專利名稱：具有改進(jìn)的紫外線透光性的耐高溫和耐化學(xué)腐蝕的玻璃和玻璃纖維及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有改進(jìn)的紫外線透光性的耐高溫和耐化學(xué)腐蝕的玻璃和玻璃 纖維，及其在紫外線固化復(fù)合材料中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
根據(jù)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)以及不多于3%的Na20+K20+Li20，非常適合拉伸為纖維，并且具有E 玻璃的性質(zhì)。但是，這些纖維的耐化學(xué)腐蝕性并不盡如人意。根據(jù)專利EP-B-0832046所述的已知的具有良好溫度穩(wěn)定性和耐化學(xué)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，在多次使用后，其溫度穩(wěn)定性并不盡 如人意。專利W003/050049描述了一種連續(xù)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(shí)小于20%。但 是，該纖維的透明度在某些應(yīng)用中并不盡如人意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好的透光性/折射率的耐高溫和耐化學(xué)腐蝕 的玻璃和相應(yīng)的玻璃纖維。根據(jù)本發(fā)明，所述玻璃或玻璃纖維由下列成分組成(以相對(duì)于總重量的重量百分 數(shù)計(jì)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%并且軟化溫度大于或等于920°C。所述玻璃或玻璃纖維的SW2含量?jī)?yōu)選為59. 8% -61. 3%范圍內(nèi)。Al2O3 含量?jī)?yōu)選為 13.0% -15.0%,尤其是 13. 5% -14. 7%。
3
CaO 含量?jī)?yōu)選為 22. 0 % -25. 0 %，尤其是 22. 6 % -24. 4 %。TiO2 含量?jī)?yōu)選為 0. 2 % -1. 2 %，尤其是 0.2% -0. 95 %。軟化溫度的范圍優(yōu)選為920°C _970°C，尤其是925°C _960°C。本發(fā)明的玻璃的透光性為80% -92%，尤其是85% -91 %。根據(jù)DIN 67507標(biāo)準(zhǔn)使用帶有積分球的分光光度計(jì)進(jìn)行透光性的測(cè)量，測(cè)量誤差 為 士0. 5%。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的玻璃根據(jù)已知的方法生產(chǎn)，并且本發(fā)明的玻璃纖維可通過任何生產(chǎn)連續(xù) 玻璃纖維的傳統(tǒng)方法生產(chǎn)。連續(xù)玻璃纖維可通過兩段法或一段法生產(chǎn)。通過生料生產(chǎn)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，然后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于拉伸纖維。所述纖維是通過繞線機(jī)拉伸纖維并同時(shí) 對(duì)玻璃絲或玻璃纖維中的熔化物進(jìn)行固化形成的。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法包括以下步驟玻璃生料在氧化氣氛下熔化，同時(shí)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(diào)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的范圍內(nèi)。FeO與狗203的比率在 0. 5-1. 2的范圍內(nèi)。所述纖維形成溫度在1270°C -1420°C的范圍內(nèi)。這就意味著熔化物的黏性在大于 等于1270°C的情況下達(dá)到IO3泊，并且極限液相線溫度為1190°C以上。玻璃熔化物的Δ T 不小于70°C，優(yōu)選為大于90°C，尤其是，大于120°C。本發(fā)明還涉及以連續(xù)玻璃纖維形式存在的玻璃或玻璃纖維在復(fù)合材料中的應(yīng)用， 該復(fù)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(duì)所述墊或軟管進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃苄?，并在?fù)合材料附近設(shè)置固定的或移動(dòng) 的紫外線輻射源，然后，將該復(fù)合材料在可設(shè)定的時(shí)間內(nèi)通過紫外線輻射固化來實(shí)現(xiàn)。所述 紫外線輻射源的波長(zhǎng)在250nm-420nm的范圍內(nèi)。優(yōu)選的樹脂為，比如，高質(zhì)量、不飽和的1140型聚酯樹脂或1310型專用樹脂乙烯基酯。單獨(dú)通過紫外光進(jìn)行所謂UP襯里的固化僅僅可用于壁厚較小的襯里。如果壁厚 過大(s > 7mm)，可能只有將紫外線固化結(jié)合輔助的過氧化固化方式才能完成。由于光線偏轉(zhuǎn)可能會(huì)引起紫外光波(納米范圍內(nèi))在通過一定厚度(大約 8-lOmm)的玻璃纖維層的過程中出現(xiàn)問題，造成整個(gè)層壓板不能恰當(dāng)?shù)毓袒虼?，以往?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(fā) 的反應(yīng)過程中由于其自身的溫度而發(fā)生反應(yīng)，從而在襯里的外圍區(qū)域繼續(xù)進(jìn)行固化。雖然 這樣會(huì)減少紫外光固化的襯里的存儲(chǔ)穩(wěn)定性(通常大約6個(gè)月)，但確保了整個(gè)層壓板恰當(dāng) 的固化。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例為具有大約相同的折射率的樹脂和玻璃纖維的復(fù)合材料。形成所述待固化的復(fù)合材料的玻璃纖維和樹脂的厚度，對(duì)于紫外射線固化非常重
