一種具有晶須結構的玻璃纖維及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有晶須結構的玻璃纖維，其特征在于由玻璃纖維基體和SiO2晶須組成。玻璃纖維基體長度為3～8mm，直徑為1～5μm，取向各不相同，雜亂排布。SiO2晶須長度為0.1～2μm，直徑為0.1～5μm，覆蓋率達到5％～20％。本發明還公開了一種具有晶須結構的玻璃纖維的制備方法，其特征在于包括下述順序：(1)采用離心噴吹法制備直徑為1～5μm的玻璃纖維。(2)采用等離子輔助化學氣相沉積法在表面帶缺陷的玻璃纖維基體表面沉積SiO2晶須。沉積條件：源物質為正硅酸乙酯，沉積溫度為200～450℃，氬氣為稀釋氣和載氣，臭氧為氧化劑，沉積時間為0.5～2h。此法制得的SiO2晶須純度較高，且與玻璃纖維基體結合較好，成本較低，這種玻璃纖維表面粗糙，纖維間的粘接強度高，同時也具有較好的力學性能。
【專利說明】一種具有晶須結構的玻璃纖維及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種玻璃纖維，特別是涉及一種具有晶須結構的玻璃纖維及其制備方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著現代科學技術的發展和人類環保意識的不斷增強，電動汽車行業正在我國迅 速發展，鉛酸電池盡管技術成熟、安全環保、但是由于其續駛里程短、高倍率放電性能差、循 環壽命短，難以在與鋰動力電池、鎳氫、燃料電池等二次電池的競爭中脫穎而出，其重要原 因之一就是隔板因素限制了鉛酸蓄電池的比能量、放電性能及循環性能。現用于鉛酸蓄電 池的隔板大致有六種，微孔橡膠隔板、聚氯乙烯隔板、聚丙烯隔板、聚乙烯隔板、玻璃纖維復 合隔板、AGM隔板，其中AGM隔板，吸附式微纖維玻璃棉氈型隔板，是國內鉛酸蓄電池應用最 廣的一種隔板，它通常是由直徑為〇. 5?3 μ m的玻璃纖維通過類似造紙的濕法成型工藝而 制得的質地均勻的薄片狀柔性材料，優點是可使電極間的離子流動，具有極高的孔率；具有 大的比表面積及良好的潤濕性；在電池內具有長期穩定的耐化學及電化學腐蝕能力，不釋 放出任何增加氣體析出速率、腐蝕或自放電的物質，但是由于玻璃纖維本身表面較為光滑， 纖維之間的粘接強度較低，受應力作用時不能吸收很多能量，故AGM隔板在鉛酸電池中機 械強度不高，容易坍塌，抗震能力差。
[0003] 晶須硅是一種纖維狀形體結構功能性材料，俗稱為短玻纖，主要成分是Si02，外觀 為純白色、強度高、化學穩定性好、分散性好、耐高溫，絕緣性好、燒失量低、吸油率低。晶須 硅的直徑約為1?10 μ m，長度可以為數百微米，具有很大的長徑比。若以玻璃纖維為基體， 在纖維表面沉積Si02晶須，可以有效地增加纖維表面的粗糙度，提高纖維的粘接強度，保持 玻璃纖維保溫、隔熱、隔音的優異性能，而且可以改善外觀，消除了玻纖外露，還提高了玻璃 纖維的耐高溫性能，在承受應力時也可以避免應力集中，Si0 2晶須將會吸收較多能量進而 阻止裂紋進一步擴散，由此玻璃纖維制得的AGM隔板的抗震能力得到顯著提高。
[0004] 申請號為200710172352. 5的中國專利公開了一種超高分子量聚乙烯纖維表面處 理的方法，在反應釜中，將100重量份的超高分子量聚乙烯在130?180°C下溶解于1000? 5000重量份溶劑中，加入0. 1?3重量份極性單體、0. 01?0. 3重量份引發劑，5?20MPA 壓力下反應1?2小時，加入0. 5?3重量份納米無機粉末，繼續反應1?2小時，制成改性 超高分子量聚乙烯反應液，然后在60?10(TC下，將100重量份UHMWPE纖維在500?2000 重量份UHMWPE的反應液中溶脹5?30分鐘，再將溶脹后UHMWPE纖維在0?40°C進行驟冷 處理，最后制得表面粘結性能得到提高的超高分子量聚乙烯纖維，改變纖維表面的粗糙程 度和表面極性基團的含量，大大提高纖維與樹脂的界面粘結力。
[0005] 上述發明雖然可以使纖維表面變粗糙，增強纖維的粘接強度，但同時降低了纖維 的力學性能，且僅局限于纖維本身。
[0006] 申請號為201210353376. 1的中國專利公開了一種納米碳化硅晶須的制備方法， 主要以硅粉、炭黑、鐵粉和聚四氟乙烯為原料，按一定比例混合形成反應劑，將反應劑研磨， 得到混合漿體，烘干后研磨成粉體，然后經過整體預熱的燃燒合成反應得到反應產物，最后 將反應產物經過除碳、除硅，得到納米碳化硅晶須。本發明的制備方法制備出的碳化硅晶須 具有低密度、高熔點、高強度、高模量、熱膨脹系數小及耐腐蝕、耐磨等特點，可廣泛應用于 機械、電子、航空航天及能源等領域。
[0007] 上述專利可以制得晶須，但晶須均勻性較差，且除碳、除硅過程繁雜，難以制得高 純度的晶須。
【發明內容】
[0008] 本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種具有晶須結構的玻璃 纖維，不僅具有高強度、絕緣、耐高溫的特點，而且比表面積大，纖維之間的粘接強度高。
