[發明專利]一種鑭摻雜磷酸鹽耐堿玻璃纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201810193486.3
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108455863B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 石慶順;岳云龍;康俊峰
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C03C13/00
• 分類號: C03C13/00;C03B37/022;C04B14/44
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 高強

本發明公開了一種鑭摻雜磷酸鹽耐堿玻璃纖維及其制備方法。所述的玻璃纖維各組分的質量百分含量：P₂O₅60~70％，CaO 15~20％，Al₂O₃10~15％以及La₂O₃1~10％。經篩選、稱量、攪拌、熔化、澄清、拉絲等工序將其制成成品。本發明的目的是解決玻璃纖維在高堿性環境下耐腐蝕性差的難題。本發明的耐堿玻璃纖維在玻璃纖維增強混凝土（GRC）、建筑幕墻、外壁面板、裝飾構件以及道路橋梁等要求耐腐蝕材料中有較好的實用性。

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料領域，具體涉及一種可以用作增強（水泥）混凝土等的增強材料的一種環境友好型的磷酸鹽耐堿玻璃纖維及其制備方法。

背景技術

玻璃纖維在交通、工業、建筑、環境等領域有著廣泛的用途，其中玻璃纖維增強混凝土(GRC)，是在混凝土基體中均勻分散一定比例的特定玻璃纖維，它作為水泥的增強材料，使混凝土的韌性得到改善，抗彎性和抗壓比得到提高。由于玻璃纖維增強混凝土(GRC)具有輕質、高強、防水、防火、可設計強、可加工性能良好、價格適中等諸多優點，在建筑工程、市政工程、農業工程、水利工程、園林工程、藝術雕塑等許多領域的應用中取得了明顯的技術效果。但是，在某些領域，特別是具有高耐堿性等領域，普通的玻璃纖維由于其性能的缺陷已不能滿足市場的需求。特別是在水泥的強堿介質中普通玻璃纖維易被腐蝕，強度降低，纖維變脆，失去增強作用，所以普通的玻璃纖維不能達到要求。根據市場要求，需要尋求具有高耐堿性、抗老化性的玻璃纖維作為增強材料。為了提高玻璃纖維的耐堿性，勢必要在玻璃網絡架構中添加耐堿組分。

針對以上情況，許多研究機構及玻璃纖維企業進行了大量的實驗研究，二十世紀六十年代末，英國建筑研究院等人采用含有ZrO₂的玻璃成分成功開發了一種耐堿玻璃纖維，并實現了小規模工業化生產，其商業名為賽姆菲爾（Cem-fil）纖維。為了提高纖維的耐堿性能，該發明中將ZrO₂的含量提的很高（一般超過16.7％），由于缺乏有效的助溶劑及澄清物質，造成該玻璃熔化溫度高、拉絲溫度高、難以澄清均化、生產困難，成本昂貴等問題。因此，世界各國紛紛進行改進研究。

目前，提高玻璃纖維耐堿性能的方法，一種是調整玻璃組分，在化學組成中加入ZrO₂、TiO₂等元素，由于硅酸鹽水泥的水化產物會對玻璃纖維有強烈的侵蝕作用，主要是水泥石液相中的Ca(OH)₂會使玻璃纖維的硅氧鍵發生斷裂, SiO₂與Ca(OH)₂起反應生成低鈣的水化硅酸鈣, 此種反應可進行至玻璃中SiO₂全部被消耗而終止, 因而玻璃纖維的抗拉強度隨之大幅度下降。同時，在玻璃纖維束內生成的Ca(OH)₂結晶也會損傷纖維并使其逐漸失去韌性而變脆。在玻璃組分中加入ZrO₂時，在堿液作用下，纖維表面的ZrO₂會轉化成Zr(OH)₄的膠狀物并經脫水聚合在玻璃表面上形成一致密的膜層，從而減緩了Ca(OH)₂對玻璃纖維的侵蝕，從而提高了玻璃纖維的抗堿侵蝕的能力。另一種方法是在玻璃纖維表面涂覆一些樹脂或將纖維表面經過一些特殊的浸漬處理，使玻璃纖維表面與堿液形成一個隔離層，不僅使堿不能對玻璃纖維表面侵蝕，同時也防止了Ca(OH)₂晶體在玻璃纖維表面的生長，因而增加了玻璃纖維的耐堿性。

目前國內外已有的耐堿玻璃纖維配方，其耐堿性能與普通的玻璃纖維有明顯的提高。但是耐堿纖維中含有較高含量的ZrO₂，在纖維耐堿性能提高的同時，玻璃的熔化溫度也明顯提高。這就導致了高溫的熔體在拉絲過程中會加速對鉑金漏板的腐蝕，縮短鉑金漏板的壽命，導致耐堿玻璃纖維在實際生產中工藝中難以控制，作業難度增加。