一种高镁含量的无硼玻璃纤维，具有更高的拉伸强度和弹性模量，是一种无硼无氟的无碱玻璃纤维。其组成以SiO2、Al2O3、CaO、MgO四元系统为主，其特征是在SiO2、Al2O3、CaO组成基础上，以MgO大幅度地取代CaO，同时引进和/或增加TiO2、Fe2O3等组分；其中SiO2、Al2O3、CaO、MgO四种主量组分在玻璃纤维中所占质量份数为96.5%以上；其余次量组分，包括TiO2、Na2O、K2O、Fe2O3以及不可避免的杂质，在玻璃纤维中所占质量份数之和为1.5～3.5%。其拉伸强度和弹性模量明显地高于普通无碱玻璃纤维，且具有十分优异的耐酸性。这种玻璃要求较高的熔制和纤维成型温度，其纤维成型温度和液相线温度的差值在70℃以上，满足玻璃纤维工业化生产的条件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高镁含量的高性能玻璃纤维配方，该玻璃纤维大大提高了 MgO含量，明显改变了普通无碱玻璃纤维的结构组成，对纤维性能有明显提高。同时配方中不含硼和氟，也是一种有害气体排放少，环境友好型的玻璃纤维配方。
技术介绍
用于制造连续玻璃纤维原丝的最常用的玻璃组合物为“E玻璃”。E玻璃的液相线温度为1050°C或者更低，E玻璃是碱金属氧化物含量小于的铝硼硅酸盐玻璃。其耐化学腐蚀性较差，尤其不耐无机酸的侵蚀，由其制备的玻璃钢在酸性环境下十分容易被侵蚀而与树脂基体剥离，迅速失去强度；而且随着玻璃纤维应用领域的增大，E玻璃纤维的强度和弹性模量已不能满足需要。针对这一缺点，许多企业科研机构进行了大量研究。如国内外已公开的一些专利玻璃成分，不含硼和氟，但为了降低玻璃高温粘度，添加了总量高于3. 5%的ZnO和TiO2,由于ZnO和TW2价格昂贵，因此玻璃原料成本大大提高制约了该玻璃纤维的推广应用。国内已有报道的一些无硼玻璃纤维配方，为了易于拉丝成型，MgO含量一般均控制在2. 0%以内， 这样既限制了含MgO原料的使用，其强度和弹性模量的优势也不明显，因此研发具有优良的耐酸性又能显著提高力学性能的玻璃纤维是必要的。
技术实现思路
本专利技术针对传统E玻璃和现有无硼玻璃纤维的这些缺点，通过大量实验，探讨玻璃各成分对玻璃纤维成型的影响，发现一些其他元素对玻璃纤维的性能影响的一些规律 (如MgO、Ti02&Ca0/Mg0比值)。通过调整配方寻找最好的组分搭配比例范围，可以在明显提高玻璃纤维性能的同时，保证其良好的易于工业化作业的性能及较低的成本。本专利技术提供高镁含量的高性玻璃纤维，其组成以SiA、Al2O3、CaO, MgO系统为主.在所述体系组成基础上，引进和/或增加狗203、TiO2等组分；同时不使用含F、B的原料组分；其中SW2、Al2O3、CaO, MgO四种主量组分在玻璃纤维中所占质量份数为96. 5 98. 5% ；其余次量组分，包括i^203、TiA、Na20、K20、以及不可避免的杂质，在玻璃纤维中所占质量份数之和为1. 5 3. 5%。本专利技术获得了一种适合于使用目前E玻璃纤维生产工艺与装置大体相似的方法生产耐化学腐蚀的玻璃纤维。本专利技术所述的玻璃纤维，以SiA -Al2O3 -CaO -MgO四元系统为基础，通过调整 CaO,MgO的比例达到性能和易于作业性的协调。基本组份(重量百分比组成)如下SiO2 56. 0 61. 5 ；Al2O3 12 14 ；CaO 19 23. 5 ；MgO 3. 5 6 ；CaO/MgO 0. 15 0. 35 ；TiO2 0 1 ;F%03 0 0. 5 ；K20+Na20 0 1。CaO+MgO 22. 5 27. 5 ； 更为优化的玻璃组份如下SiO2 58. 0 61 ；Al2O3 12. 5 13. 8 ；CaO 20. 5 23. 0 ；MgO 3. 5 5. 0 ；CaO/MgO0. 16 0. 33 ；TiO2 0. 1 0. 8 ；Fe2O3 0. 1 0. 5 ；CaO+MgO 23. O 26. 5 ；K20+Na20 0. 2 0. 8。在上述方案中，玻璃中基本无F2，是指在玻璃配合料中不主动加入含氟的助熔剂如萤石，其中不可避免地会有其他天然矿物引入微量的F2，其含量一般小于0. 005%。