CN111662009A - 高强度玻璃组合物和纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃组合物以及由所述玻璃组合物制成的高模量和高强度的玻璃纤维，其能够经济、连续地加工并且适于制备高强度和/或高刚性、低重量的复合材料，例如风轮机叶片；按重量％计，所述玻璃组合物包含如下限定范围内的以下组分：介于约56重量％至约61重量％之间的SiO2；介于约16重量％至约23重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比介于约2至约4之间；介于约8重量％至约12重量％之间的MgO；介于约6重量％至约10重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比介于约0.7至约1.5之间；介于约0重量％至约2重量％之间的Na2O；小于约1重量％的Li2O；以及总量小于约2重量％的剩余的过渡金属氧化物。
Description
技术领域
本公开总体上涉及玻璃组合物，其适合用于连续制备高强度的玻璃纤维，具体而言，本公开涉及由该组合物形成的纤维及其复合材料。
背景技术
当前存在大量的针对高强度和高模量而设计的、至少能够形成纤维的玻璃类型。例如，R-玻璃和S-玻璃是这些玻璃类型的例子，这两种玻璃的强度都高于含硼E-玻璃。R-玻璃被认为是高强度、高模量的玻璃，其可形成纤维并且在航空复合材料应用中是有用的。R-玻璃通常由氧化硅、氧化铝、氧化镁和氧化钙构成。
S-玻璃通常由氧化硅、氧化铝和氧化镁构成(国际ASTM(D578-05))。S-玻璃纤维具有稍微更高的机械强度，这在部分程度上是由于其具有比R-玻璃纤维更高的二氧化硅含量和更少的氧化钙含量。S-玻璃类型的化学组成还提供了可用于高强度应用(例如弹道防护装备)的高强度玻璃纤维。德国标准化学会(DIN)将S-玻璃归类为铝硅酸盐玻璃(例如，主要为三氧化铝和二氧化硅)并且具有约10重量％的MgO(DIN1259-1)，而没有添加CaO。
R-玻璃类型和S-玻璃类型的一个缺陷在于：与E-玻璃相比，在纤维形成过程中它们需要采用更高的熔融和加工温度，而这通常要求通过在专用熔窑中将组合物成分熔化来制备R-玻璃和S-玻璃，所述熔窑例如是具有铂衬里的熔窑，这样，与E-玻璃纤维相比，形成R-玻璃纤维和S-玻璃纤维的制备成本就升高了。此外，较高的加工温度会降低纤维漏板(fiber bushing)的寿命，而更换纤维漏板的费用是昂贵的。理想的是，希望将采用耐火衬里熔窑(refractory lined melter)和低纤维漏板温度的连续成纤工艺与高强度的玻璃组合物结合。
发明内容
提供了用于形成连续玻璃纤维的玻璃组合物，其适合用于高强度应用并且能够采用低成本的直接熔化炉而经济地形成玻璃纤维。所述玻璃组合物表现出适于耐火衬里炉的低熔化温度和成纤温度。所述玻璃组合物既具有这些加工优点，又具有那些价格较高、加工较受限的玻璃纤维(例如S-玻璃和R-玻璃)所具有的强度特性。
由此，在一个实施方案中，提供了一种组合物，其包含：介于约56重量％至约61重量％之间的SiO2；介于约16重量％至约23重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比为介于约2至约4之间；介于约8.5重量％至约11.5重量％之间的MgO；介于约6重量％至约10重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比为介于约0.7至约1.5之间；介于约0重量％至约2重量％之间的Na2O；小于约1重量％的Li2O；以及总量小于约2重量％的剩余的过渡金属氧化物。还提供了由所述组合物形成的玻璃纤维。
一方面，所述玻璃组合物包含：介于约57.5重量％至约60.5重量％之间的SiO2；介于约17.3重量％至约21.5重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比为介于约2.7至约3.5之间；介于约9.0重量％至约11.3重量％之间的MgO；介于约7.5重量％至约9.7重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比介于约1.0至约1.2之间；介于约0重量％至约2重量％之间的Na2O；小于约0.5重量％的Li2O；以及总量小于约2重量％的剩余的过渡金属氧化物。还提供了由所述组合物形成的玻璃纤维。
