CN113880442B - 一种纳米级玻璃纤维的制备方法及其产品 - Google Patents
一种纳米级玻璃纤维的制备方法及其产品 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113880442B CN113880442B CN202111365803.3A CN202111365803A CN113880442B CN 113880442 B CN113880442 B CN 113880442B CN 202111365803 A CN202111365803 A CN 202111365803A CN 113880442 B CN113880442 B CN 113880442B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- glass fiber
- nano
- sized
- micron
- parts
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 title claims abstract description 97
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 29
- DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N phosphorus pentoxide Inorganic materials O1P(O2)(=O)OP3(=O)OP1(=O)OP2(=O)O3 DLYUQMMRRRQYAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 11
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N Li2O Inorganic materials [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- XUCJHNOBJLKZNU-UHFFFAOYSA-M dilithium;hydroxide Chemical compound [Li+].[Li+].[OH-] XUCJHNOBJLKZNU-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 23
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 13
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 15
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 6
- AFCIMSXHQSIHQW-UHFFFAOYSA-N [O].[P] Chemical compound [O].[P] AFCIMSXHQSIHQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 238000000329 molecular dynamics simulation Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 229910001323 Li2O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004113 Sepiolite Substances 0.000 description 1
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N [O].[Si] Chemical compound [O].[Si] OBNDGIHQAIXEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- PXTQQOLKZBLYDY-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) carbonate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)OCC(CC)CCCC PXTQQOLKZBLYDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 1
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- MTNDZQHUAFNZQY-UHFFFAOYSA-N imidazoline Chemical compound C1CN=CN1 MTNDZQHUAFNZQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- -1 nipagin propyl ester sodium salt Chemical class 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- LLHKCFNBLRBOGN-UHFFFAOYSA-N propylene glycol methyl ether acetate Chemical compound COCC(C)OC(C)=O LLHKCFNBLRBOGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052624 sepiolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019355 sepiolite Nutrition 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- DDFYFBUWEBINLX-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium bromide Chemical compound [Br-].C[N+](C)(C)C DDFYFBUWEBINLX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229940078499 tricalcium phosphate Drugs 0.000 description 1
- 229910000391 tricalcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019731 tricalcium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/097—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing phosphorus, niobium or tantalum
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种纳米级玻璃纤维的制备方法，包括：步骤1：将各原料共混均匀后进行高温熔融，经纺丝成型得到微米级单丝玻璃纤维；步骤2：将微米级单丝玻璃纤维加热后经金属纳米针牵引，再进行二次拉丝得到纳米级玻璃纤维；按重量份计，原料包括：SiO250～65份；Al2O315～30份；P2O57.5～15份；Al2O3与P2O5的质量比为1.85～2.15：1。本发明公开了一种纳米级玻璃纤维的制备方法，通过特定的玻璃配方结合二次拉丝的制备工艺，原料简单，工艺流程短且可控性好，适合工业化生产。制备得到的纳米级玻璃纤维，表面缺陷少、取向单一、韧性佳，且避免浮纤，尤其适用于制备增强材料。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃纤维的技术领域，尤其涉及一种纳米级玻璃纤维的制备方法及其产品。
背景技术
玻璃纤维是一种具有优异性能的无机非金属材料，产品具有良好的绝缘性、较强的耐热性和抗腐蚀性以及高强度等特性被广泛用于增强材料、绝热绝缘材料等重要领域，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，每束纤维原丝由数百根或者数千根单丝组成。
纳米玻璃纤维是一种有望取代微米玻璃纤维的材料，不仅具有微米玻璃纤维的特性，因其纳米尺度的直径，同时也展现出高纵横比、高比表面积、高灵敏性以及与基体材料高的界面结合强度等特性。值得一提的是，当玻璃纤维在纳米尺度的时候，弯曲半径也大大降低，解决了传统纤维脆性大的缺陷，因此在增强材料以及光纤传输材料等领域极具潜力。
目前，纳米玻璃纤维的制备主要以静电纺丝法为主，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝，能够生产出纳米级直径的聚合物细丝。然而通过静电纺丝制备的玻璃纤维表面缺陷多、纤维取向复杂以及脆性大，难以在工业上获得广泛的生产和应用。
申请公布号为CN 108821602 A的中国专利文献中公开了一种拉伸强度高的纳米玻璃纤维，按质量份数计，由如下组分制得：纳米海泡石100-150份、贝壳粉与磷酸三钙混合物50-80份、尼珀金丙酯钠盐1-3份、咪唑啉1-3份、碳酸二乙基己酯2-5份、石灰石80-120份、氧化铝20-25份、十二烷基磺酸钠1-3份、氧化镁16-22份、氧化钡8-12份、氧化硼8-20份、丙二醇甲醚醋酸酯11-15份、四甲基溴化铵3-7份。制备方法包括：将原料共混后在熔融状态进行拉丝加工，然后置于浸渍液中保温保压浸渍制得浸渍玻璃纤维；再将浸渍玻璃纤维浸入硅酸溶液中浸泡，取出后放入反应釜中通入臭氧，并使用紫外光照射。
该工艺制备得到的纳米玻璃纤维具有较高的拉伸强度，但原料组成复杂，生产工艺繁复，不适合工业化生产。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种纳米级玻璃纤维的制备方法，通过特定的玻璃配方结合二次拉伸的制备工艺，原料简单，工艺流程短且可控性好，适合工业化生产。制备得到的纳米级玻璃纤维，表面缺陷少、取向单一、韧性佳，此外，由于纳米玻璃纤维比表面积大，与有机物能够呈现良好的浸润性，能够避免浮纤，尤其适用于制备增强材料。
具体技术方案如下：
一种纳米级玻璃纤维的制备方法，包括：
步骤1：将各原料共混均匀后进行高温熔融，经纺丝成型得到微米级单丝玻璃纤维；
步骤2：将所述微米级单丝玻璃纤维加热后经金属纳米针牵引，再进行二次拉伸得到所述纳米级玻璃纤维；
按重量份计，所述原料，包括：
SiO2 50～65份；
Al2O3 15～30份；
P2O5 7.5～15份；
所述Al2O3与P2O5的质量比为1.85～2.15：1。
