一种硼硅酸盐玻璃及其制备方法技术领域
本发明属于玻璃制备技术领域，具体涉及一种硼硅酸盐玻璃及其制备方法。
背景技术
由于玻璃具有一系列可贵的品质：透明、较高的强度，较好的化学稳定性，一定的
耐热性，可以用多种成型方法和加工方法制成各种形状和大小的制品。通过调整玻璃的化
学组成及制备工艺可以制成各种形态的制品，如纱、毛纱、布、带、圆筒布、薄毡、毡、板、管壳
等。由于采用的玻璃成分不同，可使其中某一方面的性能更为突出，所以玻璃制品在工业、
农业、建筑及民用各方面均具有广泛的应用。如可作电绝缘材料，过滤材料，隔热、吸声材
料，减震材料，防腐、防潮材料等；以及用它作为增强材料，与各种有机或无机材料制成复合
材料，如玻纤增强热固性塑料(玻璃钢)、玻纤增强热塑性塑料和增强橡胶制品、玻璃纤维增
强无机胶凝材料制品如增强石膏、水泥等；还可以采用有机被覆处理的方法提高其柔性，制
作各种软制品如包装布、窗纱、窗帘、壁布、篷盖布、建筑膜材及特种防护用品等。
根据碱金属氧化物(一般指氧化钠、氧化钾等)含量的不同，玻璃可以分为无碱玻
璃、中碱玻璃和高碱玻璃。碱金属氧化物作为普通玻璃的主要成分之一，其主要作用是降低
玻璃的熔点，但玻璃中碱金属氧化物的含量愈高，它的化学稳定性、电绝缘性能和强度都会
相应降低。
无碱E玻璃系指成分中碱金属含量小于0.8％的铝硼硅酸盐玻璃，主要含钙、铝、
硅、镁、硼，可满足高软化点，高电阻率，高强度，低膨胀及耐水，耐化学腐蚀的需要。无碱E玻
璃的基础成分是SiO2、Al2O3和CaO。
如中国专利200710090969.2《硼硅酸盐玻璃组成物》即公开了一种硼硅酸盐玻璃，
该玻璃的主要成分为SiO2、Al2O3、Na2O、B2O3、CaO及其它玻璃添加成分。由该组成物制得的玻
璃热膨胀系数低、玻璃转化温度高，具有较好的抗热性能。
中国专利申请200480005095.0《抗菌的硼硅酸盐玻璃》则公开了一种硼硅酸盐玻
璃。其主要成分包括SiO2、Al2O3、Na2O、B2O3、CaO等。由该申请制得的玻璃具有良好抗菌性能，
可用于口腔卫生、牙齿护理等领域。
但在上述玻璃的制备工艺中，玻璃成分中的氧化钙主要是由方解石粉在高温下分
解生成氧化钙和二氧化碳引入。这一过程不仅能耗巨大且放出大量的温室气体二氧化碳，
这明显不符合绿色生产的需要。而且，这一分解反应减弱了反应炉的熔化能力、增加了反应
时间，增加废气排放量，同时会直接带走一部分热量，产生的二氧化碳还会增加池窑内泡沫
层厚度从而影响玻璃液对热能的吸收。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本申请旨在提供一种硼硅酸盐玻璃，该玻璃能
耗低、温室气体排放少、池窑的熔化能力高；同时具有优异的力学性能、抗热性和耐化学腐
蚀性等优点。
为了实现上述发明目的，本申请提供了一种硼硅酸盐玻璃，按重量百分比计，其主
要成分包括：SiO2：50％-60％，Al2O3：15％-27％，B2O3：3％-8％，CaO：13％-28％，Fe2O3：
0.2％-0.45％，TiO2：0.1％-0.5％，MgO：0.1％-1.2％和碱金属R2O：0.1％-1.2％。
优选地，所述硼硅酸盐玻璃，按重量百分比计，其主要成分包括：SiO2：51.0％-
55.0％，Al2O3：19.0％-27.0％，B2O3：5.0％-7.0％，CaO：16.0％-25.0％，Fe2O3：0.25％-
0.35％，TiO2：0.1％-0.40％，MgO：0.1％-1.0％，碱金属R2O：0.1％-0.8％。
进一步优选地，所述碱金属为Na2O和K2O。
更进一步优选地，所述Na2O和K2O的重量比为(3-10)∶1。
其中，所述硼硅酸盐玻璃主要由以下各原料制成：叶蜡石、高岭土、生石灰、萤石、
硼钙石、芒硝、纯碱和碳粉。
优选地，所述硼硅酸盐玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制成：叶蜡石50％-
60％，高岭土8％-15％，生石灰10％-17％，萤石1％-5％，硼钙石10％-17％，芒硝0.2％-
0.8％，纯碱0.1％-0.5％，碳粉0.1％-0.5％，所述生石灰与硼钙石的重量比为1∶1。
进一步优选地，所述硼硅酸盐玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制成：叶蜡石
50％-58％，高岭土8％-13％，生石灰10％-16％，萤石1％-4％，硼钙石10％-16％，芒硝
0.2％-7％，纯碱0.1％-0.4％，碳粉0.1％-0.4％，所述生石灰与硼钙石的重量比为1∶1。
