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玄武岩纤维的发展及其应用

针对国内外市场对生态环境保护措施的要求越来越严格与迫切,同时为实现可持续发展的国际贸易,对无污染的绿色环保型纤维开发的速度进一步加快。玄武岩系火山喷发地表后的产物,其结构致密,并含有玻璃质,产地不同,成?#33268;?#26377;不同。玄武岩纤维熔化过程中没有硼和其它碱金属氧化物排出,使玄武岩纤维的制造过程对环境无害,无工业垃圾,不向大气排放有害气体,且玄武岩纤维分解后即为土壤母质,能自然降解,对环境不会造成二次污染。因此,玄武岩纤维是21世纪的一种新型环保材料,成为目前研究的热点。我国玄武岩矿石分布广泛,且具有较好的质量,为生产出优质的玄武岩纤维提供了较为丰富的原料。玄武岩纤维同时兼备许多纤维无法具有的优异性能,同时世界各国也对玄武岩矿石能生产出玄武岩纤维表现出浓厚的兴趣,因此,对玄武岩纤维的研究具有重要意义。

1 玄武岩纤维的历史及现状的研究

1.1 国外玄武岩纤维的研究及其发展

据初步了解,现在200 750 t级玄武岩纤维生产线在俄罗斯有6条、格鲁吉亚有2条、乌克兰有1条,其产品在独联体各国已成功应用于各种工业领域,并大量出口到西方国家。后来,他们又向?#22756;?#26102;、加拿大和印度等国转让过?#38469;酰?#21152;拿大最近已建了1条线。

1.2 我国玄武岩纤维的发展

我国玄武岩分布很广,因?#21496;?#26377;稳定的原料来源。我国对于玄武岩纤维的研究?#21152;?O世纪7O年代起,当时国家建筑材料科学院和南京玻璃纤维研?#21487;?#35745;所曾先后进行相应的的研究,但没获得成功。近年来,玄武岩纤维在我国发展较为迅速,我国成为拥有世界上最领先的玄武岩纤维生产?#38469;?#30340;几个国家之一,多家研究机构相继发表了许多研究成果。2002年,我国将“连续玄武岩纤维及其复合材料”列入国家863计划。目?#26696;?#39033;目正成为各地发展高?#38469;?#26448;料热门选择的对象。“十五”期间,拥有自主知识产权的863计划成果为玄武岩纤维项目的产业化奠定了坚实的基础。

2 玄武岩纤维的特性

武岩纤维被科学家誉为21世纪的一种新材料,其性能优异,替代性强,应用领域广泛。玄武岩中含有的不同组分会赋予纤维特定的性能。SiO的含量增加有利于提高纤维的弹性;SiO2、Al2O。、TiO 、MnO和CrO。的含量增加可提高纤维的化学稳定性;SiO 、A1O。、TiO2含量增加?#20445;?#21487;提高熔体的粘度,有利于?#36843;?#38271;纤维;CaO、MgO的含量增加有利于原料的熔化和?#36843;?#32454;纤维;在原料配方中大量引入Fe2O3(矿石)后可提高纤维的使用温度。

纯天然的玄武岩纤维颜色似金色,外观?#20351;?#28369;的圆柱体,其截面呈完整的圆形。玄武岩纤维的密度较高(2.65~3.O0 g/cm。),硬度很高(莫氏硬度5~9度),因而它具有优异的耐磨、抗拉增强性能。玄武岩纤维为非晶态物质,使用温度一般在一269~7OO℃(软化点为960℃),耐酸耐碱,抗紫外线性能强、吸湿性低、高的力学强度,有更好的耐环境性能,此外,还有绝缘性能好,高温过滤性?#36873;?#25239;辐射、良好的透波性能、良好的热振稳定性、环保洁净性和结构性能与结构质量的比值优良等优点。

3 玄武岩纤维生产?#38469;?#23384;在的主要问题

玄武岩纤维的生产工艺虽?#29615;?#24120;简洁,但由于纯天然玄武岩的熔点非常高(1400~1500℃),熔体导热性能差,析晶上限温度较高容易析晶,而且容易造成漫流。成纤温度区间窄,对于天然玄武岩矿物相和成分组成有着严格的筛选条件。因此生产玄武岩纤维过程中有着较高的成纤难度、严格的工艺控制条件和很高的?#38469;?#38376;槛。目前世界上最大的玄武岩熔池窖年产才几百吨,拉丝板的最多喷嘴孑L数为800孔,而以200孔最为经济和稳定。因此这也是全世界玄武岩纤维发展20多年还停留在200孔拉丝漏板初级?#38469;?#27700;平的主要原因。

4 玄武岩纤维的应用

4.1 玄武岩纤维在国防军工领域方面的应用玄武岩纤维?#20999;?#30899;纤维、芳纶、超高相对分子质量聚乙烯纤维之后的第四大高?#38469;?#32420;维。它是21世纪在国防军工领域有着非常重要应用的一种高?#38469;?#32420;维,是体现国防科技战略布局的一种新材料。玄武岩纤维为增强体可制成各?#20013;?#33021;优异的复合材料,在航空航天、火箭、导弹、战斗机、核潜艇、军舰、坦克等武器装备的国防军工领域有广泛的应用。它可?#28304;?#36827;军队武器装备的升级换代,增强军队的战斗力;可在某些领域替代碳纤维,节约相关武器装备的制造成本;可形成新的军民两用?#38469;酢?#23507;军于民,有力地推动我国未来这一重大高科技产业的形成。因此,开展玄武岩纤维在国防军工领域的应用研究有着十分重要的战略意义和?#36136;?#24847;义。