本发明首次公开了一种通过二次拉伸的工艺制备纳米级玻璃纤维的方法，以二氧化硅、氧化铝以及五氧化二磷为主要原料，采用现有的一次成型-池窑拉丝法工艺制备微米级单丝玻璃纤维，再以该微米级单丝玻璃纤维为原料经二次拉伸即可制备得到。经试验发现，本发明中顺利进行二次拉伸的前提是采用上述特殊的原料组成，通过控制Al2O3和P2O5的质量比为1.85～2.15：1，磷氧四面体倾向于与硅氧四面体相连接并且磷氧四面体会偏聚，由于磷氧四面体的结构中包含一个双键和三个单键，配位数小于等于3，因此偏聚的磷氧四面体能够在网络中创造网络孔隙，在二次拉伸的过程中有利于玻璃网络的运动而不产生断裂，从而保证该工艺的顺利进行。
优选的，按重量百分比计，所述原料，包括：
采用上述原料配方，其粘度适宜玻纤成型且产品表面缺陷少。
进一步优选，所述原料中还包括CeO2和/或TiO2；
按重量百分比计，所述原料中CeO2和/或TiO2的总质量为0.1～1％。
经试验发现，将原料中CeO2和/或TiO2的总质量控制在上述范围内，能够有效降低玻璃的液相温度，从而节约成本。
本发明的步骤1，采用现有技术中的一次成型-池窑拉丝法工艺，通过调整拉丝法中漏板的孔径可对经纺丝成型得到的微米级单丝玻璃纤维的直径进行调整。
优选的，控制经纺丝成型得到微米级单丝玻璃纤维的直径为10～20μm。经试验发现，将微米级单丝玻璃纤维的直径控制在上述范围内，才能保证二次拉伸的连续性。若直径过大，如为30μm时，在后续二次拉伸工艺时很容易出现纤维的断裂。
优选的，所述纺丝成型的温度为1280～1370℃。该纺丝成型温度的确定是经过大量试验摸索后获得的，与原料的配方组成有关，经试验发现，将纺丝成型的温度控制在上述范围内，可以保证该原料配方在制备直径为10～20μm的微米级单丝玻璃纤维时的成型性能更好。
步骤2中：
所述微米级单丝玻璃纤维通过激光器进行加热，优选的，将所述微米级单丝玻璃纤维加热至1050～1120℃。
所述金属纳米针的材质选自铂或钨。
通过调整所述金属纳米针尖端的直径，可对制备的纳米级玻璃纤维的直径进行较大范围的调控。
优选的，所述二次拉伸，拉伸速率为20～100μm/s。
在上述工艺与原料的基础上，进一步优选，所述原料中，Al2O3与P2O5的质量比为2：1。经试验发现，当Al2O3与P2O5的质量比为2：1时，玻璃网络中产生的滑移带数量最多，以该配方制备的纳米级玻璃纤维具有更佳的连续性，在拉伸总长50cm纳米级单丝纤维时未出现断裂。
本发明还公开了根据所述方法制备的纳米级玻璃纤维，具有纤维尺寸可控，取向稳定单一，连续性好，高韧性以及高应变等优异性能。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明公开了一种通过二次拉伸的工艺制备纳米级玻璃纤维的方法，以二氧化硅、氧化铝以及五氧化二磷为主要原料，核心在于通过控制氧化铝与五氧化二磷的质量比在特定范围内，从而保证二次拉伸的顺利进行，制备工艺简单、可控，适合工业化生产。制备得到的纳米级玻璃纤维，具有纤维尺寸可控，取向稳定单一，连续性好，高韧性以及高应变等优异性能。
附图说明
图1为实施例1中微米玻璃纤维经二次拉伸形成纳米玻璃纤维的成型过程的SEM照片；
图2为通过分子动力学模拟得到的实施例1、实施例6与对比例1分别制备的纳米玻璃纤维的应力应变曲线。
具体实施方式
下面结合实施例和对比例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
按照SiO260％，Al2O320％，P2O510％，MgO4％，SnO22％，Li2O3％，CeO2 0.5％以及TiO2 0.5％的质量分数比准确称量，置于混料机中混合均匀后投入到玻璃高温炉中，在1500℃下熔融，然后将熔融玻璃供给至漏板装置，在1300℃下进行纺丝成型，得到直径为15μm的单丝玻璃纤维。将该纤维固定在输送装置中，激光器加热纤维尖端维持在1080℃，采用直径为30nm的铂金尖端牵引玻璃纤维，得到纳米玻璃纤维。
图1为本实施例中微米玻璃纤维经二次拉伸形成纳米玻璃纤维的成型过程的SEM照片，从图中可以看到，二次拉伸成型过程中，纳米玻璃纤维不会出现弯曲，从而保证其取向稳定单一；并且，纳米玻璃纤维表面光滑，无明显缺陷。
实施例2
按照SiO260％，Al2O320％，P2O510％，MgO4％，SnO22％，Li2O3％，CeO2 0.5％以及TiO2 0.5％的质量分数比准确称量，置于混料机中混合均匀后投入到玻璃高温炉中，在1470℃下熔融，然后将熔融玻璃供给至漏板装置，在1350℃下进行纺丝成型，得到直径为10μm的单丝玻璃纤维。将该纤维固定在输送装置中，激光器加热纤维尖端维持在1100℃，采用直径为30nm的铂金尖端牵引玻璃纤维，得到纳米玻璃纤维。
实施例3
按照SiO265％，Al2O318％，P2O59％，MgO3.5％，SnO22％，Li2O1.5％，CeO2 1％的质量分数比准确称量，置于混料机中混合均匀后投入到玻璃高温炉中，在1500℃下熔融，然后将熔融玻璃供给至漏板装置，在1300℃下进行纺丝成型，得到直径为15μm的单丝玻璃纤维。将该纤维固定在输送装置中，激光器加热纤维尖端维持在1080℃，采用直径为30nm的铂金尖端牵引玻璃纤维，得到纳米玻璃纤维。
实施例4
按照SiO250％，Al2O330％，P2O515％，MgO3％，SnO21％，Li2O1％的质量分数比准确称量，置于混料机中混合均匀后投入到玻璃高温炉中，在1500℃下熔融，然后将熔融玻璃供给至漏板装置，在1300℃下进行纺丝成型，得到直径为15μm的单丝玻璃纤维。将该纤维固定在输送装置中，激光器加热纤维尖端维持在1080℃，采用直径为30nm的铂金尖端牵引玻璃纤维，得到纳米玻璃纤维。
实施例5
