BR112020020518A2 - Fibra de vidro e método de fabricar a mesma - Google Patents

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Aya Nakamura
Hidetoshi Fukuchi
Masanori Shojiya
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Abstract

a presente invenção refere-se a uma fibra de vidro, de acordo com a presente invenção, é adequada para prevenir a ruptura de filamento e adequada para ser estavelmente produzida por um longo prazo, e tem um valor de ¿-oh de 0,02 mm-1 ou mais e menos que 0,55 mm-1. o conteúdo preferido de so3 é mais que 0 ppm e 70 ppm ou menos em uma base de massa. a fibra de vidro é de preferência substancialmente livre de as e sb. so3 pode ser suprido em uma matéria prima de vidro como, por exemplo, um sal de ácido sulfúrico de um metal alcalino ou um metal alcalino-terroso.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FIBRA DE VIDRO E MÉTODO DE FABRICAR A MESMA".
CAMPO TÉCNICO
[0001] A presente invenção se refere a uma fibra de vidro. A fibra de vidro de acordo com a presente invenção pode ser obtida por um método de produção que inclui as etapas de: fazer uma fusão de vidro a partir de uma matéria prima de vidro; e formar uma fibra de vidro a partir da fusão de vidro.
ANTECEDENTES DA TÉCNICA
[0002] Uma fibra de vidro é formada a partir de uma fusão de vidro usando um equipamento de formação chamado uma bucha. Uma bucha tem vários bocais (que são também chamados pontas) em sua parte inferior, e pelo menos uma parte da bucha, a parte que tem contato com um vidro fundido, é formada de um metal nobre tal como platina ou liga de platina. O vidro fundido é descarregado na forma de vários filamentos através da bucha para fora de um forno de fusão. Um agente de colagem é aplicado aos filamentos, que são agrupados em um cordão ou vários cordões e enrolados.
[0003] A ruptura acidental de um filamento impede a produção estável de uma fibra de vidro. Por exemplo, uma matéria estranha, tal como um material desvitrificado em um vidro fundido, e a mudança em um menisco que um vidro fundido descarregado do bocal forma perto do bocal, são conhecidas por estarem envolvidos na ruptura do filamento. No entanto, a causa da ruptura do filamento ainda não foi completamente descrita. Como não é realista impedir completamente a ruptura do filamento incidental, técnicas de produção baseadas na suposição de ruptura de filamento também foram propostas. Um exemplo disto é a técnica (Literatura de Patente 1) de detectar prontamente a ruptura de filamento por processamento de imagem.
[0004] No campo técnico de fibras de vidro, bolhas foram tratadas como um fator na formação de uma fibra oca. Bolhas de pequeno diâmetro que permanecem em um vidro fundido são esticadas na direção de descarga do vidro fundido e são deixadas no estado esticado na fibra de vidro resultante para diminuir a resistência e outras propriedades da fibra de vidro.
[0005] A Literatura de Patente 2 descreve uma fibra de vidro em que o conteúdo de SO3 é 50 ppm ou menos em uma base de massa para impedir a formação de uma fibra oca. SO3 na fibra de vidro é derivado de um sal de ácido sulfúrico intencionalmente adicionado como um agente de aprimoramento para uma matéria prima de vidro ou incluído em uma pequena quantidade como impurezas. A Literatura de Patente 2 aponta que um conteúdo de SO3 muito alto aumenta o número de bolhas restantes em um vidro fundido e serve como um fator na formação de uma fibra oca.
[0006] A Literatura de Patente 2 também descreve que o valor de -OH deve ser controlado em 0,55 a 0,65 mm-1. O valor de -OH é uma medida do conteúdo de água no vidro. Na Literatura de Patente 2, a viscosidade do vidro fundido é diminuída mantendo o valor de -OH em 0,55 mm-1 ou mais, o que promova o aprimoramento do vidro fundido e impede a formação de uma fibra oca.
LISTA DE CITAÇÃO Literatura de Patente
[0007] Literatura de Patente 1: JP 2017-105657 A
[0008] Literatura de Patente 2: JP 2011-68549 A
SUMÁRIO DA INVENÇÃO Problema Técnico
[0009] A ocorrência de ruptura de filamento precisa ser impedida tanto quanto possível a fim de obter uma produção estável de fibra de vidro. A presente invenção visa fornecer uma fibra de vidro adequada para ser estavelmente produzida sem ruptura de filamento. Solução para o Problema
[0010] Como resultado de estudos intensivos, os presentes inventores verificaram que controlar o valor de -OH em certa faixa pode resultar em uma diminuição na frequência de ruptura de filamento.
[0011] A presente invenção fornece uma fibra de vidro tendo um valor de -OH de 0,3 mm-1 ou mais e menos que 0,55 mm-1. Efeitos Vantajosos da Invenção
[0012] A fibra de vidro de acordo com a presente invenção é adequada para ser produzida em massa, por uma operação contínua de longo prazo.
DESCRIÇÃO DE MODALIDADES
[0013] Daqui em diante, a presente invenção será descrita em detalhe. A descrição seguinte não é destinada a limitar a presente invenção a modalidades específicas. O sinal "%" usado posteriormente no presente documento para indicar os conteúdos de vários componentes de vidro se refere a "% de massa" e "PPM" usado no presente documento se refere ais conteúdos de vários componentes com base na massa. Ser "substancialmente livre de" um componente significa que o conteúdo do componente é menos que 0,1% da massa, de preferência menos que 0,08% de massa, e mais preferivelmente menos que 0,05% de massa. [-OH]
[0014] Um estudo pelos presentes inventores descreveu que a geração de gás oxigênio pela troca de calor de um vidro fundido em contato com uma bucha é uma das causas de ruptura de filamento. Um grupo OH em um vidro fundido é reduzido por contato com um metal nobre, tal como platina, que forma uma bucha, e assim o gás hidrogênio (H2) é gerado. Desde que o gás hidrogênio pode passar através da barreira de um metal nobre, uma parte do gás hidrogênio gerado é emitida para fora do forno. Consequentemente, o gás oxigênio (O2) é gerado a partir de átomos de oxigênio excessivos que permanecem no vidro fundido. Isto resulta na formação de novas bolhas no vidro fundido ou crescimento de bolhas muito pequenas, por exemplo, de SO2 contidas no vidro fundido.
