具有改進的紫外線透光性的耐高溫和耐化學腐蝕的玻璃和玻璃纖維及其應用的製作方法
2023-10-06 02:43:34 2
專利名稱：具有改進的紫外線透光性的耐高溫和耐化學腐蝕的玻璃和玻璃纖維及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有改進的紫外線透光性的耐高溫和耐化學腐蝕的玻璃和玻璃 纖維，及其在紫外線固化複合材料中的應用。
背景技術：
根據專利US-A-4026715，已知的不含硼和氟化物的玻璃組分包含54. 5% -60%的 SiO2,9% -14. 5% 的 Al203、17% -24% 的 Ca0、2% -4% 的 Ti02、l. 5% -4% 的 MgO禾口 -6% 的RO(R = Zn, Sr，Ba)以及不多於3%的Na20+K20+Li20，非常適合拉伸為纖維，並且具有E 玻璃的性質。但是，這些纖維的耐化學腐蝕性並不盡如人意。根據專利EP-B-0832046所述的已知的具有良好溫度穩定性和耐化學腐蝕性的纖 維包含 59%-62%&Si02、12%-15%mAl203、20%-24%mCa0、l%-4%&Mg0、0. 1%~2% 的Na20+K20、0-0. 9%的TiO2和0-0. 5%的狗203。但是，在多次使用後，其溫度穩定性並不盡 如人意。專利W003/050049描述了一種連續玻璃纖維，其由56% -62%的SW2 ；11% -20% 的 Al2O3 ；20% -24. 5% 的 CaO ;1. 5% -4% 的 TiO2 ；0. 2% -1% 的 MgO ；0. 05% -2% 的 Na2O ； 0-2%的1(20和0. 11% -0. 3%的!^e2O3組成，其中，該纖維的收縮率在800°C時小於20%。但 是，該纖維的透明度在某些應用中並不盡如人意。
發明內容
本發明的目的在於提供一種具有良好的透光性/折射率的耐高溫和耐化學腐蝕 的玻璃和相應的玻璃纖維。根據本發明，所述玻璃或玻璃纖維由下列成分組成(以相對於總重量的重量百分 數計算)SiO258. 0%-62. 0%
Al2O311. 0% --15. 5%
CaO20. 0%-25. 0%
MgO0. 1% --0. 8%
Na2O0. 04%-1. 2%
K2O0. 1% -1. 2%
TiO20. 2% -1. 8%
Fe2O30. 05% --0. 5%
Cr,0,0. 002%-0. 085%並且軟化溫度大於或等於920°C。所述玻璃或玻璃纖維的SW2含量優選為59. 8% -61. 3%範圍內。Al2O3 含量優選為 13.0% -15.0%,尤其是 13. 5% -14. 7%。
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CaO 含量優選為 22. 0 % -25. 0 %，尤其是 22. 6 % -24. 4 %。TiO2 含量優選為 0. 2 % -1. 2 %，尤其是 0.2% -0. 95 %。軟化溫度的範圍優選為920°C _970°C，尤其是925°C _960°C。本發明的玻璃的透光性為80% -92%，尤其是85% -91 %。根據DIN 67507標準使用帶有積分球的分光光度計進行透光性的測量，測量誤差 為 士0. 5%。
具體實施例方式本發明的玻璃根據已知的方法生產，並且本發明的玻璃纖維可通過任何生產連續 玻璃纖維的傳統方法生產。連續玻璃纖維可通過兩段法或一段法生產。通過生料生產玻璃 小球或玻璃珠，這些玻璃小球或玻璃珠在第二階段再次熔化，然後將獲得的熔化物拉伸成 纖維。生料也可直接加工成熔化物用於拉伸纖維。所述纖維是通過繞線機拉伸纖維並同時 對玻璃絲或玻璃纖維中的熔化物進行固化形成的。根據本發明的優選方法包括以下步驟玻璃生料在氧化氣氛下熔化，同時將玻璃 熔化物的極限液相線溫度和纖維形成溫度之間的差，調整為75°C或以上。氧化氣氛是指氧氣與排氣的比率在0. 8-1. 6的範圍內。