[發明專利]以高爐礦渣和石英砂為原料的無硼低介電常數玻璃纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201410425928.4
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN104150781B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 岳云龍;張學紅;黃三喜;李升
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C03C13/02
• 分類號: C03C13/02;C03C6/10
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所37218
• 代理人: 賈波

技術領域

本發明涉及了使用高爐礦渣制備低介電常數玻璃纖維，可以用作印刷電路板的增強材料。

背景技術

近些年來，工業化與城市化的快速進程加速了廢棄物的產生，占用了大面積的廢渣填埋場地，把這些工業廢棄物轉變成有用的產品可以解決這一問題。高爐礦渣是眾多工業廢棄物中的一種，產生于鋼鐵冶煉過程中。高爐礦渣是煉鐵生產過程中從高爐排出的副產品。在煉鐵生產時，除了向高爐加入鐵礦石、燃料等入爐原料外，還需要加入相當數量的石灰石、白云石作為助熔劑和造渣劑，當爐溫高達1400-1600℃時，助熔劑與鐵礦石發生高溫反應生成鐵和爐渣，高爐礦渣就是由脈石、灰分、助熔劑和其他不能進入生鐵中的雜質所組成的易熔物質。隨著我國鋼鐵工業的發展，高爐渣的排放量日益增大。在全世界范圍內，每年會產生高達175-225萬噸的高爐礦渣。出于廢棄物填埋政策與環境保護的考慮，許多公司將回收利用這些廢棄物。高爐礦渣是一種潛在的資源，其主要成分為CaO、SiO₂、MgO和Al₂O₃等，可以用來制備玻璃或者微晶玻璃材料。因此將這些廢棄物轉變成性能優良的產品，既可以解決環境問題，實現可持續發展，還能為企業降低生產成本，提高經濟效益。

鋁硅酸鹽體系玻璃纖維是電子工業的基礎材料，主要作為印刷電路板的增強材料，但同時還應具備優異的介電性能，較低的介電常數有利于電子器件工作中信號的高效傳輸。隨著信息技術的快速發展，對印刷電路板的介電性能提出了更高的要求，因此具備優異介電性能的印刷電路板增強材料―鋁硅酸鹽體系玻璃纖維是必不可少的。目前使用最廣泛的低介電常數玻璃纖維為日本Typical公司生產的E玻璃纖維，其介電常數在6.8左右。另外一些低介電常數玻璃纖維如D玻璃、NE玻璃等雖然具備更低的介電常數，但是其氧化硼的含量非常高（高達30wt%），在玻璃纖維制備過程中，雖然氧化硼可以起到促進熔融，并且可以提高介電性能的優勢，但是在熔制過程中氧化硼的揮發對于玻璃纖維的生產具有非常不利的影響，比如影響產品組分均勻、損壞窯爐、污染環境以及增加生產成本等，因此制備環境友好型無硼低介電常數玻璃纖維極其重要。

國內生產玻璃纖維的廠家主要有泰山玻纖，巨石集團，珠海功控等，在生產中使用的原料主要是葉臘石，硼酸鈣等昂貴進口原材料。因此在生產成本上，高爐礦渣由于低廉的價格因而具備了突出的優勢。高爐礦渣中含有一定量的CaO、SiO₂、Al₂O₃和MgO，如果以其為原料制備鋁硅酸鹽玻璃纖維，則會大大降低生產成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種以高爐礦渣和石英砂為原料的無硼低介電常數玻璃纖維，該玻璃纖維不含硼、介電性能優良，原料種類少、成本低。

本發明還提供了該無硼低介電常數玻璃纖維的制備方法，本發明方法對高爐礦渣進行特殊的預處理，使其能夠更好的應用與玻璃纖維中，預處理后的高爐礦渣僅與石英砂搭配即可得到性能好的玻璃纖維，成本低。

高爐礦渣中各組分的含量如下：SiO₂31-40wt%、Al₂O₃12-18wt%、CaO35-45wt%、MgO7-10wt%、Na₂O0.3-0.5wt%、K₂O?0.20-0.25wt%、鐵氧化物(FeO+Fe₂O₃)0.4-0.6wt%、S?0.20-0.5wt%、TiO_2?0.35-0.5wt%。所述S表示含硫成分，下同。其中所含的SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO等組分都是玻璃纖維的組成成分，這些組分的存在為高爐礦渣用作玻璃纖維的原料提供了可能。

分析高爐礦渣中各成分的作用，其中SiO₂是玻璃纖維中重要的網絡形成體，對玻璃纖維的性能具有重要的影響，一定含量的SiO₂，可使得玻璃纖維具有優良的介電性能、機械強度及化學穩定性。SiO₂含量太低，會使得玻璃纖維的性能較差，不能滿足玻璃纖維的要求，SiO₂的含量也不能過高，否則玻璃纖維高溫粘度會比較大，熔制比較困難。