一种高模量玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料制造技术

本发明专利技术提供一种高模量玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料。其中，玻璃纤维组合物各组分的含量以重量百分比表示如下：SiO

【技术实现步骤摘要】
一种高模量玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料
本专利技术涉及一种高模量玻璃纤维组合物，尤其涉及一种能作为先进复合材料增强基材的高模量玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料。
技术介绍
高模量玻璃纤维作为先进复合材料的增强基材，最初主要应用于航空、航天、国防军工等特殊领域。随着科技进步及经济发展，高模量玻璃纤维被广泛应用于大型风力叶片、高压容器、光缆加强芯、汽车制造等民用工业领域。以风电领域为例，伴随大型风力叶片的快速发展，高模量玻璃纤维替代普通玻璃纤维的比例越来越高。目前，追求更优异的模量性能并实现规模化生产，成为高模量玻璃纤维的重要发展方向。S玻璃是最早的高强度高模量玻璃，其成分以MgO-Al2O3-SiO2系统为主体，ASTM国际组织将S玻璃定义为一族主要由镁、铝、硅的氧化物组成的玻璃，典型方案如美国开发的S-2玻璃。S-2玻璃中SiO2和Al2O3的重量百分比含量达90％，MgO约为10％，玻璃不易熔化澄清、气泡多，玻璃成型温度高达1571℃，液相线温度高达1470℃，同时玻璃析晶速率快，使得S-2玻璃纤维的生产难度过大，无法实现大规模池窑生产，甚至难于进行一步法生产，导致S-2玻璃纤维的生产规模小、效率低、价格高，无法实现大规模工业应用。对标S玻璃，我国开发了HS系列高强度玻璃，其主要成分也包括SiO2、Al2O3、MgO，同时引入高含量的Li2O、B2O3和Fe2O3，它的成型温度范围在1310-1330℃，液相线温度范围在1360-1390℃，两者的温度均比S玻璃低得多，但其成型温度比液相线温度低，△T值为负，这不利于玻璃纤维的高效拉制，必须提高拉丝温度，采用特殊的漏板、漏嘴，以防止拉丝过程中发生玻璃失透现象，这造成温度控制上的困难，也难于实现大规模池窑生产。同时，由于引入高含量的Li2O和B2O3，两者的重量百分比总量一般超过2％甚至3％，玻璃机械性能和耐腐蚀性能受到一定的负面影响。而且，HS系列玻璃的弹性模量与S玻璃相当。日本专利JP8231240公开了一种玻璃纤维组合物，按重量百分比含量计，它含有62-67％的SiO2，22-27％的Al2O3，7-15％的MgO，0.1-1.1％的CaO，0.1-1.1％的B2O3。相对于S玻璃，该组合物的气泡数量明显改善，但是成型仍然非常困难，成型温度超过1460℃。上述现有技术中，普遍存在生产难度过大的问题，具体表现为玻璃的成型温度高，液相线温度高、析晶速率快，玻纤成型范围△T小，熔制澄清难度大、气泡多。大部分机构往往以牺牲部分玻璃性能的方式来降低生产难度，这造成上述玻璃纤维的模量性能无法大幅提升。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上面描述的问题。本专利技术的目的是提供一种高模量玻璃纤维组合物，该组合物能显著提高玻璃纤维的模量，显著降低玻璃澄清温度、改善澄清效果，优化玻璃料性、改善玻璃纤维的冷却效果，降低玻璃析晶速率，适合用于规模化生产高模量玻璃纤维。根据本专利技术的一个方面，提供一种高模量玻璃纤维组合物，所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：其中，所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：其中，所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：并且，上述组分的合计含量大于等于98％。其中，进一步限定重量百分比的比值C1＝MgO/CaO的范围为大于等于1.7。其中，进一步限定重量百分比的比值C2＝Y2O3/MgO的范围为大于等于0.8。其中，进一步限定重量百分比的比值C3＝Y2O3/CaO的范围为大于等于1.9。其中，进一步限定重量百分比的比值C4＝Al2O3/Y2O3的范围为1-2.5。其中，进一步限定Y2O3的重量百分比含量范围为10.1-20％。其中，进一步限定SiO2的重量百分比含量范围为44-55.9％。其中，进一步限定Al2O3的重量百分比含量范围为15.8-20.4％。其中，进一步限定MgO的重量百分比含量范围为9-15％。其中，进一步限定CaO的重量百分比含量范围为0.5-5.9％。其中，进一步限定重量百分比的比值C1＝MgO/CaO的范围为大于等于1.7，重量百分比的比值C2＝Y2O3/MgO的范围为大于等于0.8。其中，进一步限定重量百分比的比值C1＝MgO/CaO的范围为大于等于2.0，重量百分比的比值C2＝Y2O3/MgO的范围为大于等于0.9。其中，进一步限定重量百分比的比值C2＝Y2O3/MgO的范围为大于等于0.8，重量百分比的比值C3＝Y2O3/CaO的范围为大于等于2.1。其中，进一步限定重量百分比的比值C1＝MgO/CaO的范围为大于等于1.7，重量百分比的比值C2＝Y2O3/MgO的范围为大于等于0.8，重量百分比的比值C3＝Y2O3/CaO的范围为大于等于2.1。其中，进一步限定重量百分比的比值C1＝MgO/CaO的范围为大于等于1.7，重量百分比的比值C2＝Y2O3/MgO的范围为大于等于0.8，重量百分比的比值C3＝Y2O3/CaO的范围为大于等于1.9，重量百分比的比值C4＝Al2O3/Y2O3的范围为1-2.1。其中，所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：并且，重量百分比的比值C1＝MgO/CaO的范围为大于等于1.7。其中，所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：并且，重量百分比的比值C1＝MgO/CaO的范围为大于等于1.7，重量百分比的比值C2＝Y2O3/MgO的范围为大于等于0.8。其中，进一步限定CeO2的重量百分比含量范围为0-2％。其中，还包含重量百分比含量范围小于4％的ZrO2、ZnO、B2O3、F2和SO3中的一种或多种。其中，还可以包含重量百分比含量范围为0-0.9％的ZrO2。其中，所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：并且，上述组分的合计含量大于等于99.5％。其中，所述玻璃纤维组合物中可以不含B2O3。其中，所述玻璃纤维组合物中可以不含MnO。其中，所述玻璃纤维组合物的玻璃澄清温度可以小于等于1460℃。根据本专利技术的另一个方面，提供一种玻璃纤维，所述玻璃纤维由上述的玻璃纤维组合物制成。根据本专利技术的第三方面，提供一种复合材料，所述复合材料包括上述的玻璃纤维。根据本专利技术的高模量玻璃纤维组合物，通过引入高含量Y2O3，合理配置SiO2、Al2O3、Y2O3、CaO、MgO的含量及比例，控制碱土金属氧化物和碱金属氧化物的含量及比例，控制Al2O3+MgO和MgO+Y2O3的含量范围，利用钇离子在玻璃结构中特殊的补位和积聚作用以及碱土金属混合效应，提升镁离子与钙离子、钇离子与镁离子、钇离子与钙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：





