專利名稱：一種玻璃纖維組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻璃纖維組合物，尤其涉及一種顯著改進(jìn)耐水性能及機(jī)械性能的玻璃纖維組合物。
背景技術(shù)：
中堿玻璃纖維是我國(guó)特有的玻璃纖維品種，傳統(tǒng)中堿玻璃屬于鈉鈣硅酸鹽玻璃，其主要成分是Na20、Ca0和SiO2，是在Na2O-CaO-SiO2三元系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。1964年我國(guó)中堿5#玻璃成分投入工業(yè)生產(chǎn)，至今仍是我國(guó)中堿玻璃的通用成分。由于中堿玻璃的價(jià)格較低，且可因材施用，因此在我國(guó)仍然會(huì)長(zhǎng)期使用，在中低端應(yīng)用領(lǐng)域保持一定市場(chǎng)分額。中堿5#玻璃除耐酸、耐堿性能優(yōu)于無堿玻璃外，其電絕緣性能、耐水性能及機(jī)械性能都遠(yuǎn)遜于無堿玻璃。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種配方設(shè)計(jì)合理、耐水性能及機(jī)械性能好、價(jià)格低廉、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的玻璃纖維組合物。針對(duì)傳統(tǒng)中堿玻璃的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該玻璃纖維組合物，含有下述組分，SiO2, A1203、CaO、MgO, SrO, BaO, Na2O, K2O, Fe203> TiO2, F2,
各組分的重量百分含量如下
SiO258-67%Al2O36-12%CaO10-14.5%MgO<4%MgO+SrO+BaO1-6%Na2O<12%K2O<2%Na20+K20>8%Fe2O30.1-1.5%TiO20.1-2%F20~1%。本發(fā)明所述玻璃纖維組合物的成型溫度為1175 1235°C，液相線溫度一般比成型溫度低50°C以上。SiO2是形成玻璃骨架的主要氧化物，并且起穩(wěn)定各組分的作用，在耐酸性介質(zhì)侵
蝕方面也起著重要作用。本發(fā)明所限定的SiO2含量范圍為58 67%，為了獲得良好的耐
水、耐酸性能，本發(fā)明希望SiO2含量盡可能高，但其含量太高會(huì)使玻璃粘度過高導(dǎo)致熔化、
澄清困難。此外，S^2含量過高也不利于玻璃的耐堿性能。優(yōu)選的S^2含量范圍為61
466%。Al2O3也是形成玻璃骨架的氧化物，與S^2結(jié)合時(shí)可對(duì)玻璃的機(jī)械性能起到實(shí)質(zhì)性的作用，并且在阻止玻璃分相和抗水性方面起著重要作用。一般認(rèn)為，在堿金屬氧化物相對(duì)過量的情況下，Al2O3表現(xiàn)為四面體的配位結(jié)構(gòu)，它會(huì)形成帶負(fù)電荷的[AlO4]-基團(tuán)，其上的負(fù)電荷被堿金屬離子的正電荷所平衡。在這種情況下，鈉離子與氧離子之間形成了離子鍵，降低了玻璃網(wǎng)絡(luò)的開放程度，因而保持鋁離子在玻璃網(wǎng)絡(luò)中。因此，在堿金屬氧化物相對(duì)過量的情況下，適量增加Al2O3含量對(duì)提高玻璃的耐久性及機(jī)械性能都是有利的。本發(fā)明所限定的Al2O3含量范圍為6 12%，為了獲得良好的耐水性能，本發(fā)明希望盡量提高Al2O3含量，但其含量太高會(huì)使玻璃粘度過高導(dǎo)致熔化、澄清困難，并且增大玻璃失透的危險(xiǎn)性。優(yōu)選的Al2O3含量范圍為7 10%。同時(shí)，限定SW2和Al2O3的含量之和大于70%，這樣可使玻璃得到更優(yōu)秀的機(jī)械性能。CaO是玻璃的網(wǎng)絡(luò)外體氧化物，既能調(diào)節(jié)玻璃粘度、控制玻璃析晶，還能使玻璃料性變短，提高玻璃纖維的成型速度。本發(fā)明所限定的CaO含量范圍為10 14.5%。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在堿金屬氧化物含量相對(duì)較高的情況下，適當(dāng)提高CaO含量，甚至控制CaCVNa2O的摩爾比大于1，有利于提高玻璃的耐久性及機(jī)械性能，尤為明顯的是對(duì)耐水性能的改善。但CaO含量太高會(huì)降低玻璃體系的穩(wěn)定性，反而增加玻璃失透的危險(xiǎn)性。優(yōu)選的CaO含量范圍為 10. 5 13%。Mg0、Sr0和BaO也具有調(diào)節(jié)玻璃粘度、控制玻璃析晶的作用。本發(fā)明所限定的MgO含量范圍為彡4%, MgO+SrO+BaO總含量范圍為1 6%。