CN112679096A - 一种高性能彩色玻璃纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能彩色玻璃纤维及其制备方法，按重量百分比计，其主要成分包括：二氧化硅、煅烧氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化钠、氧化钙、氧化钾，氧化锆，氧化钴，氧化铈，氧化钛，氧化钡，氧化锌，三氧化铬，氧化镍，氧化铜，氧化锶，氧化钼，氧化硼，氧化锰，三氧化二铁；本发明通过在原料组分中加入三氧化二铁，取代了三氧化二锑和三氧化二砷有害澄清剂，三氧化二铁的引入可显著降低玻璃液中的气泡，从而可以提高玻璃纤维强度。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃纤维技术领域，具体为一种高性能彩色玻璃纤维及其制备方法。
背景技术
玻璃纤维，是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高，它是以叶腊石、石英砂、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石等多种矿石为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，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。
但是，目前传统工艺生产出来的玻璃纤维缺点是性脆，耐磨性较差，并且传统工艺步骤复杂，耗费人力物力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能彩色玻璃纤维及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高性能彩色玻璃纤维，按重量百分比计，其主要成分包括：二氧化硅、煅烧氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化钠、氧化钙、氧化钾，氧化锆，氧化钴，氧化铈，氧化钛，和三氧化二铁。
优选的，按重量百分比计，其主要成分包括：二氧化硅50-75％、煅烧氧化铝4-20％、氧化镁3-15％、氧化钙2-13％、氧化钠7-16％、氧化钾0.1-2％,氧化钛0.01-1％，氧化锆0.01-9％，氧化钴0.01-9％，氧化铈0.01-6％,氧化钛0.01-3％，和三氧化二铁0.1-0.5％。
优选的，所述煅烧氧化铝是采用“拜耳法”制得的高纯度氧化铝原料，经950-1200℃的温度下煅烧而得到α型氧化铝粉末。
优选的，煅烧氧化铝的含水率≤1.0％，铁含量≤0.15％。
一种高性能彩色玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配方重量称取各种原料，然后将称取的原料放入筛选机内进行筛选，去除原料中的杂质；
S2、将筛选后的原料放入干燥箱中进行干燥处理，自然冷却至常温后取出；
S3、然将步骤S2中干燥后原料分别粉碎后过筛，得到粉碎料，然后将各种粉碎料混合均匀，得到混合物；
S4、将步骤S3中得到的混合物投入窑池中，混合物在窑池中加热熔化为玻璃液，窑池中玻璃液由于受热不均而形成热对流，使玻璃液混合均匀，得到均匀的玻璃液；
S5、将步骤S4中形成的均匀玻璃液从窑池的一端流向拉丝车间的各通路，然后从漏板的小孔中流出，从漏板流出的玻璃液经喷雾冷却形成玻璃丝；
S6、将步骤S5中冷却的玻璃丝上涂膜浸润剂，然后利用拉丝机将涂膜了浸润剂的玻璃纤维卷集在绕丝筒上，即得成品。
优选的，在步骤S3中，过筛目数为150-300目。
优选的，在步骤S4中所述的加热方式为电熔制或煤气喷枪，燃料为煤气或电能，加热温度为1600-2000℃。
优选的，在步骤S5中，从漏板拉出的玻璃丝直径为3um-24um。
优选的，在步骤S5中，加强漏板翻边的保温，在铜夹头与漏板端壁之间进行保温。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过在原料组分中加入三氧化二铁，取代了三氧化二锑和三氧化二砷有害澄清剂，三氧化二铁的引入可显著降低玻璃液中的气泡，从而可以提高玻璃纤维强度。
2、本发明的制备方法工艺工序简单、节能降耗、成型稳定、高效高产，便于大规模全自动化生产，成为国际主流生产工艺，用该工艺生产的玻璃纤维约占全球产量的90％以上。
