Скловолоконна композиція і композиційний матеріал, армований допомогою її

 

Область винаходу

Даний винахід відноситься до області скловолокон, зокрема до скловолоконим композиціям, придатним для армування композиційних матеріалів з органічної або неорганічної матрицею, армованих волокном з високими технологічними показниками. В результаті воно відноситься до продуктів, таким як лопаті вітродвигуна, що містять полімерний корпус або обшивку, армовані з допомогою вищезазначених скловолокон.

Передумови винаходу

Скловолоконні композиції, придатні як для армування композиційних матеріалів, що були описані дуже давно. У 1966 Патент Франції FR1435073 розкрив композицію для так званого R-скловолокна, що містить 50-65 вага.% SiO2, 20-30 вага.% Al2O3, 5-20 вага.% MgO і 6-16 вага.% CaO. Ці волокна з більш високою механічною міцністю, чим більш широко відомі Е-скловолокна, є, тим не менш, обмеженими досить серйозними умовами обробки, зокрема, високими температурами обробки і більш проблематичним волокнообразованием, що всі вносить внесок в їх більш високу вартість у порівнянні з Е-скловолокном.

Е-скловолокно, ймовірно, є найбільш распростран�к правило, містить 52-56 вага.% SiO2, 12-16 вага.% Al2O3, 0-5 вага.% MgO, 16-25 вага.% CaO, і 5-10 вага.% B2O3і незначні кількості лужних оксидів, наприклад Na2O і K2O. Е-скловолокно зазвичай використовується як еталонне волокно, з яким порівнюють технічні показники нових стекловоконних композицій. Композиції Е-скловолокна, не містять бор, були запропоновані, наприклад, у патентному документі США US-A-5789329 з 59-62 вага.% SiO2, 12-15 вага.% Al2O3, 1-4 вага.% MgO, 20-24 вага.% CaO і незначними кількостями лужних оксидів, наприклад Na2O і K2O.

5-скловолокно являє собою скловолокно, як правило, має велику механічну міцність, ніж Е-скловолокна, і містить приблизно 65 вага.% SiO2, 25 вага.% Al2O3і 10 вага.% MgO. Як можна побачити з наведеного вище огляду, Е - і S-скловолокна зазвичай мають низький вміст (MgO+Al2O3), і в той же час зміст (MgO+Al2O3) в R-стекловолокне є досить високим з змістами щонайменше 25 вагу.%, і де кількості більш ніж 40 вага.% є звичайними.

Велика кількість четирехкомпонентних скловолоконних композицій, що містять SiO2, Al2O3,сований вище, було запропоновано в літературі.

Патентний документ Великобританії GB 520246, поданий у 1938, розкриває чотирикомпонентну волоконну композицію, що містить або бор, або фтор в досить великих кількостях, неприпустимих в даний час. Він також розкриває пару композицій, що не містять бор і фтор, які відрізняються від композицій, що містять бор і фтор, по суті, більш низьким кумулятивним кількістю MgO і CaO. Ці волокна непридатні для армування в композиційних матеріалах, оскільки вони розроблені для використання в якості ізоляційного покриття для електричних кабелів.

У патентному документі Великобританії GB 1391384 розкрита скловолоконна композиція, що містить бор і демонструє прийнятну в'язкість і температуру рідкої фази. Скловолокна, розкриті в цьому документі, містять 54-64 вага.% SiO2, 9-19 вага.% Al2O3, 9-25 вага.% CaO, 0-10 вага.% MgO і різні оксиди в кількостях менше ніж 6 вагу.%.

Публікації Міжнародних заявок WO 2007/055964 і WO 2007/055968 пропонують скловолоконні композиції, що дають на виході волокна з більш високими механічними властивостями і поліпшеною стійкістю до температури і кислот, ніж Е-скловолокна з хорошою здатністю до формування. Оокна, зазначені в прикладах, містять 4,8-14 вага.% СаО і 5,0-11,3 вага.% MgO.

Патентний документ ЄР 1641717 розкриває скловолокна з механічними властивостями, порівнянними з такими у R-скловолокна, як розкрито в патентному документі Франції FR 1435073, і дають на виході удосконалені технологічні властивості, зокрема плавлення та умови волокноутворення. Скловолокна, запропоновані в патентному документі ЄР 1641717, містять 50-65 вага.% SiO2, 12-20 вага.% Al2O3, 1 2-1 7 вагу.% CaO і 6-1 2 вагу.% MgO з комбінованим кількістю (MgO+Al2O3) переважно більше ніж 24 вагу.%.

