【原创】目前最“能打”的纤维!性能超越玻璃纤维、碳纤维


来源:中国粉体网   昧光

[导读]  玄武岩纤维性能优良、替代性强、应用广泛、行业高端。

中国粉体网讯 玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料,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。又因为其颜色为金褐色,所以生产玄武岩纤维的过程,被称为“点石成金”。

 

目前,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。

 

连续玄武岩纤维

 

1玄武岩纤维生产技术

 

最早的连续玄武岩纤维制造技术是1992年法国人Paul提出的,但并没有实质性的工业化生产,我国开展连续玄武岩纤维的研究较晚,起步于本世纪初。目前,玄武岩纤维的生产方法有,垂直喷吹生产法(也称过热蒸气生产法)、离心喷吹生产法和火焰喷吹生产法。

 

火焰喷吹是常用的玄武岩纤维生产方法,破碎后的玄武岩在1450~1500℃加热至熔融状态,经过漏嘴形成一次纤维;一次纤维经过旋转胶辊和导丝装置后,被输送到高温、高速气流中,经过第二次融化、拉伸后,制成长度为20~200nm的定长超细纤维。

 

玄武岩纤维的生产工艺决定了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。且产品废弃后可直接在环境中降解,无任何危害,因此是一种名副其实的绿色、环保材料。

 

“点石成金”玄武岩纤维拉丝过程

 

2玄武岩纤维性能优良,替代性强

 

研究发现,玄武岩纤维具备的各项优异性能主要源于玄武岩矿石相对稳定的化学组成。

 

玄武岩纤维的化学成分

 

玄武岩纤维VS碳纤维VS芳纶VS玻纤

 

(1)力学性能

 

玄武岩纤维SiO2与Al2O3的含量高,所以具有较高的拉伸强度和弹性模量,其拉伸强度明显优于芳纶1414和碳纤维,远远超过各类常见天然纤维与合成纤维。

 

(2)热学性能

 

玄武岩纤维同时具有非常优异的耐高温和耐低温性能。玄武岩纤维的最高工作温度高达650℃,相比之下,玻璃纤维的最高工作温度达不到400℃,碳纤维也仅500℃,芳纶的最高工作温度则更低。同时玄武岩纤维还具有非常优异的耐低温性能,用直径为1~3μm的超细玄武岩纤维制造的隔热保温材料在-196℃的液氮介质中浸泡后,玄武岩纤维的强度无降低。

 

(3)阻燃性能

 

玄武岩纤维具有优异的阻燃性能。当纤维的极限氧指数(LOI)值达到26%~34%时为难燃纤维,当LOI值大于35%时为不燃纤维。而玄武岩纤维的LOI值大于68%,阻燃性能较芳砜纶和芳纶更为优异。

 

(4)电绝缘和声绝缘特性

 

玄武岩纤维的电绝缘性较玻璃纤维更为优异,基于其耐热绝缘的特性,在电子印刷线路板(PCB板)制造等领域得到了广泛应用。同时,玄武岩纤维具有无规则的排列和多孔结构,吸声性能好,可作为生产设备的隔音材料。由玄武岩纤维制造的高压电绝缘材料(2.5×105V)、低压电器装置(500V)、天线整流罩以及雷达无线电装置的前景将会十分广阔。

 

(5)耐腐蚀性及化学稳定性

 

玄武岩纤维具有优异的耐化学腐蚀性,且化学稳定性优于其他常见纤维,尤其在酸性、碱性介质中更为显著;同时玄武岩纤维的吸湿率只有0.2%~0.3%,耐水性优异,且吸湿性不随时间变化,这就保证了它在使用过程中的化学稳定性、长寿命和环境协调性。极低的吸湿率使得玄武岩纤维制造的隔音隔热材料在飞机、火箭、船舶等领域率先得到广泛应用。

 

(6)电磁波的高透性

 

玄武岩纤维具有高的电磁波透过性,并可进一步通过成分的设计实现对电磁波的吸收或反射。在建筑物的混凝土墙体中添加玄武岩纤维织物,可实现墙体对各种电磁波良好的屏蔽。

 

(7)可兼容性

 

玄武岩纤维与各类材料(如金属、树脂等)复合时具有良好的物理化学相容性,相比于玻璃纤维、碳纤维等具有更强的黏合强度。玄武岩纤维增强复合材料不仅在强度方面与E-玻璃纤维增强复合材料相当,而且弹性模量较其他纤维更具明显优势,高强高韧的特性突出。混杂玄武岩纤维与碳纤维编织得到的复合材料,不仅实现了弹性模量、抗拉强度等各项性能的提升,而且相比于纯碳纤维增强复合材料成本大幅降低。

 

(8)环保性

 

玄武岩纤维具有良好的环保特性,熔化过程不产生各类有毒有害物质,如硼和其他碱金属等,并且化学性质稳定,不燃烧、不爆炸,与空气和水接触不产生气体等,同时克服了传统纤维材料在生产、使用过程中存在消耗大量能源、造成环境污染的缺点;玄武岩纤维在废弃后,能够在自然条件下降解为土壤母质,对生态环境友好。

 

3玄武岩纤维应用广泛,行业高端

 

以玄武岩纤维为增强体制备的各类复合材料可广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。随着玄武岩纤维的基础研究以及应用实践的不断深入,玄武岩纤维还将在高强度、耐高温以及防辐射等各项尖端技术领域的复合材料制备中得到广泛应用。

 

玄武岩纤维应用

 

结语

 

玄武岩纤维性能优异,用途广泛,在无机非金属领域具有很大的发展潜力。但玄武岩纤维由于原料成分波动大,生产品质不稳定,会给实际应用带来不利影响。今后,有必要系统性完善玄武岩纤维的相关标准,以促进玄武岩纤维材料高质量、可持性续发展。

 

参考文献:

王娟,等:玄武岩纤维的生产及其应用,爱慕股份有限公司(中国)

李年华,等:玄武岩纤维的性能及其应用,北京航天试验技术研究所

中国粉体网、华经情报网等

 

(中国粉体网编辑整理/昧光)

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作者:昧光

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