CN103172268B - 一种低硼低软化点e玻璃纤维、制备方法以及应用 - Google Patents
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Abstract
一种低硼低软化点E玻璃纤维，按质量百分比，包括以下组分：SiO2：54.2～55.3%，Al2O3：14.2～15.2%，CaO：22.8～24.3%，MgO：2.2～2.8%，Na2O+K2O：0.5～0.8%，B2O3：2.0～3.0%，余量为Fe2O3；上述组分百分比之和为100%。低硼低软化点E玻璃纤维降低了硼钙石的用量，从而使E玻璃纤维的含硼量降低，减少对进口硼钙石的依赖，大大降低原料成本；相对于ECR成分，降低了E玻璃纤维的软化点，降低熔制成型温度，减少能源消耗；制备的E玻璃纤维具有很好的防腐、绝缘性能，使用寿命长，能够满足高压石油管道用纱性能要求。本发明提供的低硼低软化点E纤维玻璃制备方法，简化了工艺步骤，降低了制备难度，减少了能源损耗，从而达到在降低成本同时提高工作效率的目的。
Description
技术领域
本发明属于无碱玻璃纤维技术领域，具体涉及一种低硼低软化点E玻璃纤维、制备方法以及应用。
背景技术
无碱玻璃纤维，R2O(K2O+Na2O)≤0.8%，是一种铝硼硅酸盐成分，化学稳定性、电绝缘性能、强度都很好。主要用作电绝缘材料、玻璃钢的增强材料和轮胎帘子线，用于复合电缆支架。
目前市场上高压石油管道用无碱玻璃纤维通用为ECR成分或者传统E玻璃纤维配方，上述无碱玻璃纤维或者不能很好满足高压石油管道用纱性能要求，或者必须采用进口硼钙石，大大增加了原料成本，都无法满足客户的需求。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种低硼低软化点E玻璃纤维，不仅含硼量低、软化点低，而且能够大大降低生产成本，满足客户需求。
本发明的另一个目的是提供一种低硼低软化点E玻璃纤维的制备方法，制备出具有硼含量低、软化点低的E玻璃纤维。
本发明的第三个目的是提供一种低硼低软化点E玻璃纤维在制备高压石油管道中的应用。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种低硼低软化点E玻璃纤维，其特征在于：按质量百分比，包括以下组分：SiO2：54.2～55.3%，Al2O3：14.2～15.2%，CaO：22.8～24.3%，MgO：2.2～2.8%，Na2O+K2O：0.5～0.8%，B2O3：2.0～3.0%，余量为Fe2O3；上述组分百分比之和为100%。
优选实施方式一：一种低硼低软化点E玻璃纤维，按质量百分比，包括以下组分：SiO2：55.3%，Al2O3：15.2%，CaO：23.4%，MgO：2.8%，Na2O+K2O：0.8%，B2O3：2.0%，Fe2O3：0.5%。
优选实施方式二：一种低硼低软化点E玻璃纤维，按质量百分比，包括以下组分：SiO2：54.8%，Al2O3：14.9%，CaO：23.7%，MgO：2.6%，Na2O+K2O：0.6%，B2O3：3.0%，Fe2O3：0.4%。
一种低硼低软化点E玻璃纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、称量，采用的原料及其质量份数为：高岭土：68～135；叶腊石：285～460；生石灰：150～200，白云石：65～95；硅硼钙石：25～49；白泡石：145～235；萤石：13～28；钠长石：17～28，各成份配比之和为1000；钠长石、萤石、白云石、生石灰需过100目，硅硼钙石需过200目，高岭土、叶腊石、白泡石需过200～325目；
b、配料，启动搅拌器，待搅拌器运转正常后，将萤石、钠长石预先混合，再将预先混合的原料同a步骤的剩余原料一起送入气力混合搅拌发送器，搅拌均匀，均匀度大于92%；
c、熔制，将b步骤混合均匀的物料送入窑炉中熔制得到高温玻璃液；熔制温度控制在1400℃～1480℃范围内；熔制时间为72h～90h；
d、通路，将c步骤得到的高温玻璃液经澄清、均化后进入作业通路，并经800～4000孔的铂金漏板中流出，从铂金漏板中流出的温度控制在1280℃～1320℃；
e、拉丝，d步骤制得的物料表面涂覆一层高分子乳液后，缠绕在车头上制成直径在9～24μm的原丝；
