CN108840573A - 一种玻璃纤维及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

一种玻璃纤维，由以下重量份数原料组成：SiO230～50份、Al2O36～10份、CaF21～4份、ZrO210～14份、Ln2O311～16份、TiO24～6份、H2O 60～70份、H3BO350～70份；其主要是将原料混合经过熔融、拉丝、酸洗、热定型处理所得。本发明的有益效果为：(1)本发明中玻璃纤维耐酸性良好，成型温度低，提高了生产效率，成本低；(2)该玻璃纤维耐高温性能优异，可以长期适用于1000℃以下，具有良好的烧蚀性能、更好的耐高温性、耐化学腐蚀性；(3)该玻璃纤维的加工工艺成本低，操作简单，适合更多的中小型企业。

Description

一种玻璃纤维及其加工工艺
技术领域
本发明属于玻璃纤维加工领域，具体涉及一种玻璃纤维及其加工工艺。
背景技术
玻璃纤维(英文原名为:glass fiber或fiberglass)是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。它是叶腊石、石英砂、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石七种矿石为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。
玻璃纤维比有机纤维耐温高，不燃，抗腐，隔热、隔音性好，抗拉强度高，电绝缘性好。但性脆，耐磨性较差。用来制造增强塑料或增强橡胶，作为补强材玻璃纤维具有以下之特点，这些特点使玻璃纤维之使用远较其他种类纤维来得广泛。
玻璃纤维按形态和长度，可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉；按玻璃成分，可分为无碱、耐化学、高碱、中碱、高强度、高弹性模量和耐碱(抗碱)玻璃纤维等。
生产玻璃纤维的主要原料是：石英砂、氧化铝和叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石等。生产方法大致分两类：一类是将熔融玻璃直接制成纤维；一类是将熔融玻璃先制成直径20mm的玻璃球或棒，再以多种方式加热重熔后制成直径为3～80μm的甚细纤维。通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维，称为连续玻璃纤维，通称长纤维。通过辊筒或气流制成的非连续纤维,称为定长玻璃纤维，通称短纤维。
玻璃纤维按组成、性质和用途，分为不同的级别。按标准级规定，E级玻璃纤维使用最普遍，广泛用于电绝缘材料；S级为特殊纤维。
生产玻璃纤维用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。
现有的玻璃纤维耐酸性不是很好，成型温度高，影响生产效率，成本高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种玻璃纤维及其加工工艺。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种玻璃纤维，由以下重量份数原料组成：SiO2 30～50份、Al2O3 6～10份、CaF2 1～4份、ZrO2 10～14份、Ln2O3 11～16份、TiO2 4～6份、H2O 60～70份、H3BO3 50～70份。
进一步的，由以下重量份数原料组成：SiO2 30份、Al2O3 6份、CaF2 1份、ZrO2 10份、Ln2O3 11份、TiO2 4份、H2O 60份、H3BO3 50份。
进一步的，由以下重量份数原料组成：SiO2 50份、Al2O3 10份、CaF2 4份、ZrO2 14份、Ln2O3 16份、TiO2 6份、H2O 70份、H3BO3 70份。
进一步的，由以下重量份数原料组成：SiO2 40份、Al2O3 8份、CaF2 2份、ZrO2 12份、Ln2O3 13份、TiO2 5份、H2O 65份、H3BO3 60份。
一种上述玻璃纤维的加工工艺，包括以下步骤：(1)将上述重量份数的SiO2、Al2O3、CaF2、ZrO2、Ln2O3、TiO2、H2O均匀球磨混合得混合物A；(2)将混合物A通过雾化器进行喷雾干燥得粉体B；(3)将粉体B进行烘干并冷等静压机中于300～500MPa下进行等静压，得块体C；(4)将块体C置于1300～1400℃温度下熔制，得玻璃液；(5)将上述所得玻璃液放入拉丝机进行拉丝，拉丝机的转速为1200～1600转/分，得玻璃纤维初品；(6)将玻璃纤维初品放入上述重量份数原料的H3BO3，调节温度为70～80℃，用耐酸泵对H3BO3溶液进行搅拌并辅助以鼓泡搅拌，50～60min之后将玻璃纤维初品取出；(7)将步骤(6)酸洗之后的玻璃纤维初品经过20～30℃的水冲洗，最终用PH试纸测试玻璃纤维表面的含酸状态，当PH值大于5时水洗完成；(8)将经过步骤(7)所得玻璃纤维初品放入连续式热处理炉内，并调制连续式热处理炉温度为600～680℃进行热定型处理，得玻璃纤维成品。
