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1、10万吨年连续玄武岩纤维（CBF）项目简介一、连续玄武岩纤维（CBF）的概况在地球岩石圈的范围内无非分布三种岩石：沉积岩（又称水成岩）如石灰岩等；火成岩（由地球深处的岩浆活动或火山喷发形成的）如花岗岩、玄武岩等。变质岩是由上述（沉积岩、火成岩）两种岩石，由于地壳运动，岩浆侵入、火山喷发等因素，使其矿物组分重组，或重新再结晶等如各种片麻岩、片岩类等。其中火成岩，又根据硅酸盐类矿物和黑色（铁、镁、钛）矿物含量的多少又分为超基性岩，基性岩、中性岩、碱性岩、酸性岩等。玄武岩是由火山喷发时岩浆冷却后形成的一种基性岩。把这种岩石熔化后用挤拉的方法，生产出的无机矿物质纤维，因为其长度可达200公里，所以称之
2、为连续玄武岩纤维。1、玄武岩及其连续纤维的概念（1）玄武岩简介：玄武岩属火成岩，是基性熔岩的代表，SO2含量介于44%和53.5%之间。颜色为钢灰色至灰黑色，有时因氧化呈紫红色。主要矿物是斜长石和辉石，有些种属含丰富的橄榄石。次要矿物是铁质氧化物（磁铁矿、钛磁铁矿、钛铁矿、赤铁矿等）、正长石、石英或付长石、沸石等。玄武岩通常呈细粒隐晶质至玻璃质，但也有显晶质中粒的。常见的是斑状结构、显微斑状结构和聚斑结构。基质的典型结构是间粒结构、间隐结构和填间结构。根据玄武岩中橄榄石的存在与否又分橄榄石玄武岩和无橄榄石玄武岩两种。玄武岩最大的特征是呈柱状节理。因此玄武岩流往往分裂成特殊的六方柱体。（2）连续
3、玄武岩纤维（CBF）概念连续玄武岩纤维（CBF）有的资料上又称玄武岩连续纤维。“连续玄武岩纤维”（CBF）是以纯天然火山岩（玄武岩）为原料，在14501500熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，纯天然的CBF颜色似金色。以CBF为增强体可制成多种复合材料。CBF与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）等高技术纤维相比，除了具有高技术纤维高强度、高模量的特点外，CBF还具有耐温性佳（269700）、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高、适应于各种环境下使用等优异性能，且性价比好，是一种纯天然的无机非金属材料，也是一种可以满足国民经济基础产业发展需
4、求的新的基础材料和高技术纤维（CBF性能见附表1）。CBF及其复合材料可以较好地满足国防建设、交通运输、建筑、石油化工、环保、电子、航空、航天等领域结构材料的需求，对国防建设、重大工程和产业结构升级具有重要的推动作用。它既是21世纪符合生态环境要求的绿色新材料，又是一个在世界高技术纤维行业中可持续发展有竞争力的新材料产业，尤其是我国已经拥有自主知识产权的CBF制造技术及工艺，并且以“后来者居上”的后发优势达到了国际领先水平，因此，大力发展CBF及其复合材料产业无疑具有重要的意义。综观现阶段全世界所有的有机、无机和金属类的高技术纤维，唯有连续玄武岩纤维是纯天然的非人工合成的。由于它具有原材料的天
5、然性，性能的综合性、成本的廉价性和工艺的简洁性、技术的高难性、以及应用的广泛性等特征。因此，结合我国国家中长期科学和技术发展规划纲要以及我国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要的原则要求，连续玄武岩纤维的深入研发和产业化发展理应受到我国材料界和国家各有关部门的关注。玄武岩纤维有几种类型玄武岩连续纤维（CBF），直径620微米，长度10200公里；超细纤维（玄武岩棉）（STBF），直径13微米，纤维平均长度50毫米；细纤维毛丛（BTF），直径412微米，纤维平均长度4060毫米；用玄武岩矿石还可以制造出玄武岩鳞片（BSC），厚度13微米，面积0.5平方米。2、连续玄武岩纤维（CBF）的特性：由
