连续玄武岩纤维,北航材料学院

1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划连续玄武岩纤维,北航材料学院我国纯天然连续玄武岩纤维异军突起“火山岩变丝”、“点石成金”。也许没有比用这两个词更能简要揭示“连续玄武岩纤维”的生产工艺特征和对其应用价值的评价了。综观现阶段全球所有有机、无机及金属类高技术纤维，惟有连续玄武岩纤维是纯天然、非人工合成的。由于它具有原材料的天然性、性能的综合性、成本的廉价性和工艺的简洁性、技术的高难性，以及应用的广泛性等特征，因此，结合我国国家中长期科学和技术发展规划纲要以及我国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要的原则要求，连续玄武岩纤维的深入研发和产业化发展，理应受到我国材料界和国家各有关部门的关注。笔者结合这几年来对连续玄武岩纤维的研发和产业化工作的实际体会，就我国如何大力发展连续玄武岩纤维，谈一点看法。CBF一种新的高技术纤维“连续玄武岩纤维”是以纯天然火山岩为原料，在14501500熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。纯天然的CBF颜色似金色。以CBF为增强体可制成多种复合材料。CBF与碳纤维、芳纶、超

2、高分子量聚乙烯纤维等高技术纤维相比，除了具有高技术纤维高强度、高模量的特点外，CBF还具有耐温性佳、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、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，且性价比好，是一种纯天然的无机非金属材料，也是一种可以满足国民经济基础产业发展需求的新的基础材料和高技术纤维。CBF及其复合材料可以较好地满足国防建设、交通运输、建筑、石油化工、环保、电子、航空、航天等领域结构材料的需求，对国防建设、重大工程和产业结构升级具有重要的推动作用。它既是21世纪符合生态环境要求的绿色新材料，又是一个在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。尤其是我国已经拥有自主知识产权的CBF制造技术及工艺，并且以“后来者居上”的后发优势达到了国际领先水平，因此，大力发展CBF及其复合材料产业无疑具有重要的意义。CBF的发展历史及市场现状由于生产CBF的技术含量很高，目前全世界能生产CBF的仅仅有俄罗斯、乌克兰、美国、中国等少数几个国家。XX年全世界CBF的生产总量不超过3500吨，有一定规模的生产企业不超过6家，实质上现阶段还没有真正形成一个高科技的“产业”。近年来，我

3、国发展CBF异军突起，成为拥有世界上最领先的CBF生产技术的几个国家之一。XX年我国将“连续玄武岩纤维及其复合材料”列入国家863计划，承担该课题的横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司经过近两年的开发，采用特殊的生产技术和“一步法”工艺，取得了以纯天然玄武岩为原料生产连续纤维的研发成果，实现了工业化生产。“十五”期间，拥有自主知识产权的863计划成果为CBF项目的产业化奠定了坚实的基础。迄今为止，全世界共有大大小小的CBF制造工厂10家左右，其中：乌克兰有4家，分别为乌克兰的基辅乌日合资企业、乌克兰别列切绝缘材料厂、Tech-nobasalt公司，还有一家是俄罗斯SUDA-GLASS和乌克兰Khmelnitskyreg的合资企业；俄罗斯有4家，分别是俄罗斯SUDA-GLASS公司、IVOTGLASS股份有限公司和另一国家级研究院内部设立的工厂；美国有1家，新泽西州的玄武岩纤维公司。此外，格鲁吉亚有1家；德国有DBW公司1家；我国有横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司等3家生产企业。CBF经过10多年萧停缓慢的初创期，近几年由于世界经济的快速发展，全世界又迎来了新的投资CBF的热潮，有力地带

4、动了该复合材料的强劲增长。例如，乌克兰基辅的乌日合资企业XX年大约年产CBF800吨，产品全部返销日本。该企业正在计划扩建年产5000吨的连续玄武岩纤维新工厂。此外，在距离乌克兰基辅350公里的地方正在筹划建设1万吨的连续玄武岩纤维新工厂。美国俄亥俄州的Sudaglass玄武岩纤维工厂也将于今年投产。玄武岩纤维工业联盟BAF已在美国德州Woodlands成立，该联盟称将全力推广BasaltFibre材料的应用。目前，全世界生产CBF的技术尚处于初级发展阶段。受纯天然玄武岩矿石溶体易析晶、导热性差等特殊生产工艺难度的影响，现阶段，全世界CBF的稳定生产技术一般均停留在200孔拉丝漏板的初级水平上，CBF的生产技术亟待不断深入地研发与发展。CBF具有区别于碳纤维、芳纶等高技术纤维的显著特征我国国家发展和改革委员即将把连续玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维一起列为我国鼓励发展的4大高技术纤维。CBF与其他高技术纤维相比，有着显著的差异特征：原材料的天然性。由于生产CBF的原料取自于天然的火山岩，除了它与生俱来就具有很高的化学稳定性和热稳定性外，还不含对人类健康有害的成分。其生产过

