專利名稱：高折射指數(shù)的玻璃組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請一般地涉及玻璃組合物，和更特別地涉及形成高折射指數(shù)玻璃纖維的玻璃組合物?？墒褂迷摬ＡЮw維，增強塑料并形成具有高折射指數(shù)的復(fù)合材料。然后可在其中要求高強度和透明度的應(yīng)用中使用這些高折射指數(shù)的復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
由以得到所需的化學組合物的特定比例結(jié)合的各種初級原料制造玻璃纖維。這一材料的統(tǒng)稱常常稱為“玻璃配料(glass batch)”。為了形成玻璃纖維，典型地在熔化器或熔融裝置內(nèi)熔融玻璃配料，通過套管(bushing)或孔板(orifice plate),將熔融玻璃拉伸成長絲，和施加含潤滑劑，偶聯(lián)劑和成膜粘合劑樹脂的施膠組合物到長絲上。在施加施膠劑之后，可將纖維聚集成一個或更多個繩股(strand)并在包裝內(nèi)纏繞，或者替代地可在濕的同時短切纖維并收集。然后可干燥所收集的短切繩股，并固化，形成干燥的短切纖維，或者可在濕的條件下以濕的短切纖維形式包裝它們?？煞催^來使用這些纖維增強塑料和各種其他結(jié)構(gòu)和非-結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。玻璃配料的組合物和由它制造的玻璃通常以各組分的百分數(shù)形式表達且主要以氧化物形式表達?？墒褂弥T如 SiO2, Al2O3, CaO, MgO, B2O3, La2O, Nb2O5, Ta2O5, ZrO2, 203，Li2O, Na
20,GdO3, BaO, SrO, ZnO, ZrO2, P2O5, GeO2, WO3, Fe2O3,氟和 SO3 之類的化合物，形成玻璃配料。進而由改變這些氧化物的用量，或者在玻璃配料內(nèi)省去一些氧化物，生產(chǎn)許多類型的玻璃?？捎裳趸锏哪承┙M合形成許多增強玻璃，例如R-玻璃，E-玻璃，S-玻璃，A-玻璃，C-玻璃，和ECR-玻璃。另外，可通過選擇玻璃配料用氧化物，生產(chǎn)具有所需折射指數(shù)的光學玻璃。玻璃組合物控制玻璃的形成和產(chǎn)品的性能。玻璃組合物的特征包括初級原料成本和環(huán)境影響。高折射指數(shù)玻璃及其在光學透鏡應(yīng)用中的用途是本領(lǐng)域已知的。然而，常規(guī)的光學玻璃纖維不能通過常規(guī)的纖維化技術(shù)形成，這是因為在其結(jié)晶化溫度以上，它們不具有形成為纖維的充足的粘度。因此，盡管存在高折射指數(shù)的玻璃，但本領(lǐng)域仍需要擁有高折射指數(shù)，Abbe值和熱膨脹系數(shù)的玻璃組合物，所述玻璃組合物適合于增強高折射指數(shù)的塑料，且在液相溫度(liquidus temperature)以上,粘度足夠高到允許使用常規(guī)的纖維成形技術(shù)形成纖維。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的 一般概念包括下述組合物，所述組合物包括用量為30.0-40.0wt%的SiO2，用量為 15.0-23.0被％的八1203，用量為 0.0-15.0wt% 的 B2O3，用量為 0.0-5.0界七％的1(20，用量為 0.0-30.0wt% 的 La2O3，用量為 0.0-3.0wt% 的 Li2O,用量為 0.0-4.0wt% 的 Na2O，用量為 0.0-10.0wt% 的 Nb2O5,用量為 0.0-7.5wt% 的 TiO2,用量為 0.0-10.0wt% 的 WO3,用量為15.0-35.0wt% 的 Y2O3,和用量為 0.0-7.5wt% 的 R0，其中 RO 是 MgO, CaO, SrO 和 BaO 中的一種或更多種。此處所使用的措辭“wt%”擬定義為全部組合物重量的百分數(shù)。