3、本发明通过加强漏板翻边的保温，在铜夹头与漏板端壁之间进行保温，有助于减少进入漏嘴区玻璃液的温差，从而达到消除漏嘴结晶的目的，也能进一步提高该玻璃纤维的强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中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。
实施例1
一种高性能彩色玻璃纤维，按重量百分比计，其主要成分包括：二氧化硅50％、煅烧氧化铝4％、氧化镁3％、氧化钙2％、氧化钠7％、氧化钾0.1％,氧化钛0.01％，氧化锆0.01％，氧化钴0.01％，氧化铈0.01％,氧化钛0.01％，和三氧化二铁0.1％。
其中，所述煅烧氧化铝是采用“拜耳法”制得的高纯度氧化铝原料，经950-1200℃的温度下煅烧而得到α型氧化铝粉末。
其中，煅烧氧化铝的含水率≤1.0％，铁含量≤0.15％。
一种高性能彩色玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配方重量称取各种原料，然后将称取的原料放入筛选机内进行筛选，去除原料中的杂质；
S2、将筛选后的原料放入干燥箱中进行干燥处理，自然冷却至常温后取出；
S3、然将步骤S2中干燥后原料分别粉碎后过筛，得到粉碎料，然后将各种粉碎料混合均匀，得到混合物；
S4、将步骤S3中得到的混合物投入窑池中，混合物在窑池中加热熔化为玻璃液，窑池中玻璃液由于受热不均而形成热对流，使玻璃液混合均匀，得到均匀的玻璃液；
S5、将步骤S4中形成的均匀玻璃液从窑池的一端流向拉丝车间的各通路，然后从漏板的小孔中流出，从漏板流出的玻璃液经喷雾冷却形成玻璃丝；
S6、将步骤S5中冷却的玻璃丝上涂膜浸润剂，然后利用拉丝机将涂膜了浸润剂的玻璃纤维卷集在绕丝筒上，即得成品。
其中，在步骤S3中，过筛目数为150-300目。
其中，在步骤S4中所述的加热方式为电熔制或煤气喷枪，燃料为煤气或电能，加热温度为1600-2000℃。
其中，在步骤S5中，从漏板拉出的玻璃丝直径为3um-24um。
其中，在步骤S5中，加强漏板翻边的保温，在铜夹头与漏板端壁之间进行保温。
实施例2
一种高性能彩色玻璃纤维，按重量百分比计，二氧化硅60％、煅烧氧化铝10％、氧化镁8％、氧化钙6％、氧化钠9％、氧化钾0.3％,氧化钛0.04％，氧化锆1.2％，氧化钴1.6％，氧化铈1.8％,氧化钛1.2％，和三氧化二铁0.25％。
一种高性能彩色玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配方重量称取各种原料，然后将称取的原料放入筛选机内进行筛选，去除原料中的杂质；
S2、将筛选后的原料放入干燥箱中进行干燥处理，自然冷却至常温后取出；
S3、然将步骤S2中干燥后原料分别粉碎后过筛，得到粉碎料，然后将各种粉碎料混合均匀，得到混合物；
S4、将步骤S3中得到的混合物投入窑池中，混合物在窑池中加热熔化为玻璃液，窑池中玻璃液由于受热不均而形成热对流，使玻璃液混合均匀，得到均匀的玻璃液；
S5、将步骤S4中形成的均匀玻璃液从窑池的一端流向拉丝车间的各通路，然后从漏板的小孔中流出，从漏板流出的玻璃液经喷雾冷却形成玻璃丝；
S6、将步骤S5中冷却的玻璃丝上涂膜浸润剂，然后利用拉丝机将涂膜了浸润剂的玻璃纤维卷集在绕丝筒上，即得成品。
实施例3
一种高性能彩色玻璃纤维，按重量百分比计，二氧化硅70％、煅烧氧化铝15％、氧化镁10％、氧化钙10％、氧化钠13％、氧化钾1.6％,氧化钛0.05％，氧化锆3％，氧化钴5％，氧化铈4％,氧化钛1.63％，和三氧化二铁0.35％。
一种高性能彩色玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配方重量称取各种原料，然后将称取的原料放入筛选机内进行筛选，去除原料中的杂质；
S2、将筛选后的原料放入干燥箱中进行干燥处理，自然冷却至常温后取出；
S3、然将步骤S2中干燥后原料分别粉碎后过筛，得到粉碎料，然后将各种粉碎料混合均匀，得到混合物；
S4、将步骤S3中得到的混合物投入窑池中，混合物在窑池中加热熔化为玻璃液，窑池中玻璃液由于受热不均而形成热对流，使玻璃液混合均匀，得到均匀的玻璃液；
S5、将步骤S4中形成的均匀玻璃液从窑池的一端流向拉丝车间的各通路，然后从漏板的小孔中流出，从漏板流出的玻璃液经喷雾冷却形成玻璃丝；
S6、将步骤S5中冷却的玻璃丝上涂膜浸润剂，然后利用拉丝机将涂膜了浸润剂的玻璃纤维卷集在绕丝筒上，即得成品。
实施例4
一种高性能彩色玻璃纤维，按重量百分比计，二氧化硅75％、煅烧氧化铝20％、氧化镁15％、氧化钙13％、氧化钠16％、氧化钾2％,氧化钛1％，氧化锆9％，氧化钴9％，氧化铈6％,氧化钛3％，和三氧化二铁0.5％。