另一方面，存在于所述玻璃组合物或纤维中的四种含量最高的氧化物的重量％可以如下表示：57≤SiO2≤60；17≤A12O3≤22；7≤MgO≤12；7≤CaO≤11.5；1≤Na2O≤2；其中，所述玻璃组合物或纤维具有以下氧化物之比：2.7≤SiO2/Al2O3≤3.5(按重量％计)以及0.8≤MgO/CaO≤1.2(按重量％计)。
在另一个实施方案中，提供了一种用于在玻璃熔窑中提供连续的、可生产的高模量玻璃纤维的方法。所述方法包括以下步骤：将组合物提供至玻璃熔窑的熔化区，所述组合物包含：介于约56重量％至约61重量％之间的SiO2；介于约16重量％至约23重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比介于约2至约4之间；介于约8重量％至约12重量％之间的MgO；介于约6重量％至约10重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比为介于约0.7至约1.5之间；介于约0重量％至约2重量％之间的Na2O；小于约1重量％的Li2O；以及总量小于约2重量％的剩余的过渡金属氧化物；以及将所述组合物加热至超过所得玻璃的液相线温度的成型温度，从而形成可成纤的熔融玻璃，以及使所述熔融玻璃连续成纤，由此持续进行可生产的高模量玻璃成纤工艺。
在另一个实施方案中，提供了玻璃纤维增强制品。所述制品包含上述组合物的玻璃纤维以及有机基质材料、无机基质材料或有机-无机基质材料。
具体实施方式
本文公开和描述的玻璃适于在常规市售可得的广泛用于制备玻璃增强纤维的耐火衬里玻璃熔炉中熔融。通过改进玻璃纤维的机械性能(特别是纤维的杨氏模量)，使得复合材料部件的机械特性和效力得到增强。
如本文所用，术语“液相线”具有其常规和通用的含义，通常包括在液态玻璃与其主要晶相之间存在平衡时所处的最高温度，在高于所述液相线的所有温度下，玻璃熔融物的主要物相中不含晶体，而在低于所述液相线的温度下，在所述熔融物中可以形成晶体。
如本文所用，术语“δ-T(ΔT)”具有其常规和通用的含义，通常包括成纤温度与液相线之差，因此涉及玻璃组合物的成纤特性。δ-T越大，在形成玻璃纤维的过程中工艺灵活度就越大，在熔化和成纤的过程中玻璃熔融物发生析晶(在熔融物中形成晶体)的可能性就越小。通常，δ-T越大，玻璃纤维的制备成本就越低，在部分程度上，这是通过延长漏板寿命以及提供更宽的成纤工艺窗口来实现的。
如本文所用，短语“基本上不含锂”是指这样的组合物，其中，并未特意将氧化锂和/或其前体添加至所述组合物，但是，允许存在痕量的锂，其量优选为小于1重量％，更优选为小于0.75重量％，还更优选小于0.5重量％。在一个方面中，痕量的锂为小于0.25重量％。
如本文所用，短语“基本上不含钾”是指这样的组合物，其中，并未特意将氧化钾添加至所述组合物，但是，允许存在痕量的钾，其量优选为小于1重量％，更优选为小于0.75重量％，还更优选小于0.5重量％。在一个方面中，痕量的钾为小于0.25重量％。与其他氧化物或物质相关的短语“基本上不含”应当具有同样的含义。
一方面，当用于形成纤维的组合物中的二氧化硅少于56重量％时，在考虑该组合物的其他组分的情况下，玻璃的粘度变得过低并且在成纤过程中出现析晶的风险有所提高。如果高于61％，则玻璃变得更加粘稠并且更加难以熔化和成纤。优选的是，二氧化硅含量介于约56重量％和约61重量％之间。
一方面，如果将用于形成纤维的组合物中的氧化铝的百分比浓度降低至低于17重量％，在考虑该组合物的其他组分的情况下，这将导致模量下降，相反，如果将氧化铝的百分比浓度过度地提高，例如提高至超过22重量％，可能会导致析晶和熔融粘度增加。因此，优选的是，所述组合物中的氧化铝含量介于约16重量％至约23重量％之间。
有利的是，在用于形成纤维的组合物中，二氧化硅和氧化铝的重量％之比(SiO2/Al2O3)介于约2至约4之间，优选介于约2.7和3.5之间，在考虑该组合物的其他组分的情况下，这样可以获得高模量纤维。
在所述组合物中存在有氧化镁或镁氧化物(MgO)，其提供降低粘度的作用以及提高玻璃的模量。在考虑该组合物的其他组分的情况下，所述组合物中的MgO的优选重量％为介于约8至约12之间，更优选介于约9和约11.3之间。
