СТЕКЛО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛОВОЛОКНА И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ КРЕМНЕЗЕМНОЕ ВОЛОКНО НА ЕГО ОСНОВЕ

СТЕКЛО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛОВОЛОКНА И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ КРЕМНЕЗЕМНОЕ ВОЛОКНО НА ЕГО ОСНОВЕ


RU (11) 2165393 (13) C1

(51) 7 C03C13/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2000126661/03 
(22) Дата подачи заявки: 2000.10.25 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.10.25 
(43) Дата публикации заявки: 2001.04.20 
(45) Опубликовано: 2001.04.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: WO 98/51631 A1, 19.11.1998. SU 713532 A, 30.01.1980. WO 97/08110 A1, 06.03.1997. WO 96/24559 A1, 15.08.1996. DE 4311180 C1, 12.01.1995. 
(71) Заявитель(и): Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Стеклопластик" 
(72) Автор(ы): Журба Э.Н.; Лавринович И.А.; Трофимов А.Н.; Шумский В.И. 
(73) Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Стеклопластик" 
Адрес для переписки: 141551, Московская обл., Солнечногорский р-н, пос. Андреевка, ОАО "НПО Стеклопластик", патентный отдел 

(54) СТЕКЛО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛОВОЛОКНА И ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ КРЕМНЕЗЕМНОЕ ВОЛОКНО НА ЕГО ОСНОВЕ 

Изобретение относится к составу стекла для производства стекловолокна и высокотемпературному кремнеземному волокну на его основе, предназначенному для изготовления ваты, тканей, нитей, матов и т.п., используемых в качестве высокотемпературной теплоизоляции. Технический результат изобретения состоит в получении стекловолокна и высокотемпературного кремнеземного волокна на его основе с более низким коэффициентом вариации прочности элементарных волокон. Стекло для стекловолокна имеет следующий состав (мас.%): Аl2O3 2,5 -3,5; Na2O 20-25; CoO 0,01-1,0; SO3 0,01-1,0; SiO2 - остальное, а также по крайней мере один оксид из группы: CaO, MgO, TiO2, Fe2O3 ZrO2 в следующих количествах (мас. %): СаО 0,01-0,5; MgO 0,01-0,5; TiO2 0,01 -0,1; Fе2O3 0,01-0,5; ZrO2 0,01-0,5. Высокотемпературное кремнеземное волокно содержит, мас. %: SiO2 94-96; Аl2O3 3-4; Na2O 0,01-1,0; СоO 0,01-1,0; SO3 0,01-1,0, а также по крайней мере один оксид из группы CaO, MgO, TiO2, Fе2O3, ZrO2 в следующих количествах (мас. %): CaO 0,01-0,5; MgO 0,01-0,5; TiO2 0,01-0,1; Fе2O3 0,01-0,5; ZrO2 0,01-0,5. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 3 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к составам стекол для производства стекловолокна и высокотемпературным кремнеземным волокнам на его основе, получаемым методом выщелачивания. Из кремнеземных волокон изготавливают вату, ткани, нити, ленты, маты и др., используемые в качестве высокотемпературостойкой (1000oC) теплоизоляции в различных областях техники, кислото-, влаго-, термостойких наполнителей композиционных материалов, высокоэффективных фильтров для тонкой очистки расплавов черных и цветных металлов, носителей катализаторов для химической, пищевой промышленности и для дожига отходящих газов, материалов для изготовления пожарной одежды и спасательных устройств и т.д.

Известны различные составы стекол, используемые для получения высотемпературных кремнеземных волокон. К ним относятся простые натрийсиликатные стекла с различным соотношением SiO2 : Na2O, а также сложные, такие как бесщелочное алюмоборосиликатное, алюмотитанофосфатное, алюможелезосодержащее и др. (Стеклянные волокна. Под ред. М.С.Аслановой, М. Химия, 1979, с.203).

Недостатком простых натрийсиликатных стекол является их высокая химическая неустойчивость к воздействию ссужающей среды, что требует применения специальных замасливателей с защитными свойствами и ухудшает процесс текстильной переработки волокна и, как следствие, качество получаемых кремнеземных материалов.

При выщелачивании волокон из многокомпонентных стекол в раствор переходит более 50% оксидов, входящих в состав стекла, в результате чего волокна имеют непрочный кремнекислородный каркас и низкие прочностные характеристики, что в конечном итоге также сказывается на технических характеристиках получаемых материалов. Кроме того, большое количество компонентов, таких как Al2O3, MgO, CaO и др., выбрасываются вместе с отработанными растворами в сточные воды.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является состав стекла по заявке WO 98/51631 кл C 03 C 25/00, 13/00, 25/06 1998 г. , включающий (мас.%) SiO2 - 70 - 75; Al2O3 - 1-5; Na2O и/или K2O - 15-25.

Недостатком этого состава является нестабильность процесса выработки волокна, повышенная капиллярная обрывность, связанная с достаточно высоким поверхностным натяжением расплава стекла, что увеличивает расход стеклошариков и снижает производительность процесса.

На основе этого состава стекла после выщелачивания получают кремнеземное волокно следующего состава (мас.%): SiO2 - 85-99, Al2O3 - 1-5, Na2O и/или K2O - 0-10, CaO - 0-3, MgO - 0-2, B2O3 - 0-2, TiO2 - 0-1, Fe2O3 - 0-1, ZrO2 - 0-1, BaO, PbO, ZnO, Cr2O3, F - 0-0,5.

