[發明專利]玻璃纖維組合物以及玻璃纖維

在審

• 申請號: 201710414296.5
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107056075A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 韓利雄;李紅賓;姚遠;楊國云;張聰;宮白江
• 申請（專利權）人: 重慶國際復合材料有限公司
• 主分類號: C03C13/00
• 分類號: C03C13/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 趙青朵

技術領域

本發明涉及無機非金屬材料技術領域，尤其涉及一種玻璃纖維組合物以及玻璃纖維。

背景技術

玻璃纖維屬于無機非金屬材料，它具有機械強度高、電絕緣性好、耐熱性強、物理化學性質穩定等諸多優點，廣泛應用于航空航天、汽車、船舶、石化、能源、電力、建筑等諸多領域，是目前應用量最大的無機纖維增強材料。在玻璃纖維的應用過程中，隨著復合材料制品尺寸的不斷增加，人們對玻璃纖維的力學性能尤其是彈性模量提出越來越高的要求。

對于提升玻璃纖維強度和模量的方法，目前已有許多的相關研究。最典型的就是S玻璃和R玻璃。S玻璃的基本組成為：65wt％的SiO₂，25wt％的Al₂O₃，10wt％的MgO。S玻璃纖維理論單絲強度高達4500MPa，彈性模量超過85GPa，力學性能非常優異。但它的成型溫度超過了1470℃，且極易析晶，生產難度很大，無法實現大規模推廣應用。R玻璃也是一種高強度搞模量玻璃纖維，它一般是由SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO組成，一般被認為是生產難度和力學性能的一種折衷，從而比起S玻璃，更具有生產可行性。

日本專利JP8231240公開了一種玻璃纖維組合物，它含有62～67wt％的SiO₂，22～27wt％的Al₂O₃，7～15wt％的MgO，0.1～1.1wt％的CaO，0.1～1.1wt％的B₂O₃。該玻璃纖維通過加入少量的CaO和B₂O₃，使得氣泡數量相對S玻璃纖維明顯改善，但成型仍然非常困難，成型溫度超過1460℃。

日本專利JP2003171143也描述了一種高強度高模量玻璃纖維，它含有55～65wt％的SiO₂，17～23wt％的Al₂O₃，7～15wt％的MgO，2～6wt％的CaO，1～7wt％的TiO₂。比起S玻璃，該玻璃纖維雖然力學性能有所犧牲，但成型性能有了明顯改善，成型溫度約為1340～1380℃。但該玻纖中TiO₂含量很高，使得玻璃顏色偏深，這限制了其在某些領域的應用。

公開號為US2010/0160139的美國專利公開了一種高性能玻璃纖維組合物，包括：64～75wt％的SiO₂，16～24wt％的Al₂O₃，8～12wt％的MgO，0.25～3wt％的Li₂O+Na₂O。相對于S玻纖，這種玻璃纖維加入了一定量的Li₂O與Na₂O，因而降低了玻璃的高溫粘度和成型難度。但是，該體系玻璃中如果Li₂O與Na₂O加入量較低，則作用不明顯；加入量過高，則嚴重影響玻璃纖維的絕緣性能和耐腐蝕性能，因此玻璃纖維的的成纖性能還是難以控制。

申請號為CN201080070857.0的專利公開了一種高強度玻璃纖維，其組合物包含：56～61wt％的SiO₂，16～23wt％的Al₂O₃，8～12wt％的MgO，6～10wt％的CaO，0～2wt％的Na₂O，小于1wt％的Li₂O，以及小于2wt％的過渡金屬氧化物。該玻璃纖維確實獲得了良好的機械性能，但從其實際實施例中可看到，為了平衡其生產難度，它加入了超過1％的Na₂O，而過高的Na₂O對玻璃纖維的化學穩定性會有影響。

申請號為CN201180028428.1的專利也公開了一種高強度玻璃纖維，其組合物包含：57～63wt％的SiO₂，19～23wt％的Al₂O₃，10～15wt％的MgO，4～11wt％的CaO，且SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO的合計總含量為99.5wt％以上。該專利中玻璃纖維彈性模量可達96GPa以上，但同時由于它要求控制很低的Fe₂O₃和堿金屬氧化物含量，不僅原料成本高，析晶問題和熔化問題都存在一定解決難度。