f、烘干，e步骤得到的原丝采用蒸汽烘干或者微波炉加热烘干方式烘干制得E玻璃纤维；烘干温度控制在90℃～150℃，烘干时间为12h～16h；
g、后工序，将f步骤烘干后的无碱玻璃纤维经络纱、检验、包装后入库。
一种低硼低软化点E玻璃纤维在制备高压石油管道中的应用。
本发明提供的低硼低软化点E玻璃纤维具有以下有益效果：
1、降低了硼钙石的用量，从而使E玻璃纤维的含硼量降低，减少对进口硼钙石的依赖，大大降低原料成本；
2、相对于ECR成分，降低了E玻璃纤维的软化点，降低熔制成型温度，减少能源消耗；
3、制备的E玻璃纤维具有很好的防腐、绝缘性能，使用寿命长，能够满足高压石油管道用纱性能要求。
本发明提供的低硼低软化点E纤维玻璃制备方法，简化了工艺步骤，降低了制备难度，减少了能源损耗，从而达到在降低成本同时提高工作效率的目的。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但它们不是对本发明的进一步限制。
本发明提供的低硼低软化点E玻璃纤维的制备方法方法包括以下步骤：
a、称量，采用的原料及其质量份数为：高岭土：68～135；叶腊石：285～460；生石灰：150～200，白云石：65～95；硅硼钙石：25～49；白泡石：145～235；萤石：13～28；钠长石：17～28，各成份配比之和为1000；钠长石、萤石、白云石、生石灰需过100目，硅硼钙石需过200目，高岭土、叶腊石、白泡石需过200～325目；
b、配料，启动搅拌器，待搅拌器运转正常后，将萤石、钠长石预先混合，再将预先混合的原料同a步骤的剩余原料一起送入气力混合搅拌发送器，搅拌均匀，均匀度大于92%；
c、熔制，将b步骤混合均匀的物料送入窑炉中熔制得到高温玻璃液；熔制温度控制在1400℃～1480℃范围内；熔制时间为72h～90h；
d、通路，将c步骤得到的高温玻璃液经澄清、均化后进入作业通路，并经800～4000孔的铂金漏板中流出，从铂金漏板中流出的温度控制在1280℃～1320℃；
e、拉丝，d步骤制得的物料表面涂覆一层高分子乳液后，缠绕在车头上制成直径在9～24μm的原丝；
f、烘干，e步骤得到的原丝采用蒸汽烘干或者微波炉加热烘干方式烘干制得E玻璃纤维；烘干温度控制在90℃～150℃，烘干时间为12h～16h；
g、后工序，将f步骤烘干后的无碱玻璃纤维经络纱、检验、包装后入库。
实施例1：
所需各原材料用量为：高岭土：6.8㎏，其中：SiO2≥44.0%，Al2O3≥37.5%，Fe2O3≤0.6%，H2O≤1%；叶腊石：45.0㎏，其中：SiO2≥72%，Al2O3≥16.5%，Fe2O3≤0.45%，H2O≤1%；生石灰：16.0㎏，其中：CaO≥85%，Fe2O3≤0.15%，MgO≤3%，H2O≤1%；白云石：7.0㎏，其中CaO≥30%，Fe2O3≤0.15%，MgO≤21.0%，H2O≤1%；硅硼钙石：2.5㎏，其化学成分为CaBSiO4（OH）；白泡石：20.0㎏，其中SiO2≥80.0%，Al2O3≥10.0%，Fe2O3≤0.50%，H2O≤1%；萤石：2.0㎏，其中：CaF2≥90%，H2O≤1%；钠长石：1.7㎏，其中：SiO2≥69.0%，Al2O3≥17.0%，Fe2O3≤0.35%，Na2O≥8.5%，H2O≤1%；上述百分比均为质量百分比。
称量前每天应检测生石灰中CaO的成分含量，根据其成分含量高低调整石灰配量。
生产步骤为：
1、将各种原料按配比取料称量；钠长石、萤石、白云石、生石灰需过100目，硅硼钙石需过200目，高岭土、叶腊石、白泡石需过200目；
2、启动搅拌器，待搅拌器运转正常后，将萤石、钠长石预先混合，再将预先混合的原料同剩余原料一起送入气力混合搅拌发送器，搅拌均匀，均匀度大于92%；
3、将混合均匀的物料送入窑炉中熔制得到高温玻璃液；熔制温度控制在1400℃；熔制时间为90h；
4、将得到的高温玻璃液经澄清、均化后进入作业通路，并经800孔的铂金漏板中流出，从铂金漏板中流出的温度控制在1280℃；
5、将4步骤制得的物料表面涂覆一层高分子乳液后，缠绕在车头上制成直径在24μm的原丝；
6、烘干，5步骤得到的原丝采用蒸汽烘干或者微波炉加热烘干方式烘干制得无碱玻璃纤维；烘干温度控制在90℃，烘干时间为16h；
7、后工序，将6步骤烘干后的无碱玻璃纤维经络纱、检验、包装后入库。
