玄武巖纖維講課講稿

精品文檔玄武巖纖維調(diào)研資料一、玄武巖化學(xué)成分眾所周知，地殼由火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖組成。玄武巖屬于火成巖中的一種?；鸪蓭r是地下巖漿噴出在地表冷凝后形成的巖石?；鸪蓭r中含SiO2大于65%的為酸性巖，如花崗石，含SiO2小于52%的稱為基性巖，如玄武巖。在兩者之間的為中性巖，如安山巖。玄武巖成分中SiO2含量在44%-52%之間者居多，Al2O3含量在12%-18%之間，F(xiàn)eO和Fe2O3含量在9%-14%之間。玄武巖屬于難熔礦物原料，熔化溫度在1500℃之上。含鐵量高，使纖維呈古銅色，其中含有K2O,MgO和TiO2等成分，對提高纖維防水，耐腐蝕性能起了重要的作用。玄武巖礦石屬火山巖漿礦石，它具有天然的化學(xué)穩(wěn)定性，玄武巖礦石是富集的、熔融的和質(zhì)量均勻的單組元原料。與玻璃纖維生產(chǎn)不同，玄武巖纖維的生產(chǎn)原料是天然且現(xiàn)成的。近年來，為篩選適宜于生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的原料礦石進(jìn)行過大量的研究工作，尤其是為了生產(chǎn)設(shè)定特性（如機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性、電絕緣性等）的玄武巖纖維，必須采用特定要求的礦石的化學(xué)組成和纖維成形性能。 例如：生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維所采用礦石的化學(xué)組成范圍如表 1所示?；瘜W(xué)組份Sio2Al2O3Fe2O3CaOMgOTiO2Na2O其它雜質(zhì)最低%45125430.92.52.0最高%6019151272.06.03.5大自然已經(jīng)提供了構(gòu)成玄武巖礦石的主要能耗，在自然條件下，玄武巖礦石經(jīng)過富集、化學(xué)組份均質(zhì)化并在地球深部進(jìn)行熔化等過程。甚至大自然都考慮到將玄武巖礦石以山嶺的形式推列地球表面供人類利用，按統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)約有1/3的山脈是由玄武巖構(gòu)成。根據(jù)已掌握的玄武巖礦石化學(xué)組成分析數(shù)據(jù)說明，玄武巖原料幾乎遍布全國，價(jià)格為20元/噸，原料在玄武巖纖維的生產(chǎn)成本中可以不計(jì)成本。在中國的精品文檔精品文檔很多省份都有適合于連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)的礦址，例如：四川、云南、黑龍江、浙江、湖北、海南島、臺灣等省，其中某些省的礦石已經(jīng)在工業(yè)試驗(yàn)裝置上生產(chǎn)出連續(xù)玄武巖纖維。中國的玄武巖礦石與歐洲礦石不同，從地質(zhì)角度考慮，中國的玄武巖礦石比較“年青”，它們不具備很鮮明的特征表現(xiàn)，即所謂的原化礦石的疤痕，通過對中國各省的如四川、黑龍江、云南、浙江、湖北，長江中下游、海南等地區(qū)玄武巖礦石的研究說明，在這些玄武巖礦石中不存在原化巖石，在表面上僅有一些典型的黃色的鐵的氧化物薄層。這對連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)是非常有利的，原料價(jià)格和加工成本低。玄武巖是一種無機(jī)硅酸鹽，它在火山和熔爐里經(jīng)過千錘百煉，從堅(jiān)硬的巖石變成柔軟的纖維、輕盈的鱗片、堅(jiān)韌的板筋，其材料具有耐高溫（>880℃）、耐低溫（<-200℃）、熱傳導(dǎo)系數(shù)低（隔熱）、隔音、阻燃、絕緣、吸濕性低、抗腐蝕、抗輻射、斷裂強(qiáng)度高、伸長率低、彈性模量高、重量輕等優(yōu)異性能和優(yōu)良的加工性能，完全屬于全新的材料；且在正常生產(chǎn)加工過程中不產(chǎn)生有毒物質(zhì)，無廢氣、廢水、廢渣排放，因而被稱為21世紀(jì)無污染的“綠色工業(yè)材料和新材料”。與目前廣泛應(yīng)用于建筑、化工等行業(yè)的玻璃纖維相比，很顯然，玄武巖纖維及其復(fù)合材料具有力學(xué)強(qiáng)度高，物理和化學(xué)性能好，可以用來制作高端產(chǎn)品等優(yōu)勢；就是與價(jià)格昂貴的碳纖維相比，二者的綜合性能也不相上下，玄武巖纖維有些性能還好于碳纖維，而其成本按現(xiàn)在的市場價(jià)還不及碳纖維的十分之一。因此，玄武巖纖維是繼碳纖維、芳綸、聚乙烯纖維等之后的一種低成本、高性能、潔凈程度理想的新纖維。