FeO與狗203的比率在 0. 5-1. 2的範圍內。所述纖維形成溫度在1270°C -1420°C的範圍內。這就意味著熔化物的黏性在大於 等於1270°C的情況下達到IO3泊，並且極限液相線溫度為1190°C以上。玻璃熔化物的Δ T 不小於70°C，優選為大於90°C，尤其是，大於120°C。本發明還涉及以連續玻璃纖維形式存在的玻璃或玻璃纖維在複合材料中的應用， 該複合材料由玻璃纖維和紫外線固化聚酯樹脂或乙烯基酯樹脂組成，其中，該玻璃/玻璃 纖維的透光性為80% -92%。例如可通過在玻璃纖維墊或玻璃纖維軟管中注入紫外線固化聚酯樹脂或乙烯基 酯樹脂(層壓板)，對所述墊或軟管進行適當的塑形，並在複合材料附近設置固定的或移動 的紫外線輻射源，然後，將該複合材料在可設定的時間內通過紫外線輻射固化來實現。所述 紫外線輻射源的波長在250nm-420nm的範圍內。優選的樹脂為，比如，高質量、不飽和的1140型聚酯樹脂或1310型專用樹脂乙烯基酯。單獨通過紫外光進行所謂UP襯裡的固化僅僅可用於壁厚較小的襯裡。如果壁厚 過大(s > 7mm)，可能只有將紫外線固化結合輔助的過氧化固化方式才能完成。由於光線偏轉可能會引起紫外光波(納米範圍內)在通過一定厚度(大約 8-lOmm)的玻璃纖維層的過程中出現問題，造成整個層壓板不能恰當地固化，因此，以往通 常在樹脂固化劑混合物中添加已知的熱固化過氧化物。所述過氧化物在由紫外光射線引發 的反應過程中由於其自身的溫度而發生反應，從而在襯裡的外圍區域繼續進行固化。雖然 這樣會減少紫外光固化的襯裡的存儲穩定性(通常大約6個月)，但確保了整個層壓板恰當 的固化。本發明的優選實施例為具有大約相同的折射率的樹脂和玻璃纖維的複合材料。形成所述待固化的複合材料的玻璃纖維和樹脂的厚度，對於紫外射線固化非常重
4要，眾所周知，該厚度通常在2-7mm的範圍內。如果使用本發明的玻璃纖維，則複合材料的 壁厚能夠達到15mm，且能夠進行順利的固化。可選的，上述過程也可以在不使用過氧化物的 情況下實現，由於存儲穩定性會增加，這也是本發明獨特的優勢。本發明的玻璃或玻璃纖維的另一個要求為耐化學腐蝕性。通常，根據重量計算的 耐化學腐蝕性為5. 4%和7. 7% (在10% HCl中保持24h和18 的材料消耗)。在本發明 中，根據重量計算的耐化學腐蝕性為4. 8%和6. 8%，由此看出本發明具有顯著的優化。本發明的玻璃纖維還可直接用作排氣消音器中的填充材料，或用作粗紗、軟管或 墊子。本發明的玻璃纖維具備很高的熱穩定性和良好的耐化學腐蝕性，這些特性都明顯優 於已知的纖維。所述應用的另一實施例包括玻璃纖維粗紗結合鋼絲絨用於消音器，其中，排氣通 過的中央穿孔管包裹在鋼絲絨中，本發明的連續玻璃纖維設置在內殼的周圍，並且外殼通 過具有排氣口的容器形成。這樣，進一步提高了所述玻璃纖維的耐溫性和收縮性。本發明 的玻璃的耐溫性通過軟化溫度(DIN ISO 7884-8)被確定在760°C _780°C的範圍內。下面將通過具體實施例對本發明進行更詳細的說明。實例1在實驗室玻璃熔化設備中生產玻璃，其成分分析如下(以重量百分數表示)SiO2 60. 7 %, Al2O3 14. 0 %, CaO -.23.4%, MgO -.0.4%, Na2CHK2O 0. 75%, TiO2 0. 4%, Fe2O3 0. 3%, Cr2O3 :0. 015%。在溫度為1291°C的情況下，黏性為IO3泊，極限液相線溫度為1200°C，並且極限液 相線溫度與纖維形成溫度(ΔΤ)之間的差為91°C。上述玻璃，由實驗室設備拉伸為纖維並組合成粗紗，所述實驗室設備中安裝有 包括孔式噴嘴並且由鉬銠合金製成的坩堝。所述玻璃被加熱到大於1290°C的變形溫度， 並且所述玻璃纖維在溫度每增加10°C保持30分鐘後進行拉伸。纖維拉伸的溫度範圍為 1290°C -1360°C。這就意味著上述成分能以70°C的變化範圍確保穩定的纖維拉伸過程循 環。拉伸的連續玻璃纖維的軟化溫度為927°C，透光性為89. 9%。