一种异形玻璃纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及玻璃纤维技术领域，更具体地说，是涉及一种异形玻璃纤维及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 异形玻璃纤维，又称异形截面玻璃纤维，是经一定几何形状的喷丝孔纺制的、具有 特殊截面形状的玻璃纤维。由于异形玻璃纤维的截面可以形成不规则的几何形状，与传统 的玻璃纤维相比，具有比表面积大、流动性好、光学效应好等特点，在军工、汽车、船舶、信息 产业等领域具有更广泛的应用前景。
[0003] 目前，异形玻璃纤维大多以普通无碱玻璃为生产原料，熔制成型。由于在成型过程 中，玻璃流股会借助表面张力的作用，在冷却固化形成纤维之前能够自行校圆，因此，异型 玻璃纤维的制备工艺对玻璃配方成分及各成分的配比有比较严格的控制，这样才能满足最 终产品能够具有一定的异形比及填充率。
[0004] 但是，异形玻璃纤维由于组成成分的限制，产品的抗拉强度及拉伸模量无法满足 高强度高模量领域的需要。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种异形玻璃纤维及其制备方法，本发明提供 的异形玻璃纤维具有较高的抗拉强度和拉伸模量。
[0006] 本发明提供了一种异形玻璃纤维，以摩尔百分数计，包括以下组分：
[0007] Si0257% ?62%;
[0008] Al20313% ?19% ;
[0009] CaOlO% ?15%;
[0010] Mg0 7% ?12%;
[0011] ZnOO.l%?3%;
[0012] Ti02l% ?1.5%;
[0013] Li20 0 ?0.5%;
[0014] Fe2030 ~ 0. 6% ；
[0015] K20 0 ?0.5%;
[0016] Na20 0 ?0.5%〇
[0017] 优选的，包括0? 05%?0? 2%的Li20。
[0018] 优选的，所述异形玻璃纤维的异形比为3. 6?4. 2。
[0019] 优选的，所述异形玻璃纤维的填充率为81 %?92%。
[0020] 本发明还提供了一种上述技术方案所述的异形玻璃纤维的制备方法，其特征在 于，包括以下步骤：
[0021] a)将上述技术方案所述异形玻璃纤维包括的组分混合，进行熔制，得到高温玻璃 液；
[0022] b)将所述高温玻璃液经漏板流出，依次进行冷却、浸润和卷绕，得到异形玻璃纤 维。
[0023] 优选的，所述步骤a)具体包括以下步骤：
[0024] 将上述技术方案所述异形玻璃纤维包括的组分混合，依次进行加热、澄清和均化， 得到高温玻璃液。
[0025] 优选的，所述加热的温度为1400°C?1460°C。
[0026] 优选的，所述澄清的时间为20h?30h。
[0027] 优选的，步骤b)中所述冷却的温度为1250 °C?1350 °C。
[0028] 优选的，步骤b)中所述浸润过程所用的浸润剂为环氧成膜剂、聚酯类成膜剂、聚 醋酸乙烯类成膜剂、丙烯酸酯类成膜剂和聚氨酯成膜剂中的一种或多种。
[0029] 本发明提供了一种异形玻璃纤维及其制备方法，所述异形玻璃纤维以摩尔百分数 计，包括以下组分：Si0 25 7%?62% ;A120313%?19% ;CaO 10%?15% ;MgO 7%?12% ; ZnOO. 1%?3% ;Ti02l%?1. 5% ;Li20 0 ?0? 5% ;Fe2030 ?0? 6% ;K20 0 ?0? 5% ;Na20 0?0. 5%。与现有技术相比，本发明提供的异形玻璃纤维通过控制配方成分及各成分的含 量，制备得到了具有较高的抗拉强度和拉伸模量的异形玻璃纤维，同时产品具有较高的填 充率和稳定的异形比。实验结果表明，本发明提供的异形玻璃纤维纵向抗拉强度可以达到 4728MPa以上，横向抗拉强度可以达到3699MPa以上，拉伸模量可以达到105GPa以上。
【附图说明】
[0030] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0031] 图1为本发明实施例1?3提供的异形玻璃纤维的横截面的示意图；
[0032] 图2为本发明实施例4?6提供的异形玻璃纤维的横截面的示意图；
