玻璃成分與酸瀝濾關(guān)系的探討

鄒寧宇，賀新民

(1. 河海大學(xué)力學(xué)與材料學(xué)院，南京210000；2. 江蘇恒州特種玻璃纖維材料公司，宿遷223800)

玻璃成分與酸瀝濾關(guān)系的探討

鄒寧宇1，賀新民2

(1. 河海大學(xué)力學(xué)與材料學(xué)院，南京210000；2. 江蘇恒州特種玻璃纖維材料公司，宿遷223800)

從3種玻璃纖維成分入手，分別分析了3種玻璃酸瀝濾過程中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化和玻璃成分的溶出，分析了該過程中的溶出機(jī)理。從微觀形態(tài)的角度探討了酸瀝濾對(duì)高硅氧布力學(xué)性能的影響，指出高硅氧纖維性能與酸瀝濾的時(shí)間、溫度、酸度以及纖維本身的成分都有關(guān)系，在開拓高硅氧纖維應(yīng)用領(lǐng)域的時(shí)候，應(yīng)從用途出發(fā)篩選酸瀝濾因素。

玻璃成分；酸瀝濾；高硅氧玻璃成分；高硅氧纖維性能

0 前言

通過試驗(yàn)研究和儀器觀察表明，由于玻璃中不同顆粒的旋節(jié)分解或者成核生長，部分硅酸鹽玻璃中存在分相現(xiàn)象。在玻璃熔融或在冷卻過程中，形成2個(gè)或2個(gè)以上互不相融、彼此分離的液相，使玻璃結(jié)構(gòu)成微不均勻性。Na2O-SiO2二元系統(tǒng)，Na2O-B2O3-SiO2三元系統(tǒng)和E玻璃(Al2O3-CaO-B2O3-SiO2)系統(tǒng)中存在分相[1-3]，3種原料玻璃在熔融或冷卻過程中成微不均勻，彼此分離的一個(gè)全SiO2，一個(gè)富含Na2O和B2O3液相，2個(gè)或2個(gè)以上互不相溶的液相。所以它們都可以通過酸瀝濾作為生產(chǎn)高硅氧纖維的成分。

1 玻璃成分和酸瀝濾過程

1.3 3種工藝的區(qū)別

利用玻璃中相分離現(xiàn)象是酸瀝濾技術(shù)及生產(chǎn)高硅氧玻璃纖維的基礎(chǔ)。美國歐文斯-科寧公司利用E玻璃成分經(jīng)酸瀝濾熱燒結(jié)生產(chǎn)，并且取名Refrasil。

最初的高硅氧玻璃纖維問世后，在耐高溫領(lǐng)域初露鋒芒，受到各國重視。利用3種原料玻璃中的分相現(xiàn)象均可以生產(chǎn)高硅氧纖維，并且形成不同技術(shù)路線。

現(xiàn)在，日本、德國、中國主要采用Na2O-B2O3-SiO2三元系玻璃生產(chǎn)高硅氧纖維。其優(yōu)點(diǎn)是瀝濾速度較快，所生產(chǎn)的纖維及織物強(qiáng)度較高，原料成本偏高。美國、英國等仍采取E玻璃，我國企業(yè)大多采用CaO-Al2O3-B2O3-SiO2。其優(yōu)點(diǎn)是原料來源方便，價(jià)格便宜，但瀝濾過程中材料損耗較大，瀝濾速度較慢。而俄羅斯、白俄羅斯主要鈉硅二元系玻璃，其優(yōu)點(diǎn)是玻璃成本較低，瀝濾過程中材料損耗較少，瀝濾速度較快，纖維及織物強(qiáng)度較高，但原絲在大氣環(huán)境中對(duì)濕度穩(wěn)定性差，必須使用浸潤劑予以保護(hù)，生產(chǎn)工藝較復(fù)雜[4-7]，見表1。

