一种低硼低软化点E玻璃纤维、制备方法以及应用

摘要

一种低硼低软化点E玻璃纤维，按质量百分比，包括以下组分：SiO

说明书

技术领域

本发明属于无碱玻璃纤维技术领域，具体涉及一种低硼低软化点E玻璃纤 维、制备方法以及应用。

背景技术

无碱玻璃纤维，R₂O(K₂O+Na₂O)≤0.8%，是一种铝硼硅酸盐成分，化学稳定 性、电绝缘性能、强度都很好。主要用作电绝缘材料、玻璃钢的增强材料和轮 胎帘子线，用于复合电缆支架。

目前市场上高压石油管道用无碱玻璃纤维通用为ECR成分或者传统E玻璃 纤维配方，上述无碱玻璃纤维或者不能很好满足高压石油管道用纱性能要求， 或者必须采用进口硼钙石，大大增加了原料成本，都无法满足客户的需求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种低硼低软化点E玻 璃纤维，不仅含硼量低、软化点低，而且能够大大降低生产成本，满足客户需 求。

本发明的另一个目的是提供一种低硼低软化点E玻璃纤维的制备方法，制 备出具有硼含量低、软化点低的E玻璃纤维。

本发明的第三个目的是提供一种低硼低软化点E玻璃纤维在制备高压石油 管道中的应用。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种低硼低软化点E玻 璃纤维，其特征在于：按质量百分比，包括以下组分：SiO₂：54.2～55.3%，Al₂O₃： 14.2～15.2%，CaO：22.8～24.3%，MgO：2.2～2.8%，Na₂O+K₂O：0.5～0.8%，B₂O₃： 2.0～3.0%，余量为Fe₂O₃；上述组分百分比之和为100%。

优选实施方式一：一种低硼低软化点E玻璃纤维，按质量百分比，包括以 下组分：SiO₂：55.3%，Al₂O₃：15.2%，CaO：23.4%，MgO：2.8%，Na₂O+K₂O： 0.8%，B₂O₃：2.0%，Fe₂O₃：0.5%。

优选实施方式二：一种低硼低软化点E玻璃纤维，按质量百分比，包括以 下组分：SiO₂：54.8%，Al₂O₃：14.9%，CaO：23.7%，MgO：2.6%，Na₂O+K₂O： 0.6%，B₂O₃：3.0%，Fe₂O₃：0.4%。

一种低硼低软化点E玻璃纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、称量，采用的原料及其质量份数为：高岭土：68～135；叶腊石：285～ 460；生石灰：150～200，白云石：65～95；硅硼钙石：25～49；白泡石：145～ 235；萤石：13～28；钠长石：17～28，各成份配比之和为1000；钠长石、萤石、 白云石、生石灰需过100目，硅硼钙石需过200目，高岭土、叶腊石、白泡石 需过200～325目；

b、配料，启动搅拌器，待搅拌器运转正常后，将萤石、钠长石预先混合， 再将预先混合的原料同a步骤的剩余原料一起送入气力混合搅拌发送器，搅拌 均匀，均匀度大于92%；

