[發明專利]一種二氧化鈦摻雜磷酸鹽耐堿玻璃纖維及其制備方法

有效

• 申請號: 201910336837.6
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN109942201B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 岳云龍;萬向榮;康俊峰;屈雅;石慶順;張路路;趙繼玲;趙金剛
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C03C13/02
• 分類號: C03C13/02;C03B37/022
• 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: 李茜

本發明公開了一種二氧化鈦摻雜磷酸鹽耐堿玻璃纖維及其制備方法。屬于稀土氧化物摻雜磷酸鹽玻璃技術領域。對比于普通玻璃纖維，玻璃纖維成分中無硼無氟，制備過程中無空氣污染。所述玻璃纖維中各組分的質量百分比：P₂O₅ 45?60%，Al₂O₃ 10?20%,CaO 30?40%,TiO₂ 0.1?2%。玻璃纖維通過池窯拉絲法制得。本發明在CaO?Al₂O₃?P₂O₅三元基礎玻璃組分基礎上，通過添加二氧化鈦，使得高場強鈦離子加固磷酸鹽玻璃網絡，同時形成P?O?Ti鍵，加強耐水性和耐堿性。本發明的目的在于制備一種高耐堿性玻璃纖維，使其可以應用于堿性較高的環境下，例如，玻璃纖維增強混凝土。

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料玻璃纖維技術領域，具體涉及一種可用于堿性環境下的一種二氧化鈦摻雜磷酸鹽耐堿玻璃纖維及其制備方法。

背景技術

耐堿玻璃纖維是玻璃纖維增強（水泥）混凝土（簡稱GRC）的肋筋材料，是100%無機纖維，在非承重的水泥構件中是鋼材和石棉的理想替代品。耐堿玻璃纖維的特點是耐堿性好，能有效抵抗水泥中高堿物質的侵蝕，握裹力強，彈性模量、抗沖擊、抗拉、抗彎強度極高，不燃、抗凍、耐溫度、濕度變化能力強，抗裂、抗滲性能卓越，具有可設計性強，易成型等特點，耐堿玻璃纖維是廣泛應用在高性能增強（水泥）混凝土中的一種新型的綠色環保型增強材料。

耐堿玻璃纖維是由20世紀70年代歐文斯科寧公司將其商業化應用，他們通過向玻璃纖維中添加大量的氧化鋯成分來提高玻璃纖維的耐堿性，氧化鋯含量越高，玻璃的耐堿性越強，目前生產的最好的耐堿玻璃纖維其氧化鋯含量在19%左右或更高。但與添加大量氧化鋯對應的是，氧化鋯作為一種稀土元素，成本較硅酸鹽玻璃的基本組成原料（SiO₂、Al₂O₃、Na₂O、CaO等）成本很高，且鋯離子作為一種高場強離子，其積聚作用很強，加之硅酸鹽玻璃本來就具有較高的熔融溫度，因此，加入氧化鋯后，玻璃的熔融溫度會更高，造成成絲困難，成本上升等問題。來自世界各地的研究人員致力于研究長期性能下降機制和水泥中玻璃纖維的耐久性改進。

研究人員發現，水泥中玻璃纖維的腐蝕主要是由于水泥水化產生的Ca(OH)₂與玻璃纖維相互作用導致腐蝕，除此之外，水泥水化物的晶體生長也會導致玻璃纖維的損壞。因而，目前耐堿玻璃纖維的研究主要方法就是通過調整玻璃纖維的組分，添加例如氧化鋯、氧化鈦等耐腐蝕性高場強元素，來解決玻璃纖維的腐蝕問題。當在玻璃組分中添加TiO₂后，在堿液作用下，玻璃纖維表面中的TiO₂會與水泥中的Ca(OH)₂反應，生成Ti(OH)₄膠狀物，此膠狀物會繼續附著在玻璃纖維表面，從而阻止水泥堿液的進一步腐蝕。為了防止氧化鈦的加入導致玻璃熔融溫度過高，造成成絲困難等問題，因此，眾多學者采用磷酸鹽玻璃作為玻璃的基本組成配方，磷酸鹽玻璃玻璃的熔融溫度與玻璃化溫度較低，因此成型容易，且磷氧四面體存在一個雙鍵，當向磷酸鹽玻璃中添加氧化鐵、氧化鋁后，雙鍵會打開，生成[FePO₄]、[AlPO₄]單元體，從而使鏈狀的玻璃結構轉變為架狀的玻璃網路，增強玻璃的化學穩定性。

發明內容

本發明針對目前玻璃纖維耐堿性差以及生產成本高等問題，提出了通過摻雜高場強，輕質耐腐蝕稀土元素鈦，通過TiO₂與水泥中的Ca(OH)₂反應，生成Ti(OH)₄膠狀物來阻止水泥對玻璃纖維的腐蝕。同時，采用低熔點磷酸鹽玻璃，大大降低生產成本。

本發明所采取的技術方案如下：