『概述』玄武岩纤维介绍

摘要

玄武岩纤维作为一种新型无机环保高性能材料，在军民领域均有广泛应用。尽管中国在研发上与发达国家存在差距，但已攻克制造技术难关，开始批量生产。玄武岩纤维在建筑加固、风机叶片等领域有应用潜力，但也存在成丝难度大等问题。为提升应用，建议加强研发、优化工艺、开发新产品，并考虑与其它纤维混纺，以拓宽应用范围。

正文

玄武岩纤维（Basalt Fiber，简称BF），是一种新型无机环保高性能材料，颜色一般为褐色，有些似金色。它是由SiO2、Al2O3、CaO、FeO等氧化物，以及少量杂质组成的，纤维中的每一组分都有其特定的性能。玄武岩连续纤维玄武岩纤维作为一种增强材料，不仅稳定性好，具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，此外，还有绝缘性好、绝热隔音性能优异、透波性能好等优点。因为玄武岩矿石本身给与了玄武岩纤维诸多优良的性能，所以玄武岩纤维自身具有很高的耐久性和优良的力学性能，这些优点在军用和民用领域都非常实用。

目前，用玄武岩纤维纺纱编织成的防火布已经用于阻燃隔热防护服、灭火毯的制作，产品主要应用于消防、冶金、军工等行业。玄武岩纤维的潜在市场是替代玻璃纤维。在建筑加固领域上，玄武岩纤维性能接近碳纤维，价格却比碳纤维低几倍甚至几十倍，在国内的土木工程中可以部分替代价格昂贵的碳纤维用于结构加固补强，降低我国结构加固工程对碳纤维的依存度。在复合材料方面，它可以与各种树脂复合形成复合材料可作为结构材料的应用，可用于风机叶片、车船体结构、耐蚀耐压管道及储罐，以及印刷电路板基材等。

玄武岩在我国分布较广、价格便宜，其纤维制造成本低，相对化学纤维、玻璃纤维、碳纤维等有较为明显的综合优势，替代潜力大，是一种高科技含量和高附加值的新产品。

近些年，绿色防火隔热材料逐渐受到人们的关注。玄武岩纤维作为绿色材料，成为了防火隔热的首选材料，其具备质轻、防火、隔热、美观等特点。由玄武岩纤维织物层、耐高温橡胶层、聚酯纤维膜层、气相沉淀铝反射层和阻燃粘胶与Basofil混纺织物层组成的玄武岩纤维复合防火隔热材料拥有良好的阻燃隔热耐高温性能，在高温环境下，能够吸收一部分热量，隔热效果更好，同时不会燃烧，可以起到更好的防护作用，应用于消防、石油化工、军事和冶金等领域。

据东北大学高分子材料学院教授齐风杰介绍，利用玄武岩纤维制成的防火布，耐高温、隔热效果好，耐温可高达650℃，极限氧指数大于68，大大优于芳纶等有机纤维，特别适合制备工业用防火帘。玄武岩纤维防火布在1000℃火焰作用下，不会发生变形及爆裂现象，耐火时间可以保持在1 小时以上。在潮湿、蒸气、烟雾、含化学气体的环境下同样可以起到防护作用。此外，如果将玄武岩纤维与其它纤维混纺，可制成更高规格的阻燃防火布面料，用于特种部队相关装备具有明显优势。

从目前市场应用来看，国外一直将杜邦公司的Kevlar、Nomex、Teflon 纤维作为防火布的首选原料，以上3 种原料虽然具有抗高温、抗化学反应的性能，但其在370℃以上的高温下会发生碳化和分解现象。而玄武岩纤维防火布是用GBF 公司的7μm～9μm 连续玄武岩纤维细纱编织而成，并且经过了耐高温、无毒害的涂层处理，不会出现熔融滴落、热收缩现象，亦不会有有毒气体排出，完全可以成为Kevlar、Nomex、Teflon 等防火纤维布强有力的替代产品。

