一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维
阅读说明：本技术 一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维 (Continuous glass fiber containing cordierite microcrystals ) 是由 张一昉 王翔 于 2021-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维,玻璃组合物以重量计包括以下材料：48-65％的SiO-(2)、16-27％的Al-(2)O-(3)、10-20％的MgO、0-10％的CaO、0-4％的B-(2)O-(3)、0-3％的La-(2)O-(3)、0-0.5％的Y-(2)O-(3)、0-2％的CeO-(2)、0-4％的ZrO2、0-2％的TiO-(2)和0-2％的FeO(含Fe-(2)O-(3)),并且0-2％的R-(2)O(Li-(2)O+Na-(2)O+K-(2)O)。发明的含堇青石微晶的连续玻璃纤维成分,熔制后无须热处理直接拉丝,得到的纤维强度和模量均超过E玻纤和S玻纤,这种连续微晶玻璃纤维对复合材料技术的进步将有很大的促进作用,在复合材料增强基材中,由于含堇青石微晶连续玻璃纤维的强度和弹性模量高,用于汽车轻量化、风电以及塑料行业的增强有巨大优势。由于含堇青石微晶连续玻璃纤维的透波性能好,也可作为5G通信天线罩的增强材料。(The invention discloses a continuous glass fiber containing cordierite microcrystals, wherein a glass composition comprises the following materials in parts by weight: 48-65% SiO 2 16-27% of Al 2 O 3 10-20% of MgO, 0-10% of CaO and 0-4% of B 2 O 3 0-3% of La 2 O 3 0-0.5% of Y 2 O 3 0-2% of CeO 2 0-4% of ZrO2 and 0-2% of TiO 2 And 0-2% FeO (containing Fe) 2 O 3 ) And 0-2% of R 2 O(Li 2 O+Na 2 O+K 2 O). The continuous glass fiber component containing cordierite microcrystals is directly drawn without heat treatment after melting, the strength and the modulus of the obtained fiber exceed those of E glass fiber and S glass fiber, and the continuous microcrystalline glass fiber is used for the composite material technologyThe improvement has great promotion effect, and in the composite material reinforced base material, the cordierite-containing microcrystal continuous glass fiber has high strength and elastic modulus, so that the composite material reinforced base material has great advantages for reinforcing the automobile light weight, wind power and plastic industries. The continuous glass fiber containing cordierite microcrystals has good wave-transmitting performance, and can be used as a reinforcing material of a 5G communication antenna housing.)
技术领域
本发明属于玻璃纤维及复合材料技术领域，具体涉及一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维。
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，它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、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。