在一些例舉的實施方案中，組合物還含有痕量的其他組分或沒有特意添加的雜質(zhì)。此外，在一些例舉的實施方案中，玻璃組合物不含或基本上不含氟和鉛。在一些例舉的實施方案中，由該組合物形成的玻璃纖維的折射指數(shù)為1.55-1.69，Abbe值小于約65，和熱膨脹系數(shù)(CTE)小于約66X10_7cm/cm.此外，該玻璃組合物和由其生產(chǎn)的纖維擁有可適合于增強高折射指數(shù)塑料的CTE和Abbe值。在一些例舉的實施方案中，該玻璃組合物在液相溫度以上擁有足夠高到允許使用常規(guī)纖維成形技術(shù)，例如鉬為襯里的熔化器形成玻璃纖維的粘度。在一些例舉的實施方案中，由基體材料形成增強的復(fù)合材料，和由所描述的組合物形成多種纖維?；w材料可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適的熱塑性或熱固性樹月旨，且包括熱塑性和熱固性樹脂，例如聚酯，聚丙烯，聚酰胺，聚對苯二甲酸乙二酯，聚丁烯，聚砜，聚醚砜，聚醚酰亞胺，聚丙烯酸酯，環(huán)氧樹脂，不飽和聚酯，酹類樹脂(phenolics),乙烯基酯(vinylesters)和彈性體。可單獨或者結(jié)合使用該聚合物樹脂，形成最終的復(fù)合產(chǎn)品O在一些例舉的實施方案中，由本發(fā)明組合物形成的玻璃纖維的液相溫度不大于約1531。。，log3溫度小于約1443。。，和Δ T最多約77。。。在另一例舉的實施方案中，由本發(fā)明組合物形成的玻璃纖維的折射指數(shù)為介于約1.55 至約 1.69，優(yōu)選約 1.55-約 1.65。在進一步例舉的實施方案中，由本發(fā)明組合物形成的玻璃纖維的Abbe值小于約65,優(yōu)選小于約60,和熱膨脹系數(shù)小于約66Xl(T7cm/cm,優(yōu)選小于約55Xl(T7cm/cm。在一些例舉的實施方案中，成形溫度和結(jié)晶溫度之差為約_170°C至約77°C?？紤]隨后的詳細說明，本發(fā)明的前述和其他目的，特征和優(yōu)點將在下文更加充分地顯現(xiàn)。
具體實施例方式除非另外定義，此處所使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語具有與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的相同含義。盡管可在本發(fā)明的實踐或測試中使用與此處描述的那些類似或相當?shù)娜魏畏椒ㄅc材料，但此處描述了優(yōu)選的方法和材料。此處引證的所有參考文獻，其中包括公布或相應(yīng)的美國或國外專利申請，授權(quán)的美國或國外專利，和任何其他參考文獻在此通過參考將它們每一篇全文引入，其中包括在所引證的參考文獻中列出的所有數(shù)據(jù)，表格，圖表，和文本。在本文中，術(shù)語“組成”和“配方”可互換使用。另外，措辭“本發(fā)明的玻璃組合物”和“玻璃組合物”可互換使用。本發(fā)明的一般概念涉及形成連續(xù)玻璃纖維所使用的玻璃組合物，所述玻璃纖維可用于增強高折射指數(shù)的聚合物基體 并形成透明或半透明的復(fù)合產(chǎn)品。另外，在液相溫度以上，玻璃組合物的粘度足夠高到允許使用目前可獲得的纖維形成技術(shù)，例如箔為襯里的熔化器形成玻璃纖維。在一些例舉的實施方案中，本發(fā)明的玻璃組合物包括下表I中給出的重量百分數(shù)
范圍的下述組分。此處所使用的術(shù)語“重量百分數(shù)”和“wt%”可互換使用，且是指表示基于
全部組合物的重量百分數(shù)(或wt%)。表權(quán)利要求
