『干货』中国玄武岩纤维及其复合材料的发展现状与应用前景

本文摘要：（由ai生成）

刘院士介绍了玄武岩纤维作为一种新型材料，具有无污染、低能耗、资源丰富、成本低等优势，符合社会经济发展的趋势。玄武岩纤维的生产过程无需复杂的工艺，且在生产过程中不会产生废气和废料，对环境友好。此外，玄武岩纤维的性能优异，性价比高，应用范围广泛，尤其在航空航天、交通建筑、环保、交通和建筑等领域具有巨大的发展潜力。

2017年3月30日，2017国际车用塑料与复合材料产业发展高峰论坛在上海上海外高桥皇冠假日酒店召开，中国科学院院士刘嘉麒在会上作了题为《中国玄武岩纤维及其复合材料的发展现状与应用前景》的讲座，应国内广大复合材料行业企业的要求，现将其讲座（根据录像）进行整理发布，供大家学习交流。 

刘嘉麒院士：各位女士、各位先生、朋友们，早上好。当初看到这个会议通知的时候，我想到这里来学习一下，因为这个会组织单位和参加的一些成员都是我们国家搞材料的大家和专家，会议组织者还要让我先作个发言，大家都知道，先发言的一般都是抛砖，后发言的就是引玉了。按照会议的要求，我讲讲玄武岩纤维及其复合材料的发展现状与应用前景。

我是搞地质的，做博士论文的时候就搞火山岩、玄武岩，搞了一辈子玄武岩，就是写点文章，出点书什么的，不知道怎么用，也就是在十多年前才知道怎么用，特别是现在越用越好，我觉得这个材料发展空间是相当大的，非常好。

玄武岩，它是一种火山岩，大家看火山喷发就知道，火山喷发的时候，岩浆冷凝了以后就形成岩石，其中一种岩石就叫玄武岩，玄武岩是一种复杂的硅酸盐，二氧化硅含量一般在50%左右，还有其他的主成分和微量成分，主成分有13到15项，微量成分就更多了。以前这种岩石，除了铺路好像就没什么用了，中国所有省市区几乎都能找到这类岩石。   

玄武岩被选出来以后，把它放到炉子里熔了，熔融温度要在1500度以上，然后通过漏板就可以拉丝了，拉出来的丝就是这样，可能在座的有搞这行的专家，他们已经做得很好了，丝是初级产品，再进一步加工就可以做成很多的复合材料。玄武岩是一次成丝，不像碳纤维要先变成碳再拉丝，其他纤维，如芳纶纤维工艺都比它复杂。玄武岩纤维在整个生产过程中没有废气、废料排出来，无污染，你到工厂口罩都不用戴，一般的防护就可以了。另外它的性能好，性价比也比较高，用途非常广，发展空间很大。

玄武岩纤维材料大致可以分三种类型，一是连续纤维，二是岩棉，三是鳞片，一般讲玄武岩材料，多数人知道拉丝，岩棉目前国内有两家在做，鳞片目前国内还没有人做。有的厂家在试验做，但是现在做得还不行，产品还不合格，没有形成规模型生产，但这个发展前景是挺好的，香港一个大企业老总找过我，我给他介绍这几种情况，他说想做鳞片，我说鳞片纤维中国没人做，技术还需要进一步探讨，他说就是因为没有人做我才想做，拉丝已经有好多家做了，我就不做了，这就是老总们的气魄。 

玄武岩纤维的性能好，用途广。第一个性能就是它的热传导系数低，阻燃性能好，是既高温又耐低温的上好的绝热材料。它的使用温度高温可以到700多度，低温可以到负269度，像它这样既耐高温又耐低温的材料很难得到，所以玄武岩纤维材料能用在航天航空上，俄罗斯的航空航天材料大部分就是用这种材料做的。

第二个性能是它与水泥相容性好，握裹力强，对增强水泥混凝土结构具有无可替代的优势。这主要是用在交通和建筑方面，我们好多高速公路经常裂，出毛病，就是因为混凝土本身不行，如果你把它掺上20%左右的短纤维，就是玄武岩的短纤维，这个路就要好得多，因为玄武岩的成分和水泥没有多大差别，属于一个物质类型，相容性好，不像油和水那样不相容。这方面已有成熟的经验，在江苏已经有很好的示范，国家交通部、公路研究院对把玄武岩纤维用到高速公路建设上已出了国家标准；连加拿大这样发达国家也引进了我国的玄武岩纤维材料生产技术。应该说我们在生产与应用方面都有了比较成熟的经验。 

