高性能玻璃纤维配料及其制备的玻璃纤维制造技术

一种高性能玻璃纤维配料，以质量百分比计，配料含有以下质量百分比的各个组分：SiO

【技术实现步骤摘要】
高性能玻璃纤维配料及其制备的玻璃纤维
本专利技术涉及玻璃纤维领域，具体涉及一种高性能玻璃纤维配料及其制备的玻璃纤维。
技术介绍
玻璃纤维的主要成分为二氧化硅。根据玻璃纤维的具体用途的性能的不同，目前最常用的玻璃纤维主要包括SiO2-Al2O3-ZrO2、SiO2-Al2O3-B2O3、SiO2-Al2O3-RO（R为Mg、Ca）、SiO2-Al2O3-R12O（R1为Na、K、Li）等体系，然后在其中添加各种改性成分，如Fe2O3、ZnO、P2O5、F、SO3、Y2O3、La2O3、CeO2、Gd2O3、Sm2O3、TiO2、CuO、Nb2O5、WO3等。对于玻璃纤维的制备而言，生产商通常需要在性能和制备工艺的易操作性、成本之间进行折中选择。总所周知，玻璃纤维的制备过程中，需要在熔融装置内预先将玻璃纤维配料熔融，然后通过孔板将熔融玻璃拉丝成型。举例而言，玻璃纤维配料中有一些组分的使用，如ZrO2等，会使得玻璃纤维的液相温度大幅升高，从而需要特定的熔融装置才能将玻璃纤维配料熔融，且液相温度的升高，相应的拉丝成型温度也会增加，对孔板的要求也会越来越高，这都会使得成本增加。玻璃纤维配料中有一些组分的使用，如TiO2、SiO2、Al2O3、CaO等，容易在玻璃纤维中产生结晶或者在成型过程中析晶，这会严重影响玻璃纤维的强度和模量等性能。玻璃纤维配料中有一些组分的使用，如Y2O3、La2O3、CeO2等，可以有效改善玻璃纤维的模量性能，但是其稀土氧化物的价格较高，大量使用稀土氧化物会使得玻璃纤维的成本增加。由于现有的玻璃纤维的生产过程中总是会存在高性能的玻璃纤维难以制备、且生产成本高的问题，本专利技术的目的在于提供具有高性能玻璃纤维配料，且该玻璃纤维配料易于生产玻璃纤维，从而得到生产操作性好、成本低的高性能玻璃纤维。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人在研究中发现，现有的玻璃纤维配料中，通常以SiO2+Al2O3和/或ZrO2为主要成分。其中，Al2O3可以提高玻璃纤维的机械强度、弹性模量、化学稳定性等；ZrO2可以改善玻璃纤维的耐碱性。对于高性能的玻璃纤维而言，它们均是不可或缺的组分，且含量通常在5-15wt.%之间才会有较好的效果。然而，也正是高含量的这两种组分给玻璃纤维的生产易操作性带来的困难，虽然可以通过添加一些改性组分来实现生产的易操作性，但是成本会增加，玻璃纤维的性能也不能得到保障。为此，本专利技术的玻璃纤维配料中，Al2O3和ZrO2的用量都很少，相对而言，增加了TiO2的用量，同时也增加了MgO、CaO、K2O、Na2O等组分的用量，这样不仅降低了玻璃纤维配料的液相温度，易于制备玻璃纤维，且所制备得到的玻璃纤维的性能也有保障。具体而言，一种高性能玻璃纤维配料，以质量百分比计，配料含有以下质量百分比的各个组分：SiO250-65wt.%TiO210-18wt.%CaO+MgO10-16wt.%Li2O+Na2O+K2O6-11wt.%Al2O30.1-2wt.%ZrO20-2wt.%Y2O3+La2O3+CeO20.5-2wt.%B2O30-2wt.%Fe2O30.1-1wt%。在本专利技术的玻璃纤维配料中，SiO2是形成玻璃骨架结构的主要成分，为玻璃纤维的机械强度和耐酸性提供基础保障。TiO2具有提高玻璃纤维的耐水性和耐碱性的作用。对于耐碱性的改善，其作用与ZrO2类似。但是，如果在玻璃纤维配料中同时使用高含量的的ZrO2和TiO2，容易在拉丝成型的过程中形成钛酸锆或者ZrO2·TiO2结晶，会造成孔板的堵塞，不利于拉丝成型工艺的顺畅进行。因此，本专利技术中使用了高含量的TiO2的同时，使用了极低含量的ZrO2以避免上述情形的发生。此外，TiO2还对降低玻璃纤维的液相温度和拉丝成型温度具有积极作用，相反，ZrO2的使用会大幅升高玻璃纤维的液相温度和拉丝成型温度。