CN112279520A - 一种高性能玻璃纤维 - Google Patents

一种高性能玻璃纤维 Download PDF

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CN112279520A CN202011227778.8A CN202011227778A CN112279520A CN 112279520 A CN112279520 A CN 112279520A CN 202011227778 A CN202011227778 A CN 202011227778A CN 112279520 A CN112279520 A CN 112279520A
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glass
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王婷婷
和睦
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
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    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/022—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from molten glass in which the resultant product consists of different sorts of glass or is characterised by shape, e.g. hollow fibres, undulated fibres, fibres presenting a rough surface
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    • C03C25/00—Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/10—Coating
    • C03C25/12—General methods of coating; Devices therefor

Abstract

本发明公开了一种高性能玻璃纤维，包括以下组分，各组分的含量以质量百分含量表示如下：57‑61wt%的
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，10‑14wt%的
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
，21.5‑23.3wt%的
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，0.1‑0.8wt%的
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE004
，0‑0.5wt%的
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，3.1‑3.9wt%的
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE006
，0.2‑0.8wt%的
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，0.1‑0.5wt%的
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE008
，0‑0.4wt%的
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，0‑0.23wt%的
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE010
，0‑1.9wt%的
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，0.38‑0.74wt%的
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE012
，0.15‑0.3wt%的

Description

一种高性能玻璃纤维
技术领域
本发明涉及无机非金属材料技术领域，具体的说，尤其涉及一种高性能玻璃纤维。
背景技术
玻璃纤维属于无机纤维材料，用它增强树脂可制得性能优良的复合材料。高性能玻璃纤维作为先进复合材料的增强基材，最初主要应用于航空、航天、兵器等国防军工领域。随着科技的进步及经济的发展，高性能玻璃纤维在风力叶片、高压容器、海洋管道、汽车制造等民用工业领域得到了广泛应用。
但是传统R玻璃的硅铝总含量较高，又缺乏改善玻璃析晶性能的有效方案，钙镁比例也不合理，造成玻璃成型困难、析晶风险高，同时玻璃液的表面张力大、澄清难度高，其玻纤成型温度达到1410℃，液相线温度达到1350℃，这都造成玻璃纤维高效拉制上的困难，为此，大部分公司往往以牺牲部分玻璃性能的方式来降低生产难度，这造成上述玻璃纤维的性能水平无法与生产规模同步提升，如今对玻璃纤维的折射率和透光性也有了更高的要求，如何在较低的生产难度的前提下，进行机械性能和折射率的性能提升，是目前面临的重大难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能玻璃纤维，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高性能玻璃纤维，包括以下组分，各组分的含量以质量百分含量表示如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
57-61wt%：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