Публікація Міжнародної заявки WO2009/1 38661 показує, що скловолокно, має високий модуль і температуру рідкої фази 1250°C або менше, може бути отримано з складом, що містить 50-65 вага.% SiO2, 12-23 вага.% Al2O3, 1-10 вага.% CaO і 6-1 2 вагу.% MgO. Сума SiO2і Al2O3повинна бути більше ніж 79 вагу.%.

Публікація Міжнародної заявки WO 9840321 описує скловолокно, придатне для теплової і звукоізоляції в будівельній промисловості, що містить 50-60 вага.% SiO2, 1-6 вага.% Al2O3, 16-22 вага.% MgO і 12-18 вага.% CaO. Використання цього скловолокна в якості армування для композиційних матеріалів не расармирования композитів, містять 53-57,3 вага.% SiO2, 16,3-18,5 вага.% Al2O3, 8,5-1 2,7 вага.% CaO і 6,6-10,5 вага.% MgO. Аналогічно, публікація Міжнародної заявки WO2006/064164 описує скловолокна для армування композиційних матеріалів з більш широкими діапазонами змістів, ніж попередні композиції, що містять 50,0-65,0 вага.% SiO2, 12,0-20,0 вага.% Al2O3, 12,0-1 7,0 вага.% CaO і 6,0-12,0 вага.% MgO.

Публікація Міжнародної заявки WO2008/142347 розкриває скловолоконні склади з низькою вартістю, що забезпечують чудову компромісне співвідношення між механічними властивостями та умовами отримання. Вони містять досить низькі об'єднані кількості (MgO+Al2O3), з 62,0-72,0 вага.% SiO2, 4,0-11,0 вага.% Al2O3, 8,0-22,0 вага.% CaO і 1,0-7,0 вага.% MgO.

Патентний документ Японії JP 58064243 розкриває скловолоконну композицію, що дає на виході посилену еластичність і теплотривкість, містить відносно малі кількості CaO MgO і порівняно з великими кількостями Al2O3з кількостями SiO2, що знаходяться між 45 і 70 вагу.%, Al2O3, що знаходяться між 20 і 35 вагу.%, і кумулятивними кількостями і CaO MgO, що знаходяться між 10 і 23 вагу.%.

Незважаючи на масштабне дослідження, п�ще існує необхідність знайти скловолокна, комбінують високі механічні, фізичні та хімічні властивості з економічною ефективністю виробництва.

Короткий опис винаходу

1. Даний винахід визначається в доданих незалежних пунктах формули винаходу. Кращі варіанти здійснення визначаються в залежних пунктах формули винаходу. Даний винахід забезпечує скловолокно з чотирикомпонентних композиції, що містить SiO2, Al2O3, CaO і MgO в якості основних компонентів, причому кожен присутній у кількості щонайменше 5 вагу.%, і містить менше ніж 3,3 вага.% B2O3і менш ніж 2,0 вага.% фтору, що відрізняється тим, що:

- 22,0<MgO+CaO<35,0 вага.% і

- 27,0<MgO+Al2O3<44,0 вагу.%,

причому усі кількості виражені у вагових % по відношенню до загальної ваги композиції.

В контексті даного винаходу «основний компонент» повинен розумітися як компонент, який присутній в кількості щонайменше 5 вага.% від загальної ваги композиції. Композиції даного винаходу характеризуються наступними вищими змістами як (MgO+CaO), так і (MgO+Al2O3) у комбінації при порівнянні з композиціями відомого рівня техніки.

У прихильності� (MgO+Al2O3)>28,5 вагу.%, та/або

- (MgO+Al2O3)<40,0 вагу.%, переважно ≤38,0 вагу.%.

Зміст (MgO+CaO) становить переважно щонайменше 22,5 вагу.%, більш переважно щонайменше 23,0 вагу.%, найбільш переважно щонайменше одно 24,0 вагу.%. Кумулятивне вміст MgO+Al2O3переважно знаходиться між 28 і 43 вагу.%, більш переважно між 30 і 40 вагу.%.

Чотирьохкомпонентної композиція даного винаходу може містити від 45 до 65 вага.% SiO2, 7-25 вага.% Al2O3, 5-20 вага.% CaO і 8-25 вага.% MgO, і переважно утримання (MgO+CaO) становить щонайменше 25 вагу.%. Переважно, якщо вміст MgO знаходиться між 11 і 23 вагу.%, і переважно більш ніж 12 ваг.%, найбільш переважно щонайменше 13 або щонайменше 1 5 вагу.%. Хороші результати отримують, коли:

- 7 вага.%≤Al2O3<20 вагу.%, переважно Al2O3≥1 3 вагу.%, та/або

- 12 ваг.% <MgO≤22 вагу.%, переважно, MgO≤20 вагу.%.