在所述组合物中还存在有氧化钙(CaO)，其用于在加工过程中调节玻璃组合物的粘度和控制其析晶等。在考虑该组合物的其他组分(例如氧化镁的量)的情况下，用于形成纤维的组合物中CaO的优选重量％为介于约7重量％和约10重量％之间，优选介于约7.8至约9.7之间。CaO/MgO的重量比对玻璃的模量和液相线温度具有影响，因此，对于给定的氧化铝含量来说优选的是，MgO/CaO之比的变化范围为约0.7至约1.5，更优选为介于约1至约1.2之间。
因此，用于提供高模量纤维的玻璃的组成至少在部分程度上基于SiO2/Al2O3和MgO/CaO(按重量％计)的比例关系。一方面，例如，这些参数的组合使得可以获得大于或等于约90GPa的高杨氏模量值、以及大于约85GPa的浸渍原丝(impregnated strand)拉伸模量，同时仍然具有良好的成纤性。在某些方面中，这些参数的组合使得可以获得大于或等于约92GPa的杨氏模量值、以及约90GPa的浸渍原丝拉伸模量。
其他的碱土金属氧化物，如BaO和SrO，可以作为痕量杂质存在于所述玻璃组合物中，也就是说，它们并非是特意添加的，因此，这些氧化物的总含量保持为低于2重量％，优选低于1重量％，从而不会使玻璃的密度升高，玻璃密度升高会导致比杨氏模量(specificYoung’s modulus)降低。优选的是，所述组合物基本上不含BaO和SrO。
通常认为，氧化锂(Li2O)对于使玻璃纤维获得高的比杨氏模量而言是必要的，其中，已经报道在其量超过3重量％时会实质性地降低工作温度，但在其量低于1重量％时，工作温度的降低对于成纤而言是不足的。但是，本申请人已经发现，在对硅、铝、镁、钙和钠的氧化物进行适当选择的情况下，本发明的组合物和纤维可以在基本上不添加氧化锂的条件下提供高模量玻璃。因此，本发明的组合物和玻璃纤维优选基本上不含锂。
本发明玻璃组合物中的氧化硼(B2O3)的存在量为小于1重量％(优选0.5重量％)。并不将硼特意添加至本发明的组合物中。存在于最终玻璃纤维中的任何硼均来自原料杂质。因此，在一个方面中，本发明的组合物和玻璃纤维优选基本上不含硼。
氧化钛起到降粘剂的作用并有助于提高比杨氏模量。它可以作为杂质存在(因此，其在所述组合物中的含量为0至约1％)或者它可以被特意添加。TiO2(如果存在的话)通常是作为常规原料中的杂质而引入的，所述常规原料为标准耐火炉的优选的原料。特意添加TiO2需要使用更昂贵的非常规原料。优选的是，TiO2的含量为小于1重量％。
一方面，将Na2O添加至本文所述的玻璃组合物中以限制析晶和降低玻璃粘度。优选的是，Na2O的重量％为介于0至约2％之间，优选为约0.7至约1.2。一方面，本发明的玻璃组合物仅包含可察觉到的量的单一碱金属氧化物(例如基本上不含混合的碱金属氧化物(例如同时存在有Na2O和K2O))。优选的是，所述组合物包含小于0.2重量％的“混合碱金属氧化物”的混合物，特别是Na2O和K2O的混合物。
所述组合物中可以存在有氟(F2)以有助于玻璃熔化和成纤。但是，其含量限于约0至约1重量％。优选的是，本发明的组合物基本上不含氟。
过渡金属氧化物(例如Fe2O3、氧化锆、以及氧化铬的形式)通常作为杂质存在于本发明的组合物中或者作为加工助剂而以低水平添加。一方面，添加至本发明组合物的过渡金属氧化物的总重量％优选为低于2，优选小于约1。这些过渡金属氧化物是原料中的杂质，它们可以少量存在而并非是特意添加至本发明组合物中的。
一方面，除了二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化钙和氧化钠之外，玻璃基本上不含任何额外的组分，TiO2、Fe2O3、B2O3和MnO的总量为小于2重量％，而任何其他物质则以本质上不会影响本发明组合物的新特征的量存在，所述新特征例如为本发明组合物的可生产性以及高强度和模量。
制备
本文公开和描述的方法涉及玻璃纤维，所述玻璃纤维可以通过以下方式获得：使从位于漏板基板内的孔中流出的熔融玻璃流以机械方式变细，其中所述漏板通过电阻加热或其他手段而被加热。这些玻璃纤维尤其旨在用于制备在具有有机和/或无机基质的复合材料中用的网和织物。
本文公开和描述的玻璃适于在常规市售可得的广泛用于制备玻璃增强纤维的耐火衬里玻璃熔窑中熔化，这通常被称为直接熔化法。这与现有技术的配制物形成对照，现有技术的配制物是在具有铂内衬的熔化容器中熔化的，因为这些现有技术配制物通常并不具有与直接熔化法相适应的性质。