5、程中也没有任何有害气体产生，没有废渣产生，一般吨玄武岩矿石可以生产1吨CBF。目前，我国的玄武岩矿石主要用于建造高速公路用地铺路石。显然，CBF的生产是以单组分的纯天然的矿石为原料，这在所有的高技术纤维中是非常独特的鲜明特征。性能的综合性。若从单一的纤维力学性能和化学性能比较，似乎都能找到比CBF更强的高技术纤维，然而，将很多性能综合起来比较，CBF是最佳的“多能”纤维。CBF不仅具有综合素质好的优良品质，譬如既耐酸又耐碱，既耐低温又耐高温，既绝热、电绝缘又隔音，拉伸强度超过大丝束碳纤维，断裂延伸率比小丝束碳纤维还要好；CBF具有表面极性，与树脂复合时界面结合的浸润性极佳，而且CBF具有三维的分子维数与分子维数一维的线性聚合物纤维相比具有较高的抗压缩强度、剪切强度和在耐恶劣环境中使用的适应性、抗老化性等优异的综合性能。有国外专家一言以蔽之：CBF最棒的就是综合性能好、性价比好。韩国材料界专家甚至说：CBF产品寿命期为100年至1000年。成本的低廉性。生产CBF的工厂成本并不高，纯天然玄武岩矿石的原料每吨仅仅是80元100元人民币，较高的生产成本是制造拉丝漏板用的铂铑合金，这需要占用较

6、大的资金。目前，采用我国CBF项目863计划成果技术生产每吨纤维的成本已经接近于E-玻璃纤维。CBF优良的性价比是其他任何一种高技术纤维难以望其项背的。CBF生产成本的低廉性为其大规模的推广使用创造了基本条件。工艺的简洁性。采用“一步法”生产CBF的基本工艺为：将玄武岩矿石投入熔炉熔化拉丝，生产工艺非常简洁。由于不需要人工配料，其生产工艺环节比一般玻璃纤维的生产还要简洁得多，更不用说与其他高技术纤维复杂的工艺环节比较了。技术的高难性。CBF生产的工艺虽然非常简洁，但是由于纯天然玄武岩熔体导热性差、析晶上限温度较高容易析晶、成纤黏度控制范围很窄，对天然玄武岩矿石矿物相和成分组成有着严格的筛选条件。因此，生产CBF过程中有着较高的成纤难度、严格的工艺控制条件和很高的技术门槛。这也是全世界CBF发展20多年了仍然停留在200孔拉丝漏板初级技术水平的主要原因。应用的广泛性。CBF是典型的“多能”纤维。综其上述特征不难看出其应用领域的广泛性。譬如，CBF的火山岩原料本身属于硅酸盐类，因此，在建筑领域可以大显身手。短切的CBF可以用于增强水泥混凝土和沥青混凝土，CBF与树脂复合可以制成复合筋替代钢

7、筋，甚至可以替代碳纤维制成玄武岩纤维片材等，在房屋、桥梁、高速公路、城市高架道路、飞机跑道、海港码头、地铁隧道、沿海防护工程、核电站设施、军事设施等建筑领域起到加固补强、防渗抗裂、延长建筑使用寿命的诸多作用。CBF是天然绿色的新材料，将给人类的建筑业和我国优先发展的交通运输领域带来革命性的变革。CBF有着比美国杜邦公司NOMEX更高的极氧指数，它优良的阻燃隔热性能，将被广泛用作消防服阻燃隔热面料层和防火卷帘、灭火毯的消防材料等。纤维的差异性。CBF具有与其他高技术纤维不同的特点。玄武岩纤维的软化点为960，使用温度范围为-260700。碳纤维的抗氧化性较差，在400左右就有CO和CO2产生，一般情况下要涂覆抗氧化涂层。超高分子量聚乙烯纤维或芳纶等有机高科技纤维的耐温性大大不如玄武岩纤维，熔点一般在144152，只适合于低温条件下使用。对位芳纶纤维的熔点和分解温度较低，对紫外线较为敏感，光照强度损失较大，燃烧时排出少量的有害气体。间位芳纶最高使用温度只有250，使用温度受到一定的限制。聚苯并双恶唑纤维受紫外线照射时会影响到纤维的强度，虽然PBO纤维具有极高的弹性模量和拉伸强度，但是价格极