按照SiO260％，Al2O321.5％，P2O510％，MgO3.5％，SnO22％，Li2O2％，CeO2 0.5％以及TiO2 0.5％的质量分数比准确称量，置于混料机中混合均匀后投入到玻璃高温炉中，在1500℃下熔融，然后将熔融玻璃供给至漏板装置，在1300℃下进行纺丝成型，得到直径为15μm的单丝玻璃纤维。将该纤维固定在输送装置中，激光器加热纤维尖端维持在1080℃，采用直径为30nm的铂金尖端牵引玻璃纤维，得到纳米玻璃纤维。
实施例6
按照SiO260％，Al2O318.5％，P2O510％，MgO4.5％，SnO23％，Li2O3％，CeO2 0.5％以及TiO2 0.5％的质量分数比准确称量，置于混料机中混合均匀后投入到玻璃高温炉中，在1500℃下熔融，然后将熔融玻璃供给至漏板装置，在1300℃下进行纺丝成型，得到直径为15μm的单丝玻璃纤维。将该纤维固定在输送装置中，激光器加热纤维尖端维持在1080℃，采用直径为30nm的铂金尖端牵引玻璃纤维，得到纳米玻璃纤维。
实施例7
制备工艺与实施例1相同，区别仅在于铂金尖端的直径为40nm。
实施例8
制备工艺与实施例1相同，区别仅在于铂金尖端的直径为60nm。
实施例9
制备工艺与实施例1相同，区别仅在于铂金尖端的直径为80nm。
对比例1
制备工艺与实施例1中完全相同，区别仅在于，原料配方中，将Al2O3的质量比替换为15％，P2O5的质量比替换为15％。
对比例2
原料配方与制备工艺与实施例1中基本相同，区别仅在于纺丝成型时调整漏板的孔径使得制备得到的为直径为30μm的单丝玻璃纤维。
对上述各实施例与对比例分别制备的产品的直径、连续性进行表征，结果分别列于下表1中。
表1
连续性测试：
在常温常压下，将玻璃纤维固定于输送装置上，通过匀速水平牵引金属纳米针得到纳米玻璃纤维，在牵引装置启动后开始计时，直至得到50cm长度的纳米玻璃纤维，其中牵引装置上设置有力学传感器，探测到纤维断裂后，计数并重新焊接拉伸。
为了预测纳米玻璃纤维的力学性能，本发明通过分子动力学模拟分别对实施例1、实施例6和对比例1制备的纳米玻璃纤维进行测试，得到的应力应变曲线如图2所示。
相比较于常规微米级玻璃纤维，本发明制备的纳米玻璃纤维在断裂前的应变最高可达到50％，具有很强的塑性，不会如微米级玻璃纤维发生脆性断裂，造成不可预料的后果。值得注意的是，当玻璃纤维组分中Al2O3与P2O5的质量比为1.85：1时，应变低于Al2O3与P2O5的质量比为2:1。
Claims (7)
1.一种纳米级玻璃纤维的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：将各原料共混均匀后进行高温熔融，经纺丝成型得到微米级单丝玻璃纤维；
步骤2：将所述微米级单丝玻璃纤维加热后经金属纳米针牵引，再进行二次拉伸得到所述纳米级玻璃纤维；
按重量份计，所述原料，包括：
SiO2 50~65份；
Al2O3 15~30份；
P2O5 7.5~15份；
所述Al2O3与P2O5的质量比为1.85~2.15：1。
2.根据权利要求1所述的纳米级玻璃纤维的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，所述原料，包括：
SiO2 50~65%；
Al2O3 15~30%；
P2O5 7.5~15%；
MgO 3~5%；
SnO2 2~3%；
Li2O 1~3%。
3.根据权利要求1所述的纳米级玻璃纤维的制备方法，其特征在于，所述原料中还包括CeO2和/或TiO2；
按重量百分比计，所述原料中CeO2和/或TiO2的总质量为0.1~1%。
4.根据权利要求1所述的纳米级玻璃纤维的制备方法，其特征在于，步骤1中：
所述纺丝成型的温度为1280~1370 ℃；
经纺丝成型得到所述微米级单丝玻璃纤维的直径为10~20 μm。
5.根据权利要求1所述的纳米级玻璃纤维的制备方法，其特征在于，步骤2中：
将所述微米级单丝玻璃纤维加热至1050~1120 ℃；
所述二次拉伸，拉伸速率为20~100 μm/s。
6.根据权利要求1~5任一项所述的纳米级玻璃纤维的制备方法，其特征在于，所述原料中，Al2O3与P2O5的质量比为2：1。
7.一种根据权利要求1~6任一项所述的方法制备的纳米级玻璃纤维。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111365803.3A CN113880442B (zh) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 一种纳米级玻璃纤维的制备方法及其产品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111365803.3A CN113880442B (zh) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 一种纳米级玻璃纤维的制备方法及其产品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113880442A CN113880442A (zh) | 2022-01-04 |
| CN113880442B true CN113880442B (zh) | 2022-06-07 |
Family
