玄武巖纖維：21世紀(jì)的新型環(huán)保纖維

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　　玄武巖纖維是一種由天然巖石制成的纖維。上世紀(jì)50年代初期，德國(guó)、捷克和波蘭等東歐國(guó)家以玄武巖為原料，采用離心法生產(chǎn)出了纖維平均直徑為25μm～30μm的玄武巖棉。上世紀(jì)60年代初期，美國(guó)、前蘇聯(lián)、德國(guó)等大力發(fā)展垂直立吹法生產(chǎn)工藝，使玄武巖棉產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)。波蘭的玄武巖棉廠共有12座熔窯，年產(chǎn)玄武巖9000噸～10000噸。原捷克的玄武巖棉廠有7座熔窯，每座熔窯日產(chǎn)玄武巖棉2.4噸～2.9噸，年產(chǎn)玄武巖棉5000噸～6000噸，大量用于建筑和工業(yè)保溫，部分取代石棉用于生產(chǎn)石棉水泥制品，并使石棉水泥制品的強(qiáng)度得到提高。

　　上世紀(jì)60年代初，前蘇聯(lián)引進(jìn)了德國(guó)立吹法制造礦物棉的生產(chǎn)專(zhuān)利，在消化、吸收的基礎(chǔ)上，成功地將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于玄武巖棉的生產(chǎn)。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為日產(chǎn)38噸～40噸玄武巖棉，從而大大加快了前蘇聯(lián)玄武巖棉工業(yè)的發(fā)展。此外，前蘇聯(lián)還進(jìn)行了玄武巖長(zhǎng)纖維增強(qiáng)混凝土的研究工作，證明了在所研究的5種無(wú)機(jī)纖維中，玄武巖纖維具有最好的抵抗水泥硬化時(shí)析出的Ca2的侵蝕。1973年，前蘇聯(lián)新聞機(jī)構(gòu)報(bào)道了有關(guān)玄武巖纖維材料在其國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的情況。

　　玄武巖纖維的研究工作主要集中在前蘇聯(lián)。全蘇玻璃鋼與玻璃纖維科學(xué)研究院烏克蘭分院早在上世紀(jì)60年代～70年代就致力于這方面的研究工作。1985年，第一座連續(xù)玄武巖纖維工業(yè)化生產(chǎn)線在烏克蘭纖維實(shí)驗(yàn)室建成投產(chǎn)，年產(chǎn)量為260噸，產(chǎn)品主要用于國(guó)防軍工。目前，俄羅斯、烏克蘭等國(guó)家已采用400孔池窯拉絲工藝生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維及其制品，年產(chǎn)量700噸左右。美國(guó)則采用800孔池窯拉絲工藝，年產(chǎn)量為1000噸～1500噸。

　　連續(xù)玄武巖纖維具有優(yōu)良的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性能。定長(zhǎng)纖維具有優(yōu)良的耐熱性、熱振穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)良的隔熱吸音性能，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。制備連續(xù)玄武巖纖維的原料玄武巖,是由巖漿形成的基本礦石，是一種硬而致密的深色火山巖，主要礦物質(zhì)是斜長(zhǎng)石，在俄羅斯烏拉爾山脈、美國(guó)西部、印度尼西亞、菲律賓、越南等地有廣泛礦藏分布。我國(guó)的黑龍江、寧夏、四川、山東、河北等地也有豐富的儲(chǔ)量。而玻璃纖維則由葉臘石、石英砂、石灰石、硼鈣石、硼鎂石、螢石等原料制成。由于玄武巖熔化過(guò)程中沒(méi)有硼和其他堿金屬氧化物排出，使連續(xù)玄武巖纖維制造過(guò)程的池爐排放煙塵中無(wú)有害物質(zhì)析出，不向大氣排放有害氣體，無(wú)工業(yè)垃圾及有毒物質(zhì)污染環(huán)境。它在很大程度上可代替玻璃纖維，被廣泛用于航天航空、石油化工、汽車(chē)、建筑等多領(lǐng)域，因而，連續(xù)玄武巖纖維被譽(yù)為21世紀(jì)“火山巖變絲”、“點(diǎn)石成金”的新型環(huán)保纖維。

　　增強(qiáng)復(fù)材的競(jìng)爭(zhēng)性材料

　　采用天然耐火玄武巖擠出的連續(xù)纖維，在幾乎所有的用途方面都可以用來(lái)替代石棉纖維。近10年，玄武巖纖維已成為增強(qiáng)復(fù)合材料的競(jìng)爭(zhēng)性材料。雖然目前玄武巖纖維尚未得到廣泛使用，但已逐漸進(jìn)入消費(fèi)者視線，價(jià)位處于高強(qiáng)玻璃纖維和無(wú)堿玻璃纖維之間，但卻有著與高強(qiáng)玻璃纖維相似的性能。玄武巖礦石原料不僅廉價(jià)且隨地可取，其價(jià)格僅相當(dāng)于鋪路石料價(jià)，占玄武巖纖維生產(chǎn)成本的3%～5%,而生產(chǎn)玄武巖纖維只是將礦石在熔化爐中進(jìn)行熔化后進(jìn)入接絲漏板纖維成形，這就是連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)的全部工藝過(guò)程。與玻璃纖維一樣，玄武巖纖維也是用鉑銠合金漏板拉制而成。在纖維冷卻時(shí)涂覆浸潤(rùn)劑，纖維送入拉絲設(shè)備和卷繞設(shè)備，然后繞在紗筒上。

　　由于玄武巖纖維比玻璃纖維更有磨損性，價(jià)格昂貴的漏板需要經(jīng)常整修。隨著漏板的磨損，漏板上的圓孔會(huì)變得不均勻，進(jìn)而影響了工藝控制，如不進(jìn)行定期維修，不圓的孔徑會(huì)導(dǎo)致纖維直徑不在正常范圍之內(nèi)，生產(chǎn)出的無(wú)捻粗紗也無(wú)法預(yù)測(cè)斷裂荷載。由于在加工和維修方面存在上述差異，使玄武巖纖維的生產(chǎn)成本超過(guò)了無(wú)堿玻璃纖維，但是玄武巖纖維的支持者稱(chēng)它在復(fù)合材料用途中明顯優(yōu)于無(wú)堿玻璃纖維。玄武巖短切氈、無(wú)捻粗紗和單向織物比同類(lèi)型的無(wú)堿玻纖產(chǎn)品有著更高的斷裂載荷和更高的楊氏模量.近年飛速發(fā)展的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片產(chǎn)業(yè)受材料剛性左右的因素日益突出。玄武巖纖維的模量和拉伸強(qiáng)度分別比無(wú)堿玻纖高15%和25%,因而將成為1.5兆瓦或2兆瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片承力部位的理想材料。