CN1046147A - 抗碱玻璃纤维新组成 - Google Patents

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杨梦初
沈丽华
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03C13/00—Fibre or filament compositions
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Abstract

本发明涉及一种抗碱玻璃纤维的新组成。
在本单位现有产品ER13抗碱玻璃纤维组成的基础上调整了ZrO2，TiO2和CaO的含量，即适当增加了CaO的含量，而减少了ZrO2和TiO2的含量；使玻璃表面形成致密，牢固的膜层，此膜有效地阻止了碱性物质的进一步侵蚀，提高了耐碱性。此外，CaO的增加，有助于玻璃熔化，拉丝温度降低。

Description

本发明涉及一种抗碱玻璃纤维的新组成。
六十年代末，英国建筑研究院A.J Majumdar等人采用含有高ZrO2的玻璃成分开发了G20的抗碱玻璃纤维，申请了BP1200732，BP1243972，BP1243973专利，归英国国家研究开发公司所有。他们又与皮尔金顿公司合作，在保持G20的耐碱条件下，进行玻璃成纤性能的改善，并将其投入工业化生产，其商品名为赛姆菲尔（Cem-fiL）纤维，专利号U、K1290528;由于这种纤维ZrO2含量高，熔化，拉丝温度高，生产困难，成本昂贵，因此，世界各国纷纷进行含ZrO2抗碱玻纤组成改进研究。
中国建筑材料科学研究院（申请人）在70年代中期结合我国实际情况，研制成功ER13抗碱玻璃纤维，其抗碱性能与英国赛姆菲尔（Cem-fiL）纤维相当，而拉丝温度却大大降低，已有批量生产和实际应用，但此种纤维长期在水泥中受碱的侵蚀，强度随时间的延长而不断下降。而配制ER13玻璃料时，还要用KNO3这种较贵的化工原料，从而提高了生产成本。目前世界上生产的E玻璃纤维（无碱纤维），G20抗碱玻纤、赛姆菲尔抗碱玻纤及ER13抗碱玻纤的化学组成（重量%）及主要性能如表1所示。
表1
组份 E玻纤 G20玻纤 赛姆菲尔玻纤 ER13玻纤
Sio2Al2O3CaOMgOR2O(Na2O+K2O+ti2O)B2O3ZrO2TiO2 54.415.516.54.60.48.5 71.01.012.0(其中Li2O 1.0%）16.0 62.00.85.614.816.70.1 60.04.515.0（其中K2O占2.5%）14.56.0
耐碱性（失重％）＊2 23.11 2.10 2.06 2.16
拉丝温度 1200℃ 1450℃ 1300℃ 1190℃
从表1可知，目前世界上生产的赛姆菲尔抗碱玻璃纤维，其化学组成中ZrO2较高，ZrO2为高熔点的氧化物，因此，其熔化温度和拉丝温度较高，在我国的工业条件下，生产推广十分困难。
本发明的任务是在保持赛姆菲尔抗碱玻纤耐碱性的前提下，改善纤维化的工艺，使其熔化温度和拉丝温度降低，近似于E玻纤，同时比ER13玻纤的抗碱性更好，成本更低。
本发明是在ER13玻纤化学组成的基础上调整了ZrO2、TiO2和CaO的含量，其组成范围（Wt%）及主要性能如表2所示。
表2
成分 本发明
SiO2 54.0～67.0
Zro2 11.0～14.0
TiO2 1.0～5.5
CaO 4.6～9.0
R2O 10.0～16.0
REC 0～10.0
耐碱性（失重％）以＊2失重法测定 1.90
拉丝温度 1180℃～1230℃
熔化温度 1450℃～1520℃
本发明的玻璃组成可在1450℃～1520℃熔化，在1180℃～1230℃拉丝，液相温度为1100℃以下，液相温度比拉丝温度低40℃以上，在整个拉丝温度范围内不发生析晶现象，可采用类似于E玻璃那样的工艺设备拉丝。
