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高硅氧玻璃(R玻璃)纤维成分
发布时间:2009-03-11   浏览次数:
    几十年的研究并且已被公认的事实是硅酸盐玻璃中存在着分相,它或是由旋节分解造成,或是成核生长造成。在玻璃熔融时或在冷却过程中,2个或2个以上互不混溶的液相彼此分离,成为不均匀性。相分离是高硅氧玻璃及纤维制造的基础。 
在Na2O一B2O3一SiO2三元系统中,有3个分液区(图1)。高硅氧纤维的组成落于Ⅱ区。玻璃冷却或再加热时,会分离成两相,一相几乎是SiO2,另一相则富有Na2O和B2O3,它们很容易被酸溶出。 
                              
                  图1 Na2O—B2O3—SiO2系统的不混溶区域曲线表示混溶温度等温线  
    将含60%~70%SiO2、20%~25%B2O3、5%~10%Na2O的玻璃在1450℃下熔制,并在1150℃下拉制成玻璃纤维,由于它的析晶上限温度只有983℃,所以很少出现析晶。但是由于含B2O3量大,对耐火材料的侵蚀厉害,加之容易分相,所以玻璃熔制质量较差,不均匀,拉丝时断头多,成品率低。 
    玻璃纱经纺织加工成布或其它织物,在500~600℃范围内热处理,玻璃就分相,再用5% 浓度的硫酸、盐酸或硝酸于一定温度下浸泡,将易溶的相组成B2O3和Na2O沥滤出来,留下连续的富SiO2的多孔骨架,孔的尺寸0.17~0.63nm。再在700~900℃下烧结,收缩、微孔闭合,形成SiO2达96% 以上的R玻璃纤维织物。它有石英纤维那样的耐高温性、低膨胀(7×10-71/℃)、高电阻和高耐久性,因此其用途和石英玻璃相同。由于其中多少总残留些B2O3和Na2O,所以实用性质稍差于石英玻璃纤维。高硅氧纤维可用作耐烧蚀材料和高温过滤材料等。由于它可以连续生产,工艺简单,所以获得很大发展。 
    图2是Na2O 7%、B2O3 20%、SiO2 73%(摩尔百分数)R玻璃的分相照片。大液团是富硅相,它嵌在富硼相的基体中,基体中还有富硼酸钠相的小液团。这里的富SiO2相是典型的互连结构。 
                              
                                      图2-27  R玻璃的分相  
    E玻璃也有分相现象。在一定条件下,也可采用上述类似的方法做成R玻璃纤维。     
    一般说,玻璃中加入场强大的离子,如TiO2、ZrO2、MgO等,会促进分相,反之则相反。这是由于这些氧化物的给氧能力不同所造成。场强小,给氧能力大,缓和分相。因此,氧化物对分相影响规律大致如下: 
    碱金属氧化物减缓分相倾向:Li2O<Na2O<K2O<Rb2O<Cs2O; 
    明显促进分相倾向的有:P2O5、TiO2等; 
    明显抑制分相倾向的有A12O3等;  
    B2O3B2O3少量添加能抑制分相,反之,添加量再增加却促进分相。 
    A12O3由于其[A1O4]四面体在结构上与[SiO4]四面体很相似,从而能起减小分相的作用。因此,为了制得高质量的R玻璃纤维,一般不引入A12O3,即使作为杂质引入也要控制其含量。 
    SiO2一Na2O系玻璃中亦存在着分相,基于该事实,开发出该系统的R玻璃纤维。其原始玻璃中SiO2高达70%以上,Na2O含量在20%~26%之间,该系统玻璃的特点是:由于浸出物含量少,剩下的SiO2含量高,因此制得的R玻璃纤维强度要高于铝硼硅酸盐E玻璃。但是由于该原始纤维中含Na2O量高,化学稳定性极差,在纤维加工过程中会吸收空气中的水,析出碱而导致纤维变脆,甚至“结饼”,无法退解,造成生产困难。有效的方法是纤维在成型过程中,涂上一层憎水性的浸润剂,避免空气中的水分对纤维的侵蚀。用该系统玻璃制得的R玻璃纤维强度较高。
来源:玻纤情报网
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