本发明专利技术涉及一种高模量玻璃纤维组合物，该玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量份计表示如下：SiO2 59～62份；Al2O3 13～15.5份；CaO 12.5～18.5份；MgO 4～8.5份；TiO21.5～4份和Li2O 0.1～0.6份；或该玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量份计表示如下：SiO2 61～62份；Al2O3 14～15份；CaO 13～14份；MgO 7～8份；Li2O 0.4～0.6份和B2O3 0.8～0.9份。本发明专利技术的优点在于：通过本发明专利技术的配方，可以获得满足成本上和环境上的要求且能够提高玻璃纤维组合物的弹性模量、显著降低液相线温度及机械性能的玻璃纤维组合物。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种玻璃组合物，特别涉及一种高模量玻璃纤维组合物，主要用于风电叶片和远输电线领域，还可用于航空、航天、兵器等国防军工领域。
技术介绍
随着风电技术的发展，低成本规模发展是必然趋势，而风电低成本规模化发展的关键是解决大尺寸风电叶片的技术，由于随着叶片长度的增加，对材料的强度和刚度提出更高要求，因此，解决叶片材料的强度和刚度问题是解决风电叶片大型化的技术关键。为此，风电发达国家都把高强度高模量玻璃纤维的研发作为解决风电叶片大型化的一个主攻方向。国外，OCV公司2006年开发出Hiper-texTM玻纤，其强度和模量比E玻璃分别提高30份和17份；AGY公司2008年开发出S-1玻纤，其强度和模量比E玻璃分别提高45份和20份，与传统高强玻璃纤维相比，这些纤维力学性能相当，但生产稳定，价格低。我国三大玻纤巨头为了抢占风电叶片市场，也重点投入进行研发，从2009～2010年间，先后研发出了TM、Vipro、GMG等牌号的玻纤，与E玻璃纤维相比，这些纤维的强度提高15～30份，模量提高10～17份。经检索发现，专利CN103172267A公开了一种高强度玻璃纤维，包括下述组分制成：SiO253～57wt份；Al2O323～26wt份；MgO11.5～14.5wt份；B2O32～4wt份；Fe2O30.2～1.0wt份；CeO20.2～1.0wt份；Li2O0.2～0.8wt份；TiO20～1.0wt份；ZrO2、Y2O3及其它化合物，且ZrO2、Y2O3及其它化合物小于1wt份。该高强度玻璃纤维的优点是机械性能好即单丝拉伸强度达到4540～4720MPa、拉伸弹性模量达到85～87GPa，玻璃纤维密度与E玻璃相当，与传统E玻璃纤维相比单丝拉伸强度提高30份以上、拉伸弹性模量提高18份以上；有些特殊领域，需要的玻璃纤维模量更高，但该玻璃纤维的模量不能满足；且该玻璃纤维的液相线温度偏高，造成生产难度大，且对玻璃组合物的性能有一定的影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高模量玻璃纤维组合物，该组合物能够显著提高玻璃纤维的弹性模量，在此基础上，克服了传统高模量玻璃液相线温度偏高，难于进行高效率池窑生产的问题，能够显著降低高模量玻璃的液相线温度。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种高模量玻璃纤维组合物，其创新点在于：所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量份计表示如下：SiO259～62份；Al2O313～15.5份；CaO12.5～18.5份；MgO4～8.5份；TiO21.5～4份和Li2O0.1～0.6份。进一步地，所述玻璃纤维组合物还包含下述组分，各组分的含量以重量份计表示如下：Fe2O30.2～0.3份；K2O0.2～0.4份和Na2O0.1～0.4份。本专利技术的另一技术方案为：一种高模量玻璃纤维组合物，其创新点在于：所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量份计表示如下：SiO261～62份；Al2O314～15份；CaO13～14份；MgO7～8份；Li2O0.4～0.6份和B2O30.8～0.9份。进一步地，所述玻璃纤维组合物还包含下述组分，各组分的含量以重量份计表示如下：Fe2O30.2～0.3份；K2O0.2～0.4份、Na2O0.1～0.4份和TiO20.4～0.6份。本专利技术技术方案一的高模量玻璃纤维组合物，配方中，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，在本专利技术的玻璃组合物中，限定SiO2的重量份含量范围为59～62份，在保证机械性能的基础上，为了不增加玻璃的澄清难度，本专利技术中特意将氧化硅含量控制在不高的水平。