專利名稱：用于防彈應用的低密度和高強度纖維玻璃的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包含玻璃纖維的復合材料，其適用于高能沖擊應用例如防彈或者防爆應用。
背景技術：
能夠用于經(jīng)受來自不同來源(例如射彈和爆炸壓縮波)的高能沖擊的材料獲得了廣泛的應用，包括民用和軍用結構增強應用和帶裝甲的車輛應用。陶瓷板和增強的復合材料材料例如已經(jīng)用于防護車輛不受 由于不同的爆炸裝置引起的潛在損害。但是，預期在防彈應用中將表現(xiàn)出令人期望的性能的材料是非常困難的。多年來玻璃纖維已經(jīng)被用于增強不同的聚合物樹脂。用于增強應用的一些通常使用的玻璃組合物包括“E-玻璃”和“D-玻璃”族的組合物。另一種通常使用的玻璃組合物以商品名“S-2Glass”市售自AGY(Aiken，南卡羅萊納州)。但是，用于高能沖擊應用例如防彈或者防爆應用的用玻璃纖維增強聚合物樹脂也不必然會產(chǎn)生具有其他令人期望的機械性能的復合材料。通常，玻璃纖維可以由通過位于軸襯中的小孔擠出的熔融玻璃細流來生產(chǎn)。由軸襯流出的熔融玻璃纖維是通過牽引該纖維直到達到期望的直徑，來衰減到期望的直徑，在此期間，該纖維冷卻和凝固。這些冷卻的纖維或者細絲然后可以用施膠劑涂覆，其可以賦予期望的性能。作為此處使用的，術語“施膠劑”指的是在成形后立即施用到纖維玻璃細絲上的涂料組合物，并且該術語可以與術語“膠結”、“施膠組合物”、“初始膠結”、“粘合劑組合物”和“粘合劑”交替使用。在它們形成和處理后，該膠結的玻璃纖維可以聚集成包含多個單纖維的捆或者原絲。類似的，捆或者原絲可以進一步聚集成包含多個捆或者原絲的粗紗。連續(xù)的原絲或者粗紗可以在線軸上卷繞來形成包。原絲或者粗紗的長度然后可以根據(jù)需要從該線軸上分配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各種實施方案總體涉及低密度和高強度玻璃纖維，和涉及到適用于防彈或者防爆應用的包含低密度和高強度玻璃纖維的纖維玻璃原絲、紗線、織物，復合材料和裝甲板。在一種實施方案中，本發(fā)明的復合材料包含聚合物樹脂和布置在該聚合物樹脂中的多個玻璃纖維，其中該多個玻璃纖維至少之一包含含有下面的組分的玻璃組合物:SiO2 60-68 重量 ％;B2O3 7~12 重量 ％:Al2O3 9-15 重量 ％;MgO 8-15 重量 ％;CaO 0-4 重量％;Li2O 0-2 重量 ％ ；Na2O 0-1 重量0/0;K2O 0-1 重量 ％;
Fe2O3 0-1 重量 ％ ；F20-1 重量％;TiO2 0-2 重量 ％;和其他組分總共0-5重量％ ；其中(Li2CHNa2CHK2O)含量小于2重量％，其中MgO含量基于重量％是CaO含量的至少兩倍，和其中該復合材料適用于防彈或者防爆應用。在另外一種實施方案中，本發(fā)明的復合材料包含聚合物樹脂和布置在該聚合物樹脂中的多個玻璃纖維，其中該多個玻璃纖維至少之一包含含有下面的組分的玻璃組合物:SiO2 53.5-77 重量 ％ ；B2O3 4.5-14.5 重量 ％ ；Al2O3 94.5-18.5 重量 ％ ；MgO 4-12.5 重量 ％ ；CaO 0-10.5 重量 ％ ；Li2O 0-4 重量％;Na2O 0-2 重量 ％ ；K2O0-1 重量 ％ ；Fe2O3 0-1 重量 ％ ；F20-2 重量 ％ ；TiO2 0-2 重量 ％;和其他組分總共0-5重量％ ；其中該復合材料適用于防彈或者防爆應用。在一些實施方案中，當通過美國國防部1997年12月的用于V5tl裝甲防彈測試的測試方法標準MIL-STD-662F來測量時，本發(fā)明的復合材料在大約21b/ft2的面密度和大約5-6mm的厚度時能夠表現(xiàn)出0.30 口徑FSP V5tl值為至少大約900fps。在一些實施方案中，當通過美國國防部1997年12月的用于V5tl裝甲防彈測試的測試方法標準MIL-STD-662F來測量時，本發(fā)明的復合材料在大約4.8-4.91b/ft2的面密度和大約13-13.5mm的厚度時能夠表現(xiàn)出0.50 口徑FSP V5tl值為至少大約1200fps。
在本發(fā)明的一些實施方案中能夠使用的聚合物樹脂包括環(huán)氧樹脂。在一些實施方案中，該聚合物樹脂可以包含下面的至少一種:聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚酰胺樹脂、聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、熱塑性聚氨酯樹脂、酚類樹脂、聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂和熱固性聚氨酯樹脂。在一些實施方案中，復合材料所用的多個玻璃纖維排布形成織物。用于本發(fā)明的復合材料的一些實施方案中的多個玻璃纖維是機織形成織物的。這樣的織物在一些實施方案中可以包括平織織物、斜紋織物、網(wǎng)紋織物、緞織織物、縫編織物或者3D機織織物。本發(fā)明的一些實施方案涉及裝甲板，其包含本發(fā)明的復合材料。這些和其他實施·方案將在下面的詳細說明中更詳細的討論。
具體實施例方式在本說明書中，除非另有指示，表示說明書中所用的成分、反應條件等的量的全部數(shù)字被理解為在全部的情況中是用術語“大約”修正的。因此，除非有相反的指示，否則下面的說明書中闡明的數(shù)字參數(shù)是近似的，其可以根據(jù)本發(fā)明所尋求獲得的期望的性能而變化。最起碼，和并非打算使用等價原則來限制權利要求的范圍，每個數(shù)字參數(shù)應當至少按照所報告的有效數(shù)字的數(shù)值和通過使用通常的四舍五入技術來解釋。雖然闡明本發(fā)明寬的范圍的數(shù)字范圍和參數(shù)是近似的，但是在具體實施例中所述的數(shù)值為盡可能精確來報告的。但是任何數(shù)值本質(zhì)上包含了由可應用的測試測量中存在的標準偏差所必然形成的誤差。另外要注意的是，作為本說明書中所用的，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”包括了復數(shù)指示物，除非明確的和毫無疑義的限制到一種指示物之外。已經(jīng)開發(fā)了可纖維化的玻璃組合物，其提供了相對于標準的E-玻璃改進的電性能(即，低介電常數(shù)Dk和/或低耗散系數(shù)Df)，同時提供與以前的低Dk玻璃方案相比更有益于商業(yè)實踐中的纖維成型的溫度-粘度關系。這樣的玻璃組合物描述在美國專利N0.7829490和2011年9月9日提交的美國專利申請序列號13/229012中，二者的內(nèi)容在此以它們?nèi)恳胱鳛閰⒖肌Ｃ枋鲈诿绹鴮＠鸑0.7829490和美國專利申請序列號13/229012中的玻璃組合物的另一任選的方面是至少一些的該組合物可以用相對低的原料批次成本來商業(yè)制造。本發(fā)明的一些實施方案涉及包含玻璃纖維的復合材料。本發(fā)明的復合材料在一些實施方案中適用于高機械應力應用，包括但不限于高能沖擊應用。在一些實施方案中，例如本發(fā)明的復合材料包含聚合物樹脂和布置在該聚合物樹脂中的多個玻璃纖維。在本發(fā)明的一些實施方案中有用的玻璃纖維可以表現(xiàn)出用于高能沖擊應用例如防彈或者防爆應用的特別令人期望的性能。與包含E-玻璃的玻璃纖維相比，在本發(fā)明的一些實施方案中有用的玻璃纖維可以表現(xiàn)出高的應變失效、高強度和/或低纖維密度，該組合能夠產(chǎn)生玻璃纖維增強的復合材料，其具有對于給定的纖維體積分數(shù)或者給定的復合材料性能來說具有更低的面密度。