在工业生产上，玻璃纤维采用直接拉丝法，其得到的纤维是透明均质的玻璃态，拉丝温度必须在玻璃析晶温度的上限以上，现有技术上在玻璃析晶温度区间则不可能拉丝成功，目前已有的连续玻璃纤维材料，其最好的高强纤维，即使二次处理后其模量也不超过90GPa。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维，解决了上述的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维，玻璃组合物以重量计包括以下材料：48-65％的SiO2、16-27％的Al2O3、10-20％的MgO、0-10％的CaO、0-4％的B2O3、0-3％的La2O3、0-0.5％的Y2O3、0-2％的CeO2、0-4％的ZrO2、0-2％的TiO2和0-2％的FeO(含Fe2O3)，并且0-2％的R2O(Li2O+Na2O+K2O)。
优选的，所述玻璃纤维作为玻璃组合物以重量计包含：54-65％的SiO2、20-25％的Al2O3、12-15％的MgO、6-9％的CaO、0-2％的B2O3、1-2％的La2O3、0-0.5％的Y2O3、0-1.0％的CeO2、0-2％的ZrO2、0-0.5％的TiO2和0-2％的FeO(含Fe2O3)，并且0-1.0％的R2O(Li2O+Na2O+K2O)。
优选的，所述玻璃纤维在室温下弹性模量在大于或等于90GPa，高于连续S玻纤。
优选的，所述含堇青石晶相的微晶颗粒在0.01-0.5微米，体积占比为10-30％。
优选的，所述玻璃纤维产品可以是纺织物、无纺织物和短切原丝，且应用于先进复合材料的增强。
优选的，所述含堇青石微晶连续玻璃纤维，其介电常数为4.9-5.4，介电损耗为40×10-4-55×10-4，透波性能好，可作为5G通信天线罩的增强材料。
一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下制备方法：
S1：将各原料混合均匀后加入熔制炉，在1400℃-1600℃的条件下熔化、澄清、均化后，得到玻璃液。
S2：将a玻璃液经过精确温控的特别料道流出，经拉丝处理后得到含堇青石微晶玻璃纤维。
S3：得到玻璃纤维后，对玻璃纤维进行性能测试，其中纤维的强度、弹性模量和耐碱侵蚀性。
S4：同时测定微晶玻璃的介电常数和介电损耗，按照以下方法测定：
A1：将各原料混合均匀后加入铂金坩埚中，在1400℃-1600℃下保温，得到均匀、澄清的玻璃液，将玻璃液倒在预热的不锈钢模具上，置于退火炉中析晶后，制成直径φ10mm，厚度7-10mm的玻璃片，在圆形片涂上银电极后进行介电常数及介电损耗的测量，圆片试样通过谐振腔法检测其高频损耗。
A2：耐水性通过测定研磨至360μm-400μm的玻璃粉在80℃的水中放置24小时的重量损失来表征。
A3：耐碱性通过测定5000cm2表面积的纤维，100℃下，24h在不同的酸碱溶液里的失重来表征。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的含堇青石微晶的连续玻璃纤维成分，熔制后无须热处理直接拉丝，得到的纤维强度和模量均超过E玻纤和S玻纤，这种连续微晶玻璃纤维对复合材料技术的进步将有很大的促进作用，在复合材料增强基材中，由于含堇青石微晶连续玻璃纤维的强度和弹性模量高，用于汽车轻量化、风电以及塑料行业的增强有巨大优势。由于含堇青石微晶连续玻璃纤维的透波性能好，也可作为5G通信天线罩的增强材料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中，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。
实施例一：
本发明提供一种技术方案：一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维，玻璃组合物以重量计包括以下材料：48％的SiO2、22％的Al2O3、12％的MgO、9％的CaO、2％的B2O3、2.6％的La2O3、0.4％的Y2O3、0.5％的CeO2、1％的ZrO2、1％的TiO2和0.5％的FeO(含Fe2O3)，并且0.8％的R2O(Li2O+Na2O+K2O)，玻璃纤维在室温下弹性模量在大于或等于90GPa，高于连续S玻纤，含堇青石晶相的微晶颗粒在0.01-0.5微米，体积占比为10-30％，玻璃纤维产品可以是纺织物、无纺织物和短切原丝，且应用于先进复合材料的增强，含堇青石微晶连续玻璃纤维，其介电常数为4.9-5.4，介电损耗为40×10-4-55×10-4，透波性能好，可作为5G通信天线罩的增强材料。
一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下制备方法：
S1：将各原料混合均匀后加入熔制炉，在1400℃的条件下熔化、澄清、均化后，得到玻璃液；
S2：将S1步骤的玻璃液经过精确温控的特别料道流出，经拉丝处理后得到含堇青石微晶玻璃纤维；
S3：得到玻璃纤维后，对玻璃纤维进行性能测试，其中纤维的强度、弹性模量和耐碱侵蚀性；
S4：同时测定微晶玻璃的介电常数和介电损耗，按照以下方法测定：
A1：将各原料混合均匀后加入铂金坩埚中，在1400℃下保温，得到均匀、澄清的玻璃液，将玻璃液倒在预热的不锈钢模具上，置于退火炉中析晶后，制成直径φ10mm，厚度7-10mm的玻璃片，在圆形片涂上银电极后进行介电常数及介电损耗的测量，圆片试样通过谐振腔法检测其高频损耗；
