玄武岩纤维的特性与应用
与玻璃纤维、岩棉、石棉、化学纤维相比,玄武岩纤维及其制品同时在很多方面表现出异常的优越性能。主要表现在以下几个方面:①高使用温度。玄武岩纤维的使用温度范围为-260℃~880℃,这一温度远远高于聚丙聚纤维、芳纶纤维、无碱E玻纤、石棉、岩棉、不锈钢,接近硅纤维、硅酸铝纤维和陶瓷纤维;②较低的热传导系数。玄武岩纤维的热传导系数为0.031W/m·K~0.038W/m·K,低于芳纶纤维、硅酸铝纤维、无碱玻纤、岩棉、硅纤维、碳纤维和不锈钢;③高的弹性模量。玄武岩纤维的弹性模量为:9100kg/mm2~11000kg/mm2,高于无碱玻纤、石棉、芳纶纤维、聚丙稀纤维和硅纤维;④经热处理后强度的损失较低,低于无碱玻纤(其他纤维暂无数据提供);⑤化学稳定性(耐酸碱腐蚀能力)较强,高于岩棉、无碱玻纤、硅纤维;⑥吸音系数较高,玄武岩纤维的吸音系数为0.9~0.99,高于无碱玻纤和硅纤维;⑦比体积电阻较高,玄武岩纤维的比体积电阻为1×102ohm.m,大大高于无碱玻纤和硅纤维;⑧较低的吸湿性,玄武岩纤维的吸湿性低于0.1%,低于芳纶纤维、岩棉和石棉。
连续玄武岩纤维可被制成粗纱、细纱、土工布、编织布、短切纱、针刺毡、套管等,应用于不同领域。玄武岩纤维具有优越的化学、物理、力学及高温性能,因此它可在各行各业获得广泛的应用。
①防火隔热领域的应用:玄武岩纤维织成的防火布耐高温、隔热效果好、无熔融滴落、无有毒气体排出、无热收缩,是防火服、防火毯、防火帘的优良材料,耐温可高达650℃,极限氧指数大于68,大大优于芳纶等到有机纤维。
②基础设施领域的应用:玄武岩纤维拉伸强度高、耐酸碱、化学性能稳定,可部分替代碳纤维片,用于基础设施的修复、更新和加固;亦可替代聚脂纤维、聚炳烯纤维、聚炳烯腈纤维,用于增强砂浆混凝土和沥青混凝土,具有较强的防渗抗裂功效,可广泛用于高速公路、飞机跑道、海港码头、水电工程建筑等基础设施领域。 ③在环保领域的应用:玄武岩纤维是一种新型的绿色环保材料,可用于环保领域有害介质、气体的过滤、吸附和净化,特别是在高温过滤领域,玄武岩纤维的长期使用温度是650℃,远优于传统过滤材料,是过滤基布、过滤材料、耐高温毡的首选材料。
④玄武岩纤维增强塑料(BFRP)的应用:以玄武岩纤维为增强体的复合材料可用于防弹装甲、雷达罩、炮管热护、吸波透波隐身材料等国防领域;也可用于车船结构、耐压耐腐蚀管道、缠绕钢瓶、印刷电路板等民用领域。
另外,玄武岩纤维还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,是目前为止唯一的无环境污染的、不致癌的绿色健康玻璃质纤维产品。所以玄武岩纤维在复合材料的增强材料领域的应用,已引起广泛的重视并将快速发展。
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。玄武岩纤维就是继碳纤维、芳纶、超高相对分子质量聚乙烯纤维之后的第四大高技术纤维。它是21世纪在国防军工领域有着非常重要应用的一种高技术纤维,是体现国防科技战略布局的一种新材料。
从新材料的制造成本看,中国具有低成本制造玄武岩纤维得天独厚的条件。国家863计划该课题的研究成果表明,我国拥有完全自主知识产权的低成本、大规模发展玄武岩纤维的新技术、新装置和新工艺。从全球的发展水平看,全世界玄武岩纤维的技术及规模尚处于初级阶段,这给我们追赶乃至超过国外的先进技术水平提供了很大的发展空间和市场机遇。在碳纤维短缺的时期,要积极开发新产品,以变应变,把碳纤维的短缺当作一个契机或转机,开发以玄武岩纤维为原料的新产品。新产品开发要源于市场,更要高于市场,应主动去引导市场,例如利用玄武岩纤维优异的综合性能和良好的性价比,去开发出更多的新产品。与其他高科技纤维的发展相比,我国玄武岩纤维的发展有希望“后来者居上”,并最终成为全世界最大的生产及应用大国。