[0015] Na Literatura de Patente 2, o valor de -OH é ajustado para 0,55 mm-1 ou mais para diminuir a viscosidade do vidro fundido para o propósito de remover tais bolhas muito pequenas e assim reduzir a formação de uma fibra oca. Em vista de reduzir a troca de calor, no entanto, é apropriado limitar o valor de -OH que é uma medida do conteúdo de água no vidro, para um nível inferior. O valor de -OH da fibra de vidro, de acordo com a presente invenção, é exigido ser ajustado especificamente para menos que 0,55 mm-1. Um valor preferido de -OH é 0,53 mm-1 ou menos, mesmo menos que 0,5 mm-1, ou particularmente menos que 0,48 mm-1.
[0016] Um valor de -OH muito baixo algumas vezes torna difícil refinar um vidro fundido. Portanto, um valor de -OH preferido é 0,1 mm-1 ou mais, 0,3 mm-1 ou mais, mesmo 0,35 mm-1 ou mais, ou particularmente 0,4 mm-1 ou mais.
[0017] O valor de -OH pode ser controlado ajustando, por exemplo, o conteúdo de água em uma matéria prima de vidro e conteúdo de água na atmosfera de um forno onde a matéria prima de vidro é derretida. O valor de -OH de uma fibra de vidro obtida pela aplicação de condições de produção comum está além da faixa preferida acima. Portanto, é recomendado diminuir o valor de -OH, por exemplo, (i) selecionando uma matéria prima de vidro tendo um baixo conteúdo de umidade, (ii) realizando um tratamento preliminar para secar a matéria prima de vidro, e (iii) soprando um gás inerte tal como gás nitrogênio em um vidro fundido.
[0018] [SO3]
[0019] SO3 na fibra de vidro é derivado de um sal de ácido sulfúrico em uma matéria prima ou um componente de enxofre em combustível usado para a fusão. O sal de ácido sulfúrico é um agente de aprimoramento para gerar bolhas de SO2 em um vidro fundido. Como é convencionalmente conhecido, bolhas de SO2 propriamente ditas podem ser um fator na formação de uma fibra oca; mas bolhas de SO2 são improváveis de ser a única casa direta de ruptura de filamento. De fato, experiências dos presentes inventores indicam que um filamento tendo uma composição de vidro em que o conteúdo de SO3 é relativamente baixo pode ser mais frequentemente rompido que um filamento tendo uma composição de vidro em que o conteúdo de SO3 é relativamente alto.
[0020] No entanto, bolhas de SO2 incluídas no vidro fundido afetam a probabilidade de ocorrência de ruptura de filamento. Portanto, o conteúdo de SO3 que permanece na fibra de vidro é de preferência 75 ppm ou menos, mais preferivelmente 70 ppm ou menos, e particularmente de preferência 68 ppm ou menos. A fim de obter o efeito de aprimoramento do sal de ácido sulfúrico, o conteúdo de SO3 é de preferência determinado em mais que 0 ppm. É mais preferível que o conteúdo de SO3 ser 5 ppm ou mais, 20 ppm ou mais, mesmo 25 ppm ou mais, ou particularmente 30 ppm ou mais. O conteúdo de SO3 pode ser mais que 50 ppm, por exemplo, 55 ppm ou mais ou mesmo 60 ppm ou mais. [As e Sb]
[0021] O uso de óxidos de As e Sb que são agentes de aprimoramento de alto impacto ambiental é desejavelmente evitado na produção de fibra de vidro, como em produção de outros produtos de vidro. Em uma modalidade preferida da presente invenção, a fibra de vidro é substancialmente livre de As e Sb. Neste caso é preferido que o conteúdo de SO3 na fibra de vidro seja mais que 0 ppm, por exemplo, mais que 0 ppm e 75 ppm ou menos, ou mais especificamente 20 a 75 ppm, a fim de obter o efeito de aprimoramento de sal de ácido sulfúrico.
[0022] Diâmetro de Fibra de Vidro
[0023] A fibra de vidro, de acordo com a presente invenção, pode ter um diâmetro de 15 m ou menos, mesmo 10 m ou menos, ou particularmente 5 m ou menos. A presente invenção é particularmente aplicada adequadamente em uma fibra de vidro tendo tal diâmetro pequeno que é relativamente difícil de produzir de modo estável e contínuo a fibra de vidro. Quando a fibra de vidra tem um diâmetro menor, o uso de um feixe de várias fibras de vidro como um cordão, incluído uma corda reforçada por borracha torna o cordão relativamente flexível e capaz de se curvar. Consequentemente, a fibra de vidro tendo um diâmetro menor pode melhorar a resistência de flexão da corda. Além do mais, a corda pode ter uma área de seção transversal reduzida comparada a uma corda tendo a mesma resistência. O limite inferior do diâmetro da fibra de vidro é, por exemplo, mas não particularmente limitado a 2 m, ou pode ser 3 m. deve ser notado que a fibra de vidra de acordo com a presente invenção é aplicável a uma fibra de vidro tendo um diâmetro de fibra tão grande quanto mais que 15 m ou mesmo 20 m ou mais.