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知CaO和MgO的二元混合堿土效應(yīng)，但關(guān)于Ca0、Mg0、Sr0和BaO的四元混合堿土效應(yīng)卻少見報(bào)道，其實(shí)四元混合堿土效應(yīng)比二元效果更好，因?yàn)楦嗖煌霃降膲A土金屬離子參與替代，結(jié)構(gòu)更容易形成緊密堆積。由于Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+的離子半徑依次變大，為了結(jié)構(gòu)的緊密堆積，四種離子的數(shù)量級(jí)配就顯得很重要，尤其是最小和較大離子的配合。因此，為了達(dá)到良好的四元混合堿土效應(yīng)，MgO, SrO, BaO的加入量是相關(guān)的，并不是盲目的。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在MgO含量相對(duì)較高的情況下，適量引入SrO和BaO可有效減小玻璃的析晶傾向，但由于Sr2+和Ba2+離子半徑過大，引入量過多反而會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，不利于減小玻璃的析晶傾向。因此，本發(fā)明控制Mg0/(Sr0+Ba0)的摩爾比大于1。此外，SrO和BaO的存在也有利于玻璃纖維的成型。Na2O作為本玻璃體系的主要成分之一，不僅能降低玻璃粘度，還能改善玻璃的析晶性能。本發(fā)明所限定的Na2O含量范圍為小于12%，同時(shí)用少量K2O替代Na2O,可顯著改善玻璃的耐水性能，并限定Na2CHK2O總含量大于8%。Nii2O含量過低會(huì)破壞鈉鈣硅玻璃體系的穩(wěn)定性，也不利于玻璃纖維的成型。但Na2O含量也不宜過高，傳統(tǒng)中堿玻璃的Na2O含量大于12%，其耐水性能表現(xiàn)較差，而且隨著Na2O含量的逐步上升，耐水性能急劇惡化。此外，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，合理控制Na2CHCaO總含量有利于提高鈉鈣硅玻璃體系的穩(wěn)定性，并能顯著改善玻璃的析晶性能。優(yōu)選的Na2CHCaO總含量大于21.5%。一般認(rèn)為，少量!^e2O3 ( < 0. 4% )的引入有利于降低玻璃的成型溫度，改善玻璃的析晶性能，但對(duì)其他性能的改善不明顯。但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)!^e2O3含量大于0. 4%，甚至大于時(shí)，它對(duì)玻璃耐水性能及機(jī)械性能的改善顯著。但由于鐵離子和亞鐵離子具有著色作用，若對(duì)產(chǎn)品顏色有嚴(yán)格要求，狗203引入量不宜多。本發(fā)明所限定的!^e2O3含量范圍為
50. 1 1. 5%。TiO2的引入不僅具有助熔作用，還能顯著提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性能及耐熱性能。但由于TW2過多會(huì)使玻璃產(chǎn)生不合適的著色，故引入量不宜多。本發(fā)明所限定的TW2含量范圍為0. 1 2%。此外，由于!^e2O3與TW2均有不同程度的著色，本發(fā)明中一般控制兩者的含量不同時(shí)大于1%。本發(fā)明中不排除引入少量F2，所限定的F2含量范圍為0 1%。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)顯示，少量的F2在廢氣治理過程中很容易清除，但在助熔、降低成型溫度和液相線溫度等方面卻有很大作用，比如0. 3%的F2就可以降低5-8°C的成型溫度和液相線溫度，這對(duì)降低能耗、延長(zhǎng)窯爐壽命貢獻(xiàn)很大，并且也有利于玻璃的拉絲成型。此外，本發(fā)明中還可以引入少量( 來改善玻璃的澄清效果。在主體方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明中還可以引入少量Li2O,所限定的Li2O含量范圍為0. 1 0. 5%。同Na2O和K2O相比，Li2O能更加顯著地降低玻璃粘度，從而降低能耗，延長(zhǎng)窯爐壽命，并且對(duì)提高玻璃的機(jī)械性能有明顯幫助。但由于含Li2O的原料價(jià)格太高，故引入量不宜多。在主體方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明中還可以引入適量化03，所限定的化03含量范圍為0. 5 3%。在本玻璃體系中，堿金屬氧化物能夠提供足夠的游離氧使硼氧三角體配位成硼氧四面體，從而使化03成為玻璃網(wǎng)絡(luò)的一部分，由于硼氧四面體的體積比硅氧四面體小，因此有利于玻璃結(jié)構(gòu)的緊密堆積，一定程度上能改善玻璃的耐水性能及機(jī)械性能。但由于含B2O3的原料價(jià)格太高，故引入量不宜多。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的組分為，SiO2、A1203、CaO、MgO、Sr0、BaO、Nei2O、K2O、!^e2O3、Ti02、F2，各組分的重量百分含量表示如下
