本發(fā)明屬于玻璃制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種硼硅酸鹽玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
：由于玻璃具有一系列可貴的品質(zhì)：透明、較高的強(qiáng)度，較好的化學(xué)穩(wěn)定性，一定的耐熱性，可以用多種成型方法和加工方法制成各種形狀和大小的制品。通過調(diào)整玻璃的化學(xué)組成及制備工藝可以制成各種形態(tài)的制品，如紗、毛紗、布、帶、圓筒布、薄氈、氈、板、管殼等。由于采用的玻璃成分不同，可使其中某一方面的性能更為突出，所以玻璃制品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑及民用各方面均具有廣泛的應(yīng)用。如可作電絕緣材料，過濾材料，隔熱、吸聲材料，減震材料，防腐、防潮材料等；以及用它作為增強(qiáng)材料，與各種有機(jī)或無機(jī)材料制成復(fù)合材料，如玻纖增強(qiáng)熱固性塑料(玻璃鋼)、玻纖增強(qiáng)熱塑性塑料和增強(qiáng)橡膠制品、玻璃纖維增強(qiáng)無機(jī)膠凝材料制品如增強(qiáng)石膏、水泥等；還可以采用有機(jī)被覆處理的方法提高其柔性，制作各種軟制品如包裝布、窗紗、窗簾、壁布、篷蓋布、建筑膜材及特種防護(hù)用品等。根據(jù)堿金屬氧化物(一般指氧化鈉、氧化鉀等)含量的不同，玻璃可以分為無堿玻璃、中堿玻璃和高堿玻璃。堿金屬氧化物作為普通玻璃的主要成分之一，其主要作用是降低玻璃的熔點(diǎn)，但玻璃中堿金屬氧化物的含量愈高，它的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性能和強(qiáng)度都會(huì)相應(yīng)降低。無堿E玻璃系指成分中堿金屬含量小于0.8％的鋁硼硅酸鹽玻璃，主要含鈣、鋁、硅、鎂、硼，可滿足高軟化點(diǎn)，高電阻率，高強(qiáng)度，低膨脹及耐水，耐化學(xué)腐蝕的需要。無堿E玻璃的基礎(chǔ)成分是SiO2、Al2O3和CaO。如中國專利200710090969.2《硼硅酸鹽玻璃組成物》即公開了一種硼硅酸鹽玻璃，該玻璃的主要成分為SiO2、Al2O3、Na2O、B2O3、CaO及其它玻璃添加成分。由該組成物制得的玻璃熱膨脹系數(shù)低、玻璃轉(zhuǎn)化溫度高，具有較好的抗熱性能。中國專利申請(qǐng)200480005095.0《抗菌的硼硅酸鹽玻璃》則公開了一種硼硅酸鹽玻璃。其主要成分包括SiO2、Al2O3、Na2O、B2O3、CaO等。由該申請(qǐng)制得的玻璃具有良好抗菌性能，可用于口腔衛(wèi)生、牙齒護(hù)理等領(lǐng)域。但在上述玻璃的制備工藝中，玻璃成分中的氧化鈣主要是由方解石粉在高溫下分解生成氧化鈣和二氧化碳引入。這一過程不僅能耗巨大且放出大量的溫室氣體二氧化碳，這明顯不符合綠色生產(chǎn)的需要。而且，這一分解反應(yīng)減弱了反應(yīng)爐的熔化能力、增加了反應(yīng)時(shí)間，增加廢氣排放量，同時(shí)會(huì)直接帶走一部分熱量，產(chǎn)生的二氧化碳還會(huì)增加池窯內(nèi)泡沫層厚度從而影響玻璃液對(duì)熱能的吸收。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本申請(qǐng)旨在提供一種硼硅酸鹽玻璃，該玻璃能耗低、溫室氣體排放少、池窯的熔化能力高；同時(shí)具有優(yōu)異的力學(xué)性能、抗熱性和耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N硼硅酸鹽玻璃，按重量百分比計(jì)，其主要成分包括：SiO2：50％-60％，Al2O3：15％-27％，B2O3：3％-8％，CaO：13％-28％，F(xiàn)e2O3：0.2％-0.45％，TiO2：0.1％-0.5％，MgO：0.1％-1.2％和堿金屬R2O：0.1％-1.2％。優(yōu)選地，所述硼硅酸鹽玻璃，按重量百分比計(jì)，其主要成分包括：SiO2：51.0％-55.0％，Al2O3：19.0％-27.0％，B2O3：5.0％-7.0％，CaO：16.0％-25.0％，F(xiàn)e2O3：0.25％-0.35％，TiO2：0.1％-0.40％，MgO：0.1％-1.0％，堿金屬R2O：0.1％-0.8％。