我国玄武岩纤维发展现状及存在的主要问题
自2002年9月科技部将“玄武岩连续纤维及其复合材料”项目列入863计划,九年来各地已经陆续建立了几条玄武岩纤维生产线,纤维产量已初具规模,各种玄武岩纤维制品也被应用到了一些示范工程项目,玄武岩纤维已经在落地生根。然而玄武岩纤维的产业化之路并非一帆风顺,截止到目前,产品性能波动大、工艺路线不明晰、标准体系不完善等问题一直困扰着大家,制品开发和市场推广应用一直没有获得大的突破。
1发展现状
1.1玄武岩纤维生产企业情况
企业规模方面,截止到2010年底,国内实际在产的玄武岩纤维企业主要有浙江石金、四川航天拓鑫、牡丹江金石、山西巴塞奥特、辽宁金石、营口洪源、江苏天龙、河北通辉等八家,2010年纤维总产量粗略统计在2000吨左右。其中浙江石金、航天拓鑫和阜新矿业的规模稍大。各企业的产品累计销售率普遍不高,库存积压较多。
表1我国现有玄武岩纤维生产企业及其基本情况

1.2工艺技术水平
国内玄武岩纤维在产业化初期,大多引进模仿前苏联地区的工艺技术。然而几年的实践证明,这些引进的技术在很难获得成功。国内现存的玄武岩纤维生产线,大多是各企业结合自身特点,依靠国内玻纤行业技术人员在前苏联技术设备基础上进行改造创新建立起来的,因此各厂生产工艺也不尽相同。炉窑方面,目前国内玄武岩纤维生产工艺主要有全电熔炉和气电结合炉两种。从目前表现来看,两种熔炉各有优劣,全电炉自动化控制较好,原丝线密度较为稳定;气电结合炉则由于受炉窑熔化能力的局限较小,采用熔炉多漏板拉丝技术,生产成本相对更低。漏板方面,目前各企业已经在完善400孔漏板拉丝工艺的基础上,逐步尝试更大漏板拉丝技术。
1.3产品性能与市场推广
目前国内生产的玄武岩连续纤维直径细在6微米左右。实际生产过程中各厂家大多以9-13微米纤维为主打产品,原丝平均强度在0.50-0.60N/Tex,比普通无碱玻纤高30%以上,但波动性比较大。由于近几年来国内玄武岩纤维企业在制造装备方面的持续探索改进,玄武岩纤维生产成本已经有了大幅降低。但由于目前的生产方式仍然粗放,相信通过工艺改造、设备升级,提高资源利用和劳动生产效率,玄武岩纤维生产成本可有望实现进一步的降低。
目前玄武岩纤维涉及到的应用领域主要是建筑结构补强、道路交通和玻璃钢三大领域,具体的产品形式有单向布、复合筋、防火布、沥青短切纱和水泥短切纱等。近来,一些与玄武岩纤维相关的标准陆续颁布实施,如《GB/T23265-2009水泥混凝土和砂浆用短切玄武岩纤维》[1]、《GB/T25045-2010玄武岩纤维无捻粗纱》[2]、《JT/T776-2010公路工程玄武岩纤维及其制品》[3]等,另外在《JTGF40-2004公路沥青路面施工技术规范》[4]、《GB/T6719-2009袋式除尘器技术要求》[5]等标准中也有所提及,这为玄武岩纤维的普及推广奠定了一定基础。
2存在的主要问题
2.1基础性研究工作有待强化
当今科技发展的重要方向之一就是新材料的研制和应用。然而开发利用新材料的前提是对新材料本身必须有十分清晰的认识,基础性研究工作是每个新材料项目成功与否的关键。对于玄武岩纤维来说,矿石原料的筛选、工艺路线的设计与优化、产品质量的稳定与提高、纤维制品深加工方向与市场定位等等,都必须以对纤维本身的基础性研究和认识为基础。而由于初期玄武岩纤维的研制主要集中在前苏联,产品主要为其军品项目服务。国内对于玄武岩纤维的研究起步较晚,目前国内企业对于玄武岩纤维的认识,大多仍来自于国外的数据资料,无论是原料熔液的拉丝特性,还是制成纤维的力学、热学、物理化学性能,甚至是纤维制品的应用研究等等。因此有关方面应积极引导,重视和鼓励基础性研究工作,建立研究合作平台,积极开展产学研结合,联合进行科研攻关,为项目顺利实现产业化夯实基础。
