本發(fā)明涉及玻璃纖維，特別是一種可降解的玻璃纖維。
背景技術(shù)：
目前市面上最為通用的玻璃纖維為c玻璃纖維、e玻璃纖維、ecr玻璃纖維以及由這些玻璃組成所衍生出的玻璃纖維，這些玻璃纖維由于其優(yōu)異的電絕緣性能、高剛性、尺寸穩(wěn)定性強(qiáng)、輕量化、造價(jià)相對(duì)較低、原材料易得等主要應(yīng)用于要求相對(duì)苛刻的電子材料領(lǐng)域。
現(xiàn)階段主要應(yīng)用于電子領(lǐng)域的玻璃纖維的主要成份為：
(1)c玻璃的主要成份為：sio2為60～68％，al2o3為5～10％，cao+mgo為10-15％，na2o+k2o為10-16％；
(2)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.patno.2,334,961)；
(3)ecr玻璃作為正在推廣的玻璃纖維，是一種無(wú)硼無(wú)氟玻璃，ecr玻璃的通用成份為sio2為55-62％，al2o3為12-16％，cao為20-25％，mgo為2.5-6％，na2o+k2o為0-1.5％。
而以上三種玻璃纖維都存在一個(gè)共同特點(diǎn)，強(qiáng)度高，不可降解，其降解時(shí)間據(jù)估算可達(dá)幾百年甚至上千年，而現(xiàn)在電子材料更新?lián)Q代速度超快，大量的“電子垃圾”造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，那么在電子產(chǎn)品中使用可降解材料便顯得至關(guān)重要。
在生態(tài)環(huán)境材料的應(yīng)用研究和開(kāi)發(fā)方面，為了消除“白色污染”，90年代后期，完全可降解塑料問(wèn)世。目前主要有：聚合型光降解塑料、聚合型生物降解塑料和全淀粉熱塑性生物降解塑料。但是除了上述降解塑料除在農(nóng)用地膜上有成功的報(bào)道外，在其他方面，特別是在包裝材料的應(yīng)用方面的報(bào)道較少。這主要是由于這些材料本身的力學(xué)性能差，成本相對(duì)較高所致。因此，提高可降解塑料的力學(xué)性能是可降解材料應(yīng)用領(lǐng)域需要解決的又一大難題。
上述可降解材料在應(yīng)用研究和開(kāi)發(fā)中碰到的一些難題，可以通過(guò)復(fù)合材料的途徑加以解決，但條件是必須具有滿(mǎn)足上述各應(yīng)用環(huán)境要求的高強(qiáng)度和可降解的纖維。
在生物醫(yī)用材料方面，人工體內(nèi)植入物通常包括永久性使用植入物(如人工髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)及心臟瓣膜等)和暫時(shí)性使用植入物(如骨折內(nèi)固定材料、骨缺損修復(fù)材料和藥物緩釋材料等)。永久性使用的人工體內(nèi)植入物要求用具有良好生物穩(wěn)定性的醫(yī)用材料制造，而暫時(shí)性使用的人工體內(nèi)植入物，采用醫(yī)用生物可降解吸收性醫(yī)用材料更為適宜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述問(wèn)題提供了一種可降解的玻璃纖維，其玻璃液相溫度較低，且具有良好纖維抽絲成型性，同時(shí)玻璃內(nèi)的氣泡數(shù)低至0～1個(gè)/公克。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：所述可降解玻璃纖維中包含以下組分：
進(jìn)一步的，所述金屬氧化物為cao。
進(jìn)一步的，所述金屬氧化物為mgo。
進(jìn)一步的，所述金屬氧化物為cao和mgo的混合物。
進(jìn)一步的，所述cao和mgo按質(zhì)量比為:0.01％～99.9％：99.9％～0.01％。
進(jìn)一步的，所述金屬氧化物中so42-由na2so4和k2so4的混合物引入。
進(jìn)一步的，na2so4和k2so4的質(zhì)量比為：1～5：2～6。
本發(fā)明還提供了一種可降解玻璃纖維的制備方法，該制備方法包含以下步驟：
(1)原料的混合：將原料石英砂、純堿、碳酸鈣、碳酸鎂、氧化鋁、硫酸鈉按比例混合均勻；
(2)原料的熔化：所述原料投入玻璃纖維拉絲爐中，設(shè)置玻璃纖維拉絲爐中攪拌速度為1000～1500r/min，以200～210℃/min的速度將玻璃纖維拉絲爐升溫至1400～1500℃，保溫120～180min對(duì)原料進(jìn)行熔化，然后調(diào)整溫度至1450-1480℃保溫52-65分鐘進(jìn)行均化、澄清，得到玻璃液；