2.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：








3.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：



并且，上述组分的合计含量大于等于98％。


4.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，重量百分比的比值C1＝MgO/CaO的范围为大于等于1.7。


5.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，重量百分比的比值C2＝Y2O3/MgO的范围为大于等于0.8。


6.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，重量百分比的比值C3＝Y2O3/CaO的范围为大于等于1.9。


7.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，重量百分比的比值C4＝Al2O3/Y2O3的范围为1-2.5。


8.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，Y2O3的重量百分比含量范围为10.1-20％。


9.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，SiO2的重量百分比含量范围为44-55.9％。


10.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，Al2O3的重量百分比含量范围为15.8-20.4％。


11.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，MgO的重量百分比含量范围为9-15％。


12.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，CaO的重量百分比含量范围为0.5-5.9％。


13.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，重量百分比的比值C1＝MgO/CaO的范围为大于等于1.7，重量百分比的比值C2＝Y2O3/MgO的范围为大于等于0.8。


14.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，重量百分比的比值C1＝MgO/CaO的范围为大于等于2.0，重量百分比的比值C2＝Y2O3/MgO的范围为大于等于0.9。


15.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于，重量百分比的比值C2＝Y2O3/MgO的范围为大于等于0.8，重量百分比的比值C3＝Y2O3/CaO的范围为大于等于2.1。

【专利技术属性】
技术研发人员：章林，邢文忠，曹国荣，姚忠华，
申请(专利权)人：巨石集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33