Переважно, комбіноване утримання (SiO2+Al2O3) скловолокон даного винаходу становить менш ніж 79 вагу.%. Бор переважно присутній в кількостях менше ніж 3,0 вага.%, краще менше ніж 2,0 �неї ніж 1,5 мас.%, більш переважно менш ніж 1,0 вага.%, більш переважно менш ніж 0,5 ваг.%. Присутність ні фтору, ні бору не є обов'язковим у складах даного винаходу, і в ще кращому варіанті здійснення композиція не містить, по суті, ні бор, ні фтор (слідові кількості, присутні у природних мінералах), щоб уникнути добре відомих недоліків, пов'язаних з цими компонентами.

Скловолокна згідно даного винаходу переважно характеризуються:

- співвідношенням SiO2/(MgO+CaO), що знаходиться між 1,80 і 2,30, переважно між 1,8 та 2,28, більш переважно між 1,84 і 2,28, та/або

- співвідношенням MgO/(MgO+CaO) більшим ніж 1 5%.

В іншому варіанті здійснення скловолокна характеризуються тим, що:

- співвідношення SiO2/(MgO+CaO) знаходиться між 1,30 і 2,0, та/або

- співвідношення Al2O3/(MgO+CaO) знаходиться між 15 і 120%.

Цей винахід також відноситься до композиційного матеріалу, містить органічну або неорганічну матрицю, армовану скловолокнами, як описано вище. Скловолокна даного винаходу є особливо придатними для застосувань, коли необхідні композити з високими технологічними показател�мобільних, машинобудівних, балістичних та аерокосмічних застосуваннях. Зокрема, лопаті вітродвигуна, як правило, складаються з порожнистого корпусу або структури обшивка-серцевина, де корпус або обшивка зроблені з полімерного матеріалу (наприклад, термореактивних смол, таких як епоксидні або складні поліефіри, або термопластичних полімерів, таких як PET, РР), армованого з допомогою довгих, переважно безперервних, волокон. Цей винахід також відноситься до лопат вітродвигуна та іншим продуктам, що містять полімерну матрицю, армовану з допомогою скловолокна, як визначено вище.

Короткий опис фігур

Фігура 1: показує графік залежності (MgO+CaO) від (MgO+Al2O3) скловолоконних композицій згідно даного винаходу порівняно з скловолокнистими складами з рівня техніки, розглянутого вище.

Фігура 2: показує середні Tlog3 значення скловолокон згідно даного винаходу порівняно зі значеннями, опублікованими в рівні техніки, розглянутому вище.

Постать 3: показує середній специфічний модуль (Esp) скловолокон згідно даного винаходу порівняно зі значеннями, опублікованими в рівні техніки, расс� і () як функцію утримання (MgO+Al2O3).

Детальний опис винаходу

Скловолоконні композиції даного винаходу визначаються як чотирьохкомпонентні, так як вони містять щонайменше 5 вага.% наступних чотирьох компонентів: SiO2, Al2O3, CaO і MgO.

Діоксид кремнію SiO2в якості оксиду скловолокна, який формує мережу, є основним компонентом скловолокна і переважно присутній в кількості, що знаходиться між 45 і 65 вага.%, більш переважно між 47 і 59 вагу.%. Збільшення кількості SiO2як правило, збільшує в'язкість розплаву.

Оксид алюмінію, Al2O3також є оксидом скловолокна, який формує мережу, і, згідно даного винаходу, він присутній у комбінації з MgO у кількості не більше ніж 45 мас.%, як зображено на малюнку 1 верхньої горизонтальної суцільною жирною лінією. Бажано мати об'єднані кількості (MgO+Al2O3) не більш як 40 мас.%, навіть не більше ніж 38,5 вагу.%, так як високі кількості (MgO+Al2O3) мають тенденцію давати в результаті високі температури рідкої фази, таким чином, обмежуючи прядомость, як можна побачити в Патенті Франції FR 1435073 з температурою рідкої фази 1350°C для комбиедпочтительно присутній у кількості щонайменше 7 вагу.% і менш ніж 25 мас.%, більш переважно менш ніж 20 вагу.%. Підвищені кількості оксиду алюмінію можуть бути шкідливими для в'язкості розплаву і підвищувати ризики расстекловивания. Переважно, кількість Al2O3становить щонайменше 13 вага.% і, більш переважно, комбіноване утримання (SiO2+A12O3) становить менш ніж 79 вагу.%. Цей діапазон Al2O3може бути розглянутий як проміжний порівняно з рівнем техніки і, в комбінації з MgO в заявлених комбінованих кількостях, він забезпечує високий модуль з низькою температурою обробки і в'язкістю (Tlog3).

