連續(xù)玄武巖纖維的發(fā)展及應用前景

1、精選文檔連續(xù)玄武巖纖維的進展及應用前景 1.2國內(nèi)進展爭辯現(xiàn)狀我國自20世紀70年月起，就斷斷續(xù)續(xù)地開展對CBF的爭辯，但未獲得成功。2001年我國哈爾濱工業(yè)高校組建了特地的爭辯隊伍致力于玄武巖纖維制備技術的研發(fā)。2004年哈爾濱工業(yè)高校深圳爭辯院與成都航天萬欣科技有限公司組建了成都航天拓鑫科技有限公司，進一步爭辯改進玄武巖連續(xù)纖維制造設備功能，開發(fā)出玄武巖纖維終端產(chǎn)品。2002年，我國正式將連續(xù)玄武巖纖維列入國家863方案，擔當該課題項目的深圳俄金碳材料科技有限公司(由深圳黃金屋真空科技有限公司與俄羅斯一家軍工材料爭辯院合資組建的)和大型民營企業(yè)橫店集團等3家股東注資2000萬人民幣，于20

2、03年12月成立了橫店集團上海俄金玄武巖纖維有限公司。經(jīng)近兩年來的技術開發(fā)，橫店集團上海俄金玄武巖纖維有限公司接受創(chuàng)新的生產(chǎn)技術和“一步法”工藝，取得了以純自然玄武巖(不添加任何輔料)為原料生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的研發(fā)成果，并成功實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。該公司不僅把握了電熔爐、火焰爐、氣電結(jié)合的生產(chǎn)技術，而且生產(chǎn)的多軸向織物樹脂基復合材料及玄武巖纖維片材等復合材料等產(chǎn)品得到軍工和民用領域有關用戶的認可。目前，進展中的橫店集團上海俄金玄武巖纖維有限公司是繼俄羅斯等獨聯(lián)體與美國之后的全世界具有肯定規(guī)模、排名第六位的生產(chǎn)工廠。玄武巖連續(xù)纖維的進展規(guī)劃有專家學者猜測： 2010年全國生產(chǎn)玄武巖連續(xù)纖維1萬t，2

3、020年為7萬t10萬t。2玄武巖纖維（CBF）的性能2.1新型環(huán)保性材料CBF具有非人工合成的純自然性，加之生產(chǎn)過程無害，且產(chǎn)品壽命長，是一種低成本高性能潔凈程度抱負的新型綠色主動環(huán)保材料。由于玄武巖熔化過程中沒有硼和其他堿金屬氧化物排出，使CBF制造過程的池爐排放煙塵中無有害物質(zhì)析出，不向大氣排放有害氣體，無工業(yè)垃圾及有毒物質(zhì)污染環(huán)境。玄武巖纖維在很大程度上可代替玻璃纖維，被廣泛用于航天航空、石油化工、汽車、建筑等多領域，因而，CBF被譽為21世紀“火山巖變絲”、“點石成金”的新型環(huán)保纖維。2.2功能性優(yōu)良的材料CBF是繼碳纖維芳綸纖維和超高分子量聚乙烯纖維的第四大高技術纖維支柱，在很多條

4、件下可替代碳纖維芳綸纖維，在某些場合甚至比上述兩種纖維性能還好。玄武巖纖維及其制品的特別優(yōu)越性能具體表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）顯著的耐高溫性能和熱震穩(wěn)定性。CBF的使用溫度范圍為260 880 ，這一溫度遠遠高于芳綸纖維、無堿E玻纖、石棉、巖棉、不銹鋼，接近硅纖維、硅酸鋁纖維和陶瓷纖維；熱震穩(wěn)定性好，在500溫度下保持不變, 在900時原始重量僅損失3%5。（2）較低的熱傳導系數(shù)。CBF的熱傳導系數(shù)為0.031 W/m·K0.038 W/m·K,低于芳綸纖維、硅酸鋁纖維、無堿玻纖、巖棉、硅纖維、碳纖維和不銹鋼。（3）高的彈性模量和抗拉強度。CBF的彈性模量為：9100 kg

5、/mm211000 kg/mm2，高于無堿玻纖、石棉、芳綸纖維、聚丙稀纖維和硅纖維。CBF 的抗拉強度為38004800 MPa，比大絲束碳纖維、芳綸、PBI纖維、鋼纖維、硼纖維、氧化鋁纖維都要高，與S玻璃纖維相當。（4）化學穩(wěn)定性好。CBF的耐酸性和耐堿性均比鋁硼硅酸鹽纖維好67。其耐久性耐候性耐紫外線照射耐水性抗氧化等性能均可與自然玄武巖石頭相比美。（5）吸音系數(shù)較高。CBF的吸音系數(shù)為0.90.99,高于無堿玻纖和硅纖維；優(yōu)良的透波性和肯定的吸波性，吸音和隔音性能優(yōu)異，具有良好的隱身性能, 可制做隱身材料。（6）良好的電絕緣性和介電性能。CBF的比體積電阻較高為1×1012 &

6、#183;m,大大高于無堿玻纖和硅纖維；體積電阻率比電絕緣E玻璃纖維高一個數(shù)量級, 介電損失角正切高50 %。（7）較低的吸濕性。CBF的吸濕性低于0.1 %,低于芳綸纖維、巖棉和石棉。  （8）自然的硅酸鹽相溶性。與水泥混凝土的分散性好，結(jié)合力強，熱脹冷縮系數(shù)全都，耐候性好。表1給出了CBF與各種纖維材料的物理性能對比。表1 CBF與各種纖維材料的物理性能對比 性能CBFE玻纖碳纖維芳綸纖維巖棉密度/(g/cm3)1.492.5使用溫度    /oC26088060350最高2000最高250最高

