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無堿玻纖如何耐“高烤”
2012-7-11 來源:中國紡織報
關鍵詞:無堿玻璃纖維 航天航空工業(yè) 耐高溫
    作者的話:航天航空工業(yè)的發(fā)展,對一些耐高溫、耐高溫性能穩(wěn)定、高溫絕緣、高溫介電等高性能材料的要求不斷增加。列入基礎戰(zhàn)略性材料的高性能纖維材料就是其中之一。本文分析了石英纖維、高硅氧纖維和無堿玻璃纖維不同耐溫性能的原因在于纖維中SiO2含量的不同,可采用酸瀝濾方法提高無堿玻璃纖維中的SiO2含量,從而提高其耐高溫性能。提出把耐中高溫無堿玻璃纖維分5個耐溫等級的設想,以適應不同耐高溫要求,拓寬應用范圍,提高經濟效益。

  纖維材料大致上可分為天然纖維和人造纖維兩大類。天然纖維可分為有機纖維(如植物纖維)和無機纖維(如石棉)。人造纖維也可分為有機纖維(如高分子有機纖維)和無機纖維(如玻璃纖維)。天然有機纖維和人造高分子有機纖維耐溫性能差,而天然無機纖維如石棉具有耐高溫性能,但可惜它具有高致癌性,許多國家通過立法禁止、限制其生產和使用。  

  SiO2含量決定纖維耐高溫性能

  石英纖維是一種高純度人造無機纖維,SiO2含量>99.9%(可當做組分之一),可耐1200℃高溫,其軟化點高達1730℃;高硅氧玻璃纖維的SiO2含量>96%,可耐900℃~1000℃高溫;而無堿玻璃纖維的SiO2含量只有54%左右,其長期工作溫度一般<300℃。

  石英纖維、高硅氧玻璃纖維和無堿玻璃纖維之所以耐高溫性能差距這么大,原因是其纖維中的SiO2含量不同。雖然這3種纖維均以SiO2為其主要組分,但含量相差較大:石英纖維是一種高純度人造無機纖維,SiO2含量>99.9%(可當做組分之一),可耐1200℃高溫,其軟化點高達1730℃;高硅氧玻璃纖維的SiO2含量>96%,可耐900℃~1000℃高溫;而無堿玻璃纖維的SiO2含量只有54%左右,其長期工作溫度一般<300℃。

  拿高硅氧玻璃纖維來講,其原始玻璃纖維中SiO2含量為60%~70%,其耐溫性能并不高,但它經酸瀝濾后,其纖維中SiO2含量等于96%,才達到較高耐溫性能成為高硅氧玻璃纖維。當然對其再進行酸瀝濾,可進一步提高SiO2含量(如達到98%以上),則可再次提高其耐溫性能。但是,由于經酸瀝濾,去除纖維中非SiO2組分,強度下降,非SiO2組分去除越干凈,SiO2含量越高,其強度越低,這有可能影響到應用,當然從生產成本上考慮也不合算,所以高硅氧玻璃纖維SiO2含量≤96%,其耐溫性能只能達到900℃~1000℃左右。

  酸瀝濾參數(shù)選擇至關重要

  無堿玻璃纖維中也存在分相,所以可以采用高硅氧玻璃纖維酸瀝濾方法,去除纖維中部分非SiO2組分,從而提高纖維中SiO2含量,提高其耐高溫性能。

  國內高硅氧玻璃纖維酸瀝濾主要采用連續(xù)式和間歇式兩種方法,紗線類主要采用間歇式酸瀝濾。對于無堿玻纖維,無論紗線類或是織物,建議采用間歇式,這樣既可減少投資,又利于提高生產率,減少酸氣泄露。當然其酸瀝濾工藝參數(shù)也應與高硅氧玻璃纖維酸瀝濾工藝參數(shù)有差別。

  高硅氧玻璃纖維原始玻璃成分可分兩大類,即二元系和三元系。二元系為SiO2-Na2O,三元系為Na2O-CaO-SiO2和Na2O-B2O3-SiO2(我國為三元系),不管二元系還是三元系的原始玻璃成分,熔化拉制而成的原始玻璃纖維中均存在分相,即產生SiO2富集相和Na2O∶B2O3富集相,而后者易溶于酸。高硅氧玻璃纖維就是根據此原理,把原始玻璃纖維用熱酸液處理,去除非SiO2組分,使纖維形成微孔硅氧管架結構,SiO2含量達≥96%。再經熱燒結使微孔閉合,骨架結構趨于緊密,強度有所提高而成為高硅氧玻璃纖維。當然有的還須經表面化學處理,以滿足用戶后續(xù)制作加工以及應用性能要求。

  無堿玻纖維是硅酸鹽玻璃中一種堿金屬氧化物含量<1%的玻璃態(tài)纖維,其典型成分為:SiO2-53.56%,B2O3-10.75%,Al2O3-15.2%,CaO-14.5%,MgO-4.16%,Na2O-1.75%。無堿玻璃纖維中也存在分相,所以可以采用高硅氧玻璃纖維酸瀝濾方法,去除纖維中部分非SiO2組分,從而提高纖維中的SiO2含量,提高其耐高溫性能。

  國內高硅氧玻璃纖維酸瀝濾主要采用連續(xù)式和間歇式兩種方法,紗線類主要采用間歇式酸瀝濾。對于無堿玻璃纖維,無論紗線類或是織物,建議采用間歇式,這樣既可減少投資,又利于提高生產率,減少酸氣泄露。當然其酸瀝濾工藝參數(shù)也應與高硅氧玻璃纖維酸瀝濾工藝參數(shù)有差別。

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