一种适用于增强型和纺纱型的高强度高模量玻璃纤维，其特征是组分及重量百分含量如下：ＳｉＯ↓［２］ ５６～６４；Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］ １３～２０；ＣａＯ ８～１３；ＭｇＯ ７～１２；ＴｉＯ↓［２］ ０～２．５；ＺｒＯ↓［２］ ０～２．０；Ｌｉ↓［２］Ｏ ０～０．８；Ｎａ↓［２］Ｏ＋Ｋ↓［２］Ｏ ０～１．０；Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］ ０～０．６０；Ｆ↓［２］ ０～０．６０。本发明专利技术所涉及的高强度高模量玻璃纤维，其强度和模量明显地高于Ｅ玻璃和ＥＣＲ－玻璃，或其它无硼玻璃如Ａｄｖａｎｔｅｘ玻璃。这种玻璃要求较高的熔制和纤维成型温度，其纤维成型温度与液相温度的差值在６５℃以上，符合玻璃纤维工业化生产标准。该组分玻璃纤维比传统的Ｅ玻璃具有更高的耐高温性和耐化学腐蚀性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于玻璃纤维材料，特别是 一种用于增强型和纺织型的高强度高模 量玻璃纤维。
技术介绍
经典的高强度高模量玻璃纤维几乎是Si02-Al203-MgO系统玻璃，如美国的 S-2玻璃，日本的T玻璃和中国的S玻璃等，有的玻纤制造商为了基本保持其高 强度和高模量的性能，又为了改善玻璃熔化和纤维成型过程的工艺性，适当加 入其它具有辅助助熔作用的金属氧化物，适当降低玻璃成纤温度和改善玻璃的 析晶倾向。尽管如此，Si02-Al203-MgO系统玻璃纤维的生产难度和生产成本是 很高的，较少用在通用复合材料领域，主要用在军工、航空和高端的民用产品 方面。
技术实现思路
本专利技术的目的是获得一种适合于与E-玻璃生产工艺与装置大体相似的方法 生产的高强度高模量玻璃纤维。所谓的高强度和高模量是相对的，它比S玻璃 或T坡璃略低，但明显地高于量大面广的E玻璃和ECR-玻璃，或其它无硼玻璃 如Advantex玻璃。除强度模量和抗疲劳外，这种玻璃的其它特性也明显优于E 玻璃，如耐温性、耐酸性和耐碱性。本专利技术的玻璃属于Si02-Al203-MgO-CaO系统，基本组份如下 化学组分 重量百分比 SiCb 56 64 A1203 13 20 CaO 8~13MgO 7 12Ti02 0~2.5Zr02 0~2.0Li20 0~0.8Na20+K20 <1.0Fe203 < 0.6F2 0~0.6。 更为优化的玻璃组分如下Si02 58~62A1203 14~18CaO 10 13MgO 8 10Ti02 0.8~2.0Zr02 0 2.0Li20 0~0.8Na20+K20 0.2-0.85 Li20+Na20+K20 < 1.0Fe203 <0.5。在上述方案中，玻璃中基本上无F2，是指在玻璃配合料中不加入萤石 (CaF2),其玻璃中的F2含量仅由其它原料将F2作为杂质含量带入的，其含量 一般在0.0~0.005%。本专利技术提供一种SKVAl20rMgO-CaO系统的髙强度高模量玻璃纤维。玻璃 纤维的强度与玻璃成份(结构)有很大的关系，同时也与坡璃纤维的单丝直径 有关；而玻璃纤维的弹性模量似乎只与玻璃的化学成份(结构)有关。R-坡璃5也是一种Si02-Al203-MgO-CaO系统的高强高模量纤维，由于其组份中的A1203 含量几乎与S玻璃一样的高，其熔制和成纤温度很高，因生产成本高而较少有 商业化应用。在经典的Si02-Al2OrMgO三元系统玻璃基础上，引入一定量的CaO而成为 Si02-Al203-MgO-CaO四元系统的玻璃，就是为降低玻璃的熔化和纤维的成型温 度。尽管如此，本专利技术还在Si02-Al20rMgO-CaO系统坡璃中加入一些其它金属 氧化物以期改善玻璃熔制和玻纤成型的工艺性，提高玻璃的模量、强度和耐化 学侵蚀性，或提高其玻纤复合材料的某种应用性能。Si02组成玻璃的网络骨架，在经典的高强S系统玻璃中，Si02含量在65。/。 左右，本专利技术优化的配方中Si02含量范围在58 62%,若Si02含量超过62。/。， 玻璃粘度增大玻璃熔化和成纤温度明显上升。本专利技术的高强高模玻璃中Al203+CaO+MgO+Ti02含量高，且这些属于玻璃 网络外组分，如Si02含量低于56%，玻纤的强度和模量会下降，玻璃的析晶倾 向会增大。Al203在玻璃中是一个非常有趣的组分，从玻璃结构理论看， 一定量的A1203 可以四面体的形式进入玻璃的网络结构，如果八1203含量过多，部分A产会形成配位结构，不能进入玻璃网络结构。因此Al203含量过多会明显增加玻璃的粘度和表面张力，而且玻璃的析晶温度会明显上升，造成玻璃熔制和 成纤的困难。