[0009] -種具有晶須結構的玻璃纖維，其特征在于由玻璃纖維基體和Si02晶須組成。所 述的玻璃纖維基體長度為3?8mm，直徑為1?5μπι，取向各不相同，雜亂排布。所述Si02 晶須長度為〇· 1?2μπι，直徑為0· 1?5μπι，覆蓋率達到5%?20%。
[0010] 本發明還提供一種具有晶須結構的玻璃纖維的制備方法，其特征在于包括下述順 序：
[0011] (1)采用離心噴吹法制備直徑為1?5 μ m的玻璃纖維。
[0012] (2)采用等離子輔助化學氣相沉積法在表面帶缺陷的玻璃纖維基體表面沉積Si02 晶須。沉積條件：源物質為正硅酸乙酯，沉積溫度為200?450°C，氬氣為稀釋氣和載氣，臭 氧為氧化劑，沉積時間為〇. 5?2h。
[0013] 本發明的優點：
[0014] (1)采用在表面沉積Si02晶須的方法，不僅提高了纖維的力學性能，而且提高了玻 璃纖維表面的粗糙度，增大了纖維的比表面積，使纖維間的粘接強度得到提高。用這種纖維 制得的AGM隔板在鉛酸電池中不易坍塌，抗震性能好。
[0015] (2)采用等離子輔助化學氣相沉積法制得的Si02晶須純度較高，且與玻璃纖維基 體結合較好，成本較低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為具有晶須結構的玻璃纖維的微觀組織結構圖。
[0017] 10玻璃纖維；20 Si02晶須；30纖維表面缺陷。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明 而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價 形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定。
[0019] 實施例1
[0020] -種具有晶須結構的玻璃纖維，由玻璃纖維基體和Si02晶須組成。其中，玻璃纖 維長度為3mm，直徑為1 μ m，取向各不相同，雜亂排布。Si02晶須長度為0. 1 μ m，直徑為 〇· Ιμπι，覆蓋率達到5%。
[0021] 一種具有晶須結構的玻璃纖維的制備方法，包括下述步驟：
[0022] (1)采用離心噴吹法制備直徑為1 μ m的玻璃纖維。
[0023] (2)采用等離子輔助化學氣相沉積法在表面帶缺陷的玻璃纖維基體表面沉積Si02 晶須。沉積條件：源物質為正硅酸乙酯，沉積溫度為200°C，氬氣為稀釋氣和載氣，臭氧為氧 化劑，沉積時間為〇. 5h。
[0024] 該玻璃纖維表面粗糙，纖維間的粘接強度高，同時具有較好的力學性能。
[0025] 實施例2
[0026] -種具有晶須結構的玻璃纖維，由玻璃纖維基體和Si02晶須組成。其中，玻璃纖 維長度為8mm，直徑為5 μ m，取向各不相同，雜亂排布。Si02晶須長度為2 μ m，直徑為5 μ m， 覆蓋率達到20%。
[0027] -種具有晶須結構的玻璃纖維的制備方法，包括下述步驟：
[0028] (1)采用離心噴吹法制備直徑為5 μ m的玻璃纖維。
[0029] (2)采用等離子輔助化學氣相沉積法在表面帶缺陷的玻璃纖維基體表面沉積Si02 晶須。沉積條件：源物質為正硅酸乙酯，沉積溫度為450°C，氬氣為稀釋氣和載氣，臭氧為氧 化劑，沉積時間為2h。
[0030] 該玻璃纖維表面粗糙，纖維間的粘接強度高，同時具有較好的力學性能。
[0031] 上述僅為本發明的兩個【具體實施方式】，但本發明的設計構思并不局限于此，凡利 用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本發明保護的范圍的行為。但凡是 未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何形式的簡 單修改、等同變化與改型，仍屬于本發明技術方案的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種具有晶須結構的玻璃纖維，其特征在于由玻璃纖維基體和Si02晶須組成。
2. 根據權利要求1所述的玻璃纖維，其特征在于所述玻璃纖維基體的長度為3?8mm， 直徑為1?5μηι，取向各不相同，雜亂排布。
3. 根據權利要求1所述的玻璃纖維，其特征在于所述Si02晶須長度為0. 1?2 μ m，直 徑為0· 1?5μπι，覆蓋率達到5%?20%。
4. 一種具有晶須結構的玻璃纖維的制備方法，其特征在于包括下述步驟： (1) 采用離心噴吹法制備直徑為1?5 μ m的玻璃纖維。 (2) 采用等離子輔助化學氣相沉積法在表面帶缺陷的玻璃纖維基體表面沉積Si02晶 須。沉積條件：源物質為正硅酸乙酯，沉積溫度為200?450°C，氬氣為稀釋氣和載氣，臭氧 為氧化劑，沉積時間為0. 5?2h。
【文檔編號】C03C25/42GK104150789SQ201410389505
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月8日 優先權日:2014年8月8日
【發明者】陳照峰, 沙李麗 申請人:太倉派歐技術咨詢服務有限公司