第三个性能是抗拉强度高，力学性能好，是桥梁等建筑方面的优选材料。中国建桥现在很厉害了，好多大桥建的非常好，但是用的材料大部分还是合金材料，钢铁比较多，如果将玄武岩材料变成钢筋的话，那么它的寿命和抗老化的程度要高得多，如果说现在的材料能用100至120年的话，用玄武岩的合成材料就可能变成200多年、300多年。寿命就会增加很多，这方面也是一个很好的应用领域。

现在好多地方都在用碳纤维或玻璃纤维，那么玄武岩材料处在一个什么样的位置呢？我想碳纤维或玻璃纤维和芳纶纤维它们各有千秋，如果综合来考虑，玄武岩纤维和碳纤维相比，大约有一半是玄武岩纤维比碳纤维性能好，还有一半碳纤维性能比玄武岩纤维好。我们知道，每种材料应用不是把它所有的性能都要用，是用它最优势的那部分性能，比如说玄武岩纤维，它耐高温耐低温，碳纤维就不如它，但碳纤维比玄武岩纤维轻一些，考虑轻型材料时可能就要选择它。在抗腐蚀方面，玄武岩纤维就更好了，一般的腐蚀它都能抗。还有它介电系数高，绝缘性能好，可以制作多种电器配件；吸音系数高，抗电磁辐射功能强，是理想的隐身材料。

玄武岩的发展势头我认为是很好的，但它毕竟是新生事物，在国际上只有30年的历史，在中国不到20年的历史。世界上第一根玄武岩丝是在位于基辅的原苏联科学院材料研究所于1985年拉出来的，到现在32年，我们国家从八五计划开始搞，到现在不过20年，尽管时间短，但我们发展得很快，发展前景很看好，我谈一下自己的几个看法。

1、无污染，低能耗，符合社会经济发展走势。这是玄武岩材料最好的一个优势，国家提倡经济转型、企业转型，很重要的问题就是他们要么高耗能，要么就是有污染，所以要想办法把这些高耗能高污染企业尽可能地转型。但是玄武岩材料没有污染，这点已经经过实践证明了，这种材料在火山喷发时岩浆已经经过1500多度的冶炼，如今再把岩石放入熔炉中高温熔化，经过两次高温处理后，很多的杂质就没有了，这个优势是其它材料没法代替的。

2、资源充足，成本低，是高附加值的产业。玄武岩这种岩石在未把它作为高附加值复合材料原料用时，它的基本用处就是铺路，盖房子不行，因这这个岩石很难成型，不像花岗岩比较容易成型，农村垒猪圈可以，盖大楼房不用这种石头。而把它拉成丝，做成鳞片，做成复合材料，那它的用处就多了。而且这种资源在我们国家是挺丰富的，有的地方找不到玄武岩，可以找辉绿岩，它们是孪生兄弟，只是地质产状不一样，搞地质的明白，这个原料几乎到处都有，用量也不是很多，比如一立方石头大约2.5到2.8吨左右，拔丝时去掉耗损，能拉出80%到85%的丝，一立方石头就能拉两吨多的丝，这一立方石头在一些地方也就卖百十来块钱，要拉出丝的话，按照国际的价钱，一般是一万美元一吨好丝，六万多人民币，那一立方石头花一百元买，然后拉出两吨多的丝，你就能卖十几万块钱，这是没算成本，去掉成本的话，也相当可观。通常来讲，它跟碳纤维相比，是1：12到16，就是说买一公斤的碳纤维，就可以买12公斤到16公斤的玄武岩纤维，所以它比较便宜，发展的空间很大。这是性价比方面。

3、能形成广阔的产业链和大的产业联盟。比如说，原料的选择和加工是一部分，然后是生产部分，生产就要有设备，建一个熔样炉需要许多材料，包括耐火材料、电极、漏板、浸润剂……，材料有了，设备有了，能拉出丝来，丝还是初级产品，初级产品需要加工下游应用产品，下游产品就相当多了，比如说在汽车上加工什么，你不能拿丝往汽车上缠，要把它变成产品以后才能用到汽车制造上；军事上，航天航空上，也需要把它变成产品，开拓市场，所以这条路还相当地长，做这方面事情的企业家要思考怎么能形成一个大的产业链，大的产业联盟，这件事情才能做的更好。