7、600oC熱傳導系數(shù)/(w/m·k)0.0310.0380.0340.04051850.040.130.0340.048比體積電阻、·m1×10121×10112×1053×1013 吸音系數(shù)%0.90.990.80.93   彈性模量、/GPa79.393.172.575.523060070140 抗拉強度、/MPa30004840310038003500600029003400  3玄武巖纖維（CBF）的應用3.1防火隔熱領域的應用CBF用于防火服正處于起步階段

8、，由于其本身的特殊性能，用于防火服領域有較大的優(yōu)勢。CBF是無機纖維，具有不燃性、耐溫性（269650）、無有毒氣體排出、絕熱性好、無熔融或滴落、強度高、無熱收縮現(xiàn)象等優(yōu)點。缺點是比重較芳綸纖維大，穿著的舒適感不如芳綸纖維防火服。假如CBF與其它纖維混紡可制成阻燃面料，用于部隊的相關裝備明顯是有明顯優(yōu)勢的。CBF織成的防火布耐高溫、隔熱效果好、無熔融滴落、無有毒氣體排出、無熱收縮，是防火服、防火毯、防火簾的優(yōu)良材料，耐溫可高達650 ，極限氧指數(shù)大于68，大大優(yōu)于芳綸等到有機纖維。CBF的高溫使用性能雖然低于氧化鋁纖維、碳化硅纖維，但是高于全部的有機纖維，而且其超低溫使用性能是最好的。再從性價

9、比看，CBF價格是全部高性能纖維中最低的。國外始終將杜邦的Kavlar、Nomex、Teflon作為防火面料的首選，雖然具有抗高溫、抗化學反應的性能，但是在370 以上的高溫下被碳化和分解。CBF用于防火服正處于起步階段，由于其起本身的特殊性能，用于防火服領域有較大的優(yōu)勢。玄武巖纖維是無機纖維，具有不燃性、耐溫性（269700）、無有毒氣體排出、絕熱性好、無熔融或滴落、強度高、無熱收縮現(xiàn)象等優(yōu)點。缺點是重量較芳綸纖維大，穿著的舒適感不如芳綸纖維防火服。3.2在過濾環(huán)保領域的應用CBF是一種新型的綠色環(huán)保材料，可用于環(huán)保領域有害介質(zhì)、氣體的過濾、吸附和凈化，特殊是在高溫過濾領域，CBF的長期使用

10、溫度是650，遠優(yōu)于傳統(tǒng)過濾材料，是過濾基布、過濾材料、耐高溫氈的首選材料。目前過濾材料主要有自然纖維、各種合成纖維、各種無機纖維和金屬纖維。由于對耐高溫提出了更高的要求，又引進了Nomex、Procon、Torcon、Basfil、P84等。但是，目前全部的過濾材料都不能解決過濾高溫介質(zhì)的問題，而CBF可以在-269650 的范圍內(nèi)長期使用，它的耐高溫性能是其它材料所無法比擬的。加拿大亞伯力（Albarrie）公司是一家有30多年歷史的環(huán)保工業(yè)用集塵濾料的專業(yè)公司。他們將CBF用作過濾針刺氈的支基布已經(jīng)有10多年的歷史了。3.3 CBF增加樹脂基復合材料的應用CBF具有良好的技術特性：低容重

11、，低導熱率，低吸濕率和對腐蝕介質(zhì)的化學穩(wěn)定性，能夠降低結(jié)構(gòu)重量，形成新型結(jié)構(gòu)材料。利用這些特性，在軍品和民品領域有廣泛的應用。玄武巖纖維增加樹脂基復合材料是制造坦克裝甲車輛的車身材料，可減輕其重量；用于制造火炮材料，尤其是用于炮管熱護套材料可以大大提高火炮的命中率和射擊精度。在槍彈、引信、彈匣、大口徑機槍槍架、坦克裝甲車輛的薄板裝甲、汽車發(fā)動機罩、減振裝置等等方面有大量的應用。在船舶工業(yè)中可大量用于船殼體、機倉絕熱隔音和上層建筑；用CBF蜂窩板可制成火車車廂板，既減輕了車廂的重量，又是一種良好的阻燃材料。CBF具有良好的增加效應。單纖維拔絲試驗表明，CBF與環(huán)氧聚合物的粘合力量高于E玻璃纖維，

12、而且在接受硅烷偶聯(lián)劑處理后其粘合力量還會進一步提高，因此，玄武巖纖維可以代替即將禁用的石棉來作為耐高溫結(jié)構(gòu)復合材料、橡膠技術制品等增加材料，也可用于制作制動器、離合器等磨擦片的增加材料。表2為各種纖維增加環(huán)氧樹脂復合材料的機械性能比較。表2  各種纖維增加環(huán)氧樹脂復合材料的機械性能比較2 復合材料密度/    （kg/m3）抗拉強度/MPa拉伸模量/GPa彎曲強度/MPa彎曲模量/GPaE玻纖單向增加1940138051.7  S玻纖單向增加1940207051.71520 CBF單向增加1800195011001

