玄武岩纤维和玻璃纤维的比较
玄武岩纤维特性及简介

玄武岩纤维主要特性及用途简介玄武岩纤维是一种无机非金属纤维,有它独特的性能和应用市场。
玄武岩纤维只有强度高、耐高温、耐久性好、耐腐蚀(耐酸耐碱)、不吸水、介电性能好,防辐射、有一定的吸波和透波等综合性能、性价比也适中的特点。
1.玄武岩纤维的使用温度范围为260~650℃;玻璃纤维为380℃,玄武岩纤维在400℃时,其断裂强度保持在85%;在600℃时,其断裂强度仍能够保持65%。
而且其超低温使用性能很独特。
2.抗拉强度(单丝强度)玄武岩纤维的抗拉强度为3000~4800M pa,与高强S玻纤很相近。
3.耐酸性:玄武岩纤维在饱和Ca(OH)2溶液以及在水泥等碱性介质中耐久性好,能保持高度的稳定性,可代替钢筋用作混凝土建筑结构的增强材料,制作桥梁等大型建筑的结构件。
随着我国玄武岩纤维的批量生产,玄武岩纤维增强水泥再次被业界重视,原来用聚丙烯纤维增强水泥混凝土的部分建材企业积极采用玄武岩纤维增强水泥及其混凝土;另一些建筑结构加固、补强和修复,都取得了较好的效果。
利用玄武岩纤维较高的抗拉强度这一特点,加上它具有与水泥、混凝土的亲和力和耐碱性,在建筑增强领域中的应用具有较大优势和发展潜力。
4.化学稳定性:玄武岩纤维含有的K2O、MgO和TiO2等成分对提高纤维耐化学腐蚀及防水性能起到重要的作用,玄武岩纤维与玻璃纤维在3小时消费者后纤维质量损失的对比情况:在水中玄武岩纤维损失0.002而玻璃纤维则损失0.007;2NNaOH 的溶液里两者分别为0.0275和0.06:在2NHCL中玄武岩纤维仅损失0.022,而E玻璃纤维则损失0.389。
5.热振稳定性玄武岩纤维在200℃下的热振稳定性很好。
采用玄武岩纤维和环氧树脂制成的复合材料在军品和民品上也获得很大的进展,如在喷火口处具有强大的热振冲击力时,玄武岩纤维复合材料也能保持非常好的热振稳定性,加之玄武岩纤维的伸长率高于碳纤维,所以玄武岩纤维还可以制作耐热的复合材料、绝热绝缘复合材料:如仪表盘,电器附件,耐磨高温齿轮、密封件,耐高温衬垫、船舶的绝热材料。
玄武岩纤维替代玻璃纤维用于成型汽车导流罩

玄武岩纤维替代玻璃纤维用于成型汽车导流罩作者:梁继才龚光耀来源:《科技资讯》2019年第20期摘; 要:玄武岩纤维是一种新型环保的高性能纤维,RTM成型是一种成本低,效率高,生产过程对人体友好的复合材料成型方式。
该文将玄武岩纤维替代玻璃纤维应用于汽车导流罩生产中。
將玄武岩纤维进行改性处理,对比改性玄武岩纤维以及多种纤维在RTM成型导流罩上的应用,对比不同纤维类型及不同纤维织物形式增强的复合材料的力学性能差异,探究铺设方式对制品性能的影响,以及复合材料厚度不同给力学性能带来的差异,综合考量玄武岩纤维在汽车领域的应用前景。
关键词:玄武岩纤维; 复合材料; RTM成型中图分类号:TB332 ; ;文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2019)07(b)-0051-021; 研究背景玄武岩纤维(Basalt Fiber,BF)符合当今的绿色发展理念,是性能优异的硅酸盐纤维,它是由分布广,易获得的玄武岩矿石,加热成熔融状态后通过专门的漏板孔制成的纤维[1-3]。
矿石的主成分是二氧化硅,同时还有部分氧化钙及少量其他金属氧化物存在。
此外,玄武岩纤维的生产过程封闭且较为环保,基本无污染物的排放问题,纤维属于玄武岩矿石物理转变后的存在形式,废弃在自然生态中,也不会对生态产生不好的影响,全程绿色环保[4]。
树脂传递模塑成型(简称RTM)与传统的手糊成型及喷射成型相比,有着生产更高效、制品的尺寸精度更好、表面状况优良、苯乙烯挥发物更少等诸多优势。
该文尝试采用玄武岩纤维(BF)来替代玻璃纤维(GF)毡用于RTM成型制备汽车驾驶室导流罩。
首先对玄武岩纤维进行改性处理,得到改性玄武岩纤维(Modified Basalt Fiber,MBF)。
