專利名稱：高強(qiáng)度玻璃纖維成分的制作方法
高強(qiáng)度玻璃纖維成份，屬于特種玻璃纖維成份領(lǐng)域。
玻璃纖維是一種性能優(yōu)良的無機(jī)纖維材料，用它增強(qiáng)樹脂可以制得性能優(yōu)良的復(fù)合材料。一般無堿玻璃纖維單絲拉伸強(qiáng)度大約在3038～3430MPa，這樣的強(qiáng)度還遠(yuǎn)不能滿足諸如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、導(dǎo)彈殼體、輕型軍事武器，飛機(jī)構(gòu)件等高性能復(fù)合材料產(chǎn)品需要。自六十年代以來，各國競(jìng)相開發(fā)研究出各種成份的高強(qiáng)度玻璃纖維，它們的強(qiáng)度大約在3920～4580MPa以上，用它們制得的復(fù)合材料，強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，主要適用于航天、航空、軍事武器等方面。
縱觀現(xiàn)有的各種高強(qiáng)度玻璃纖維成份，有的成份如美國專利3402055，玻璃成型溫度較高，在我國難以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，其液線溫度為1471℃，拉絲漏板溫度高達(dá)1571℃。有的如英國專利1006524，其成份設(shè)計(jì)不夠合理。例如其氧化鋁(Al2O3)在玻璃中不是最佳緊密堆積狀態(tài);氧化鋰(Li2O)引入量過大，不僅提高了成本，而且降低了化學(xué)穩(wěn)定性;它的氧化鐵(Fe2O3)含量偏少，未能充分發(fā)揮它的助熔作用，而且還引入了較多量的有毒物質(zhì)-氧化銻(Sb2O3)作澄清劑，既影響人體健康，又易造成環(huán)境污染。
本發(fā)明的目的，在于針對(duì)上述存在的問題，提出一種合理的高強(qiáng)度玻璃纖維成份設(shè)計(jì)，它充分利用了我國資源豐富的原料，在保證得到高的玻璃纖維強(qiáng)度的前提下，又考慮到使玻璃纖維成型溫度降低，所有原料都不含有毒物質(zhì)，總體成本較低，適合我國國情，易于在我國進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，它由二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)氧化鎂(MgO)、氧化鋰(Li2O)、三氧化二鐵(Fe2O3)、三氧化二硼(B2O3)和氧化鈰(CeO2)組成，它們的成份配比(重量百分比)是二氧化硅(SiO2)占50～60%，三氧化二鋁(Al2O3)23.5～26.5%，氧化鎂(MgO)10～19%，氧化鋰(Li2O)0～1.0%，三氧化二鐵(Fe2O3)0.5～1.5%，三氧化二硼(B2O3)0～4%，氧化鈰(CeO2)0.5～8.0%。
在SiO2-Al2O3-MgO玻璃系統(tǒng)中，隨著Al2O3含量的增加，玻璃結(jié)構(gòu)致密，玻璃纖維強(qiáng)度隨之提高，但超過26.5%以后由于Al2O3配位數(shù)的改變，反而使玻璃結(jié)構(gòu)松弛，造成強(qiáng)度降低，因此合理的設(shè)計(jì)Al2O3的最高含量不應(yīng)超過26.5%。
Li2O引入量不宜過大，因?yàn)檫^量的Li2O容易破壞玻璃結(jié)構(gòu)中的硅結(jié)構(gòu)Si-O-Si鍵而形成Si-O-Li鍵，這樣就造成了玻璃微裂紋增多，強(qiáng)度下降，而且碳酸鋰(Li2CO3)原料價(jià)格昂貴，明顯地提高了成本。
Fe2O3的引入有利于玻璃的熔制，改善析晶性能，在全電熔熔制高強(qiáng)玻璃過程中，較多量的Fe2O3將能保證玻璃熔制質(zhì)量的均勻，從而保證玻璃的高強(qiáng)度。
為了確保玻璃液的澄清質(zhì)量，充分均化玻璃，排除玻璃中氣泡，成份中還加入了我國資源豐富的稀土澄清劑-CeO2，它不僅在高溫下具有良好的澄清作用，且無毒。
采用本發(fā)明的高強(qiáng)度玻璃纖維成份熔制的玻璃纖維，其單絲拉伸強(qiáng)度高達(dá)4363～5047MPa，比無堿玻璃纖維高44～66%，玻璃的液線溫度為1340～1370℃，拉絲漏板溫度小于1450℃，不含有毒物質(zhì)。其比重小與樹脂相容性好，價(jià)格低。
實(shí)施例 按上表所列各配方的化學(xué)組成計(jì)算出各種原料所需用量。如配制100kg例1玻璃需準(zhǔn)確稱取56.11kg石英粉(含SiO2為98%左右)14.48kg氧化鎂(工業(yè)純)27.08kg氧化鋁(工業(yè)純)7.65kg硼酸(工業(yè)純)0.78kg鐵紅粉(工業(yè)純)2.77kg碳酸鋰(工業(yè)純)以及1.50kg氧化鈰(工業(yè)純)。先將碳酸鋰、鐵紅粉、氧化鈰、三種小料預(yù)混合，再同其它原料放在玻璃混料機(jī)中充分混合均勻，制成玻璃配合料，將此配合料加入全電熔的窯爐中，熔制溫度1560℃以上，熔制好的玻璃經(jīng)過充分均化制成玻璃球或料塊，用此料塊在1500℃以上借助鉑銠合金漏板拉制成高強(qiáng)玻璃纖維使用。
權(quán)利要求
1.高度玻璃纖維成份由二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鋰(Li2O)、三氧化二鐵(Fe2O3)、三氧化二硼(B2O3)組成，其特征在于還含有氧化鈰(CeO2)，它們的成份配比(重量百分比)是二氧化硅(SiO2)占50～60%，三氧化二鋁(Al2O3)23.5～26.5%，氧化鎂(MgO)10～19.5%，氧化鋰(Li2O)0～1.0%，三氧化二鐵(Fe2O3)0.5～1.5%，三氧化二硼(B2O3)0～4%，氧化鈰(CeO2)0.5～8.0%。
全文摘要
高強(qiáng)度玻璃纖維成分，屬于特種玻璃纖維成分領(lǐng)域。它由二氧化硅(SiO
文檔編號(hào)C03C13/00GK1113893SQ94111349
公開日1995年12月27日 申請(qǐng)日期1994年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月7日
發(fā)明者陳漢儀, 施玉棠, 祖群, 張振坤, 孫杏國, 梁中全 申請(qǐng)人:國家建筑材料工業(yè)局南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院