一種低析晶溫度、低析晶速度、耐高溫、特高鋁玻璃纖維的應(yīng)用及其制備方法、復(fù)合材料的制作方法
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于玻璃纖維領(lǐng)域;尤其是涉及一種低析晶溫度、低析晶速度、耐高溫、特高鋁玻璃纖維的應(yīng)用及其制備方法、復(fù)合材料。
[0002]本發(fā)明主要屬于一種化學(xué)產(chǎn)品新用途發(fā)明；
[0003]在新用途中，發(fā)現(xiàn)了新的玻璃產(chǎn)品[低析晶溫度]及[低析晶速度]材料性質(zhì)；由這些新性質(zhì)產(chǎn)生了予料不到的技術(shù)效果。
[0004]本發(fā)明主要屬于一種化學(xué)產(chǎn)品新用途發(fā)明；
[0005]本發(fā)明主要屬于一種化學(xué)產(chǎn)品新用途發(fā)明
[0006]尤其比較先有比較技術(shù)[I]、[2]、[3]類型的特定成分的玻璃材料，本發(fā)明在玻璃纖維用途中:發(fā)現(xiàn)了新的玻璃產(chǎn)品[低析晶溫度]及[低析晶速度]材料性質(zhì)，從而能保障具有[低粘度溫度性質(zhì)]和[鋁、硅、鈣、鎂共熔體性質(zhì)]的，有高抗斷裂強(qiáng)度特征的特高鋁玻璃纖維，在大生產(chǎn)中克服技術(shù)難點(diǎn)，進(jìn)行正常的髙質(zhì)量的大生產(chǎn)，產(chǎn)生了予料不到的技術(shù)效果O
[0007]這是公知常識(shí)中沒(méi)有明確的并不能由常識(shí)推論得到的。
[0008]本發(fā)明代表了在玻璃纖維新用途領(lǐng)域中，一種技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)；本發(fā)明也克服了上述在玻璃纖維新用途領(lǐng)域中，人們渴望解決但始終沒(méi)得獲得成功的技術(shù)難題。
【先前技術(shù)】
[0009]先有比較技術(shù)[I]，與本發(fā)明接近、而有交叉、又不完全相同的
[0010]技術(shù)方案:
[0011]本發(fā)明人的CN201110060932、1有高斷裂強(qiáng)度及節(jié)能減排環(huán)保和低粘度特征的玻璃纖維及制備方法與玻璃纖維復(fù)合材料。
[0012]先有比較技術(shù)[2]，與本發(fā)明接近、而有交叉、又不完全相同的技術(shù)方案:
[0013]本發(fā)明人的CN 201310161555，X—種玻璃纖維、及其制備方法以及玻璃纖維復(fù)合材料。
[0014]先有比較技術(shù)[3]，與本發(fā)明接近、而有交叉、又不完全相同的技術(shù)方案:
[0015]本發(fā)明人的CN 201410408595、4一種冷卻部防析晶方法生產(chǎn)的玻璃纖維。
[0016]先有比較技術(shù)[4]，無(wú)城E玻璃纖維:按重量百分比計(jì)，其成份中含氧化矽約爲(wèi)55%，氧化鎂小於2%，氧化鈣大於20%，氧化鋁約14%，氧化鈉小於I %，氧化硼約8%。
[0017]先有比較技術(shù)[5]、S級(jí)高強(qiáng)玻璃纖維:按重量百分比計(jì)，其成份中含氧化硅約為63%，氧化鈣約為0、3%，氧化鎂約14%，氧化鋁約25%，氧化硼約2% ；當(dāng)玻璃纖維直徑< 9微米時(shí)，斷裂強(qiáng)度(N/tex) —般都在0、8以內(nèi)。
[0018]有關(guān)產(chǎn)品性質(zhì)測(cè)試的設(shè)備及方法
[0019](A)采用測(cè)析晶梯溫爐:測(cè)得各種需要測(cè)得的玻璃材料的一析晶溫度的上線[最高點(diǎn)]和下線[最低點(diǎn)]。
[0020](B)有關(guān)測(cè)試粘度溫度的方法:采用美國(guó)THETA旋轉(zhuǎn)高溫粘度計(jì)。[0021 ] (C)有關(guān)測(cè)試斷裂強(qiáng)度性能的方法:(按CB/T7690、2規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定)
