玄武岩纤维及制品发展及应用现状

玄武岩纤维及制品发展及应用现状 玄武岩连续纤维 及制品发展和应用现状 一、 玄武岩连续纤维及制品概述: 玄武岩连续纤维(CBF)，是以玄武岩为原料,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。 玄武岩属于火成岩中SiO含量为45%,53%的基性岩。主要矿物成分为2 基性斜长石和富钙单斜辉石组合，其次有斜方辉石、橄榄石、角闪石、铁 。玄武岩的化钛氧化物等，不同的玄武岩，其结晶程度和晶粒大小也不同学组成为SiO 45%,53%、A1O12%,18%、CaO 6%,10%、MgO 5%,10%、2 23 FeO+FeO 9%,15%、NaO+KO 3%,6%、TiO1%,3%。其中SiO、AlO增加23222 223熔体的高温粘度，同时影响熔体熔融温度。CaO、MgO、FeO、FeO、NaO、232KO降低熔体的高温粘度。玄武岩按化学成份分为碱性玄武岩和亚碱性玄武2 岩，亚碱性玄武岩又分为拉斑玄武岩、高铝玄武岩和玻基玄武岩。因此，不同的化学成份组成的玄武岩则具有不同的高温粘度、不同的熔融温度、成型温度和结晶温度，玄武岩熔体的纤维成型温度大体范围为1300?,1450?。 玄武岩纤维类似于玻璃纤维,但其性能远高于普通玻璃纤维, 与高强度S玻璃纤维或碳纤维T300相当，且个别性能优于S玻璃纤维和碳纤维T300。另外玄武岩纤维是纯天然的高技术纤维，由于玄武岩矿未列入国家矿产资源，原料价格相对较低，因此，业内相关人士将其生产过程称之为“点石成金”。 玄武岩纤维除具有高技术、高强度、高模量的特点外，还具有耐高温及低温性能佳(-260?,650?)、耐酸碱、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、绝缘性能好、防火阻燃、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高，适应于各种环境下使用等优异性能。与钢材相比，玄武岩纤维强度比钢材高，做成 1 / 6 的复合筋可承受的抗拉强度可以达到1200余兆帕左右，是普通钢筋的3倍以上，密度为2.0左右，只有钢材的1/4多。 玄武岩纤维织品可制成毡、布、绳、格栅等，与树脂等结合还可制成板、筋、各种型材、管材等多种复合材料，可广泛应用于消防、环保、航空航天、军工、汽车船舶制造、石油工程、海洋工程及建筑等领域。目前国内主要应用于建筑结构补强、交通道路桥梁建设、环保除尘滤料和复合材料等领域。 玄武岩连续纤维是一种纯天然的无机非金属材料，是21世纪的新材料，是世界高技术纤维行业中可持续发展的有竞争力的新材料产业。也是“国家新材料十二五规划”重点支持产业，是新型复合材料产业中重要组成部分之一。国家早在2002年将“玄武岩连续纤维及其复合材料”项目列入国家863计划，国内多家企业在纤维生产工艺的研制开发方面取得了较多的成果，并拥有自主知识产权。根据目前所掌握资料，我国玄武岩纤维制造技术及工艺，处于国际领先水平。 从目前的各种性能及技术指标，特别是同时具备耐酸耐碱、抗辐射、抗氧化、高绝缘、防火阻燃、军事隐形等独特的技术性能来讲，玄武岩纤维及其复合材料以优良的性价比和良好实用、耐用性能，可以较好地应用于国防建设、军工装备、交通建设、石油化工、环保除尘、航空航天、海洋工程、船舶制造、电力工程等领域，替代现用传统材料。 