13、40088100700800 E玻纖層合板18001900320520232651965026.1S玻纖層合板1900600 83028.8CBF層合板18004303956043另外，CBF還是碳纖維的低價替代品，具有一系列優(yōu)異性能。尤為重要的是，由于它取自自然礦石而無任何添加劑，是目前為止唯一的無環(huán)境污染的、不致癌的綠色健康玻璃質(zhì)纖維產(chǎn)品。所以玄武巖纖維在復合材料的增加材料領域的應用，已引起廣泛的重視并將快速進展。3.4在電子技術領域的應用CBF具有良好的介電性能。其含有較多的導電氧化物，是不適合做介電材料的，但是接受某種浸潤劑處理纖維表面后，其介電損失角正切比常規(guī)玻纖

14、大大降低，它的體積電阻率比E玻璃纖維高1個數(shù)量級，所以 CBF格外適合用于耐熱介電材料1。CBF是優(yōu)良的絕緣材料，利用這一介電特性和吸濕率低、耐溫好的特性，可以制成高質(zhì)量印刷電路板，此外，CBF還可以用作風力發(fā)電葉片的增加材料8。4玄武巖纖維（CBF）生產(chǎn)工藝雖然CBF的生產(chǎn)技術看似簡潔，但實際上頗為簡單，需要很多的技術訣竅。為實現(xiàn)高質(zhì)量玄武巖的工業(yè)生產(chǎn)，需要考慮各方面的技術簡單性和設計專用設備。圖1為目前典型的CBF生產(chǎn)工藝流程：首先要選用合適的玄武巖礦原料，經(jīng)裂開，清洗后的玄武巖原料儲存在料倉1中待用，經(jīng)喂料器2用提升輸送機3輸送到定量下料器4喂入單元熔窯，玄武巖原料在1500左右的高溫初

15、級熔化帶5下熔化，目前玄武巖熔制窯爐均是接受頂部的自然氣噴嘴6的燃燒加熱。熔化后的玄武巖熔體流入拉絲前爐7，為了確保玄武巖熔體充分熔化，其化學成分得到充分的均化以及熔體內(nèi)部的氣泡充分的揮發(fā)，一般需要適當提高拉絲前爐中的熔制溫度，同時還要確保熔體在前爐中的較長停留時間。最終，玄武巖熔體進入兩個溫控區(qū)，將熔體溫度調(diào)至約1350左右的拉絲成型溫度，初始溫控帶用于“粗”調(diào)熔體溫度，成型區(qū)溫控帶用于“精”調(diào)熔體溫度。來自成型區(qū)的合格玄武巖熔體經(jīng)200 孔的鉑銠合金漏板8拉制成纖維，拉制成的CBF在施加合適浸潤劑9后經(jīng)集束器10及纖維張緊器11，最終至自動繞絲機129。1-料倉；2-喂料器；3-提升輸送機

16、；4-定量下料器；5-原料初級熔化帶；6-自然氣噴嘴；7-二級熔制帶（前爐）；8-鉑銠合金漏板；9-施加浸潤劑；10-集束器；11-纖維張緊器；12-自動卷絲機圖1  CBF生產(chǎn)工藝流程盡管連續(xù)玄武巖纖維在各個方面表現(xiàn)出優(yōu)異的特性，但是假如想要將這些特性發(fā)揮出來，仍有一些技術上困難要去克服。5目前面臨的問題5.1玄武巖成分波動大CBF的生產(chǎn)存在一些困難。不同類型的玄武巖礦石具有不同的特性和化學結(jié)構(gòu)。由于玄武巖是由地球熔巖形成的，因此造成它的先天不足，就是其成分的波動，不僅不同礦床成分波動較大，就是同一礦點化學成分也有肯定的波動范圍。這就直接導致了玄武巖纖維性能波動大，使其在高端領域上

17、的大量應用受到限制。制造CBF對使用的玄武巖原料有肯定的選擇性，一般要求玄武巖原料中的基本沒有耐高溫的晶相，這種晶相在不完全的熔制工藝中易形成二次結(jié)晶的晶核而影響玄武巖拉絲過程的穩(wěn)定性9。5.2生產(chǎn)過程中的消耗成本連續(xù)CBF主要成本集中在所用的自然氣燃料，鉑銠合金漏板的消耗量及其使用壽命。(1)較高的能源價格我國自然氣的價格較高，為了保證連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)成本，就必需改造礦石熔化爐，燃氣-空氣系統(tǒng)，燃氣燒噴的結(jié)構(gòu)，接受新工藝技術，新型能源供應系統(tǒng)，新的耐火材料和保溫材料10。(2)鉑銠合金漏板的消耗連續(xù)玄武巖生產(chǎn)過程中隨著漏板溫度的提高，高溫蠕變會影響到纖維成型過程的穩(wěn)定性及漏板的使用壽命，

18、熔體中的含鐵類氧化物成分會明顯增加對鉑銠合金的侵蝕，鉑銠拉絲用漏板也是玄武巖纖維生產(chǎn)工藝中的關鍵設備之一，它直接影響著纖維生產(chǎn)的效率，纖維的質(zhì)量及檢修周期，最終影響玄武巖纖維的生產(chǎn)成本。能否實現(xiàn)2000 噸以上的池窯化生產(chǎn)和12002000孔多孔大漏板拉絲工藝還有待爭辯3。6結(jié)論與展望從全球的進展水平看，全世界玄武巖纖維的技術及規(guī)模尚處于初級階段，這給我們追趕乃至超過國外的先進技術水平供應了很大的進展空間和市場機遇。我們要充分生疏到：第一，我國連續(xù)玄武巖纖維與發(fā)達國家的巨大差距和亟待強化進展的重要意義；其次加強工藝及設備的工程化配套爭辯，進一步加強高新技術纖維產(chǎn)業(yè)信息化和標準化工作的重要性，由