1.一種用于制備具有高折射指數(shù)的玻璃纖維的組合物，它包括:用量為 30.0-40.0wt% 的 SiO2 ；用量為 15.0-23.0wt% 的 Al2O3 ；用量為 15.0-35.0wt% 的 Y2O3 ；用量為 0.0-15.0wt% 的 B2O3 ；用量為 0.0-5.0wt% 的 K2O ；用量為 0.0-30.0wt% 的 La2O3 ；用量為 0.0-3.0wt% 的 Li2O ；用量為 0.0-4.0wt% 的 Na2O ；用量為 0.0-10.0wt% 的 Nb2O5 ；用量為 0.0-7.5wt% 的 TiO2 ； 用量為0.0-10.0wt%的WO3 ;和用量為0.0-7.5wt%的R0，其中RO是MgO, CaO, SrOjP BaO中的一種或更多種。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中所述組合物的ΛT為最多約77°C。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中所述組合物的ΛT為約-170°C至約77°C。
4.權(quán)利要求1的組合物,其中所述組合物的log3溫度小于約1443°C。
5.權(quán)利要求1的組合物，其中所述組合物的液相溫度大于約1531°C。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中所述組合物基本上不含氟和鉛。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中所述組合物包括:用量為 30.0-33.0wt% 的 SiO2 ；用量為 16.0-22.0wt% 的 Al2O3 ；用量為 17.0-33wt% 的 Y2O3 ；用量為 5.0-10.0wt% 的 B2O3 ；用量為 10.0-26.0wt% 的 La2O3 ；用量為 0.0-2.0wt% 的 Nb2O5 ;和用量為 0.0-1.5wt% 的 TiO20
8.由包含下述的組合物生產(chǎn)的連續(xù)高折射指數(shù)的玻璃纖維:用量為 30.0-40.0wt% 的 SiO2 ；用量為 15.0-23.0wt% 的 Al2O3 ；用量為 15.0-35.0wt% 的 Y2O3 ；用量為 0.0-15.0wt% 的 B2O3 ；用量為 0.0-5.0wt% 的 K2O ；用量為 0.0-30.0wt% 的 La2O3 ；用量為 0.0-3.0wt% 的 Li2O ；用量為 0.0-4.0wt% 的 Na2O ；用量為 0.0-10.0wt% 的 Nb2O5 ；用量為 0.0-7.5wt% 的 TiO2 ；用量為0.0-10.0wt%的WO3 ;和用量為0.0-7.5wt%的R0，其中RO是MgO, CaO, SrOjP BaO中的一種或更多種。
9.權(quán)利要求8的玻璃纖維，其中所述玻璃纖維的折射指數(shù)為約1.55至約1.69。
10.權(quán)利要求9的玻璃纖維，其中所述組合物基本上不含氟和鉛。
11.權(quán)利要求8的玻璃纖維，其中所述玻璃纖維的Abbe值小于約65和熱膨脹系數(shù)小于約 66X10 7cm/cm。
12.一種增強復(fù)合產(chǎn)品，它包括: 聚合物基體；和 多根玻璃纖維，所述玻璃纖維由含下述的組合物生產(chǎn):用量為 30.0-40.0wt% 的 SiO2 ；用量為 15.0-23.0wt% 的 Al2O3 ；用量為 15.0-35.0wt% 的 Y2O3 ；用量為 0.0-15.0wt% 的 B2O3 ；用量為 0.0-5.0wt% 的 K2O ；用量為 0.0-30.0wt% 的 La2O3 ；用量為 0.0-3.0wt% 的 Li2O ；用量為 0.0-4.0wt% 的 Na2O ；用量為 0.0-10.0wt% 的 Nb2O5 ；用量為 0.0-7.5wt% 的 TiO2 ； 用量為0.0-10.0wt%的WO3 ;和 用量為0.0-7.5wt%的R0，其中RO是MgO, CaO, SrO,和BaO中的一種或更多種。
13.權(quán)利要求12的復(fù)合產(chǎn)品，其中所述玻璃纖維的折射指數(shù)為約1.55至約1.69，和Abbe值小于約65.
