SA3368B1

Method of manufacturing high strength glass fibers in a direct melt operation and products formed there from

Abstract

Abstract: A method for forming high strength glass fibers in a glass melter that is largely free of platinum or other noble metal materials, the products from which they are made and the batch compositions suitable for use in the method are shown. One of the glass compositions includes glass composition for use in the present invention, 50-75 wt.% SiO2, 13-30 wt.% Al2O3, 5-20 wt.% MgO, 0-10 wt.% CaO, 0 to 5 wt.% R2O where R2O is the sum of Li2O, Na2O and K2O, and have a higher sintering temperature, eg 1316-1593°C (2400-2900°F) and/or a liquefaction temperature which is as little as 25°C (45°F) below the sintering temperature. . Other glass compositions for use in the method of the present invention are about 64-75 weight percent SiO2, 16-24 weight percent Al2O3, 8-12 weight percent MgO, and 0.25-3 weight percent R2O, where R2O is the sum of Li2O , Na2O and K2O, and have a fiberizing temperature of less than 1454 °C (2650 °F), and a ΔT of at least 45 °C (80 °F). A forehearth is provided for transferring molten glass from the glass melting device to the forming position. By using furnaces and/or front stoves largely free of platinum or other noble metals, the cost of producing fiberglass is significantly reduced compared to the cost of fibers produced using a melting furnace with noble metals. High strength composite materials including high strength fiberglass are also demonstrated. shape 1

SA3368B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 2

Term

No projected expiry on record.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Published
  4. Today