美國德州的玄武巖連續(xù)纖維工業(yè)聯(lián)盟指出：“玄武巖連續(xù)纖維是碳纖維的低價(jià)替代品，具有一系列優(yōu)異性能，尤為重要的是，由于它取自天然礦石而無任何添加劑，是迄今為止唯一無環(huán)境污染、不致癌的綠色健康玻璃質(zhì)纖維產(chǎn)品，具有廣闊的市場需求和應(yīng)用前景”。玄武巖礦石在地球表面上已存放了數(shù)百萬年，經(jīng)受著多種氣候因素的作用，玄武巖礦石是最堅(jiān)固的硅酸鹽礦石之一，由玄武巖制造的纖維具有天然的強(qiáng)度和對腐蝕性介質(zhì)作用的穩(wěn)定性、耐用性、電絕緣性，玄武巖礦石是一種天然的環(huán)保型的潔凈原料。精品文檔精品文檔二、玄武巖纖維生產(chǎn)工藝歷史沿革1959-1961年間，首個(gè)連續(xù)玄武巖纖維（CBF)樣品誕生于前蘇聯(lián)的烏克蘭科學(xué)研究院，1963年在實(shí)驗(yàn)室裝置上取得了質(zhì)量較滿意的樣品。但直到1985年才興建產(chǎn)能350和500t/a的生產(chǎn)廠，其特點(diǎn)是玄武巖的熔融爐裝有兩個(gè)供料系統(tǒng)和鉑合金套簡，可生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品，但設(shè)備能耗高，生產(chǎn)效率低。1997年設(shè)計(jì)了一套新一代的工藝和設(shè)備，降低了能耗和裝置費(fèi)，并使套簡輕量化。1999年日本汽車制造業(yè)代表團(tuán)訪問基輔 BF廠，找到了適用于豐川車消音器的更耐熱材料，于 2000年成立合資企業(yè)，到 2007年的產(chǎn)能發(fā)展至 1200t/a。2006年烏克蘭玄武巖纖維與復(fù)合材料技術(shù)開發(fā)公司發(fā)明了嶄新系列的 CBF生產(chǎn)裝置，可使其生產(chǎn)成本低于 E-玻纖，現(xiàn)產(chǎn)能為1000t/a，目前有4家公司采用該技術(shù)。同年奧地利 AsamerCBF公司收購了位于基輔的 CBF生產(chǎn)廠，并與維也納技術(shù)大學(xué)合作改進(jìn)其生產(chǎn)工藝，還于 2009年在奧新建 CBF廠。從此，CBF開始步入快速發(fā)展的軌道。目前國外研發(fā)和生產(chǎn) BF的單位有近20家，我國的CBF研制工作始于1990年代，但真正產(chǎn)業(yè)化是在邁入 21世紀(jì)之后，特別是成都拓鑫玄武巖纖維實(shí)業(yè)有限公司開發(fā)了低能耗生產(chǎn) CBF粗紗和織物的新型生產(chǎn)裝置后，為 CBF技術(shù)的發(fā)展增添了新的動(dòng)力。 2005年浙江石金玄武巖纖維有限公司開發(fā)出世界首例用電熔爐生產(chǎn) CBF的新技術(shù)后，便開辟了我國廉價(jià)生產(chǎn)高性能CBF的途徑，提升了國際競爭力。我國現(xiàn)有生產(chǎn)廠約 15家?？偖a(chǎn)能約7000t/a，另有一家在籌建中，到 2012年總產(chǎn)能可望達(dá)到 2-3萬t/a。三、現(xiàn)有玄武巖纖維生產(chǎn)技術(shù)玄武巖礦石是大自然給您配合好的單一原料，加熱成1460℃，通過漏板就可以拉成玄武巖纖維，無任何其它材料，無任何化學(xué)反應(yīng)，就能制成高附加值的玄武巖連續(xù)纖維。生產(chǎn)玄武巖纖維的工廠全都用俄羅斯，烏克蘭的技術(shù)設(shè)計(jì)：一臺爐供一個(gè)鉑銠合金漏板日產(chǎn)100多公斤。我國的正在生產(chǎn)玄武巖纖維的工廠：浙江得邦、上海俄金、營口百盛、四川拓鑫、牡丹江電力都是用一臺爐200孔的鉑銠合金漏精品文檔精品文檔板拉絲。產(chǎn)品質(zhì)量好，可拉 7um、9um、11um、13um—17um的玄武巖纖維，而國外只能拉13um—17um的玄武巖纖維，故我國的玄武巖纖維的生產(chǎn)水平居世界領(lǐng)先，但有產(chǎn)量低、能耗高的不足。四、玄武巖纖維生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新降低能量消耗現(xiàn)有生產(chǎn)玄武巖纖維技術(shù)是用電和天然氣、 煤氣加熱礦石，多數(shù)企業(yè)是全部用電做為唯一能源，生產(chǎn)一噸玄武巖纖維耗電約一萬度，可稱為高能耗產(chǎn)品。能用價(jià)格相對便宜的天然氣、煤氣、加熱礦石是降低生產(chǎn)成本的有效途徑。提高單臺爐的產(chǎn)量肯定是降低能源的辦法，一臺玄武巖熔融爐由每天 100多公斤增加至每臺爐加熱熔融 10噸。一臺10噸爐的產(chǎn)量相當(dāng)于現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)量80倍，一臺爐散熱面和 70—80臺爐的散熱面相比肯定可以省 50%以上的能源。