[發(fā)明專利]一種高性能玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復(fù)合材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580078767.9
• 申請(qǐng)日: 2015-10-15
• 公開（公告）號(hào): CN107531552B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章林;曹國(guó)榮;邢文忠;顧桂江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 巨石集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): C03C3/112
• 分類號(hào): C03C3/112;C03C3/087;C03C13/00
• 代理公司: 北京名華博信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11453
• 代理人: 李冬梅;苗源

一種高性能玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復(fù)合材料，該玻璃纖維組合物各組分的含量以重量百分比表示為：SiO₂ 58?62％，Al₂O₃ 14?18％，CaO+MgO 20?24.5％，CaO大于14％，Li₂O 0.01?0.4％，Na₂O+K₂O小于2％，TiO₂小于3.5％，F(xiàn)e₂O₃小于1％，F(xiàn)₂小于1％，重量百分比的比值C1＝CaO/MgO的范圍為C1大于2且小于等于2.6，重量百分比的比值C2＝SiO₂/CaO的范圍為3.3?4.3。該組合物能顯著提高玻璃纖維的機(jī)械強(qiáng)度和軟化點(diǎn)溫度，降低玻璃的高溫粘度，并能有效抑制玻璃的析晶傾向、降低玻璃的液相線溫度，適于大規(guī)模池窯生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

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(jìn)復(fù)合材料增強(qiáng)基材的高性能玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復(fù)合材料。

背景技術(shù)

玻璃纖維屬于無(wú)機(jī)纖維材料，用它增強(qiáng)樹脂可制得性能優(yōu)良的復(fù)合材料。高性能玻璃纖維作為先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)基材，最初主要應(yīng)用于航空、航天、兵器等國(guó)防軍工領(lǐng)域。隨著科技的進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高性能玻璃纖維在民用、工業(yè)領(lǐng)域如電機(jī)、風(fēng)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(yīng)用。

自從美國(guó)歐文斯科寧公司(簡(jiǎn)稱OC公司)開發(fā)出S-2玻璃纖維后，各國(guó)競(jìng)相開發(fā)生產(chǎn)各種成分的高性能玻璃纖維，如法國(guó)圣戈班公司開發(fā)的R玻璃纖維、美國(guó)OC公司開發(fā)的HiPer-tex玻璃纖維、中國(guó)南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院開發(fā)的高強(qiáng)2#玻璃纖維等。最初的高性能玻璃成分以MgO-Al₂O₃-SiO₂系統(tǒng)為主體，典型方案如美國(guó)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(dá)1571℃左右，液相線溫度達(dá)到1470℃，難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。OC公司主動(dòng)放棄了生產(chǎn)S-2玻璃纖維，將其專利權(quán)轉(zhuǎn)讓給了美國(guó)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(jìn)產(chǎn)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(guī)模化池窯生產(chǎn)的要求，國(guó)外各大公司陸續(xù)開發(fā)了以MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂系統(tǒng)為主體的高性能玻璃，典型方案如法國(guó)圣戈班公司的R玻璃和美國(guó)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(shè)計(jì)方案過于保守，尤其是將Al₂O₃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(shí)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(jià)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(quán)轉(zhuǎn)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(wù)合并成立OCV公司，R玻璃纖維的核心技術(shù)也相應(yīng)轉(zhuǎn)讓給了OCV公司。傳統(tǒng)R玻璃的鈣鎂比例太低，造成成型困難、析晶風(fēng)險(xiǎn)高，同時(shí)玻璃液的表面張力大、澄清難度較高，成型溫度達(dá)到1410℃，液相線溫度達(dá)到1330℃，這都造成玻璃纖維拉制上的困難，同樣難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

此外，PPG工業(yè)公司公布了另一種R玻璃纖維，這種玻璃纖維的機(jī)械性能略低于傳統(tǒng)R玻璃纖維，熔化和成型性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)R玻璃，但由于硅鈣比例與鈣鎂比例搭配不合理，該玻璃的析晶風(fēng)險(xiǎn)依然較大，同時(shí)引入了過多的Li₂O，不僅影響玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，而且提高了原料成本，也不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。