一種新型玻璃纖維的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型玻璃纖維。本發(fā)明的玻璃纖維包括以下重量百分比計的成分：58.5 -61.5 SiO2，0.32-0.42 Fe2O3，12.22-13.15 Al2O3，22.2-23.5 CaO，2.4-3.25 MgO，0.32-0.45 TiO2，Na2O+K2O＜1.05；是由以下原料制得的：石英粉、葉臘石粉、生石灰、氧化鎂、純堿和高爐礦渣。本發(fā)明的玻璃纖維使用高爐礦渣作為原料之一，開辟了一條固體廢棄物利用新渠道，有利于循環(huán)經濟的快速發(fā)展。本發(fā)明的玻璃纖維成分設計合理，具有高強度、高模量和通透度好的優(yōu)異性能，擴大了玻璃纖維的應用范圍。
【專利說明】一種新型玻璃纖維

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及玻璃纖維領域，尤其涉及一種新型玻璃纖維。

【背景技術】
[0002] 用于制造連續(xù)玻璃纖維原絲最常用的玻璃組合物為"E玻璃"。隨著社會經濟、技 術的發(fā)展，E玻璃纖維的應用需求不斷擴大，對于玻璃纖維的性能要求更加嚴苛，在某些領 域，普通的E玻璃纖維的基礎性能已經達不到相關要求，特別是在近些年逐漸興起的航空 部件、風電等高端領域的應用，急需一種更高強度、更高彈性模量的玻璃纖維來替代之前的 普通E玻璃纖維。
[0003] 在此之前，國內外許多企業(yè)及科研機構均進行過不同類型的玻璃配方設計或調整 試驗。例如專利"高性能玻璃組合物、高性能玻璃纖維及其制品"（CN101300199A)所介紹 的玻璃組分配方，其強度和彈性模量雖得到明顯提高，但是拉絲作業(yè)溫度卻同時提高，如此 一來不但增加了生產成本，還增加了生產難度。另外像專利"一種高強度玻璃纖維組合物" (CN102786223A)所報道的高性能玻璃制備技術，所用到的原料成本過高，忽視了市場經濟 的客觀實際?？傮w試驗的結果往往顧此失彼，不盡如人意。
[0004] 因此，我們通過改進玻璃纖維本身基礎性能，在環(huán)境友好生產的前提下，研制出一 種既能保證較高基礎性能同時又滿足低成本運行、拉絲作業(yè)穩(wěn)定的玻璃纖維新產品，以使 其滿足更多領域的應用要求。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對上述存在的問題，提供了一種成分設計合理的新型玻璃纖 維。該玻璃纖維使用高爐礦渣作為原料之一，開辟了一條固體廢棄物利用新渠道，有利于循 環(huán)經濟的快速發(fā)展。本發(fā)明的玻璃纖維具有高強度、高模量和通透度好的優(yōu)異性能，該玻璃 纖維的強度較高，與E玻璃纖維相比，大大減小了玻璃鋼制品的設計厚度，擴大了玻璃纖維 的應用范圍。
[0006] 一種新型玻璃纖維包括以下重量百分比計的成分：58. 5 -61.5 SiO2,0.32-0. 42 Fe2O3,12. 22-13. 15 Al2O3, 22. 2-23. 5 Ca0,2. 4-3. 25 MgO, 0. 32-0. 45 TiO2, Na20+K20 < I. 05;-種新型玻璃纖維的原料以重量百分比計為：石英粉9. 8-11. 2,葉臘石粉 60. 5-61. 5,生石灰 22. 8-24. 0,氧化鎂 L 63-1. 72,純堿 0· 83-0. 92,高爐礦渣 L 96-2. 11 ;所 述原料混合后經窯爐熔融后拉制成原絲。
[0007] 所述的，高爐礦渣中總Fe含量小于0. 35%，粒度彡300目。
[0008] 優(yōu)選的，玻璃纖維包括以下重量百分比計的成分：59. 5 -61Si02,0.34-0. 4 Fe2O3, 12. 35-12. 92Α1203, 22· 4-23. I Ca0,2. 57-3. 06 Mg0,0. 34-0. 41 Ti02, Na2CHK2O < L 05 ; 更優(yōu)選的，玻璃纖維是由按重量百分比計各成分包括：60. 5 Si02,0 . 36 Fe2O3,12. 5 Al2O3, 22. 8 CaO, 2. 92 MgO, 0.38 TiO2,0.54 Na20+K20〇
