玄武岩纤维的特性及其在中国的应用前景

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续玄武 岩纤 维生产 厂 , 9 到 O年代 末 格鲁基 亚 和 哈 萨
非常遗憾 的是 , 目前在中国对玄武岩矿石作为 玄武岩纤维生产原料的研究工作尚未引起应有的重 视 。根据已掌握的玄武岩矿石化学组成分析数据说 明, 在中国的很多省份都有适 合于连续玄武岩纤维 生产的矿址 , 例如 : 四川 、 云南 、 黑龙江 、 浙江 、 湖北 、 海南岛、 台湾等省 , 其中某 省的矿石已经在工业试
验 装置 上生 产 出连续 玄武 岩纤 维 。
克斯坦分别建成二个连续玄武纤维生产工厂。但是 这些工厂采用的工艺技术能耗高、 设备结构复杂 、 产 品成本高, 因为当时产品基本 是用于国防工业 , 对 产 品成本是不 予考 虑 的 。
在9 o年代 末开发成 功连续 玄武岩纤 维生产 的新
20 gn  ̄ 4k m
2 4 gn 2 5 k / ma
9 0 9.%
1 0% 0
8 .% 6 .% 3 .% 2 .% 9O 10 9O 70
9 0% 0. 6 0 5. % 3 8 8. % 2 6 8. %
时间在流逝 , 自然的恩赐在享用 , 大 但我们应记 住 , 自然不是简单地赐给我们财富, 大 生产玄武岩纤 维必须有先进的:艺技术和现代化的设备。 [ 由表 5 数据 可见 , 由玄武岩纤维制造的制品可 在 60C 0  ̄条件下使 用。利用无机粘合剂制造 的玄武 岩纤维隔热材料可 以在 70C 0 o条件下使用。除此之 外, 利用某些高热稳定性玄武岩矿石制造 的纤维可 以在 8O 条件下使用 , 0o C 而且 该纤 维已成功地制造
从特性指标角度看, 玻璃纤维具有一定的局 限
性, 例如 : 比强度 、 使用温度 、 化学稳定性等, 尤其是 埘碱性介质 而言。除此之外 , 生产玻璃纤维必须利
用化学 纯 的各种组 份 , 尤其 是 比较 短 缺组 份 氧化 硎 (23。 因此 近年来 连续 玄武 岩纤 维先进 生 产技 术 B( ) ) 的开发 取得 较大 进 展 , 相继 组 建 并 投 产 了 一批 连 续
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Nf 4 5 1 7 D c .( e . 2m
20 05年 l 2月
F BER C0 Ⅱ I I oS TES
玄 武 岩 纤 维 的特性 及 其在 中国 的应 用 前 景
摘 要 介绍 丁连续玄武岩纤维的主要的优异性能 , 提供 了该纤维 与玻璃纤维相 比其生产 技术 的特殊性 。用 具体实 例
学 稳定 性 , 玄武岩 矿石 是 富集 的 、 融 的和质 量均 匀 熔
降低 _ r 其生产成本 , 基本上与玻璃纤维的生产成本
Fra Baidu bibliotek相当。
的单组元原料。熔融 、 质量均匀化等过程 皆是远古
火 山作用的结果。与玻璃纤维 生产不 同, 玄武岩纤
维的生产原料是天然且现成的。 近年来 , 为筛选适宜于生产连续玄武岩纤维 的 原料矿石进行过大量 的研究工作 , 尤其是 为了生产 设定特性( 如机械 强度 、 化学和热稳定性 、 电绝缘性 等) 的玄武岩纤维 , 必须采用特定要求的矿石 的化学 组成和纤维成型性能。例如 : 生产连续玄武岩纤维
不 需经 过澄 清工序 。 上述 玄武 岩矿 石 的特殊 性决 定 了连续 玄武 岩 纤
表3 R B一1 0连续玄武岩纤维断裂负荷参数
维 的生产工艺和技术装备的特点。最初建设的玄武 岩矿石熔 化炉力求 与玻璃纤维生产 相关类似 的炉 型, 虽取得一定的效果 , 但其生产成本大大高于玻璃
工艺和新设备, 使能耗降低了 25 并相应地降低 . 倍, r 生产成本, 甚至低于玻璃纤维的生产成本。 这些研 发成果为玄武岩纤维的发展给予极大的推动力 , 而且
扩展了玄武岩纤维 应用 的潜 在市 场 。在 20 年 利用 00 连续 玄武岩纤维 生 产的新 工 艺技 术 和设 备建 成 了世
器在生产 中长期使用说 明, 它可 以承受 强刺激性蒸
汽的杀菌作用。
34 抗 交错 变换 负载 能 力高 .
