石英繊維：耐高温性、難燃性、断熱性

1. 概要

石英繊維は、高純度、高耐熱性、低誘電率、低損失で知られる高性能特殊ガラス繊維の一種で、航空宇宙などのハイテク分野でよく使用されています。インテリジェントテクノロジーによって生成されます。

2. 石英繊維の性能特性

石英繊維はシリカ含有量が高く、固体石英の一部の特性と性能を保持しています。耐熱性が高く、高温および高周波での電気絶縁性があり、化学的安定性に優れ、1050℃以下で長期間使用でき、瞬間的な高温にも1700℃まで耐えることができます。引張強度は一般繊維の3倍です。また、優れた誘電特性を備えており、鉱物繊維の中で最も誘電率と誘電損失係数が低く、1MHzの誘電率は3.70、誘電損失係数は0.001未満です。高周波および700℃以下の領域では、石英繊維は最も低く安定した誘電率と損失を維持し、強度の70％以上を保持します。航空機や宇宙船の重要な部品の構造補強材、断熱材、波透過材としてよく使用されます。

3. 準備プロセス

l 石英繊維の製造方法には、主に直接溶融延伸法、ロッド延伸法、ゾルゲル法があり、その中でロッド延伸法が主な工業的製造方法です。

l ロッド延伸プロセスでは、原料の水晶または純粋なシリカ粉末を真空加圧抵抗炉に入れて溶かし、細いロッド（直径約 2 んん）に延伸します。延伸中、最初に湿潤剤が石英繊維に塗布され、次に電気加熱または酸水素炎環境で延伸され、直径約 8 μm のモノフィラメントが得られます。最後に、繊維ストランドを撚り合わせて繊維糸または織物を形成します。

l 具体的な延伸プロセスは、次のように簡単に説明できます。高温の液体石英が石英棒の下端から滴り落ち、延伸機が一定の回転速度を維持して繊維を引き伸ばして固め、連続繊維を形成します。石英棒の底に、繊維根と呼ばれる新しい三日月形の細いフィラメントが形成されます。単繊維は引き抜かれた後、温度が大幅に低下するため、製品の性能に影響を与える可能性があることに注意してください。

4. 石英繊維製品と応用分野

l 石英繊維は、石英繊維糸、綿、フェルト、布、袖、ショートカット繊維などのさまざまな製品に加工できます。石英繊維糸は、航空機のレドームアンテナの製造に広く使用されている一般的な製品です。

l ショートカットファイバーは、あらかじめカットされた固定長の石英ガラスファイバーから作られています。

l 石英繊維糸は、高純度シリカと天然石英結晶からSiO2含有量が99.95％以上の連続長繊維に加工されており、1050℃までの高温で長期使用が可能で、誘電率と損失が極めて低く安定しており、耐高温性に優れた柔軟な無機繊維素材です。

l 石英繊維布は、石英繊維糸を平織り、朱子綾織り、レノ織りなどのさまざまな織り方で織り、さまざまな厚さや織り方の布に織り上げられ、耐熱性、強度、誘電率、熱伝導率、耐燃性などの特徴を備えています。

l 石英繊維綿は結合剤のない純粋な石英繊維で構成されており、形状と配列が不規則で巻き毛のような外観を呈し、充填材の圧縮を防ぎ、断熱性を高めます。高シリカ繊維綿、セラミック繊維綿、玄武岩繊維綿の優れた代替品です。

5. 石英繊維の強度に影響を与える要因

l 繊維の直径と長さは、一般的に、石英繊維の直径が細いほど、引張強度が高くなります。引張強度は繊維の長さに関係しており、長さが長くなると大幅に低下します。直径と長さが石英繊維に与える影響は、マイクロクラック仮説によって説明できます。繊維の直径と長さが減少すると、繊維内のマイクロクラックもそれに応じて減少し、繊維の強度が高まります。

l ガラス液の品質は石英繊維の強度に影響します。ガラス組成の不純物やリークプレートの温度の変動により、繊維が結晶化する可能性があります。結晶化した繊維は非晶質繊維よりも弱いことが実証されています。さらに、ガラス液内の気泡も繊維の強度を低下させる可能性があります。

l 表面処理は強度に影響します。連続延伸中、繊維加工中の相互摩擦による繊維の損傷や強度低下を防ぐために、個々の繊維または繊維束に湿潤剤を塗布して繊維表面に保護膜を形成する必要があります。湿潤剤を除去する熱処理後、石英繊維布の強度は大幅に低下しますが、中間バインダーで処理すると、コーティングが繊維を保護し、表面の欠陥を補うため、強度は通常回復します。

l 保管期間は強度に影響します。石英繊維の強度は、主に空気中の水分による侵食により、一定期間保管すると劣化と呼ばれる現象により低下します。したがって、化学的安定性が高い繊維は強度の低下が少なくなります。

l 荷重の適用時間は強度に影響します。石英繊維の強度は、長時間の荷重の適用により低下します。これは、外力による亀裂の拡大を加速する微小亀裂に吸着された水が原因であると考えられる、周囲温度が高い場合に顕著になります。