一种高性能彩色玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、按配方重量称取各种原料，然后将称取的原料放入筛选机内进行筛选，去除原料中的杂质；
S2、将筛选后的原料放入干燥箱中进行干燥处理，自然冷却至常温后取出；
S3、然将步骤S2中干燥后原料分别粉碎后过筛，得到粉碎料，然后将各种粉碎料混合均匀，得到混合物；
S4、将步骤S3中得到的混合物投入窑池中，混合物在窑池中加热熔化为玻璃液，窑池中玻璃液由于受热不均而形成热对流，使玻璃液混合均匀，得到均匀的玻璃液；
S5、将步骤S4中形成的均匀玻璃液从窑池的一端流向拉丝车间的各通路，然后从漏板的小孔中流出，从漏板流出的玻璃液经喷雾冷却形成玻璃丝；
S6、将步骤S5中冷却的玻璃丝上涂膜浸润剂，然后利用拉丝机将涂膜了浸润剂的玻璃纤维卷集在绕丝筒上，即得成品。
实验例：分别挑选传统的玻璃纤维成品(表中定为对照组)、实施例1得到的玻璃纤维成品、实施例2得到的玻璃纤维成品、实施例3得到的玻璃纤维成品和实施例4得到的玻璃纤维成品，然后一同进行性能测试。
测试方法：1、外观检测：在聚光良好，光度均匀的光照下，距离0.5m，目测法检验整个管纱。
2、纤维直径：按GB/T 7690.5的规定。
3、线密度：按GB/T 7690.1的规定，操作时应去除浸润剂，每个单位产品试样数量为2。
4、成品率：统计成品数量占总产品数量的比例。
由上文各个实施例可知：本发明通过在原料组分中加入三氧化二铁，取代了三氧化二锑和三氧化二砷有害澄清剂，三氧化二铁的引入可显著降低玻璃液中的气泡，从而可以提高玻璃纤维强度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种高性能彩色玻璃纤维，其特征在于：按重量百分比计，其主要成分包括：二氧化硅、煅烧氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化钠、氧化钙、氧化钾，氧化锆，氧化钴，氧化铈，氧化钛，和三氧化二铁。
2.根据权利要求1所述的一种高性能蓝色玻璃纤维，其特征在于：按重量百分比计，其主要成分包括：二氧化硅50-75％、煅烧氧化铝4-20％、氧化镁3-15％、氧化钙2-13％、氧化钠7-16％、氧化钾0.1-2％,氧化钛0.01-1％，氧化锆0.01-9％，氧化钴0.01-9％，氧化铈0.01-6％,氧化钛0.01-3％，和三氧化二铁0.1-0.5％。
3.根据权利要求1所述的一种高性能彩色玻璃纤维，其特征在于：所述煅烧氧化铝是采用“拜耳法”制得的高纯度氧化铝原料，经950-1200℃的温度下煅烧而得到α型氧化铝粉末。
4.根据权利要求1所述的一种高性能彩色玻璃纤维，其特征在于：煅烧氧化铝的含水率≤1.0％，铁含量≤0.15％。
5.一种高性能彩色玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、按配方重量称取各种原料，然后将称取的原料放入筛选机内进行筛选，去除原料中的杂质；
S2、将筛选后的原料放入干燥箱中进行干燥处理，自然冷却至常温后取出；
S3、然将步骤S2中干燥后原料分别粉碎后过筛，得到粉碎料，然后将各种粉碎料混合均匀，得到混合物；
S4、将步骤S3中得到的混合物投入窑池中，混合物在窑池中加热熔化为玻璃液，窑池中玻璃液由于受热不均而形成热对流，使玻璃液混合均匀，得到均匀的玻璃液；
S5、将步骤S4中形成的均匀玻璃液从窑池的一端流向拉丝车间的各通路，然后从漏板的小孔中流出，从漏板流出的玻璃液经喷雾冷却形成玻璃丝；
S6、将步骤S5中冷却的玻璃丝上涂膜浸润剂，然后利用拉丝机将涂膜了浸润剂的玻璃纤维卷集在绕丝筒上，即得成品。
6.根据权利要求5所述的一种高性能彩色玻璃纤维的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，过筛目数为150-300目。
7.根据权利要求5所述的一种高性能彩色玻璃纤维的制备方法，其特征在于：在步骤S4中所述的加热方式为电熔制或煤气喷枪，燃料为煤气或电能，加热温度为1600-2000℃。
8.根据权利要求5所述的一种高性能彩色玻璃纤维的制备方法，其特征在于：在步骤S5中，从漏板拉出的玻璃丝直径为3um-24um。
9.根据权利要求5所述的一种高性能彩色玻璃纤维的制备方法，其特征在于：在步骤S5中，加强漏板翻边的保温，在铜夹头与漏板端壁之间进行保温。
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