我国连续玄武岩纤维的进展及发展建议
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第33卷第6期 2008年12月
高科技鲜维与应用 Hi-Tech Fiber&Applicati∞
、,oI.33 No.6 Dec.2008
我国连续玄武岩纤维的进展及发展建议
胡显奇 (浙江石金玄武岩纤维有限公司,浙江东阳322118)
摘要:简要回顾了国内外连续玄武岩纤维(cBF)的发展现状,重点介绍了我国cBF及其复合材料在各个领域应用的研发 项目和成果.研究表明,我国对cBF的研究涉及熔融拉丝及熔炉技术、cBF及其复合材料特性,以及该新材料在结构加固、 增强混凝土、耐酸碱腐蚀、压力容器,结构材料、高温过滤、防弹装甲等诸多领域,近年来掀起了cBF及其复合材料的研 究热。预见我国将成为cBF及其复合材料研究、生产和应用的大国。并就确保该新材料产业健康、有序的发展,提出了一 些看法与建议,指出要以科学慎重的眼光、务实稳健的心态对待cBF及其复合材料事业,同时,国家应加大支持力度。 关键词:连续玄武岩纤维;高新技术纤维;发展;现状;建议
其所制订的技术标准进行了检索,结论是“该项 目具有新颖性…”。
如果以前苏联发明了200孔拉丝漏板CBF生 产技术为标志,那么,我们大致可以将CBF的技 术发展历史分为两个阶段:第一阶段(1995年~ l 999年)为技术初创阶段,其主要标志是:开始 采用200孔拉丝漏板和火焰炉在独联体国家进行了 CBF的小规模生产,第二阶段(2000年~至现阶 段)为技术和市场的开发阶段,其主要标志是: 开始采用400孔、800孔以上拉丝漏板,火焰炉、 气电结合炉和全电熔炉的玄武岩熔融拉丝技术分 别在俄罗斯、乌克兰和中国全面展开研发,并进 行了CBF有一定规模的生产,并更加注重于以市 场为导向的应用研究和市场推广。
作者简介:胡显奇(1957一),男,浙江兰溪人,高级工程师,副董事长,国家863计划项目课题组长,主要从事连续
玄武岩纤维及其复合材料的研究开发和产芈化,(电话)15957900318(电子信箱)hxq@chiIlagbf.com.
万方数据
第6期
胡显奇:我国连续玄武岩纤维的进展及发展建议
一13一
全世界CBF的实际生产总量不超过3×l 03 t,其中 乌克兰l×103 t,俄罗斯O.9×103 t,中国0.8×103 t,, 其他国家不足300 t;全世界有大大小小生产CBF 的工厂10多家,其中乌克兰4家,俄罗斯3家,中 国4家,其他国家2家。
2研究成果
每个新材料的推广应用实质上都是首先从 学术界的应用研究成果开始的。CBF也不例外。 我国从2005年以来,随着CBF在国内的小规模生 产,研究CBF及其应用研究的论文越来越多,研 究成果的发表,有力地推动了现阶段我国CBF的 发展。它包括如下几个方面。 2.1 对c源自文库F熔融拉丝技术及熔炉的研究
践和思考对现阶段CBF的发展作一综述。 自从前苏联于1 985年在乌克兰开发成功200
孔玄武岩熔融拉丝技术以来,已经经历了20多年 的时间。近5 a里,这3个国家由于实业资本的投 入,发展速度明显加快。据不完全统计,2007年
收稿日期:2008.11.17
基金项目:国家863计划项目(2002从334IlO).