6、于玄武岩的矿物组份、生成时间、生成环境等因素决定玄武岩具有独特的性质。我国国家发展和改革委员会将连续玄武岩纤维CBF）与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）一起列为我国鼓励发展的4大高技术纤维。然而，CBF与其它高技术纤维相比，有着显著的不同特征： 原材料的天然性。由于生产CBF的原材料取自于天然的火山岩，除了它与生俱来的具有很高的化学稳定性和热稳定性外，其中并没有与人类健康有害的成分。生产纤维过程中也没有任何有害气体，没有废渣产生，一般1.05吨玄武岩矿石可以生产1吨CBF。目前我国的玄武岩矿石主要用于建造高速公路用地铺路石。显然，生产CBF以单组分的纯天然矿石为原料这在所有的
7、高技术纤维中是非常独特的鲜明特征！性能的综合性。若从单一的纤维力学性能和化学性能比较，似乎都能找到比CBF更强的高技术纤维，然而，将很多性能综合起来比较，CBF是最佳的“多能”纤维！CBF不仅具有综合素质好的优良品质，譬如既耐酸又耐碱、既耐低温又耐高温、既绝热电绝缘又隔音，拉伸强度超过大丝束碳纤维，断裂延伸率比小丝束的碳纤维还要好，CBF表面极性，与树脂复合时界面结合的浸润性极佳，而且CBF具有三维的分子维数与分子维数一维的线性聚合物纤维相比具有较高的抗压缩强度、剪切强度和在耐恶劣环境中使用的适应性、抗老化性等等优异的综合性能。有国外专家一言以蔽之：CBF最棒的就是综合性能好、性价比好！韩国的
8、材料界专家甚至说：CBF的产品寿命期为100年至1000年！成本的低廉性。生产CBF的工厂成本并不高，纯天然玄武岩矿石的原料每吨仅仅是80100元人民币，较高的生产成本是制造拉丝漏板用的铂铑合金，这需要占用较大的资金。目前，采用我国CBF项目863计划成果技术生产每吨纤维的成本已经接近于E玻璃纤维。CBF优良的性价比是其它任何一种高技术纤维难以相比的，CBF生产成本的低廉性为其扩大规模的推广使用创造了基本条件！工艺的简洁性。其生产CBF采用“一步法”的基本生产工艺：玄武岩矿石投入熔炉熔化拉丝，生产工艺非常简洁。由于不需要人工配料，其生产工艺环节比一般玻璃纤维的生产还要简洁得多，更不用与其它高技
9、术纤维复杂的工艺环节相比较了。技术的高难性。CBF生产的工艺虽然非常简洁，但是由于纯天然玄武岩熔体导热性差、析晶上限温度较高容易析晶、成纤粘度控制范围很窄，对天然玄武岩矿石矿物相和成分组成有着严格的筛选条件。因此，生产CBF过程中有着较高的成纤难度、严格的工艺控制条件和很高的技术门槛。应用的广泛性。CBF是典型的“多能”纤维。由上述特征所见不难看出其应用领域的广泛性。譬如CBF的火山岩原料本身属于硅酸盐类，因此，在建筑领域可以大显身手！短切的CBF可以用于增强水泥混凝土和沥清混凝土，CBF与树脂复合可以制成复合筋替代钢筋、甚至可以替代碳纤维制成的玄武岩纤维片材等等在房屋、桥梁、高速公路、城市高
10、架道路、飞机跑道、海港码头、地铁隧道、沿海防护工程、核电站设施、军事设施等等建筑领域起到加固补强、防渗抗裂、延长建筑使用寿命等作用。CBF是天然绿色的新材料，将给人类的建筑业和我国优先发展的交通运输领域带来革命性的变革！CBF有着比美国杜邦公司NOMEX更高的极氧指数，它优良的阻燃隔热性能，将是消防服阻燃隔热面料层和防火卷帘、灭火毯的消防材料等等。纤维的差异性。CBF具有与其它高技术纤维不同的特点。玄武岩纤维的软化点为960，使用温度范围为260700。碳纤维的抗氧化性较差，在400左右就有CO和CO2产生，一般情况下要涂覆抗氧化涂层，且生产工艺技术复杂、价格高。超高分子量聚乙烯纤维或芳纶等有
