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玄武岩纤维新材料是21世纪的新型绿色纤维

发布时间:2023-05-29
玄武岩纤维是一种由天然岩石制成的纤维。上世纪50年代初期,德国、捷克和波兰等东欧国家以玄武岩为原料,采用离心法生产出了纤维平均直径为25μm~30μm的玄武岩棉。

       玄武岩纤维是一种由天然岩石制成的纤维。上世纪50年代初期,德国、捷克和波兰等东欧国家以玄武岩为原料,采用离心法生产出了纤维平均直径为25μm~30μm的玄武岩棉。上世纪60年代初期,美国、前苏联、德国等大力发展垂直立吹法生产工艺,使玄武岩棉产量迅速增长。波兰的玄武岩棉厂共有12座熔窑,年产玄武岩9000吨~10000吨。原捷克的玄武岩棉厂有7座熔窑,每座熔窑日产玄武岩棉2.4吨~2.9吨,年产玄武岩棉5000吨~6000吨,大量用于建筑和工业保温,部分取代石棉用于生产石棉水泥制品,并使石棉水泥制品的强度得到提高。

      上世纪60年代初,前苏联引进了德国立吹法制造矿物棉的生产专利,在消化、吸收的基础上,成功地将该项技术应用于玄武岩棉的生产。设计生产能力为日产38吨~40吨玄武岩棉,从而大大加快了前苏联玄武岩棉工业的发展。此外,前苏联还进行了玄武岩长纤维增强混凝土的研究工作,证明了在所研究的5种无机纤维中,玄武岩纤维具有最好的抵抗水泥硬化时析出的Ca(OH)2的侵蚀。1973年,前苏联新闻机构报道了有关玄武岩纤维材料在其国内广泛应用的情况。

      国内外玄武岩纤维生产工艺技术开发重要节点如下:1922年,美国人申请全球最早的玄武岩连续纤维制造技术专利;21世纪60年代,前苏联率先着手研发玄武岩纤维,美国、德国、日本也相继展开相关研究;20世纪70年代,玄武岩纤维在乌克兰基辅实现工业化生产(前苏联国家级的军工项目);2001年6月,玄武岩纤维及其复合材料应用项目列入中、俄两国政府间科技合作项目”,相应的俄金玄武岩纤维公司(深圳)应运而生;2002年8月,玄武岩被列入国家“863计划”,2005年正式通过国家“863”项目验收。

    2020年7月,世界首条玄武岩纤维2400孔漏板拉丝智能化池窑生产线在四川正式建成,标志着中国玄武岩纤维生产工艺走在了世界前列,这对该行业的发展具有重要的里程碑意义。随着各地新技术陆续投入使用,原材料均质化、生产设备池窑化以及拉丝漏板大型化将成为生产环节的重要发展趋势。

       玄武岩纤维是21世纪绿色工业材料,在国防军工、航空、航天、交通运输、建筑施工、海洋工程、装备制造、石油化工、太阳能光伏、风力发电、电力特高压输送、轨道交通车辆、汽车轻量化、消防、环保等领域有着十分广泛的运用场景。

1、玄武岩复合纤维在汽车领域中的应用

      玄武岩纤维复合材料制备的轻型货车板簧,较相同规格原钢制板簧直接降重75%;制造的新能源汽车电池壳体与原有材料生产的产品相比较,在性能不变的情况下,减重能达到30%~50%;在厢式货车、冷暖车、新能源汽车上得到了广泛应用。玄武岩纤维复合板材与玻纤板材相比,具有防火、隔热性好、隔音效果佳、吸湿率低、强度和硬度更高的优点,复合板材料平均性能相较于玻纤高出30%以上、硬度高出40%以上。玄武岩纤维增强备胎池具有轻量、耐高温抗腐蚀、抗热变形(排气管余热)、刚度更佳、更好的阻尼特性等优点,与原金属备胎池相比,减重可达35%以上。玄武岩纤维复合材料在汽车仪表盘骨架、端支架、汽车门、消声器材、轮胎、车体等广泛应用。不仅推动汽车轻量化的进程,还能减少汽车的能源消耗,实现汽车使用的节能减排。

      中国科学院院士、中国科学院地质与地球物理研究所研究员、原所长刘嘉麒发表题目为《玄武岩新材料及其在汽车产业中的应用》专题报告,介绍了玄武岩材料在强度、成本、阻燃、轻量化、低碳、无污染等方面的优势,他表示玄武岩新材料对实现国家双碳目标有积极作用,未来能形成广泛的产业链和产业联盟。


2、玄武岩复合纤维在新能源领域中的应用

      用于光伏支架制作的玄武岩纤维复合材料由80%的纤维体和20%基体树脂组成,增强材料为2400tex玄武岩纤维无捻纱、玄武岩纤维薄毡组成。基体采用双酚A型环氧乙烯基脂树脂,组分含有树脂、PBO、TBPB、填料、增韧剂、抗紫外线剂和脱膜剂等。该树脂具有高机械强度和韧性,并且具有长期耐热性和较高的动载荷承重性能,对酸、碱、盐有明显的耐化学腐蚀,适宜光伏支架制造和应用。

      玄武岩纤维复合材料的强度约为普通钢材的4倍,并且具有较高的弹性模量,可以满足光伏支架的强度和刚度要求;重量轻,是钢材重量的1/4,安装方便;在紫外线3000h照射下,玄武岩纤维复合材料光伏支架的强度和模量,使用寿命可达30年以上;同时可以满足户外耐腐蚀性50年,并且降低光伏支架的后期维护成本。


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