玄武岩纤维制造的吸音材料正广泛应用于航空
工业 、 造船工业和机械工业。除此之外 , 利用该纤维 还可制造用于隔热吸音相结合 的结构材料 。该类材 料是绝对不可燃 的, 而且在加热情况下没有有害 的
玄武岩纤维对交错变换负荷具有高稳定性和耐 久性。用连续玄武岩纤维制造的型材( 玄武岩钢) 如 条、 棒等, 经多次交错变换负载作用下未发现任何疲
劳破坏的痕迹一如裂缝和其它征兆 , 已经多年 ( 年 9
以上 ) 用后验 证 。 使
物质或气体排出, 其使用温度可达 60 0  ̄ 70C 若 C~ 0 ̄ ,
与其它材料相结合 使用温度可达 I0  ̄。例如防 O0 C
火墙 、 安全防火门、 防火结构件 、 电缆 吊线 以及其它
工业用或民用高层建筑的某些产品。
3 7 低 吸湿率 .
35 高绝缘特性和高电子磁波辐射透过性 . 连续玄武岩纤维具有较高的电绝缘性和较高的 电磁波透过性 , 因而可 以用于制造高压(5 千伏 ) 20
成过 滤 器 , 用 于矿石 、 应 冶金工 业 、 化工 厂 、 建材 厂和
玄武岩纤维 的主要特性
3 1 高 断裂 比强度 .
玄武岩纤维具有较 高的断裂 比强度 , 同直径 不
的玄 武岩纤 维 的断 裂 比强 度 不 同 , 果 见 表 2和表 结
电站排放气 中粉尘的脱除。用玄武岩纤维制成的过
岩 构成 。
玄武岩纤维的耐高热稳定性能结果见表 5 。
表 5 玄武岩纤维的在不 同温 度下 的强度保 留率。
抗 拉强度
2 4 gm ? 3k/ .
30c 0 。
9.% 87
4WC 0
50 0 %
602 0 9
70 0 ℃
8 . % 5 . % 3 . % 2 . % 87 89 84 50
3 。
表 2 不同直径玄武岩纤维 的断裂比强度
单 位 直径( m) t i 单化断裂比强度( 4 - ) 1 m ?  ̄ 50 . 25 1 60 . 20 1 80 . 28 0 90 . 24 1 I. J0 25 0
F2 , e0 )对热辐射而言它是不透明的 ; () 3玄武岩矿石是 已存在的天然熔融体 , 亦即是 说, 按化学组份而论质量是均匀化 的; () 4 玄武岩矿石的熔化过程与玻璃的熔化不问,
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2 0 年 05
原因是其生产工艺太复杂 , 而且又是新事物 , 工业生 产技术 尚未完全掌握 。玄武岩纤维的生产工艺技术 与玻璃纤维是不同的, 具体表现在 : () 1玄武岩矿石的化学组份与玻璃体完全不同;
( ) 武 岩 矿 石 含有 大 量 的 铁 的 氧化 物 ( e 2玄 FO、
玄武岩纤维及其制品的生产企业。
2 玄武岩纤维生产的发展背景
玄武岩纤维生产技术的研究开发工作始于前苏 联时期 , 6 年代初期生产了一批边疆玄武岩纤维 在 o
样品, 随之进行了多年的玄武岩纤维及其制 品特性 的研发工作 。到 8 年代 中期连续玄武岩纤维 的工 O 业生产装置投入生产。9 o年代 中期 已建成二 个连
所 采用 矿石 的化 学组成 范 围如 表 l 示 。 所
表 1 玄武 岩矿石的化学组成范 围
化学组份 s 2 A 0 F 3 C0 MO T 2 Nz 其它杂质 ; I 3 o 0  ̄ a g i a0 0
最低 ( 4 %) 5 最 高( 6 %) o l 2 1 9 5 1 5 4 1 2 3 7 09 25 . 20 60 . . 20 、 35 .