玄武岩纤维不仅强度高、热稳定性好、不易损伤对偶、磨损低、摩擦系数稳定，而且价格适宜。玄武岩纤维应用于摩擦增强材料既有利于增加汽车摩擦材料的寿命，提高摩擦材料的使用温度，又能解决当前摩擦材料的存在的各种不利因素，有利于解决传统汽车制动器出现的热衰退现象，进而减少交通事故的产生。

玄武岩纤维制作的车身

西班牙GALFER公司已成功开发以玄武岩纤维作为主增强纤维来生产的1052系列摩托车刹车片。采用玄武岩纤维制成的耐高温结构用于汽车制动器、离合器等磨擦增强材料，既为汽车的高速化发展助力，又有利于提升汽车的安全性能，其开发具有广阔的市场前景。

不同纤维及其增强酚醛树脂基摩擦材料的性能

从上表可以看出，玄武岩纤维的材料密度适中，其拉伸强度与玻璃纤维相当，且玄武岩纤维增强摩擦材料的耐磨性高于石棉纤维、钢纤维和玻璃纤维。通过对玄武岩短切纤维增强制动片的性能检测，认为其具有高温摩擦系数稳定、热衰退小和制动噪音低等特点，适合作为摩擦材料的主增强材料。

玄武岩纤维汽车过滤材料能够在高温条件下将汽车尾气中的固体粒子过滤分离开来，降低汽车尾气对城市污染，且其过滤材料具有在高温条件下长时间使用，而性能保持稳定的优点。俄罗斯与乌克兰用连续玄武岩纤维制成的过滤布在900℃的高温下，连续玄武岩纤维的质量损耗仅为12%。玄武岩纤维汽车用过滤材料的应用，符合新世纪环保的要求，也有利于满足人们追求高性能汽车的要求。

与内饰材料中使用较为广泛的玻璃纤维相比，玄武岩纤维的吸音及耐热性能远大于E-玻璃纤维。

玄武岩纤维增强混凝土是将玄武岩连续纤维或不连续纤维按合理的用量和适当的方式掺入混凝土中，形成的一种新型混凝土复合材料，保留混凝土抗压强度高等优点，增加其抗拉、耐磨和抗冲击等性能，在混凝土工程中起到加固补强、增强增韧、延长使用寿命等作用。玄武岩纤维是典型的硅酸盐纤维，具有天然的相容性，用它与水泥混凝土和砂浆拌和时很容易分散，新拌玄武岩纤维混凝土体积稳定，和易性较好。

与普通混凝土相比，玄武岩纤维混凝土还具有优越的耐温性、抗收缩性以及耐腐蚀性，这有利于提高混凝土工程的耐久性，扩大混凝土的使用范围。在混凝土中合理地掺入玄武岩纤维，可以提高混凝土的抗冲击性能，降低其脆性，改善混凝土的力学性能。

生产玄武岩纤维的原料取自于天然的火山岩喷出岩，原料中几乎不含有对人类健康有害的成分，使玄武岩纤维混凝土在建筑工程领域的推广具有节约资源、绿色环保的意义。

玄武岩纤维具有优异的热防护性能和机械性能，但是，多方面的数据也显示玄武岩纤维的最大缺点是密度比其他纤维略大。因此，在玄武岩的应用方面应该充分加强玄武岩纤维的研发能力和生产技术水平，在进行织物组织和结构的设计上进行合理的选择工艺参数，以免由于纺织品过重对劳动者或使用者产生额外的劳动负荷，从而将具有良好热防护性能的玄武岩织物应用于阻燃防护领域，也将起到物尽其用、事半功倍的效果。

高性能阻燃纤维在高新产业、尖端技术和特种装备领域有着广泛应用，但在市场需求量大的工业、民用领域应用却比较少，主要原因是其品种较少、价格较高、服用性能较差。玄武岩纤维的极限氧指数极高，且为无机纤维，燃烧无有害气体排放，但其价格较高，服用性能较差，可考虑与其它纤维混纺，使混纺织物既具有高阻燃性，又能降低甚至杜绝燃烧反应中有害气体的排放，如利用玄武岩纤维的阻燃性和棉的舒适性、吸湿透气性相结合，按一定比例混纺，既能保证面料有良好的阻燃性，又有良好的舒适性、环保的同时还能提高产品的服用性能。