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述堿金屬為Na2O和K2O。更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述Na2O和K2O的重量比為(3-10)∶1。其中，所述硼硅酸鹽玻璃主要由以下各原料制成：葉蠟石、高嶺土、生石灰、螢石、硼鈣石、芒硝、純堿和碳粉。優(yōu)選地，所述硼硅酸鹽玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制成：葉蠟石50％-60％，高嶺土8％-15％，生石灰10％-17％，螢石1％-5％，硼鈣石10％-17％，芒硝0.2％-0.8％，純堿0.1％-0.5％，碳粉0.1％-0.5％，所述生石灰與硼鈣石的重量比為1∶1。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述硼硅酸鹽玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制成：葉蠟石50％-58％，高嶺土8％-13％，生石灰10％-16％，螢石1％-4％，硼鈣石10％-16％，芒硝0.2％-7％，純堿0.1％-0.4％，碳粉0.1％-0.4％，所述生石灰與硼鈣石的重量比為1∶1。更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述硼硅酸鹽玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制成：葉蠟石53％-58％，高嶺土10％-13％，生石灰14％-16％，螢石2％-4％，硼鈣石14％-16％，芒硝0.3％-7％，純堿0.12％-0.4％，碳粉0.12％-0.4％，所述生石灰與硼鈣石的重量比為1∶1。作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述硼硅酸鹽玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制成：葉蠟石53.8％，高嶺土11.2％，生石灰15.4％，螢石2.9％，硼鈣石15.4％，芒硝0.6％，純堿0.4％，碳粉0.3％。其中，制備所述硼硅酸鹽玻璃的原料還包括方解石，方解石占各原料總量的10％-30％。優(yōu)選地，所述硼硅酸鹽玻璃還包括BaO、ZrO2和Bi2O3中的至少一種；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述BaO與ZrO2的重量比為1∶(1-3)；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述BaO與Bi2O3的重量比為(1-4)∶1；更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述硼硅酸鹽玻璃還包括BaO0.5％-3％，ZrO20.8％-2.5％和Bi2O30.1％-3％。本申請(qǐng)的另一個(gè)技術(shù)方案提供了一種制備上述硼硅酸鹽玻璃的方法，其具體包括如下步驟：1)按上述重量比稱取各原料，混合均勻后干燥、粉碎，然后過200-400目篩得微粉原料；2)將步驟1)所得微粉原料輸入密閉的池窯中于1300-1400℃下熔融反應(yīng)，形成可流動(dòng)的玻璃液熔融體；3)將上述玻璃液澄清、排泡、均化、冷卻后制備成型得目標(biāo)玻璃。優(yōu)選地，步驟2)所述的玻璃液的粘度為90-170Pa·s。本申請(qǐng)步驟3)所述地澄清、排泡、均化、冷卻及制備成型工藝中除以下參數(shù)外均可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員的常規(guī)技術(shù)手段進(jìn)行。優(yōu)選地，步驟3)所述的制備成型為拉管成型，具體為將步驟3)冷卻后的玻璃液經(jīng)拉管裝置拉制成玻璃管成型，經(jīng)退火、冷卻，即可制得玻璃管，其中，所述玻璃管的直徑為3-10cm，抗折強(qiáng)度為200-250Mpa。優(yōu)選地，步驟3)所述的制備成型為壓制成型，具體為將步驟3)中冷卻后的玻璃液分量或分切后，在模具中壓制成型，經(jīng)退火、冷卻，即可制得所述玻璃板，所述玻璃的厚度為3-50mm，該玻璃的抗折強(qiáng)度為200-250Mpa。