表1 3種玻璃成分 %

由表1可以看出，3種玻璃中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，相互有20%的巨大差異，但最終產(chǎn)品的成分基本相同(95%～99%)，這表明3種原料玻璃在被酸瀝濾的成分變化不同過程，也意味著酸瀝濾技術(shù)必須對(duì)癥下藥，采取不同技術(shù)路線。

價(jià)格始終是高硅氧纖維走進(jìn)尋常民用領(lǐng)域必須跨越的門檻。美國、英國在選擇來源便利，玻璃纖維產(chǎn)業(yè)通用的E玻璃系統(tǒng)為原料，確保價(jià)格較低的前提下通過技術(shù)改進(jìn)，提高纖維和織物強(qiáng)度及其他性能。實(shí)踐證明，這條技術(shù)路線已見成效?，F(xiàn)在美國以E玻璃為原料生產(chǎn)的高硅氧纖維，強(qiáng)度、耐溫、耐磨、耐酸堿等性能已經(jīng)達(dá)到或逼近Na2O-B2O3-SiO2系統(tǒng)和Na2O-SiO2系統(tǒng)生產(chǎn)的產(chǎn)品。在國內(nèi)也開始了相應(yīng)的用CaO-Al2O3-B2O3-SiO2無堿E玻璃為原料生產(chǎn)高硅氧纖維的研制，并且已經(jīng)取得顯著進(jìn)展。

1.2 3種工藝中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化

表2～表4是不同玻璃在溫度、酸液濃度相同的酸瀝濾工藝中SiO2和其他組分變化對(duì)比反映出成分的變化關(guān)系。數(shù)據(jù)分別由試驗(yàn)和計(jì)算得出，成分又存在波動(dòng)，表中數(shù)據(jù)也在一定范圍內(nèi)變化，圖1表明3種原料玻璃由于成分不同，各自SiO2的變化曲線有所不同。

表2 E玻璃中SiO2和其他組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化對(duì)比

纖維中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%纖維中其他成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%纖維失重率/%60 036 01067 526 02072 021 02573 919 02775 018 02876 017 02977 016 03084 310 03691 55 04193 14 04294 73 04396 42 046

表3 Na2O-SiO2玻璃中SiO2和其他組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化對(duì)比

纖維中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%纖維中其他成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%纖維失重率/%75 025 085 015 013 690 09 615 691 07 418 595 04 921 1

表4 Na2O-B2O3-SiO2玻璃中SiO2和其他組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化對(duì)比

纖維中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%纖維中其他成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%纖維失重率/%70 022 01085 015 02090 67 02593 05 02794 04 02895 83 02997 12 030

研究同時(shí)表明，可用于生產(chǎn)高硅氧纖維的原料玻璃，對(duì)SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)都有一定要求。玻璃纖維中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接決定了纖維中其他成分的多寡，如SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低，被酸瀝濾的成分相應(yīng)增高，材料消耗較大，瀝濾時(shí)間拉長，纖維易產(chǎn)生急劇收縮，對(duì)以后的產(chǎn)品性能產(chǎn)生不利影響。E玻璃中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54.4%，已經(jīng)臨近下限。專家認(rèn)為一般原則是如熔制條件和拉絲條件允許，各類玻璃成分都應(yīng)在自身范圍內(nèi)盡量增加其中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在俄羅斯等國的鈉硅酸鹽成分中，要求SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)>75%，Na2O 20%，Al2O33%；而美國有專利中配合最佳組分為SiO269.6%、Na2SO420%、Na2CO328%，經(jīng)熔制后SO2和CO2揮發(fā)，纖維組成為SiO280%、Na2SO420%。

