一种高模量玻璃纤维的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种玻璃纤维，尤其涉及一种高模量玻璃纤维，属于无机非金属材料
技术领域。
【背景技术】
[0002] 玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，它具有高比强度、高比模量、电绝缘 性好、耐热性强、抗腐蚀性好等诸多优点，是目前树脂基复合材料中应用最广泛的增强基 材，使用比例超过了 90%。
[0003] 随着玻璃纤维复合材料应用领域的不断扩展，工业上对玻璃纤维的性能要求也在 不断提高，特别是在风电、航空航天、船舶、军工、汽车等领域，这些领域对材料的耐疲劳性、 稳定性、强度等都有着更严格的要求，因而对作为增强基材的玻璃纤维而言，追求更优异的 机械性能、尤其是更高的拉伸模量或更高的比模量也就成为迫切的任务。
[0004] 普通E玻璃纤维的拉伸模量约为72GPa，高强S玻璃纤维的拉伸模量可达 83-88GPa。为了获得更高模量的玻璃纤维，美国曾开发了YM-31A、970S等高模量玻璃纤维， 其拉伸模量高达l〇7GPa，但由于这类玻璃熔化温度高导致生产成本高，而且液相温度和拉 丝成型温度接近易析晶导致成型困难，使得高模量玻璃纤维一直无法实现工业化推广。 [0005] 虽然使高模量玻璃纤维达到大规模生产化面临很多难题，但鉴于高模量玻璃纤维 的巨大应用价值，人们一直没有停止过相关研究的步伐。
[0006] 经过实践和研究表明：玻璃纤维的化学成分及比例最终会影响到玻璃纤维成型的 质量。玻璃液本身的粘度和结晶性是影响玻璃液质量的主要指标之一，也间接影响玻璃纤 维的成型温度、液相温度以及玻璃密度等性能参数，关系到玻璃纤维拉丝过程能否连续进 行及加工成本。
[0007] 发明专利W02004110944公开了一种具有高的比杨氏模量的玻璃纤维，其基本组 成为：50-65wt% 的Si02,12-20wt% 的Al2O3,13-16wt% 的CaO, 6-12wt% 的MgO, 0-3wt% 的 TiO2,0-3wt% 的B2O3,0-Iwt% 的F2，O-Iwt% 的Fe2O3,0-2wt% 的K2ONa2O。这种玻璃纤维 比杨氏模量可达35MPa/kg/m3以上，拉丝成型温度基本不超过1300°C，液相线温度不超过 1280。。。
[0008] 发明专利W02006064164也公开了一种具有高的比杨氏模量的玻璃纤维，其 基本组成为：50-65wt% 的Si02,12-20wt% 的Al2O3,12-17wt% 的Ca0,6-12wt% 的MgO， 0? 1-0. 8wt% 的Li20,0-3wt% 的BaO+SrO, 0-3wt% 的Ti02,0-3wt% 的B203,0-Iwt% 的F2， 0-lwt%的？6203,0-2被％的K20+Na20。这种玻璃纤维比杨氏模量（比模量=拉伸模量/玻 璃密度）。可达36MPa/kg/m3,拉丝成型温度基本不超过1300°C，液相线温度不超过1250°C。
[0009] 专利W02007055968公开了 一种高性能玻璃纤维组合物，其基本组成为： 60. 5-70. 5wt% 的Si02,10-24. 5wt% 的Al2O3,6-20wt% 的RO(MgO、CaO、SrO以及BaO之和）， 0-3wt%的碱金属氧化物。这种玻璃纤维的拉伸模量可达12. 6KPSI(约为86. 9GPa)，成型温 度不超过2650°F(约为1454°C)。
[0010] 美国发明专利USPA20100160140公开了一种高性能玻璃纤维组合物，其基本组 成为：62-68wt% 的Si02, 22-26wt% 的Al2O3,8-15wt% 的MgO, l-2wt% 的Li20。据称这 种玻璃纤维的拉伸模量可达12. 8KPSI(约为88. 3GPa)，但其成型温度过高，基本都超过 2600°F(约为1427°C)，能耗大，而且液相温度偏高、液相温度和拉丝成型温度接近导致纤 维成型比较困难。
[0011] 总的来看，虽然人们在提高玻璃纤维拉伸模量方面已经做了大量努力，也取得了 很大的进展，但仍然存在玻璃纤维拉伸模量的提高受到纤维成型温度较高、成型温度和液 相温度过于接近的问题制约，而使加工成本高无法实现工业化推广。而本领域技术人员都 知道，玻璃纤维拉伸模量在现有基础上若提高lGPa，其加工成本会由于效率降低或对加工 装置的要求提高而增加至20%以上甚至翻一倍~几十倍。因此，若能实现拉伸模量超过 88. 3GPa甚至达到90GPa以上，同时降低玻璃纤维生产成本或维持原成本是玻璃纤维生产 领域的技术瓶颈，目前仍面临很多技术难题。
【发明内容】
[0012] 基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种高模量玻璃纤维，极大提升了玻璃 纤维的机械性能，使拉伸模量提高到90GPa以上，稳定性增强，同时生产成本较低，可实现 大规模工业化生产，现实了玻璃纤维加工领域的技术突破。