对比不同纤维及改性前后的玄武岩纤维在RTM成型应用时的优劣表现,探究制品厚度对力学性能的影响。
2; 实验对比2.1 纤维改性及RTM成型工艺介绍玄武岩纤维采用的是平纹布,特点是纤维层数低时具有较好的纵横双向性能稳定性。
玄武岩玻纤

玄武岩玻纤玄武岩纤维,是玄武岩石料在1450℃~1500℃熔融后,通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维,强度与高强度S玻璃纤维相当。
纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色,有些似金色。
玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料,它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后,通过漏板快速拉制而成的。
玄武岩连续纤维不仅强度高,而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。
此外,玄武岩纤维的生产工艺决定了产生的废弃物少,对环境污染小,且产品废弃后可直接在环境中降解,无任何危害,因而是一种名副其实的绿色、环保材料。
我国已把玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维(碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯、玄武岩纤维)之一,实现了工业化生产。
玄武岩连续纤维已在纤维增强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用。
中文名玄武岩纤维外文名basalt fiber特征强度高耐腐蚀绝缘隔热纤维制品无捻粗纱短切纱布复合材料应用建筑绝缘环保隔热玄武岩纤维表面较光滑,表面能较低,经过表面改性后,其表面增加纳米SiO2粒子,有效地提高纤维表面粗糙度,增加了微生物与载体间的有效接触面积;改性后表面有阳离子的存在,载体表面电位升高,载体表面带正电荷,利用静电吸力促进微生物固定,有利于微生物固定化;改性后表面的活性官能团,增加了载体的表面能,所含有羟基、羰基或羧基等,对微生物在载体表面粘附生长有积极的作用。
通过玄武岩纤维载体表面改性,使其具有良好的亲水性和微生物负载性能,使之能够负载更多的生物量,且长时间保持较高的微生物活性,从而实现更有效通过生物膜法降解水体中污染物。
纤维制品编辑1,玄武岩纤维无捻粗纱,是用多股平行原丝或单股平行原丝在不加捻的状态下并合而成的玄武岩纤维制品,2,玄武岩纤维纺织纱是由多根玄武岩纤维原丝经过加捻和并股而成的纱线,单丝直径一般≤9nm。
玄武岩纤维与玻璃纤维的比较

玄武岩纤维与玻璃纤维的比较玄武岩是一种在全世界大多数国家中都能够找到的火山岩。
在很长时间内,玄武岩被用于浇铸工艺,制作建筑用的砖和板。
在工业用途中,用作钢管内衬的浇铸玄武岩显示了极好的耐磨性。
另外,玄武岩被磨碎之后,还可用作混凝土的集料。
玄武岩纤维与玻璃纤维的相似点与不同点图1 玄武岩纤维布玄武岩纤维采用与玻璃纤维相似的连续工艺制造。
首先将玄武岩石破碎,经洗清后投人熔窑。
此步工序比玻璃纤维简单,因为玄武岩纤维的组成不如玻璃纤维复杂。
玻璃一般由50%的硅砂与硼、铝氧化物等几种其他矿物制成。
这些原料必须在进人熔窑之前分别称量配料。
与玻璃不一样,玄武岩纤维没有其他原料,只需单一投料。
另一方面,对玄武岩原料纯度和稳定性的直接控制也少。
虽然玄武岩和玻璃都是硅酸盐,但熔融玻璃冷却后形成非晶态固体,而玄武岩则具有晶体结构,其结构随各地理区域熔岩流动的具体条件而异。
图2 玻璃纤维布经破碎的玄武岩进人熔窑后在1500℃下熔化(玻璃的熔点为140090-160090 )。
与透明的玻璃不同,不透明的玄武岩不是传输而是吸收红外能。
