连续玄武岩纤维的发展及应用前景

连续玄武岩纤维的发展及应用前景

1.2国发展研究现状

我国自20世纪70年代起，就断断续续地开展对CBF的研究，但未获得成功。2001年我国工业大学组建了专门的研究队伍致力于玄武岩纤维制备技术的研发。2004年工业大学研究院与航天万欣科技组建了航天拓鑫科技，进一步研究改进玄武岩连续纤维制造设备功能，开发出玄武岩纤维终端产品。

2002年，我国正式将连续玄武岩纤维列入国家863计划，承担该课题项目的俄金碳材料科技(由黄金屋真空科技与俄罗斯一家军工材料研究院合资组建的)和大型民营企业横店集团等3家股东注资2000万人民币，于2003年12月成立了横店集团俄金玄武岩纤维。经近两年来的技术开发，横店集团俄金玄武岩纤维采用创新的生产技术和“一步法”工艺，取得了以纯天然玄武岩(不添加任何辅料)为原料生产连续玄武岩纤维的研发成果，并成功实现了工业化生产。该公司不仅掌握了电熔炉、火焰炉、气电结合的生产技术，而且生产的多轴向织物树脂基复合材料及玄武岩纤维片材等复合材料等产品得到军工和民用领域有关用户的认可。

目前，发展中的横店集团俄金玄武岩纤维是继俄罗斯等独联体与美国之后的全世界具有一定规模、排名第六位的生产工厂。玄武岩连续纤维的发展规划有专家学者预测： 2010年全国生产玄武岩连续纤维1万t，2020年为7万t～10万t。

2玄武岩纤维（CBF）的性能

2.1新型环保性材料

CBF具有非人工合成的纯天然性，加之生产过程无害，且产品寿命长，是一种低成本﹑高性能﹑洁净程度理想的新型绿色主动环保材料。由于玄武岩熔化过程中没有硼和其他碱金

属氧化物排出，使CBF制造过程的池炉排放烟尘中无有害物质析出，不向大气排放有害气体，无工业垃圾及有毒物质污染环境。玄武岩纤维在很大程度上可代替玻璃纤维，被广泛用于航天航空、石油化工、汽车、建筑等多领域，因而，CBF被誉为21世纪“火山岩变丝”、“点石成金”的新型环保纤维。

2.2功能性优良的材料

CBF是继碳纤维﹑芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维的第四大高技术纤维支柱，在许多条件下可替代碳纤维﹑芳纶纤维，在某些场合甚至比上述两种纤维性能还好。玄武岩纤维及其制品的异常优越性能具体表现在以下几个方面：

（1）显著的耐高温性能和热震稳定性。CBF的使用温度围为－260 ℃～880 ℃，这一温度远远高于芳纶纤维、无碱E玻纤、石棉、岩棉、不锈钢，接近硅纤维、硅酸铝纤维和瓷纤维；热震稳定性好，在500℃温度下保持不变, 在900℃时原始重量仅损失3%[5]。

（2）较低的热传导系数。CBF的热传导系数为0.031 W/m·K～0.038 W/m·K,低于芳纶纤维、硅酸铝纤维、无碱玻纤、岩棉、硅纤维、碳纤维和不锈钢。

（3）高的弹性模量和抗拉强度。CBF的弹性模量为：9100 kg/mm2～11000 kg/mm2，高于无碱玻纤、石棉、芳纶纤维、聚丙稀纤维和硅纤维。CBF 的抗拉强度为3800～4800 MPa，比大丝束碳纤维、芳纶、PBI纤维、钢纤维、硼纤维、氧化铝纤维都要高，与S玻璃纤维相当。

（4）化学稳定性好。CBF的耐酸性和耐碱性均比铝硼硅酸盐纤维好[6～7]。其耐久性﹑耐候性﹑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比美。

（5）吸音系数较高。CBF的吸音系数为0.9～0.99,高于无碱玻纤和硅纤维；优良的透波性和一定的吸波性，吸音和隔音性能优异，具有良好的隐身性能, 可制做隐身材料。

（6）良好的电绝缘性和介电性能。CBF的比体积电阻较高为1×1012Ω·m,大大高于无碱玻纤和硅纤维；体积电阻率比电绝缘E玻璃纤维高一个数量级, 介电损失角正切高50 %。

（7）较低的吸湿性。CBF的吸湿性低于0.1 %,低于芳纶纤维、岩棉和石棉。

（8）天然的硅酸盐相溶性。与水泥﹑混凝土的分散性好，结合力强，热胀冷缩系数一致，耐候性好。

表1给出了CBF与各种纤维材料的物理性能对比。

表1 CBF与各种纤维材料的物理性能对比

3玄武岩纤维（CBF）的应用

3.1防火隔热领域的应用

CBF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。CBF是无机纤维，具有不燃性、耐温性（－269℃～650℃）、无有毒气体排出、绝热性好、无熔融或滴落、强度高、无热收缩现象等优点。缺点是比重较芳纶纤维大，穿着的舒适感不如芳纶纤维防火服。如果CBF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。

CBF织成的防火布耐高温、隔热效果好、无熔融滴落、无有毒气体排出、无热收缩，是防火服、防火毯、防火帘的优良材料，耐温可高达650 ℃，极限氧指数大于68，大大优于芳纶等到有机纤维。CBF的高温使用性能虽然低于氧化铝纤维、碳化硅纤维，但是高于所有的有机纤维，而且其超低温使用性能是最好的。再从性价比看，CBF价格是所有高性能纤维中最低的。国外一直将杜邦的Kavlar、Nomex、Teflon作为防火面料的首选，虽然具有抗高温、抗化学反应的性能，但是在370 ℃以上的高温下被碳化和分解。CBF用于防火服正处于起步阶段，由于其起本身的特殊性能，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、无熔融或滴落、强度高、无热收缩现象等优点。缺点是重量较芳纶纤维大，穿着的舒适感不如芳纶纤维防火服。

3.2在过滤环保领域的应用

CBF是一种新型的绿色环保材料，可用于环保领域有害介质、气体的过滤、吸附和净化，特别是在高温过滤领域，CBF的长期使用温度是650℃，远优于传统过滤材料，是过滤基布、过滤材料、耐高温毡的首选材料。

目前过滤材料主要有天然纤维、各种合成纤维、各种无机纤维和金属纤维。由于对耐高温提出了更高的要求，又引进了Nomex、Procon、Torcon、Basfil、P84等。但是，目前所有的过滤材料都不能解决过滤高温介质的问题，而CBF可以在-269~650 ℃的围长期使用，它的耐高温性能是其它材料所无法比拟的。加拿大亚伯力（Albarrie）公司是一家有30多年历史的环保工业用集尘滤料的专业公司。他们将CBF用作过滤针刺毡的支基布已经有10多年的历史了。

3.3 CBF增强树脂基复合材料的应用