玄武岩纤维产品及其应用的研究进展

2011年第2期产业用纺织品综述

玄武岩纤维产品及其应用的研究进展

孙建磊

李

龙

张胜靖

（西安工程大学纺织与材料学院，710048）西安，

摘要：概述各种玄武岩纤维制品在不同领域的应用，分析玄武岩纤维生产技术的主要问题，指出研发玄武岩

纤维及其制品的重要意义。

关键词：玄武岩纤维，制品，技术，研发，应用中图分类号：TS102．41

文献标识码：A

文章编号：1004－7093（2011）02－0001－04

不同的设计方法得到品种繁多的制品。如在玻璃

0前言

玄武岩纤维是玄武岩石料在1450 1500ħ

钢产业，玄武岩纤维可以按照相应的方式制得类似玻璃钢的制品1．11．1．1

［4-5］

。

玄武岩纤维纱

玄武岩纤维无捻粗纱

玄武岩纤维无捻粗纱是用多股平行原丝或单

高温熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。作为一种矿产资源，玄武岩矿石资源比较丰富，价格低廉，熔化后不需要经过净化过滤其性即可制成纤维。玄武岩纤维和玻璃纤维相似，能介于高强度S 玻璃纤维和无碱E 玻璃纤维之纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色，有些似间，金色

［1］

股平行原丝不加捻状态下并合而成的集束体。应耐超低温、耐化学腐用领域：缠绕制取各种耐高温、

蚀、耐高压的管道、储罐、气瓶，编织各种方格布、土还可用作防弹防护材工布用作建筑的修补和加固，料

［6］

。玄武岩纤维的耐温范围比较宽泛，可以。

玄武岩纤维短切纱

应用在－260 800ħ 的条件中（而玻璃纤维的适用温度仅在－60 450ħ 之间），其耐碱性能和耐酸性能都优于普通的玻璃纤维，抗氧化耐水解性能也比玻璃纤维要好得多，弹性模量是玻璃纤维70 80GPa 的1．3倍左右，可以达到100GPa ，抗拉

［2］

强度甚至可以达到4000MPa 以上。专家预测

1．1．2

玄武岩纤维短切纱是由连续玄武岩纤维原丝切短而成的产品。玄武岩纤维短切纱是热塑性树脂首选增强材料，同时还是用于砂浆/混凝土和沥青/混凝土最佳的防渗抗裂增强材料

［7］

。产品应

用：适用于增强热塑性树脂，是制造片状模塑料（SMC ）和团状模塑料（BMC /DMC）的优质材料；由于具有良好的性价比，特别适合与树脂复合用作汽车、火车、舰船壳体的增强材料；可用于水电站大坝和道路路面的防渗抗裂抗压和延长使用寿命的增核电厂的蒸汽强材料；还可用于热电厂的冷凝塔、

水泥管道和用于耐高温针刺毡、汽车吸音片以及热轧钢材、铝管等的增强材料。1．1．3

玄武岩纤维纺织纱

玄武岩纤维纺织纱是由多根连续玄武岩纤维原丝经一次加捻而成的纱线。大体可以分为织造用纱和其他工业用纱

［8］

玄武岩纤维制造业将成为迅速崛起的新兴材料产业之一

［3］

，玄武岩纤维的研发和应用具有显著的

经济效益和良好的社会效益。

1玄武岩纤维的产品及其应用

玄武岩纤维可以通过与不同的材料结合、通过

收稿日期：2010－02－10

作者简介：孙建磊，男，1986年生，在读硕士研究生。主要从事于纺织新材料、新工艺、新技术、新产品的研究与开发。

E-mail ：lilong2188@yahoo．com．cn 通讯作者：李龙，

。应用领域：织造耐酸碱、

—1—

耐高温的布和带，针刺毡用基布，电绝缘板用基布，电绝缘用纱，缝纫线，帘子线，高档的耐温耐化学腐蚀织物。1．1．4

玄武岩纤维膨体纱

玄武岩纤维原丝通过膨胀体纱机，在成形膨化通道中高速空气形成的紊流将玄武岩纤维分散开，并使其呈毛圈状，从而制成纤维蓬松的膨体纱。产品应用：制造耐高温过滤布、

防火窗帘布，膨体纱与连续纤维混织的材料是制造耐高温过滤布、高等级针刺毡的优良材料。1．2

玄武岩纤维布

玄武岩纤维布是采用玄武岩纤维纱加工而成的织物，包括管状织物、格栅布和多轴向织物等。1．2．1

玄武岩纤维基布

采用玄武岩纤维细纱（单丝直径一般小于9μm ）加工而成的玄武岩纤维布。产品应用：覆铜板基布，针刺毡基布，防火布基布，防辐射材料基布

［9］

，建筑工程修补加固材料的基布，尤其适用于

军队防毒、

防辐射、防火、防化学腐蚀和屏蔽性强的装备和设施篷布的基布。1．2．2

玄武岩纤维防火布

玄武岩纤维防火布用7 9μm 连续玄武岩纤维细纱织制而成，有平纹布、缎纹布等，经耐高温、无毒害的涂层处理。玄武岩纤维防火布为不燃材料，在1000ħ 火焰作用下不变形、不爆炸，耐火在1h 以上；可在潮湿、蒸汽、烟雾、含化学气体的环境下起到防护作用。产品应用：适合用作造船业