[0024] Uma variação em diâmetro da fibra de vidro de acordo com a presente invenção pode ser 3 m ou menos ou mesmo 2 m ou menos. A presente invenção é também adequada para reduzir a variação em diâmetro da fibra de vidro. Uma fibra de vidro tendo um diâmetro bastante variado e não constante provavelmente deve ser estirado devido a seu formato externo ondulado, resultando em uma diminuição em resistência de curvatura. Portanto, a variação em diâmetro da fibra de vidro é desejavelmente pequena. No presente documento, o diâmetro da fibra de vidro é medido em 50 pontos, e uma diferença (expressa com +) entre o valor médio simples e maior dos valores resultantes e uma diferença (expressa com -) entre a média simples e o valor menor dos valores resultantes são determinados como a variação em diâmetro da fibra de vidro. O diâmetro da fibra de vidro pode ser determinado por média simples como descrito acima. Comprimento de Fibra de Vidro
[0025] O comprimento da fibra de vidro, de acordo com a presente invenção, não é particularmente limitado, e, por exemplo, é 2 m ou mais e de preferência 5 km ou mais no ponto de vista de produtividade. Redondeza de Fibra de Vidro
[0026] A seção transversal da fibra de vidro, de acordo com a presente invenção, por exemplo, é um círculo aproximado, e a redondeza do esmo pode ser 0,7 ou mais. No presente documento, a redondeza é um valor definido como (4S/L2), onde a área de seção transversal da fibra de vidro é S e o comprimento do perímetro da seção transversal da fibra de vidro L. Uma seção transversal tendo uma redondeza de 1 é um círculo perfeito. Especificamente, a redondeza da fibra de vidro pode ser medida usando um microscópio de eletrônico de escaneamento. Para a medição, software de processamento de imagem, por exemplo, Image J por Wayne Rasband é convenientemente usado. [Modalidades Preferidas]
[0027] Controlar o conteúdo de SO3 e o valor de -OH nas faixas preferidas acima permite a obtenção do efeito de aprimoramento do sal de ácido sulfúrico e a produção contínua de fibra de vidro em que a ruptura de filamento da fibra de vidro substancialmente livre de As e Sb é reduzida. Em uma modalidade preferida da presente invenção, o conteúdo de SO3 é mais que 0 ppm e 75 ppm ou menos ou particularmente 20 a 75 ppm, e o valor de -OH é 0,1 mm-1 ou mais e menos que 0,55 mm-1 ou particularmente 0,3 mm-1 ou mais, e menos que 0,55 mm-1. Em outra modalidade, a presente invenção inclui uma fibra de vidro em que o conteúdo de SO3 é mais que 75ppm e 100 ppm ou menos, ou particularmente mais que 75 ppm e 85 ppm ou menos e o valor de -OH é 0,1 mm-1 ou mais e menos que 0,3 mm-1. Nestas modalidades, a fibra de vidro pode ser substancialmente livre de As e Sb. Nestas modalidades, a fibra de vidro pode ter um diâmetro de 15 m ou menos. [Composição de Vidro]
[0028] A fibra de vidro de acordo com a presente invenção, por exemplo, tem a seguinte composição de vidro A. a composição de vidro pode conter um componente diferente do seguinte. Exemplos do componente diferente dos seguintes incluem SO3. SiO2 45 a 80% Al2O3 0 a 40% B2O30 a 30% MgO0 a 30% CaO 0 a 30% SrO 0 a 30% Li2O 0 a 4,5% Na2O 0 a 5% K2O 0 a 5%
[0029] Um exemplo preferido da composição de vidro A é uma composição de vidro B em que o conteúdo de SiO2 é 45 a 70%, o conteúdo de Al2O3 é 15 a 40%, o conteúdo total em % de massa de MgO, CaO, e SrO é 0 a 30%.
[0030] Em cada uma das composições de vidro A e B, o conteúdo de SiO2 pode ser 50 a 80%.
[0031] Outro exemplo preferido da composição de vidro A é uma composição de vidro C na qual o conteúdo de SiO2 é 52 a 66%, o conteúdo de Al2O3 é 12 a 26%, o conteúdo de B2O3 é 0 a 4%, o conteúdo de MgO é 5 a 19%, o conteúdo de CaO é 0 a 16%, e o conteúdo de Na2O é 0 a 2%.
[0032] A composição de vidro C pode ser uma composição de vidro D na qual o conteúdo de SiO2 é 55 a 60%, o conteúdo de MgO é 5 a 16%, e o conteúdo total em % de massa de Li2O, Na2O, e K2O é 0 a 2%.
[0033] A composição de vidro C pode ser uma composição de vidro E em que o conteúdo de Al2O3 é 19 a 26%, o conteúdo de B2O3 é 0 a 2%, o conteúdo de MgO é 9 a 19%, o conteúdo de CaO é 0 a 10%, o conteúdo de Li2O é 0 a 0,5%, o conteúdo de Na2O é 0 a 1,5%, e o conteúdo de K2O é 0 a 0,5%.
[0034] Outro exemplo preferido da composição de vidro A é uma composição de vidro F na qual o conteúdo de SiO2 é 45 a 78%, o conteúdo de Al2O3 é 0 a 18%, o conteúdo de B2O3 é 14 a 30%, o conteúdo de MgO é 0 a 6%, o conteúdo de CaO é 0 a 8%, e o conteúdo de Na2O é 0 a 5% (de preferência 0 a 1,5%), e o conteúdo de K2O é 0 a 1,5%. O conteúdo de SiO2 pode ser 50 a 80% também na composição de vidro F.
