Кварцови влакна: Устойчиви на висока температура, огнеупорни и топлоизолационни

1. Резюме

Кварцовите влакна са вид високоефективни специални стъклени влакна, известни с високата си чистота, висока топлоустойчивост, ниска диелектрична константа и загуби. Те се използват често във високотехнологични области като аерокосмическата индустрия. Генерирани чрез интелигентна технология.

2. Характеристики на кварцовите влакна

Кварцовите влакна имат високо съдържание на силициев диоксид, запазвайки някои характеристики и експлоатационни качества на твърдия кварц. Те показват висока топлоустойчивост, електрическа изолация при високи температури и честоти, отлична химическа стабилност, могат да се използват дългосрочно под 1050℃ и да издържат на моментни високи температури до 1700℃. Якостта им на опън е три пъти по-висока от тази на обикновените влакна. Освен това, те притежават превъзходни диелектрични свойства, като са минералните влакна с най-ниска диелектрична константа и коефициент на диелектрични загуби, с диелектрична константа от 3,70 при 1MHz и коефициент на диелектрични загуби по-нисък от 0,001. Във високочестотни области и под 700℃, кварцовите влакна поддържат най-ниската и най-стабилна диелектрична константа и загуби, като същевременно запазват над 70% от здравината си. Те се използват често като структурна армировка, топлоизолация и вълнопрозрачни материали за критични части на самолети и космически кораби.

3. Процес на подготовка

л Методите за производство на кварцови влакна включват главно директно изтегляне чрез стопилка, изтегляне чрез пръти и зол-гел методи, сред които изтеглянето чрез пръти е основният метод за индустриална подготовка.

л Процесът на изтегляне на пръчки включва поставяне на суров кристал или чист силициев прах във вакуумна съпротивителна пещ под налягане, топенето му и след това изтеглянето му на фини пръчки (с диаметър около 2 мм). По време на изтеглянето, първо върху кварцовото влакно се нанася омокрящ агент, след което се изтегля в среда на електрическо нагряване или кислородно-водороден пламък, за да се получат монофиламенти с диаметър около 8 μm. Накрая, нишките от влакна се усукват заедно, за да образуват влакнеста прежда или тъкан.

л Специфичният процес на изтегляне може да се опише накратко по следния начин: Течен кварц с висока температура капе от долния край на кварцовия прът, а машината за изтегляне поддържа постоянна скорост на въртене, за да разтегне и втвърди влакното, образувайки непрекъснати влакна. В долната част на кварцовия прът се образува нова фина нишка с форма на полумесец, наречена „дддхххвлакнест корендддххх“. Трябва да се отбележи, че температурата на единичното влакно спада значително след изтеглянето му, което може да повлияе на производителността на продукта.

4. Продукти от кварцови влакна и области на приложение

л Кварцовите влакна могат да бъдат преработени в различни продукти, като например кварцова прежда, памук, филц, плат, ръкави, късо нарязани влакна и др. Кварцовата прежда е често срещан продукт, широко използван в производството на антени за обтекатели на самолети.

л Късо нарязаните влакна са изработени от предварително нарязани кварцови стъклени влакна с фиксирана дължина.

л Кварцовата влакнеста прежда е изработена от високочист силициев диоксид и естествени кварцови кристали в непрекъснати дълги влакна със съдържание на SiO2 над 99,95%, способна на дългосрочна употреба при високи температури до 1050 ℃ и се отличава с изключително ниска и стабилна диелектрична константа и загуби, което я прави отличен гъвкав неорганичен влакнест материал с устойчивост на висока температура.

л Кварцовата влакнеста тъкан е изтъкана от кварцова влакнеста прежда чрез различни методи на тъкане, като обикновена, сатенен кепър и лено, в тъкани с различна дебелина и тъкане, характеризиращи се с висока температурна устойчивост, висока якост, ниска диелектрична пропускливост, ниска топлопроводимост, устойчивост на горене и др.

л Кварцовият памук се състои от чисти кварцови влакна без свързващи вещества, с неправилна форма и подредба, което му придава къдрав вид, предотвратявайки компресията на пълнителя и подобрявайки изолацията; той е добър заместител на памука с високо съдържание на силициев диоксид, памука с керамични влакна и памука с базалтови влакна.

5. Фактори, влияещи върху здравината на кварцовите влакна

л Диаметър и дължина на влакното. Като цяло, колкото по-фин е диаметърът на кварцовото влакно, толкова по-висока е неговата якост на опън. Якостта на опън е свързана с дължината на влакното, като намалява значително с увеличаване на дължината. Влиянието на диаметъра и дължината върху кварцовото влакно може да се обясни с хипотезата за микропукнатините: с намаляването на диаметъра и дължината на влакното, микропукнатините във влакното намаляват съответно, увеличавайки якостта на влакното.

л Качеството на стъклената течност влияе върху здравината на кварцовите влакна. Примесите в състава на стъклото или колебанията в температурата на течащата плоча могат да доведат до кристализация във влакната. Практиката показва, че влакната с кристализация са по-слаби от аморфните влакна. Освен това, мехурчетата в стъклената течност също могат да намалят здравината на влакната.

л Повърхностната обработка влияе върху здравината. По време на непрекъснато изтегляне, върху отделни влакна или снопове трябва да се нанесе омокрящ агент, образувайки защитен филм върху повърхността на влакната, за да се предотврати взаимното триене по време на текстилната обработка, което би могло да повреди влакното и да намали здравината. След термична обработка за отстраняване на омокрящия агент, здравината на кварцовата тъкан намалява значително, но обикновено се възстановява след обработка с междинно свързващо вещество, тъй като покритието защитава влакното и компенсира повърхностните дефекти.

л Времето за съхранение влияе върху здравината. Якостта на кварцовите влакна намалява след съхранение за определен период, известен като стареене, главно поради ерозия от влага във въздуха. По този начин влакната с висока химическа стабилност изпитват по-малко намаляване на якостта.

л Времето за прилагане на натоварването влияе върху якостта. Якостта на кварцовите влакна намалява с продължително прилагане на натоварване, особено забележимо при по-високи температури на околната среда, вероятно поради адсорбираната в микропукнатините вода, която ускорява разширяването на пукнатините под въздействието на външна сила.