[0022](D)析晶速度進(jìn)行測(cè)試方法:
[0023]采用一種玻璃溶化爐，在玻璃析晶溫度區(qū)的上線[即最高點(diǎn)]開(kāi)始，逐步降溫的條件下，對(duì)不同玻璃的析晶速度進(jìn)行測(cè)試方法:(不是受先有對(duì)比技術(shù)啟示的，就連玻璃析晶速度的新材料性質(zhì)的測(cè)試目的特征和測(cè)試設(shè)備及測(cè)試方法，也是根據(jù)本發(fā)明類型產(chǎn)品將在大生產(chǎn)中獨(dú)有的技術(shù)弱點(diǎn)形成的析晶造成的缺陷，而獨(dú)創(chuàng)的和首創(chuàng)的)。
[0024]在本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中，所有析晶速度的分鐘數(shù)值的大小，及從而判斷析晶速度的快慢，都以采用此下部分指明的同一種玻璃溶化爐，和此下部分指明的對(duì)不同玻璃的析晶速度的測(cè)試方法所得出的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。
[0025]a、選擇的玻璃溶化爐的特征是:
[0026]1、玻璃溶化爐備有，對(duì)爐內(nèi)部的溫度的準(zhǔn)確測(cè)溫的顯示儀，用來(lái)觀測(cè)和記錄溫度的變化。
[0027]2.選擇的玻璃溶化爐的總體保溫性能要好，設(shè)有能控制爐內(nèi)溫度，勻速梯度的降溫裝置;要能使?fàn)t內(nèi)的溫度，最少在保持150分鐘或以上時(shí)間，才完成爐內(nèi)的溫度1300?850°C的逐步降溫過(guò)程;即完成玻璃液在爐內(nèi)的溫度最少保持150分鐘或以上的是夠時(shí)間，才完成爐內(nèi)的溫度1300-850°C的逐步降溫過(guò)程。(因?yàn)楸景l(fā)明產(chǎn)品的玻璃析晶溫度區(qū)的上線范圍，絕大多數(shù)都在1300—850°C之內(nèi)，例如某產(chǎn)品的玻璃析晶溫度區(qū)的上線范圍為:1230—920 °C)
[0028]b、測(cè)試目的:
[0029]由于本發(fā)明產(chǎn)品具有析晶溫度的上線[最高點(diǎn)]高于成型溫度的特點(diǎn)，所以為了研究在大生產(chǎn)中如選擇性采用具有析晶速度比較慢的玻璃，就有利于在大生產(chǎn)中成型前的尤其冷卻工作部，玻璃液降溫工藝階段，減少玻璃液析晶的風(fēng)險(xiǎn);會(huì)特別在冷卻工作部的液線邊沿及拐角和底部這些易于析晶的地方增加一些加熱控制裝置，而且加求把溫度控制到高于析晶溫度上線50-80 °C;
[0030]但實(shí)際的狀態(tài)是，在冷卻工作部的拐角和底部，由于玻璃液存在著一些流動(dòng)較慢的區(qū)域，所以某些產(chǎn)品，當(dāng)一些流動(dòng)較慢的區(qū)域里，玻璃液溫度下降較快，從析晶溫度頂點(diǎn)開(kāi)始下降，僅在30-35分鐘內(nèi)，這類產(chǎn)品的玻璃液就產(chǎn)生局部析晶。這將會(huì)使這類產(chǎn)品，在大生產(chǎn)中，在進(jìn)入成型階段后，易于出現(xiàn)玻璃纖維局部失透的產(chǎn)品不合格的風(fēng)險(xiǎn)。
[0031]所以應(yīng)在大生產(chǎn)中，選擇性采用本發(fā)明具有析晶速度比較慢的玻璃產(chǎn)品，由于其具有析晶速度比較慢的性質(zhì):當(dāng)玻璃液溫度從析晶溫度頂點(diǎn)開(kāi)始下降的條件下45-70分鐘或60-90分鐘內(nèi)或60-150分鐘內(nèi)，都不產(chǎn)生析晶。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)的這種玻璃材料的玻璃液析晶速度慢的性質(zhì)，能有利于解決在冷卻工作部的拐角和底部，當(dāng)一些流動(dòng)較慢的區(qū)域里局部失透的問(wèn)題；由于玻璃液析晶速度慢，所以在一些流動(dòng)較慢的區(qū)域里，能克服易于使玻璃纖維成型階段出現(xiàn)局部析晶失透的不合格產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)。