依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维成份指标如下（以下百分比为质量百分比）：
表1：
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O | K2O | B2O3 |
| 55.3% | 15.2% | 0.5% | 23.4% | 2.8% | 0.40% | 0.4% | 2.0% |
依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维各种指标如下：
表2：
实施例2：
所需各原材料用量为：高岭土：9.2㎏，其中：SiO2≥44.0%，Al2O3≥37.5%，Fe2O3≤0.6%，H2O≤1%；叶腊石：36.3㎏，其中：SiO2≥72%，Al2O3≥16.5%，Fe2O3≤0.45%，H2O≤1%；生石灰：16.5㎏，其中：CaO≥85%，Fe2O3≤0.15%，MgO≤3%，H2O≤1%；白云石：8.3㎏，其中CaO≥30%，Fe2O3≤0.15%，MgO≤21.0%，H2O≤1%；硅硼钙石：3.7㎏，其化学成分为CaBSiO4（OH）；白泡石：21.5㎏，其中SiO2≥80.0%，Al2O3≥10.0%，Fe2O3≤0.50%，H2O≤1%；萤石：2.2㎏，其中：CaF2≥90%，H2O≤1%；钠长石：2.3㎏，其中：SiO2≥69.0%，Al2O3≥17.0%，Fe2O3≤0.35%，Na2O≥8.5%，H2O≤1%；上述百分比均为质量百分比。
称量前每天应检测生石灰中CaO的成分含量，根据其成分含量高低调整石灰配量。
生产步骤为：
称量前每天应检测生石灰中CaO的成分含量，根据其成分含量高低调整石灰配量。
生产步骤为：
1、将各种原料按配比取料称量；钠长石、萤石、白云石、生石灰需过100目，硅硼钙石需过200目，高岭土、叶腊石、白泡石需过250目；
2、启动搅拌器，待搅拌器运转正常后，将萤石、钠长石预先混合，再将预先混合的原料同剩余原料一起送入气力混合搅拌发送器，搅拌均匀，均匀度大于92%；
3、将混合均匀的物料送入窑炉中熔制得到高温玻璃液；熔制温度控制在1450℃；熔制时间为80h；
4、将得到的高温玻璃液经澄清、均化后进入作业通路，并经4000孔的铂金漏板中流出，从铂金漏板中流出的温度控制在1300℃；
5、将4步骤制得的物料表面涂覆一层高分子乳液后，缠绕在车头上制成直径在15μm的原丝；
6、烘干，5步骤得到的原丝采用蒸汽烘干或者微波炉加热烘干方式烘干制得无碱玻璃纤维；烘干温度控制在110℃，烘干时间为13h；
7、后工序，将6步骤烘干后的无碱玻璃纤维经络纱、检验、包装后入库。
依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维成份指标如下（以下百分比为质量百分比）：
表3：
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O | K2O | B2O3 |
| 54.8% | 15.1% | 0.3% | 24.1% | 2.5% | 0.30% | 0.4% | 2.5% |
依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维各种指标如下：
表4：
依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维各种指标如下：
实施例3：
所需各原材料用量为：高岭土：13.5㎏，其中：SiO2≥44.0%，Al2O3≥37.5%，Fe2O3≤0.6%，H2O≤1%；叶腊石：31.5㎏，其中：SiO2≥72.0%，Al2O3≥16.5%，Fe2O3≤0.45%，H2O≤1%；生石灰：18.0㎏，其中：CaO≥85.0%，Fe2O3≤0.15%，MgO≤3%，H2O≤1%；白云石：9.0㎏，其中CaO≥30%，Fe2O3≤0.15%，MgO≤21.0%，H2O≤1%；硅硼钙石：4.9㎏，其化学成分为CaBSiO4（OH）；白泡石：18.5㎏，其中SiO2≥80%，Al2O3≥10%，Fe2O3≤0.50%，H2O≤1%；萤石：1.8㎏，其中：CaF2≥90.0%，H2O≤1%；钠长石：2.8㎏，其中：SiO2≥69.0%，Al2O3≥17.0%，Fe2O3≤0.35%，Na2O≥8.5%，H2O≤1%；上述百分比均为质量百分比。
