CN112811824A - 一种高耐碱性玻璃纤维组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃纤维制备技术领域，具体地涉及一种高耐碱性玻璃纤维组合物，各原料包括SiO2、Al2O3、ZrO2、CaO、HfO2、Nd2O3、MgO、SrO，将各原料混合均匀后置于玻璃纤维拉丝炉中熔融；然后进行拉丝，冷却；将冷却后的玻璃纤维置于碱液中浸泡2‑4h，浸泡完成后，依次经去离子水、清水冲洗，涂覆浸润剂，得高耐碱性玻璃纤维组合物；本发明Al2O3能够提高玻璃的液相温，CaO、Nd2O3、HfO2及与其他组份的协同配合能够大大提高玻璃的耐碱性能，使本发明生产的玻璃纤维具有较高的耐碱腐蚀性；通过对玻璃纤维拉丝炉的结构设计，提高了玻璃拉丝效果。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃纤维制备技术领域，具体地涉及一种高耐碱性玻璃纤维组合物。
背景技术
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，具有较好的绝缘性、耐热性，机械强度高，在航天、航空、兵器、舰船、化工等领域广泛应用。中国专利CN104909582A公开了一种高红外吸收的耐碱性玻璃纤维的制备方法，涉及玻璃纤维的制备技术领域，包括E玻璃纤维的制备、A材料的制备、焙烧、B材料的制备、修饰、复合材料的制备、表面处理，成品八个加工步骤，采用等离子辅助化学气相沉积法制备同时兼具保温隔热和高红外吸收性能的玻璃纤维，这种高红外吸收的耐碱性玻璃纤维可在保留原有E玻璃纤维优异的物理性能的基础上通过对玻璃纤维表面进行化学修饰来提高E玻璃纤维的耐碱性能。但传统的耐碱性玻璃纤维仍存在耐碱性不佳的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种高耐碱性玻璃纤维组合物，以提高玻璃纤维的耐碱性能。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种高耐碱性玻璃纤维组合物，各原料重量组份为：SiO2为40-60份，Al2O3为10-20份，ZrO2为0.2-0.8份，Fe2O3为0.1-0.5份，CaO为12-18份，HfO2为0.005-0.020份，Nd2O3为0.001-0.010份，MgO为8-13份，SrO为0.01-0.08份，TiO2为0.03-0.20份，K2O为0.1-0.4份，Na2O为0.05-0.15份，Li2O为0.12-0.50份。
本发明所述高耐碱性玻璃纤维组合物的生产工艺，具体步骤为：
（1）按重量组份称取各原料，将各原料混合均匀后置于玻璃纤维拉丝炉中于1200-1300℃熔融20-40min；然后在900-1200℃下进行拉丝，冷却；
（2）将冷却后的玻璃纤维置于碱液中浸泡2-4h，浸泡完成后，依次经去离子水、清水冲洗；
（3）将步骤（2）处理后的玻璃纤维涂覆浸润剂，得高耐碱性玻璃纤维组合物。
进一步的，在步骤（2）中，所述碱液为质量分数为2%-5%的NaOH溶液或KOH溶液。
