[发明专利]一种高模量玻璃纤维组合物以及玻璃纤维

说明书

本发明涉及一种高模量玻璃纤维组合物以及玻璃纤维。本发明提供了一种高模量玻璃纤维组合物，包括如下组分：SiO₂50wt％～55.9wt％；Al₂O₃ 20.5wt％～28.5wt％；SiO₂与Al₂O₃的总含量72.5wt％～82.5wt％；Al₂O₃/SiO₂质量分数比值0.38～0.56；B₂O₃ 0～3.0wt％；TiO₂0.2wt％～1.5wt％；ZnO 0～2.0wt％；ZrO₂0～2.0wt％；Fe₂O₃0.1wt％～0.6wt％；CaO6wt％～8.1wt％；MgO 9wt％～12wt％；CaO与MgO的总含量15.8wt％～20wt％；MgO/CaO质量分数比值1.2～2.0；Na₂O、K₂O与Li₂O的总含量0.2wt％～1.0wt％；上述组分总计100％。本发明通过控制上述各组分的特定百分比含量，使得最终得到的高模量玻璃纤维组合物具有高模量、优异的力学性能和较低粘度的成型性能。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，尤其涉及一种高模量玻璃纤维组合物以及玻璃纤维。

背景技术

玻璃纤维属于无机非金属材料，它具有机械强度高、电绝缘性好、耐热性强、物理化学性质稳定等诸多优点，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、石化、能源、电力、建筑等诸多领域，是目前应用量最大的无机纤维增强材料。由于主要用作增强基材，玻璃纤维的力学性能就显得尤为重要，而且随着玻璃纤维复合材料日益大型化、轻量化的发展趋势，人们对玻璃纤维的力学性能尤其是比强度、比模量模量提出越来越高的要求。

对于提升玻璃纤维强度和模量的方法，目前已有许多的相关研究。最典型的就是S玻璃和R玻璃。S玻璃的基本组成为：65wt％的SiO₂，25wt％的Al₂O₃，10wt％的MgO。S玻璃纤维理论单丝强度高达4500MPa，弹性模量超过85GPa，力学性能非常优异。但它的成型温度超过了1470℃，且极易析晶，生产难度很大，无法实现大规模推广应用。R玻璃也是一种高强度搞模量玻璃纤维，它一般是由SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO组成，一般被认为是生产难度和力学性能的一种折衷，从而比起S玻璃，更具有生产可行性。

中国专利CN200480015986.4公开了一种玻璃纤维组合物，它含有50～65wt％的SiO₂，12～20wt％的Al₂O₃，13～16wt％的CaO，6～12wt％的MgO，0～3wt％的B₂O₃，0～3wt％的TiO₂，0～2wt％的K₂O+Na₂O。该玻璃纤维属于R级玻璃，通过控制Al₂O₃和CaO含量获得了较好的力学性能和熔化性能，但比模量只有35-36MPa.kg^-1.m³，难以满足更高性能的需求。

中国专利CN200680041114.4公开了一种高性能玻璃纤维组合物，它含有60.5～70.5wt％的SiO₂，10～24.5wt％的Al₂O₃，6～20wt％的RO，0～3wt％的R₂O。该专利玻璃纤维组合物其实也属于R级玻璃范畴，但其公布的权利范围过于宽泛，一般行业内人员难以通过其技术方案轻易的实现其技术目标。