c、熔制，将b步骤混合均匀的物料送入窑炉中熔制得到高温玻璃液；熔制 温度控制在1400℃～1480℃范围内；熔制时间为72h～90h；

d、通路，将c步骤得到的高温玻璃液经澄清、均化后进入作业通路，并经 800～4000孔的铂金漏板中流出，从铂金漏板中流出的温度控制在 1280℃～1320℃；

e、拉丝，d步骤制得的物料表面涂覆一层高分子乳液后，缠绕在车头上制 成直径在9～24μm的原丝；

f、烘干，e步骤得到的原丝采用蒸汽烘干或者微波炉加热烘干方式烘干制 得E玻璃纤维；烘干温度控制在90℃～150℃，烘干时间为12h～16h；

g、后工序，将f步骤烘干后的无碱玻璃纤维经络纱、检验、包装后入库。

一种低硼低软化点E玻璃纤维在制备高压石油管道中的应用。

本发明提供的低硼低软化点E玻璃纤维具有以下有益效果：

1、降低了硼钙石的用量，从而使E玻璃纤维的含硼量降低，减少对进口硼 钙石的依赖，大大降低原料成本；

2、相对于ECR成分，降低了E玻璃纤维的软化点，降低熔制成型温度， 减少能源消耗；

3、制备的E玻璃纤维具有很好的防腐、绝缘性能，使用寿命长，能够满足 高压石油管道用纱性能要求。

本发明提供的低硼低软化点E纤维玻璃制备方法，简化了工艺步骤，降低 了制备难度，减少了能源损耗，从而达到在降低成本同时提高工作效率的目的。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的说明，但它们不是对本发明的进一步 限制。

本发明提供的低硼低软化点E玻璃纤维的制备方法方法包括以下步骤：

a、称量，采用的原料及其质量份数为：高岭土：68～135；叶腊石：285～ 460；生石灰：150～200，白云石：65～95；硅硼钙石：25～49；白泡石：145～ 235；萤石：13～28；钠长石：17～28，各成份配比之和为1000；钠长石、萤石、 白云石、生石灰需过100目，硅硼钙石需过200目，高岭土、叶腊石、白泡石 需过200～325目；

b、配料，启动搅拌器，待搅拌器运转正常后，将萤石、钠长石预先混合， 再将预先混合的原料同a步骤的剩余原料一起送入气力混合搅拌发送器，搅拌 均匀，均匀度大于92%；

c、熔制，将b步骤混合均匀的物料送入窑炉中熔制得到高温玻璃液；熔制 温度控制在1400℃～1480℃范围内；熔制时间为72h～90h；

d、通路，将c步骤得到的高温玻璃液经澄清、均化后进入作业通路，并经 800～4000孔的铂金漏板中流出，从铂金漏板中流出的温度控制在 1280℃～1320℃；

e、拉丝，d步骤制得的物料表面涂覆一层高分子乳液后，缠绕在车头上制 成直径在9～24μm的原丝；

f、烘干，e步骤得到的原丝采用蒸汽烘干或者微波炉加热烘干方式烘干制 得E玻璃纤维；烘干温度控制在90℃～150℃，烘干时间为12h～16h；

g、后工序，将f步骤烘干后的无碱玻璃纤维经络纱、检验、包装后入库。

实施例1：

所需各原材料用量为：高岭土：6.8㎏，其中：SiO₂≥44.0%，Al₂O₃≥37.5%， Fe₂O₃≤0.6%，H₂O≤1%；叶腊石：45.0㎏，其中：SiO₂≥72%，Al₂O₃≥16.5%， Fe₂O₃≤0.45%，H₂O≤1%；生石灰：16.0㎏，其中：CaO≥85%，Fe₂O₃≤0.15%， MgO≤3%，H₂O≤1%；白云石：7.0㎏，其中CaO≥30%，Fe₂O₃≤0.15%，MgO≤21.0%， H₂O≤1%；硅硼钙石：2.5㎏，其化学成分为CaBSiO₄（OH）；白泡石：20.0㎏， 其中SiO₂≥80.0%，Al₂O₃≥10.0%，Fe₂O₃≤0.50%，H₂O≤1%；萤石：2.0㎏，其中： CaF₂≥90%，H₂O≤1%；钠长石：1.7㎏，其中：SiO₂≥69.0%，Al₂O₃≥17.0%， Fe₂O₃≤0.35%，Na₂O≥8.5%，H₂O≤1%；上述百分比均为质量百分比。