Si02+八1203作为玻璃的网络结构，其总量对玻纤的强度和模量起 到非常关键的作用。经典的S、 T和R玻璃SiO2+Al2O3都在83 90。/。之间。本发 明玻璃八1203在12 20%,其优化配方的八1203含量在14~18%， Si02+ A1203总 量在72~80%,若Si02十八1203总量超过80%，用传统玻璃维池窑工艺法生产就 比较困难了。MgO和CaO在玻璃结构中虽然都属网络外组分，对降低玻璃的高温粘度有作用，但它们在坡璃中所起的作用并不完全相同。MgO由于其Mg-O单键强度 比Ca-O高，对提高玻璃的强度和模量起非常关键的作用，但MgO含量过高玻 璃的结晶倾向明显增大。本专利技术优化配方的MgO含量在8~10%之间。CaO的引 入对降低玻璃熔融体的高温粘度和改善玻璃的析晶倾向特别有效，但过多的引 入量会降低玻纤的强度和模量，本专利技术优化配方的CaO含量在10~13%。Ti02作为坡璃网络结构外的组分，对于降低玻璃熔体高温粘度有作用。由 于Ti-0单键强度在玻璃网络外组分离子中是最高的，所以Ti02的引入对提高玻 纤的模量有作用，同时Ti02对改善玻璃的耐化学侵蚀(特别是耐酸性)也很有 作用。Ti02的引入对玻璃的颜色有负面作用，随着加入量的增加，使玻璃逐渐 呈现棕黄色，析晶倾向也会增大，配合料成本增高。本专利技术玻璃中Ti02引入量 为0~2.5%,优化组合中Ti02为0.8 2.0%。Zr02的引入对提高玻纤的模量也是有益的，Zr02对提高玻纤的耐碱性和耐 水性有作用，这对于其复合材料型材在增强混凝土应用方面是非常关键的性能。 本专利技术玻璃Zr02的引入量在0 2.0%。Li20作为一种碱金属氧化物，由于价格很贵而很少作为坡璃的有效组分而 被引入，工业玻璃大都采用Na20和K20。 尽管Li20比Na20与K20在玻璃中 更具有助熔和降低高温粘度的作用，主要原因是Li20原料价格太贵而较少实际 采用。如果坡璃组成中碱金属氧化物的总量固定的，用一定的Li20取代Na20 和K20,对改善玻璃熔制和纤维成形是有明显的作用，本专利技术玻璃组分中Li20 含量在0 0.8%。Na20和K20的引入是必须的(玻璃组分中的Na20和K20总有一部分是从 其它矿物原料带入的)。碱金属氧化物对降低玻璃熔体粘度改善析晶倾向很有作 用，但必须有一个最高引入量限制，本专利技术推荐的Na20+K20引入量小于0.85%, 更优化的方案是Li20+Na20+K20总量小于1.0%。在本专利技术的 一个优选方案中，其Na20+K20总量为0.8%,而本专利技术的另 一个实际方案中Na20+K20+Li20总量 为0.8°/。，其中Li20含量为0.41%。Fe203在玻璃中的存在对玻璃的颜色和池窑热量的传递效率影响很大，特别 对含有一定量Ti02的玻璃，对玻璃的热透性影响更大，本专利技术推荐的方案是 Fe203 0 0.5%。B203对降低坡璃熔制温度和粘度很有效果，E玻璃B2Cb含量在4.0~8.5%， 但B203对坡璃纤维的强度和模量有负面影响，而且B203的引入对玻璃的耐酸碱 性也有负面影响。本专利技术玻璃组分不含8203。F2是在玻璃生产中使用最广泛也是最有效的助熔剂，能显著地降低玻璃融 体的表面张力，传统的E-玻璃也含有F2。 F2是大气污染物质，本专利技术的一个玻 璃配方中F2含量为0.6%。在本专利技术的优化玻璃组分中不含F2，配合料不专门加 入CaF2，并不表明玻璃中绝对不含F2， F2也可能是ppm本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高强度高模量玻璃纤维，其特征是组分及重量百分含量如下： ＳｉＯ↓［２］ ５６～６４ Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］ １３～２０ ＣａＯ ８～１３ ＭｇＯ ７～１２ ＴｉＯ↓［２］ ０～２．５ ＺｒＯ↓［２］ ０～２．０ Ｌｉ↓［２］Ｏ ０～０．８ Ｎａ↓［２］Ｏ＋Ｋ↓［２］Ｏ ０～１．０ Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］ ０～０．６０ Ｆ↓［２］ ０～０．６０。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐志尧，
申请(专利权)人：重庆国际复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]
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