林长锋:浅析无碱与中碱玻璃纤维异同 1.2化学稳定性 硅酸盐玻璃成分,以SiO2、AlO3、CaO三元系统为基 化学稳定性是指玻璃抵抗水、酸、碱等介质侵蚀的础,国际上通常叫做“E”玻璃。最初是为电气应用研制 能力。通常以受介质侵蚀前后的质量损失、析出的碱量的,但今天无碱玻璃纤维的应用范围已远远超出了电 及进入侵蚀介质中的玻璃组分、强度损失和直径减少气用途,成为一种通用配方。表6给出了目前国际通用 率等指标来衡量。表3给出了无碱和中碱玻璃纤维的的无碱玻璃配方。 耐水性。它是以5000cm2表面积试样,在250ml蒸馏水 表6通用无碱玻璃配方 中煮3h测得的结果。P 成分SiO2AlO3BO3 Cao+Mgo R,o Feo3F-TiO2 表3玻璃纤维耐水性 重量%5414.37.222.5<0.8<040.3<0.5 玻璃种类 无碱玻璃 碱玻璃 无碱玻璃纤维的主要原料为:叶腊石,引入AL2O3 失重/mg 和SiO2;硼钙石,引入B2O3和CaO;石灰石,引入CaO。 析碱量/mg 辅助原料:纯碱,引入R0O;芒硝,作为助熔剂,同时引 表4给出了无碱和中间玻璃纤维的耐酸性。它是入R2O;萤石,助溶剂,同时引入CaO和F-。 5000cm2表面积试样,在0.25 mol/L HSO4溶液中煮 中碱玻璃成分是在Na2O-CaO-SiO2三元系统基础 3h测得的结果。 上发展起来的钠钙硅酸盐玻璃,1964年我国中碱玻璃 表4玻璃纤维耐酸性 5#成分投入工业生产,因其具有较好的化学稳定性和 玻璃种类 无碱玻璃 中碱玻璃 力学性能,至今仍是我国中碱玻璃的通用成分。表7分 1063.9 别给出了国内通用的5#中碱玻璃配方。 表5给出无碱和中碱玻璃的耐碱性试验结果。 ◆新材料 表7通用中碱配方 它是用相同比表面积的玻璃球进行试验,每个玻璃球成分 SiO Al-O3 Cao Mgo R。FeO3杂质 质量约为30g,表面积约为36cm2。碱性介质采用5%重量%6237095421205 NaOH溶液,耐碱性以失重和溶出硅离子浓度进行衡 中碱玻璃的主要原料为:石英砂,引入SiO2;钠长术 石,引入SiO2、AO3、Na0O;白云石,引入Ca0和MgO 表5无碱、中碱玻璃的耐碱性 方解石,主要引入 Cao Fe2O3纯碱,主要引入R2O。辅 失重/mgdm2 溶出硅离子浓度/mgm2 助原料为:萤石,助溶剂,同时引入CaO和F-;硝酸钠 条件 碱玻璃中碱玻璃无碱玻璃中碱玻璃助溶剂,同时引入Na2O;氧化砷,氧化剂,引入As2O3 28d35.7 0.071 2.2熔制工艺 80℃.6h 0.087 沸周3694939016017窑两种窑型,单元容一般应用于无碱池窑拉丝工艺,马 从表3中可以看出,无碱玻璃在水中的失重和析蹄焰窑一般作为纤维用玻璃球窑,也有少数作为中碱 碱量都低于中碱玻璃,表明无碱玻璃的耐水性优于中池窑拉丝工艺的窑型。 碱玻璃。 目前池窑直接拉丝法生产的无碱玻纤产量已超过 表4显示在酸性溶液中,中碱玻璃的失重远低于玻纤总产量的70%,池窑拉丝工艺已经成为无碱玻纤 无碱玻璃,说明中碱玻璃的耐酸性明显优于无碱玻璃。的主要生产工艺。无碱池窑拉丝用窑为单元窑,它是 从表5中可以看出无论是失重还是溶出硅离子浓种窑池狭长,用横穿炉膛的火焰燃烧的窑炉,通常是用 度,无碱玻璃都高于中碱玻璃,可以看出中碱玻璃的耐金属换热器对热能进行回收利用。在单元窑内的玻璃 碱性略好于无碱玻璃。 熔化、澄清行程长,比其他窑型在窑内停留时间长,适 2生产工艺比较 合熔制难熔和质量要求高的玻璃。无碱单元窑的主要 燃料为天然气、重油和液化石油气。表8给出了无碱池 目前无碱和中碱玻纤的生产工艺大体分为两窑拉丝用单元窑的主要技术指标。 种,一种是池窑法,另一种是坩埚法。以下就原料配方 表8无碱池窑拉丝用单元窑的技术指标 及原料种类、熔制工艺和拉丝成型三个主要工艺环节 指标熔化率熔化温度窑龄长宽熔化部深度熔化面积 加以简单比较 名称tm2dT/C/n比/ 2.1玻璃配方及原料种类 指标范围0.8-201600±1041234600-10 20-180 无碱成分是指碱金属氧化物含量小于1%的硼铝 21 CENTURY BUILDING PRODUCTS 2009.01.43 C1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net21st CENTURY BUILDING PRODUCTS 2009.01 玻璃种类 失重 /mg 析碱量 / mg 无碱玻璃 20.98 4.65 中碱玻璃 25.80 9.90 1.2 化学稳定性 化学稳定性是指玻璃抵抗水、酸、碱等介质侵蚀的 能力。