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“点石成金”的硬核材料——玄武岩纤维了解一下!

发布时间:2022-08-11 07:00:50 来源:乐鱼注册 作者:乐鱼首页注册


  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。

  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。

  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”。

  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”。

  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。

  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。

  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。

  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 。

  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。

  玄武岩纤维的弹性模量为:9100 kg/mm——11000 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3800——4800 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. 00 g/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。

  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。

  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

  玄武岩纤维的热传导系数为0.031 W/m·K——0.038 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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

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