一种耐酸性玻璃纤维组合物、耐酸性玻璃纤维及其制备方法与流程

本发明属于特种玻璃纤维技术领域，尤其涉及一种耐酸性玻璃纤维组合物、耐酸性玻璃纤维及其制备方法。

背景技术：

玻璃纤维属于无机纤维材料，具有耐温耐腐、高强低伸等优异的性能和较低的价格。大规模池窑法生产玻璃纤维的技术取得突破后，显著降低了玻璃纤维的生产成本，因此玻璃纤维的使用范围和使用量不断扩大，广泛应用在航空航天、汽车、建筑、电子、电气、化工、冶金、环境保护、国防等行业；采用玻璃纤维增强有机高分子材料可制得性能优良的复合材料；玻璃纤维也可用于增强无机材料(例如水泥)，在道路、桥梁建设等领域获得应用。

目前应用较为广泛的是无碱玻纤和中碱玻纤。无碱玻纤属于铝硼硅酸盐玻纤，它的拉伸强度、电绝缘性能很好，但因其玻璃成分中含有一定量的硼、氟，结构骨架松散，不够完整，耐酸侵蚀性能较差，由其制备的复合材料在酸性环境下容易被酸侵蚀而与树脂基体剥离，迅速失去强度。中碱玻纤属于钠钙硅酸盐成分，化学稳定性较好，但因其含碱量高，不能作电绝缘材料，同时拉伸强度等物性指标相对较差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种耐酸性玻璃纤维组合物、耐酸性玻璃纤维及其制备方法，该玻璃纤维组合物制备的玻璃纤维具有较好的物理性能与化学性能，尤其是具有较高的耐酸性能。

本发明提供了一种耐酸性玻璃纤维组合物，包括：

优选的，包括：

优选的，包括：

优选的，包括：

优选的，包括：

本发明还提供了一种耐酸性玻璃纤维，由上述的耐酸性玻璃纤维组合物制备得到。

优选的，所述耐酸性玻璃纤维的直径为3～17μm。

本发明还提供了一种耐酸性玻璃纤维的制备方法，包括；

按照上述的耐酸性玻璃纤维组合物配制原料；

将原料熔制得到玻璃液；

将所述玻璃液拉制，得到耐酸性玻璃纤维。

优选的，所述熔制的温度为1300℃～1550℃；所述拉制温度为1150℃～1250℃。

本发明提供了一种耐酸性玻璃纤维组合物，包括：sio255.2～64.5wt％；al2o34.5～8.5wt％；na2o9.8～17.5wt％；cao10.8～15.8wt％；b2o31.1～3.2wt％；zro0.3～1.5wt％；k2o1.5～5.5wt％；mgo0.15～0.7wt％；fe2o30.18～0.68wt％。与现有技术相比，本发明通过精确调控sio2、al2o3、na2o、cao四种主组分的含量范围，优化玻璃纤维内部结构，保证玻璃纤维具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和成型性能，克服了在较低生产难度下获得高性能玻璃纤维的难题；同时通过适当引入适量的k2o、mgo、zro、b2o3、fe2o3组分，进一步改善玻璃纤维的成型作业，降低成型作业难度，提高玻璃纤维的机械性能和耐腐蚀性能，尤其是耐酸性；并且本发明得到的玻璃纤维成分中不含硼、氟及有害澄清剂，延长窑炉耐火材料使用寿命，实现了节能、环保、减排，还保证了玻璃纤维易于实现工业化生产。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种耐酸性玻璃纤维组合物，包括：

本发明提供的耐酸性玻璃纤维组合物使玻璃纤维能够在保持无碱玻璃纤维高物理性能的基础上，具有中碱玻璃纤维的耐酸性、成本低等特点，同时易于实现池窑法大规模工业化生产。

本发明提供的玻璃纤维组合物以sio2、al2o3、na2o与cao为主成分，其中sio2的含量优选为57.3～64.5wt％，更优选为59.5～61.5wt％，再优选为60.5～61.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述sio2含量优选为55.2wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述sio2含量优选为64.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述sio2含量优选为60.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述sio2含量优选为61.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述sio2含量优选为57.3wt％；在本发明提供的另一些实施例中，所述sio2含量优选为61wt％。

