CN101607788A - 一种玻璃纤维配方 - Google Patents

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Abstract

一种玻璃纤维配方，涉及一种玻璃纤维的生产配方，尤其是具有优良的耐酸侵蚀性能的玻璃纤维配方，其特征在于：成份包括，SiO2，Al2O3，B2O3，F，CaO，MgO，K2O，Na2O，ZnO，TiO2。本发明配方与目前广泛应用的E玻璃配方相比由于引入了ZnO、TiO2并且B2O3含量降低，所以玻璃纤维的耐酸性能得到大幅度提高，电学性能、力学性能和作业性能也有所改善，适于目前E玻璃池窑生产工艺条件下大规模生产。

Description

一种玻璃纤维配方
技术领域
本发明涉及一种连续玻璃纤维的生产配方，尤其涉及一种具有优良耐酸侵蚀性能的玻璃纤维配方，该纤维适用于酸性环境中。
背景技术
用于制造连续玻璃纤维原丝最常用的玻璃组合物为“E玻璃”。E玻璃的液相线温度为1050℃或者更低，E玻璃是碱金属氧化物含量小于1％的铝、硼、硅酸盐玻璃。因含有较高的硼含量，结构骨架松散，不够完整，耐酸侵蚀性能较差，由其制备的玻璃钢在酸性环境下十分容易被酸侵蚀而与树脂基体剥离，迅速失去强度。
针对这一缺点，许多企业科研机构进行了大量研究。如专利申请号200710069773.5的专利所述玻璃成分生产的玻璃纤维与E玻璃相比大大提高了玻璃的耐酸侵蚀性能。但由于其完全不含有硼和氟等助熔、降低表面张力的成分，其高温下粘度很大，在目前的工艺技术条件难以澄清、拉丝成型时很容易出现结石、条纹等缺陷导致所生产的纤维质量差，并且产品成本高，难以大规模推广应用。
本发明针对传统E玻璃和现有耐酸侵蚀玻璃的这些特点，通过大量实验寻找玻璃成分中影响玻璃耐酸性能的因素，调整配方寻找最好的成分搭配比例，在提高耐酸侵蚀性的同时，保证了其良好的作业性能。
发明内容
为解决传统E玻璃耐酸性能差的缺点，本发明提供了一种耐酸性极其优越、作业较稳定的玻璃配方。
本发明的玻璃组合物的纤维性能包括：纤维化温度、液相线温度和ΔT。纤维化温度定义为粘度为1000泊的温度；降低纤维化温度，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ΔT，定义为纤维化温度和液相线温度之差，较大的ΔT有利于纤维成型，降低了对工艺设施的控制要求，降低生产成本。
本发明部分为一种玻璃组合物，该玻璃组合物适合制造耐酸侵蚀的连续玻璃纤维。该玻璃组合物适合在现有的E玻璃大型池窑中生产，使用目前E玻璃普遍采用的叶腊石、生灰石、硼钙石、石英粉、萤石、氧化镁以及纯碱等为主要原料，采用直接熔化法廉价地制成玻璃纤维。
本发明的组合物按重量百分比计各成份包括，SiO2 57.0％；Al2O312.5％；B2O3 0.7％；CaO 22.0％；MgO 3.0％；F 0.3％；R2O(K2O+Na2O)0.8％；将SiO2取57.0％左右；Al2O3取12.5％左右；为保证玻璃良好的熔化性能和较低的纤维化温度B2O3取0.7％，F取0.3％，并且引入0.8％的TiO2，TiO2可以降低玻璃在高温时的粘度起到一定的助熔作用，并且也可提高玻璃的耐酸性；为提高玻璃的耐酸性，引入2.0％的ZnO，ZnO是玻璃形成中间体，在玻璃形成过程中，以ZnO4形式进入网络结构中，能提高玻璃的化学稳定性及耐酸侵蚀性；R2O取0.8％保证玻璃纤维的电绝缘性能。
本发明的配方，保留了0.7％的B2O3，0.3％的F，因此保证了玻璃较低的熔化温度和粘度。除此之外，与E玻璃相比，由于B2O3、F大大降低，所以其在窑内的挥发大大减少，减轻了环境污染。
本发明的耐酸玻璃配方，其特征在于：该玻璃配方在10％的硫酸溶液中、设定酸液温度为99℃的条件下分别浸煮4h、24h、48h、96h，重量残留率用K值表示，K(96h)≥90％，而传统E玻璃在同样条件下的重量残留率，K(96h)值约为60％。
本发明中，玻璃组成如上限定的理由如下：
SiO2、Al2O3和B2O3同是形成玻璃骨架的成分，因此SiO2限定为57.0％时，既能提供足够的骨架结构又不至于大大提高熔化难度。
Al2O3 12.5％时能有效阻止玻璃分相，很好地稳定玻璃骨架结构，又不至于大大提高玻璃粘度，保证作业性能。
B2O3 0.7％时不仅保证了玻璃优良的耐酸侵蚀性，还有效降低了玻璃的熔化温度及玻璃粘度。
CaO、MgO会降低玻璃液的粘度，利于玻璃熔化，但是CaO、MgO和量大于25％时玻璃会出现析晶分相现象使纤维化困难，特别是MgO含量大于5％时，析晶分相现象会加重。因此CaO限定为22％，MgO限定为3.0％。
Na2O、K2O有助熔剂作用，这些成分总计超过1.0％时，玻璃的耐酸、耐水性能变差，并且影响产品的绝缘性能。因此将Na2O+K2O限定为0.8％。
本发明中，除上述成分外，不可避免地由矿石引入，至多1.5％的TiO2、SrO、Fe2O3、P2O5、ZrO2、Cr2O3等成分。
以下根据实施案例对本发明进行详细说明，表1中玻璃组成是基于本发明权利要求2的成分。按表1所示的玻璃组成配制成批料，装入铂金坩埚内，置于电炉内，在1420～1480℃的条件下熔制成玻璃，保温2小时，冷却后取出。
测试玻璃的耐酸性能：
1、将铂金坩埚内的玻璃取出，研磨。使用样品筛选取65目～70目的样品，并用电子天平称取2.0g左右，记为M0。
2、10％硫酸溶液的配制方法：
为了尽量确保实验的平行性，要一次性配足所有实验所需的酸液。下面以配制10000ml酸液为例。
取用10000ml广口瓶，装入去离子水，放在水池中，打开水管，保证广口瓶时刻都能得到冷却。
通过计算可得98％浓硫酸的需要量是580ml。用量筒量取浓硫酸缓慢注入广口瓶中，注入速度以瓶壁不烫手为准。
待溶液冷完全却后，再使用搅拌机持续搅拌16小时。
3、水浴加热
设定恒温水浴温度99℃。将称取的样品倒入塑料烧杯中，再向烧杯中注入150～200ml酸液，再用橡胶管和塑料薄膜密封，将烧杯放入水浴锅中，分别在4h、24h、48h、96h后取样。实验过程中要注意不能让水位低于烧杯的三分之二。
4、样品洗涤
将烧杯取出，趁热将酸液倒出，动作要慢，防止玻璃样品流失。用洗瓶冲洗塑料烧杯。将玻璃转移到指定的玻璃烧杯中，再用大量去离子水冲洗三次以上。
5、抽滤样品
此步骤需要使用真空泵、抽滤瓶和砂漏斗共同完成。砂漏斗质量记为M1。
连接抽滤瓶和真空泵，再将洗净烘干的砂漏斗安装在抽滤瓶上，打开开关，用洗瓶冲洗烧杯底部，将玻璃粉末转移至漏斗。转移完全后再用去离子水冲洗漏斗壁和底部，确保玻璃是平铺在漏斗底部的。
6、烘干称量
将烘箱调至100℃，放入砂漏斗干燥三小时以上，恒重后取出，冷却至室温。称重记为M2。
7.计算：
K＝(M2-M1)/M0×100％
表1
比较例 比较例   本发明玻璃成分
成份 E玻璃   专利200710069773.5 1
  SiO2   54   60.2   57.0
  Al2O3   14   13.0   12.5
  CaO   22.8   22.0   22.0
  MgO   0.46   3.0   3.0
  B2O3   7.3   0   0.7
  Li2O   0   0   0.2
  Na2O   0.50   0.5   0.5
  K2O   0.25   0.3   0.3
  ZnO   0   0   2.0
  F   0.7   0   0.3
  TiO2   0.23   0.36   0.8
  K％(96h)   60％   87％   92％
  单丝强度/MPa   3058   3080   3085
  体积电阻率/(Ω·cm) 1.2×1015 1.17×1015 1.15×1015
  液相线温度/℃ 1050 1170 1135
  纤维化温度/℃ 1150 1258 1230
  ΔT/℃   100   88   95
以重量份计按照121份的石英粉、621份的叶腊石、231份生石灰、17份硼钙石、7份萤石、33份的氧化镁、5份钛白粉、17份氧化锌、7份纯碱混合而得的实施案例的玻璃成分如表1所示。该玻璃耐酸性能优越，K(96h)值为90％以上，较E玻璃有着明显的优势。
本发明的玻璃纤维具有非常优越的耐酸性能，制作成复合材料，能够在一定的酸性环境中长久地保持其强度。而且其能够在目前E玻璃纤维的生产工艺条件下很好的澄清、均化，能够稳定作业，具有较低廉的成本，适合大规模生产。

Claims (3)

1.一种耐酸侵蚀的玻璃纤维配方，其特征在于：使用石英粉、叶腊石、生石灰、硼钙石、萤石、氧化锌、钛白粉、氧化镁及纯碱，以重量份计按照121份的石英粉、621份的叶腊石、231份生石灰、17份硼钙石、7份萤石、33份的氧化镁、5份钛白粉、17份氧化锌、7份纯碱混合后熔融拉制而成。
2.权利要求1所述的玻璃纤维配方按重量百分比计各成份包括，SiO257.0％，Al2O3 12.5％，B2O3 0.7％，CaO 22.0％，MgO 3.0％，ZnO 2.0％，F 0.3％，R2O(K2O+Na2O)0.8％，TiO2 0.8％
3.如权利要求2所述的玻璃纤维配方所制得的纤维增强制品。
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