Як згадується вище, оксид магнію, MgO, згідно даного винаходу присутня в комбінації з Al2O3у кількості, що не перевищує 45 вагу.%, переважно 40 або навіть 38,5 вагу.%, як зображено на малюнку 1 верхньої горизонтальної суцільною жирною лінією. У комбінації з CaO MgO присутня в кількостях більш ніж 21 мас.% і не більш ніж 35 вага.% (див. вертикальні жирні суцільні лінії зліва та справа на Фігурі 1). При менших кількостях в'язкість збільшується і модуль зменшується порівняно з заявленим діапазоном. Переважно скловолоконні композиції даного винаходу містять кільк�участь у кількості більшій ніж 13 вагу.%, більш переважно більшим ніж 15 вагу.%. Його присутність в заявлених кількостях вносить внесок у високий модуль пружності при розтягуванні і перешкоджає негативним впливам Al2O3на расстекловивание. Він також забезпечує контроль в'язкості.

Оксид кальцію CaO, присутній у кількості щонайменше 5 вага.% в якості основного компонента заявлених складів і, в комбінації з MgO, присутній в заявлених кількостях, як обговорюється в попередньому абзаці. Він переважно присутній у кількості не більше ніж 20 вагу.%. CaO в цих кількостях дозволяє контролювати в'язкість розплаву і расстекловивание. Повідомляється, що занадто високі кількості CaO є шкідливими для міцності при розтягуванні і модуля і для підвищення температури рідкої фази.

Сутність цього винаходу полягає в унікальній комбінації великих кількостей (MgO+Al2O3разом з великими кількостями (MgO+CaO), які, в комбінації, є більшими, ніж скловолоконні композиції відомого рівня техніки, зокрема, як розкрито в патентному документі Японії JP 580640243. Посилаючись на Фігуру 1, скловолоконні композиції даного винаходу містяться в межах периметра, визначеного �їх на виході чудові механічні властивості, хорошу зносостійкість і ефективні по вартості умови обробки.

Скловолокна даного винаходу можуть містити інші оксиди, щоб точно відрегулювати їх властивості. Типові приклади оксидів, які можуть входити в композицію даних волокон, являють собою будь-оксид наступних елементів: Li, Zn, Mn, Ce, V, Ti, Be, Sn, Ba, Zr, Sr, який може бути присутнім у кількості не менше ніж 5 вагу.%, типово від 0,05 до 3 вагу.%, переважно від 0,2 до 1,5 або від 0,5 до 1,0 вагу.%. Скловолокна можуть додатково містити незначні кількості (менш ніж 1 вага.%) лужних оксидів, наприклад Na2O і K2O. B2O3може також бути присутнім, але його використання пов'язане з добре відомими недоліками, і він не є кращим.

Таблиця 1 перераховує композиції ряду скловолокон згідно даного винаходу і представлені на Фігурі 1 чорними квадратиками. Таблиця 1 також перераховує виміряні значення модуля об'ємної пружності, які лежать близько 100 ГПа, специфічного модуля (Esp=Ebulk/щільність), які лежать в діапазоні між 36,4 і 37,4 МПа кг-1м3. Постать 3 порівнює середнє значення специфічного модуля скловолокон згідно данн�го, зі специфічними модулями, порівнянними з такими у R - і S-скловолокна. Фігура 4А показує як збільшення вмісту (MgO+CaO) збільшує об'ємну жорсткість скловолокна. Жорсткість скловолокна також збільшується зі збільшенням кількостей (MgO+Al2O3), як показано на Фігурі 4 Ст.

<>17,5
Таблиця 1
Склади скловолокон згідно даного винаходу (див. чорні квадрати на Фігурі 1)
SiO2,Al2O3,MgO,CaO,MgO+CaO,MgO+Al2O3,Ebulk,Esp,
вага.%вага.%вага.%вага.%вага.%вага.%ГПаМПа кг-1м3
132,736,5102,436,8
249,822,811,915,427,334,799,136,4
348,717,518,615,133,736,1104,037,4
454,617,516,111,827,933,6100,537,2
555,118,014,112,826,932,197,536,2
7,925,335,598,937,0
758,114,717,110,127,231,896,536,1
857,917,015,89,225,032,896,036,4
958,215,218,38,326,633,598,136,7
1058,916,715,58,824,332,297,036,76,624,133,196,436,8
1261,717,112,19,021,129,293,436,2

Таблиця 2 перераховує додаткові склади згідно даного винаходу, які зображені на графіку на малюнку 1.

