TWI765723B - 高模量玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和複合材料 - Google Patents

高模量玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和複合材料 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種高模量玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和複合材料。其中，玻璃纖維組合物各組分的含量以重量百分比表示如下：SiO2 為42-56.8%，Al2 O3 為15.8-24%，MgO為9.2-18%，CaO為0.1-6.5%，Y2 O3 為＞8%且≤20%，TiO2 為0.01-4%，Fe2 O3 為0.01-1.5%，Na2 O為0.01-1.5%，K2 O為0-1.5%，Li2 O為0-0.7%，SrO為0-3%，La2 O3 為0-2.9%，並且上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1。該玻璃纖維組合物能顯著提高玻璃纖維模量，顯著降低玻璃澄清溫度及玻璃氣泡率，還能顯著改善玻璃纖維的冷卻效果，並能有效降低玻璃析晶速率，適合用於規模化生產高模量玻璃纖維。

Description

高模量玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和複合材料
本發明涉及一種高模量玻璃纖維組合物，尤其涉及一種能作為先進複合材料增強基材的高模量玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和複合材料。
本申請要求在2020年7月10日提交中國專利局、申請號為202010664254.9、發明名稱為“一種高模量玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和複合材料”的中國專利申請的優先權，其全部內容通過引用結合在本申請中。
高模量玻璃纖維作為先進複合材料的增強基材，最初主要應用於航空、航天、國防軍工等特殊領域。隨著科技進步及經濟發展，高模量玻璃纖維被廣泛應用於大型風力葉片、高壓容器、光纜加強芯、汽車製造等民用工業領域。以風電領域為例，伴隨大型風力葉片的快速發展，高模量玻璃纖維替代普通玻璃纖維的比例越來越高。目前，追求更優異的模量性能並實現規模化生產，成為高模量玻璃纖維的重要發展方向。
S玻璃是最早的高強度高模量玻璃，其成分以MgO-Al2 O3 -SiO2 系統為主體，ASTM國際組織將S玻璃定義為一族主要由鎂、鋁、矽的氧化物組成的玻璃，典型方案如美國開發的S-2玻璃。S-2玻璃中SiO2 和Al2 O3 的重量百分比含量達90%，MgO約為10%，玻璃不易熔化澄清、氣泡多，玻璃成型溫度高達1571℃，液相線溫度高達1470℃，同時玻璃析晶速率快，使得S-2玻璃纖維的生產難度過大，無法實現大規模池窯生產，甚至難於進行一步法生產，導致S-2玻璃纖維的生產規模小、效率低、價格高，無法實現大規模工業應用。
對標S玻璃，我國開發了HS系列高強度玻璃，其主要成分也包括SiO2 、Al2 O3 和MgO，同時引入高含量的Li2 O、B2 O3 和Fe2 O3 ，它的成型溫度範圍在1310-1330℃，液相線溫度範圍在1360-1390℃，兩者的溫度均比S玻璃低得多，但其成型溫度比液相線溫度低，△T值為負，這不利於玻璃纖維的高效拉製，必須提高拉絲溫度，採用特殊的漏板、漏嘴，以防止拉絲過程中發生玻璃失透現象，這造成溫度控制上的困難，也難於實現大規模池窯生產。同時，由於引入高含量的Li2 O和B2 O3 ，兩者的重量百分比總量一般超過2%甚至3%，玻璃機械性能和耐腐蝕性能受到一定的負面影響。而且，HS系列玻璃的彈性模量與S玻璃相當。
日本專利JP8231240公開了一種玻璃纖維組合物，按重量百分比含量計，它含有62-67%的SiO2 ，22-27%的Al2 O3 ，7-15%的MgO，0.1-1.1%的CaO，0.1-1.1%的B2 O3 。相對於S玻璃，該組合物的氣泡數量明顯改善，但是成型仍然非常困難，成型溫度超過1460℃。
上述現有技術中，普遍存在生產難度過大的問題，具體表現為玻璃的成型溫度高，液相線溫度高、析晶速率快，玻纖成型範圍△T小，熔製澄清難度大、氣泡多。大部分機構往往以犧牲部分玻璃性能的方式來降低生產難度，這造成上述玻璃纖維的模量性能無法大幅提升。
本發明旨在解決上面描述的問題。本發明的目的是提供一種高模量玻璃纖維組合物，該組合物能顯著提高玻璃纖維的模量，顯著降低玻璃澄清溫度、改善澄清效果，還能顯著改善玻璃纖維的冷卻效果，並能有效降低玻璃析晶速率，適合用於規模化生產高模量玻璃纖維。
根據本發明的一個方面，提供一種高模量玻璃纖維組合物，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 42-56.8% Al2 O3 15.8-24% MgO                  9.2-18% CaO                   0.1-6.5% Y2 O3 ＞8%且≤20% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1。
其中，進一步限定重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
其中，進一步限定重量百分比的比值C3=Y2 O3 /(Al2 O3 +MgO)的範圍為大於等於0.31。
其中，進一步限定重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.85。
其中，進一步限定Y2 O3 的重量百分比含量範圍為大於10%且小於等於18%。
其中，進一步限定SiO2 的重量百分比含量範圍為44-55.9%。
其中，進一步限定Al2 O3 的重量百分比含量範圍為15.8-20.4%。
其中，進一步限定MgO的重量百分比含量範圍為9.4-13.5%。
其中，進一步限定CaO的重量百分比含量範圍為0.5-5.9%。
其中，進一步限定重量百分比的比值Y2 O3 /MgO的範圍為大於等於0.8。
