CN103172266A

CN103172266A - 含铯玻璃纤维及其制备方法

Info

Publication number: CN103172266A
Application number: CN2013101217073A
Authority: CN
Inventors: 孙杏国; 徐时清; 王焕平; 李兵鹏; 赵士龙
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2013-06-26

Abstract

本发明涉及一种玻璃纤维。含铯玻璃纤维，包括下述化合物制成：SiO₂60～75wt%、Al₂O₃0～6wt%、B₂O₃0～8wt%、CaO0～10wt%、MgO0～5wt%、K₂O＋Na₂O＋Li₂O5～15wt%、Cs₂O5～11wt%，Fe₂O₃、F^－及其它化合物，Fe₂O₃、F^－及其它化合物总量小于1wt%。该含铯玻璃纤维的优点是含铯玻璃纤维软化温度低于700℃，满足突防烧蚀性能的要求，具有良好的化学稳定性和耐久性，克服了铯离子极容易偏析影响突防效果，具有良好的电离能力，与高碱玻璃纤维相比电子浓度提高20%。

Description

含铯玻璃纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃纤维，尤其是含铯玻璃纤维，用于具有强电离能力的雷达电磁波反射特征的突防材料领域。

背景技术

雷达弹道式导弹光电特征中雷达电磁波反射特征的模拟通过设计再入诱饵本体形状和调节防热烧蚀材料中碱金属种类和含量来进行控制。最早，采用在复合材料中加入钠盐提供Na+来模拟雷达电磁波反射特征，由于Na+的偏析，导致复合材料稳定性较差，诱饵作用差。为了解决存在的问题，后来用一种专用高碱玻璃纤维取代钠盐提供Na+，解决了材料稳定性问题，但此材料只能在导弹再入中、低段应用才有效。根据碱金属离子电离能力的大小差异，2002年研制了一种铯含量重量百分数低于5%的含铯玻璃纤维，通过测试，尾迹雷达目标特征模拟效果明显提高，但由于铯含量低以及软化温度较高，实际效果没有达到理论计算值，导致在烧蚀环境不十分恶劣的高空段效果还不够理想，而高空段突防效果是决定再入突防有效性的标志。

发明内容

本发明的一个目的是解决现有含铯玻璃纤维存在的不足，公开一种铯含量高，突防烧蚀性能高，具有良好的化学稳定性和耐久性，具有良好的电离能力，克服了铯离子极容易偏析影响突防效果的含铯玻璃纤维；本发明的另一个目的是公开一种制备上述含铯玻璃纤维的制备方法。

含铯玻璃纤维，包括下述化合物制成：SiO₂60～75wt%、Al₂O₃0～6wt%、B₂O₃0～8wt%、CaO0～10wt%、MgO0～5wt%、K₂O＋Na₂O＋Li₂O5～15wt%、Cs₂O5～11wt%，Fe₂O₃、F^－及其它化合物，Fe₂O₃、F^－及其它化合物总量小于1wt%。

作为优选，含铯玻璃纤维包括下述化合物制成：SiO₂63～65wt%、Al₂O₃2～4wt%、B₂O₃2.3～7.3wt%、CaO2～3wt%、MgO3～4wt%、K₂O＋Na₂O＋Li₂O8～11.5wt%、Cs₂O9～11wt%，Fe₂O₃、F^－及其它化合物，Fe₂O₃、F^－及其它化合物总量小于1wt%，Fe₂O₃、F^－及其它化合物起助熔作用，可以提高玻璃的熔制及拉丝工艺性能。

含铯玻璃纤维的制备方法，将上述的各化合物混合配制成配合料，在1400℃～1500℃下熔融制成玻璃，在1300～1400℃下再熔融拉制成玻璃纤维。

作为优选，含铯玻璃纤维的制备方法是将各化合物混合配制成配合料，装在铂金化料坩埚内，在1400℃～1500℃下，边搅拌边熔融，熔制6小时，把熔制好的玻璃放入拉丝炉内，在1300～1400℃下再熔融，熔融玻璃通过铂金漏板的漏嘴拉制成直径为5～13μm连续纤维。

采用了上述技术方案的含铯玻璃纤维，玻璃纤维的烧蚀性能、化学稳定性与SiO₂的含量有着密切的关系，玻璃纤维中SiO₂含量低于60wt%不但不能满足烧蚀材料烧蚀性能的要求，而且影响玻璃纤维的化学稳定性；若玻璃纤维中含量高于75wt%，玻璃高温粘度太高，影响玻璃的工艺性能，而且软化温度也较高，其最佳值为63～65wt%。Al₂O₃有利于提高玻璃的化学稳定性、耐久性及玻璃纤维强度，但当加入量超过6wt%后，玻璃高温粘度、熔化温度、纤维成型温度大幅度提高，这反而影响玻璃性能，其最佳值为2～4wt%。B₂O₃有利于降低玻璃高温粘度、软化温度，改善工艺性能，同时提高含碱玻璃的结构稳定性，但当加入量超过8wt%后,玻璃的化学稳定性降低，成份稳定性也降低，其最佳值为2.3～7.3wt%。CaO、MgO有利于提高玻璃纤维的化学稳定性、机械强度及工艺性能，但加入量过多时，提高玻璃析晶温度和熔制温度，反而影响工艺性能，其最佳值为CaO2～3wt%、MgO3～4wt%。K₂O、Na₂O、Li₂O一方面作为助熔剂，改善玻璃的熔制性能，降低玻璃的软化温度，另一方面由于Cs₂O很贵，而且K₂O、Na₂O在再入中、低空段具有一定的诱饵性能，但K₂O、Na₂O加入量过多降低玻璃纤维的化学稳定性、耐久性和机械性能，其最佳值为8～11.5wt%。Cs₂O是把铯离子加入到玻璃纤维中，使铯离子具有良好的稳定性，而且明显起到能很好电离的作用，加入量太少，效果不明显，加入量过多，一方面由于铯也属于R₂O含碱金属元素，同样过多降低玻璃纤维的化学稳定性、耐久性和机械性能，另一方面提高玻璃纤维成本，其最佳值为9～11wt%。在保证玻璃稳定性的前提下，加入一定量的K₂O、Na₂O等碱金属氧化物，不但有利于玻璃纤维熔制及拉丝工艺性能，而且用于突防材料时能提高导弹坠落过程中的中、低空尾迹雷达目标特征模拟效果。

