3% Κ20 >1%
[0055] Li20 0.1-1% CaO+MgO+SrO 10-24% CaO 4-11% MgO 6-12% SrO <2.5% Ti(> <2% Fe：203 <1.5%
[0056] 并且，重量百分比的比值Cl =K20/R20的范围为大于等于0.5,重量百分比的比值C2 =(Mg0+Sr0)/Ca0的范围为1 · 1-1 · 7。
[0057] 其中，所述高性能玻璃纤维组合物还含有Ce02,其含量以重量百分比表示为Ο- ?%。
[0058] 根据本发明的另一个方面，提供一种玻璃纤维，所述玻璃纤维由上述的玻璃纤维 组合物制成。
[0059]根据本发明的第三方面，提供一种复合材料，所述复合材料包括上述的玻璃纤维。
[0060] 根据本发明的高性能玻璃纤维组合物，主要创新点是引入高含量的碱金属氧化物 Κ20，结合稀土氧化物Y2〇3、La2〇 3和Gd2〇3，控制K20/R20和(MgO+SrO) /CaO的比值，合理配置 K20、Li20、Na20、Y2〇3、La2〇3、Gd 2〇3、SrO、CaO、MgO和CaO+MgO+SrO的含量范围，以及利用K20、 Na20、Li20的混合碱效应和Ca0、Mg0、Sr0的混合碱土效应，此外还可以选择性引入适量Ce0 2 等。
[0061] 具体来说，根据本发明的高性能玻璃纤维组合物含有下述组分，且各组分的含量 以重量百分比表示如下： Si02 52-64% Al2〇3 12-24% RE2〇3=:Y2〇；i+La2〇3+Gd2〇3 0.05-8% R20=Li20+Na20+K20 <2.5% κ2ο >1%
[0062] CaO+MgO+SrO 10-24% CaO 2-14% MgO <13% Ti02 <2SM, Fe2〇i <1.5%
[0063] 该玻璃纤维组合物中各组分的作用及含量说明如下：
[0064] Si02是形成玻璃骨架的主要氧化物，并且起稳定各组分的作用。在本发明的玻璃 纤维组合物中，限定Si0 2的重量百分比含量范围为52-64%。优选地，可以限定Si02的重量百 分比含量范围为54-62%。
[0065] Al2〇3也是形成玻璃骨架的氧化物，与Si02结合时可对玻璃的机械性能起到实质性 的作用。若其含量太低，玻璃会无法获得足够高的机械性能;若其含量太高，则会使玻璃的 粘度过高和表面张力过大导致熔化、澄清困难。在本发明的玻璃纤维组合物中，限定Al 2〇3的 重量百分比含量范围为12-24%。优选地，可以限定Al2〇3的重量百分比含量范围为13-21 %。 此外，进一步地，可以限定Si02+Al2〇3的重量百分比含量范围为小于80%。
[0066] K20和Na20均能降低玻璃粘度，是良好的助熔剂。发明人发现，在碱金属氧化物总量 较高的情况下，用κ20替代Na20,能降低玻璃的析晶倾向，改善纤维成型性能；能显著降低玻 璃液的表面张力，有效改善玻璃的澄清效果;还能提高玻璃的机械强度。尤其是当K20的重 量百分比含量大于1%时，这种效果会意想不到的出色。同Na 20和Κ20相比，Li20不仅能显著 地降低玻璃粘度，从而改善玻璃熔制性能，并且对提高玻璃的力学性能有明显帮助。同时， 少量Li20就能提供可观的游离氧，有利于更多的铝离子形成四面体配位，增强玻璃体系的 网络结构，可进一步降低玻璃的析晶能力。但是Li 20的含量也不宜过高，太多的Li+会表现出 显著的断网作用，反而会破坏玻璃结构的稳定性，加速玻璃的析晶倾向。因此，在本发明的 玻璃纤维组合物中，限定他 20+1(20+1^20的重量百分比含量范围为小于2.5%。优选地，可以 限定Na 20+K20+Li20的重量百分比含量范围为小于2.3%。同时，限定1( 20的重量百分比含量 范围为大于1%。进一步地，可以限定Li20的重量百分比含量范围为0.1-1%。进一步地，可 以限定重量百分比的比值C1=K 20/R20的范围为大于0.44。优选地，可以限定重量百分比的 比值C1=K20/R 20的范围为大于等于0.5。
