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CN104743888A - 一种玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料 - Google Patents

一种玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料 Download PDF

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CN104743888A CN201410487975.1A CN201410487975A CN104743888A CN 104743888 A CN104743888 A CN 104743888A CN 201410487975 A CN201410487975 A CN 201410487975A CN 104743888 A CN104743888 A CN 104743888A
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Abstract

本发明提供一种玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料。其中，玻璃纤维组合物含有的各组分的含量以重量百分比表示如下：SiO2为56-64％，Al2O3为12-18％，Na2O为0.1-1％，K2O为0.1-1％，Fe2O3为0.1-1％，Li2O+Bi2O3为0.05-1％，CaO+MgO+SrO为19-25％，TiO2为0.1-1.5％，CeO2为0-1％，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3大于1，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.4-1，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.7。该组合物降低玻璃的气泡数量、粘度及析晶风险，更适于大规模池窑生产。

Description

一种玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料
技术领域
本发明涉及一种玻璃纤维组合物，尤其涉及一种能作为先进复合材料增强基材的高性能玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料。
背景技术
玻璃纤维属于无机纤维材料，用它增强树脂可制得性能优良的复合材料。高性能玻璃纤维作为先进复合材料的增强基材，最初主要应用于航空、航天、兵器等国防军工领域。随着科技的进步及经济的发展，高性能玻璃纤维在民用、工业领域如电机、风力叶片、压力容器、海上石油管道、体育器材、汽车行业得到了广泛应用。
自从美国欧文斯科宁公司(简称OC公司)开发出S-2玻璃纤维后，各国竞相开发生产各种成分的高性能玻璃纤维，如法国圣戈班公司开发的R玻璃纤维、美国OC公司开发的HiPer-tex玻璃纤维、中国南京玻璃纤维研究设计院开发的高强2#玻璃纤维等。最初的高性能玻璃成分以MgO-Al2O3-SiO2系统为主体，典型方案如美国OC公司的S-2玻璃，不过它的生产难度过大，成型温度高达1571℃左右，液相线温度达到1470℃，难于实现大规模工业化生产。OC公司主动放弃了生产S-2玻璃纤维，将其专利权转让给了美国AGY公司，后者一直致力于小规模生产S型玻璃纤维及其改进产品。
随后，为了降低玻璃的熔化温度及成型温度使其能更好地满足规模化池窑生产的要求，国外各大公司陆续开发了以MgO-CaO-Al2O3-SiO2系统为主体的高性能玻璃，典型方案如法国圣戈班公司的R玻璃和美国OC公司的HiPer-tex玻璃，这是一种以牺牲部分玻璃性能换取生产规模的折衷策略，不过由于设计方案过于保守，尤其是将Al2O3含量保持在20％以上，优选25％，造成生产难度依然很高，虽然实现了小规模的池窑化生产，但生产效率低下、产品性价比不高。因此，OC公司也放弃了生产HiPer-tex玻璃纤维，将其专利权转让给了欧洲3B公司。2007年前后，由于OC公司和圣戈班公司的玻纤业务合并成立OCV公司，R玻璃纤维的核心技术也相应转让给了OCV公司。传统的R玻璃成型困难，成型温度达到1410℃左右，液相线温度达到1330℃，这也造成玻璃纤维拉制上的困难，同样难于实现大规模工业化生产。
另外，还有一种改良的R玻璃纤维，这种玻璃纤维具有比传统E玻璃纤维高得多的强度及模量，熔化和拉制状态也优于传统R玻璃纤维，但是该玻璃的析晶风险较大，同时由于Li2O的引入量过大，不仅降低玻璃的化学稳定性，而且大幅提高了原料成本，也不利于大规模工业化生产。
高强2#玻璃纤维的主要成分也包括SiO2、Al2O3、MgO，同时还引入了部分Li2O、B2O3、CeO2和Fe2O3，它也具有较高的强度及模量，且其成型温度只有1245℃左右，液相线温度为1320℃，两者的温度均比S玻璃纤维低得多，但其成型温度比液相线温度低却不利于玻璃纤维的良好拉制，必须提高拉丝温度，采用特殊形式的漏嘴，以防止拉丝过程中发生玻璃失透现象，这造成温度控制上的困难，也难于实现大规模工业化生产。