因此,使用传统玻璃熔窑那样的上方燃烧器来均匀加热玄武岩原料就更困难。
使用上方燃烧器,玄武岩熔体就必须在贮液槽内停留较长时间(几个小时)来达到均匀温度。
因此,玄武岩纤维厂商采用了几种方法来促进均匀加热,包括浸没式电极。
但Technobasalt公司的销售经理称,因质量原因,他的公司宁愿用气熔而不是用电熔,尽管气熔成本高。
最后,该公司采取了两极加热方案,分区采用不同的加热系统。
因为,只有料道部分才需要高精度的温度控制,故在前段加热区可使用更简单的控制系统。
与玻璃纤维一样,玄武岩纤维用铂锗漏板成形。
纤维冷却时施加浸润剂,然后被拉丝机卷绕。
图3 玄武岩纤维纱由于玄武岩纤维的磨损力比玻璃纤维更强,昂贵的漏板需要频繁的重新加工。
漏板磨损时,圆形漏孔受到不均匀的磨损,对工艺控制造成影响。
如果不及时维修,非圆形的漏孔就会形成直径不一的单丝,使生产的无捻粗纱断裂强度不可预测。
20170421连续玄武岩纤维与碳纤维_芳纶_玻璃纤维的对比及其特性概述_刘学慧

TDC、PPD 单体
NMP、CaCl 溶剂
聚合
凝固、萃取、干燥
溶剂回收
H2SO4
溶解
H2O
纺丝
H2O/H2SO4
短纤维 水洗
洗涤、中和、干燥 卷绕
浆粕 切断
卷曲 上油
H2O
悬浮
原纤化
干燥
脱水
切断
H2O
干燥
打包
打包
图 3 芳纶纤维工艺流程图
加水清洗 喷灯引火预热
原料 坩埚 拉丝
晒干 点火加热 1 100 ℃~1 300 ℃
山西科技
SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY
2014 年 第 29 卷 第 1 期
文章编号:1004-6429(2014)01-0087-04
收稿日期:2013-06-28
连续玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、玻璃纤维的 对比及其特性概述
刘学慧
(太原钢铁(集团)有限公司新材料事业管理部,山西太原,030003)
玻璃纤维是一种纤维状的玻璃材料,是由玻璃球或废旧玻 璃经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造而成的。玻璃纤维具 有强度高、不燃、耐腐蚀、隔热、隔音、电绝缘性好、比有机纤维耐 温高、吸水少等优点,但玻璃纤维性脆、耐磨性较差。玻璃纤维按 照成分不同主要分为:无碱(E)玻璃纤维(氧化钠 0~2%)、中碱 (C)玻璃纤维(氧化钠 8%~12%)、高碱(A)玻璃纤维(氧化钠 13% 以上)、特种玻璃纤维(例如高强(S)玻璃纤维)等。玻璃纤维的主 要成分有二氧化硅(45%~60%)、氧化铝(12%~19%),其余为氧化 钙、氧化钠、氧化铁和二氧化钛等,成分类似于玻璃纤维。 1.2 连续玄武岩纤维与其他纤维的生产工艺对比
玄武岩各种物理性能对比

5403
8.3
SMA-13沥青玛蹄脂碎石沥青混合料(玄武岩纤维掺量为沥青混合料的0.4%)
5.6
6441
5.5
纤维材料的力学性能对比
性能
玄武岩纤维
聚丙烯纤
S玻纤
芳纶
碳纤维
抗拉强度(MPa)
3800~4800
410-800
4020~4650
2900~3400
2500~6000
弹性模量(GPa)
95~110
4.2~6.0
88~91
70~140
230~600
断裂伸长率(%)
2.5~3.5
4.7
4.5~5.5
2.8~3.6
检测项目
AC-16玄武岩纤维沥青混合料
AC-16普通沥青混合料
规范要求
毛体积密度(g/cm3)
2.419
2.406
/
最佳油石比(%)
4.9
4.8
/
稳定度(kN)
19.2
14.0
≥8
流值(mm)
3.1
3.5
2-4
60℃动稳定度(次/mm)
2310
1210
≥800
冻融劈裂试验的残留强度比TSR (%)
81.7
1.5~2.0
玄武岩纤维与E玻纤的化学稳定性对比
介质种类
在各种介质中煮沸3小时后的质量损失(%)
玄武岩纤维