10-14wt%；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
21.5-23.3wt%；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
0.1-0.8wt%；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
0-0.5wt%；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
3.1-3.9wt%；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
0.2-0.8wt%；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
0.1-0.5wt%；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
0-0.4wt%；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
+
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
0-0.23wt%；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
0-1.9wt%；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
0.38-0.74wt%；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE028
0.15-0.3wt%；
其中所述，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE030
的质量百分含量之和为3.2-4.0wt％，其中所述
Figure 169338DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 820900DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 69478DEST_PATH_IMAGE022
是以杂质的形式引入，并非单独添加。
优选的，所述
Figure 933529DEST_PATH_IMAGE024
的质量百分含量应控制在0.8-1.3wt%。
优选的，所述
Figure 482322DEST_PATH_IMAGE018
的质量百分含量应控制在0-0.3wt％。
优选的，所述
Figure 773626DEST_PATH_IMAGE002
的质量百分含量应控制在57.2-60.2wt％。
优选的，所述
Figure 775080DEST_PATH_IMAGE008
的质量百分含量应控制在0.2-0.6wt％。
优选的，所述
Figure 442822DEST_PATH_IMAGE004
的质量百分含量应控制在11.8-12.8wt％。
优选的，以杂质形式引入的所述
Figure 846121DEST_PATH_IMAGE010
的质量百分含量应控制在0-0.3wt％。
一种高性能玻璃纤维，其特征在于：所述玻璃纤维由上述的玻璃纤维组合物制成。
该玻璃纤维组合物中各组分的作用及含量说明如下：
二氧化硅(
Figure 308327DEST_PATH_IMAGE002
)是形成玻璃纤维网络结构的主要氧化物之一，它主要起提高玻璃纤维的机械强度、化学稳定性和热稳定性的作用。一定范围内，玻璃中
Figure 531498DEST_PATH_IMAGE002
含量越高，玻璃纤维力学强度越好，但同时玻璃纤维原液的熔化温度和纤维成型温度也越高，生产难度也就越大。综合考虑，本发明所述
Figure 2930DEST_PATH_IMAGE002
质量百分含量为57-61wt%，优选为57.2-60.2wt％。
氧化铝(
Figure 995157DEST_PATH_IMAGE004
)与
Figure 159422DEST_PATH_IMAGE002
一起共同构成玻璃纤维网络结构，其含量越高，玻璃纤维力学强度特别是弹性模量越优异，但同时玻璃纤维高温粘度也会明显增加，一般
Figure 869889DEST_PATH_IMAGE004
含量过高，会使得玻璃液粘度过大，玻璃成纤困难，还容易出现析晶问题。因此，本发明所述
Figure 879434DEST_PATH_IMAGE004
含量为10-14wt%，优选为11.8-12.8wt％。
氧化钙(
Figure 988816DEST_PATH_IMAGE006
)和氧化镁(
Figure 792824DEST_PATH_IMAGE008
)均属于碱土金属氧化物，具有调节玻璃高温粘度、改善玻璃析晶倾向的作用，但相对Mg，Ca的原子量和离子半径更大，对提高玻璃纤维折射率效果更显著。同时，在无碱玻璃体系中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE032
总量一般不宜超过25％，最好在24％以下。本发明为了保证较高的折射率，优选选择添加
Figure 725008DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 538244DEST_PATH_IMAGE008
一般不专门加入，但考虑到矿物原料成本问题，本发明允许以矿物原料杂质形式引入少量
Figure 505063DEST_PATH_IMAGE008
。实验证明，本发明中
Figure 745551DEST_PATH_IMAGE006
含量控制在21.5-23.3wt%，
Figure 430610DEST_PATH_IMAGE008
含量控制在0.1-0.8wt%时，综合效果最好，所述
Figure 781957DEST_PATH_IMAGE008
的质量百分含量优选为0.2-0.6wt％。
氧化钇(
Figure 868862DEST_PATH_IMAGE012
)、氧化镧（
Figure 280252DEST_PATH_IMAGE024
