无机纤维

无机纤维1分类：天然矿物纤维，人造纤维单质纤维：碳纤维、硼纤维硬质纤维：碳化硅纤维、氮化硅纤维氧化物纤维：石英纤维、氧化铝纤维、氧化锆纤维硅酸盐纤维：玻璃纤维、陶瓷纤维、矿物纤维晶体结构：晶须、单晶纤维、多晶纤维21.光导纤维1.1光导纤维的研究与发展：现象：光可以在弯曲的水柱内从这头传播到那头，中途不会逐出——光的波导现象。用透明玻璃丝代替水柱，光波也会被限制在可弯曲的玻璃丝内——足够长——光波几乎无损耗地传输到玻璃丝到达的任何位置。330年代：光学玻璃棒加热熔制拉成光纤——传光效率高、集光力强、抗电磁干扰、耐腐蚀、耐弯曲、成本低廉、损耗大；60年代：激光发现－－信号；使用玻璃光纤、损耗大；90年代：光纤激光器发展，开发了激光波长在石英玻璃低损耗0.85μm、1.35μm、1.55μm的光纤μm掺钕激光放大器；第二代光纤：比石英光纤损耗更低的氟化物玻璃光纤。玻璃光纤传输优势：频带宽；损耗低；重量轻；抗干扰能力强；保真度高；工作性能可靠；成本低。41.2光导纤维结构光纤是利用光的全反射原理实现光的低损耗长距离传输。由一个高折射的纤芯；低折射的外包皮层组成。中心高折射率玻璃芯（芯径一般为50或62.5μm），中间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125μm左右)。5一次被覆层：防止光纤表面受损伤缓冲层：防止光纤被覆层不均匀、受侧压产生微弯，带来额外损耗；二次被覆层：保护一次被覆层、缓冲层便于实用。常采用温度系数小的尼龙材料，层厚常为0.9mm左右。61.阶跃型多模光纤：高折射芯层和低折射皮层组成，芯折射率为一恒值，芯-皮折射率差为1%-2%，呈突变形。结构保证光束始终在芯--皮界面间进行全反射并呈折线传输。2.梯度型多模光纤：光纤的芯折射率从中心至四周逐渐以抛物线形式减小，光束始终在芯中以驻波方式传输，形成正弦形曲线，芯-皮折射率差为1%。3.单模光纤：光纤的芯折射率为恒值或三角形。芯径很细，和传播光的波长可比拟，芯-皮折射率差很小，仅为0.3%左右。891.3光导纤维制备工艺（1）棒管法：是最简单光导纤维制备方法。将预制好的棒-管组合件逐渐送入炉内，下端抽出的丝缠绕在鼓轮上，可得芯径＜15μm的单丝，要求芯、皮料对应面须精确抛光。10适用于多组分玻璃光纤制备。采用尾部带漏管的内外层同心而上下底相通的锥形铂坩埚，把精制提纯的折射率不同的芯、皮玻璃料分别加在坩埚内外层中，经加热熔化后从漏管流出。洞孔直经和漏管长度决定纤芯直经与皮层厚度的比值。纤芯与皮层材料在高温下接触，通过离子交换，可形成折射率梯度分布的结构，可生产渐变型纤维。11（2）双坩埚法：1.4晶体纤维制备导模法：把一支金属毛细管插入盛有较多熔体的坩埚中，在毛细管里的液体因表面张力作用而上升，定向籽晶引入毛细管上端熔体中，提拉籽晶缓慢通过一个温度梯度区域，单晶纤维便在毛细管上端不断生长。浮区熔融法：先将高纯原料做成预制棒，然后使用激光束在预制一端加热，注意角度，待其局部熔化，把籽晶引入熔体并按一定速率向上提拉，可得一根单晶纤维121.5氟化物玻璃光纤技术进步，杂质去除，石英光纤损耗接近理论值，继续降低损耗，找新材料，如有一种新材料其红外分子振动吸收峰比石英在更长波长处，且没有OH基存在，就有更低的光波损耗。氟化物玻璃光纤与氧化物玻璃比，其透光范围可从紫外一直延至中红外及中远红外波段(0.2—8)μm，各国科学家对氟化锆系玻璃进行深入广泛研究，氟化物玻璃光纤的损耗己降至0.7dB/km；石英光纤损耗为3dB/km。13氟化物玻璃光纤制备：分二阶段进行光纤棒预制：氧化物→(转化氟化物)过量NH4HF2→惰性气体→熔化→澄清、均化→降温→浇注成型----拉丝。关键点：1)确保氟化完全、熔融过程在400℃左右要缓慢进行；(过量的NH4HF2约在800℃分解挥发)再升至900-1000℃；2)金属氟化物有升华性，需十分注意熔融的温度、时间；3)熔融的容器选用铂金或石墨坩埚；4)尽可能用干燥气氛或含有CL2、CCL4、NF3气氛下熔制。