我國玄武巖纖維產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景分析

孟欣，田學勤，白云峰（中國建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院 北京 100035）

0 引言

根據中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會、中國石材工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，在我國的很多省份均有適合于連續(xù)玄武巖纖維（以下簡稱玄武巖纖維）生產的礦址，如福建、河南、吉林、山東、四川、云南、浙江、湖北、貴州等省。

1 玄武巖纖維產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 資源儲備現(xiàn)狀

福建福鼎市白琳大嶂山的玄武巖資源儲存達到了50 000萬m3，且大部分呈地表裸露狀態(tài)，礦山顏色為墨黑色，在我國屬于非常優(yōu)質的資源品種，被國務院原建材局命名“福鼎黑”。河南洛陽市蔡店鄉(xiāng)的玄武巖資源呈大小圓塊狀，儲存與地表以下50cm左右，但儲層較厚，最深處可達到100m以上。吉林省新生代玄武巖分布面積幾乎占全省基巖出露面積的25%，主要分布在延邊州、白山地區(qū)和通化，化學成分、礦物結構符合建筑用材料和公路用材料及基本符合巖棉生產要求，因此有著十分廣闊的開發(fā)和利用價值。山東沂水圈里鄉(xiāng)、平邑，安徽明光市等縣市的玄武巖資源儲量也比較豐富。

1.2 產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

玄武巖纖維是天然火山巖在高溫熔融流體化后經貴金屬漏板高速連續(xù)拉絲而成[1]。最早由前蘇聯(lián)于20世紀70年代研制成功，并于20世紀80年代中期投入工業(yè)化生產。我國對于玄武巖纖維的研制與生產，始于21世紀初。2001年，哈爾濱工業(yè)大學組建專門的玄武巖纖維研究團隊并在成都航天基地建成單體爐紡絲裝置，對玄武巖纖維及其應用進行系統(tǒng)研究。2003年底，國內第一家玄武巖纖維生產企業(yè)在上海成立，10年內國內玄武巖纖維生產企業(yè)主要有浙江石金玄武巖纖維有限公司、四川航天拓鑫玄武巖實業(yè)有限公司、牡丹江金石玄武巖纖維有限公司，呈三足鼎立之勢[2]（見表1）。

我國連續(xù)玄武巖纖維產業(yè)化初期是引進或模仿前蘇聯(lián)的工藝技術，依靠玻纖行業(yè)技術人員，建立了玄武巖纖維生產線。進入“十二五”以后，在新材料產業(yè)快速發(fā)展和政府政策支持引導下，各地紛紛新建玄武巖纖維項目。但受基礎研究不足、工藝技術不成熟、產品性能不穩(wěn)定及應用市場拓展慢等因素影響，部分項目進展緩慢。目前國內正在從事玄武巖纖維生產的企業(yè)約有12家，合計總產能約為3萬t，2017年玄武巖纖維紗實際總產量約為1.5萬t[3]。

1.3 產品供需分析

截止到2018年底，我國玄武巖纖維總產能約3萬t，2017年實際產量約為1.3萬t。全國成規(guī)模的玄武巖纖維在產企業(yè)共約12家，主要分布在四川、吉林、山西、貴州、浙江、河南、湖北等地。

2018年，國內玄武巖纖維的表觀消費量約為1萬t。當前玄武巖纖維主要應用于以下領域：一是以貴州石鑫、襄陽匯爾杰為代表的企業(yè)，積極拓展玄武巖纖維增強水泥混凝土制品，應用于輕質建筑及農村基建等領域；二是以四川拓鑫、山西晉投為代表的企業(yè)，積極拓展玄武巖短切紗、玄武巖纖維增強復合材料型件在道路施工領域的應用；三是以營口宏源及其它玻纖制品、復合材料制品生產企業(yè)為代表，積極拓展玄武巖纖維紡織制品及復合材料制品在環(huán)保過濾、石油化工、海洋工程等領域的應用。此外，2018年我國玄武巖纖維及其制品出口量為5 000t，與2017年相比繼續(xù)提升。