4、发展机遇看好。搞玄武岩材料这件事是前苏联，即苏共中央于1956年提出来的，当时是绝对保密的，后来苏联解体了，苏联科学院的材料研究所在基辅，就归乌克兰了。现在一提玄武岩材料研发，主要讲俄罗斯、乌克兰，真正的源头在乌克兰的基辅，也就是乌克兰的材料研究所，他们从1956年研发，到1985年生产出玄武岩纤维，经过了30年。后来传到中国，上个世纪末我们才开始搞，现在也有20年左右，虽然说我们起步比较晚，但发展的相当快，而且在很多领域已经是占优势或者占领先地位，中国的社会环境和经济环境好，所以发展就比较好。俄罗斯和乌克兰发展的早，但他们发展的并不好，我到乌克兰去访问的时候，去南方一个厂家参观，400多公里的路，头天下午4点多上火车，次日早晨7点多钟才到，相当于我们文化大革命刚结束时的经济状态和社会状态。这种技术传到中国后，我们又进行了研发，发展得很快，后来居上，连加拿大这样国家还和我们搞合作，引进中国技术，请我们去给他们建厂，加拿大总理来中国还把中国企业家请去参加他们的宴会……，这表明中国的玄武岩纤维生产水平是被西方国家认可的。

5、有广阔的市场需求。这几年，我国已从没有到现在有16、17家企业，正在想建的厂家更多，很快就能发展起来了。我们这次会议的主题是汽车改造，玄武岩有广阔的应用市场，不管是航空航天，还有国防、体育、环保、交通、建筑等等都可以应用。在汽车方面，我们国家很头疼的一件事就是节能和环保，北京经常是霾的天气，各级政府下大力气想解决这个问题，其中汽车的排放和超标就需要解决，节能和环保要求许多高耗能高污染的企业必须改造，或者是转型，或者是升级，汽车这个行业遍布全世界，非常重要，也需要改革，一是向节能发展，解决节能就要轻量化；再就是环保，环保就要减排和做好废物处理；还有一个要安全，要增强材料的强度，刹车片性能要更好；当然也要经济，价格要便宜一点。

汽车要节能，首先就要轻量化，汽车重量减少100公斤，每百公里就减少0.3到0.6升油耗，累积起来就能节约好多能量，现在耗能最少的是欧盟，他们的耗能是百公里5.2升，美国是6.7升，中国是6.9升，我们百公里耗油量是比较高的，要求到2020年降到5升，任务还是比较重的，怎样减轻汽车的重量，汽车行业用了好多新材料，用铝、镁，或者用纤维，我觉得要综合考虑的话，用玄武岩材料可能更好，比金属铝和镁有优势，比化纤或陶瓷也有优势。

汽车除了节能以外，还要环保，玄武岩材料在这两方面都有优势，它几乎没有废气废物排出，可降低汽车尾气对城市的污染；同时，用这种材料的汽车报废时，报废的材料比其他材料好回收，好处理，玄武岩纤维能够自动降解成为土壤的母质，克服了传统材料在废弃过程中需要消耗大量的能量和污染环境等缺点，故玄武岩纤维是21世纪又一种新型的环保型的无机材料。

再有它的安全性，强度高，磨擦系数高。有的企业正在考虑用玄武岩材料作刹车片，这显然要比现在的材料好，寿命长；还有汽车内饰、装修，好多材料是塑料材料，这个塑料材料本身就有一定的污染，释放出一些废物、废气，如果改用玄武岩的材料，就不存在这个问题，所以车体的一些内装修用这种材料可能也会比其他材料好得多。

俄罗斯现在花很大力量用玄武岩纤维材料改造汽车，普京亲自给它作广告，整个车体、车壳子都用玄武岩纤维材料加工，消音类的材料也是用玄武岩纤维，轮胎如果是橡胶掺上玄武岩纤维，其质量和寿命就会提高很多，车体的很多部件，都可以用玄武岩材料来做。

当前，现有的磨擦材料、过滤材料和内饰材料等已无法满足汽车生产的实际需求，急需开发新的高性能的材料。玄武岩纤维材料的综合性能非常好，它的耐高温性能、化学稳定性能、隔音性能、高强度性能等均可以在汽车材料领域发挥重要作用，充分利用玄武岩纤维的优势开发新型的汽车材料，既顺应了世界发展绿色新材料的要求，又能大大提高汽车的使用价值，为汽车行业创造更高的效益。

玄武岩材料没有污染，性能好，性价比高，用途广，发展前景看好，发展空间非常大，希望得到各位企业家、各位同行的支持，能把这个新鲜事物尽快地发展起来。国家十三五计划已经把玄武岩纤维纳入到和碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维相媲美的四大纤维之一，国家已经开始重视发展这种材料，希望大家共同努力，把这个材料能够发展得更好，走在世界的前列。

我的发言完了，不足之处请大家批评指正，谢谢。

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