[發明專利]一種環保型玻璃纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201610632269.0
• 申請日: 2016-08-04
• 公開（公告）號: CN106277804B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 朱欽塨;王煥平;徐時清;高任;李銀艷;章向華;艾克特
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: C03C13/00
• 分類號: C03C13/00;C03B37/022
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

本發明公開的環保型玻璃纖維，由錢塘江流域淤泥、三氧化二鋁、氧化鈣、氧化鎂、二氧化鈦、三氧化鎢、三氧化二釔、二氧化鈰以及氧化鋰按重量百分數配比組合而成。其制備過程包括，首先將錢塘江流域淤泥進行干燥、破碎、過篩，然后與其他組分一起混合，隨后置于1400~1500℃溫度下熔制成玻璃液，最后將玻璃液降溫至1250~1350℃并拉絲。本發明以錢塘江流域的自來水廠在凈化自來水過程中沉積或過濾出來的淤泥為主要原料，既減少了化工原料對環境的污染，同時又能夠幫助自來水公司處理沉積物或過濾物，在保證玻璃纖維具有高性能的同時，最大程度的降低成本；此外，所使用的原料中不含硼和氟的化合物，廢棄后填埋不影響環境，具有良好的工業應用價值。

技術領域

本發明涉及一種環保型玻璃纖維及其制備方法，屬于材料科學技術領域。

背景技術

玻璃纖維是一種新型無機非金屬功能材料和結構材料，具有拉伸強度高、彈性模量高、抗沖擊性能好、化學穩定性好、抗疲勞性好、耐高溫等一系列特點。玻璃纖維作為一種復合材料的增強材料，最初用于航空、航天和武器等軍工領域，隨著科學技術的進步和經濟的發展，玻璃纖維在民用工業領域如電子、通訊、風力、汽車、體育器材、建筑補強等也得到了廣泛的應用。但是其成型溫度高，采用多種貴金屬化合物原料，大大增加了生產成本，限制其商業化進程。

目前商業玻璃纖維產品主要有：美國的S玻璃纖維和Advantex玻璃纖維、歐洲的Hiper-tex玻璃纖維、日本的T玻璃纖維、法國的R玻璃纖維、俄羅斯的BMH玻纖和中國的HS玻璃纖維。這些玻璃纖維機械性能十分優越，但是生產成本過高，不符合目前保護環境節約資源的主題。例如，美國AGY公司生產的S-2^TM高強度玻璃纖維，其成分僅為硅、鋁、鎂的氧化物組成，其含量為SiO₂：65wt.%，Al₂O₃：25wt.%，MgO：10wt.%，該種纖維的優點是拉伸強度高(4600~4800 MPa)，但玻璃成型溫度較高，其液相溫度為1470 ℃，拉絲漏板溫度高達1570℃，需使用特殊的耐火材料及鉑、姥等貴金屬材料制成內襯的窯爐進行熔制，拉絲工藝條件茍刻，生產成本高。

為了有效解決成本高這一難題，各大玻璃纖維企業及研究院從摻雜物以及原料入手不斷的進行開發和改進。例如，重慶國際復合材料有限公司生產的高強度高模量玻璃纖維，在經典的SiO₂-Al₂O₃-MgO三元系統玻璃基礎上，引入一定量的CaO以降低玻璃的熔化和纖維成型溫度。同時加入TiO₂、ZrO₂、Li₂O、Fe₂O₃、CaF₂、Na₂O和K₂O，以改善玻璃熔制和纖維成型的工藝性，提高玻璃的模量、強度和耐化學侵蝕性能，其玻璃纖維的成型溫度在1280 ℃左右；雖然大幅度降低了玻璃纖維熔制溫度和熔制時間，但其拉伸強度僅為3600~3900MPa。此外，中國泰山玻璃纖維有限公司從原材料著手，采用硅砂、葉臘石、高嶺土、明礬石、生石灰、氧化鎂以及高爐渣一系列低成本原料制備一種高強度高模量玻璃纖維，其熔制溫度為1470 ℃，拉絲溫度為1310 ℃；但由于制備工藝繁瑣，并采用水淬急冷處理沒有足夠的時間進行鍵之間的排列從而降低了玻璃纖維的強度，其纖維拉伸強度僅為3100~3500 MPa。

由于玻璃纖維在電子工業、改性塑料、運動器材、航空航天等方面的應用越來越廣泛，生產過程中產生的廢料和廢氣對環境造成的危害也越來越嚴重。2015年全國玻璃纖維產量約650萬噸，其中僅僅在電子工業方面每年產生的廢料量就高達4萬多噸，掩埋和燃燒處理占用土地面積的同時也會造成空氣污染，特別是含硼、氟等元素的玻璃纖維，對動植物和人體都會造成致命危害。因此，在保證玻璃纖維具有高性能的情況下，減少原材料成本，不摻雜硼和氟等污染源元素，并有效降低玻璃的熔制溫度和拉絲操作溫度，對批量生產低成本環境友好型玻璃纖維具有重要的意義。

發明內容