通常以受介质侵蚀前后的质量损失、析出的碱量 及进入侵蚀介质中的玻璃组分、 强度损失和直径减少 率等指标来衡量。 表 3 给出了无碱和中碱玻璃纤维的 耐水性。 它是以 5000cm2 表面积试样，在 250ml 蒸馏水 中煮 3h 测得的结果。 [2] 表3 玻璃纤维耐水性 表 4 给出了无碱和中间玻璃纤维的耐酸性。 它是 以 5000cm2 表面积试样，在 0.25mol/L H2SO4 溶液中煮 3h 测得的结果。 表4 玻璃纤维耐酸性 表 5 给出无碱和中碱玻璃的耐碱性试验结果。 它是用相同比表面积的玻璃球进行试验， 每个玻璃球 质量约为 30g， 表面积约为 36cm2 。 碱性介质采用 5% NaOH 溶液， 耐碱性以失重和溶出硅离子浓度进行衡 量。 [3] 表5 无碱、中碱玻璃的耐碱性 从表 3 中可以看出， 无碱玻璃在水中的失重和析 碱量都低于中碱玻璃， 表明无碱玻璃的耐水性优于中 碱玻璃。 表 4 显示在酸性溶液中， 中碱玻璃的失重远低于 无碱玻璃，说明中碱玻璃的耐酸性明显优于无碱玻璃。 从表 5 中可以看出无论是失重还是溶出硅离子浓 度，无碱玻璃都高于中碱玻璃，可以看出中碱玻璃的耐 碱性略好于无碱玻璃。 2 生产工艺比较 目前无碱和中碱玻纤的生产工艺大体分为两 种，一种是池窑法，另一种是坩埚法。 以下就原料配方 及原料种类、 熔制工艺和拉丝成型三个主要工艺环节 加以简单比较。 2.1 玻璃配方及原料种类 无碱成分是指碱金属氧化物含量小于 1%的硼铝 硅酸盐玻璃成分， 以 SiO2 、Al2O3、CaO 三元系统为基 础，国际上通常叫做“E”玻璃。 最初是为电气应用研制 的， 但今天无碱玻璃纤维的应用范围已远远超出了电 气用途，成为一种通用配方。表 6 给出了目前国际通用 的无碱玻璃配方。 [4] 表6 通用无碱玻璃配方 无碱玻璃纤维的主要原料为：叶腊石，引入 Al2O3 和 SiO2；硼钙石，引入 B2O3 和 CaO；石灰石，引入 CaO。 辅助原料：纯碱，引入 R2O；芒硝，作为助熔剂，同时引 入 R2O；萤石，助溶剂，同时引入 CaO 和 F-。 中碱玻璃成分是在 Na2O-CaO-SiO2 三元系统基础 上发展起来的钠钙硅酸盐玻璃，1964 年我国中碱玻璃 5# 成分投入工业生产，因其具有较好的化学稳定性和 力学性能，至今仍是我国中碱玻璃的通用成分。表 7 分 别给出了国内通用的 5# 中碱玻璃配方。 表7 通用中碱配方 中碱玻璃的主要原料为：石英砂，引入 SiO2；钠长 石，引入 SiO2、Al2O3、Na2O；白云石，引入 CaO 和 MgO； 方解石，主要引入 CaO Fe2O3；纯碱，主要引入 R2O。 辅 助原料为：萤石，助溶剂，同时引入 CaO 和 F-；硝酸钠， 助溶剂，同时引入 Na2O；氧化砷，氧化剂，引入 As2O3。 2.2 熔制工艺 无碱和中碱玻璃的熔制主要采用单元窑和马蹄焰 窑两种窑型，单元窑一般应用于无碱池窑拉丝工艺，马 蹄焰窑一般作为纤维用玻璃球窑， 也有少数作为中碱 池窑拉丝工艺的窑型。 目前池窑直接拉丝法生产的无碱玻纤产量已超过 玻纤总产量的 70%，池窑拉丝工艺已经成为无碱玻纤 的主要生产工艺。无碱池窑拉丝用窑为单元窑，它是一 种窑池狭长，用横穿炉膛的火焰燃烧的窑炉，通常是用 金属换热器对热能进行回收利用。 在单元窑内的玻璃 熔化、澄清行程长，比其他窑型在窑内停留时间长，适 合熔制难熔和质量要求高的玻璃。 无碱单元窑的主要 燃料为天然气、重油和液化石油气。表 8 给出了无碱池 窑拉丝用单元窑的主要技术指标。 表 8 无碱池窑拉丝用单元窑的技术指标 林长锋：浅析无碱与中碱玻璃纤维异同 玻璃种类 失重 /mg 无碱玻璃 1063.9 中碱玻璃 49.22 处理 条件 常温，28d 80℃，6h 沸腾，3h 失重 /mg·dm-2 无碱玻璃 35.7 46.39 67.19 中碱玻璃 15.74 23.68 49.59 溶出硅离子浓度 / mg·ml-2 无碱玻璃 0.071 0.087 0.16 中碱玻璃 0.044 0.065 0.17 成分 SiO2 Al2O3 B2O3 CaO+MgO R2O Fe2O3 F- TiO2 重量% 54 14.3 7.2 22.5 ＜0.8 ＜0.4 0.3 ＜0.5 成分 SiO2 Al2O3 CaO MgO R2O Fe2O3 杂质 重量% 67.3 7.0 9.5 4.2 12.0 <0.5 余量 指标 名称 指标范围 熔化率 t/m2 ·d 0.8-2.0 熔化温度 T ／ ℃ 1600±10 窑龄 ／n 4-12 长宽 比 3-4 熔化部深度 ／mm 600-1100 熔化面积 ／m2 20-180 ◆ 新 材 料 、 新 技 术 · ·43