摻雜金屬氧化物對SiO2-Al2O3-CaO-MgO系統(tǒng)高強度玻璃纖維性能的影響.pdf

1、自從1938年美國歐文斯科寧公司發(fā)明了無堿E玻璃纖維開創(chuàng)了玻璃纖維增強復(fù)合材料時代以來，更高的強度和模量一直是玻璃纖維行業(yè)追求的目標(biāo)之一。高強度玻璃纖維以其高強度、高模量、高耐熱性、高耐腐蝕性等優(yōu)異性能被廣泛應(yīng)用于航天、航空、兵器、艦船和化工等對復(fù)合材料性能要求苛刻的領(lǐng)域，但高強度玻璃纖維在玻璃配方和拉絲工藝等方面依然存在不少技術(shù)難點，對高強度玻璃纖維組分的研究依然是目前高強度玻璃纖維的主要研究方向之一。
　　本文在充分分析國內(nèi)外

2、對高強度玻璃纖維研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合高強度玻璃纖維的性能及其應(yīng)用，通過向基礎(chǔ)配方中摻雜金屬氧化物的方法對高強度玻璃纖維的性能和結(jié)構(gòu)進行了系統(tǒng)的研究，為開發(fā)新型高強度玻璃纖維配方提供了一定的理論和數(shù)據(jù)支持。通過對目前主要的商業(yè)高強度玻璃纖維產(chǎn)品基礎(chǔ)配方的分析對比，并根據(jù)現(xiàn)有的實驗條件選取了SiO2-Al2O3-CaO-MgO系統(tǒng)玻璃配方和CeO2、TiO2和ZrO2三種摻雜氧化物。運用差熱分析、紅外光譜分析、XRD分析和掃描電子顯微鏡等方法

3、分析了玻璃結(jié)構(gòu)的變化，并對玻璃的密度、膨脹系數(shù)、介電性能、化學(xué)穩(wěn)定性和拉伸強度進行了測試。研究結(jié)果表明在玻璃配方中摻雜金屬氧化物可在一定程度上改善其工藝和性能。
　　摻雜稀土金屬氧化物CeO2的研究結(jié)果表明，CeO2含量較小時，CeO2起“積聚”作用，增強玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，CeO2含量較大時，CeO2起到“斷網(wǎng)”的作用，導(dǎo)致玻璃結(jié)構(gòu)疏松;CeO2含量為0.5wt％時可提高玻璃纖維的拉伸強度15.4％，同時摻雜CeO2還在一定程

4、度上提高了玻璃的介電性能和化學(xué)穩(wěn)定性，并降低了玻璃的膨脹系數(shù);CeO2的最佳摻雜含量在0.5～1wt％范圍內(nèi)。
　　摻雜過渡金屬氧化物TiO2的研究結(jié)果表明，TiO2含量較小時，Ti4+獲取游離氧以四配位[TiO4]形式進入玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，增強硅氧網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，TiO2含量較大時，Ti4+具有的高場強作用對[SiO4]中的Si—O鍵產(chǎn)生反極化作用，破壞硅氧網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);TiO2含量為0.75wt％時能夠增強玻璃的介電性能、化學(xué)穩(wěn)定性，提高

5、玻璃纖維的拉伸強度12.8％，并降低玻璃的膨脹系數(shù);TiO2的最佳摻雜含量在0.75wt％左右。
　　摻雜過渡金屬氧化物ZrO2的研究結(jié)果表明，ZrO2含量較小時，Zr4+可以進入玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，對玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有一定的聚集作用，ZrO2含量較大時，部分Zr4+進入玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空隙中，導(dǎo)致玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松;ZrO2含量為0.75wt％時能有效降低玻璃的膨脹系數(shù)，并能有效提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和介電性能;ZrO2的最佳摻雜含量在0.7