称量前每天应检测生石灰中CaO的成分含量，根据其成分含量高低调整石 灰配量。

生产步骤为：

1、将各种原料按配比取料称量；钠长石、萤石、白云石、生石灰需过100 目，硅硼钙石需过200目，高岭土、叶腊石、白泡石需过200目；

2、启动搅拌器，待搅拌器运转正常后，将萤石、钠长石预先混合，再将预 先混合的原料同剩余原料一起送入气力混合搅拌发送器，搅拌均匀，均匀度大 于92%；

3、将混合均匀的物料送入窑炉中熔制得到高温玻璃液；熔制温度控制在 1400℃；熔制时间为90h；

4、将得到的高温玻璃液经澄清、均化后进入作业通路，并经800孔的铂金 漏板中流出，从铂金漏板中流出的温度控制在1280℃；

5、将4步骤制得的物料表面涂覆一层高分子乳液后，缠绕在车头上制成直 径在24μm的原丝；

6、烘干，5步骤得到的原丝采用蒸汽烘干或者微波炉加热烘干方式烘干制 得无碱玻璃纤维；烘干温度控制在90℃，烘干时间为16h；

7、后工序，将6步骤烘干后的无碱玻璃纤维经络纱、检验、包装后入库。

依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维成份指标如下（以下百分比 为质量百分比）：

表1：

SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO Na₂O K₂O B₂O₃55.3% 15.2% 0.5% 23.4% 2.8% 0.40% 0.4% 2.0%

依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维各种指标如下：

表2：

实施例2：

所需各原材料用量为：高岭土：9.2㎏，其中：SiO₂≥44.0%，Al₂O₃≥37.5%， Fe₂O₃≤0.6%，H₂O≤1%；叶腊石：36.3㎏，其中：SiO₂≥72%，Al₂O₃≥16.5%， Fe₂O₃≤0.45%，H₂O≤1%；生石灰：16.5㎏，其中：CaO≥85%，Fe₂O₃≤0.15%， MgO≤3%，H₂O≤1%；白云石：8.3㎏，其中CaO≥30%，Fe₂O₃≤0.15%，MgO≤21.0%， H₂O≤1%；硅硼钙石：3.7㎏，其化学成分为CaBSiO₄（OH）；白泡石：21.5㎏， 其中SiO₂≥80.0%，Al₂O₃≥10.0%，Fe₂O₃≤0.50%，H₂O≤1%；萤石：2.2㎏，其中： CaF₂≥90%，H₂O≤1%；钠长石：2.3㎏，其中：SiO₂≥69.0%，Al₂O₃≥17.0%， Fe₂O₃≤0.35%，Na₂O≥8.5%，H₂O≤1%；上述百分比均为质量百分比。

称量前每天应检测生石灰中CaO的成分含量，根据其成分含量高低调整石 灰配量。

生产步骤为：

称量前每天应检测生石灰中CaO的成分含量，根据其成分含量高低调整石 灰配量。

生产步骤为：

1、将各种原料按配比取料称量；钠长石、萤石、白云石、生石灰需过100 目，硅硼钙石需过200目，高岭土、叶腊石、白泡石需过250目；

2、启动搅拌器，待搅拌器运转正常后，将萤石、钠长石预先混合，再将预 先混合的原料同剩余原料一起送入气力混合搅拌发送器，搅拌均匀，均匀度大 于92%；

3、将混合均匀的物料送入窑炉中熔制得到高温玻璃液；熔制温度控制在 1450℃；熔制时间为80h；

4、将得到的高温玻璃液经澄清、均化后进入作业通路，并经4000孔的铂 金漏板中流出，从铂金漏板中流出的温度控制在1300℃；

5、将4步骤制得的物料表面涂覆一层高分子乳液后，缠绕在车头上制成直 径在15μm的原丝；

6、烘干，5步骤得到的原丝采用蒸汽烘干或者微波炉加热烘干方式烘干制 得无碱玻璃纤维；烘干温度控制在110℃，烘干时间为13h；

7、后工序，将6步骤烘干后的无碱玻璃纤维经络纱、检验、包装后入库。

依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维成份指标如下（以下百分比 为质量百分比）：

表3：

SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO Na₂O K₂O B₂O₃54.8% 15.1% 0.3% 24.1% 2.5% 0.30% 0.4% 2.5%