19、浙江石金玄武巖纖維有限公司牽頭制訂的水泥混凝土和砂漿用短切玄武巖纖維（GB/T 232652009）國家技術標準在列。這是我國乃至全球第一個有關玄武巖纖維的國家級技術標準，將于今年11月5日全面實施。我們也要連續(xù)努力進一步加強相關檢測標準制定，推動連續(xù)玄武巖產(chǎn)業(yè)平安和可持續(xù)進展。 參考文獻:1齊風杰，李錦文，李傳校，等.連續(xù)玄武巖纖維爭辯綜述J.高科技纖維與應用，2006，31（2）：42-46.2王嵐, 陳陽, 李振偉. 連續(xù)玄武巖纖維及其復合材料的爭辯J.玻璃鋼/復合材料, 2000(6): 2224.3石錢華.國外連續(xù)玄武巖纖維的進展及其應用J.玻璃纖維,2003（4）：27-

20、31.4 陳陽. 一種新型礦物棉材料-連續(xù)玄武巖纖維J. 保溫材料與節(jié)能技術, 1999(3): 1821.5 胡顯奇，申屠年.連續(xù)玄武巖纖維在軍工及民用領域的應用J.高科技纖維與應用，2005,30(6):7-136 陳陽,王嵐,李振偉.玄武巖纖維性能及應用J.新型建筑材料, 2000(8):29. 7 RAB NOV ICH F N,ZUEVA V N, MAKEEVA L V.Stability of basalt fibers in a medium of hydrating cementJ. Glass and Ceramics, 2001（58）：11-12.8 李新娥.連續(xù)玄武巖

21、纖維的研發(fā)及其應用.第八屆功能性紡織品及納米技術研討會論文集C.寧波：北京紡織工程學會，2008：166-170.9 李平，智歐.正確生疏玄武巖纖維J.玻璃纖維，2008（3）：35-41.10 謝蓋爾.玄武巖纖維的特性及其在中國的應用前景.玻璃纖維，2005（5）:44-48.(作者單位：遼寧纖維檢驗局)我國玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)進呈現(xiàn)狀    自2002年9月科技部將“玄武巖連續(xù)纖維及其復合材料”項目列入國家863方案，玄武巖連續(xù)纖維產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在中國走過八個年頭。俗話說萬事開頭難，處于創(chuàng)業(yè)期里的中國玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)在曲折起伏中努力前行。為了不重演碳纖維的覆轍，國家曾賜予玄

22、武巖纖維很大地關注和支持。然而隨著時間的推移，工藝技術不成熟、產(chǎn)品性能不穩(wěn)定、相關標準體系不完善加之金融危機導致的全球經(jīng)濟不景氣，讓剛起步的中國玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)步履蹣跚，一些走在前面的企業(yè)不幸成為先烈。  一、行業(yè)運行現(xiàn)狀   1、企業(yè)現(xiàn)狀   截止到2010年上半年，國內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)生產(chǎn)的玄武巖纖維企業(yè)主要有浙江石金、四川航天拓鑫、牡丹江金石、山西巴塞奧特、阜新礦業(yè)、營口洪源等幾家，2009年全行業(yè)粗略統(tǒng)計年產(chǎn)量在2000噸左右，其中浙江石金、航天拓鑫和阜新礦業(yè)的規(guī)模稍大。銷售方面各企業(yè)的產(chǎn)品銷售率普遍不高，庫存積壓較多。表1  我國現(xiàn)有

23、玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)及其基本狀況企業(yè)進入行業(yè)時間工藝路線生產(chǎn)規(guī)模浙江石金2003.12全電熔爐600噸四川航天拓鑫2003.7氣電結(jié)合爐550噸阜新礦業(yè)2009.1全電熔爐、氣電結(jié)合爐500噸牡丹江金石2007.4全電熔爐200噸山西巴塞奧特2008.8全電熔爐100噸營口洪源2008.3全電熔爐50噸    目前國內(nèi)企業(yè)所能生產(chǎn)的玄武巖連續(xù)纖維直徑最細在6微米左右，各廠家大都以9-13微米纖維為主打產(chǎn)品。原絲強度0.50-0.55N/Tex，比無堿玻纖略高，但波動性比較大。依據(jù)國外的爭辯資料來看，玄武巖纖維的強度可達3300Mpa以上，折算過來單絲強度應當在1.1

24、79 N/Tex，由此可見，在現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝條件下，原紗的單絲強力利用率還比較低。因此需要通過進一步的技術改進和規(guī)范管理，來穩(wěn)定和提高纖維的質(zhì)量。另外玄武巖纖維也被嘗試用作功能性材料，通過近幾年應用實踐發(fā)覺，玄武巖纖維的耐化學性能較為穩(wěn)定，但熱學性能表現(xiàn)與之前試驗室爭辯得出的結(jié)論出入較大，需要重新進行爭辯分析。    2、工藝技術水平 爐窯方面，目前國內(nèi)玄武巖纖維生產(chǎn)工藝主要有全電熔爐和氣電結(jié)合爐兩種。其中由四川航天拓鑫玄武巖實業(yè)有限公司自主研制的氣電結(jié)合爐玄武巖纖維生產(chǎn)成套設備，被西方人稱為新型模塊式玄武巖纖維生產(chǎn)設備，并被認為是符合低能耗進展方向，其閱歷對于玄

