用平板玻璃成分生產(chǎn)玻璃纖維,由于堿金屬氧化物含量太高,這種纖維與其紡織品在潮濕空氣中存放時間長些,就很快喪失強度而毫無使用價值。1964年我國的C玻璃5號成分投入工業(yè)生產(chǎn),它具有相當(dāng)好的化學(xué)穩(wěn)定性,至今仍在我國玻璃纖維生產(chǎn)中占有較大比重。
同大多數(shù)鈉鈣硅酸鹽玻璃(如平板玻璃、器皿玻璃和瓶罐玻璃)一樣,C玻璃的主要成分是Na2O、CaO和SiO2,是在Na2O一CaO—SiO2三元系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它在圖1中析晶能力小的PQ相界線附近,具有實用意義的玻璃成分區(qū)域是:Na2O12%~18% ,CaO 6%~16% ,SiO2 63%~82% 。SiO2含量增加時,容易形成磷石英和方石英等析晶。CaO增加時。容易出現(xiàn)硅灰石析晶。Na2O含量增加時,容易形成Na2O·3CaO·6SiO2失透石析品。C玻璃5號 原始組成點位于Q點附近。此外,還運用了3項規(guī)律,才形成5號 成分,即:
① 玻璃中CaO+Na2O=26%,因為這時構(gòu)成的玻璃的析晶速度最慢,最不容易發(fā)生析晶;
② 玻璃中Na2O含量不宜超過13%,否則其耐水能力急劇惡化,化學(xué)穩(wěn)定性很差;
③ 玻璃中以適量的MgO代替CaO(一般小于5%),A12O3代替SiO2(一般小于4%),會降低析晶能力。
圖1 Na2O—CaO—SiO2系統(tǒng)的高SiO3部分組圖
目前使用的C玻璃5號成分[(質(zhì)量)%]是:
SiO2 67.3 CaO 9.5
Al2O3 7.0 MgO 4.2
Fe2O3 <0.5 Na2O 12.0
玻璃中Al2O3 從3% 漸漸增高到8%,并取代SiO2時,析晶上限溫度提高60℃,而纖維的耐水性能也提高50%;
Al2O3 含量在7% 時波動正負(fù)1% 時,拉絲溫度變動正負(fù)10C;
CaO從9.5% 提高到12.5% 代替SiO2時,顯著降低纖維成形溫度,每1% CaO代替SiO2,溫度降低20℃,但同時卻使析晶上限溫度提高30℃;
用K2O代替Na2O時,每取代1%,拉絲溫度提高12℃,析晶上限溫度增高5℃,纖維的耐水性可顯著提高;
少量Fe2O3(<0.5%)的引入,對析晶上限溫度和纖維耐水性無影響,拉絲溫度可降低10~15℃。
曾研究過在C玻璃5號中用B2O3代替部分Al2O3 的影響,發(fā)現(xiàn)用2% B2O3代替Al2O3 時,拉絲溫度降低40—50℃,析晶上限溫度相應(yīng)降低30℃。
C玻璃5號 的熔制溫度為1530℃左右,拉絲溫度1180~1200℃,粘度0.1Pa·s的溫度為1238℃,比析晶上限溫度(1140℃)高98℃,滿足拉絲工藝要求。C玻璃纖維有較高的強度,單絲強度2646MPa。在相對濕度100%氣氛下存放128d,單絲強度只降低21%,略比E玻璃的大(E玻璃單絲在此條件下只降低16%)。C玻璃布在室內(nèi)存放11年,強度保留90% 左右,在南京地區(qū)室外曝置3年,強度保留20%,這些指標(biāo)都與E玻璃的不相上下,證明C玻璃纖維具有良好的抗老化性能。C玻璃有較好的耐水性,5000cm2表面積的C纖維在250ml蒸餾水中煮沸3h,失重25.76mg,析堿量9.9mg Na2O,屬二級水解級以上。
生產(chǎn)C玻璃5號的主要原料有石英砂、鈉長石、石灰石、白云石和純堿。除純堿是化工原料外,其它原料來源豐富,價格便宜,但是要求品位穩(wěn)定,并且?guī)说挠泻﹄s質(zhì)要少(如Fe2O3、TiO2量不允許超過規(guī)定)。純堿以用顆粒堿(又稱重堿)為好,它有利于配合料混合均勻,減輕投料時的飛揚損失,從而減輕對熔窯和蓄熱室的耐火材料的侵蝕。
C玻璃5號 纖維不適合作電氣絕緣材料,它在其它強度要求不高的應(yīng)用領(lǐng)域獲得了廣泛使用。