[发明专利]一种环保型玻璃纤维及其制备方法

说明书

本发明公开的环保型玻璃纤维，由钱塘江流域淤泥、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、二氧化钛、三氧化钨、三氧化二钇、二氧化铈以及氧化锂按重量百分数配比组合而成。其制备过程包括，首先将钱塘江流域淤泥进行干燥、破碎、过筛，然后与其他组分一起混合，随后置于1400~1500℃温度下熔制成玻璃液，最后将玻璃液降温至1250~1350℃并拉丝。本发明以钱塘江流域的自来水厂在净化自来水过程中沉积或过滤出来的淤泥为主要原料，既减少了化工原料对环境的污染，同时又能够帮助自来水公司处理沉积物或过滤物，在保证玻璃纤维具有高性能的同时，最大程度的降低成本；此外，所使用的原料中不含硼和氟的化合物，废弃后填埋不影响环境，具有良好的工业应用价值。

技术领域

本发明涉及一种环保型玻璃纤维及其制备方法，属于材料科学技术领域。

背景技术

玻璃纤维是一种新型无机非金属功能材料和结构材料，具有拉伸强度高、弹性模量高、抗冲击性能好、化学稳定性好、抗疲劳性好、耐高温等一系列特点。玻璃纤维作为一种复合材料的增强材料，最初用于航空、航天和武器等军工领域，随着科学技术的进步和经济的发展，玻璃纤维在民用工业领域如电子、通讯、风力、汽车、体育器材、建筑补强等也得到了广泛的应用。但是其成型温度高，采用多种贵金属化合物原料，大大增加了生产成本，限制其商业化进程。

目前商业玻璃纤维产品主要有：美国的S玻璃纤维和Advantex玻璃纤维、欧洲的Hiper-tex玻璃纤维、日本的T玻璃纤维、法国的R玻璃纤维、俄罗斯的BMH玻纤和中国的HS玻璃纤维。这些玻璃纤维机械性能十分优越，但是生产成本过高，不符合目前保护环境节约资源的主题。例如，美国AGY公司生产的S-2^TM高强度玻璃纤维，其成分仅为硅、铝、镁的氧化物组成，其含量为SiO₂：65wt.%，Al₂O₃：25wt.%，MgO：10wt.%，该种纤维的优点是拉伸强度高(4600~4800 MPa)，但玻璃成型温度较高，其液相温度为1470 ℃，拉丝漏板温度高达1570℃，需使用特殊的耐火材料及铂、姥等贵金属材料制成内衬的窑炉进行熔制，拉丝工艺条件苟刻，生产成本高。

为了有效解决成本高这一难题，各大玻璃纤维企业及研究院从掺杂物以及原料入手不断的进行开发和改进。例如，重庆国际复合材料有限公司生产的高强度高模量玻璃纤维，在经典的SiO₂-Al₂O₃-MgO三元系统玻璃基础上，引入一定量的CaO以降低玻璃的熔化和纤维成型温度。同时加入TiO₂、ZrO₂、Li₂O、Fe₂O₃、CaF₂、Na₂O和K₂O，以改善玻璃熔制和纤维成型的工艺性，提高玻璃的模量、强度和耐化学侵蚀性能，其玻璃纤维的成型温度在1280 ℃左右；虽然大幅度降低了玻璃纤维熔制温度和熔制时间，但其拉伸强度仅为3600~3900MPa。此外，中国泰山玻璃纤维有限公司从原材料着手，采用硅砂、叶腊石、高岭土、明矾石、生石灰、氧化镁以及高炉渣一系列低成本原料制备一种高强度高模量玻璃纤维，其熔制温度为1470 ℃，拉丝温度为1310 ℃；但由于制备工艺繁琐，并采用水淬急冷处理没有足够的时间进行键之间的排列从而降低了玻璃纤维的强度，其纤维拉伸强度仅为3100~3500 MPa。

由于玻璃纤维在电子工业、改性塑料、运动器材、航空航天等方面的应用越来越广泛，生产过程中产生的废料和废气对环境造成的危害也越来越严重。2015年全国玻璃纤维产量约650万吨，其中仅仅在电子工业方面每年产生的废料量就高达4万多吨，掩埋和燃烧处理占用土地面积的同时也会造成空气污染，特别是含硼、氟等元素的玻璃纤维，对动植物和人体都会造成致命危害。因此，在保证玻璃纤维具有高性能的情况下，减少原材料成本，不掺杂硼和氟等污染源元素，并有效降低玻璃的熔制温度和拉丝操作温度，对批量生产低成本环境友好型玻璃纤维具有重要的意义。

发明内容