连续玄武岩纤维的简介.docx

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连续玄武岩纤维简介

玄武岩是一种坚硬的高密度火山岩，主要由斜长石、辉石、橄榄石、铁质氧化物等矿物组成。

矿物单体间隙由玻璃质充填而形成岩石，外观呈黑灰色。

此类矿物通常由火山地热作用形成，分布于全球各地，每个矿床总体成份略有差异，但总体物理化学性能及成份范围大致相同。

由于玄武岩具有硬度高、耐磨、耐水、耐酸碱腐蚀的特性，常用于铺路和建筑。

但玄武岩可以制成几微米直径的连续纤维可纺纱、织布，制成具有独特物理化学性能的产品却鲜为人知。

现就笔者所知作扼要介绍：

一、连续玄武岩纤维的开发与发展

玄武岩纤维是人类受“天工造物”的启迪：

发现正在喷发的火山岩浆被劲风吹散成棉絮状随风飘荡，形成了天然无序的原始玄武岩短纤维（棉）。

玄武岩纤维的研发首先从前苏联开始。

二十世纪六十年代前苏联国防科研部就开始研发玄武岩纤维。

连续玄武岩纤维（美国简称BCF、俄罗斯RU、乌克兰BC）于1985年在乌克兰率先实现了工业化，产品全部用于国防军工和航天航空领域。

连续玄武岩纤维的生产工艺与玻璃纤维相似。

主要区别是省却了复杂的配料工序，无有毒有害的化工原料（纯碱、硼砂、砒霜、氟化物等）加入。

因而，生产中无空气污染。

生产方法是把玄武岩粉碎后直接投入到窑炉中，经1450℃～1500℃熔融后，从铂铑合金的漏孔中流出直接拉制成无限长的连续纤维。

可直接纺纱织布，也可以直接做缠绕纱、短切纱直接使用。

产品呈深棕色，有金属光泽。

由于玄武岩原料来源广泛，价格便宜，无污染。

产品性能优异，用途广泛，继前苏联之后，美国、德国、日本等一些科技发达国家都加强了对连续玄武岩纤维的研究开发。

七十年代，美国在华盛顿州立大学建立了试验室，研究连续玄武岩纤维制造技术。

2003年，美国军方又不惜重金收购了刚建立不久的连续玄武岩纤维工厂。

工厂就设在美国南部阿拉巴马军事基地，产品

100％用于军工。

日本于1991年开始从乌克兰购买玄武岩纤维，2001年又投资4000万美元扩建原工厂，产品全部运回国内。

随着科学技术的发展和对连续玄武岩纤维优异性能认识的不断深入，加

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之原料来源广泛、成本低、无污染，产品综合性能好，性价比好的特点，已引起世界各国的注意。

发达国家捷足先登，据说德国已买下格鲁吉亚的一家工厂，欧洲银行还准备再投资建立5条千吨级的生产线和配套电站；加拿大也从独联体引进技术建立了一条生产线；美国OwensCorning公司投资近亿美元欲建设一条年产7000吨生产线……这一切都预示着连续玄武岩纤维即将飞速发展。

二、连续玄武岩纤维的优异性能

高技术纤维是国防军工和支撑高科技产业发展的重要基础材料。

连续玄武岩纤维是继碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维之后的第四大高技术纤维。

在许多条件下可替代碳纤维和芳纶纤维，在某些场合甚至比上述二种纤维性能更好，但价格却仅有上述纤维的百分之二、三十。

它不仅在国防军工和高技术领域有非常重要应用，同时也是复合材料、石油化工、环保、电绝缘、核工业、建筑业等领域有着重要应用的一种新兴的高技术纤维材料。

1、突出的耐高低温性能

连续玄武岩纤维使用温度为-260℃～700℃，经处理后可达1000℃。

而E玻璃纤维耐温仅为-60℃～450℃；碳纤维只能在500℃以下使用；芳纶纤维在250℃以下使用，超高分子量聚乙烯只能在70℃以下使用。

2、突出的拉伸强度

连续玄武岩纤维拉伸强度3800～4800MPa，比大丝束碳纤维、芳纶纤维、

PBI纤维、钢纤维、硼纤维、氧化铝纤维都高，与高强S－2玻璃纤维相当。

3、突出的化学稳定性

在碱溶液中比E玻璃纤维高2～3倍与耐碱专用的AR玻璃纤维相当；在酸溶液中比E玻璃纤维高15～20倍；其耐酸性甚至超过制造专用耐酸玻璃钢的ECR玻璃纤维；在70℃水中，玻璃纤维不到200小时就失去强度，连续玄武岩纤维1200小时仍能保持强度。