在一些例子中，使用由适当的耐火材料(例如氧化铝、氧化铬、二氧化硅、氧化铝-二氧化硅、锆石、氧化锆-氧化铝-二氧化硅或类似的氧化物类耐火材料)制成的玻璃熔炉将本文公开和描述的玻璃配合料熔化。通常，所述玻璃熔炉包括一个或多个鼓泡器和/或电力增压电极(electrical boost electrode)。所述鼓泡器和/或电力增压电极提高本体玻璃的温度以及增强熔融玻璃在配料容器盖(batch cover)下的循环。
由此，本文公开的熔融玻璃组合物从前炉被传送至漏板组件。所述漏板包括顶板，所述顶板具有多个漏嘴，每个漏嘴排放一股熔融玻璃流，所述熔融玻璃流经机械牵拉而形成连续的丝。
由此，可以由具有上述组成的玻璃获得本公开所述的玻璃纤维，其中，所述玻璃提供从位于一个或多个漏板的基板内的许多孔中流出的许多股熔融玻璃流，使所述熔融玻璃流变细而形成一组或多组连续丝的形式，随后将这些原丝合并成一条或多条纤维，在移动的支撑件上收集所述纤维。如果以卷绕包装的形式收集纤维，那么支撑件可以是旋转的支撑件；或者，如果利用装置(该装置还牵拉纤维)将纤维切断或者如果通过用于牵拉纤维的装置喷射纤维从而使纤维形成毡片，则支撑件可以为平直移动的形式。
上文已经总体上描述了本发明，通过参照以下示例的某些具体例子可以获得进一步的理解，除非另有指明，否则提供这些例子仅是为了示例的目的，而并非旨在包括一切或进行限制。
例子
表1-2中列出的示例性玻璃是通过在铂坩埚或在耐火熔窑中进行熔化而制备的。测量所制备的玻璃和纤维的机械和物理特性。用于物理特性的度量单位是：液相线温度(℃)和δ-T(℃)。测量代表性玻璃样品的密度(g/cm3)和杨氏模量(GPa)，在一些情况中，还测量了新生态纤维(pristine fiber)的拉伸强度(MPa)。
使用旋转转子粘度计在1000泊的成纤粘度下测量成纤温度，由T3表示。还类似地测量了玻璃粘度为100泊(T2)时的温度。通常，熔窑中的玻璃温度为介于T2和T3之间。将装有玻璃的铂容器在热梯度炉中放置约24小时，从而测量液相线温度。将存在有晶体的最高温度视为液相线温度，由T液相线表示。使用声波技术在退火后的本体玻璃样品上测量杨氏模量。测量新生态单根纤维的拉伸强度。
以下实施例举例说明了示例性纤维，而并非限制。
通过使具有表1-2中给出的组成(以重量％或重量％之比表示)的熔融玻璃变细，获得了由直径为大约10微米的玻璃丝构成的玻璃纤维。实施例11和12的组合物具有量比CaO少的MgO(MgO/CaO<1)，这两个实施例提供了具有最低的δ-T和最高的液相线温度的本发明组合物。
表1
表2
表1-2显示出，这些实施例在熔化和成纤特性与机械特性之间表现出良好的平衡。这些成纤特性对于加工纤维来说是特别有利的，至少在部分程度上就液相线温度(约1240℃至1270℃)而言是特别有利的，所述液相线温度低于R-玻璃(比较例1)和S-玻璃。所有实施例的成纤窗口(fiberizing window)(ΔT)都是有利的并且较宽，为等于或大于60℃(实施例9)、70℃或更大(实施例5-8，10)、或者80℃(实施例3)或大于100℃(实施例1-2)。
玻璃增强纤维的性质(以下讨论)主要取决于其玻璃材质的组成。本发明的玻璃组合物提供与R-玻璃基本上相当的机械特性，尤其是杨氏模量，但显著降低了成纤温度。本文公开和描述的纤维具有要赋予复合材料的更优的模量和强度特性。表1和表2中的本发明的玻璃纤维实施例1-12的测量模量为介于约92GPa至约95GPa之间。发现本发明的一种示例性玻璃纤维(实施例5)的测量强度为约657KPsi(4536MPa)。例如，与R-玻璃相比(比较例1)，本发明的玻璃纤维具有较低的T3，同时仍具有优异的模量和强度。
从上述例子可明显看出，本公开的玻璃纤维组合物具有有益的性质，例如成纤温度低、以及液相线温度与成纤温度之差较宽(δ-T值高)。通过以上说明以及进一步通过实施本发明，本发明的其他优点和明显变形对本领域的技术人员来说是显然的。本文公开和描述的高性能玻璃在相对较低的温度下熔化和改善，在相对较低的宽泛范围内的温度下具有可操作的粘度，并且具有低的液相线温度范围。
对于以上示例性的本发明的组合物来说，由于统计习惯(例如，四舍五入和取平均值)、以及有些组合物可能包含未列出的杂质这样的事实，所以所列组分的总和并非总是100％。当然，组合物中所有组分(包括任何杂质)的实际量总是共计100％。此外，应当理解的是，如果指明组合物中包含少量的某组分，例如量级为约1重量％或更少，那么这些组分可能是以原料中的痕量杂质的形式存在的，而不是特意添加的。
