高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。随着我国钢铁工业的发展,高炉矿渣排放量日益增多。目前,我国高炉矿渣的利用率在85%左右,主要用于公路、地基工程、铁路道渣和沥青路面等,其利用的附加值低。寻求高炉渣资源化利用新途径和利用高炉矿渣开发高附加值产品,使之成为钢铁企业新的经济增长点,已成为国内外研究的热点之一,而利用高炉矿渣作为主要成分制备矿渣玻璃纤维还鲜有报道。高炉矿渣主要化学成分与玻纤类似,用高炉矿渣及配合料制备矿渣玻纤是可行的。本文主要从四个主要方面进行研究:研究高炉矿渣与配合料制备玻纤的可行性及与E-玻纤的性能对比;矿渣组分含量对玻纤的性能影响;硼和铝含量对矿渣玻璃的性能影响;环氧树脂复合矿渣玻纤材料的性能及影响因素。具体的研究结果如下所示:1.矿渣玻纤是以高炉矿渣为主要原料,与配合料混合后在电熔炉中高温熔制得到矿渣玻璃,矿渣玻璃经二次熔融后,再通过拉丝工艺得到矿渣玻纤,说明用高炉矿渣及配合料制备玻纤是可行的。本实验将自制的矿渣玻纤和E-玻纤进行各项物化性能对比。实验结果发现含50%矿渣的矿渣玻纤与E-玻纤性能相当。2.矿渣含量的增加对矿渣玻纤的性能影响很大。其中固体密度、单丝拉伸强度、化学稳定性随着矿渣含量的增加而增大。对50%矿渣玻纤进行XRD测试,得知玻璃纤维无结晶特征峰,说明拉丝过程无结晶过程;红外光谱测试得知矿渣玻纤中有相应的玻璃基团特征峰;SEM观测到玻纤表面光滑无缺陷。3.通过改变含50%矿渣的矿渣玻璃中B2O3的含量来研究矿渣玻璃的各项物化性质变化。玻璃固体密度随着B2O3含量的增加而逐渐减小,其化学稳定性变化趋势是先增后减,其高温粘度随B2O3含量的增加而下降。4.通过改变含50%矿渣的矿渣玻璃中Al2O3含量来研究矿渣玻纤各项物化性质变化。其固体密度随着Al2O3含量的增加而下降。其化学稳定性表现趋势是逐渐下降。同样,其高温粘度随Al2O3含量的增加而增大。5.分别对添加7%B203和17%A1203的矿渣玻璃纤维进行红外光谱测定,得到使玻璃纤维相应性能改变的特征原子团;XRD分析可得知玻璃纤维无结晶特征峰,可认为在拉丝工艺效果良好;SEM观测纤维表面光滑无缺陷,总体较均匀。6.将矿渣玻璃纤维与环氧树脂(EO)进行复合,得到玻璃钢树脂复合材料。经各项物性测试得知,抗弯强度和模量随玻璃纤维含量的增加而增大;通过改变拉丝工艺,研究拉丝过程中改变转数对复合材料力学性能的影响,随着转数的增大,其复合材料的抗弯强度和模量也随之增大。扫描电子显微镜(SEM)分析样品断面,玻纤均匀地分布在树脂当中,说明复合材料界面粘接性较好。本研究利用高炉矿渣为主要原料,采用熔融-拉丝法制备的矿渣玻璃纤维及复合材料可作为一种新型材料,其制备工艺和配方简单,有利于技术的推广和实际应用。整个过程体现环保中的“3R”(减量化,再使用,再循环)原则,开发出的产品具有非常大的经济效益、环境效益和社会效益。