15 claims: 15 independent, 0 dependent

  1. 1
    عملية process لإنتاج الألياف الزجاجية glass fibers من دفعة زجاج خام raw glass batch فى جهاز صهر زجاجى مبطن بمادة مقاومة للصهر refractory-lined glass melter ، تشتمل العملية على الخطوات التالية:شحن دفعة زجاج خام charging raw glass batch إلى منطقة الصهر melting zone بجهاز الصهر الزجاجى المبطن بمادة مقاومة للصهر refractory-lined glass melter ، تشتمل دفعة الزجاج glass batch على: 64-75 وزن فى المائة SiO2؛ 16-24 وزن فى المائة Al2O3؛ 8-12 وزن فى المائة MgO؛ صفر-2 وزن فى المائة CaO؛ و 1.75-3 وزن فى المائة R2O، حيث R2O تساوى مجموع Li2O, Na2O، و K2O؛ تسخين heating دفعة الزجاج glass batch إلى درجة حرارة تشكيل forming temperature تتجاوز درجة حرارة الإسالة للزجاج liquidus temperature الناتج لتكوين زجاج منصهر قابل للتلييف fiberizable molten ؛ و تلييف fiberizing الزجاج المنصهر المذكور ، حيث يكون للألياف الزجاجية glass fibers المذكورة درجة حرارة تلييف fiberizing temperature أقل من حوالى 1454 درجة مئوية (حوالى 2650 درجة فهرنهيت) وقوة مقاسة حوالى 688-737 عقدة لكل بوصة مربعة. (حوالى 4744-5082 ميجا باسكال). 1.The process of producing glass fibers from a raw glass batch in a refractory-lined glass melter. The process includes the following steps: Charging a raw glass batch to the melting zone of the glass melting device. Lined with a refractory-lined glass melter, the glass batch includes: 64-75 wt percent SiO2;16-24 weight percent Al2O3;8-12 weight percent MgO;0-2 weight percent CaO;and 1.75-3 weight percent R2O, where R2O equals the sum of Li2O, Na2O, and K2O;heating the glass batch to a forming temperature that exceeds the resulting liquidus temperature to form fiberizable molten glass;And the aforementioned molten glass fiberizing, where the aforementioned glass fibers have a fiberizing temperature of less than about 1454 degrees Celsius (about 2650 degrees Fahrenheit) and a measured strength of about 688-737 knots per square inch. (about 4744-5082 MPa).
  2. 2
    The process according to item 1, where the glass batch includes:less than 5 weight percent of the total compounds selected from the group consisting of P2O3, ZnO, ZrO2, SrO, BaO, SO3, F2, B2O3, TiO2 and Fe2O3, CeO2 and BeO2. 2. العملية process وفقاً لعنصر 1، حيث تشتمل دفعة الزجاج glass batch على: أقل من 5 وزن فى المائة من إجمالى المركبات المختارة من المجموعة التى تتكون من P2O3, ZnO, ZrO2, SrO, BaO, SO3, F2, B2O3, TiO2 و Fe2O3, CeO2 و BeO2.
  3. 3
    The process according to item 1, where the glass produced from the said batch has a ΔT of at least 27 °C (80 °F). 3. العملية process وفقاً لعنصر 1، حيث يكون للزجاج المنتج glass produced من الدفعة المذكورة ΔT حوالى 27 درجة مئوية على الأقل (80 درجة فهرنهيت).
  4. 4
    The process according to item 1, where the glass produced from the said batch has a ΔT of at least 49°C (120°F). 4. العملية process وفقاً لعنصر 1، حيث يكون للزجاج المنتج glass produced من الدفعة المذكورة ΔT حوالى 49 درجة مئوية على الأقل (120 درجة فهرنهيت).
  5. 5
    The process according to item 1, where the glass produced from the mentioned batch has a ΔT of at least 60°C (140°F). 5. العملية process وفقاً لعنصر 1، حيث يكون للزجاج المنتج glass produced من الدفعة المذكورة ΔT حوالى 60 درجة مئوية عل الأقل (140 درجة فهرنهيت).
  6. 6
    The process according to Clause 1, wherein the glass melter is lined with an oxide-based refractory material. 6. العملية process وفقاً لعنصر 1، حيث يكون جهاز الصهر الزجاجى glass melter مبطن بمادة مقاومة للصهر تعتمد على الأكسيد oxide-based refractory material.
  7. 7
    The process according to item 1, where the glass melter is lined with a refractory material selected from the group consisting of alumina, silica, chromic oxide, alumina-silica, zircon, zirconia-alumina. - Zirconia-alumina-silica and combinations thereof. 7. العملية process وفقاً لعنصر 1، حيث يكون جهاز الصهر الزجاجى glass melter مبطن بمادة مقاومة للصهر refractory material مختارة من المجموعة التى تتكون من ألومينا alumina ، سيليكا silica ، أكسيد كروميك chromic oxide ، ألومينا- سيليكا alumina-silica ، زركون zircon,، زركونيا- ألومينا- سيليكا zirconia-alumina-silica وتوليفات منهم.
  8. 8
    The process according to Clause 1, where the glass produced from the batch is fiberized at a forming temperature less than about 1427°C (2600°F). 8. العملية process وفقاً لعنصر 1، حيث يتم تلييف fiberized الزجاج المنتج glass produced من الدفعة عند درجة حرارة تشكيل forming temperature أقل من حوالى 1427 درجة مئوية (2600 درجة فهرنهيت).
  9. 9
    عملية process لإنتاج زجاج من مادة تشكيل زجاج خام raw glass-forming material فى جهاز صهر زجاجى مبطن بمادة مقاومة للصهر refractory-lined glass melter ، يحتوى جهاز الصهر الزجاجى glass melter على سقف، قاعدة وجدران جانبية، تحديد قناة مستطيلة تحتوى على منطقة صهر a melting zone ومنطقة تكرير سفليةdownstream refining zone ، تشتمل العملية على الخطوات التالية:شحن دفعة زجاج خام charging raw glass batch إلى منطقة الصهر melting zone بجهاز الصهر الزجاجى المبطن بمادة مقاومة للصهر refractory-lined glass melter ، تشتمل دفعة الزجاج glass batch على: 68-69 وزن فى المائة SiO2؛ 20-22 وزن فى المائة Al2O3؛ 9-10 وزن فى المائة MgO؛ و 1-3 وزن فى المائة Li2O. توفير موقد واحد burner على الأقل فى سقف جهاز الصهر الزجاجى glass melter ؛ وصهر دفعة الزجاج melting the glass batch لتكوين زجاج منصهر قابل للتلييف fiberizable molten glass. 9.The process of producing glass from raw glass-forming material in a glass melting device lined with a refractory-lined glass melter. The glass melting device contains a roof, base and side walls, defining a rectangular channel containing a melting area. zone and a downstream refining zone, the process includes the following steps: Shipping a raw glass batch to the melting zone of a refractory-lined glass melter. The glass batch contains: 68-69 wt percent SiO2;20-22 weight percent Al2O3;9-10 weight percent MgO;And 1-3 weight percent Li2O. Provide at least one burner in the roof of the glass melter;Melting the glass batch to form fiberizable molten glass.
