一種異形玻璃纖維及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及玻璃纖維技術領域，更具體地說，是涉及一種異形玻璃纖維及其制備 方法。
【背景技術】
[0002] 異形玻璃纖維，又稱異形截面玻璃纖維，是經一定幾何形狀的噴絲孔紡制的、具有 特殊截面形狀的玻璃纖維。由于異形玻璃纖維的截面可以形成不規則的幾何形狀，與傳統 的玻璃纖維相比，具有比表面積大、流動性好、光學效應好等特點，在軍工、汽車、船舶、信息 產業等領域具有更廣泛的應用前景。
[0003] 目前，異形玻璃纖維大多以普通無堿玻璃為生產原料，熔制成型。由于在成型過程 中，玻璃流股會借助表面張力的作用，在冷卻固化形成纖維之前能夠自行校圓，因此，異型 玻璃纖維的制備工藝對玻璃配方成分及各成分的配比有比較嚴格的控制，這樣才能滿足最 終產品能夠具有一定的異形比及填充率。
[0004] 但是，異形玻璃纖維由于組成成分的限制，產品的抗拉強度及拉伸模量無法滿足 高強度高模量領域的需要。
【發明內容】
[0005] 有鑒于此，本發明的目的在于提供一種異形玻璃纖維及其制備方法，本發明提供 的異形玻璃纖維具有較高的抗拉強度和拉伸模量。
[0006] 本發明提供了一種異形玻璃纖維，以摩爾百分數計，包括以下組分：
[0007] Si0257% ?62%;
[0008] Al20313% ?19% ;
[0009] CaOlO% ?15%;
[0010] Mg0 7% ?12%;
[0011] ZnOO.l%?3%;
[0012] Ti02l% ?1.5%;
[0013] Li20 0 ?0.5%;
[0014] Fe2030 ~ 0. 6% ；
[0015] K20 0 ?0.5%;
[0016] Na20 0 ?0.5%〇
[0017] 優選的，包括0? 05%?0? 2%的Li20。
[0018] 優選的，所述異形玻璃纖維的異形比為3. 6?4. 2。
[0019] 優選的，所述異形玻璃纖維的填充率為81 %?92%。
[0020] 本發明還提供了一種上述技術方案所述的異形玻璃纖維的制備方法，其特征在 于，包括以下步驟：
[0021] a)將上述技術方案所述異形玻璃纖維包括的組分混合，進行熔制，得到高溫玻璃 液；
[0022] b)將所述高溫玻璃液經漏板流出，依次進行冷卻、浸潤和卷繞，得到異形玻璃纖 維。
[0023] 優選的，所述步驟a)具體包括以下步驟：
[0024] 將上述技術方案所述異形玻璃纖維包括的組分混合，依次進行加熱、澄清和均化， 得到高溫玻璃液。
[0025] 優選的，所述加熱的溫度為1400°C?1460°C。
[0026] 優選的，所述澄清的時間為20h?30h。
[0027] 優選的，步驟b)中所述冷卻的溫度為1250 °C?1350 °C。
[0028] 優選的，步驟b)中所述浸潤過程所用的浸潤劑為環氧成膜劑、聚酯類成膜劑、聚 醋酸乙烯類成膜劑、丙烯酸酯類成膜劑和聚氨酯成膜劑中的一種或多種。
[0029] 本發明提供了一種異形玻璃纖維及其制備方法，所述異形玻璃纖維以摩爾百分數 計，包括以下組分：Si0 25 7%?62% ;A120313%?19% ;CaO 10%?15% ;MgO 7%?12% ; ZnOO. 1%?3% ;Ti02l%?1. 5% ;Li20 0 ?0? 5% ;Fe2030 ?0? 6% ;K20 0 ?0? 5% ;Na20 0?0. 5%。與現有技術相比，本發明提供的異形玻璃纖維通過控制配方成分及各成分的含 量，制備得到了具有較高的抗拉強度和拉伸模量的異形玻璃纖維，同時產品具有較高的填 充率和穩定的異形比。實驗結果表明，本發明提供的異形玻璃纖維縱向抗拉強度可以達到 4728MPa以上，橫向抗拉強度可以達到3699MPa以上，拉伸模量可以達到105GPa以上。
【附圖說明】
[0030] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0031] 圖1為本發明實施例1?3提供的異形玻璃纖維的橫截面的示意圖；
[0032] 圖2為本發明實施例4?6提供的異形玻璃纖維的橫截面的示意圖；
[0033] 圖3為本發明實施例提供的異形玻璃纖維生產工藝流程圖；
[0034] 圖4為橢圓形漏嘴的漏板的結構示意圖；