(3)成品：以10-14℃/min的速度對(duì)玻璃液進(jìn)行降溫，降溫時(shí)間為20-28min，在溫度降至1150～1200℃時(shí)，得到玻璃膏，設(shè)置玻璃纖維拉絲爐的拉絲速率為1500～2500m/min，在此速率下對(duì)玻璃膏進(jìn)行拉制得到可降解玻璃纖維。
進(jìn)一步的，所述原料石英砂、純堿、碳酸鈣、碳酸鎂、氧化鋁、硫酸鈉混合質(zhì)量百分比為：石英砂68～72％，純堿4.3～6.05％，碳酸鈣7.8～10.1％，碳酸鎂4.4～5.2％，氧化鋁2.5～3.0％，硫酸鈉2～6％，硫酸鉀4～7％。
優(yōu)選的，所述原料配方為：石英砂68.34％，純堿5.71％，碳酸鈣9％，碳酸鎂5.2％，氧化鋁2.8％，硫酸鈉4.5％，硫酸鉀4.45％。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
(1)本發(fā)明中原料均采用優(yōu)質(zhì)純凈礦物原料以及化工原料，降低了雜質(zhì)的引入，所制得的玻璃液相溫度較低，具有良好成型性，在制備過(guò)程中有效降低了能耗，提升玻璃纖維的質(zhì)量及拉絲效率。該玻璃纖維，舉其中一例，玻璃液相溫度低于拉絲溫度60℃，析晶溫度低于拉絲溫度80℃。
(2)本發(fā)明所制得的玻璃纖維的軟化點(diǎn)為750～820℃﹐拉絲溫度為1150-1200℃，玻璃的液相溫度比c玻璃、e玻璃和ecr玻璃的拉絲溫度低至少50℃，玻璃纖維內(nèi)的氣泡數(shù)小于1個(gè)/公克。
(3)本發(fā)明所得玻璃纖維與普通玻璃纖維相比，玻璃成份中無(wú)氟﹐無(wú)硼﹐熔制過(guò)程簡(jiǎn)單快速，無(wú)空氣污染，所得玻璃纖維可在特定條件下快速降解，避免環(huán)境污染。
(4)本發(fā)明所得玻璃纖維力學(xué)性能優(yōu)異，制備過(guò)程中無(wú)有機(jī)或污染性原料殘留，適合應(yīng)用于電子材料、醫(yī)用材料及復(fù)合材料增強(qiáng)領(lǐng)域，使用范圍廣。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。
實(shí)施例1：
原料：石英砂68％，純堿6.05％，碳酸鈣9％，碳酸鎂5.2％，氧化鋁2.8％，硫酸鈉4.5％，硫酸鉀4.45％。
制備：將上述原料均勻混合后，投入玻璃纖維拉絲爐中，設(shè)置玻璃纖維拉絲爐中攪拌速度為1500r/min，以200～210℃/min的速度升溫至1400℃，保溫180min對(duì)原料進(jìn)行熔化，然后調(diào)整溫度至1450℃保溫65分鐘進(jìn)行均化、澄清，得到玻璃液；以10℃/min的速度對(duì)玻璃液進(jìn)行降溫，降溫時(shí)間為30min，在溫度降至1150℃時(shí)，得到玻璃膏。
實(shí)施例2：
原料：石英砂70.71％，純堿4.32％，碳酸鈣8.64％，碳酸鎂4.47％，氧化鋁2.71％，硫酸鈉5.15％，硫酸鉀4％。
制備：將上述原料均勻混合后，投入玻璃纖維拉絲爐中，設(shè)置玻璃纖維拉絲爐中攪拌速度為1200r/min，以200℃/min的速度將玻璃纖維拉絲爐升溫至1500℃，保溫150min對(duì)原料進(jìn)行熔化，然后調(diào)整溫度至1480℃保溫52分鐘進(jìn)行均化、澄清，得到玻璃液；
成品：以14℃/min的速度對(duì)玻璃液進(jìn)行降溫，降溫時(shí)間為25min，在溫度降至1150℃時(shí)，得到玻璃膏，設(shè)置玻璃纖維拉絲爐的拉絲速率為1500m/min，在此速率下對(duì)玻璃膏進(jìn)行拉制得到可降解玻璃纖維。
實(shí)施例3：
原料：石英砂70％，純堿5％，碳酸鈣7.9％，碳酸鎂5.2％，氧化鋁2.6％，硫酸鈉4％，硫酸鉀5.3％。
制備：將上述原料均勻混合后，原料投入玻璃纖維拉絲爐中，設(shè)置玻璃纖維拉絲爐中攪拌速度為1500r/min，以205℃/min的速度將玻璃纖維拉絲爐升溫至1500℃，保溫160min對(duì)原料進(jìn)行熔化，然后調(diào)整溫度至1450℃保溫60分鐘進(jìn)行均化、澄清，得到玻璃液；
成品：以12℃/min的速度對(duì)玻璃液進(jìn)行降溫，降溫時(shí)間為22min，在溫度降至1186℃時(shí)，得到玻璃膏，設(shè)置玻璃纖維拉絲爐的拉絲速率為2500m/min，在此速率下對(duì)玻璃膏進(jìn)行拉制得到可降解玻璃纖維。
實(shí)施例4：
原料：石英砂71.34％，純堿3.94％，碳酸鈣9.95％，碳酸鎂5.03％，氧化鋁2.88％，硫酸鈉2.86％，硫酸鉀6.86％。
制備：將上述原料均勻混合后，原料投入玻璃纖維拉絲爐中，設(shè)置玻璃纖維拉絲爐中攪拌速度為1300r/min，以210℃/min的速度將玻璃纖維拉絲爐升溫至1450℃，保溫170min對(duì)原料進(jìn)行熔化，然后調(diào)整溫度至1480℃保溫63分鐘進(jìn)行均化、澄清，得到玻璃液；