8、为昂贵。CBF也有它自身的缺点，例如比重较大，纤维较脆，服用性较差。然而，CBF的不足与独特的价值相比是微不足道的。美国玄武岩纤维工业联盟指出：“玄武岩纤维是碳纤维的低价替代品，具有一系列优异性能，尤为重要的是，由于它取自天然矿石而无任何添加剂，是目前为止惟一的无环境污染的不致癌的绿色健康的玻璃质纤维产品。美国作为世界保护环境的倡导者，将全力发展无污染的绿色工业材料，所以玄武岩纤维在复合材料领域的应用已引起广泛的重视并将快速发展。”欧洲业界人士亲昵地把CBF称为“金色纤维”。CBF市场方兴未艾是典型的资源节约型新材料从我国国情出发，就人均能源和矿藏资源拥有量看，我国是一个资源贫乏的国家。综观全世界CBF之外的高技术纤维，我们不难看出，除了它们拥有优异的力学性能和化学性能外，其实在制造过程中都要花费大量的能源和资源，尤其是石油资源和电能。不了解CBF生产特征的人们往往想当然地认为生产CBF需要高温熔化肯定是一个高耗能的项目，这实在是一大误解！横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司“全电熔炉”工业化生产的能耗指标表明：每制造1公斤单丝直径为13微米15微米的CBF仅需要耗费不足5度电，按每度电

9、元人民币计算，每公斤纤维的电耗成本仅仅为元人民币左右，约占工厂生产成本的15%.如果将CBF及其复合材料替代金属和其他高技术纤维所节约的能源和资源作一个综合经济性评价，则CBF是一种典型的资源节约型绿色材料。CBF生产原料来源广泛且廉价，可促进我国矿产资源的合理开发和高附加值的应用，符合国家的产业政策，是一种低投入、高产出、低能耗、少排放、能循环、可持续发展的资源节约型、环境友好型的新材料。CBF代表了材料制备和使用过程绿色化这一材料技术的主要发展方向。因此，发展CBF是符合我国国情的，应予大力发展。CBF将为我国现代国防建设提供不受外国控制的新材料高技术纤维是国防军工建设和支撑高科技产业发展的重要基础材料，它直接关系到国防科技工业的建设和国民经济支柱产业的升级。CBF就是继碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维之后的第四大高技术纤维。它是21世纪在国防建设中有着重要应用价值的高技术纤维，是体现国防科技战略布局的一种新材料。CBF及其复合材料在航空航天、火箭、导弹、战斗机、核潜艇、军舰、坦克等武器装备的国防建设领域有广泛的应用。它可以促进军队武器装备升级换代，增强军队战斗力；可在某些领域替代碳纤维，节约相关武器装备的制造成本；可寓军于民，是一种典型的可广泛应用的军民两用的新材料。由于玄武岩纤维具有区别于碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维的一系列优异性能，而且性价比好，近几年来引起了美国、欧盟等国防军工领域的高度重视。XX年美国军方甚至收购了其国内一个创办不久的连续玄武岩纤维生产工厂，现在这个年产1000吨CBF的工厂设立在美国南部阿拉巴马的军事基地，产品100%用于国防军工，其CBF的具体应用至今对外秘而不宣。显然，这些年来，美国军方在CBF的应用研究中又发现了许多新的应用价值。非常欣喜的是，我国国防科技工业系统也十分重视CBF在国防建设领域的应用，有关应用研究课题已经展开。CBF将为我国交通运输领域的基础建设发挥升级换代的作用CBF及其复合材料将对重大工程，尤其是交通运输领域的基础建设具有重要的推动作用。CBF将

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