本专利技术提供一种SiO2 -Al2O3 -CaO _ MgO系统的高性能玻璃纤维。本专利技术的玻璃纤维，完全去除B2O3，改变了玻璃的化学结构，形成更加完整的Si-O结构，不易被无机酸侵蚀。具有与其他无硼玻璃纤维类似的SW2、A1203含量，但明显地改变了 Ca0、Mg0的含量搭配，通过设置MgO和CaO的比例来改善玻璃纤维的力学性能。本专利技术的玻璃组合物的纤维化性能包括纤维化温度、液相线温度和Δ Τ。纤维化温度定义为粘度为1000泊的温度；降低纤维化温度，能够增长作业附件使用寿命，易于生产，大大降低生产成本。液相线温度定义为玻璃液态与之基体晶体相之间平衡的最高温度， 低于该温度时易于形成晶体，使纤维成型中断。另一纤维化性能是Δ Τ，定义为纤维化温度和液相线温度之差，较大的Δ T有利于纤维成型，降低了对工艺设施的控制要求，易于控制降低生产成本。本专利技术的玻璃纤维各化合物组合设定理由如下。SiO2组成玻璃的网络骨架，本专利技术中将5丨02取56-61. 5%左右，若SiO2超过61. 5%， 玻璃粘度会明显增大，成纤温度明显上升，不利于作业的稳定。本专利技术中玻璃的CaO+MgO含量较高，特别是MgO含量的提高后，SiO2低于56%时， 玻璃的析晶倾向会明显增大，作业比较困难，而且玻璃纤维的强度也会受到影响。Al2O3在玻璃中有着特殊的作用，从玻璃结构理论上讲，Al2O3既可以以四面体的形式进入玻璃的网络结构也会以配位结构，填充在网络间，主要取决于玻璃的主体结构体系。在该系统中Al2O3会主要以配位结构，填充在网络间，其含量过高会明显增加玻璃的高温黏度和表面张力造成玻璃熔制和澄清困难。Al2O3含量过低时，对0离子的争夺减弱，在CaO和MgO的作用下很容易产生集聚形成析晶。因此的在该系统中Al2O3 的含量不能低于12.0%，否则极易产生析晶。取Al2O3 12. 0-14.0%能确保玻璃的熔化澄清温度不至于太高，保持玻璃优异的性能。CaO和MgO的比例设计是本专利技术的一个关键点。由于MgO与CaO在键能和离子大小上的差异，在该体系的玻璃中对玻璃纤维的成型、力学性能(强度、模量)影响是比较复杂的。通过实验研究确定了最佳比例、设计配方，既达到了提高玻璃纤维强度和弹性模量的目的也避免了析晶倾向的明显增强。对MgO含量的设计调整一方面可以有效使用含镁矿物搭配玻璃配方；另一方面也明显改善了玻璃的力学性能。Ca0、Mg0在该该玻璃体系中属于网络外体，二者均会降低玻璃液的粘度，利于玻璃熔化，降低高温粘度，二者之和不能低于22. 5% ；CaO+MgO含量太高时会明显提高玻璃的析晶倾向，并且使玻璃粘度随温度变化太快，不利于玻璃纤维成型稳定。但二者又有明显的区别，MgO在该玻璃配方中又具有其特定的作用，引入MgO增加了玻璃中的一个相，为玻璃熔融状态特别是液相线附近时玻璃态的稳定起到明显作用，Mg离子半径比Ca离子小，键能高，其增加后能更好地填充网络结构，且能对玻璃的力学性能起到补强作用，但MgO含量过高会增大碱土金属元素对0离子的争夺，会明显增大析晶的危险，因此本专利技术中CaO 19 23. 5 ；MgO 3. 5 6. 0 ；CaO+MgO 22. 5 27. 5。在完全去除含氟原料的同时，适量的引入TiO2能促进玻璃的熔化和高温条件下的澄清，同时对玻璃的耐酸性也很有作用。引入太少没有明显效果，太多会是玻璃颜色加深， 限制其在一些对外观要求较高的产品上使用，并且会促进析晶。本专利技术中TW2的引入量为 0.1-1。由于很多矿物中有含有一定量的K20和Na20，因此其在玻璃中是肯定存在的。二者对降低玻璃熔体粘度改善玻璃析晶倾向有很好的作用，但由于对其电气性能的要求，引入量一般不超过1. 0%，本专利技术中限定K20+Na20小于等于0. 8%。铁本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐志尧，李永艳，徐言超，刘洪刚，张德刚，高祥鑫，
申请(专利权)人：泰山玻璃纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：
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