所述al2o3的含量优选为5.5～8.5wt％，更优选为6.0～7.3wt％，再优选为6.0～7.1wt％，再优选为6.0～6.8wt％，最优选为6.0～6.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述al2o3的含量优选为8.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述al2o3的含量优选为5.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述al2o3的含量优选为6.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述al2o3的含量优选为6wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述al2o3的含量优选为6.8wt％；在本发明提供的另一些实施例中，所述al2o3的含量优选为7.1wt％。

所述na2o的含量优选为9.8～16.05wt％，更优选为9.8～13wt％，再优选为9.8～12wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述na2o的含量优选为12.8wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述na2o的含量优选为13wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述na2o的含量优选为12wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述na2o的含量优选为9.8wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述na2o的含量优选为12.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述na2o的含量优选为16.05wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述na2o的含量优选为13wt％。

所述cao的含量优选为10.8～15.5wt％，更优选为11.3～15.5wt％，最优选为13～15wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述cao的含量优选为14.8wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述cao的含量优选为11.3wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述cao的含量优选为13wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述cao的含量优选为15wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述cao的含量优选为13.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述cao的含量优选为14wt％；在本发明提供的另一些实施例中，所述cao的含量优选为14.5wt％。

本发明提供的玻璃纤维组合物中还添加的k2o、mgo、zro、b2o3、fe2o3组分进一步改善玻璃纤维的成型作业。

所述k2o的含量优选为1.5～3.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述k2o的含量优选为5.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述k2o的含量优选为3wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述k2o的含量优选为3.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述k2o的含量优选为3.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述k2o的含量优选为2.55wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述k2o的含量优选为3.1wt％；在本发明提供的另一些实施例中，所述k2o的含量优选为1.5wt％。

所述b2o3的含量优选为1.3～3.2wt％，更优选为1.5～3.2wt％，再优选为1.6～3.2wt％，最优选为1.6～2.8wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述b2o3的含量优选为1.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述b2o3的含量优选为1.3wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述b2o3的含量优选为2.3wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述b2o3的含量优选为2.8wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述b2o3的含量优选为3.2wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述b2o3的含量优选为1.6wt％；在本发明提供的另一些实施例中，所述b2o3的含量优选为2.2wt％。

所述zro的含量优选为0.3～1.25wt％，更优选为0.35～1.25wt％，再优选为0.4～1.25wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述zro的含量优选为0.32wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述zro的含量优选为0.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述zro的含量优选为1.25wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述zro的含量优选为0.45wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述zro的含量优选为0.35wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述zro的含量优选为0.4wt％；在本发明提供的另一些实施例中，所述zro的含量优选为0.42wt％。

所述mgo的含量优选为0.15～0.6wt％，更优选为0.15～0.5wt％，再优选为0.38～0.5wt％，最优选为0.4～0.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述mgo的含量优选为0.7wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述mgo的含量优选为0.52wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述mgo的含量优选为0.4wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述mgo的含量优选为0.5wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述mgo的含量优选为0.38wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述mgo的含量优选为0.15wt％；在本发明提供的另一些实施例中，所述mgo的含量优选为0.45wt％。

所述fe2o3的含量优选为0.22～0.68wt％，更优选为0.22～0.55wt％，再优选为0.3～0.55wt％，最优选为0.43～0.55wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述fe2o3的含量优选为0.68wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述fe2o3的含量优选为0.38wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述fe2o3的含量优选为0.55wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述fe2o3的含量优选为0.45wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述fe2o3的含量优选为0.22wt％；在本发明提供的一些实施例中，所述fe2o3的含量优选为0.3wt％；在本发明提供的另一些实施例中，所述fe2o3的含量优选为0.43wt％。