进一步的，在步骤（1）中，所述玻璃纤维拉丝炉包括熔化炉、漏管、拉丝漏箱和拉丝辊筒；所述熔化炉底部安装有漏管；漏管下方连通设置有拉丝漏箱，拉丝漏箱底面开设有漏孔；熔化炉底面两端分别固定安装有两个支架，两个支架之间上下滑动设置有上支撑板，上支撑板上固定设置有水平杆，水平杆端部设有定位销，支架上自上而下均布有与定位销匹配的定位孔；所述拉丝漏箱两侧面通过连接杆与上支撑板连接；熔化炉底面两端的支架分别与两个下支撑板固定连接，两个下支撑板之间设置有拉丝辊筒，拉丝辊筒位于拉丝漏箱正下方；拉丝辊筒两端端部与横截面为六边形的连接端固定连接，连接端分别卡扣在两个转轴端部，其中一个转轴与固定在其中一个下支撑板上的电机连接；另一个转轴与另一个下支撑板相对转动式连接。使用时，熔化炉内部的原料受热熔化，当熔化炉内部的原料完全熔化后，通过漏管进入拉丝漏箱内部，经漏孔拉丝后环绕到拉丝辊筒外部。当需要调节拉丝漏箱的高度时，只需将两侧的上支撑板同步上下调节至所需位置，并通过将定位销插入定位孔中进行定位，能够根据实际需求调节拉丝漏箱的高度，从而提高拉丝效果。
进一步的，两个所述转轴上均固定设置有竖直锥齿轮；所述上支撑板靠近底部的位置开设有滑道，滑道上滑动连接有滑块；滑块为T型结构，贯穿上支撑板，滑块上螺纹连接有螺杆，螺杆底部连接有水平锥齿轮；滑块位于滑道内的位置固定设有卡条，上支撑板设有用于卡扣卡条的卡槽；当竖直锥齿轮与水平锥齿轮啮合时，滑块恰好移动至滑道的端部，且卡条卡扣在卡槽内；以便于竖直锥齿轮与水平锥齿轮相互啮合，同时将滑块相对于上支撑板固定，通过同步转动转轴，带动竖直锥齿轮转动，从而带动水平锥齿轮转动，水平锥齿轮带动螺杆转动，由于螺杆与滑块螺纹连接，因此带动滑块上下移动，实现上支撑板的自动调节，调节完成后通过定位销将上支撑板进行固定，固定后，将滑块移动至滑道的另一端，使竖直锥齿轮与水平锥齿轮脱离啮合状态，为拉丝辊筒转动做准备。
进一步的，所述拉丝辊筒的连接端底部设有用于支撑拉丝辊筒的支撑杆，支撑杆顶部为与拉丝辊筒匹配的弧面，使用时，直接将拉丝辊筒放置在支撑杆的顶部的弧面上；所述另一个转轴与另一个下支撑板相对转动式连接的方式为：所述另一个下支撑板内开设有矩形通孔，矩形通孔内竖直设置有滚轴，滚轴上下两端与下支撑板均相对转动式连接；转轴贯穿滚轴与转盘固定连接，转轴靠近转盘的一侧套接有带有外螺纹的定位盖；定位盖通过挡板定位在转轴上，并能够绕转轴转动；下支撑板上靠近转盘的一侧设有带有内螺纹的盲孔，盲孔以矩形通孔中心为圆心，盲孔半径大于矩形通孔的对角线长度。使用时，由于定位盖通过挡板进行限位，不能相对于转轴前后移动，因此，定位盖能够带动转轴左右移动，将拉丝辊筒放置在支撑杆上后，通过定位盖旋入盲孔内，带动拉丝辊筒向电机方向移动，使拉丝辊筒两端卡扣在转轴上，当需要卸下拉丝辊筒时，将定位盖从盲孔中旋出，使拉丝辊筒脱离转轴，以便于将拉丝辊筒卸下。
进一步的，所述支撑杆底部连接在底板上，底板两端与下支撑板连接，底板上设有两个弧形轨道，支撑杆底部与弧形轨道滑动连接，两个弧形轨道为同心圆，圆心与滚轴的中心点处于同一竖直线上。使用时，两支撑杆可绕滚轴旋转，便于拉丝辊筒的取放。
进一步的，所述弧形轨道背离弧形轨道圆心一侧设置定位槽，定位槽与弧形轨道连通，当拉丝辊筒与转轴连接完成，旋紧定位盖时，支撑杆恰好位于定位槽远离弧形轨道的一端，便于固定支撑杆，当旋出定位盖后，将支撑杆底部移动至弧形轨道中，便于支撑杆在弧形轨道中转动。
进一步的，所述漏管内部固定安装有电动阀门，电动阀门用于控制漏管的开闭。
本发明的技术效果：