目前，国家已制定并颁布了《GB/T 25045—2010玄武岩纤维无捻粗纱》、《GB/T 23265-2009 水泥混凝土和砂浆用短切玄武岩纤维》、《GB/T26745结构加固修复用玄武岩纤维复合材料》、《JT/T 776-2010 公路工程玄武岩纤维及其制品》(玄武岩短切纤维、玄武岩纤维单向布、玄武岩纤维土工格栅、玄武岩纤维复合筋)等玄武岩纤维相关的产品标准，为玄武岩纤维及制品的推广应用奠定了坚实基础。 2 / 6 二、 目前玄武岩纤维生产概况: 根据相关资料统计，截止2012年底，国内已经实现玄武岩纤维生产的企业主要有浙江石金、江苏天龙、四川拓鑫、牡丹江金石、山西巴塞奥特、阜新矿业、河北通辉、营口洪源、山西晋投、新疆拓新等十多家，原丝总产能估计在13000吨左右，2013年原丝总产量预计在6000吨左右。 目前国内企业所能生产的玄武岩连续纤维直径最细在6微米左右，各企业主要以7-13微米纤维为主，原丝强度0.35-0.65N/Tex，产品有无捻粗纱、沥青和水泥混凝土用短切纱、土工格栅、单向布、滤料等，复合材料制品有复合筋、板、管及各种型材、异型材以及保温板等。 由于玄武岩纤维及后制品目前仍属于推广应用阶段，国家、地方或行业标准不健全，也无健全的使用、施工标准和，因此，存在许多不确定性因素，各家企业都存在产品积压现象。特别是短切纱、复合筋类，施工企业往往集中使用，生产企业即使有订单，也只能积压等待。 1、 原料方面:目前各生产企业主要以纯天然的玄武岩子料(φ5,18mm) 作为原料生产原丝，有企业为改善拉丝工艺采取加其他附料(如玻璃 球等)，也有企业试验玄武岩粉料(100目左右)，以改善原丝质量稳 定性能。 2、 漏板方面:目前国内主要以200孔和400孔漏板拉丝工艺技术为主， 在漏板温度控制、漏板制作、漏板安装更换技术方面已有不小进步， 漏板寿命平均达到3个月以上，最长寿命可达半年，同时，多家企业 正逐步尝试单炉多漏板熔炉技术和双头拉丝技术。也有企业开发陶瓷 等材料漏板，以延长漏板寿命和降低漏板费用。 3、 产量方面:目前国内气-电结合炉生产13微米原丝，200孔年产能在 60吨左右，400孔年产能在90吨左右。 4、 质量方面:国内多家企业通过ISO9001认证，质量指标均可达到国家 或行业标准。 3 / 6 三、 目前工业化进程中存在的问题和发展趋势: 1、原料:由于玻璃纤维行业采用精确配料工艺，而且有池窑搅拌技术， 使得玻纤化学成份稳定，产品质量稳定。而玄武岩纤维由于原料成份 波动，造成纤维质量稳定性较差，目前工艺条件下，不是所有玄武岩 原料都能拉丝或拉出合格原丝，适合目前工艺条件的玄武岩原料不 多，能拉出合格原丝且产量较高的玄武岩原料更少，因此，各生产企 业都在千方百计解决玄武岩原料均质化问题，但目前进展不大。 2、工艺:由于玄武岩熔体拉丝性能差，拉丝温度与结晶温度范围较窄， 致使满纱率较低，难以实现双头拉丝工艺。而且，目前工艺条件对玄 武岩原料要求苛刻。因此，改善和改进现有生产工艺、研究开发新的 生产工艺成为目前各生产企业主要课题之一。 3、能耗:现玄武岩熔炉基本为单炉单漏板，能源消耗高，如天然气消耗， 3多数企业原丝单耗在1.2Nm/Kg以上，甚至更高。单炉原丝产量低是 能耗高的主要因素。 4、漏板:目前玄武岩纤维使用漏板为200孔和400孔，若不能解决拉丝 工艺性能和质量稳定问题，发展大漏板技术可能性较差。同时由于单 漏板原丝产量低，铂铑合金消耗较高。因此，延长漏板使用寿命和开 发新材料漏板，也是降低原丝成本的重要途径。 5、浸润剂:浸润剂对玄武岩纤维生产至关重要，其作用为润滑保护、粘 结集束、抗静电、提高工艺制品的物理性能、提高纤维与材料有更好 的相容性及界面化学结合和吸附等性能。