耐碱性能良好的玻璃纤维及其制备方法与流程

本发明涉及增强用玻璃纤维材料，特别地涉及一种可用于增强eifs和grc的耐碱性能良好的玻璃纤维及其制备方法。

背景技术：

1、玻璃纤维制品被广泛应用于国民经济的各个领域，其中电子、交通和建筑是最主要的三大应用领域，其中，建筑行业玻璃纤维增强水泥和墙面增强用玻璃纤维网格布对玻璃纤维的耐碱性有较高要求。

2、中国建材标准jc 935-2004中定义的耐碱玻璃(ar玻璃)成分为：59.2-60.8wt％的sio2，13.9-16.1wt％的r2o,13.7-15.3wt％的zro2，5.5-6.5wt％的tio2，4.0-5.0wt％的cao，不大于1wt％的al2o3，其中2.2-2.8wt％的k2o，和不大于0.5wt％的fe2o3；ar玻璃的酸碱耐腐蚀能力强，但由于玻璃成分中含有大量zro和tio2，成型温度达1300℃，制造纤维的综合成本是普通ecr玻纤的3倍以上，限制了它的应用。

3、中国建材标准jc 935-2004定义的中碱玻璃(c玻璃)成分为：66.5％-67.5％的sio2，5.8-6.6wt％的al2o3，9.2-9.8wt％的cao，3.9-4.5wt％的mgo，11.6-12.4wt％的r2o，其中k2o≦0.4wt％的，不大于0.4wt％的fe2o3；c玻璃耐酸性比较好，但耐碱性能差，而且因在潮湿环境中碱金属离子易析出，形成碱性环境腐蚀，致使c玻璃的耐水性也很差。c玻璃属钠-钙-铝-硅四元系玻璃，氧化硅和碱金属氧化物含量相对较高，粘度-温度曲线较无碱玻璃平缓，硬化速度慢，无法实现大漏板、高流量稳定抽丝，生产效率低，综合成本不占优势，因此中碱c玻璃已被我国《限制和淘汰类产业目录》列为限制淘汰类产业，不允许新增。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种耐碱性能良好的玻璃纤维及其制备方法。其中，玻璃纤维的玻璃熔化澄清温度在1380℃-1460℃之间，拉丝成型温度在1170℃-1250℃之间，析晶温度区间1030℃-1120℃，易于玻璃纤维拉丝成型，该玻璃纤维制造成本低、机械强度高、耐碱性良好，可替代中碱网布用于eifs增强，也可用于grc增强。

2、一种耐碱性能良好的玻璃纤维，其包含：

3、61.0-72.0wt％sio2；

4、6.0-20.0wt％碱土金属氧化物ro；

5、6.0-16.0wt％碱金属氧化物r2o；

6、1.0-7.0wt％的zro2；

7、0.1-5.0wt％的zno；

8、0-5.0wt％al2o3；

9、0-1.0wt％铁的氧化物；

10、0-2.0wt％f-；

11、其中，zno/zro2的质量分数比为0.02-1.0，sio2/zro2的质量分数比为15-36。

12、所述的耐碱性能良好的玻璃纤维，还包含：0-6.0wt％tio2；0-3.0wt％mno；0-3.0wt％la2o3；0-3.0wt％ceo2；0-2.0wt％y2o3；0-5.0wt％b2o3；

13、进一步的，所述碱土金属氧化物ro包含cao、mgo。

14、进一步的，所述碱金属氧化物包含na2o、li2o和k2o，优选的k2o的含量为0-3.0wt％。

15、进一步的，所述铁的氧化物包含feo和fe2o3，优选的所述feo为二者合量的20％-50％。

16、同时，还提供上述耐碱性能良好的玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：

17、将矿物原料按照成份比例称量，经充分搅拌混合后投入高温熔化池熔化，熔化热点温度控制在1380℃-1460℃之间；矿物原料在熔化池经过一系列物理化学反应后成为玻璃液，经过排泡、澄清，均化好的玻璃液通过流液洞进入主通路，再由主通路分配到作业通路，作业通路温度控制在1270℃-1320℃之间，每个作业通路下安装有铂铑合金漏板，对漏板进行通电加热，漏板温度控制在1170℃-1250℃之间，漏板温度控制精度不大于±0.5℃；玻璃液自漏板流出后，快速冷却的同时经高速拉丝机高速牵引和缠绕，制成纤维直径约为6μm-25μm的玻璃纤维原丝。