進(jìn)爐前在螺旋加料機(jī)中用煤氣、天然氣將礦石加熱到 1200℃以上，去除礦石中的水份、雜質(zhì)、結(jié)晶水后加入爐中，爐中用電將礦石加熱成 1460℃。2/3的能源用天然氣或煤氣預(yù)熱，1/3的電加熱，用價(jià)格便宜的天然氣或煤氣不僅僅是節(jié)省成本50%以上，熔融液流量大，熔融液導(dǎo)流與分配、液面控制容易自動(dòng)控制，而且由于無雜質(zhì)，少氣泡拉出絲的質(zhì)量好，將產(chǎn)品提高幾個(gè)檔次。增大玄武巖熔融爐的容積與流量現(xiàn)有技術(shù)熔融爐爐容小，加熱到溫度后在爐中停留時(shí)間太長原因是一個(gè) 200孔漏板拉出的熔融液太少，致使能源浪費(fèi)，好比蒸饅頭在鍋里蒸了12個(gè)小時(shí)。為提高產(chǎn)量就必須加大溶融液流量必須設(shè)置多個(gè)1600—2000孔的拉絲孔的拉絲漏板，每小時(shí)可熔融400kg玄武巖，將加熱好的熔融液用拉絲機(jī)拉成玄武巖纖維。一臺大型池窯年可產(chǎn)玻璃纖維10萬噸，拉絲漏板數(shù)量多，孔數(shù)多。玻纖行業(yè)坩鍋溶化、波歇爐溶化、池窯熔化的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)十分豐富，是可以借鑒，是可以轉(zhuǎn)接至玄武巖纖維的生產(chǎn)。高密度漏孔的拉絲漏板玄武巖纖維生產(chǎn)產(chǎn)量的瓶頸是拉絲漏板，200孔的漏板的產(chǎn)量每日100kg玄武巖纖維。1600孔的漏板的產(chǎn)量為800kg。一臺熔融爐如果用8個(gè)漏板的日產(chǎn)量是6400kg產(chǎn)量是現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)量的64倍。一臺每小時(shí)熔融400kg的玄武巖加熱爐精品文檔精品文檔可代替現(xiàn)有技術(shù)的 64臺熔融爐，其效益是明顯的。玻纖漏板2000孔—20000孔已普遍使用，可做為玄武巖纖維參照，考慮玄武巖熔融液粘度大拉絲成型度區(qū)間窄的特點(diǎn)， 合理設(shè)計(jì)漏板結(jié)構(gòu)，力求最大限度保證漏板區(qū)域的溫度均勻性，保證拉絲生產(chǎn)穩(wěn)定。①.鉑銠合金拉絲漏板鉑銠合金拉絲漏板已在玻纖和玄武巖纖維生產(chǎn)廣泛采用。提高漏孔的密度，增加漏孔的數(shù)量是生產(chǎn)大孔數(shù)拉絲漏板的辦法， 研究具有恒溫控制的漏板的電熱控制器，提高漏板溫度的調(diào)控精度。②.非金屬拉絲漏板鉑銠合金拉絲漏板具有易調(diào)溫、浸潤角小等優(yōu)點(diǎn)，拉絲過程中的鉑銠合金的消耗增加產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，鉑銠合金拉絲漏板使用周期四個(gè)月。選用非金屬材料生產(chǎn)玄武巖纖維拉絲漏板的條件是：該材料應(yīng)能耐高溫、在高溫的條件下要有高的強(qiáng)度和韌性、高溫下耐腐蝕、使用周期長、材料的浸潤角小，更重要的選擇好加熱方式以控制拉絲區(qū)的溫度浮動(dòng)小。選擇金屬化陶瓷制造玄武巖纖維拉絲漏板是可行的方案之一。金屬化陶瓷由有耐高溫2200℃、高溫下的強(qiáng)度高、韌性好、耐腐蝕，使用周期可達(dá)18個(gè)月以上。省去鉑銠合金拉絲損耗，可降低玄武巖纖維的生產(chǎn)成本。須解決金屬化陶瓷浸潤角大造成漏咀粘連和拉絲區(qū)域熔融液的加熱及恒溫控制。五、玄武巖纖維產(chǎn)量截止到2010年上半年，國內(nèi)已經(jīng)實(shí)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(jì)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 我國現(xiàn)有玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)及其基本情況企業(yè)進(jìn)入行業(yè)時(shí)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噸精品文檔精品文檔阜新礦業(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噸營口宏源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(xì)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(qiáng)度 0.50-0.55N/Tex，比無堿玻纖略高，但波動(dòng)性比較大。