Kvartsfiber, med sin høye renhet, høye temperaturbestandighet, ablasjonsmotstand, lave termiske ledningsevne, termiske sjokkmotstand, bølgeoverføring, utmerkede dielektriske egenskaper og gode kjemiske stabilitet, spiller en uerstattelig rolle i avanserte produksjonsfelt som luftfart, elektronisk kommunikasjon og optikk. Imidlertid er forberedelsesprosessen, fra naturlig kvartsmalm med høy renhet til høy ytelsekvartsfiberprodukter, er en krevende jakt på helhetlig håndverk og påvirkes av en rekke faktorer.
1. Råvarer
Fokuset på råvarer omfatter hovedsakelig renhet, partikkelstørrelse og gassinneslutninger. Når det gjelder renhet, er metalliske urenheter en betydelig påvirkende faktor. Selv alkalimetall-, jordalkalimetall- eller overgangsmetallioner som er tilstede i konsentrasjoner på bare noen få deler per million, kan ha en betydelig innvirkning på kvartsfiberprodukter: redusere temperaturmotstanden, noe som gjør dem utsatt for deformasjon og svikt ved høye temperaturer; indusere krystallisering, akselerere transformasjonen av kvartsglass fra en amorf tilstand til en kristobalittkrystallinsk tilstand ved høye temperaturer, noe som fører til fibersprøhet og en kraftig reduksjon i styrke; og påvirke dielektriske egenskaper, ettersom urenhetioner øker dielektrisk tap, noe som hindrer bruken i høyfrekvent elektronikk.
Partikkelstørrelsen og gassinnholdet i råmaterialene bestemmer bobleinnholdet i de produserte kvartsstengene. Kvartsglassstenger med høyt bobleinnhold er utsatt for å rakne under smeltetrekking og fører til en økning i mikrodefekter på kvartsfiberoverflaten, noe som til en viss grad påvirker kvaliteten og ytelsen til de ferdige kvartsfiberproduktene.
2. Smeltetegning
Å konvertere fast kvartsmateriale til kontinuerlige og ensartede fibre er et avgjørende trinn i å bestemme dets mikrostruktur og mekaniske egenskaper. Hvis vi tar tegning av kvartsstenger ved hjelp av en oksygenhydrogenflamme som et eksempel, er renhet, trykk og strømningshastighet for hydrogen og oksygen, temperaturkontroll og justering, trekkeprosessrute og utstyr alle direkte bestemmende faktorer for kvaliteten på kvartsfiberproduktet.
Smeltetemperaturen styres hovedsakelig av strømningshastigheten og trykket til forbrenningsgassene. Hvis smeltetemperaturen er for høy, er fibrene utsatt for smelting og brudd; hvis temperaturen er for lav, øker formingsspenningen, noe som gjør det mer sannsynlig at de frynser og brudd. Videre er miljøvennlighet også svært viktig, ettersom hele strekkprosessen må utføres i et ultrarent miljø. Eventuelle støvpartikler i luften som fester seg til fiberoverflaten vil bli spenningskonsentrasjonspunkter, noe som reduserer den mekaniske styrken betydelig.
3. Mikrostruktur
Stabiliteten tilkvartsfibreUnder langvarige høytemperaturmiljøer avhenger deres motstand mot krystallisering direkte. Som nevnt tidligere er krystallisering den primære sviktmekanismen for kvartsfibre ved høye temperaturer. Krystalliseringshastigheten har et eksponentielt forhold til temperaturen. Viktige faktorer som påvirker krystalliseringen inkluderer:
* Overflatetilstand: Mikrosprekker, forurensning og slitasje på fiberoverflaten kan bli utgangspunktet for krystallisering. Derfor er overflatebehandling og beskyttende belegg avgjørende.
* Mikrodefekter: For sprø materialer som kvartsfibre er styrken deres ekstremt følsom for defekter som overflate- og indre mikrosprekker, bobler og inneslutninger. Etterbehandlingsprosesser som flammepolering og syrebeising kan effektivt lege overflatemikrosprekker og forbedre styrken.
4. Størrelsesmiddel
Under kvartsfibertrekkingsprosessen må et spesielt overflatebehandlingsmiddel påføres fiberoverflaten. Dette smører effektivt fiberoverflaten, integrerer fibermonofilamentene effektivt i en bunt og endrer fiberoverflatens tilstand. Dette oppfyller ikke bare kravene til etterfølgende behandling av fiberforløperen, men fremmer også bindingen mellom kvartsfiberen og den forsterkede polymeren i komposittmaterialer.
Kvaliteten påkvartsfiberprodukterbestemmes ikke av et enkelt trinn, men av en presis ingeniørprosess som involverer hele kjeden av råmaterialets renhet, smeltetrekkingsprosess, mikrostrukturkontroll og etterbehandlingsteknologi.
Publiseringstid: 20. november 2025