1.3 3種酸瀝濾過程

玻璃原料的組分不同，意味著酸瀝濾工藝參數(shù)有所差異。

酸的選擇是酸瀝濾工藝的重要課題，應(yīng)與玻璃原料成分有關(guān)。常用無機(jī)酸有鹽酸、硫酸、硝酸、有機(jī)酸、乙酸、無機(jī)鹽CaCl2、NH4Cl的溶液都與玻璃纖維有所反應(yīng)，俄羅斯傾向于用硫酸，日本則用鹽酸和硝酸。這里涉及到廢酸液的處理和綜合利用。B2O3的回收有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。酸的濃度、溫度更需考慮。

ICP-ASE觀察表明，當(dāng)SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高分子比Na2O：B2O3≤1時(shí)，玻璃中同時(shí)存在[SiO4]四面體、[BO4]四面體、[BO6]三面體，其中一部分[BO4]四面體與[SiO4]四面體組成均勻、統(tǒng)一和連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，另一部分組成獨(dú)立的層狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。因此，玻璃中存在兩種分相其中SiO2相對(duì)酸很穩(wěn)定，B2O3-Na2O相則易溶解于酸，經(jīng)酸瀝濾后B2O3-Na2O轉(zhuǎn)入溶液中留下具有微孔結(jié)構(gòu)和硅氧骨架，經(jīng)600 ℃高溫處理使微孔閉合后，骨架超于密緊。

原始玻璃中非硅質(zhì)的金屬離子在酸溶液的作用下，從玻璃體中向溶液遷移，進(jìn)行如下式表示的離子交換反應(yīng)：

當(dāng)反應(yīng)完全時(shí)，玻璃中的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)才可能達(dá)到96%以上。離子的遷移速率受瀝濾時(shí)間、酸的濃度、溫度、瀝濾產(chǎn)物的擴(kuò)散速度等因素的影響。

酸瀝反應(yīng)初期速度很快，二元與三元玻璃可在1 h內(nèi)達(dá)到瀝濾平衡，E玻璃則需要較長時(shí)間，而酸的濃度對(duì)二元玻璃酸瀝濾進(jìn)程影響較小，見圖2酸瀝濾溫度與時(shí)間對(duì)E玻璃氧化物遷移量的影響。

在酸瀝濾過程中，不同成分的原料玻璃發(fā)生不同變化。這影響到酸瀝濾工藝，也對(duì)熱處理、后處理及制品性能產(chǎn)生一定影響。

(1) Na2O-SiO2系玻璃瀝濾過程比較單一，至始至終是Na2O或K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)的單項(xiàng)減少。

(2) Na2O-B2O3-SiO2系玻璃，開始階段是Na2O或K2O被瀝濾出，隨后是B2O3被瀝濾出。

(3) CaO-Al2O3-B2O3-SiO2(E玻璃)瀝濾過程，B2O3與CaO、MgO等脫離硅氧骨架并無固定順序，但Al2O3的殘留量較多。

前蘇聯(lián)學(xué)者觀察對(duì)于Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)在27%以上的鈉硅酸鹽玻璃在0.7%～3.5%的煮沸鹽酸中，Na2O成分在1～3 min即被溶出。其他玻璃由于成分、結(jié)構(gòu)、酸液、溫度等不同，瀝濾時(shí)間會(huì)有變化，但Na2O在諸成分中最先、最快溶出的現(xiàn)象是相同的。

在酸瀝濾初期纖維中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加很快(對(duì)有些纖維在15 min內(nèi)有65%增加到90%)，而以后增加平緩，應(yīng)可解釋為纖維中殘留的金屬氧化物較難從SiO2網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外去除。

2 酸瀝濾過程中各成分的溶出

2.1 Na2O的溶出

高硅氧纖維中含1%～5%的其他成分。

3種原料玻璃生產(chǎn)的高硅氧纖維中的剩余成分有所不同，一般Al2O3(0.15%～0.28%)、CaO(0.03%～0.18%)、Fe2O3(0.03%～0.2%)、MgO(0.01%～0.05%)、Na2O(0.01%～0.1%)、K2O(0.01%～0.07%)、TiO2(0.15%～0.5%)、B2O3(0.07%～0.13%)。