进一步的，所述步骤(1)球磨混合的时间为20～30h。
进一步的，所述步骤(2)中喷雾干燥的进口空气温度为300～380℃、出口空气温度为60～150℃。
进一步的，步骤(3)中的烘干温度为600～700℃。
H3BO3(硼酸)，为白色粉末状结晶或三斜轴面鳞片状光泽结晶，有滑腻手感，无臭味。溶于水、酒精、甘油、醚类及香精油中，水溶液呈弱酸性。大量用于玻璃(光学玻璃、耐酸玻璃、耐热玻璃、绝缘材料用玻璃纤维)工业，可以改善玻璃制品的耐热、透明性能，提高机械强度，缩短溶融时间。
Ln2O3，质地比较软，具有延展性并具有顺磁性，在和ZrO2混合使用来生产加工玻璃纤维后，有利于增加ZrO2的均匀分布性，提高整个玻璃纤维耐酸碱性的均匀度。
ZrO2对提高玻璃的耐酸、碱性能起到很好的作用，尤其是玻璃的耐碱性能。ZrO2作为提高耐碱玻璃耐碱性的重要组分，其组分含量的多少对提高耐碱性能的效果也不一样。
本发明的有益效果为：(1)本发明中玻璃纤维耐酸性良好，成型温度低，提高了生产效率，成本低；(2)该玻璃纤维耐高温性能优异，可以长期适用于1000℃以下，具有良好的烧蚀性能、更好的耐高温性、耐化学腐蚀性；(3)该玻璃纤维的加工工艺成本低，操作简单，适合更多的中小型企业。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例配合详细的说明，说明如下：
实施例1
一种玻璃纤维，由以下重量份数原料组成：SiO2 30份、Al2O3 6份、CaF2 1份、ZrO210份、Ln2O3 11份、TiO2 4份、H2O 60份、H3BO3 50份。
一种上述玻璃纤维的加工工艺，包括以下步骤：(1)将上述重量份数的SiO2、Al2O3、CaF2、ZrO2、Ln2O3、TiO2、H2O均匀球磨混合得混合物A；(2)将混合物A通过雾化器进行喷雾干燥得粉体B；(3)将粉体B进行烘干并冷等静压机中于300MPa下进行等静压，得块体C；(4)将块体C置于1300℃温度下熔制，得玻璃液；(5)将上述所得玻璃液放入拉丝机进行拉丝，拉丝机的转速为1200转/分，得玻璃纤维初品；(6)将玻璃纤维初品放入上述重量份数原料的H3BO3，调节温度为70℃，用耐酸泵对H3BO3溶液进行搅拌并辅助以鼓泡搅拌，50min之后将玻璃纤维初品取出；(7)将步骤(6)酸洗之后的玻璃纤维初品经过20℃的水冲洗，最终用PH试纸测试玻璃纤维表面的含酸状态，当PH值大于5时水洗完成；(8)将经过步骤(7)所得玻璃纤维初品放入连续式热处理炉内，并调制连续式热处理炉温度为600℃进行热定型处理，得玻璃纤维成品。
其中，所述步骤(1)球磨混合的时间为20h，所述步骤(2)中喷雾干燥的进口空气温度为300℃、出口空气温度为60℃，步骤(3)中的烘干温度为600℃。
实施例2
一种玻璃纤维，由以下重量份数原料组成：SiO2 50份、Al2O3 10份、CaF2 4份、ZrO2 14份、Ln2O3 16份、TiO2 6份、H2O 70份、H3BO3 70份。
一种上述玻璃纤维的加工工艺，包括以下步骤：(1)将上述重量份数的SiO2、Al2O3、CaF2、ZrO2、Ln2O3、TiO2、H2O均匀球磨混合得混合物A；(2)将混合物A通过雾化器进行喷雾干燥得粉体B；(3)将粉体B进行烘干并冷等静压机中于500MPa下进行等静压，得块体C；(4)将块体C置于1400℃温度下熔制，得玻璃液；(5)将上述所得玻璃液放入拉丝机进行拉丝，拉丝机的转速为1600转/分，得玻璃纤维初品；(6)将玻璃纤维初品放入上述重量份数原料的H3BO3，调节温度为80℃，用耐酸泵对H3BO3溶液进行搅拌并辅助以鼓泡搅拌，60min之后将玻璃纤维初品取出；(7)将步骤(6)酸洗之后的玻璃纤维初品经过30℃的水冲洗，最终用PH试纸测试玻璃纤维表面的含酸状态，当PH值大于5时水洗完成；(8)将经过步骤(7)所得玻璃纤维初品放入连续式热处理炉内，并调制连续式热处理炉温度为680℃进行热定型处理，得玻璃纤维成品。
其中，所述步骤(1)球磨混合的时间为30h，所述步骤(2)中喷雾干燥的进口空气温度为380℃、出口空气温度为150℃，步骤(3)中的烘干温度为700℃。
实施例3