此外，可以将有些组分添加到配合料组合物中(例如为了便于加工而添加)，而这些组分稍后会被除去，由此形成基本上不含所述组分的玻璃组合物。因此，例如，在商业上实施本发明时，微小量的某些组分(例如氟和硫酸盐)可能会作为原料中的痕量杂质而存在，其中所述原料提供二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁组分，或者所述微小量的某些组分可以是加工助剂，其在制备过程中基本上被除去。
复合材料
本公开还包括复合材料，其包含由上述组合物形成的上述玻璃纤维。因此，提供了这样的复合材料，其包含上述玻璃纤维与可固化基质材料的组合。一方面，所述复合材料被构造成用于希望和/或需要具有高强度和刚性以及轻质这样的应用。适于本发明的包含上述玻璃纤维和有机、无机或有机-无机基质材料的复合材料的应用包括(例如)：民用和军用的交通工具(如，宇航飞行器、军事战斗用和作战用车辆、民用的个人和公共交通车辆等；风能(如风轮机叶片)；建筑工业的加强件(水泥板)；纱窗；等等。在其他方面，与有机、无机或有机-无机基质材料相结合的上述玻璃纤维可用于需要轻质、刚性和高强度的复合材料制品的任何应用。
合适的可固化基质材料包括热固性和热塑性树脂。例如，合适的有机、无机或有机-无机基质材料包括：水泥、陶瓷、天然和合成橡胶、乙烯基酯、聚酯、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸类树脂、它们的组合或共聚物。有机基质可以是热塑性或热固性材料。本发明的复合材料制品可以通过任何合适的复合材料制造技术(例如真空辅助的树脂渗渍法或预浸渍增强材料叠铺法、树脂传递成型法、压模法、挤拉成型法等)进行制备。
在本公开的一个方面中，在将玻璃丝牵拉而使其变细之后，利用常规技术施加上浆剂。在施加上浆剂之后，将所得纤维收集成粗纱，随后将所述粗纱卷绕成包，例如使用常规的卷绕器进行。一方面，上浆剂组合物特别适于高温玻璃纤维，可以在加工过程中防止磨损，并且有助于促进液体材料对经过涂覆的纤维的润湿作用，其中，所述液体材料将固化或定型而形成固体树脂质的基质，而纤维作为增强元件嵌入到所述基质中，优选的是，上浆剂组合物加强固化树脂质基质与玻璃纤维之间的连接。
用专用上浆剂组合物处理包含根据本公开而制备的纤维的粗纱，并用环氧树脂(Hexion L135，由Hexion公司制造)将其浸渍，并且根据制造商的说明书用Hexion LH137固化。将由本文公开和描述的组合物制成的玻璃纤维浸渍可以使玻璃纤维具有约85GPa、大于87GPa、大于89GPa、和90GPa或更大的浸渍原丝拉伸模量。在一个例子中，根据ASTM D2343的规定测试示例性浸渍原丝(实施例5)以确定其拉伸强度和模量。表3中的数据证实了：使用本文所述的玻璃纤维组合物可以改进浸渍原丝复合材料的强度和模量。
表3.根据ASTM_D2343测试的浸渍原丝
| 纤维直径(μm) | 14 |
| 拉伸强度(MPa) | 3070 |
| 拉伸模量(GPa) | 90 |
上文已经从总体上和具体实施方案进行了描述。虽然本公开已经阐述了那些据信为优选的实施方案，但是本领域的技术人员可以在所述总体公开内容的范围内选择所知的广泛类型的替代方式。对于本领域的技术人员而言，根据上文描述以及进一步通过实施本发明，本发明的其他优点和明显变型将是显然的。本发明并不限于此，而是由随附的权利要求书限定。
Claims (43)
1.一种玻璃组合物，包含：
介于56重量％至61重量％之间的SiO2；
介于16重量％至23重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比为介于2至4之间；
介于8重量％至12重量％之间的MgO；
介于6重量％至10重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比为介于0.7至1.5之间；
介于0.7重量％至2重量％之间的Na2O作为单一碱金属氧化物；
小于1重量％的Li2O；以及
总量小于2重量％的剩余的过渡金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中SiO2的重量％介于57.5至60.5之间。
