一、玄武巖纖維概述

連續(xù)玄武巖纖維，簡(jiǎn)稱玄武巖纖維（CBF），通常指以玄武巖礦石為唯一原料，經(jīng)高溫熔融、拉絲制備的一種無機(jī)非金屬連續(xù)纖維。

玄武巖纖維它具有優(yōu)良的力學(xué)性能，如高強(qiáng)度、高模量，還擁有化學(xué)穩(wěn)定性良好、耐高溫以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

作為一種重要的力學(xué)增強(qiáng)礦物功能材料和綠色結(jié)構(gòu)材料，被列入我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的四大纖維材料（碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、玄武巖纖維）之一。

二、制備及影響因素    

玄武巖纖維的主要生產(chǎn)工段包括選料、磨料、熔融、拉絲。

1、制備及影響因素

(1）選料：玄武巖屬于硅酸鹽，主要由二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鈣構(gòu)成，其他組分包括三氧化二鐵、氧化鐵、氧化鈦、氧化鉀，實(shí)際生產(chǎn)原料要求礦石儲(chǔ)量充足、性能指標(biāo)要求。

(2）磨料：磨料工段主要包括原料礦石粉碎、磁選（選料器）、均勻攪拌。

(3）熔融：磨料工段的待用料首先預(yù)熱至900℃左右，然后進(jìn)入電爐升溫至1300～1400℃（加熱方式主要是電極輻射和高溫對(duì)流）。

(4）拉絲：熔融體經(jīng)鉑銠合金漏板牽引、拉制纖維成纖維，然后在浸潤(rùn)劑的作用下經(jīng)集束器、纖維張緊器、自動(dòng)繞絲機(jī)繞最終成筒。

玄武巖礦石的化學(xué)成分決定成纖的性能指標(biāo)，過量的鐵元素可導(dǎo)致玄武巖熔體的熱透性差，熔化不充分，降低熔制效率。

受自然因素影響，玄武巖礦床成分、內(nèi)部結(jié)晶體具有差異，可導(dǎo)致熔巖體不均勻，未充分熔融的微晶體極易成為晶核。

在加熱過程中，密度較大的鐵氧化物向窯底鉑銠合金漏板富集，造成侵蝕。

玄武巖成纖溫度區(qū)間較窄，析晶溫度和拉絲溫度基本一致，析晶會(huì)對(duì)成纖的拉伸強(qiáng)度造成不利影響（例如斷絲）。

三、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用方向

 玄武巖纖維與其他纖維主要性能比

玄武巖纖維具有較高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量、服役壽命長(zhǎng)、無污染、工作溫度范圍寬和吸濕性低等特點(diǎn)是一種十分重要的力學(xué)增強(qiáng)功能礦物材料，在輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域中有著越來越廣泛的應(yīng)用。相比于碳纖維、高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維和玻璃纖維等，玄武巖纖維是唯一使用天然的單一礦石原料，在無需任何添加劑的條件下，生產(chǎn)制備的綠色環(huán)保結(jié)構(gòu)材料。

1、玄武巖纖維結(jié)構(gòu)、性能及性能

玄武巖纖維主要由硅氧四面體和鋁氧四面體通過共用氧角頂?shù)姆绞竭B接形成連續(xù)的線性結(jié)構(gòu)。

玄武巖纖維是不可燃的，它們具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性并且具有良好的耐候性，堿性和耐酸性。取決于原材料成分的熱穩(wěn)定性以及防止空氣對(duì)流和熱輻射的大量微孔的存在是考慮在隔熱和被動(dòng)防火應(yīng)用中使用玄武巖纖維織物的原因。

決定玄武巖纖維熱溫穩(wěn)定性的主要因素是其結(jié)晶行為。結(jié)晶能力主要取決于纖維化學(xué)成分以及熱處理?xiàng)l件。特別是，由于其高含量的氧化鐵，玄武巖纖維中的結(jié)晶始于亞鐵陽離子的氧化和纖維表面尖晶石結(jié)構(gòu)相的形成：即二價(jià)陽離子從內(nèi)部擴(kuò)散到表面，在那里它們與環(huán)境氧形成納米晶層CaO，MgO，（Mg，F(xiàn)e）3O4.此外，隨著溫度的升高，輝石相的結(jié)晶發(fā)生在尖晶石晶體上，尖晶石晶體充當(dāng)成核位點(diǎn)。

玄武巖纖維的機(jī)械強(qiáng)度被認(rèn)為與表面異質(zhì)性（如表面缺陷、結(jié)構(gòu)缺陷和雜質(zhì)）的存在密切相關(guān)。玄武巖纖維的另一個(gè)特點(diǎn)是它們與基質(zhì)材料具有良好的相容性，有一些研究集中在這些纖維的表面處理上，以改變其表面形態(tài)并改善其與基質(zhì)材料的潤(rùn)濕性。

纖維表面改性工藝：

（1）納米改性工藝。納米改性是指將比表面積大、表面能高的納米粒子通過物理作用或者化學(xué)方法在纖維表面進(jìn)行附著，破壞纖維的光滑表面，從而使纖維與基體的界面結(jié)合性得到提高的一種表面改性工藝。

（2）偶聯(lián)劑改性工藝。偶聯(lián)劑改性法就是利用偶聯(lián)劑“橋梁”的作用改善復(fù)合材料的界面作用，提高復(fù)合材料機(jī)械、熱和電性能。

（3）納米改性與偶聯(lián)劑改性聯(lián)合改性工藝

2、玄武巖纖維應(yīng)用與復(fù)合材料

玄武巖纖維可以廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，例如化學(xué)工業(yè)中的耐腐蝕材料，汽車工業(yè)中的耐磨和摩擦材料，抗低速?zèng)_擊的目標(biāo)區(qū)域，建筑中的增強(qiáng)材料，汽車行業(yè)的高溫絕緣，防火和抵抗力。

建筑建材與土木工程領(lǐng)域

在建筑中，玄武巖可用于多種應(yīng)用。它可用于生產(chǎn)用于混凝土加固的拉擠型材或鋼筋。

主要優(yōu)點(diǎn)是：

-比鋼更堅(jiān)韌、更輕;

-天然耐堿、鐵銹和酸;

-它是一種陶瓷纖維，容易分散在混凝土或水泥砂漿中。

-混凝土的水分滲透不會(huì)剝落;

-具有與混凝土相同的熱膨脹系數(shù);

-很容易用普通工具切割成一定長(zhǎng)度。

在道路工程中，玄武巖纖維短切股在瀝青混凝土中起加固作用。它可以有效提高路面在抗拉強(qiáng)度、韌性和抗車轍變形方面的一些性能

石油化工領(lǐng)域

玄武巖纖維有機(jī)氣體的耐受性能優(yōu)良，可以在石油與天然氣工程領(lǐng)域，開展玄武巖纖維輕質(zhì)高強(qiáng)材料及復(fù)合材料新產(chǎn)品新工藝開發(fā)研究，例如：油氣、冷熱液、散料等管道輸送用玄武巖纖維復(fù)合材料及其制備技術(shù)，長(zhǎng)距離高壓輸送氫氣管道用玄武巖纖維復(fù)合材料及其制備技術(shù)，玄武巖纖維在石油和天然氣工程管道、儲(chǔ)罐和裝備。