［10］

等的大型钢结构和电力维修的现场焊接、气

割的防护用品；纺织、化工、冶金、剧院、军工领域等通风防火和防护用品，如消防头盔、护颈织物等；还适用于避火消防服、隔火帘、防火毯、防火包、电焊防火布围墙等。1．2．3

玄武岩纤维土工布

玄武岩纤维土工布以耐酸强的玄武岩纤维为原料，编织成格栅布，再经过沥青处理后烘干成型。玄武岩纤维土工格栅用于土壤、路基等的增强。1．2．4

玄武岩纤维套管

玄武岩纤维套管由玄武岩纤维编织而成，使用时一般都要对其进行高温处理，表面经有机硅共聚树脂涂敷处理。产品应用：适用于电器、电机的剥线部位的绝缘管，还可作定纹管、电刷软管和耐高—2—

温复合管的基材使用。1．2．5

玄武岩纤维多轴向布

玄武岩纤维多轴向布采用国际先进的多轴向编织设备和工艺编织而成。产品应用：风力发电机叶片，

船舶、汽车、高速列车、体育用品、建筑物的增强材料，以及航天、航空、防弹、防护等领域的用品。1．3玄武岩纤维毡1．3．1

玄武岩纤维针刺毡

玄武岩纤维针刺毡是由单纤维无序交错穿插而形成的无定向三维微孔结构。产品应用：高级空气过滤材料，电子行业的过滤、吸音、隔热、防振材料，化工、有毒有害气体和烟尘的过滤材料，汽车和轮船、舰艇的隔热、保温、消音材料。1．3．2

玄武岩纤维表面毡

玄武岩纤维表面毡是玄武岩纤维通过摩擦、抱合或黏合或者这些方法的组合而相互结合制成的纤网状结构物。玄武岩纤维表面毡用于复合材料，不但能形成富树脂层，使制品有一个色泽光亮平整的表面，

同时能提高制品的防渗漏、防腐蚀能力。玄武岩纤维表面毡的粘接性、与树脂的相容性很好，

能提高复合材料的成型性，它是拉挤和缠绕成型复合材料的首选材料。1．3．3

玄武岩纤维短切原丝毡

玄武岩纤维短切原丝毡是连续玄武岩纤维原丝切短成50mm 的定长纤维，均匀分布在涂有黏结剂的成型网带上，

再经过烘干而成的卷材。由于玄武岩纤维的电绝缘性好，具有透波和吸波性能，弹性模量高，是高性能汽车和舰船的优质材料。产品应用：用作造船、制造管、罐、板、雷达罩、雷达天线和建设体育场、游泳池等的增强材料。

2

玄武岩纤维及其制品以及增强复

合材料的应用研究进展

Dias ［11］和Zielinski 等［12］研究了玄武岩纤维掺

量对玄武岩纤维增强无机聚合物水泥混凝土断裂韧度、强度的影响，并将其与玄武岩纤维增强硅酸盐水泥混凝土的试验结果进行对比，结果表明：玄武岩纤维增强无机聚合物水泥混凝土具有更加优越的抗断裂性能。张炜等

［13］

对玄武岩纤维复合材

料层合加筋板与S-

2玻璃纤维复合材料层合加筋

板的轴向压缩性能进行了研究，研究表明玄武岩纤维复合材料层合加筋板具备与S-2玻璃纤维复合材料层合加筋板相当的轴向压缩性能，为选用玄武岩纤维作为高速舰船船体材料提供了参考依据。李为民等

［14］

采用Φ100mm 分离式霍普金森压杆

系统研究了玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的抗压强度、变形及能量吸收特性的应变率效应等力学行为，

研究发现地质聚合物混凝土材料的高应变率力学性能呈现出显著的应变率相关性；玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土强度特性相对于地质聚合物混凝土无明显改善，而变形及能量吸收能力较地质聚合物混凝土材料有明显提高。陈斌等