根據(jù)國外的研究資料來看，玄武巖纖維的強(qiáng)度可達(dá) 3300Mpa以上，折算過來單絲強(qiáng)度應(yīng)該在1.179N/Tex，由此可見，在現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝條件下，原紗的單絲強(qiáng)力利用率還比較低。因此需要通過進(jìn)一步的技術(shù)改進(jìn)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(yīng)用實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，玄武巖纖維的耐化學(xué)性能較為穩(wěn)定，但熱學(xué)性能表現(xiàn)與之前實(shí)驗(yàn)室研究得出的結(jié)論出入較大，需要重新進(jìn)行研究分析。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(shí)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(shè)備，被西方人稱為新型模塊式玄武巖纖維生產(chǎn)設(shè)備，并被認(rèn)為是符合低能耗發(fā)展方向，其經(jīng)驗(yàn)對于玄武巖纖維技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了新的促進(jìn)作用。目前各企業(yè)已經(jīng)在完善200孔漏板拉絲工藝的基礎(chǔ)上，逐步嘗試400孔漏板和多漏板熔爐技術(shù)。另外漏板溫度控制和熱換漏板技術(shù)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(dá)到 3個(gè)月以上。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)廠家根據(jù)市場需求，參照玻璃纖維制品的生產(chǎn)工藝進(jìn)行制品開發(fā)，并以委托代加工的方式進(jìn)行樣品生產(chǎn)實(shí)踐，有的企業(yè)甚至沒有自己專門的產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)。因此研發(fā)周期往往不能自主控制，研發(fā)結(jié)果與研發(fā)預(yù)期相差較遠(yuǎn)，效果大打折扣。山西省經(jīng)濟(jì)建設(shè)投資公司與中國航天科技集團(tuán)所屬的四川航天拓鑫玄武巖實(shí)業(yè)有限公司經(jīng)過廣泛接觸與調(diào)研，于 2011年6月簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同出資在大同市注冊成立“山西晉投玄武巖開發(fā)有限公司”，興建以玄武巖為原料的玄武巖連續(xù)纖維及后制品項(xiàng)目。項(xiàng)目廠址選在大同市裝備制造產(chǎn)業(yè)園區(qū)，規(guī)劃用地1800畝，“十二五”期間擬投入約25億元，形成5萬噸玄武巖連續(xù)纖維及后制品加工能力，年實(shí)現(xiàn)銷售收入30億元。項(xiàng)目一期投入5億多元，年產(chǎn)量可達(dá)1萬噸。精品文檔精品文檔六.玄武巖纖維及其制品的銷售連續(xù)玄武巖纖維材料是生產(chǎn)許多種不同類型材料和下游產(chǎn)品的基本原料。玄武巖纖維能夠很好地和其他材料或纖維互相結(jié)合，能夠組成許多不同的復(fù)合材料。特別注意值得提到的是連續(xù)玄武巖纖維的復(fù)合材料和碳纖維，同樣玄武巖纖維可以增強(qiáng)水泥，瀝青混凝土等建筑構(gòu)件。連續(xù)玄武巖的復(fù)合材料和碳纖維同樣具有很高的特性，與碳纖維相比較玄武巖纖維更廉價(jià)的材料，可以打開玄武巖寬廣的應(yīng)用市場和在許多領(lǐng)域大批量的應(yīng)用。目前玄武巖纖維涉及到的應(yīng)用領(lǐng)域主要是建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、 道路交通和玻璃鋼三大領(lǐng)域。近年來，一些與玄武巖纖維相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)頒布實(shí)施，如《GB/T23265-2009水泥混凝土和砂漿用短切玄武巖纖維》、《JT/T776-2010公路工程玄武巖纖維及其制品》等，另外在《JTGF40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》、GB/T6719-2009袋式除塵器技術(shù)要求》等標(biāo)準(zhǔn)中也有所提及，這為玄武巖纖維的普及推廣奠定了基礎(chǔ)。玄武巖纖維的高強(qiáng)力、高模量、耐高溫、耐低溫、耐腐蝕等特性使玄武巖纖維是普遍碳纖維的低價(jià)代用品，是高級玻纖的升級換代產(chǎn)品。市場廣闊，