[0067]发明人发现，在碱金属氧化物含量较高的情况下，引入稀土氧化物Y203、La 203和 Gd2〇3中的一种或多种，利用稀土氧化物具有较强阴离子积聚作用的特性，来捕获多余的游 离氧填补玻璃结构的空位缺陷，进一步增强玻璃结构的稳定性和紧密度，从而提高玻璃的 机械性能。同时，它们还能有效阻止其他离子的移动排列，达到降低玻璃析晶倾向的目的。 发明人还发现，同时使用两种及以上稀土氧化物并控制它们的比值在合适数值时，它们的 协同效应显著，在提高玻璃机械性能及抑制玻璃析晶方面的作用优于单独使用一种稀土氧 化物，获得了意想不到的效果。发明人认为，第一方面，多种稀土氧化物能提供更丰富的网 络外离子配位结构，有利于提高玻璃结构的稳定性，从而提高玻璃的机械性能；第二方面， 当温度降低时，多种不同半径的稀土离子产生规则排列的机率也会减少，这有利于显著降 低晶体的生长速率，从而进一步提高玻璃的抗析晶能力。在本发明的玻璃纤维组合物中，限 定RE 2〇3 = Y2〇3+La2〇3+Gd2〇 3的重量百分比含量范围为0.05-8 %。优选地，可以限定RE2〇3 = Y2〇3+La2〇3+Gd2〇3的重量百分比含量范围为。进一步地，可以限定Y2O3的重量百分比含 量范围为0.05-6%。优选地，可以限定Y 2〇3的重量百分比含量范围为0.5-5%。进一步地，可 以限定La2〇 3的重量百分比含量范围为0.05-2%。进一步地，可以限定Gd2〇3的重量百分比含 量范围为0.05-1%。
[0068] Ca0、Mg0和SrO主要起控制玻璃析晶、调节玻璃粘度的作用。尤其是在控制玻璃析 晶方面，发明人通过控制它们的引入量和比例关系获得了意想不到的效果。一般来说，以 Mg〇-Ca〇-Al2〇3_Si02系统为主体的高性能玻璃，其玻璃析晶后所包含的晶相主要包括透辉 石(CaMgSi2〇6)和钙长石(CaAl2Si2〇8)。为了有效抑制两种晶相的析晶倾向，降低玻璃的液相 线温度和析晶速率，本发明中通过合理控制CaO+MgO+SrO的含量范围及各组分间的比例关 系C2=(Mg0+Sr0)/Ca0,利用混合碱土效应形成更紧密的堆积结构，使其晶核形成和长大时 需要更多的能量，从而达到抑制玻璃析晶倾向的目的。而且，引入适量氧化锶所形成的玻璃 结构更加稳定，有利于玻璃性能的进一步提升。在本发明的玻璃纤维组合物中，限定C a 0+ MgO+SrO的重量百分比含量范围为10-24% XaO作为重要的网络外体氧化物，其含量过高会 增大玻璃的析晶倾向，造成从玻璃中析出钙长石、硅灰石等晶体的危险。在本发明的玻璃纤 维组合物中，限定CaO的重量百分比含量范围为2-14%。优选地，可以限定CaO的重量百分比 含量范围为4-11 % JgO在玻璃中的作用与CaO大体类似，但Mg2+的场强更高，对提高玻璃的 模量起重要的作用。在本发明的玻璃纤维组合物中，限定MgO的重量百分比含量范围为小于 13%。优选地，可以限定MgO的重量百分比含量范围为6-12%。进一步地，可以限定SrO的重 量百分比含量范围为小于2.5%。优选地，可以限定SrO的重量百分比含量范围为0.1-2%。 进一步地，可以限定重量百分比的比值C2 = (MgO+SrO) /CaO的范围为大于0.9。优选地，比值 C2的范围可以限定为2 1。更优选地，比值C2的范围可以限定为1.1-1.7。
