無硼無氟玻璃纖維組成與性能的研究.pdf

1、玻璃纖維是一種新型功能材料和結(jié)構(gòu)材料,以其優(yōu)良的性能廣泛應(yīng)用于電子、通訊、核能、航空、航天、兵器等高端領(lǐng)域,成為二十一世紀(jì)不可缺少的可持續(xù)發(fā)展的高新技術(shù)材料。目前生產(chǎn)的連續(xù)玻璃纖維90％以上是E玻璃,但是,在E玻璃熔制過程中硼、氟以氟硅酸、氫氟酸和氟硼酸鹽的形式揮發(fā),不但會影響玻璃成分的均一性、玻璃的使用性能,而且會污染環(huán)境。降低E玻璃纖維生產(chǎn)過程中硼、氟對環(huán)境造成的污染,成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　 本文在充分分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2、的基礎(chǔ)上,對無硼無氟玻璃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和工藝性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。分別采用相同摩爾數(shù)的MgO、TiO2、ZnO替代CaO,通過傳統(tǒng)的熔融冷卻法制備無硼無氟玻璃系統(tǒng)玻璃。運(yùn)用紅外光譜分析(IR)、核磁共振等方法分析了玻璃結(jié)構(gòu)的變化,并對玻璃的密度、介電常數(shù)、化學(xué)穩(wěn)定性、工藝性能進(jìn)行了測試,討論微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)優(yōu)化得到最優(yōu)無硼無氟玻璃纖維的配方。
　　 無硼無氟玻璃纖維基礎(chǔ)體系引入堿土金屬氧化物MgO。紅外光譜

3、和核磁共振研究結(jié)果表明:在基礎(chǔ)玻璃體系中,Al3+沒有完全進(jìn)入玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),部分Al3+以[AlO6]的形式存在于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);1.5mol％MgO的引入有利于剩余的Al3+進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。隨著MgO取代量的增加,玻璃的密度逐漸增加;介電常數(shù)和介電損耗值降低;化學(xué)穩(wěn)定性增強(qiáng);析晶上限溫度先降低后升高;拉絲溫度逐漸降低,其中MgO取代量為3mol％-6mol％時,符合玻璃纖維的拉絲工藝要求。
　　 無硼無氟玻璃纖維基

4、礎(chǔ)體系分別引入過渡金屬氧化物TiO2和ZnO的研究。①紅外光譜分析表明,TiO2取代量為1.5mol％-3mol％時,Ti4+以網(wǎng)絡(luò)外體的形式存在;取代量4.5mol％時,Ti4+以[TiO4]形式進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);取代量6mol％時,Ti4+反極化作用明顯,玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)先增強(qiáng)后降低。隨著TiO2取代量的增加,玻璃的密度逐漸增加;介電常數(shù)和介電損耗值均表現(xiàn)出先降低后增大的趨勢;化學(xué)穩(wěn)定性提高;析晶上限溫度先降低后升高;拉絲溫度逐漸降低。T

5、iO2取代量為1.5-3mol％時,符合玻璃纖維的拉絲工藝要求。②紅外光譜測試表明,ZnO取代量為7.5mol％時,Zn2+仍以網(wǎng)絡(luò)外體的形式存在,玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸增強(qiáng)。隨著ZnO取代量的增加,密度增加;玻璃介電常數(shù)先降低后增加;介電損耗逐漸降低;化學(xué)穩(wěn)定性提高;析晶上限溫度先降低后升高;拉絲溫度逐漸降低。ZnO取代量為1.5-4.5mol％時,符合玻璃纖維的拉絲工藝要求。
　　 根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,考察了Mgo、ZnO、Ti