专利名称：环保高耐温的玻璃纤维的制作方法
技术领域：
本发明涉及玻璃纤维，特别是一种玻璃成份中无氟，无硼的环保高耐温的玻璃纤维。熔解过程中无空气污染。与E玻璃(无碱玻璃)一样只有少量的碱金属，且无硼氟等低熔点助融剂，此种玻璃需要较高温熔解，玻璃软化点高，相对的是玻璃纤维耐温性比一般的E玻璃(无碱玻璃)要高。
背景技术：
E玻璃(无碱玻璃)为目前市面上最为通用的玻璃纤维，应用于玻璃钢，电子材料等。E玻璃的通用成份为SiO2为52^56%, B2O3为5 12%，Al2O3为12 16%，CaO为16-19%， MgO为3-6%( U.S. Pat No. 2，334，961)，E玻璃窑炉所排放出的气体主要特点是含有硼和氟的化合物有较高的蒸气压(其意味着较易被蒸发出来)，当窑炉内被蒸发的气体通过热交换器时，开始被冷凝下来，在此冷凝的过程中有许多的化学和物理反应同时发生，它使得整各工艺流程更加复杂。冷凝的产物不仅仅只是受其个别成份的特性影响，而且受其热力学平衡情况影响。冷凝物含有三项主要成分硼酸盐、硫酸盐.及氟化物，同时各化合物之间存在相互的反应，特别是硼与氟形成氟化硼BF3或是BF4的错合物。在较高的温度(870°C以上)冷凝物主要是碱盐(钠和钾)和碱土(钙)；例如 Na2SO4, CaO-B2O3和玻璃相的SW2+ CaO- B2O3,这些化合物大多被凝结于热交换机排气烟囱的下段。再较低温下一个很重大的水解作用发生，其结果是产生酸性化合物(HF，H2SO4 和H3BO3)。当温度低于约在315°C时，不同形式的硼酸开始凝结；根据温度它们可能会是 B203-3H20, H3BO3或HB O20其它酸性化合物也在低于205°C开始被凝结，最后是HF在低于 38 °C时被凝结。基于以上E玻璃因有氟硼等污染物，排放后造成空气污染，因此E玻璃的熔炉必须要有废气处理。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的缺陷而提供一种无硼无氟的玻璃纤维，其玻璃液相温度较低，且具有良好纤维抽丝成型性，同时玻璃内的气泡数也再可接受的程度。为达到上述目的，所采取的技术方案如下
玻璃纤维内氧化物重量百分比计分别为=SiO2为58. 5-60. 5%，Al2O3为11. 5-13. 5%， CaO 为 21. 0-24. 0%, MgO 为 2. 0-4. 0%, Na2O+ K2O3 0-1. 0%, Ce02 为 0-1. 5%, TiO2 为 1. (Γ2. 0%。此等组成可制成具有耐高温性，且玻璃液相温度较低的，具有良好成型性的玻璃。该玻璃纤维，举其中一例，玻璃液相温度低于抽丝温度45°C。氧化硅为玻璃组成的主体，若氧化硅含量少于55%，所制作出的玻璃拉丝温度低。 若氧化硅含量多于65%，将导致玻璃的熔解温度太高，抽丝困难，且玻璃液相温度偏高。因此氧化硅限定为55%至65%，最佳组合是58. 5%至60. 5%。
氧化铝用来提高玻璃结构之强度，若氧化铝含量少于4%，则玻璃液相温度偏高。若氧化铝含量多于15%，将导致玻璃黏度太高，抽丝困难。因此氧化铝限定为4%至15%，更好是 11. 5% 至 13. 5%ο氧化铈的作用为助熔剂，主要是取代氧化硼，用以降低熔制玻璃时玻璃膏之黏度， 本发明探讨的氧化铈限定为0%至1. 5%，少量的氧化铈就可有很好的助融效果，降低玻璃内的气泡数非常明显，这是本发明发现的最佳结果。 氧化镁的作用亦为助熔剂，若氧化镁含量少于2%，其助熔效果即无法充分发挥。若氧化镁含量多于4%，且玻璃液相温度偏高。因此氧化镁限定为m至4%。氧化钙的作用亦为助熔剂，若氧化钙含量少于7%，其助熔效果即无法充分发挥。若氧化钙含量多于24%,软化点降低。因此氧化钙限定为21%至对％。氧化钛可降低熔制玻璃时玻璃膏之黏度，若氧化钛含量少于1. 0%，其上述效果即无法充分发挥。若氧化钛含量多于2.0 %，其玻璃液相温度偏高。因此氧化钛限定为1.0% 至 2. 0%。氧化钠和氧化钾的作用都是助熔剂，主要用以降低熔制玻璃时玻璃膏之黏度，若氧化钠和氧化钾之总和多于1%，则介电正切过高。本发明发现氧化钠与氧化钾之总和限定为0%至1%为最佳的组合，成份比例与无碱的E玻璃接近。本发明就是将E玻璃中的硼/氟等成份去除，提高SW2和CaO+MgO于玻璃内的比例，并是适量加入CeC^2为助融剂，降低熔解玻璃的熔解温度，同时也加入T^2适当调整玻璃的黏度，使这种无硼无氟的玻璃容易拉丝，玻璃的液相温度比玻璃的拉丝温度低于30°C 以上。根据上述配比作成的玻璃纤维的软化点为908 -910 V，拉丝温度为 1250-1280°C，玻璃的液相温度比玻璃的拉丝温度低于32°C以上，玻璃内的气泡数小于2 个/公克。以上之配方为本发明精心调配研究之结果，为达到玻璃之质量，于融制玻璃时必须使用密闭式融炉防止配方中原料的挥发，适度搅拌使玻璃均质化，降低玻璃液相温度，此乃玻璃融制及抽丝操作技术，此并不包括于本发明所揭露的玻璃组成内。
