La fibra de quars, amb la seva alta puresa, alta resistència a la temperatura, resistència a l'ablació, baixa conductivitat tèrmica, resistència al xoc tèrmic, transmissió d'ones, excel·lents propietats dielèctriques i bona estabilitat química, juga un paper irreemplaçable en camps de fabricació d'alta gamma com l'aeroespacial, les comunicacions electròniques i l'òptica. Tanmateix, el procés de preparació, des del mineral de quars natural d'alta puresa fins a l'alt rendimentproductes de fibra de quars, és una activitat exigent d'artesania en general i està influenciada per diversos factors.
1. Matèries primeres
L'enfocament en les matèries primeres inclou principalment la puresa, la mida de les partícules i les inclusions de gas. Pel que fa a la puresa, les impureses metàl·liques són un factor d'influència significatiu. Fins i tot els ions de metalls alcalins, alcalinoterris o de metalls de transició presents en concentracions de només unes poques parts per milió poden tenir un impacte substancial en els productes de fibra de quars: reduint la resistència a la temperatura, fent-los propensos a la deformació i la fallada a altes temperatures; induint la cristal·lització, accelerant la transformació del vidre de quars d'un estat amorf a un estat cristal·lí de cristobalita a altes temperatures, provocant fragilitat de la fibra i una forta disminució de la resistència; i afectant les propietats dielèctriques, ja que els ions d'impuresa augmenten la pèrdua dielèctrica, dificultant la seva aplicació en electrònica d'alta freqüència.
La mida de les partícules i les inclusions de gas de les matèries primeres determinen el contingut de bombolles de les barres de quars produïdes. Les barres de vidre de quars amb un alt contingut de bombolles són propenses a desfilar-se durant l'estirament per fusió i provoquen un augment dels microdefectes a la superfície de la fibra de quars, cosa que afecta en certa mesura la qualitat i el rendiment dels productes acabats de fibra de quars.
2. Dibuix de fusió
Convertir el material de quars sòlid en fibres contínues i uniformes és un pas crucial per determinar la seva microestructura i propietats mecàniques. Prenent com a exemple l'estirament de barres de quars utilitzant una flama oxihidrògena, la puresa, la pressió i el cabal d'hidrogen i oxigen, el control i l'ajust de la temperatura, la ruta del procés d'estirament i l'equip són determinants directes de la qualitat del producte de fibra de quars.
La temperatura de fusió es controla principalment pel cabal i la pressió dels gasos de combustió. Si la temperatura de fusió és massa alta, les fibres són propenses a fondre's i trencar-se; si la temperatura és massa baixa, la tensió de conformació augmenta, cosa que fa que sigui més probable que es desfilin i es trenquin. A més, la neteja ambiental també és molt important, ja que tot el procés d'estirament s'ha de dur a terme en un entorn ultra net. Qualsevol partícula de pols a l'aire que s'adhereixi a la superfície de la fibra es convertirà en punts de concentració d'estrès, reduint significativament la seva resistència mecànica.
3. Microestructura
L'estabilitat defibres de quarsen entorns d'alta temperatura a llarg termini depèn directament de la seva resistència a la cristal·lització. Com s'ha esmentat anteriorment, la cristal·lització és el principal mecanisme de fallada de les fibres de quars a altes temperatures. La velocitat de cristal·lització té una relació exponencial amb la temperatura. Els factors clau que afecten la cristal·lització inclouen:
* Estat de la superfície: Les microesquerdes, la contaminació i el desgast de la superfície de la fibra poden convertir-se en el punt de partida de la cristal·lització. Per tant, el tractament superficial i el recobriment protector són crucials.
* Microdefectes: En el cas de materials fràgils com les fibres de quars, la seva resistència és extremadament sensible a defectes com ara microesquerdes superficials i internes, bombolles i inclusions. Els processos de posttractament com el poliment a la flama i el decapatge àcid poden curar eficaçment les microesquerdes superficials i millorar la resistència.
4. Agent d'encapsulament
Durant el procés d'estirament de la fibra de quars, cal aplicar un agent de tractament superficial especial a la superfície de la fibra. Això lubrica eficaçment la superfície de la fibra, integra eficaçment els monofilaments de fibra en un feix i canvia l'estat de la superfície de la fibra. Això no només compleix els requisits del processament posterior del precursor de fibra, sinó que també promou la unió entre la fibra de quars i el polímer reforçat en materials compostos.
La qualitat deproductes de fibra de quarsno es determina per un sol pas, sinó per un procés d'enginyeria precís que implica tota la cadena de puresa de la matèria primera, el procés d'estirament per fusió, el control de la microestructura i la tecnologia de postprocessament.
Data de publicació: 20 de novembre de 2025
