專利名稱：環(huán)保高耐溫的玻璃纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃纖維，特別是一種玻璃成份中無氟，無硼的環(huán)保高耐溫的玻璃纖維。熔解過程中無空氣污染。與E玻璃(無堿玻璃)一樣只有少量的堿金屬，且無硼氟等低熔點(diǎn)助融劑，此種玻璃需要較高溫熔解，玻璃軟化點(diǎn)高，相對的是玻璃纖維耐溫性比一般的E玻璃(無堿玻璃)要高。
背景技術(shù)：
E玻璃(無堿玻璃)為目前市面上最為通用的玻璃纖維，應(yīng)用于玻璃鋼，電子材料等。E玻璃的通用成份為SiO2為52^56%, B2O3為5 12%，Al2O3為12 16%，CaO為16-19%， MgO為3-6%( U.S. Pat No. 2，334，961)，E玻璃窯爐所排放出的氣體主要特點(diǎn)是含有硼和氟的化合物有較高的蒸氣壓(其意味著較易被蒸發(fā)出來)，當(dāng)窯爐內(nèi)被蒸發(fā)的氣體通過熱交換器時，開始被冷凝下來，在此冷凝的過程中有許多的化學(xué)和物理反應(yīng)同時發(fā)生，它使得整各工藝流程更加復(fù)雜。冷凝的產(chǎn)物不僅僅只是受其個別成份的特性影響，而且受其熱力學(xué)平衡情況影響。冷凝物含有三項(xiàng)主要成分硼酸鹽、硫酸鹽.及氟化物，同時各化合物之間存在相互的反應(yīng)，特別是硼與氟形成氟化硼B(yǎng)F3或是BF4的錯合物。在較高的溫度(870°C以上)冷凝物主要是堿鹽(鈉和鉀)和堿土(鈣)；例如 Na2SO4, CaO-B2O3和玻璃相的SW2+ CaO- B2O3,這些化合物大多被凝結(jié)于熱交換機(jī)排氣煙囪的下段。再較低溫下一個很重大的水解作用發(fā)生，其結(jié)果是產(chǎn)生酸性化合物(HF，H2SO4 和H3BO3)。當(dāng)溫度低于約在315°C時，不同形式的硼酸開始凝結(jié)；根據(jù)溫度它們可能會是 B203-3H20, H3BO3或HB O20其它酸性化合物也在低于205°C開始被凝結(jié)，最后是HF在低于 38 °C時被凝結(jié)?；谝陨螮玻璃因有氟硼等污染物，排放后造成空氣污染，因此E玻璃的熔爐必須要有廢氣處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種無硼無氟的玻璃纖維，其玻璃液相溫度較低，且具有良好纖維抽絲成型性，同時玻璃內(nèi)的氣泡數(shù)也再可接受的程度。為達(dá)到上述目的，所采取的技術(shù)方案如下
玻璃纖維內(nèi)氧化物重量百分比計分別為=SiO2為58. 5-60. 5%，Al2O3為11. 5-13. 5%， CaO 為 21. 0-24. 0%, MgO 為 2. 0-4. 0%, Na2O+ K2O3 0-1. 0%, Ce02 為 0-1. 5%, TiO2 為 1. (Γ2. 0%。此等組成可制成具有耐高溫性，且玻璃液相溫度較低的，具有良好成型性的玻璃。該玻璃纖維，舉其中一例，玻璃液相溫度低于抽絲溫度45°C。氧化硅為玻璃組成的主體，若氧化硅含量少于55%，所制作出的玻璃拉絲溫度低。 若氧化硅含量多于65%，將導(dǎo)致玻璃的熔解溫度太高，抽絲困難，且玻璃液相溫度偏高。因此氧化硅限定為55%至65%，最佳組合是58. 5%至60. 5%。