出于生产方式的限制，即由于不能实现池窑的规模化生产，现阶段高性能玻璃纤维的制造成本和售价都非常昂贵，产量因此受到严重制约，其用途仅限于航空、航天，以及国防军工等领域，不能够全面满足诸如大功率风力发电叶片、高压管道、压力容器等新型行业对高性能玻璃纤维的大量需求。
发明内容
本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的目的是提供一种高性能玻璃纤维组合物，该玻璃纤维组合物在拥有高力学性能的基础上，克服了传统高性能玻璃纤维成型温度高、液相线温度高，玻璃液澄清均化困难，难于进行大规模生产的问题，极大地提高了玻璃液的质量，同等条件下大幅降低了玻璃中的气泡数量，同时具有异常出色的玻璃折射率，大大提高了玻纤制品的通透性。
根据本发明的一个方面，提供一种玻璃纤维组合物，所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：
并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3大于1，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.4-1，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.7。
其中，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3的范围为2-12。
其中，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.45-0.9，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.85。
其中，CaO的含量以重量百分比表示为大于9.5％且小于12％。
其中，Bi2O3的含量以重量百分比表示为0.02-0.35％。
其中，各组分的含量以重量百分比表示如下：
并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3大于1，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.45-0.9，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.85。
其中，SrO的含量以重量百分比表示为0.02-1.5％。
其中，各组分的含量以重量百分比表示如下：
并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3的范围为2-12，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.45-0.9，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.85。
根据本发明的另一个方面，提供一种玻璃纤维，所述玻璃纤维由上述的玻璃纤维组合物制成。
根据本发明的另一个方面，提供一种复合材料，所述复合材料包括上述的玻璃纤维。
根据本发明的玻璃纤维组合物，通过合理配置Li2O+Bi2O3的含量范围，Li2O/Bi2O3的比值范围，以及CaO、MgO和SrO的含量比例，利用Li2O与Bi2O3的组合效果，以及CaO、MgO和SrO三元混合碱土效应，在保证玻璃纤维拥有高力学性能的基础上，使玻璃的熔化、澄清以及纤维成型性能接近无碱E玻璃，并使其熔化温度和拉丝温度显著低于传统R玻璃，同时进一步降低玻璃的气泡数量、粘度及析晶风险，使该玻璃纤维组合物更适于大规模池窑生产。
具体来说，根据本发明的玻璃纤维组合物含有下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：
并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3大于1，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.4-1，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.7。
该玻璃纤维组合物中各组分的作用及含量说明如下：
SiO2是形成玻璃骨架的主要氧化物，并且起稳定各组分的作用。在本发明的玻璃纤维组合物中，限定SiO2的含量范围为56-64％，若其含量太低会影响玻璃的机械性能；若其含量太高则会使玻璃的粘度过高导致熔化、澄清困难。优选地，SiO2的含量范围可以限定为58-62％。
Al2O3也是形成玻璃骨架的氧化物，与SiO2结合时可对玻璃的机械性能起到实质性的作用，并且在阻止玻璃分相和抗水性方面起着重要作用。在本发明的玻璃纤维组合物中，限定Al2O3的含量范围为12-18％，若其含量太低会使液相线温度升高，同时使得玻璃的机械性能及抗水性变差；若其含量太高则会使玻璃的粘度过高导致熔化、澄清困难，并且增大玻璃失透的危险性。优选地，Al2O3的含量范围可以限定为14-16.5％。
