一种用于真空绝热材芯材的玻璃组合物及玻璃纤维的制作方法

本发明涉及玻璃组合物，尤其是涉及一种用于真空绝热材芯材的玻璃组合物及玻璃纤维。

背景技术：

1、随着社会的不断进步，能源对于经济发展的重要性也体检凸显。为了减少能耗，作为超高性能保温材料的真空绝热板(vip)也逐渐被重视。根据astmc1484-10的定义，真空绝热板是导热系数小于11.5mw/m.k的超级绝热保温材料。它主要由绝热芯材，包裹芯材的膜材个吸气剂三个部分组成。芯材是保证真空绝热板由一定的强度，抵抗内外大气压差的影响；包裹芯材的膜材是为了维持真空绝热板内部的真空度；吸气剂是吸收除去因真空绝热板长期使用进入的其他。使用玻璃纤维作为芯材，是现在所知常用芯材中能达到最低热导率的材料。作为真空环境中的连续体，热传导在真空绝热板中主要依靠固体传导的方式，所以由玻璃纤维制备出的芯材的热传导率，可以很大程度影响真空绝热板的热导率。。

2、普通玻璃纤维对应的玻璃配方包含：网络成型体成分：sio2、al2o3、b2o5网络修饰体成分：一价碱金属(na2o、k2o)以及二价碱金属(cao、mgo)其中，常用碱金属比例为62.5-65.5％的sio2；1.0-5.2％的al2o3；3.5-8.5％的b2o3；8-20％的na2o+k2o；5.8-11.7％的cao+mgo；其中k2o/(na2o+k2o)的比例为4-8％，二价碱金属中cao/(cao+mgo)的比例为60％-75％，一般对应的常用玻璃热导率为0.910-0.930w/m/k。

3、实际的研发工程中需要同时考虑以下几个方面的限制：1)降低玻璃的导热性能，测试表征为玻璃块的热导率降低。作为真空环境中的连续体，玻璃纤维的热传导率可以很大程度影响真空绝热板的热导率。(普通玻璃配方的玻璃块的热导率约为0.925w/m/k)。2)玻璃纤维成型难度低，测试表征为玻璃块的玻璃化转变温度提升<10℃。现有玻璃纤维生产工艺通常为池窑法，也称为湿法成型。其成型过程主要为原料高温熔融反应，形成均质玻璃液，再经过拉丝固化形成玻璃纤维。普通玻璃的生产过程中，池窑的温度需要达到约1450℃，以保证原料的充分反应和均化。该过程能耗巨大，且常用池窑的可承受温度约1600℃，如玻璃的熔融温度升高，生产的能耗、工艺和设备损耗都会大幅上升。(普通玻璃配方的玻璃块的玻璃化转变温度约为546℃)。3)玻璃纤维的硬度基本不降低，测试表征为玻璃块的弹性模量不小于普通玻璃。由于热传导在真空绝热板中主要依靠固体传导的方式，所以由玻璃纤维制备的芯材所搭建的三维空间结构，对产品的最终热导率起决定作用。因此，若玻璃纤维的硬度降低，则会由于三维结构无法构筑而导致成品热导率下降。(普通玻璃配方的玻璃块的弹性模量约为72gpa)。例如，现有非普通规玻璃配方，如纯na2o无k2o玻璃，虽然热导率(0.817w/m/k)低，但是玻璃化转变温度急剧提升(622℃)。加入teo2等成分，可以显著降低玻璃热导率(0.782w/m/k)，但是除成本会明显上升(teo2原材料成本约为700元/kg)外，玻璃化转变温度也会部分上升(573℃)，同时在生产时，加入新成分会使生产线下一回洗料成本增加，生产效率降低，进而导致生产成本。综上所述，现有的用于真空绝热材芯材的玻璃组合物，在不提升成型难度、不降低纤维硬度的条件下，无法降低导热性能。

技术实现思路

1、本发明为了克服现有技术中用于真空绝热材芯材的玻璃组合物在不提升成型难度、不降低纤维硬度的条件下，无法降低导热性能的上述不足，提供一种用于真空绝热材芯材的玻璃组合物，其具有在不提升成型难度、不降低纤维硬度的条件下，实现降低导热性能等优点。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种用于真空绝热材芯材的玻璃组合物，按质量百分比，一价碱金属中k2o/(na2o+k2o)的比例为14-39％，且二价碱金属中cao/(cao+mgo)的比例为13％-37％，总体一价碱金属/总碱金属比例为57-73％。