4要，眾所周知，該厚度通常在2-7mm的范圍內(nèi)。如果使用本發(fā)明的玻璃纖維，則復(fù)合材料的 壁厚能夠達(dá)到15mm，且能夠進(jìn)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(shí)現(xiàn)，由于存儲(chǔ)穩(wěn)定性會(huì)增加，這也是本發(fā)明獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的玻璃或玻璃纖維的另一個(gè)要求為耐化學(xué)腐蝕性。通常，根據(jù)重量計(jì)算的 耐化學(xué)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(fā)明 中，根據(jù)重量計(jì)算的耐化學(xué)腐蝕性為4. 8%和6. 8%，由此看出本發(fā)明具有顯著的優(yōu)化。本發(fā)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(fā)明的玻璃纖維具備很高的熱穩(wěn)定性和良好的耐化學(xué)腐蝕性，這些特性都明顯優(yōu) 于已知的纖維。所述應(yīng)用的另一實(shí)施例包括玻璃纖維粗紗結(jié)合鋼絲絨用于消音器，其中，排氣通 過的中央穿孔管包裹在鋼絲絨中，本發(fā)明的連續(xù)玻璃纖維設(shè)置在內(nèi)殼的周圍，并且外殼通 過具有排氣口的容器形成。這樣，進(jìn)一步提高了所述玻璃纖維的耐溫性和收縮性。本發(fā)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的范圍內(nèi)。下面將通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。實(shí)例1在實(shí)驗(yàn)室玻璃熔化設(shè)備中生產(chǎn)玻璃，其成分分析如下(以重量百分?jǐn)?shù)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，并且極限液 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(shí)驗(yàn)室設(shè)備拉伸為纖維并組合成粗紗，所述實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中安裝有 包括孔式噴嘴并且由鉬銠合金制成的坩堝。所述玻璃被加熱到大于1290°C的變形溫度， 并且所述玻璃纖維在溫度每增加10°C保持30分鐘后進(jìn)行拉伸。纖維拉伸的溫度范圍為 1290°C -1360°C。這就意味著上述成分能以70°C的變化范圍確保穩(wěn)定的纖維拉伸過程循 環(huán)。拉伸的連續(xù)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(jù)重量(材料消耗)計(jì)算的24h和18 后的耐化學(xué) 腐蝕性分別為4. 82%和6. 4%。其耐溫性約為760 0C。實(shí)例2把實(shí)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(xué)透明的層壓板在紫外光源的輻射下，在5分鐘內(nèi)固化。實(shí)例3根據(jù)實(shí)例1制作玻璃，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，并且ΔΤ為100°C。纖維拉伸的溫度范圍為 12700C -1350°C。拉伸出的連續(xù)玻璃纖維的軟化溫度為922°C。實(shí)例4按照實(shí)例2的方法對(duì)實(shí)例3的纖維進(jìn)行加工，從而獲得9. 5mm的板，該板在7分鐘 內(nèi)通過紫外線輻射固化。
權(quán)利要求
1.具有改進(jìn)的透光性的耐高溫和耐化學(xué)腐蝕的玻璃和玻璃纖維，其特征在于，包括 (以相對(duì)于總重量的重量百分?jǐn)?shù)計(jì)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%并且軟化溫度為大于或等于920°c。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃和玻璃纖維，其特征在于，SiO2的重量含量在 59. 8% -61. 3%范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的玻璃和玻璃纖維，其特征在于，Al2O3的重量含量在 13. 0% -15. 0%范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的玻璃和玻璃纖維，其特征在于，Al2O3的重量含量 在13. 5% -14. 7%范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的玻璃和玻璃纖維，其特征在于，CaO的重量含量在 22. 0% -25. 0%范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的玻璃和玻璃纖維，其特征在于，TiO2的重量含量 在0.2% -1. 2%范圍內(nèi)，尤其是，0. 2% -0. 95%范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的玻璃或玻璃纖維，其特征在于，所述軟化溫度在 9250C _970°C范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的玻璃或玻璃纖維，其特征在于，所述玻璃或纖維 的透光性為80% -92%，尤其是，85% -91%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以連續(xù)玻璃纖維形式存在的玻璃或玻璃纖維在復(fù)合材料中 的應(yīng)用，該復(fù)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(fā)明涉及具有改進(jìn)的紫外線透光性的耐高溫和耐化學(xué)腐蝕的玻璃或玻璃纖維，及其在紫外線固化復(fù)合材料中的應(yīng)用。本發(fā)明的玻璃/玻璃纖維的軟化溫度大于920℃，透光性為80％-92％，并且由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(hào)C03C13/00GK102123959SQ200880130717
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者G·比格爾 申請(qǐng)人:G·比格爾