[發(fā)明專利]一種高性能玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復(fù)合材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111172129.7
• 申請(qǐng)日: 2017-01-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113800773B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章林;邢文忠;曹國(guó)榮;顧桂江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 巨石集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): C03C13/00
• 分類號(hào): C03C13/00;C03C13/02
• 代理公司: 北京名華博信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11453
• 代理人: 李冬梅

本發(fā)明提供一種高性能玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復(fù)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％，F(xiàn)e₂O₃為0.05?1.2％，并且上述組分的合計(jì)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(qiáng)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(chǎn)高性能玻璃纖維。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)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(jìn)復(fù)合材料增強(qiáng)基材的高性能玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復(fù)合材料。

背景技術(shù)

玻璃纖維屬于無(wú)機(jī)纖維材料，用它增強(qiáng)樹(shù)脂可制得性能優(yōu)良的復(fù)合材料。高性能玻璃纖維作為先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)基材，最初主要應(yīng)用于航空、航天、兵器等國(guó)防軍工領(lǐng)域。隨著科技的進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高性能玻璃纖維在風(fēng)力葉片、高壓容器、海洋管道、汽車制造等民用工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。因此，追求更優(yōu)異的強(qiáng)度和模量性能、更低的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)和成本，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模池窯生產(chǎn)，從而大幅提升高性能玻璃纖維的性價(jià)比成為迫切的任務(wù)。

S玻璃是最早的高性能玻璃，其成分以MgO-Al₂O₃-SiO₂系統(tǒng)為主體，ASTM國(guó)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(guó)開(kāi)發(fā)的S-2玻璃。S-2玻璃中SiO₂和Al₂O₃的重量百分比合量達(dá)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(dá)1571℃，液相線溫度高達(dá)1470℃，而且玻璃析晶速率很快，這些因素使得S-2玻璃不僅無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模池窯生產(chǎn)，甚至難于進(jìn)行一步法的玻纖生產(chǎn)，從而導(dǎo)致S-2玻璃纖維的生產(chǎn)難度過(guò)大、生產(chǎn)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(qiáng)度一般大于3400MPa。

法國(guó)開(kāi)發(fā)過(guò)一種以MgO-CaO-Al₂O₃-SiO₂系統(tǒng)為主體的R玻璃，但是傳統(tǒng)R玻璃的硅鋁總量依然較高，這造成玻璃成型困難、析晶風(fēng)險(xiǎn)大，其玻璃成型溫度達(dá)到1410℃，液相線溫度達(dá)到1350℃；同時(shí)，缺乏改善玻璃析晶的有效方案，鈣鎂比例設(shè)計(jì)不合理，引入過(guò)高的氧化鈣和過(guò)低的氧化鎂，導(dǎo)致玻璃性能損失明顯、玻璃析晶速率快。這些因素使得傳統(tǒng)R玻璃纖維在高效拉制上的困難，同樣難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模池窯生產(chǎn)。為此，各公司通過(guò)調(diào)整玻璃成分改良R玻璃，研發(fā)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(tǒng)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(qiáng)度一般在2300-2900MPa。