），利用稀土氧化物具有较强的碱性能提供可观非桥氧的特性，可以使结构中铝氧四配位的数量明显增多，促进
Figure DEST_PATH_IMAGE034
进入玻璃网络，有利于提高玻璃骨架的紧密度。而且，上述稀土离子均很难进入玻璃网络，一般处于网络空隙间作为网络外离子，它们配位数高、电荷高、场强大，积聚能力强，能进一步增强玻璃结构的稳定性，提高玻璃的机械性能和化学稳定性。同时，它们还能有效阻止其他离子的移动排列或交换，达到降低玻璃析晶倾向和提高化学稳定性的目的。
当单独使用它们时，在提高玻璃模量及抑制玻璃析晶方面，
Figure 921449DEST_PATH_IMAGE012
的作用会优于
Figure 810907DEST_PATH_IMAGE024
，同时大量实验发现，加入一定量的
Figure 17898DEST_PATH_IMAGE012
对提高玻璃纤维折射率效果明显，而且它没有着色作用，不会影响玻璃本身的颜色。但由于
Figure 600189DEST_PATH_IMAGE012
价格较贵，且加入量过大会增加玻璃析晶倾向。经反复实验证明，当
Figure 259840DEST_PATH_IMAGE012
为3.1-3.9wt%时，综合效果较好。
氧化锆(
Figure 952990DEST_PATH_IMAGE016
)是一种原子量较大、场强较高的氧化物，少量加入玻璃中，它可以与
Figure 748907DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 502100DEST_PATH_IMAGE024
和
Figure 380538DEST_PATH_IMAGE006
争夺氧原子，从而抑制析晶。但其含量必须严格控制，一旦超过限度，锆英石析晶倾向又会急剧增加。经反复实验证明，当
Figure 142958DEST_PATH_IMAGE016
为0.1-0.5wt%时，综合效果较好。
二氧化钛(
Figure 793382DEST_PATH_IMAGE010
)提高折射率的效果非常明显，许多折射率较高的玻璃品中都含有较高的
Figure 717476DEST_PATH_IMAGE010
，但同时
Figure 86140DEST_PATH_IMAGE010
也有明显的着色作用，当其含量超过0.5wt％时，玻璃就会呈现淡黄色，当其含量超过1wt％时，玻璃已经呈现非常明显的亮黄色。因此，为避免
Figure 121092DEST_PATH_IMAGE010
对玻璃颜色的影响，本发明中基本不含有
Figure 157181DEST_PATH_IMAGE010
，但为降低原料成本，本发明允许矿物原料中以杂质形式引入少量
Figure 986597DEST_PATH_IMAGE010
。本发明玻璃纤维中
Figure 108137DEST_PATH_IMAGE010
质量百分含量限定为0-0.5wt%。
在玻璃纤维中，少量
Figure 946780DEST_PATH_IMAGE018
对性能没有太大影响，但含量偏高的话会导致玻璃发黄或发绿。通常为降低矿物原料成本，一般允许少量引入。本发明中，
Figure 571796DEST_PATH_IMAGE018
不专门添加，它主要以矿物原料杂质形式被引入。但为了控制玻璃颜色，本发明玻璃纤维中
Figure 837693DEST_PATH_IMAGE018
质量百分含量限定为0-0.4wt%，优选为0-0.3wt％.
为降低玻璃纤维熔化温度、改善纤维成型难度，本发明玻璃纤维中可加入少量
Figure 915370DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 823283DEST_PATH_IMAGE014
不仅能显著地降低玻璃粘度，从而改善玻璃熔制性能，并且对提高玻璃的机械性能有明显帮助。同时，少量
Figure 302806DEST_PATH_IMAGE014
就能提供可观的非桥氧，有利于更多的铝离子形成四配位，增强玻璃体系的网络结构，
Figure 739604DEST_PATH_IMAGE014
质量百分比含量为0.2-0.8wt%。
本发明玻璃纤维中还含有少量碱金属氧化物
Figure 304577DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 750602DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 84631DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 957909DEST_PATH_IMAGE022
均能降低玻璃粘度，是良好的助熔剂，有助于降低玻璃纤维生产难度。本发明玻璃组合物中
Figure 7249DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 725807DEST_PATH_IMAGE022
总含量控制在0-0.23wt%。同时，
Figure 445501DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 489680DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 29246DEST_PATH_IMAGE022
的质量百分含量之和为0-1.03wt％。
此外，本发明的玻璃纤维组合物中还允许含有少量其他组分，重量百分比总含量一般不超过2％。
所述高性能玻璃纤维的折射率为1.580-1.590，与聚碳酸酯树脂的折射率具有良好的匹配性，且颜色更浅；所述高性能玻璃纤维浸胶纱线拉伸模量大于87GPa，具有良好的尺寸稳定性；所述高性能玻璃纤维成型温度不超过1210℃，析晶上限温度不超过1150℃。
有益效果：
本发明的有益效果是：本发明提供的一种高性能玻璃纤维具有高得多的弹性模量；具有低得多的液相线温度，这有利于降低玻璃的析晶风险、提高纤维的拉丝效率；具有较高的析晶峰温度，这表明玻璃在析晶过程中晶核的形成和长大需要更多的能量，也就是说同等条件下本发明玻璃的析晶速率更小；拥有更高的折射率，具备良好的透明性，可以广泛应用到对颜色特别是透明度要求高的场合。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