[0032]C、不同玻璃的析晶速度的測(cè)試方法:
[0033]第一步，首先采用測(cè)析晶梯溫爐，測(cè)得各種需要測(cè)得的玻璃材料的一析晶溫度的上線[最高點(diǎn)]和下線[最低點(diǎn)]。
[0034]第二步，把玻璃原料放入溶化干鍋中；
[0035]2、再放入一種玻璃溶化爐中；
[0036]3.溶化后，使玻璃溶化爐逐步降溫；
[0037]4、根據(jù)這種被測(cè)定的玻璃的析晶溫度的上線[最高點(diǎn)](如為1230_920°C)，觀察爐內(nèi)部的溫度的較準(zhǔn)確的測(cè)溫顯示儀的逐步降溫到(如1230°C)的時(shí)間到所需測(cè)定的時(shí)間段；
[0038]5、如當(dāng)20分鐘以后取出溶化干鍋，玻璃液會(huì)很快冷卻為玻璃，觀察其是否有析晶現(xiàn)象;從而得出這種被測(cè)定的玻璃，從析晶溫度的上線[最高點(diǎn)]的逐步降溫20分鐘的析晶速度的性質(zhì);或45分鐘以后取出溶化干鍋;或60分鐘以后取出溶化干鍋;或90分鐘以后取出溶化干鍋;或120分鐘以后取出溶化干鍋;或150分鐘以后取出溶化干鍋;就得到這種被測(cè)定的玻璃，從析晶溫度的上線[最高點(diǎn)]的逐步降溫20、45、60、90、120、150分鐘的析晶速度的性質(zhì)。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0039]—種低析晶溫度、低析晶速度、耐高溫、特高鋁玻璃纖維的應(yīng)用，其特征在于:按重量百分比計(jì)，其氧化鋁含量為18-20、9 %或21 % —39 %，氧化鈉含量為O、01_16 %，氧化鎂含量為7%—20%，氧化硅含量是氧化鈣含量的2、1-2、6或2、61-4、8倍，氧化鈣含量是氧化鎂含量的O、7倍-2、3倍。
[0040]—種低析晶溫度、低析晶速度、耐高溫、特高鋁玻璃纖維的應(yīng)用，其特征在于:按重量百分比計(jì)，其氧化鋁含量為21%—39%，氧化鈉含量為0、01-16%，氧化鎂含量為7% —20 %，氧化硅含量是氧化鈣含量的2、61 -4、8倍，氧化鈣含量是氧化鎂含量的1、0-1、8倍。
[0041]根據(jù)請(qǐng)求項(xiàng)I所述的一種低析晶溫度、低析晶速度、耐高溫、特高鋁玻璃纖維的應(yīng)用一種高軟化點(diǎn)、高溫區(qū)熱膨脹系數(shù)的低差值、低析晶速度、特高鋁中低堿，耐熱玻璃纖維的應(yīng)用，其特征在于:其氧化鋁含量為18-20、9 %或21 %-25 %或25、1_39 %，氧化硅含量是氧化鈣含量的2、61-4、09倍或3、61-4、09倍或4、1-4、8倍。
[0042]—種低析晶溫度、低析晶速度、耐高溫、特高鋁玻璃纖維的應(yīng)用，一種低析晶速度、高軟化點(diǎn)、特高鋁中低堿耐熱玻璃纖維，其特征在于:按重量百分率計(jì)，在該玻璃纖維中氧化鋁含量為23-24、99%或25-39%，氧化鈉含量為0、4-7、9%，氧化硼含量為0、0001_3%，氧化鎂含量為7-20%，氧化硅的含量是氧化鈣含量的2、7-4、09倍，氧化鈣的含量是氧化鎂含量的I倍-1、6倍。
[0043]—種低析晶溫度、低析晶速度、耐高溫、特高鋁玻璃纖維的應(yīng)用，其特征在于:按重量百分比計(jì)，其氧化鋁含量為21%—39%，氧化鈉含量為0、01-16%，氧化鎂含量為7% —20 %，氧化硅含量是氧化鈣含量的2、61 -4、8倍，氧化鈣含量是氧化鎂含量的1、0-1、8倍。