本发明还包括其他不可避免的杂质。

本发明通过精确调控sio2、al2o3、na2o、cao四种主组分的含量范围，优化玻璃纤维内部结构，保证玻璃纤维具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和成型性能，克服了在较低生产难度下获得高性能玻璃纤维的难题；同时通过适当引入适量的k2o、mgo、zro、b2o3、fe2o3组分，进一步改善玻璃纤维的成型作业，降低成型作业难度，提高玻璃纤维的机械性能和耐腐蚀性能；并且本发明得到的玻璃纤维成分中不含硼、氟及有害澄清剂，延长窑炉耐火材料使用寿命，实现了节能、环保、减排，还保证了玻璃纤维易于实现工业化生产(其成型温度不超过1230℃，析晶上限温度低于1130℃，拉丝成型作业温度区间大于70℃)。

本发明还提供了一种由上述玻璃纤维组合物制备的玻璃纤维；所述玻璃纤维的直径优选为3～17μm。

本发明还提供了一种玻璃纤维的制备方法，包括：按照上述的玻璃纤维组合物配制原料；将原料熔制得到玻璃液；将所述玻璃液拉制，得到玻璃纤维。

其中，本发明对所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。

按照上述的玻璃纤维组合物配制原料；在本发明中上述玻璃纤维组合物优选来源于叶腊石、石英砂、方解石、钾长石、氧化钠、氧化钙、锆英石、硼钙石与纯碱，配制原料。

将原料熔制得到玻璃液；在本发明中，所述熔制优选在窑炉内进行；所述原料优选通过输送设备输送至窑炉内；所述输送设备优选为气力输送设备；所述熔制优选采用纯氧燃烧、全电熔或纯氧燃烧电助熔；所述熔制的温度优选为1300℃～1550℃，更优选为1400℃～1550℃，再优选为1450℃～1550℃。

将所述玻璃液拉制，得到玻璃纤维；所述拉制优选为通过拉丝漏板与拉丝机；所述拉丝漏板优选为铂铑合金拉丝漏板；所述拉制的温度，即拉丝漏板的温度优选为1150℃～1250℃，更优选为1180℃～1230℃。

在本发明中原料熔制玻璃液，可采用纯氧燃烧、全电熔或纯氧燃烧电助融的方式进行窑炉熔制，形成均质玻璃溶液，大幅度降低了熔制成本；窑炉、窑炉通路，可采用具有耐高温、耐玻璃液侵蚀的耐火材料组成，如致密锆砖，电熔莫来石砖、烧结锆刚玉砖、电熔铬锆刚玉砖、电熔石英砖、电熔锆英石砖等。实施例未说明的技术均参照现有技术。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种耐酸性玻璃纤维组合物、耐酸性玻璃纤维及其制备方法进行详细描述。

以下实施例中所用的试剂均为市售。

实施例1

一种耐酸性玻璃纤维组合物，其主要组分及其重量含量为：

sio2：55.2％、al2o3：8.5％、na2o：12.8％、cao：14.8％、k2o：5.5％、b2o3：1.5％、zro：0.32％、mgo：0.70％、fe2o3：0.68％。

玻璃纤维的制备方法如下：

按照上述所列各配方的化学组成，通过检测和计算得出各种原料的配比需求量，以叶腊石、石英砂、方解石、钾长石、氧化钠、氧化钙、锆英石、硼钙石、纯碱为原料，再经过称量系统精确计量后，经由混合系统均匀混合制成配合料。所述配合料通过气力输送系统运送至窑炉窑前仓，采用自动加料机投料，在1510℃采用纯氧燃烧的窑炉熔制得到澄清、均化的玻璃液。熔制好的玻璃液流动至拉丝通道和拉丝成型系统直接拉制成玻璃纤维，拉丝漏板温度为1210℃的下拉制成连续玻璃纤维，所述玻璃纤维的直径为17μm±0.5μm。

实施例2

一种玻璃纤维组合物，其主要组分及其重量含量为：

sio2：64.5％、al2o3：5.5％、na2o：13.0％、cao：11.3％、k2o：3.0％、b2o3：1.3％、zro：0.50％、mgo：0.52％、fe2o3：0.38％。