142.氧化铝系列纤维制备溶液纺丝法：烷基铝加水聚合成聚铝氧烷聚合物，再加入硅酸脂或有机硅聚合物，进行纺丝→600℃裂解成Al2O3、SiO2组成无机纤维→1000℃烧结得聚集态Al2O3纤维。混合液纺丝法：将金属粉末与聚合物溶液混合成一定粘度的溶液，用挤压纺丝而成→(350℃/h)速率至1650℃保温一小时得95.5%Al2O3、3.5%SiO2、0.6%Fe2O3的氧化铝纤维。15基体纤维浸渍液法：用无机铝盐溶液浸渍有机纤维，高温烧结除去基体纤维，得到氧化铝陶瓷纤维。选用亲水性良好的粘胶纤维，实验发现，无机盐以分子状态分散于有机纤维中，不是粘附于纤维表面，有利于纤维形成。16氧化铝纤维强度主要取决于基体纤维的空隙和铅铝盐晶粒的大小。3.多晶莫来石陶瓷纤维主要成份：3Al2O3•2SiO2为主晶相，Al2O3含量为72-75％，制作方法：将配合料在电弧炉中熔融、然后用喷吹法制成纤维；也可有气相结晶法生产、但工艺复杂。体积密度g／cm3＜0．26长时使用温度＞1420℃重烧线收缩(％)800℃／24h≤0．51300℃／24h≤2．1导热系数(w／m．k)1250℃≤0．24用途：可根据需要尺寸，制成纤维毡、板、管、棉状，适用于冶金、建材、发电等高温工业环境。17多晶莫来石纤维制备化学胶体甩丝法先按多晶莫来石晶体组成配制胶体溶液，常温下制成原胚体，经水解、聚合反应形成透明稳定的氧氯化铝无机液，防止产生石英晶体和晶粒过分长大，需适量掺入有机酸，控制原料纯度、PH值。采用高温高速离心甩丝、喷吹成纤工艺见右图，甩出丝再经高压热空气吹拉成纤。18胶体粘度、园盘转速、热气流温度及成纤温度对多晶莫来石纤维质量有很大关系。短丝需干燥，立即进行热处理，消除碳氢化合物，确保莫来石晶体产生。莫来石多晶纤维工业制品194.玻璃纤维4.1分类1)无碱玻璃纤维：(E玻璃纤维)属铝硼硅酸盐系统，碱量＜0.5%、SiO253.5%、Al2O315.3%、B2O310.0%、CaO16.3%、MgO4.5%电绝缘性好；2)中碱玻璃纤维：(C玻璃纤维)属钠钙硅酸盐系统，碱含量为8%-12%，电绝缘性较差、耐酸、耐碱、力学性也较差；3)高碱玻璃纤维：(A玻璃纤维)也属钠钙硅酸盐系统，碱含量为14%-17%，耐火、力学性较差，但耐酸性好；4)玻璃棉：用玻璃块、球、碎玻璃作原料，与矿棉生产基本相同，作保温材料，最高使用温度350℃左右。205)、增强特种玻璃纤维：A、MgO-Al2O3-SiO2玻璃纤维(S玻璃纤维)：高强度纤维，主要组成MgO、Al2O3、SiO2，还掺少量TiO2、ZrO2等晶核剂，1250℃热处理得主晶相堇青石微晶；B、CaO-MgO-SiO2高弹性模量纤维(M玻璃纤维)：在CaO-MgO-SiO2系统中加入一定量高弹性模量组分，如TiO2、Cu2O、CeO2、ZrO2、Li2O等氧化物，降低熔制和拉丝温度，可比无碱玻璃纤维弹性模量大20%以上。美国YM31A玻璃纤维弹性模量达到11570MPa；C、高硅氧玻璃纤维（又称硅石纤维）：将60-70%SiO2、20-25%B2O3、5-10%Na2O组成的玻璃在1450℃熔化、澄清，在1150℃下连续拉纤维，再用5%的硫酸、盐酸、硝酸浸泡，去除SiO2以外成分，得多孔纤维，在700-900℃烧结收缩，使微孔闭合，形成SiO2含量达96%以上高硅氧纤维、其方法与制造高硅氧玻璃相似，但不需再分相处理。214.2玻璃纤维制备(球窑拉丝)1).根据不同需求性能预制备各种玻璃球(直径8-10mm)；2.玻璃球置于1250-1380℃的白金坩埚球炉中熔化-均匀；3).控制成型温度，控制玻璃成型粘度，玻璃液通过白金漏板漏出，冷却；4).玻璃丝通过玻璃润滑剂；5).通过转动的缠丝机卷丝。22