[0035] As composições de vidro A a F podem ser composições de vidro substancialmente livres de um óxido de metal bivalente diferente de MgO e CaO. [Componentes em Composição de Vidro] (Si2O)
[0036] Si2O é um componente que forma uma rede de vidro. O conteúdo de Si2O é colocado na faixa de, por exemplo, 45 a 80%. O conteúdo de Si2O é de preferência 50% ou mais ou 52% ou mais, mais preferivelmente 53% ou mais, e particularmente de preferência 54% ou mais, e, em alguns casos, pode ser 56% ou mais ou 57% ou mais. O conteúdo de Si2O é de preferência 73% ou menos, mais preferivelmente menos que 70%, e particularmente preferível 68% ou menos, e, em alguns casos, pode ser 66% ou menos, mesmo 63% ou menos, ou particularmente 62% ou menos. (Al2O3)
[0037] Al2O3 é um componente que contribui para a manutenção de, por exemplo, a resistência ao calor e resistência à água da fibra de vidro e afeta, por exemplo, a temperatura de desvitrificação e viscosidade. O conteúdo de Al2O3é determinada na faixa de, por exemplo, 0 a 40%. O conteúdo de Al2O3 é de preferência 10% ou mais, mais preferivelmente 12% ou mais, e particularmente de preferência 15% ou mais, e, em alguns casos, pode ser 17% ou mais ou mesmo 19% ou mais. Um conteúdo muito alto de Al2O3 pode aumentar enormemente a temperatura do líquido e causar uma desvantagem para produzir a fibra de vidro. Portanto, o conteúdo de Al2O3, de preferência, é 40% ou menos, mais preferivelmente 26% ou menos, e mesmo mais preferível 25% ou menos, e em alguns casos, pode ser 22% ou menos ou mesmo 20% ou menos. (B2O3)
[0038] B2O3 é um componente opcional que forma uma rede de vidro e que afeta as propriedades, tais como a temperatura de desvitrificação e viscosidade, O conteúdo de B2O3 é determinado na faixa de, por exemplo, 0 a 30%. A adição de uma quantidade menor de B2O3 pode contribuir para uma diminuição em temperatura de desvitrificação. Portanto, B2O3 é de preferência adicionado (conteúdo: mais que 0%), e o conteúdo do mesmo é de preferência 0,1% ou mais e particularmente de preferência 0,5% ou mais, e em alguns casos,
pode ser 1% ou mais ou mesmo 1,5% ou mais. O conteúdo de B2O3 é de preferência 2,5% ou menos, mais preferivelmente 2,2% ou menos, e particularmente preferível 2% ou menos, e, em alguns casos, pode ser 1,8% ou menos ou mesmo 1,6% ou menos. B2O3 pode estar contido em uma quantidade de, por exemplo, cerca de 14 a 30%.
[0039] (MgO)
[0040] MgO é um componente que afeta, por exemplo, a temperatura de desvitrificação e viscosidade. O conteúdo de MgO é determinado na faixa de, por exemplo, o a 30%. O conteúdo de MgO é de preferência 5% ou mais, mais preferivelmente 9% ou mais, e particularmente de preferência 12% ou mais, e, em alguns casos, pode ser 15% ou mais. Um conteúdo muito alto de MgO pode aumentar enormemente a temperatura de líquido. Portanto, o conteúdo de MgO pode ser 28% ou menos, mesmo 20% ou menos, em alguns casos, 19% ou menos ou mesmo 18% ou menos. O conteúdo de MgO pode ser limitado a, por exemplo, 0 a 6%.
[0041] (CaO)
[0042] CaO é um componente opcional que contribui para a manutenção de, por exemplo, a resistência à água e afeta, por exemplo, a temperatura de desvitrificação e viscosidade. O conteúdo de CaO é determinado na faixa de, por exemplo, 0 a 30%. A adição de uma quantidade apropriada de CaO é preferida em vista da diminuição da temperatura do líquido. Portanto, CaO é desejavelmente adicionado (conteúdo: mais que 0%), e o conteúdo do mesmo é de preferência 0,1% ou mais e mais preferivelmente 0,2% ou mais, e pode ser em alguns casos 1% ou mais ou mesmo 3% ou mais. O conteúdo de CaO é de preferência 16% ou menos e mais preferivelmente 10% ou menos, e pode ser em alguns casos 8% ou menos, mesmo 5% ou menos, ou particularmente menos que 1%.
[0043] (SrO)
[0044] SrO é também um componente opcional que afeta as propriedades, tais como a temperatura do líquido, temperatura de desvitrificação e viscosidade. O conteúdo de SrO é determinado na faixa de, por exemplo, 0 a 30%. No entanto, muito SrO pode interferir com a homogeneização do vidro fundido. Portanto o conteúdo de SrO é de preferência determinado na faixa de 0 a 5%. O conteúdo de SrO é adequadamente 3% ou menos, mais adequado 1% ou menos, particularmente adequado 0,5% ou menos, e mais particularmente adequado 0,1% ou menos.
[0045] (BaO)
[0046] BaO é também um componente opcional que afeta as propriedades tais como a temperatura do líquido, temperatura de desvitrificação, e viscosidade. BaO é um componente com impacto ambiental e impõe uma carga de trabalho pesada. Portanto, a fibra de vidro é de preferência substancialmente livre de BaO.
[0047] Conteúdo total de MgO e CaO
[0048] O conteúdo total de MgO e CaO é determinado, de preferência, na faixa de 15 a 30%, mais preferivelmente 18 a 30%, e particularmente de preferência 20 a 30%.