E-玻璃纤维
H2O(水)
1.6
6.2
2N NaOH(碱)
2.8
6.0
2N HCL(酸)
2.2
38.9
纤维材料的物理性能对比
性能
玄武岩纤维
玄武岩纤维,纺织纤维的最佳强化材料
玄武岩纤维,纺织纤维的最佳强化材料作者:俊林来源:《中国纤检》2010年第17期玄武岩纤维是一种从玄武岩石中提炼出来的纤维材料,它含有丰富的矿物斜长岩、辉石和橄榄石,其性能类似于碳纤维和玻璃纤维,但其物理化学性能却强于玻璃纤维,其价格低于碳纤维,还具有防火阻燃的功能。
玄武岩纤维拥有的特征与用途玄武岩纤维具有良好的加工性能,用它可以制成多种用途的无纺布及复合织物,还可在化学、风能、交通、航空航天、建筑和海洋领域大显神威。
其原因就在于,它拥有下列属性:机械性强度、化学抗阻、卓越的热效应、良好的隔音效果。
玄武岩纤维材料是一种天然的矿物质,属于火山岩的一种。
作为一种矿物,它拥有各种颜色,灰、黑等。
是一种优良的矿物纤维原材料,含有100%的无机物,纤维兼容性极强,因此它可以与各种纺织纤维搭配,成为纤维材料的添加剂。
这种矿物几乎在世界各国都能找到。
在过去,人们将它用来做建筑材料或修整道路。
但是,却很少有人知道,玄武岩纤维含有100%的连续性纤维,且纤维长度和直径很高,因此它具有很强的坚韧度,易弯曲,成本低廉,透气性好,对环境和健康无害,因此目前被看做最佳的石棉替代物。
但是,玄武岩纤维的功能远不止这些。
其天然的外观色泽可构成最佳的装饰效果。
然而,更让人称奇的是,玄武岩纤维的特点和功能却在于强化其他纺织纤维,经强化后的纺织纤维具有如下特征:高强度、高系数、耐腐、耐高温、工作温度宽广、手感良好等等。
玄武岩纤维的比抗张力(其密度决定其断裂应力)超过钢铁纤维许多倍。
而玄武岩的密度仅超过玻璃5%,其拉伸模量也超过玻璃纤维。
这使玄武岩纤维可成为最佳的复合纺织强化纤维。
不仅如此,它还具有稳定的规格尺寸,因为玄武岩纤维的弯曲度和柔软性不易发生变异,具有良好的抗疲劳性,是世界上具有最好摩擦系数的纤维之一。
由于具有绝缘性,玄武岩纤维还可制作从绝缘仪表板到电路板等广泛的产品,其应用十分广泛。
玄武岩的需求量每年都在上升。
凡是要用玻璃纤维的地方,玄武岩就能加以应用。
20170421连续玄武岩纤维与碳纤维_芳纶_玻璃纤维的对比及其特性概述_刘学慧
抽丝
软化
上丝
夹丝和缠丝
下丝成品
包装
成品
入库
图 4 玻璃纤维工艺流程图 表 1 连续玄武岩纤维与其他纤维产品性能对比
性能
连续玄武岩纤维 碳纤维 芳纶纤维 E 玻纤
密度(/ g·cm-3)
2.6~2.8
1.7~2.2
1.49
2.5~2.6
使用温度/℃
-260~880 最高 2000 最高 250 -60~350
业、牡丹江金石、山西巴塞奥特、横店
华大学等。单厂产能 1 000 t/a~ 玻纤等。单厂产能 40 万t/a~
产厂家
中凯工贸等。单厂产能 100 t/a~1 000
集团上海俄金等。单厂产能 100 t/a~
5 000 t/a
90 万 t/a
t/a
1 000 t/a
中 国 产 能 或 产能 8 542 t,产量 2 000 t(2011 芳纶 1313 产能 8 600 t,芳纶
产量 279 万 (t 2011 年)
产量
年)
1414 产能 2 000 (t 2011 年)
产量 3 000 t,产能 4 000 (t 2011 年)
世界产量或 产能 5 万 t,9 万 (t 2011 年)
产能
芳纶 1313 产能 3.2 万 t,芳纶 产量 489 万 (t 2011 年)
1414 产能 6.5 万 (t 2011 年)
