[发明专利]一种高强度玻璃纤维组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种力学性能优异的高强度玻璃纤维，该玻璃纤维可以应用在普通玻璃纤维难以到达强度、刚度要求的高性能复合材料领域。本发明还涉及高强度玻璃纤维制品。

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，用它增强树脂可以得到性能优良的复合材料。但随着无碱玻璃纤维应用领域的日益扩大，就无碱玻璃纤维目前的力学性能来说，其已远远不能满足轻型军事武器、航空部件、特殊用途汽车部件以及风力发电等领域的要求，均需要寻求适合具有更高强度、耐腐蚀性及耐高温性良好质量轻的复合材料。

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。如美国专利3402055，其拉伸强度比无碱玻璃纤维有显著提高，但其液相温度高达1471℃以上，拉丝漏板温度高达1571℃，生产难度十分大，增加了玻璃液对窑炉耐火材料的侵蚀，缩短了铂金漏板的寿命，大大提高了其生产成本，因此很难推广应用。如中国专利94111349.3，为了改善玻璃的析晶性能，较大量的引入了Fe2O3，但Fe2O3引入过量会降低玻璃液的透热性影响玻璃液的熔化性能，且明显使玻璃纤维着色，过多的Fe2O3也易被钼电极还原为单质铁，导致铂金漏板产生中毒事故。

鉴于以上情况，为满足军用、电子及民用等产业需要，本发明描述了一种既可以较无碱玻璃纤维大幅度提高力学机械性能，而又具有较高性价比的增强玻璃纤维。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题，提出一种成分设计合理的高强度玻璃纤维组合物，来降低玻璃纤维的纤维化温度，降低作业难度，同时提高玻璃纤维的拉伸强度、耐温性、耐腐蚀性以及耐酸性。本发明所述高强度玻璃纤维组合物通过引入含Fe₂O₃较低的煅烧氧化铝代替叶腊石来减少杂质引入保证了改玻璃成分的纯度，最大可能地保留了该组合物的力学强度，同时也提高了玻璃液的透热性，降低能耗，稳定生产。本发明通过使用适量的高炉渣，根据具体需要引入约6-12%，来达到降低熔化难度和减少能耗的目的。

本玻璃配方在传统硅、铝、镁三元玻璃的基础上，通过调整硅、铝、镁的搭配比例使其处于高温稳定组成区域，并通过调整三者比例来保证了最终纤维的力学机械性能。

本发明的组合物包括：56-65wt%SiO₂，18.5-25.8wt% Al₂O₃，11.5-23wt%RO(RO是CaO、MgO、SrO和BaO之和)， 0-2.5%的碱金属氧化物；大于0.15%而小于1.0%的CeO2；

为了有效提高玻璃纤维的纤维拉伸强度、耐酸性、耐温性以及耐腐蚀性，改善配合料的熔化性能，改善玻璃的失透性能，整个玻璃成分中将SiO₂取56-65wt%左右，Al₂O₃取18.5-25.8wt％，二者之和不低于78wt%。同时为了降低玻璃纤维的纤维化温度以及高温黏度，延长铂金漏板的使用寿命，本发明适合的MgO含量为7-16wt%。

    上述SiO2-Al2O3- MgO系统的玻璃熔化温度高，澄清较差且拉丝作业困难，针对此玻璃组合物的特点，传统玻璃纤维中采用萤石和硼化合物作为助熔剂，但其中的氟和硼均极易挥发对大气危害极大。在本发明中完全不含氟和硼，从而减少对玻璃整体键结构的破坏。

针对该玻璃组合物的特点，本发明的玻璃组合物中引入化学成分单一，Fe2O3含量较低的煅烧氧化铝来代替一定量的叶腊石，既降低了叶腊石矿的使用压力，又可以降低玻璃中的不必要的杂质，提高玻璃液的透热性，有效降低了玻璃液的纤维化温度，降低了通路温度及窑炉的使用压力，并且明显改善了玻璃纤维的颜色，减轻了对铂金漏板的腐蚀，延长了漏板的使用寿命。

煅烧氧化铝是将铝土矿（Al₂O₃·H₂O和Al₂O₃·3H₂O）粉碎后用高温氢氧化钠溶液浸渍，获得铝酸钠溶液；过滤去掉残渣，将滤液降温并加入氢氧化铝晶体，经长时间搅拌，铝酸钠溶液会分解析出氢氧化铝沉淀；将沉淀分离出来洗净，再在950-1200℃的温度下煅烧，就得到α型氧化铝粉末（母液可循环利用）。