在一些實施方案中，本發(fā)明的復合材料可以適用于裝甲應用。例如一些實施方案的復合材料可以用于裝甲板的生產(chǎn)中。在一些實施方案中，本發(fā)明的復合材料可以形成板，其中當通過美國國防部1997年12月的用于V5tl裝甲防彈測試的測試方法標準MIL-STD-662F來測量時(下文稱作“MIL-STD-662F”，其整個內(nèi)容在此引入作為參考)，該板在大約21b/ft2的板面密度和大約5-6_的板厚度時能夠表現(xiàn)出0.30 口徑FSP ( “破片模擬彈(fragment simulating projectile) ”)V5tl 值為至少大約 900 英尺 / 秒(fps)。在本文上下文中，術語“復合材料”一般指的是包含聚合物樹脂和布置在該聚合物樹脂中的多個玻璃纖維的材料，而術語“板”指的是具有片狀物理尺度或者形狀的復合材料。在其他實施方案中，本發(fā)明的復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F測量時，該板在大約
4.8-4.91b/ft2的板面密度和大約13-13.5mm的板厚度時能夠表現(xiàn)出0.50 口徑FSP V50值為至少大約1200fps。因為V5tl值可以取決于板的面密度和板厚度，因此本發(fā)明的復合材料會具有不同的V5tl值，這取決于該板是如何構造的。本發(fā)明的一些實施方案的一個優(yōu)點是提供了這樣的復合材料，其具有比使用E-玻璃纖維合股的類似構造的復合材料更高的V5tl值。在一些實施方案中，本發(fā)明的復合材料包含聚合物樹脂和布置在該聚合物樹脂中的多個玻璃纖維，其中該多個玻璃纖維中至少之一包含含有下面組分的玻璃組合物:SiO2 60-68 重量 ％;B2O3 7-12 重量0/o;Al2O3 9-15 重量0/0;
MgO 8-15 重量 ％ ；CaO 0-4 重量 ％ ；Li2O 0-2 重量 ％ ；Na2O 0-1 重量 ％ ；K2O 0-1 重量 ％ ；Fe2O3 0-1 重量 ％ ；F20-1 重量 ％ ；TiO2 0-2 重量 ％;和其他組分總共0-5重量％ ；其中該復合材料適用于防彈或者防爆應用。在一些實施方案中，(Li2CHNa2CHK2O)含量可以小于2重量％和MgO含量基于重量％可以是CaO含量的至少兩倍。在其他實施方案中，Li2O含量可以大于Na2O含量或者K2O含量。在一些實施方案中，本發(fā)明的復合材料包含聚合物樹脂和布置在該聚合物樹脂中的多個玻璃纖維，其中該多個玻璃纖維中至少之一包含含有下面組分的玻璃組合物:SiO2 53.5-77 重量 ％ ；B2O3 4.5~14.5 重量 ％ ；Al2O3 4.5-18.5 重量 ％ ；MgO 4-12.5 重量 ％ ；CaO 0-10.5 重量 ％ ；Li2O 0-4 重量 ％ ；Na2O 0-2 重量 ％;K2O 0-1 重量 ％ ；Fe2O3 0-1 重量 ％ ；F20-2 重量 ％ ；
TiO2 0-2 重量 ％;和其他組分總共0-5重量％ ；其中該復合材料適用于防彈或者防爆應用。在一些實施方案中，(Li2CHNa2CHK2O)含量可以小于2重量％和MgO含量可以是CaO含量的至少兩倍，基于重量％。在其他實施方案中，Li2O含量可以大于Na2O含量或者K2O含量。這里公開了許多的其他玻璃組合物，并且本發(fā)明的其他實施方案涉及復合材料，其包含由這樣的組合物所形成的多個玻璃纖維。本發(fā)明的一些實施方案涉及板例如裝甲板，其包含本發(fā)明的復合材料。在一些實施方案中，本發(fā)明的復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F來測量時，該板在大約21b/ft2的板面密度和大約5-6_的板厚度時能夠表現(xiàn)出0.30 口徑FSP V5tl值為至少大約900fps。在其他實施方案中，本發(fā)明的復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F來測量時，該板會在大約21b/ft2的板面密度和大約5-6mm的板厚度時表現(xiàn)出0.30 口徑FSPV5tl值為至少大約lOOOfps。在本發(fā)明仍然的其他實施方案中，復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F來測量時，該板會在大約21b/ft2的板面密度和大約5_6mm的板厚度時表現(xiàn)出0.30 口徑FSP V5tl值為至少大約llOOfps。在本發(fā)明的一些實施方案中，復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F來測量時，該板會在大約21b/ft2的板面密度和大約5-6mm的板厚度時表現(xiàn)出0.30 口徑FSP V50值為大約900fps_大約1140fps。在一些實施方案中，本發(fā)明的復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F測量時，該板會在大約4.8-4.91b/ft2的板面密度和大約13-13.5mm的板厚度時表現(xiàn)出0.50 口徑FSP V5tl值為至少大約1200fps。在本發(fā)明的其他實施方案中，復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F測量時，該板會在大約4.8-4.91b/ft2的板面密度和大約13-13.5mm的板厚度時表現(xiàn)出0.50 口徑FSP V5tl值為至少大約1300fps。在本發(fā)明仍然的其他實施方案中，復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F測量時，該板會在大約4.8-4.91b/ft2的 板面密度和大約13-13.5mm的板厚度時表現(xiàn)出0.50 口徑FSP V50值為至少大約1400fps。在本發(fā)明的一些實施方案中，復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F測量時，該板會在大約4.8-4.91b/ft2的板面密度和大約13-13.5mm的板厚度時表現(xiàn)出0.50 口徑FSP V5tl值為大約1200fps-大約1440fps。本發(fā)明的復合材料可以包含不同的聚合物樹脂，這取決于期望的性能和應用。在本發(fā)明的一些實施方案中，復合材料包含聚合物樹脂和布置在該聚合物樹脂中的多個玻璃纖維，其中該多個玻璃纖維至少之一包含此處公開的玻璃組合物，該復合材料可以形成板，例如用于防彈或者防爆的裝甲板，和該聚合物樹脂包含環(huán)氧樹脂。本發(fā)明的復合材料在一些實施方案中包含聚合物樹脂和布置在該聚合物樹脂中的多個玻璃纖維，其中該多個玻璃纖維至少之一包含此處公開的玻璃組合物，該復合材料可以形成板，例如用于防彈或者防爆的裝甲板，和該聚合物樹脂包含聚二環(huán)戊二烯樹脂。在本發(fā)明的一些實施方案中，該聚合物樹脂可以包含聚乙烯樹脂，聚丙烯樹脂，聚酰胺(包括尼龍)樹脂，聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂，聚碳酸酯樹脂，熱塑性聚氨酯樹脂，酚類樹脂，聚酯樹脂，乙烯基酯樹脂，熱固性聚氨酯樹脂，氰酸酯樹脂或者雙馬來酰亞胺樹脂。