其中，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 44-55.9% Al2 O3 15.8-24% MgO                  9.2-18% CaO                   0.1-6.5% Y2 O3 ＞8%且≤20% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
其中，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 42-56.8% Al2 O3 15.8-20.4% MgO                  9.2-18% CaO                   0.1-6.5% Y2 O3 ＞8%且≤20% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
其中，還可以包含重量百分比含量範圍小於2%的ZrO2 、CeO2 、ZnO、B2 O3 、F2 和SO3 中的一種或多種。
其中，還可以包含重量百分比含量範圍為0-0.9%的ZrO2 。
其中，還可以包含重量百分比含量範圍為0-0.6%的CeO2 。
其中，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 44-55.9% Al2 O3 15.8-24% MgO                  9.2-18% CaO                   0.1-6.5% Y2 O3 ＞10%且≤18% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
其中，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 42-56.8% Al2 O3 15.8-24% MgO                  9.2-18% CaO                   0.1-6.5% Y2 O3 ＞8%且≤20% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2，重量百分比的比值C3=Y2 O3 /(Al2 O3 +MgO)的範圍為大於等於0.31。
其中，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 44-55.9% Al2 O3 15.8-20.4% MgO                  9.2-18% CaO                   0.1-6.5% Y2 O3 ＞8%且≤20% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.85，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
其中，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 42-56.8% Al2 O3 15.8-24% MgO                  9.2-18% CaO                   0.1-6.5% Y2 O3 ＞8%且≤20% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於99.5%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1。
其中，所述玻璃纖維組合物中可以不含B2 O3 。
其中，所述玻璃纖維組合物的玻璃澄清溫度可以小於等於1460℃。
根據本發明的另一個方面，提供一種玻璃纖維，所述玻璃纖維由上述的玻璃纖維組合物製成。
根據本發明的第三方面，提供一種複合材料，所述複合材料包括上述的玻璃纖維。
根據本發明的高模量玻璃纖維組合物，通過引入高含量Y2 O3 ，降低SiO2 含量，控制Y2 O3 /CaO的比值，控制鹼土金屬氧化物和鹼金屬氧化物的含量，並進一步控制MgO/CaO、Y2 O3 /(Al2 O3 +MgO)和Y2 O3 /MgO的比值，同時合理配置SiO2 、Al2 O3 、Y2 O3 、MgO、CaO的含量範圍，利用釔離子在玻璃結構中特殊的補位和積聚作用，釔離子與鈣離子、鎂離子與鈣離子、釔離子與鋁離子和鎂離子間的協同效應，使玻璃堆積結構更緊密，析晶過程中離子重組排列難度更大，從而能顯著提高玻璃模量，有效降低玻璃析晶速率，還有利於改善玻璃的澄清效果和玻纖的冷卻效果。
具體來說，根據本發明的高模量玻璃纖維組合物含有下述組分，且各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 42-56.8% Al2 O3 15.8-24% MgO                  9.2-18% CaO                   0.1-6.5% Y2 O3 ＞8%且≤20% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1。
該玻璃纖維組合物中各組分的作用及含量說明如下：
SiO2 是形成玻璃骨架的主要氧化物。與S玻璃相比，為了提升玻璃模量，本發明在高含量氧化釔的基礎上顯著降低了氧化矽含量。本發明的玻璃纖維組合物中，限定SiO2 的重量百分比含量範圍為42-56.8%。優選地，SiO2 的重量百分比含量範圍可以限定為44-55.9%。優選地，SiO2 的重量百分比含量範圍可以限定為44-54.9%。優選地，SiO2 的重量百分比含量範圍可以限定為45-54%。更優選地，SiO2 的重量百分比含量範圍可以限定為45-53%。
Al2 O3 也是形成玻璃骨架的氧化物，與SiO2 結合時可對玻璃的機械性能起到實質性作用。若其含量太低會無法獲得足夠高的機械性能；若其含量太高容易大幅增加玻璃析晶風險。本發明的玻璃纖維組合物中，限定Al2 O3 的重量百分比含量範圍為15.8-24%。優選地，可以限定Al2 O3 的重量百分比含量範圍為15.8-21%。優選地，可以限定Al2 O3 的重量百分比含量範圍為15.8-20.4%。優選地，可以限定Al2 O3 的重量百分比含量範圍為16.5-19.8%。更優選地，可以限定Al2 O3 的重量百分比含量範圍為17.5-19.8%。
進一步地，還可以限定SiO2 +Al2 O3 合計含量為65-78%，這不僅有助於獲得足夠高的機械性能，還有利於在較低的溫度下實現規模化生產。優選地，可以限定SiO2 +Al2 O3 合計含量為65-76%。優選地，可以限定SiO2 +Al2 O3 合計含量為66-74%。更優選地，可以限定SiO2 +Al2 O3 合計含量為66-72.5%。
