一种连续微晶玻璃纤维的制作方法

1.本发明属于玻璃纤维及复合材料技术领域，具体涉及一种连续微晶玻璃纤维。


背景技术：

2.在工业生产上，玻璃纤维采用直接拉丝法，其得到的纤维是玻璃态，拉丝温度必须在玻璃析晶温度的上限以上，现有技术上在玻璃析晶温度区间则不可能拉丝成功。目前已有的连续玻璃纤维材料，其最好的高强纤维，即使二次处理后其模量也不超过90gpa。本发明的微晶玻璃纤维成分，熔制后无需热处理直接拉丝，得到的纤维强度和模量均超过e玻纤和s玻纤。这种连续微晶玻璃纤维对复合材料技术的进步将有很大的促进作用，同时电子信息通讯设备及微波技术的不断进步，对现有的玻纤制作pcb及5g天线基材的高频、高速及低介电性能限制，使得我们必须寻找到更优异的基础材料。本微晶玻璃纤维的热导率和耐温性能等各方面性能在这些方面都优于传统玻纤和目前正在推广的低介电玻璃纤维。
3.在传统的商业化应用上，在连续微晶玻璃纤维材料使用保温隔热行业，导热系数是＜0.4w/(m.k)，温度在0k
‑
1000k下可广泛使用；在复合材料增强基材中，由于连续微晶玻璃纤维的弹性模量高、耐酸碱侵蚀性能优越，用于汽车、风电以及水泥混凝土行业的增强也有巨大优势。
4.在信息技术高速发展的当前，许多现代的电子设备，如移动设备、云计算机、大数据和5g等，都是具有在高速或超高频率下运行的电子系统，而作为基础设施的芯片和基板材料必须相匹配，目前的e玻纤和d玻纤电子基板 pcb板需要升级，e玻纤的介电和导热性能等已经不适合新的要求，d玻纤的气泡、耐水性和稳定生产都影响了它的推广，而聚四氟乙烯(ptfe)基基板在强度和耐热性能上又有短板。


