Fibre de quartz : résistante aux hautes températures, ignifuge et isolante thermique

1. Résumé

La fibre de quartz est un type de fibre de verre spéciale haute performance connue pour sa grande pureté, sa résistance élevée à la chaleur, sa faible constante diélectrique et ses faibles pertes. Elle est couramment utilisée dans les domaines de haute technologie tels que l'aérospatiale. Généré par une technologie intelligente.

2. Caractéristiques de performance de la fibre de quartz

La fibre de quartz a une teneur élevée en silice, conservant certaines caractéristiques et performances du quartz solide. Elle présente une résistance élevée à la chaleur, une isolation électrique à hautes températures et fréquences, une excellente stabilité chimique, peut être utilisée à long terme en dessous de 1050℃ et résiste à des températures élevées instantanées jusqu'à 1700℃. Sa résistance à la traction est trois fois supérieure à celle des fibres ordinaires. De plus, elle possède des propriétés diélectriques supérieures, étant la fibre minérale avec la constante diélectrique et le coefficient de perte diélectrique les plus faibles, avec une constante diélectrique à 1 MHz de 3,70 et un coefficient de perte diélectrique inférieur à 0,001. Dans les régions à haute fréquence et en dessous de 700℃, la fibre de quartz maintient la constante diélectrique et la perte les plus faibles et les plus stables, tout en conservant plus de 70 % de sa résistance. Elle est couramment utilisée comme renfort structurel, isolation thermique et matériaux transparents aux ondes pour les pièces critiques des avions et des engins spatiaux.

3. Processus de préparation

l Les méthodes de fabrication de fibres de quartz comprennent principalement l'étirage par fusion directe, l'étirage par tige et les méthodes sol-gel, parmi lesquelles l'étirage par tige est la principale méthode de préparation industrielle.

l Le procédé d'étirage des tiges consiste à placer du cristal brut ou de la poudre de silice pure dans un four à résistance sous vide, à le faire fondre, puis à l'étirer en fines tiges (environ 2 mm de diamètre). Pendant l'étirage, un agent mouillant est d'abord appliqué sur la fibre de quartz, puis étiré dans un environnement de chauffage électrique ou de flamme oxhydrique pour obtenir des monofilaments d'environ 8 μm de diamètre. Enfin, les brins de fibres sont torsadés ensemble pour former un fil ou un tissu de fibres.

l Le processus d'étirage spécifique peut être brièvement décrit comme suit : du quartz liquide à haute température s'écoule de l'extrémité inférieure de la tige de quartz et la machine à étirer maintient une vitesse de rotation constante pour étirer et solidifier la fibre, formant ainsi des fibres continues. Un nouveau filament fin en forme de croissant appelé "fiber root" se forme au bas de la tige de quartz. Il convient de noter que la température de la fibre individuelle chute considérablement après son étirage, ce qui peut affecter les performances du produit.

4. Produits en fibre de quartz et domaines d'application

l La fibre de quartz peut être transformée en divers produits tels que le fil de fibre de quartz, le coton, le feutre, le tissu, les manchons, les fibres coupées courtes, etc. Le fil de fibre de quartz est un produit courant largement utilisé dans la fabrication d'antennes de radôme d'avion.

l Les fibres courtes sont fabriquées à partir de fibres de verre de quartz prédécoupées de longueur fixe.

l Le fil de fibre de quartz est fabriqué à partir de silice de haute pureté et de cristaux de quartz naturels en fibres longues continues avec une teneur en SiO2 de plus de 99,95 %, capable d'une utilisation à long terme à des températures élevées jusqu'à 1050 ℃, et présente une constante diélectrique et une perte extrêmement faibles et stables, ce qui en fait un excellent matériau en fibre inorganique flexible avec une résistance aux températures élevées.

l Le tissu en fibre de quartz est tissé à partir de fils de fibre de quartz à travers diverses méthodes de tissage telles que le tissage uni, le sergé satiné et le gaze dans des tissus de différentes épaisseurs et tissages, caractérisés par une résistance à haute température, une résistance élevée, une faible diélectrique, une faible conductivité thermique, une résistance à la brûlure, etc.

l Le coton en fibre de quartz est constitué de fibres de quartz pures sans liants, de forme et de disposition irrégulières lui donnant un aspect bouclé empêchant la compression de la charge améliorant l'isolation ; c'est un bon substitut au coton en fibre de silice, au coton en fibre céramique, au coton en fibre de basalte.

5. Facteurs affectant la résistance des fibres de quartz

l En général, le diamètre et la longueur des fibres sont les plus fins. Plus le diamètre des fibres de quartz est fin, plus leur résistance à la traction est élevée. La résistance à la traction est liée à la longueur des fibres et diminue de manière significative à mesure que la longueur augmente. L'effet du diamètre et de la longueur sur les fibres de quartz peut être expliqué par l'hypothèse des microfissures : lorsque le diamètre et la longueur des fibres diminuent, les microfissures à l'intérieur de la fibre diminuent en conséquence, ce qui augmente la résistance des fibres.

l La qualité du liquide de verre affecte la résistance de la fibre de quartz. Les impuretés dans la composition du verre ou les fluctuations de la température de la plaque de fuite peuvent entraîner une cristallisation des fibres. La pratique a montré que les fibres cristallisées sont plus fragiles que les fibres amorphes. De plus, les bulles dans le liquide de verre peuvent également réduire la résistance des fibres.

l Le traitement de surface affecte la résistance. Lors de l'étirage en continu, un agent mouillant doit être appliqué sur les fibres individuelles ou les faisceaux pour former un film protecteur sur la surface des fibres afin d'éviter les frottements mutuels pendant le traitement textile qui pourraient endommager la fibre et réduire la résistance. Après un traitement thermique pour éliminer l'agent mouillant, la résistance du tissu en fibre de quartz diminue considérablement, mais se rétablit généralement après un traitement avec un liant intermédiaire car le revêtement protège la fibre et compense les défauts de surface.

l Le temps de stockage affecte la résistance. La résistance des fibres de quartz diminue après un certain temps de stockage, appelé vieillissement, principalement en raison de l'érosion due à l'humidité de l'air. Ainsi, les fibres à haute stabilité chimique subissent moins de perte de résistance.

l Le temps d'application de la charge affecte la résistance. La résistance des fibres de quartz diminue avec une application prolongée de la charge, ce qui est particulièrement visible à des températures ambiantes plus élevées, probablement en raison de l'eau adsorbée dans les microfissures, ce qui accélère l'expansion des fissures sous l'effet d'une force externe.