综观现阶段,无论是从技术开发还是从市场 开发的角度看,目前我国CBF的发展仍然属于开 发阶段。关键技术、生产规模、市场开发、产品 质量等诸多问题交织在一起,相互影响和制约。 CBF要得到快速发展,其主要契机在于:影响 CBF规模化发展的关键技术瓶颈被真正打开,产 品质量稳定,生产成本大幅降低和市场需求的强 劲拉动。
研究不同纤维的特点,发挥其本身的优势或 通过与别的纤维进行混杂来发现新的性能,这正 是我们新材料研究开发的重要任务。
CBF与其它高技术纤维相比,具有一系列显 著的特点【3】:①原材料的天然性。由于生产CBF 的原料取自于天然的火山岩喷出岩,除了它与生
俱来就具有很高的化学稳定性和热稳定性外,其 中并没有与人类健康有害的成分。②性能的综合 性。如既耐酸又耐碱、既耐低温又耐高温(.269 ~650℃),有较高的抗拉伸强度和模量,防火 阻燃、耐紫外线光照、不吸湿、电绝缘,具有较 高的抗压缩强度、抗剪切强度、在耐恶劣环境中 使用的适应性、抗老化性等优异的综合性能。 ⑦成本的低廉性。混凝土用的CBF价格并不高, 是聚丙烯和聚丙烯腈纤维非常有竞争力的替代产 品。④天然的相容性。CBF是典型的硅酸盐纤 维,用它与混凝土砂浆混合时很容易分散,新拌 CBF混凝土的体积稳定、和易性好、耐久性好, 具有优越的耐温性、防渗抗裂性和抗冲击性。 CBF及其制品见图1、2。 2.3对发挥cBF性能优势在相关领域应用的研究
CBF的生产工艺及技术不同于玻璃纤维,其 主要特点是:前者是采用单组分的纯天然玄武岩矿 石进行生产,熔融过程中基本上不添加辅料(除 为择优取向需要生产特种cBF外)l后者是人工配 料。因此,CBF的成纤和规模生产要比玻璃纤维难 度大得多。其主要问题是:玄武岩熔体导热性差、 易析晶、粘度窄,对单组分的纯天然玄武岩矿石的 化学组成和矿物相有较高的要求,熔体液面浅,熔 窑大后会明显增加控制析晶的难度。
了CBF的专利登记,才陆续有文章发裂2。。
关于对玄武岩熔体特性的描述,很多资料和 研究论文都作了阐述。关键是首先如何优选玄武 岩矿石,其次是根据玄武岩熔体的特性如何来解 决成纤的问题。 2.2对cBF与其它高技术纤维不同特点的研究
任何一种纤维都不能包打天下。每一种纤 维都有它自身的优点和缺点,都应在细分市场中 找到自身的准确定位。因此,我们在营销推广中 都要客观地评价一种纤维,没有必要有意抬高自 己生产经营纤维的优点,来贬低其它纤维。新材 料要大批量替代传统材料都应遵循一个“三维原 则”: “高性能、低成本、大市场”。
中国全电熔炉的CBF生产技术和技术标准的 制订巳处于国际领先地位。浙江石金玄武岩纤维 有限公司在国家863计划和国防科工委重大基础科 研课题的支持下,致力于自主创新,发挥了后发 优势,在短短的3 a时间里,实现了技术跟踪者到 引领者的转变,其中单丝直径5.7“m连续纤维、 400孔玄武岩熔融拉丝技术和全电熔炉生产技术 为目前全世界同行业首创。目前,已经具备了2× 103讹CBF的生产能力。此外,浙江石金玄武岩纤 维有限公司还获准牵头起草了3个国家技术标准和 1个交通部行业标准: 《水泥混凝土和砂浆用玄 武岩纤维》(计划编号:20078442.T-609)、 《玄武 岩纤维无捻粗纱》(20078447.T-609)、 《结构加固 修复用玄武岩纤维复合材料》(20078381.T-609)。 《公路工程玄武岩纤维及其制品》的行业产品标 准(计划编号:JT2007.37)。上海科技情报所对
从玄武岩熔融拉丝的生产方式上看,俄罗 斯、乌克兰是以天然气为能源的火焰炉为主, 铂铑合金拉丝漏板孔数多为200孔。俄罗斯的 Kamenny Vek在火焰炉型上发展最快,据悉其玄 武岩熔融的组合式火焰炉有6块漏板;乌克兰还 是采用单模块式的火焰炉(即每一个炉装有一块 拉丝漏板)。中国则分别有全电熔炉和火焰炉两 大类型,其中主要以浙江石金玄武岩纤维有限公 司的全电熔和四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司 的火焰炉为代表。
值得注意的是:在世界上拥有碳纤维、芳 纶、PBO等高技术纤维垄断地位的日本,通过 TOYOTA公司在乌克兰参股投资于CBF。此外, 奥地利的ASETAC集团在乌克兰投资生产CBF。 此外,美国在6 a前也曾有企业投资研发cBF,但 是终因种种原因,研发失败了。因此,目前除了 俄罗斯、乌克兰、格鲁吉亚、中国、韩国等国家 以外,并无发现有其他国家投资生产CBF工厂的 报道。在这些国家中凡是用火焰炉生产CBF的其 技术来源大多是来自于乌克兰或俄罗斯,唯独中 国的全电熔炉是中国人自己的独立创新。
1 发展现状
连续玄武岩纤维(Continuous Basalt Fiber, 简称CBF)是一种无机的新型高技术纤维。它以 纯天然玄武岩矿石为原料,在l 450~1 500℃熔 融下,采用拉丝漏板拉制而成的连续纤维。最近 几年来随着C B F及其复合材料的新的发展,在全
球范围内已基本形成了俄罗斯、乌克兰和中国 “三足鼎立”的新格局。笔者结合多年的工作实
受技术保密的影响,国内外CBF的生产企业
万方数据
.14.