="1">14
Таблиця 2
Склади скловолокон згідно даного винаходу (див. чорні квадрати на Фігурі 1)
SiO2, вага.%Al2O3, вага.%MgO, вага.%CaO, вага.%MgO+CaO, вага.%MgO+Al2O3,вага.%
1349,822,815,455,118,014,112,826,932,1
1558,518,79,813,022,828,5
1755,119,612,313,025,331,9
1857,715,212,914,227,128,1

Композиції, перелічені в Таблицях 1 і 2 вище, дають на виході комбінацію хорошого модуля пружності з досить прийнятними температурами обробки. Як можна побачити на малюнку 1, жодне з скловолокна, розкритих у рівні техніки, не містить заявлені значення 22,0<MgO+CaO≤35,0 вага.% для відповідних значень (MgO+AI2O3), що перебувають між 27 і 44 вагу.%. Наприклад, R-волокна, расие кількості (MgO+Al2O3) і, зокрема, великі кількості Al2O3і малі кількості (MgO+CaO) в діапазоні між 1 5 і 21 вагу.% (дивись Приклади 1-3 патентного документа Франції FR 1435073). Великі кількості Al2O3і малі змісту (MgO+CaO) були виявлені шкідливими для умов обробки при температурах рідкої фази до 1350°C і середнім значенням температури розплаву, відповідним в'язкості 103пуаз (=Tlog3) близько 1405°C, як повідомлялося там (див. Фігуру 2). Хоча заявлені кількість Al2O3, що знаходиться в діапазоні від 20 до 30 вагу.%, і кількість MgO від 5 до 20 вагу.%, кращі діапазони складають від 24 до 26 вагу.% Al2O3і від 6 до 16 вага.% MgO, що підтверджується прикладами, які містять від 25 до 26 вагу.% Al2O3. На нашу думку такі великі кількості Al2O3разом з малими кількостями (MgO+CaO), навіть коли вони комбіновані з великими кількостями МдО, збільшують ризик расстекловивания і є шкідливими для в'язкості розплаву і умов волокноутворення, що, разом з високою температурою обробки (Tlog3), впливає на виробничі витрати. Волокна цього винаходу уникають цих недоліків шляхом використання більш ніж 21 мас.% (MgO+CaO), що, як можна заб на Фігурі 1), поданий через приблизно 40 років після патентного документа Франції FR 143073, пропонує скловолоконні композиції, що підтримують хороші механічні властивості R-скловолокон, розкритих в останньому документі, з, по суті, великими кількостями (MgO+CaO), але одночасно з набагато меншими кількостями (MgO+Al2O3), що не перевищують 26,9 вага.% (див. Пр.6 патентного документа ЄР 1641717). Ідея патентного документа ЄР 1641717 чітко полягає в тому, щоб не перевищувати цю межу, так як це б призвело назад до ідеї, представленої в патентному документі Франції FR 143073, тієї самої ідеї, що склади патентного документа ЄР 1641717 призначені для збільшення. Необхідно зазначити, що середній специфічний модуль скловолокон, розкритих у патентному документі ЄР 1641717, становить 1,2 МПа кг-1м3менше, ніж такої у скловолокон згідно даного винаходу (див. Фігуру 3). Аналогічно, середнє значення Tlog3 становить приблизно 44°С вище, ніж таке у скловолокон згідно даного винаходу (див. Фігуру 3).

Пізніше, один з винахідників попередньої заявки розкриває в публікації Міжнародної заявки WO 2009/138661 (X-хрестики на Фігурі 1) вдосконалення порівняно з волокна�MgO+Al2O3) (=28,3-30,8 вагу.%), але, по суті, з меншими кількостями (MgO+CaO) (=15,1-18,3 вагу.%). Скловолокно з Міжнародної заявки WO 2009/138661 має специфічний модуль, порівнянний з таким у скловолокна даного винаходу, який є вищим, ніж у попередньому документі (див. Фігуру 3). Воно має, тим не менш, більш високе середнє значення Tlog3, ніж таке в попередньої патентної заявки (див. Фігуру 2). Несподівано було виявлено, що шляхом збільшення кількостей як (MgO+CaO), так і (MgO+Al2O3) понад діапазонів, розкритих у попередніх двох документах, можуть бути зроблені скловолокна з чудовими властивостями і низькими температурами обробки (Tlog3).

Патентний документ Великобританії GB 1391384 розкриває скловолоконні композиції, що містять (MgO+CaO), що охоплюють повний діапазон осі абсцис, як зображено на малюнку 1, від 15 до 35 вагу.%. Усі кількості (MgO+Al2O3) знаходяться в діапазоні між 10 і 20 вагу.% з двома винятками з більш ніж 75 прикладів, зі значеннями (MgO+Al2O3) І 27,1 26,5, відповідно (див. Пр.16 Таблиці 5 та Ін.7 Таблиці 4 патентного документа Великобританії GB 1391384), останнє, тим не менш, має низьке значення (MgO+CaO), що становить 18,9 вагу.%. Тlog3 з� в цьому документі не розкриті дані про механічні властивості. Безумовно в цьому документі немає ідеї скомбінувати великі кількості (MgO+CaO) і (MgO+Al2O3), як пропонується цим винаходом.