碳纤维是纤维状的碳材料,其化学组成中的碳元素约占 90%以上。碳纤维是一种高新技术产品,它既具有碳素材料的固 有本性,又具有金属材料的导电和导热性、陶瓷材料的耐热和耐 蚀性、纺织纤维的柔软可纺织性、高分子材料的轻质和易加工 性。碳纤维虽然具有质量轻、高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐 蚀、抗疲劳、导电、导热的优良特性,但是碳纤维抗氧化性较差, 与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。碳纤维 工业化产品按其生产原料主要分为聚丙烯腈基碳纤维、黏胶基 碳纤维和沥青基碳纤维三类,其中聚丙烯腈基碳纤维是当今世 界碳纤维发展的主流,约占世界碳纤维市场的 80%。碳纤维主要
试谈玄武岩纤维在建筑材料领域的应用
试谈玄武岩纤维在建筑材料领域的应用玄武岩是一种火成岩,主要由斜长石、角闪石和辉石等矿物质组成。
在建筑材料领域,玄武岩纤维的应用越来越受到关注。
玄武岩纤维具有高强度、耐高温、耐腐蚀、阻燃等优良性能,因此在建筑材料领域中有着广泛的应用前景。
本文将从玄武岩纤维的特性、在建筑材料中的应用以及发展趋势等方面展开探讨。
一、玄武岩纤维的特性1. 高强度:玄武岩纤维的拉伸强度和模量都非常高,比普通的玻璃纤维和碳纤维更为优异。
因此在应用时可以大幅度提高材料的强度和耐久性。
2. 耐高温:玄武岩纤维可以在高温环境下长时间工作,温度范围一般在1000℃以上,因此可以应用于高温环境下的建筑材料中。
3. 耐腐蚀:玄武岩纤维对于酸碱腐蚀有较好的耐受性,适用于长期暴露在恶劣环境下的建筑材料中。
4. 阻燃:玄武岩纤维本身是一种无机材料,具有良好的阻燃性能,可以大大提升材料的耐火性能。
二、玄武岩纤维在建筑材料中的应用1. 加固材料:玄武岩纤维可以用于加固混凝土和砂浆,提高材料的韧性和抗拉强度,使其更加耐久耐用。
2. 隔热材料:玄武岩纤维可以制成各种保温材料,应用于建筑外墙隔热系统中,具有良好的隔热效果和防火性能。
3. 防腐蚀材料:玄武岩纤维可以应用于化工厂、污水处理厂等腐蚀性环境下的建筑材料,提高材料的耐腐蚀性能。
4. 防火材料:玄武岩纤维可以制成各种防火材料,应用于建筑内外墙、顶棚、隔断等部位,提高建筑的整体防火等级。
三、玄武岩纤维在建筑材料领域的发展趋势1. 多样化应用:随着技术的不断进步,玄武岩纤维的应用领域将会更加多样化,不仅局限于传统的建筑材料,还可以应用于一些特殊的建筑材料,如地下室防水、隧道内壁材料等。
2. 环保性能:随着人们对环保材料的需求不断增加,玄武岩纤维的环保性能将成为其发展的重要方向,研发出更加环保的玄武岩纤维材料,满足市场的需求。
3. 耐久性能:玄武岩纤维材料的耐久性能将得到更多关注,通过提高材料的耐候性能和耐久性能,使其更加适用于各种恶劣环境下的建筑材料。
玄武岩纤维与玻璃纤维对汽车摩擦材料性能影响
玄武岩纤维与玻璃纤维对汽车摩擦材料性能影响黄四平;于占江;王晓芳;岳建设;赵维;王珊【摘要】The type and content of reinforcing fiber is an indispensable factor to motor vehicle frictonal material.It is used of the glass fiber or basalt fiber as the reinforcing fiber in the homologous formulation.The performance of friction coefficient,impact strength,rockwell hardness were tested in the paper.The results showed that the friction property of basalt fiber in friction material was better than that of glass fiber.%增强纤维种类和含量是影响汽车摩擦材料性能的重要因素,在同源配方中分别采用玄武岩纤维和玻璃纤维,测试了摩擦材料的摩擦系数、冲击强度、洛氏硬度性能.