優(yōu)選地，步驟3)所述的制備成型為拉絲成型，具體為將步驟3)中冷卻后的玻璃液經(jīng)漏板流出，然后噴霧水冷卻，最后用拉絲機(jī)以3000轉(zhuǎn)/分的速度拉制成型，即制得玻璃纖維，其中，所述玻璃絲的長度為(1.2-2.5)×105m，直徑為(3-10)μm；所述漏板的孔數(shù)為500-1000，漏板溫度為1000-1400℃進(jìn)一步優(yōu)選為1100℃。進(jìn)一步優(yōu)選地，冷卻采用水冷法，冷卻速率為5-8℃/min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)?zhí)峁┑呐鸸杷猁}玻璃具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)玻璃液粘度適中，流動(dòng)性好，易于加工成型。(2)環(huán)境污染程度低，能耗小。直接加入氧化鈣取代方解石以引入玻璃中的主要成分氧化鈣，減少了溫室氣體二氧化碳的排放，降低了對(duì)環(huán)境的污染；當(dāng)生石灰100％取代方解石時(shí)，每小時(shí)可降低能耗808KJ，綜合可降低能耗10％；池窯的熔化能力提高5％。(3)具有優(yōu)異的力學(xué)性能及耐腐蝕性。由本申請(qǐng)實(shí)施例3提供的硼硅酸鹽玻璃不僅具有較好的力學(xué)性能，其玻璃纖維單絲拉伸強(qiáng)度達(dá)4787MPa，彈性模量91.5GPa；還具有較好的耐化學(xué)腐蝕性能(在100℃水浴24h、10％HCl的失重率為0.11％，10％H2SO4的失重率為0.18％，10％NaOH的失重率僅為0.23％)。(4)具有突出的抗熱性能。測定結(jié)果顯示，由本申請(qǐng)實(shí)施例1制得的玻璃的線熱膨脹系數(shù)α為1.8×10-6/℃，玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg為560℃。(5)具有較高的折射率。由本申請(qǐng)實(shí)施例3制得的玻璃的折射率可達(dá)1.592nD。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。這些實(shí)施例僅是出于解釋說明的目的，而不限制本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)。如無特別說明，本申請(qǐng)所用強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液的濃度為質(zhì)量濃度，如10％HCl即指鹽酸的質(zhì)量濃度為10％。實(shí)施例1一種硼硅酸鹽玻璃，按重量百分比計(jì)，其主要成分包括：SiO2：54.3％、Al2O3：17％，B2O3：8％，CaO：20％，F(xiàn)e2O3：0.2％，TiO2：0.1％，MgO：0.1％和Na2O：0.3％。按重量百分比計(jì)，該硼硅酸鹽玻璃主要由以下重量百分比的各原料制成：所述硼硅酸鹽玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制成：葉蠟石52％，高嶺土12％，生石灰10％，方解石14.5％，螢石1％，硼鈣石10％，芒硝0.2％，純堿0.1％，碳粉0.2％。制備上述硼硅酸鹽玻璃的方法，其具體包括如下步驟：1)按上述重量比稱取各原料，混合均勻后干燥、粉碎，然后過400目篩得微粉原料；2)將步驟1)所得微粉原料輸入密閉的池窯中于1300℃下熔融反應(yīng)，形成可流動(dòng)的玻璃液熔融體；3)將上述熔融玻璃液于1200℃溫度下分量或分切后，在模具中壓制成型，經(jīng)退火、冷卻，即可制得所述玻璃，冷卻后制備成型得目標(biāo)玻璃。其中，步驟3)所述退火的溫度為780℃，退火保溫時(shí)間為7h，冷卻速度為10℃/min。實(shí)施例2一種硼硅酸鹽玻璃，按重量百分比計(jì)，其主要成分包括：SiO2：53.85％，Al2O3：19.0％，B2O3：7.0％，CaO：18.02％，F(xiàn)e2O3：0.23％，TiO2：0.3％，MgO：1.0％，Na2O：0.5％；K2O：0.1％。