高折射率高性能玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料制造技术

在本发明专利技术中所述高折射率高性能玻璃纤维组合物、玻璃纤维及复合材料，玻璃纤维组合物包含55.2‑59.2wt％的SiO

【技术实现步骤摘要】
高折射率高性能玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料
本专利技术属于高分子材料改性
，特别是一种高折射率高性能玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料。
技术介绍
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，它具有拉伸强度高、强度大、耐温性、耐腐蚀性能好、隔热、隔音、不燃等优点，广泛应用于电子、电气、汽车、航空、舰船、环保、化工、建筑等各个领域。聚碳酸酯(PC)作为一种热塑性树脂，其透明性好，无毒，耐候耐热，抗冲击性、耐疲劳和电气性能俱佳，是五大工程塑料使用频率中增长速度最快的通用工程塑料，广泛应用于玻璃装配业、汽车工业和电子、电器工业、工业机械零件、光盘、包装、计算机等办公室设备、医疗及保健、薄膜、休闲和防护器材等领域。随着PC树脂应用范围的进一步扩展，为弥补其机械强度不足的缺陷，人们开始用玻璃纤维来增强其力学性能和尺寸稳定性。但PC树脂折射率较高，通常大于1.58，而普通玻璃纤维的折射率一般在1.54-1.56，两者相差较大，如果直接加入普通玻璃纤维，则其制品透光性下降，且随着普通玻璃纤维含量的增加，其制品透光性下降愈加明显。在无碱玻璃纤维发展历程中，人们多考虑的是提高玻璃纤维机械性能，对于提高玻璃纤维折射率和透明度的研究并不多。日本专利特开平5-155638公开了一种用于强化聚碳酸酯树脂的玻璃纤维组合物，其组成包括(重量百分比)：SiO254-62％，Al2O38-12％，CaO18-22％，TiO20.5-1.9％，MgO0-5％，ZnO0-5％，BaO0-5％，ZrO20.6-5％，Li2O+Na2O+K2O0-1％，这种玻璃纤维的折射率为1.5700-1.6000，加入0.5-1.9％的TiO2，虽然能够提高玻璃纤维的折射率，但是当TiO2含量高于0.5％，会使得玻璃纤维制品呈现淡黄色，透明度不高。中国专利CN200580015038.5中公开了一种聚碳酸酯树脂强化用玻璃纤维，它包括有B2O3和无B2O3两种类型。其中含有B2O3的玻璃纤维组分包括(重量百分比)：SiO250-60％，Al2O310-15％，CaO15-25％，TiO22-10％，B2O32-8％，MgO0-5％，ZnO0-5％，BaO0-5％，ZrO20-5％，Li2O+Na2O+K2O0-2％，这种玻璃纤维的折射率为1.580-1.590。不含B2O3的玻璃纤维组分包括(重量百分比)：SiO250-60％，Al2O310-15％，CaO15-25％，TiO24.1-5％，MgO0-5％，ZnO0-5％，BaO0-5％，ZrO20-5％，Li2O+Na2O+K2O0-2％，ZnO+Y2O31-5％，TiO2+ZnO+BaO+ZrO26-8％，这种玻璃纤维的折射率为1.583-1.586，但是TiO2含量明显偏高，使得玻璃纤维制品呈亮黄色，透明度受到严重影响。中国专利CN200910002941.8公开了一种类似的聚碳酸酯树脂强化用玻璃纤维，其主要组分包括(重量百分比)：SiO250-60％，Al2O310-15％，CaO15-25％，TiO23-5％，MgO0-5％，ZnO0-5％，BaO0-5％，ZrO20-5％，Li2O+Na2O+K2O0-2％，ZrO22-5％，这种玻璃纤维的折射率能够达到1.583-1.586，虽然能够提高玻璃纤维的折射率，但是，由于TiO2的用量较多，使得玻璃制品颜色明显偏黄，生产难度偏大，这也限制了其应用范围。
技术实现思路
本专利技术提供一种高折射率高性能玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料，它不仅折射率较高，同时具有优异的力学性能，透光性也非常好，可广泛应用于对力学性能和透明性都有较高要求的领域。本专利技术技术方案如下：一种高折射率高性能玻璃纤维组合物，包括以下组分，各组分的含量以质量百分含量表示如下：其中所述，Y2O3的质量百分含量为3.5-4.9wt％，所述TiO2、Na2O、K2O是以杂质的形式引入，并非单独添加，且所述Li2O、Na2O、K2O的质量百分含量之和不超过1.5wt％。作为优选，所述Y2O3、Bi2O3、BaO的质量百分含量之和为3.5-5.9wt％，其中所述Bi2O3的质量百分含量为0.1-0.9wt％，其中所述BaO的质量百分含量为0.1-1.5wt％。作为优选，以杂质形式引入的所述TiO2的质量百分含量应控制在0-0.4wt％。作为优选，所述Fe2O3的质量百分含量应控制在0-0.3wt％。作为优选，所述Li2O、Na2O、K2O的质量百分含量之和应控制在0.3-1.5wt％作为优选，所述SiO2的质量百分含量应控制在55.2-59.2wt％。作为优选，所述Al2O3的质量百分含量应控制在11.6-15.6wt％，作为优选，所述CaO的质量百分含量应控制在21.5-23.3wt％。作为优选，所述MgO的质量百分含量应控制在0-0.5wt％。高折射率高性能玻璃纤维组合物各组分的含量以质量百分含量表示优选如下：其中所述，Y2O3的质量百分含量为3.5-4.9wt％，所述Bi2O3的质量百分含量为0.1-0.9wt％，其中所述BaO的质量百分含量为0.1-1.5wt％。一种高折射率高性能玻璃纤维，由上述的高折射率高性能玻璃纤维组合物制成，且所述高折射率高性能玻璃纤维的折射率为1.580-1.590。一种高折射率高性能玻璃纤维增强复合材料，包括上述的高折射率高性能玻璃纤维。本专利技术中，二氧化硅(SiO2)是形成玻璃网络结构的主要氧化物之一，它主要起提高玻璃的机械强度、化学稳定性和热稳定性的作用。一定范围内，玻璃中SiO2含量越高，玻璃力学强度越好，但同时玻璃的熔化温度和纤维成型温度也越高，生产难度也就越大。综合考虑，本专利技术所述SiO2质量百分含量为55-60wt％，优选为55.2-59.2wt％。本专利技术中，氧化铝(Al2O3)与SiO2一起共同构成玻璃网络结构，其含量越高，玻璃力学强度特别是弹性模量越优异，但同时玻璃高温粘度也会明显增加，一般Al2O3含量超过16％，就会使得玻璃粘度过大，玻璃成纤困难，还容易出现析晶问题。因此，本专利技术所述Al2O3含量为10-16wt％，优选为11.6-15.6wt％。本专利技术中，氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)均属于碱土金属氧化物，具有调节玻璃高温粘度、改善玻璃析晶倾向的作用，但相对Mg，Ca的原子量和离子半径更大，对提高玻璃折射率效果更显著。同时，在无碱玻璃体系中，CaO+MgO总量一般不宜超过25％，最好在24％以下。本专利技术为了保证较高的折射率，优选选择添加CaO，MgO一般不专门加入，但考虑到矿物原料成本问题，本专利技术允许以矿物原料杂质形式引入少量MgO。实验证明，本专利技术中CaO含量控制在20-24wt％，MgO含量控制在0-1.5wt％时，综合效果最好。所述CaO的质量百分含量优选为21.5-23.3wt％，所述MgO的质量百分含量优选为0-0.5wt％。本专利技术玻璃纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高折射率高性能玻璃纤维组合物，其特征在于，包括以下组分，各组分的含量以质量百分含量表示如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种高折射率高性能玻璃纤维组合物，其特征在于，包括以下组分，各组分的含量以质量百分含量表示如下：