一种玻璃纤维，由以下重量份数原料组成：SiO2 40份、Al2O3 8份、CaF2 2份、ZrO212份、Ln2O3 13份、TiO2 5份、H2O 65份、H3BO3 60份。
一种上述玻璃纤维的加工工艺，包括以下步骤：(1)将上述重量份数的SiO2、Al2O3、CaF2、ZrO2、Ln2O3、TiO2、H2O均匀球磨混合得混合物A；(2)将混合物A通过雾化器进行喷雾干燥得粉体B；(3)将粉体B进行烘干并冷等静压机中于400MPa下进行等静压，得块体C；(4)将块体C置于1350℃温度下熔制，得玻璃液；(5)将上述所得玻璃液放入拉丝机进行拉丝，拉丝机的转速为1400转/分，得玻璃纤维初品；(6)将玻璃纤维初品放入上述重量份数原料的H3BO3，调节温度为75℃，用耐酸泵对H3BO3溶液进行搅拌并辅助以鼓泡搅拌，55min之后将玻璃纤维初品取出；(7)将步骤(6)酸洗之后的玻璃纤维初品经过25℃的水冲洗，最终用PH试纸测试玻璃纤维表面的含酸状态，当PH值大于5时水洗完成；(8)将经过步骤(7)所得玻璃纤维初品放入连续式热处理炉内，并调制连续式热处理炉温度为640℃进行热定型处理，得玻璃纤维成品。
其中，所述步骤(1)球磨混合的时间为25h，所述步骤(2)中喷雾干燥的进口空气温度为340℃、出口空气温度为105℃，步骤(3)中的烘干温度为650℃。
按照上述实施例及对比例1得出的玻璃纤维性能测试结果如表1。
对比例1为，去除实施例1～3中的H3BO3，不经过酸性过程，其他实施方式和实施例1～3相同，所得检测结果的平均值。
表1
由表1可知，经过H3BO3酸洗处理之后的玻璃纤维具有更加良好的耐酸性及耐碱性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种玻璃纤维，其特征在于：由以下重量份数原料组成：SiO2 30～50份、Al2O3 6～10份、CaF2 1～4份、ZrO2 10～14份、Ln2O3 11～16份、TiO2 4～6份、H2O 60～70份、H3BO3 50～70份。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维，其特征在于：由以下重量份数原料组成：SiO230份、Al2O3 6份、CaF2 1份、ZrO2 10份、Ln2O3 11份、TiO2 4份、H2O 60份、H3BO3 50份。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维，其特征在于：由以下重量份数原料组成：SiO250份、Al2O3 10份、CaF2 4份、ZrO2 14份、Ln2O3 16份、TiO2 6份、H2O 70份、H3BO3 70份。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维，其特征在于：由以下重量份数原料组成：SiO240份、Al2O3 8份、CaF2 2份、ZrO2 12份、Ln2O3 13份、TiO2 5份、H2O 65份、H3BO3 360份。
5.一种加工权利要求1～4任一项所述玻璃纤维的工艺，其特征在于：包括以下步骤：(1)将上述重量份数的SiO2、Al2O3、CaF2、ZrO2、Ln2O3、TiO2、H2O均匀球磨混合得混合物A；(2)将混合物A通过雾化器进行喷雾干燥得粉体B；(3)将粉体B进行烘干并冷等静压机中于300～500MPa下进行等静压，得块体C；(4)将块体C置于1300～1400℃温度下熔制，得玻璃液；(5)将上述所得玻璃液放入拉丝机进行拉丝，拉丝机的转速为1200～1600转/分，得玻璃纤维初品；(6)将玻璃纤维初品放入上述重量份数原料的H3BO3，调节温度为70～80℃，用耐酸泵对H3BO3溶液进行搅拌并辅助以鼓泡搅拌，50～60min之后将玻璃纤维初品取出；(7)将步骤(6)酸洗之后的玻璃纤维初品经过20～30℃的水冲洗，最终用PH试纸测试玻璃纤维表面的含酸状态，当PH值大于5时水洗完成；(8)将经过步骤(7)所得玻璃纤维初品放入连续式热处理炉内，并调制连续式热处理炉温度为600～680℃进行热定型处理，得玻璃纤维成品。
6.根据权利要求5所述的一种玻璃纤维的加工工艺，其特征在于：所述步骤(1)球磨混合的时间为20～30h。
7.根据权利要求5所述的一种玻璃纤维的加工工艺，其特征在于：所述步骤(2)中喷雾干燥的进口空气温度为300～380℃、出口空气温度为60～150℃。
8.根据权利要求5所述的一种玻璃纤维的加工工艺，其特征在于：步骤(3)中的烘干温度为600～700℃。
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