該硼硅酸鹽玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制成：葉蠟石53.8％，高嶺土11.2％，生石灰15.4％，螢石2.9％，硼鈣石15.4％，芒硝0.6％，純堿0.4％，碳粉0.3％。上述硼硅酸鹽玻璃的制備方法，具體包括如下步驟：1)按上述重量比稱取各原料，混合均勻后干燥、粉碎，然后過325目篩得微粉原料；2)將步驟1)所得微粉原料輸入密閉的池窯中于1400℃下熔融反應(yīng)，形成可流動(dòng)的玻璃液熔融體；3)將上述玻璃液澄清、排泡、均化、冷卻后制備成型得目標(biāo)玻璃。其中，步驟3)所述的制備成型為拉絲成型，具體為將步驟3)中冷卻后的玻璃液經(jīng)漏板(800孔)1100℃保溫流出，然后噴霧水冷卻，最后用拉絲機(jī)以3000轉(zhuǎn)/分的速度拉制成型，即制得玻璃纖維，其中，所述玻璃絲的長度為2×105m，直徑為5μm。實(shí)施例3一種硼硅酸鹽玻璃，按重量百分比計(jì)，其主要成分包括：SiO2：59.8％，Al2O3：21.3％，B2O3：3.3％，CaO：12.4％，F(xiàn)e2O3：0.2％，TiO2：0.2％，MgO：0.6％，Na2O：0.2％，K2O：0.2％，BaO0.8％和ZrO20.8％，Bi2O30.2％。該硼硅酸鹽玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制成：葉蠟石56.2％，高嶺土13％，生石灰9.4％，螢石4.5％，硼鈣石10.1％，芒硝0.8％，純堿1.3％，碳粉1.6％，碳酸鋇礦1.7％，鋯英石0.5％，鉍華0.9％。上述硼硅酸鹽玻璃的制備方法，具體包括如下步驟：1)按上述重量比稱取各原料，混合均勻后干燥、粉碎，然后過200目篩得微粉原料；2)將步驟1)所得微粉原料輸入密閉的池窯中于1350℃下熔融反應(yīng)，形成可流動(dòng)的玻璃液熔融體；3)將上述玻璃液澄清、排泡、均化、冷卻后制備成型得目標(biāo)玻璃。其中，步驟3)所述的制備成型為拉絲成型，具體為將步驟3)中冷卻后的玻璃液經(jīng)拉絲機(jī)拉制成型，經(jīng)退火、冷卻，即可制得所述玻璃，其中，所述玻璃絲的長度為1.612×105m，直徑為7μm；所述退火的溫度為750℃，退火保溫時(shí)間為4h，冷卻速度為7℃/min。性能測試1、力學(xué)性能測試依據(jù)GB/T7690.3利用單絲拉伸強(qiáng)力試驗(yàn)機(jī)測試上述實(shí)施例2-3制得的玻璃纖維單絲的拉伸強(qiáng)度，測試結(jié)果如下表1。表1由實(shí)施例2-3制得的玻璃纖維的力學(xué)性能測試結(jié)果實(shí)施例2實(shí)施例3單絲拉伸強(qiáng)度/MPa47434787彈性模量/GPa9091.5斷裂伸長率％6.26.52、抗熱性能依據(jù)GB/T16920-1997對(duì)實(shí)施例1制得的玻璃的抗熱性能進(jìn)行測定，結(jié)果顯示，其線熱膨脹系數(shù)α為1.8×10-6/℃，玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg為560℃。3、耐化學(xué)腐蝕性能將實(shí)施例1-3制得的玻璃粉碎后過400目篩，100℃條件下水浴加熱24h。以失重率表示玻璃的失重性能。其中，失重率＝(試驗(yàn)前玻璃粉重量-試驗(yàn)后玻璃粉重量)/試驗(yàn)前玻璃粉重量×100％。試驗(yàn)結(jié)果如下表2。表2由實(shí)施例1-3制得的玻璃的耐腐蝕性能由表2數(shù)據(jù)可以看出，本申請(qǐng)?zhí)峁┑呐鸸杷猁}玻璃具有優(yōu)異的耐酸堿化學(xué)腐蝕性。4、利用玻璃折射率測定儀對(duì)實(shí)施例1-3制得的玻璃的折射率進(jìn)行測定，結(jié)果如下表3。表3由實(shí)施例1-3制得的玻璃的折射率折射率(nD)實(shí)施例11.571實(shí)施例21.583實(shí)施例31.592上述實(shí)施例僅作為解釋本發(fā)明的目的，本發(fā)明的范圍不受此限制。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說所做的修改是顯而易見的，本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求范圍的限制。當(dāng)前第1頁1 2 3