Y2 O3 是一種重要稀土氧化物，Y3+ 作為網路外離子，它的配位數高、場強高、電荷高，積聚能力強，能提升玻璃結構的穩定性，提高玻璃的模量和強度。同時，由於Y3+ 的離子半徑(0.09nm)與Ca2+ (0.1nm)的離子半徑相當，兩者的填充替代性好，且明顯大於Al3+ （0.0535nm）和Mg2+ (0.072nm)的離子半徑。本發明中引入高含量Y2 O3 並控制Y2 O3 /CaO比值能有效阻止其他玻璃離子的移動排列，達到顯著降低玻璃析晶傾向的目的，而且還能有效調節玻璃料性、改善玻璃的冷卻效果。本發明的玻璃纖維組合物中，限定Y2 O3 的重量百分比含量範圍為＞8%且≤20%。優選地，可以限定Y2 O3 的重量百分比含量範圍為8.5-20%。優選地，可以限定Y2 O3 的重量百分比含量範圍為9.2-20%。優選地，可以限定Y2 O3 的重量百分比含量範圍為＞10%且≤18%。優選地，可以限定Y2 O3 的重量百分比含量範圍為10.5-18%。優選地，可以限定Y2 O3 的重量百分比含量範圍為12.0-18%。更優選地，可以限定Y2 O3 的重量百分比含量範圍為12.9-18%。
本發明的玻璃纖維組合物中，限定C1=Y2 O3 /CaO的重量百分比含量範圍為大於等於2.1。優選地，可以限定C1=Y2 O3 /CaO的重量百分比含量範圍為大於等於2.3。優選地，可以限定C1=Y2 O3 /CaO的重量百分比含量範圍為大於等於2.85。更優選地，可以限定C1=Y2 O3 /CaO的重量百分比含量範圍為大於等於3。
本發明中，MgO和CaO主要起調節玻璃粘度和玻璃析晶的作用。本發明的玻璃纖維組合物中，限定MgO的重量百分比含量範圍為9.2-18%。優選地，可以限定MgO的重量百分比含量範圍為9.4-16%。優選地，可以限定MgO的重量百分比含量範圍為9.4-13.5%。優選地，可以限定MgO的重量百分比含量範圍為9.4-12.6%。更優選地，可以限定MgO的重量百分比含量範圍為9.4-12%。本發明的玻璃纖維組合物中，限定CaO的重量百分比含量範圍為0.1-6.5%。優選地，可以限定CaO的重量百分比含量範圍為0.5-5.9%。優選地，可以限定CaO的重量百分比含量範圍為0.5-4.9%。更優選地，可以限定CaO的重量百分比含量範圍為1-4.4%。
進一步地，還可以限定C2=MgO/CaO的重量百分比比值範圍為大於2。優選地，可以限定C2=MgO/CaO的重量百分比比值範圍為大於等於2.2。優選地，可以限定C2=MgO/CaO的重量百分比比值範圍為大於等於2.5。優選地，可以限定C2=MgO/CaO的重量百分比比值範圍為大於等於3。
同時，考慮Y3+ 和Ca2+ 離子之間存在的場強差異，以及Ca2+ 和Mg2+ 離子之間存在的離子半徑差異和場強差異，合理控制Y2 O3 /CaO和MgO/CaO的比例，不僅能夠獲得更優異的結構堆積效果，還能有效控制玻璃析晶後所包含的晶相，增強晶體間的相互競爭，主要晶相包括堇青石(Mg2 Al4 Si5 O8 )鈣長石(CaAl2 Si2 O8 )、透輝石(CaMgSi2 O6 )及其混合結晶，從而有效抑制玻璃的析晶傾向。
進一步地，在另一實施方案中，還可以限定Y2 O3 的重量百分比含量範圍為＞10%且≤18%，CaO的重量百分比含量範圍為0.5-5.9%，SiO2 的重量百分比含量範圍為44-55.9%，能獲得優異的玻璃模量和澄清性能。
進一步地，在另一實施方案中，還可以限定Y2 O3 的重量百分比含量範圍為13.1-18%，CaO的重量百分比含量範圍為0.5-4.9%，能獲得優異的玻璃模量和析晶性能。
為了進一步提高玻璃的模量，改善玻璃的析晶性能。進一步地，還可以限定重量百分比的比值C3=Y2 O3 /(Al2 O3 +MgO)的範圍為大於等於0.29。優選地，可以限定重量百分比的比值C3=Y2 O3 /(Al2 O3 +MgO)的範圍為大於等於0.31。更優選地，可以限定重量百分比的比值C3=Y2 O3 /(Al2 O3 +MgO)的範圍為大於等於0.33。進一步地，還可以限定Y2 O3 /MgO的重量百分比的比值範圍為大於等於0.8。優選地，可以限定Y2 O3 /MgO的重量百分比的比值範圍為大於等於1.0。更優選地，可以限定Y2 O3 /MgO的重量百分比的比值範圍為大於等於1.1。
進一步地，還可以限定CaO+MgO的重量百分比含量範圍為9.5-20%。優選地，可以限定CaO+MgO的重量百分比含量範圍為9.5-17%。優選地，可以限定CaO+MgO的重量百分比含量範圍為9.5-16%。更優選地，可以限定CaO+MgO的重量百分比含量範圍為10-15%。
Na2 O和K2 O均能降低玻璃粘度，是良好的助熔劑。與Na2 O和K2 O相比，Li2 O能顯著降低玻璃粘度，改善玻璃熔製性能，且有利於提高玻璃機械性能。但是，由於原料成本過高，且鹼金屬離子過多會影響玻璃結構的穩定性，對玻璃耐腐蝕性能造成顯著的負面影響，故引入量不宜多。本發明的玻璃纖維組合物中，限定Na2 O的重量百分比含量範圍為0.01-1.5%。優選地，可以限定Na2 O的重量百分比含量範圍為0.01-1%。優選地，可以限定Na2 O的重量百分比含量範圍為0.05-0.8%。更優選地，可以限定Na2 O的重量百分比含量範圍為0.05-0.45%。
本發明的玻璃纖維組合物中，限定K2 O的重量百分比含量範圍為0-1.5%。優選地，可以限定K2 O的重量百分比含量範圍為0-1%。優選地，可以限定K2 O的重量百分比含量範圍為0-0.8%。更優選地，可以限定K2 O的重量百分比含量範圍為0-0.5%。
本發明的玻璃纖維組合物中，限定Li2 O的重量百分比含量範圍為0-0.7%。優選地，可以限定Li2 O的重量百分比含量範圍為0-0.5%。更優選地，可以限定Li2 O的重量百分比含量範圍為0-0.3%。在另一實施方案中，本發明的玻璃纖維組合物中可以不含Li2 O。
進一步地，還可以限定Na2 O+K2 O+Li2 O的重量百分比含量範圍為0.01-1.5%。優選地，可以限定Na2 O+K2 O+Li2 O的重量百分比含量範圍為0.05-0.9%。優選地，可以限定Na2 O+K2 O+Li2 O的重量百分比含量範圍為0.05-0.6%。進一步地，還可以限定Na2 O+K2 O的重量百分比含量範圍為0.01-1%。優選地，可以限定Na2 O+K2 O的重量百分比含量範圍為0.05-0.6%。
