一种高弹性模量玻璃纤维组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，特别是指一种高弹性模量玻璃纤维组合物及其制备方法。

背景技术

玻璃纤维（Fiberglass），是一种性能优异的无机非金属材料，具有良好的绝缘性，同时耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高，但是性脆，耐磨性较差。它是以叶腊石、石英砂、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石六种矿石为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造而成，其单丝的直径为几个微米到二十几个微米，相当于一根头发丝的 1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料、电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。在玻璃纤维的应用过程中，随着复合材料制品尺寸的不断增加，人们对玻璃纤维的力学性能尤其是弹性模量提出越来越高的要求。

现有技术中提升玻璃纤维弹性模量的方法有很多，例如S玻璃，基本组成为：65wt％的SiO

现有公开专利中大多通过添加不同的物质提高玻璃纤维的弹性模量，例如：专利文献CN108751728A公开了一种基于玄武岩生产的高模量玻璃纤维组合物。所述组合物各组分含量如下：SiO

专利文献CN107216042A公开了一种高模量玻璃纤维组合物，包括如下组分：SiO

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种高弹性模量玻璃纤维组合物及其制备方法；本发明玻璃纤维组合物能够有效降低玻璃析晶速率，在保证较高拉伸强度的基础上具有较高的弹性模量，达到105GPa，适合规模化生产。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，本发明提供一种高弹性模量玻璃纤维组合物，由以下重量百分比组分组成：

SiO

Al

CaO 12-18wt％；

MgO 5-10.5wt％；

Ce

Yb

ZrO

BaO 0.1-0.5wt％；

R

优选的，上述高弹性模量玻璃纤维组合物由以下重量百分比组分组成：

SiO

Al

CaO 14-16wt％；

MgO 6-8wt％；

Ce

Yb

ZrO

BaO 0.3-0.5wt％；

R

进一步的，所述R

进一步的，所述CaO、Al

优选的，所述CaO、Al

另一方面，本发明还提供一种上述高弹性模量玻璃纤维组合物的制备方法，按比例称取原料，投入玻璃熔炉内，进行玻璃化、熔融处理，然后进行纺丝成型，得到玻璃纤维。

优选的，所述熔融温度为1300-1400℃。

优选的，所述纺丝温度为1200-1300℃，纺丝温度与液相温度的温度差△T为30-80℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明中SiO

Al

为调节玻璃粘度和玻璃析晶作用，添加一定含量的CaO和MgO，通过对CaO与Al

本发明在SiO

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。

本发明中，所使用的材料及试剂未有特殊说明的，均可从商业途径得到。

本发明提供一种高弹性模量玻璃纤维组合物及其制备方法，具体实施例如下。

实施例1

按照表1中实施例1配方称取原料，投入玻璃熔炉内，进行玻璃化、1300-1400℃熔融处理，然后温度为1200-1300℃进行纺丝成型，得到玻璃纤维。并对制备的玻璃纤维进行性能检测，结果见表2。

实施例2-8

按照表1中实施例2-8配方称取原料，投入玻璃熔炉内，进行玻璃化、1300-1400℃熔融处理，然后温度为1200-1300℃进行纺丝成型，得到玻璃纤维。并对制备的玻璃纤维进行性能检测，结果见表2。

为进一步说明本申请的有益效果，因篇幅有限，仅以实施例3为例构建对比例如下。

对比例1

将Yb2O3替换为等量的La

对比例2

将Yb2O3替换为等量的Y

对比例3-7

按照表1中对比例3-7配方称取原料，投入玻璃熔炉内，进行玻璃化、1300-1400℃熔融处理，然后温度为1200-1300℃进行纺丝成型，得到玻璃纤维。

对对比例1-7制备的玻璃纤维进行性能检测，结果见表2。

表1

表2

注：△T值：成型温度与液相线温度之差，表示拉丝成型的温度范围。

由表1和表2可知，本发明成功制备高弹性模量玻璃纤维，弹性模量最高可达到105GPa。同时，通过SiO

与对比例1-3相比，将本发明中Yb

通过表2中数据可知，本发明中特定比例范围的CaO/Al

对比例4中降低Li

对比例3-7中，调整CaO/Al

综上可知，本发明在SiO

以上所述是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围。