3.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中Al2O3的重量％介于17.3至21.5之间。
4.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中MgO的重量％介于9.0至11.3之间。
5.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中CaO的重量％介于7.5至9.7之间。
6.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中SiO2/Al2O3的重量％之比介于2.7至3.5之间。
7.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中MgO/CaO的重量％之比介于1.0至1.2之间。
8.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中所述玻璃组合物不包含特意添加的锂，并且该玻璃组合物中锂的量为小于1重量％。
9.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中所述玻璃组合物不包含特意添加的钾，并且钾的量为小于1重量％。
10.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中所述玻璃组合物不包含特意添加的锂和钾，并且该玻璃组合物中锂的量为小于1重量％，且钾的量为小于1重量％。
11.根据权利要求1所述的玻璃组合物，主要由以下组分构成：
介于57.5重量％至60.5重量％之间的SiO2；
介于17.3重量％至21.5重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比为介于2.7至3.5之间；
介于9.0重量％至11.3重量％之间的MgO；
介于7.5重量％至9.7重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比介于1.0至1.2之间；
介于0.7重量％至2重量％之间的Na2O作为单一碱金属氧化物；
小于0.5重量％的Li2O；以及
总量小于2重量％的剩余的过渡金属氧化物。
12.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中所述玻璃组合物的液相线温度为介于1240℃和1270℃之间并且T2为小于1550℃。
13.一种玻璃纤维，其主要由以下组分构成：
介于56重量％至61重量％之间的SiO2；
介于16重量％至23重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比介于2至4之间；
介于8重量％至12重量％之间的MgO；
介于6重量％至10重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比介于0.7至1.5之间；
介于0.7重量％至2重量％之间的Na2O作为单一碱金属氧化物；
小于1重量％的Li2O；以及
总量小于2重量％的剩余的过渡金属氧化物。
14.根据权利要求13所述的玻璃纤维，其中所述玻璃纤维不包含特意添加的钾，并且钾的量为小于1重量％。
15.根据权利要求13所述的玻璃纤维，其中所述玻璃纤维不包含特意添加的锂和钾，并且该玻璃组合物中锂的量为小于1重量％，且钾的量为小于1重量％。
16.根据权利要求13所述的玻璃纤维，其中所述玻璃纤维的新生态纤维强度为至少4400MPa。
17.根据权利要求13所述的玻璃纤维，其中所述玻璃纤维的杨氏模量为至少90GPa。
18.根据权利要求13所述的玻璃纤维，其主要由以下组分构成：
介于57.5重量％至60.5重量％之间的SiO2；
介于17.3重量％至21.5重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比为介于2.7至3.5之间；
介于9.0重量％至11.3重量％之间的MgO；
介于7.5重量％至9.7重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比为介于1.0至1.2之间；
介于0.7重量％至2重量％之间的Na2O作为单一碱金属氧化物；
小于0.5重量％的Li2O；以及
总量小于2重量％的剩余的过渡金属氧化物。