Патентний документ Канади СА 1045641 (білі квадрати на Фігурі 1) і патентний документ США US 3892581 (білі трикутники) розкривають скловолокна для армування композитів, що містять 16,3-18,5 вага.% Al2O3, 8,5-12,7 вага.% CaO і 6,6-10,5 вага.% MgO, з прикладами, що характеризуються кількостями (MgO+Al2O3) близько 23-28 вага.% і (MgO+CaO) до 23,2 вагу.%, але ніколи з обома змістами, що знаходяться в межах заявлених діапазонів: причому більшу кількість одного з (MgO+Al2O3) і (MgO+CaO) систематично компенсується меншою кількістю іншого. Винахідник патентного документа США US 3892581 підкреслює, що «комбінація компонентів на означених рівнях надає необхідні властивості стекловолокнам, утвореним з них», таким чином чітко вказуючи, що великі кількості і пропорції MgO, CaO і Al2O3є небажаними.

Волокна, розкриті в публікаціях Міжнародних заявок WO 2007/055964 і WO 2007/055968 (сірі кола на Фігурі 1), містять від 20 до 31,3 вага.% (MgO+Al2O3), тим не менш, меншими кількостями (MgO+CaO), не більше ніж 19,54 вагу.%. Каких складів, розкритих у цих документах, є досить високою з середнім значенням 1395°C, на приблизно 160°C вище, ніж середнє значення Tlog3, виміряний для складів згідно даного винаходу (див. Фігуру 2). Ці, по суті, більш високі температури обробки є шкідливими для економічних характеристик волокон, розкритих у публікаціях Міжнародних заявок WO 2007/055964 і WO 2007/055968, порівняно з волокнами згідно даного винаходу. Специфічний модуль цих скловолокон становить близько такого у Е-скловолокна і, отже, значно нижче, ніж такий у скловолокна даного винаходу (див. Фігуру 3).

Скловолокна, розкриті в публікації Міжнародної заявки WO 2008/142347 (сірі трикутники на Фігурі 1), мають досить малі кількості як (MgO+Al2O3), так і (MgO+CaO). Середнє значення Tlog3 складів, розкритих у публікації Міжнародної заявки WO 2008/142347, становить 132°С, що приблизно 90°C вище, ніж середнє значення, виміряний для скловолоконних складів згідно даного винаходу (дивись Фігуру 2). Специфічний модуль скловолокна, розкритого в цьому документі, навіть нижче, ніж такий у Е-скловолокна, і ці волокна, отже, не є найбільш продной заявки WO 2006/064164 (сірі квадрати на Фігурі 1) розкриває деякі склади з комбінованими кількостями (MgO+CaO), знаходяться в діапазоні від 21 до 23,6 вагу.%, але з меншими кількостями (MgO+Al2O3), не більше ніж 24,7 вагу.%.

В протилежність стійкої спрямованості, що спостерігається в рівні техніки, як з'ясувалося вище, абсолютно нова і недосліджена область складів скловолокон, що характеризуються, по суті, великими кількостями як (MgO+CaO), так і (MgO+Al2O3), що застосовуються до цих пір, як було показано, дає на виході чудові механічні властивості з виключно низькими значеннями Tlog3 (див. Фігури 2 і 3). Великі кількості як (MgO+CaO), так і (MgO+Al2O3) згідно даного винаходу вимагають великих кількостей Mg, Al2O3і CaO, ніж зазвичай використовуються в комбінації, переважно з кількостями Al2O3від 7 до 25 вагу.%, кількостями CaO від 5 до 20 вагу.% і кількостями MgO від 8 до 25 вагу.%, переважно щонайменше 12 ваг.%, більш переважно щонайменше 13 вага.% і навіть щонайменше 15 вагу.%.

Ще В одному варіанті здійснення даного винаходу комбіноване утримання (MgO+CaO) щонайменше дорівнює 23,5 вагу.%, переважно щонайменше 24 вагу.%, або навіть більш ніж 25 вагу.%. Це, як було виявлено, збільшує жорсткість і знижує Tlog3 і температури �е вміст SiO2+Al2O3становить переважно менш ніж 79 вагу.%. Було виявлено, що, на відміну від того, що було викладено в публікації Міжнародної заявки WO 2009/1 38661, скловолокна з комбінованим кількістю SiO2+Al2O3меншим ніж 79 вага.% давали на виході дуже хороші властивості. Переважно це кількість становить щонайменше 65 вага.%, більш переважно щонайменше 66 вагу.%, і найбільш переважно воно знаходиться між 66 і 75 вагу.%.