氧化鋁用來提高玻璃結(jié)構(gòu)之強(qiáng)度，若氧化鋁含量少于4%，則玻璃液相溫度偏高。若氧化鋁含量多于15%，將導(dǎo)致玻璃黏度太高，抽絲困難。因此氧化鋁限定為4%至15%，更好是 11. 5% 至 13. 5%ο氧化鈰的作用為助熔劑，主要是取代氧化硼，用以降低熔制玻璃時玻璃膏之黏度， 本發(fā)明探討的氧化鈰限定為0%至1. 5%，少量的氧化鈰就可有很好的助融效果，降低玻璃內(nèi)的氣泡數(shù)非常明顯，這是本發(fā)明發(fā)現(xiàn)的最佳結(jié)果。 氧化鎂的作用亦為助熔劑，若氧化鎂含量少于2%，其助熔效果即無法充分發(fā)揮。若氧化鎂含量多于4%，且玻璃液相溫度偏高。因此氧化鎂限定為m至4%。氧化鈣的作用亦為助熔劑，若氧化鈣含量少于7%，其助熔效果即無法充分發(fā)揮。若氧化鈣含量多于24%,軟化點(diǎn)降低。因此氧化鈣限定為21%至對％。氧化鈦可降低熔制玻璃時玻璃膏之黏度，若氧化鈦含量少于1. 0%，其上述效果即無法充分發(fā)揮。若氧化鈦含量多于2.0 %，其玻璃液相溫度偏高。因此氧化鈦限定為1.0% 至 2. 0%。氧化鈉和氧化鉀的作用都是助熔劑，主要用以降低熔制玻璃時玻璃膏之黏度，若氧化鈉和氧化鉀之總和多于1%，則介電正切過高。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)氧化鈉與氧化鉀之總和限定為0%至1%為最佳的組合，成份比例與無堿的E玻璃接近。本發(fā)明就是將E玻璃中的硼/氟等成份去除，提高SW2和CaO+MgO于玻璃內(nèi)的比例，并是適量加入CeC^2為助融劑，降低熔解玻璃的熔解溫度，同時也加入T^2適當(dāng)調(diào)整玻璃的黏度，使這種無硼無氟的玻璃容易拉絲，玻璃的液相溫度比玻璃的拉絲溫度低于30°C 以上。根據(jù)上述配比作成的玻璃纖維的軟化點(diǎn)為908 -910 V，拉絲溫度為 1250-1280°C，玻璃的液相溫度比玻璃的拉絲溫度低于32°C以上，玻璃內(nèi)的氣泡數(shù)小于2 個/公克。以上之配方為本發(fā)明精心調(diào)配研究之結(jié)果，為達(dá)到玻璃之質(zhì)量，于融制玻璃時必須使用密閉式融爐防止配方中原料的揮發(fā)，適度攪拌使玻璃均質(zhì)化，降低玻璃液相溫度，此乃玻璃融制及抽絲操作技術(shù)，此并不包括于本發(fā)明所揭露的玻璃組成內(nèi)。


附圖為本發(fā)明實(shí)施例各組分組成列表。
具體實(shí)施例方式以下根據(jù)實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。在附圖中所示均系以如下方法制造；各組成成份系取常用原料，依對應(yīng)之重量百分比加以均勻混合后，放在白金坩堝內(nèi)，再以電爐150(T155(TC之溫度，熔解6至8小時，熔解過程中，并以白金攪拌棒攪拌2-3小時，以促進(jìn)玻璃中各組成成份之均勻性，然后將玻璃膏倒入金屬模板中冷卻成型為板狀。此時，針對各玻璃樣品進(jìn)行檢測，可分別得到玻璃軟化點(diǎn)、抽絲溫度、玻璃液相溫度和玻璃內(nèi)的氣泡數(shù)等。本發(fā)明在檢測玻璃樣品之特性值時，主要系依下列方法進(jìn)行檢測
(1)抽絲溫度(單位V )檢測參照美國材料試驗(yàn)協(xié)會(American Society forTesting and Materials，以下簡稱ASTM)所訂定之編號C965-96檢測標(biāo)準(zhǔn)，將玻璃放在坩堝中熔融后，放入鉬合金轉(zhuǎn)子，測量轉(zhuǎn)子之轉(zhuǎn)速與扭力的關(guān)系，導(dǎo)出玻璃在高溫下溫度與黏度的對應(yīng)曲線后，得到玻璃膏黏度為Kfpoise時的對應(yīng)溫度。(2)玻璃液相溫度(單位V )檢測系參照ASTM C8^_81，將小于850 μ m之玻璃屑放入白金皿中，置于梯度爐M小時后，以顯微鏡測量玻璃之結(jié)晶情形，判定其液相溫度而得。(3)玻璃軟化點(diǎn)依 ASTM C338 - 93 (2008) Standard Test Method for Softening Point of Glass 測試標(biāo)準(zhǔn)