K2O和Na2O均能降低玻璃粘度，是良好的助熔剂。在碱金属氧化物总量不变的情况下，用K2O替代Na2O，能降低玻璃的析晶倾向，改善纤维成型性能；还能降低玻璃液的表面张力，改善玻璃熔制性能。因此，在本发明的玻璃纤维组合物中，限定Na2O的含量范围为0.1-1％，K2O的含量范围为0.1-1％，能达到较好的效果。
Fe2O3有利于玻璃的熔制，也能改善玻璃的析晶性能。但由于铁离子和亚铁离子具有着色作用，故引入量不宜多。因此，在本发明的玻璃纤维组合物中，限定Fe2O3的含量范围为0.1-1％。
CeO2不仅可以起到良好的澄清作用且无毒，还可以将部分二价亚铁离子氧化成三价铁离子，使玻璃纤维的绿色变浅。现有技术中，高性能玻璃难于澄清、均化，因此为了保证玻璃液的澄清和均化质量，在本发明的玻璃纤维组合物中可加入适量的CeO2，且CeO2的含量范围为0-1％。优选地，CeO2的含量范围可以限定为0.02-0.4％。
TiO2不仅可以降低高温时的玻璃粘度，还具有一定的助熔作用。因此，本发明的玻璃纤维组合物中加入TiO2，且限定TiO2的含量范围0.1-1.5％。
本发明的玻璃纤维组合物中还可以包括Li2O和Bi2O3。在玻璃纤维组合物中单独加入Li2O或Bi2O3可以实现各自的有益效果。同Na2O和K2O相比，Li2O不仅能显著地降低玻璃粘度，从而改善玻璃熔制性能，并且对提高玻璃的力学性能有明显帮助。Bi2O3作为高效的助熔剂，适量引入可以有效改善玻璃的熔制效果，有利于玻璃液中气泡的高效排除并提高玻璃的均匀性，同时对玻璃的粘度和析晶温度起到积极的作用，从而保证玻璃纤维拉丝工艺的稳定。此外，Bi2O3对提高玻璃的软化点温度和折射率也有一定的帮助。但是，过量的Bi2O3容易造成玻璃的抗折和抗压强度降低。因此，需要选择Bi2O3的合适含量。
发明人经过大量实验研究发现，Bi2O3是有条件的玻璃形成体。具体地，在合适的玻璃体系中，如果拥有足够的游离氧，且当具有较多离子场强大的金属离子时，在高温熔制阶段，能有效提高氧化铋的助熔能力，在低温成型阶段，能促进Bi2O3以[BiO6]的形式进入玻璃网络结构，同时受大场强金属离子积聚效应的影响，Bi2O3对网络结构的补强作用更加显著。而Li2O恰好能满足上述条件。因此，在本发明中同时使用Bi2O3和Li2O。发明人经过研究同时发现，当在玻璃纤维组合物中并用Li2O和Bi2O3且两者的总含量较低、比例合适时，实现的效果远高于单独使用Li2O或Bi2O3的效果的叠加。因此，选择Bi2O3和Li2O的合适含量及比例至关重要。
在本发明的玻璃纤维组合物中，同时包括Li2O和Bi2O3时，能够有效地提升Bi2O3的有益效果，例如改善玻璃熔制效果、高效排除玻璃液中气泡、提高玻璃均匀性、软化点温度和折射率等，同时由于Li2O的加入，不会使得含Bi2O3的玻璃在抗折和抗压强度方面有所降低。发明人经过实验研究发现，在本发明的玻璃纤维组合物中，Li2O+Bi2O3总含量范围为0.05-1％，并且重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3大于1时，能较佳地实现Li2O和Bi2O3的有益效果。不过，由于Bi2O3和Li2O的成本较高，同时考虑到高含量的Bi2O3对玻璃抗折和抗压强度存在的潜在危害，因此本申请中限定的Li2O+Bi2O3总含量较低。优选地，Li2O+Bi2O3的含量范围可以限定为0.1-0.9％。更优选地，Li2O+Bi2O3的含量范围可以进一步限定为0.2-0.8％。为了保证少量Bi2O3尽可能多的以[BiO6]的形式进入玻璃网络，控制比值C1＝Li2O/Bi2O3大于1是必要的，较多的锂离子和游离氧对提升Bi2O3的有益效果具有显著的作用，因此在Bi2O3含量不变的情况下，随着比值C1的增加，这种效果不断提升。不过，当比值C1大于7.5后，这种变化趋势趋于平缓。
关于Li2O与Bi2O3共同使用时的有益效果在后面以表格的形式，通过具体的参数进行说明。
本发明的玻璃纤维组合物利用了CaO、MgO和SrO的三元混合碱土效应。通常，本领域技术人员熟知CaO和MgO的二元混合碱土效应，但关于CaO、MgO和SrO的三元混合碱土效应却鲜有报道，其中CaO+MgO+SrO总含量达到19％及以上且含不超过2％含量SrO的特殊三元混合碱土效应更加没有报道。下面详细说明本发明中CaO、MgO和SrO的三元混合碱土效应以及如何选择CaO、MgO和SrO的含量。
首先，作为对比，简单介绍CaO和MgO的二元混合碱土效应。CaO主要起到调节玻璃粘度和控制玻璃析晶的作用。MgO具有类似的作用，但Mg2+的场强更高，对提高玻璃的强度和模量起很重要的作用。不利之处在于MgO含量过高会增大玻璃的析晶倾向和析晶速率，存在从玻璃中析出透辉石等晶体的危险。通过合理设计CaO、MgO的含量比例，利用钙长石(CaAl2Si2O8)与透辉石(CaMgSi2O6)晶体之间的竞争生长，从而延缓这两种晶体的生长，达到降低玻璃失透危险的目的。