特 性指标 ; ②玄 武岩纤 维 的生产原 料是 无 限 的 ; ③近 年来 , 产玄 武岩 纤维 新技 术 的成功应 用 , 生
中国在前苏联专家的帮助下建设并投产一台连
续 玄武 岩纤维 工 业 试 验装 置 , 该 套 装 置 I f 中 在 -J f用
国的玄武岩矿石进行运转并取得较好的结果。 玄武岩矿石属火 山岩浆矿石 , 它具有天然 的化
维 的成 本 相 当于 玻 璃纤 维 的 生 产 成 本 , 因何 在 ? 原
由表 4的数据 可以看 出, 玄武岩纤维在碱性溶
液中具有独特 的化学稳定性 , 特性 为在桥梁 、 该 隧 道、 堤坝 、 楼板等类混凝 土结构 的增强 , 以及沥青混 凝土路面, 机场飞机起落跑道的增强和其它 易受潮 湿、 盐类与碱性t 凝 土介质腐蚀而导致金属钢筋腐 昆 蚀的建筑构件中的应用开辟了广泛空间。 玄武岩纤维可以与无机粘合剂相容 , 用于制造 新型耐燃复合材料。除此外 , 玄武岩纤维是制造净 化工、废气和城市废物处理装置 的过滤器不可替代 I 的材料 。
33 高 热稳 定性 .
因为玄武岩矿石原料是廉价的而且 随地可取 , 价 其 格仅 占玄武岩纤维生产成本 的 3~ %, 5 而生产玄武 岩纤维只是将矿石在熔化炉中进行熔化后进入拉丝 漏板使纤维成形 , 这就是连续玄武岩纤维生产的全 部工艺过程 , 所应该考虑将能耗降到最低值。因此 , 玄武岩矿石熔化炉结构应该更 紧凑 、 更合理 , 这样纤 维生产的能耗会更低些。 大 自然 已经提 供了构成玄 武岩矿石 的主要 能 耗 , 自然条件下 , 在 玄武 岩矿石经过富集 、 化学组份 均质化并在地球深部进行熔化等过程 。甚至大 自然 都考虑到将 玄武岩矿石 以山岭的形式推列地球表面 供人类利用 , 据统计数据约有 1 / 3的山脉是 由玄武
纤维。
32 高耐蚀性和高化学稳定性 . 在腐蚀性介质 中( 、 、 酸 碱 盐溶液 ) 玄武岩纤维具 有高耐蚀性和高化学稳定性 , 结果见表 4 。
表 4 玄武岩纤 维在 不同腐蚀介质 中强度保 留率
评价连续玄武岩生产成本应考虑的因素有 : 玻 璃纤维生产技术 已发展了 7 多年 , O 而玄武岩纤维 的
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4 期
玄 岩纤维 的特性及其在中国的应用前景 武
滤器可以净化 30C~ 5  ̄-作条件下的空气 。 0  ̄ 60 E C 在抗生索生产过程 中产生的气体也可以用玄武
岩纤维进行净化和杀 菌, 用玄武岩纤维制成 的过滤
由玄武 岩纤 维制造材料 的吸音性能数据见表 8该材料是用直径为 1 3 n的超细玄武岩纤维制 , ~t a 成。
玄武岩矿石在地球表面上 已存放 了数百万年, 经受着多种气候因素的作用 , 玄武岩矿石是最坚 固 的硅 酸盐 矿石 之 一 , 由玄 武 岩 制造 的纤 维 具 有 天 然 的强度和对腐蚀性介质作用的稳定性 、 耐用性 、 电绝 缘性 , 玄武岩矿石是一种天然的环保 型的洁净原料。
过 去 多年来 , 玄武 岩纤 维 未能 被广 泛应 用 , 主要
工 艺技 术仅 在最 近几 年 才取 得 一 些 进 展 ; 拉 丝 漏 就
板的孔眼数而言 , 玻璃纤维生产所 用的拉丝漏板 已 达 20 孔甚至更多, 00 而玄武岩纤维工业生产的拉丝 漏板 目 前仅为 20 而已。当然 , 0孔 目前正在进行生 产能力更高的多孔数漏板 的研究开发工作 。但是 , 目 前使用 20 0 孔拉丝漏板条件下生产连续玄武岩纤
说明在不同工业领域玄武岩纤维的应用前景。
l 前

界最大规模的生产厂 , 该厂的全部产品用于 日本本 田
汽车公 司的零 部件 生产 。除此之 外 , 在建设 和将要 正 建设数座连续 玄武岩纤维 的生产 厂 。
目 , 前 世界各国对用 玄武岩矿石生产 的连续玄 武岩纤维产生了极大的兴趣 , 原因在于 : ①与 玻璃 纤维 相 比玄武 岩纤 维具 有绝 对优 异 的
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