從原料分類Na2O、K2O、Li2O等堿金屬氧化物，屬[SiO4]網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)外體氧化物，它們最易為酸瀝濾，SiO2、Al2O3、B2O3等酸性氧化物屬網(wǎng)絡(luò)形成體及中間體氧化物。

SEM觀察和理論分析都證明Na2O、B2O3相或CaO相易和H+結(jié)合，但3種原料玻璃中率先被瀝濾出的都是Na2O成分。

2.2 B2O3的溶出

B2O3存在，高溫時(shí)能降低玻璃液的粘度，而在低溫時(shí)則又提高玻璃粘度，加快玻璃硬化速度，提高玻璃機(jī)械成形速度，又降低玻璃膨脹系數(shù)，提高熱穩(wěn)定性和化學(xué)性能。B2O3在玻璃中以[BO3]和[BO4]為結(jié)構(gòu)組成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在硼酸鹽玻璃中，存在[BO3]三面體和[BO4]四面體層狀結(jié)構(gòu)互換變化，稱為硼氧反常和硼反常，在含硼玻璃中一些區(qū)域也可能存在類似現(xiàn)象。

2.3 B2O3和Al2O3的溶出

在三元系統(tǒng)中，當(dāng)SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，同時(shí)Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于B2O3，B2O3在玻璃中同時(shí)以[BO4]四面體和[BO3]三面體形式存在。其中一部分[BO4]四面體與[SO4]四面體組成連續(xù)、均勻結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。正因如此，B2O3從玻璃中溶解過程要在Na2O之后。

Al2O3屬于玻璃的中間體氧化物，它在玻璃中的位置也可以變化。當(dāng)Na2O/Al2O3大于1時(shí)，可形成鋁氧四面體并與結(jié)構(gòu)相似的硅氧四面體組成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，否則形成置于硅氧結(jié)構(gòu)網(wǎng)的空穴中。所以，Al2O3的析出難度與玻璃組分中Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)。

Al2O3的存在也提高了原始纖維的強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，由此可以推斷，這是含B2O3的玻璃在酸瀝濾過程中所需要的時(shí)間、溫度高于二元原料玻璃的原因。同時(shí)酸瀝濾后，3種玻璃成分的纖維SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)，雖然都同樣達(dá)到95%～99%，但不同的酸瀝濾過程對(duì)纖維的性能還是產(chǎn)生影響。Al2O3和B2O3存在，使E成分和三元成分玻璃酸瀝濾的高硅氧纖維在某些方面優(yōu)于Na2O-SiO2。

Al2O3屬于玻璃的中間體氧化物，由于[AlO4]四面體在結(jié)構(gòu)上與[SiO4]四面體很相似，場雖小，給氧能力大，被認(rèn)為是具有明顯抑制分相的組分。因此，Al2O3在玻璃中溶解順序要在B2O3后。同時(shí)，試驗(yàn)表明，B2O3在60～80 ℃的酸液中，從纖維中滲出速度最快。

在高硅氧纖維中，SiO2成分從95%到99%以上。剩余成分為各類金屬氧化物，這些金屬氧化物也是影響高硅氧纖維性能的角色。例如在Na2O-SiO2成分生產(chǎn)的高硅氧纖維中，少量CaO、MgO、Al2O3、B2O3、Cr2O3、Mn2O3、NiO等成分有助提高玻璃的耐水性及在大氣中的穩(wěn)定性，TiO2對(duì)纖維抗失透性影響較大，而在纖維中質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)低于0.01%，用ErO2、TiO2、CdO、WO3又有助于提高纖維的耐酸性。