11、机高科技纤维的耐温性大大不如玄武岩纤维。熔点一般在144152，强度和模量随温度的升高而下降；抗蠕变性能也较差，只适合于低温条件下使用，表面惰性、非极性、湿润性差。对位芳纶虽然具有阻尼性能好、抗摩擦、磨损性能好、耐化学稳定性好，但是纤维的熔点和分解温度较低、对紫外线较为敏感，光照强度损失较大，轴向和径向具有较低的压缩和剪切性能，与树脂结合界面性能差、燃烧时排出少量的有害气体。间位芳纶最高使用温度也只有250，使用温度受到一定的限制。聚苯并双恶唑（PBO）纤维耐光性差，受紫外线照射时会影响到纤维的强度，虽然PBO纤维具有极高的弹性模量和拉伸强度，但是价格极为昂贵。CBF也有它自身的缺点，例如比重
12、较大（2.62.8），然而CBF的不足与独特的价值相比是微不足道的。美国玄武岩纤维工业联盟指出：“玄武岩纤维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的玻璃质纤维产品。美国作为世界保护环境的倡导者，将全力发展无污染的绿色工业材料，所以玄武岩纤维在复合材料领域的应用已引起广泛的重视并将快速发展。”欧洲业界人士亲昵地把CBF称为“金色纤维”！连续玄武岩纤维（CBF）主要技术指标与其它纤维的比较：众所周知，在高技术纤维和其它纤维中没有一种纤维的性能或功能是可以“包打天下”的，每一种纤维都有它独特的性能和应用的
13、市场。而CBF具有综合性能好、性价比好的产品特点。这是其它纤维所难以比拟的，堪称是21世纪无污染的“绿色工业材料”。A、突出的耐温性能CBF的使用温度范围为：269700（软化点为960），而玻璃纤维为60450。CBF在400下工作时，其断后强度能够保持85%；在600下工作时，其断后强度仍能够保持80%的原始强度；如果CBF预先在780820下进行处理，还能在860下工作而不会出现收缩，而即使耐温性优良的矿棉此时也只能保持50%60%的强度，玻璃棉则完全破坏。碳纤维的抗氧化性较差，在300有CO和CO产生，间位芳纶最高使用温度也只有250。B、突出的抗拉强度CBF的抗拉强度为3800480
14、0MP，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。C、与硅酸盐的天然相容性以同属硅酸盐的火山喷出岩为原料制成的CBF，耐酸碱性强。试验发现，CBF在饱和C(OH)溶液以及在水泥等碱性介质中耐久性好，能保持高度的稳定性，可代替钢筋用作混凝土建筑结构的增强材料，制作桥梁等大型建筑的结构件。利用CBF较高的抗拉强度和抗剪切强度这一特征，加上CBF具有天性的与水泥、混凝土的亲和力和耐碱性，在建筑增强领域的应用已显示出它独特的优势和发展潜力。D、突出的化学稳定性CBF含有的KO、Mgo和TO等成分对提高纤维耐化学腐蚀及防水性能起到重要的作用。CBF与E玻璃纤维
15、在3小时沸煮后纤维质量分数损失的对比情况：在水中CBF损失0.002，而E玻璃纤维则损失0.007；2N NaOH的溶液里两者分别为0.0275和0.06；在2N HCL中CBF仅损失0.022，而E玻璃纤维则损失0.389。CBF的耐酸性超过了一般用作耐酸玻璃钢增强材料的ECR玻璃纤维。E、显著的抗热振稳定性CBF在500下的抗热振稳定性仍然不变，原始质量分数损失不到0.02；900时也仅损失0.03。F、良好的介电性能CBF还具有良好的介电性能。它的体积电阻率比E玻璃纤维高一个数量级，玄武岩中含有质量分数不到0.2的导电氧化物。导电氧化物纤维过去并没有用于制备绝缘材料，但经过专门浸润剂处理
16、的CBF，其介电损失角正切比玻璃纤维低50%，可用于制造新型耐热介电材料。G、优良的透波性能和一定的吸波性能我们曾用CBF增强树脂制成180180标准板，厚度为4，树脂体系采用HD03，在818GHZ下进行了测试，结果发现该材料未加任何其它吸波隐身材料而具有一定的吸波性能。据分析CBF中具有0.2质量分数的金属氧化物，可能是氧化铁、氧化钛成分，使其具有了一定的吸波性能。如果进一步调整成分、树脂体系内再加上吸收剂或吸波涂层，可能会有更好的吸波性能。CBF主要性能及和其它纤维的对比（表1）纤维类型密度（.）3抗拉强度MP弹性模量GP断后伸长率%最高工作温度CBF2.803000484079.393.1