高科技鲜雏与应用
第33卷
往往采用专有技术等方式予以保密。即便是有极 少核心技术的公开,也是采用了申请发明专利的 方式。胡显奇在《先进聚合物基复合材料技术》 一书里回顾CBF发展历史时曾披露:前苏联的科 学家最终开发成功了CBF的生产工艺和技术,经 过近20 a不断的实践,掌握了稳定温度条件下变 化的拉丝敏感参数和熔融玄武岩,以及通过铂铑 合金漏板拉丝成型的关键装置及技术,还有选择 一定成分组成的处理CBF丝束的浸润剂。这些技 术的大部分内容到目前为止还是保密的,具体的 核心技术只有开发者才知道【2 J。1991年以后,有
中图分类号:T-Q343.4
文献标识码:A
文章编号:l007—9815(2008)06一OOl2.07
The OVerView of the Present DeVelopment of Basalt Fiber in China
HU Xian-qi
(zhejiang GBF Co.,Ltd, Dongyang 322 11 8 China) Abst旧ct:The worldwide stale of development of continuous basalt fjber(CBF)is reviewed based鲫the appKed research prqects,results and published research papers of the CBF and its composite materials in Various applica- tion fields.The resea托hes of CBF in China covered diff.erent areas like the technique of melting and drawing of 6ber as well as the melting fumace;the characteristic of CBF and its composite;the applications of CBF in stmc- ture strengthening,in reinforced concrete,in alkaline&aucid resistant or pressure vessels,骶stnlcture materials,for example hi2h temperature filter and armor etc.In the resent years,the researches of CBF and its composite became hot.It can be foreseeabIe that our country will become one ofthe principle counties in research,manufacture and application of CBF and its composites.In order to ensure a healthy and well—regulated development of this in- dustry,we should treat the CBF industry with a scientific and discreet attitude,嬲well as pragmatic and moderate measures.The author also called on a more power如l support f.rom the state. Key words:b舔alt fiber; lli曲锄d new tecllnology fiber; deVelopmem;s切lIls; suggestion
高科技鲜维与应用 Hi-Tech Fiber&Applicati∞
、,oI.33 No.6 Dec.2008
我国连续玄武岩纤维的进展及发展建议
胡显奇 (浙江石金玄武岩纤维有限公司,浙江东阳322118)
摘要:简要回顾了国内外连续玄武岩纤维(cBF)的发展现状,重点介绍了我国cBF及其复合材料在各个领域应用的研发 项目和成果.研究表明,我国对cBF的研究涉及熔融拉丝及熔炉技术、cBF及其复合材料特性,以及该新材料在结构加固、 增强混凝土、耐酸碱腐蚀、压力容器,结构材料、高温过滤、防弹装甲等诸多领域,近年来掀起了cBF及其复合材料的研 究热。预见我国将成为cBF及其复合材料研究、生产和应用的大国。并就确保该新材料产业健康、有序的发展,提出了一 些看法与建议,指出要以科学慎重的眼光、务实稳健的心态对待cBF及其复合材料事业,同时,国家应加大支持力度。 关键词:连续玄武岩纤维;高新技术纤维;发展;现状;建议
其所制订的技术标准进行了检索,结论是“该项 目具有新颖性…”。
如果以前苏联发明了200孔拉丝漏板CBF生 产技术为标志,那么,我们大致可以将CBF的技 术发展历史分为两个阶段:第一阶段(1995年~ l 999年)为技术初创阶段,其主要标志是:开始 采用200孔拉丝漏板和火焰炉在独联体国家进行了 CBF的小规模生产,第二阶段(2000年~至现阶 段)为技术和市场的开发阶段,其主要标志是: 开始采用400孔、800孔以上拉丝漏板,火焰炉、 气电结合炉和全电熔炉的玄武岩熔融拉丝技术分 别在俄罗斯、乌克兰和中国全面展开研发,并进 行了CBF有一定规模的生产,并更加注重于以市 场为导向的应用研究和市场推广。
作者简介:胡显奇(1957一),男,浙江兰溪人,高级工程师,副董事长,国家863计划项目课题组长,主要从事连续
玄武岩纤维及其复合材料的研究开发和产芈化,(电话)15957900318(电子信箱)hxq@chiIlagbf.com.