在鋁硼硅酸鹽系E玻璃中，相比諸多金屬氧化物中Al2O3的作用尤其值得關(guān)注。其一，根據(jù)鋁原子的特性，當(dāng)Al3+位于鋁氧四面體[AlO4]中時(shí)與硅氧四面體組成統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。引入少量的Al2O3、Al3+就可以奪取非橋氧形成鋁氧四面體進(jìn)入硅氧網(wǎng)絡(luò)，使玻璃結(jié)構(gòu)臻于緊密，致Al2O3的存在延長了纖維酸瀝濾的時(shí)間。其二，Al2O3·SiO2纖維，即硅酸鋁纖維是耐溫可達(dá)1700 ℃的良好的耐火材料，在硅氧網(wǎng)絡(luò)之中的Al3+的存在可能在一定程度上會(huì)提高高硅氧纖維的耐溫度。

可以通過酸瀝濾的過程，控制Al2O3的比例，達(dá)到纖維耐溫1100 ℃的水平。離子的分相遷移速率多酸的濃度、瀝濾時(shí)間、溫度、H2BO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小及瀝濾速度等因素影響。H2BO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)尤其對(duì)制品斷裂強(qiáng)度有很大影響。

2.4 CaO的溶出

E玻璃中含有16%左右的CaO以便降低玻璃高溫粘度，但Ca2+對(duì)玻璃結(jié)構(gòu)有積聚作用。Ca2+不參加網(wǎng)絡(luò)配位數(shù)一般為6，在結(jié)構(gòu)中的活動(dòng)性能很小，不易從玻璃中析出，從而增強(qiáng)了E玻璃纖維酸瀝濾時(shí)間。

圖2是E玻璃中金屬氧化物的遷移量與酸瀝溫度、酸瀝時(shí)間的關(guān)系，由圖可以看出Al2O3的遷移量又明顯低于CaO，隨著溫度升高和時(shí)間推移，這兩者差距有擴(kuò)大趨勢。

2.5 雜質(zhì)的影響

圖2同時(shí)顯示溫度是金屬氧化物遷移量的重要因素。試驗(yàn)表明，由于溫度上升縮短和金屬氧化物反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)間，同時(shí)玻璃發(fā)生微膨脹，擴(kuò)大離子活動(dòng)空間和活動(dòng)自由度。在一定時(shí)間間隔內(nèi)溫度平均上升8～15 ℃，各類原始玻璃組分中離子瀝出量可增加1倍。

高硅氧纖維中的雜質(zhì)來自溶體中未有與酸反應(yīng)的原料和耐火材料中的顆粒。還有為熔制和拉制纖維需要一些添加成分。用致有酸瀝濾技術(shù)是無法徹底清除這些雜質(zhì)的。

這些雜質(zhì)并非全都對(duì)酸瀝濾不利。例如俄羅斯的科技人員在研制成分相對(duì)簡單的Na2O(K2O)-SiO2系統(tǒng)玻璃組分中，就發(fā)現(xiàn)一些微量的金屬氧化物。當(dāng)纖維組成為SiO2>2.6%～6%、Na2O>23%時(shí)，組分中有Al2O30.03%～0.07%、TiO2<0.005%、K2O<0.06%、MgO<0.008%、CaO<0.02%、Fe2O3<0.025%，有助于酸瀝濾的進(jìn)行。置于硅氧結(jié)構(gòu)網(wǎng)空穴中的鋁氧八面體較與硅氧四面體形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)的鋁氧四面體易于溶出在高硅氧纖維中，除SiO2外5%～0.5%殘留量，Al2O3占有很大比例。各個(gè)剩余成分對(duì)高硅氧纖維的性能產(chǎn)生不同影響。

例如在鈉硅酸鹽二元玻璃系統(tǒng)中，還要有意識(shí)的引入0.1%～5%的二價(jià)和三價(jià)的CaO、MgO、Al2O3、B2O3、Cr2O3、Mn2O3、NiO等金屬氧化物，這有助提高玻璃的耐水性和在大氣中的穩(wěn)定性。