附图为本发明实施例各组分组成列表。
具体实施例方式以下根据实施例详细说明本发明。在附图中所示均系以如下方法制造；各组成成份系取常用原料，依对应之重量百分比加以均勻混合后，放在白金坩埚内，再以电炉150(T155(TC之温度，熔解6至8小时，熔解过程中，并以白金搅拌棒搅拌2-3小时，以促进玻璃中各组成成份之均勻性，然后将玻璃膏倒入金属模板中冷却成型为板状。此时，针对各玻璃样品进行检测，可分别得到玻璃软化点、抽丝温度、玻璃液相温度和玻璃内的气泡数等。本发明在检测玻璃样品之特性值时，主要系依下列方法进行检测
(1)抽丝温度(单位V )检测参照美国材料试验协会(American Society forTesting and Materials，以下简称ASTM)所订定之编号C965-96检测标准，将玻璃放在坩埚中熔融后，放入钼合金转子，测量转子之转速与扭力的关系，导出玻璃在高温下温度与黏度的对应曲线后，得到玻璃膏黏度为Kfpoise时的对应温度。(2)玻璃液相温度(单位V )检测系参照ASTM C8^_81，将小于850 μ m之玻璃屑放入白金皿中，置于梯度炉M小时后，以显微镜测量玻璃之结晶情形，判定其液相温度而得。(3)玻璃软化点依 ASTM C338 - 93 (2008) Standard Test Method for Softening Point of Glass 测试标准
玻璃气泡数一以放大显微镜观察玻璃块内的小气泡数，并除以重量，得到单位重量的气泡数。如图1所示，实施例的无硼无氟玻璃纤维，具有良好的拉丝成形性，玻璃软化点 (905-910 °C)也比E玻璃和E C R玻璃高(E玻璃软化点845 °C，E C R玻璃软化点880 °C)。且玻璃液相温度均低于抽丝温度32°C或更低。本发明的实施方式和E玻璃、ECR玻璃的工业生产程序类似，系将前述组成所对应的原料，均勻混合后，导入一玻璃熔解槽，并在150(Γ1600 下熔解成玻璃膏，用已知的抽丝方式(如透过白金抽丝盒抽丝和类似的方法)，将玻璃膏拉制成玻璃纤维，然后经由纺丝、力口工等工程，制成前述的玻璃纤维产品型态。因本发明的玻璃纤维，具有高软化点耐高温和无污染成份，也有优越的纤维抽丝成型性，极适合用于玻璃钢的补强材料。图1所揭露的玻璃组成仅为较佳实施例而已，本发明包括但不仅限于以上的实施例，即大凡依本申请专利范围所作之均等变化与修饰，皆应仍属本创作专利涵盖之范围内。
权利要求
1. 一种环保高耐温的玻璃纤维，其特征在于所述玻璃纤维中各组分重量百分比如下 为 58. 5 60. 5%, Al2O3 为 11. 5 13. 5%, CaO 为 21. 0-24. 0%, MgO 为 2. 0-4. 0%, Na2O+ K2O3 0 1. 0%, Ce02 为 0 1. 5%, TiO2 为 1. 0 2. 0% 。
全文摘要
本发明提供了一种环保高耐温的玻璃纤维，玻璃成份中无氟﹐无硼﹐熔解过程中无空气污染；原料中以CeO2为助熔剂﹐有效将降低熔解温度﹐并使玻璃仍维持高软化点﹐降低玻璃中的气泡﹐提升玻璃纤维的质量及拉丝效率。所述玻璃成分为包括为SiO2为58.5-60.5%，Al2O3为11.5-13.5%，CaO为21.0-24.0%，MgO为2.0-4.0%，Na2O+K2O3 0~1.0%， CeO2为0-1.5%，TiO2为1.0-2.0%。根据上述作成的玻璃的软化点为908-910℃﹐拉丝温度为1250-1280℃，玻璃的液相温度比玻璃的拉丝温度低于32℃以上，玻璃内的气泡数小于2个／公克。
文档编号C03C13/00GK102557460SQ20121004695
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月28日 优先权日2011年5月18日
发明者仇振, 刘祥明, 原荣斌, 张德刚, 徐继涛, 李勐, 王斌, 王晋豫, 肖奎, 谢振虎, 邹仁贵, 韩炳源 申请人:泰安佳成机电科技有限公司