[发明专利]一种无氟低硼无碱玻璃纤维配方及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无氟低硼无碱玻璃纤维组合物及制备方法。尤其 设计搭配工业副产品在高性能纤维上的应用，也涉及有害气体排放 少，环境友好型的玻璃纤维配方。

背景技术

目前应用最广泛的玻璃纤维组合物为无碱玻璃纤维，即通常所说 的“E玻璃”。随着玻璃纤维应用日益广泛，E玻璃纤维由于存在耐酸 侵蚀差等弱点已不能满足需要。而且E玻璃纤维含有较多的助熔成 分，目前最有效且广泛应用的是萤石和硼化合物。目前普遍采用的无 碱玻璃纤维配方均含有约1％左右的F₂和6-8％的氧化硼。在熔制无碱 玻璃时由于F₂与SiO₂结合极易挥发，大约有50％以上的氟化物会在融 化过程中随烟气等挥发掉，按照目前全国200万吨E玻璃纤维的年产 量计算，每年将会有1万吨氟以废气的形式排入大气，加上与之化合 形成的化合物玻璃纤维行业每年将形成几万吨甚至十几万吨的有害 物质。含氟废气处理需要耗费大量的人力物力，废气处理给玻璃纤维 行业造成沉重的经济负担，而且若处理不当排入大气会造成严重后 果，危害民众的身体健康。同时硼化合物也是一种易挥发的且昂贵的 成分，若处理不当其挥发物排入大气同样会对植物和人体造成伤害而 且造成原料成本增加。

针对E玻璃纤维生产时的这些可能对环境造成极大极大的缺点， 许多企业科研机构进行了大量研究，以想方设法降低含氟含硼原料的 使用减少废气处理费用和减少污染环境。如国内某专利所述玻璃成分 生产的玻璃纤维与E玻璃相同样大大降低了玻璃纤维成分中的B₂O₃含量，减少了昂贵元素的引入，降低了硼的挥发，但没有去掉危害更 加严重的含氟化合物，且熔化温度较高，在原有E玻璃纤维生产线生 产难度较大。国外已报道的无硼玻璃纤维专利所述的玻璃纤维成分完 全无硼但仍含有少量的氟，而且由于其完全去掉了助熔和降低高温粘 度的B₂O₃，其在现有E玻璃的生产条件下玻璃澄清困难、难以作业， 生产成本较高且即便改进了窑炉设计，玻璃熔化困难严重影响其成品 率。

本发明针对传统E玻璃和现有环保型玻璃纤维的缺点，通过大量 实验，通过调整硅、铝、钙、镁的搭配比例完全去除危害环境的含氟 化合物，大大降低了含硼化合物的使用量设计了新的环保玻璃配方， 在完全去除助熔剂F₂的同时大大降低了B₂O₃含量。通过引入一定条件 下处理的高炉渣作为助熔剂，提供一种无氟无碱玻璃纤维的组合物， 该组合物可以在通常的E玻璃纤维池窑中低成本地、直接熔化法廉价 地制成玻璃纤维，具有很好经济价值和使用价值。高炉渣代替氟化物 和硼化物后能大大减少含氟和硼气体的排放，减少环境污染，也避免 也这些气体对附属设备的腐蚀。适宜在目前普遍的生产工艺条件下推 广使用。

发明内容

本发明的玻璃纤维配方，是在传统E玻璃基础上，通过调整硅、 铝、钙、镁的搭配比例，设计了新的环保玻璃配方，完全去除危害环 境的含氟化合物，大大减少了含硼化合物的使用量。

本发明所述玻璃纤维的原料组分及配料重量比例如下：

硅砂10-15％、叶腊石28-35％、高岭土10.5-12.5％、明矾石 4-5.5％、生石灰12-17.5％、硼镁钙粉1-8.5％、元明粉、石膏0.5％以 及高炉渣10-20％。

所使用原料中完全不含氟的化合物；硼的用量按B₂O₃≤2.5％。

本发明所述玻璃纤维各成份按重量份计包括，SiO2 55.5-59.5％， Al2O3 11.5-14.5％，B₂O₃ 0.2-2.5％，CaO 19.0-25.0％，MgO 0.5-3.8％， R2O(K2O，Na2O)的含量小于0.8％。

众所周知，原料中去掉助熔剂氟后，玻璃熔化困难、高温粘度高， 本发明人通过大量的实验探索采用了铁矿石提炼铁后的副产品-高炉 渣作为助熔剂。该高炉渣以硅、铝、钙、镁为主要成分，与玻璃纤维 的成分所需元素相同，可以代替现有的矿物原料(叶腊石、高岭土) 十分方便地设置配方，可以最多使用20％的量。