更进一步优选地，所述硼硅酸盐玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制成：叶蜡
石53％-58％，高岭土10％-13％，生石灰14％-16％，萤石2％-4％，硼钙石14％-16％，芒硝
0.3％-7％，纯碱0.12％-0.4％，碳粉0.12％-0.4％，所述生石灰与硼钙石的重量比为1∶1。
作为一种优选实施方式，所述硼硅酸盐玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制
成：叶蜡石53.8％，高岭土11.2％，生石灰15.4％，萤石2.9％，硼钙石15.4％，芒硝0.6％，纯
碱0.4％，碳粉0.3％。
其中，制备所述硼硅酸盐玻璃的原料还包括方解石，方解石占各原料总量的10％-
30％。
优选地，所述硼硅酸盐玻璃还包括BaO、ZrO2和Bi2O3中的至少一种；
进一步优选地，所述BaO与ZrO2的重量比为1∶(1-3)；
进一步优选地，所述BaO与Bi2O3的重量比为(1-4)∶1；
更进一步优选地，所述硼硅酸盐玻璃还包括BaO 0.5％-3％，ZrO2 0.8％-2.5％和
Bi2O30.1％-3％。
本申请的另一个技术方案提供了一种制备上述硼硅酸盐玻璃的方法，其具体包括
如下步骤：
1)按上述重量比称取各原料，混合均匀后干燥、粉碎，然后过200-400目筛得微粉
原料；
2)将步骤1)所得微粉原料输入密闭的池窑中于1300-1400℃下熔融反应，形成可
流动的玻璃液熔融体；
3)将上述玻璃液澄清、排泡、均化、冷却后制备成型得目标玻璃。
优选地，步骤2)所述的玻璃液的粘度为90-170Pa·s。
本申请步骤3)所述地澄清、排泡、均化、冷却及制备成型工艺中除以下参数外均可
采用本领域技术人员的常规技术手段进行。
优选地，步骤3)所述的制备成型为拉管成型，具体为将步骤3)冷却后的玻璃液经
拉管装置拉制成玻璃管成型，经退火、冷却，即可制得玻璃管，其中，所述玻璃管的直径为3-
10cm，抗折强度为200-250Mpa。
优选地，步骤3)所述的制备成型为压制成型，具体为将步骤3)中冷却后的玻璃液
分量或分切后，在模具中压制成型，经退火、冷却，即可制得所述玻璃板，所述玻璃的厚度为
3-50mm，该玻璃的抗折强度为200-250Mpa。
优选地，步骤3)所述的制备成型为拉丝成型，具体为将步骤3)中冷却后的玻璃液
经漏板流出，然后喷雾水冷却，最后用拉丝机以3000转/分的速度拉制成型，即制得玻璃纤
维，其中，所述玻璃丝的长度为(1.2-2.5)×105m，直径为(3-10)μm；所述漏板的孔数为500-
1000，漏板温度为1000-1400℃进一步优选为1100℃。
进一步优选地，冷却采用水冷法，冷却速率为5-8℃/min。
与现有技术相比，本申请提供的硼硅酸盐玻璃具有以下优点：
(1)玻璃液粘度适中，流动性好，易于加工成型。
(2)环境污染程度低，能耗小。直接加入氧化钙取代方解石以引入玻璃中的主要成
分氧化钙，减少了温室气体二氧化碳的排放，降低了对环境的污染；当生石灰100％取代方
解石时，每小时可降低能耗808KJ，综合可降低能耗10％；池窑的熔化能力提高5％。
(3)具有优异的力学性能及耐腐蚀性。由本申请实施例3提供的硼硅酸盐玻璃不仅
具有较好的力学性能，其玻璃纤维单丝拉伸强度达4787MPa，弹性模量91.5GPa；还具有较好
的耐化学腐蚀性能(在100℃水浴24h、10％HCl的失重率为0.11％，10％H2SO4的失重率为
0.18％，10％NaOH的失重率仅为0.23％)。
(4)具有突出的抗热性能。测定结果显示，由本申请实施例1制得的玻璃的线热膨
胀系数α为1.8×10-6/℃，玻璃转化温度Tg为560℃。
(5)具有较高的折射率。由本申请实施例3制得的玻璃的折射率可达1.592nD。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步阐述。这些实施例仅是出于解释说明的目的，
而不限制本发明的范围和实质。如无特别说明，本申请所用强酸强碱溶液的浓度为质量浓
度，如10％HCl即指盐酸的质量浓度为10％。
实施例1
一种硼硅酸盐玻璃，按重量百分比计，其主要成分包括：SiO2：54.3％、Al2O3：17％，
B2O3：8％，CaO：20％，Fe2O3：0.2％，TiO2：0.1％，MgO：0.1％和Na2O：0.3％。
按重量百分比计，该硼硅酸盐玻璃主要由以下重量百分比的各原料制成：
所述硼硅酸盐玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制成：叶蜡石52％，高岭土