在本發(fā)明的一些實施方案中，復合材料包含聚合物樹脂和布置在該聚合物樹脂中的多個玻璃纖維，其中該多個玻璃纖維至少之一包含此處公開的玻璃組合物，該復合材料可以形成板，例如用于防彈或者防爆的裝甲板，和該多個玻璃纖維至少之一至少部分地涂覆有施膠組合物。在本發(fā)明的一些實施方案中，該施膠組合物可以是與該聚合物樹脂相容的。在本發(fā)明的一些實施方案中，復合材料包含聚合物樹脂和布置在該聚合物樹脂中的多個玻璃纖維，其中該多個玻璃纖維至少之一包含此處公開的玻璃組合物，該復合材料可以形成板，例如用于防彈或者防爆的裝甲板，和該多個玻璃纖維排布形成織物。在本發(fā)明的一些包含多個玻璃纖維排布形成織物的實施方案中，該復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F來測量時，該板會在大約21b/ft2的板面密度和大約5_6mm的板厚度時表現(xiàn)出0.30 口徑FSP V5tl值為至少大約lOOOfps。在本發(fā)明的其他包含多個玻璃纖維排布形成織物的實施方案中，該復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F來測量時，該板會在大約21b/ft2的板面密度和大約5-6_的板厚度時表現(xiàn)出0.30 口徑FSP V5tl值為至少大約llOOfps。在本發(fā)明的仍然其他包含多個玻璃纖維排布形成織物的實施方案中，該復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F來測量時，該板會在大約21b/ft2的板面密度和大約5-6mm的板厚度時表現(xiàn)出0.30 口徑FSP V50值為大約900fps_大約1140fps。在本發(fā)明的一些包含多個玻璃纖維排布形成織物的實施方案中，該復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F測量時，該板會在大約4.8-4.91b/ft2的板面密度和大約13-13.5mm的板厚度時表現(xiàn)出0.50 口徑FSP V5tl值為至少大約1200fps。在本發(fā)明的其他包含多個玻璃纖維排布形成織物的實施方案中，該復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F測量時，該板會在大約4.8-4.91b/ft2的板面密度和大約13-13.5mm的板厚度時表現(xiàn)出0.50口徑FSP V5tl值為至少大約1300fps。在本發(fā)明的仍然的其他包含多個玻璃纖維排布形成織物的實施方案中，該復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F測量時，該板會在大約4.8-4.91b/ft2的板面密度和大約13-13.5mm的板厚度時表現(xiàn)出0.50 口徑FSP V50值為至少大約1400fps。在本發(fā)明的一些包含多個玻璃纖維排布形成織物的實施方案中，該復合材料可以形成板，其中當通過MIL-STD-662F測量時，該板會在大約4.8-4.91b/ft2的板面密度和大約13-13.5mm的板厚度時表現(xiàn)出0.50 口徑FSP V50值為大約1200fps_大約1440fpso 在本發(fā)明的一些包含多個玻璃纖維排布形成織物的實施方案中，該多個玻璃纖維機織形成織物。在本發(fā)明的其他實施方案中，該玻璃纖維織物包括平織織物、斜紋織物、網(wǎng)紋織物、緞織織物、縫編織物(也稱作非壓接織物)或者“三維”機織織物。在本發(fā)明的一些包含多個玻璃纖維排布形成織物的實施方案中，該聚合物樹脂包含環(huán)氧樹脂。在本發(fā)明的一些包含多個玻璃纖維排布形成織物的實施方案中，該聚合物樹脂包括聚二環(huán)戊二烯樹脂。在本發(fā)明的一些實施方案中，該聚合物樹脂包括聚乙烯樹脂，聚丙烯樹脂，聚酰胺(包括尼龍)樹脂，聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂，聚碳酸酯樹脂，熱塑性聚氨酯樹脂，酚類樹脂，聚酯樹脂，乙烯基酯樹脂，熱固性聚氨酯樹脂，氰酸酯樹脂或者雙馬來酰亞胺樹脂。在本發(fā)明中有用的玻璃纖維可以通過本領域技術人員已知的任何合適的方法來制造，例如但不限于此上所述的方法。在本發(fā)明中有用的玻璃纖維織物通?？梢酝ㄟ^本領域技術人員已知的任何合適的方法來制造，例如但不限于將緯線紗線(也稱作“緯紗”)交織到多個經(jīng)紗中。這樣的交織可以如下來完成:將經(jīng)紗以大體平行的、平面陣列來布置到織布機上，和其后以預定的重復圖案將緯線紗線送過經(jīng)紗之上和之下，來將該緯線紗線機織到經(jīng)紗中。所用的圖案將取決于期望的織物式樣。經(jīng)紗通常可以使用本領域技術人員已知的技術來制備。經(jīng)紗可以通過從軸襯或者噴紡機來衰減多個熔融玻璃流而形成。其后，將施膠組合物施用到單個玻璃纖維上，并且將纖維聚集在一起來形成原絲。該單端原絲隨后可以通過將幾個端聚集在一起，并且提供低度加捻來加工成合股的粗紗，有時候，用水或者蒸汽處理來提高捆的整體性。該聚集的多端原絲然后可以卷繞到3”紙板線軸上。在這一點，線軸可以通過將原絲端系到傳統(tǒng)的刺射(rapier)織布機中，用于將織物機織成預定的式樣，而用于經(jīng)線或者緯線供料。本發(fā)明的復合材料可以通過本領域技術人員已知的任何合適的方法來制備，例如但不限于真空輔助樹脂灌注模制，擠出混合，壓縮模制，樹脂轉移模制，反應注塑模制和拉劑成型。本發(fā)明的復合材料可以使用本領域技術人員已知的這樣的模制技術來制備。本發(fā)明的一些復合材料可以使用真空輔助樹脂灌注技術來制造，如此處進一步描述的。本發(fā)明的堆疊的玻璃纖維織物可以切割成期望的尺寸，并且置于有機硅釋放處理的玻璃桌上。該堆疊體然后可以用剝離片層覆蓋，安裝流動增強介質(zhì)，和使用尼龍裝袋膜來真空裝袋。接著，所謂的“存儲物(lay up)”可以受到大約27英寸Hg的真空壓力。另外地，該聚合物樹脂(其打算用纖維玻璃織物增強)可以使用本領域技術人員已知的用于具體樹脂的技術來制備。例如對于一些聚合物樹脂來說，適當?shù)臉渲?例如胺可固化的環(huán)氧樹脂)可以與適當?shù)墓袒瘎?例如用于胺可固化環(huán)氧樹脂的胺)以樹脂制造商推薦的比例或者本領域技術人員已知的比例來混合。該合并的樹脂然后可以在真空室脫氣30分鐘，并且灌注穿過織物預成品，直到實現(xiàn)織物堆疊體的基本上完全的浸濕。在這時，所述的工具設定為大約45-50°C的溫度24小時。所形成的剛性復合材料可以然后脫模，并且在可編程的對流爐中，在大約250 T后固化4小時。但是，作為本領域技術人員已知的，不同的參數(shù)例如脫氣時間、加熱時間和后固化條件可以基于所用的具體的樹脂系統(tǒng)而變化，并且本領域技術人員理解如何基于具體的樹脂系統(tǒng)來選擇這樣的參數(shù)。在本發(fā)明的一些實施方案中(這里聚合物樹脂包括聚二環(huán)戊二烯)，這樣的復合材料也可以使用下面所述的真空輔助樹脂灌注技術來制造。本發(fā)明的堆疊的玻璃纖維織物可以切割成期望的尺寸，并且置于有機硅釋放處理的玻璃桌上。該堆疊體然后可以用剝離片層覆蓋，安裝流動增強介質(zhì)，和使用尼龍裝袋膜來真空裝袋。接著，所謂的“存儲物(layup)”可以受到大約27英寸Hg的真空壓力。另外地，該聚二環(huán)戊二烯樹脂(其打算用纖維玻璃織物增強)可以使用本領域技術人員已知的技術來制備。例如對于聚二環(huán)戊二烯樹脂來說，以PDCro供應商推薦的比例或者本領域技術人員已知的比例，將該樹脂與適量的催化劑和在一些情況中阻聚劑混合。