2 玄武巖纖維產業(yè)發(fā)展中存在的問題

2.1 產業(yè)化創(chuàng)新不足 創(chuàng)新協(xié)同不足

我國國內開展玄武巖纖維研究較早，但玄武巖纖維產業(yè)化發(fā)展較為緩慢，近年來部分科研院所在玄武巖纖維成分、理化性能、增強機理、復合材料產品等多個領域取得一定的成果，連續(xù)玄武巖纖維作為前端關鍵原材料，其產業(yè)化水平的滯后阻礙了行業(yè)整體的發(fā)展。除四川玻纖、貴州石鑫等個別企業(yè)外，多數(shù)企業(yè)的生產設施停留在百噸級的規(guī)模，基本屬于實驗線規(guī)模，若以池窯拉絲這種大工業(yè)技術來衡量，僅相當于小試水平。較低的產業(yè)化水平帶來的問題是，批量供應的產品機械力學性能不穩(wěn)定、產品連續(xù)性差，生產效率低下，生產成本仍高，導致產品在下游復合材料的應用中與現(xiàn)有的玻纖、碳纖、芳綸等高性能纖維相比，既不具備供應的連續(xù)性，也不具備性價比優(yōu)勢，給玄武巖纖維的推廣造成了一定的負面影響，因此產品應用的推廣速度相對較慢。

我國玄武巖纖維產業(yè)產學研環(huán)節(jié)存在協(xié)同不足的問題。在纖維工業(yè)化技術領域（熔制和拉絲），以纖維企業(yè)創(chuàng)新為主；在材料及機理研究領域，以高校為主；在復合材料制造領域，由復合材料企業(yè)、科研院所以及高校為主。產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)出現(xiàn)了明顯的脫節(jié)，材料和機理研究取得的突破沒有對纖維企業(yè)形成支撐，纖維產品與下游產品的創(chuàng)新的需求不相匹配，產學研用協(xié)同嚴重不足。

2.2 原紗生產工藝有待完善

目前在玄武巖纖維的拉絲生產過程中，經常會出現(xiàn)斷頭飛絲或料液漫流，即使采用小卷裝拉絲，原紗滿筒率仍較低，生產穩(wěn)定性較差。主要原因是纖維原料的使用粗放，制約玄武巖纖維規(guī)?；€(wěn)定生產。由于天然礦物原料的氧化物含量不可能非常高，波動也大，且常包含部分有害雜質，必須在使用前進行預均化處理才能使用。而在熔化液方面，由于存在氣泡、條紋以及熔液本身因鐵含量高帶來的溫度梯度懸殊變化，導致高溫熔液的不勻化問題仍較為嚴重。因此需要改進現(xiàn)有生產工藝，增加原料均化和熔液均化環(huán)節(jié)，提高熔液質量的穩(wěn)定性，從而提高拉絲作業(yè)的穩(wěn)定性。

2.3 制品開發(fā)思路有待明晰

玄武巖纖維作為一種無機硅酸鹽纖維，其優(yōu)異的物理化學性能已經在實驗室中得到了驗證。因此結合現(xiàn)階段玄武巖纖維產業(yè)技術發(fā)展現(xiàn)狀，玄武巖纖維產品研發(fā)和市場開拓應以所掌握的纖維特性為指導，應重點關注道路施工和功能制品領域。

一方面，玄武巖纖維在纖維增強混凝土、纖維增強水泥和道路瀝青封層技術中應用均具有先天優(yōu)勢，已經得到了相關道路工程研究人員和用戶的認可。另一方面，隨著經濟社會的不斷發(fā)展進步，特別是隨著節(jié)能減排、綠色環(huán)保等概念的流行，以發(fā)揮材料物理、化學性能為主要目標的功能性技術紡織品和功能性復合材料正在受到越來越多的關注。由于玄武巖纖維目前尚不具備性價比優(yōu)勢，因此可嘗試先在功能材料應用領域，通過發(fā)揮纖維物理化學性能方面的天然優(yōu)勢，開拓一定的市場。