4、作为优选，用于真空绝热材芯材的玻璃组合物还包括al2o3，其al2o3的质量百分比为0.5-5.2％。

5、作为优选，用于真空绝热材芯材的玻璃组合物还包括b2o3，其b2o3的质量百分比为3.5-8.5％。

6、作为优选，na2o+k2o的质量百分比为17.0-22.0％；和/或，cao+mgo的质量百分比为8.0-13.0％。

7、作为优选，该用于真空绝热材芯材的玻璃组合物还包括62.5-65.5％的sio2。

8、作为优选，所述k2o的质量百分比为2.3-8.2％。

9、作为优选，所述cao的质量百分比为1.0-3.5％。

10、作为优选，所述玻璃组合物弹性模量不低于72gpa，所述玻璃组合物形成的玻璃块的热导率不超过0.880w/m/k，所述玻璃组合物的玻璃转化温度低于570℃。

11、本发明还公开了一种玻璃纤维，其由上述的用于真空绝热材芯材的玻璃组合物形成。

12、本发明还公开了一种复合材料，由一种或多种有机物和/或无机材料与玻璃纤维结合得到，其中的玻璃纤维由上述的用于真空绝热材芯材的玻璃组合物形成。

13、本发明的有益效果是：(1)本发明利用玻璃中存在一个重要的现象“混合阳离子效应”，即玻璃中不同阳离子的相互作用和影响。阳离子的相互作用，会影响玻璃的网络结构，进而改变热学性质和物理性质，不同阳离子的相互作用，导致玻璃结构性能的改变是非线性的；玻璃形成体是构成玻璃结构的主体，玻璃形成体的氧化物通过四面体结构单元相互连接，形成三维网络，是赋予玻璃的物理、化学性质的关键，因此，玻璃形成体组分对玻璃转变温度tg、熔体粘温特性和力学性能都有重大影响，不能满足不提升成型难度，不降低纤维硬度的要求。本发明中不对玻璃形成体组分进行调整，而改变网络修饰体。碱金属氧化物(na2o、k2o)和碱土金属氧化物(cao、mgo)，在玻璃结构中主要起到网络修饰体的作用。玻璃的低导热率源于非晶网络中原子振动的干扰。玻璃的结构是无序的、不规则的，玻璃的无序结构导致声子传播对热导率的贡献较弱，而玻璃网络的聚合程度对于热的微观传导影响较大。

14、(2)本发明通过网络修饰体氧化物的加入，能够降低玻璃的tg温度，降低熔融温度等作用。本发明通过对网络修饰体氧化物的调控，通过调控玻璃网络结构的聚合度和连接程度，可实现不改变经典玻璃成分的基础上，达到热导率最低水平，同时不影响玻璃的加工工艺，且不降低玻璃纤维强度。

15、(3)本发明通过调控玻璃网络结构的聚合度和连接程度，可实现对玻璃热导率的调控。

16、(4)发明提供的配方参数，由所述玻璃组合物形成的玻璃块的热导率不超过0.880w/m/k。相对于常见玻璃组合物的玻璃块，热导率可以下降4％-9％。同时，本发明所述玻璃块玻璃转化温度不超过570℃，仍具有良好的成型性能。弹性模量不低于72gpa，不影响玻璃纤维强度。

技术特征：

1.一种用于真空绝热材芯材的玻璃组合物，其特征是，按质量百分比，一价碱金属中k2o/(na2o+k2o)的比例为14-39％，且二价碱金属中cao/(cao+mgo)的比例为13％-37％，总体一价碱金属/总碱金属比例为57-73％。

2.根据权利要求1所述的一种用于真空绝热材芯材的玻璃组合物，其特征是，na2o+k2o的质量百分比为17.0-22.0％；和/或，cao+mgo的质量百分比为8.0-13.0％。

3.根据权利要求1所述的一种用于真空绝热材芯材的玻璃组合物，其特征是，所述k2o的质量百分比为2.3-8.2％。

4.根据权利要求1所述的一种用于真空绝热材芯材的玻璃组合物，其特征是，所述cao的质量百分比为1.0-3.5％。

5.根据权利要求1所述的一种用于真空绝热材芯材的玻璃组合物，其特征是，还包括al2o3，其al2o3的质量百分比为0.5-5.2％。

6.根据权利要求1所述的一种用于真空绝热材芯材的玻璃组合物，其特征是，还包括b2o3，其b2o3的质量百分比为3.5-8.5％。

7.根据权利要求1所述的一种用于真空绝热材芯材的玻璃组合物，其特征是，还包括62.5-65.5％的sio2。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的一种用于真空绝热材芯材的玻璃组合物，其特征是，所述玻璃组合物弹性模量不低于72gpa，所述玻璃组合物形成的玻璃块的热导率不超过0.880w/m/k，所述玻璃组合物的玻璃转化温度低于570℃。

9.一种玻璃纤维，其特征在于，由权利要求1至8任意一项权利要求书所述的用于真空绝热材芯材的玻璃组合物形成。

技术总结
本发明公开了一种用于真空绝热材芯材的玻璃组合物，按质量百分比，一价碱金属中K<subgt;2</subgt;O/(Na<subgt;2</subgt;O+K<subgt;2</subgt;O)的比例为14‑39％，且二价碱金属中CaO/(CaO+MgO)的比例为13％‑37％，总体一价碱金属/总碱金属比例为57‑73％。本发明通过对网络修饰体氧化物的调控，通过调控玻璃网络结构的聚合度和连接程度，可实现不改变经典玻璃成分的基础上，达到热导率最低水平，同时不影响玻璃的加工工艺，且不降低玻璃纤维强度。

技术研发人员：蔡颖婷,黄超,安婧冉
受保护的技术使用者：松下家电(中国)有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/17