与现有技术相比，本发明的一种高耐碱性玻璃纤维组合物，Li2O作为强电子的碱金属元素，在有效降低玻璃粘度的同时，可以提升玻璃的熔制性能，并且能够不影响玻璃的力学性能，另外氧化锂能提供可观的游离氧的特性，能够促进铝离子形成四面体配位以及玻璃体系网络结构的形成，改善玻璃纤维的模量强度；Al2O3能够提高玻璃的液相温，CaO、Nd2O3、HfO2及与其他组份的协同配合能够大大提高玻璃的耐碱性能，使本发明生产的玻璃纤维具有较高的耐碱腐蚀性；通过对玻璃纤维拉丝炉的结构设计，提高了玻璃拉丝效果。
附图说明
图1为本发明主体结构示意图；
图2为本发明图1的A部放大图；
图3为本发明图1的B部放大图；
图4为本发明图1的部分结构示意图；
图5为本发明图4的C部放大图；
图6为本发明滑块结构示意图；
图7为本发明定位盖结构示意图；
图8为本发明底板俯视图。
其中，1、熔化炉；2、漏管；3、拉丝漏箱；4、拉丝辊筒；5、漏孔；6、上支撑板；7、连接杆；8、支架；9、下支撑板；10、连接端；11、转轴；12、电机；13、水平杆；14、定位销；15、定位孔；16、竖直锥齿轮；17、滑道；18、滑块；19、螺杆；20、水平锥齿轮；21、卡条；22、支撑杆；23、矩形通孔；24、滚轴；25、转盘；26、外螺纹；27、定位盖；28、挡板；29、底板；30、弧形轨道；31、定位槽；32、电动阀门。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：
本实施例涉及的一种高耐碱性玻璃纤维组合物，各原料重量组份为：SiO2为40份，Al2O3为10份，ZrO2为0.2份，Fe2O3为0.1份，CaO为12份，HfO2为0.005份，Nd2O3为0.001份，MgO为8份，SrO为0.01份，TiO2为0.03份，K2O为0.1份，Na2O为0.05份，Li2O为0.12份。
本实施例所述高耐碱性玻璃纤维组合物的生产工艺，具体步骤为：
（1）按重量组份称取各原料，将各原料混合均匀后置于玻璃纤维拉丝炉中于1200-1300℃熔融20-40min；然后在900-1200℃下进行拉丝，冷却；
（2）将冷却后的玻璃纤维置于3%的NaOH溶液中浸泡2-4h，浸泡完成后，依次经去离子水、清水冲洗；
（3）将步骤（2）处理后的玻璃纤维涂覆浸润剂，得高耐碱性玻璃纤维组合物。
在步骤（3）中，所述浸润剂为市售产品。
在步骤（1）中，所述玻璃纤维拉丝炉包括熔化炉1、漏管2、拉丝漏箱3和拉丝辊筒4；所述熔化炉1底部安装有漏管2；漏管2下方连通设置有拉丝漏箱3，拉丝漏箱3底面开设有漏孔5；熔化炉1底面两端分别固定安装有两个支架8，两个支架8之间上下滑动设置有上支撑板6，上支撑板6上固定设置有水平杆13，水平杆13端部设有定位销14，支架8上自上而下均布有与定位销14匹配的定位孔15；所述拉丝漏箱3两侧面通过连接杆7与上支撑板6连接；熔化炉1底面两端的支架8分别与两个下支撑板9固定连接，两个下支撑板9之间设置有拉丝辊筒4，拉丝辊筒4位于拉丝漏箱3正下方；拉丝辊筒4两端端部与横截面为六边形的连接端10固定连接，连接端10分别卡扣在两个转轴11端部，其中一个转轴11与固定在其中一个下支撑板9上的电机12连接；另一个转轴11与另一个下支撑板9相对转动式连接。使用时，熔化炉1内部的原料受热熔化，当熔化炉1内部的原料完全熔化后，通过漏管2进入拉丝漏箱3内部，经漏孔5拉丝后环绕到拉丝辊筒4外部。当需要调节拉丝漏箱3的高度时，只需将两侧的上支撑板6同步上下调节至所需位置，并通过将定位销14插入定位孔15中进行定位。
