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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 耐高溫
    作者的話:航天航空工業的發展,對一些耐高溫、耐高溫性能穩定、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也應與高硅氧玻璃纖維酸瀝濾工藝參數有差別。

  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也應與高硅氧玻璃纖維酸瀝濾工藝參數有差別。

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