Fibra de quartzo: resistente a altas temperaturas, retardante de chamas e isolamento térmico

1. Resumo

A fibra de quartzo é um tipo de fibra de vidro especial de alto desempenho conhecida por sua alta pureza, alta resistência ao calor, baixa constante dielétrica e perda. É comumente usada em campos de alta tecnologia, como aeroespacial. Gerada por tecnologia inteligente.

2. Características de desempenho da fibra de quartzo

A fibra de quartzo tem um alto teor de sílica, mantendo algumas características e desempenho do quartzo sólido. Ela exibe alta resistência ao calor, isolamento elétrico em altas temperaturas e frequências, excelente estabilidade química, pode ser usada a longo prazo abaixo de 1050℃ e suportar altas temperaturas instantâneas de até 1700℃. Sua resistência à tração é três vezes maior que a das fibras comuns. Além disso, possui propriedades dielétricas superiores, sendo a fibra mineral com a menor constante dielétrica e coeficiente de perda dielétrica, com uma constante dielétrica de 1MHz de 3,70 e um coeficiente de perda dielétrica menor que 0,001. Em regiões de alta frequência e abaixo de 700℃, a fibra de quartzo mantém a menor e mais estável constante dielétrica e perda, enquanto retém mais de 70% de sua resistência. É comumente usada como reforço estrutural, isolamento térmico e materiais transparentes de ondas para partes críticas de aeronaves e espaçonaves.

3. Processo de preparação

eu Os métodos de fabricação de fibra de quartzo incluem principalmente métodos de trefilação direta, trefilação de haste e sol-gel, entre os quais a trefilação de haste é o principal método de preparação industrial.

eu O processo de trefilação de hastes envolve colocar cristal bruto ou pó de sílica pura em um forno de resistência pressurizado a vácuo, derretendo-o e, em seguida, trefilando-o em hastes finas (cerca de 2 mm de diâmetro). Durante a trefilação, um agente umectante é primeiro aplicado à fibra de quartzo, seguido pela trefilação em um ambiente de aquecimento elétrico ou chama de oxi-hidrogênio para obter monofilamentos de cerca de 8 μm de diâmetro. Finalmente, os fios de fibra são torcidos juntos para formar fios de fibra ou tecido.

eu O processo de desenho específico pode ser brevemente descrito da seguinte forma: Quartzo líquido de alta temperatura pinga da extremidade inferior da haste de quartzo, e a máquina de desenho mantém uma velocidade de rotação constante para esticar e solidificar a fibra, formando fibras contínuas. Um novo filamento fino em forma de crescente chamado "fiber root" se forma na parte inferior da haste de quartzo. Deve-se notar que a temperatura da fibra única cai significativamente após ser desenhada, o que pode afetar o desempenho do produto.

4. Produtos de fibra de quartzo e áreas de aplicação

eu A fibra de quartzo pode ser processada em vários produtos, como fios de fibra de quartzo, algodão, feltro, tecido, mangas, fibras curtas, etc. O fio de fibra de quartzo é um produto comum amplamente utilizado na fabricação de antenas de radome de aeronaves.

eu Fibras de corte curto são feitas de fibras de vidro de quartzo de comprimento fixo pré-cortadas.

eu O fio de fibra de quartzo é feito de sílica de alta pureza e cristais de quartzo naturais em fibras longas contínuas com um teor de SiO2 de mais de 99,95%, capaz de uso a longo prazo em altas temperaturas de até 1050℃ e apresenta constante dielétrica e perda extremamente baixas e estáveis, tornando-o um excelente material de fibra inorgânica flexível com alta resistência à temperatura.

eu O tecido de fibra de quartzo é tecido a partir de fios de fibra de quartzo por meio de vários métodos de tecelagem, como sarja simples, sarja acetinada e linho, em tecidos de diferentes espessuras e tramas, apresentando alta resistência à temperatura, alta resistência, baixa dielétrica, baixa condutividade térmica, resistência à queima, etc.

eu O algodão com fibra de quartzo consiste em fibras de quartzo puro, sem aglutinantes, de formato e arranjo irregulares, o que lhe confere uma aparência encaracolada, evitando a compressão do enchimento, melhorando o isolamento; é um bom substituto para algodão com alto teor de sílica, algodão com fibra cerâmica e algodão com fibra de basalto.

5. Fatores que afetam a resistência da fibra de quartzo

eu Diâmetro e comprimento da fibra geralmente, quanto mais fino o diâmetro da fibra de quartzo, maior sua resistência à tração. A resistência à tração está relacionada ao comprimento da fibra, diminuindo significativamente conforme o comprimento aumenta. O efeito do diâmetro e comprimento na fibra de quartzo pode ser explicado pela hipótese de microfissura: conforme o diâmetro e o comprimento da fibra diminuem, as microfissuras dentro da fibra diminuem de acordo, aumentando a resistência da fibra.

eu A qualidade do líquido de vidro afeta a resistência da fibra de quartzo. Impurezas na composição do vidro ou flutuações na temperatura da placa de vazamento podem levar à cristalização nas fibras. A prática mostrou que fibras com cristalização são mais fracas do que fibras amorfas. Além disso, bolhas no líquido de vidro também podem reduzir a resistência da fibra.

eu O tratamento de superfície impacta a resistência. Durante o trefilamento contínuo, um agente umectante deve ser aplicado a fibras individuais ou feixes formando uma película protetora na superfície da fibra para evitar atrito mútuo durante o processamento têxtil, o que pode danificar a fibra e reduzir a resistência. Após o tratamento térmico para remover o agente umectante, a resistência do tecido de fibra de quartzo diminui significativamente, mas geralmente se recupera após o tratamento com um ligante intermediário porque o revestimento protege a fibra e compensa os defeitos da superfície.

eu O tempo de armazenamento afeta a resistência. A resistência da fibra de quartzo diminui após o armazenamento por um período, conhecido como envelhecimento, principalmente devido à erosão da umidade no ar. Assim, fibras com alta estabilidade química sofrem menos redução de resistência.

eu O tempo de aplicação da carga afeta a resistência. A resistência da fibra de quartzo diminui com a aplicação prolongada de carga, especialmente perceptível em temperaturas ambientes mais altas, possivelmente devido à água adsorvida em microfissuras, acelerando a expansão da fissura sob força externa.