19.一种在玻璃熔窑中提供连续的、可生产的高模量玻璃纤维的方法，所述方法包括以下步骤：
将组合物提供至玻璃熔窑的熔化区，所述组合物包含：
介于56重量％至61重量％之间的SiO2；
介于16重量％至23重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比介于2至4之间；
介于8重量％至12重量％之间的MgO；
介于6重量％至10重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比介于0.7至1.5之间；
介于0.7重量％至2重量％之间的Na2O作为单一碱金属氧化物；
小于1重量％的Li2O；以及
总量小于2重量％的剩余的过渡金属氧化物；
将所述组合物加热至超过所得玻璃的液相线温度的成型温度，从而形成可成纤的熔融玻璃；以及
使所述熔融玻璃连续成纤，由此持续进行可生产的高模量玻璃成纤工艺。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述组合物包含：
介于57.5重量％至60.5重量％之间的SiO2；
介于17.3重量％至21.5重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比为介于2.7至3.5之间；
介于9.0重量％至11.3重量％之间的MgO；
介于7.5重量％至9.7重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比介于1.0至1.2之间；
介于0.7重量％至2重量％之间的Na2O作为单一碱金属氧化物；
小于0.5重量％的Li2O；以及
总量小于2重量％的剩余的过渡金属氧化物。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述组合物的成纤温度为小于1375℃，并且δ-T为至少70℃。
22.根据权利要求19所述的方法，其中由所述组合物制备的玻璃纤维的新生态纤维强度为至少4400MPa。
23.根据权利要求19所述的方法，还包括：浸渍由所述组合物制备的玻璃纤维，其中所述玻璃纤维的浸渍原丝拉伸模量为大于85GPa。
24.根据权利要求19所述的方法，还包括：浸渍由所述组合物制备的玻璃纤维，其中所述玻璃纤维的浸渍原丝拉伸模量为90GPa。
25.一种玻璃纤维增强制品，包含：
玻璃纤维，其包含：
介于56重量％至61重量％之间的SiO2；
介于16重量％至23重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比介于2至4之间；
介于8重量％至12重量％之间的MgO；
介于6重量％至10重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比介于0.7至1.5之间；
介于0.7重量％至2重量％之间的Na2O作为单一碱金属氧化物；
小于1重量％的Li2O；以及
总量小于2重量％的剩余的过渡金属氧化物；
以及
基质材料。
26.根据权利要求25所述的玻璃纤维增强制品，其中所述玻璃纤维包含：
介于57.5重量％至60.5重量％之间的SiO2；
介于17.3重量％至21.5重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比为介于2.7至3.5之间；
介于9.0重量％至11.3重量％之间的MgO；
介于7.5重量％至9.7重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比介于1.0至1.2之间；
介于0.7重量％至2重量％之间的Na2O作为单一碱金属氧化物；
小于0.5重量％的Li2O；以及
总量小于2重量％的剩余的过渡金属氧化物。
27.根据权利要求25所述的玻璃纤维增强制品，其中所述玻璃纤维增强制品是风轮机叶片。
28.根据权利要求25所述的玻璃纤维增强制品，其中所述玻璃纤维增强制品的玻璃纤维的浸渍原丝拉伸模量为大于85GPa。
29.根据权利要求25所述的玻璃纤维增强制品，其中所述玻璃纤维增强制品的玻璃纤维的浸渍原丝拉伸模量为90GPa。
30.一种玻璃组合物，包含：
介于56重量％至60.5重量％之间的SiO2；
介于16重量％至23重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比为介于2至4之间；
