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玄武巖纖維的發展及其應用

針對國內外市場對生態環境保護措施的要求越來越嚴格與迫切,同時為實現可持續發展的國際貿易,對無污染的綠色環保型纖維開發的速度進一步加快。玄武巖系火山噴發地表后的產物,其結構致密,并含有玻璃質,產地不同,成分略有不同。玄武巖纖維熔化過程中沒有硼和其它堿金屬氧化物排出,使玄武巖纖維的制造過程對環境無害,無工業垃圾,不向大氣排放有害氣體,且玄武巖纖維分解后即為土壤母質,能自然降解,對環境不會造成二次污染。因此,玄武巖纖維是21世紀的一種新型環保材料,成為目前研究的熱點。我國玄武巖礦石分布廣泛,且具有較好的質量,為生產出優質的玄武巖纖維提供了較為豐富的原料。玄武巖纖維同時兼備許多纖維無法具有的優異性能,同時世界各國也對玄武巖礦石能生產出玄武巖纖維表現出濃厚的興趣,因此,對玄武巖纖維的研究具有重要意義。

1 玄武巖纖維的歷史及現狀的研究

1.1 國外玄武巖纖維的研究及其發展

據初步了解,現在200 750 t級玄武巖纖維生產線在俄羅斯有6條、格魯吉亞有2條、烏克蘭有1條,其產品在獨聯體各國已成功應用于各種工業領域,并大量出口到西方國家。后來,他們又向比利時、加拿大和印度等國轉讓過技術,加拿大最近已建了1條線。

1.2 我國玄武巖纖維的發展

我國玄武巖分布很廣,因此具有穩定的原料來源。我國對于玄武巖纖維的研究始于2O世紀7O年代起,當時國家建筑材料科學院和南京玻璃纖維研究設計所曾先后進行相應的的研究,但沒獲得成功。近年來,玄武巖纖維在我國發展較為迅速,我國成為擁有世界上最領先的玄武巖纖維生產技術的幾個國家之一,多家研究機構相繼發表了許多研究成果。2002年,我國將“連續玄武巖纖維及其復合材料”列入國家863計劃。目前該項目正成為各地發展高技術材料熱門選擇的對象。“十五”期間,擁有自主知識產權的863計劃成果為玄武巖纖維項目的產業化奠定了堅實的基礎。

2 玄武巖纖維的特性

武巖纖維被科學家譽為21世紀的一種新材料,其性能優異,替代性強,應用領域廣泛。玄武巖中含有的不同組分會賦予纖維特定的性能。SiO的含量增加有利于提高纖維的彈性;SiO2、Al2O。、TiO 、MnO和CrO。的含量增加可提高纖維的化學穩定性;SiO 、A1O。、TiO2含量增加時,可提高熔體的粘度,有利于制取長纖維;CaO、MgO的含量增加有利于原料的熔化和制取細纖維;在原料配方中大量引入Fe2O3(礦石)后可提高纖維的使用溫度。

純天然的玄武巖纖維顏色似金色,外觀呈光滑的圓柱體,其截面呈完整的圓形。玄武巖纖維的密度較高(2.65~3.O0 g/cm。),硬度很高(莫氏硬度5~9度),因而它具有優異的耐磨、抗拉增強性能。玄武巖纖維為非晶態物質,使用溫度一般在一269~7OO℃(軟化點為960℃),耐酸耐堿,抗紫外線性能強、吸濕性低、高的力學強度,有更好的耐環境性能,此外,還有絕緣性能好,高溫過濾性佳、抗輻射、良好的透波性能、良好的熱振穩定性、環保潔凈性和結構性能與結構質量的比值優良等優點。

3 玄武巖纖維生產技術存在的主要問題

玄武巖纖維的生產工藝雖然非常簡潔,但由于純天然玄武巖的熔點非常高(1400~1500℃),熔體導熱性能差,析晶上限溫度較高容易析晶,而且容易造成漫流。成纖溫度區間窄,對于天然玄武巖礦物相和成分組成有著嚴格的篩選條件。因此生產玄武巖纖維過程中有著較高的成纖難度、嚴格的工藝控制條件和很高的技術門檻。目前世界上最大的玄武巖熔池窖年產才幾百噸,拉絲板的最多噴嘴孑L數為800孔,而以200孔最為經濟和穩定。因此這也是全世界玄武巖纖維發展20多年還停留在200孔拉絲漏板初級技術水平的主要原因。

4 玄武巖纖維的應用

4.1 玄武巖纖維在國防軍工領域方面的應用玄武巖纖維是續碳纖維、芳綸、超高相對分子質量聚乙烯纖維之后的第四大高技術纖維。它是21世紀在國防軍工領域有著非常重要應用的一種高技術纖維,是體現國防科技戰略布局的一種新材料。玄武巖纖維為增強體可制成各種性能優異的復合材料,在航空航天、火箭、導彈、戰斗機、核潛艇、軍艦、坦克等武器裝備的國防軍工領域有廣泛的應用。它可以促進軍隊武器裝備的升級換代,增強軍隊的戰斗力;可在某些領域替代碳纖維,節約相關武器裝備的制造成本;可形成新的軍民兩用技術。寓軍于民,有力地推動我國未來這一重大高科技產業的形成。因此,開展玄武巖纖維在國防軍工領域的應用研究有著十分重要的戰略意義和現實意義。

