[发明专利]用于陶瓷的截切玻璃纤维

说明书

由多种材料形成的陶瓷制品以及形成陶瓷制品的方法，所述陶瓷制品的特征在于添加玻璃纤维，该玻璃纤维具有特定的长度、直径和纵横比。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年10月26日提交的美国临时专利申请62/750,916的优先权和任何优益，通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

总体发明构思涉及纤维加强材料，并且更具体地涉及由于添加截切玻璃纤维而具有增强的力学性能的陶瓷材料。

背景技术

陶瓷是非金属固体，其包含主要以离子键和共价键保持的金属、非金属或准金属原子的无机化合物，常见实例为陶器、瓷器和砖块。陶瓷材料是脆性、硬质、压缩强度大，并且在剪切和拉伸方面弱。陶瓷材料耐受化学侵蚀。通常，陶瓷材料能够承受极高的温度(例如，1000℃至1600℃)。

陶瓷材料的应用是多样且变化的。一种此类用途是生产“卫生洁具”，其通常是指陶瓷卫生设备(例如，水槽、浴盆、马桶等)。卫生洁具的生产中的问题是，由于在干燥和烧制期间陶瓷材料的残余应力开裂连同在操纵期间引起的损伤，产率可以低至50％。因此，卫生洁具的主要生产者可能不得不承担20％以上的废品水平。

使用高强度、高耐热玻璃纤维(例如，S-玻璃纤维)以改善未烧制的粉浆浇铸(slipcasting)、挤出或注塑的陶瓷的力学性能的过去工作也表现出在烧制和陶瓷制品的随后使用期间的改善的断裂韧性。该技术导致陶瓷炉灶(hob stove)元件和可负担的瓷器餐具中的商业销售。

仍然需要改进的和/或更低成本的解决方案用于通过添加玻璃纤维来提高陶瓷材料的产率和/或增强陶瓷材料的性能。

发明内容

本文提出了提供用于增强陶瓷材料性能的玻璃纤维。

在一个示例性实施方案中，由多种材料形成的陶瓷制品通过向材料中添加玻璃纤维而得到增强，其中玻璃纤维具有在0.38mm至6.5mm范围内的平均纤维长度；其中玻璃纤维具有在10μm至25μm范围内的平均纤维直径；并且其中玻璃纤维具有大于100的平均纵横比。在一些示例性实施方案中，玻璃纤维按干重计具有0.15％至0.5％的施胶固体。在一些示例性实施方案中，玻璃纤维具有6％至12％的水分含量。

在一些示例性实施方案中，材料形成浆料。在一些示例性实施方案中，浆料包括20-30％的球粘土、25-35％的高岭土、30-35％的长石和15-20％的燧石，以及25-28重量％的水分含量。

在一些示例性实施方案中，玻璃纤维占所述材料的0.3重量％至0.7重量％。在一些示例性实施方案中，玻璃纤维占所述材料的0.5重量％。

在一些示例性实施方案中，玻璃纤维由ECR玻璃制成。在一些示例性实施方案中，玻璃纤维由H玻璃制成。在一些示例性实施方案中，玻璃纤维由R玻璃制成。在一些示例性实施方案中，玻璃纤维由S玻璃制成。

在一个示例性实施方案中，公开了一种从多种材料形成陶瓷制品的方法。该方法包括将玻璃纤维添加到材料中；混合所述材料以便将玻璃纤维分布在所述材料内；以及干燥所述材料从而形成陶瓷制品，其中所述玻璃纤维具有在0.38mm至6.5mm范围内的平均纤维长度；其中所述玻璃纤维在10μm至25μm范围内的平均纤维直径；并且其中所述玻璃纤维具有大于100的平均纵横比。

在一些示例性实施方案中，玻璃纤维按干重计具有0.15％至0.5％的施胶固体(sizing solid)。

在一些示例性实施方案中，玻璃纤维具有6％至12％的水分含量。

在一些示例性实施方案中，所述材料形成浆料，其中该浆料包括20-30％的球粘土、25-35％的高岭土、30-35％的长石和15-20％的燧石，以及25-28重量％的水含量。