[0044]根據(jù)請(qǐng)求項(xiàng)I所述的一種低析晶溫度、低析晶速度、耐高溫、特高鋁玻璃纖維的應(yīng)用，該玻璃纖維的公稱直徑在5微米到13微米之內(nèi)，該玻璃纖維直徑的偏差值為公稱直徑的±15%以內(nèi)。
[0045]根據(jù)請(qǐng)求項(xiàng)I所述的，一種低析晶溫度、低析晶速度、耐高溫、特高鋁玻璃纖維的應(yīng)用的制備方法，該玻璃纖維的公稱直徑在5微米到13微米之內(nèi)，該玻璃纖維直徑的偏差值為公稱直徑的± 15 %以內(nèi)，其特征在于:
[0046]步驟I，根據(jù)請(qǐng)求項(xiàng)I所述的玻璃纖維配方配置所需各種成份的原料，經(jīng)混合攪拌之后在對(duì)應(yīng)于各玻璃纖維配方的熔化溫度熔化，形成預(yù)定的粘度的玻璃纖維液，再均化，澄清，排出氣泡，形成可流動(dòng)的熔融體；
[0047]步驟2，對(duì)步驟I中形成的熔融玻璃纖維體經(jīng)一個(gè)多孔的耐高溫金屬板的若干孔中高速拉伸而形成玻璃纖維，經(jīng)冷卻，即可制得所述的玻璃纖維制品。
[0048]有關(guān)組合發(fā)明與從屬請(qǐng)求項(xiàng)發(fā)明的說(shuō)明:
[0049]不只因?yàn)楠?dú)立請(qǐng)求項(xiàng)I據(jù)有創(chuàng)造性，所以下述之14個(gè)附屬請(qǐng)求項(xiàng)也據(jù)有創(chuàng)造性。
[0050]以下14類一種低析晶溫度、低析晶速度、耐高溫、特高鋁玻璃纖維的應(yīng)用的結(jié)抅組合應(yīng)用發(fā)明，首先因?yàn)樵诓ＡЮw維用途中:
[0051]發(fā)現(xiàn)了新的[a、低析晶溫度]材料性質(zhì)和[a、低析晶速度]材料性質(zhì);又對(duì)已知化合物的巳知的[C、低粘度與高鋁含量下的鋁、硅、鈣、鎂的共熔體的性質(zhì)]和產(chǎn)生的各種效果，都有實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)和提尚。
[0052]這些材料性質(zhì)和技術(shù)效果，都有融入了每項(xiàng)結(jié)抅組合發(fā)明中，形成了14類中每類結(jié)抅組合內(nèi)容的互相關(guān)聯(lián)和彼此支持支撐;對(duì)于相應(yīng)的14類傳統(tǒng)產(chǎn)品而言，都產(chǎn)生了新的予料不到的功能和予料不到的技術(shù)效果;是一切先有14類傳統(tǒng)產(chǎn)品，從沒(méi)揭示過(guò)的非顯而易見(jiàn)的技術(shù)效果;又因?yàn)檫@些非顯而易見(jiàn)的技術(shù)效果，是也是公知常識(shí)中沒(méi)有明確的并不能由常識(shí)推論得到的;所以都有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步性及創(chuàng)造性。
[0053]也可以把這些材料性質(zhì)和形成的每類新結(jié)抅組合，判斷為是一種要素關(guān)系變化的發(fā)明；
【發(fā)明內(nèi)容】
中，14類中每類不同結(jié)抅組合要素關(guān)系的變化后，對(duì)于相應(yīng)的14類傳統(tǒng)產(chǎn)品而言，都產(chǎn)生了新的予料不到的功能和予料不到的技術(shù)效果，是也是公知常識(shí)中沒(méi)有明確的并不能由常識(shí)推論得到的;所以都有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步性及創(chuàng)造性。
[0054]從屬請(qǐng)求項(xiàng)發(fā)明與組合發(fā)明之I:
[0055]—種玻璃纖維復(fù)合材料的應(yīng)用，其特征在于包含
[0056]塑料基體，以及
[0057]嵌入塑料基體中的根據(jù)請(qǐng)求項(xiàng)I所述的，一種低析晶溫度、低析晶速度、耐高溫、特高鋁玻璃纖維的應(yīng)用。