目前各生产企业所使用浸润 剂由玻纤行业浸润剂调整试验而来，浸润剂及配比对内、对外都非常 保密，各自试验开发，由于专业人员少，严重制约了纤维及制品的研 发质量和速度。当前，研发高性能、无公害浸润剂是当务之急。 6、控制系统:目前自动化控制水平较低，如上料、液面控制，线密度控 制等未能实现闭环自动化控制，基本上靠操作工经验手工调节，造成 4 / 6 产品质量、产量不稳定。因此，如何实现集中计算机自动化控制是发 展趋势。 7、工业化:目前的玄武岩纤维生产工业化为简单的单台炉组合，属于简 单的扩大再生产，无工业化整体布局设计，如:工艺流程布局、熔炉 布局设置、原料储存拣选均质及熔炉加料、装备循环水冷却、熔炉大 修及炉体更换、余热利用、废丝及污水处理、车间降温设计等，都必 须进一步优化。 8、标准化:虽参考了玻纤行业有关术语，但无定型的作业标准和工艺规 程。各生产企业作业标准和工艺等都仍在健全完善中。 9、生产效率:与玻纤行业相比，玄武岩纤维基本为单漏板单头拉丝，产 量低，废丝量高，人员劳效低，人力成本高，目前属劳动密集性产业。 10、装备:无论是气-电结合熔炉，还是电-电结合熔炉，都属于小熔炉， 国内开展玄武岩纤维基础性研究的科研机构数量少，对玄武岩连续纤 维本身的基础性研究工作少，研究内容大都局限于某一专业方面。现 阶段主要靠各个生产企业各自为战，而且，各生产企业技术封锁，互 不往来，更谈不上相互对标学习。各生产企业对玄武岩纤维的认识大 多来自于国外数据资料和国内网上相关资料，已严重影响玄武岩纤维 行业的持续健康发展。 11、人才:由于玄武岩纤维行业在我国刚起步，国内科研院所和大专院 校无玄武岩纤维行业专门的实验室、院系或专业，因此，目前从事玄 武岩纤维行业的专业人才稀少，基本上全是从相近或其他行业改行而 来。目前，虽然各生产企业都在极力从相近专业挑选人才并培养，但 也严重制约了本行业的发展速度。 12、市场:由于玄武岩纤维及制品市场刚起步，虽然国家出台相关的产 品标准，但市场和产品仍属于推广和试验阶段，目前玄武岩纤维短切 纱相对应用较多，但由于时间短，市场不规范，效果还没有完全体现， 5 / 6 而且由于价格和实际操作限制，价值不能完全体现。同时，由于认识 不足及理念差异，如用玄武岩纤维制成的复合型材、管材、板材、复 合筋等等，由于缺乏相应的技术及应用标准、规范等，设计及推广应 用目前非常困难。 四、建议: 虽然玄武岩纤维及制品应用前景非常广阔，但目前国内市场需求较小，玄武岩连续纤维产品及后制品仍处于推广、试验阶段，影响市场预期的不确定因素较多;玄武岩纤维的成本影响因素主要为天然气和铂铑材料、电和人工工资，而这些因素又处于价格增长期，因此玄武岩纤维的成本将不断增高，同时，每一种新材料的出现，必定伴随替代产品的研发和应用。因此建议: 1、国家、地方及行业加快制定产品标准和应用标准及规范，同时加大 研发投入，加大对重点企业的资金支持，集中力量联合攻关，确保 玄武岩纤维研发及应用始终保持国际领先水平。在国家资源、能源 匮乏情况下，将玄武岩这一资源有效地利用起来。 2、各生产企业要加强联合，同时与科研院所联合，增加研发投入，加 大研发力度，形成玄武岩纤维产品及后制品研发、生产、应用示范 和营销集团化运作。 3、准备进入该行业的企业，应多关注，做透市场调研，切不可肓目介 入。投资者首先应该清楚，目前玄武岩纤维及后制品行业非“短、 平、快”且赢利能力强的行业，工艺及产品研究开发和市场推广应 用仍需时日。 6 / 6