[发明专利]一种磷酸盐耐碱玻璃纤维组合物及磷酸盐耐碱玻璃纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磷酸盐玻璃技术领域，涉及一种磷酸盐耐碱玻璃纤维及其制备方法。

背景技术

玻璃纤维增强混凝土(GRC)是以耐碱玻璃纤维为增强材料，以水泥净浆或水泥砂浆为基体的一种纤维水泥复合材料。经过多年来对GRC材料的研发，在GRC材料应用中仍然存在一些问题，当玻璃纤维掺杂入混凝土中时，由于混凝土中的碱含量较大，会对玻璃纤维进行腐蚀而使得玻璃纤维的强度和韧性大大的降低。由于此问题的存在，所以耐碱玻璃纤维在混凝土中的强度和韧性以及耐碱性和寿命都非常重要。由于目前GRC材料的长期耐久性问题还没有得到妥善的解决，也使得GRC材料的应用受到了限制。

目前，玻璃纤维耐碱方法，一种是在化学组成中加入ZrO₂和TiO₂，Zr、Ti等元素的加入使玻纤中的硅氧结构更为完善，活性更小，从而降低了玻璃纤维与碱液发生化学反应的可能性。加入了ZrO₂的玻璃纤维，碱性环境中将会在玻璃纤维的表面形成一层ZrO₂薄膜来增加玻璃纤维的抗碱能力。另一种是在玻璃纤维表面涂覆一些树脂或将纤维表面经过一些特殊的浸渍处理，使玻璃纤维表面与碱液形成一个隔离层，不仅使碱不能对玻璃纤维表面侵蚀，同时也防止了Ca(OH)₂晶体在玻璃纤维表面的生长，由此增加了玻璃纤维的耐碱性。

使用耐碱纤维可以增强GRC的耐久性，目前已有的硅酸盐耐碱玻纤耐碱效果较好，在其组分中含有大量的ZrO₂，ZrO₂ 的价格比较贵，导致熔融温度过高，增加了熔制玻璃的成本，此外，高温的熔体在拉丝过程中会缩短铂金漏板的寿命，也增加了耐碱玻璃纤维的制造成本。

目前所使用的耐碱玻璃纤维的主要成分为Na2O3-ZrO2-SiO2，其中氧化锆的含量在16%左右，由于氧化锆的含量较高，会明显增加玻璃的熔融温度和操作温度，较高的操作温度会对铂金漏板存在一定的伤害，缩短铂金漏板的寿命。增加玻璃纤维的成本。目前，现有的AR玻璃耐碱性虽好，但是价格贵，在应用上会存在一定的限制。

由于在磷酸盐的结构中存在一个双键，使得磷酸盐玻璃的结构与硅酸盐的结构不同。正是磷酸盐玻璃结构中的双键使得玻璃的网络结构不紧密，磷酸盐玻璃的耐水性以及化学稳定性与硅酸盐玻璃相比较差，因此需要合适的方式来提高磷酸盐的化学稳定性。

此外，在目前对高放废液进行固化处理，常使用玻璃固化的方式。铁磷酸盐玻璃由于粘度小，熔融温度低，抗水腐蚀性能强等特征而经常用来固化核废料，在高温的条件下可以将一部分放射性元素以氧化物的形式与玻璃形成均一的玻璃体。从而固定放射性核素。

发明内容

由于现有的耐碱玻璃纤维成本较高，大量的ZrO₂ 升高了熔融温度，当操作温度高时，在拉丝过程中对铂金漏板的伤害比较大，降低了铂金漏板的使用寿命，提高了耐碱玻纤的成本。所以寻找解决目前熔融温度高和成本高的问题的方法。

为了解决以上问题，本发明寻找新的耐碱玻璃新体系，提供一种以磷酸盐为主要组成的新体系耐碱玻璃纤维组合物，使用磷酸盐为主要组成部分，取代了硅酸盐玻璃。由于磷酸盐具有较低的熔融温度，较低的玻璃转变温度、热膨胀系数高和低的非线性折射率等优点，常用来制造具有特殊功能的玻璃材料。

同时，本发明还提供了磷酸盐耐碱玻璃纤维的制备方法。

本发明技术方案如下：

一种磷酸盐耐碱玻璃纤维组合物，包括以下摩尔百分含量的组分：

P₂O₅ 40～70%，

Al₂O₃ 5～20%，

CaO 5～40%，

MgO 0～30%，总计100%；

进一步地， 所述的CaO和MgO的摩尔百分含量之和为30~40%。

进一步地， 所述的P₂O₅、Al₂O₃、CaO和MgO的摩尔百分含量之和不小于98%。

进一步地，所述的磷酸盐耐碱玻璃纤维组合物中，O/P摩尔比为3.0～3.4。

所述的磷酸盐耐碱玻璃纤维组合物，优选以下摩尔百分含量的组分：

P₂O₅47～~60%，

Al₂O₃8～18%，

CaO10～40%，