12％，生石灰10％，方解石14.5％，萤石1％，硼钙石10％，芒硝0.2％，纯碱0.1％，碳粉
0.2％。
制备上述硼硅酸盐玻璃的方法，其具体包括如下步骤：
1)按上述重量比称取各原料，混合均匀后干燥、粉碎，然后过400目筛得微粉原料；
2)将步骤1)所得微粉原料输入密闭的池窑中于1300℃下熔融反应，形成可流动的
玻璃液熔融体；
3)将上述熔融玻璃液于1200℃温度下分量或分切后，在模具中压制成型，经退火、
冷却，即可制得所述玻璃，冷却后制备成型得目标玻璃。
其中，步骤3)所述退火的温度为780℃，退火保温时间为7h，冷却速度为10℃/min。
实施例2
一种硼硅酸盐玻璃，按重量百分比计，其主要成分包括：SiO2：53.85％，Al2O3：
19.0％，B2O3：7.0％，CaO：18.02％，Fe2O3：0.23％，TiO2：0.3％，MgO：1.0％，Na2O：0.5％；K2O：
0.1％。
该硼硅酸盐玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制成：叶蜡石53.8％，高岭土
11.2％，生石灰15.4％，萤石2.9％，硼钙石15.4％，芒硝0.6％，纯碱0.4％，碳粉0.3％。
上述硼硅酸盐玻璃的制备方法，具体包括如下步骤：
1)按上述重量比称取各原料，混合均匀后干燥、粉碎，然后过325目筛得微粉原料；
2)将步骤1)所得微粉原料输入密闭的池窑中于1400℃下熔融反应，形成可流动的
玻璃液熔融体；
3)将上述玻璃液澄清、排泡、均化、冷却后制备成型得目标玻璃。
其中，步骤3)所述的制备成型为拉丝成型，具体为将步骤3)中冷却后的玻璃液经
漏板(800孔)1100℃保温流出，然后喷雾水冷却，最后用拉丝机以3000转/分的速度拉制成
型，即制得玻璃纤维，其中，所述玻璃丝的长度为2×105m，直径为5μm。
实施例3
一种硼硅酸盐玻璃，按重量百分比计，其主要成分包括：
SiO2：59.8％，Al2O3：21.3％，B2O3：3.3％，CaO：12.4％，Fe2O3：0.2％，TiO2：0.2％，
MgO：0.6％，Na2O：0.2％，K2O：0.2％，BaO 0.8％和ZrO20.8％，Bi2O3 0.2％。
该硼硅酸盐玻璃，主要由以下重量百分比的各原料制成：叶蜡石56.2％，高岭土
13％，生石灰9.4％，萤石4.5％，硼钙石10.1％，芒硝0.8％，纯碱1.3％，碳粉1.6％，碳酸钡
矿1.7％，锆英石0.5％，铋华0.9％。
上述硼硅酸盐玻璃的制备方法，具体包括如下步骤：
1)按上述重量比称取各原料，混合均匀后干燥、粉碎，然后过200目筛得微粉原料；
2)将步骤1)所得微粉原料输入密闭的池窑中于1350℃下熔融反应，形成可流动的
玻璃液熔融体；
3)将上述玻璃液澄清、排泡、均化、冷却后制备成型得目标玻璃。
其中，步骤3)所述的制备成型为拉丝成型，具体为将步骤3)中冷却后的玻璃液经
拉丝机拉制成型，经退火、冷却，即可制得所述玻璃，其中，所述玻璃丝的长度为1.612×
105m，直径为7μm；
所述退火的温度为750℃，退火保温时间为4h，冷却速度为7℃/min。
性能测试
1、力学性能测试
依据GB/T7690.3利用单丝拉伸强力试验机测试上述实施例2-3制得的玻璃纤维单
丝的拉伸强度，测试结果如下表1。
表1由实施例2-3制得的玻璃纤维的力学性能测试结果
实施例2
实施例3
|
单丝拉伸强度/MPa
4743
4787
弹性模量/GPa
90
91.5
断裂伸长率％
6.2
6.5
2、抗热性能
依据GB/T 16920-1997对实施例1制得的玻璃的抗热性能进行测定，结果显示，其
线热膨胀系数α为1.8×10-6/℃，玻璃转化温度Tg为560℃。
3、耐化学腐蚀性能
将实施例1-3制得的玻璃粉碎后过400目筛，100℃条件下水浴加热24h。
以失重率表示玻璃的失重性能。其中，失重率＝(试验前玻璃粉重量-试验后玻璃
粉重量)/试验前玻璃粉重量×100％。试验结果如下表2。
表2由实施例1-3制得的玻璃的耐腐蚀性能
由表2数据可以看出，本申请提供的硼硅酸盐玻璃具有优异的耐酸碱化学腐蚀性。
4、利用玻璃折射率测定仪对实施例1-3制得的玻璃的折射率进行测定，结果如下
表3。
表3由实施例1-3制得的玻璃的折射率
折射率(nD)
|
实施例1
1.571
实施例2
1.583
实施例3
1.592
上述实施例仅作为解释本发明的目的，本发明的范围不受此限制。对本领域的技
术人员来说所做的修改是显而易见的，本发明仅受所附权利要求范围的限制。