[0049] Conteúdo total de MgO, CaO e SrO
[0050] O conteúdo total de MgO, CaO e SrO é determinado na faixa de, por exemplo, 0 a 30% e de preferência 15 a 30%. (Li2O)
[0051] Li2O é um componente que modifica uma rede de vidro, e é um componente opcional que afeta as propriedades tais como a temperatura do líquido, temperatura de desvitrificação, e viscosidade. O conteúdo de Li2O é determinado na faixa de, por exemplo, 0 a 4,5%. A adição de Li2O nesta faixa é eficaz em diminuir a temperatura de desvitrificação. Portanto, Li2O é adicionado desejavelmente (conteúdo: mais que 0%), e o conteúdo do mesmo é de preferência 0,1% ou mais,
mais preferivelmente 0,2% ou mais, e particularmente de preferência 0,3% ou mais, e pode ser em alguns casos 0,5% ou mais ou mesmo 0,7% ou mais. O conteúdo de Li2O é de preferência 2,5% ou menos, mais preferivelmente 2% ou menos, e particularmente de preferência 1,8% ou menos, e pode ser em alguns casos 1,6% ou menos ou mesmo 1,5% ou menos. Um conteúdo preferido de Li2O, por exemplo, é 0,2 a 2,5%, e maior que o conteúdo de Na2O. (Na2O)
[0052] Similarmente a Li2O, Na2O é um componente opcional que afeta as propriedades tais como a temperatura do líquido, temperatura de desvitrificação e viscosidade. O conteúdo de Na2O é determinado na faixa de, por exemplo, 0 a 5%. O conteúdo de Na 2O é de preferência 0,05% ou mais, e mais preferivelmente 0,1% ou mais, e pode ser em alguns casos 1% ou mais. O conteúdo de Na2O é de preferência 2% ou menos, mais preferivelmente 1,5% ou menos, e particularmente de preferência 1,2% ou menos. (K2O)
[0053] Similarmente a Li2O, K2O é também um componente opcional que afeta as propriedades, tais como temperatura de líquido, temperatura de desvitrificação, e viscosidade, e tem um efeito de promover o aprimoramento do vidro fundido. O conteúdo de K2O é determinado na faixa de, por exemplo, 0 a 5%. O conteúdo de K2O pode ser 0,05% ou mais ou mesmo 0,1% ou mais. O conteúdo de K2O de preferência é 2,5% ou menos, mais preferivelmente 2% ou menos, particularmente de preferência 1,5% ou menos, e mais particularmente de preferência 1,2% ou menos, e pode ser em alguns casos 1,0% ou menos, mesmo 0,5% ou menos, ou particularmente 0,3% ou menos. Conteúdo total de Li2O, Na2O e K2O
[0054] O conteúdo total de Li2O, Na2O e K2O é determinado na faixa de preferência de 0 a 5%, mais preferivelmente 0 a 3%, e particularmente de preferência 0 a 2%. A presença de uma quantidade menor de Li2O, Na2O e K2O tem um efeito de diminuição na viscosidade do vidro fundido. Em vista deste fato, o conteúdo total de Li2O, Na2O e K2O pode ser 0,1% ou mais, mesmo 0,3% ou mais, ou particularmente 0,5% ou mais. Óxido de Metal de Transição, etc.
[0055] Um óxido de um elemento de transição (no grupo 3 ao grupo 11 na tabela periódica), chamado de óxido de metal de transição, pode também ser um componente adicional. Exemplos do óxido de metal de transição incluem TiO2, ZrO2, Fe2O3, Y2O3, La2O3 e CeO2. ZnO que é um óxido de um elemento do grupo 12 pode também ser um componente adicional. Basicamente é desejável que estes óxidos sejam excluídos, mas estes óxidos são algumas vezes inevitavelmente introduzidos como impurezas derivadas de uma matéria prima ou um aparelho de produção. Alguns dos óxidos em uma quantidade menor algumas vezes exibem seu efeito como, por exemplo, um agente de aprimoramento quando adicionado. O conteúdo total dos óxidos dos elementos do grupo 3 ao grupo 12 é de preferência 3% ou menos, mais preferivelmente 1% ou menos, e particularmente de preferência 05% ou menos, e pode ser se necessário limitado a 0,1% ou menos. O conteúdo de cada óxido de metal de transição é de preferência 0,5% ou menos, particularmente de preferência 0,3% ou menos, e mais particularmente de preferência 0,1% ou menos. Quando contém CeO2, a composição do vidro tem uma baixa temperatura de desvitrificação em alguns casos.
[0056] O conteúdo de um óxido de um elemento de transição tendo diferentes valências na composição do vidro é no presente documento determinado assumindo que o metal no óxido tem um número de oxidação máximo. Por exemplo, óxido de ferro comumente existe como Fe2O3 ou FeO na composição de vidro. Assim, um óxido de ferro que existe como FeO é assumido ser Fe 2O3, e o conteúdo do mesmo é combinado com o conteúdo de um óxido de ferro existindo como Fe2O3 para determinar o conteúdo de óxido de ferro (que pode comumente ser descrito como "T- Fe2O3"). Outros Componentes
[0057] Exemplos de componentes adicionais diferentes dos acima incluem Cl e F. Exemplos de outros componentes adicionais incluem SnO2, Ga2O3 e P2O5. Cada um dos conteúdos os componentes exemplares de Cl a P2O5 é também de preferência 0,5% ou menos, particularmente de preferência 0,3% ou menos, e mais particularmente de preferência 0,1% ou menos. A composição de vidro é de preferência substancialmente livre de Cl e F. deve ser notado que ao conter F, a composição do vidro tem uma baixa temperatura de desvitrificação em alguns casos.
[0058] Embora funcionando como agentes de aprimoramento, óxidos de As e Sb, tais como As2O5, Sb2O3, e Sb2O5 têm grande impacto ambiental. Portanto, a composição do vidro da fibra de vidro é de preferência ajustada para ser substancialmente livre destes óxidos. [Método para Produzir Fibra de Vidro]
[0059] A fibra de vidro como descrita acima pode ser produzida de preferência por um método que inclui as etapas de: fazer um vidro fundido a partir de uma matéria prima de vidro incluindo um sal de ácido sulfúrico; e formar uma fibra de vidro do vidro fundido. É recomendado que o sal de ácido sulfúrico seja um sal de ácido sulfúrico de um metal alcalino ou um metal alcalino-terroso.
[0060] O sal de ácido sulfúrico de preferência inclui pelo menos um selecionado de sulfato de lítio, sulfato de sódio, e sulfato de potássio.
