專利名稱：環保高耐溫的玻璃纖維的制作方法
技術領域：
本發明涉及玻璃纖維，特別是一種玻璃成份中無氟，無硼的環保高耐溫的玻璃纖維。熔解過程中無空氣污染。與E玻璃(無堿玻璃)一樣只有少量的堿金屬，且無硼氟等低熔點助融劑，此種玻璃需要較高溫熔解，玻璃軟化點高，相對的是玻璃纖維耐溫性比一般的E玻璃(無堿玻璃)要高。
背景技術：
E玻璃(無堿玻璃)為目前市面上最為通用的玻璃纖維，應用于玻璃鋼，電子材料等。E玻璃的通用成份為SiO2為52^56%, B2O3為5 12%，Al2O3為12 16%，CaO為16-19%， MgO為3-6%( U.S. Pat No. 2，334，961)，E玻璃窯爐所排放出的氣體主要特點是含有硼和氟的化合物有較高的蒸氣壓(其意味著較易被蒸發出來)，當窯爐內被蒸發的氣體通過熱交換器時，開始被冷凝下來，在此冷凝的過程中有許多的化學和物理反應同時發生，它使得整各工藝流程更加復雜。冷凝的產物不僅僅只是受其個別成份的特性影響，而且受其熱力學平衡情況影響。冷凝物含有三項主要成分硼酸鹽、硫酸鹽.及氟化物，同時各化合物之間存在相互的反應，特別是硼與氟形成氟化硼BF3或是BF4的錯合物。在較高的溫度(870°C以上)冷凝物主要是堿鹽(鈉和鉀)和堿土(鈣)；例如 Na2SO4, CaO-B2O3和玻璃相的SW2+ CaO- B2O3,這些化合物大多被凝結于熱交換機排氣煙囪的下段。再較低溫下一個很重大的水解作用發生，其結果是產生酸性化合物(HF，H2SO4 和H3BO3)。當溫度低于約在315°C時，不同形式的硼酸開始凝結；根據溫度它們可能會是 B203-3H20, H3BO3或HB O20其它酸性化合物也在低于205°C開始被凝結，最后是HF在低于 38 °C時被凝結。基于以上E玻璃因有氟硼等污染物，排放后造成空氣污染，因此E玻璃的熔爐必須要有廢氣處理。
發明內容
本發明的目的就是針對上述現有技術的缺陷而提供一種無硼無氟的玻璃纖維，其玻璃液相溫度較低，且具有良好纖維抽絲成型性，同時玻璃內的氣泡數也再可接受的程度。為達到上述目的，所采取的技術方案如下
玻璃纖維內氧化物重量百分比計分別為=SiO2為58. 5-60. 5%，Al2O3為11. 5-13. 5%， CaO 為 21. 0-24. 0%, MgO 為 2. 0-4. 0%, Na2O+ K2O3 0-1. 0%, Ce02 為 0-1. 5%, TiO2 為 1. (Γ2. 0%。此等組成可制成具有耐高溫性，且玻璃液相溫度較低的，具有良好成型性的玻璃。該玻璃纖維，舉其中一例，玻璃液相溫度低于抽絲溫度45°C。氧化硅為玻璃組成的主體，若氧化硅含量少于55%，所制作出的玻璃拉絲溫度低。 若氧化硅含量多于65%，將導致玻璃的熔解溫度太高，抽絲困難，且玻璃液相溫度偏高。因此氧化硅限定為55%至65%，最佳組合是58. 5%至60. 5%。
氧化鋁用來提高玻璃結構之強度，若氧化鋁含量少于4%，則玻璃液相溫度偏高。若氧化鋁含量多于15%，將導致玻璃黏度太高，抽絲困難。因此氧化鋁限定為4%至15%，更好是 11. 5% 至 13. 5%ο氧化鈰的作用為助熔劑，主要是取代氧化硼，用以降低熔制玻璃時玻璃膏之黏度， 本發明探討的氧化鈰限定為0%至1. 5%，少量的氧化鈰就可有很好的助融效果，降低玻璃內的氣泡數非常明顯，這是本發明發現的最佳結果。 氧化鎂的作用亦為助熔劑，若氧化鎂含量少于2%，其助熔效果即無法充分發揮。若氧化鎂含量多于4%，且玻璃液相溫度偏高。因此氧化鎂限定為m至4%。氧化鈣的作用亦為助熔劑，若氧化鈣含量少于7%，其助熔效果即無法充分發揮。若氧化鈣含量多于24%,軟化點降低。因此氧化鈣限定為21%至對％。氧化鈦可降低熔制玻璃時玻璃膏之黏度，若氧化鈦含量少于1. 0%，其上述效果即無法充分發揮。若氧化鈦含量多于2.0 %，其玻璃液相溫度偏高。因此氧化鈦限定為1.0% 至 2. 0%。氧化鈉和氧化鉀的作用都是助熔劑，主要用以降低熔制玻璃時玻璃膏之黏度，若氧化鈉和氧化鉀之總和多于1%，則介電正切過高。本發明發現氧化鈉與氧化鉀之總和限定為0%至1%為最佳的組合，成份比例與無堿的E玻璃接近。本發明就是將E玻璃中的硼/氟等成份去除，提高SW2和CaO+MgO于玻璃內的比例，并是適量加入CeC^2為助融劑，降低熔解玻璃的熔解溫度，同時也加入T^2適當調整玻璃的黏度，使這種無硼無氟的玻璃容易拉絲，玻璃的液相溫度比玻璃的拉絲溫度低于30°C 以上。根據上述配比作成的玻璃纖維的軟化點為908 -910 V，拉絲溫度為 1250-1280°C，玻璃的液相溫度比玻璃的拉絲溫度低于32°C以上，玻璃內的氣泡數小于2 個/公克。以上之配方為本發明精心調配研究之結果，為達到玻璃之質量，于融制玻璃時必須使用密閉式融爐防止配方中原料的揮發，適度攪拌使玻璃均質化，降低玻璃液相溫度，此乃玻璃融制及抽絲操作技術，此并不包括于本發明所揭露的玻璃組成內。