中間體金屬氧化物處于網(wǎng)絡(luò)空隙中，可以使玻璃密度上升，Al2O3、TiO2的增加可以提高結(jié)構(gòu)的密實(shí)度。網(wǎng)絡(luò)外體堿金屬氧化物CaO、BaO、MgO離子場強(qiáng)較大，具有吸引陽離子到自己周圍的能力，起積聚網(wǎng)絡(luò)的作用。

從這個(gè)角度上看，適當(dāng)保留一些金屬氧化物對(duì)高硅氧纖維也是有益的。

3 酸瀝濾與纖維性能

圖3展示了酸液中H3BO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)與成品布斷裂強(qiáng)力的關(guān)系。

由圖3可以看出，纖維在酸液中的狀態(tài)對(duì)酸瀝濾的結(jié)果產(chǎn)生影響。在連續(xù)瀝濾工藝中，受到持續(xù)牽引的徑向纖維酸瀝濾后，纖維強(qiáng)度明顯高于處于松弛狀態(tài)的緯向纖維。當(dāng)我們采用緯向纖維同步固定技術(shù)，是徑向、緯向纖維所受拉力基本相同時(shí)，兩者酸瀝濾后的強(qiáng)度也趨于相同。

這一事實(shí)，可以作如下解釋，B2O3從比較彎曲、松弛的纖維中析出時(shí)而造成較多的微裂紋、微開口、微應(yīng)力或者說纖維在彎曲部分易形成較大的微裂紋、微開口、微應(yīng)力，如圖4所示。

通過在酸瀝濾過程中使用超聲波處理，織物通過浸漬前添加側(cè)疏張裝置，通過浸漬后增添緯向定邊恒張力控制等措施，可有效解決產(chǎn)品經(jīng)緯向傾斜偏移，強(qiáng)度不均衡，外觀表面平整度差異等缺陷，也證實(shí)這一推理的正確。

當(dāng)同一織物的酸瀝濾熱燒結(jié)和表面處理的時(shí)間、溫度、濃度、速度等因素完全相同時(shí)，制品經(jīng)向、緯向的斷裂強(qiáng)度也不相同，與溶液中H3BO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)。在酸瀝濾開始時(shí)，隨著Na2O的析出，制品斷裂強(qiáng)度由1100 N(25 mm×100 mm)大幅下降，到600 N左右隨著溶液中H3BO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，制品的斷裂強(qiáng)力相應(yīng)減少，但在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～13%之間，斷裂強(qiáng)力有不降反升的轉(zhuǎn)折。一個(gè)可能的解釋是當(dāng)Na2O被析出以后，B2O3開始析出，部分已經(jīng)移動(dòng)尚未進(jìn)入溶液的B2O3離開原先位置，填補(bǔ)了Na2O留下的空隙和纖維裂紋。這種狀況對(duì)硅氧網(wǎng)絡(luò)反起某種保護(hù)作用，增強(qiáng)了制品的斷裂強(qiáng)力。

溫度增加則縮短了反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間。這可能是由于溫度的提高，加速了離子的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)玻璃結(jié)構(gòu)也在較高的溫度下微膨脹，使離子從玻璃中遷移出來更容易。不同的原始組分，在一定時(shí)間內(nèi)當(dāng)溫度每升高8～15 ℃，離子的瀝出量增加1倍。

酸瀝產(chǎn)物Si(OH)4是極性分子，能使周圍水分子極化并定向附著在自己的周圍，形成SiO2·nH2O硅酸鹽凝膠層，這層硅凝膠結(jié)構(gòu)疏松，并在玻璃表面形成大量微裂紋，特別在反應(yīng)初期，纖維不規(guī)則膨脹或收縮，使纖維強(qiáng)度降低，隨著酸瀝時(shí)間的增加，玻璃中金屬離子向溶液遷移率逐漸達(dá)到平衡，纖維開始收縮，形成新的界面，纖維的強(qiáng)度略有提高。