[0058]從屬請(qǐng)求項(xiàng)發(fā)明與組合發(fā)明之I的技術(shù)效果:
[0059]本發(fā)明一種玻璃纖維復(fù)合材料，在本發(fā)明玻璃纖維嵌入塑料基體后，形成了功能上能彼此的支持；
[0060]由于從后述的本化學(xué)用途發(fā)明在玻璃纖維應(yīng)用中，能:[A]具有[玻璃材料的析晶范圍的最高點(diǎn)大大高于102、5(帕.秒)粘度溫度的性質(zhì)]和[低析晶速度性質(zhì)];[B]產(chǎn)生了予料不到的技術(shù)效果:因克服了技術(shù)難點(diǎn)，才能保障特高鋁玻璃纖維，進(jìn)行正常的髙質(zhì)量的大生產(chǎn)，才能保障經(jīng)過(guò)正常的髙質(zhì)量的大生產(chǎn)，在玻璃纖維的用途中使，出現(xiàn)具有[低粘度溫度性質(zhì)]，[鋁、硅、鈣、鎂共熔體性質(zhì)]，[高抗斷裂強(qiáng)度特征]的玻璃纖維產(chǎn)品出現(xiàn)，產(chǎn)生了預(yù)料不到的技術(shù)效果。
[0061]本發(fā)明，當(dāng)玻璃纖維直徑<9微米時(shí)，斷裂強(qiáng)度(N/tex)能達(dá)到為0、75_1、25;比E玻纖斷裂強(qiáng)度(N/tex) O、55可高1-1、2倍。而現(xiàn)在全球95 %玻璃纖維復(fù)合材料采用E玻纖。
[0062]這里還要說(shuō)明的是，功能上能彼此支持的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):由于通常在玻璃纖維復(fù)合材料中樹(shù)脂僅占30 %以下，玻璃纖維占70 %以上，玻璃纖維才是對(duì)復(fù)合材料起骨架和斷裂強(qiáng)度起決定性作用。
[0063]所以，如果玻璃纖維斷裂強(qiáng)度上升一倍，則可用35%的玻璃纖維，而可用15%的樹(shù)脂，玻璃纖維復(fù)合材料重量也降50% ；但玻璃纖維復(fù)合材料斷裂強(qiáng)度會(huì)不變；
[0064]如果玻璃纖維斷裂強(qiáng)度上升一倍，而用70%的玻璃纖維，而用30 %的樹(shù)脂，玻璃纖維復(fù)合材料重量不變;但玻璃纖維復(fù)合材料斷裂強(qiáng)度會(huì)上升一倍。
[0065]本發(fā)明-新性能玻璃纖維復(fù)合材料，可選擇或者提高斷裂強(qiáng)度比傳統(tǒng)玻璃纖維復(fù)合材料高I倍的技術(shù)效果。或選擇產(chǎn)生輕量化僅為1/2時(shí)復(fù)合材料斷裂強(qiáng)度不變的技術(shù)效果。能廣泛應(yīng)用在風(fēng)電、石油化工管、船舶殼體、飛行器殼體、電子部件、車輛殼體等領(lǐng)域。
[0066]從屬請(qǐng)求項(xiàng)發(fā)明與組合發(fā)明之2:
[0067]—種風(fēng)電用玻璃纖維復(fù)合材料葉片的應(yīng)用，其特征在于包含
[0068]塑料基體，以及
[0069]嵌入塑料基體中的根據(jù)請(qǐng)求項(xiàng)I所述的，一種低析晶溫度、低析晶速度、耐高溫、特高鋁玻璃纖維的應(yīng)用所制造的復(fù)合材料，制成的風(fēng)電用葉片；
[0070]風(fēng)葉片組成:玻璃纖維復(fù)合材料風(fēng)葉片葉殼;玻璃纖維復(fù)合材料風(fēng)葉片葉根;玻璃纖維復(fù)合材料風(fēng)葉片結(jié)構(gòu)大梁。
[0071]從屬請(qǐng)求項(xiàng)發(fā)明與組合發(fā)明之2的技術(shù)效果:
[0072]本發(fā)明一種風(fēng)電用玻璃纖維復(fù)合材料葉片及風(fēng)葉片組成:風(fēng)葉片葉殼;風(fēng)葉片葉根;風(fēng)葉片結(jié)構(gòu)大梁，在本發(fā)明一種風(fēng)電用玻璃纖維嵌入塑料基體后，功能上能彼此的支持；
[0073]本發(fā)明，當(dāng)玻璃纖維直徑<9微米時(shí)，斷裂強(qiáng)度(N/tex)能達(dá)到為0、75