本发明涉及无机材料，具体为一种高硅氧玻璃纤维及其制备方法。
背景技术：
1、高硅氧玻璃纤维是种耐高温无机纤维，sio2含量≥96％，属于高性能玻璃纤维之。由于高硅氧玻璃纤维性能接近石英纤维，而成本较低，加之国内外对石棉材料的禁用，高硅氧玻璃纤维生产技术的发展、成本的降低和性能的改进，使得高硅氧玻璃纤维的应用市场也不断发展。除国防工业外，还泛应用于耐高温绝热防火材料、耐高温电气绝缘材料、耐高温复合材料、金属冶炼用过滤净化材料和耐高温－绝缘－结构一体化多功能材料。
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3、世界高硅氧玻璃纤维生产从原材料成分主要分为三大类：①二元系统：na2o-sio2或k2o-sio2(如俄罗斯)，该类原材料成本低，纤维强度高，但生产工艺较复杂，技术难度也高；②三元系统：na2o-b2o3-sio2(如日本、德国)，该类原材料成本偏高，纤维强度较高；③e玻璃成分：这是世界上最早生产高硅氧玻璃纤维的原材料，其材料来源丰富，成本低，纤维强度偏低，但至今欧美科技发达国家仍采用它，并不断进行系统技术研发创新，其产品主要性能接近三元系和二元系产品性能指标。
4、我国二十世纪七十年代开始研发高硅氧玻璃纤维，从成分、熔制、拉丝、产品及应用方面进行了大量工作，开始研发高硅氧玻璃纤维即采用三元系组分，至今仍主要采用三元系组分生产高硅氧玻璃纤维。由于我国起步较晚，科研投入不足，整体技术水平与发达国家仍有较大差距。工业高温烟气排放应用高硅氧玻璃纤维制品，作为环保除尘系统高温过滤材料：尤其工业烟尘污染，而有很多工业烟气高达400℃～500℃，玻纤过滤材料对此无能为力，而当前尚无耐此高温的合适过滤材料，三元系高硅氧玻璃纤维可耐1000℃高温，但其价格太高，工业烟气除尘领域难以承受，而且目前中国市场上具备生产高性能高稳定性的高硅氧玻璃纤维能力的厂家寥寥无几，无法满足市场对耐高温产品的需求。
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6、高硅氧玻璃纤维布厚度从0.1—1.5mm都有，宽度一般不超过100cm，能够满足民品市场应用需求，但对于航空航天市场来说，耐高温透波性能更好的高硅氧玻璃纤维布需求量正在加大，且要求强度更加均匀，并且对生产效率方面也提出了更高的要求。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种高硅氧玻璃纤维及其制备方法，不仅可提高高硅氧玻璃纤维产品的性能，还可降低高硅氧玻璃纤维生产制造成本；提高耐高温透波高硅氧玻璃纤维产品的市场应用比重，改善行业产品结构；提高我国高硅氧玻璃纤维制品的科研和生产水平，解决了目前存在的成本高、类型少及应用领域有局限性等的问题。
3、(二)技术方案
4、为实现上述提高我国高硅氧玻璃纤维制品的科研和生产水平的目的，本发明提供如下技术方案：所述玻璃纤维的原材料组分比：二氧化硅70％—80％、氧化钠5％—10％、三氧化二硼3％—12％、树脂2％—5％、氧化铁1％—2％、硼砂1％—5％、氮化硅1％—3％、钛氧化物0.1％—1％和石墨2％—6％。
5、优选的，所述玻璃纤维的重量比为：二氧化硅72％、氧化钠6％、三氧化二硼6％、树脂3％、氧化铁1％、硼砂4％、氮化硅3％、钛氧化物0.5％和石墨4.5％。
6、优选的，所述玻璃纤维的重量比为：二氧化硅71％、氧化钠5％、三氧化二硼8％、树脂2％、氧化铁2％、硼砂4％、氮化硅3％、钛氧化物0.5％和石墨4.5％。
7、优选的，所述玻璃纤维在制备过程中，采用酚醛树脂和环氧树脂作为原材料的树脂组分，其中酚醛树脂与环氧树脂的重量比为3:7。
8、优选的，所述玻璃纤维的制备过程：
9、步骤一、准备原材料：二氧化硅、氧化钠、三氧化二硼、树脂、氧化铁、硼砂、氮化硅、钛氧化物和石墨；