[0033] 图3为本发明实施例提供的异形玻璃纤维生产工艺流程图；
[0034] 图4为椭圆形漏嘴的漏板的结构示意图；
[0035] 图5为二叶形漏嘴的漏板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036] 下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发 明保护的范围。
[0037] 本发明提供了一种异形玻璃纤维，以摩尔百分数计，包括以下组分：
[0038] Si0257% ?62%;
[0039] Al20313% ?19% ;
[0040] CaOlO% ?15%;
[0041] Mg0 7% ?12%;
[0042] ZnOO.l%?3%;
[0043] Ti02l%?1.5%;
[0044] Li20 0 ?0.5%;
[0045] Fe2030 ~ 0. 6% ；
[0046] K20 0 ?0.5%;
[0047] Na20 0 ?0.5%。
[0048] 本发明对所有原料的来源没有特殊限制，为市售即可。
[0049] 在本发明中，所述Si02是形成玻璃网络的主要氧化物之一，具有提高玻璃机械性 能、化学稳定性和热稳定性的作用，但是，Si0 2含量过高会增加玻璃的粘度和熔化温度，使 玻璃纤维难以成型。本发明提供的异形玻璃纤维，以摩尔百分数计，包括57%?62%的 Si0 2，优选为59%?60%。本发明提供的Si(V#量既能保证得到的异形玻璃纤维具有优异 的性能，又利于异形玻璃纤维的成型。
[0050] 在本发明中，所述A1203也是形成玻璃网络多主要氧化物之一，具有降低玻璃析 晶倾向和改善玻璃网络结构的作用；但是，A1 203含量过低会产生分相，导致玻璃水解性变 差，而A1203含量过高会使玻璃粘度过大，熔制温度升高，导致玻璃成纤困难，还容易出现析 晶问题。本发明提供的异形玻璃纤维，以摩尔百分数计，包括13%?19%的A1 203，优选为 14. 8%?17. 8%，更优选为15. 9%?16. 9%。本发明提供的A1203含量使得到的异形玻璃 纤维具有较低的粘度，易于成型，同时避免析晶的出现。
[0051] 在本发明中，所述CaO为玻璃结构网络外体氧化物，具有降低玻璃高温粘度和改 善玻璃料性的作用，适合的CaO含量对提高玻璃网络结构的稳定性有重要作用。本发明提 供的异形玻璃纤维，以摩尔百分数计，包括10%?15%的CaO,优选为11 %?13%。本发明 提供的CaO含量使得到的异形玻璃纤维具有较高的结构稳定性。
[0052] 在本发明中，所述MgO也是玻璃结构网络外体氧化物，具有降低玻璃高温粘度和 改善玻璃料性的作用，适合的MgO含量对提高玻璃网络结构的稳定性有重要作用。本发明 提供的异形玻璃纤维，以摩尔百分数计，包括7%?12%的MgO,优选为9%?12%，更优选 为9%。本发明提供的MgO含量使得到的异形玻璃纤维具有较高的结构稳定性和较低的高 温粘度。
[0053] 在本发明中，所述ZnO具有提高玻璃结构强度的作用，同时作为助溶剂，起到降低 玻璃粘度的作用，适合的ZnO含量对提高玻璃网络结构的强度和降低玻璃高温粘度有重 要作用。本发明提供的异形玻璃纤维，以摩尔百分数计，包括〇. 1%?3%的ZnO,优选为 0. 2%?1. 5%。本发明提供的ZnO含量使得到的异形玻璃纤维具有较高的结构强度和较低 的高温粘度。
[0054] 在本发明中，所述1102具有改善玻璃高温流动性和析晶倾向，提高玻璃纤维拉伸 模量和耐腐蚀性能的作用，但是11〇 2含量过高，容易产生析晶。本发明提供的异形玻璃纤 维，以摩尔百分数计，包括1%?1. 5%的Ti02，优选为1. 2%。本发明提供的1102含量使得 到的异形玻璃纤维具有较好的高温流动性、较高的拉伸模量和耐腐蚀性，同时具有较好的 析晶性能。
[0055] 在本发明中，所述Li20可以降低玻璃粘度与成型温度，同时还可以降低液相线 温度，提高拉丝稳定性。本发明提供的异形玻璃纤维，以摩尔百分数计，包括0?0. 5%的 Li20,优选为0? 05 %?0? 2 %，更优选为0? 1 %。
[0056] 在本发明中，所述Fe203有助于玻璃纤维制备过程中的热量传递，降低生产成本。 本发明提供的异形玻璃纤维，以摩尔百分数计，包括〇?〇. 6%的F