一種玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復合材料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種玻璃纖維組合物，尤其涉及一種能作為先進復合材料增強基材的 高性能玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復合材料。
【背景技術】
[0002] 玻璃纖維屬于無機纖維材料，用它增強樹脂可制得性能優(yōu)良的復合材料。高性能 玻璃纖維作為先進復合材料的增強基材，最初主要應用于航空、航天、兵器等國防軍工領 域。隨著科技的進步及經(jīng)濟的發(fā)展，高性能玻璃纖維在民用、工業(yè)領域如電機、風力葉片、壓 力容器、海上石油管道、體育器材、汽車行業(yè)得到了廣泛應用。
[0003] 自從美國歐文斯科寧公司（簡稱OC公司）開發(fā)出S-2玻璃纖維后，各國競相開發(fā) 生產(chǎn)各種成分的高性能玻璃纖維，如法國圣戈班公司開發(fā)的R玻璃纖維、美國OC公司開發(fā) 的HiPer-tex玻璃纖維、中國南京玻璃纖維研究設計院開發(fā)的高強2#玻璃纖維等。最初的 高性能玻璃成分以MgO-Al 2O3-SiO2系統(tǒng)為主體，典型方案如美國OC公司的S-2玻璃，不過 它的生產(chǎn)難度過大，成型溫度高達1571°C左右，液相線溫度達到1470°C，難于實現(xiàn)大規(guī)模 工業(yè)化生產(chǎn)。OC公司主動放棄了生產(chǎn)S-2玻璃纖維，將其專利權轉讓給了美國AGY公司，后 者一直致力于小規(guī)模生產(chǎn)S型玻璃纖維及其改進產(chǎn)品。
[0004] 隨后，為了降低玻璃的熔化溫度及成型溫度使其能更好地滿足規(guī)?；馗G生產(chǎn)的 要求，國外各大公司陸續(xù)開發(fā)了以MgO-CaO-Al 2O3-SiO2系統(tǒng)為主體的高性能玻璃，典型方案 如法國圣戈班公司的R玻璃和美國OC公司的HiPer-tex玻璃，這是一種以犧牲部分玻璃性 能換取生產(chǎn)規(guī)模的折衷策略，不過由于設計方案過于保守，尤其是將Al 2O3含量保持在20 % 以上，優(yōu)選25%，造成生產(chǎn)難度依然很高，雖然實現(xiàn)了小規(guī)模的池窯化生產(chǎn)，但生產(chǎn)效率低 下、產(chǎn)品性價比不高。因此，OC公司也放棄了生產(chǎn)HiPer-tex玻璃纖維，將其專利權轉讓給 了歐洲3B公司。2007年前后，由于OC公司和圣戈班公司的玻纖業(yè)務合并成立OCV公司， R玻璃纖維的核心技術也相應轉讓給了 OCV公司。傳統(tǒng)的R玻璃成型困難，成型溫度達到 14KTC左右，液相線溫度達到1330°C，這也造成玻璃纖維拉制上的困難，同樣難于實現(xiàn)大規(guī) 模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005] 另外，還有一種改良的R玻璃纖維，這種玻璃纖維具有比傳統(tǒng)E玻璃纖維高得多的 強度及模量，熔化和拉制狀態(tài)也優(yōu)于傳統(tǒng)R玻璃纖維，但是該玻璃的析晶風險較大，同時由 于Li 2O的引入量過大，不僅降低玻璃的化學穩(wěn)定性，而且大幅提高了原料成本，也不利于大 規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006] 高強2#玻璃纖維的主要成分也包括Si02、A120 3、MgO,同時還引入了部分Li20、 B203、CeO2和Fe2O3，它也具有較高的強度及模量，且其成型溫度只有1245°C左右，液相線溫 度為1320°C，兩者的溫度均比S玻璃纖維低得多，但其成型溫度比液相線溫度低卻不利于 玻璃纖維的良好拉制，必須提高拉絲溫度，采用特殊形式的漏嘴，以防止拉絲過程中發(fā)生玻 璃失透現(xiàn)象，這造成溫度控制上的困難，也難于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007] 出于生產(chǎn)方式的限制，即由于不能實現(xiàn)池窯的規(guī)模化生產(chǎn)，現(xiàn)階段高性能玻璃纖 維的制造成本和售價都非常昂貴，產(chǎn)量因此受到嚴重制約，其用途僅限于航空、航天，以及 國防軍工等領域，不能夠全面滿足諸如大功率風力發(fā)電葉片、高壓管道、壓力容器等新型行 業(yè)對高性能玻璃纖維的大量需求。