技术实现要素：

5.针对上述不足，本发明提供了一种连续微晶玻璃纤维材料，使其在成型时就出现微晶相，但同时又不会影响拉丝，本发明含微晶相的连续玻璃纤维，本纤维具有超高的弹性模量，超过e玻纤和s玻纤；优异的耐侵蚀性能与ar 耐碱纤维相同，同时纤维使用温度也很宽。从玻璃成分可以看出，它也能够降低材料的介电常数和损耗，其与树脂结合后制作的pcb板，适合于高频高速基板材料应用领域。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种连续微晶玻璃纤维，制备方法包括如下步骤：
7.s1：材料的选取：以重量计算，选取40
‑
60％的sio2、10
‑
20％的al2o3、 0
‑
15％的mgo、0
‑
20％的cao、5
‑
16％的feo(含fe2o3)、0
‑
2.5％的tio2和0
‑
5％的r2o(li2o na2o k2o)以及zro2、sro、cr2o3、p2o5、cl2和so3。
8.s2：制作玻璃液：将s1步骤中准备的原料充分混合均匀后加入熔制炉，在1400℃～1600℃的条件下熔化、澄清、均化后，得到玻璃液。
9.s3：拉丝处理：将s2步骤中得到的玻璃液，经过特定温控后流出，经拉丝处理后得
到微晶玻璃纤维。
10.优选的，在s1步骤中，材料的选取，连续微晶玻璃纤维材料中各组分含量48
‑
57％的sio2、12
‑
15％的al2o3、6
‑
12％的mgo、7
‑
12％的cao、6
‑
11％的feo(含fe2o3)和1.5
‑
2％的tio2和2
‑
4％的r2o(li2o na2o k2o)。
11.进一步的，所述连续微晶玻璃纤维在室温下弹性模量在大于或等于 100gpa，高于连续s玻纤。
12.进一步的，所述连续微晶玻璃纤维在室温下微晶颗粒在0.01
‑
0.5微米，体积占比为10
‑
50％。
13.进一步的，所述连续微晶玻璃纤维，其介电常数为3.9
‑
5.9，介电损耗为 4
×
10
‑
4～10
×
10
‑
4，可作为5g高频高速印刷电路板的基板材料。
14.进一步的，所述连续微晶玻璃纤维的纤维直径在9
‑
13μm之间，本纤维既有利于织成布和毡，又可直接短切增强材料。
15.进一步的，所述连续微晶玻璃纤维允许的晶体大小将随纤维直径而变化，纤维直径对晶体大小的比值至少为10:1，体积分量范围10～30％，波动范围，对于大多数用途而言，预期要采用9
‑
13μm的细直径纤维，其晶体的平均大小在0.01～0.5μm。
16.进一步的，所述连续微晶玻璃纤维用于印刷电路板、纺织物、无纺织物、短切原丝、复合材料和通信信号传输介质组成的组合。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.本发明提供了一种连续微晶玻璃纤维材料，使其在成型时就出现微晶相，但同时又不会影响拉丝，本发明含微晶相的连续玻璃纤维，本纤维具有超高的弹性模量，超过e玻纤和s玻纤；优异的耐侵蚀性能与ar耐碱纤维相同，同时纤维使用温度也很宽。从玻璃成分可以看出，它也能够降低材料的介电常数和损耗，其与树脂结合后制作的pcb板，适合于高频高速基板材料应用领域。
具体实施方式
19.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本发明提供一种技术方案：一种连续微晶玻璃纤维，制备方法包括如下步骤：
21.s1：材料的选取：以重量计算，选取40
‑
60％的sio2、10
‑
20％的al2o3、 0
‑
15％的mgo、0
‑
20％的cao、5
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16％的feo(含fe2o3)、0
‑
2.5％的tio2和0
‑
5％的r2o(li2o na2o k2o)以及zro2、sro、cr2o3、p2o5、cl2和so3。
22.s2：制作玻璃液：将s1步骤中准备的原料充分混合均匀后加入熔制炉，在1400℃～1600℃的条件下熔化、澄清、均化后，得到玻璃液。
23.s3：拉丝处理：将s2步骤中得到的玻璃液，经过特定温控后流出，经拉丝处理后得到微晶玻璃纤维。
24.优选的，在s1步骤中，材料的选取，连续微晶玻璃纤维材料中各组分含量48
‑
57％的sio2、12
‑
15％的al2o3、6
‑
12％的mgo、7
‑
12％的cao、6
‑
11％的feo(含fe2o3)和1.5
‑
2％的
tio2和2
‑
4％的r2o(li2o na2o k2o)。
25.具体的，连续微晶玻璃纤维在室温下弹性模量在大于或等于100gpa，高于连续s玻纤。
26.具体的，连续微晶玻璃纤维在室温下微晶颗粒在0.01
‑
0.5微米，体积占比为10
‑
50％。
27.具体的，连续微晶玻璃纤维，其介电常数为3.9
‑
5.9，介电损耗为4
×ꢀ
10
‑
4～10
×
10
‑
4，可作为5g高频高速印刷电路板的基板材料。
28.具体的，连续微晶玻璃纤维的纤维直径在9
‑
13μm之间，本纤维既有利于织成布和毡，又可直接短切增强材料。
29.具体的，连续微晶玻璃纤维允许的晶体大小将随纤维直径而变化，纤维直径对晶体大小的比值至少为10:1，体积分量范围10～30％，波动范围，对于大多数用途而言，预期要采用9
‑
13μm的细直径纤维，其晶体的平均大小在 0.01～0.5μm。
30.具体的，连续微晶玻璃纤维用于印刷电路板、纺织物、无纺织物、短切原丝、复合材料和通信信号传输介质组成的组合。
31.测定微晶玻璃的介电常数和介电损耗按照以下方法测定：
32.1.将各原料混合均匀后加入铂金坩埚中，在1400℃～1600℃下保温，得到均匀、澄清的玻璃液，将玻璃液倒在预热的不锈钢模具上，置于退火炉中析晶后，制成直径φ10mm，厚度7～10mm的玻璃片，在圆形片涂上银电极后进行介电常数及介电损耗的测量，圆片试样通过谐振腔法检测其高频损耗，陶瓷试样在1～10ghz下的介电常数3.9～5.9，介电损耗为4
×
10
‑
4～10
×
10
‑
4；
33.2.耐水性通过测定研磨至360μm～400μm的玻璃粉在80℃的水中放置 24小时的重量损失来表征，其耐水性可低至3～10％，比ar玻璃好。
34.3.耐碱性通过测定5000cm2表面积的纤维，100℃下，3h在不同的碱溶液里的失重来表征，其耐碱性可低至10～15％，比e玻璃好。
35.结果表明，本发明提供的连续微晶玻璃纤维具有良好的弹性模量、耐温性、耐水性、较低的介电性能和较低的介电损耗，可以适用于传统e玻纤和 ar耐碱玻纤的增强邻域，同时适用于e玻纤和d玻纤所应用的印刷电路板领域，如用作印刷电路板的增强材料和周边5g通信的周边材料等。
36.以下根据实例详细说明本发明：
[0037][0038][0039]
根据实例结果显示：
[0040]
1.连续微晶玻璃纤维含量sio2为52％
‑
57％，纤维的拉伸强度高，当sio2 含量＞57％，连续微晶玻璃纤维的拉伸强度低；当sio2含量＜50％，纤维的拉伸强度低。
[0041]
2.在al2o3的含量12％
‑
15％对强度的影响是最佳。
[0042]
3.在feo(fe2o3)的含量6％
‑
12％对强度的影响是最佳。
[0043]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。