該DCPD樹脂然后可以在真空室脫氣30分鐘，并且灌注穿過織物預成品，直到實現(xiàn)織物堆疊體的基本上完全的浸濕。在這時，所述的工具設定為大約120°C的溫度高達4小時。所形成的剛性復合材料可以然后脫模，但是，作為本領域技術人員已知的，不同的參數(shù)例如脫氣時間、加熱時間和后固化條件可以基于所用的具體的樹脂系統(tǒng)而變化，并且 本領域技術人員理解如何基于具體的樹脂系統(tǒng)來選擇這樣的參數(shù)。如上所述，本發(fā)明的復合材料可以包含多個玻璃纖維。適用于本發(fā)明的玻璃纖維可以具有本領域技術人員已知的任何適當?shù)闹睆剑@取決于期望的應用。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維的直徑是大約5-大約12 μ m。適用于本發(fā)明的其他實施方案的玻璃纖維的直徑是大約6 μ m。例如在一些實施方案中(這里玻璃纖維打算用于高能沖擊應用例如防彈或者防爆應用所用的復合材料中)，該玻璃纖維的直徑可以是大約6 μ m,雖然也可以使用其他玻璃纖維直徑。另外，適用于本發(fā)明的玻璃纖維和玻璃纖維原絲可以包含多種玻璃組合物。一些實施方案的這樣的玻璃纖維和纖維玻璃原絲是如上所述的，并且其他在下面描述。如上所述，適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的一個例子包含玻璃組合物，其包含:SiO2 60-68 重量 ％ ；B2O3 7_12 重量 ％ ；Al2O3 9-15 重量0/0;MgO 8-15 重量 ％ ；CaO 0-4 重量 ％ ；Li2O 0-2 重量 ％ ；Na2O 0-1 重量 ％ ；K2O 0-1 重量 ％;Fe2O3 0-1 重量 ％;F2 0-1 重量0/0;TiO2 0-2 重量 ％;和其他組分總共0-5重量％。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含:SiO2 60-68 重量 ％;B2O3 7-12 重量 ％;Al2O3 9-15 重量0/0;MgO 8-15 重量 ％;CaO 0-4 重量 ％;Li2O >0-2 重量 ％;Na2O 0-1 重量 ％;K2O 0-1 重量 ％;Fe2O3 0-1 重量％;F20-1 重量％;TiO2 0-2 重量 ％;和其他組分總共0-5重量％ ；其中Li2O含量大于Na2O含量或者大于K2O含量。在其他實施方案中，CaO含量是0-3重量％。在仍然的其他實施方案，CaO含量是0-2重量％。在一些實施方案中，CaO含量是0-1重量％。在本發(fā)明的一些實施方案中，MgO含量是8-13重量％。在其他實施方案中，MgO含量是9-12重量％。在一些實施方案中，TiO2含量是0-1重量％。在一些實施方案中，B2O3含量不大于10重量％。在本發(fā)明的一些實施方案中，Al2O3含量是9-14重量％。在其他實施方案中，Al2O3含量是10-13重量％。在一些實施方案中，(Li2CHNa2CHK2O)含量小于2重量％。在一些實施方案中，該組合物包含0-1重量％的BaO和0-2重量％的ZnO。在其他實施方案中，該組合物基本上不含BaO和基本上不含ZnO。在一些實施方案中，其他組分(如果有的話)的存在總量是0-2重量％。在其他實施方案中，其他組分(如果有的話)的存在總量是0-1重量％。在一些實施方案中，Li2O含量是0.4-2.0重量％。在包含1^20含量為0.4-2.0重量％的其他實施方案中，Li2O含量大于(Na2CHK2O)含量。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含SiO2 60-68 重量 ％;B2O3 7-13 重量 ％;Al2O3 9-15 重量 ％;MgO8-15 重量0/0;CaO0-4 重量 ％; Li2O 0-2 重量 ％;Na2O 0-1 重量 ％ ;K2O0-1 重量 ％;Fe2O3 0-1 重量 ％ ;F2O-1 重量 ％ ;和TiO2 0-2 重量0/0。在一些實施方案中，該玻璃組合物的特征在于相對低含量的CaO,例如處于大約0-4重量％。在仍然的其他實施方案中，CaO含量可以處于大約0-3重量％。在一些實施方案中，MgO含量是CaO含量的雙倍(基于重量％)。本發(fā)明的一些實施方案的MgO含量可以大于大約6.0重量％,和在其他實施方案中，MgO含量可以大于大約7.0重量％。適用于本發(fā)明的一些實施方案的一些玻璃組合物的特征在于存在小于1.0重量％的BaO。在其中僅僅存在痕量的雜質(zhì)量的BaO的那些實施方案中，BaO含量的特征可以是不大于0.05重量％。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含SiO2 60-68 重量 ％;B2O3 7-12 重量 ％;Al2O3 9-15 重量0/0;MgO 8-15 重量 ％ ；CaO 0-4 重量 ％ ；Li2O >0-2 重量 ％;Na2O 0-1 重量 ％ ;K2O 0-1 重量 ％;Fe2O3 0-1 重量％;F20-1 重量％;TiO2 0-2 重量 ％;和其他組分總共0-5重量％ ；其中Li2O含量大于Na2O含量或者大于K2O含量,和其中選擇所述成分來提供介電常數(shù)(Dk)在IMHz頻率小于6.7的玻璃。在其他實施方案中，選擇所述成分來提供介電常數(shù)(Dk)在IMHz頻率小于6的玻璃。在仍然的其他實施方案中，選擇所述成分來提供介電常數(shù)(Dk)在IMHz頻率小于5.8的玻璃。在一些實施方案中，選擇所述成分來提供介電常數(shù)(Dk)在IMHz頻率小于5.6的玻璃。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃組合物的成分可以基于期望的成型溫度(定義為粘度是1000泊時的溫度)和/或期望的液相線溫度來選擇。在一些實施方案中，適用于本發(fā)明的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲包含玻璃組合物，其包含SiO2 60-68 重量 ％;B2O3 7-12 重量 ％;Al2O3 9-15 重量 ％;MgO 8-15 重量0/0;CaO 0-4 重量 ％;Li2O >0-2 重量 ％;Na2O 0-1 重量0/o ;K2O 0-1 重量 ％;Fe2O3 0-1 重量0/o ;F20-1 重量0/o;TiO2 0-2 重量 ％;和其他組分總共0-5重量％;其中Li2O含量大于Na2O含量或者大于K2O含量，和其中選擇所述成分來提供在1000泊粘度時的成型溫度Tf不大于1370°C。在其他實施方案中，選擇所述成分來提供在1000泊粘度時的成型溫度Tf不大于1320°C。在仍然的其他實施方案中，選擇所述成分來提供在1000泊粘度時的成型溫度Tf不大于1300°C。在一些實施方案中，選擇所述成分來提供在1000泊粘度時的成型溫度Tf不大于1290°C。在一些實施方案中，選擇所述成分來提供在1000泊粘度時的成型溫度Tf不大于1370°C和液相線溫度IY至少低于該成型溫度55°C。在其他實施方案中，選擇所述成分來提供在1000泊粘度時的成型溫度Tf不大于1320°C和液相線溫度 Υ至少低于該成型溫度55°C。在仍然的其他實施方案中，選擇所述成分來提供在1000泊粘度時的成型溫度Tf不大于1300°C和液相線溫度IY至少低于該成型溫度55°C。在一些實施方案中，選擇所述成分來提供在1000泊粘度時的成型溫度Tf不大于1290°C和液相線溫度 Υ至少低于成型溫度55°C。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另外的例子包含玻璃組合物，其包含B2O3 小于 12 重量 ％;Al2O3 9-15 重量 ％;MgO 8-15 重量 ％ ；CaO 0-4 重量 ％ ；