我们经过大量实验研究表明，在合理配比的前提下，三元混合碱土效应比二元混合碱土效应更好。这是因为更多不同半径的碱土金属离子参与替代，结构更容易形成紧密堆积，从而使玻璃的力学性能、光学性能和耐腐蚀性能等方面更加优秀。对于本发明玻璃纤维组合物中加入的CaO、MgO和SrO来说，为了结构的紧密堆积，三种离子的数量级配就显得很重要。由于Mg2+、Ca2+、Sr2+的离子半径依次变大，这就需要将最小半径的离子和最大半径的离子进行很好地配合。经研究表明，在玻璃纤维组合物中引入少量SrO，通过合理调节(MgO+SrO)/CaO的比值能够有效控制玻璃的析晶倾向和速率，且一般在MgO含量相对较高的情况下，才适合引入一定量的SrO，当两者的比值MgO/SrO在合理范围时对混合碱土效应有极大的促进作用。故本申请将CaO、MgO和SrO作为控制玻璃纤维力学性能、光学性能和析晶性能的参数，以能在相应的玻璃体系中，通过设计玻璃体系中CaO、MgO和SrO的含量获得更高的力学性能、光学性能和更低的析晶温度及析晶风险。
在本申请中，综合考虑CaO、MgO和SrO的三元混合碱土效应以及选择合适的SrO的含量，以能够实现更高的力学性能和更低的析晶温度及析晶风险，以及有效提高玻璃的折射率。并且，经过发明人对于SrO的研究发现，在碱土金属氧化物含量高的玻璃体系中，它不仅可以提高玻璃的折射率，还能有效提高玻璃的抗压强度。不过由于氧化锶和氧化铋的分子量均较大，引入过多会造成玻璃的密度明显提高，对玻璃纤维的比强度和比模量有一定的负面影响。因此，在本申请中选择引入较低含量的SrO。在本发明的玻璃纤维组合物中，本发明限定CaO+MgO+SrO的总含量范围为19-25％，其中SrO的含量范围为0-2％，并且重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO范围为0.4-1，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.7。优选地，CaO+MgO+SrO的含量范围可以限定为20-24％。更优选地，CaO+MgO+SrO的含量范围可以限定为21-23.5％。优选地，SrO的含量范围可以限定为0.02-1.5％。
另外，我们研究表明，从简单替换角度来说，与氧化钙相比，SrO更能提高玻璃的抗压强度和折射率，两者对料性的作用差异较大；与氧化镁相比，SrO更能提高玻璃的抗拉强度、弹性模量和折射率，两者对料性的作用差异较小。并且，与氧化钙相比，氧化镁更能提高玻璃的弹性模量及降低玻璃的析晶温度，两者对料性的作用差异也较大。同时，考虑到离子的大小匹配性，将SrO和MgO联合与CaO进行比例控制是合适的。发明人发现，在氧化锶不高于2％的前提下，控制比值C2范围在0.4-1和比值C3大于0.7时，一是玻璃的力学性能和折射率等方面的提高幅度特别显著；二是玻璃的析晶温度和析晶程度的下降幅度特别明显；三是玻璃密度的增加幅度很小。发明人认为，这可能是因为该领域范围内三元碱土氧化物的堆积效果异常紧密，使玻璃结构特别稳定，从而玻璃性能得到了意想不到的提高。此外，值得注意的是，在上述控制范围内，当CaO的含量大于9.5％且小于12％时，玻璃的模量特别优秀。与之相对应的是，当比值C2＝(MgO+SrO)/CaO小于0.4时，会带来诸如弹性模量快速下降、抗压强度过低、玻璃料性过短等严重的负面问题，不仅玻璃性能差，而且玻璃的拉丝效率也会大幅下降。
此外，根据本发明的玻璃纤维组合物中还允许含有少量的氟，不过鉴于氟对环境的负面影响较大，一般不主动添加。
在该实施方式中，优选地重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3的范围可以为2-12。优选地，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围可以为0.45-0.9，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)的范围为大于0.85。
更加优选地，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3可以为7.5，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO可以为0.85，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)可以为0.85。
进一步通过实验研究发现，通过合理选择Li2O、Bi2O3和SrO的含量范围，可以实现更好的效果，其中Li2O以重量百分比表示的含量为0.1-0.7％；Bi2O3以重量百分比表示的含量为0.02-0.35％；SrO以重量百分比表示的含量为0.02-1.5％。
本发明的玻璃纤维组合物中，选择各组分含量的上述范围的有益效果在后面会通过实施例给出具体实验数据来说明。
下面是根据本发明的玻璃纤维组合物中所包括的各组分的优选取值范围示例。
优选示例一
根据本发明的玻璃纤维组合物含有下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：
并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3大于1，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.45-0.9，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.85。