25、武巖纖維技術的進展產(chǎn)生了新的促進作用。    漏板方面，目前各企業(yè)已經(jīng)在完善200孔漏板拉絲工藝的基礎上，逐步嘗試400孔漏板和多漏板熔爐技術。另外漏板溫度把握和熱換漏板技術都已經(jīng)比較成熟，漏板使用壽命也正逐步延長，200孔漏板壽命已經(jīng)基本能達到3個月以上。    3、制品開發(fā)與市場推廣應用狀況 目前的玄武巖纖維還談不上制品深加工，只能依靠各纖維生產(chǎn)廠家依據(jù)市場需求，參照玻璃纖維制品的生產(chǎn)工藝進行制品開發(fā)，并以托付代加工的方式進行樣品生產(chǎn)實踐，有的企業(yè)甚至沒有自己特地的產(chǎn)品研發(fā)團隊。因此研發(fā)周期往往不能自主把握，研發(fā)結(jié)果與研發(fā)預期相差

26、較遠，效果大打折扣。    目前玄武巖纖維涉及到的應用領域主要是建筑結(jié)構(gòu)補強、道路交通和玻璃鋼三大領域。近年來，一些與玄武巖纖維相關的標準間續(xù)頒布實施，如GB/T 23265-2009 水泥混凝土和砂漿用短切玄武巖纖維、JT/T 776-2010 大路工程 玄武巖纖維及其制品等，另外在JTG F40-2004大路瀝青路面施工技術規(guī)范、GB/T 6719-2009 袋式除塵器技術要求等標準中也有所提及，這為玄武巖纖維的普及推廣奠定了基礎。 玄武巖纖維的應用領域概述    由于玄武巖纖維具有上述優(yōu)異的性能，其應用領域相當廣泛，國內(nèi)外主要將

27、其用于制備摩擦材料、熱絕緣材料、造船材料、過濾材料、軍工和航空航天材料以及水泥基復合材料等。    1 摩擦材料    1971年美國專利US3896075就提出了用玄武巖棉替代石棉用于摩擦材料，使用的玄武巖棉是通過離心噴吹法制得的，纖維平均直徑為1011m，在干法混料時要求纖維的長度不超過2.5mm，專利所使用的配方中玄武巖棉所占的質(zhì)量分數(shù)為4060，樹脂為815，其他為填料和添加劑。用該方法制成的摩擦片高溫性能好、摩擦系數(shù)穩(wěn)定，比傳統(tǒng)的石棉摩擦材料具有更高的剪切強度和更好的抗折強度 。(www.PolymerCN.net|NO.7

28、7288)    2 隔熱材料(www.PolymerCN.net|NO.77288)    玄武巖材料在建筑上是很好的保濕材料，做蒙古包用其隔熱保溫性能比羊毛好，而且不燃燒。(www.PolymerCN.net|NO.77288)    3 造船材料    匈牙利爭辯將玄武巖纖維用于造船業(yè)。用玄武巖連續(xù)纖維材料所造船艇，除較高力學性能之外，還獲得較好的耐海水性、耐熱性及隔音性，使船內(nèi)環(huán)境改善。玄武巖連續(xù)纖維還具有良好的加工性，可用于制造非織造布以及多種復合織物。據(jù)稱，低價的

29、玄武巖連續(xù)纖維非織造布，能使船體質(zhì)量減輕，成本與使用E-玻璃纖維非織造布相同。Kamenny Vek公司現(xiàn)可生產(chǎn)多種玄武巖連續(xù)纖維織物，滿足有關造船的需要。(www.PolymerCN.net|NO.77288)    4 過濾材料    加拿大亞伯力(Albarrie)公司是一家有30多年歷史的環(huán)保工業(yè)用集塵濾料的專業(yè)公司。他們將玄武巖纖維用作過濾針刺氈的基布已經(jīng)有10多年的歷史了。俄羅斯與烏克蘭用玄武巖制成的過濾布等已經(jīng)完全能在高溫條件下工作。(www.PolymerCN.net|NO.77288)  

30、0; 5 軍工、航空航天材料    由于高溫下的穩(wěn)定性，以玄武巖連續(xù)纖維為增加材料制成各種性能優(yōu)異的復合材料，在火箭、導彈、戰(zhàn)斗機、核潛艇、軍艦、坦克等武器裝備的國防軍工領域及航空航天領域也有廣泛的應用。它可以促進軍隊武器裝備的升級換代，增加軍隊的戰(zhàn)斗力，可在某些領域替代碳纖維，節(jié)省相關武器裝備的制造成本。    6 玄武巖纖維在水泥基復合材料中的應用前景展望    雖然國內(nèi)用玄武巖增加水泥或混凝土的例子還不多，但從其性能看，玄武巖纖維與其他增加纖維比對水泥或混凝土具有較好的增加效果。例如用玄武巖纖維增加

31、鐵路水泥枕木可解決其耐久性，尤其適合在青藏高原等氣候多變地區(qū)使用。由于抗堿性較好，據(jù)估量玄武巖纖維混凝土可使用50100年。用玄武巖纖維增加水泥基復合材料還可降低制品的成本。    玄武巖纖維可用來代替鋼筋增加混凝土。鋼筋增加混凝土板是一種在路橋建筑中普遍使用的混凝土制品。鋼筋長期在水泥中簡潔產(chǎn)生銹蝕造成建筑結(jié)構(gòu)的破壞。國外于上世紀90年月開頭推廣用玻璃纖維增加筋來替代鋼筋。爭辯表明玻璃纖維的拉伸強度高于鋼筋，受水泥的侵蝕遠遠低于鋼筋，尤其是對于直接暴露在易患病海水、海風影響的沿海地區(qū)的建筑、橋梁、大路、停車場，更能體現(xiàn)出用玻璃纖維增加比鋼筋優(yōu)越的特性。而玄武巖纖