Недостатком указанных кремнеземных материалов является их неоднородность по прочностным характеристикам, обусловленная нестабильностью выработки исходного волокна.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке состава стекла, позволяющего осуществлять стабильный процесс выработки непрерывного и штапельного волокна, обеспечивающего повышение КПВ (коэффициента полезного времени), т.е. производительности стеклоплавильного сосуда.

Технический результат от использования изобретения состоит в получении кремнеземного волокна с более низким коэффициентом вариации прочности элементарных волокон, что дает возможность стабилизировать прочностные характеристики кремнеземных материалов в целом, особенно при их эксплуатации в области высоких температур.

Этот результат достигается тем, что стекло для стекловолокна, включающее SiO2, Al2O3, Na2O, дополнительно содержит CoO и SO3 при следующем соотношении компонентов, (мас.%);

Al2O3 - 2,5-3,5

Na2O - 20-25

CoO - 0,01-1,0

SO3 - 0,01-1,0

SiO2 - остальное

Стекло может содержать по крайней мере один оксид из группы CaO, MgO, ZrO2, TiO2, Fe2O3 в следующих количествах (мас.%):

CaO - 0,01-0,5

MgO - 0,01-0,5

TiO2 - 0,01-0,1

Fe2O3 - 0,01-0,5

ZrO2 - 0,01-0,5

Технический результат достигается также тем, что высокотемпературное кремнеземное волокно, включающее SiO2 и Al2O3, дополнительно содержит CoO и SO3 при следующем соотношении компонентов (мас.%):

SiO2 - 94-96

Al2O3 - 3-4

Na2O - 0,01-1,0

CoO - 0,01-1,0

SO3 - 0,01-1,0

Кремнеземное волокно может также содержать по крайней мере один оксид из группы CaO, MgO, TiO2, Fe2O3, ZrO2 в следующих количествах, (мас.%):

CaO - 0,01-0,5

MgO - 0,01-0,5

TiO2 - 0,01-0,1

Fe2O3 - 0,01-0,5

ZrO2 - 0,01-0,5

Пример 1 осуществления изобретения.

Для получения непрерывного стеклянного волокна предлагаемого состава готовят шихту, содержащую (мас.%): SiO2 - 72,39; Al2O3 - 2,5; Na2O - 25; CoO - 0,01; SO3 - 0,1. Шихту загружают в электропечь и плавят при температуре 1480 10oC. Из расплавленной стекломассы формуют непрерывное стеклянное волокно диаметром 6-9 мкм при температуре 126050oC на 400-фильерных стеклоформующих агрегатах. Полученное волокно характеризуется прочностью 1030 МПа и поверхностным натяжением 0,318 Н/м.

Выщелачивание волокна осуществляют горячим раствором серной кислоты концентрацией 2N (~10%) при температуре 98 2oC. Время контакта волокна с рабочим раствором кислоты 60 мин. Отмывку выщелоченного волокна от кислоты, продуктов реакции и замасливателя осуществляют водопроводной водой до pH 3-5. Окончательную отмывку волокна осуществляют обессоленной водой с одновременным его обезвоживанием.

Приготовление составов стекол, выработку и выщелачивание волокна по примерам 2, 3 осуществляют аналогично примеру 1. В табл. 1, 2 приведены составы стекол, свойства расплава, характеристики процесса выработки, свойства стеклянного и кремнеземного волокна.

В табл.3 представлены прочностные характеристики кремнеземных материалов после выдержки их при температуре эксплуатации (1000o).

Приведенные в табл. 2, 3 данные подтверждают, что введение оксидов кобальта и серы в состав стекла позволяет повысить однородность стекломассы, снизить ее поверхностное натяжение, уменьшить обрывность волокна при выработке и тем самым повысить и стабилизировать технические характеристики кремнеземных волокон и материалов на их основе. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Стекло для производства стекловолокна, включающее SiO2, Al2O3, Na2O, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит CoO и SO3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al2O3 - 2,5 - 3,5

Na2O - 20 - 25

CoO - 0,01 - 1,0

SO3 - 0,01 - 1,0

SiO2 - Остальное

2. Стекло по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит, по крайней мере, один оксид из группы: CaO, MgO, TiO2, FeO3, ZrO2 в количествах, мас.%:

CaO - 0,01 - 0,5

MgO - 0,01 - 0,5

TiO2 - 0,01 - 0,1

FeO3 - 0,01 - 0,5

ZrO2 - 0,01 - 0,5

3. Высокотемпературное кремнеземное волокно, включающее SiO2, Al2O3, Na2O, отличающееся тем, что оно содержит CoO и SO3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al2O3 - 3 - 4

Na2O - 0,01 - 1,0

CoO - 0,01 - 1,0

SO3 - 0,01 - 1,0

SiO2 - Остальное

4. Высокотемпературное кремнеземное волокно по п.3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит, по крайней мере, один оксид из группы CaO, MgO, TiO2, FeO3, ZrO2 в следующем количестве, мас.%:

CaO - 0,01 - 0,5

MgO - 0,01 - 0,5

TiO2 - 0,01 - 0,1

FeO3 - 0,01 - 0,5

ZrO2 - 0,01 - 0,5в