[0035] 圖5為二葉形漏嘴的漏板的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面將結合本發明實施例，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所 描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例， 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，都屬于本發 明保護的范圍。
[0037] 本發明提供了一種異形玻璃纖維，以摩爾百分數計，包括以下組分：
[0038] Si0257% ?62%;
[0039] Al20313% ?19% ;
[0040] CaOlO% ?15%;
[0041] Mg0 7% ?12%;
[0042] ZnOO.l%?3%;
[0043] Ti02l%?1.5%;
[0044] Li20 0 ?0.5%;
[0045] Fe2030 ~ 0. 6% ；
[0046] K20 0 ?0.5%;
[0047] Na20 0 ?0.5%。
[0048] 本發明對所有原料的來源沒有特殊限制，為市售即可。
[0049] 在本發明中，所述Si02是形成玻璃網絡的主要氧化物之一，具有提高玻璃機械性 能、化學穩定性和熱穩定性的作用，但是，Si0 2含量過高會增加玻璃的粘度和熔化溫度，使 玻璃纖維難以成型。本發明提供的異形玻璃纖維，以摩爾百分數計，包括57%?62%的 Si0 2，優選為59%?60%。本發明提供的Si(V#量既能保證得到的異形玻璃纖維具有優異 的性能，又利于異形玻璃纖維的成型。
[0050] 在本發明中，所述A1203也是形成玻璃網絡多主要氧化物之一，具有降低玻璃析 晶傾向和改善玻璃網絡結構的作用；但是，A1 203含量過低會產生分相，導致玻璃水解性變 差，而A1203含量過高會使玻璃粘度過大，熔制溫度升高，導致玻璃成纖困難，還容易出現析 晶問題。本發明提供的異形玻璃纖維，以摩爾百分數計，包括13%?19%的A1 203，優選為 14. 8%?17. 8%，更優選為15. 9%?16. 9%。本發明提供的A1203含量使得到的異形玻璃 纖維具有較低的粘度，易于成型，同時避免析晶的出現。
[0051] 在本發明中，所述CaO為玻璃結構網絡外體氧化物，具有降低玻璃高溫粘度和改 善玻璃料性的作用，適合的CaO含量對提高玻璃網絡結構的穩定性有重要作用。本發明提 供的異形玻璃纖維，以摩爾百分數計，包括10%?15%的CaO,優選為11 %?13%。本發明 提供的CaO含量使得到的異形玻璃纖維具有較高的結構穩定性。
[0052] 在本發明中，所述MgO也是玻璃結構網絡外體氧化物，具有降低玻璃高溫粘度和 改善玻璃料性的作用，適合的MgO含量對提高玻璃網絡結構的穩定性有重要作用。本發明 提供的異形玻璃纖維，以摩爾百分數計，包括7%?12%的MgO,優選為9%?12%，更優選 為9%。本發明提供的MgO含量使得到的異形玻璃纖維具有較高的結構穩定性和較低的高 溫粘度。
[0053] 在本發明中，所述ZnO具有提高玻璃結構強度的作用，同時作為助溶劑，起到降低 玻璃粘度的作用，適合的ZnO含量對提高玻璃網絡結構的強度和降低玻璃高溫粘度有重 要作用。本發明提供的異形玻璃纖維，以摩爾百分數計，包括〇. 1%?3%的ZnO,優選為 0. 2%?1. 5%。本發明提供的ZnO含量使得到的異形玻璃纖維具有較高的結構強度和較低 的高溫粘度。
[0054] 在本發明中，所述1102具有改善玻璃高溫流動性和析晶傾向，提高玻璃纖維拉伸 模量和耐腐蝕性能的作用，但是11〇 2含量過高，容易產生析晶。本發明提供的異形玻璃纖 維，以摩爾百分數計，包括1%?1. 5%的Ti02，優選為1. 2%。本發明提供的1102含量使得 到的異形玻璃纖維具有較好的高溫流動性、較高的拉伸模量和耐腐蝕性，同時具有較好的 析晶性能。
[0055] 在本發明中，所述Li20可以降低玻璃粘度與成型溫度，同時還可以降低液相線 溫度，提高拉絲穩定性。本發明提供的異形玻璃纖維，以摩爾百分數計，包括0?0. 5%的 Li20,優選為0? 05 %?0? 2 %，更優選為0? 1 %。
[0056] 在本發明中，所述Fe203有助于玻璃纖維制備過程中的熱量傳遞，降低生產成本。 本發明提供的異形玻璃纖維，以摩爾百分數計，包括〇?〇. 6%的F