14.權(quán)利要求13的復(fù)合產(chǎn)品，其中所述玻璃纖維的熱膨脹系數(shù)小于約66X10-7cm/cm。
15.權(quán)利要求13的復(fù)合產(chǎn)品，其中所述折射指數(shù)為約1.55至約1.65，和所述Abbe值小于約60。
16.權(quán)利要求12的復(fù)合產(chǎn)品，其中所述組合物包括:用量為 30.0-33.0wt% 的 SiO2 ；用量為 16.0-22.0wt% 的 Al2O3 ；用量為 17.0-33wt% 的 Y2O3 ；用量為 5.0-10.0wt% 的 B2O3 ；用量為 10.0-26.0wt% 的 La2O3 ；用量為 0.0-2.0wt% 的 Nb2O5 ;和用量為 0.0-1.5wt% 的 TiO20
17.權(quán)利要求12的復(fù)合產(chǎn)品，其中所述組合物基本上不含氟和鉛。
18.權(quán)利要求12的復(fù)合產(chǎn)品，其中所述聚合物基體是選自聚酯，聚丙烯，聚酰胺，聚對苯二甲酸乙二酯，聚丁烯，環(huán)氧樹脂，不飽和聚酯，酚醛樹脂(phenolics)，乙烯基酯(vinylester)及其結(jié)合物中的聚合物。
19.形成具有高折射指數(shù)的玻璃纖維的方法，該方法包括提供包含下述的熔融玻璃組合物:用量為 30.0-40.0wt% 的 SiO2 ；用量為 15.0-23.0wt% 的 Al2O3 ；用量為 15.0-35.0wt% 的 Y2O3 ；用量為 0.0-15.0wt% 的 B2O3 ；用量為 0.0-5.0wt% 的 K2O ；用量為 0.0-30.0wt% 的 La2O3 ；用量為 0.0-3.0wt% 的 Li2O ；用量為 0.0-4.0wt% 的 Na2O ；用量為 0.0-10.0wt% 的 Nb2O5 ； 用量為 0.0-7.5wt% 的 TiO2 ； 用量為0.0-10.0wt%的WO3 ;和 用量為0.0-7.5wt%的R0，其中RO是MgO, CaO, SrO7^P BaO中的一種或更多種；和 將所述熔融玻璃組合物拉伸通過套管內(nèi)的開口，形成折射指數(shù)為約1.55至約1.69的玻璃纖維。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述玻璃纖維的Abbe值小于約65。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述組合物基本上不含氟和鉛。
22.權(quán)利要求21的方法，其中所述玻璃纖維的熱膨脹系數(shù)小于約66Xl(T7cm/cm。
全文摘要
提供一種玻璃組合物，它包括用量為30.0-40.0wt%的SiO2；用量為15.0-23.0wt%的A12O3；用量為0.0-15.0wt%的B2O3；用量為0.0-5.0wt%的K2O；用量為0.0-30.0wt%的La2O3；用量為0.0-3.0wt%的Li2O；用量為0.0-4.0wt%的Na2O；用量為0.0-10.0wt%的Nb2O5；用量為0.0-7.5wt%的TiO2；用量為0.0-10.0wt%的WO3；用量為15.0-35.0wt%的Y2O3；和用量為0.0-7.5wt%的RO(MgO,CaO,SrO，和BaO中的一種或更多種)。由該組合物形成的玻璃纖維的折射指數(shù)為1.55至1.69。
文檔編號C03B37/01GK103221354SQ201180056849
公開日2013年7月24日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者P·B·麥金尼斯, D·霍夫曼 申請人:Ocv智識資本有限責任公司