A2：耐水性通过测定研磨至360μm-400μm的玻璃粉在80℃的水中放置24小时的重量损失来表征；
A3：耐碱性通过测定5000cm2表面积的纤维，100℃下，24h在不同的酸碱溶液里的失重来表征。
实施例二：
本发明提供一种技术方案：一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维，玻璃组合物以重量计包括以下材料：52％的SiO2、19％的Al2O3、20％的MgO、1％的CaO、2％的B2O3、1.6％的La2O3、0.4％的Y2O3、0-5％的CeO2、1％的ZrO2、1％的TiO2和0.5％的FeO(含Fe2O3)，并且1％的R2O(Li2O+Na2O+K2O)，玻璃纤维在室温下弹性模量在大于或等于90GPa，高于连续S玻纤，含堇青石晶相的微晶颗粒在0.01-0.5微米，体积占比为10-30％，玻璃纤维产品可以是纺织物、无纺织物和短切原丝，且应用于先进复合材料的增强，含堇青石微晶连续玻璃纤维，其介电常数为4.9-5.4，介电损耗为40×10-4-55×10-4，透波性能好，可作为5G通信天线罩的增强材料。
一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下制备方法：
S1：将各原料混合均匀后加入熔制炉，在1600℃的条件下熔化、澄清、均化后，得到玻璃液；
S2：将S1步骤的玻璃液经过精确温控的特别料道流出，经拉丝处理后得到含堇青石微晶玻璃纤维；
S3：得到玻璃纤维后，对玻璃纤维进行性能测试，其中纤维的强度、弹性模量和耐碱侵蚀性；
S4：同时测定微晶玻璃的介电常数和介电损耗，按照以下方法测定：
A1：将各原料混合均匀后加入铂金坩埚中，在1600℃下保温，得到均匀、澄清的玻璃液，将玻璃液倒在预热的不锈钢模具上，置于退火炉中析晶后，制成直径φ10mm，厚度7-10mm的玻璃片，在圆形片涂上银电极后进行介电常数及介电损耗的测量，圆片试样通过谐振腔法检测其高频损耗；
A2：耐水性通过测定研磨至360μm-400μm的玻璃粉在80℃的水中放置24小时的重量损失来表征；
A3：耐碱性通过测定5000cm2表面积的纤维，100℃下，24h在不同的酸碱溶液里的失重来表征。
实施例三：
本发明提供一种技术方案：一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维，玻璃组合物以重量计包括以下材料：50％的SiO2、20％的Al2O3、12％的MgO、9％的CaO、2％的B2O3、2.6％的La2O3、0.4％的Y2O3、0.5％的CeO2、1％的ZrO2和1％的FeO(含Fe2O3)，并且1％的R2O(Li2O+Na2O+K2O)，玻璃纤维在室温下弹性模量在大于或等于90GPa，高于连续S玻纤，含堇青石晶相的微晶颗粒在0.01-0.5微米，体积占比为10-30％，玻璃纤维产品可以是纺织物、无纺织物和短切原丝，且应用于先进复合材料的增强，含堇青石微晶连续玻璃纤维，其介电常数为4.9-5.4，介电损耗为40×10-4-55×10-4，透波性能好，可作为5G通信天线罩的增强材料。
一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下制备方法：
S1：将各原料混合均匀后加入熔制炉，在1600℃的条件下熔化、澄清、均化后，得到玻璃液；
S2：将S1步骤的玻璃液经过精确温控的特别料道流出，经拉丝处理后得到含堇青石微晶玻璃纤维；
S3：得到玻璃纤维后，对玻璃纤维进行性能测试，其中纤维的强度、弹性模量和耐碱侵蚀性；
S4：同时测定微晶玻璃的介电常数和介电损耗，按照以下方法测定：
A1：将各原料混合均匀后加入铂金坩埚中，在1600℃下保温，得到均匀、澄清的玻璃液，将玻璃液倒在预热的不锈钢模具上，置于退火炉中析晶后，制成直径φ10mm，厚度7-10mm的玻璃片，在圆形片涂上银电极后进行介电常数及介电损耗的测量，圆片试样通过谐振腔法检测其高频损耗；
A2：耐水性通过测定研磨至360μm-400μm的玻璃粉在80℃的水中放置24小时的重量损失来表征；
A3：耐碱性通过测定5000cm2表面积的纤维，100℃下，24h在不同的酸碱溶液里的失重来表征。
实施例四：
本发明提供一种技术方案：一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维，玻璃组合物以重量计包括以下材料：54％的SiO2、24％的Al2O3、12％的MgO、4％的CaO、4％的B2O3、1％的CeO2、1％的ZrO2和1.2％的TiO2，并且1％的R2O(Li2O+Na2O+K2O)，玻璃纤维在室温下弹性模量在大于或等于90GPa，高于连续S玻纤，含堇青石晶相的微晶颗粒在0.01-0.5微米，体积占比为10-30％，玻璃纤维产品可以是纺织物、无纺织物和短切原丝，且应用于先进复合材料的增强，含堇青石微晶连续玻璃纤维，其介电常数为4.9-5.4，介电损耗为40×10-4-55×10-4，透波性能好，可作为5G通信天线罩的增强材料。
一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下制备方法：
