高性能无机纤维——石英纤维

一、什么是石英纤维

  石英纤维是一种白色、柔软、具有光泽可编织的细丝，它具有优良的理化性能，是一种高性能无机纤维材料。石英纤维是由高纯二氧化硅石英石经高温熔融后拉制而成的丝径在1-15μm的特种玻璃纤维丝，具有和高的耐热性，可以在1050℃的高温下长期使用，在1200℃左右的温度下作为烧蚀材料使用。石英纤维的熔点在1700℃，耐温性仅次于碳纤维，同时由于石英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质纤维中*好的。

二、石英纤维的生产工艺

  石英纤维一般是由纯的天然的水晶提炼加工成熔融石英玻璃纤维棒拉制而成，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。

石英纤维生产方法有三种：

（1）将石英棒或管用氢氧焰熔融拉丝，再用氢氧焰吹管喷吹，制成直径0.7~1μm的石英棉；

（2）石英经火焰熔融后用高速气流形成短纤维及其毡片；

（3）将石英丝或棒以恒定速度通过氢氧焰或煤气火焰，软化后高速拉成长丝。其成型工艺的特点是，石英玻璃熔体的高温粘度非常高。

  石英纤维原丝经过后续不同的加工方式可以制成石英纤维无捻纱、有捻纱、纤维布、纤维套管、短切纤维、纤维棉、纤维毡等一系列产品。

2.1化学成分分析

  从表1可看出，石英纤维的成分基本上就是高纯石英玻璃的成分，其性能就十分接近高纯石英玻璃的性能，石英玻璃性能见表2。

2.2 优越的电绝缘性能 

  石英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*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。

2 石英纤维具有优越的电绝缘性能 

  石英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，石英纤维的介电常数、介质损耗系数和其他纤维的比较见表3

2.3  优良的机械性能 

  石英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

2.4  极其优越的耐温性能 

  石英纤维的软化温度为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,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%。 

三.、石英纤维的用途 

3.1  石英纤维电绝缘性的应用 

  石英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*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**。再加上低密度（2.2g/㎝3）、不吸湿性和**的机械性能，使它成为雷达罩、电磁发射窗口和低介电产品使我**材料。目前该产品在这方面主要应用于以下领域： 

(1)军事飞行器的雷达罩, 包括各种战斗机和先进的导弹。  

(2)民用飞行器的雷达罩。    

(3)干扰电磁发射窗口。   

(4)通信和电视卫星的雷达罩。   

(5)无人驾驶的飞行器和潜水艇等。 

(6)用于超级计算机的高频电路板和低膨胀率的电路板。

3.2  石英纤维耐温性的应用 

  石英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，石英玻璃不会收缩。另外高纯石英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：

(1)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。 

(2)宇航飞船发射台的防火保护系统。     

(3)宇航飞船推进器的隔热层。    

(4)宇航飞船进返回大气层的烧蚀材料。

(5)宇航飞船飞时的隔热烧蚀垫。    

(6)宇航飞船机身的防火层。 

(7)导弹和火箭推进器的隔热烧蚀材料。  

(8)石棉和陶瓷纤维的替代产品。   

(9) 半导体行业中的保温材料。 

(10)汽车和重型卡车变速器高温尾气排放管的隔热材料。  

(11)保险丝的保护套。    

(12)拉制光纤时的隔热材料。  

(13)热气体的过滤材料。

(14)热电偶的保护套。