[发明专利]一种易于规模化生产的高性能玻璃纤维组合物以及玻璃纤维

说明书

本发明提供了一种易于规模化生产的高性能玻璃纤维组合物以及玻璃纤维，所述组合物包括如下组分：SiO₂ 58.2wt％～60.4wt％；Al₂O₃ 16.5wt％～19.8wt％；SiO₂与Al₂O₃的总含量76wt％～79wt％；Al₂O₃/SiO₂质量分数比值0.27～0.34；CaO 9wt％～10.5wt％；MgO 10.1wt％～11.6wt％；CaO与MgO的总含量20.1wt％～21.5wt％；MgO/CaO质量分数比值1.01～1.27；B₂O₃ 0～3.0wt％；B₂O₃与SiO₂的总含量58.5wt％～62.2wt％；TiO₂ 0.2wt％～1.5wt％；Fe₂O₃ 0.1wt％～0.5wt％；Na₂O、K₂O与Li₂O的总含量0.2wt％～1.0wt％；其余杂质组分总含量不超过1wt％。本发明通过精确限定玻璃组合物的成分组成及部分组分之间的特定关联关系，得到了一种易于规模化生产的高性能玻璃纤维，它具有优异的力学性能和较低的生产难度，可以在现有技术条件下较低成本的实现规模化生产。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，尤其涉及一种高性能玻璃纤维。

背景技术

玻璃纤维属于无机非金属材料，它具有机械强度高、电绝缘性好、耐热性强、物理化学性质稳定等诸多优点，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、石化、能源、电力、建筑等诸多领域，是目前应用量最大的无机纤维增强材料。由于主要用作增强基材，玻璃纤维的力学性能就显得尤为重要，因此，开发出力学性能越来越优异、同时还易于实现规模化生产的玻璃纤维组合物是广大行业技术人员一直的追求。

基于硅酸盐玻璃基本理论，力学性能优异的玻璃纤维从组分上可分为S玻璃和R玻璃两大类。S玻璃属于SiO₂-Al₂O₃-MgO体系，其典型组成为：65wt％的SiO₂，25wt％的Al₂O₃，10wt％的MgO。S玻璃纤维理论单丝强度高达4500MPa，弹性模量超过85GPa，力学性能非常优异。但它的成型温度超过了1470℃，且极易析晶，生产难度很大，目前条件下很难实现大规模推广应用。R玻璃属于SiO₂-Al₂O₃-CaO-MgO体系，其碱土金属氧化物含量更高，一般被认为是生产难度和力学性能的一种折衷，比起S玻璃，虽然更具有规模化生产可行性，但力学性能有所降低。

申请号为CN200480015986.4的专利公开了一种玻璃纤维组合物，它含有50～65wt％的SiO₂，12～20wt％的Al₂O₃，13～16wt％的CaO，6～12wt％的MgO，0～3wt％的B₂O₃，0～3wt％的TiO₂，0～2wt％的K₂O+Na₂O。该玻璃纤维属于R级玻璃，通过控制Al₂O₃和CaO含量获得了较好的力学性能和熔化性能。但该专利中CaO含量偏高，MgO含量偏低，导致比模量只有35-36MPa.kg^-1.m³，难以满足更高性能的需求。