两个所述转轴11上均固定设置有竖直锥齿轮16；所述上支撑板6靠近底部的位置开设有滑道17，滑道17上滑动连接有滑块18；滑块18为T型结构，贯穿上支撑板6，滑块18上螺纹连接有螺杆19，螺杆19底部连接有水平锥齿轮20；滑块18位于滑道17内的位置固定设有卡条21，上支撑板6设有用于卡扣卡条21的卡槽（图中未显示）；当竖直锥齿轮16与水平锥齿轮20啮合时，滑块18恰好移动至滑道17的端部，且卡条21卡扣在卡槽内；以便于竖直锥齿轮16与水平锥齿轮20相互啮合，同时将滑块18相对于上支撑板6固定，通过同步转动转轴11，带动竖直锥齿轮16转动，从而带动水平锥齿轮20转动，水平锥齿轮20带动螺杆19转动，由于螺杆19与滑块18螺纹连接，因此带动滑块18上下移动，实现上支撑板6的自动调节，调节完成后通过定位销14将上支撑板6进行固定，固定后，将滑块18移动至滑道17的另一端，使竖直锥齿轮16与水平锥齿轮20脱离啮合状态，为拉丝辊筒4转动做准备。
所述拉丝辊筒4的连接端10底部设有用于支撑拉丝辊筒4的支撑杆22，支撑杆22顶部为与拉丝辊筒4匹配的弧面，使用时，直接将拉丝辊筒4放置在支撑杆22的顶部的弧面上；所述另一个转轴11与另一个下支撑板9相对转动式连接的方式为：所述另一个下支撑板9内开设有矩形通孔23，矩形通孔23内竖直设置有滚轴24，滚轴24上下两端与下支撑板9均相对转动式连接；转轴11贯穿滚轴24与转盘25固定连接，转轴11靠近转盘25的一侧套接有带有外螺纹26的定位盖27；定位盖27通过挡板28定位在转轴11上，并能够绕转轴11转动；下支撑板9上靠近转盘25的一侧设有带有内螺纹的盲孔，盲孔以矩形通孔23中心为圆心，盲孔半径大于矩形通孔23的对角线长度。使用时，由于定位盖27通过挡板28进行限位，不能相对于转轴11前后移动，因此，定位盖27能够带动转轴11左右移动，将拉丝辊筒4放置在支撑杆22上后，通过定位盖27旋入盲孔内，带动拉丝辊筒4向电机12方向移动，使拉丝辊筒4两端卡扣在转轴11上，当需要卸下拉丝辊筒4时，将定位盖27从盲孔中旋出，使拉丝辊筒4脱离转轴11，以便于将拉丝辊筒4卸下。
所述支撑杆22底部连接在底板29上，底板29两端与下支撑板9连接，底板29上设有两个弧形轨道30，支撑杆22底部与弧形轨道30滑动连接，两个弧形轨道30为同心圆，圆心与滚轴24的中心点处于同一竖直线上。使用时，两支撑杆22可绕滚轴24旋转，便于拉丝辊筒4的取放。
所述弧形轨道30背离弧形轨道30圆心一侧设置定位槽31，定位槽31与弧形轨道30连通，当拉丝辊筒4与转轴11连接完成，旋紧定位盖27时，支撑杆22恰好位于定位槽31远离弧形轨道30的一端，便于固定支撑杆22，当旋出定位盖27后，将支撑杆22底部移动至弧形轨道30中，便于支撑杆22在弧形轨道30中转动。
所述漏管2内部固定安装有电动阀门32，电动阀门32用于控制漏管2的开闭。
实施例2：
本实施例涉及的一种高耐碱性玻璃纤维组合物，各原料重量组份为：SiO2为60份，Al2O3为20份，ZrO2为0.8份，Fe2O3为0.5份，CaO为18份，HfO2为0.020份，Nd2O3为0.010份，MgO为13份，SrO为0.08份，TiO2为0.20份，K2O为0.4份，Na2O为0.15份，Li2O为0.50份；其制备方法与实施例1相同。