10、步骤二、粉碎，用超微粉碎机将原材料粉碎；
11、步骤三、预混：将所述原材料按比例混合并搅拌均匀，预混装置温度调成950℃，再将原材料投入预混装置中混合操作2h；
12、步骤四、熔化：将窑炉温度设置在1200℃，时间设置为3h，改造后的窑炉使预混后的原材料从开始投入窑炉到熔化成玻璃液从漏板流出；
13、步骤五、拉丝：改造后的拉丝机使用孔径1.6毫米，850孔的漏板，拉丝机温度设置在1300℃，拉丝机的转速为18rpm，玻璃液通过拉丝机将熔融的玻璃液拉成丝状玻璃纤维，再由喷机加入浸润剂，对玻璃纤维原丝进行湿润滑处理，最后对高温液态纤维进行强制冷却，迅速将其转变为常温下的固态玻璃纤维；
14、步骤六、酸处理：将玻璃纤维通过酸沥滤和高温热处理；
15、步骤七、覆改：选用纳米氮化硼对酸处理后的玻璃纤维进行改性。
16、优选的，所述步骤五中浸润剂的组成主要包括偶联剂、润滑剂、集束剂、抗静电剂、ph调节剂、消泡剂、增塑剂和交联剂。
17、优选的，所述步骤四中创新设计窑炉结构、选择耐氧化硼侵蚀砖材为火焰空间材料，降低氧化硼对耐火材料的侵蚀严重，延长窑炉的使用寿命，通过改进窑炉结构及电极布局，使配合料从开始投入窑炉到熔化成玻璃液从漏板流出。
18、优选的，所述步骤五中使用800孔的漏板，其孔径会小于1.8毫米，在原有漏板上增加漏孔50个，并且将孔径减小到1.6毫米。
19、优选的，所述步骤六酸处理过程：
20、s1、准备工作：对基体玻璃进行高温分相处理，使基体玻璃产生分相，分别形成“富硅”相和“富硼”相；
21、s2、酸沥滤：使用5mol/l的盐酸溶液在80℃的条件下对玻璃纤维进行9h的处理，采用张力分区控制盐酸溶液，通过加装多组张力传感系统及多组伺服电机，盐酸溶液中的纤维张力时刻处于较松的状态，使其需要重新组合的分子键结合度增加，降低纤维强度的损失，重复2次上述过程，以去除玻璃纤维中的氧化钠和三氧化二硼，最终得到具有微孔结构的硅氧骨架；
22、s3、高温热处理：经过酸沥滤后，玻璃纤维在高温炉1000℃的条件下进行高温处理18h，使得微孔结构闭合，骨架结构变得更加紧密；
23、酸沥滤s1过程氧化钠和三氧化二硼与盐酸的反应方程式如下：
24、氧化钠与盐酸反应：
25、2na2o+4hcl→4nacl+2h2i
26、三氧化二硼与盐酸反应：
27、b2o3+6hcl→2bcl3+3h2o。
28、优选的，所述步骤七覆改过程：
29、s1.1、预处理：使用纯水清洗玻璃纤维，然后在110℃的烘箱中烘干2小时；
30、s1.2、涂覆：采用纳米材料氮化硼均匀地涂覆在玻璃纤维表面；
31、s1.3、固化：将涂覆后的玻璃纤维放入烘箱中进行180℃固化处理20分钟。
32、与现有技术相比，本发明提供了一种高硅氧玻璃纤维及其制备方法，具备以下有益效果：
33、1、本发明通过优化设计sio2-na2o-b2o3三元玻璃成分，调整三种氧化物的配比以及氧化铁、氮化硅与钛氧化物的含量，从而改善拉丝作业性能并提升后续制品的酸处理效率，同时，引入预混装置以提高配料的均匀性，进而提升后续玻璃的熔制质量；此外，结合使用原材料树脂、硼砂和石墨，进一步增强了产品的性能，石墨作为玻璃纤维原料，其优点包括提高耐热性、增强导电性、提升机械加工效率、减少热变形及增强耐磨性；树脂作为玻璃纤维原料的优点则包括提高耐热性、增强机械强度、改善抗冲击性、降低燃烧性、改善加工性能以及提高相容性和吸附性；硼砂的加入能够提高玻璃的热稳定性和机械性能，如增大紫外线透射率和提高透明度，综上原材料的搭配，本发明通过多种手段和材料的结合，实现了玻璃纤维产品的质量和性能的全面提升，达到了耐高温、改善相容性和吸附性的有益效果。
