河北地質(zhì)大學(xué)玄武巖纖維材料研究所成立于2018年，著眼于玄武巖纖維材料產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展方向，以不同功能特性玄武巖原料標(biāo)準(zhǔn)化和玄武巖纖維復(fù)合材料開(kāi)發(fā)為重點(diǎn)研究領(lǐng)域，結(jié)合河北地質(zhì)大學(xué)在地質(zhì)礦產(chǎn)領(lǐng)域的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)和巖石礦物材料方向的專(zhuān)業(yè)特色，與地方、企業(yè)和高校開(kāi)展科技交流與項(xiàng)目合作。研究所以“致力科技創(chuàng)新，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展”為發(fā)展宗旨，著力建成國(guó)內(nèi)一流，具有一定影響力的玄武巖纖維材料研究機(jī)構(gòu)。近年來(lái)，河北地質(zhì)大學(xué)玄武巖纖維材料研究所在玄武巖纖維原料和介電性能的研究方面取得重要進(jìn)展。

玄武巖纖維性能的波動(dòng)性影響其高端應(yīng)用，這是目前我國(guó)玄武巖纖維材料產(chǎn)業(yè)面臨的主要問(wèn)題之一。天然原料成分的波動(dòng)性是造成纖維性能離散率過(guò)高的根本原因。玄武巖纖維原料標(biāo)準(zhǔn)化是解決玄武巖纖維性能波動(dòng)的必要手段。立足于玄武巖纖維原料的優(yōu)選與標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)配，研究發(fā)現(xiàn)一般用于纖維生產(chǎn)的原料為：氧化物組成摩爾分?jǐn)?shù)范圍RO2=0.58～0.75、R2O3=0.15～0.20、RO=0.18～0.30（R為陽(yáng)離子）；酸度系數(shù)為3.5～5.8；非晶或隱晶質(zhì)的鈣堿性、偏鋁質(zhì)巖石，其主要礦物為斜長(zhǎng)石和單斜輝石，不含石英、橄欖石、剛玉等高熔點(diǎn)礦物；通常其熔體的解聚度NBO/T為0.2～0.4、粘度lgη為0.5～1.4 Pa·s。

玄武巖纖維成纖的關(guān)鍵在于高溫硅酸鹽熔體具有特定的粘度及結(jié)構(gòu)特征，從礦物組成角度入手，模擬了與自然界中酸性-超基性系列火山巖相似的成分范圍；驗(yàn)證了工業(yè)上玄武巖纖維生產(chǎn)條件下的成纖性能；探討了影響連續(xù)纖維成纖的微觀機(jī)理。研究表明，在特定的鉀長(zhǎng)石+普通輝石配比下，熔體粘度-解聚度在特定范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)纖維的制備，且成纖性能與四面體構(gòu)成的鏈狀、層狀結(jié)構(gòu)單元比例密切相關(guān)。該研究同時(shí)可為硅酸鹽連續(xù)纖維原料優(yōu)選提供更多的可能性。

玄武巖纖維原料的均化處理是解決玄武巖纖維性能波動(dòng)的有效手段。均勻化時(shí)間和溫度對(duì)玄武巖熔體結(jié)構(gòu)有顯著影響。熔體的聚合度隨均化時(shí)間的增加而增加，隨均化溫度的升高而降低。纖維強(qiáng)度隨聚合度的增加而增加，隨著均勻化時(shí)間和溫度的增加，纖維強(qiáng)度和直徑的變異系數(shù)減小。將玄武巖磨碎有利于原料的均化，細(xì)顆粒會(huì)促進(jìn)熔化反應(yīng)的進(jìn)行，使熔體向聚合度增加的反應(yīng)方向進(jìn)行。該研究可為玄武巖纖維的性能優(yōu)化提供參考借鑒，助力玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

連續(xù)玄武巖纖維是一種非晶態(tài)材料，不結(jié)晶的玄武巖玻璃可以間接表征玄武巖纖維的介電性能。研究發(fā)現(xiàn)高含量SiO2和Fe2O3的玄武巖原料難以獲得完全非晶態(tài)的玄武巖玻璃。通過(guò)調(diào)整玄武巖玻璃的制備工藝，在1MHz下完全非晶態(tài)玄武巖玻璃的最佳介電常數(shù)為6.55，介電損耗為4.034×10-3。該研究進(jìn)一步證實(shí)了連續(xù)玄武巖纖維的介電性能可以達(dá)到E玻璃纖維的水平，為探索適合生產(chǎn)低介電連續(xù)玄武巖纖維的原料配方奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

部分玄武巖纖維原料和纖維性能研究結(jié)果寶石與材料學(xué)院玄武巖纖維材料研究所供稿