结果表明,质量分数为8%的玄武岩纤维摩擦材料比质量分数为8%的玻璃纤维摩擦材料的洛氏硬度可以提高33.8%,冲击强度提高7.45%,且摩擦性能相对稳定,磨损率低,是制备高性能摩擦材料替代玻璃纤维的优选原料.【期刊名称】《合成材料老化与应用》【年(卷),期】2017(046)003【总页数】6页(P35-39,118)【关键词】汽车摩擦材料;玻璃纤维;玄武岩纤维;摩擦性能【作者】黄四平;于占江;王晓芳;岳建设;赵维;王珊【作者单位】咸阳师范学院化学与化工学院,陕西咸阳712000;咸阳师范学院化学与化工学院,陕西咸阳712000;咸阳师范学院化学与化工学院,陕西咸阳712000;咸阳师范学院化学与化工学院,陕西咸阳712000;咸阳师范学院化学与化工学院,陕西咸阳712000;咸阳师范学院化学与化工学院,陕西咸阳712000【正文语种】中文【中图分类】K878.8增强纤维作为汽车摩擦材料重要组成部分,科研人员在增强纤维的种类方面做了大量研究,传统采用石棉纤维作为增强材料到现代采用玻璃纤维、碳纤维、有机纤维及其改性纤维、混杂纤维等作为增强材料[1],取得了巨大的进步。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
玄武岩纤维和玻璃纤维的比较在全球的大部分国家中都可以找到坚硬而致密的火山岩。
玄武岩作为一种火成岩,它是从熔融状态下演变而成。
玄武岩通过浇铸工艺制成瓦及板用于建筑市场已有多年历史。
此外,在工业用途方面浇铸的玄武岩钢管内衬也有很高的耐磨性。
玄武岩在粉碎状态下还可以用作混凝土的集料。
后来,采用天然耐火玄武岩挤出的连续纤维,在几乎所有的用途方面都可以用来替代石棉纤维。
近十年,玄武岩纤维已成为增强复合材料的竞争性材料。
这一姗姗来迟的产品的支持者声称他们产品的性能与S-2玻璃相似,其价格则介于S-2玻璃和E玻璃之间,甚至有可能成为碳纤维的较为便宜的替代品。
法国的Paul Dhe是第一个有从玄武岩挤出纤维的想法的人。
他在1923年申请了一项美国专利。
大约在1960年,美国和前苏联都开始研究玄武岩的用途,尤其是在军事硬件如火箭上的用途。
在美国西北部,集中了大量的玄武岩层。
华盛顿州立大学的R.V.Subramanian对玄武岩的代学成份、挤出条件和玄武岩纤维的理化特性进行了研究。
欧文斯科宁(OC)公司和其他几家玻璃公司都进行了一些独立研究项目,并取得了一些美国专利。
大约在1970年前后,美国玻璃公司放弃了玄武岩纤维的研究,将战略重心定于其核心产品,研发出了包括OC公司的S-2玻纤在内的许多更好的玻璃纤维。
与此同时,东欧方面的研究工作仍在继续,自上世纪50年代在莫斯科、布拉格和其他地区从事这方面研究工作的独立机构被前苏联国防部收归国有,集中于前苏联乌克兰的基辅附近的研究院和工厂进行研制。
1991年苏联解体后,苏联的研究成果被解密,开始用于民用产品。
今天,玄武岩纤维的研究、生产和大部分市场化的努力都是基于那些曾与苏维埃集团结盟的国家的研究成果。
目前生产和销售玄武岩的公司有:Kamenny Vek公司(俄罗斯)、Technobasalt公司(乌克兰)、横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司(简称GBF)和玻璃钢及纤维研究院(乌克兰)。
Basaltex公司是比利时Masureel Holding公司的子公司,它和美国Sudaglass Fiber Technology公司分别向欧洲和北美市场提供织造和非织造玄武岩纤维增强材料。
玄武岩纤维是采用在许多方面类似于玻纤拉丝的连续方法制造而成。
首先需要将开采出的玄武岩进行粉碎处理和洗涤,然后装入与投料机相连的料仓内,由投料机将原料投入到用天然气加热的窑炉的熔化部。
实际上这一过程比生产玻璃纤维要简单,因为玄武岩的成份更不复杂。
一般玻璃成份中除50% SiO2外,其他成份还包括氧化硼、氧化铝和/或其他几种材料。
这些材料在进入窑炉之前必须分别投入称量系统。
