矿物原料对SiO_2-Al_2O_3-MgO玻璃熔制的影响研究

目前SiO_2-Al_2O_3-MgO系统的S级高强玻璃纤维生产主要以石英砂、氧化铝、重质氧化镁等化工级原料分别引入玻璃组分中的各氧化物实现。这些化工原料纯度高,有助于提高产品成分和性能的稳定性,但这些原料在熔制过程中需要更高的熔制温度,具有能耗大、玻璃液的澄清及均化困难等缺点。为改善SiO_2-Al_2O_3-MgO系统S级高强玻璃的熔制工艺性能,开展了在玻璃原料中引入高岭土、滑石粉的熔制实验,研究矿物原料对高强玻璃熔制的影响规律。通过DSC分析了玻璃的特征温度点,利用XRD表征了熔制过程中配合料的物相变化情况,并在快速升温炉中进行了配合料的熔制实验观测,同时进行了新生态玻璃纤维的强度测试。研究表明:采用矿物原料能显著降低配合料的熔制温度,降低熔制能耗,改善特种玻璃熔制的工艺性能,形成玻璃的温度降低50℃以上;同时也发现矿物原料中的Fe~(2+)含量较大,增加了玻璃液的温度梯度,玻璃液表面温度低,不利于玻璃液的澄清,因此需要采取措施降低矿物原料中Fe~(2+)的含量,以改善玻璃液的澄清效果,避免玻璃纤维的性能受到影响。     

SiO2-A12O3-MgO玻璃纤维结构与性能-MgO/(Li2O+B2O3)的影响

以不同含量的氧化锂、氧化硼、氧化镁成分的SiO_2-A1_2O_3-MgO高强(HS)玻璃为研究对象,测试了HS玻璃纤维密度、纤维新生态强度和模量,以及浸胶纱的拉伸强度和模量。采用高温粘度旋转仪、梯度炉以及红外光谱(IR)、核磁共振(NMR)等方法,研究了玻璃中不同比例的MgO/(Li_2O+B2O3)对高强玻璃结构和性能的影响。玻璃成分中SiO_2和Al_2O_3含量相近,增大Li_2O和B2O3含量替代MgO含量可以使玻璃的低温粘度和液相温度均降低,而增加MgO含量则提高了离子堆积密度和玻璃纤维的模量。红外光谱及核磁共振分析表明,HS高强玻璃的结构主要由硅氧四面体[SiO_4]和铝氧四面体[AlO_4]构成。在玻璃结构中,增加Li_2O和B2O3含量可提供的游离氧可使更多的Al~(3+)形成[AlO_4]而进入玻璃网络。相应地,增加MgO含量,提高MgO/(Li_2O+B_2O_3)比例,增加了网络断键和无序度,但增大了断网间的集合程度,有利于玻璃模量的提升。研究表明提高玻璃中SiO_2含量或在玻璃中加入Li_2O,有利于SiO_2-A12O3-MgO系统玻璃纤维强度的提升。     

高强纤维玻璃成分开发

高强玻璃纤维因具有高强度、高透波等优异性能而在高性能复合材料领域中被广泛应用。但是高强玻璃纤维因成分中SiO2、Al2O3和MgO总含量较高,导致高强玻璃纤维工艺性能差,成本高。因此各大玻璃纤维厂家不断对高强玻璃纤维优化,以改善其工艺性能。但由于高强玻璃纤维的生产制造成本高,各大玻纤生产厂家逐渐关注应用领域的需求,开发综合性能优异的高强玻璃纤维。     

SiO2-Al2O3-MgO系高强玻璃纤维耐酸性能研究

采用高温熔融法制备了SiO2-Al2O3-MgO系统的S级高强玻璃纤维,研究了不同玻璃组分对玻璃耐酸性能的影响,利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)和核磁共振(NMR)等手段分析了酸侵蚀前后纤维的表面形貌和微观结构,进而分析了S级高强玻璃纤维在酸腐蚀环境下的破坏机理.结果表明:S高强玻璃的结构主要由硅氧四面体[SiO4]和铝氧四面体[AlO4]等构成,随着酸蚀的进行,玻璃网络结构被破坏,Si-O-Si断裂形成Si-OH键并形成凝胶附着在纤维表面;而铝氧多面体中Al-O键断裂,Al3+逐渐从玻璃结构中被置换出来,导致玻璃网络中Al3+浓度大大降低;高强系列玻璃的耐酸性能与玻璃表面的化学组成以及玻璃内部的微观结构关系密切.致密的玻璃网络结构有利于抑制H+对玻璃结构破坏,抑制阳离子与H+的置换作用;此外引入离子场强高的Ti4+,由于"积聚"作用而使玻璃结构致密,提高玻璃纤维的耐酸性.