석영 섬유: 고온 내성, 난연성 및 단열성

1. 개요

석영 섬유는 높은 순도, 뛰어난 내열성, 낮은 유전 상수 및 손실로 잘 알려진 고성능 특수 유리 섬유의 일종입니다. 항공우주와 같은 첨단 기술 분야에서 널리 사용됩니다. 지능형 기술로 생산됩니다.

2. 석영 섬유의 성능 특성

석영 섬유는 실리카 함량이 높아 고체 석영의 특성과 성능을 일부 유지합니다. 높은 내열성, 고온 및 고주파수에서의 우수한 전기 절연성, 탁월한 화학적 안정성을 나타내며, 1050℃ 이하의 온도에서 장기간 사용 가능하고 순간적으로는 최대 1700℃의 고온을 견딜 수 있습니다. 인장 강도는 일반 섬유의 3배에 달합니다. 또한, 우수한 유전 특성을 지니고 있어 광물 섬유 중 가장 낮은 유전 상수와 유전 손실 계수를 나타냅니다. 1MHz에서의 유전 상수는 3.70이고 유전 손실 계수는 0.001 미만입니다. 700℃ 이하의 고주파수 영역에서 석영 섬유는 가장 낮고 안정적인 유전 상수와 손실을 유지하면서 강도는 70% 이상을 보존합니다. 이러한 특성으로 인해 항공기 및 우주선의 중요 부품에 구조 보강재, 단열재, 파동 투과재 등으로 널리 사용됩니다.

3. 준비 과정

엘 석영 섬유의 제조 방법에는 주로 직접 용융 인발법, 봉 인발법, 졸-겔법 등이 있으며, 그중 봉 인발법이 주요 산업적 제조 방법이다.

엘 봉형 인발 공정은 원료 결정 또는 순수 실리카 분말을 진공 가압 저항로에 넣고 녹인 다음, 이를 미세한 막대 모양(직경 약 2mm)으로 인발하는 과정을 포함합니다. 인발 시, 먼저 석영 섬유에 습윤제를 도포한 후, 전기 가열 또는 산소수소 화염 환경에서 인발하여 직경 약 8μm의 단일 섬유를 얻습니다. 마지막으로, 섬유 가닥들을 꼬아서 섬유사 또는 직물을 만듭니다.

엘 구체적인 인발 공정은 다음과 같이 간략하게 설명할 수 있습니다. 고온의 액체 석영이 석영 막대의 하단에서 떨어지고, 인발기는 일정한 회전 속도를 유지하며 섬유를 늘리고 응고시켜 연속적인 섬유를 형성합니다. 석영 막대 하단에는 초승달 모양의 미세 필라멘트인 섬유 뿌리가 새로 형성됩니다. 인발 후 개별 섬유의 온도가 크게 떨어지는데, 이는 제품 성능에 영향을 미칠 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

4. 석영 섬유 제품 및 응용 분야

엘 석영 섬유는 석영 섬유사, 면, 펠트, 직물, 슬리브, 단섬유 등 다양한 제품으로 가공될 수 있습니다. 석영 섬유사는 항공기 레이돔 안테나 제조에 널리 사용되는 일반적인 제품입니다.

엘 단섬유는 미리 절단된 고정 길이의 석영 유리 섬유로 만들어집니다.

엘 석영 섬유사는 고순도 실리카와 천연 석영 결정으로 만들어지며, SiO2 함량이 99.95% 이상인 연속적인 장섬유 형태로, 최대 1050℃의 고온에서 장기간 사용 가능하고, 매우 낮고 안정적인 유전 상수 및 유전 손실을 특징으로 하여 고온 내성이 뛰어난 우수한 유연성 무기 섬유 소재입니다.

엘 석영 섬유 직물은 석영 섬유사를 평직, 새틴 트윌, 레노 등 다양한 직조 방식을 통해 여러 두께와 직조 패턴으로 직조한 직물로, 고온 저항성, 고강도, 낮은 유전율, 낮은 열전도율, 내연성 등의 특성을 지닙니다.

엘 석영 섬유 면은 접착제 없이 순수 석영 섬유로 구성되어 있으며, 불규칙한 모양과 배열로 인해 곱슬거리는 외관을 가지므로 충전재의 압축을 방지하고 단열성을 향상시킵니다. 고실리카 섬유 면, 세라믹 섬유 면, 현무암 섬유 면을 대체할 수 있는 좋은 소재입니다.

5. 석영 섬유 강도에 영향을 미치는 요인

엘 일반적으로 석영 섬유의 직경과 길이는 섬유의 길이에 비례하며, 섬유 직경이 가늘수록 인장 강도가 높아집니다. 인장 강도는 섬유 길이에 따라 크게 감소합니다. 이러한 직경과 길이의 영향은 미세균열 가설로 설명할 수 있습니다. 즉, 섬유 직경과 길이가 감소함에 따라 섬유 내부의 미세균열도 감소하여 섬유 강도가 증가하는 것입니다.

엘 유리액의 품질은 석영 섬유의 강도에 영향을 미칩니다. 유리 조성의 불순물이나 누출판 온도의 변동은 섬유 내 결정화를 유발할 수 있습니다. 실제 경험에 따르면 결정화된 섬유는 비정질 섬유보다 강도가 약합니다. 또한, 유리액 내 기포도 섬유 강도를 저하시킬 수 있습니다.

엘 표면 처리는 강도에 영향을 미칩니다. 연속 연신 공정 중에는 섬유 표면에 보호막을 형성하는 습윤제를 개별 섬유 또는 섬유 다발에 도포해야 합니다. 이는 섬유 가공 중 발생하는 마찰을 방지하여 섬유 손상 및 강도 저하를 막기 위함입니다. 습윤제를 제거하기 위한 열처리 후 석영 섬유 직물의 강도는 크게 감소하지만, 중간 결합제 처리를 통해 코팅이 섬유를 보호하고 표면 결함을 보완함으로써 강도가 회복되는 경우가 많습니다.

엘 보관 기간은 강도에 영향을 미칩니다. 석영 섬유는 보관 기간이 길어짐에 따라 강도가 감소하는데, 이를 노화라고 하며 주로 공기 중의 수분 침식 때문입니다. 따라서 화학적 안정성이 높은 섬유일수록 강도 감소가 적습니다.

엘 하중 적용 시간은 강도에 영향을 미칩니다. 석영 섬유의 강도는 하중 적용 시간이 길어질수록 감소하며, 특히 주변 온도가 높을수록 이러한 현상이 두드러지게 나타납니다. 이는 미세 균열에 흡착된 수분이 외부 힘에 의해 균열 확장을 가속화하기 때문일 수 있습니다.