[0061] No método de produção acima, o vidro fundido feito fundindo a matéria prima de vidro acima e ainda não solidificado pode ser formado em fibra de vidro. Este método é chamado de processo de fundição direta. O método de produção acima pode ser um método no qual a etapa de fazer o vidro fundido a partir da matéria prima de vidro inclui as etapas de: solidificar a matéria prima de vidro em um estado liquefeito para obter um corpo solidificado; e fundir o corpo solidificado para fazer o vidro fundido. Desde que o corpo solidificado, que é um material intermediário, é chamado um mármore, este método é conhecido como processo de fundição de mármore. [Modalidades da fibra de vidro e produtos incluindo a fibra de vidro]
[0062] Uma modalidade da fibra de vidro de acordo com a presente invenção é uma fibra de vidro longa ou fibra de vidro contínua. O comprimento da fibra de vidro longa pode ser 2 m ou mais, ou 5 km ou mais, e é adequadamente 300 km ou menos do ponto de vista de peso. Outro aspecto da presente invenção fornece uma corda de reforço de borracha incluindo um cordão composto de um feixe de várias fibras de vidro longas de acordo com a presente invenção. Ainda outro aspecto da presente invenção fornece um produto de borracha reforçado com a corda de reforço de borracha de acordo com a presente invenção. Exemplos de produto de borracha incluem correias de borracha, pneus de borracha, e mangueiras de borracha. Uma correia de borracha exemplar é uma correia de transmissão. Exemplos da correia de transmissão incluem correias de transmissão síncronas e correias de fricção de fricção. Uma correia de transmissão síncrona exemplar é uma correia dentada tipificada por uma correia sincronizada para automóveis exemplos da correia de transmissão de fricção incluem correias planas, correias redondas, correias em V, e correias com nervuras em V. Os pneus de borracha são tipicamente pneus de automóveis ou bicicletas. A corda de reforço de borracha, de acordo com a presente invenção, e o produto de borracha, de acordo com a presente invenção, podem ser obtidos por um método de produção conhecidos, exceto que a fibra de vidro longa, de acordo com a presente invenção, é usada.
[0063] Ainda outro aspecto da presente invenção fornece um fio formado torcendo vários cordões compostos de um feixe das fibras de vidro longas, de acordo com a presente invenção, e ainda fornece um tecido trançado, particularmente pano ou uma fita, incluindo o fio de acordo com a presente invenção como uma urdidura e/ou trama.
[0064] Uma modalidade da fibra de vidro de acordo com a presente invenção é uma fibra de vidro curta ou uma fibra de vidro. Ainda outro aspecto da presente invenção fornece um tecido de fibra de vidro não trançado incluindo a fibra de vidro curta de acordo com a presente invenção. O tecido de fibra de vidro não trançado, de acordo com a presente invenção, pode ser obtido por um método de produção conhecido, exceto que a fibra de vidro curta, de acordo com a invenção, é usada.
[0065] Ainda outro aspecto da presente invenção fornece um laminado incluindo a fibra de vidro curta de acordo com a presente invenção e/ou pano e um material de resina, particularmente um laminado para painéis de circuito impresso ou um laminado para circuitos integrados, e ainda fornece um plástico de termocura reforçado com fibra de vidro (GFRP) incluindo a fibra de vidro de acordo com a presente invenção e um plástico termoplástico reforçado com fibra de vidro (GFRTP) incluindo a fibra de vidro de acordo com a presente invenção.
EXEMPLOS
[0066] Daqui em diante, a presente invenção será descrita mais especificamente com referência a exemplos.
[0067] Matérias primas de vidro foram preparadas de modo que cada uma das fibras de vidro a serem obtidas teria uma das composições de vidro mostradas na Tabela 1. As matérias primas de vidro foram fundidas em um forno de fundição de vidro. Uma bucha fixada no fundo do forno foi usada para produzir continuamente uma fibra de vidro. No momento da produção, as técnicas acima (i) a (iii) foram apropriadamente aplicadas ou não aplicadas para mudar os valores de -OH que as fibras de vidro a serem obtidas teriam. Sulfato de sódio (torta de sal) foi usado como uma parte de cada matéria prima de vidro. Fibras de vidro obtidas tinham um diâmetro de 10 a 12 m.
[0068] Para cada tipo de fibra de vidro, a formação da fibra foi realizada por 20 minutos. As fibras de vidro não tendo sofrido ruptura de filamento na formação são classificadas como "boas", enquanto as fibras de vidro tendo sofrido a ruptura de filamento na formação são classificadas como "pobres". Adicionalmente, para medir a frequência de ruptura de filamento, a formação de fibra foi realizada 10 vezes para cada tipo de fibra de vidro, em consideração à produção real, a uma taxa de formação alta (que é a taxa de enrolamento da fibra de vidro) de cerca de 500 m/min. A taxa de formação foi ajustada principalmente a 500 m/min de modo que o diâmetro das fibras de vidro resultantes estaria na faixa de valor acima. Nesta medição, o caso onde tal formação de fibra foi realizada de modo bem-sucedido por 10 minutos ou mais sem ruptura de filamento é contado como um sucesso. A frequência de ruptura de filamento representada por 9 ou mais sucessos foi classificada como A, representada por 7 ou 8 sucessos foi classificada como B, representada por 4 a 6 sucessos foi classificada como C, representada por 1 a 3 sucessos foi classificada como D, e representada por 0 sucessos foi classificada como E. A temperatura (temperatura de formação) de Ada vidro fundido suprido para as formações de fibra foi ajustado em torno de uma temperatura na qual a viscosidade do vidro fundido seria como mostrado na Tabela
1.
[0069] O valor de -OH foi medido na maneira seguinte. Cada vidro fundido coletado de uma trajetória de fluxo perto da bucha do forno de fundição de vidro foi solidificado e lentamente resfriado para obter um pedaço de vidro. Uma folha de vidro tendo uma espessura (t) de 1 mm foi cortada do pedaço de vidro. Uma transmitância T1 (%) em um comprimento de onda de referência 3846 cm-1 foi medida para a folha de vidro por FT-IR. Os valores de T (1 mm), T1 e T2 foram substituídos na fórmula seguinte para obter um valor (unidade: mm-1) de -OH: (1/t) log(T1/T2).