本发明实施例和对比例中，玻璃纤维的高温粘度采用ORTON公司生产的BROOKFIELD高温粘度仪检测；玻璃液相线温度采用Orton Model梯度炉检测；玻璃纤维折射率采用GB/T 7962.1-2010标准测定，拉伸模量采用ASTM D2343-03标准测定。
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE036
表示玻璃粘度为1000泊时的温度，相当于玻璃纤维成型时玻璃液的温度，也称作“玻璃纤维成型温度”。
Figure DEST_PATH_IMAGE038
表示玻璃液相线温度，相当于玻璃结晶速度为0时的温度，即相当于玻璃析晶温度上限，也常简称作“玻璃纤维析晶温度”。
且实施例1-21各化合物成分为玻璃配方成分，对比例1和2中各化合物成分参考《玻璃纤维与矿物棉全书》第53-54页，数值为重量百分比。由于检测误差、微量杂质没有分析计入、小数位取值等因素，表中所述成分百分比含量合计可能没有完全100％。
实施例1
以质量百分数计，将59wt％的
Figure 754757DEST_PATH_IMAGE002
，12wt％的
Figure 328957DEST_PATH_IMAGE004
，22wt％的
Figure 278459DEST_PATH_IMAGE006
，0.5wt％的
Figure 39742DEST_PATH_IMAGE008
，0.15wt％的
Figure 631260DEST_PATH_IMAGE010
，3.5wt％的
Figure 794388DEST_PATH_IMAGE012
，0.2wt％的
Figure 914791DEST_PATH_IMAGE028
，0.5wt％的
Figure 694528DEST_PATH_IMAGE014
，1.0wt%的
Figure 558579DEST_PATH_IMAGE024
，0.5wt%的
Figure 841793DEST_PATH_IMAGE026
，0.25wt%的
Figure 398676DEST_PATH_IMAGE016
，0.2wt％的
Figure 400130DEST_PATH_IMAGE020
+
Figure 67872DEST_PATH_IMAGE022
，0.2wt％的
Figure 937083DEST_PATH_IMAGE018
，按照其配方计算所需原料的添加比例，按照该比例将各种原料定量输送至混料仓，充分混合均匀，得到合格的配合料；将配合料输送至池窑的窑头料仓，由加料器匀速投送到池窑；配合料在池窑中经1300-1500℃高温加热、熔融、澄清、均化后，形成合格的高折射率高性能玻璃液1；高折射率高性能玻璃液1经过作业通道冷却至成型温度，然后经铂金漏板流出形成高折射率高性能玻璃丝1；玻璃丝1在拉丝机的高速牵引下迅速拉制成设定直径(13±1um)的高性能玻璃纤维1，经喷雾冷却、涂覆浸润剂、集束后被拉丝机缠绕成高折射率高性能丝饼1；然后在短切生产线上，高折射率高性能丝饼被切成需要长度的短切原丝，经烘干、造粒、筛分等工序，即得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱1。
经测试，高性能玻璃纤维3的成型温度
Figure 930447DEST_PATH_IMAGE036
为1194℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 153618DEST_PATH_IMAGE038
为1127℃，短切玻璃纤维纱3的折射率nD/20℃为1.586，拉伸模量为88.4GPa。
实施例2
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 625050DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为57wt％，将
Figure 617277DEST_PATH_IMAGE004
的添加量改为14wt％，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱2。
经测试，高性能玻璃纤维2的成型温度
Figure 515963DEST_PATH_IMAGE036
为1186℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 226430DEST_PATH_IMAGE038
为1134℃，短切玻璃纤维纱2的折射率nD/20℃为1.587，拉伸模量为88.5GPa。
实施例3
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 235974DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为61wt％，将
Figure 348287DEST_PATH_IMAGE004
的添加量改为10wt％，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱3。
经测试，高性能玻璃纤维3的成型温度
Figure 824399DEST_PATH_IMAGE036
为1201℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 22162DEST_PATH_IMAGE038
为1119℃，短切玻璃纤维纱3的折射率nD/20℃为1.584，拉伸模量为87.4GPa。
上述实施例1-3，是对
Figure 569818DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 802216DEST_PATH_IMAGE004
的变化范围的实验验证，对其测试结果进行分析可知，随着
Figure 777125DEST_PATH_IMAGE002
成分含量的提高，高性能玻璃纤维的成型温度
