Gentian Kuarza: Tahan Suhu Tinggi, Kalis Api dan Penebat Terma

1. Abstrak

Gentian kuarza ialah sejenis gentian kaca khas berprestasi tinggi yang terkenal dengan ketulenan yang tinggi, rintangan haba yang tinggi, pemalar dielektrik yang rendah dan kehilangannya. Ia biasanya digunakan dalam bidang berteknologi tinggi seperti aeroangkasa. Dihasilkan oleh teknologi pintar.

2. Ciri-ciri Prestasi Gentian Kuarza

Gentian kuarza mempunyai kandungan silika yang tinggi, mengekalkan beberapa ciri dan prestasi kuarza pepejal. Ia mempamerkan rintangan haba yang tinggi, penebat elektrik pada suhu dan frekuensi tinggi, kestabilan kimia yang sangat baik, boleh digunakan jangka panjang di bawah 1050 ℃, dan menahan suhu tinggi serta-merta sehingga 1700 ℃. Kekuatan tegangannya adalah tiga kali ganda daripada gentian biasa. Selain itu, ia mempunyai sifat dielektrik yang unggul, iaitu gentian mineral dengan pemalar dielektrik terendah dan pekali kehilangan dielektrik, dengan pemalar dielektrik 1MHz 3.70 dan pekali kehilangan dielektrik lebih rendah daripada 0.001. Dalam kawasan frekuensi tinggi dan di bawah 700℃, gentian kuarza mengekalkan pemalar dan kehilangan dielektrik paling rendah dan paling stabil, sambil mengekalkan lebih 70% kekuatannya. Ia biasanya digunakan sebagai tetulang struktur, penebat haba dan bahan telus gelombang untuk bahagian kritikal pesawat dan kapal angkasa.

3. Proses Penyediaan

l Kaedah pembuatan gentian kuarza terutamanya termasuk lukisan cair langsung, lukisan rod, dan kaedah sol-gel, antaranya lukisan rod adalah kaedah penyediaan industri utama.

l Proses lukisan rod melibatkan meletakkan kristal mentah atau serbuk silika tulen ke dalam relau rintangan bertekanan vakum, mencairkannya, kemudian menariknya ke dalam rod halus (kira-kira 2mm diameter). Semasa lukisan, agen pembasahan mula-mula digunakan pada gentian kuarza, diikuti dengan lukisan dalam pemanasan elektrik atau persekitaran nyalaan oksihidrogen untuk mendapatkan monofilamen kira-kira 8μm diameter. Akhir sekali, helai gentian dipintal bersama untuk membentuk benang gentian atau kain.

l Proses lukisan khusus boleh diterangkan secara ringkas seperti berikut: Kuarza cecair suhu tinggi menitis dari hujung bawah rod kuarza, dan mesin lukisan mengekalkan kelajuan putaran yang berterusan untuk meregangkan dan memejal gentian, membentuk gentian berterusan. Filamen halus baru berbentuk bulan sabit yang dipanggil akar gentian "" terbentuk di bahagian bawah batang kuarza. Perlu diingatkan bahawa suhu gentian tunggal menurun dengan ketara selepas ia ditarik keluar, yang boleh menjejaskan prestasi produk.

4. Produk Gentian Kuarza dan Kawasan Aplikasi

l Gentian kuarza boleh diproses menjadi pelbagai produk seperti benang gentian kuarza, kapas, kain felt, kain, lengan, gentian potong pendek, dan lain-lain. Benang gentian kuarza adalah produk biasa digunakan secara meluas dalam pembuatan antena radome pesawat.

l Gentian potong pendek dibuat daripada gentian kaca kuarza panjang tetap yang telah dipotong.

l Benang gentian kuarza diperbuat daripada silika ketulenan tinggi dan kristal kuarza semula jadi menjadi gentian panjang berterusan dengan kandungan SiO2 melebihi 99.95%, mampu digunakan jangka panjang pada suhu tinggi sehingga 1050 ℃, dan mempunyai pemalar dielektrik yang sangat rendah dan stabil dan kehilangan, menjadikannya bahan gentian tak organik fleksibel yang sangat baik dengan rintangan suhu tinggi.

l Kain gentian kuarza ditenun daripada benang gentian kuarza melalui pelbagai kaedah tenunan seperti biasa, kepar satin dan leno menjadi kain dengan ketebalan dan tenunan yang berbeza, menampilkan rintangan suhu tinggi, kekuatan tinggi, dielektrik rendah, kekonduksian haba rendah, rintangan terbakar, dsb.

l Kapas gentian kuarza terdiri daripada gentian kuarza tulen tanpa pengikat, bentuk dan susunan tidak sekata memberikan rupa kerinting menghalang pemampatan pengisi yang meningkatkan penebat; ia adalah pengganti yang baik untuk kapas gentian silika tinggi, kapas gentian seramik, kapas gentian basalt.

5. Faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Gentian Kuarza

l Diameter dan panjang gentian secara amnya, semakin halus diameter gentian kuarza, semakin tinggi kekuatan tegangannya. Kekuatan tegangan berkaitan dengan panjang gentian, berkurangan dengan ketara apabila panjang bertambah. Kesan diameter dan panjang pada gentian kuarza boleh dijelaskan oleh hipotesis mikrocrack: apabila diameter dan panjang gentian berkurangan, retakan mikro dalam gentian berkurangan dengan sewajarnya, meningkatkan kekuatan gentian.

l Kualiti cecair kaca mempengaruhi kekuatan gentian kuarza. Kekotoran dalam komposisi kaca atau turun naik dalam suhu plat bocor boleh menyebabkan penghabluran dalam gentian. Amalan telah menunjukkan bahawa gentian dengan penghabluran adalah lebih lemah daripada gentian amorf. Selain itu, gelembung dalam cecair kaca juga boleh mengurangkan kekuatan gentian.

l Rawatan permukaan memberi kesan kepada kekuatan. Semasa lukisan berterusan, agen pembasahan mesti digunakan pada gentian individu atau berkas membentuk filem pelindung pada permukaan gentian untuk mengelakkan geseran bersama semasa pemprosesan tekstil yang boleh merosakkan gentian dan mengurangkan kekuatan. Selepas rawatan haba untuk membuang agen pembasahan, kekuatan kain gentian kuarza berkurangan dengan ketara tetapi biasanya pulih selepas rawatan dengan pengikat perantaraan kerana salutan melindungi gentian dan mengimbangi kecacatan permukaan.

l Masa penyimpanan menjejaskan kekuatan. Kekuatan gentian kuarza berkurangan selepas penyimpanan untuk satu tempoh, dikenali sebagai penuaan terutamanya disebabkan oleh hakisan lembapan di udara. Oleh itu, gentian dengan kestabilan kimia yang tinggi mengalami pengurangan kekuatan yang kurang.

l Masa aplikasi beban mempengaruhi kekuatan. Kekuatan gentian kuarza berkurangan dengan penggunaan beban yang berpanjangan terutamanya ketara pada suhu ambien yang lebih tinggi mungkin disebabkan oleh air yang terserap dalam retakan mikro yang mempercepatkan pengembangan retakan di bawah daya luaran.