实施例3：
本实施例涉及的一种高耐碱性玻璃纤维组合物，各原料重量组份为：SiO2为50份，Al2O3为15份，ZrO2为0.5份，Fe2O3为0.3份，CaO为15份，HfO2为0.010份，Nd2O3为0.005份，MgO为10份，SrO为0.05份，TiO2为0.10份，K2O为0.2份，Na2O为0.10份，Li2O为0.30份；其制备方法与实施例1相同。
对比例1：
本对比例涉及的一种高耐碱性玻璃纤维组合物，与实施例1的区别在于，本对比例不含CaO；其制备方法与实施例1相同。
对比例2：
本对比例涉及的一种高耐碱性玻璃纤维组合物，与实施例1的区别在于，本对比例不含Nd2O3；其制备方法与实施例1相同。
对比例3：
本对比例涉及的一种高耐碱性玻璃纤维组合物，与实施例1的区别在于，本对比例不含HfO2；其制备方法与实施例1相同。
对比例4：
本对比例涉及的一种高耐碱性玻璃纤维组合物，与实施例1的区别在于，本对比例不含CaO、Nd2O3、HfO2；其制备方法与实施例1相同。
实验例：
耐化学腐蚀性实验：将实施例1-3和对比例1-4制得的玻璃组合物分别磨碎、过筛取80~100目之间的玻璃颗粒，分别进行耐碱性检测：
耐碱性检测：恒温浸泡在80-90℃的5%NaOH溶液80-90h后，取出样品过滤，在100℃烘箱中烘干，分别计算样品质量保留率，结果如表1所示：
表1：
通过表1可知，CaO、Nd2O3、HfO2之间及三者与其他元素之间的协同配合，能够大大提高玻璃的耐碱性能，使本发明生产的玻璃纤维具有较高的耐碱腐蚀性，具有较高的玻璃颗粒耐碱质量保留率。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种高耐碱性玻璃纤维组合物，其特征在于：各原料重量组份为：SiO2为40-60份，Al2O3为10-20份，ZrO2为0.2-0.8份，Fe2O3为0.1-0.5份，CaO为12-18份，HfO2为0.005-0.020份，Nd2O3为0.001-0.010份，MgO为8-13份，SrO为0.01-0.08份，TiO2为0.03-0.20份，K2O为0.1-0.4份，Na2O为0.05-0.15份，Li2O为0.12-0.50份。
2.根据权利要求1所述的高耐碱性玻璃纤维组合物，其特征在于：所述高耐碱性玻璃纤维组合物的生产工艺，具体步骤为：
按重量组份称取各原料，将各原料混合均匀后置于玻璃纤维拉丝炉中于1200-1300℃熔融20-40min；然后在900-1200℃下进行拉丝，冷却；
将冷却后的玻璃纤维置于碱液中浸泡2-4h，浸泡完成后，依次经去离子水、清水冲洗；
将步骤（2）处理后的玻璃纤维涂覆浸润剂，得高耐碱性玻璃纤维组合物。
3.根据权利要求2所述的高耐碱性玻璃纤维组合物，其特征在于：在步骤（2）中，所述碱液为质量分数为2%-5%的NaOH溶液或KOH溶液。