【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明旨在解決上面描述的問題。本發(fā)明的目的是提供一種高性能玻璃纖維組合 物，該玻璃纖維組合物在擁有高力學性能的基礎上，克服了傳統(tǒng)高性能玻璃纖維成型溫度 高、液相線溫度高，玻璃液澄清均化困難，難于進行大規(guī)模生產(chǎn)的問題，極大地提高了玻璃 液的質量，同等條件下大幅降低了玻璃中的氣泡數(shù)量，同時具有異常出色的玻璃折射率，大 大提高了玻纖制品的通透性。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種玻璃纖維組合物，所述玻璃纖維組合物含有下 述組分，各組分的含量以重量百分比表示如下：
[0010]
[0011]
【主權項】
1. 一種玻璃纖維組合物，其特征在于，所述玻璃纖維組合物含有下述組分，各組分的含 量以重量百分比表示如下：
并且，重量百分比的比值Cl = Li2CVBi2O3大于1，重量百分比的比值C2 = (MgO+SrO)/ CaO的范圍為0. 4-1，重量百分比的比值C3 = MgCV(MgCHSrO)大于0. 7。
2. 根據(jù)權利要求1所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，重量百分比的比值Cl = Li2O/ Bi2O3的范圍為2-12。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，重量百分比的比值C2 = (MgO+SrO)/CaO 的范圍為 0· 45-0. 9,重量百分比的比值 C3 = MgCV(MgCHSrO)大于 0· 85。
4. 根據(jù)權利要求1或2所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，CaO的含量以重量百分比 表不為大于9. 5 %且小于12%。
5. 根據(jù)權利要求1所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，Bi2O3的含量以重量百分比表 示為 0· 02-0. 35%。
6. 根據(jù)權利要求1所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，各組分的含量以重量百分比 表示如下： SiO2 58-62%
并且，重量百分比的比值Cl = Li2CVBi2O3大于I，重量百分比的比值C2 = (MgO+SrO)/ CaO的范圍為0. 45-0. 9,重量百分比的比值C3 = MgCV(MgCHSrO)大于0. 85。
7. 根據(jù)權利要求1或6所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，SrO的含量以重量百分比 表示為 0· 02-1. 5%。
8. 根據(jù)權利要求1或5所述的玻璃纖維組合物，其特征在于，各組分的含量以重量百分 比表示如下：
并且，重量百分比的比值Cl = Li2CVBi2O3的范圍為2-12,重量百分比的比值C2 = (MgO+SrO)/CaO 的范圍為 0· 45-0. 9,重量百分比的比值 C3 = MgCV(MgCHSrO)大于 0· 85。
9. 一種玻璃纖維，其特征在于，所述玻璃纖維由如權利要求1-9中任一項所述的玻璃 纖維組合物制成。
10. -種復合材料，其特征在于，所述復合材料包括如權利要求9所述的玻璃纖維。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復合材料。其中，玻璃纖維組合物含有的各組分的含量以重量百分比表示如下：SiO2為56-64％，Al2O3為12-18％，Na2O為0.1-1％，K2O為0.1-1％，F(xiàn)e2O3為0.1-1％，Li2O+Bi2O3為0.05-1％，CaO+MgO+SrO為19-25％，TiO2為0.1-1.5％，CeO2為0-1％，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3大于1，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范圍為0.4-1，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.7。該組合物降低玻璃的氣泡數(shù)量、粘度及析晶風險，更適于大規(guī)模池窯生產(chǎn)。
【IPC分類】C03C13-02
【公開號】CN104743888
【申請?zhí)枴緾N201410487975
【發(fā)明人】曹國榮, 章林, 邢文忠, 顧桂江
【申請人】巨石集團有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年9月22日