玄武巖是一種堅硬、致密的火山巖，在全球大多數(shù)國家都可以找到，它是一種火成巖，這意味著它開始時處于熔融狀態(tài)。多年來，玄武巖一直用于建筑應用。然而，在過去的十幾年中，玄武巖已成為復合材料纖維增強領域的競爭者。玄武巖纖維是繼碳纖維、芳綸、聚乙烯纖維等之后的一種低成本、高性能、潔凈程度理想的新纖維。

　　玄武巖纖維及其復合材料具有力學強度高，物理和化學性能好，可以用來制作高端產(chǎn)品；就是與價格昂貴的碳纖維相比，二者的綜合性能也不相上下，玄武巖纖維有些性能還好于碳纖維，而其成本按現(xiàn)在的市場價還不及碳纖維的十分之一。且玄武巖纖維的性能非常接近碳纖維。所以玄武巖纖維有望替代昂貴的碳纖維，生產(chǎn)碳-玄武巖復合材料。

　　美國德州的玄武巖連續(xù)纖維工業(yè)聯(lián)盟指出：“玄武巖連續(xù)纖維是碳纖維的低價替代品，具有一系列優(yōu)異性能，尤為重要的是，由于它取自天然礦石而無任何添加劑，是迄今為止唯一無環(huán)境污染、不致癌的綠色健康玻璃質(zhì)纖維產(chǎn)品，具有廣闊的市場需求和應用前景”。

　　我國在玄武巖纖維生產(chǎn)方面起步較晚，但發(fā)展很快。目前在工藝及設備運行穩(wěn)定性、纖維性能、終端纖維制品的開發(fā)等方面，已經(jīng)達到國內(nèi)外領先水平。同時，我國玄武巖資源十分豐富，甘肅、黑龍江、新疆、山西、四川等地均有大量的玄武巖礦產(chǎn)資源分布。我國也已把玄武巖纖維列為重點發(fā)展的四大纖維（碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯、玄武巖纖維）之一，實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

　　開發(fā)、研究和生產(chǎn)

　　玄武巖纖維是玄武巖礦石經(jīng)過高溫熔融后，通過高速拉絲漏板拉制而成。來自法國巴黎的 Paul Dhé 是第一個提出從玄武巖中擠出纖維的想法的人。他于1923 年獲得美國專利。1960 年左右，美國和蘇聯(lián)開始研究玄武巖纖維的應用，特別是在導彈等軍事硬件中。

　　在美國西北部， 集中了大量的玄武巖層。華盛頓州立大學R.V.Subramanian 對玄武巖的化學成份、擠出條件和玄武巖纖維的理化特性進行了研究。歐文斯科寧(OC) 公司和其他幾家玻璃公司都進行了一些獨立研究項目，并取得了一些美國專利。然而，大約在1970 年前后，美國玻璃公司放棄了玄武巖纖維的研究。

　　與此同時，蘇聯(lián)和東歐方面的研究工作仍在繼續(xù)。今天，玄武巖纖維的研究、生產(chǎn)和市場應用大部分都是基于蘇聯(lián)研究成果。

　　玄武巖纖維的生產(chǎn)采用連續(xù)工藝，在許多方面與制造玻璃纖維的工藝相似。開采出來的玄武巖首先被破碎，然后被清洗并裝入與進料器相連的料箱中，進料器將材料移動到燃氣加熱爐的熔池中。在這里，該過程實際上比玻璃纖維加工更簡單，因為玄武巖纖維的成分不太復雜。玻璃通常由 50% 的硅砂與硼、鋁和/或幾種其他礦物質(zhì)的氧化物混合而成，這些材料在進入熔爐之前必須獨立送入計量系統(tǒng)。與玻璃不同，玄武巖纖維不含有輔助材料。該工藝僅需要一條進料線即可將碎玄武巖輸送到熔爐中。另一方面，玄武巖纖維制造商對玄武巖原石的純度和稠度的直接控制較少。雖然玄武巖和玻璃都是硅酸鹽，但熔融玻璃在冷卻時會形成非晶態(tài)固體。

　　巖石到纖維

　　火焰噴吹是常用的玄武巖纖維生產(chǎn)方法，破碎后的玄武巖在1450~1500℃加熱至熔融狀態(tài)，經(jīng)過漏嘴形成一次纖維；一次纖維經(jīng)過旋轉(zhuǎn)膠輥和導絲裝置后，被輸送到高溫、高速氣流中，經(jīng)過第二次融化、拉伸后，制成長度為20~200nm 的定長超細纖維。

　　玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝決定了其生產(chǎn)過程中無硼或其它堿金屬氧化物排出，因此其煙塵中無有害物質(zhì)析出，對大氣不會造成污染。且產(chǎn)品廢棄后可直接在環(huán)境中降解，無任何危害，因此是一種名副其實的綠色、環(huán)保材料。

　　與玻璃纖維一樣，玄武巖絲由鉑銠套管形成。當它們冷卻時，會施加上漿劑，并將長絲移動到速度控制的纖維拉伸設備，然后移動到卷繞設備，在卷繞設備上將纖維卷繞起來。

　　纖維到織物

　　一旦生產(chǎn)商掌握了纖維制造，他們面臨著額外的挑戰(zhàn)，因為產(chǎn)品被轉(zhuǎn)換成有用的增強形式。例如，Basaltex 很早就發(fā)現(xiàn)，直接從織布機上織出的玄武巖織物很脆弱，在處理時很容易損壞，在急劇折疊或彎曲時會出現(xiàn)纖維斷裂，并且對皮膚有刺激性。為了使產(chǎn)品更穩(wěn)定，Basaltex開發(fā)了一種專有的硅烷基施膠劑，方便后期加工。涂層加熱時不會產(chǎn)生有毒煙霧，也不會降低纖維的耐火性能。一個重要的因素，最初較差的織物性能是纖維損傷過程中發(fā)生的纖維。如今，漿紗和精細生產(chǎn)技術的結合可以最大限度地減少損傷，并使玄武巖纖維制造商能夠生產(chǎn)出堅固的纖維，這些纖維可以編織和編織，而不會抑制預期的性能。