Figure 462184DEST_PATH_IMAGE036
也越高，而
Figure 79111DEST_PATH_IMAGE004
的成分含量越高，玻璃液的析晶温度上限
Figure 897506DEST_PATH_IMAGE038
也会提高，同时玻璃模量也会越高，玻璃折射率影响不大，略微增加。
实施例4
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 308896DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为58.7wt％，将
Figure 215672DEST_PATH_IMAGE004
的添加量改为11wt％，将
Figure 370710DEST_PATH_IMAGE006
的添加量改为23.3wt%，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱4。
经测试，高性能玻璃纤维4的成型温度
Figure 312121DEST_PATH_IMAGE036
为1188℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 894412DEST_PATH_IMAGE038
为1128℃，短切玻璃纤维纱4的折射率nD/20℃为1.587，拉伸模量为87.9GPa。
实施例5
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 288485DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为58.5wt％，将
Figure 981634DEST_PATH_IMAGE004
的添加量改为13wt％，将
Figure 43131DEST_PATH_IMAGE006
的添加量改为21.5wt%，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱5。
经测试，高性能玻璃纤维3的成型温度
Figure 796323DEST_PATH_IMAGE036
为1198℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 943271DEST_PATH_IMAGE038
为1132℃，短切玻璃纤维纱3的折射率nD/20℃为1.573，拉伸模量为88.3GPa。
上述实施例4和5，是在实施例1的基础上，验证优选
Figure 174532DEST_PATH_IMAGE006
的成分含量范围对折射率的影响，随着
Figure 90536DEST_PATH_IMAGE006
成分含量的增加，高性能玻璃纤维的折射率会提高，同时，随着
Figure 14629DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 383294DEST_PATH_IMAGE004
总量的降低，高性能玻璃纤维的成型温度
Figure 683825DEST_PATH_IMAGE036
下降，拉伸模量减小。
实施例6
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 188756DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为58.7wt％，将
Figure 549330DEST_PATH_IMAGE008
的添加量改为0.8wt%，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱6。
经测试，高性能玻璃纤维6的成型温度
Figure 405290DEST_PATH_IMAGE036
为1187℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 243933DEST_PATH_IMAGE038
为1132℃，短切玻璃纤维纱6的折射率nD/20℃为1.585，拉伸模量为87.9GPa。
实施例7
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 866020DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为59.3wt％，将
Figure 131916DEST_PATH_IMAGE008
的添加量改为0.2wt%，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱7。
经测试，高性能玻璃纤维7的成型温度
Figure 475173DEST_PATH_IMAGE036
为1190℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 117507DEST_PATH_IMAGE038
为1130℃，短切玻璃纤维纱7的折射率nD/20℃为1.585，拉伸模量为88.1GPa。
实施例6-7是在实施例1的基础上验证
Figure 862609DEST_PATH_IMAGE008
的含量变化范围，由于需要保证高性能玻璃纤维折射率，所以不能用
Figure 299407DEST_PATH_IMAGE008
代替
Figure 129959DEST_PATH_IMAGE006
，本实验中
Figure 44826DEST_PATH_IMAGE008
是代替部分
Figure 644434DEST_PATH_IMAGE002
。总体来说，少量
Figure 720975DEST_PATH_IMAGE008
对性能影响不大，但含量过高会导致
Figure 38824DEST_PATH_IMAGE002
含量偏低，进而使得成型温度下降，成型区间(
Figure 757381DEST_PATH_IMAGE036
-
Figure 211496DEST_PATH_IMAGE038
)变小，不利于高性能玻璃纤维的稳定拉丝。
实施例8