称量前每天应检测生石灰中CaO的成分含量，根据其成分含量高低调整石灰配量。
生产步骤为：
称量前每天应检测生石灰中CaO的成分含量，根据其成分含量高低调整石灰配量。
生产步骤为：
1、将各种原料按配比取料称量；钠长石、萤石、白云石、生石灰需过100目，硅硼钙石需过200目，高岭土、叶腊石、白泡石需过325目；
2、启动搅拌器，待搅拌器运转正常后，将萤石、钠长石预先混合，再将预先混合的原料同剩余原料一起送入气力混合搅拌发送器，搅拌均匀，均匀度大于92%；
3、将混合均匀的物料送入窑炉中熔制得到高温玻璃液；熔制温度控制在1480℃；熔制时间为72h；
4、将得到的高温玻璃液经澄清、均化后进入作业通路，并经800孔的铂金漏板中流出，从铂金漏板中流出的温度控制在1320℃；
5、将4步骤制得的物料表面涂覆一层高分子乳液后，缠绕在车头上制成直径在9μm的原丝；
6、烘干，5步骤得到的原丝采用蒸汽烘干或者微波炉加热烘干方式烘干制得无碱玻璃纤维；烘干温度控制在150℃，烘干时间为12h；
7、后工序，将6步骤烘干后的无碱玻璃纤维经络纱、检验、包装后入库。
依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维成份指标如下（以下百分比为质量百分比）：
表5：
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O | K2O | B2O3 |
| 54.8% | 14.9% | 0.4% | 23.7% | 2.6% | 0.40% | 0.2% | 3.0% |
依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维各种指标如下：
表6：
经过试验表明，本发明实施例得到的产品符合无碱玻璃纤维的技术要求，具有良好的社会效益和经济效益。
以实施例1制得的低硼低软化点E玻璃纤维为主要原料，生产的高压石油管道与现有材质的管道的特性如表7所示：
表7：
其中，GFRP为按照实施例1方法制备的低硼低软化点玻璃纤维复合材料；CFRP为碳纤维增强复合材料；AFRP为芳纶纤维复合材料；BFRP为竹纤维复合材料；SFRP为短纤维增强聚合物复合材料。
综上所述，采用实施例1方法制备的低硼低软化点纤维制得的高压石油管道的拉伸强度、拉伸弹性模量、比弹性模量等性质均优于其它材质；采用实施例1方法制备的低硼低软化点纤维制得的高压石油管道不仅具有耐腐蚀、耐磨、耐压等特性，而且安全、环保，具有很好的应用前景，能够带来很好的经济效益和社会效益。
Claims (1)
1.一种低硼低软化点E玻璃纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、称量，采用的原料及其质量份数为：高岭土：68～135；叶腊石：285～460；生石灰：150～200，白云石：65～95；硅硼钙石：25～49；白泡石：145～235；萤石：13～28；钠长石：17～28，各成份配比之和为1000；钠长石、萤石、白云石、生石灰需过100目，硅硼钙石需过200目，高岭土、叶腊石、白泡石需过200～325目；
b、配料，启动搅拌器，待搅拌器运转正常后，将萤石、钠长石预先混合，再将预先混合的原料同a步骤的剩余原料一起送入气力混合搅拌发送器，搅拌均匀，均匀度大于92％；
c、熔制，将b步骤混合均匀的物料送入窑炉中熔制得到高温玻璃液；熔制温度控制在1400℃～1480℃范围内；熔制时间为72h～90h；
d、通路，将c步骤得到的高温玻璃液经澄清、均化后进入作业通路，并经800～4000孔的铂金漏板中流出，从铂金漏板中流出的温度控制在1280℃～1320℃；
e、拉丝，d步骤制得的物料表面涂覆一层高分子乳液后，缠绕在车头上制成直径在9～24μm的原丝；
f、烘干，e步骤得到的原丝采用蒸汽烘干或者微波炉加热烘干方式烘干制得E玻璃纤维；烘干温度控制在90℃～150℃，烘干时间为12h～16h；
g、后工序，将f步骤烘干后的无碱玻璃纤维经络纱、检验、包装后入库。
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