32、維的抗堿性能優(yōu)于玻璃纖維，拉伸強度也更高一些，更可大大提高混凝土制品的使用壽命。    由于玄武巖纖維具有較高的強度、彈性模量、耐高溫存優(yōu)良的耐化學腐蝕性能，其在水泥基復合材料中有寬敞的應用前景。用玄武巖短纖維或連續(xù)纖維編織物、無捻粗紗制成的材料，為在加固堤壩、水電站水壩、高速大路和立交橋以及瀝青混凝土路面、飛機起落跑道等重要且經(jīng)常受到高濕度、酸、堿、鹽類介質(zhì)作用的建筑結(jié)構(gòu)中的應用開拓了寬敞的前景。連續(xù)玄武巖纖維(CBF)的進展及應用前景   摘要：介紹了連續(xù)玄武巖纖維的國內(nèi)外進展歷程和現(xiàn)狀，連續(xù)玄武巖纖維性能和應用領域，表明連續(xù)玄武

33、巖纖維用于防火隔熱材料，過濾材料，增加復合材料，電子技術等具有明顯的優(yōu)勢。結(jié)合連續(xù)玄武巖生產(chǎn)工藝目前存在的問題，給出了幾點建議并提出了要盡快制定玄武巖纖維的國家標準，促進連續(xù)玄武巖纖維的平安可持續(xù)進展。    連續(xù)玄武巖纖維（CBF）是以自然的火山噴出巖作為原料，將其裂開后加入熔窯中，在14501500熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板制成的連續(xù)纖維。以CBF為增加體可制成各種性能優(yōu)異的復合材料，可廣泛應用于消防、環(huán)保、航空航天、軍工、車船制造、工程塑料、建筑等軍工和民用領域，故CBF被譽為21世紀的新材料1。隨著國外工藝技術的不斷改進以及新市場的不斷開拓，玄武巖纖維有

34、望成為第四大高強高模纖維。    1國內(nèi)外進展爭辯狀況     1.1國外進展爭辯狀況                                 以玄武巖為主要原料生產(chǎn)的巖棉自從1840年首先在

35、英國威爾斯試制成功到現(xiàn)在已有160多年的歷史2。1922年在美國專利(OS1438428)消滅由法國人Paul提出玄武巖纖維制造技術，但沒有實質(zhì)性生產(chǎn)。    20世紀50年月初期，德國、捷克和波蘭等東歐國家以玄武巖為原料，接受離心法生產(chǎn)出了纖維平均直徑為25m30m的玄武巖棉。隨后60年月初期，美國、前蘇聯(lián)、德國等大力進展垂直立吹法生產(chǎn)工藝，使玄武巖棉產(chǎn)量快速增長前蘇聯(lián)引進了德國立吹法制造礦物棉的生產(chǎn)專利，在消化、吸取的基礎上，成功地將該項技術應用于玄武巖棉的生產(chǎn)，設計生產(chǎn)力量為日產(chǎn)38噸40噸玄武巖棉。玄武巖纖維的爭辯工作主要集中在前蘇聯(lián)。玄武巖纖維于1953

36、1954年由蘇聯(lián)莫斯科玻璃和塑料爭辯院開發(fā)出3。蘇聯(lián)早在20世紀6070年月就致力于連續(xù)玄武巖纖維的爭辯工作，烏克蘭建筑材料工業(yè)部設立了特地的別列切絕熱隔音材料科研生產(chǎn)聯(lián)合體，主要任務是研制CBF及其制品制備工藝的生產(chǎn)線。聯(lián)合體的科研試驗室于1972年開頭研制制備CBF，曾經(jīng)研制出20多種CBF制品的生產(chǎn)工藝4。1973年，前蘇聯(lián)新聞機構(gòu)報道了有關玄武巖纖維材料在其國內(nèi)廣泛應用的狀況。1985年在前蘇聯(lián)的烏克蘭領先實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品全部用于前蘇聯(lián)國防軍工和航天航空領域。    1991年前蘇聯(lián)解體后，此項目開頭公開，并用于民用項目。目前連續(xù)玄武巖主要研發(fā)及生產(chǎn)基

37、地在俄羅斯及烏克蘭兩個國家。蘇聯(lián)的解體，客觀上影響了CBF的推廣應用，但是，由于玄武巖纖維具有有別于碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維的一系列優(yōu)異性能，而且性價比好，引起了美國、歐盟等國防軍工領域的高度重視。    1.2國內(nèi)進展爭辯現(xiàn)狀                           

38、0;      我國自20世紀70年月起，就斷斷續(xù)續(xù)地開展對CBF的爭辯，但未獲得成功。2001年我國哈爾濱工業(yè)高校組建了特地的爭辯隊伍致力于玄武巖纖維制備技術的研發(fā)。2004年哈爾濱工業(yè)高校深圳爭辯院與成都航天萬欣科技有限公司組建了成都航天拓鑫科技有限公司，進一步爭辯改進玄武巖連續(xù)纖維制造設備功能，開發(fā)出玄武巖纖維終端產(chǎn)品。    2002年，我國正式將連續(xù)玄武巖纖維列入國家863方案，擔當該課題項目的深圳俄金碳材料科技有限公司(由深圳黃金屋真空科技有限公司與俄羅斯一家軍工材料爭辯院合資組建的)和大型民