18、碱对玻璃纤维的侵蚀是通过氢氧根离子(ohˉ)破坏硅氧骨架而产生-si-o-群，最终sio2溶解在碱液中，使纤维丧失原来的强度。我们在普通玻璃纤维中加入耐碱氧化物zro2，玻璃纤维表面的zro2会转化成zr(oh)2的胶状物并经脱水聚合在玻璃纤维表面形成一层致密的膜层，阻挡并减缓氢氧根离子对硅氧骨架的侵蚀速率，从而显著提高了玻璃纤维的耐碱性。由于引入zro2的原料价格较高，而且zro2引入量加大会提高玻璃液相线温度和拉丝成型温度，不利于纤维生产控制，故本发明将zro2的引入量控制在7％以下，在保证玻璃一定耐碱性的同时降低生产成本；申请人研究发现，在引入zro2量少于10％时玻璃纤维耐碱性能下降，但是通过引入一定量的zno，特别是控制二者比例zno/zro2在0.03-0.25之间，能显著提高玻璃的表面张力，限制碱性氧化物和碱土金属氧化物在水和碱液中的析出，玻璃纤维的耐碱性能、耐水性和耐久性有显著提高；另因zno的加入，抑制了玻璃的析晶趋势，良好地控制了析晶区间，有利于玻璃纤维成型稳定性。所以本申请中zro2引入量不低于1％，优选地zno/zro2含量比控制在0.03-0.25之间。另外由于zno对提高玻璃的耐酸性有突出效果，本发明所述的玻璃纤维在达到良好的耐碱性的同时，其耐酸性也有非常优秀的效果。

19、al2o3是金属氧化物，也是一种酸性氧化物，少量掺入al2o3，可以很大程度降低玻璃的析晶性。随着al2o3的掺入，可以提高纤维的机械强度、耐久性、化学稳定性和热稳定性，但是对耐碱性有不利影响。al2o3含量增加，会提高制作过程中的熔融温度和玻璃液粘度，增加制造成本。所以本申请中将al2o3引入量控制在5％以下。

20、在玻璃组分中引入适量tio2，能够改善玻璃的析晶性能，有利于玻璃纤维的生产。同时，tio2·nh2o二氧化钛凝胶属于两性氧化物，具有很高的化学稳定性，在碱液中只有微量溶解生成na2tio3，大部分tio2·nh2o沉积于玻璃表面上，阻止玻璃进一步收到碱液的侵蚀，从而提高了玻璃的耐碱性。tio2虽然有助于玻璃耐碱性的提高，但也不是越多越好，在tio2的引入量较少时，随着tio2引入量的增加，玻璃的耐碱性逐渐提高，然而tio2引入量过大时，则随着tio2引入量的增加，玻璃的耐碱性呈下降趋势，所以本专利申请中tio2引入量控制在6％以下。

技术特征：

1.一种耐碱性能良好的玻璃纤维，其特征在于，以氧化物质量百分比计，包含以下成份：

2.如权利要求1所述的耐碱性能良好的玻璃纤维，其特征在于，还包含：0-6.0wt％tio2；0-3.0wt％mno；0-3.0wt％la2o3；0-3.0wt％ceo2；

3.如权利要求1所述的耐碱性能良好的玻璃纤维，其特征在于，所述碱土金属氧化物ro包含cao、mgo。

4.如权利要求1所述的耐碱性能良好的玻璃纤维，其特征在于，所述碱金属氧化物包含na2o、li2o和k2o，优选地k2o的含量为0-3.0wt％。

5.如权利要求1所述的耐碱性能良好的玻璃纤维，其特征在于，所述铁的氧化物包含feo和fe2o3，优选地所述feo为二者合量的20％-50％。

6.如权利要求1所述的耐碱性能良好的玻璃纤维，其特征在于，其织成的玻璃纤维网布，比中碱玻璃纤维网布拉伸断裂强力高50％以上。

7.如权利要求1所述的耐碱性能良好的玻璃纤维，其特征在于，其耐碱强度保留率介于耐碱玻璃纤维(ar玻璃纤维)和中碱玻璃纤维(c玻璃)之间。

8.如权利要求1-7所述的耐碱性能良好的玻璃纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将矿物原料按照成份比例称量，经充分搅拌混合后投入高温熔化池熔化，熔化热点温度控制在1380℃-1460℃之间；矿物原料在熔化池经过一系列物理化学反应后成为玻璃液，经过排泡、澄清，均化好的玻璃液通过流液洞进入主通路，再由主通路分配到作业通路，作业通路温度控制在1270℃-1320℃之间，每个作业通路下安装有铂铑合金漏板，对漏板进行通电加热，漏板温度控制在1170℃-1250℃之间，漏板温度控制精度不大于±0.5℃；玻璃液自漏板流出后，快速冷却的同时经高速拉丝机高速牵引和缠绕，制成纤维直径约为6μm-25μm的玻璃纤维原丝。

技术总结
一种耐碱性能良好的玻璃纤维及制备方法，其包含：61.0‑72.0wt％SiO2；0‑5.0wt％Al2O3；6.0‑20.0wt％碱土金属氧化物RO；6.0‑16.0wt％碱金属氧化物R2O；1.0‑7.0wt％的ZrO2；0.1‑5.0wt％的ZnO；0‑1.0wt％铁的氧化物及0‑2.0wt％的F‑。所述耐碱性能良好的玻璃纤维，其玻璃熔化澄清温度在1400℃‑1480℃之间，拉丝成型温度在1170℃‑1250℃之间，析晶温度区间1030℃‑1120℃，易于玻璃纤维拉丝成型，该玻璃纤维制造成本低、机械强度高、耐碱性良好，可替代中碱网布用于EIFS增强，也可用于GRC增强。

技术研发人员：吴孝玮,刘健伟,刘明明,游传利
受保护的技术使用者：泰安顺茂新材料集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7