SiO2 60-68 重量 ％;Li2O >0-2 重量 ％;Na2O 0-1 重量 ％ ;
K2O 0-1 重量 ％;Fe2O3 0-1 重量 ％ ;F20-1 重量 ％;和TiO2 0-2 重量 ％;其中該玻璃表現(xiàn)出介電常數(shù)(Dk)小于6.7和在1000泊粘度不大于1370°C的成型溫度(Tf),和其中Li2O含量大于Na2O含量或者大于K2O含量。在一些實施方案中，CaO含
量是0~1重量％。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含SiO2 60-68 重量 ％;B2O3 7-12 重量 ％;Al2O3 9-15 重量 ％;MgO 8-15 重量0/0;CaO 0-3 重量 ％ ；

Li2O 0.4-2 重量 ％;Na2O 0-1 重量 ％;K2O 0-1 重量 ％;Fe2O3 0-1 重量 ％ ;F2O-1 重量 ％ ;和TiO2 0-2 重量 ％;其中該玻璃表現(xiàn)出介電常數(shù)(Dk)小于5.9和成型溫度(Tf)在1000泊粘度不大于13000C，和其中Li2O含量大于Na2O含量或者大于K2O含量。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物,其基本組成為SiO2 60-68 重量 ％;B2O3 7-11 重量 ％;Al2O3 9-13 重量％;MgO 8-13 重量％;CaO 0-3 重量 ％;Li2O 0.4-2 重量 ％;Na2O 0-1 重量 ％ ;K2O 0-1 重量 ％;(Na20+K20+Li20) 0-2 重量 ％ ；Fe2O3 0-1 重量 ％ ;F2O-1 重量 ％ ;和TiO2 0-2 重量 ％;其中Li2O含量大于Na2O含量或者大于K2O含量。在一些實施方案中，CaO含量是0-1重量％。在包含CaO含量為0-1重量％的一些實施方案中，B2O3含量不大于10重量％。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含SiO2 60-68 重量 ％;B2O3 7-10 重量 ％ ；Al2O3 9-15 重量 ％;MgO 8-15 重量 ％ ；CaO 0-4 重量 ％ ；Li2O >0-2 重量 ％ ；Na2O 0-1 重量 ％ ；K2O 0-1 重量 ％ ；Fe2O3 0-1 重量 ％ ；F20-1 重量％;TiO2 0-2 重量 ％;和其他組分0-5重量％ ；其中Li2O含量大于Na2O含量或者大于K2O含量。在一些實施方案中,選擇所述成分來提供介電常數(shù)(Dk)在IMHz頻率小于6.7的玻璃。在其他實施方案中，選擇所述成分來提供介電常數(shù)(Dk)在I MHz頻率小于6的玻璃。在仍然的其他實施方案中，選擇所述成分來提供介電常數(shù)(Dk)在IMHz頻率小于5.8的玻璃。在一些實施方案中，選擇所述成分來提供介電常數(shù)(Dk)在IMHz頻率小于5.6的玻璃。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含:SiO2 53.5-77 重量 ％;B2O3 4.5-14.5 重量 ％;Al2O3 4.5-18.5 重量 ％;MgO4-12.5 重量 ％;CaO0-10.5 重量 ％;Li2O 0-4 重量 ％ ；Na2O 0-2 重量 ％ ;K2O0-1 重量 ％ ；Fe2O3 0-1 重量 ％ ；F20-2 重量 ％ ；TiO2 0-2 重量 ％;和其他組分總共0-5重量％。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含:SiO2 60-77 重量 ％ ；B2O3 4.5-14.5 重量 ％ ；Al2O3 4.5-18.5 重量 ％ ；MgO8-12.5 重量 ％;CaO0-4 重量 ％ ；
Li2O0-3 重量 ％ ；Na2O0-2 重量 ％ ；K2O0-1 重量 ％ ；Fe2O30-1 重量 ％ ；F20-2 重量 ％ ；TiO20-2 重量 ％;和其他組分總共0-5重量％。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含:SiO2至少 60 重量 ％;B2O35-11 重量 ％;Al2O35-18 重量 ％ ；MgO5-12 重量 ％ ；

CaO0-10 重量 ％ ；Li2O0-3 重量 ％ ；Na2O0-2 重量 ％ ；K2O0-1 重量 ％ ；Fe2O30-1 重量 ％ ；F20-2 重量 ％ ；TiO20-2 重量 ％;和其他組分總共0-5重量％。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含:SiO260-68 重量 ％ ；B2O35-10 重量 ％ ；Al2O310-18 重量 ％ ；MgO8-12 重量 ％ ；CaO0-4 重量 ％ ；Li2O0-3 重量 ％ ；Na2O0-2 重量 ％ ；K2O0-1 重量 ％;Fe2O30-1 重量 ％ ；F20-2 重量 ％ ；TiO20-2 重量 ％;和其他組分總共0-5重量％。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含:SiO262-68 重量 ％ ；B2O37_9 重量 ％ ；
Al2O3 11-18 重量 ％;MgO8-11 重量 ％;CaO1-2 重量 ％;Li2O1-2 重量 ％ ；Na2O 0-0.5 重量 ％ ；K2O0-0.5 重量 ％ ；Fe2O3 0-0.5 重量 ％ ；F20.5-1 重量 ％ ；TiO20-1 重量 ％;和其他組分總共0-5重量％。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含:SiO2 62-68 重量 ％ ；B2O3 小于大約9重量％ ；Al2O3 10-18 重量 ％ ；MgO8-12 重量 ％ ;和CaO0-4 重量 ％ ；其中該玻璃表現(xiàn)出介電常數(shù)(Dk)小于6.7和在1000泊粘度不大于1370°C的成型溫度(Tf)。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含:B2O3 小于 14 重量 ％ ；Al2O3 9-15 重量0/0;MgO8-15 重量 ％ ；CaO0-4 重量 ％ ;和SiO260-68 重量 ％;其中該玻璃表現(xiàn)出介電常數(shù)(Dk)小于6.7和在1000泊粘度時不大于1370°C的成型溫度(Tf)。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含:B2O3小于 9 重量 ％ ；Al2O3 11-18 重量0/0;MgO8-11 重量0/0;CaO1-2 重量 ％ ;和SiO262-68 重量 ％ ；其中該玻璃表現(xiàn)出介電常數(shù)(Dk)小于6.7和在1000泊粘度時不大于1370°C的成型溫度(Tf)。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含:
SiO260-68 重量 ％;B2O37-13 重量 ％;Al2O3 9-15 重量 ％;MgO8-15 重量 ％ ；CaO0-3 重量 ％ ；Li2O 0.4-2 重量 ％ ；Na2O 0-1 重量 ％ ；K2O0-1 重量 ％ ；Fe2O3 0-1 重量 ％ ；F2O-1 重量 ％ ;和TiO20-2 重量 ％;其中該玻璃表現(xiàn)出介電常數(shù)(Dk)小于5.9和在1000泊粘度時不大于1300°C的成型溫度(Tf)。適用于本發(fā)明的一些實施方案的玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的另一例子包含玻璃組合物，其包含 :
SiO260-68 重量 ％;B2O3 7-11 重量 ％;Al2O3 9-13 重量％;MgO8-13 重量 ％;CaO0-3 重量 ％;Li2O 0.4-2 重量 ％;Na2O 0-1 重量 ％ ；K2O0-1 重量 ％;(Na20+K20+Li20) 0-2 重量 ％ ；Fe2O3 0-1 重量 ％ ；F2O-1 重量 ％ ;和TiO20-2 重量 ％。除了或者代替上述的本發(fā)明的特征，一些實施方案的此處所述的玻璃組合物可以用于提供耗散系數(shù)(Df)低于標準的電子E-玻璃的玻璃。在一些實施方案中,Df在IGHz時可以不大于0.0150，和在其他實施方案中在IGHz時不大于0.0100。在一些實施方案的玻璃組合物中，Df在IGHz時不大于0.007，和在其他實施方案中在IGHz時不大于0.003，和在仍然的其他實施方案中在IGHz時不大于0.002。在一些實施方案中，能夠用于玻璃纖維或者纖維玻璃原絲中的玻璃組合物的特征在于相對低含量的CaO,例如處于大約0-4重量％。在仍然的其他實施方案中，CaO含量可以處于大約0-3重量％。在仍然的其他實施方案中，CaO含量可以處于大約0-2重量％。通常，使得CaO含量最小化產(chǎn)生了電性能的改進，并且CaO含量在一些實施方案中已經(jīng)降低到這樣低的水平，以至于它可以被認為是任選的成分。在一些其他實施方案中，CaO含量可以處于大約1-2重量％。另一方面，這種類型的玻璃的MgO含量是相對高的，其中在一些實施方案中，MgO含量是CaO含量的雙倍(基于重量％)。一些實施方案的MgO含量可以大于大約5.0重量％，和在其他實施方案中MgO含量可以大于8.0重量％。在一些實施方案中，組合物特征在于MgO含量例如處于大約8-13重量％。在仍然的其他實施方案中，MgO含量可以處于大約9-12重量％。在一些其他實施方案中，MgO含量可以處于大約8-12重量％。在仍然的一些其他實施方案中，MgO含量可以處于大約8-10重量％。在一些實施方案中，能夠用于玻璃纖維或者纖維玻璃原絲中的組合物的特征在于(MgO+CaO)含量，其例如小于16重量％。在仍然的其他實施方案中，(MgO+CaO)含量小于13重量％。在一些其他實施方案中，(MgO+CaO)含量是7-16重量％。在仍然的一些其他實施方案中，(MgO+CaO)含量可以處于大約10-13重量％。在仍然的一些其他實施方案，該組合物的特征可以在于(MgO+CaO)/(Li2CHNa2CHK2O)含量比處于大約9.0。在某些實施方案中，Li2O/(MgO+CaO)含量比可以處于大約0-2.0。在仍然的一些其他實施方案中，Li2O/(MgO+CaO)含量比可以處于大約1_2.0。在某些實施方案中，Li2O/(MgO+CaO)含量比可以處于大約1.0。在一些其他實施方案中，(Si02+B203)含量可以處于70-76重量％。在仍然的其他實施方案中，(Si0·2+B203)含量可以處于70重量％。在其他實施方案中，(Si02+B203)含量可以處于73重量％。在仍然的其他實施方案中，Al2O3的重量％與B2O3的重量％之比處于1-3。在一些其他實施方案中，Al2O3的重量％與B2O3的重量％之比處于1.5-2.5。在某些實施方案中，SiO2含量處于65-68重量％。如上所述，現(xiàn)有技術的一些低Dk組合物具有需要包括大量的BaO的缺點，并且要注意的是，在本發(fā)明所用的一些實施方案的玻璃組合物中不需要BaO。雖然本發(fā)明有利的電和制造性能不排除BaO的存在，但是缺少有意包括的BaO可以被認為是本發(fā)明的一些實施方案的另一優(yōu)點。因此，本發(fā)明的實施方案的特征可以在于存在小于1.0重量％的BaO。在其中僅僅存在痕量的雜質(zhì)量的那些實施方案中，BaO含量可以表征為不大于0.05重量％。能夠用于本發(fā)明一些實施方案中的組合物包括這樣的B2O3，其量小于現(xiàn)有技術的方案(其依賴高B2O3來實現(xiàn)低Dk)。這導致了明顯的成本節(jié)約。在一些實施方案中，B2O3含量需要不大于13重量％或者不大于12重量％。本發(fā)明的一些實施方案還落入電子E-玻璃的ASTM定義中，S卩，不大于10重量％的民03。在一些實施方案中，所述組合物的特征在于B2O3含量例如處于大約5-11重量％。在一些實施方案中，B2O3含量可以是6-11重量％。B2O3含量在一些實施方案中可以是6-9重量％。在一些實施方案中，B2O3含量可以是5-10重量％。在一些其他實施方案中，B2O3含量不大于9重量％。在仍然的一些其他實施方案中，B2O3含量不大于8重量％。在一些實施方案中，能夠用于本發(fā)明的一些實施方案中的組合物的特征在于Al2O3含量例如處于大約5-18重量％。Al2O3含量在一些實施方案中可以是9-18重量％。在仍然的其他實施方案中，Al2O3含量是大約10-18重量％。在一些其他實施方案中，Al2O3含量是大約10-16重量％。在仍然的一些其他實施方案中，Al2O3含量是大約10-14重量％。在某些實施方案中，Al2O3含量是大約11-14重量％。在一些實施方案中，Li2O是任選的成分。在一些實施方案中，所述組合物的特征在于Li2O含量例如處于大約0.4-2.0重量％。在一些實施方案中，Li2O含量大于(Na2CHK2O)含量。在一些實施方案中，(Li2CHNa2CHK2O)含量不大于2重量％。在一些實施方案中，(Li20+Na20+K20)含量處于大約1_2重量％。在某些實施方案中，本發(fā)明的組合物特征在于TiO2含量例如是大約0-1重量％。在上述組合物的一些實施方案中，所述成分是成比例的，來產(chǎn)生介電常數(shù)低于標準E-玻璃的玻璃。相對于用于相當?shù)臉藴孰娮覧-玻璃，這在IMHz頻率可以小于大約6.7。在其他實施方案中，介電常數(shù)(Dk)在IMHz頻率可以小于6。在其他實施方案中，介電常數(shù)(Dk)在IMHz頻率可以小于5.8。另外的實施方案表現(xiàn)出介電常數(shù)(Dk)在IMHz頻率小于