2.2原纱生产工艺有待完善
目前在玄武岩纤维的拉丝生产过程中,经常会出现断头飞丝或料液漫流,即使采用小卷装拉丝,原纱满筒率仍不是很高,生产稳定性较差。生产效率低下,以200孔漏板生产13微米纤维计算,单台炉位日均产量好的时候也只有一百五十公斤左右,与无碱玻纤二百五十公斤的日均产量相比,仅为其产能的60%。而究其原因,纤维原料的使用粗放,是制约玄武岩纤维规模化稳定生产的根本症结所在。天然矿物原料的氧化物含量不可能很纯,波动也大,且常带些有害的杂质。因此有必要在使用前进行预均化处理,以保证原料质量的稳定性。而在熔化液方面,由于气泡、条纹等的存在,以及玄武岩熔液本身因铁含量高带来的温度梯度悬殊变化,导致高温熔液的不匀化问题仍然严重。因此需要改变现有生产工艺,增加原料均化和熔液均化环节,提高熔液质量的稳定性,从而提高拉丝作业的稳定性。
2.3制品开发思路有待明晰
目前各企业拥有的产品种类主要有单向布、防火布、复合筋、短切纱、网格布、缝纫线等。但一些产品由于缺少标准规范或缺乏市场竞争力,并没有获得大量推广应用。玄武岩纤维作为一种无机硅酸盐纤维,其优异的物理化学性能已经在实验室中得到了验证。因此结合现阶段玄武岩纤维产业技术发展现状,玄武岩纤维产品研发和市场开拓应以所掌握的纤维特性为指导,多在道路建材和功能制品方面下功夫。
一方面,玄武岩纤维在纤维增强混凝土、纤维增强水泥和道路沥青封层技术中应用均具有先天优势,已经得到了相关道路工程研究人员和用户的公认。另一方,随着经济社会的不断发展进步,特别是随着节能减排、绿色环保等概念的流行,以发挥材料物理、化学性能为主要目标的功能性技术纺织品和功能性复合材料正在受到越来越多的关注,例如绝热保温材料、高温过滤材料、防辐射材料等。由于玄武岩纤维目前的生产工艺尚不成熟,产品机械力学性能不稳定、生产成本仍居高不下,与现有的玻纤、碳纤、芳纶等高性能纤维相比尚不具备性价比优势,因此可尝试先在功能材料应用领域,通过发挥纤维物理化学性能方面的天然优势,开拓一定的市场。
3未来展望
2009年12月中科院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室上报中办和国办的《中科院专家关于发展新资源经济拉动新一轮经济增长的建议》,受到领导人关注,短短一周时间陆续得到李克强副总理和刘延东国务委员的批示。该《建议》将玄武岩纤维生产技术列为新资源技术,以玄武岩为原料生产的玄武岩连续纤维被认为是重要紧缺矿产的替代资源,可用于代替钢材、铝合金。在常规能源日益枯竭的大背景下,逐年加大钢铁、玻璃、化纤等行业落后产能的淘汰力度。作为一种新型高性能纤维和一种新资源材料,玄武岩纤维将会得到越来越多的关注。因此只要解决好自身存在的一些关键性问题,玄武岩纤维项目必将会顺利实现产业化,迎来快速发展的春天。
参考文献:
[1]GB/T23265-2009水泥混凝土和砂浆用短切玄武岩纤维[S].
[2]GB/T25045-2010玄武岩纤维无捻粗纱[S].
[3]JT/T776-2010公路工程玄武岩纤维及其制品[S].
[4]JTGF40-2004公路沥青路面施工技术规范[S].
[5]GB/T6719-2009袋式除尘器技术要求[S].








































