[發明專利]一種高性能玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復合材料

在審

• 申請號: 201710057315.3
• 申請日: 2017-01-26
• 公開（公告）號: CN108358460A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 章林;邢文忠;曹國榮;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: 李冬梅;苗源

本發明提供一種高性能玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復合材料。其中，玻璃纖維組合物各組分的含量以重量百分比表示如下：SiO₂為57.1?61.9％，Al₂O₃為17.1?21％，MgO為10.1?14.5％，Y₂O₃為1.1?4.3％，CaO小于6.5％，Li₂O+Na₂O+K₂O為小于等于1％，Li₂O為小于等于0.75％，TiO₂為小于1.8％，Fe₂O₃為0.05?1.2％，并且上述組分的合計含量大于等于98％，重量百分比的比值C1＝Al₂O₃/SiO₂的范圍為大于等于0.285。該玻璃纖維組合物能顯著提高玻璃纖維的強度和模量，并能有效降低玻璃的析晶速率，獲得理想的玻纖成型范圍△T值，還有利于改善高性能玻璃的澄清效果，特別適合用于池窯化生產高性能玻璃纖維。

技術領域

本發明涉及一種高性能玻璃纖維組合物，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，高性能玻璃纖維在風力葉片、高壓容器、海洋管道、汽車制造等民用工業領域得到廣泛應用。因此，追求更優異的強度和模量性能、更低的生產風險和成本，實現大規模池窯生產，從而大幅提升高性能玻璃纖維的性價比成為迫切的任務。

S玻璃是最早的高性能玻璃，其成分以MgO-Al₂O₃-SiO₂系統為主體，ASTM國際組織將S玻璃定義為一族主要由鎂、鋁、硅的氧化物組成的玻璃，典型方案如美國開發的S-2玻璃。S-2玻璃中SiO₂和Al₂O₃的重量百分比合量達90％，MgO約為10％，玻璃的熔制溫度在1600℃以上，玻璃的成型溫度高達1571℃，液相線溫度高達1470℃，而且玻璃析晶速率很快，這些因素使得S-2玻璃不僅無法實現大規模池窯生產，甚至難于進行一步法的玻纖生產，從而導致S-2玻璃纖維的生產難度過大、生產效率低且成本高。資料顯示，S-2玻璃的彈性模量一般在89-90GPa，其浸膠紗的拉伸強度一般大于3400MPa。

法國開發過一種以MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂系統為主體的R玻璃，但是傳統R玻璃的硅鋁總量依然較高，這造成玻璃成型困難、析晶風險大，其玻璃成型溫度達到1410℃，液相線溫度達到1350℃；同時，缺乏改善玻璃析晶的有效方案，鈣鎂比例設計不合理，引入過高的氧化鈣和過低的氧化鎂，導致玻璃性能損失明顯、玻璃析晶速率快。這些因素使得傳統R玻璃纖維在高效拉制上的困難，同樣難于實現大規模池窯生產。為此，各公司通過調整玻璃成分改良R玻璃，研發了多種改良型R玻璃纖維，典型的如HiPer-tex、H-glass等。資料顯示，傳統R玻璃及改良型R玻璃的彈性模量一般在87-90GPa，其浸膠紗的拉伸強度一般在2300-2900MPa。