5.6或者甚至更低。在其他實施方案中，介電常數(shù)(Dk)在IMHz頻率可以小于5.4。在仍然的其他實施方案中，介電常數(shù)(Dk)在IMHz頻率可以小于5.2。在仍然的其他實施方案中，介電常數(shù)(Dk)在IMHz頻率可以小于5.0。上述組合物還可以具有有益于玻璃纖維的實際的商業(yè)制造的令人期望的溫度-粘度關系。與現(xiàn)有技術的D-玻璃類型的組合物相比，通常需要較低的溫度來制造纖維。該令人期望的特性可以通過多種方式來表達，并且它們可以通過此處所述的一些實施方案的組合物單個的或者組合的來獲得。例如，可以制造處于上述范圍內(nèi)的某些玻璃組合物，其表現(xiàn)出在1000泊粘度不大于1370°C的成型溫度(Tf)。一些實施方案的Tf不大于1320°C或者不大于1300°C或者不大于1290°C或者不大于1260°C或者不大于1250°C。這些組合物還可以包括玻璃，在其中成型溫度和液相線溫度OY)之間的差為正的，和在一些實施方案中，成型溫度至少比液相線溫度高55°C，這有利于由這些玻璃組合物來商業(yè)制造纖維。通常，將用于形成玻璃纖維或者纖維玻璃原絲的玻璃組合物的堿性氧化物的含量最小化能夠幫助降低Dk。在其中期望對Dk降低進行優(yōu)化的那些實施方案中，總堿性氧化物的含量可以不大于玻璃組合物的2重量％。在一些實施方案中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在這一點上，將Na2O和K2O最小化比Li2O更有效。堿性氧化物的存在通常導致降低了成型溫度。所以，在本發(fā)明的其中優(yōu)先提供相對低的成型溫度的那些實施方案中，所包括的Li2O是明顯量的，例如至少0.4重量％。為此目的,在一些實施方案中，Li2O含量大于Na2O或者大于K2O含量，和在其他實施方案中，Li2O含量大于Na2O和K2O含量之和，在一些實施方案中，是它們的兩倍或者更多倍。在一些實施方案中，一個有利的方面是依靠纖維玻璃工業(yè)中標準的成分，并且避免大量的它的原材料源很昂貴的成分。對于這個方面，可以包括除了玻璃的成分定義中明確給出的那些之外的成分(即使它們不是必需的)，但是總量要不大于5重量％。這些任選的成分包括熔融助劑、澄清劑、著色劑、痕量雜質(zhì)和玻璃制造領域技術人員已知的其他添加齊U。相對于一些現(xiàn)有技術的低Dk玻璃，在本發(fā)明的組合物中BaO不是必需的，但是不排除可以包括少量的Ba0(例如高到大約I重量％)。同樣，在本發(fā)明中大量的ZnO不是必需的，但是在一些實施方案中也可以包括少量(例如高到大約2.0重量％)。在其中任選的成分最少的本發(fā)明的那些實施方案中，任選的成分總量不大于2重量％或者不大于I重量％?？蛇x擇的，本發(fā)明的一些實施方案可以據(jù)稱基本上由所述的成分組成。批次成分和它們的成本的選擇主要取決于它們的純度要求。典型的市售成分(例如用于制造E-玻璃的成分)包含處于不同化學形式的Na20、K2O, Fe2O3或者FeO、SrO、F2,TiO2, SO3等雜質(zhì)。來自這些雜質(zhì)的大部分陽離子將通過與玻璃中的SiO2和/或B2O3形成非橋連性氧，而提高玻璃的Dk。

硫酸鹽(以503表示)也可以作為精煉劑而存在。少量的雜質(zhì)也可以來自原材料或者來自于熔融加工過程中的污染物，例如SrO、BaO、C12、P205、Cr2O3或者NiO(不限于這些具體的化學品形式)而存在。其他精煉劑和/或加工助劑也可以存在例如As2O3、MnO、MnO2、Sb2O3或者SnO2 (不限于這些具體的化學品形式)。這些雜質(zhì)和精煉劑在存在時每個典型的存在量小于總玻璃組合物的0.5重量％。任選的，元素周期表的稀土元素族的元素可以加入到本發(fā)明的組合物，包括原子數(shù)21 (Sc) >39 (Y)和57 (La)-71 (Lu)。它們可以充當加工助劑或者用于改進玻璃的電、物理(熱學和光學)、機械和化學性能。該稀土添加劑可以以初始的化學形式和氧化態(tài)來包括。加入稀土元素被認為是任選的，特別是在本發(fā)明的具有使得原材料的成本最小化目標的那些實施方案中更是如此，這是因為它們將提高批次成本，甚至在低濃度時也是如此。在任何情況中，它們的成本典型的將規(guī)定稀土組分(作為氧化物來度量)在包括時，其存在量不大于總玻璃組合物的大約0.1-1.0重量％玻璃纖維、纖維玻璃原絲和混入了這樣的纖維或者原絲的其他產(chǎn)品在一些實施方案中會表現(xiàn)出令人期望的機械性能，特別是與E-玻璃纖維、由E-玻璃形成的纖維玻璃原絲、和相關產(chǎn)品相比時更是如此。在本發(fā)明的一些實施方案的復合材料(或者混入了復合材料的板)中，這樣的機械性能是有益的。例如特別是當與E-玻璃纖維相比，一些實施方案的玻璃纖維會具有相對高的比強度或者相對高的比模量。比強度指的是拉伸強度(N/m2)除以比重量(N/m3)。比模量指的是楊氏模量(N/m2)除以比重量(N/m3)。具有相對高的比強度和/或相對高的比模量的玻璃纖維在防彈或者防沖擊應用中會是令人期望的，這里期望的是提高機械性能或者產(chǎn)品性能，同時降低復合材料的整體重量。作為本領域中已知的，在形成后，玻璃纖維典型的至少部分地涂覆有施膠組合物。通常，用于形成本發(fā)明的復合材料的玻璃纖維將至少部分地涂覆有施膠組合物。本領域技術人員能夠基于許多因素來選擇許多市售的施膠組合物中的一種用于玻璃纖維，所述的因素包括例如施膠組合物的使用性能、所形成的織物期望的撓性、成本和其他因素。能夠用于本發(fā)明的一些實施方案中的市售的施膠組合物非限定性的例子包括經(jīng)常用于單端粗紗的施膠組合物，例如 Hybon2026、Hybon2002、Hybon 1383、Hybon2006、Hybon2022、Hybon2032和Hybon2016、TufRov4588，以及經(jīng)常用于紗線上的施膠組合物，例如1383、611、900、610和690,其每個指的是用于市售自PPG Industries, Inc.的產(chǎn)品的施膠組合物。對于用于增強聚二環(huán)戊二烯樹脂中的玻 璃纖維來說，合適的施膠組合物可以包括Hybon2026或者美國專利N0.6890050中所述的那些施膠組合物，其在此引入作為參考。如上所述，在一些實施方案中，本發(fā)明的復合材料可以包含多個玻璃纖維排布形成織物。可以使用本領域技術人員已知的用于防彈應用的任何合適的織物設計。合適的織物可以包括使用標準紡織設備(例如刺射(rapier)、發(fā)射或者空氣噴射織布機)所生產(chǎn)的織物。這樣的織物非限定性的例子包括平織、斜紋、網(wǎng)紋和緞織?？p編或者非壓接織物也可以用于本發(fā)明的一些實施方案中。這樣的織物可以包括例如單向的、雙向的和三向的非壓接織物。另外，3D機織織物也可以用于本發(fā)明的一些實施方案中。這樣的織物可以使用多層經(jīng)線端來生產(chǎn)，具有梭道，使用多臂機或者提花機頭。如上所述，本發(fā)明的復合材料可以包含經(jīng)線和緯線紗線?？梢允褂帽绢I域技術人員已知的用于防彈應用的任何合適的經(jīng)線和緯線紗線。在一些實施方案中，例如經(jīng)紗可以包含通過將來自G75紗線、DE75紗線和/或DE150紗線的幾個端聚集在一起來生產(chǎn)的250產(chǎn)量合股的粗紗。
如上所述，在一些實施方案中，本發(fā)明的復合材料可以包含聚合物樹脂?？梢允褂枚喾N聚合物樹脂。已知的能夠用于高能沖擊應用例如防彈或者防爆應用的聚合物樹脂在一些實施方案中會是特別有用的。在一些實施方案中，該聚合物樹脂可以包含熱固性樹月旨。在本發(fā)明的一些實施方案中有用的熱固性樹脂體系可以包括但不限于環(huán)氧樹脂體系，酚基樹脂，聚酯，乙烯基酯，熱固性聚氨酯，聚二環(huán)戊二烯(PDCPD)樹脂，氰酸酯和雙馬來酰亞胺。在一些實施方案中，該聚合物樹脂可以包含環(huán)氧樹脂。在一些實施方案中，該聚合物樹脂可以包含聚二環(huán)戊二烯樹脂。在其他實施方案中，該聚合物樹脂可以包含熱塑性樹月旨。在本發(fā)明的一些實施方案中有用的熱塑性聚合物包括但不限于聚乙烯，聚丙烯，聚酰胺(包括尼龍)，聚對苯二甲酸丁二醇酯，聚碳酸酯和熱塑性聚氨酯(TPU)。在本發(fā)明的一些實施方案中有用的市售聚合物樹脂非限定性的例子包括帶有1366固化劑的Hexion RIMR135環(huán)氧樹脂(獲自俄亥俄州哥倫布的Hexion Specialty Chemicals)和Applied PoleramicMMFCS2EP0XY樹脂(獲自加利福尼亞Benicia的Applied Poleramic, Inc.)。