[發明專利]一種高模量玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復合材料

在審

• 申請號: 202210195311.2
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN114538784A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 章林;邢文忠;曹國榮;姚忠華
• 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

本發明提供一種高模量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43?58％，Al₂O₃為15.5?23％，MgO為8?18％，Al₂O₃+MgO≥25％，CaO為0.1?7.5％，Y₂O₃為7.1?22％，MgO+Y₂O₃≥16.5％，TiO₂為0.01?5％，Fe₂O₃為0.01?1.5％，Na₂O為0.01?2％，K₂O為0?1.5％，Li₂O為0?0.9％，SrO為0?4％，La₂O₃+CeO₂為0?5％。該玻璃纖維組合物能顯著提高玻璃纖維模量，顯著降低玻璃澄清溫度，優化玻璃料性、改善玻璃纖維的冷卻效果，降低玻璃析晶速率，適合用于規模化生產高模量玻璃纖維。

技術領域

本發明涉及一種高模量玻璃纖維組合物，尤其涉及一種能作為先進復合材料增強基材的高模量玻璃纖維組合物及其玻璃纖維和復合材料。

背景技術

高模量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、國防軍工等特殊領域。隨著科技進步及經濟發展，高模量玻璃纖維被廣泛應用于大型風力葉片、高壓容器、光纜加強芯、汽車制造等民用工業領域。以風電領域為例，伴隨大型風力葉片的快速發展，高模量玻璃纖維替代普通玻璃纖維的比例越來越高。目前，追求更優異的模量性能并實現規模化生產，成為高模量玻璃纖維的重要發展方向。

S玻璃是最早的高強度高模量玻璃，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的重量百分比含量達90％，MgO約為10％，玻璃不易熔化澄清、氣泡多，玻璃成型溫度高達1571℃，液相線溫度高達1470℃，同時玻璃析晶速率快，使得S-2玻璃纖維的生產難度過大，無法實現大規模池窯生產，甚至難于進行一步法生產，導致S-2玻璃纖維的生產規模小、效率低、價格高，無法實現大規模工業應用。

對標S玻璃，我國開發了HS系列高強度玻璃，其主要成分也包括SiO₂、Al₂O₃、MgO，同時引入高含量的Li₂O、B₂O₃和Fe₂O₃，它的成型溫度范圍在1310-1330℃，液相線溫度范圍在1360-1390℃，兩者的溫度均比S玻璃低得多，但其成型溫度比液相線溫度低，△T值為負，這不利于玻璃纖維的高效拉制，必須提高拉絲溫度，采用特殊的漏板、漏嘴，以防止拉絲過程中發生玻璃失透現象，這造成溫度控制上的困難，也難于實現大規模池窯生產。同時，由于引入高含量的Li₂O和B₂O₃，兩者的重量百分比總量一般超過2％甚至3％，玻璃機械性能和耐腐蝕性能受到一定的負面影響。而且，HS系列玻璃的彈性模量與S玻璃相當。

日本專利JP8231240公開了一種玻璃纖維組合物，按重量百分比含量計，它含有62-67％的SiO₂，22-27％的Al₂O₃，7-15％的MgO，0.1-1.1％的CaO，0.1-1.1％的B₂O₃。相對于S玻璃，該組合物的氣泡數量明顯改善，但是成型仍然非常困難，成型溫度超過1460℃。