其中所述，Y2O3的质量百分含量为3.5-4.9wt％，所述TiO2、Na2O、K2O是以杂质的形式引入，并非单独添加，且所述Li2O、Na2O、K2O的质量百分含量之和不超过1.5wt％。


2.根据权利要求1所述的高折射率高性能玻璃纤维组合物，其特征在于，所述Y2O3、Bi2O3、BaO的质量百分含量之和为3.5-5.9wt％，其中所述Bi2O3的质量百分含量为0.1-0.9wt％，其中所述BaO的质量百分含量为0.1-1.5wt％。


3.根据权利要求1所述的高折射率高性能玻璃纤维组合物，其特征在于，以杂质形式引入的所述TiO2的质量百分含量应控制在0-0.4wt％。


4.根据权利要求1所述的高折射率高性能玻璃纤维组合物，其特征在于，所述Fe2O3的质量百分含量应控制在0-0.3wt％。


5.根据权利要求1所述的高折射率高性能玻璃纤维组合物，其特征在于，所述Li2O、Na2O、K2O的质量百分含量之和应控制在0.3-1.5wt％


6.根据权利要求1所述的高折射率高性能玻璃纤维组合物，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩利雄，姚远，曾庆文，谭家顶，宋凡，苟习颖，彭珂，徐强，王艺，高冰心，许诗勇，黄浪，
申请(专利权)人：重庆国际复合材料股份有限公司，重庆亿煊新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50