一种增强型玻璃纤维组合物制造技术

本发明专利技术属于玻璃纤维制备技术领域，涉及一种增强型纺织式的高强度高模量的玻璃纤维组合物，应用于机电、化工和航空器等领域，其增强型纺织式玻璃纤维组合物包括以下重量百分比的组分：56％～65％的SiO2；15％～21％的Al2O3；9％～18％的MgO；5％～13％的CaO；0.1％～4％的Y2O3；0％～0.8％的Li2O；0.1％～1％的K2O+Na2O；其他杂质的成份不大于3％；采用池窑技术工艺加工制成，通过对各氧化物组分的优选与组合，特别是引入Y2O3，在保证高强度与高模量的情况下，其熔化温度、澄清温度与成形温度降低，增加成形温度与液相线温度的温差，改善拉丝作业情况，有利于高强度高模量纤维的工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于玻璃纤维制备
，涉及一种增强型纺织式的高强度高模量的玻璃纤维组合物，作为一种新型的材料可用于机电、化工和航空器等领域。
技术介绍
：玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，通常用于复合材料中的增强材料、电绝缘材料和绝热保温材料、电路基板等国民经济各个领域。高强度高模量玻璃纤维最初用于国防军工领域，随着科技的发展，现在高强度高模量玻璃纤维也广泛应用于风力叶片、高压容器、海上石油管路、汽车与航空领域。典型的高强度高模量玻璃主要有S-玻璃、T玻璃，是由硅、铝和镁氧化物组成的玻璃，这种玻璃比传统E玻璃纤维具有更高的强度与模量。现有的S-玻璃纤维的组成为：64～66％的SiO2，24～25％的Al2O3，9.5～10％的MgO；T玻璃纤维的组成为：65％的SiO2，23％的Al2O3，11％的MgO；但S-玻璃、T玻璃生产难度极大，需要使用铂金衬里的坩埚来生产，不适合大规模工业化生产与应用普及。为此，一些玻璃纤维生产商采用加入TiO2、Li2O、B2O3、CeO等氧化物，来降低玻璃熔化温度及改善纤维成形性能。中国专利申请号为CN201080070857.0公开了一种高强度玻璃组合物和纤维，其组成为：56～61％的SiO2，16～23％的Al2O3，8～12％的MgO，6～10％的CaO，0～1％的Li2O，0～2％的Na2O。该玻璃由于加入了较高的Al2O3，导致液相线温度较高，在实施例中，从1240～1350不等，熔化与澄清温度更是高达1500℃以上；中国专利申请号为CN200910104239.2公开了一种高强度高模量玻璃纤维，其组成为：56～64％的SiO2，13～20％的Al2O3，7～12％的MgO，8～13％的CaO，0～2.5％的TiO2，0～2％的ZrO2，0～1％的K2O+Na2O含量，该玻璃加入了TiO2，导致玻璃颜色发黄，在某些行业应用上受到限制。同时加入了ZrO2，导致在拉丝成形时，容易发生失透现象；中国专利申请号为CN201180037080.2公开了一种高强度高模量玻璃纤维组合物，其组成为：74～80％的SiO2，5～9.5％的Al2O3，8.75～14.75％的MgO，0～3％的CaO，2～3.25％的Li2O，0～2％的Na2O；该玻璃使用了极高比例的SiO2，使成形温度达到1400℃，液相温度达到1457℃，导致成形温度和液相温度过高，同时成形温度低于液相温度，不利于玻璃纤维的拉制；中国专利申请号为CN201180037104.4公开了一种高强度高模量玻璃纤维组合物，其组成为：60～73.01％的SiO2，13～26％的Al2O3，5～12.75％的MgO，3.25～4％的CaO，3.24～4％的Li2O，0～0.75％的Na2O；该玻璃加入了较高的LiO2，对玻璃强度有降低作用，也对耐火材料产生较大的侵蚀，与耐火材料生成不均质玻璃，同时由于极低的CaO/MgO比例，玻璃容易产生失透现象，不利于纤维的拉制。所以，开发一种新型的玻璃纤维材料具有广泛的应用前景。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求一种增强型玻璃纤维组合物，能在保证玻璃纤维高强度高模量的情况下，实现较低的熔化温度、成形温度与液相线温度，同时得到较宽的拉丝成形温度范围，有利于纤维的拉制，适于用生产E玻璃纤维的窑炉生产，以实现大规模工业化。为了实现上述目的，本专利技术涉及的增强型玻璃纤维组合物包括以下重量百分比的组分：56％～65％的SiO2；15％～21％的Al2O3；9％～18％的MgO；5％～13％的CaO；0.1％～4％的Y2O3；0％～0.8％的Li2O；0.1％～1％的K2O+Na2O；其他杂质的成份小于3％，总量为100％；采用现有普通的池窑技术工艺加工制成，用于机电、化工和航天器材的制备。