因此，本专利技术中对于ZrO2和TiO2的用量的使用还考虑了玻璃纤维的液相温度、拉丝成型温度，以及制备玻璃纤维的易操作性。TiO2也是形成玻璃纤维骨架的氧化物，可以与SiO2的骨架主体良好匹配，并进一步改善玻璃纤维的机械强度和模量。对于机械强度和模量的改善，其作用与Al2O3类似。但是，如果在玻璃纤维配料中同时使用高含量的的Al2O3和TiO2，容易在拉丝成型的过程中形成Al2O3·TiO2结晶，也会造成孔板的堵塞，不利于拉丝成型工艺的顺畅进行。因此，在综合考虑了液相温度、机械强度、耐碱性等各方因素后，本专利技术中在使用了高含量的TiO2的同时，使用了极低含量的Al2O3以避免上述情形的发生。对于TiO2的用量，若超过18%，则仍然存在容易在玻璃纤维中析出含TiO2的结晶的可能，使得生产的易操作性降低。若低于10%，则玻璃纤维的耐碱性、机械强度、模量等性能不足。CaO、MgO具有降低玻璃粘度、控制玻璃析晶、促进玻璃纤维配料熔融的作用，同时，在熔融过程中，还可以对玻璃熔融体进行除起泡，提高玻璃纤维的机械强度和弹性模量。Li2O、Na2O、K2O具有降低玻璃粘度、改善玻璃熔制性能的作用。且碱金属氧化物能够提供大量的游离氧，大量的游离氧能够促进稀土氧化物对于玻璃熔融液的澄清作用。Fe2O3具有提高熔融玻璃的均质效果，其通过吸收热射线提高玻璃纤维配料的熔融性，从而提高熔融玻璃的均质效果。而且，其还有利于玻璃纤维配料在升温和降温过程中的温度均匀性，改善玻璃的局部析晶速率，提高玻璃纤维的生产率。B2O3的作用是降低玻璃纤维的液相温度和拉丝成型温度。但是，B2O3的含量不宜过高，过多的B2O3容易造成玻璃纤维耐碱性的降低。本专利技术的玻璃纤维配料中，除了上述组分以外，还可以含有总含量为0-2wt.%的以下组分：F、SO3、ZnO、P2O5、CuO、Nb2O5、WO3、Cr2O3、Gd2O3、Sm2O3。本专利技术的玻璃纤维配料，其液相温度约为1030-1100℃，拉丝成型温度约为1200-1250℃。通过将本专利技术的玻璃纤维配料投入熔融装置内预先将玻璃纤维配料熔融，然后通过孔板将熔融玻璃拉丝成型，即可得到易于制备的高性能的玻璃纤维。具体实施方式为了使本专利技术的玻璃纤维配料及其制备的玻璃纤维的优势更加凸显，接下来利用具体的实例进行详细的阐述和说明。一种高性能玻璃纤维配料，以质量百分比计，配料含有以下质量百分比的各个组分：SiO250-65wt.%TiO210-18wt.%CaO+MgO10-16wt.%Li2O+Na2O+K2O6-11wt.%Al2O30.1-2wt.%ZrO20-2wt.%Y2O3+La2O3+CeO20.5-2wt.%B2O30-2wt.%Fe2O30.1-1wt%。通过将本专利技术的玻璃纤维配料投入熔融装置内预先将玻璃纤维配料熔融，然后通过孔板将熔融玻璃拉丝成型，即可得到易于制备的高性能的玻璃纤维。实施例1-4及对比例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能玻璃纤维配料，以质量百分比计，配料含有以下质量百分比的各个组分：/nSiO

【技术特征摘要】
1.一种高性能玻璃纤维配料，以质量百分比计，配料含有以下质量百分比的各个组分：
SiO250-65wt.%
TiO210-18wt.%
CaO+MgO10-16wt.%
Li2O+Na2O+K2O6-11wt.%
Al2O30.1-2wt.%
ZrO20-2wt.%
Y2O3+La2O3+CeO20.5-2wt.%
B2O30-2wt.%
Fe2O30.1-1wt%。


2.如权利要求1所述的一种高性能玻璃纤维配料，其特征在于，还可以...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙庆云，
申请(专利权)人：青岛蓝创科信新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37