自从1938年美国欧文斯科宁公司发明了无碱E玻璃纤维开创了玻璃纤维增强复合材料时代以来,更高的强度和模量一直是玻璃纤维行业追求的目标之一。高强度玻璃纤维以其高强度、高模量、高耐热性、高耐腐蚀性等优异性能被广泛应用于航天、航空、兵器、舰船和化工等对复合材料性能要求苛刻的领域,但高强度玻璃纤维在玻璃配方和拉丝工艺等方面依然存在不少技术难点,对高强度玻璃纤维组分的研究依然是目前高强度玻璃纤维的主要研究方向之一。本文在充分分析国内外对高强度玻璃纤维研究的基础上,结合高强度玻璃纤维的性能及其应用,通过向基础配方中掺杂金属氧化物的方法对高强度玻璃纤维的性能和结构进行了系统的研究,为开发新型高强度玻璃纤维配方提供了一定的理论和数据支持。通过对目前主要的商业高强度玻璃纤维产品基础配方的分析对比,并根据现有的实验条件选取了SiO2-Al2O3-CaO-MgO系统玻璃配方和CeO2、TiO2和Zr02三种掺杂氧化物。运用差热分析、红外光谱分析、XRD分析和扫描电子显微镜等方法分析了玻璃结构的变化,并对玻璃的密度、膨胀系数、介电性能、化学稳定性和拉伸强度进行了测试。研究结果表明在玻璃配方中掺杂金属氧化物可在一定程度上改善其工艺和性能。掺杂稀土金属氧化物Ce02的研究结果表明,CeO2含量较小时,CeO2起“积聚”作用,增强玻璃网络结构和稳定性,CeO2含量较大时,CeO2起到“断网”的作用,导致玻璃结构疏松；CeO2含量为0.5wt%时可提高玻璃纤维的拉伸强度15.4%,同时掺杂CeO2还在一定程度上提高了玻璃的介电性能和化学稳定性,并降低了玻璃的膨胀系数；CeO2的最佳掺杂含量在0.5～1wt%范围内。掺杂过渡金属氧化物TiO2的研究结果表明,TiO2含量较小时,Ti4+获取游离氧以四配位[TiO4]形式进入玻璃网络结构中,增强硅氧网络结构,TiO2含量较大时,Ti4+具有的高场强作用对[SiO4]中的Si—O键产生反极化作用,破坏硅氧网络结构；TiO2含量为0.75wt%时能够增强玻璃的介电性能、化学稳定性,提高玻璃纤维的拉伸强度12.8%,并降低玻璃的膨胀系数；TiO2的最佳掺杂含量在0.75wt%左右。掺杂过渡金属氧化物ZrO2的研究结果表明,ZrO2含量较小时,Zr4+可以进入玻璃网络结构中,对玻璃网络结构具有一定的聚集作用,ZrO2含量较大时,部分Zr4+进入玻璃网络结构空隙中,导致玻璃网络结构疏松；ZrO2含量为0.75wt%时能有效降低玻璃的膨胀系数,并能有效提高玻璃的化学稳定性和介电性能；ZrO2的最佳掺杂含量在0.75～1wt%范围内。