TiO2 可以降低高溫時的玻璃粘度，而且鈦離子與釔離子有一定協同作用，可以提升玻璃的堆積效果，改善玻璃的機械性能。本發明的玻璃纖維組合物中，限定TiO2 的重量百分比含量範圍為0.01-4%。優選地，可以限定TiO2 的重量百分比含量範圍為0.01-2%。優選地，可以限定TiO2 的重量百分比含量範圍為0.05-1.5%。更優選地，可以限定TiO2 的重量百分比含量範圍為0.05-0.9%。
Fe2 O3 有利於玻璃的熔製，也能改善玻璃的析晶性能。但由於鐵離子具有著色作用，故含量不宜多。本發明的玻璃纖維組合物中，限定Fe2 O3 的重量百分比含量範圍為0.01-1.5%。優選地，可以限定Fe2 O3 的重量百分比含量範圍為0.01-1%。更優選地，可以限定Fe2 O3 的重量百分比含量範圍為0.01-0.8%。
SrO能降低玻璃粘度，且與鈣離子、鎂離子具有鹼土金屬離子協同效應，可以進一步降低玻璃析晶傾向。本發明的玻璃纖維組合物中，限定SrO的重量百分比含量範圍為0-3%。優選地，可以限定SrO的重量百分比含量範圍為0-1.5%。優選地，可以限定SrO的重量百分比含量範圍為0-1%。更優選地，可以限定SrO的重量百分比含量範圍為0-0.5%。在另一實施方案中，本發明的玻璃纖維組合物中可以不含SrO。
La2 O3 能降低玻璃粘度、提高玻璃機械性能，且與釔離子具有一定的協同效應，可以進一步降低玻璃的析晶傾向。本發明的玻璃纖維組合物中，限定La2 O3 的重量百分比含量範圍為0-2.9%。優選地，可以限定La2 O3 的重量百分比含量範圍為0-2%。優選地，可以限定La2 O3 的重量百分比含量範圍為0-1%。更優選地，可以限定La2 O3 的重量百分比含量範圍為0-0.5%。在另一實施方案中，本發明的玻璃纖維組合物中可以不含La2 O3 。
此外，本發明的玻璃纖維組合物中還可以含有少量其他組分，重量百分比的合計含量小於等於2%。
進一步地，本發明的玻璃纖維組合物中還可以包含重量百分比含量範圍小於2%的ZrO2 、CeO2 、ZnO、B2 O3 、F2 和SO3 中的一種或多種。進一步地，還可以包含重量百分比含量範圍小於1%的ZrO2 、CeO2 、ZnO、B2 O3 、F2 和SO3 中的一種或多種。
進一步地，本發明的玻璃纖維組合物中還可以包含重量百分比含量範圍小於2%的Sm2 O3 、Sc2 O3 、Nd2 O3 、Eu2 O3 和Gd2 O3 中的一種或多種。
進一步地，本發明的玻璃纖維組合物中還可以包含重量百分比含量範圍小於2%的HO2 O3 、Er2 O3 、Tm2 O3 、Tb2 O3 和Lu2 O3 中的一種或多種。
進一步地，本發明的玻璃纖維組合物中還可以包含重量百分比含量範圍小於1%的Nb2 O5 和Ta2 O5 中的一種或兩種。
進一步地，本發明的玻璃纖維組合物中還可以包含重量百分比含量範圍0-1.5%的ZrO2 。進一步地，還可以包含重量百分比含量範圍0-0.9%的ZrO2 。進一步地，還可以包含重量百分比含量範圍0-0.3%的ZrO2 。在另一實施方案中，本發明的玻璃纖維組合物中可以不含ZrO2 。
進一步地，本發明的玻璃纖維組合物中還可以包含重量百分比含量範圍為0-0.6%的CeO2 。進一步地，還可以包含重量百分比含量範圍為0-0.3%的 CeO2 。在另一實施方案中，本發明的玻璃纖維組合物中可以不含CeO2 。
進一步地，本發明的玻璃纖維組合物中還可以包含重量百分比含量範圍為0-1%的B2 O3 。在另一實施方案中，本發明的玻璃纖維組合物中可以不含B2 O3 。
進一步地，本發明的玻璃纖維組合物中還可以包含重量百分比含量範圍為0-0.5%的F2 。進一步地，本發明的玻璃纖維組合物中還可以包含重量百分比含量範圍為0-0.5%的SO3 。進一步地，本發明的玻璃纖維組合物中可以不含MnO。
進一步地，其他組分的重量百分比的合計含量可以小於等於1%。進一步地，其他組分的重量百分比的合計含量可以小於等於0.5%。
進一步地，所述玻璃纖維組合物的玻璃澄清溫度可以小於等於1480℃。進一步地，所述玻璃纖維組合物的玻璃澄清溫度可以小於等於1460℃。進一步地，所述玻璃纖維組合物的玻璃澄清溫度可以小於等於1450℃。
進一步地，所述玻璃纖維的模量可以大於等於96GPa。進一步地，所述玻璃纖維的模量可以大於等於98GPa。進一步地，所述玻璃纖維的模量可以為98-110GPa。
本發明的玻璃纖維組合物中，選擇各組分含量的上述範圍的有益效果將通過實施例給出具體實驗資料進行說明。
下面是根據本發明的玻璃纖維組合物中所包括的各組分的優選取值範圍示例。
優選示例一
根據本發明的高模量玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 44-55.9% Al2 O3 15.8-21% MgO                  9.4-16% CaO                   0.5-5.9% Y2 O3 ＞8%且≤20% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1% Li2 O                   0-0.5% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1。
優選示例二
根據本發明的高模量玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 44-55.9% Al2 O3 15.8-21% MgO                  9.2-18% CaO                   0.1-6.5% Y2 O3 ＞8%且≤20% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於99.5%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1。
優選示例三
根據本發明的高模量玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 44-55.9% Al2 O3 15.8-21% MgO                  9.4-16% CaO                   0.5-5.9% Y2 O3 ＞8%且≤20% TiO2 0.01-2% Fe2 O3 0.01-1% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1% Li2 O                   0-0.5% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