玻璃纤维的制备方法如下：

按照上述所列各配方的化学组成，通过检测和计算得出各种原料的配比需求量，以叶腊石、石英砂、方解石、钾长石、氧化钠、氧化钙、锆英石、硼钙石、纯碱为原料，再经过称量系统精确计量后，经由混合系统均匀混合制成配合料。所述配合料通过气力输送系统运送至窑炉窑前仓，采用自动加料机投料，在1450℃采用纯氧燃烧电助融的窑炉熔制得到澄清、均化的玻璃液。熔制好的玻璃液流动至拉丝通道和拉丝成型系统直接拉制成玻璃纤维，拉丝漏板温度为1230℃的下拉制成连续玻璃纤维，所述玻璃纤维的直径为11μm±0.5μm。

实施例3

一种玻璃纤维组合物，其主要组分及其重量含量为：

sio2：60.5％、al2o3：6.5％、na2o：12.0％、cao：13.0％、k2o：3.5％、b2o3：2.3％、zro：1.25％、mgo：0.4％、fe2o3：0.55％。

玻璃纤维的制备方法如下：

按照上述所列各配方的化学组成，通过检测和计算得出各种原料的配比需求量，以叶腊石、石英砂、方解石、钾长石、氧化钠、氧化钙、锆英石、硼钙石、纯碱为原料，再经过称量系统精确计量后，经由混合系统均匀混合制成配合料。所述配合料通过气力输送系统运送至窑炉窑前仓，采用自动加料机投料，在1550℃采用纯氧燃烧的窑炉熔制得到澄清、均化的玻璃液。熔制好的玻璃液流动至拉丝通道和拉丝成型系统直接拉制成玻璃纤维，拉丝漏板温度为1180℃的下拉制成连续玻璃纤维，所述玻璃纤维的直径为3μm±0.5μm。

实施例4

一种玻璃纤维组合物，其主要组分及其重量含量为：

sio2：61.5％、al2o3：6.0％、na2o：9.8％、cao：15.0％、k2o：3.5％、b2o3：2.8％、zro：0.45％、mgo：0.50％、fe2o3：0.45％。

玻璃纤维的制备方法如下：

按照上述所列各配方的化学组成，通过检测和计算得出各种原料的配比需求量，以叶腊石、石英砂、方解石、钾长石、氧化钠、氧化钙、锆英石、硼钙石、纯碱为原料，再经过称量系统精确计量后，经由混合系统均匀混合制成配合料。所述配合料通过气力输送系统运送至窑炉窑前仓，采用自动加料机投料，在1500℃采用纯氧燃烧的窑炉熔制得到澄清、均化的玻璃液。熔制好的玻璃液流动至拉丝通道和拉丝成型系统直接拉制成玻璃纤维，拉丝漏板温度为1200℃的下拉制成连续玻璃纤维，所述玻璃纤维的直径为5μm±0.5μm。

实施例5

一种玻璃纤维组合物，其主要组分及其重量含量为：

sio2：60.5％、al2o3：6.8％、na2o：12.5％、cao：13.5％、k2o：2.55％、b2o3：3.2％、zro：0.35％、mgo：0.38％、fe2o3：0.22％。

玻璃纤维的制备方法如下：

按照上述所列各配方的化学组成，通过检测和计算得出各种原料的配比需求量，以叶腊石、石英砂、方解石、钾长石、氧化钠、氧化钙、锆英石、硼钙石、纯碱为原料，再经过称量系统精确计量后，经由混合系统均匀混合制成配合料。所述配合料通过气力输送系统运送至窑炉窑前仓，采用自动加料机投料，在1480℃采用全电熔的窑炉熔制得到澄清、均化的玻璃液。通过拉丝通道，在1175℃的漏板温度下拉制成连续hs纤维，所述hs纤维的直径为13μm±0.5μm。

实施例6

一种玻璃纤维组合物，其主要组分及其重量含量为：

sio2：57.3％、al2o3：7.1％、na2o：16.05％、cao：14.0％、k2o：3.1％、b2o3：1.6％、zro：0.40％、mgo：0.15％、fe2o3：0.30％。

玻璃纤维的制备方法如下：

按照上述所列各配方的化学组成，通过检测和计算得出各种原料的配比需求量，以叶腊石、石英砂、方解石、钾长石、氧化钠、氧化钙、锆英石、硼钙石、纯碱为原料，再经过称量系统精确计量后，经由混合系统均匀混合制成配合料。所述配合料通过气力输送系统运送至窑炉窑前仓，采用自动加料机投料，在1510℃采用全电熔的窑炉熔制得到澄清、均化的玻璃液。通过拉丝通道，在1190℃的漏板温度下拉制成连续hs纤维，所述hs纤维的直径为9μm±0.5μm。