34、2、本发明通过改进窑炉结构和电极布局，采用耐氧化硼侵蚀的砖材作为火焰空间材料，减轻了氧化硼对耐火材料的侵蚀，延长了窑炉的使用寿命；这样的改进还确保了配合料在整个熔化过程中具有一致的“热历史”，从而提高了玻璃熔制的质量，使得熔制出的玻璃成分更均匀，气泡和杂质含量更低，为后续的拉丝作业创造了有利条件；同时通过对拉丝机漏嘴孔径、数量以及漏板结构进行重新设计；设计拉丝窑炉结构及加热方式，提高拉丝作业的稳定性；优化拉丝漏板结构设计，避免引入难以被酸沥滤出来的“杂质”，使玻璃纤维达到了提升质量的有益效果。
35、3、本发明通过在酸处理前，对基体玻璃进行高温分相处理，使基体玻璃产生分相，分别形成“富硅”相和“富硼”相，然后再进行酸沥滤，通过连续酸处理生产设备，确定了酸处理的次数、最佳酸浓度、酸处理温度和酸处理时间，实现了降低成本、提质增效的目的；此外，本发明还通过在纤维表面孔隙里填充纳米材料，改善了纤维表面微结构，提高了纤维强度、韧性和耐磨性；创新提出高硅氧纤维纳米二氧化硅表面处理方法，通过纳米二氧化硅修复纤维表面可能存在的微孔及微裂纹，使残留的少部分微孔、微裂纹闭合，开辟了提升高硅氧纤维性能的新途径；这些改进提高了酸沥滤效率和产品质量稳定性，实现了氧化硅含量、织物的力学性能达标且批次质量稳定，满足了军工用高硅氧玻璃纤维布的生产需求，总体来说，本发明达到了降低成本、提质增效和产品质量稳定性的有益效果。
1.一种高硅氧玻璃纤维及其制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维的原材料组分比：二氧化硅70％—80％、氧化钠5％—10％、三氧化二硼3％—12％、树脂2％—5％、氧化铁1％—2％、硼砂1％—5％、氮化硅1％—3％、钛氧化物0.1％—1％和石墨2％—6％。
2.根据权利要求1所述的一种高硅氧玻璃纤维及其制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维的重量比为：二氧化硅72％、氧化钠6％、三氧化二硼6％、树脂3％、氧化铁1％、硼砂4％、氮化硅3％、钛氧化物0.5％和石墨4.5％。
3.根据权利要求1所述的一种高硅氧玻璃纤维及其制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维的重量比为：二氧化硅71％、氧化钠5％、三氧化二硼8％、树脂2％、氧化铁2％、硼砂4％、氮化硅3％、钛氧化物0.5％和石墨4.5％。
4.根据权利要求1所述的一种高硅氧玻璃纤维及其制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维在制备过程中，采用酚醛树脂和环氧树脂作为原材料的树脂组分，其中酚醛树脂与环氧树脂的重量比为3:7。
5.根据权利要求1所述的一种高硅氧玻璃纤维及其制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维的制备过程：
6.根据权利要求5所述的一种高硅氧玻璃纤维及其制备方法，其特征在于：所述步骤五中浸润剂的组成主要包括偶联剂、润滑剂、集束剂、抗静电剂、ph调节剂、消泡剂、增塑剂和交联剂。
7.根据权利要求5所述的一种高硅氧玻璃纤维及其制备方法，其特征在于：所述步骤四中创新设计窑炉结构、选择耐氧化硼侵蚀砖材为火焰空间材料，降低氧化硼对耐火材料的侵蚀严重，延长窑炉的使用寿命，通过改进窑炉结构及电极布局，使配合料从开始投入窑炉到熔化成玻璃液从漏板流出。
8.根据权利要求5所述的一种高硅氧玻璃纤维及其制备方法，其特征在于，所述步骤五中使用800孔的漏板，其孔径会小于1.8毫米，在原有漏板上增加漏孔50个，并且将孔径减小到1.6毫米。
9.根据权利要求5所述的一种高硅氧玻璃纤维及其制备方法，其特征在于：所述步骤六酸处理过程：
10.根据权利要求5所述的一种高硅氧玻璃纤维及其制备方法，其特征在于：所述步骤七覆改过程：
