高性能無機纖維——石英纖維

一、什么是石英纖維

  石英纖維是一種白色、柔軟、具有光澤可編織的細絲，它具有優(yōu)良的理化性能，是一種高性能無機纖維材料。石英纖維是由高純二氧化硅石英石經(jīng)高溫熔融后拉制而成的絲徑在1-15μm的特種玻璃纖維絲，具有和高的耐熱性，可以在1050℃的高溫下長期使用，在1200℃左右的溫度下作為燒蝕材料使用。石英纖維的熔點在1700℃，耐溫性僅次于碳纖維，同時由于石英纖維有著卓越的電絕緣性，它的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗系數(shù)是所有礦物質(zhì)纖維中*好的。

二、石英纖維的生產(chǎn)工藝

  石英纖維一般是由純的天然的水晶提煉加工成熔融石英玻璃纖維棒拉制而成，絲的純度為SiO2＞99.99%。在拉制過程中，加熱的方式有氫氧火焰法和等離子體法，根據(jù)用途的不同，涂覆相應的浸潤劑。

石英纖維生產(chǎn)方法有三種：

（1）將石英棒或管用氫氧焰熔融拉絲，再用氫氧焰吹管噴吹，制成直徑0.7~1μm的石英棉；

（2）石英經(jīng)火焰熔融后用高速氣流形成短纖維及其氈片；

（3）將石英絲或棒以恒定速度通過氫氧焰或煤氣火焰，軟化后高速拉成長絲。其成型工藝的特點是，石英玻璃熔體的高溫粘度非常高。

  石英纖維原絲經(jīng)過后續(xù)不同的加工方式可以制成石英纖維無捻紗、有捻紗、纖維布、纖維套管、短切纖維、纖維棉、纖維氈等一系列產(chǎn)品。

2.1化學成分分析

  從表1可看出，石英纖維的成分基本上就是高純石英玻璃的成分，其性能就十分接近高純石英玻璃的性能，石英玻璃性能見表2。

2.2 優(yōu)越的電絕緣性能 

  石英纖維有著優(yōu)越的電絕緣性,它的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗系數(shù)是所有礦物纖維中*好的。石英玻璃纖維介電常數(shù)、介質(zhì)損耗系數(shù)和頻率的關系見圖2、3。

2 石英纖維具有優(yōu)越的電絕緣性能 

  石英纖維有著優(yōu)越的電絕緣性,它的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗系數(shù)是所有礦物纖維中，石英纖維的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗系數(shù)和其他纖維的比較見表3

2.3  優(yōu)良的機械性能 

  石英纖維的抗拉強度是普通玻璃纖維的3倍,它和玻璃纖維的抗拉強度、抗拉模量和斷裂伸長率比較見表4。 

  石英纖維和其他纖維預浸環(huán)氧樹脂后的抗拉強度、抗拉模量比較見表5

  石英纖維、凱芙拉纖維、玻璃纖維和環(huán)氧樹脂做成的復合材料的耐壓強度、抗剪切強度、抗彎曲強度比較見表6

2.4  極其優(yōu)越的耐溫性能 

  石英纖維的軟化溫度為1700℃,一般的石英玻璃纖維能在600~1050℃長期使用,當溫度高于1600℃,石英玻璃纖維開始升華,這是一種吸熱反應來消耗熱能,利用這種性能,可用作宇航飛船和洲際導彈返回大氣層的燒蝕材料。另外,在高溫下,石英玻璃纖維不會像高硅氧纖維那樣會收縮,在1000℃燒烤1000h后,石英玻璃纖維的損失不大于1.5%。 

三.、石英纖維的用途 

3.1  石英纖維電絕緣性的應用 

  石英纖維有著卓越的電絕緣性，它的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗系數(shù)是所有礦物纖維中*好的，不僅如此，在高溫和高頻率下，它的電絕緣性也表現(xiàn)得非常**。再加上低密度（2.2g/㎝3）、不吸濕性和**的機械性能，使它成為雷達罩、電磁發(fā)射窗口和低介電產(chǎn)品使我**材料。目前該產(chǎn)品在這方面主要應用于以下領域： 

(1)軍事飛行器的雷達罩, 包括各種戰(zhàn)斗機和先進的導彈。  

(2)民用飛行器的雷達罩。    

(3)干擾電磁發(fā)射窗口。   

(4)通信和電視衛(wèi)星的雷達罩。   

(5)無人駕駛的飛行器和潛水艇等。 

(6)用于超級計算機的高頻電路板和低膨脹率的電路板。

3.2  石英纖維耐溫性的應用 

  石英纖維優(yōu)越的耐溫性是因為SiO2固有的耐溫性決定的，一般石英玻璃纖維能長期在1050℃使用，短期可在1200℃作為燒蝕防護材料使用，在高溫下，石英玻璃不會收縮。另外高純石英纖維有著很低的膨脹系數(shù)和優(yōu)越的抗溫度劇變的能力。目前該產(chǎn)品在這方面主要應用于以下領域：

(1)宇航飛船發(fā)動機周圍的耐熱輔助設施，包括防火電纜、隔熱墻防火罩等。 

(2)宇航飛船發(fā)射臺的防火保護系統(tǒng)。     

(3)宇航飛船推進器的隔熱層。    

(4)宇航飛船進返回大氣層的燒蝕材料。

(5)宇航飛船飛時的隔熱燒蝕墊。    

(6)宇航飛船機身的防火層。 

(7)導彈和火箭推進器的隔熱燒蝕材料。  

(8)石棉和陶瓷纖維的替代產(chǎn)品。   

(9) 半導體行業(yè)中的保溫材料。 

(10)汽車和重型卡車變速器高溫尾氣排放管的隔熱材料。  

(11)保險絲的保護套。    

(12)拉制光纖時的隔熱材料。  

(13)熱氣體的過濾材料。

(14)熱電偶的保護套。