实施例7

一种玻璃纤维组合物，其主要组分及其重量含量为：

sio2：61.0％、al2o3：6.5％、na2o：13.0％、cao：14.5％、k2o：1.5％、b2o3：2.2％、zro：0.42％、mgo：0.45％、fe2o3：0.43％。

玻璃纤维的制备方法如下：

按照上述所列各配方的化学组成，通过检测和计算得出各种原料的配比需求量，以叶腊石、石英砂、方解石、钾长石、氧化钠、氧化钙、锆英石、硼钙石、纯碱为原料，再经过称量系统精确计量后，经由混合系统均匀混合制成配合料。所述配合料通过气力输送系统运送至窑炉窑前仓，采用自动加料机投料，在1500℃采用全电熔的窑炉熔制得到澄清、均化的玻璃液。通过拉丝通道，在1205℃的漏板温度下拉制成连续hs纤维，所述hs纤维的直径为6μm±0.5μm。

对实施例1～7中得到的玻璃纤维的性能进行检测，得到结果见表1。

表1玻璃纤维的产品性能

对比例1

一种hs纤维组合物，其主要组分及其重量含量为：

sio2：68.0％、al2o3：4.5％、na2o：12.8％、cao：11.2％、k2o：1.5％、b2o3：1.2％、zro：0.32％、mgo：0.25％、fe2o3：0.23％。

玻璃纤维的制备方法如下：

按照上述所列各配方的化学组成，通过检测和计算得出各种原料的配比需求量，再经过称量系统精确计量后，经由混合系统均匀混合制成配合料。所述配合料通过气力输送系统运送至窑炉窑前仓，采用自动加料机投料，在1500℃采用全电熔的窑炉熔制得到澄清、均化的玻璃液。将玻璃液通过制球机制成玻璃球，再将玻璃球采用代铂炉在1350℃下熔融，采用拉丝漏板，在1180℃的漏板温度下拉制成连续hs纤维，所述hs纤维的直径为6μm±0.5μm。

对比例2

sio2：58.2％、al2o3：8.5％、na2o：9.0％、cao：16.6％、k2o：4.5％、b2o3：1.5％、zro：0.32％、mgo：0.70％、fe2o3：0.68％。

玻璃纤维的制备方法如下：

按照上述所列各配方的化学组成，通过检测和计算得出各种原料的配比需求量，再经过称量系统精确计量后，经由混合系统均匀混合制成配合料。所述配合料通过气力输送系统运送至窑炉窑前仓，采用自动加料机投料，在1510℃采用纯氧燃烧的窑炉熔制得到澄清、均化的玻璃液。熔制好的玻璃液流动至拉丝通道和拉丝成型系统直接拉制成hs纤维，拉丝漏板温度为1210℃的下拉制成连续hs纤维，所述hs纤维的直径为6μm±0.5μm。

对比例3

一种hs纤维组合物，其主要组分及其重量含量为：

sio2：61.5％、al2o3：10.5％、na2o：13.0％、cao：8.8％、k2o：3.0％、b2o3：1.8％、zro：0.50％、mgo：0.52％、fe2o3：0.38％。

玻璃纤维的制备方法如下：

按照上述所列各配方的化学组成，通过检测和计算得出各种原料的配比需求量，再经过称量系统精确计量后，经由混合系统均匀混合制成配合料。所述配合料通过气力输送系统运送至窑炉窑前仓，采用自动加料机投料，在1450℃采用纯氧燃烧电助融的窑炉熔制得到澄清、均化的玻璃液。熔制好的玻璃液流动至拉丝通道和拉丝成型系统直接拉制成hs纤维，拉丝漏板温度为1230℃的下拉制成连续hs纤维，所述hs纤维的直径为9μm±0.5μm。

对对比例1～3中得到的玻璃纤维的性能进行检测，得到结果见表2。

表2对比例1～3玻璃纤维性能检测结果

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