4 結(jié)論

(1) 酸瀝濾工序是生產(chǎn)高硅氧玻璃纖維的重要組成，在酸瀝濾過程中現(xiàn)有三種原料玻璃的組份變化途徑有所不同，最終產(chǎn)品的成分可以相同(SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)96%～99%)，但產(chǎn)品的使用性能仍然有所不同。

(2) 在酸瀝濾過程中，二元系原料玻璃是R2O離子的陸續(xù)溶出，三元系原料玻璃和無堿玻璃是開始R2O，然后B2O3、CaO、Al2O3的溶出。

(3) 對(duì)于3種玻璃組分，兩種間歇式或連續(xù)式酸瀝濾工藝，溶出的金屬氧化物數(shù)量、種類、溶出時(shí)間有所不同。

這也導(dǎo)致酸瀝濾后生成的高硅氧纖維表面微裂紋、微孔隙、微開口的數(shù)量和大小不同，后道預(yù)處理工序，熱燒結(jié)工序和表面處理工序式相應(yīng)不同。對(duì)酸瀝濾過程中，原始玻璃組分變化分析，是提高高硅氧纖維性能的重要內(nèi)容。

(4) 酸瀝濾后，3種原料玻璃中仍或多或少有各種殘余成分，這些成分仍對(duì)纖維的性能產(chǎn)生影響。

(5) 各類組分由玻璃析出的先后程度與其在硅氧四面體中的位置相互作用有關(guān)。

(6) 對(duì)酸瀝濾機(jī)理的探討，有助于選擇最佳酸液濃度、溫度、瀝濾時(shí)間，裝置工藝參數(shù)是有關(guān)廠家競相研制的內(nèi)容。

(7) 針對(duì)高硅氧纖維制品在航空航天的耐燒蝕材料、防火耐溫材料、耐高溫氣體、液體過濾材料的用途，采取不同酸瀝濾工藝。

(8) 高硅氧纖維中剩余金屬氧化物也可以提高纖維在某一方面的應(yīng)用性能。在開拓高硅氧纖維應(yīng)用領(lǐng)域的時(shí)候，對(duì)特定用途從原料玻璃成分拉絲、紡織和酸瀝濾等環(huán)節(jié)進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，篩選最佳的纖維組成。

[1]姜肇中，鄒寧宇，葉鼎全.玻璃纖維應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中石化出版社，2003.

[2]張耀明，李巨白，姜肇中.玻璃纖維與礦物棉全書[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[3]周艷艷.玻璃化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[4]賀新民，尤勇，賀廣東.高硅氧玻璃纖維紗線酸瀝濾工藝的探索研究[J].科技風(fēng)，2012(7)：32-33.

[5]賀廣東，鄒寧宇.對(duì)高硅氧纖維耐燒蝕材料的幾點(diǎn)探討[J].玻璃纖維，2015，6：40-44.

[6]祖群，姚正慶，李斌，等.酸瀝濾鈉硅酸鹽玻璃制造高硅氧玻璃纖維性能的研究[J].玻璃纖維，2004，3：1-4.

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Study on Relationship between Glass Constituents and Acid Leaching

Zou Ningyu1，He Xinming2

(1. Mechanics and Materials Institute of Hehai University，Nanjing 210000；2. JiangsuHengzhou Special Glass Fiber Materials Corp.，Suqian 223800)

Starting with three glass fiber compositions，the change of SiO2mass fraction in the acid leaching process of these three glass compositions and the leaching mechanism are analyzed respectively.From microscopic morphology，the effects of acid leaching on the mechanical properties of high silica cloth are studied，noting that the properties of high silica fibers are related to the acid leaching time，temperature and acidity as well as to the composition of the fiber itself，and that when developing applications of high silica fibers，the parameters of acid leaching process should be carefully selected according to the target usage.

glass composition；acid leaching；high silica；high silica fiber properties

TQ171.77+7.17

A

2016-10-27

鄒寧宇，男，1947年生，副教授。主要從事新材料和新能源的開發(fā)與應(yīng)用方面的研究。

修回日期：2016-11-15