不同于玻璃,玄武岩纤维不含第二种原料。
生产过程只需要一条单独的投料线将粉碎的玄武岩送入熔窑。
换言之,玄武岩纤维制造商对玄武岩原料的纯度和稳定性的直接控制工作更少。
虽然玄武岩和玻璃都是硅酸盐,但熔融玻璃冷却后形成非晶状固体,而玄武岩具有晶体结构。
玄武岩含有三种硅酸盐矿物质:斜长石、辉石和橄榄石。
斜长石为一些由硅酸钠和硅酸钙组成的三晶长石。
辉石为含有镁、铁、钙三种金属氧化物中任意两种氧化物的晶体硅酸盐。
橄榄石是含有硅酸镁和硅酸铁的硅酸盐。
这种成份变异意味着构成玄武岩的矿物水平和化学组成可以因地域关系存在很大差别。
甚至于岩浆在接近地表时的冷却速率也会影响到晶体结构。
Basaltex公司负责研发的人士指出,尽管能够从世界各地的矿井或露天进行开采,实际上全球只有几十个地区的玄武岩经过分析适合于制造连续细纤维。
Technobasalt公司负责销售的人士认为,乌克兰地区的玄武岩成份非常适合于制造连续细纤维。
Kamenny Vek公司所用的玄武岩原料都取自乌克兰西部。
该公司在俄罗斯有一座备用矿,其玄武岩化学成份虽然接近主要原料开采源,公司仍然倾向于使用同一来源开采的原料。
将粉碎后的玄武岩送入窑炉后,在1500℃的温度下形成液态(玻璃熔点为1400~1600℃)。
与透明的玻璃不同,不透明的玄武岩不传输红外能量只是吸收能量。
因此很难利用普通玻璃窑上部的气体燃烧器对整个玄武岩混料进行均匀加热。
在上部气体燃烧器的作用下,熔化的玄武岩必须置于池内若干小时,确保均匀的温度分布。
为了对原料进行均匀加热,生产厂商采用了多种方法,包括在池内放置电极。
比起使用电加热,Technobasalt公司更倾向使用燃气加热,这是出于对质量的考虑,尽管这样做增加了制造成本。
该公司采用了两步加热法,在分开的区段分别安装了加热控制系统。
他们认为只有在窑炉出料区靠近拉丝漏板的位置需要安装很精确的温度控制系统,在初始加热区可以使用相对简单的控制系统。
和玻璃纤维一样,玄武岩纤维也是用铂铑合金漏板拉制而成。
在纤维冷却时涂覆浸润剂,纤维送入拉丝设备和卷绕设备,然后绕在纱筒上。
由于玄武岩纤维比玻璃纤维更有磨损性,昂贵的漏板需要经常整修。
随着漏板的磨损,漏板上的圆孔变得不均匀,影响了工艺控制。
如不进行定期维修,不圆的孔径会导致纤维直径不在正常范围之内,生产出的无捻粗纱也无法预测它的断裂荷载。
玻璃纤维漏板在使用6个月或更长时间后需要进行重新加工,而过去用于拉制玄武岩纤维的漏板的使用期限只有3~5个月,但Kamenny Vek公司经过工艺控制方面的改进已经使漏板的寿命延长到了6个月。
总之,由于在加工和维修方面存在上述差异使玄武岩纤维的生产成本超过了E玻璃纤维,但是玄武岩纤维的支持者称它在复合材料用途中明显优于E 玻璃纤维。
玄武岩短切毡、无捻粗纱和单向织物比同类型的E玻纤产品有着更高的断裂载荷和更高的杨氏模量(材料的刚性参数)。
比利时Leuven大学复合材料系专门从事玄武岩纤维和E玻纤研究的Ignaas Verpost教授进行了一项试验。
用环氧树脂浸渍E玻纤和玄武岩无捻粗纱后,缠绕在一芯轴上,然后压实层合材料直至其完全固化,分别切下135㎜×15㎜的试样测量厚度。
然后对试样进行三点弯曲试验(ISO 178)和ILSS试验(ISO14130)来测强度和刚性。
试验结果显示,虽然每块试样中的纤维含量均为40%,但玄武岩环氧试样的强度比E玻纤环氧试样高13.7%,刚性高17.5%,而玄武岩试样比E玻纤试样重3.6%。
此外,玄武岩纤维天然耐受紫外线和高能量电磁辐射,在低温下仍能保持真性能,具有更好的耐酸性。
据报道,玄武岩纤维在安全操作和空气质量方面没有问题。
Technobasalt公司人士称,由于玄武岩是火山活动的产物,其成纤过程比玻纤对环境的影响更小,在成纤过程中可能释放的“温室”气体在几百万年前岩浆喷发时就已释放出来。
玄武岩属于百分之百的惰性物质,与空气与水不发生毒性反应,为不燃和防爆物质。