4、天然的硅酸盐相溶性

玄武岩纤维是由天然火山岩直接拉制而成，自身密度，成份、容重均与

水泥相当，且具有天然的耐碱性，与水泥、混凝土混合时分散性好，结合力强，热胀冷缩系数一致，耐侯性好。

5、显著的热震稳定性

玄武岩纤维在500℃温度下热震稳定性保持不变，在900℃时原始重量仅损失3％。

6、良好的电绝缘性和介电性能

玄武岩纤维有良好的电绝缘性和介电性能，它的体积电阻率比电绝缘用玻璃纤维高一个数量级，介电损失角正切相当。

7、优良的透波性和一定的吸波性

试验表明其具有良好的隐身性能，可制造隐身材料。

8、不接受射频，可用于防辐射场合

如用做核电站建设和核燃料的储存、运输和处理有核辐射的核废料，以及防护用品，还可用在核武器的不同应用领域。

9、优良的耐久性和耐候性

由于玄武岩纤维是天然玄武岩石头直接制成，因而其耐久性、耐候性、耐碱性、耐酸性、耐紫外线照射、耐水性、抗氧化等性能均可与天然玄武岩石头相媲美。

10、优良的综合性能和性价比

玄武岩纤维的优异性能几乎涵盖了常用玻璃纤维的优异性能，与特种纤维性能相当，如：

强度达到高强的S-2玻璃纤维性能，耐碱性达到耐碱专用的AR玻璃纤维性能；耐酸性超过耐酸专用的ECR玻璃纤维；电绝缘和介电性能超过专用于电绝缘的E玻璃纤维等；耐高低温性能更是所有玻璃纤维不能比拟的。

价格比普通玻璃纤维略高，但比特殊纤维价格低。

如S玻璃纤维

15～20美元/㎏；耐碱纤维4美元/㎏；碳纤维30～40美元/㎏。

而玄武岩纤维在国际市场价格为4～8美元/㎏（纤维规格品种不同，价格略有差异），在国内市场50～80元人民币/㎏。

三、连续玄武岩纤维的应用领域

1、在国防军工和高技术领域的应用

连续玄武岩纤维首先是国防军工和高技术领域开发应用的，进而转向民用。

最著名的应用是1975年7月17日与前苏联“联盟－19”号宇宙飞船第一次完成对接的美国“阿波罗”号宇宙飞船的结构材料就应用了苏联生产的玄武岩纤维。

美国军方又收购了刚建立不久的玄武岩纤维生产工厂均说明了在国防军工领域和高科技领域有广泛应用。

以连续玄武岩纤维为增强体制成各种性能优异的复合材料，在航空、航天、火箭、导弹、战斗机、核潜艇、坦克、火炮等领域有广泛应用，它可以促进军队武器装备的升级换代增强军队战斗力。

在某些领域替代碳纤维，节约相关武器装备制造成本，并赋予武器装备新的性能。

如利用连续玄武岩纤维的优异性能制成的防火、防弹、防辐射的防护服装、防护毯、军用帐篷、军事工程防护门、防火卷帘；坦克发动机绝热防火隔离罩、火箭燃烧喉营、军用飞机进气道外壁、火炮热防护管、舰艇的绝热隔音材料及上层建筑和内装饰材料；坦克、汽车、飞机的消音器滤芯等。

2、在建筑领域的应用

⑴在混凝土增强领域的应用：

混凝土增强的目的是提高制品的抗拉强度和抗裂防渗等性能。

现在混凝土的增强材料主要有碳纤维、芳纶纤维、钢纤维和玄武岩纤维。

经测试，抗压、拉伸强度、相溶性、耐热胀冷缩性、结合力都高于其它纤维，其增强效果最好。

四川华神集团已把宁安生产的连续玄武岩纤维短切纱成功的应用于水电站堤坝的建设上。

并与用其它纤维增强段进行了对比试验，从检测结果看，抗压强度提高12～14％；抗拉强度提高12～20％；抗劈拉提高30～40％；抗裂提高24～45％；抗渗提高60～72％；抗冲磨提高44～48％；冲击韧性提高近70％等，非常适用于环境严酷的混凝土中，而价格仅为碳纤维、芳纶纤维的20～30％。