玻璃氣泡數(shù)一以放大顯微鏡觀察玻璃塊內(nèi)的小氣泡數(shù)，并除以重量，得到單位重量的氣泡數(shù)。如圖1所示，實(shí)施例的無硼無氟玻璃纖維，具有良好的拉絲成形性，玻璃軟化點(diǎn) (905-910 °C)也比E玻璃和E C R玻璃高(E玻璃軟化點(diǎn)845 °C，E C R玻璃軟化點(diǎn)880 °C)。且玻璃液相溫度均低于抽絲溫度32°C或更低。本發(fā)明的實(shí)施方式和E玻璃、ECR玻璃的工業(yè)生產(chǎn)程序類似，系將前述組成所對應(yīng)的原料，均勻混合后，導(dǎo)入一玻璃熔解槽，并在150(Γ1600 下熔解成玻璃膏，用已知的抽絲方式(如透過白金抽絲盒抽絲和類似的方法)，將玻璃膏拉制成玻璃纖維，然后經(jīng)由紡絲、力口工等工程，制成前述的玻璃纖維產(chǎn)品型態(tài)。因本發(fā)明的玻璃纖維，具有高軟化點(diǎn)耐高溫和無污染成份，也有優(yōu)越的纖維抽絲成型性，極適合用于玻璃鋼的補(bǔ)強(qiáng)材料。圖1所揭露的玻璃組成僅為較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明包括但不僅限于以上的實(shí)施例，即大凡依本申請專利范圍所作之均等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本創(chuàng)作專利涵蓋之范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種環(huán)保高耐溫的玻璃纖維，其特征在于所述玻璃纖維中各組分重量百分比如下 為 58. 5 60. 5%, Al2O3 為 11. 5 13. 5%, CaO 為 21. 0-24. 0%, MgO 為 2. 0-4. 0%, Na2O+ K2O3 0 1. 0%, Ce02 為 0 1. 5%, TiO2 為 1. 0 2. 0% 。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種環(huán)保高耐溫的玻璃纖維，玻璃成份中無氟﹐無硼﹐熔解過程中無空氣污染；原料中以CeO2為助熔劑﹐有效將降低熔解溫度﹐并使玻璃仍維持高軟化點(diǎn)﹐降低玻璃中的氣泡﹐提升玻璃纖維的質(zhì)量及拉絲效率。所述玻璃成分為包括為SiO2為58.5-60.5%，Al2O3為11.5-13.5%，CaO為21.0-24.0%，MgO為2.0-4.0%，Na2O+K2O3 0~1.0%， CeO2為0-1.5%，TiO2為1.0-2.0%。根據(jù)上述作成的玻璃的軟化點(diǎn)為908-910℃﹐拉絲溫度為1250-1280℃，玻璃的液相溫度比玻璃的拉絲溫度低于32℃以上，玻璃內(nèi)的氣泡數(shù)小于2個／公克。
文檔編號C03C13/00GK102557460SQ20121004695
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者仇振, 劉祥明, 原榮斌, 張德剛, 徐繼濤, 李勐, 王斌, 王晉豫, 肖奎, 謝振虎, 鄒仁貴, 韓炳源 申請人:泰安佳成機(jī)電科技有限公司