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 255675DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为58.7wt％，将
Figure 795241DEST_PATH_IMAGE014
的添加量改为0.8wt%，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱8。
经测试，高性能玻璃纤维8的成型温度
Figure 583069DEST_PATH_IMAGE036
为1185℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 891690DEST_PATH_IMAGE038
为1125℃，短切玻璃纤维纱8的折射率nD/20℃为1.584，拉伸模量为87.9GPa。
实施例9
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 106771DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为59.3wt％，将
Figure 865124DEST_PATH_IMAGE014
的添加量改为0.2wt%，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱9。
经测试，高性能玻璃纤维9的成型温度
Figure 191063DEST_PATH_IMAGE036
为1200℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 619770DEST_PATH_IMAGE038
为1126℃，短切玻璃纤维纱9的折射率nD/20℃为1.556，拉伸模量为87.9GPa。
实施例8-9是在实施例1的基础上验证
Figure 740173DEST_PATH_IMAGE014
的含量变化范围，可以看到，少量
Figure 254331DEST_PATH_IMAGE014
对降低玻璃成型温度
Figure 383961DEST_PATH_IMAGE036
作用明显，且对其它性能影响不大。但如果含量过高，也会使得成型温度下降过低，成型区间(
Figure 401596DEST_PATH_IMAGE036
-
Figure 958479DEST_PATH_IMAGE038
)过小，不利于玻纤稳定拉丝。
实施例10
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 959933DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为58.76wt％，将
Figure 362095DEST_PATH_IMAGE026
的添加量改为0.74wt%，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱10。
经测试，高性能玻璃纤维10的成型温度
Figure 765395DEST_PATH_IMAGE036
为1195℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 493179DEST_PATH_IMAGE038
为1128℃，短切玻璃纤维纱10的折射率nD/20℃为1.587，拉伸模量为88.4GPa。
实施例11
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 716350DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为59.12wt％，将
Figure 187783DEST_PATH_IMAGE026
的添加量改为0.38wt%，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱11。
经测试，高性能玻璃纤维11的成型温度
Figure 180010DEST_PATH_IMAGE036
为1200℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 78696DEST_PATH_IMAGE038
为1128℃，短切玻璃纤维纱11的折射率nD/20℃为1.580，拉伸模量为88.2GPa。
实施例10-11是在实施例1的基础上验证
Figure 789163DEST_PATH_IMAGE026
的含量变化范围，可以看到，加入少量
Figure 64286DEST_PATH_IMAGE026
可以降低析晶温度
Figure 911020DEST_PATH_IMAGE038
，增大成型区间(
Figure 246186DEST_PATH_IMAGE036
-
Figure 198878DEST_PATH_IMAGE038
)，且对玻璃折射率和弹性模量也有一定正面作用。
实施例12
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 12113DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为58.9wt％，将
Figure 244511DEST_PATH_IMAGE028
的添加量改为0.3wt%，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱12。
经测试，高性能玻璃纤维12的成型温度
Figure 219420DEST_PATH_IMAGE036
为1190℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 170059DEST_PATH_IMAGE038
为1124℃，短切玻璃纤维纱12的折射率nD/20℃为1.586，拉伸模量为88.2GPa。
实施例13
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 521406DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为59.05wt％，将