SiO261-66%Al2O37-10%CaO10.5-13%MgO<4%MgO+SrO+BaO1-6%Na2O<12%K2O<2%Na20+K20>8%Fe2O30.1-1.5%TiO20.1-2%F20-1%Si02+Al203>70%。其中，Νει20/Α1203、Ca0/Na20,MgO/ (SrO+BaO)的摩爾比大于 1。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的組分為，SiO2、A1203、CaO、MgO、Sr0、BaO、Nei2O、K2O、!^e2O3、Ti02、F2和Li2O,各組分的重量百分含量表示如下
權(quán)利要求
1. 一種玻璃纖維組合物，其特征在于，含有下述組分，SiO2, A1203、CaO、MgO, SrO, BaO,Na2O, K2O, Fe2O3> TiO2, F2,各組分的重量百分含量如下SiO258-67%Al2O36-12%CaO10-14.5%MgO<4%MgO+SrO+BaO1-6%Na2O<12%K2O<2%Na20+K20>8%Fe2O30.1-1.5%TiO20.1-2%F20~1%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，所述的S^2和Al2O3的含量之和大于70%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，所述的CaO/N^O的摩爾比大于1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，所述的Na2CVAl2O3的摩爾比大于1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，所述的MgO/(SrO+BaO)的摩爾比大于1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，所述的Na2CHCaO總含量大于21. 5%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，所述的!^e2O3和TiO2,兩者的含量不同時(shí)大于1%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，所述的T^2和F2總重量為0. 1 0. 5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，所述的組分為，SiO2, A1203、CaO、MgO, SrO, BaO, Na2O, K2O, Fe2O3> Ti02、F2，各組分的重量百分含量表示如下SiO261-66%Al2O37-10%CaO10.5-13%MgO<4%MgO+SrO+BaO1-6%Na2O<12%K2O<2%
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，所述的組分為，SiO2, A1203、CaO、MgO, SrO, BaO, Na2O, K2O, Fe2O3> TiO2, F2 和 Li2O,各組分的重量百分含量表示如下
11.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，所述的組分為，SiO2, A1203、CaO、MgO, SrO, BaO, Na2O, K2O, Fe203> TiO2, F2 和 B2O3,各組分的重量百分含量表示如下
全文摘要
本發(fā)明涉及一種玻璃纖維組合物，尤其涉及一種顯著改進(jìn)耐水性能及機(jī)械性能的玻璃纖維組合物。該玻璃纖維組合物，含有下述組分，SiO2、Al2O3、CaO、MgO、SrO、BaO、Na2O、K2O、Fe2O3、TiO2、F2，各組分的重量百分含量如下SiO258～67％、Al2O36～12％、CaO10～14.5％、MgO≤4％、MgO+SrO+BaO1-6％、Na2O＜12％、K2O＜2％、Na2O+K2O＞8％、Fe2O30.1～1.5％、TiO20.1～2％、F20～1％。本發(fā)明具有配方設(shè)計(jì)合理、耐水性能及機(jī)械性能好、價(jià)格低廉、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C03C13/02GK102390934SQ201110228198
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者張兵, 張毓強(qiáng), 曹國(guó)榮, 洪秀成, 章林, 邢文忠 申請(qǐng)人:巨石集團(tuán)有限公司