成品：以14℃/min的速度對(duì)玻璃液進(jìn)行降溫，降溫時(shí)間為23min，在溫度降至1158℃時(shí)，得到玻璃膏，設(shè)置玻璃纖維拉絲爐的拉絲速率為2000m/min，在此速率下對(duì)玻璃膏進(jìn)行拉制得到可降解玻璃纖維。
實(shí)施例5：
原料：石英砂72％，純堿5.9％，碳酸鈣7.8％，碳酸鎂4.8％，氧化鋁2.5％，硫酸鈉3％，硫酸鉀4％。
制備：將上述原料均勻混合后，原料投入玻璃纖維拉絲爐中，設(shè)置玻璃纖維拉絲爐中攪拌速度為1000～1500r/min，以200～210℃/min的速度將玻璃纖維拉絲爐升溫至1400～1500℃，保溫120～180min對(duì)原料進(jìn)行熔化，然后調(diào)整溫度至1450-1480℃保溫52-65分鐘進(jìn)行均化、澄清，得到玻璃液；
成品：以10-14℃/min的速度對(duì)玻璃液進(jìn)行降溫，降溫時(shí)間為20-28min，在溫度降至1150～1200℃時(shí)，得到玻璃膏，設(shè)置玻璃纖維拉絲爐的拉絲速率為1500～2500m/min，在此速率下對(duì)玻璃膏進(jìn)行拉制得到可降解玻璃纖維。
針對(duì)實(shí)施例1-5中玻璃膏進(jìn)行取樣，倒入金屬模板中冷卻成型為板狀，得到板狀玻璃膏，對(duì)狀玻璃膏進(jìn)行玻璃軟化點(diǎn)、抽絲溫度、玻璃液相溫度和玻璃內(nèi)的氣泡數(shù)的檢測(cè)；對(duì)實(shí)施例1-5所得可降解玻璃纖維進(jìn)行取樣，進(jìn)行各組分百分比確定及降解速率測(cè)定實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。
本發(fā)明在檢測(cè)玻璃樣品特性值時(shí)，主要依下列方法進(jìn)行檢測(cè)：
(1)抽絲溫度(單位:℃)檢測(cè)：參照美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(americansocietyfortestingandmaterials，以下簡(jiǎn)稱(chēng)astm)所訂定之編號(hào)c965-96檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，將玻璃放在坩堝中熔融后，放入鉑合金轉(zhuǎn)子，測(cè)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(duì)應(yīng)曲線(xiàn)后，得到玻璃膏黏度為103poise時(shí)的對(duì)應(yīng)溫度。
(2)玻璃液相溫度(單位:℃)檢測(cè)：系參照astmc829-81，將小于850μm之玻璃屑放入白金皿中，置于梯度爐24小時(shí)后，以顯微鏡測(cè)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astmc338-93(2008)standardtestmethodforsofteningpointofglass測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
(4)玻璃氣泡數(shù)－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)。
(5)將各組纖維各稱(chēng)取1克，分別放入盛有100毫升生理鹽水的玻璃試管中，在37℃下恒溫96小時(shí)，然后再用蒸餾水清洗、烘干、稱(chēng)重(稱(chēng)重精度0.0001克)。
表1：實(shí)施例1-5實(shí)驗(yàn)結(jié)果
由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本發(fā)明制備的無(wú)硼無(wú)氟可降解玻璃纖維，具有良好的拉絲成形性，其玻璃軟化點(diǎn)(750-810℃)也比e玻璃和ecr玻璃低(e玻璃軟化點(diǎn)855℃，ecr玻璃軟化點(diǎn)880℃),且玻璃液相溫度均低于抽絲溫度50℃甚至更低。
本發(fā)明所制得的的可降解玻璃纖維強(qiáng)度可達(dá)0.51n/tex，與ecr及e玻璃纖維強(qiáng)度相當(dāng)，力學(xué)性能好，極適合作為醫(yī)用生物可降解吸收材料，同時(shí)可用作可降解復(fù)合材料的增強(qiáng)材料，并且其降解速率達(dá)到15.4％，在可降解玻璃纖維所應(yīng)用的材料達(dá)到使用壽命后，便可在生理鹽水環(huán)境中將其降解，操作簡(jiǎn)單無(wú)污染。
上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。