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| 石英纖維的應用現狀及展望 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2013-08-23 12:58:56 瀏覽次數： |
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石英纖維是將高純石英高溫熔化后拉制成絲的，是一種SiO2含量高（>99.95%）的無(wú)機高性能纖維，具有耐高溫絕緣、耐燒蝕、耐腐蝕、隔熱透波、優(yōu)良的介電性能，廣泛應用于航空、航天、軍事、醫學(xué)等高端領(lǐng)域，例如導彈天線(xiàn)罩、發(fā)動(dòng)機套管、隔熱層、生物導管等。具體應用領(lǐng)域有以下幾方面：
一、在航空航天領(lǐng)域的應用
1、透波材料
航空航天透波材料是保護飛行器在惡劣環(huán)境條件下通訊、遙測、制導、引爆等系統正常工作的一種多功能介質(zhì)材料，在各種飛行器無(wú)線(xiàn)電系統中得到了廣泛應用。隨著(zhù)飛行器飛行馬赫數不斷提高，處于飛行器氣動(dòng)力和氣動(dòng)熱最大、最高位置的天線(xiàn)罩需承受的溫度和熱沖擊越來(lái)越高。石英纖維因其具有介電常數低和正切損耗小的優(yōu)點(diǎn),并且具有彈性模量隨溫度升高而增加的罕見(jiàn)特性,應用于透波材料中，從而保證透波材料具有很高的透波率和一定的機械強度。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)王磊等采用溶膠-凝膠法在石英纖維的表面涂敷Al2O3涂層,并與甲基硅樹(shù)脂制成復合材料，結果表明,Al2O3涂層在500℃下可有效隔絕石英纖維與樹(shù)脂基體之間的反應,改善復合材料的界面強度,提高復合材料的層間剪切性能。經(jīng)400、600℃熱處理后的Al2O3涂敷石英纖維增強復合材料的層間剪切強度分別為8.2、5.4MPa,分別是未涂敷復合材料的3.4倍和2.3倍。
北京航空材料研究院陳夢(mèng)怡等研究了石英纖維增強新型的改性氰酸酯樹(shù)脂基復合材料的耐熱性、力學(xué)性能和介電性能，結果表明氰酸酯樹(shù)脂/石英纖維復合材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能和優(yōu)異的介電性能，可在150℃下使用。尤其是氰酸酯樹(shù)脂/石英纖維復合材料的介電性能具有極好的頻率穩定性，適合作為寬頻高透波材料。
2、隔熱材料
無(wú)機纖維材料由于其質(zhì)輕、低熱導率、原料廣泛等顯著(zhù)特點(diǎn)被廣泛應用于航空航天器的熱防護系統中。與有機纖維相比，無(wú)機纖維除了強度和模量較高外，更重要的是具有很好的耐高溫性。石英纖維作為一種優(yōu)良的耐高溫無(wú)機纖維，保持了固體石英的特點(diǎn)和性能，因此被廣泛應用于航空航天熱防護工程中。
北京化工大學(xué)張曉潔等研究了有機硅樹(shù)脂/石英纖維復合材料的拉伸性能、耐高溫性能和介電性能。研究結果表明,纖維預處理方式對纖維和復合材料力學(xué)性能有較大影響。采用甲苯浸泡,繼而350℃高溫加熱400s可在獲得較好纖維強度的前提下除去浸潤劑。復合材料經(jīng)熱處理后仍能保持很好的力學(xué)強度和介電性能,550℃處理后,拉伸強度達到了360MPa以上,介電常數仍在3.30以下,滿(mǎn)足導彈天線(xiàn)罩用復合材要求。
二、在生物醫學(xué)領(lǐng)域的應用
石英纖維生物相容性好，機械性能好，抗疲勞，抗腐蝕，美觀(guān)，操作簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)點(diǎn)已越來(lái)越廣泛地被臨床醫師及患者所接受。石英纖維在生物醫學(xué)領(lǐng)域主要應用于牙齒修復和人體骨骼修復等方向。
牙冠修復手術(shù)中，后牙由于其根管彎曲不平行,在進(jìn)行金屬樁核修復時(shí),很難取得共同進(jìn)位道,臨床應用難度較大。而應用石英纖維樁則不存在這樣的問(wèn)題,另外由于纖維樁其彈性模量與牙本質(zhì)接近,因而比金屬樁更為有效地傳遞和分散應力,不會(huì )在根尖部產(chǎn)生應力集中。上海交通大學(xué)醫學(xué)院附屬第九人民醫院吳悅梅等采用環(huán)氧樹(shù)脂為基體，以石英纖維為增強材料，自行研制出用于根管樁的纖維增強樹(shù)脂基復合材料，復合材料的彎曲強度和剪切強度隨著(zhù)纖維含量的增加而增加, 彎曲強度范圍在741～1165MPa之間, 剪切強度范圍在 36.7～50.4MPa之間, 相應的纖維質(zhì)量含量范圍在53.3～78.6Wt%之間, 彈性模量范圍在 30.6～51.9GPa之間。電鏡觀(guān)察顯示: 纖維在樹(shù)脂中分布均勻; 纖維與樹(shù)脂結合良好。制備得到的石英纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復合材料具備良好的機械性能, 能夠滿(mǎn)足根管樁材料的要求。
石英纖維樁
三、在建筑材料領(lǐng)域的應用
石英纖維可作為墻面裝飾材料（即石英纖維壁布），由于石英纖維壁布具有各種編制花紋，能和各種顏色涂料進(jìn)行組合和匹配，為墻面的裝飾提供了豐富的裝飾選擇。此外，在防火、耐酸堿、抗沖擊、防開(kāi)裂、抗靜電、透氣性等性能優(yōu)越，因此在酒店、辦公樓、劇院、學(xué)校、醫家庭等獲得了廣泛應用，是一種新型的綠色墻面裝飾材料。
石英纖維壁布
石英纖維是一種玻璃態(tài)材料,處于熱力學(xué)不穩定狀態(tài),在高溫下易析出方石英相。析出的方石英在溫度漲落過(guò)程中存在著(zhù)較大的體積效應,導致纖維脆化、致使復合材料的力學(xué)性能大幅下降,嚴重地制約了復合材料在高溫下的使用。
在石英纖維的力學(xué)行為中,濕敏性是它最大的一個(gè)缺點(diǎn)。作為復合材料的增強相來(lái)說(shuō),這就意味著(zhù)在預制件的編織成型和復合材料的制備成型過(guò)程中,都要避免石英纖維與水分直接或者間接接觸,否則,石英纖維的力學(xué)性能會(huì )迅速惡化,進(jìn)而導致復合材料的相關(guān)物理化學(xué)性能下降。
所以對石英纖維進(jìn)行表面處理成為研究重點(diǎn)，通過(guò)表面處理一方面增強與基體的相容性，提高復合體系的基本性能，另一方面減小石英纖維自身的損傷。目前，對于石英纖維表面處理的研究報道較少，今后可在該方向上加強研究力度，克服石英纖維存在的一些缺點(diǎn)，不斷擴大石英纖維的應用領(lǐng)域。 |
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