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連續玄武巖纖維發展的機遇與挑戰

由于連續玄武巖纖維CBF具有一系列優異的化學、物理性能和廣闊的應用發展前景,可完全替代玻璃纖維、碳纖維、石棉等來制造多領域、多用途的增強材料,且其原料取自于天然礦石—玄武巖,生產過程中無有害物質析出,不向大氣排放有害氣體,不污染環境,因而它被譽為21 世紀“石頭變絲”的綠色環保新材料。目前,因國際市場上玻纖、碳纖維等增強材料的嚴重短缺,加之CBF纖維優異獨特性能和低成本價位等優勢凸現,為該纖維開發應用帶來了前所未有的大好商機,也引起了世界經濟發達國家對研發CBF的重點研究和技術再創新。中國擁有極其豐富、品質良好的玄武巖礦石儲量,遍布祖國的大江南北。我國日新月異的經濟發展、科技創新也為CBF提供了更加廣闊的應用空間,現國家已將CBF纖維列為今后15 年中長期發展規劃中鼓勵發展的四大高科技纖維之一。但就目前與國外先進技術比較而言,我國高新技術纖維產品的發展現狀和技術成果不容樂觀,從某種意義上講我國開發CBF纖維及其產品應用任重而道遠,還要經歷一段創新實踐與艱苦創業的發展過程。

2005年4月5-7日在法國巴黎Porte de Versailles會展中心舉行了JEC復合材料展覽會暨歐洲SAMPE(Society for the Advancement of Material and Process Engineering材料與加工促進會)國際會議,會上全面展示了有關當今國際新型復合材料、新工藝、新產品、新設備和新技術,展會中國外就有三家CBF制造商和一家CBF批發商參展。在眾多高科技纖維產品供應普遍趨緊,尤其是碳纖維嚴重短缺的情況下,具有獨特優異性能和性價比良好的CBF纖維的展示則格外引人注目,可以這么說它是此屆JEC展會中的亮點和熱點之一。這四家分別是俄羅斯蘇達格拉斯纖維技術公司(Sudaglass Fiber Technology)、俄羅斯SUDAGLASS在美國和烏克蘭新建兩家生產廠家,其中Kamenny Vek2002年建成規模較小。還有比利時一家,主要是代銷產品,自己不生產。此外,中國橫點集團上海俄金玄武巖纖維有限公司也首次參加了這屆JEC復合材料展覽會(見下面參展照片),展出的CBF產品與資料也引起了與會人員的廣泛關注與興趣。通過與國外同行的競技、交流、學習及洽談國際間合作等,進一步堅定了我國該纖維重點研發企業加快發展CBF纖維產品的信心和決心,從而促使我國在引進、消化、吸收國外先進成熟技術的基礎上大力開展創新實踐,走跨越式發展道路,早日擠身于世界CBF纖維生產及應用大國之列,開辟一條可持續發展的產業化新路。

從政府重視程度上看:目前我國對CBF纖維的發展具有較強的國家影響力。自CBF 2001年6月被列為中俄兩國政府間科技合作項目;2002年8月正式列為國家863計劃;2002年5月列入深圳市科技計劃;2004年5月列入國家科技型中小企業創新基金;以及最近將列入國家“十一五”科技計劃和國家發改委中長期發展規劃。這一系列項目建立與實施充分體現了國家及地方各級科技管理機構在很大程度上對CBF的高度重視、大力支持、政策扶植,國家科技不等有關部委領導還親自對CBF項目發展及成果研究作出了批示,全力扶持CBF這個新興的高技術材料產業發展。

從行業發展基礎上看:近幾十年來我國玻纖、碳纖維及其復合材料等得到了飛速發展,這為CBF研發生產和推廣應用奠定了堅實的基礎,據國外著名雜志《高性能復合材料》2005年1月刊“市場趨勢”欄目資深咨詢專家Ben Rasmussen先生預測評價:我們面臨著嚴重的纖維短缺問題,CBF將帶動全球復合材料產業的強勁增長……,現在世界最大的潛在復合材料制造商和終端用戶是中國,因為中國企業已擁有25%全球玻璃纖維市場并正在發展CBF,5年后將會給該市場帶來一股新的沖擊力。

從資源儲備優勢上看:因CBF纖維及其復合材料有望發揮替代玻纖、碳纖維等材料“后發優勢”而稱雄世界,特別是它取材源自于天然礦石,加工過程無污染,是典型的資源節約型新材料,它有利于資源綜合利用和環境保護,有利于實現可持續發展戰略目標。而國內礦石儲量豐富,來源充足,新生代的火山巖絕大部分為玄武巖,尤其是堿性玄武巖在全球比較占有優勢。根據研究人員已掌握的玄武巖礦石化學組分分析數據證明,在我國很多省份都有適合CBF生產的礦址,如四川、云南、黑龍江、浙江、湖北、海南島、臺灣島等省,其中某些省的礦石已在工業試驗裝置上生產出CBF纖維產品。

