[發明專利]一種玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復合材料

有效

• 申請號: 201410487975.1
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN104743888A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 曹國榮;章林;邢文忠;顧桂江
• 申請（專利權）人: 巨石集團有限公司
• 主分類號: C03C13/02
• 分類號: C03C13/02
• 代理公司: 北京名華博信知識產權代理有限公司 11453
• 代理人: 苗源;李冬梅

技術領域

本發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

玻璃纖維屬于無機纖維材料，用它增強樹脂可制得性能優良的復合材料。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濟的發展，高性能玻璃纖維在民用、工業領域如電機、風力葉片、壓力容器、海上石油管道、體育器材、汽車行業得到了廣泛應用。

自從美國歐文斯科寧公司(簡稱OC公司)開發出S-2玻璃纖維后，各國競相開發生產各種成分的高性能玻璃纖維，如法國圣戈班公司開發的R玻璃纖維、美國OC公司開發的HiPer-tex玻璃纖維、中國南京玻璃纖維研究設計院開發的高強2#玻璃纖維等。最初的高性能玻璃成分以MgO-Al₂O₃-SiO₂系統為主體，典型方案如美國OC公司的S-2玻璃，不過它的生產難度過大，成型溫度高達1571℃左右，液相線溫度達到1470℃，難于實現大規模工業化生產。OC公司主動放棄了生產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模生產S型玻璃纖維及其改進產品。

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模化池窯生產的要求，國外各大公司陸續開發了以MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂系統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規模的折衷策略，不過由于設計方案過于保守，尤其是將Al₂O₃含量保持在20％以上，優選25％，造成生產難度依然很高，雖然實現了小規模的池窯化生產，但生產效率低下、產品性價比不高。因此，OC公司也放棄了生產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。傳統的R玻璃成型困難，成型溫度達到1410℃左右，液相線溫度達到1330℃，這也造成玻璃纖維拉制上的困難，同樣難于實現大規模工業化生產。

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E玻璃纖維高得多的強度及模量，熔化和拉制狀態也優于傳統R玻璃纖維，但是該玻璃的析晶風險較大，同時由于Li₂O的引入量過大，不僅降低玻璃的化學穩定性，而且大幅提高了原料成本，也不利于大規模工業化生產。

高強2#玻璃纖維的主要成分也包括SiO₂、Al₂O₃、MgO，同時還引入了部分Li₂O、B₂O₃、CeO₂和Fe₂O₃，它也具有較高的強度及模量，且其成型溫度只有1245℃左右，液相線溫度為1320℃，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生玻璃失透現象，這造成溫度控制上的困難，也難于實現大規模工業化生產。

出于生產方式的限制，即由于不能實現池窯的規模化生產，現階段高性能玻璃纖維的制造成本和售價都非常昂貴，產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電葉片、高壓管道、壓力容器等新型行業對高性能玻璃纖維的大量需求。

發明內容

本發明旨在解決上面描述的問題。本發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，難于進行大規模生產的問題，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。

根據本發明的一個方面，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：