Kvartsfiber: Högtemperaturbeständig, flamskyddad och värmeisolering

1. Abstrakt

Kvartsfiber är en typ av högpresterande specialglasfiber känd för sin höga renhet, höga värmebeständighet, låga dielektriska konstant och förlust. Det används ofta inom högteknologiska områden som flyg. Genereras av intelligent teknik.

2. Prestandaegenskaper för kvartsfiber

Kvartsfiber har ett högt kiseldioxidinnehåll, vilket bibehåller vissa egenskaper och prestanda hos fast kvarts. Den uppvisar hög värmebeständighet, elektrisk isolering vid höga temperaturer och frekvenser, utmärkt kemisk stabilitet, kan användas under lång tid under 1050 ℃ och tål momentana höga temperaturer upp till 1700 ℃. Dess draghållfasthet är tre gånger högre än vanliga fibrer. Dessutom har den överlägsna dielektriska egenskaper, eftersom den är mineralfibern med den lägsta dielektricitetskonstanten och dielektriska förlustkoefficienten, med en 1MHz dielektrisk konstant på 3,70 och en dielektrisk förlustkoefficient lägre än 0,001. I områden med hög frekvens och under 700 ℃ bibehåller kvartsfiber den lägsta och mest stabila dielektricitetskonstanten och förlusten, samtidigt som den behåller över 70 % av sin styrka. Det används vanligtvis som strukturell förstärkning, värmeisolering och vågtransparenta material för kritiska delar av flygplan och rymdfarkoster.

3. Förberedelseprocess

l Tillverkningsmetoderna för kvartsfiber inkluderar huvudsakligen direkt smältdragning, stavdragning och sol-gelmetoder, bland vilka stavdragning är den primära industriella beredningsmetoden.

l Stångdragningsprocessen innebär att man placerar rå kristall eller rent kiseldioxidpulver i en motståndsugn under vakuum, smälter den och drar den sedan till fina stavar (cirka 2 mm i diameter). Under dragningen appliceras först ett vätmedel på kvartsfibern, följt av dragning i en miljö med elektrisk uppvärmning eller syreväteflamma för att erhålla monofilament ca 8μm i diameter. Slutligen tvinnas fibertrådarna ihop för att bilda fibergarn eller tyg.

l Den specifika dragningsprocessen kan kort beskrivas enligt följande: Flytande kvarts med hög temperatur droppar från kvartsstavens nedre ände och dragmaskinen bibehåller en konstant rotationshastighet för att sträcka och stelna fibern och bildar kontinuerliga fibrer. En ny halvmåneformad fin filament som kallas "fiber root" bildas i botten av kvartsstaven. Det bör noteras att temperaturen på den enskilda fibern sjunker avsevärt efter att den har dragits ut, vilket kan påverka produktens prestanda.

4. Kvartsfiberprodukter och användningsområden

l Kvartsfiber kan bearbetas till olika produkter såsom kvartsfibergarn, bomull, filt, tyg, ärmar, kortklippta fibrer etc. Kvartsfibergarn är en vanlig produkt som ofta används vid tillverkning av flygplansradomantenner.

l Kortskurna fibrer är gjorda av förskurna kvartsglasfibrer med fast längd.

l Kvartsfibergarn är tillverkat av kiseldioxid med hög renhet och naturliga kvartskristaller till kontinuerliga långa fibrer med en SiO2-halt på över 99,95 %, som kan användas under lång tid vid höga temperaturer upp till 1050 ℃, och har extremt låg och stabil dielektricitetskonstant och förlust, vilket gör det till ett utmärkt flexibelt oorganiskt fibermaterial med hög temperaturbeständighet.

l Kvartsfibertyg vävs av kvartsfibergarn genom olika vävningsmetoder som vanlig, satin twill och leno till tyg av olika tjocklekar och vävningar, med hög temperaturbeständighet, hög hållfasthet, låg dielektrisk, låg värmeledningsförmåga, brännmotstånd, etc.

l Kvartsfiberbomull består av rena kvartsfibrer utan bindemedel, oregelbundna i form och arrangemang som ger den ett lockigt utseende som förhindrar sammanpressning av fyllmedel och förbättrar isoleringen; det är ett bra substitut för bomull med hög kiseldioxidfiber, keramisk fiberbomull, basaltfiberbomull.

5. Faktorer som påverkar kvartsfiberstyrkan

l Fiberdiameter och längd i allmänhet, ju finare diameter kvartsfiber har, desto högre är dess draghållfasthet. Draghållfastheten är relaterad till fiberlängden och minskar avsevärt när längden ökar. Effekten av diameter och längd på kvartsfiber kan förklaras av mikrosprickhypotesen: när fiberdiametern och längden minskar, minskar mikrosprickorna i fibern i enlighet därmed, vilket ökar fiberstyrkan.

l Glasvätskekvalitet påverkar styrkan hos kvartsfiber. Föroreningar i glaskompositionen eller fluktuationer i läckplattans temperatur kan leda till kristallisation i fibrerna. Praxis har visat att fibrer med kristallisation är svagare än amorfa fibrer. Dessutom kan bubblor i glasvätskan också minska fiberstyrkan.

l Ytbehandling påverkar styrkan. Vid kontinuerlig dragning måste ett vätmedel appliceras på enskilda fibrer eller buntar som bildar en skyddande film på fiberytan för att förhindra ömsesidig friktion under textilbearbetning som kan skada fibern och minska styrkan. Efter värmebehandling för att avlägsna vätmedel minskar kvartsfibertygets styrka avsevärt men återhämtar sig i allmänhet efter behandling med ett mellanbindemedel eftersom beläggningen skyddar fibern och kompenserar för ytdefekter.

l Lagringstiden påverkar styrkan. Kvartsfiberns styrka minskar efter lagring under en period, känd som åldrande främst på grund av fukterosion i luften. Således upplever fibrer med hög kemisk stabilitet mindre hållfasthetsminskning.

l Belastningstiden påverkar styrkan. Kvartsfiberstyrkan minskar vid långvarig belastning, särskilt märkbar vid högre omgivningstemperaturer, möjligen på grund av att vatten adsorberat i mikrosprickor accelererar sprickexpansion under yttre kraft.