優選示例四
根據本發明的高模量玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 44-55.9% Al2 O3 15.8-20.4% MgO                  9.4-13.5% CaO                   0.5-5.9% Y2 O3 ＞10%且≤18% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
優選示例五
根據本發明的高模量玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 42-56.8% Al2 O3 15.8-24% MgO                  9.2-18% CaO                   0.1-6.5% Y2 O3 ＞8%且≤20% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。另外，還包含重量百分比含量範圍為0-0.3%的ZrO2 。
優選示例六
根據本發明的高模量玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 42-56.8% Al2 O3 15.8-24% SiO2 +Al2 O3 66-74% MgO                  9.2-18% CaO                   0.1-6.5% CaO+MgO              9.5-16% Y2 O3 ＞8%且≤20% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
優選示例七
根據本發明的高模量玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下： SiO2 44-55.9% Al2 O3 15.8-24% MgO                  9.2-18% CaO                   0.1-6.5% Y2 O3 ＞10%且≤18% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.85，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
優選示例八 SiO2 44-55.9% Al2 O3 15.8-24% MgO                  9.4-16% CaO                   0.1-6.5% Y2 O3 ＞8%且≤20% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2，重量百分比的比值C3=Y2 O3 /(Al2 O3 +MgO)的範圍為大於等於0.31。
優選示例九 SiO2 44-55.9% Al2 O3 16.5-19.8% MgO                  9.4-13.5% CaO                   0.5-5.9% Y2 O3 ＞10%且≤18% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
優選示例十 SiO2 44-54.9% Al2 O3 16.5-19.8% MgO                  9.4-13.5% CaO                   0.5-4.9% Y2 O3 ＞10%且≤18% TiO2 0.01-4% Fe2 O3 0.01-1.5% Na2 O                   0.01-1.5% K2 O                    0-1.5% Li2 O                   0-0.7% SrO                    0-3% La2 O3 0-2.9%
並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.85，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互任意組合。
本發明的基本思想是，玻璃纖維組合物的各組分含量以重量百分比表示為：SiO2 為42-56.8%，Al2 O3 為15.8-24%，MgO為9.2-18%，CaO為0.1-6.5%，Y2 O3 為＞8%且≤20%，TiO2 為0.01-4%，Fe2 O3 為0.01-1.5%，Na2 O為0.01-1.5%，K2 O為0-1.5%，Li2 O為0-0.7%，SrO為0-3%，La2 O3 為0-2.9%，並且上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2 O3 /CaO的範圍為大於等於2.1。該玻璃纖維組合物能顯著提高玻璃纖維模量，顯著降低玻璃澄清溫度及玻璃氣泡率，還能顯著改善玻璃纖維的冷卻效果，並能有效降低玻璃析晶速率，適合用於規模化生產高模量玻璃纖維。
選取本發明的玻璃纖維組合物中SiO2 、Al2 O3 、MgO、CaO、Y2 O3 、TiO2 、Fe2 O3 、Na2 O、K2 O、Li2 O、SrO、La2 O3 、CeO2 、ZrO2 等具體含量值作為實施例，與B1-專利WO2 016165506A2的改良R玻璃、B2-傳統R玻璃和B3-S玻璃的性能參數進行對比。對比時，選用八個性能參數：
（1）成型溫度，對應於玻璃熔體在粘度為103 泊時的溫度，可以表徵典型的玻纖拉絲溫度。
（2）液相線溫度，對應於玻璃熔體冷卻時晶核開始形成的溫度，即玻璃析晶的上限溫度。
（3）澄清溫度，對應於玻璃熔體在粘度為102 泊時的溫度，可以表徵玻璃液澄清排泡的相對難度。一般來說，若澄清溫度較小，相同溫度下玻璃液的澄清、排泡效率更高。
（4）△T值，成型溫度與液相線溫度之差，表示拉絲成型的溫度範圍。
（5）△L值，澄清溫度與成型溫度之差，反映玻璃液的料性長短，可以表徵玻纖拉絲過程中玻璃液冷卻的難易程度。一般來說，若△L值較小，相同拉絲條件下玻璃液更易冷卻，有利於實現玻纖的高效拉製。