在10%的HCl的情況下，其根據重量(材料消耗)計算的24h和18 後的耐化學 腐蝕性分別為4. 82%和6. 4%。其耐溫性約為760 0C。實例2把實例1的纖維和1140型光固化聚酯樹脂加工為板厚度為8mm的層壓板。該光 學透明的層壓板在紫外光源的輻射下，在5分鐘內固化。實例3根據實例1製作玻璃，包含下列成分60. 2 Si02、13. 83 Α1203、23· 5 Ca0、0. 31 Mg0、0. 18 Na20、0.54 K2OU. 2 TiO2,0. 25 Fe2O3 和 0. 03 Cei203。極限液相線溫度為1183°C，並且ΔΤ為100°C。纖維拉伸的溫度範圍為 12700C -1350°C。拉伸出的連續玻璃纖維的軟化溫度為922°C。實例4按照實例2的方法對實例3的纖維進行加工，從而獲得9. 5mm的板，該板在7分鐘 內通過紫外線輻射固化。
權利要求
1.具有改進的透光性的耐高溫和耐化學腐蝕的玻璃和玻璃纖維，其特徵在於，包括 (以相對於總重量的重量百分數計算)SiO258. 0%-62. 0%Al2O311. 0% --15. 5%CaO20. 0%-25. 0%MgO0. 1% --0. 8%Na2O0. 04%-1. 2%K2O0. 1% -1. 2%TiO20. 2% -1. 8%Fe2O30. 05% --0. 5%Cr9O,0. 002%-0. 085%並且軟化溫度為大於或等於920°c。
2.根據權利要求1所述的玻璃和玻璃纖維，其特徵在於，SiO2的重量含量在 59. 8% -61. 3%範圍內。
3.根據權利要求1或2所述的玻璃和玻璃纖維，其特徵在於，Al2O3的重量含量在 13. 0% -15. 0%範圍內。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的玻璃和玻璃纖維，其特徵在於，Al2O3的重量含量 在13. 5% -14. 7%範圍內。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的玻璃和玻璃纖維，其特徵在於，CaO的重量含量在 22. 0% -25. 0%範圍內。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的玻璃和玻璃纖維，其特徵在於，TiO2的重量含量 在0.2% -1. 2%範圍內，尤其是，0. 2% -0. 95%範圍內。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的玻璃或玻璃纖維，其特徵在於，所述軟化溫度在 9250C _970°C範圍內。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的玻璃或玻璃纖維，其特徵在於，所述玻璃或纖維 的透光性為80% -92%，尤其是，85% -91%。
9.根據權利要求1所述的以連續玻璃纖維形式存在的玻璃或玻璃纖維在複合材料中 的應用，該複合材料由玻璃或玻璃纖維和紫外線固化聚酯樹脂或乙烯基酯樹脂組成，其中， 該玻璃或玻璃纖維的透光性為80% -92%，聚酯樹脂的透光性為89% -94%。
全文摘要
本發明涉及具有改進的紫外線透光性的耐高溫和耐化學腐蝕的玻璃或玻璃纖維，及其在紫外線固化複合材料中的應用。本發明的玻璃/玻璃纖維的軟化溫度大於920℃，透光性為80％-92％，並且由58％-62％的SiO2、11.0％-15.5％的Al2O3、20％-25％的CaO、0.1％-0.8％的MgO、0.04％-1.2％的Na2O、0.1％-1.2％的K2O、0.2％-1.8％的TiO2、0.05％-0.5％的Fe2O3和0.002-0.085的Cr2O3組成。
文檔編號C03C13/00GK102123959SQ200880130717
公開日2011年7月13日 申請日期2008年12月4日 優先權日2008年8月14日
發明者G·比格爾 申請人:G·比格爾