［15］

对玄武岩纤维在沥青路面的应用做了研究，以试验和实际工程说明玄武岩纤维能够提高沥青路面的抗水害性和高温抗车辙能力。牛智林等

［16］

采用分

离式hopkinson 杆（shpb ）装置对三维正交机织玄武岩纤维/不饱和聚酯树脂复合材料进行动态压缩性能的测试，研究表明该复合材料为应变率敏感材料，

其拉伸模量和失效应力都随着应变率的增加而增加，而相应的失效应变减小。陈国荣等

［17］

将改

性后的纳米SiO 2粒子均匀分散到浸润剂中，用表面涂覆法对玄武岩纤维进行改性，从而有效地增加纤维表面粗糙度与亲油性，使其与环氧树脂界面相容性明显提高。王文龙

［18］

研究了玄武岩纤维增强

混凝土在冲击荷载作用下的力学性能，研究发现玄

武岩纤维的最佳掺量为0．8 1．0kg /m3

。何青、胡

红等

［19］

对玄武岩纤维纱线在电脑横机上的可编织

性做了试探性研究，为玄武岩纤维纱线选择合理的编织工艺参数提供了可靠的依据。刘长雷

［20］

通过

机织加工的方法制作玄武岩连续纤维三维蜂窝骨架织物预制件，进而制作开发整体蜂窝结构复合材料，经过反复试验和探索，基本改善了玄武岩纤维存在的集束性差、耐磨性差等可织性问题，并根据实际情况提出了在电脑小样机上利用玄武岩纤维织造三维蜂窝骨架织物的具体设计、上机操作方案及流程。王广健等

［21］

研究了玄武岩纤维复合材料

的过滤性能与微孔尺寸、打浆度、玄武岩纤维含量等因素的相互关系，结果表明过滤材料的平均孔径与玄武岩纤维含量呈很好的相关性，不同打浆度和玄武岩纤维含量下，孔径与过滤速度的关系研究表明，

最小、最大和平均孔径与过滤速度的变化趋势是一致的。复合过滤材料的过滤速率随孔径变小而降低，孔径减小到一定程度后，过滤速率降低缓慢。通过扫描电镜观察，提出了复合过滤材料的结构模型。

3玄武岩纤维生产技术的主要问题

玄武岩纤维的生产工艺虽然非常简单，但由于

纯天然玄武岩熔体导热性能差，析晶上限温度较高容易析晶，而且容易造成漫流。成纤黏度控制区间较窄，对于天然玄武岩矿物相和成分必须进行严格的筛选。因此生产玄武岩纤维过程中有着成纤难度大、

工艺控制条件严格和设备适应性要求高等技术难点。目前世界上最大的玄武岩熔池窑年产才几百吨，

拉丝板的最多喷嘴孔数为800孔，而真正投入工业化生产的却只有200孔。因此，生产能力更高的多孔喷嘴技术需要取得突破性进展

［22］

。此

外，由于玄武岩纤维磨损性比较高，昂贵的漏板需要经常整修。随着漏板的磨损，

漏板上的圆孔变得不均匀，影响了工艺控制。如不进行定期维修，不圆的孔径会导致纤维直径不在正常范围之内，生产出的无捻粗纱也无法预测它的断裂荷载。用于拉制玄武岩纤维的漏板的使用期限只有3 5个月，改进后的工艺顶多能延长1个月的使用寿命，这无疑增加了生产成本。为了使产品更稳定，采用浸润剂技术和精良的生产工艺可以使纤维损坏降低到最低程度，制造出较高强度的玄武岩纤维，编织和机织时不会影响性能

［23］

。

4结语

玄武岩纤维集多种优良功能于一体，但是玄武

岩纤维生产难度很高，目前全世界仅有俄罗斯、乌克兰、中国等少数几个国家掌握了该纤维的生产技术，全世界的总产量不足3500t ，但是我们相信随着玄武岩纤维生产技术的提高及对玄武岩纤维产品性能的研究的不断深入，对玄武岩纤维的需求量会不断增加，这种高科技含量和高附加值的新产品将拥有广阔的市场前景，将会为生产企业带来巨大的经济效益和社会效益。因此加快对玄武岩纤维及其制品的研究与开发符合国家产业化发展政策，

—3—

Cement and Concrete Composites ，2005（1）：49-54．

有利于促进我国矿产资源的合理开发和综合利用，对促进我国建立一种低投入、高产出、少排放、能循环、可持续发展的资源节约型、环境友好型社会有着举足轻重的意义。

参

考

文

献

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Research progress on basalt fiber products

and its application

Sun Jianlei ，Li Long and Zhang Shengjing

Abstract ：

（Textile and Material College ，Xi ’an Polytechnic University ）

Applications of various products of basalt fibers in different areas were summarized ，some main ques-tions of basalt fiber production technology were analyzed ，the importance of research on basalt fiber and its products was pointed out．

Keywords ：basalt fiber ，product ，technology ，research ，application —4—