表中R2O代表Na2O，K2O和Li2O碱性氧化物的总和，REC代表La2O3和CeO2稀土氧化物总和，本发明与ER13比较，虽然其组成变化不大，但在耐碱性和成本上都有显著的改善，耐碱性提高15%以上，玻璃原料中不使用KNO3，成本降低30%，显示了本发明的优点。
耐碱性的改进是由于增加了CaO含量，使玻璃表面上形成了ZrO2、TiO2和CaO的复合物，结构緻密，牢固，有效地阻止了碱的进一步侵蚀，提高了耐碱性。在熔化过程中CaO的存在也有助于玻璃的熔化和拉丝温度的降低，在上述化学组成范围内能连续拉制10～20μ的连续玻璃纤维，适合于工业性生产。
本发明的优点和效果：
①和世界上有名的赛姆菲尔纤维比较，拉丝温度降低100℃，且生产成本降低，由于此种玻纤成型性能类似于E玻纤，采用E玻纤的工艺设备略作改进，即可生产，投资较低。
②用失重法＊2测定玻璃纤维的耐碱性，从表1，表2中数据看出，本发明产品比赛姆菲尔和ER13失重小，说明耐碱性好。
③用高温高压法＊3作加速碱性介质侵蚀试验。结果列于表3中，表3结果表明本发明的抗碱玻璃纤维，抗碱性优于英国赛姆菲尔和我院原有产品ER13。
④用水泥块法＊1，测得抗折荷载保留值（%），表示不同品种玻纤与水泥复合后的长期强度稳定性，列于表4中，由表4结果看出，本发明比ER13在水泥中更耐侵蚀，更耐久，所以此种玻纤特别适用于增强水泥质材料，包括水泥、混凝土、灰泥、硅酸钙和类似材料。
按表5组份进行配料计算，在1480℃熔化，用200孔铂铑合金坩埚在1190℃～1230℃拉丝，纤维直径为13μ，以高温高压法作加速碱性侵蚀试验。又用失重法测其失重数，表示其耐碱性，结果列于表6、表7中;以上两实施例都表明本发明这种抗碱玻璃纤维在耐碱性和耐久性方面，比现有抗碱玻璃纤维都好，而且成本低，节电，拉丝工艺易于掌握。
注解＊
＊1    水泥块法：一种玻璃纤维水泥的耐久性试验方法，采用玻纤水泥试块，尺寸为：30×10×120mm，置于50℃的湿热条件下，按1，3，7，28，60，90，180，360天令期顺序取出测其抗折强力，扣除空白试件（不配玻纤的试件）的强力，列在表中，用以表示玻纤复合水泥材料的长期强度稳定性的衡量标准。
＊2 失重法：一种玻璃纤维耐碱性的试验方法，采取表面积为1000cm2的玻纤，在100ml的10%NaOH溶液中100℃煮沸一小时测得其失重数，用此数来衡量玻纤纤维的耐碱性。
＊3 高温高压法：一种玻璃纤维耐碱性的加速试验方法：是指玻纤束受侵蚀强度下降50%时所要的时间作为衡量玻璃纤维耐碱性的准则。其法为取长度为200±5mm的玻纤束共10束，在玻纤束的两端封胶，将纤维束的中部长2Cm埋入盛有Ca（OH）2浆体的玻璃皿内，然后将玻璃皿连同玻纤束放入台式压蒸釜中。盖上釜后随即接通电源，使压蒸釜升温，当温度升到105℃，压力达1.75×105Pa时，由触点压力传感器和恒温恒压控制装置将压力保持在到达规定的压蒸时间时，即关闭电源并随即徐徐释放釜内压力至与大气压相同，将釜盖打开，将受试的玻纤束取出，将其放入稀盐酸中清洗，凉干，然后测定玻纤束在各令期的抗拉强力，并以10束玻纤束测定结果的平均值的强力保留率作为衡量玻纤束受侵蚀的程度。

Claims (1)

1、一种抗碱玻璃纤维的新组成，本发明的特征是：
(1)其组成范围按重量百分数计：
SiO254～67
ZrO211～14
TiO21～5.5
CaO   4.6～9.0
R2O 10～16
REO   0～10
(2)上述玻璃组成在1450℃～1520℃温度下熔化，在1180°～1230℃拉制玻璃纤维。
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