Kwartsvezel: bestand tegen hoge temperaturen, vlamvertragend en thermisch isolerend.

1. Samenvatting

Kwartsvezel is een type hoogwaardige, speciale glasvezel die bekend staat om zijn hoge zuiverheid, hoge hittebestendigheid, lage diëlektrische constante en lage verliezen. Het wordt veel gebruikt in hightech-toepassingen zoals de lucht- en ruimtevaart. Geproduceerd met behulp van intelligente technologie.

2. Prestatiekenmerken van kwartsvezels

Kwartsvezel heeft een hoog silicagehalte en behoudt daardoor enkele eigenschappen en prestaties van massief kwarts. Het vertoont een hoge hittebestendigheid, elektrische isolatie bij hoge temperaturen en frequenties, uitstekende chemische stabiliteit, kan langdurig worden gebruikt bij temperaturen onder 1050 °C en is bestand tegen kortstondige hoge temperaturen tot 1700 °C. De treksterkte is driemaal zo hoog als die van gewone vezels. Bovendien bezit het superieure diëlektrische eigenschappen; het is de minerale vezel met de laagste diëlektrische constante en diëlektrische verliescoëfficiënt, met een diëlektrische constante van 3,70 bij 1 MHz en een diëlektrische verliescoëfficiënt lager dan 0,001. In het hoogfrequente gebied en bij temperaturen onder 700 °C behoudt kwartsvezel de laagste en meest stabiele diëlektrische constante en verliescoëfficiënt, terwijl meer dan 70% van de sterkte behouden blijft. Het wordt veelvuldig gebruikt als structurele versterking, thermische isolatie en golfdoorlatend materiaal voor kritieke onderdelen van vliegtuigen en ruimtevaartuigen.

3. Voorbereidingsproces

l De belangrijkste productiemethoden voor kwartsvezels zijn direct smelten, staaftrekken en de sol-gelmethode, waarbij staaftrekken de meest gebruikte industriële bereidingsmethode is.

l Het proces van staaftrekken omvat het plaatsen van ruw kristal of zuiver silicapoeder in een vacuümoven met drukvat, het smelten ervan en het vervolgens trekken tot fijne staven (ongeveer 2 mm in diameter). Tijdens het trekken wordt eerst een bevochtigingsmiddel op de kwartsvezel aangebracht, waarna deze wordt getrokken in een omgeving met elektrische verwarming of een oxywaterstofvlam om monofilamenten met een diameter van ongeveer 8 μm te verkrijgen. Ten slotte worden de vezelstrengen in elkaar gedraaid om vezelgaren of -weefsel te vormen.

l Het specifieke trekproces kan kort als volgt worden beschreven: Vloeibaar kwarts met een hoge temperatuur druppelt van het onderste uiteinde van de kwartsstaaf, en de trekbank handhaaft een constante rotatiesnelheid om de vezel uit te rekken en te stollen, waardoor continue vezels ontstaan. Aan de onderkant van de kwartsstaaf vormt zich een nieuw, sikkelvormig, fijn filament, genaamd "fiber root". Het is belangrijk op te merken dat de temperatuur van de afzonderlijke vezel aanzienlijk daalt nadat deze is getrokken, wat de productprestaties kan beïnvloeden.

4. Kwartsvezelproducten en toepassingsgebieden

l Kwartsvezel kan worden verwerkt tot diverse producten zoals kwartsvezelgaren, katoen, vilt, stof, mouwen, korte vezels, enz. Kwartsvezelgaren is een veelgebruikt product bij de fabricage van radarantennes voor vliegtuigen.

l Kortgesneden vezels worden gemaakt van voorgesneden kwartsglasvezels met een vaste lengte.

l Kwartsvezelgaren wordt gemaakt van zeer zuiver siliciumdioxide en natuurlijke kwartskristallen tot continue lange vezels met een SiO2-gehalte van meer dan 99,95%. Het is geschikt voor langdurig gebruik bij hoge temperaturen tot 1050℃ en heeft een extreem lage en stabiele diëlektrische constante en verliesfactor, waardoor het een uitstekend flexibel anorganisch vezelmateriaal is met een hoge temperatuurbestendigheid.

l Kwartsvezeldoek wordt geweven van kwartsvezelgaren met behulp van verschillende weefmethoden zoals platbinding, satijnkeperbinding en lenobinding. Het doek is verkrijgbaar in verschillende diktes en weefpatronen en kenmerkt zich door hoge temperatuurbestendigheid, hoge sterkte, lage diëlektrische constante, lage warmtegeleidingscoëfficiënt, brandwerendheid, enzovoort.

l Kwartsvezelkatoen bestaat uit zuivere kwartsvezels zonder bindmiddelen, met een onregelmatige vorm en rangschikking waardoor het een gekruld uiterlijk heeft. Dit voorkomt compressie van de vulling en verbetert de isolatie. Het is een goed alternatief voor katoen met een hoog silicagehalte, keramische vezels en basaltvezels.

5. Factoren die de sterkte van kwartsvezels beïnvloeden

l Over het algemeen geldt dat hoe fijner de diameter van de kwartsvezel, hoe hoger de treksterkte. De treksterkte is gerelateerd aan de vezellengte en neemt significant af naarmate de lengte toeneemt. Het effect van diameter en lengte op kwartsvezels kan worden verklaard door de microbarsthypothese: naarmate de vezeldiameter en -lengte afnemen, neemt het aantal microbarsten in de vezel navenant af, waardoor de vezelsterkte toeneemt.

l De kwaliteit van de glasvloeistof beïnvloedt de sterkte van de kwartsvezel. Onzuiverheden in de glassamenstelling of schommelingen in de temperatuur van de lekplaat kunnen leiden tot kristallisatie in de vezels. De praktijk heeft aangetoond dat vezels met kristallisatie zwakker zijn dan amorfe vezels. Bovendien kunnen luchtbellen in de glasvloeistof de vezelsterkte ook verminderen.

l Oppervlaktebehandeling heeft invloed op de sterkte. Tijdens het continu trekken moet een bevochtigingsmiddel worden aangebracht op individuele vezels of bundels, waardoor een beschermende film op het vezeloppervlak ontstaat. Dit voorkomt wrijving tussen vezels tijdens de textielverwerking, wat de vezels zou kunnen beschadigen en de sterkte zou kunnen verminderen. Na een warmtebehandeling om het bevochtigingsmiddel te verwijderen, neemt de sterkte van kwartsvezeldoek aanzienlijk af, maar herstelt deze zich over het algemeen na behandeling met een tussenliggend bindmiddel, omdat de coating de vezel beschermt en oppervlaktedefecten compenseert.

l De opslagduur beïnvloedt de sterkte. De sterkte van kwartsvezels neemt na een bepaalde periode van opslag af, een proces dat veroudering wordt genoemd, voornamelijk als gevolg van vochterosie in de lucht. Vezels met een hoge chemische stabiliteit ondervinden daardoor minder sterkteverlies.

l De duur van de belasting beïnvloedt de sterkte. De sterkte van kwartsvezels neemt af bij langdurige belasting, wat vooral merkbaar is bij hogere omgevingstemperaturen. Dit komt mogelijk doordat water dat in microscheurtjes is geadsorbeerd, de scheuruitbreiding onder invloed van externe krachten versnelt.