[0070] O conteúdo de SO3 foi medido da mesma maneira que na Literatura de Patente 2. Isto é, 1 g de uma amostra em pó foi pesado em um cadinho de platina e misturado com 2 g de Na2CO3. A mistura foi coberta por 1 g de Na2CO3, seguido por fusão alcalina em um forno elétrico determinado em 950°C por 20 minutos. Depois, o conteúdo do cadinho de platina foi tirado usando água quente (água ultra-pura), seguido pela digestão em 80°C. Depois disto, a filtração foi realizada usando um filtro de papel 5C, e o filtrado foi ajustado em volume a 100 ml. 20 ml do líquido foram medidos, agitados em 30 ml de uma resina de troca iônica por 10 minutos. A mistura foi filtrada usando um papel de filtro 5A, e o filtrado foi ajustado em volume para 100 ml. A medição foi realizada usando um cromatógrafo para identificar o conteúdo do componente de SO3.
[0071] Os resultados das medições acima são mostrados coletivamente nas Tabelas 1 e 2. Para as fibras de vidro obtidas, a variação em diâmetro foi determinada de acordo com a definição acima. Todos os valores obtidos em cada Exemplo foram 1,5 m ou menos. "<20" indicando o conteúdo de SO3 se refere a mais que 0 ppm e menos que 20 ppm.
[Tabela 1] Exemplo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 SiO 2 75,51 53,20 57,29 57,29 57,29 57,81 58,40 61,34 53,86 61,34 61,34 57,81 58,40 61,34 52,60 78,10 74,54 52,80 53,50 54,20 Al2O3 0,30 14,90 21,13 21,13 21,14 21,32 22,00 19,74 24,93 19,74 19,74 21,32 22,00 19,74 12,10 0,30 0,99 14,70 15,00 13,50 B 2O 3 18,76 24,50 1,16 1,16 1,15 1,17 1,50 1,76 0 1,76 1,76 1,17 1,50 1,76 25,30 18,10 19,88 24,00 25,20 22,00 MgO 0,30 1,51 16,04 16,04 16,04 18,88 9,50 15,61 16,42 15,61 15,61 18,88 9,50 15,61 0 0,30 0 0 1,50 2,50 CaO 0,59 5,38 3,72 3,72 3,72 0,15 8,50 0,12 4,57 0,12 0,12 0,15 8,50 0,12 5,51 0,62 0,99 5,30 1,50 6,50 SrO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Li2O 0,494 0 0,50 0,50 0,50 0,50 0 0 0 0 0 0,501 0 0 0 0 0 0 0,10 0,15 Na 2O 2,97 0,51 0,103 0,103 0,12 0,10 0,10 1,091 0,078 1,091 1,091 0,10 0,10 1,09 4,56 1,57 3,59 3,30 0,10 0,15 K 2O 1,09 0 0 0 0 0 0 0,10 0,01 0,10 0,10 0 0 0,10 0 1,02 0 0 0,10 0
20/21 TiO 2 0 0 0,01 0,01 0 0 0 0,01 0,02 0,01 0,01 0 0 0 0 0 0 0 3,00 1,00 T-Fe 2O 3 0 0 0,05 0,05 0,04 0,05 0,10 0,21 0,13 0,21 0,21 0,05 0,10 0,21 0 0 0 0 0 0 CeO 2 0 0 0 0 0 0 0,30 0 0 0 0 0 0,30 0 0 0 0 0 0 0 F2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,50 SO 3 (ppm) < 20 < 20 30 50 < 20 < 20 28 60 38 47 26 84 78 82 81 < 20 < 20 < 20 < 20 < 20 β-OH (mm−1) 0,34 0,36 0,37 0,44 0,37 0,12 0,4 0,45 0,38 0,42 0,45 0,12 0,12 0,18 0,16 0,28 0,3 0,4 0,25 0,31 Temperatura (°C) 1510 1380 1380 1380 1380 1380 1330 1420 1260 1420 1420 1320 1280 1340 1320 1500 1470 1330 1345 1310 Viscosidade (log ƞ) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,7 2,5 3 2,5 2,5 3,2 3,2 3,2 3,2 2,5 2,5 3 3 3 Ruptura de filamento Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Frequência de A A - A A C A A A A A B C C B B A A B A ruptura de filamento
* "Temperatura" indica a temperatura de formação, e "viscosidade" indica a viscosidade de cada vidro na temperatura de formação.
[Tabela 2] Exemplo Exemplo Comparativo 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 1 2 3 4 5 SiO2 56,10 57,00 56,00 61,20 50,65 53,12 71,52 64,65 67,83 49,15 48,78 57,29 57,29 60,58 73,90 57,29 58,40 57,81 61,34 50,86 Al2O3 12,00 15,00 13,00 23,00 35,16 18,13 20,25 27,43 20,55 31,07 16,44 21,13 21,13 19,15 0,99 21,13 22,00 21,32 19,74 14,05 B2O3 26,00 18,00 25,00 4,00 0 0 0 0 0 0 27,88 1,16 1,16 1,72 19,71 1,16 1,50 1,17 1,76 27,13 MgO 0 3,50 0 10,60 8,20 23,45 8,95 5,10 8,20 14,80 1,49 16,04 16,04 10,40 0 16,04 9,50 18,88 15,61 0 CaO 5,90 3,50 6,00 1,00 5,99 5,30 0,15 2,82 3,42 4,98 4,98 3,72 3,72 6,81 0,99 3,72 8,50 0,15 0,12 4,84 SrO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Li2O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,50 0,50 0 0 0,50 0 0,50 0 0 Na2O 0 0 0,10 0,20 0 0 0 0,01 0,01 0 0,43 0,103 0,103 1,044 4,42 0,103 0,10 0,10 1,091 3,12 K2O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,11 0 0 0 0 0,10 0 21/21 TiO2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,01 0,01 0 0 0,01 0 0 0,01 0 T-Fe2O3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,05 0,05 0,18 0 0,05 0,10 0,05 0,21 0 CeO2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,30 0 0 0 F2 1,82 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 SO3 (ppm) < 20 < 20 < 20 < 20 < 20 32 < 20 < 20 < 20 < 20 < 20 88 97 100 140 60 83 72 50 < 20 β-OH (mm−1) 0,34 0,4 0,41 0,21 0,4 0,38 0,39 0,36 0,25 0,37 0,45 0,47 0,41 0,35 0,32 0,6 0,61 0,58 0,68 0,59 Temperatura (°C) 1340 1310 1345 1390 1340 1240 1440 1409 1410 1310 1335 1340 1340 1385 1440 1340 1330 1380 1420 1330 Viscosidade (log ƞ) 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2,5 2,5 2,7 2,5 2,5 2,7 2,5 2,6 3 Ruptura de filamento Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Boa Pobre Pobre Pobre Pobre Pobre Pobre Pobre Pobre Pobre Frequência de ruptura
A A A B A A A A B A A D D D D E E E E E de filamento * "Temperatura" indica a temperatura de formação, e "viscosidade" indica a viscosidade de cada vidro na temperatura de formação.