Через їх високої жорсткості (див. Таблицю 1) скловолокна даного винаходу є особливо придатними для використання в якості армування в композиційних матеріалах з органічної або неорганічної матрицею. Волокна армування можуть бути присутніми як безперервних ниток або коротких волокон. Зважаючи на високих технологічних показників даних волокон, вони переважно використовуються в якості безперервних ниток в так званих поліпшених композиційних матеріалах. Вони можуть використовуватися в якості односпрямованих ниток, як у формуванні намотуванням волокон, особливо прийнятних для виробництва посудин високого тиску, або можуть бути виткані, обплетені або пов'язані для формування сері�експлуатаційні матеріали, вироблені з допомогою скловолокон даного винаходу, можуть мати неорганічну матрицю, але композиційні матеріали з органічною матрицею є особливо бажаними. Зокрема, волокна даного винаходу можуть бути використані з термореактивними смолами, термопластичними полімерами або подібними еластомерами. У разі термореактивних смол волокна можуть бути просочені у пристосуванні для формування композиту (наприклад, RTM (трансферне формування пластмас), листове пресування або формування намотуванням волокон) або попередньо просочені, формуючи препрег або джгут, просочений синтетичною смолою для зміцнення. Для термопластичних полімерів пряма просочення сухих волокон є проблематичною, з-за, як правило, високої в'язкості термопластичних розплавів, і тому необхідний розчинник для зниження в'язкості. Але екстрагування розчинника після формування є час - і енергозатратною і викликає серйозні проблеми для навколишнього середовища. Кращим є зробити джгути, просочені синтетичною смолою для зміцнення, в яких скловолокна ретельно змішані з термопластичної матрицею, присутньої або у вигляді порошку, �яєчні матеріали, просочені синтетичною смолою для зміцнення, просочують та отверждают в пристосуванні при підвищеній температурі і тиску. На відміну від термореактивних композитів термопластичную матрицю необхідно охолоджувати нижче її температури плавлення перед витяганням частини композиту з пристосування.

Композиційні матеріали, армовані волокнами даного винаходу, можуть бажано бути використані для виробництва ряду поліпшених технічних частин, таких як панелі в автомобільній та аерокосмічній промисловості, посудини високого тиску лопаті вітродвигуна.

Панелі або більш складні функціональні елементи, наприклад, в автомобільній та аерокосмічній промисловості можуть бути зроблені за допомогою будь-якої з технологій виготовлення, відомих в рівні техніки, таких як трансферне формування пластмас (RTM), компресійна пресування, формування методом вакуумного мішка автоклавного формування, формування намотуванням волокон і т. п. Посудини високого тиску можуть бути переважно зроблені за допомогою формування намотуванням волокон. Альтернативно, їх можна проводити з допомогою укладання волокон, наприклад, у вигляді оплеточной або в'язаному заготовкибо впорскують, якщо волокна сухі, або у разі препрегів або джгутів, просочених синтетичною смолою для зміцнення, температуру підвищують і камеру надувають, щоб спресувати волокна і матрицю впритул до внутрішніх стінок пристосування, визначальним порожнину, щоб зробити просочення волокон.

Лопаті вітродвигуна можна зробити за допомогою намотування стрічок рівниці або пучків рівниці навколо сердечника або оправки, як розкрито, наприклад, в патентних документах США US4242160 і US4381960. Вони також можуть бути виготовлені з допомогою об'єднання двох половин корпусу, виготовлених, наприклад, з допомогою компресійного пресування, формування методом вакуумного мішка автоклавного формування або тиснення препрегів. Об'єднання, як правило, проводять за допомогою адгезиву, який є вирішальним і може становити слабку частину лопаті. Залежно від матриці вулканізацію смоли можна бажано проводити з допомогою УФ-випромінювання або тепла. У разі термопластичних полімерів температурний цикл включає нагрівання вище і охолодження нижче температури плавлення перед, відповідно, після стадії просочення волокна. Лопаті вітродвигуна можна також здійснювати за допомогою RTM, причеапример, патентний документ США US 20031 16262).

1. Скловолокно з чотирикомпонентних композиції, що містить від 45 до
65 вага.% SiO2від 7 до 20 вагу.% Al2O3від 5 до 20 вагу.% СаО і від 8 до
25 вагу.% MgO, і містить менше ніж 3,3 вага.% B2O3і менш ніж
2,0 вага.% фтору, що відрізняється тим, що:
- 22,0<MgO+СаО≤35,0 вага.% і
- 27,0≤MgO+A12O3<44,0 вагу.%,
причому усі кількості виражені у вагових % по відношенню до загальної ваги композиції.