（6）彈性模量，表徵玻璃抵抗彈性變形的能力，按ASTM E1876標準測試玻璃塊的彈性模量，可以表徵玻璃纖維的模量。
（7）析晶面積率，其中測定析晶面積率的大致方法為：將玻璃塊按瓷舟槽尺寸進行適當切割，切割後的玻璃條樣品放入瓷舟，預處理後置於梯度爐中進行晶化，保溫5小時後，將裝有玻璃樣品的瓷舟從梯度爐拿出，空氣冷卻至常溫。然後，在1050-1150℃溫度區域內，通過光學顯微鏡從微觀角度觀測各個玻璃樣品表面的析晶數量及大小，以S玻璃為基準計算相對析晶面積率。析晶面積率越大，表明玻璃析晶傾向越大、析晶速率越快。
（8）氣泡含率，其中測定氣泡含率的大致方法為：利用專用的模具將每個實施例配合料壓製成一樣形狀的樣品，放置於高溫顯微鏡的樣品平臺，然後按程式升溫至設定溫度1500℃，不保溫，玻璃樣品隨爐冷卻至常溫；然後，通過光學顯微鏡從微觀角度觀測各個玻璃樣品的氣泡數量，以S玻璃為基準計算相對氣泡含率。氣泡含率越大，表明玻璃的澄清難度越大，不利於保證玻璃液品質。其中，氣泡數量按顯微鏡成像範圍為準。
上述八個參數及其測定方法對本領域技術人員來說屬於常規知識，因此採用上述參數能夠有力地說明本發明的玻璃纖維組合物的性能。
實驗的具體過程為：各組分可從適當的原料中獲取，按比例將各種原料進行混合，使各組分達到最終的預期重量百分比，混合後的配合料進行熔化並澄清，然後玻璃液通過漏板上的漏嘴被拉出從而形成玻璃纖維，玻璃纖維被牽引繞到拉絲機旋轉機頭上形成原絲餅或紗團。當然，這些玻璃纖維可用常規方法進行深加工以符合預期要求。
下面進一步通過清單的方式，給出本發明玻璃纖維組合物的實施例與S玻璃（B3）、傳統R玻璃（B2）和改良R玻璃（B1）的性能參數的對比。其中，玻璃纖維組合物的含量以重量百分比表示。需要說明的是，實施例組分總含量略微小於100%，可以理解為殘餘量是微量雜質或不能分析出的少量組分。
表1A
  A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
組分 SiO2 53.2 52.0 53.0 54.4 54.4 54.4 54.4
Al2 O3 18.7 19.3 18.7 17.5 18.1 18.7 18.7
CaO 2.9 5.9 4.9 4.0 3.4 3.4 4.8
MgO 11.5 9.2 10.4 13.5 12.6 12.0 10.6
Y2 O3 12.4 12.4 11.5 9.2 10.1 10.1 10.1
Na2 O 0.15 0.05 0.05 0.25 0.25 0.25 0.25
K2 O 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25
Li2 O 0 0 0 0 0 0 0
Fe2 O3 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35
TiO2 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45
SrO 0 0 0 0 0 0 0
La2 O3 0 0 0 0 0 0 0
CeO2 0 0 0.30 0 0 0 0
比值 C1 4.28 2.10 2.35 2.30 2.97 2.97 2.10
C2 3.97 1.56 2.12 3.38 3.71 3.53 2.21
C3 0.41 0.44 0.40 0.30 0.33 0.33 0.34
參數 成型溫度/℃ 1283 1274 1280 1279 1284 1286 1290
液相線溫度/℃ 1236 1220 1225 1253 1248 1242 1230
澄清溫度/℃ 1443 1432 1440 1439 1445 1447 1452
△T值/℃ 47 54 55 26 36 44 60
△L值/℃ 160 158 160 160 161 161 162
彈性模量/GPa 105.0 103.0 104.0 103.2 103.8 103.0 102.2
析晶面積率/% 9 4 5 15 12 10 5
氣泡含率/% 6 4 3 5 7 8 9
表1B
  A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14
組分 SiO2 54.0 49.8 51.0 52.5 55.9 52.5 56.8
Al2 O3 19.0 21.0 20.4 19.8 18.6 18.6 16.5
CaO 3.8 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 3.3
MgO 11.0 9.4 10.0 10.0 10.0 10.0 10.4
Y2 O3 10.5 14.4 13.2 12.3 10.1 13.5 11.6
Na2 O 0.10 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.20
K2 O 0.40 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.30
Li2 O 0.30 0 0 0 0 0 0
Fe2 O3 0.20 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.40
TiO2 0.60 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.40
SrO 0 0 0 0 0 0 0
La2 O3 0 0 0 0 0 0 0
CeO2 0 0 0 0 0 0 0
比值 C1 2.76 3.60 3.30 3.08 2.53 3.38 3.52
C2 2.89 2.35 2.50 2.50 2.50 2.50 3.15
C3 0.35 0.47 0.43 0.41 0.35 0.47 0.43
參數 成型溫度/℃ 1281 1276 1278 1284 1295 1280 1294
液相線溫度/℃ 1235 1245 1238 1235 1230 1220 1232
澄清溫度/℃ 1443 1433 1437 1445 1460 1440 1460
△T值/℃ 46 31 40 49 65 60 62
△L值/℃ 162 157 159 161 165 160 166
彈性模量/GPa 103.5 106.0 105.3 103.8 102.6 105.0 102.0
析晶面積率/% 7 16 7 6 6 4 6
氣泡含率/% 6 5 4 6 11 5 10