4.2 玄武岩纤维在土木建筑领域的应用
    玄武岩纤维抗拉强度高,同时耐酸又耐碱,与混凝土有着基本相同的成分,密度?#27493;?#36817;,所以玄武岩纤维的相容性和分散性好于其他增强纤维,可用来替代钢筋作混凝土建筑结构的增强材料,不仅能提高建筑物强度,还能大大延长建筑物的使用寿命。它能从根本上大副度地提高建筑质量,增强抗震加固、抗冲性、防火安全性、吸音、消音和保暖节能效果。同时也能作为建设堤坝和灌溉工程用增强材料以及港口码?#26041;?#35774;的增强材料。用玄武岩连续纤维编织物和无捻粗纱制成的土工材料,可用来加固堤?#21360;?#27700;电站水?#21360;?#39640;速公路和立交桥等。

4.3 玄武岩纤维在消防防弹方面的应用

玄武岩纤维用于防火服正处于起步阶段,由于其本身的特殊性能,用于防火服领域有较大的优势。玄武岩纤维是无机纤维,具有不燃性、耐温性(-269~700℃)、无有毒气体排出、绝热性好、无熔融或?#28201;洹?#24378;度高、无热收缩现象等优点。缺点是密度较芳纶大,穿着的舒适感不如芳纶防火服。如果玄武岩纤维与其它纤维混纺可制成阻燃面料,用于部队的相关装备显然是有明显优势的。

同时玄武岩纤维可用作坦克、装甲车、防爆车、防爆毯、炮弹箱、军事工事的?#25317;?#38376;等,有着较高的应用价值和广阔的发展前景。

4.4 玄武岩纤维在交通运输方面的应用

玄武岩纤维是天然绿色的新材料,将为我国交通运输领域的基础建设发?#30001;?#32423;换代的作用。首先,玄武岩纤维可以提高我国交通运输基础设施建设的质量,降低成本,促进交通运输业的升级换代。我国“十一五”期间要优先发展交通运输业,即将建设铁路新线1.7万公里,其中客运专线7000公里;进一步完善国家高速公路网在内的公路网络,公路总里程达到230万公里,其中高速公路6.5万公里。此外还有大量的港口、机场建设的工程。其次,玄武岩纤维是碳纤维的低价替代品,有些性能还高于碳纤维,这可?#28304;?#19968;定程度上缓解我国碳纤维、芳纶等高?#38469;?#32420;维短缺带来的一些供求矛盾。尤其是从战略层面上看,面对我国碳纤维落后的现状,大力发展玄武岩纤维不失为是一种弥补碳纤维不足和“引领未来”的战略选择。再者,玄武岩纤维用先进材料的制造?#38469;酰?#29305;别是绿色制备?#38469;?#22686;加了新的基础原材料,达到了节能、降耗和环境友好的目的。此外,玄武岩纤维还用于汽车货架、?#30340;?#25206;手、公共车行李架、汽车制造用输送架、冷藏车结构、隔热壁板、座椅等。

4.5 玄武岩纤维在石油化工领域方面的应用

玄武岩纤维复合材料可引发石油天然气管道业的革命。用玄武岩纤维缠绕环氧树脂的复合管材可用于输送石油、天然气、冷?#20154;?#21270;学腐蚀液体、散料、电缆管道、低压和高压?#21046;?#21644;出油管等。以石油管道为例,玄武岩纤维管道施工投产后,连续使用期限为80年。同时玄武岩纤维具有优良的耐高温性,可以用作压机缓冲垫,冷藏或气体液体槽罐的隔热材料,高温净化过滤材料。

4.6 玄武岩纤维在电子工业方面的应用

玄武岩纤维聚合物基复合材料是优良的绝热和绝缘材料。玄武岩纤维的体积电阻?#26102;菶玻璃纤维高一个数量级,利用玄武岩纤维的这一介电特性和吸湿低、耐温的特性,可以制成高质量多层印刷电路板的覆铜板。同时也可用作为绝缘线皮,变压器模与增强部件。此外,玄武岩纤维可用作风力发电叶片的增强材料。

4.7 玄武岩纤维在体育休闲领域中的应用

玄武岩纤维是最早应用在此领域的纤维之一,就?#19988;?#20026;玄武岩纤维具有优异的抗拉强度。国外已开发的产品有:钓鱼杆、曲棍棒、天线、滑雪板、雨伞柄、撑杆、弓箭和驽弓、运动场坐?#23454;取?/p>

4.8 玄武岩纤维在医学领域中的应用

纤维的酸度系数越低,其化学耐久性越好,使用温度也越高。pH值越高,碱性氧化物越多,抗水性能就越差。根据上海俄金有限公司计算,玄武岩纤维的酸度系数为5.48,pH值为1.7。所以玄武岩纤维具有特殊的耐温性和良好的化学稳定性,用作高温过滤材料,有利于抗生素生产过程中空气净化和消毒。

5 结束语

玄武岩纤维集多种优异功能于一体,已成为当代高?#38469;?#32420;维研究及应用的新热点,拥有广阔的市场应用前景。随着我国综合国力的不断增强,国内对石棉网的禁用,对玄武岩纤维的需求量会不断增加,因此加快对玄武岩纤维及其制品的研究与开发对促进我国玄武岩大规模的生产具有举足轻重的意义,有利于我国纺织经济、国防军工领域、土木建筑领域、消防防弹领域、交通运输领域、石油化工领域、电子工业及其体育休闲领域和医学领域的发展。
 

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  • 山西晋投玄武岩开发有限公司?#19988;?#30740;发、生产、销售高性能玄武岩连续纤维及后制品、装备制造为主的高新?#38469;?#20225;业,由山西省经济建设投资公司和中国航天科技集团四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司共同出资成立。

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