介于8重量％至12重量％之间的MgO；
介于6重量％至10重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比为介于0.7至1.5之间；
介于0.7重量％至2重量％之间的Na2O作为单一碱金属氧化物；
小于1重量％的Li2O；以及
总量小于2重量％的剩余的过渡金属氧化物。
31.根据权利要求30所述的玻璃组合物，其中所述SiO2为介于56重量％至59.87重量％之间。
32.一种玻璃纤维，其主要由以下组分构成：
介于56重量％至60.5重量％之间的SiO2；
介于16重量％至23重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比介于2至4之间；
介于8重量％至12重量％之间的MgO；
介于6重量％至10重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比介于0.7至1.5之间；
介于0.7重量％至2重量％之间的Na2O作为单一碱金属氧化物；
小于1重量％的Li2O；以及
总量小于2重量％的剩余的过渡金属氧化物。
33.根据权利要求32所述的玻璃纤维，其中所述SiO2为介于56重量％至59.87重量％之间。
34.一种在玻璃熔窑中提供连续的、可生产的高模量玻璃纤维的方法，所述方法包括以下步骤：
将组合物提供至玻璃熔窑的熔化区，所述组合物包含：
介于56重量％至60.5重量％之间的SiO2；
介于16重量％至23重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比介于2至4之间；
介于8重量％至12重量％之间的MgO；
介于6重量％至10重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比介于0.7至1.5之间；
介于0.7重量％至2重量％之间的Na2O作为单一碱金属氧化物；
小于1重量％的Li2O；以及
总量小于2重量％的剩余的过渡金属氧化物；
将所述组合物加热至超过所得玻璃的液相线温度的成型温度，从而形成可成纤的熔融玻璃；以及
使所述熔融玻璃连续成纤，由此持续进行可生产的高模量玻璃成纤工艺。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述SiO2为介于56重量％至59.87重量％之间。
36.一种玻璃纤维增强制品，包含：
玻璃纤维，其包含：
介于56重量％至60.5重量％之间的SiO2；
介于16重量％至23重量％之间的Al2O3，其中SiO2/Al2O3的重量％之比介于2至4之间；
介于8重量％至12重量％之间的MgO；
介于6重量％至10重量％之间的CaO，其中MgO/CaO的重量％之比介于0.7至1.5之间；
介于0.7重量％至2重量％之间的Na2O作为单一碱金属氧化物；
小于1重量％的Li2O；以及
总量小于2重量％的剩余的过渡金属氧化物；
以及
基质材料。
37.根据权利要求36所述的玻璃纤维增强制品，其中所述SiO2为介于56重量％和59.87重量％之间。
38.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中所述玻璃组合物不包含特意添加的锂，并且该玻璃组合物中锂的量为小于0.25重量％。
39.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中所述玻璃组合物不包含特意添加的钾，并且钾的量为小于0.25重量％。
40.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中所述玻璃组合物不包含特意添加的锂和钾，并且该玻璃组合物中锂的量为小于0.25重量％，钾的量为小于0.25重量％。
41.根据权利要求13所述的玻璃纤维，其中所述玻璃纤维不包含特意添加的钾，并且钾的量为小于0.25重量％。
42.根据权利要求13所述的玻璃纤维，其中所述玻璃纤维不包含特意添加的锂和钾，并且该玻璃组合物中锂的量为小于0.25重量％，且钾的量为小于0.25重量％。
43.根据权利要求1所述的玻璃组合物，其中MgO/CaO的重量％之比介于1.0至1.5之间。
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