玄武岩纤维是一种从玄武岩石中提炼出来的纤维材料,它含有丰富的矿物斜长岩、辉石和橄榄石,其性能类似于碳纤维和玻璃纤维,但其物理化学性能却强于玻璃纤维,其价格低于碳纤维,还具有防火阻燃的功能。
玄武岩纤维拥有的特征与用途
玄武岩纤维具有良好的加工性能,用它可以制成多种用途的无纺布及复合织物,还可在化学、风能、交通、航天航空、建筑和海洋领域大显神威。其原因就在于,它拥有下列属性:机械性强度、化学抗阻、卓越的热效应、良好的隔音效果。玄武岩纤维材料是一种天然的矿物质,属于火山岩的一种。作为一种矿物,它拥有各种颜色,灰、黑等。是一种优良的矿物纤维原材料,含有100%的无机物,纤维兼容性极强,因此它可以与各种纺织纤维搭配,成为纤维材料的添加剂。这种矿物几乎在世界每国都能找到。在过去,人们将它用来做建筑材料或修整道路。但是,却很少有人知道,玄武岩纤维含有100%的连续性纤维,且纤维长度和直径很高,因此它具有很强的坚韧度,易弯曲,成本低廉,透气性好,对环境和健康无害,因此目前被看作最佳的石棉替代物。但是,玄武岩纤维的功能远不止这些。其天然的外观色泽可够成最佳的装饰效果。然而,更让人称奇的是,玄武岩纤维的特点和功能却在于强化其它纺织纤维,经强化后的纺织纤维具有如下特征:高强度、高系数、耐腐、耐高温、工作温度宽广、手感良好等等。
玄武岩纤维的比抗张力(其密度决定其断裂应力)超过钢铁纤维许多倍。而玄武岩的密度仅超过玻璃5%,其拉伸模量也超过玻璃纤维。这使玄武岩纤维可成为最佳的复合纺织强化纤维。不仅如此,它还具有稳定的规格尺寸,因为玄武岩纤维的弯曲度和柔软性不易发生变异,具有良好的抗疲劳性,是世界上具有最好摩擦系数的纤维之一。
由于具有绝缘性,玄武岩纤维还可制作从绝缘仪表板到电路板等广泛的产品,其应用十分广泛。玄武岩的需求量每一年都在上升。凡是要用玻璃纤维的地方,玄武岩就能加以应用。
世界玄武岩纤维的发展历程
国外连续玄武岩纤维(CBF)研发经历了几十年的艰辛近十年才真正取得玄武岩纤维技术的实质性进展。上个世纪末,苏联解体后,CBF经历了这十多年来初创发展期,加之世界经济快速发展,全球又迎来了新一轮的投资CBF的高潮,它有力地推动了这种复合材料的强劲发展。但由于生产连续玄武岩纤维的技术含量高、工艺难度大,迄今为止,全世界能生产这种纤维材料的仅有乌克兰、俄罗斯、美国、加拿大、中国等少数几个国家约数十家企业。
2005年全球规模较大的,现年产300-1500T级连续玄武岩纤维生产线在乌克兰有4家、俄罗斯4家、美国2家、格鲁吉亚、加拿大及德国各1家。其中在乌克兰基辅的乌日(TOYOTA)合资企业2005年约年产800TCBF,产品全部销往日本。最新获息,该企业正着手规划扩建年产5000TCBF的新工厂;还打算在离乌克兰基辅350公里地方筹建万吨级连续玄武岩纤维新工厂。俄罗斯也在美国俄亥俄州建立了SUDAGLASS玄武岩纤维工厂并已于2006年正式投产。
玄武岩纤维工业联盟(Basalt Fibre Association)BAF已在美国德州乌德兰兹成立,他们将以新产品新技术为契机,全力推广玄武岩纤维材料的应用。
目前,连续玄武岩纤维产品应用最为广泛的是独联体国家,他们已成功应用于多个领域,并大量出口西方。最近,他们又向加拿大转让相关技术并建成1条生产线,也与中国、越南、波兰和印度等国进行技术转让谈判。美国欧文斯.科宁(Owens Corning)公司对此项目也展开过产业化研究,曾建过大型流水生产线,投资约1亿美元,但因技术不过关,太冒进,投产后不能连续运行而影响工业化生产。
尽管国外连续玄武岩纤维开发至今已取得较举世瞩目的成绩,但全世界生产连续玄武岩纤维的总体技术还尚处于初级发展阶段。这是因为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,现阶段全球的连续玄武岩纤维稳定生产技术一般均停留在200孔拉丝漏板的初级水平上, 而玻璃纤维生产所用的拉丝漏板已达2000孔数。因此,世界上一些国家正在进行生产能力更高的多孔数漏板的研发工作,连续玄武岩纤维生产还有待于在生产工艺与设备、生产能力及降低能耗等多方面再作大胆探索与创新研究。
方兴未艾的中国玄武岩纤维工业
中国连续玄武岩纤维研发虽自上世纪70年代起,由国家建筑材料科学研究院和南京玻璃纤维研究设计院曾先后断断续续地开展过相应的研究,但未获得成功。直至2002年,我国正式将“连续玄武岩纤维”列入国家863计划,承担该课题项目的深圳俄金碳材料科技有限公司(由深圳黄金屋真空科技有限公司与俄罗斯一家军工材料研究院合资组建的)和大型民营企业横店集团等3家股东注资2000万人民币,于2003年12月成立了横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司。该公司申报的“连续玄武岩纤维”项目,经国家科技部、财政部严格资格审查,被正式批准为2004年第三批科技型中小企业创新基金项目,它是继2004年5月8日被国家科技部发文批准列为国家级火炬计划后又被列入国家支持贷款贴息的科技项目,2005年9月21日这项“连续玄武岩纤维项目”被认定为上海市高新技术成果转化项目。
历经两年的技术开发,横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司采用创新的生产技术和“一步法”工艺,取得了以纯天然玄武岩(不添加任何辅料)为原料生产连续玄武岩纤维的研发成果,并成功实现了工业化生产。该公司不仅掌握了电熔炉、火焰炉、气电结合的生产技术,而且生产的多轴向织物树脂基复合材料及玄武岩纤维片材等复合材料等产品得到军工和民用领域有关用户的认可。公司已于今年春节向欧洲用户出口了一批单丝直径为7μm的连续玄武岩纤维细纱产品。
目前,发展中的横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司是继俄罗斯等独联体与美国之后的全世界具有一定规模,排名第六家生产工厂。最近获悉,国家发改委正在制定中长期发展规划,其中在《中国化纤工业发展战略研究报告—高新技术纤维分报告》(草案)中已经明确将连续玄武岩纤维与将碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维一并列为我国中长期要重点发展的四大高新技术纤维, 其中对玄武岩连续纤维的发展规划有专家学者预测: 2010年全国生产连续玄武岩纤维1万吨,2020年将达到7~10万吨。
技术工艺水平是衡量一个企业是否具有先进性,是否具备市场竞争力,是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。随着我国玄武岩纤维市场的迅猛发展,与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外玄武岩纤维生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格,提高市场竞争力十分关键。