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| 石英玻璃纤维的性能 | |
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石英玻璃纤维是由硅氧四面体组成的三度空间网络结构。因此，具有优良的物理化学性能、电气性能、力学性能和热学性能。 （一）化学性能 高硅氧和石英玻璃的化学组成见表11-4；石英玻璃及其纤维的物理性能见表11-5。石英玻璃除了氩氟酸和热磷酸外，其他液态与气态的氢卤酸和普通酸类及弱碱对它们都不起作用，见表11-6、表11-7。和普通硅酸盐玻璃纤维一样，高硅氧玻璃纤维与石英玻璃纤维在受碱溶液侵蚀时，由于硅氧骨架遭到破坏，纤维强度急剧下降。因此，它们不适于在强碱性介质中应用。但弱碱溶液对它不起作用，见表11-8。同时它们也不溶于水和有机溶剂。石英玻璃在25℃水中，历时400天，仅溶出200ppm左右。 表11-8 常用碱、盐溶引起的失重
（二）力学性能 新生态石英玻璃纤维的力学性能见表11-9。由表可知，新生态石英玻璃纤维由于表面缺陷极少，成型温度等工艺参数合理，表面微裂缝等缺陷极少，所以具有很高的拉伸强度。石英玻璃纤维原丝浸渍环氧树脂胶液制成的试样，经固化后采用无惯性拉力机进行测试。测试结果列于表11-10。由表11-9可知，新生态石英玻璃纤维的拉伸强度比E纤维提高76.47%，而其原丝浸渍环氧树脂胶液制成胶纱试样的强度只提高了50%，这主要是纤维成型过程中，以及后来浸胶制样时纤维表面的损伤造成的，但这更接近实际使用情况。如果在应用中能保持这样的优势，石英玻璃纤维在结构材料方面的应用，尤其是高温结构材料方面的应用将进一步扩大。采用增强型浸润剂拉制的石英玻璃纤维原丝、含股纱、无捻粗纱及其织物，对环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂等都具有很好的相容性与浸润性，从而提高了复合材料的物理化学性能。石英玻璃纤维及其织物增强环氧树脂和氰酸酯树脂的复合材料的力学性能见表11-11～表11-14。由表可知，石英玻璃纤维无捻粗纱和织物增强的复合材料，拉伸强度优于E玻璃纤维增强的复合材料，而两者的压缩强度和弯曲强度都很相近。采用原丝和无捻粗纱浸渍树脂胶液，经固化后制成的胶纱为试样，不但能反映出增强材料本身的力学性能，而且还能反映出它与树脂的浸润性能、粘结性能以及生产工艺的稳定性。在复合材料的生产过程中，经常以此来检验增强材料及其与树脂复合的相关性能。碳纤维复丝的测试方法就是一个例子。 表11-12 石英纤维夫捻粗纱增强氰酸酯树脂单向复合材料力学性能
石英玻璃具有优良的介电性能。表11-15列出了不同类型玻璃的介电性能。由表可见，除D玻璃的介电常数值接近于石英玻璃外，它比E玻璃和R/S玻璃分别低了42% (1MHz）、39%(10GHz）和26%（1MHz）、28%（lOGHz）。在介质损耗方面，在频率1MHz时，石英玻璃的介质损耗只有D玻璃的1/8，其他情况均低1个数量级以上。石英玻璃介电常数、介质损耗与频率间的关系见图11-9和图11-10。石英玻璃介电常数和介质损耗与温度的关系见图6-ll。由图可知，当温度低于700℃时石英玻璃的介电常数和介质损耗不随温度的升高而变化。 表11-16表明，石英玻璃纤维增强聚酯树脂的复合材料的介电性能优于D纤维、E纤维聚酯树脂复合材料的介电性能。石英玻璃纤维复合材料介电性能与温度的关系见表11-17。不同树脂对石英玻璃纤维复合材料介电性能的影响见图11-12和图11-13。试验结果表明，以氰酸酯树脂为基体的复合材料具有的介电常数和介质损耗，同时表现出与石英玻璃相类似的规律。 表11-17 石英玻璃纤维复合材料介电性能与温度的关系
（四）热学性质 石英玻璃纤维SiO2含量非常高，加热到1649℃也不会熔融和蒸发。当温度连续或长期超过982℃时，由于方石英晶体的析出，纤维变硬后发脆，但其物理形态或隔热性能不变。石英玻璃纤维还具有优良的抗热冲击性能，如将它加热到1093℃后，迅速投入水中急冷，其物理形态不发生任何变化。 石英玻璃纤维织物（8缎缎纹组织）在不同温度下曝露1个月后，测得其断裂强力与温度的关系，如图11-14所示。由图可见，其高温强度保留率在950℃时约为50%，在1200℃时约为36%，是其他玻璃纤维所不可比拟的。不过对于标准型石英玻璃纤维织物则要差些。 石英玻璃纤维及其织物在1000℃下，历时1000h后，测得其收缩率低于1.5%。因此，在实际使用中，可视其为无收缩，而且热曝露后还具有较好的柔软性。 石英玻璃纤维和其他玻璃纤维、硅酸铝纤维一样，热膨胀呈现出各向同性的特点。但它的热膨胀系数小，仅0.54×106/K，D纤维、E纤维、R/S纤维分别为3×10'6/K.5×10'6/K和4×10-6/K。 |