石英纖維:未來工程材料的佼佼者,耐高溫、阻燃、隔熱等多功能于一身
石英纖維,以高純石英或天然水晶為原料,經過高溫熔融拉制而成。其單絲直徑精準控制在1-15μm之間,屬于特種玻璃纖維范疇。這種纖維質地柔軟、潔白有光澤,且二氧化硅含量高達90%以上,確保了其卓越的物理和化學性能。
石英纖維的制備工藝
石英玻璃纖維的制備方法主要有三種:直接熔融拉絲法、棒拉絲法和溶膠凝膠法。其中,棒拉絲法是工業生產中采用的主要制備方式。
棒拉絲法制備石英纖維的工藝流程包括原料熔融、拉絲、合股加捻等步驟。首先,將水晶或純凈的二氧化硅粉料置于真空加壓電阻爐內進行熔融,隨后拉制成直徑約2mm的細棒。在拉絲過程中,需在石英纖維上涂抹浸潤劑,并置于電熱或氫氧火焰環境中進行操作,從而獲得單絲直徑約8μm的原絲。最后,通過合股加捵將原絲制成纖維紗或纖維織物。
拉絲的具體過程為:高溫液態石英從石英棒底端滴出,拉絲機以恒定轉速牽伸和固化纖維,形成連續的長絲。這一過程中,纖維單絲的溫度會顯著下降,這一變化對最終產品的性能有一定影響。
石英纖維原絲經過不同的后續加工方式,可以制成多種多樣的石英纖維產品,如石英纖維紗、石英棉、石英氈等。其中,石英纖維紗是應用最廣泛的產品之一,常被用于制造飛機天線罩等關鍵部件。
?石英短切纖維
石英短切纖維是通過預先將石英玻璃纖維切割至特定長度而制成的。
?石英短切纖維
一種經過預先切割至特定長度的石英玻璃纖維制品,廣泛應用于多個領域。它可以與人造橡膠樹脂如橡膠、硅酚醛塑料混合,作為燒蝕材料使用;與熱塑樹脂結合,用于注模或壓模的模具制作;甚至能與陶瓷預浸料混合燒制,成為陶瓷的強化增材。此外,還有石英纖維紗,這種由高純二氧化硅和天然石英晶體制成的連續長纖維,具有出色的介電性能和耐高溫特性,可在1050℃環境下長期穩定工作。
石英纖維紗
以其卓越的介電性能和耐高溫特性,在多個領域發揮著關鍵作用。它常被用于制造飛行器的耐高溫及透波材料,為高頻印刷電路板提供基材支持,同時作為航天電子器件的輔材,以及天線罩的透波材料,確保設備的穩定性和性能。此外,石英纖維布也具有獨特的應用價值。
石英纖維布
通過平紋、緞紋、斜紋、紗羅等多種織法,由石英纖維紗精心織造而成,擁有不同的厚度和編織方式。它繼承了石英纖維紗的優異性能,如耐高溫、高強度、低介電、低導熱以及耐燒蝕等,使其在多個領域都能大展身手。石英纖維布可廣泛應用于火箭、飛機等飛行器的透波材料,高端消防服的避火材料,以及耐超高溫設備防護罩的制造。同時,它還可作為保溫被、保溫罩面料,以及耐高溫、隔熱、保溫和密封材料的理想選擇。
石英纖維棉
它是由純凈的石英纖維精制而成,不含任何粘結劑。這種無定形、連續的團狀結構,呈現出潔白無瑕、無味且無揮發成分的特性。其纖維長度、形狀及排列的無序性,賦予了石英棉獨特的卷曲外觀,有效防止了填充料的壓縮,進一步提升了其絕緣性能。石英纖維棉可作為一種優秀的替代產品,廣泛應用于高硅氧纖維棉、陶瓷纖維棉以及玄武巖纖維棉的傳統應用領域。
石英纖維棉作為一種高性能材料,在多個領域都有著廣泛的應用。它可以作為光纖、汽車玻璃行業的隔熱材料,高溫密封填充材料,以及高溫酸性液體與氣體介質的過濾材料。同時,石英纖維棉還是反應堆保溫材料、各種窯爐、高溫管道及容器的理想隔熱保溫材料。
然而,石英纖維的強度受到多種因素的影響。首先,纖維的直徑和長度對強度有著顯著的影響。一般來說,纖維直徑越細,抗拉伸強度越高;而纖維長度增加時,拉伸強度則會顯著下降。這可以用微裂紋假說來解釋:隨著纖維直徑和長度的減小,纖維中的微裂紋數量減少,從而提高纖維強度。
此外,玻璃液的質量也會影響石英纖維的強度。結晶雜質的存在會降低纖維的強度,而玻璃液中的小氣泡同樣會削弱纖維的強度。
在連續拉絲過程中,需要使用浸潤劑來保護纖維并防止相互摩擦損傷。經過熱處理除去浸潤劑后,纖維的強度會有所下降,但通過中間粘結劑的處理,強度可以得到回升。
另外,石英纖維的存放時間和施加負荷時間也會對其強度產生影響。長時間的存放會導致纖維老化,強度降低;而施加負荷時間的增長同樣會使纖維強度下降,特別是在環境溫度較高時更為明顯。
綜上所述,石英纖維棉作為一種高性能材料,在多個領域都有著廣泛的應用前景。然而,其強度的穩定性仍需關注和改進。通過了解影響石英纖維強度的各種因素并采取相應措施進行優化和改進,可以進一步提高石英纖維棉的性能和應用效果。