  10. 10
    ليف زجاجى glass fiber منتج من دفعة زجاج خام raw glass batch فى جهاز صهر زجاجى مبطن بمادة مقاومة للصهر refractory-lined glass melter فى عملية تشتمل على الخطوات التالية:شحن دفعة زجاج خام charging raw glass batch إلى منطقة الصهر melting zone بجهاز الصهر الزجاجى المبطن بمادة مقاومة للصهر refractory-lined glass melter ، تشتمل دفعة الزجاج على: 64-75 وزن فى المائة SiO2؛ 16-24 وزن فى المائة Al2O3؛ 8-12 وزن فى المائة MgO؛ صفر-2 وزن فى المائة CaO؛ و 1.75-3 وزن فى المائة R2O، حيث R2O تساوى مجموع Li2O, Na2O و K2O؛ تسخين دفعة الزجاج heating the glass batch إلى درجة حرارة تشكيل forming temperature تجاوز درجة حرارة الإسالة للزجاج الناتج liquidus temperature of a resulting glass لتكوين زجاج منصهر قابل للتلييفfiberizable ؛ و تلييف الزجاج المنصهر المذكور fiberizing said molten. 10.Glass fiber produced from a raw glass batch in a refractory-lined glass melter in a process that includes the following steps: Charging a raw glass batch to the melting zone of the refractory-lined glass melter Refractory-lined glass melter, glass batch includes: 64-75 wt percent SiO2;16-24 weight percent Al2O3;8-12 weight percent MgO;0-2 weight percent CaO;and 1.75-3 weight percent R2O, where R2O equals the sum of Li2O, Na2O and K2O;heating the glass batch to a forming temperature exceeding the liquidus temperature of a resulting glass to form fibreizable molten glass;And fiberizing said molten.
  11. 11
    Glass fibers with an element of 10, where glass fibers have a measured modulus of 88.63-89.36 GPa (12.71-12.96 MPsi). 11. الألياف الزجاجية glass fibers بعنصر 10، حيث يكون للألياف الزجاجية glass fibers معامل مقاس measured modulus 88.63-89.36 GPa (12.71-12.96 MPsi).
  12. 12
    The process for manufacturing a high strength composite article includes the following steps:forming fibers from a glass batch composition;Contains: 64-75 weight percent SiO2;16-24 weight percent Al2O3;8-12 weight percent MgO;0-2 weight percent CaO;And 1.75-3 weight percent Li2O is the union of fibers with matrix material;shaping an article;And curing matrix material. 12. عملية process لتصنيع مادة مركبة عالية القوة high strength composite article تشتمل على الخطوات التالية: تشكيل الألياف forming fibers من تركيبة دفعة زجاج glass batch composition ؛ تشتمل على: 64-75 وزن فى المائة SiO2؛ 16-24 وزن فى المائة Al2O3؛ 8-12 وزن فى المائة MgO؛ صفر-2 وزن فى المائة CaO؛ و 1.75-3 وزن فى المائة Li2O اتحاد الألياف fibers مع مادة مصفوفة matrix material ؛ تشكيل مادة shaping an article؛ و معالجة curing مادة المصفوفة matrix material.
  13. 13
    The process according to item 12, where the aforementioned fibers are treated to form a glass structure selected from the group that consists of a chopped rope used as a wet strand, a dry use chopped rope as a chopped strand, a mat of continuous filament mats, a mat of chopped ropes. strand mat, wet formed mat and air laid mat. 13. العملية process وفقاً لعنصر 12، حيث يتم معالجة الألياف fibers المذكورة لتكوين هيكل زجاجى مختار من المجموعة التى تتكون من حبل مقطع يستخدم رطب chopped strand ، حبل مقطع يستخدم جاف dry use chopped strand ، حصيرة من خيوط متصلة continuous filament mat ، حصيرة من حبال مقطعة chopped strand mat ، حصيرة مشكلة رطبة wet formed mat وحصير تنظم الهواء air laid mat.
  14. 14
    العملية process وفقاً لعنصر 12، حيث يتم اختيار القالب matrix من المجموعة التى تتكون من راتنج بوليستر polyester resin ، راتنج فينولى- إيستر فينيل vinyl ester -phenolic resin ، راتنج إيستر فينيل vinyl ester resin وراتنج إيبوكسى epoxy resin ، ثنائى ماليميد bismaleimide,، بولى- آميد poly- amide, ، فينيل إيستر فينولى vinyl ester phenolic ، إيثيلين- آكريلات ethylene-acrylate أو بوليمرات مشتركة ميثاكريلات methacrylate copolymers ، إيثيلين- ميثيل آكريلات متشابك cross-linked ethylene- methyl acrylate,، بوليمر مشترك ميثيل ميثاكريلات وآيونومر , methyl methacrylate copolymer and ionomer ، بولى كربونات polycarbonate,، بولى يوريثان polyurethane,، نايلون nylon أو آراميد aramid,، إيبوكسيات معدلة modified epoxies. 14.The process is according to element 12, where the matrix is chosen from the group consisting of polyester resin, vinyl ester -phenolic resin, vinyl ester resin, epoxy resin, bismaleimide, poly- polyamide, , vinyl ester phenolic, ethylene-acrylate or methacrylate copolymers, cross-linked ethylene- methyl acrylate, methyl methacrylate copolymer and ionomer, polycarbonate ,, polyurethane,, nylon or aramid,, modified epoxies.
  15. 15
    process according to Item 1 or glass fiber according to Item 10, wherein the glass batch comprises:64-70 wt % SiO2;17-22 weight percent AI2O3;9-12 weight percent MgO;0-2 weight percent CaO;And 1.75-3 weight percent R2O, where R2O is equal to the sum of Li2O, Na2O and K2O. 15. العملية process وفقاً لعنصر 1 أو الألياف الزجاجية glass fiber وفقاً لعنصر 10، حيث تشتمل دفعة الزجاج glass batch على: 64-70 وزن فى المائة SiO2؛ 17-22 وزن فى المائة AI2O3؛ 9-12 وزن فى المائة MgO؛ صفر-2 وزن فى المائة CaO؛ و 1.75-3 وزن فى المائة R2O، حيث R2O تساوى مجموع Li2O, Na2O و K2O.
Independent claims15