S1：将各原料混合均匀后加入熔制炉，在1500℃的条件下熔化、澄清、均化后，得到玻璃液；
S2：将S1步骤的玻璃液经过精确温控的特别料道流出，经拉丝处理后得到含堇青石微晶玻璃纤维；
S3：得到玻璃纤维后，对玻璃纤维进行性能测试，其中纤维的强度、弹性模量和耐碱侵蚀性；
S4：同时测定微晶玻璃的介电常数和介电损耗，按照以下方法测定：
A1：将各原料混合均匀后加入铂金坩埚中，在1500℃下保温，得到均匀、澄清的玻璃液，将玻璃液倒在预热的不锈钢模具上，置于退火炉中析晶后，制成直径φ10mm，厚度7-10mm的玻璃片，在圆形片涂上银电极后进行介电常数及介电损耗的测量，圆片试样通过谐振腔法检测其高频损耗；
A2：耐水性通过测定研磨至360μm-400μm的玻璃粉在80℃的水中放置24小时的重量损失来表征；
A3：耐碱性通过测定5000cm2表面积的纤维，100℃下，24h在不同的酸碱溶液里的失重来表征。
实施例五：
本发明提供一种技术方案：一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维，玻璃组合物以重量计包括以下材料：55％的SiO2、25％的Al2O3、14％的MgO、4％的B2O3、1％的CeO2、0.5％的ZrO2和1.1％的TiO2，并且0.5％的R2O(Li2O+Na2O+K2O)，玻璃纤维在室温下弹性模量在大于或等于90GPa，高于连续S玻纤，含堇青石晶相的微晶颗粒在0.01-0.5微米，体积占比为10-30％，玻璃纤维产品可以是纺织物、无纺织物和短切原丝，且应用于先进复合材料的增强，含堇青石微晶连续玻璃纤维，其介电常数为4.9-5.4，介电损耗为40×10-4-55×10-4，透波性能好，可作为5G通信天线罩的增强材料。
一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下制备方法：
S1：将各原料混合均匀后加入熔制炉，在1500℃的条件下熔化、澄清、均化后，得到玻璃液；
S2：将S1步骤的玻璃液经过精确温控的特别料道流出，经拉丝处理后得到含堇青石微晶玻璃纤维；
S3：得到玻璃纤维后，对玻璃纤维进行性能测试，其中纤维的强度、弹性模量和耐碱侵蚀性；
S4：同时测定微晶玻璃的介电常数和介电损耗，按照以下方法测定：
A1：将各原料混合均匀后加入铂金坩埚中，在1500℃下保温，得到均匀、澄清的玻璃液，将玻璃液倒在预热的不锈钢模具上，置于退火炉中析晶后，制成直径φ10mm，厚度7-10mm的玻璃片，在圆形片涂上银电极后进行介电常数及介电损耗的测量，圆片试样通过谐振腔法检测其高频损耗；
A2：耐水性通过测定研磨至360μm-400μm的玻璃粉在80℃的水中放置24小时的重量损失来表征；
A3：耐碱性通过测定5000cm2表面积的纤维，100℃下，24h在不同的酸碱溶液里的失重来表征。
实施例六：
本发明提供一种技术方案：一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维，玻璃组合物以重量计包括以下材料：60％的SiO2、25％的Al2O3、12％的MgO、1.5％的B2O3、1％的CeO2、0.5％的ZrO2和0.8％的TiO2，并且0.5％的R2O(Li2O+Na2O+K2O)，玻璃纤维在室温下弹性模量在大于或等于90GPa，高于连续S玻纤，含堇青石晶相的微晶颗粒在0.01-0.5微米，体积占比为10-30％，玻璃纤维产品可以是纺织物、无纺织物和短切原丝，且应用于先进复合材料的增强，含堇青石微晶连续玻璃纤维，其介电常数为4.9-5.4，介电损耗为40×10-4-55×10-4，透波性能好，可作为5G通信天线罩的增强材料。
一种含堇青石微晶的连续玻璃纤维的制备方法，其特征在于：包括以下制备方法：
S1：将各原料混合均匀后加入熔制炉，在1550℃的条件下熔化、澄清、均化后，得到玻璃液；
S2：将S1步骤的玻璃液经过精确温控的特别料道流出，经拉丝处理后得到含堇青石微晶玻璃纤维；
S3：得到玻璃纤维后，对玻璃纤维进行性能测试，其中纤维的强度、弹性模量和耐碱侵蚀性；
S4：同时测定微晶玻璃的介电常数和介电损耗，按照以下方法测定：
A1：将各原料混合均匀后加入铂金坩埚中，在1550℃下保温，得到均匀、澄清的玻璃液，将玻璃液倒在预热的不锈钢模具上，置于退火炉中析晶后，制成直径φ10mm，厚度7-10mm的玻璃片，在圆形片涂上银电极后进行介电常数及介电损耗的测量，圆片试样通过谐振腔法检测其高频损耗；
A2：耐水性通过测定研磨至360μm-400μm的玻璃粉在80℃的水中放置24小时的重量损失来表征；
A3：耐碱性通过测定5000cm2表面积的纤维，100℃下，24h在不同的酸碱溶液里的失重来表征。
分别取上述实施例中所制备的连续玻璃纤维进行测试：
结果表明，本发明提供的连续微晶玻璃纤维具有良好的弹性模量、耐水性、较低的介电性能，可以适用于传统E玻纤和S玻纤的增强领域，同时适用于E玻纤和D玻纤所应用的印刷电路板领域，同时因透波性能好，也可作为高频5G通信天线罩的增强材料。
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。
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