| 石英玻璃纖維的性能 | |
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石英玻璃纖維是由硅氧四面體組成的三度空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能、電氣性能、力學(xué)性能和熱學(xué)性能。 ?。ㄒ唬┗瘜W(xué)性能 高硅氧和石英玻璃的化學(xué)組成見(jiàn)表11-4；石英玻璃及其纖維的物理性能見(jiàn)表11-5。石英玻璃除了氬氟酸和熱磷酸外，其他液態(tài)與氣態(tài)的氫鹵酸和普通酸類及弱堿對(duì)它們起作用，見(jiàn)表11-6、表11-7。和普通硅酸鹽玻璃纖維一樣，高硅氧玻璃纖維與石英玻璃纖維在受堿溶液侵蝕時(shí)，由于硅氧骨架遭到破壞，纖維強(qiáng)度急劇下降。因此，它們不適于在強(qiáng)堿性介質(zhì)中應(yīng)用。但弱堿溶液對(duì)它不起作用，見(jiàn)表11-8。同時(shí)它們也不溶于水和溶劑。石英玻璃在25℃水中，歷時(shí)400天，溶出200ppm左右。 表11-8 常用堿、鹽溶引起的失重
（二）力學(xué)性能 態(tài)石英玻璃纖維的力學(xué)性能見(jiàn)表11-9。由表可知，態(tài)石英玻璃纖維由于表面缺陷少，成型溫度等工藝參數(shù)合理，表面微裂縫等缺陷少，所以具有很高的拉伸強(qiáng)度。石英玻璃纖維原絲浸漬環(huán)氧樹(shù)脂膠液制成的試樣，經(jīng)固化后采用無(wú)慣性拉力機(jī)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果列于表11-10。由表11-9可知，態(tài)石英玻璃纖維的拉伸強(qiáng)度比E纖維76.47%，而其原絲浸漬環(huán)氧樹(shù)脂膠液制成膠紗試樣的強(qiáng)度只了50%，這主要是纖維成型過(guò)程中，以及后來(lái)浸膠制樣時(shí)纖維表面的損傷造成的，但這更接近實(shí)際使用情況。如果在應(yīng)用中能保持這樣的優(yōu)勢(shì)，石英玻璃纖維在結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用，尤其是高溫結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大。采用增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑拉制的石英玻璃纖維原絲、含股紗、無(wú)捻粗紗及其織物，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂等都具有很好的相容性與浸潤(rùn)性，從而了復(fù)合材料的物理化學(xué)性能。石英玻璃纖維及其織物增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂和氰酸酯樹(shù)脂的復(fù)合材料的力學(xué)性能見(jiàn)表11-11～表11-14。由表可知，石英玻璃纖維無(wú)捻粗紗和織物增強(qiáng)的復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度E玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料，而兩者的壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都很相近。采用原絲和無(wú)捻粗紗浸漬樹(shù)脂膠液，經(jīng)固化后制成的膠紗為試樣，不但能反映出增強(qiáng)材料本身的力學(xué)性能，而且還能反映出它與樹(shù)脂的浸潤(rùn)性能、粘結(jié)性能以及生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性。在復(fù)合材料的生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常以此來(lái)檢驗(yàn)增強(qiáng)材料及其與樹(shù)脂復(fù)合的相關(guān)性能。碳纖維復(fù)絲的測(cè)試方法就是一個(gè)例子。 表11-12 石英纖維夫捻粗紗增強(qiáng)氰酸酯樹(shù)脂單向復(fù)合材料力學(xué)性能
石英玻璃具有優(yōu)良的介電性能。表11-15列出了不同類型玻璃的介電性能。由表可見(jiàn)，除D玻璃的介電常數(shù)值接近于石英玻璃外，它比E玻璃和R/S玻璃分別低了42% (1MHz）、39%(10GHz）和26%（1MHz）、28%（lOGHz）。在介質(zhì)損耗方面，在頻率1MHz時(shí)，石英玻璃的介質(zhì)損耗只有D玻璃的1/8，其他情況均低1個(gè)數(shù)量級(jí)以上。石英玻璃介電常數(shù)、介質(zhì)損耗與頻率間的關(guān)系見(jiàn)圖11-9和圖11-10。石英玻璃介電常數(shù)和介質(zhì)損耗與溫度的關(guān)系見(jiàn)圖6-ll。由圖可知，當(dāng)溫度低于700℃時(shí)石英玻璃的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗不隨溫度的升高而變化。 表11-16表明，石英玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹(shù)脂的復(fù)合材料的介電性能D纖維、E纖維聚酯樹(shù)脂復(fù)合材料的介電性能。石英玻璃纖維復(fù)合材料介電性能與溫度的關(guān)系見(jiàn)表11-17。不同樹(shù)脂對(duì)石英玻璃纖維復(fù)合材料介電性能的影響見(jiàn)圖11-12和圖11-13。試驗(yàn)結(jié)果表明，以氰酸酯樹(shù)脂為基體的復(fù)合材料具有的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗，同時(shí)表現(xiàn)出與石英玻璃相類似的規(guī)律。 表11-17 石英玻璃纖維復(fù)合材料介電性能與溫度的關(guān)系
?。ㄋ模釋W(xué)性質(zhì) 石英玻璃纖維SiO2含量高，加熱到1649℃也不會(huì)熔融和蒸發(fā)。當(dāng)溫度連續(xù)或長(zhǎng)期過(guò)982℃時(shí)，由于方石英晶體的析出，纖維后發(fā)脆，但其物理形態(tài)或隔熱性能不變。石英玻璃纖維還具有優(yōu)良的熱沖擊性能，如將它加熱到1093℃后，投入水中急冷，其物理形態(tài)不發(fā)生任何變化。 石英玻璃纖維織物（8緞緞紋組織）在不同溫度下曝露1個(gè)月后，測(cè)得其斷裂強(qiáng)力與溫度的關(guān)系，如圖11-14所示。由圖可見(jiàn)，其高溫強(qiáng)度保留率在950℃時(shí)約為50%，在1200℃時(shí)約為36%，是其他玻璃纖維所的。不過(guò)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型石英玻璃纖維織物則要差些。 石英玻璃纖維及其織物在1000℃下，歷時(shí)1000h后，測(cè)得其收縮率低于1.5%。因此，在實(shí)際使用中，可視其為無(wú)收縮，而且熱曝露后還具有較好的柔軟性。 石英玻璃纖維和其他玻璃纖維、硅酸鋁纖維一樣，熱膨脹呈現(xiàn)出各向同性的特點(diǎn)。但它的熱膨脹系數(shù)小，0.54×106/K，D纖維、E纖維、R/S纖維分別為3×10'6/K.5×10'6/K和4×10-6/K。 |