发明的含铯玻璃纤维可以1400℃以上温度条件下，用电加热熔融预配好的玻璃配合料来获得含铯玻璃。然后把玻璃在1300～1400℃下再熔融，熔融玻璃通过铂金漏板的漏嘴拉制成直径为5～13μm连续纤维。拉制的纤维可以根据用户需要制成玻璃纤维布、纱、带等各种玻璃纤维产品。

综上所述，该含铯玻璃纤维的优点是：（1）含铯玻璃纤维软化温度低于700℃，满足突防烧蚀性能的要求，用作烧蚀材料能明显提高再入导弹尾迹雷达目标特征，能显著提高突防效果；（2）含铯玻璃纤维具有良好的化学稳定性和耐久性，克服了铯离子极容易偏析影响突防效果；（3）含铯玻璃纤维具有良好的电离能力，与高碱玻璃纤维相比电子浓度提高20%；（4）具有良好的工艺性能，

能制成各种玻璃纤维产品，能很好地满足突防烧蚀材料的需求。

具体实施方式

表1为本发明的含铯玻璃纤维的实施例。

按表1中所示的含铯玻璃纤维，包括下述化合物制成：SiO₂60～75wt%、Al₂O₃0～6wt%、B₂O₃0～8wt%、CaO0～10wt%、MgO0～5wt%、K₂O＋Na₂O＋Li₂O5～15wt%、Cs₂O5～11wt%，上述化合物在高强度玻璃纤维中的总含量达到99wt%以上，本发明的含铯玻璃纤维中含有少量Fe₂O₃、F^－及其它化合物，Fe₂O₃、F^－及其它化合物总量小于1wt%。

含铯玻璃纤维的制备方法，将上述的各化合物混合配制成配合料，装在铂金化料坩埚内，在1400℃～1500℃下，边搅拌边熔融，熔制6小时，把熔制好的玻璃流放到耐热钢板上，制成玻璃料块，再将熔制好的玻璃部分放入拉丝炉内，在1300～1400℃下再熔融，熔融玻璃通过铂金漏板的漏嘴拉制成直径为5～13μm连续纤维。

熔制好的另一部分玻璃用于测量玻璃的其它性能。软化点的测试方法与其它玻璃纤维软化点测试方法相同，采用吊丝法；耐久性试验没有现存的有效方法，本发明采用以下方法：方法一：水煮无浸润剂的玻璃纤维原丝，水煮时间2小时，分析玻璃成份的变化；方法二：常温水浸泡无浸润剂的玻璃纤维原丝，时间48小时，分析玻璃成份的变化；方法三：含浸润剂的玻璃原丝、制品存放不同时间对机械性能的影响。表中耐久性结果是上述三种方法的综合评价。

表1

Claims

1.含铯玻璃纤维，其特征在于包括下述化合物制成：SiO₂60～75wt%、Al₂O₃0～6wt%、B₂O₃0～8wt%、CaO0～10wt%、MgO0～5wt%、K₂O＋Na₂O＋Li₂O5～15wt%、Cs₂O5～11wt%，Fe₂O₃、F^－及其它化合物，Fe₂O₃、F^－及其它化合物总量小于1wt%。

2.根据权利要求1所述的含铯玻璃纤维，其特征在于包括下述化合物制成：SiO₂63～65wt%、Al₂O₃2～4wt%、B₂O₃2.3～7.3wt%、CaO2～3wt%、MgO3～4wt%、K₂O＋Na₂O＋Li₂O8～11.5wt%、Cs₂O9～11wt%，Fe₂O₃、F^－及其它化合物，Fe₂O₃、F^－及其它化合物总量小于1wt%。

3.含铯玻璃纤维的制备方法，其特征在于将权利要求1所述的各化合物混合配制成配合料，在1400℃～1500℃下熔融制成玻璃，在1300～1400℃下再熔融拉制成玻璃纤维。

4.根据权利要求3所述的含铯玻璃纤维，其特征在于将各化合物混合配制成配合料，装在铂金化料坩埚内，在1400℃～1500℃下，边搅拌边熔融，熔制6小时，把熔制好的玻璃放入拉丝炉内，在1300～1400℃下再熔融，熔融玻璃通过铂金漏板的漏嘴拉制成直径为5～13μm连续纤维。