[发明专利]一种高强度玻璃纤维及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于纤维技术领域，涉及一种力学性能优异的高强度玻璃纤维及其制备方法和用途。

背景技术

用于制造连续玻璃纤维原丝的最常用的玻璃组合物为无碱玻璃，用它增强树脂可以得到性能优良的复合材料。但随着无碱玻璃纤维应用领域的日益扩大，就无碱玻璃纤维目前的力学性能来说，其已远远不能满足轻型军事武器、航空部件、特殊用途汽车部件以及风力发电等领域的要求，均需要寻求适合具有更高强度、耐腐蚀性及耐高温性良好质量轻的复合材料。

通过改进增强纤维可以使这种复合材料满足这些领域的更高要求。

针对以上情况，许多企业科研机构进行了大量研究，以想方设法提高玻璃纤维力学机械性能。如美国专利3402055，其拉伸强度比无碱玻璃纤维有显著提高，但其液相温度高达1471℃以上，拉丝漏板温度高达1571℃，生产难度十分大，增加了玻璃液对窑炉耐火材料的侵蚀，缩短了铂金漏板的寿命，大大提高了其生产成本，因此很难推广应用。如中国专利94111349.3，为了改善玻璃的析晶性能，较大量的引入了Fe₂O₄，但Fe₂O₃引入过量会降低玻璃液的透热性影响玻璃液的熔化性能，且明显使玻璃纤维着色，过多的Fe₂O₃也易被钼电极还原为单质铁，导致铂金漏板产生中毒事故。

鉴于以上情况，为满足军用、电子及民用等产业需要，本发明描述了一种既可以较无碱玻璃纤维大幅度提高力学机械性能，而又具有较高性价比的增强玻璃纤维。

CN102786223A公开了一种高强度玻璃纤维组合物，所述高强度玻璃纤维主要成份为：56-65wt％SiO₂，18.5-25.8wt％Al₂O₃，11.5-23.0wt％RO(RO是CaO、MgO、SrO和BaO之和)，0.1-1.0wt％CeO₂和0.1-0.8wt％Li₂O。但是所述纤维的比强度和比弹性模量还需要进一步提高才能满足其在风车叶片、航天飞机等领域的应用要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题，提出一种高强度玻璃纤维及其制备方法和用途，所述玻璃纤维的纤维化温度低，拉伸强度、耐温性、耐腐蚀性以及耐酸性均较高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种高强度玻璃纤维，所述玻璃纤维按重量百分含量计主要由如下原料制备得到：

煅烧氧化铝是采用“拜耳法”制得的高纯度氧化铝原料，经950-1200℃的温度下煅烧而得到α型氧化铝粉末；含水率≤1.0％，铁含量≤0.15％；所述各组分中均不含有氟和硼的化合物；

配方原料中所采用的高炉渣是炼钢后的产物，经以下步骤处理后才能使用；

1)采用的高炉渣是经过高温(1300℃)以上急冷(水淬)；该高炉渣中Fe的含量小于等于0.3％，且完全不含硼和氟等有害成分；

2)对急冷的高炉渣采用除铁设备去除含铁杂质后进行粉磨达到300目全通过的粒度要求，然后在均化仓内进行均化。

所述玻璃纤维中各原料的重量百分含量之和为100％。

所述玻璃纤维按重量百分含量计含有55-60％硅砂，如55％、56％、57％、58％、59％或60％等；20-23％锻烧氧化铝，如20％、21％、22％或23％等；7-10％高炉渣，如7％、8％、9％或10％等；5-9％CaO，如5％、6％、7％、8％或9％等，和8-10％MgO，如8％、9％或10％等。

本发明所述高强度玻璃纤维通过引入含Fe₂O₃较低的煅烧氧化铝代替叶腊石来减少杂质引入保证了改玻璃成分的纯度，最大可能地保留了该组合物的力学强度，同时也提高了玻璃液的透热性，降低能耗，稳定生产。本发明通过使用适量的高炉渣，根据具体需要引入约6-12％，来达到降低熔化难度和减少能耗的目的。

本玻璃配方在传统硅、铝、镁三元玻璃的基础上，通过调整硅、铝、镁的搭配比例使其处于高温稳定组成区域，并通过调整三者比例来保证了最终纤维的力学机械性能。

所述高强度玻璃纤维按重量百分含量计主要包括如下组分：

其中RO是CaO、MgO、SrO和BaO之和。