“点石成金”的硬核材料
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～℃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~℃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”。玄武岩纤维优异的功能
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-~℃(软化点为℃)，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原料充足玄武岩纤维是由玄武岩矿石熔融后拉丝制成，而玄武岩矿石在地球和月球上的储量都相当客观，从原料成本来看相对比较低。②环保型材料玄武岩矿石是一种天然的材料，其生产过程中无硼或其它碱金属氧化物排出，因此其烟尘中无有害物质析出，对大气不会造成污染。而且产品的寿命长，因此是一种低成本、高性能、洁净程度理想的新型绿色主动环保材料。③耐高温耐水性连续玄武岩纤维的工作温度范围一般为一~℃(软化点为℃)，而玻璃纤维为一60~℃，碳纤维最高使用温度也只能达℃。特别是玄武岩纤维在℃工作时，其断后强度仍能保持80%的原始强度；在℃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℃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玄武岩纤维的弹性模量为：kg/mm——kg/mm，高于无碱玻纤、石棉、芳纶纤维、聚丙稀纤维和硅纤维。玄武岩纤维的抗拉强度为——MPa，比大丝束碳纤维、芳纶、PBI纤维、钢纤维、硼纤维、氧化铝纤维都要高，与S玻璃纤维相当。玄武岩纤维的密度有2.65-3.00g/cm3，硬度很高，为莫氏硬度5-9度，因而它具有优异的耐磨、抗拉增强性能。它的力学强度远远超过天然纤维和合成纤维，所以它是一种理想的增强材料，其优异的力学性能位于高性能四大纤维前列。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15kg/m3，厚度为30mm)吸音材料，在音频为~Hz,~Hz和~0HZ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与水泥、混凝土的分散性好，结合力强，热胀冷缩系数一致，耐候性好。⑨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。⑩较低的热传导系数玄武岩纤维的热传导系数为0.W/m·K——0.W/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。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-℃~℃，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、防火领域利用玄武岩纤维具有耐高温的特性，可织成防火布，用于一些消防领域。也可纺织成高温过滤袋，用于高温过滤、除尘。另外也可以做成针刺毡，用于一些保温领域。建筑领域利用玄武岩纤维优异的耐腐蚀性，可与乙烯基或者环氧树脂通过拉挤、缠绕等工艺复合成型，制成新型的建筑材料。这种材料具有高强度，优异的耐酸、耐腐蚀性，可代替部分钢筋用于土木工程中。而且玄武岩纤维的膨胀系数与混凝土相近，两者之间不会产生大的温度应力。汽车领域玄武岩纤维摩擦系数稳定，可用在一些摩擦增强材料，如刹车片。由于吸音系数较高，可用在一些内饰件上，起到隔音降噪的效果。石油化工领域玄武岩纤维的耐腐蚀性，让其在石油化工领域具有了独特的优势。常见的有与环氧树脂相结合的缠绕高压管道，具有保温和防腐蚀双重效果。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。本文综合整理自网络预览时标签不可点收录于合集#个上一篇下一篇