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石英玻璃纤维的性能和用途

石英玻璃纤维的性能和用途 石英产业
2024-05-13
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导读:石英玻璃纤维是指二氧化硅含量达 以上,丝径在1-15um的特种玻璃纤维 , 它具有很高的耐热性 ,能长期在1050 ℃ 以下使用,瞬间耐高温达 1700℃,耐温性仅次于碳纤维 ,同时由于石英玻璃纤维有

石英玻璃纤维是指二氧化硅含量达 以上,丝径在1-15um的特种玻璃纤维 , 它具有很高的耐热性 ,能长期在1050 ℃ 以下使用,瞬间耐高温达 1700℃,耐温性仅次于碳纤维 ,同时由于石英玻璃纤维有着卓越的电绝缘性,它的介电常数和介质损耗系数是所有矿物纤维中最好的 ,所以石英玻璃纤维在航空 、 航天、军工、半导体、高温 隔热、高温过滤方面有着广泛的应用。

石英玻璃纤维产品的生产工艺 

石英玻璃纤维一般是由纯的天然水晶提炼加工成熔融石英玻璃棒拉制而成 ,丝 的纯度为sio2>99.99% 。在拉制过程中,加热的方式有氢氧火焰法和等离子体法 ,根据用途的不同 ,涂覆相应的浸润剂 。石英玻璃纤维的产品有直接无捻粗纱 、有捻纱(包括单股和合股纱 )、 纤维布 、纤维套管 、短切纤维 、纤维棉 、纤维毡和纤维砖等。石英玻璃纤维各种产品的生产工艺流程如下:

石英玻璃纤维物化性能介绍 

  • 去除浸润剂的石英玻璃纤维化学成分分析 

从表1 分析可以看出 ,石英玻璃纤维的成分基本上就是高纯石英玻璃的成分 , 其性能就非常接近石英玻璃的性能 ,石英玻璃的物化性能见表 2。

  • 石英玻璃纤维具有优越的电绝缘性能 

石英玻璃纤维有着优越的电绝缘性 ,它的介电常数和介质损耗系数是所有矿物纤维中最好的。石英玻璃纤维介电常数、介质损耗系数和频率的关系见图2 、3 。

石英玻璃纤维的介电常数 、 介质损耗系数和其他纤维的比较见表3 。 

  • 石英玻璃纤维具有优良的机械性能 

石英玻璃纤维的抗拉强度是普通玻璃纤维的3倍 ,它和玻璃纤维的抗拉强度 、 抗拉模量和断裂伸长率比较见表4。

石英玻璃纤维和其他纤维预浸环氧树脂后的抗拉强度 、抗拉模量比较见表5。

石英玻璃纤维 、凯芙拉纤维 、玻璃纤维和环氧树脂做成的复合材料的耐压强度 、抗剪切强度 、抗弯曲强度比较见表 6。

  • 石英玻璃纤维具有极其优越的耐温性能 

石英玻璃纤维的软化温度为1700 ℃ , 一般的石 英玻璃纤维能在600-1050 ℃ 长期使用 ,当温度高 于1600 ℃ , 石英玻璃纤维开始升华,这是一种吸热反应来消耗热能 ,利用这种性能 ,石英玻璃纤维可用作宇航飞船和洲际导弹返回大气层的烧蚀材料。另外 ,在高温下 ,石英玻璃纤维不会像高硅氧纤维那样会收缩 , 在 1000℃ 烧烤1000h 后 , 石英玻璃纤维的损失不大于1.5% 。

表7 为石英玻璃纤维 、玻璃纤维 、陶瓷纤维和聚乙烯纤维等纤维在轴向和半径方 向的热膨胀系数对照表 ,从表中可以看出石英玻璃纤维的热膨胀系数是所有矿物纤维中最低的 ,而且在各个方向是一致 的 ,不同于有机纤维在轴向和半径方向存在很大的差距 ,从而保证了复合材料的质量

石英玻璃纤维的用途 

  • 石英玻璃纤维电绝缘性的应用 

石英玻璃纤维有着卓越的电绝缘性 ,它的介电常数和介质损耗系数是所有矿物纤维中最好的 ,不仅如此 ,在高温和高频率下 ,它的电绝缘性也表现得非常优异 。再加上低密度 、不吸湿性和优秀的机械性能 ,使它成为雷达罩 、电磁发射窗口和低介电产品的首选材料。目前该产品在这方面主要应用于以下领域

军事飞行器的雷达罩 ,包括各种战斗机和先进的导弹 。

民用飞行器的雷达罩 。干扰电磁发射窗口 。

通信和电视卫星的雷达罩 。

无人驾驶的飞行器和潜水艇等 。

用于超级计算机的高频电路板和低膨胀率的电路板 。石英玻璃纤维产品应用 的部分照片见图 4、5。

  • 石英玻璃纤维耐温性的应用 

石英玻璃纤维优越的耐温性是因为sio2固有的耐温性决定的 ,一般石英玻璃纤维能长期在1050 ℃ 使用 , 短期可在 1200℃ 作为烧蚀防护材料使用 ,在高温下 ,石英玻璃纤维不会收缩 。另外高纯石英玻璃纤维有着很低的膨胀系数 和优越的抗温度剧变的能力 。目前该产品在这方面主要应用于以下领域 。

宇航飞船发动机周围的耐热辅助设施,包括防火电缆 、 隔热墙 、 防火罩等 。

宇航飞船发射台的防火保护系统 。

宇航飞船推进器的隔热层 。

宇航飞船进返回大气层的烧蚀材料 。

宇航飞船飞时的隔热烧蚀垫 。

宇航飞船机身的防火层 。

导弹和火箭推进器的隔热烧蚀材料 。

石棉和陶瓷纤维的替代产品 。

半导体行业中的保温材料 。

汽车和重型卡车变速器高温尾气排放管的隔热材料 。

保险丝的保护套 。

拉制光纤时的隔热材料 。

热气体的过滤材料 。

热 电偶的保护套 。

石英玻璃纤维产品应用的部分照片见图6 、7。

李刚 , 等 石 英玻瑞纤维的性能和用途,技术与研究,2007

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