[发明专利]一种环保型高模量玻璃纤维制备方法

说明书

技术领域

本发明为高模量玻璃纤维及制备方法，尤其是涉及目前通用玻璃 纤维难以到达强度、刚度要求的增强纤维应用，本发明还涉及到有害 气体排放少，环境友好型的玻璃纤维配方。

背景技术

用于制造连续玻璃纤维原丝的最常用的玻璃组合物为无碱玻璃 纤维，即通常所说的“E玻璃”。随着无碱玻璃纤维应用领域的日益 扩大，在某些领域，特别是具有更高强度和模量需要的领域，无碱玻 璃纤维已不能满足其力学性能要求。在航空部件，特殊用途汽车部件 以及大型风力发电用风车叶片应用中，均需要寻求适合具有更高强 度、更高模量，能制造更大尺寸部件的复合材料，作为复合材料中的 增强体玻璃纤维占据其中50％以上的体积，而且是力学性能的主要载 体。

通过改进增强纤维可以使这种复合材料满足这些领域的更高要 求。

针对以上情况，许多企业科研机构进行了大量研究，以想方设法 提高玻璃纤维力学机械性能。如国外有专利报道的高性能玻璃组合 物、高性能玻璃纤维及其制品中介绍了一种玻璃纤维组合物，其弹性 模量和强度比无碱玻璃纤维有显著提高，但其纤维化温度高达1350 ℃以上，比无碱玻璃纤维高出160℃，生产难度十分大，显著增加了 玻璃液对窑炉耐火材料的侵蚀，和明显缩短了铂金漏板的寿命，这样 大大提高了其生产成本，其生产成本是无碱玻璃纤维的几倍甚至10 几倍以上，因此很难推广应用。已有文献报道的的S-玻璃纤维和R 玻璃纤维，二者同样需要极高的熔化温度，而且二者的液相线温度和 纤维化温度十分接近不易纤维化作业，不利于稳定的作业生产，更无 法在大型池窑上直接生产。

鉴于以上情况，随着民用及迅速扩展的风能等产业需要一种既可 以较无碱玻璃纤维大幅度提高力学机械性能，而作业难度不至于大大 增加的经济的增强型纤维。

发明内容

本发明的目的针对现有高性能增强玻璃纤维的纤维化温度高、作 业难度大等缺点，通过引入特定条件下处理的高炉渣作为助熔剂，提 供一种增强型玻璃纤维的组合物，该组合物可以在通常的无碱玻璃纤 维池窑中使用低成本的直接熔化法，廉价地制成玻璃纤维，在高模量 玻璃纤维生产领域具有很好经济价值和使用价值。

本玻璃配方在传统硅、铝、钙、镁四元玻璃的基础上，通过调整 硅、铝、钙、镁的搭配比例使其处于高温稳定组成区域，通过限定对 玻璃的强度、刚度具有明显作用的氧化铝和氧化镁的基本含量来保证 了最终纤维的力学机械性能。

本发明的玻璃纤维使用硅砂、叶腊石、高岭土、明矾石、高炉渣、 生石灰、氧化镁、元明粉以及锂辉石组方制得；以重量计分别使用 4.2-6.5％的硅砂、28-35％的叶腊石、10.5-12.5％的高岭土、4-5.5％ 的明矾石、10-20％的高炉渣、5-9％的生石灰、6-7.5％的氧化镁、0.3％ 元明粉以及15％锂辉石组合配料制得。

本发明的组合物包括：

57-62.5wt％ SiO₂；

14.5-19.9wt％ Al₂O₃；

16-23.5wt％ RO，其中RO是CaO、MgO、SrO和BaO之和；其中CaO+MgO 之和不小于18.5wt％；CaO/MgO在0.8到1.8之间

0-2.5％的碱金属氧化物；

还包含大于0.15％而小于1.0％的CeO₂；

总量不超过3％的ZnO、TiO₂、ZrO₂、Fe₂O₃、Y₂O₃、MnO₂。

SiO₂+Al₂O₃≥75.2％。

Al₂O₃/(CaO+MgO)≥0.75而不高于0.85。