万方数据
第6期
胡显奇:我国连续玄武岩纤维的进展及发展建议
一13一
全世界CBF的实际生产总量不超过3×l 03 t,其中 乌克兰l×103 t,俄罗斯O.9×103 t,中国0.8×103 t,, 其他国家不足300 t;全世界有大大小小生产CBF 的工厂10多家,其中乌克兰4家,俄罗斯3家,中 国4家,其他国家2家。
2研究成果
每个新材料的推广应用实质上都是首先从 学术界的应用研究成果开始的。CBF也不例外。 我国从2005年以来,随着CBF在国内的小规模生 产,研究CBF及其应用研究的论文越来越多,研 究成果的发表,有力地推动了现阶段我国CBF的 发展。它包括如下几个方面。 2.1 对c源自文库F熔融拉丝技术及熔炉的研究
践和思考对现阶段CBF的发展作一综述。 自从前苏联于1 985年在乌克兰开发成功200
孔玄武岩熔融拉丝技术以来,已经经历了20多年 的时间。近5 a里,这3个国家由于实业资本的投 入,发展速度明显加快。据不完全统计,2007年
收稿日期:2008.11.17
基金项目:国家863计划项目(2002从334IlO).
综观现阶段,无论是从技术开发还是从市场 开发的角度看,目前我国CBF的发展仍然属于开 发阶段。关键技术、生产规模、市场开发、产品 质量等诸多问题交织在一起,相互影响和制约。 CBF要得到快速发展,其主要契机在于:影响 CBF规模化发展的关键技术瓶颈被真正打开,产 品质量稳定,生产成本大幅降低和市场需求的强 劲拉动。
研究不同纤维的特点,发挥其本身的优势或 通过与别的纤维进行混杂来发现新的性能,这正 是我们新材料研究开发的重要任务。
CBF与其它高技术纤维相比,具有一系列显 著的特点【3】:①原材料的天然性。由于生产CBF 的原料取自于天然的火山岩喷出岩,除了它与生
俱来就具有很高的化学稳定性和热稳定性外,其 中并没有与人类健康有害的成分。②性能的综合 性。如既耐酸又耐碱、既耐低温又耐高温(.269 ~650℃),有较高的抗拉伸强度和模量,防火 阻燃、耐紫外线光照、不吸湿、电绝缘,具有较 高的抗压缩强度、抗剪切强度、在耐恶劣环境中 使用的适应性、抗老化性等优异的综合性能。 ⑦成本的低廉性。混凝土用的CBF价格并不高, 是聚丙烯和聚丙烯腈纤维非常有竞争力的替代产 品。④天然的相容性。CBF是典型的硅酸盐纤 维,用它与混凝土砂浆混合时很容易分散,新拌 CBF混凝土的体积稳定、和易性好、耐久性好, 具有优越的耐温性、防渗抗裂性和抗冲击性。 CBF及其制品见图1、2。 2.3对发挥cBF性能优势在相关领域应用的研究
CBF的生产工艺及技术不同于玻璃纤维,其 主要特点是:前者是采用单组分的纯天然玄武岩矿 石进行生产,熔融过程中基本上不添加辅料(除 为择优取向需要生产特种cBF外)l后者是人工配 料。因此,CBF的成纤和规模生产要比玻璃纤维难 度大得多。其主要问题是:玄武岩熔体导热性差、 易析晶、粘度窄,对单组分的纯天然玄武岩矿石的 化学组成和矿物相有较高的要求,熔体液面浅,熔 窑大后会明显增加控制析晶的难度。
了CBF的专利登记,才陆续有文章发裂2。。
关于对玄武岩熔体特性的描述,很多资料和 研究论文都作了阐述。关键是首先如何优选玄武 岩矿石,其次是根据玄武岩熔体的特性如何来解 决成纤的问题。 2.2对cBF与其它高技术纤维不同特点的研究
任何一种纤维都不能包打天下。每一种纤 维都有它自身的优点和缺点,都应在细分市场中 找到自身的准确定位。因此,我们在营销推广中 都要客观地评价一种纤维,没有必要有意抬高自 己生产经营纤维的优点,来贬低其它纤维。新材 料要大批量替代传统材料都应遵循一个“三维原 则”: “高性能、低成本、大市场”。
中国全电熔炉的CBF生产技术和技术标准的 制订巳处于国际领先地位。浙江石金玄武岩纤维 有限公司在国家863计划和国防科工委重大基础科 研课题的支持下,致力于自主创新,发挥了后发 优势,在短短的3 a时间里,实现了技术跟踪者到 引领者的转变,其中单丝直径5.7“m连续纤维、 400孔玄武岩熔融拉丝技术和全电熔炉生产技术 为目前全世界同行业首创。目前,已经具备了2× 103讹CBF的生产能力。此外,浙江石金玄武岩纤 维有限公司还获准牵头起草了3个国家技术标准和 1个交通部行业标准: 《水泥混凝土和砂浆用玄 武岩纤维》(计划编号:20078442.T-609)、 《玄武 岩纤维无捻粗纱》(20078447.T-609)、 《结构加固 修复用玄武岩纤维复合材料》(20078381.T-609)。 《公路工程玄武岩纤维及其制品》的行业产品标 准(计划编号:JT2007.37)。上海科技情报所对
从玄武岩熔融拉丝的生产方式上看,俄罗 斯、乌克兰是以天然气为能源的火焰炉为主, 铂铑合金拉丝漏板孔数多为200孔。俄罗斯的 Kamenny Vek在火焰炉型上发展最快,据悉其玄 武岩熔融的组合式火焰炉有6块漏板;乌克兰还 是采用单模块式的火焰炉(即每一个炉装有一块 拉丝漏板)。中国则分别有全电熔炉和火焰炉两 大类型,其中主要以浙江石金玄武岩纤维有限公 司的全电熔和四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司 的火焰炉为代表。