优选示例二
根据本发明的玻璃纤维组合物含有下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：
并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3的范围为2-12，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.45-0.9，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.85。
优选示例三
根据本发明的玻璃纤维组合物含有下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：
并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3的范围为2-12，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.45-0.9，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.85。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明的基本思想是，玻璃纤维组合物的各组分含量以重量百分比表示为：SiO2为56-64％，Al2O3为12-18％，Na2O为0.1-1％，K2O为0.1-1％，Fe2O3为0.1-1％，Li2O+Bi2O3为0.05-1％，CaO+MgO+SrO为19-25％，TiO2为0.1-1.5％，SrO为0-2％，CeO2为0-1％，并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3大于1，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.4-1，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.7。根据本发明的玻璃纤维组合物中的各组分采用上述含量能够降低玻璃纤维成型温度和液相线温度，并且能够使玻璃的熔化、澄清以及纤维成型性能接近无碱E玻璃，并使其熔化温度和拉丝温度显著低于传统R玻璃，同时进一步降低玻璃的气泡数量、粘度及析晶风险，使该玻璃纤维组合物更适于大规模池窑生产。
选取本发明的玻璃纤维组合物中SiO2、Al2O3、Na2O、K2O、Fe2O3、Li2O、Bi2O3、CaO、MgO、SrO、CeO2、TiO2的具体含量值作为实施例，与传统E玻璃与传统R玻璃的性能参数进行对比。在进行性能对比时，选用六个性能参数：
(1)成型温度，对应于玻璃熔体在粘度为103泊时的温度。
(2)液相线温度，对应于玻璃熔体冷却时晶核开始形成的温度，即玻璃析晶的上限温度。
(3)ΔT值，成型温度与液相线温度之差，表示可能拉丝成型的温度范围。
(4)单丝强度，玻璃纤维原丝单位细度能承受的拉伸力。
(5)折射率，光在空气中的速度与光在玻璃中的速度之比率。
(6)气泡数量，其中测定气泡数量的大致方法为：利用专用的模具将每个实施例配合料压制成一样形状的样品，放置于高温显微镜的样品平台，然后按程序升温至设定空间温度1500℃，不保温，玻璃样品随炉冷却至常温；然后，通过偏光显微镜从微观角度观察各个玻璃样品的气泡数量。其中，气泡数量按显微镜成像范围为准。
上述六个参数及其测定方法是本领域技术人员所熟知的，因此采用上述参数能够有力地说明本发明的玻璃纤维组合物的性能。
实验的具体过程为：各组分可从适当的原料中获取，按比例将各种原料进行混合，使各组分达到最终的预期重量百分比，混合后的配合料进行熔化并澄清，然后玻璃液通过漏板上的漏嘴被拉出从而形成玻璃纤维，玻璃纤维被牵引绕到拉丝机旋转机头上形成原丝饼或纱团。当然，这些玻璃纤维可用常规方法进行深加工以符合预期要求。
下面给出根据本发明的玻璃纤维组合物的具体实施例。
实施例一
并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3为2.0，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.91，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)为0.82。
在实施例一中测定的六个参数的数值分别是：
实施例二
并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3为3.0，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.83，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)为0.90。
在实施例二中测定的六个参数的数值分别是：
实施例三