2. Скловолокно з п. 1, де:
- (MgO+Al2O3)≥28,5 вага.% та/або
- (MgO+Al2O3)≤40,0 вагу.%, переважно ≤38,0 вагу.%.

3. Скловолокно по кожному з пп. 1 або 2, де (MgO+СаО)≥23,5 вагу.%.

4. Скловолокно з п. 1, де вміст (MgO+СаО) становить більш ніж 25 вагу.%.

5. Скловолокно з п. 1, де вміст MgO знаходиться між 11 і 23 вагу.%, і бажано більше ніж 12 ваг.%, найбільш переважно щонайменше 13 або щонайменше 15 вагу.%.

6. Скловолокно з п. 1, де:
- 13 вагу.%≤Al2O3<20 вагу.%, та/або
- 12 ваг.%<MgO≤22 вагу.%, переважно MgO≤20 вагу.%.

7. Скловолокно з п. 1, де:
- співвідношення SiO2/ (MgO+СаО) знаходиться між 1,80 і 2,30, переважно між 1,8 та 2,28, більш переважно між 1,84 і 2,28, та/або
- співвідношення MgO / (MgO+Са,30 і 2,0, та/або
- співвідношення Al2O3/ (MgO+СаО) знаходиться між 15 і 120%.

9. Скловолокно з п. 1, не містить, по суті, оксид бору та/або не містить, по суті, фтор.

10. Композиційний матеріал, що містить органічну або неорганічну матрицю, армовану скловолокнами по кожному з попередніх пунктів.

11. Застосування скловолокон по кожному з пп. 1-9 в якості армування для виробництва лопатей вітродвигуна, судин високого тиску або вузлів в автотранспортній, авіаційній або балістичної галузях.

12. Лопаті вітродвигуна, що містить обшивку або корпус, виготовлена з композиційного матеріалу, армованого скловолокнами по кожному з пп. 1 -9.

13. Посудини високого тиску, виготовлений з композиційного матеріалу, армованого скловолокнами по кожному з пп. 1-9.

14. Продукт автотранспортної, авіаційній або балістичної галузях, виготовлений з композиційного матеріалу, армованого скловолокнами по кожному з пп. 1-9.



 

Схожі патенти:
Винахід відноситься до високоміцних стекловолокнам. Технічний результат винаходу полягає в зниженні температури вироблення скловолокна. Композиція для виготовлення високоміцних скляних волокон, які виробляються методом прямої плавки, включає такі компоненти, мас.%: SiO2 64-75; Al2O3 16-26; MgO 8-11; Li2O+Na2O 0,25-3; CaO не більше 2. Скло має температуру ліквідусу менш 26500F і міцність 688-737 kpsi. 2 н. і 11 з.п.ф-ли, 9 табл.
Винахід відноситься до стекловолокнам, призначених, зокрема, для отримання композитних матеріалів з органічної та/або неорганічної матрицею, до складу яких входять такі компоненти в певних нижче межах, виражених у вагових відсотках: SiO2 57-65%, Аl2О3 15-23%, SiO2+Al2O3>79%, СаО 1-10%, MgO 6-12%, Li2O 1-3%, переважно 1-2%, BaO+SrO 0-3%, В2О3 0-3%, TiO2 0-3%, Na2O+K2O<2%, F2 0-1%, Fe2O3<1%. Ці волокна утворені з скла, пропонує чудовий компроміс між механічними властивостями, вираженими питомим модулем Юнга, та умовами плавлення і формування волокон. Технічним результатом винаходу є підвищення питомої модуля Юнга. 4 н. і 8 з.п. ф-ли, 1 табл.

Склопряжі, придатні для армування органічних та/або неорганічних матеріалів

Винахід відноситься до стеклопряже, придатної для армування органічних та/або неорганічних матеріалів, а також до композитів, що включає структури у вигляді мату, сітки або тканини, виготовлені з цієї пряжі

Композиції неорганічного волокна

Винахід відноситься до композицій неорганічних волокон

Модифікація лужноземельних силікатних волокон

Винахід відноситься до щелочноземельним силікатною волокнам
Винахід відноситься до упрочняющему скловолокну
Винахід відноситься до упрочняющему скловолокну, містить наступні компоненти в таких межах, виражених у мас.%: SiO262-63, Al2O310-16, CaO 6-23, MgO 1-3, Na2O+K2O+Li2O 0-2, TiO20-1, B2O30,1 - 1,8, Li2O 0-0,5, ZnO 0-0,5, MnO 0-1, F 0-0,5

Стійке до впливу високих температур склоподібне неорганічне волокно

Винахід відноситься до скловолокну, яке використовується при виготовленні тепло - або звукоізоляційного матеріалу
Up!