石英纤维是以高纯石英或天然水晶为原料经过高温熔融后拉制而成的单丝直径在1-15μm的细丝,是一种特种玻璃纤维,直径只有1~15微米。呈白色,柔软且具有光泽,主要成分是二氧化硅,一般含量在99.90%以上。
1石英纤维性能特点
石英纤维二氧化硅含量高,保持了固体石英的一些特点和性能,具有很高的耐热性,高温和高频率电绝缘性,耐烧蚀,抗热震,良好的化学稳定性,能长期在℃以下使用,瞬间耐高温达℃,抗拉强度是普通纤维的3倍。此外它还具有着优越的介电性能,它的介电常数和介质损耗系数是所有矿物纤维中最低的,1MHz的介电常数为3.70,介质损耗系数低于为0.,在高频及℃以下区域,石英纤维局具有最低和最稳定的介电常数和介电损耗,同时强度可以保留70%以上。常用作航空、航天飞行器关键部位的结构增强、透波和隔热材料。
2制备工艺
石英玻璃纤维制法主要有三种:直接熔融拉丝法、棒拉丝法和溶胶凝胶法。其中棒拉丝法为工业生产中的主要制备方式。
棒拉丝法制备石英纤维工艺流程
首先将原料水晶或纯净的二氧化硅粉料放入真空加压电阻炉内,熔融后拉制成细棒(直径2mm左右),拉丝时,首先在石英纤维上涂上一层浸润剂,而后放置于电热或氢氧火焰环境中进行拉丝操作,由此可以获得单丝直径约8μm的原丝,最后,将纤维原丝进行合股加捻,从而获得纤维纱或纤维织物。
其中,拉丝的具体过程可简述如下:液态的高温石英由石英棒底端滴出,拉丝机则保持恒定的转动速率,从而将纤维牵伸和固化,形成连续纤维。石英棒下部形成被称为“丝根”的新月形细丝。需要指出的是,纤维单丝在被拉出之后的过程中温度会有大幅的下降,该效应对产品性能会产生一些影响。
3石英纤维产品及应用领域
石英纤维原丝经过后续不同的加工方式可以制成多种石英纤维产品,根据产品形态的不同,石英纤维产品可以分为石英纤维纱、石英棉、石英毡、石英纱、石英布、石英套管、石英纤维短切丝等。石英纤维纱是较为常见的产品,被广泛用于制造飞机天线罩。
?石英短切纤维
石英短切纤维由预先切割固定长度的石英玻璃纤维制成的。
石英短切纤维(图片来源:河南神玖天航新材料股份有限公司)
应用:与人造橡胶树脂混合,如橡胶、硅酚醛塑料,做为烧蚀材料;与热塑树脂混合做为注模或压模的模具;与陶瓷预浸料混合烧制,作为陶瓷的增强材料。
?石英纤维纱
石英纤维纱是由高纯二氧化硅和天然石英晶体制成的连续长纤维,其SiO2含量可达99.95%以上,可以在℃的高温环境下长期使用,具有极低而又稳定的介电常数和介电损耗,是一种介电性能优异、耐温超高的柔性无机纤维材料。
石英纤维纱
应用:飞行器耐高温及透波材料、高频印刷电路板基材、航天电子器件辅材、天线罩透波材料等。
?石英纤维布
石英纤维布
石英纤维布是由石英纤维纱通过平纹,缎纹,斜纹,纱罗等织法精织成各种厚度和编织方式的布,具有耐高温、高强度、低介电、低导热、耐烧蚀等性能。
应用:可作为火箭、飞机等的透波材料、高端消防服避火材料、耐超高温设备防护罩,保温被,保温罩面料、耐高温、隔热、保温、密封材料等。
?石英纤维棉
石英纤维棉由纯净的石英纤维构成,不含粘结剂,无定形,连续,团状,白色,无味并且无挥发成份。纤维长度、形状及排列的无规则,使得石英棉具有卷曲的外观,防止填充料的压缩,提高绝缘性能;是高硅氧纤维棉、陶瓷纤维棉、玄武岩纤维棉良好替代产品。
石英纤维棉
应用:光纤、汽车玻璃行业隔热材料及高温密封填充材料、高温酸性液体与气体介质的过滤材料和反应堆的保温材料、各种窑炉,高温管道及容器隔热保温。
4影响石英纤维强度的因素
(1)纤维直径和长度
一般情况下,石英纤维的直径越细,抗拉伸的强度越高,石英纤维的拉伸强度和长度有关,随着纤维长度的增加,拉伸强度显著直线下降。直径和长度对石英纤维的影响可以用微裂纹假说来解释:因为随着纤维直径和长度的减小,纤维中微裂纹会相应减少,从而提高的纤维强度。
(2)玻璃液质量对石英纤维强度的影响
结晶杂质的影响:当玻璃成分波动或漏板温度波动或降低时,可能导致纤维中结晶的出现。实践证明,有结晶的纤维比无结晶的纤维强度要低。此外,玻璃液中的小气泡也会降低纤维的强度。
(3)表面处理对强度的影响
在连续拉丝时,必须在单根纤维或纤维束上敷以浸润剂,它在纤维表面上形成一层保护膜,防止在纺织加工过程中,纤维间发生相互摩擦,而损伤纤维降低强度。石英纤维布经热处理除去浸润剂后,强度下降很多,但在用中间粘结剂处理后,强度一般都可回升,这是因为中间粘结剂涂层一方面对纤维起到保护作用,另一方面对纤维表面缺陷有所弥补。
(4)存放时间对强度的影响
石英纤维存放一段时间后其强度会降低,这种现象称为纤维的老化。主要是空气中的水分对纤维侵蚀的结果。因此,化学稳定性高的纤维强度降低小,
(5)施加负荷时间对强度的影响
石英纤维强度随着施加负荷时间的增长而降低。当环境温度较高时,尤其明显。可能是吸附在微裂纹中的水分,在外力作用下,使微裂纹扩展速度加快的缘故。
参考来源:
河南神玖天航新材料股份有限公司