[0009] 本發(fā)明的玻璃纖維原料配方中加入的高爐礦渣本身屬強還原性物質，在玻璃熔制 過程中為了平衡窯爐內氣氛，適當?shù)靥岣哐鯕?天然氣的混合比例，有利于提高燃氣的熱 效率。另外配方中所加入的高爐礦渣為玻璃態(tài)物質，在熔化的過程中對能量的需求低，可 使配合料加速熔化，降低拉絲成型溫度，從而降低產品單位能耗。本發(fā)明（高爐礦渣含量 35Kg/1500Kg配合料)所生產的玻璃纖維的成型溫度（1236°C )與液線溫度（1155°C )的差值 Λ T=81°C。較大的Λ T有利于纖維成型，降低了拉絲作業(yè)對工藝設施的要求，一定程度上有 利于生產穩(wěn)定和成本控制。
[0010] 本玻璃配方基礎玻璃體系為硅、鋁、鈣、鎂體系，在此基礎上，對體系的氧化物組成 比例按照高強度、高模量、低能耗、熔制穩(wěn)定性的要求進行設計。SiO2是玻璃形成骨架的主 體，以硅氧四面體[SiO4]的結構組成不規(guī)則的連續(xù)網絡結構。其在保持玻璃化學穩(wěn)定性、 熱穩(wěn)定性、硬度和機械強度方面起重要作用。Al 2O3在玻璃中提高化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、硬 度和機械強度的同時主要起抑制分相的作用。在本玻璃配方中Si0 2、Al2O3之和大于等于 70. 72%，能夠確保玻璃的耐酸性和強度、剛度等基礎力學性能。若高于75%，則會使玻璃的高 溫黏度升高，從而影響玻璃的熔化性能和拉絲性能；CaO可提高配合料的熔化性能，降低玻 璃黏度，改善玻璃失透性，增加玻璃機械強度，提高耐水性。MgO可減慢玻璃硬化速度，降低 玻璃析晶傾向。MgO/CaO的值為10. 2%-15. 3%，可較好地保證玻璃的熔化性能和高溫下的玻 璃液穩(wěn)定平衡；21. 3-23. 5wt%Ca0、2. 4-2. 3. 25wt%Mg0組分設計考慮到上限含量對玻璃析 晶的影響和下限含量對于玻璃強度、彈性模量的影響。TiO2的引入不僅具有助熔作用，還能 顯著提高玻璃的化學穩(wěn)定性能及耐熱性能，但由于TiO 2過多會使玻璃產生不合適的著色， 故引入量不宜多。本發(fā)明所限定的TiO2含量范圍為0. 32-0. 45%。
[0011] 本發(fā)明所述的玻璃纖維作為復合材料基體，可與聚酯、環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂的組 合物或共聚物進行較好地耦合，耦合后的透明度高，所得復合材料完全滿足高性能的應用 要求，可適用于航空部件、風電等高端應用領域。
[0012] 本發(fā)的新型玻璃纖維屬無氟無硼設計，在生產過程中基本不會排放對大氣有嚴重 污染的硼化物和氟化物，既符合綠色生產的要求，同時減少了廢氣處理壓力，節(jié)約了生產成 本；另外，無氟無硼設計減少了對玻璃網絡結構的破壞，一定程度上提高了玻璃的機械強 度。
[0013] 本發(fā)明的新型玻璃纖維中起著色作用的TiO2含量低，因此顏色較淺、內部通透度 較高，與樹脂結合時因玻璃纖維低染色的特性而使玻璃纖維增強材料的通透度好，使其應 用領域更加廣泛，同時TiO 2使得玻璃纖維具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。
[0014] 本發(fā)明的生產工藝穩(wěn)定，單位產品能耗低，生產成本低，生產過程對環(huán)境危害小。

【具體實施方式】
[0015] 為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明提供的新型玻璃纖維進行說 明，本發(fā)明的保護范圍不受以下實施例的限制。
[0016] 實施例1 一種新型玻璃纖維的原料以重量百分比計為：石英粉10. 83,葉臘石粉61. 13,生石灰 23. 35,氧化鎂1. 71，純堿0. 89,高爐礦渣2. 09 ;所制得的玻璃纖維各組分的含量如表1所 不O
[0017] 本實施例一種新型玻璃纖維的制備方法為：將各種原料進行混合，使各組分達到 最終的預期重量百分比，然后將混合后的配合料在池窯中熔化并澄清，形成的玻璃液通過 通路流至位于通路底部的纖維成型漏板，玻璃液通過漏板上的漏嘴被拉出從而形成玻璃纖 維，玻璃纖維被牽引繞到拉絲機旋轉機頭上形成原絲餅或紗團。