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，并且在阻止玻璃分相和抗水性方面起着重要作用，且在本专利技术的玻璃纤维组合物中，限定Al2O3的重量份含量范围为13～15.5份，若其含量较低会无法获得足够高的机械性能，尤其是模量；若其含量太高容易大幅增加玻璃分相的风险。CaO是玻璃的网络外体氧化物，既可以调节玻璃粘度、控制玻璃析晶，也可以提高玻璃的化学稳定性和机械强度，本专利技术所限定的CaO含量范围为12.5～18.5份，若其含量太低上述作用不显著，若其含量过高，会增大玻璃的析晶倾向，造成从玻璃中析出钙长石、硅灰石等晶体的危险。MgO属于网络外组分，可以有效降低玻璃的高温粘度，对玻璃的熔制有一定好处，本专利技术所限定的MgO含量范围为4～8.5份，若其含量太高，会促进玻璃的析晶，提高玻璃的析晶温度，若其含量太低，难以起到应有的作用。本专利技术技术方案一中TiO2，不仅具有助熔作用，还能显著提高玻璃纤维的高弹性模量及提高玻璃网络结构的致密性，但由于TiO2中Ti4+过多会使玻璃产生不合适的着色，引入量不宜过多，因此本专利技术严格将TiO2含量范围控制在1.5～4份。且本专利技术技术方案一中还引入了少量的Li2O，Li2O能更加显著地降低玻璃粘度，从而改善玻璃熔制性能，并且对提高玻璃的机械性能有明显帮助。但在实际生产过程中，还会存在Fe2O3、K2O和Na2O，虽然这些杂质对玻璃组合物的性能存在一定的影响，但同时也有着一定的促进作用。K2O和Na2O均能降低玻璃粘度，是良好的助溶剂，但两者的引入量均不宜多，以避免降低玻璃的强度和化学稳定性。少量Fe2O3（＜0.4份）的引入有利于降低玻璃的成型温度，改善玻璃的析晶性能，但对其他性能的改善不明显。但由于铁离子和亚铁离子具有着色作用，对产品颜色有严格要求，Fe2O3引入量不宜多，本专利技术所限定的Fe2O3含量范围为0.2～0.3份。本专利技术技术方案二的高模量玻璃纤维组合物，配方中，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，在本专利技术的玻璃组合物中，限定SiO2的重量百分比含量范围为61～62份，在保证机械性能的基础上，为了不增加玻璃的澄清难度，本专利技术中特意将氧化硅含量控制在不高的水平。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，并且在阻止玻璃分相和抗水性方面起着重要作用，且在本专利技术的玻璃纤维组合物中，限定Al2O3的重量百分比含量范围为14～15份，若其含量较低会无法获得足够高的机械性能，尤其是模量；若其含量太高容易大幅增加玻璃分相的风险。CaO是玻璃的网络外体氧化物，既可以调节玻璃粘度、控制玻璃析晶，也可以提高玻璃的化学稳定性和机械强度，本专利技术所限定的CaO含量范围为13～14份，若其含量太低上述作用不显著，若其含量过高，会增大玻璃的析晶倾向，造成从玻璃中析出钙长石、硅灰石等晶体的危险。MgO属于网络外组分，可以有效降低玻璃的高温粘度，对玻璃的熔制有一定好处，本专利技术所限定的MgO含量范围为7～8份，若其含量太高，会促进玻璃的析晶，提高玻璃的析晶温度，若其含量太低，难以起到应有的作用。B2O3与SiO2成分同样，是在玻璃网状结构中构成其骨架的成分，但不会像SiO2成分那样使熔融玻璃的高温粘性增大，反而具有使高温粘性下降的作用，有利于降低玻璃熔制温度及调整玻璃的料性；但本专利技术将B2O3的含量严格控制在0.8～0.9份，B2O3引入量不宜多，含量过多时，耐酸性容易变差，从而导致熔融玻璃中的分相性变差。本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高模量玻璃纤维组合物，其特征在于：所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量份计表示如下：SiO2 59～62份；Al2O3 13～15.5份；CaO 12.5～18.5份；MgO 4～8.5份；TiO21.5～4份和Li2O 0.1～0.6份。
【技术特征摘要】
1.一种高模量玻璃纤维组合物，其特征在于：所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量份计表示如下：SiO259～62份；Al2O313～15.5份；CaO12.5～18.5份；MgO4～8.5份；TiO21.5～4份和Li2O0.1～0.6份。2.根据权利要求1所述的高模量玻璃纤维组合物，其特征在于：所述玻璃纤维组合物还包含下述组分，各组分的含量以重量份计表示如下：Fe2O30.2～0.3份；K2O0.2～0.4份和Na2O0.1～0.4份。3.一...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁中全，彭斌，许瑞存，夏怡，
申请(专利权)人：江苏九鼎新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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