石 英 玻 璃 纤 维

石 英 玻 璃 纤 维

摘要：石英纤维作为陶瓷类纤维的一种，其应用领域比较广泛，本文主要从其性能、制作工艺和应用前景去阐述石英纤维。其良好的性能使其在纤维行业中得到了广泛的发展。目前其制作工艺相对成熟，市场应用价值高。现阶段我国应大力开发石英玻璃纤维生产技术和产品种类，推动我国航空、航天、军工、半导体事业的发展。 关键字：性能，制备方法 应用 发展前景

性能和制备方法

石英纤维是由高纯度二氧化硅和天然石英晶体制成的纤维，因为其原料的关系，使得其具有良好的物理化学性能。石英纤维的纯度能够达到99.95%，密度2.2g/cm3。拉升强度为7GPa，具有耐热、耐腐蚀和柔软性。在一定的高温下，它的强度保持率高、尺寸稳定、抗热震性、化学性能稳定、透光性以及电绝缘性好。增强用长丝直径4～10μm，作为石英棉的纤维直径视用途而异，约0.7～10μm。

在生产工艺上，石英纤维制作成本比较高，价格比较贵，它是采取熔融法制备。在实际生产中，可根据产品的具体要求选用相应高纯度的石英晶体或纯净的二氧化硅粉料，已降低成本，扩大应用范围。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，见图1l-3。纤维成型温度高达

2150℃，成型温度高引发玻璃熔体中二氧化硅的蒸发。试验结果表明，当温度超过1800℃时，二氧化硅的蒸气压迅速升高，二氧化硅的蒸发加剧，随着温度的进一步升高，二氧化硅的蒸发愈加剧烈，见表11-1。成型温度高不但造成二氧化硅的蒸发损失，而且由于二氧化硅在纤维表面上沉积，降低了石英玻璃纤维的质量。因此，拉线温度不宜过高，一般控制在2000～2200℃范围内。

表11—3二氧化硅蒸汽压与温度的关系

温度/℃ 1732 SiO2 10 1798 20 1867 40 1911 60 1969 100 2053 200 2141 400 2227 760 用熔融法生产的石英纤维是一种性能优异的陶瓷纤维，但由于价格昂贵，一般不用作绝热材料。在石英纤维上涂上si和 a1可一进一步提.

高其绝热性能。用过的石英纤维制品还可以再生使用，方法是将废石英纤维绝热制品粉碎，与水和粘结剂混合后成型制成高绝热制品。 石英纤维主要应用是在玻璃上的应用。石英玻璃纤维成型工艺性能见表11-4。其特点是析晶上限温度高，纤维成型时熔体的粘度高，纤维成型温度高和纤维成型能力高。石英玻璃属长料性玻璃，其高温粘度的温度变化率小，因此成型温度的波动对纤维直径的影响很小，只有在石英玻璃熔体高温急剧蒸发产生很大耗损时才会表现出来。但成型温度的变化，却直接影响到纤维成型的可能性和拉丝作业的稳定性。因此，精确控制成型温度十分重要。 表11-4 石英玻璃纤维成型工艺性能

玻璃类别 纤维成型时熔体的粘度/Pa·s 析晶上限温度/℃ 纤维成型温度/℃ 纤维成型能力η/γ*（Pa·S·M）/N >1000 333 石英玻璃E玻璃 >1000 100 1680 1130 2150 1200 石英玻璃纤维的用途

一、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秀。再加上低密度（2.g/㎝3）、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使我首选材料。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。 二、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[6]，在高温下，石英玻璃不会收缩。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：

(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。

石英玻璃纤维国内外的发展

据查在国外有法国的圣戈班和英国的公司等生产石英玻璃纤维,产品的二氧化硅纯度达到99.99%以上。其中以圣哥班的技术水平最高,产品品种和规格齐全。法国的圣戈班公司是世界500强之一,它的玻璃制品和玻纤制品在全世界都很有名,除此之外,它的石英玻璃纤维产品在全世界处于领先地位,产品商标为Quartzel ,是由圣戈班的一个石英分公司负责生产。该公司于1922年成立, 在1963年拉制出第一根石英玻璃纤维,生产地在法国的Nemous ,在1988年,圣戈班又在美国肯塔基州的Louisville新建了一个石英玻璃纤维工厂, 主要生产高性能的石英玻璃纤维复合材料,产品主要供美国本土使用。圣戈班公司石英玻璃纤维产品的SiO2的含量>99.99%,浸润剂主要有QS13，QS1318，QS16，HT1 4种，其中HT1是一种耐高温浸润剂, 是有机陶瓷基浸润剂，它能增强织物的耐温性，使石英玻璃纤维在1050-1200℃保持良好的性能。圣戈班公司石英玻璃纤维产品包括有捻纱、无捻粗纱、短切纤维、纤维棉、纤维毡和纤维砖。其中有捻纱的单丝直径为9-14µm，有27种规格。无捻粗纱的单丝直径9-14µm，有9种规格。短切纤维的单丝直径为9-14µm，有4种规格。纤维棉的单丝直径为2-9µm，有3种规格。纤维毡是在9µm 的石英玻璃纤维棉中浸入有机粘合剂烘干而成, 圣戈班公司有65g/㎝3，80g/㎝3，和100g/㎝33种规格。纤维砖是由连续的石英纤维均匀、无定形地和

无机粘结剂经过一定的工艺加工而成具有一定形状的材料，它的二氧化硅含量大于98.5%,含水率小于1%, 密度为130-550kg/m3,渗透性为0.111达西(darc y),能长期在1550℃下使用,且在高温下损耗极少。圣戈班公司可以按客户的要求定做纤维砖。

目前在国内能规模化生产石英玻璃纤维公司只有荆州市菲利华石英玻璃有限公司，该公司始建于1966年,经过40年的发展,现己拥有全国最大产能的石英锭和石英玻璃纤维生产线,为我国的“神舟5号”和“神舟6号”载人宇宙飞船提供过石英玻璃纤维材料,但石英玻璃纤维的品种较优少,在技术上和产品规格种类上和圣戈班公司相比存在较大的差距。荆州菲利华石英玻璃纤维产品的5 1伍含量有两种，A类SiO2>99.95%，B类SiO2>99.90%。产品包括有捻纱、无捻纱、纤维布、纤维套管、纤维棉。有捻纱、无捻纱、纤维布、纤维套管的单丝直径都为5-10µm但品种少。纤维棉的单丝直径为1-8µm，有3种规格。

最近，圣戈班公司新建了一条生产一种耐1300℃的高温的石英纤维针刺毡生产线,这种毡的二氧化硅含量能达到99.99%以上, 有着优越的耐温性和隔热性, 主要用于工业熔炉的保温、宇航飞船发动机的隔热、光学纤维拉丝过程中的隔热以及陶瓷纤维和石棉制品的替代材料。 结论

石英玻璃纤维是一种电绝缘性、耐温性、机械性能极优的高科技产品，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。现阶段我国的生产技术水平和国外先进水平相比存在着较大的差距，应大力开发石英玻璃纤维生产技术和产品种类，推动我国的航空、航天、半导体事业的发展。

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