玄武巖纖維是以天然玄武巖石料為原材料,在1450~1500 ℃下熔融后通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維。其拉伸強度和機械強度優(yōu)異,彈性模量高,導(dǎo)熱系數(shù)低,吸音系數(shù)高,可用于建筑、交通、電子及航空航天等領(lǐng)域。
比利時Basaltex公司開發(fā)了新型玄武巖纖維復(fù)合材料,并成功試用于高鐵結(jié)構(gòu)件上。將該加工工藝結(jié)合EconCore公司的專利技術(shù)可制成“玄武巖纖維蜂窩結(jié)構(gòu)材料”,該防火夾芯板采用玄武巖纖維與聚糠醇生物樹脂(100%甘蔗廢料)和回收聚酯制成,可用于面板、隔板、地板、桌子等。玄武巖纖維的熱固型蒙皮可在高溫下固化成型,成型時間短,有利于自動化生產(chǎn)。
美國玄武巖纖維生產(chǎn)商Mafic與TMG材料集團合作,計劃擴大熱塑性玄武巖纖維復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用,并應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件,也可應(yīng)用混雜復(fù)合材料。專家認(rèn)為,玄武巖復(fù)合材料比玻璃纖維復(fù)合材料(GFRP)更具可持續(xù)性,且最終會實現(xiàn)成本、質(zhì)量和可持續(xù)性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
玄武巖纖維是我國目前產(chǎn)量最大(2020年產(chǎn)量約3萬t)的無機高性能纖維,有20多家生產(chǎn)企業(yè),其中以四川航天拓鑫玄武巖實業(yè)有限公司和浙江石金玄武巖纖維股份有限公司為龍頭,但近年來涌現(xiàn)出一批新興加工企業(yè)。在生產(chǎn)技術(shù)方面,已有幾家大企業(yè)向大型池窯、多紡位和大漏板方向發(fā)展,實現(xiàn)了生產(chǎn)高效化、產(chǎn)品低成本化和低離散系數(shù)。
四川省玻纖集團股份有限公司于2017年開始建設(shè)3000 t/a的池窯法玄武巖纖維生產(chǎn)線,2020年5月建成1萬t/a的采用電氣混合純氧燃燒的單元池窯拉絲法示范項目并投產(chǎn),此外投資1億元,在德陽金山工業(yè)園建設(shè)1萬t/a的玄武巖纖維復(fù)合材料生產(chǎn)線。該公司還計劃投資5.3億元建設(shè)3萬t/a的全球最大玄武巖纖維生產(chǎn)線。其中,一期1萬t/a的單元窯共有24個漏板,技術(shù)特點是將85%的玄武巖礦添加其他組分,通過微調(diào)達(dá)到設(shè)定的最佳配方,使原料穩(wěn)定,同時通過加工成粉末使其熱穿透性好,并能自動控制黏度-溫度關(guān)系。漏板孔數(shù)1200~2400,2020年3月起該公司自己的漏板加工廠投產(chǎn),且擁有表面改性技術(shù),擬打造世界最大玄武巖纖維研發(fā)生產(chǎn)基地。二期工程擬建2萬t/a的大型生產(chǎn)線,窯爐面積全球最大,共有48個漏板,預(yù)計2023年建成投產(chǎn)。產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域包括短切纖維增強瀝青道路、復(fù)合板材、拉擠型材、模壓復(fù)合材料,以及與中國海洋大學(xué)合作開發(fā)的用于海島工程的混凝土補強材料等。
四川謙宜復(fù)合材料科技有限公司自動化程度較高,產(chǎn)品離散系數(shù)小,成本接近于玻璃纖維。其產(chǎn)能為3500 t/a,但公用工程按6萬t/a預(yù)留,便于今后擴大至經(jīng)濟生產(chǎn)規(guī)模(3萬t/a)。該公司計劃在河南鄭州和遼寧撫順各建產(chǎn)能為1萬t/a的工廠。此外,江蘇天龍玄武巖連續(xù)纖維股份有限公司作為我國最早實現(xiàn)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)之一,依舊選用純天然玄武巖拉絲法,最大漏板孔數(shù)為800,最細(xì)單絲直徑為5.5 μm,強度3500 MPa,模量90 GPa;吉林通鑫玄武巖科技股份有限公司也是我國較先進(jìn)的大型玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè),已形成拉絲設(shè)備80臺(套),產(chǎn)能1.2萬t/a,單絲直徑7~20μm,該公司曾先后與吉林大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、西澳大學(xué)、德國開姆尼茨科技大學(xué)、第一汽車集團等合作,探索玄武巖纖維及其復(fù)合材料在汽車及軌道交通領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用。
近年來,我國玄武巖纖維的基礎(chǔ)研究和新產(chǎn)品開發(fā)不斷取得突破。如東南大學(xué)研究的高模量(>93 GPa)玄武巖纖維的化學(xué)組分為:SiO2含量43%~52%,Al2O3含量13%~27.5%,MgO含量4.5%~14%,CaO含量2.06%~6.5%,F(xiàn)e2O3+FeO合計8.17%~13.65%,Na2O 含量0.53%~3.3%,K2O含量0.41%~2.16%,TiO2含量0.81%~8.26%。北京航空航天大學(xué)發(fā)明了一種中空玄武巖纖維的制造方法和裝置,拉絲漏板包括本體、過濾網(wǎng)和針芯組件,漏板本體有腔室,里面有位置相對的開口和底壁,濾網(wǎng)設(shè)于開口處,濾網(wǎng)通孔與腔室連通,底壁設(shè)有安裝孔,針形組件置于安裝孔處,紡出的中空纖維具有較低的相對成本。中科院新疆理化技術(shù)研究所在纖維制備過程中對其涂覆納米導(dǎo)電浸潤劑而制得導(dǎo)電玄武巖纖維,這種功能浸潤劑分散穩(wěn)定性良好,導(dǎo)電率超過200 μS/cm,可使玄武巖纖維的電導(dǎo)率超過10 S/cm,單絲拉伸強度提升20%,同時該所還研究了以玄武巖纖維織物為原料、通過化學(xué)氣相沉積法(CVD)在其表面直接生長CNT,由它制成的樹脂基納米復(fù)合材料具有良好的電磁波屏蔽功能。
詳細(xì)內(nèi)容,請關(guān)注《全球高性能纖維及其復(fù)合材料行業(yè)新進(jìn)展》一文。