表1C
  A15 A16 A17 A18 A19 A20 A21
組分 SiO2 53.5 52.0 54.0 56.5 55.0 53.5 52.2
Al2 O3 18.9 18.9 18.9 18.5 18.5 18.7 18.7
CaO 2.4 1.0 3.3 3.7 3.7 3.0 3.5
MgO 10.7 10.7 10.2 10.4 10.8 11.0 10.0
Y2 O3 13.1 16.0 12.0 8.5 8.1 11.4 13.5
Na2 O 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30
K2 O 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20
Li2 O 0 0 0.50 0 0 0 0
Fe2 O3 0.40 0.40 0.30 0.30 0.30 0.40 0.30
TiO2 0.40 0.40 0.30 1.50 0.90 0.40 0.30
SrO 0 0 0 0 0 1.00 0
La2 O3 0 0 0 0 2.00 0 0
CeO2 0 0 0 0 0.10 0 0
ZrO2 0 0 0 0 0 0 0.90
比值 C1 5.46 16.00 3.64 2.30 2.19 3.80 3.86
C2 4.46 10.70 3.09 2.81 2.92 3.67 2.86
C3 0.44 0.54 0.41 0.29 0.28 0.38 0.47
參數 成型溫度/℃ 1291 1287 1269 1290 1285 1288 1286
液相線溫度/℃ 1238 1255 1231 1238 1225 1230 1224
澄清溫度/℃ 1452 1445 1429 1455 1449 1450 1446
△T值/℃ 53 32 38 52 60 58 62
△L值/℃ 161 158 160 165 164 162 160
彈性模量/GPa 104.5 106.3 105.2 101.5 100.5 103.5 105.5
析晶面積率/% 10 14 8 12 3 5 5
氣泡含率/% 8 7 3 6 7 8 7
表1D
  A22 A23 A24 A25 B1 B2 B3
組分 SiO2 54.9 54.9 53.0 51.9 60.1 60 65
Al2 O3 18.0 19.2 19.2 19.2 17.0 25 25
CaO 3.0 3.0 3.0 3.0 10.2 9 0
MgO 11.4 10.4 10.4 10.4 9.8 6 10
Y2 O3 11.0 11.0 12.9 14.0 0.5 0 0
Na2 O 0.20 0.20 0.20 0.20 0.21 微量 微量
K2 O 0.30 0.30 0.30 0.30 0.41 微量 微量
Li2 O 0 0 0.10 0.10 0.65 0 0
Fe2 O3 0.40 0.40 0.40 0.40 0.44 微量 微量
TiO2 0.40 0.40 0.40 0.40 0.44 微量 微量
SrO 0 0 0 0 0 0 0
La2 O3 0 0 0 0 0 0 0
CeO2 0 0.10 0 0 0 0 0
ZrO2 0.30 0 0 0 0 0 0
比值 C1 3.67 3.67 4.30 4.67 0.05 0 -
C2 3.80 3.47 3.47 3.47 0.96 0.67 -
C3 0.37 0.37 0.44 0.47 0.02 0 0
參數 成型溫度/℃ 1288 1293 1284 1276 1300 1430 1571
液相線溫度/℃ 1236 1233 1230 1225 1208 1350 1470
澄清溫度/℃ 1451 1457 1445 1434 1498 1620 ＞1700
△T值/℃ 52 60 54 51 92 80 101
△L值/℃ 163 164 161 158 198 200 -
彈性模量/GPa 103.5 103.0 104.5 105.7 90.9 89 90
析晶面積率/% 8 7 6 5 20 70 100
氣泡含率/% 8 10 6 4 30 75 100
由上述表中的具體數值可知，與S玻璃相比，本發明的玻璃纖維組合物擁有以下優勢：（一）具有高得多的彈性模量；（二）具有小得多的澄清溫度和氣泡含率，本發明玻璃更易澄清，排泡效果更優；（三）具有低得多的成型溫度、液相線溫度和析晶面積率。
與傳統R玻璃相比，本發明的玻璃纖維組合物擁有以下優勢：（一）具有高得多的彈性模量；（二）具有小得多的澄清溫度和氣泡含率，本發明玻璃更易澄清，排泡效果更優；（三）具有小得多的△L值，玻纖更易冷卻，有利於提高纖維的拉絲效率；（四）具有低得多的成型溫度、液相線溫度和析晶面積率。
與改良R玻璃相比，本發明的玻璃纖維組合物擁有以下優勢：（一）具有高得多的彈性模量；（二）具有較小的澄清溫度和氣泡含率，本發明玻璃更易澄清，排泡效果更優；（三）具有小得多的△L值，玻纖更易冷卻，有利於提高纖維的拉絲效率；（四）具有較低的析晶面積率，這表明本發明玻璃的析晶速率較小，有利於降低玻璃的析晶風險。
由此可知，本發明的玻璃纖維組合物在玻璃模量、玻璃澄清、玻纖冷卻和析晶速率方面取得了突破性的進展，同等條件下玻璃的模量大幅提升、澄清溫度大幅下降、氣泡數量較少、玻纖冷卻效果好，整體技術方案優異。
由根據本發明的玻璃纖維組合物可製成具有上述優良性能的玻璃纖維。
根據本發明的玻璃纖維組合物與一種或多種有機和/或無機材料結合可製備得到性能優良的複合材料，例如，玻纖增強基材。
最後應說明的是：在本文中，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包含一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個…”限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。
工業實用性
本發明提供的高模量玻璃纖維組合物，不僅能顯著提高玻璃纖維的模量，還能顯著降低玻璃澄清溫度、改善澄清效果，顯著改善玻璃纖維的冷卻效果，有效降低玻璃析晶速率，適合用於規模化生產高模量玻璃纖維。與傳統的玻璃纖維組合物相比，本發明的玻璃纖維組合物在玻璃模量、玻璃澄清、玻纖冷卻和析晶速率方面取得了突破性的進展，同等條件下玻璃的模量大幅提升、澄清溫度大幅下降、氣泡數量較少、玻纖冷卻效果好，整體技術方案優異。因此，本發明具有良好的工業實用性。