[0018] 實施例2 一種新型玻璃纖維的原料以重量百分比計為：石英粉10. 87,葉臘石粉61. 06,生石灰 23. 45,氧化鎂1. 7,純堿0. 82,高爐礦渣2. 1 ;所制得的玻璃纖維各組分的含量如表1所示。
[0019] 本實施例的制備方法同實施例1。
[0020] 實施例3 一種新型玻璃纖維的原料以重量百分比計為：石英粉10. 78,葉臘石粉61. 06,生石灰 23. 4,氧化鎂1. 69,純堿0. 88,高爐礦渣2. 09 ;所制得的玻璃纖維各組分的含量如表1所 不O
[0021] 本實施例的制備方法同實施例1。
[0022] 實施例4 一種新型玻璃纖維的原料以重量百分比計為：石英粉10. 74,葉臘石粉61. 15,生石灰 23. 47,氧化鎂1. 69,純堿0. 94,高爐礦渣2. 01 ;所制得的玻璃纖維各組分的含量如表1所 不O
[0023] 本實施例的制備方法同實施例1。
[0024] 實施例5 一種新型玻璃纖維的原料以重量百分比計為：石英粉10. 69,葉臘石粉61. 17,生石灰 23. 47,氧化鎂1. 68,純堿0. 91，高爐礦渣2. 08 ;所制得的玻璃纖維各組分的含量如表1所 不O
[0025] 本實施例的制備方法同實施例1。
[0026] 實施例6 一種新型玻璃纖維的原料以重量百分比計為：石英粉10. 76,葉臘石粉61. 2,生石灰 23. 04,氧化鎂1. 67,純堿0. 92,高爐礦渣2. 05 ;所制得的玻璃纖維各組分的含量和性能如 表1所示。
[0027] 本實施例的制備方法同實施例1。
[0028] 表1中列出了本發(fā)明的六個實施例，另外還有兩個對比例，E玻璃纖維和無高爐礦 渣添加的玻璃纖維，玻璃纖維組合物各組分的含量以重量百分比表示。
[0029] 為了說明本發(fā)明玻璃纖維的優(yōu)點，表中給出了六個基本參數(shù)： 1-成型溫度，對應于玻璃熔體在粘度為IO3泊時的溫度。
[0030] 2-液相線溫度，對應于玻璃熔體冷卻時晶核開始形成的溫度，即玻璃析晶的上限 溫度。
[0031] 3-ΛΤ值，即成型溫度與液相線溫度之差，表示可能拉絲成型的溫度范圍。
[0032] 上述三個溫度值及其測定方法是本【技術領域】的技術人員所熟知的。
[0033] 4-單絲強度（MPa)，未涂浸潤劑的試驗室拉制的單纖維的拉伸強度，它以ASTM D2102為標準進彳丁檢測。
[0034] 5-彈性模量（Gpa)，利用聲波法進行測試。
[0035] 6-在10%H2S04中，25°C，24h質量損失/%，利用差重法進行測試。
[0036] 表1本發(fā)明玻璃纖維檢測結果

【權利要求】
1. 一種新型玻璃纖維，其特征在于，玻璃纖維包括以下重量百分比計的成分： 58.5 -61.5 Si02,0.32-0.42 Fe203，12.22-13.15 Al203,22.2-23.5 CaO,2.4-3.25 MgO， 0. 32-0. 45 Ti02, Na20+K20 < 1. 05 ;-種新型玻璃纖維的原料以重量百分比計為：石英粉 9. 8-11. 2,葉臘石粉 60. 5-61. 5,生石灰 22. 8-24. 0,氧化鎂 1. 63-1. 72,純堿 0? 83-0. 92,高 爐礦渣1. 96-2. 11 ;所述原料混合后經窯爐熔融后拉制成原絲。
2. 根據權利要求1所述的玻璃纖維，其特征在于，所述高爐礦渣中總Fe含量小于 0? 35%，粒度彡300目。
3. 根據權利要求1所述的玻璃纖維，其特征在于，所述玻璃纖維包括以下重量百分比 計的成分：59.5-615102,0 . 34-0 . 4 ?6203，12.35-12.92六1203,22.4-23.1 〇&0,2.57-3.06 Mg0,0. 34-0. 41 Ti02, Na20+K20 < 1. 05。
4. 根據權利要求3所述的玻璃纖維，其特征在于，所述玻璃纖維是由按重量百分比 計各成分包括：60. 5 Si02,0 . 36 Fe203, 12.5 A1203, 22.8 CaO, 2.92 MgO, 0.38 Ti02,0.54 Na20+K20〇
【文檔編號】C03C13/02GK104445966SQ201410706256
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權日:2014年11月28日
【發(fā)明者】牛愛君, 崔寶山, 荀洪寶, 王淑秀, 杜鵬 申請人:山東玻纖集團股份有限公司