在本發(fā)明的一些實施方案中有用的二環(huán)戊二烯樹脂以及催化劑和/或用于固化所述樹脂的其他材料是市售自 Pasadena, CA 的 Materia, Inc.。實施例現(xiàn)在將在下面的具體的、 非限定性實施例中說明本發(fā)明的一些示例性實施方案。實施例1在本發(fā)明的一些實施方案中有用的玻璃纖維的物理性能是在受控的加工條件下測量的，并且列于表I中。包括了標準的E-玻璃纖維的物理性能作為參考。表I中的“比模量”是楊氏模量(N/m2)除以比重量(N/m3)，其是在296±2K(23±2° C)的溫度和50±5%的相對濕度測量的。表I中的“比拉伸強度”是最終的拉伸強度(N/m2)除以比重量(N/m3)，其是在296±2K(23±2° C)的溫度測量的。單個纖維拉伸強度是使用基于ASTMD3379-75 (1989)el“Standard Test Method for Tensile Strength and Young’s Modulusfor High-Modulus Single-Filament Materials”的程序來測量的,其是本領域技術人員所理解的。該測試包括測量/斷裂在同一天的4小時內(nèi)制造的65-72個單纖維。如X射線熒光光譜所測量的，表I的樣品I的玻璃纖維包含含有下面的組分的玻璃組合物:SiO2 65.80 重量 ％ ；B2O3 8.90 重量 ％ ；Al2O3 12.35 重量0/0;MgO10.27 重量 ％ ；CaO1.52 重量 ％ ；Na2O 0.27 重量 ％ ；K2O 0.13重量％;Fe2O3 0.17重量％;F20.35 重量 ％ ；TiO2 0.14 重量 ％ ；SrO 0.02 重量 ％ ；SO3 0.00 重量 ％ZrO 0.06 重量 ％ ;和
Cr2O3 0.01 重量 ％。表1.E-玻璃和在本發(fā)明的一些實施方案中有用的玻璃組合物的性能比較。
權利要求
1.一種復合材料，其包含: 聚合物樹脂；和 布置在該聚合物樹脂中的多個玻璃纖維，其中該多個玻璃纖維中至少之一包含含有下面組分的玻璃組合物: SiO260-68 重量 ％ ； B2O37-12 重量 ％; Al2O39-15 重量 ％; MgO8-15 重量 ％; CaO0-4 重量 ％ ； Li2O0-2 重量 ％ ； Na2O0-1 重量 ％ ； K2O0-1 重量 ％ ； Fe2O30-1 重量 ％ ； F20-1 重量 ％ ； TiO20-2重量％ ;和 其他組分總共0-5重量％ ； 其中(Li2CHNa2CHK2O)含量小于2重量％，其中MgO含量基于重量％是CaO含量的至少兩倍，和其中該復合材料適用于防彈或者防爆應用。
2.權利要求1的復合材料，其中當通過美國國防部1997年12月的用于V5tl裝甲防彈測試的測試方法標準MIL-STD-662F來測量時，該復合材料在大約21b/ft2的面密度和大約5-6mm的厚度時表現(xiàn)出0.30 口徑FSP V50值為至少大約900fps。
3.權利要求1的復合材料，其中當通過美國國防部1997年12月的用于V5tl裝甲防彈測試的測試方法標準MIL-STD-662F來測量時，該復合材料在大約4.8-4.91b/ft2的面密度和大約13-13.5mm的厚度時表現(xiàn)出0.50 口徑FSP V50值為至少大約1200fps。
4.權利要求1的復合材料，其中該聚合物樹脂包括環(huán)氧樹脂。
5.權利要求1的復合材料，其中該聚合物樹脂包括下面的至少一種:聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚酰胺樹脂、聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、熱塑性聚氨酯樹脂、酚類樹脂、聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂和熱固性聚氨酯樹脂。
6.權利要求1的復合材料，其中該多個玻璃纖維中的至少之一至少部分地涂覆有施膠組合物。
7.權利要求1的復合材料，其中該多個玻璃纖維排布形成織物。
8.權利要求7的復合材料，其中該多個玻璃纖維機織形成織物。
9.權利要求7的復合材料，其中該織物包括平織織物、斜紋織物、網(wǎng)紋織物、緞織織物、縫編織物或者3D機織織物。
10.一種裝甲板，其包含權利要求7的復合材料。
11.一種復合材料，其包含: 聚合物樹脂；和 布置在該聚合物樹脂中的多個玻璃纖維，其中該多個玻璃纖維中至少之一包含含有下面組分的玻璃組合物:SiO2 53.5-77 重量 ％ ； B2O3 4.5-14.5 重量 ％ ； Al2O3 94.5-18.5 重量 ％ ； MgO 4-12.5 重量 ％; CaO 0-10.5 重量 ％ ； Li2O 0-4 重量 ％ ； Na2O 0-2 重量 ％ ； K2O 0-1 重量 ％ ； Fe2O3 0-1 重量 ％ ； F20-2 重量 ％ ； TiO2 0-2重量％ ;和 其他組分總共0-5重量％ ； 其中該復合材料適用于防彈或者防爆應用。
12.權利要求11的復合材料，其中當通過美國國防部1997年12月的用于V5tl裝甲防彈測試的測試方法標準MIL-STD-662F來測量時，該復合材料在大約21b/ft2的面密度和大約5-6mm的厚度時表現(xiàn)出0.30 口徑FSP V50值為至少大約900fps。
13.權利要求11的復合材料，其中當通過美國國防部1997年12月的用于V5tl裝甲防彈測試的測試方法標準MIL-STD-662F來測量時，該復合材料在大約4.8-4.91b/ft2的面密度和大約13-13.5mm的厚度時表現(xiàn)出0.50 口徑FSP V50值為至少大約1200fps。
14.權利要求11的復合材料，其中該聚合物樹脂包括環(huán)氧樹脂。
15.權利要求11的復合材料，其中該聚合物樹脂包括下面的至少一種:聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚酰胺樹脂、聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、熱塑性聚氨酯樹脂、酚類樹脂、聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂和熱固性聚氨酯樹脂。
16.權利要求11的復合材料，其中該多個玻璃纖維中的至少之一至少部分地涂覆有施膠組合物。
17.權利要求11的復合材料，其中該多個玻璃纖維排布形成織物。
18.權利要求17的復合材料，其中該多個玻璃纖維機織形成織物。
19.權利要求17的復合材料，其中該織物包括平織織物、斜紋織物、網(wǎng)紋織物、緞織織物、縫編織物或者3D機織織物。
20.一種裝甲板，其包含權利要求17的復合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及織物、復合材料、預浸料坯、層合體、和混入了由玻璃組合物所形成的玻璃纖維的其他產(chǎn)品。該玻璃纖維在一些實施方案中被混入到復合材料中，該復合材料可以適用于高能沖擊應用例如防彈或者防爆應用中。由一些實施方案的玻璃組合物所形成的玻璃纖維會具有某些令人期望的性能，其可以包括例如令人期望的電性能(例如低Dk)或者令人期望的機械性能(例如比強度)。
文檔編號C08J5/24GK103153895SQ201180049264
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權日2010年9月14日
發(fā)明者J·C·彼得斯, J·C·塞拉諾, 李洪, C·A·理查德斯 申請人:Ppg工業(yè)俄亥俄公司