4.根据权利要求2或3所述的高耐碱性玻璃纤维组合物，其特征在于：在步骤（1）中，所述玻璃纤维拉丝炉包括熔化炉（1）、漏管（2）、拉丝漏箱（3）和拉丝辊筒（4）；所述熔化炉（1）底部安装有漏管（2）；漏管（2）下方连通设置有拉丝漏箱（3），拉丝漏箱（3）底面开设有漏孔（5）；熔化炉（1）底面两端分别固定安装有两个支架（8），两个支架（8）之间上下滑动设置有上支撑板（6），上支撑板（6）上固定设置有水平杆（13），水平杆（13）端部设有定位销（14），支架（8）上自上而下均布有与定位销（14）匹配的定位孔（15）；所述拉丝漏箱（3）两侧面通过连接杆（7）与上支撑板（6）连接；熔化炉（1）底面两端的支架（8）分别与两个下支撑板（9）固定连接，两个下支撑板（9）之间设置有拉丝辊筒（4），拉丝辊筒（4）位于拉丝漏箱（3）正下方；拉丝辊筒（4）两端端部与横截面为六边形的连接端（10）固定连接，连接端（10）分别卡扣在两个转轴（11）端部，其中一个转轴（11）与固定在其中一个下支撑板（9）上的电机（12）连接；另一个转轴（11）与另一个下支撑板（9）相对转动式连接。
5.根据权利要求4所述的高耐碱性玻璃纤维组合物，其特征在于：两个所述转轴（11）上均固定设置有竖直锥齿轮（16）；所述上支撑板（6）靠近底部的位置开设有滑道（17），滑道（17）上滑动连接有滑块（18）；滑块（18）为T型结构，贯穿上支撑板（6），滑块（18）上螺纹连接有螺杆（19），螺杆（19）底部连接有水平锥齿轮（20）；滑块（18）位于滑道（17）内的位置固定设有卡条（21），上支撑板（6）设有用于卡扣卡条（21）的卡槽；当竖直锥齿轮（16）与水平锥齿轮（20）啮合时，滑块（18）恰好移动至滑道（17）的端部，且卡条（21）卡扣在卡槽内。
6.根据权利要求4所述的高耐碱性玻璃纤维组合物，其特征在于：所述拉丝辊筒（4）的连接端（10）底部设有用于支撑拉丝辊筒（4）的支撑杆（22），支撑杆（22）顶部为与拉丝辊筒（4）匹配的弧面。
7.根据权利要求6所述的高耐碱性玻璃纤维组合物，其特征在于：所述另一个转轴（11）与另一个下支撑板（9）相对转动式连接的方式为：所述另一个下支撑板（9）内开设有矩形通孔（23），矩形通孔（23）内竖直设置有滚轴（24），滚轴（24）上下两端与下支撑板（9）均相对转动式连接；转轴（11）贯穿滚轴（24）与转盘（25）固定连接，转轴（11）靠近转盘（25）的一侧套接有带有外螺纹（26）的定位盖（27）；定位盖（27）通过挡板（28）定位在转轴（11）上，并能够绕转轴（11）转动；下支撑板（9）上靠近转盘（25）的一侧设有带有内螺纹的盲孔，盲孔以矩形通孔（23）中心为圆心，盲孔半径大于矩形通孔（23）的对角线长度。
8.根据权利要求7所述的高耐碱性玻璃纤维组合物，其特征在于：所述支撑杆（22）底部连接在底板（29）上，底板（29）两端与下支撑板（9）连接，底板（29）上设有两个弧形轨道（30），支撑杆（22）底部与弧形轨道（30）滑动连接，两个弧形轨道（30）为同心圆，圆心与滚轴（24）的中心点处于同一竖直线上。
9.根据权利要求8所述的高耐碱性玻璃纤维组合物，其特征在于：所述弧形轨道（30）背离弧形轨道（30）圆心一侧设置定位槽（31），定位槽（31）与弧形轨道（30）连通，当拉丝辊筒（4）与转轴（11）连接完成，旋紧定位盖（27）时，支撑杆（22）恰好位于定位槽（31）远离弧形轨道（30）的一端。
10.根据权利要求1-3、5-9任一项所述的高耐碱性玻璃纤维组合物，其特征在于：所述漏管（2）内部固定安装有电动阀门（32）。
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