依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维各种指标如下：

表4：

依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维各种指标如下：

实施例3：

所需各原材料用量为：高岭土：13.5㎏，其中：SiO₂≥44.0%，Al₂O₃≥37.5%， Fe₂O₃≤0.6%，H₂O≤1%；叶腊石：31.5㎏，其中：SiO₂≥72.0%，Al₂O₃≥16.5%， Fe₂O₃≤0.45%，H₂O≤1%；生石灰：18.0㎏，其中：CaO≥85.0%，Fe₂O₃≤0.15%， MgO≤3%，H₂O≤1%；白云石：9.0㎏，其中CaO≥30%，Fe₂O₃≤0.15%，MgO≤21.0%， H₂O≤1%；硅硼钙石：4.9㎏，其化学成分为CaBSiO₄（OH）；白泡石：18.5㎏， 其中SiO₂≥80%，Al₂O₃≥10%，Fe₂O₃≤0.50%，H₂O≤1%；萤石：1.8㎏，其中： CaF₂≥90.0%，H₂O≤1%；钠长石：2.8㎏，其中：SiO₂≥69.0%，Al₂O₃≥17.0%， Fe₂O₃≤0.35%，Na₂O≥8.5%，H₂O≤1%；上述百分比均为质量百分比。

称量前每天应检测生石灰中CaO的成分含量，根据其成分含量高低调整石 灰配量。

生产步骤为：

称量前每天应检测生石灰中CaO的成分含量，根据其成分含量高低调整石 灰配量。

生产步骤为：

1、将各种原料按配比取料称量；钠长石、萤石、白云石、生石灰需过100 目，硅硼钙石需过200目，高岭土、叶腊石、白泡石需过325目；

2、启动搅拌器，待搅拌器运转正常后，将萤石、钠长石预先混合，再将预 先混合的原料同剩余原料一起送入气力混合搅拌发送器，搅拌均匀，均匀度大 于92%；

3、将混合均匀的物料送入窑炉中熔制得到高温玻璃液；熔制温度控制在 1480℃；熔制时间为72h；

4、将得到的高温玻璃液经澄清、均化后进入作业通路，并经800孔的铂金 漏板中流出，从铂金漏板中流出的温度控制在1320℃；

5、将4步骤制得的物料表面涂覆一层高分子乳液后，缠绕在车头上制成直 径在9μm的原丝；

6、烘干，5步骤得到的原丝采用蒸汽烘干或者微波炉加热烘干方式烘干制 得无碱玻璃纤维；烘干温度控制在150℃，烘干时间为12h；

7、后工序，将6步骤烘干后的无碱玻璃纤维经络纱、检验、包装后入库。

依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维成份指标如下（以下百分比 为质量百分比）：

表5：

SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO Na₂O K₂O B₂O₃54.8% 14.9% 0.4% 23.7% 2.6% 0.40% 0.2% 3.0%

依据本实施例提供的配方生产的无碱玻璃纤维各种指标如下：

表6：

经过试验表明，本发明实施例得到的产品符合无碱玻璃纤维的技术要求， 具有良好的社会效益和经济效益。

以实施例1制得的低硼低软化点E玻璃纤维为主要原料，生产的高压石油 管道与现有材质的管道的特性如表7所示：

表7：

其中，GFRP为按照实施例1方法制备的低硼低软化点玻璃纤维复合材料； CFRP为碳纤维增强复合材料；AFRP为芳纶纤维复合材料；BFRP为竹纤维复 合材料；SFRP为短纤维增强聚合物复合材料。

综上所述，采用实施例1方法制备的低硼低软化点纤维制得的高压石油管道的 拉伸强度、拉伸弹性模量、比弹性模量等性质均优于其它材质；采用实施例1 方法制备的低硼低软化点纤维制得的高压石油管道不仅具有耐腐蚀、耐磨、耐 压等特性，而且安全、环保，具有很好的应用前景，能够带来很好的经济效益 和社会效益。