附圖為本發明實施例各組分組成列表。
具體實施例方式以下根據實施例詳細說明本發明。在附圖中所示均系以如下方法制造；各組成成份系取常用原料，依對應之重量百分比加以均勻混合后，放在白金坩堝內，再以電爐150(T155(TC之溫度，熔解6至8小時，熔解過程中，并以白金攪拌棒攪拌2-3小時，以促進玻璃中各組成成份之均勻性，然后將玻璃膏倒入金屬模板中冷卻成型為板狀。此時，針對各玻璃樣品進行檢測，可分別得到玻璃軟化點、抽絲溫度、玻璃液相溫度和玻璃內的氣泡數等。本發明在檢測玻璃樣品之特性值時，主要系依下列方法進行檢測
(1)抽絲溫度(單位V )檢測參照美國材料試驗協會(American Society forTesting and Materials，以下簡稱ASTM)所訂定之編號C965-96檢測標準，將玻璃放在坩堝中熔融后，放入鉬合金轉子，測量轉子之轉速與扭力的關系，導出玻璃在高溫下溫度與黏度的對應曲線后，得到玻璃膏黏度為Kfpoise時的對應溫度。(2)玻璃液相溫度(單位V )檢測系參照ASTM C8^_81，將小于850 μ m之玻璃屑放入白金皿中，置于梯度爐M小時后，以顯微鏡測量玻璃之結晶情形，判定其液相溫度而得。(3)玻璃軟化點依 ASTM C338 - 93 (2008) Standard Test Method for Softening Point of Glass 測試標準
玻璃氣泡數一以放大顯微鏡觀察玻璃塊內的小氣泡數，并除以重量，得到單位重量的氣泡數。如圖1所示，實施例的無硼無氟玻璃纖維，具有良好的拉絲成形性，玻璃軟化點 (905-910 °C)也比E玻璃和E C R玻璃高(E玻璃軟化點845 °C，E C R玻璃軟化點880 °C)。且玻璃液相溫度均低于抽絲溫度32°C或更低。本發明的實施方式和E玻璃、ECR玻璃的工業生產程序類似，系將前述組成所對應的原料，均勻混合后，導入一玻璃熔解槽，并在150(Γ1600 下熔解成玻璃膏，用已知的抽絲方式(如透過白金抽絲盒抽絲和類似的方法)，將玻璃膏拉制成玻璃纖維，然后經由紡絲、力口工等工程，制成前述的玻璃纖維產品型態。因本發明的玻璃纖維，具有高軟化點耐高溫和無污染成份，也有優越的纖維抽絲成型性，極適合用于玻璃鋼的補強材料。圖1所揭露的玻璃組成僅為較佳實施例而已，本發明包括但不僅限于以上的實施例，即大凡依本申請專利范圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本創作專利涵蓋之范圍內。
權利要求
1. 一種環保高耐溫的玻璃纖維，其特征在于所述玻璃纖維中各組分重量百分比如下 為 58. 5 60. 5%, Al2O3 為 11. 5 13. 5%, CaO 為 21. 0-24. 0%, MgO 為 2. 0-4. 0%, Na2O+ K2O3 0 1. 0%, Ce02 為 0 1. 5%, TiO2 為 1. 0 2. 0% 。
全文摘要
本發明提供了一種環保高耐溫的玻璃纖維，玻璃成份中無氟﹐無硼﹐熔解過程中無空氣污染；原料中以CeO2為助熔劑﹐有效將降低熔解溫度﹐并使玻璃仍維持高軟化點﹐降低玻璃中的氣泡﹐提升玻璃纖維的質量及拉絲效率。所述玻璃成分為包括為SiO2為58.5-60.5%，Al2O3為11.5-13.5%，CaO為21.0-24.0%，MgO為2.0-4.0%，Na2O+K2O3 0~1.0%， CeO2為0-1.5%，TiO2為1.0-2.0%。根據上述作成的玻璃的軟化點為908-910℃﹐拉絲溫度為1250-1280℃，玻璃的液相溫度比玻璃的拉絲溫度低于32℃以上，玻璃內的氣泡數小于2個／公克。
文檔編號C03C13/00GK102557460SQ20121004695
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月28日 優先權日2011年5月18日
發明者仇振, 劉祥明, 原榮斌, 張德剛, 徐繼濤, 李勐, 王斌, 王晉豫, 肖奎, 謝振虎, 鄒仁貴, 韓炳源 申請人:泰安佳成機電科技有限公司