[0069] Ti02不仅可以降低高温时的玻璃粘度，还具有一定的助熔作用。但由于钛离子具 有一定的着色作用，尤其是当Ti0 2含量超过2%后，这种着色作用变得比较显著，一定程度 上会影响玻纤制品的外观。因此，在本发明的玻璃纤维组合物中，限定Ti0 2的重量百分比含 量范围为小于2%。
[0070] Fe2〇3有利于玻璃的熔制，也能改善玻璃的析晶性能。但由于铁离子和亚铁离子具 有着色作用，故引入量不宜多。因此，在本发明的玻璃纤维组合物中，限定Fe 203的重量百分 比含量范围为小于1.5%。
[0071] 在本发明的玻璃纤维组合物中，还可以选择性引入适量Ce02,以进一步改善玻璃 的析晶倾向和澄清效果。在本发明的玻璃纤维组合物中，限定Ce0 2的重量百分比含量范围 为0-1 % 〇
[0072] 此外，本发明的玻璃纤维组合物中还允许含有少量其他组分，重量百分比总含量 一般不超过2 %。
[0073] 本发明的玻璃纤维组合物中，选择各组分含量的上述范围的有益效果在后面会通 过实施例给出具体实验数据来说明。
[0074] 下面是根据本发明的玻璃纤维组合物中所包括的各组分的优选取值范围示例。根 据下述优选示例，由该组合物形成的玻璃纤维的弹性模量为大于90Gpa，单丝强度大于 4250MPa〇
[0075] 优选示例一
[0076] 根据本发明的高性能玻璃纤维组合物含有下述组分，且各组分的含量以重量百分 比表示如下： SiO? 52-64% Al2〇3 12-24% RE203=Y2CM-La203+Gd 2〇3 0.05-8% R20=Li20+Na20+K2〇 <2.5% K20 >1%
[0077] Li20 0.1-1 % CaO+MgO+SrO 10-24% CaO 2-14% MgO <13% Ti02 <2% Fe203 <1.5%
[0078] 并且，重量百分比的比值Cl =K20/R20的范围为大于0.44。
[0079] 优选示例二
[0080] 根据本发明的高性能玻璃纤维组合物含有下述组分，且各组分的含量以重量百分 比表示如下： SiO, 52-64%
[0081] Al2〇3 12-24% RE2O^Y20；rfLa20.r-fGd:〇3 0.05-8% Y?〇3 0.05-6% R20=Li20+Na20+K20 <2.5% Κ20 >1%
[0082] C'aO+MgO+SrO 10-24% CaO 2-14% MgO <13% Ti02 <2% Fe20, <1 5%
[0083] 并且，重量百分比的比值Cl =K20/R20的范围为大于0.44。
[0084] 优选示例三
[0085] 根据本发明的高性能玻璃纤维组合物含有下述组分，且各组分的含量以重量百分 比表示如下： Si02 52-64% Al2〇3 12-24% RE20.,=Y20.vrLa20.,+Gd2〇3 0.05-8% La.O, 0,05-2% R2〇=Li2〇+Na2D+iv2〇 <2.5%
[0086] K20 > 1 % CaO+MgO+SrO 10-24% CaO 2-14% MgO <13% Ti02 <2% Fe20, <1.5%
[0087] 并且，重量百分比的比值Cl =K20/R20的范围为大于0.44。
[0088] 优选示例四
[0089] 根据本发明的高性能玻璃纤维组合物含有下述组分，且各组分的含量以重量百分 比表示如下： Si02 52-64% Al2〇3 12-24% RE2〇3=Y2〇3+La203+Gd 2〇3 0.05-8% R20=Li,0+Na20+K20 <2.5%
[C20 >1%
[0090] CaO+MgO+SrO 10-24% CaO 2-14% MgO <13% SrO <2.5% Ti02 <2% Fe.O；, <1.5%
[0091] 并且，重量百分比的比