39、營企業(yè)橫店集團等3家股東注資2000萬人民幣，于2003年12月成立了橫店集團上海俄金玄武巖纖維有限公司。經(jīng)近兩年來的技術開發(fā)，橫店集團上海俄金玄武巖纖維有限公司接受創(chuàng)新的生產(chǎn)技術和“一步法”工藝，取得了以純自然玄武巖(不添加任何輔料)為原料生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的研發(fā)成果，并成功實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。該公司不僅把握了電熔爐、火焰爐、氣電結(jié)合的生產(chǎn)技術，而且生產(chǎn)的多軸向織物樹脂基復合材料及玄武巖纖維片材等復合材料等產(chǎn)品得到軍工和民用領域有關用戶的認可。    目前，進展中的橫店集團上海俄金玄武巖纖維有限公司是繼俄羅斯等獨聯(lián)體與美國之后的全世界具有肯定規(guī)模、排名第六位的生產(chǎn)

40、工廠。玄武巖連續(xù)纖維的進展規(guī)劃有專家學者猜測：2010年全國生產(chǎn)玄武巖連續(xù)纖維1萬t，2020年為7萬t10萬t。    2玄武巖纖維（CBF）的性能     2.1新型環(huán)保性材料      CBF具有非人工合成的純自然性，加之生產(chǎn)過程無害，且產(chǎn)品壽命長，是一種低成本高性能潔凈程度抱負的新型綠色主動環(huán)保材料。由于玄武巖熔化過程中沒有硼和其他堿金屬氧化物排出，使CBF制造過程的池爐排放煙塵中無有害物質(zhì)析出，不向大氣排放有害氣體，無工業(yè)垃圾及有毒物質(zhì)污染環(huán)境。玄武巖纖維在很大程度

41、上可代替玻璃纖維，被廣泛用于航天航空、石油化工、汽車、建筑等多領域，因而，CBF被譽為21世紀“火山巖變絲”、“點石成金”的新型環(huán)保纖維。    2.2功能性優(yōu)良的材料     CBF是繼碳纖維芳綸纖維和超高分子量聚乙烯纖維的第四大高技術纖維支柱，在很多條件下可替代碳纖維芳綸纖維，在某些場合甚至比上述兩種纖維性能還好。玄武巖纖維及其制品的特別優(yōu)越性能具體表現(xiàn)在以下幾個方面：    （1）顯著的耐高溫性能和熱震穩(wěn)定性。CBF的使用溫度范圍為260880，這一溫度遠遠高于芳綸纖維、無堿E玻纖、石棉、

42、巖棉、不銹鋼，接近硅纖維、硅酸鋁纖維和陶瓷纖維；熱震穩(wěn)定性好，在500溫度下保持不變,在900時原始重量僅損失3%5。    （2）較低的熱傳導系數(shù)。CBF的熱傳導系數(shù)為0.031W/m·K0.038W/m·K,低于芳綸纖維、硅酸鋁纖維、無堿玻纖、巖棉、硅纖維、碳纖維和不銹鋼。    （3）高的彈性模量和抗拉強度。CBF的彈性模量為：9100kg/mm211000kg/mm2，高于無堿玻纖、石棉、芳綸纖維、聚丙稀纖維和硅纖維。CBF的抗拉強度為38004800MPa，比大絲束碳纖維、芳綸、PBI纖維、鋼纖維、硼纖維

43、、氧化鋁纖維都要高，與S玻璃纖維相當。    （4）化學穩(wěn)定性好。CBF的耐酸性和耐堿性均比鋁硼硅酸鹽纖維好67。其耐久性耐候性耐紫外線照射耐水性抗氧化等性能均可與自然玄武巖石頭相比美。    （5）吸音系數(shù)較高。CBF的吸音系數(shù)為0.90.99,高于無堿玻纖和硅纖維；優(yōu)良的透波性和肯定的吸波性，吸音和隔音性能優(yōu)異，具有良好的隱身性能,可制做隱身材料。    （6）良好的電絕緣性和介電性能。CBF的比體積電阻較高為1×1012·m,大大高于無堿玻纖和硅纖維；體積電阻率比電絕緣E玻璃纖維

44、高一個數(shù)量級,介電損失角正切高50%。    （7）較低的吸濕性。CBF的吸濕性低于0.1%,低于芳綸纖維、巖棉和石棉。     （8）自然的硅酸鹽相溶性。與水泥混凝土的分散性好，結(jié)合力強，熱脹冷縮系數(shù)全都，耐候性好。     3玄武巖纖維（CBF）的應用    3.1防火隔熱領域的應用     CBF用于防火服正處于起步階段，由于其本身的特殊性能，用于防火服領域有較大的優(yōu)勢。CBF是無機纖維，具有不燃性、耐溫性（2

45、69650）、無有毒氣體排出、絕熱性好、無熔融或滴落、強度高、無熱收縮現(xiàn)象等優(yōu)點。缺點是比重較芳綸纖維大，穿著的舒適感不如芳綸纖維防火服。假如CBF與其它纖維混紡可制成阻燃面料，用于部隊的相關裝備明顯是有明顯優(yōu)勢的。    CBF織成的防火布耐高溫、隔熱效果好、無熔融滴落、無有毒氣體排出、無熱收縮，是防火服、防火毯、防火簾的優(yōu)良材料，耐溫可高達650，極限氧指數(shù)大于68，大大優(yōu)于芳綸等到有機纖維。CBF的高溫使用性能雖然低于氧化鋁纖維、碳化硅纖維，但是高于全部的有機纖維，而且其超低溫使用性能是最好的。再從性價比看，CBF價格是全部高性能纖維中最低的。國外始終將杜邦