值得注意的是:在世界上拥有碳纤维、芳 纶、PBO等高技术纤维垄断地位的日本,通过 TOYOTA公司在乌克兰参股投资于CBF。此外, 奥地利的ASETAC集团在乌克兰投资生产CBF。 此外,美国在6 a前也曾有企业投资研发cBF,但 是终因种种原因,研发失败了。因此,目前除了 俄罗斯、乌克兰、格鲁吉亚、中国、韩国等国家 以外,并无发现有其他国家投资生产CBF工厂的 报道。在这些国家中凡是用火焰炉生产CBF的其 技术来源大多是来自于乌克兰或俄罗斯,唯独中 国的全电熔炉是中国人自己的独立创新。
1 发展现状
连续玄武岩纤维(Continuous Basalt Fiber, 简称CBF)是一种无机的新型高技术纤维。它以 纯天然玄武岩矿石为原料,在l 450~1 500℃熔 融下,采用拉丝漏板拉制而成的连续纤维。最近 几年来随着C B F及其复合材料的新的发展,在全
球范围内已基本形成了俄罗斯、乌克兰和中国 “三足鼎立”的新格局。笔者结合多年的工作实
受技术保密的影响,国内外CBF的生产企业
万方数据
.14.
高科技鲜雏与应用
第33卷
往往采用专有技术等方式予以保密。即便是有极 少核心技术的公开,也是采用了申请发明专利的 方式。胡显奇在《先进聚合物基复合材料技术》 一书里回顾CBF发展历史时曾披露:前苏联的科 学家最终开发成功了CBF的生产工艺和技术,经 过近20 a不断的实践,掌握了稳定温度条件下变 化的拉丝敏感参数和熔融玄武岩,以及通过铂铑 合金漏板拉丝成型的关键装置及技术,还有选择 一定成分组成的处理CBF丝束的浸润剂。这些技 术的大部分内容到目前为止还是保密的,具体的 核心技术只有开发者才知道【2 J。1991年以后,有
中图分类号:T-Q343.4
文献标识码:A
文章编号:l007—9815(2008)06一OOl2.07
The OVerView of the Present DeVelopment of Basalt Fiber in China
HU Xian-qi
(zhejiang GBF Co.,Ltd, Dongyang 322 11 8 China) Abst旧ct:The worldwide stale of development of continuous basalt fjber(CBF)is reviewed based鲫the appKed research prqects,results and published research papers of the CBF and its composite materials in Various applica- tion fields.The resea托hes of CBF in China covered diff.erent areas like the technique of melting and drawing of 6ber as well as the melting fumace;the characteristic of CBF and its composite;the applications of CBF in stmc- ture strengthening,in reinforced concrete,in alkaline&aucid resistant or pressure vessels,骶stnlcture materials,for example hi2h temperature filter and armor etc.In the resent years,the researches of CBF and its composite became hot.It can be foreseeabIe that our country will become one ofthe principle counties in research,manufacture and application of CBF and its composites.In order to ensure a healthy and well—regulated development of this in- dustry,we should treat the CBF industry with a scientific and discreet attitude,嬲well as pragmatic and moderate measures.The author also called on a more power如l support f.rom the state. Key words:b舔alt fiber; lli曲锄d new tecllnology fiber; deVelopmem;s切lIls; suggestion