如果说左图中的布是右图中的石头制作的,你会相信吗? 也许很多人觉得不可思议,但实际上这是一项已经很成熟的技术—玄武岩纤维生产技术。 什么是玄武岩纤维? 玄武岩纤维是以天然玄武岩石为主要原料,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,颜色一般为褐色,有金属光泽。它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成。玄武岩纤维具有强度高、电绝缘、耐腐蚀、耐高温、抗老化等多种优异性能,而且与环境相容性好、不产生二次污染,因此是一种名副其实的绿色高性能新型环保材料。 我国已把玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维(碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯、玄武岩纤维)之一,实现了工业化生产,可满足交通、建筑、化工、节能、环保、电子、航空等领域的需求,应用前景十分广阔。 “点石成金”的制作工艺 如果你了解玄武岩纤维的制作工艺,你一定会被它的“硬核”所震惊: 用火山喷发形成的天然玄武岩石为原料,将其破碎后投入熔窑中,加热至1450~1500℃熔融状态,通过铂铑合金拉丝漏板快速拉制,玄武岩纤维就是这样被制作出来的。 简而言之,制作玄武岩纤维的工艺,就是把坚硬的火山玄武岩石在高温下“拉成丝”。 现有工艺生产出的玄武岩纤维直径可达6~13μm,比头发丝还细。 其生产工艺如下图。 熔融状态的岩浆 拉丝 作为一种非晶态无机硅酸盐物质,玄武岩纤维的生产属期短、工艺简洁,没有工业废水、废气产生,而且附加值高,被誉为21世纪“绿色新材料”。又因为其颜色为金褐色,所以生产玄武岩纤维的过程,被人们称之为“点石成金”。 玄武岩纤维优异的性能 纯天然的连续玄武岩纤维颜色似金色,外观呈光滑的圆柱体,其截面呈完整的圆形。玄武岩纤维的密度较高,硬度很高,因而具有优异的耐磨、抗拉增强性能。玄武岩纤维为非晶态物质,使用温度一般在-269~700℃(软化点为960℃),耐酸耐碱,抗紫外线性能强、吸湿性低、有较好的耐环境性能。此外,还有较好的绝缘性,高温过滤性、抗辐射和良好的透波性、热振稳定性、环保洁净性以及其结构性能与结构质量的比值优良等优点。 ①原料充足 连续玄武岩纤维的工作温度范围一般为一269~700℃(软化点为960℃),而玻璃纤维为一60~450℃,碳纤维最高使用温度也只能达500℃。特别是玄武岩纤维在600℃工作时,其断后强度仍能保持80%的原始强度;在860℃下工作而不会出现收缩,即使耐温性优良的矿棉此时断后强度也只能保持在50%-60 %,玻璃棉则完全破坏。而碳纤维约在300℃就有CO和CO2产生。玄武岩纤维在70℃热水作用下能够保持较高的强度,玄武岩纤维在1200 h后才可能失去部分强度 。 ④良好的化学稳定性和耐腐蚀性 连续玄武岩纤维中含有K2O、MgO)和TiO2等成分,而这些成分对提高纤维耐化学腐蚀及防水性能极为有利,起相当重要作用。它与玻璃纤维的化学稳定性相比更显优势,特别是在碱性和酸性介质中更加明显玄武岩纤维在饱和的Ca(OH)2溶液和水泥等碱性介质中还能保持更高的抗碱液腐蚀性能。 ⑤高的弹性模量和抗拉强度 ⑥出众的隔音性能 连续玄武岩纤维具有优异的隔音、吸声性能,从该纤维在不同音频下的吸声系数就能得知,随着频率的增加,它的吸声系数显著增加。如选用直径为1-3μm玄武岩纤维制成的(密度为15 kg/m3,厚度为30mm)吸音材料,在音频为100~300 Hz,400~900 Hz和1200~7 000 HZ条件下,该纤维材料的吸声系数分别为0. 05~0.15 , 0. 22~0. 75和0.85~0.93。 ⑦突出的介电性能 连续玄武岩纤维的体积电阻率比E玻璃纤维高出一个数量级,具有很好的介电性能。虽然玄武岩矿石中含有质量分数近0.2的导电氧化物,但采用特殊的浸润剂专门表面处理后,该玄武岩纤维介电耗角正切比玻璃纤维低50%,纤维的体积电阻率也高于玻璃纤维 ⑧天然的硅酸盐相溶性 玄武岩纤维与其他纤维相比较,在许多方面都具有优异的性能, 玄武岩纤维的应用 隐形 玄武岩纤维具有高强、耐高低温等特性,十分符合飞机、导弹表面材料要求,同时,其具有吸波透磁的特点,可以实现雷达隐形。所以玄武岩碳纤维可以部分替代碳纤维用于隐形飞机和导弹。 防弹 当前防弹衣通常选用超高分子量聚乙烯纤维,其耐热性能低,在弹头的高温熔灼下强度和模量会降低,影响防弹效果。与之相比,玄武岩纤维耐高温性强,便不存在此问题。 航空航天 玄武岩纤维热传导系数低,阻燃性能好,工作温度范围为-269℃~700℃,既耐高温又耐低温。满足航空航天领域对材料的苛刻要求,俄罗斯的航空航天材料大部分就是用这种材料做的。 道路工程领域的应用 玄武岩纤维具有抗拉强度高、力学性能好、耐高温、防紫外线、耐酸耐碱耐盐、抗老化等优点。相比其他纤维来说,其综合性能较好,也符合道路工程领域对材料的要求。因此,近年来已有越来越多的玄武岩纤维产品应用于道路工程中。 隔热、耐温、防火领域 尽管玄武岩纤维还存在矿点成分波动大、生产成本高、生产效率低下等问题,但是这些问题对于玄武岩纤维的开发利用既是挑战,也是机遇。 随着国产玄武岩纤维拉丝技术的突破,玄武岩纤维的性能更稳定,成本更低,具有非常广阔的应用前景。 |
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