Claims (25)

REIVINDICAÇÕES
1. Fibra de vidro, caracterizada pelo fato de que tem um valor de -OH de 0,02 mm-1 ou mais e menos que 0,55 mm-1.
2. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fibra de vidro tem um diâmetro de 15 m ou menos.
3. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a fibra de vidro é substancialmente livre de As e Sb, e o conteúdo de SO3 é mais que 0 ppm e 75 ppm ou menos em uma base de massa.
4. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a fibra de vidro tem um valor de -OH de 0,03 mm-1 ou mais e menos que 0,55 mm-1, e o conteúdo de SO3 é 20 a 75 ppm em uma base de massa.
5. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fibra de vidro é substancialmente livre de As e Sb, e o conteúdo de SO3 é mais que 0 ppm e 75 ppm ou menos em uma base de massa.
6. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a fibra de vidro tem um valor de -OH de 0,03 mm-1 ou mais e menos que 0,55 mm-1, e o conteúdo de SO3 é 20 a 75 ppm em uma base de massa.
7. Fibra de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o conteúdo de SO3 é 20 a 70 ppm em uma base de massa, e o valor de -OH de 0,35 a 0,53 mm-1.
8. Fibra de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a fibra de vidro tem um diâmetro de 10 m ou menos.
9. Fibra de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que uma variação em diâmetro é 3 m ou menos.
10. Fibra de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que compreende, em % de massa: SiO2 45 a 80% Al2O3 0 a 40% B2O3 0 a 30% MgO 0 a 30% CaO 0 a 30% SrO 0 a 30% Li2O 0 a 4,5% Na2O 0 a 5% K2O 0 a 5%
11. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que, em % de massa, o conteúdo de SiO 2 é 50 a 80%.
12. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que, em % de massa, o conteúdo de SiO 2 é 45 a 70%, o conteúdo de Al2O3 é 15 a 40%, o conteúdo total em % de massa de MgO, CaO, e SrO é 0 a 30%.
13. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que, em % de massa, o conteúdo de SiO 2 é 50 a 70%.
14. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 13,
caracterizada pelo fato de que, em % de massa, o conteúdo de SiO 2 é 52 a 66%, o conteúdo de Al2O3 é 12 a 26%, o conteúdo de B2O3 é 0 a 4%, o conteúdo de MgO é 5 a 19%, o conteúdo de CaO é 0 a 16%, e o conteúdo de Na2O é 0 a 2%.
15. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que, em % de massa, o conteúdo de SiO 2 é 55 a 60%, o conteúdo de MgO é 5 a 16%, e o conteúdo total em % de massa de Li2O, Na2O, e K2O é 0 a 2%.
16. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de que, em % de massa, o conteúdo de Al2O3 é 19 a 26%, o conteúdo de B2O3 é 0 a 2%, o conteúdo de MgO é 9 a 19%, o conteúdo de CaO é 0 a 10%, o conteúdo de Li2O é 0 a 0,5%, o conteúdo de Na2O é 0 a 1,5%, e o conteúdo de K2O é 0 a 0,5%.
17. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que, em % de massa, o conteúdo de SiO 2 é 45 a 78%, o conteúdo de Al2O3 é 0 a 18%, o conteúdo de B2O3 é 14 a 30%, o conteúdo de MgO é 0 a 6%, o conteúdo de CaO é 0 a 8%, e o conteúdo de Na2O é 0 a 5% (de preferência 0 a 1,5%), e o conteúdo de K2O é 0 a 1,5%.
18. Fibra de vidro, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que, em % de massa, o conteúdo de SiO 2 é 50 a 78%.
19. Fibra de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 18, caracterizada pelo fato de que a fibra de vidro é substancialmente livre de um óxido de metal bivalente diferente de MgO e CaO.
20. Fibra de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizada pelo fato de que é uma fibra de vidro longa.
21. Corda de reforço de borracha, caracterizada pelo fato de que compreende um cordão composto de um feixe de várias fibras de vidro longas, como definidas na reivindicação 20.
22. Produto de borracha, caracterizado pelo fato de que é reforçado com a corda reforçada com borracha como definida na reivindicação 21.
23. Fibra de vidro, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizada pelo fato de que é uma fibra de vidro curta.
24. Tecido de fibra de vidro não trançada, caracterizado pelo fato de que compreende a fibra de vidro curta como definida na reivindicação 23.
25. Método de produzir a fibra de vidro, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: fazer um vidro fundido a partir de uma matéria prima de vidro incluindo um sal de ácido sulfúrico; e formar uma fibra de vidro do vidro fundido, em que o sal de ácido sulfúrico compreende um sal de ácido sulfúrico de um metal alcalino ou um metal alcalino-terroso.
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