ID=79018251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111365803.3A Active CN113880442B (zh) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 一种纳米级玻璃纤维的制备方法及其产品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113880442B (zh) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MX169258B (es) * | 1986-05-28 | 1993-06-28 | Pfizer | Procedimiento para la preparacion de una fibra de vidrio resistente a alcalis |
| EP0790962B1 (en) * | 1994-11-08 | 1998-11-25 | Rockwool International A/S | Man-made vitreous fibres |
| CN100360444C (zh) * | 2004-11-10 | 2008-01-09 | 河海大学 | 一种纳米级玻璃纤维棉及其制造工艺和装置 |
| CN103726229B (zh) * | 2013-07-23 | 2017-02-15 | 太仓派欧技术咨询服务有限公司 | 一种单层火焰纤维棉毡制备方法 |
| KR20150081177A (ko) * | 2014-01-03 | 2015-07-13 | 한국과학기술연구원 | 침상의 나노구조를 가지는 초소수성 섬유, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 섬유제품 |
| EP3105192B1 (en) * | 2014-02-13 | 2020-01-29 | Corning Incorporated | Method for making ultra low melting glass frit and fibers |
| CN108821602A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-16 | 合肥连森裕腾新材料科技开发有限公司 | 一种拉伸强度高的纳米玻璃纤维 |
-
2021
- 2021-11-18 CN CN202111365803.3A patent/CN113880442B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113880442A (zh) | 2022-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2010535145A (ja) | 耐熱性ガラス繊維 | |
| WO2018188280A1 (zh) | 一种钇铝石榴石连续纤维的制备方法 | |
| CN106048780B (zh) | 一种氧化铝基连续纤维的制备方法 | |
| JPS62199818A (ja) | 内部改質セラミツク繊維 | |
| CN106118003B (zh) | 一种改性增强聚酯玻璃钢材料及其制备方法 | |
| Wang et al. | Preparation and mechanical properties of silicon oxycarbide fibers from electrospinning/sol–gel process | |
| WO2012132287A1 (ja) | 生体溶解性無機繊維の製造方法 | |
| CN109851336A (zh) | 一种高模量致密连续莫来石纳米陶瓷纤维及其制备方法 | |
| Chen et al. | Electrospun mullite fibers from the sol–gel precursor | |
| CN106367839A (zh) | 一种利用回收瓶片生产阻燃涤纶纤维的制备方法 | |
| CN103172265B (zh) | 一种高强度玻璃纤维及其制备方法 | |
| CN113880442B (zh) | 一种纳米级玻璃纤维的制备方法及其产品 | |
| CN106220118B (zh) | 一种复合玻璃纤维增强石膏板及其制造方法 | |
| CN102108567A (zh) | 一种超细氧化镁陶瓷纤维的制备方法 | |
| JP2013103992A (ja) | 炭素繊維前駆体繊維用ポリアクリロニトリル系共重合体 | |
| JPS6375117A (ja) | α−アルミナ長繊維の連続製造方法 | |
| CN103757750A (zh) | 一种氧化铝基连续纤维的制备方法 | |
| KR20090082201A (ko) | 다결정성 코런덤 섬유 및 이의 제조방법 | |
| CN112194139A (zh) | 一种介孔棒状二氧化硅的制备方法 | |
| CN104695053A (zh) | 耐火纤维的制备方法 | |
| JP5542085B2 (ja) | 前処理ポリエステル繊維の製造方法 | |
| JP3611852B2 (ja) | 玄武岩繊維の製造法 | |
| CN105755553B (zh) | YAG/Al2O3复合纳米纤维的制备方法 | |
| JPH0754217A (ja) | シリカアルミナ繊維の製造方法 | |
| CN114164666A (zh) | 一种聚酰亚胺增强增韧二氧化硅纳米纤维膜及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |