CN101638293A - 用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块及其制备方法 - Google Patents

用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块，其包含下列重量份数比的各组分：SiO2 48～50.5份、Al2O3 9～10份、B2O3 15～16份、Na2O12～13份、K2O 1～2份、CaO 0.3～0.5份、MgO 0.2～0.3份、BaO 7～8份、ZnO 3～4份，本发明的玻璃料块的熔点低，整个熔化过程可节约能源30％以上，且适宜加工平均直径低于0.3μm的玻璃纤维。同时本发明还公开了一种用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块的制备方法。

Description

用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含二氧化硅的玻璃料，具体地讲，是一种用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块。
背景技术
玻璃纤维因其无毒、防腐、耐热等优良性能广泛用于工业复合材料、空气过滤材料、保温材料及新型建材。目前90％以上的企业生产玻璃微纤维都采用天然气对玻璃料块进行熔化、拉丝、喷吹等工艺，生产一吨玻璃微纤维的天然气用量在1万方左右。加之近年来我国能源、原材料、人力资源、运输费用迅速上涨，天然气上涨50％以上，导致微纤维生产成本至少增加20％，其主要原因为在玻璃熔化时需要较高的温度(1600℃左右，见表2)。
目前国外于生产玻璃微纤维的玻璃料块的成分都是硼硅酸盐酸玻璃，最典型玻璃的主要成分及相应成分熔点见表1：
表1：最典型玻璃的主要成分及相应成分熔点
各玻璃成分的基础是SiO2、Al2O3、CaO三元系统，由于SiO2、Al2O3、CaO的熔点较高，导致整个玻璃料块的熔化温度升高，各个型号玻璃的熔点见表2：
表2：各个型号玻璃的熔点
  牌号   E-玻璃   C-玻璃   A-玻璃   S-玻璃
  熔点C   1600   1530   1150   1600
以上的玻璃结构和组分决定了各种纤维自身的熔化温度和熔点，在实际生产过程中，由于许多企业采用矿物原料，其中含有大量的难熔杂质(最高可达到20％-30％)，在玻璃中很难熔化，而且玻璃成分中杂质量越大，硬度越大，越不易熔化，是造成目前国内玻璃行业高能耗的一个主要原因。
此外，由于普通火焰加热池窑的下层没有热源，随着池深增加，温度越来越低。这样，下层玻璃液的流动性也就越来越差，使成分中比重较大的Al2O3等组分容易下沉，形成含Al2O3量高的变质层。当温度、液流变化时，容易被裹入玻璃液流形成条纹等缺陷。另外，SiO2在温度较低的区域，还易出现析晶，从而形成结石。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种低熔化温度和能吹出纤维平均直径小于0.3μm的用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块。
为了解决上述问题，本发明的用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块，包含下列重量份数比的各组分：
SiO2    48～50.5份
Al2O3   9～10份
B2O3    15～16份
Na2O    12～13份
K2O     1～2份
CaO    0.3～0.5份
MgO    0.2～0.3份
BaO    7～8份
ZnO    3～4份
由于SiO2的含量超过时，熔化困难，且容易析晶；且当CaO含量超过5％时，会因料性太短而不能拉制成直径小于7μm的细纤维，因为CaO会使玻璃在高温下的温度-粘度曲线变化太陡，因此，本发明通过B2O3代替部分SiO2，添加MgO代替部分CaO，以降低SiO2和CaO的含量，并且添加增大导热原料Na2O和K2O的含量和添加助溶剂BaO，使玻璃料的熔化温度降低到1000℃以下，从而减少了玻璃料过程中能源的消耗。
当CaO/Al2O3的比值较大时，玻璃粘度就会增大，因此，CaO与Al2O3的重量比优选为0.03～0.04。
作为上述技术方案的优选例，在于包含下列重量份数比的各组分：
SiO2    49.8份
Al2O3   9.65份
B2O3    15.3份
Na2O    12.8份
K2O     1.5份
CaO     0.35份
MgO     0.3份
BaO     6.8份
ZnO     3.5份
本发明的另一目的在于提供一种制备用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块的方法，包括备料、熔制玻璃液和成型步骤，在备料时所采用的原料及各原料的重量份数比为：SiO2含量为99.2％的石英砂36～38份，SiO2含量为64.8％的钾长石22～23份，CaCO3含量为98.5％的方解石2～3份，CaF2含量大于90％的萤石0.2～0.3份，纯度为98％的纯碱10～11份，B2O3含量为99.9％的五水硼酸7～9份，B2O3含量为36.5％的硼砂11～12份，MgO含量为21.9％的白云石1～1.5份，纯度为98.5％的Al2O30.5～1份，纯度为99.2％的碳酸钡4～4.5份，纯度为99.7％的氧化锌2.5～3份；各原料分别粉碎后过50～80目筛。本发明采用的原材料均为专一化学结构式，杂质含量低于5％，使得在熔制玻璃液时比其它玻璃料的原料更易熔化，降低能源消耗。
作为优选，在熔制玻璃液步骤中，所用熔炉的炉体由22号锆刚玉砖砌筑成，熔炉的流液洞采用41号锆刚玉砖砌成，并且该熔炉采用钼电极电加热，熔制温度为1000～1200℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)熔化温度低，本发明的熔化温度不到1000℃，因此在用本发明生产玻璃纤维时较其它玻璃料提前到达熔点，整个熔化过程可节约能源30％以上。
(2)因其玻璃纤维组分发生了很大变化，其内部结构也随着配方和原料的改变随着发生变化，因此在熔化和吹拉过程中，熔化的玻璃料更易被游离，形成平均直径低于0.3μm的玻璃纤维。
(3)采用的原材料均为专一化学结构式，杂质含量低于5％，更易熔化。
(4)采用电加热，加热均匀，不会分层。
附图说明
图1为本发明与其它玻璃料的玻璃熔制曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步对本发明加以说明。
实施例1
采用市售分析纯化学试剂，按表3中的配方配料：
表3
  组成   重量(kg)
  SiO2   50
  Al2O3   10
  B2O3   15.3
  Na2O   12.8
  K2O   1.5
  CaO   0.3
  MgO   0.3
  BaO   6.8
  ZnO   3
精确计算和称量原料，搅拌均匀后制成混合料待用，按常规工艺在熔炉中熔制玻璃液，玻璃液出料铸成玻璃棒材，该玻璃棒材的熔化温度低(930℃)，图1为该玻璃棒材的玻璃熔制曲线图。该玻璃棒材可用于生产平均直径小于0.3μm的玻璃微纤维。
实施例2～4
步骤1、采用杂质含量较低的矿物原料，按表4备料。
步骤2、熔制玻璃液
将各原料按配方混合均匀后加入熔炉中。所用熔炉的炉体由22号锆刚玉砖砌筑成，熔炉的流液洞采用41号锆刚玉砖砌成，并且该熔炉采用钼电极电加热，熔制温度为1100℃，熔制24小时。
步骤3、出料
玻璃液从熔炉的流液洞流出后，用水冷却得玻璃料块，所得玻璃料块的组分及其熔化温度见表5。
表4：制备玻璃料的原料及其重量比
Figure A20091010456800091
表5：本发明制备的玻璃料的组分及其熔化温度
Figure A20091010456800101

Claims (5)

1.一种用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块，其特征在于包含下列重量份数比的各组分：
SiO2    48～50.5份
Al2O3    39～10份
B2O3    15～16份
Na2O    12～13份
K2O     1～2份
CaO     0.3～0.5份
MgO     0.2～0.3份
BaO     7～8份
ZnO     3～4份
2.根据权利要求1所述的用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块，其特征在于：所述CaO与Al2O3的重量比为0.03～0.04。
3.根据权利要求1所述的用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块，其特征在于包含下列重量份数比的各组分：
SiO2    49.8份
Al2O3   9.65份
B2O3    15.3份
Na2O    12.8份
K2O     1.5份
CaO    0.35份
MgO    0.3份
BaO    6.8份
ZnO    3.5份
4.制备如根据权利要求1所述的用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块的方法，包括备料、熔制玻璃液和出料步骤，其特征在于：在备料时所采用的原料及各原料的重量份数比为：SiO2含量为99.2％的石英砂36～38份，SiO2含量为64.8％的钾长石22～23份，CaCO3含量为98.5％的方解石2～3份，CaF2含量大于90％的萤石0.2～0.3份，纯度为98％的纯碱10～11份，B2O3含量为99.9％的五水硼酸7～9份，B2O3含量为36.5％的硼砂11～12份，MgO含量为21.9％的白云石1～1.5份，纯度为98.5％的Al2O3 0.5～1份，纯度为99.2％的碳酸钡4～4.5份，纯度为99.7％的氧化锌2.5～3份；各原料分别粉碎后过50～80目筛。
5.根据权利要求4所述的用于生产玻璃微纤维的高性能玻璃料块的制备方法，其特征在于：在熔制玻璃液步骤中，所用熔炉的炉体由22号锆刚玉砖砌筑成，熔炉的流液洞采用41号锆刚玉砖砌成，并且该熔炉采用钼电极电加热，熔制温度为1000～1200℃。
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