從生產成本效益上看:中國具備了低成本制造CBF得天獨厚的條件,因純天然玄武巖礦石原料價格較低廉,每噸約80-100元人民幣,且CBF采用玄武巖礦石投入熔爐→熔化→拉絲“一步法”生產工藝簡單,無需人工配料,工藝流程比一般玻璃纖維生產過程要簡捷多了。直接從玄武巖一次制成CBF工藝和裝備可大大降低生產成本(現在基本上與玻纖的生產成本相當), 提高生產效率,遞增企業效益。CBF生產成本的低廉性為其在國內實現大規模生產及其推廣應用創造了前提條件,使高性能CBF復合材料在我國推廣使用成為可能,進而突破了該復合材料多領域應用的價格瓶頸。

從國內市場潛力上看:我國是發展中國家經濟、科技發展迅速較快,新材料開發與研究技術水平較高的一個國家,有廣闊的CBF市場應用空間,其替代玻纖、碳纖維等材料潛力很大,可廣泛用于航天航空、導彈、火箭、軍用飛機、潛艇、軍艦等國防建設中,也可用于汽車、石化、建筑等民用工用增強復合新材料領域,可填補我國新材料領域的空白,可望成為CBF“后來居上”的生產大國和應用大國。

盡管國內開發CBF產品及其復合材料的應用前景十分誘人,這種新材料經濟壽命至少要在30-50年以上,且目前CBF在國際上也正處于方興未艾的發展時期,對中國而言是一個難得的,可大有作為的好契機。然而,我們同樣面臨著十分嚴峻的挑戰與競爭。

首先,由于純天然玄武巖熔體導熱性差、析晶上限溫度較大容易析晶、成纖粘度控制范圍較窄,因而對天然玄武巖礦石相和成分組成必須嚴格篩選,因為,玄武巖礦石的特殊性決定了CBF生產工藝和技術裝備的特點,其成纖技術難度大、工藝控制條件嚴、設備適應性要求高已是國外圈內專家們一直公認的事實,已成為全球業內研究者攻克CBF技術難點的門檻。遺憾的是目前中國對玄武巖礦石作為玄武巖纖維生產原料的研究、工藝及設備的創新改進等工作尚未引起足夠的重視。

其次,盡管國外以俄羅斯、烏克蘭等為主體的CBF及產品開發應用已取得舉世矚目的成就,但全世界生產CBF的總體技術還尚處于初級發展階段。我們要在引進、消化、吸收國外先進成熟技術基礎上,加大基礎研究到應用研究的開發步伐與跨度,重視知識產權,發揮自身科技創新能力和優勢,實施自己的專利戰略。尤其是在進行生產能力更高的多孔數漏板研發關鍵技術上(現CBF工業化生產的拉絲漏板目前僅為200孔,而玻璃纖維生產所用的拉絲漏板已達2000孔甚至更多)力爭有實質性的創新突破和超越,形成自主知識產權,實現跨越式發展。

再則,鑒于目前國內外尚無連續玄武巖纖維及其復合材料的國家標準和國際標準,我國應及時制定并有效實施CBF技術標準戰略,搶占技術制高點,力爭在技術標準制定方法走在世界前列。通過CBF標準化工業生產,形成CBF產品及其復合材料的有序公平競爭和CBF產業化健康而可持續發展,維護我國CBF產品質量在國際市場上良好聲譽和競爭優勢。

此外,就目前中國能源價格而言,我國的天然氣、電力成本價格遠遠高于俄羅斯、烏克蘭,甚至高于歐洲和美國等世界價格水平,為了降低連續玄武巖纖維的生產成本就必須改造現有生產工藝中的礦石熔化爐、燃氣空氣系統、燃氣燒噴結構等關鍵設備與裝置,采用創新工藝技術,新型節能材料和能源供應系統。
只有這樣,才能從根本上解決我國面臨的能源窘迫問題和投資效益問題。

總之,連續玄武巖纖維生產原料來源廣泛而廉價,可促進我國礦產資源的合理開發和綜合利用,符合國家產業化發展政策。它是一種低投入、高產出、少排放、能循環、可持續發展的資源節約型、環境友好型的高新技術材料,它代表著國際綠色新材料的發展方向和全球高新技術的主流,將成為世人矚目的又一顆璀璨耀眼的“材料新星”。由此,我們應該及時抓住機遇,盡快制定和實施產業化生產戰略決策,突破CBF產業發展的技術壁壘與瓶頸,我國完全有可能成為CBF及其復合材料的制造與應用大國,從而真正實現CBF“源自于蘇聯、發展在中國、推廣至世界”的發展遠景目標。

公司簡介:

  • 山西晉投玄武巖開發有限公司是以研發、生產、銷售高性能玄武巖連續纖維及后制品、裝備制造為主的高新技術企業,由山西省經濟建設投資公司和中國航天科技集團四川航天拓鑫玄武巖實業有限公司共同出資成立。

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  • 山西省 大同市 裝備制造產業園區
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