本专利技术涉及的增强型玻璃纤维组合物中，SiO2是形成玻璃骨架的主要氧化物，具有稳定组分的功能；SiO2的含量低于56％会影响玻璃强度，高于65％会导致熔化与澄清温度过高，优选的SiO2含量范围为58～63％；Al2O3是形成玻璃的骨架氧化物之一，能够阻止玻璃分相和水解，提高玻璃模量；Al2O3含量过低会导致玻璃模量下降，过高则造成玻璃粘度上升，不利于玻璃澄清与均化，优选的Al2O3含量范围为16～19％；MgO有利于降低玻璃的熔化温度，利于纤维的熔化与成形，能够提高玻璃模量，MgO的含量过低则不利于提高玻璃模量，过高则增加玻璃分相倾向，优选的MgO含量范围为10～14％；CaO有利于降低玻璃的熔化温度，利于纤维的熔化与成形，CaO的含量过低则造成熔化温度过高，纤维成形困难，过高则降低玻璃模量，优选的CaO含量范围为8～11％；Y2O3的引入能显著降低玻璃的高温粘度，有利于玻璃的澄清与均化，同时降低玻璃的液相线温度，增加玻璃成形温度与液相线温度的温差，Y2O3能提高玻璃模量，Y2O3的含量范围优选为0.5～1.5％；LiO2的作用是助熔，能降低玻璃的熔化温度，改善高温粘度，同时因其离子相对其他碱金属离子而言，半径小，场强大，能提高玻璃模量，但过高则会降低玻璃强度，LiO2的含量范围优选为0.1～0.6％；K2O+Na2O作为助熔剂，降低玻璃熔化温度与高温粘度，引入量过多会降低玻璃强度和模量，K2O+Na2O的含量范围优选为0.1～0.6％。本专利技术涉及的增强型玻璃纤维组合物中，其他杂质成分的Fe2O3作为玻璃原料的杂质引入，无需额外添加；在不损害玻璃特性的情况下，还包括ZnO、TiO2、ZrO2、CeO、La2O3、SO3、B2O3和F的一种或多种，其中，这些组分的总重量百分比小于3％，优选的为小于2％。本专利技术所述的增强型玻璃纤维组合物的制备方法优选为池窑法生产，具体按照以下工艺制备：将各原料按照组分配比后，混合均匀加入池窑，在1400～1650℃的条件下熔化、澄清与均化后，即得到玻璃；将所得玻璃经过多孔铂金漏板流出，进行浸润剂涂覆后再用拉丝机牵引，即得到增强型玻璃纤维组合物。本专利技术与现有技术相比，通过对各氧化物组分的优选与组合，特别是引入Y2O3，在保证高强度与高模量的情况下，其熔化温度、澄清温度与成形温度降低，增加成形温度与液相线温度的温差，改善拉丝作业情况，更有利于高强度高模量纤维的工业化生产。具体实施方式：下面通过实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1:本实施例各组分总含量略微小于100％，理解为残余量是微量杂质或不能分析出的成分；具体制备过程如下：各原料按照表1的组分进行配比，混合均匀后放入铂金坩埚，在1550～1600℃下熔融和保温共3小时，将所制得的玻璃倒入水中，制成碎玻璃，晾干后加入坩埚炉，并经过多孔铂金漏板流出，进行浸润剂涂覆后再用拉丝机牵引，即得到玻璃纤维组合物原丝饼或纱团，再利用常规方法进行深加工以符合预期要求；使用高温玻璃粘度计，根据ASTM C-1351M的操作程序测量成形粘度(log3温度)；在铂-合金船内，通过将玻璃暴露在等温度梯度下8小时，测量析晶长度可计算得液相线温度；根据ASTM D 2343检测得无捻粗纱的力学性能；表1列出了具体的10个实施例组分，其编号分别为1～10，比较例为E玻璃和S玻璃，表1中玻璃纤维组合物的各含量均以重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强型纺织式玻璃纤维组合物，其特征在于包括以下重量百分比的组分：56％～65％的SiO2；15％～21％的Al2O3；9％～18％的MgO；5％～13％的CaO；0.1％～4％的Y2O3；0％～0.8％的Li2O；0.1％～1％的K2O+Na2O；其他杂质的成份不大于3％，总量为100％；采用现有普通的池窑技术工艺加工制成，用于机电、化工、航天器材的制备。

【技术特征摘要】
1.一种增强型纺织式玻璃纤维组合物，其特征在于包括以下重量百分比的组分：56％～65％的SiO2；15％～21％的Al2O3；9％～18％的MgO；5％～13％的CaO；0.1％～4％的Y2O3；0％～0.8％的Li2O；0.1％～1％的K2O+Na2O；其他杂质的成份不大于3％，总量为100％；采用现有普通的池窑技术工艺加工制成，用于机电、化工、航天器材的制备。2.根据权利要求1所述的增强型玻璃纤维组合物，其特征在于SiO2是形成玻璃骨架的主要氧化物，具有稳定组分的功能，SiO2的含量低于56％会影响玻璃强度，高于65％会导致熔化与澄清温度过高，优选的SiO2含量范围为58～63％；Al2O3是形成玻璃的骨架氧化物之一，能够阻止玻璃分相和水解，提高玻璃模量，Al2O3含量为过低会导致玻璃模量下降，过高则造成玻璃粘度上升，不利于玻璃澄清与均化，优选的Al2O3含量范围为16～19％；MgO有利于降低玻璃的熔化温度，利于纤维的熔化与成形，能够提高玻璃模量，MgO的含量过低则不利于提高玻璃模量，过高则增加玻璃分相倾向，优选的MgO含量范围为10～14％；CaO有利于降低玻璃的熔化温度，利于纤维的熔化与成形，CaO的含量过低则造成熔化温度过高，纤维成形困难，过高则降...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛爱军，徐士明，崔宝山，刘海深，刘兴月，
申请(专利权)人：山东玻纤集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37