并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3为12.0，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.49，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)为1.0。
在实施例三中测定的六个参数的数值分别是：
下面进一步通过列表的方式，给出本发明玻璃纤维组合物的上述实施例以及其他实施例与传统E玻璃、传统R玻璃和改良R玻璃的性能参数的对比。其中，玻璃纤维组合物的含量以重量百分比表示。需要说明的是，实施例组分总含量略微小于100％，可以理解为残余量是微量杂质或不能分析出的少量组分。
表1
表2
由上述表中的具体数值可知，与传统R玻璃和改良R玻璃相比，本发明的玻璃纤维组合物拥有以下优势：(一)具有低得多的液相线温度，这有利于降低玻璃析晶的风险、提高纤维的拉丝效率；(二)具有低得多的玻璃气泡数量，这表明本发明的玻璃液质量得到了大幅提高；(三)具有明显提升的玻璃折射率，并且符合比值C1的实施例提升幅度更加显著。同时，本发明的单丝强度与传统R玻璃纤维相当，但与传统E玻璃相比，本发明的玻璃纤维组合物拥有高得多的单丝强度。特别地，本发明的玻璃纤维组合物在R级别玻璃的熔制改良和折射率方面取得了突破性的进展，同等条件下的气泡数量大幅下降、折射率大幅提升，而且整体技术方案比传统R玻璃及改良R玻璃纤维的性价比更高，易于实现大规模工业化生产。
本发明通过同时使用Li2O和Bi2O3，并且合理设计两者的比例关系，以及合理设计CaO、MgO和SrO之间的比例关系，不仅保证了玻璃纤维拥有较高的力学性能，并且显著提升了玻璃的折射率，还大幅改善了玻璃的熔制效果和纤维成型效率，使其熔化温度和拉丝温度显著低于传统R玻璃，并进一步降低玻璃的气泡数量及析晶风险。因此，本发明的玻璃纤维组合物更适于大规模池窑生产。
由根据本发明的玻璃纤维组合物可以制成具有上述优良性能的玻璃纤维。
根据本发明的玻璃纤维组合物与一种或多种有机和/或无机材料结合可制备得到性能优良的复合材料，例如，玻纤增强基材。
最后应说明的是：在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种玻璃纤维组合物，其特征在于，所述玻璃纤维组合物含有下述组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：
并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3大于1，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.4-1，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.7。
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维组合物，其特征在于，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3的范围为2-12。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃纤维组合物，其特征在于，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.45-0.9，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.85。
4.根据权利要求1或2所述的玻璃纤维组合物，其特征在于，CaO的含量以重量百分比表示为大于9.5％且小于12％。
5.根据权利要求1所述的玻璃纤维组合物，其特征在于，Bi2O3的含量以重量百分比表示为0.02-0.35％。
6.根据权利要求1所述的玻璃纤维组合物，其特征在于，各组分的含量以重量百分比表示如下：
并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3大于1，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.45-0.9，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.85。
7.根据权利要求1或6所述的玻璃纤维组合物，其特征在于，SrO的含量以重量百分比表示为0.02-1.5％。
8.根据权利要求1或5所述的玻璃纤维组合物，其特征在于，各组分的含量以重量百分比表示如下：
并且，重量百分比的比值C1＝Li2O/Bi2O3的范围为2-12，重量百分比的比值C2＝(MgO+SrO)/CaO的范围为0.45-0.9，重量百分比的比值C3＝MgO/(MgO+SrO)大于0.85。
9.一种玻璃纤维，其特征在于，所述玻璃纤维由如权利要求1-9中任一项所述的玻璃纤维组合物制成。
10.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括如权利要求9所述的玻璃纤维。
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