[发明专利]一种无硼玻璃纤维组合物

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种玻璃纤维组合物，尤其涉及具有优良纤维成型性能的无硼玻璃纤维组合物。 

（二）背景技术

E玻璃即无碱玻璃，是用于生产连续玻璃纤维最常用的玻璃成分。随着科学技术的发展，对玻璃纤维增强复合材料的性能提出了越来越高的要求，从而也要求玻璃纤维具有更好的性能表现。因含有高含量的硼和氟，传统E玻璃纤维的结构骨架比较疏松，机械性能较差，已经难以满足风力发电叶片、高性能玻璃钢管道和汽车制造等领域的使用要求。同时，高含量的硼和氟也导致传统E玻璃纤维存在原料成本高、对环境污染大等缺点。 

针对传统E玻璃纤维的上述缺点，许多企业科研机构进行了大量研究。国内外公开的一些相关专利，不含硼和/或氟，如典型发明CN96194508.7，该发明的优选方案中不含硼和氟，但没有提及上述助熔剂取消后如何改善玻璃熔制和纤维成型难度的技术方案，这对于池窑规模化生产来说是很困难的。针对如何有效降低玻璃熔制及纤维成型难度的问题，一些专利提供了一系列改进措施，如添加重量百分含量高于3%的ZnO和TiO₂，由于ZnO和TiO₂的价格太高，原料成本大大提高限制了该措施的应用；如添加重量百分含量高于3.5%的MgO并提高碱土金属氧化物总含量，虽能降低玻璃熔制难度并进一步提高玻璃的机械性能，但容易增加玻璃失透的危险，不利于改善纤维的成型难度限制了该措施的应用；如添加重量百分含量低于8%的高炉矿渣，高炉矿渣虽能加速配合料的熔化速度，但对玻璃的澄清却有一定负面影响，熔制工艺控制难度大限制了该措施的应用。 

（三）发明内容

本发明针对现有无硼玻璃纤维的上述缺点，通过合理设计氧化硅与氧化铝以及碱金属氧化物间的比例关系，能明显降低无硼玻璃的析晶倾向，从而改善无硼玻璃纤维的成型性能；同时，能显著降低高温玻璃液的表面张力，从而改善无硼 玻璃的熔制性能。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下： 

一种无硼玻璃纤维组合物，含有下述组分，基于SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、Fe₂O₃、Li₂O、Na₂O和K₂O，各组分的重量百分含量表示如下： 

其中，Li₂O≥0%，当Li₂O≥0.1%时，K₂O/Na₂O>1。 

在玻璃纤维行业中，成型温度是指玻璃熔体达到易于拉丝成型时的温度，本发明中取粘度为10³泊时的温度为成型温度。液相线温度是指玻璃熔体冷却时晶核开始形成的温度。为了避免在玻璃纤维拉制过程中出现任何析晶危险，用△T值表示成型温度与液相线温度之差，它应该是正的，优选的大于50℃。较大的△T值表明玻璃熔体有较高的稳定性，有利于玻璃拉丝成型。本发明所述玻璃纤维组合物的成型温度为1250~1290℃，液相线温度一般比成型温度低80℃以上。 

本发明的玻璃纤维组合物中各组分的限定理由如下： 

SiO₂是形成玻璃骨架的主要氧化物，并且起稳定各组分的作用。本发明所限定的SiO₂含量范围为≥57.5%且＜59%，为了获得更好的玻璃熔制性能，不希望SiO₂含量过高，但为了保证良好的玻璃机械性能，SiO₂含量又不能过低。优选的SiO₂含量范围为58~58.9%。 

Al₂O₃也是形成玻璃骨架的氧化物，与SiO₂结合时可对玻璃的机械性能起到实质性的作用。本发明所限定的Al₂O₃含量范围为13~16%，为了获得更好的玻璃成型性能，尽可能降低玻璃析晶危险，希望Al₂O₃含量高一些，但其含量太高会使玻璃粘度过高导致熔化、澄清困难。优选的Al₂O₃含量范围为13.5~15%。