無。
無。

Claims (22)

  1. 一種高模量玻璃纖維組合物，其特徵在於，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下：
    Figure 110118922-A0305-02-0034-1
     並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2O3/CaO的範圍為大於等於2.85。
  2. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
  3. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，重量百分比的比值C3=Y2O3/(Al2O3+MgO)的範圍為大於等於0.31。
  4. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，Y2O3的重量百分比含量範圍為大於10%且小於等於18%。
  5. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，SiO2的重量百分比含量範圍為44-55.9%。
  6. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，Al2O3的重量百分比含量範圍為15.8-20.4%。
  7. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，MgO的重量百分比含量範圍為9.4-13.5%。
  8. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，CaO的重量百分比含量範圍為0.5-5.9%。
  9. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，重量百分比的比值Y2O3/MgO的範圍為大於等於0.8。
  10. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下：
    Figure 110118922-A0305-02-0035-2
     並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2O3/CaO的範圍為大於等於2.85，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
  11. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下：
    Figure 110118922-A0305-02-0036-3
     並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2O3/CaO的範圍為大於等於2.85，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
  12. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，還包含重量百分比含量範圍小於2%的ZrO2、CeO2、ZnO、B2O3、F2和SO3中的一種或多種。
  13. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，還包含重量百分比含量範圍為0-0.9%的ZrO2。
  14. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，還包含重量百分比含量範圍為0-0.6%的CeO2。
  15. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下：
    Figure 110118922-A0305-02-0037-4
     並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2O3/CaO的範圍為大於等於2.85，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
  16. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下：
    Figure 110118922-A0305-02-0037-5
    Figure 110118922-A0305-02-0038-6
     並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2O3/CaO的範圍為大於等於2.85，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2，重量百分比的比值C3=Y2O3/(Al2O3+MgO)的範圍為大於等於0.31。
  17. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下：
    Figure 110118922-A0305-02-0038-7
     並且，上述組分的合計含量大於等於98%，重量百分比的比值C1=Y2O3/CaO的範圍為大於等於2.85，重量百分比的比值C2=MgO/CaO的範圍為大於2。
  18. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下：
    Figure 110118922-A0305-02-0039-8
     並且，上述組分的合計含量大於等於99.5%，重量百分比的比值C1=Y2O3/CaO的範圍為大於等於2.85。
  19. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，所述玻璃纖維組合物中不含B2O3。
  20. 如請求項1所述的高模量玻璃纖維組合物，所述玻璃纖維組合物的玻璃澄清溫度小於等於1460℃。
  21. 一種玻璃纖維，其特徵在於，所述玻璃纖維由如請求項1-20中任一項所述的玻璃纖維組合物製成。
  22. 一種複合材料，其特徵在於，所述複合材料包括如請求項21中所述的玻璃纖維。
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