[0013] 本发明的技术内容：
[0014] 一种高模量玻璃纤维，其特征在于包括：59-61wt%的Si02，16-18wt%的Al2O3, 9. 2-10. 9wt% 的Ca0,9. 5-12wt% 的Mg0,0-5 % 的Be0,0-1. 2wt% 的Ti02,0-0. 6wt% 的 Fe203,0. 1-0. 8wt% 的Na20+K20。
[0015] 还包括总含量不超过2wt%的ZrOjPZnO中的一种或两种。
[0016] 优选的，所述3102的含量为60-61wt%。
[0017] 优选的，所述Al2O3的含量为16. 5-17. 5wt%。
[0018] 优选的，所述CaO的含量为10-10. 9wt%。
[0019] 优选的，所述MgO的含量为10-1Iwt%。
[0020] 优选的，所述BeO的含量为1-3%。
[0021] 优选的，所述1102的含量为0? 4-lwt%。
[0022] 优选的，所述Fe2O3的含量为0? 1-0. 5wt%。
[0023] 优选的，所述Na2OK2O的总含量为0. 4-0. 8wt%。
[0024] 本发明的技术效果：
[0025] 本发明的一种高模量玻璃纤维配方，精确控制了Si02、A1203、CaO和MgO这四种主 要组分的含量和配比关系，保证了玻璃纤维具有良好的力学性能和成型性能，拉伸模量获 得了显著提高；合理调整CaO、MgO和BeO这三种组分的含量和比例，降低了玻璃密度，从 而提升了玻璃纤维拉伸模量的同时也大幅提高了比模量。并且在保证主要组分引入的同 时控制次要组分以有害物质的引入量，使得具有有益效果的次要组分包括Ti02、Fe2O3以及 Na20+K20,不引入有害物质Li2O,只作为杂质元素引入，不含硼、氟，降低对玻璃纤维性能的 损害，保证玻璃纤维的机械性能和化学稳定性。因此，相对于现有技术中的玻璃纤维，本发 明的玻璃纤维整体配方使得玻璃纤维综合性极大改善，玻璃纤维拉伸模量和比模量大幅提 高，同时拉丝成型温度与液相温度的差值满足玻璃纤维生产的一般要求，避免析晶，且拉丝 成型温度不会过高，加工成本较低，可实现规模化生产。
[0026] 其中，二氧化硅（SiO2)是形成玻璃网络的主要氧化物之一，它主要起提高玻璃的 机械性能、化学稳定性和热稳定性的作用，但含量过高会增加玻璃的粘度和熔化温度，使玻 璃纤维难以成型。本发明SiO2含量为59-6Iwt%，优选为60wt% -6Iwt%。
[0027] 氧化铝（Al2O3)也是形成玻璃网络的主要氧化物之一，它具有降低玻璃析晶倾向、 改善玻璃网络结构的作用，但若Al2O3含量超过2Iwt%，又会使得玻璃粘度过大，玻璃成纤 困难，还容易出现析晶问题。本发明Al2O3含量为16-18wt%，优选为16. 5-17. 5wt%。
[0028] 氧化钙（CaO)、氧化镁（MgO)和氧化铍（BeO)都属于玻璃结构网络外体氧化物，具 有降低玻璃高温粘度、改善玻璃料性的作用，同时合适的含量和比例还有助于提高玻璃网 络结构的稳定性。本发明所述CaO含量为9. 5-10. 9wt%，MgO含量为9. 5-12wt%，BeO的含 量为0-5 %，优选为CaO含量为10-10. 9wt%，MgO含量为10-1Iwt%，BeO为1-3 %。其中 CaO对玻璃密度影响比重较大，一般的，密度随CaO含量增加而增大，BeO原子半径较小，离 子聚合力非常强，能够大幅提升玻璃的弹性模量。因此适当调整三种组分的含量使密度降 低，弹性模特提高，从而大幅提升材料的比模量。
[0029] 按照本发明的研究表明，二氧化钛（TiO2)的添加有助于改善玻璃高温流动性和析 晶倾向，提高玻璃纤维拉伸模量和耐腐蚀性能。但二氧化钛的含量不宜超过2wt%，否则容 易析晶。本发明中的1102的含量为0?l-1.2wt%，优选为0.4-lwt%。
[0030] 氧化铁（Fe2O3) -般不单独添加，通常都由其它矿物原料带入。少量的Fe2O3有利 于池窑热量传递，但如果含量过高，就会阻碍热量辐射到池窑底部，对玻璃纤维的澄清、均 化不利。本发明氧化铁含量限定为0.卜〇. 6wt%，优选为0. 1-0. 5wt%。
[0031] Na2O和K2O添加到本发明的玻璃组合物中，它们有助于降低玻璃粘度，改善玻璃析 晶倾向。本发明中.0和K2O主要由其它原料带入，基本不专门添加。本发明中Na2OK2O 含量为0. 1-0. 8%，优选的，Na2OK2O含量为0. 4-0. 8%。
[0032] 按照本发明，作为优选方案，在不影响玻璃纤维成型性能的前提下，本发明玻璃纤 维组合物还可以含有总量不超过2wt%的Zr02、ZnO中的一种或两种，它们的加入可以进一 步提高玻璃纤维的拉伸模量。但由于这些原料成本较高，一般根据应用领域的需要选择使 用。
[0033] 另外，本发明不含Li2O,它会加速玻璃