Figure 608310DEST_PATH_IMAGE028
的添加量改为0.15wt%，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱13。
经测试，高性能玻璃纤维13的成型温度
Figure 754121DEST_PATH_IMAGE036
为1193℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 660897DEST_PATH_IMAGE038
为1128℃，短切玻璃纤维纱13的折射率nD/20℃为1.585，拉伸模量为88.2GPa。
实施例12-13是在实施例1的基础上验证
Figure 81514DEST_PATH_IMAGE028
的含量变化范围，可以看出，与
Figure 757346DEST_PATH_IMAGE026
作用类似，少量
Figure 605216DEST_PATH_IMAGE028
也有降低析晶温度、增大成型区间(
Figure 202551DEST_PATH_IMAGE036
-
Figure 161280DEST_PATH_IMAGE038
)的作用。但
Figure 957197DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 975969DEST_PATH_IMAGE028
用量过高的话，不仅成本增加，还可能产生负面作用。
实施例14
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 591758DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为58.6wt％，将
Figure 354178DEST_PATH_IMAGE012
的添加量改为3.9wt%，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱14。
经测试，高性能玻璃纤维14的成型温度
Figure 4602DEST_PATH_IMAGE036
为1192℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 925766DEST_PATH_IMAGE038
为1129℃，短切玻璃纤维纱14的折射率nD/20℃为1.588，拉伸模量为88.7GPa。
实施例15
与实施例1的区别是，以质量百分数计，将
Figure 560010DEST_PATH_IMAGE002
的添加量改为59.4wt％，将
Figure 860541DEST_PATH_IMAGE012
的添加量改为3.1wt%，得到高折射率高性能短切玻璃纤维纱15。
经测试，高性能玻璃纤维15的成型温度
Figure 365472DEST_PATH_IMAGE036
为1198℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 460467DEST_PATH_IMAGE038
为1125℃，短切玻璃纤维纱15的折射率nD/20℃为1.580，拉伸模量为87.7GPa。
实施例15-16是在实施例1的基础上验证
Figure 316427DEST_PATH_IMAGE012
的含量变化范围，分析可知，提高
Figure 155070DEST_PATH_IMAGE012
含量，玻璃纤维的折射率和弹性模量都在明显增加，析晶温度也会随之升高，由于
Figure 780086DEST_PATH_IMAGE002
含量相对降低，成型温度也在下降。所以如果继续增加
Figure 45983DEST_PATH_IMAGE012
含量，一方面成本增加，折射率超标，另一方面成型区间(
Figure 389239DEST_PATH_IMAGE036
-
Figure 765994DEST_PATH_IMAGE038
)也会过小，不利于拉丝生产。
对比例1
以质量百分数计，将54.4wt％的
Figure 511096DEST_PATH_IMAGE002
，14.9wt％的
Figure 947894DEST_PATH_IMAGE004
，16.6wt％的
Figure 512867DEST_PATH_IMAGE006
，4.6wt％的
Figure 958892DEST_PATH_IMAGE008
，微量的
Figure 558501DEST_PATH_IMAGE010
，<0.5wt％的
Figure 431779DEST_PATH_IMAGE020
+
Figure 218469DEST_PATH_IMAGE022
，<0.5wt％的
Figure 468185DEST_PATH_IMAGE018
，，8.5wt％的B，0.3wt％的F，按照其配方计算所需原料的添加比例，按照该比例将各种原料定量输送至混料仓，充分混合均匀，得到合格的配合料；将配合料输送至池窑的窑头料仓，由加料器匀速投送到池窑；配合料在池窑中经1300-1500℃高温加热、熔融、澄清、均化后，形成合格的玻璃液；玻璃液经过作业通道冷却至成型温度，然后经铂金漏板流出形成玻璃丝；玻璃丝在拉丝机的高速牵引下迅速拉制成设定直径(13±1um)的玻璃纤维，经喷雾冷却、涂覆浸润剂、集束后被拉丝机缠绕成丝饼；然后在短切生产线上，丝饼被切成需要长度的短切原丝，经烘干、造粒、筛分等工序，即得到普通短切玻璃纤维纱。
经测试，玻璃纤维的成型温度
Figure 388212DEST_PATH_IMAGE036
为1214℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 166812DEST_PATH_IMAGE038
为1135℃，短切玻璃纤维纱的折射率nD/20℃为1.545，拉伸模量为81.9GPa。
对比例2
以质量百分数计，将58.0wt％的
Figure 440799DEST_PATH_IMAGE002
，11.2wt％的
Figure 228626DEST_PATH_IMAGE004
，22wt％的
