Fibra de cuarzo: resistente a altas temperaturas, ignífuga y aislante térmica.

1. Resumen

La fibra de cuarzo es un tipo de fibra de vidrio especial de alto rendimiento, conocida por su alta pureza, alta resistencia al calor, baja constante dieléctrica y mínima pérdida. Se utiliza comúnmente en campos de alta tecnología como el aeroespacial. Generada mediante tecnología inteligente.

2. Características de rendimiento de la fibra de cuarzo

La fibra de cuarzo posee un alto contenido de sílice, conservando algunas características y el rendimiento del cuarzo sólido. Presenta una alta resistencia al calor, aislamiento eléctrico a altas temperaturas y frecuencias, excelente estabilidad química, puede utilizarse a largo plazo por debajo de 1050 °C y soporta altas temperaturas instantáneas de hasta 1700 °C. Su resistencia a la tracción es tres veces mayor que la de las fibras comunes. Además, posee propiedades dieléctricas superiores, siendo la fibra mineral con la constante dieléctrica y el coeficiente de pérdida dieléctrica más bajos, con una constante dieléctrica de 3,70 a 1 MHz y un coeficiente de pérdida dieléctrica inferior a 0,001. En regiones de alta frecuencia y por debajo de 700 °C, la fibra de cuarzo mantiene la constante dieléctrica y la pérdida más bajas y estables, conservando más del 70 % de su resistencia. Se utiliza comúnmente como refuerzo estructural, aislamiento térmico y material transparente a las ondas para componentes críticos de aeronaves y naves espaciales.

3. Proceso de preparación

l Los métodos de fabricación de fibra de cuarzo incluyen principalmente el estirado por fusión directa, el estirado de varilla y los métodos sol-gel, entre los cuales el estirado de varilla es el principal método de preparación industrial.

l El proceso de estirado de varillas consiste en introducir cristal crudo o polvo de sílice pura en un horno de resistencia al vacío, fundirlo y estirarlo hasta obtener varillas finas (de aproximadamente 2 mm de diámetro). Durante el estirado, se aplica primero un agente humectante a la fibra de cuarzo, seguido de un proceso de estirado en un entorno de calentamiento eléctrico o llama de oxihidrógeno para obtener monofilamentos de aproximadamente 8 μm de diámetro. Finalmente, las hebras de fibra se retuercen para formar hilo o tejido.

l El proceso de estirado específico se puede describir brevemente de la siguiente manera: El cuarzo líquido a alta temperatura gotea desde el extremo inferior de la varilla de cuarzo, y la máquina de estirado mantiene una velocidad de rotación constante para estirar y solidificar la fibra, formando fibras continuas. En la base de la varilla de cuarzo se forma un nuevo filamento fino en forma de media luna, denominado raíz de fibra. Cabe destacar que la temperatura de la fibra individual disminuye significativamente después del estirado, lo que puede afectar el rendimiento del producto.

4. Productos de fibra de cuarzo y áreas de aplicación

l La fibra de cuarzo se puede procesar para obtener diversos productos, como hilo de fibra de cuarzo, algodón, fieltro, tela, fundas, fibras cortas, etc. El hilo de fibra de cuarzo es un producto común ampliamente utilizado en la fabricación de antenas de radomo para aeronaves.

l Las fibras de corte corto se fabrican a partir de fibras de vidrio de cuarzo precortadas de longitud fija.

l El hilo de fibra de cuarzo está fabricado con sílice de alta pureza y cristales de cuarzo natural en fibras largas y continuas con un contenido de SiO2 superior al 99,95 %, capaz de soportar un uso prolongado a altas temperaturas de hasta 1050 ℃, y presenta una constante dieléctrica y una pérdida extremadamente bajas y estables, lo que lo convierte en un excelente material de fibra inorgánica flexible con alta resistencia a la temperatura.

l La tela de fibra de cuarzo se teje a partir de hilo de fibra de cuarzo mediante diversos métodos de tejido, como el liso, la sarga satinada y el gasa, para obtener telas de diferentes grosores y tejidos, que presentan alta resistencia a la temperatura, alta resistencia mecánica, baja constante dieléctrica, baja conductividad térmica, resistencia al fuego, etc.

l El algodón de fibra de cuarzo se compone de fibras de cuarzo puro sin aglutinantes, de forma y disposición irregulares, lo que le confiere un aspecto rizado que evita la compresión del relleno y mejora el aislamiento; es un buen sustituto del algodón de fibra de sílice de alta calidad, del algodón de fibra cerámica y del algodón de fibra de basalto.

5. Factores que afectan la resistencia de la fibra de cuarzo

l En general, cuanto menor sea el diámetro y la longitud de la fibra de cuarzo, mayor será su resistencia a la tracción. La resistencia a la tracción está relacionada con la longitud de la fibra, disminuyendo significativamente a medida que esta aumenta. El efecto del diámetro y la longitud en la fibra de cuarzo puede explicarse mediante la hipótesis de las microfisuras: a medida que disminuyen el diámetro y la longitud de la fibra, las microfisuras dentro de ella disminuyen en consecuencia, aumentando así su resistencia.

l La calidad del vidrio líquido afecta la resistencia de la fibra de cuarzo. Las impurezas en la composición del vidrio o las fluctuaciones en la temperatura de la placa de fuga pueden provocar la cristalización de las fibras. La práctica ha demostrado que las fibras cristalizadas son más débiles que las amorfas. Además, las burbujas en el vidrio líquido también pueden reducir la resistencia de la fibra.

l El tratamiento superficial influye en la resistencia. Durante el estirado continuo, se debe aplicar un agente humectante a las fibras individuales o haces para formar una película protectora en la superficie de la fibra y evitar la fricción entre ellas durante el procesamiento textil, lo que podría dañar la fibra y reducir su resistencia. Tras el tratamiento térmico para eliminar el agente humectante, la resistencia del tejido de fibra de cuarzo disminuye significativamente, pero generalmente se recupera después del tratamiento con un aglutinante intermedio, ya que el recubrimiento protege la fibra y compensa los defectos superficiales.

l El tiempo de almacenamiento afecta la resistencia. La resistencia de la fibra de cuarzo disminuye tras un periodo de almacenamiento, conocido como envejecimiento, debido principalmente a la erosión causada por la humedad del aire. Por lo tanto, las fibras con alta estabilidad química experimentan una menor reducción de resistencia.

l El tiempo de aplicación de la carga afecta la resistencia. La resistencia de la fibra de cuarzo disminuye con la aplicación prolongada de la carga, lo cual se nota especialmente a temperaturas ambiente elevadas, posiblemente debido a que el agua adsorbida en las microfisuras acelera la expansión de estas bajo la acción de una fuerza externa.