在将玄武岩纤维转换成有用的增强材料时,生产厂商总会面临新的挑战。
例如,Basaltex公司以前就曾发现直接从织布机织出的玄武岩织物在加工时脆而易损,强烈弯折时会使纤维断裂,对皮肤还有刺激作用。
为了使产品更稳定,Basaltex公司研发了一种有利于产品后道加工的专有硅烷浸润剂技术。
这种纤维涂层加热后不发毒烟,也不会降低纤维的阻燃性能。
该公司称,在初始阶段造成织物性能低劣的明显原因是在成纤过程中造成了纤维的损坏。
今天,采用浸润剂技术和精良的生产工艺已经使纤维损坏降低到最低程度,制造出很有强度的玄武岩纤维,编织和机织时不会影响性能。
虽然目前玄武岩纤维尚未得到广泛使用,它已逐渐进入消费者手中,它的价位处于S玻璃(5~7美元/磅)和E玻璃(0.75~1.25美元/磅)之间,但却有着与S 玻璃相似的性能。
由于它的高熔点,它最常用在防火领域。
Basaltex公司进行了一些防火试验。
试验时,将玄武岩织物置于Bunsen燃烧器的前端,使黄色的火焰直接接触到织物,黄色火焰的温度为1100℃~1200℃,使织物像金属织物那样变得红热。
即使延长暴露在火焰中的时间,玄武岩纤维仍能保留其完整性,但是如果把同样密度的E玻纤织物放在火焰前端,只需几秒钟就会烧穿。
由于玄武岩的阻燃性,使其成为摩擦材料中石棉的替代品,如制造复合材料刹车垫。
由于它在高温下不会软化,不会因软化而沉积在刹车系统匹配件(盘式制动器或制动鼓)上。
玄武岩也用于增强其他普通复合材料结构件。
因为玄武岩容易被浸湿,适合于快速树脂浸渍和树脂传递模塑。
Technobasalt公司称,所有用玻璃纤维制造的产品都可以用玄武岩纤维制造。
Kamenny Vek公司现有几家使用它的标准增强材料产品的用户,其中之一是芬兰玻纤制造商奥斯龙公司,该公司现正在提供用于风力涡轮机叶片层合材料的双轴向玄武岩织物。
风轮机叶片业务受材料刚性左右,玄武岩纤维的模量和拉伸强度分别比E玻纤高15%和25%,因而成为风轮机叶片某些部位的理想材料。
工程设计人员采用计算机系统计算不同材料和施加浸润剂带来的优缺点,并对产品原型进行一系列试验。
由Kamenny Vek公司供应的织物制成的风力机叶片有望在今年末通过德国劳氏认证。
OEMs(贴牌生产厂商们)也正在着手了解用作消费品的玄武岩纤维产品的情况。
专门销售摄影三脚架和云台的法国Gitzo公司最近推出了它的玄武岩三脚架和独脚架。
公司提供多种型号来满足所有摄影者的需求。
该公司先是用碳纤维生产复合材料制件,现在则利用公司现有的纤维增强管制造技术经验来制造玄武岩复合材料制品,因为玄武岩增强复合材料强度高,成本却比碳纤维低。
玄武岩三脚架腿比铝制三脚架腿大约轻20%,而且具有更好的减震效果。
美国Lib Fechnologies公司目前销售两种不同型号的滑雪板,在这两种型号中加入的是玄武岩纤维而非在其他型号中通常使用的玻璃纤维。
Mervin Manufacturing公司制造玄武岩增强滑雪板,在其拥有专利权的滑雪板木芯的每一侧都有玄武岩衬里,使滑雪板刚性更好,重量更轻。
该公司还在其生产的Quik Sliver牌滑雪板中使用了Basaltex公司的玄武岩产品。
该款滑雪板曾出现在2005年JEC展览会Basaltex摊位上。
在汽车工业方面,美国Azdel公司(GE和PPG的50/50合资公司)开发了一种商名为Volcalite的热成型热塑性复合材料,该热塑性复合材料含有聚丙烯和长的短切玄武岩纤维。
该公司称玄武岩聚丙烯系统吸声性好、热膨胀系数低、强度重量比高、延展性好。
在制造汽车顶蓬内衬时能够比使用普通材料薄出50%。
在英美都设有公司的Tehnical Fiber Products公司使用短切玄武岩纤维制造薄毡。
该公司正在用这种薄毡试生产层合的和热成型的汽车部件。
佳斯迈威欧洲公司也在生产湿法玄武岩薄毡。
在基础设施领域玄武岩纤维也日益成为竞争性材料。
美国Sudaglass公司虽然自己不再生产纤维,但是却在生产几种含玄武岩纤维的制品,如混凝土加强筋。