Figure 537248DEST_PATH_IMAGE006
，2.7wt％的
Figure 486749DEST_PATH_IMAGE008
，<2.2wt％的
Figure 779190DEST_PATH_IMAGE010
，0.5wt％的
Figure 839550DEST_PATH_IMAGE020
+
Figure 533837DEST_PATH_IMAGE022
，0.3wt％的
Figure 654239DEST_PATH_IMAGE018
，按照其配方计算所需原料的添加比例，按照该比例将各种原料定量输送至混料仓，充分混合均匀，得到合格的配合料；将配合料输送至池窑的窑头料仓，由加料器匀速投送到池窑；配合料在池窑中经1300-1500℃高温加热、熔融、澄清、均化后，形成合格的玻璃液；玻璃液经过作业通道冷却至成型温度，然后经铂金漏板流出形成玻璃丝；玻璃丝在拉丝机的高速牵引下迅速拉制成设定直径(13±1um)的玻璃纤维，经喷雾冷却、涂覆浸润剂、集束后被拉丝机缠绕成丝饼；然后在短切生产线上，丝饼被切成需要长度的短切原丝，经烘干、造粒、筛分等工序，即得到普通短切玻璃纤维纱。
经测试，玻璃纤维的成型温度
Figure 168397DEST_PATH_IMAGE036
为1261℃，玻璃液的析晶温度上限
Figure 32448DEST_PATH_IMAGE038
为1173℃，短切玻璃纤维纱的折射率nD/20℃为1.579，拉伸模量为83.1GPa。
下表1是本发明实施例1-16和对比例1-2的成分及性能汇总表。
Figure DEST_PATH_IMAGE040
由上述表中的具体数值可知，与S玻璃、传统R玻璃相比，本发明的玻璃纤维组合物拥有以下优势：(一)具有高得多的弹性模量；(二)具有低得多的液相线温度，这有利于降低玻璃的析晶风险、提高纤维的拉丝效率；具有较高的析晶峰温度，这表明玻璃在析晶过程中晶核的形成和长大需要更多的能量，也就是说同等条件下本发明玻璃的析晶速率更小；（三）拥有更高的折射率，具备良好的透明性，可以广泛应用到对颜色特别是透明度要求高的场合。
以上所描述的实施例是本发明的优选实施方式，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种高性能玻璃纤维组合物，其特征在于，包括以下组分，各组分的含量以质量百分含量表示如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
57-61wt%：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
10-14wt%；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
21.5-23.3wt%；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
0.1-0.8wt%；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
0-0.5wt%；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
3.1-3.9wt%；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
0.2-0.8wt%；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
0.1-0.5wt%；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
0-0.4wt%；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
0-0.23wt%；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
0-1.9wt%；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
0.38-0.74wt%；
Figure DEST_PATH_IMAGE026
0.15-0.3wt%；
其中所述，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
的质量百分含量之和为3.2-4.0wt％，其中所述
Figure 953372DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure DEST_PATH_IMAGE032
是以杂质的形式引入，并非单独添加。
2.根据权利要求1所述的一种高性能玻璃纤维组合物，其特征在于，所述
Figure 447939DEST_PATH_IMAGE022
的质量百分含量应控制在0.8-1.3wt%。
3.根据权利要求1所述的一种高性能玻璃纤维组合物，其特征在于，所述
Figure 183814DEST_PATH_IMAGE018
的质量百分含量应控制在0-0.3wt％。
4.根据权利要求1所述的一种高性能玻璃纤维组合物，其特征在于，所述
Figure 117135DEST_PATH_IMAGE002
的质量百分含量应控制在57.2-60.2wt％。
5.根据权利要求1所述的一种高性能玻璃纤维组合物，其特征在于，所述
Figure 254855DEST_PATH_IMAGE008
的质量百分含量应控制在0.2-0.6wt％。
6.根据权利要求1所述的一种高性能玻璃纤维组合物，其特征在于，所述
Figure 717060DEST_PATH_IMAGE004
的质量百分含量应控制在11.8-12.8wt％。
7.根据权利要求1所述的一种高性能玻璃纤维组合物，其特征在于，以杂质形式引入的所述
Figure 940231DEST_PATH_IMAGE010
的质量百分含量应控制在0-0.3wt％。
8.一种高性能玻璃纤维，其特征在于，所述玻璃纤维由如权利要求1-7中任一项所述的玻璃纤维组合物制成。
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