃組合物是無氟的。
30.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中SiO2/RO的比不大于2.30。
31.根據(jù)權(quán)利要求31的玻璃纖維組合物，其中SiO2/RO的比不大于2.25。
32.根據(jù)權(quán)利要求32的玻璃纖維組合物，其中SiO2/RO的比不大于2.20。
33.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中SiO2/RO的比在1.9-2.30的范圍內(nèi)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的玻璃纖維組合物，其中SiO2/RO的比在2.05-2.29的范圍內(nèi)。
35.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中ΔT至少為55℃。
36.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中ΔT在50-100℃的范圍內(nèi)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的玻璃纖維組合物，其中ΔT在50-83℃的范圍內(nèi)。
38.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃纖維組合物，其中玻璃組合物進一步含有至少一種選自下面的材料Li2O 0.05-1.5％重量；ZnO 0.05-1.5％重量；MnO 0.05-3％重量；MnO20.05-3％重量。
39.一種玻璃纖維組合物包括SiO253-59％重量；Na2O 0-2％重量；CaO16-25％重量；Al2O38-16％重量；Fe2O30.05-0.80％重量；K2O 0-2％重量；MgO1-4％重量；B2O30-5％重量；TiO20-2％重量；以及F 0-1％重量；Li2O 0-1.5％重量；ZnO0-1.5％重量；MnO0-3％重量；MnO20-3％重量。其中，玻璃組合物基于NIST714參考標準具有不大于1240℃的log3成型溫度，ΔT為50-100℃，并且SiO2/RO的比為1.9-2.30。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的玻璃纖維組合物，其中玻璃組合物的ΔT為50-83℃。
41.根據(jù)權(quán)利要求39的玻璃纖維組合物，其中SiO2/RO的比不大于2.25。
42.根據(jù)權(quán)利要求39的玻璃纖維組合物，其中基于NIST714參考標準，log3成型溫度不大于1230℃。
全文摘要
一種玻璃纖維組合物包括52－62％重量的SiO
文檔編號C03C13/02GK1392870SQ01802983
公開日2003年1月22日 申請日期2001年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月6日
發(fā)明者F·T·威廉伯格 申請人:Ppg工業(yè)俄亥俄公司