⑵在建筑修复、加固领域的应用：

目前在建筑加固、补强、修复中使用的材料主要是碳纤维、芳纶纤维，

主要利用材料的强度和弹性模量加固补强。

从强度看，玄武岩纤维并不逊于碳纤维，且比芳纶纤维高。

虽然弹性模量不如碳纤维，但与树脂亲合性比碳纤维、芳纶纤维都好，有效的提高了补强加固的效果和补强材料寿命。

用连续玄武岩纤维对桥梁、立柱缠绕加固效果，与碳纤维没有差异。

这一结论是东南大学土木工程学院通过对比试验后得到的。

从性价比看，玄武岩纤维价格大大低于碳纤维和芳纶纤维。

因而可用玄武岩纤维对梁、柱、板、墙的加固补强。

也可用于桥梁、隧道、水坝等土木工程的补强加固，尤其是抗震、加固等领域，是价高、货缺的碳纤维、芳纶纤维的最佳替代品。

⑶在道路施工领域的应用：

采用土工格栅对路面进行加固处理，已经是道路建设的方向。

土工格栅的主要作用是抗疲劳开裂，耐高温、车辙、抗低温缩裂、延缓反射裂缝。

所以，土工格栅材料在高等级工路、引桥、桥面、市政道路及机场路面等要求较高的领域得到了广泛应用。

目前，主要用玻璃纤维和塑料纤维两类材料。

玄武岩纤维的各方面性能都优于上述两种材料。

其主要优点是抗拉强度高、延伸率好、无长期蠕变、热稳定性好、耐低温性好、耐水性能好、理化性能稳定等，且与沥青、混凝土相溶性好，结合力强。

⑷在建筑节能、保温、吸声领域的应用：

绿色、环保、节能建筑是对二十一世纪房屋建筑的客观要求和设计理念。

用玄武岩纤维做成防火阻燃保温板或贴面，不仅可使建筑物更加牢固而且可以节能防火、防辐射，是保护人类生存环境的最佳选择。

对老建筑的保温现采用苯板加钢丝网抹水泥的做法，钢丝网贴附性差，锈蚀后造成水泥面层脱落等，而采用玄武岩纤维网格布，这些问题可迎刃而解。

3、在复合材料领域有广泛应用

利用玄武岩纤维的技术特性，在复合材料领域有更广泛的应用。

如，汽车发动机罩；车辆溥板；船舶工业中的船壳体；机仓绝热、防火、隔音和上层建筑内装修；火车厢板等。

据悉，美国福特汽车、通用汽车制造公司正着手起草制订采用玄武岩纤维替代碳纤维的工业标准。

飞机隔热防火板也正在

用玄武岩纤维替代碳纤维。

2005年初，美国人就到黑龙江宁安购买玄武岩纤维制造飞机、汽车隔热防火板，并留下了样品。

4、在石油化工领域的应用

利用玄武岩纤维的高强、耐酸、耐碱、耐腐蚀的特性，可制成储罐、管道，用于储存和运输有腐蚀性液体、汽体。

特别是可制成大口径、耐高压、防腐蚀的管道。

例如：

用E玻璃纤维制成的玻璃钢管道只能耐25Mpa，最大直径为2米。

而用玄武岩纤维制成的管道可耐60Mpa，最大直径3米，用于输送石油、天然气、冷热水和有化学腐蚀性液体。

采用这种管道后，可无需投资维修及采用昂贵的电化学处理费用，使用寿命可达80年。

美国人就欲大量购买玄武岩纤维制造用于海底石油、天然气管道。

5、在热震领域的应用

采用648环氧树脂与连续玄武岩纤维复合材料结构的军用飞机进气道外侧壁，其下部是火炮出口，震动冲击力很大，要求材料要有很好的韧性，使用碳纤维的不足是其易产生脆性断裂。

因此，可充分利用玄武岩纤维的热震稳定性。

用玄武岩纤维增强火炮热护管，可提高射击精度。

6、在节能环保领域的应用

高温烟气的回收和处理，一直是环保领域的一大难题。

过去一直采用E玻璃纤维针刺毡和袋进行回收和过滤。

但玻璃纤维在100～250℃时强度下降23％；400℃以上时完全丧失强度，必须经常更换。

而连续玄武岩纤维在100～250℃时，强度却提高30％；700℃以下温度可安全使用；经过特殊处理后耐温可高达1000℃，且强度、过滤系数、耐久性均大大高于玻璃纤维，是最佳高温过滤材料。

玄武岩纤维作为汽车消音器滤芯材料的使用，为环境噪音的降低和减少尾气污染做出了贡献。

玄武岩纤维具有吸声、热绝缘性能，可广泛应用于工业窑炉、热力管线和建筑物保温领域，尤其是耐高温性能更体现其优越性。

除做高温绝热材料外，还可用作液氮（－196℃）等容器设备的超低温绝热材料。

7、在防护领域的应用

连续玄武岩纤维可织造成不同厚度、不同密度和各种结构的布料。

可用于防火隔热面料、防火卷帘、过冷过热防护服、防弹服、防辐射服、耐腐蚀防护服、军用帐篷、高温金属防溅挡帘等防护制品。

8、是良好的电绝缘和介电材料

利用玄武岩纤维良好的介电性能和低吸湿性、耐高温等特性，可制成耐热介电材料，如：

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