Serat Kuarsa: Tahan Suhu Tinggi, Tahan Api, dan Isolasi Termal

1. Abstrak

Serat kuarsa merupakan jenis serat kaca khusus berkinerja tinggi yang dikenal karena kemurniannya yang tinggi, ketahanan panas yang tinggi, konstanta dielektrik dan kerugian yang rendah. Serat ini umumnya digunakan dalam bidang teknologi tinggi seperti kedirgantaraan. Dihasilkan oleh teknologi cerdas.

2. Karakteristik Kinerja Serat Kuarsa

Serat kuarsa memiliki kandungan silika yang tinggi, mempertahankan beberapa karakteristik dan kinerja kuarsa padat. Serat ini menunjukkan ketahanan panas yang tinggi, isolasi listrik pada suhu dan frekuensi tinggi, stabilitas kimia yang sangat baik, dapat digunakan dalam jangka panjang di bawah 1050℃, dan menahan suhu tinggi sesaat hingga 1700℃. Kekuatan tariknya tiga kali lipat dari serat biasa. Selain itu, serat ini memiliki sifat dielektrik yang unggul, menjadi serat mineral dengan konstanta dielektrik dan koefisien kehilangan dielektrik terendah, dengan konstanta dielektrik 1MHz sebesar 3,70 dan koefisien kehilangan dielektrik lebih rendah dari 0,001. Di daerah frekuensi tinggi dan di bawah 700℃, serat kuarsa mempertahankan konstanta dielektrik dan kehilangan terendah dan paling stabil, sambil mempertahankan lebih dari 70% kekuatannya. Serat ini umumnya digunakan sebagai penguat struktural, isolasi termal, dan bahan transparan gelombang untuk bagian-bagian penting pesawat terbang dan pesawat ruang angkasa.

3. Proses Persiapan

aku Metode produksi serat kuarsa terutama meliputi penarikan leleh langsung, penarikan batang, dan metode sol-gel, yang mana penarikan batang merupakan metode persiapan industri utama.

aku Proses penarikan batang melibatkan penempatan kristal mentah atau bubuk silika murni ke dalam tungku resistansi bertekanan vakum, melelehkannya, lalu menariknya menjadi batang-batang halus (berdiameter sekitar 2 mm). Selama penarikan, zat pembasah pertama-tama diaplikasikan ke serat kuarsa, diikuti dengan penarikan dalam lingkungan pemanas listrik atau nyala api oksihidrogen untuk memperoleh monofilamen berdiameter sekitar 8μm. Akhirnya, untaian serat dipilin bersama untuk membentuk benang serat atau kain.

aku Proses penarikan khusus dapat dijelaskan secara singkat sebagai berikut: Kuarsa cair bersuhu tinggi menetes dari ujung bawah batang kuarsa, dan mesin penarik mempertahankan kecepatan putaran konstan untuk meregangkan dan memadatkan serat, membentuk serat kontinu. Filamen halus berbentuk bulan sabit baru yang disebut "fiber root" terbentuk di bagian bawah batang kuarsa. Perlu dicatat bahwa suhu serat tunggal turun secara signifikan setelah ditarik keluar, yang dapat memengaruhi kinerja produk.

4. Produk dan Bidang Aplikasi Serat Kuarsa

aku Serat kuarsa dapat diolah menjadi berbagai macam produk seperti benang serat kuarsa, katun, kain felt, kain, selongsong, serat potong pendek, dan sebagainya. Benang serat kuarsa merupakan produk umum yang banyak digunakan dalam pembuatan antena radome pesawat terbang.

aku Serat potong pendek dibuat dari serat kaca kuarsa dengan panjang tetap yang telah dipotong sebelumnya.

aku Benang serat kuarsa dibuat dari silika kemurnian tinggi dan kristal kuarsa alami menjadi serat panjang kontinu dengan kandungan SiO2 lebih dari 99,95%, mampu digunakan dalam jangka panjang pada suhu tinggi hingga 1050℃, dan memiliki konstanta dan kehilangan dielektrik yang sangat rendah dan stabil, menjadikannya bahan serat anorganik fleksibel yang sangat baik dengan ketahanan suhu tinggi.

aku Kain serat kuarsa ditenun dari benang serat kuarsa melalui berbagai metode penenunan seperti polos, kepar satin, dan leno menjadi kain dengan ketebalan dan tenunan berbeda, yang memiliki fitur ketahanan suhu tinggi, kekuatan tinggi, dielektrik rendah, konduktivitas termal rendah, ketahanan terhadap api, dsb.

aku Kapas serat kuarsa terdiri dari serat kuarsa murni tanpa bahan pengikat, bentuk dan susunannya tidak teratur sehingga tampak keriting dan mencegah kompresi bahan pengisi, sehingga meningkatkan isolasi. Kapas serat kuarsa dapat menjadi pengganti yang baik untuk kapas serat silika tinggi, kapas serat keramik, dan kapas serat basal.

5. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kekuatan Serat Kuarsa

aku Diameter dan panjang serat secara umum, semakin halus diameter serat kuarsa, semakin tinggi kekuatan tariknya. Kekuatan tarik berhubungan dengan panjang serat, berkurang secara signifikan seiring bertambahnya panjang. Pengaruh diameter dan panjang pada serat kuarsa dapat dijelaskan oleh hipotesis retakan mikro: seiring berkurangnya diameter dan panjang serat, retakan mikro di dalam serat juga berkurang, sehingga meningkatkan kekuatan serat.

aku Kualitas cairan kaca memengaruhi kekuatan serat kuarsa. Kotoran dalam komposisi kaca atau fluktuasi suhu pelat bocor dapat menyebabkan kristalisasi pada serat. Praktik telah menunjukkan bahwa serat dengan kristalisasi lebih lemah daripada serat amorf. Selain itu, gelembung dalam cairan kaca juga dapat mengurangi kekuatan serat.

aku Perlakuan permukaan memengaruhi kekuatan. Selama penarikan berkelanjutan, bahan pembasah harus diaplikasikan pada serat atau bundel individual yang membentuk lapisan pelindung pada permukaan serat untuk mencegah gesekan timbal balik selama pemrosesan tekstil yang dapat merusak serat dan mengurangi kekuatan. Setelah perlakuan panas untuk menghilangkan bahan pembasah, kekuatan kain serat kuarsa berkurang secara signifikan tetapi umumnya pulih setelah perlakuan dengan pengikat antara karena lapisan tersebut melindungi serat dan mengkompensasi cacat permukaan.

aku Waktu penyimpanan memengaruhi kekuatan. Kekuatan serat kuarsa menurun setelah disimpan selama periode tertentu, yang dikenal sebagai penuaan terutama karena erosi kelembapan di udara. Dengan demikian, serat dengan stabilitas kimia tinggi mengalami lebih sedikit penurunan kekuatan.

aku Waktu penerapan beban memengaruhi kekuatan. Kekuatan serat kuarsa menurun dengan penerapan beban yang lama, terutama terlihat pada suhu lingkungan yang lebih tinggi, mungkin karena air yang terserap dalam retakan mikro mempercepat pemuaian retakan di bawah gaya eksternal.