淺談玄武巖纖維菱鎂復合材料管材

商紅志

【摘 要】近些年來，隨著諸多新型材料的出現(xiàn)，玄武巖纖維和菱鎂材料也被復合在了一起，制作出了新的復合材料。本文對玄武巖纖維增強菱鎂材料的復合管材的制作技術(shù)及其特點進行闡述，并就起特點對其改進和發(fā)展提出見解。

【關(guān)鍵詞】玄武巖纖維；菱鎂復合管材；纖維纏繞

1.引言

纖維纏繞技術(shù)通常是纖維和樹脂基制作復合材料的一種工藝方法。隨著新型材料的出現(xiàn)，科學技術(shù)的發(fā)展，纖維和樹脂基都被其他材料取代過。玄武巖纖維是一種近幾年在國內(nèi)才興起的綠色、無污染的材料，菱鎂也被稱為是新型水泥，兩種新材料在纖維纏繞工藝的作用下，制造生成了玄武巖纖維菱鎂復合管材。

2.玄武巖纖維菱鎂復合材料管材成型的基本原理

玄武巖纖維菱鎂復合材料管材的制作是借助于纏繞技術(shù)[1]，把一定股數(shù)的玄武巖纖維浸入穿過配置好的改性后的菱鎂無機材料中，將菱鎂無機稀料包裹在纖維束上，纖維束繞在芯膜上，通過芯膜的轉(zhuǎn)動帶動纖維行走，把菱鎂材料充填到纖維的孔隙中，纏繞在芯膜上，纏繞結(jié)束后把表面休整光滑，纏繞過程按照工藝設置操作，通過一定時間的固化，便可退下管材，修整使用。圖1為纏繞過程簡圖。

下面是纏繞過程所用原理[2]：

原理1 總體纏繞線型決定于纏繞速比

原理2 纏繞對象局部幾何尺寸、局部纏繞角與切點數(shù)決定局部線型

原理3 固定的總體線型與所纏繞的對象之幾何形狀無關(guān)

原理4 纖維排布決定于微速比

原理5 纏繞速比決定于纏繞中心角總和

原理6 測地線纏繞纖維之位置最穩(wěn)定

原理7 “相當圓”原理

原理8 非測地線纏繞穩(wěn)定原理

原理9 不等纏繞角原理

原理10 凹曲面纏繞“架空”原理（略去推理）

3.玄武巖纖維菱鎂復合材料管材特點

菱鎂材料在新型復合材料行業(yè)中又稱為無機樹脂，是以輕燒鎂粉為膠凝材料，以氯化鎂溶液為伴合劑經(jīng)改性后的膠體材料，固化后具有不燃燒、耐高溫、強度好、密度小、親合性好、化學穩(wěn)定性好等特點，成本較低，制作工藝簡單，物理性質(zhì)類似陶瓷。玄武巖纖維增強菱鎂材料正好將其強度發(fā)揮到最大，即便主體被破壞也只是裂紋，不會整體破碎掉落。

玄武巖纖維和菱鎂材料制作出產(chǎn)品性能的好壞，與玄武巖纖維的斷裂強度、菱鎂料漿的流動性[3]、菱鎂材料的性能、菱鎂材料與纖維結(jié)合的好壞等因素有關(guān)。菱鎂材料能否很好的填滿纖維束中的孔隙，是玄武巖纖維菱鎂復合材料管材是否漏氣，是否強度達到最高的關(guān)鍵。許多時候管材在固化時流失大量水分，使管材的內(nèi)部出現(xiàn)細小的孔隙，這些孔隙就足以斷送掉管子的“性命”。纖維浸膠技術(shù)[4]還需不斷發(fā)展更新。

玄武巖纖維菱鎂復合材料管材的性能有好有壞，其特點十分鮮明。玄武巖纖維菱鎂復合材料管材的優(yōu)點：①能夠按產(chǎn)品的受力狀況設計纏繞規(guī)律，使能充分發(fā)揮纖維的強度，使菱鎂制品強度增大；②管材硬度大，可靠性高：纖維纏繞制品易實現(xiàn)機械化和自動化生產(chǎn)，工藝條件確定后，纏出來的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，精確；③產(chǎn)品防火、抗靜電、高溫無毒害、耐腐蝕，可用于消防、化工等行業(yè)；④生產(chǎn)效率高：采用機械化或自動化生產(chǎn)，需要操作工人少，纏繞速度快（240m/min），故勞動生產(chǎn)率高；⑤成本低、重量輕、安裝簡易快捷：在同一產(chǎn)品上，菱鎂材料的成本非常低，使其再復合，達到最佳的技術(shù)經(jīng)濟效果。

玄武巖纖維菱鎂復合材料管材的缺點：①纏繞成型適應性小，不能纏任意結(jié)構(gòu)形式的制品，特別是像彎頭、法蘭等很難制作；②管材制作要求高，工藝不合理時纖維與菱鎂材料結(jié)合困難；③纏繞成型需要有纏繞機，芯模，固化加熱，脫模機及熟練的技術(shù)工人，需要的投資大，技術(shù)要求高，因此，只有大批量生產(chǎn)時才能降低成本，才能獲得較高的技術(shù)經(jīng)濟效益。

4.玄武巖纖維菱鎂復合材料管材應用方向

玄武巖纖維菱鎂復合材料管材采用玄武巖纖維與無機材料復合，通過纏繞工藝固化形成，管材基于自身的性能，應用方向也十分廣闊?？捎糜诘V山送風，管道外防護罩，也可和其他管材、輔材配合使用，制作成新型管材，還可用于運輸、消防、電力、化工等行業(yè)。這一新型管材可以替代鋼制管道，具有顯著的性能及價格優(yōu)勢。

5.結(jié)束語

總之，科學技術(shù)的發(fā)展是日新月異的. 我們有理由相信復合材料發(fā)展會越加迅速的，隨著纏繞機向著高自動化、高集成化、高產(chǎn)量的方向發(fā)展[5]，和菱鎂材料的不斷研發(fā)，玄武巖纖維菱鎂復合材料管材技術(shù)也會不斷進步，爭取能更大的提高生產(chǎn)效率，制作管材形狀更繁多，使管材的用途更廣。

參考文獻：

[1]謝霞，邱冠雄，姜亞明. 纖維纏繞技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀. 天津工業(yè)大學學報， 2004年12月

[2]冷興武. 纖維纏繞原理. 山東科學技術(shù)出版社， 1990年2月第一次印刷

[3]曹永敏，王自福，張興福，宋建華，張春山，王翔. 菱鎂膠凝材料改性劑的試驗研究. 玻璃鋼復合材料， 2001年11月

[4]郁成巖，李輔安 ，王曉潔，周東偉. 纖維纏繞工藝浸膠技術(shù)研究進展. 玻璃鋼復合材料， 2010年第5期

[5]蘇峰，于柏峰，賀晶，孫麗娜. 纖維纏繞設備的創(chuàng)新和發(fā)展. 纖維復合材料， 2008年3月第一期