　　雖然玄武巖纖維還沒有得到廣泛的應用，但它正慢慢地進入消費者的手中。一種常見的用途是在消防部門，因為它的高熔點。由Basaltex 進行的防火測試將其玄武巖織物置于本生燈前，使火焰的黃色尖端與織物直接接觸。黃色尖端達到1100° C 至1200° C（2012° F 至2192°F）的溫度，并使織物變得紅熱，類似于金屬織物。當暴露在火焰中時，玄武巖纖維能長時間保持其物理完整性，而同樣密度的電子玻璃制成的織物能在幾秒鐘內(nèi)被火焰穿透。

　　它的耐燃性使玄武巖纖維成為摩擦應用中的石棉替代品，例如復合制動片，因為它在高溫下不會軟化，也不會沉積在制動系統(tǒng)中的對應物（制動盤或制動鼓）上。連續(xù)玄武巖纖維也被用作其他傳統(tǒng)復合材料結構的增強材料。此外，玄武巖纖維容易受潮，因此能夠快速樹脂浸漬，使其適合樹脂傳遞模塑、灌注模塑和拉擠成型。所有由玻璃纖維制成的產(chǎn)品都可以由玄武巖纖維制成。

　　原料到應用

　　連續(xù)玄武巖纖維可被制成粗紗、細紗、土工布、編織布、短切紗、針刺氈、套管等，應用于不同領域。玄武巖纖維具有優(yōu)越的化學、物理、力學及高溫性能，因此它可在各行各業(yè)獲得廣泛的應用。

　　玄武巖纖維產(chǎn)品在復合材料方面明顯優(yōu)于玻璃纖維。在短切氈、粗紗和單向織物形式中，玄武巖纖維表現(xiàn)出比玻璃纖維更高的斷裂載荷和楊氏模量（對給定材料剛度的度量）。在比利時Luvin 大學復合材料系的IgnaasVerpoest 教授進行的玄武巖纖維和E-玻璃纖維的研究中，通過浸漬環(huán)氧樹脂玻璃和玄武巖并纏繞在芯棒上，然后壓制層壓板直至達到完全固化，制備了單向預浸料。切割135 mm×15 mm（5.3英寸×0.6 英寸）的樣品并測量其厚度。然后對試件進行三點彎曲試驗（ISO178）和ILSS 試驗（ISO 14130），以測試強度和剛度。Verpoest 報告說，每個樣品的纖維體積分數(shù)為40%，但玄武巖/環(huán)氧樹脂樣品的強度比E-glass樣品高13.7%，硬度比E-glass 樣品高17.5%，盡管玄武巖樣品比E-glass 樣品重3.6%。

　　此外，玄武巖纖維天然抗紫外線（UV）和高能電磁輻射，在低溫下保持其性能，并提供更好的耐酸性。據(jù)報道，玄武巖在工人安全和空氣質(zhì)量方面也具有優(yōu)越性。由于玄武巖是火山活動的產(chǎn)物，因此纖維化過程比玻璃纖維更環(huán)保。此外，玄武巖是100% 惰性的，也就是說，它與空氣或水沒有毒性反應，是不燃和防爆的。

　　防火隔熱領域的應用：玄武巖纖維織成的防火布耐高溫、隔熱效果好、無熔融滴落、無有毒氣體排出、無熱收縮，是防火服、防火毯、防火簾的優(yōu)良材料，耐溫可高達650℃，極限氧指數(shù)大于68, 大大優(yōu)于芳綸等到有機纖維。

　　基礎設施領域的應用：玄武巖纖維拉伸強度高、耐酸堿、化學性能穩(wěn)定，可部分替代碳纖維片，用于基礎設施的修復、更新和加固；亦可替代聚脂纖維、聚炳烯纖維、聚炳烯腈纖維，用于增強砂漿混凝土和瀝青混凝土，具有較強的防滲抗裂功效，可廣泛用于高速公路、飛機跑道、海港碼頭、水電工程建筑等基礎設施領域。

　　在環(huán)保領域的應用：玄武巖纖維是一種新型的綠色環(huán)保材料，可用于環(huán)保領域有害介質(zhì)、氣體的過濾、吸附和凈化，特別是在高溫過濾領域，玄武巖纖維的長期使用溫度是650℃，遠優(yōu)于傳統(tǒng)過濾材料，是過濾基布、過濾材料、耐高溫氈的首選材料。

　　玄武巖纖維增強塑料（BFRP）的應用：以玄武巖纖維為增強體的復合材料可用于防彈裝甲、雷達罩、炮管熱護、吸波透波隱身材料等國防領域；也可用于車船結構、耐壓耐腐蝕管道、纏繞鋼瓶、印刷電路板等民用領域。

　　另外，玄武巖纖維還是碳纖維的低價替代品，具有一系列優(yōu)異性能。尤為重要的是，由于它取自天然礦石而無任何添加劑，是目前為止唯一的無環(huán)境污染的、不致癌的綠色健康玻璃質(zhì)纖維產(chǎn)品。所以玄武巖纖維在復合材料的增強材料領域的應用，已引起廣泛的重視并將快速發(fā)展。

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