46、的Kavlar、Nomex、Teflon作為防火面料的首選，雖然具有抗高溫、抗化學反應的性能，但是在370以上的高溫下被碳化和分解。CBF用于防火服正處于起步階段，由于其起本身的特殊性能，用于防火服領域有較大的優(yōu)勢。玄武巖纖維是無機纖維，具有不燃性、耐溫性（269700）、無有毒氣體排出、絕熱性好、無熔融或滴落、強度高、無熱收縮現(xiàn)象等優(yōu)點。缺點是重量較芳綸纖維大，穿著的舒適感不如芳綸纖維防火服。    3.2在過濾環(huán)保領域的應用     CBF是一種新型的綠色環(huán)保材料，可用于環(huán)保領域有害介質(zhì)、氣體的過濾、吸附和凈化，特殊是在

47、高溫過濾領域，CBF的長期使用溫度是650，遠優(yōu)于傳統(tǒng)過濾材料，是過濾基布、過濾材料、耐高溫氈的首選材料。目前過濾材料主要有自然纖維、各種合成纖維、各種無機纖維和金屬纖維。由于對耐高溫提出了更高的要求，又引進了Nomex、Procon、Torcon、Basfil、P84等。但是，目前全部的過濾材料都不能解決過濾高溫介質(zhì)的問題，而CBF可以在-269650的范圍內(nèi)長期使用，它的耐高溫性能是其它材料所無法比擬的。加拿大亞伯力（Albarrie）公司是一家有30多年歷史的環(huán)保工業(yè)用集塵濾料的專業(yè)公司。他們將CBF用作過濾針刺氈的支基布已經(jīng)有10多年的歷史了。    3.

48、3CBF增加樹脂基復合材料的應用     CBF具有良好的技術特性：低容重，低導熱率，低吸濕率和對腐蝕介質(zhì)的化學穩(wěn)定性，能夠降低結(jié)構(gòu)重量，形成新型結(jié)構(gòu)材料。利用這些特性，在軍品和民品領域有廣泛的應用。玄武巖纖維增加樹脂基復合材料是制造坦克裝甲車輛的車身材料，可減輕其重量；用于制造火炮材料，尤其是用于炮管熱護套材料可以大大提高火炮的命中率和射擊精度。在槍彈、引信、彈匣、大口徑機槍槍架、坦克裝甲車輛的薄板裝甲、汽車發(fā)動機罩、減振裝置等等方面有大量的應用。在船舶工業(yè)中可大量用于船殼體、機倉絕熱隔音和上層建筑；用CBF蜂窩板可制成火車車廂板，既減輕了車廂的重量，

49、又是一種良好的阻燃材料。    CBF具有良好的增加效應單纖維拔絲試驗表明，CBF與環(huán)氧聚合物的粘合力量高于E玻璃纖維，而且在接受硅烷偶聯(lián)劑處理后其粘合力量還會進一步提高，因此，玄武巖纖維可以代替即將禁用的石棉來作為耐高溫結(jié)構(gòu)復合材料、橡膠技術制品等增加材料，也可用于制作制動器、離合器等磨擦片的增加材料。表2為各種纖維增加環(huán)氧樹脂復合材料的機械性能比較。                  

50、;          表2各種纖維增加環(huán)氧樹脂復合材料的機械性能比較2    另外，CBF還是碳纖維的低價替代品，具有一系列優(yōu)異性能。尤為重要的是，由于它取自自然礦石而無任何添加劑，是目前為止唯一的無環(huán)境污染的、不致癌的綠色健康玻璃質(zhì)纖維產(chǎn)品。所以玄武巖纖維在復合材料的增加材料領域的應用，已引起廣泛的重視并將快速進展。    3.4在電子技術領域的應用     CBF具有良好的介電性能。其含有較多的導電氧化

51、物，是不適合做介電材料的，但是接受某種浸潤劑處理纖維表面后，其介電損失角正切比常規(guī)玻纖大大降低，它的體積電阻率比E玻璃纖維高1個數(shù)量級，所以CBF格外適合用于耐熱介電材料1。    CBF是優(yōu)良的絕緣材料，利用這一介電特性和吸濕率低、耐溫好的特性，可以制成高質(zhì)量印刷電路板，此外，CBF還可以用作風力發(fā)電葉片的增加材料8。    4玄武巖纖維（CBF）生產(chǎn)工藝     雖然CBF的生產(chǎn)技術看似簡潔，但實際上頗為簡單，需要很多的技術訣竅。為實現(xiàn)高質(zhì)量玄武巖的工業(yè)生產(chǎn)，需要考慮各方面的技術簡單性和設計

52、專用設備。    盡管連續(xù)玄武巖纖維在各個方面表現(xiàn)出優(yōu)異的特性，但是假如想要將這些特性發(fā)揮出來，仍有一些技術上困難要去克服。    5目前面臨的問題     5.1玄武巖成分波動大     CBF的生產(chǎn)存在一些困難。不同類型的玄武巖礦石具有不同的特性和化學結(jié)構(gòu)。由于玄武巖是由地球熔巖形成的，因此造成它的先天不足，就是其成分的波動，不僅不同礦床成分波動較大，就是同一礦點化學成分也有肯定的波動范圍。這就直接導致了玄武巖纖維性能波動大，使其在高端領域上的大量應用受到限制。制造CBF對使用的玄武巖原料有肯定的選擇性，一般要求玄武巖原料中的基本沒有耐高溫的晶相，這種晶相在不完全的熔制工藝中易形成二次結(jié)晶的晶核而影響玄武