Кварцевое волокно: высокая термостойкость, огнестойкость и теплоизоляция

1. Аннотация

Кварцевое волокно — это тип высокопроизводительного специального стекловолокна, известного своей высокой чистотой, высокой термостойкостью, низкой диэлектрической проницаемостью и потерями. Оно широко используется в высокотехнологичных областях, таких как аэрокосмическая промышленность. Создано с помощью интеллектуальной технологии.

2. Эксплуатационные характеристики кварцевого волокна

Кварцевое волокно имеет высокое содержание кремния, сохраняя некоторые характеристики и производительность цельного кварца. Оно демонстрирует высокую термостойкость, электроизоляцию при высоких температурах и частотах, превосходную химическую стабильность, может использоваться в течение длительного времени ниже 1050 ℃ и выдерживать мгновенные высокие температуры до 1700 ℃. Его прочность на разрыв в три раза больше, чем у обычных волокон. Кроме того, оно обладает превосходными диэлектрическими свойствами, являясь минеральным волокном с самой низкой диэлектрической проницаемостью и коэффициентом диэлектрических потерь, с диэлектрической проницаемостью 3,70 на частоте 1 МГц и коэффициентом диэлектрических потерь ниже 0,001. В высокочастотных областях и ниже 700 ℃ кварцевое волокно сохраняет самую низкую и стабильную диэлектрическую проницаемость и потери, сохраняя при этом более 70% своей прочности. Оно обычно используется в качестве структурного армирования, теплоизоляции и волнопроницаемых материалов для критических деталей самолетов и космических аппаратов.

3. Процесс подготовки

л Методы производства кварцевого волокна в основном включают методы прямого расплавления, волочения стержней и золь-гель, среди которых волочение стержней является основным промышленным методом подготовки.

л Процесс волочения прутка включает помещение сырого кристалла или чистого кремниевого порошка в вакуумную печь сопротивления под давлением, плавление его, а затем волочение в тонкие прутки (диаметром около 2 мм). Во время волочения сначала на кварцевое волокно наносится смачивающий агент, затем волочение в среде электрического нагрева или кислородно-водородного пламени для получения мононитей диаметром около 8 мкм. Наконец, нити волокон скручиваются вместе для формирования пряжи или ткани.

л Конкретный процесс вытяжки можно кратко описать следующим образом: жидкий кварц высокой температуры капает с нижнего конца кварцевого стержня, а волочильная машина поддерживает постоянную скорость вращения для вытягивания и затвердевания волокна, образуя непрерывные волокна. В нижней части кварцевого стержня образуется новая тонкая нить в форме полумесяца, называемая "волокно root". Следует отметить, что температура отдельного волокна значительно падает после его вытягивания, что может повлиять на эксплуатационные характеристики продукта.

4. Изделия из кварцевого волокна и области их применения

л Кварцевое волокно может быть переработано в различные продукты, такие как пряжа из кварцевого волокна, хлопок, войлок, ткань, рукава, короткорезанные волокна и т. д. Пряжа из кварцевого волокна является распространенным продуктом, широко используемым при производстве обтекателей антенн самолетов.

л Короткие волокна изготавливаются из предварительно нарезанных кварцевых стеклянных волокон фиксированной длины.

л Пряжа из кварцевого волокна изготавливается из высокочистого кремнезема и природных кристаллов кварца в виде непрерывных длинных волокон с содержанием SiO2 более 99,95%, способных к длительному использованию при высоких температурах до 1050 ℃, и отличается чрезвычайно низкой и стабильной диэлектрической проницаемостью и потерями, что делает ее превосходным гибким неорганическим волокнистым материалом с высокой термостойкостью.

л Ткань из кварцевого волокна ткут из пряжи кварцевого волокна различными способами ткачества, такими как полотняное, саржевое и перевивочное, в ткань различной толщины и переплетения, отличающуюся высокой термостойкостью, высокой прочностью, низкими диэлектрическими свойствами, низкой теплопроводностью, устойчивостью к возгоранию и т. д.

л Кварцевая вата состоит из чистых кварцевых волокон без связующих веществ, имеет неправильную форму и расположение, что придает ей завитой вид, что препятствует сжатию наполнителя и улучшает изоляцию; она является хорошей заменой хлопку с высоким содержанием кремнеземного волокна, хлопку из керамического волокна, хлопку из базальтового волокна.

5. Факторы, влияющие на прочность кварцевого волокна

л Диаметр и длина волокна, как правило, чем меньше диаметр кварцевого волокна, тем выше его прочность на разрыв. Прочность на разрыв связана с длиной волокна, значительно уменьшаясь с увеличением длины. Влияние диаметра и длины на кварцевое волокно можно объяснить гипотезой микротрещин: по мере уменьшения диаметра и длины волокна микротрещины внутри волокна соответственно уменьшаются, увеличивая прочность волокна.

л Качество стеклянной жидкости влияет на прочность кварцевого волокна. Примеси в составе стекла или колебания температуры пластины утечки могут привести к кристаллизации волокон. Практика показала, что волокна с кристаллизацией слабее аморфных волокон. Кроме того, пузырьки в стеклянной жидкости также могут снизить прочность волокна.

л Обработка поверхности влияет на прочность. При непрерывной вытяжке смачивающее вещество должно быть нанесено на отдельные волокна или пучки, образуя защитную пленку на поверхности волокна для предотвращения взаимного трения во время текстильной обработки, которое может повредить волокно и снизить прочность. После термической обработки для удаления смачивающего вещества прочность кварцевого волокна значительно снижается, но обычно восстанавливается после обработки промежуточным связующим веществом, поскольку покрытие защищает волокно и компенсирует дефекты поверхности.

л Время хранения влияет на прочность. Прочность кварцевого волокна снижается после хранения в течение определенного периода, известного как старение, в основном из-за эрозии влаги в воздухе. Таким образом, волокна с высокой химической стабильностью испытывают меньшее снижение прочности.

л Время приложения нагрузки влияет на прочность. Прочность кварцевого волокна снижается при длительном приложении нагрузки, что особенно заметно при более высоких температурах окружающей среды, возможно, из-за воды, адсорбированной в микротрещинах, что ускоряет расширение трещин под действием внешней силы.