[发明专利]一种低热膨胀系数高模量玻璃纤维

说明书

本发明公开了一种低热膨胀系数高模量玻璃纤维，属于玻璃纤维技术领域。本发明的玻璃纤维由以下组分组成：SiO₂55.0～63.0％，Al₂O₃17.5～25.0％，MgO 6.0～14.5％，B₂O₃1.0～6.0％，Y₂O₃1.0～6.0％，ZnO 0.1～4.5％，TiO₂0.1～4.0％，ZrO₂0.1～3.0％，H_fO₂0.1～2.0％，Li₂O 0.1～2.0％；其中TiO₂、ZrO₂、H_fO₂的含量之和为1.0～5.0％。本发明的玻璃纤维不添加CaO、K₂O、Na₂O组分，同时加入B₂O₃、Y₂O₃、ZnO、TiO₂、ZrO₂、H_fO₂并优化各元素的比例，显著降低了本发明玻璃纤维的膨胀系数，同时显著增加了该玻璃纤维的弹性模量。加入本发明玻璃纤维的膨胀系数低至2.8×10^‑6/℃。本发明的玻璃纤维在保证低膨胀系数的同时，弹性模量高达97GPa以上，适用于高精度零部件的需求。

技术领域

本发明涉及玻璃纤维技术领域，特别涉及一种低热膨胀系数高模量玻璃纤维。

背景技术

在常见的玻璃纤维系列中，S系列玻璃膨胀系数大约4.0×10^-6/℃，弹性模量在92GPa左右；弹性模量尚且可以，但是其热膨胀系数过高。T玻璃的膨胀系数较低(约3.4×10^-6/℃)，但是T玻璃中SiO₂和Al₂O₃的含量非常高(≥89％)，导致T玻璃1000泊的温度超过1460℃，且1000泊的温度与液相线温度之差(作业温度范围)非常小，加工难度很大，纤维成型率低，不适于产业化应用。E玻璃降低了硅铝含量，成型温度和液相线温度显著降低，但是其热膨胀系数非常高(约5.3×10^-6/℃)，弹性模量非常低(82GPa)。

玻璃纤维的应用具有越来越广泛的前景，但由于目前绝大部分玻璃系列的热膨胀系数较高或弹性模量较低，限制了在如电子印刷电路板(PCB)、汽车工业高精度零部件等需求。

中国专利CN103347831A公开了一种热膨胀系数低的玻璃组合物和由其制成的玻璃纤维，其膨胀系数为3.0-3.6×10^-6/℃，然而纤维成型温度(约1365-1400℃)，析晶上限温度高(约1320-1370℃)其弹性模量为89-90GPa。该发明专利公开的玻璃纤维虽然膨胀系数有所降低，但是依然不足以满足更高的需求，另外，该玻璃纤维的弹性模量相对较低，同时其纤维成型温度和析晶上限温度以及热膨胀系数依然比较高。

因此为了更高需求，进一步降低玻璃纤维的膨胀系数并同时保持足够高的弹性模量是亟待解决的问题。

发明内容