4.2 玄武巖纖維在土木建筑領域的應用
    玄武巖纖維抗拉強度高,同時耐酸又耐堿,與混凝土有著基本相同的成分,密度也接近,所以玄武巖纖維的相容性和分散性好于其他增強纖維,可用來替代鋼筋作混凝土建筑結構的增強材料,不僅能提高建筑物強度,還能大大延長建筑物的使用壽命。它能從根本上大副度地提高建筑質量,增強抗震加固、抗沖性、防火安全性、吸音、消音和保暖節能效果。同時也能作為建設堤壩和灌溉工程用增強材料以及港口碼頭建設的增強材料。用玄武巖連續纖維編織物和無捻粗紗制成的土工材料,可用來加固堤壩、水電站水壩、高速公路和立交橋等。

4.3 玄武巖纖維在消防防彈方面的應用

玄武巖纖維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勢。玄武巖纖維是無機纖維,具有不燃性、耐溫性(-269~700℃)、無有毒氣體排出、絕熱性好、無熔融或滴落、強度高、無熱收縮現象等優點。缺點是密度較芳綸大,穿著的舒適感不如芳綸防火服。如果玄武巖纖維與其它纖維混紡可制成阻燃面料,用于部隊的相關裝備顯然是有明顯優勢的。

同時玄武巖纖維可用作坦克、裝甲車、防爆車、防爆毯、炮彈箱、軍事工事的坑道門等,有著較高的應用價值和廣闊的發展前景。

4.4 玄武巖纖維在交通運輸方面的應用

玄武巖纖維是天然綠色的新材料,將為我國交通運輸領域的基礎建設發揮升級換代的作用。首先,玄武巖纖維可以提高我國交通運輸基礎設施建設的質量,降低成本,促進交通運輸業的升級換代。我國“十一五”期間要優先發展交通運輸業,即將建設鐵路新線1.7萬公里,其中客運專線7000公里;進一步完善國家高速公路網在內的公路網絡,公路總里程達到230萬公里,其中高速公路6.5萬公里。此外還有大量的港口、機場建設的工程。其次,玄武巖纖維是碳纖維的低價替代品,有些性能還高于碳纖維,這可以從一定程度上緩解我國碳纖維、芳綸等高技術纖維短缺帶來的一些供求矛盾。尤其是從戰略層面上看,面對我國碳纖維落后的現狀,大力發展玄武巖纖維不失為是一種彌補碳纖維不足和“引領未來”的戰略選擇。再者,玄武巖纖維用先進材料的制造技術,特別是綠色制備技術增加了新的基礎原材料,達到了節能、降耗和環境友好的目的。此外,玄武巖纖維還用于汽車貨架、車內扶手、公共車行李架、汽車制造用輸送架、冷藏車結構、隔熱壁板、座椅等。

4.5 玄武巖纖維在石油化工領域方面的應用

玄武巖纖維復合材料可引發石油天然氣管道業的革命。用玄武巖纖維纏繞環氧樹脂的復合管材可用于輸送石油、天然氣、冷熱水、化學腐蝕液體、散料、電纜管道、低壓和高壓鋼瓶和出油管等。以石油管道為例,玄武巖纖維管道施工投產后,連續使用期限為80年。同時玄武巖纖維具有優良的耐高溫性,可以用作壓機緩沖墊,冷藏或氣體液體槽罐的隔熱材料,高溫凈化過濾材料。

4.6 玄武巖纖維在電子工業方面的應用

玄武巖纖維聚合物基復合材料是優良的絕熱和絕緣材料。玄武巖纖維的體積電阻率比E玻璃纖維高一個數量級,利用玄武巖纖維的這一介電特性和吸濕低、耐溫的特性,可以制成高質量多層印刷電路板的覆銅板。同時也可用作為絕緣線皮,變壓器模與增強部件。此外,玄武巖纖維可用作風力發電葉片的增強材料。

4.7 玄武巖纖維在體育休閑領域中的應用

玄武巖纖維是最早應用在此領域的纖維之一,就是因為玄武巖纖維具有優異的抗拉強度。國外已開發的產品有:釣魚桿、曲棍棒、天線、滑雪板、雨傘柄、撐桿、弓箭和駑弓、運動場坐凳等。

4.8 玄武巖纖維在醫學領域中的應用

纖維的酸度系數越低,其化學耐久性越好,使用溫度也越高。pH值越高,堿性氧化物越多,抗水性能就越差。根據上海俄金有限公司計算,玄武巖纖維的酸度系數為5.48,pH值為1.7。所以玄武巖纖維具有特殊的耐溫性和良好的化學穩定性,用作高溫過濾材料,有利于抗生素生產過程中空氣凈化和消毒。

5 結束語

玄武巖纖維集多種優異功能于一體,已成為當代高技術纖維研究及應用的新熱點,擁有廣闊的市場應用前景。隨著我國綜合國力的不斷增強,國內對石棉網的禁用,對玄武巖纖維的需求量會不斷增加,因此加快對玄武巖纖維及其制品的研究與開發對促進我國玄武巖大規模的生產具有舉足輕重的意義,有利于我國紡織經濟、國防軍工領域、土木建筑領域、消防防彈領域、交通運輸領域、石油化工領域、電子工業及其體育休閑領域和醫學領域的發展。
 

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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