3 我國玄武巖纖維產業(yè)發(fā)展前景分析

目前，玄武巖纖維發(fā)展仍處于產業(yè)化初級階段。隨著工藝技術的日趨完善，玄武巖纖維的性價比優(yōu)勢和市場定位也將逐步清晰。玄武巖纖維未來的應用領域，主要包括兩個方面：

一方面是應用于建筑領域，包括建筑用土工布、建筑用纖維增強水泥及混凝土制品、建筑用纖維增強復合材料制品等。目前該領域主要以耐堿玻璃纖維為主，年消費量約為3萬t。

另一方面是應用于非建筑領域，包括環(huán)保過濾用產業(yè)紡織品、防火及遮陽用產業(yè)紡織品、軍用紡織品，以及各類纖維增強復合材料制品等。目前該領域主要以普通玻璃纖維為主，年消費量約300萬t。但由于玻璃纖維的綜合性價比優(yōu)勢十分明顯，玄武巖纖維需要借助其在物理化學等方面的功能特性，逐步取代部分細分市場。

3.1 玄武巖纖維的應用前景

軍事領域。由于CBF具有高強輕質、耐熱等性能，在國防軍工領域具有較好的前景。具體來說，在工作環(huán)境惡劣的裝備上應用前景較好，如裝甲防護、高超音速（高溫）武器的耐高溫殼體、士兵的個人防護、潛艇等耐火需求高的裝備、軍事工事的坑道門等。

嚴酷環(huán)境或特殊要求工程用。玄武巖纖維的耐候性是其區(qū)別于其他纖維的突出特點，因此在沿海地區(qū)對耐鹽有較高要求的工程中應用的替代鋼材的部件，如復合筋、土工材料、型材有很強的競爭力，在因其耐鹽和無機材料特性，在增強混凝土、在增強瀝青等領域有很好的應用前景。憑借耐溫性能和耐堿性能，玄武巖纖維增強工程材料極適合高寒、高海拔地區(qū)工程建設應用。

消防領域。玄武巖纖維是耐高溫性能最優(yōu)的三大無機纖維中性價比最高的，同時其耐低溫性能也最好。國外在耐溫防護領域使用如凱夫拉纖維、芳綸纖維、特氟龍等有機纖維，主要原因在于國外的有機纖維產業(yè)發(fā)展較完善、商業(yè)品牌影響力較大。但從性能和價格來看，有肌纖維是存在先天不足的，凱夫拉和芳綸等纖維都會在高溫下被碳化或分解。國產化的玄武巖纖維不但在性能上有絕對優(yōu)勢，在價格上也遠低于上述3種知名纖維。主要需要解決產品產業(yè)化和市場化運作的問題

環(huán)保領域。玄武巖纖維性能優(yōu)異的高溫過濾材料，其性能可與耐高溫的陶瓷纖維相媲美[4]，具有結構強度高、耐高溫（使用溫度可超過500℃以上）、耐久性好、耐腐蝕（及耐酸又耐堿）、不吸水、過濾效率高等特點。它是可主要用于高溫（200～350℃）和超高溫（500℃以上）的過濾材料。目前高溫過濾材料主要使用芳綸纖維、法國的Kermel纖維、聚苯硫醚纖維、聚酰亞胺纖維、聚四氟乙烯纖維等過濾材料，玄武巖纖維的耐溫性能由于上述產品,未來應用前景較好。

建筑修復與結構加固領域。我國目前多使用碳纖維以及芳綸纖維作為建筑修復和結構加固主材，主要是利用其強度和彈性模量[4]。玄武巖從強度與樹脂親和等綜合性能上來看，完全可以替代上述兩種纖維，從經濟性來講，使用玄武巖纖維做補強材料可以大大降低投入，在建設領域尤其明顯，未來隨著玄武巖纖維產品穩(wěn)定性逐步解決后，其在建設領域的應用前景將非常廣闊。

3.2 產業(yè)發(fā)展模式的前景

玄武巖纖維產業(yè)經過多年的發(fā)展，部分企業(yè)逐步形成了具有自身特點的發(fā)展模式，部分模式具有很好的前景。

原絲規(guī)模化的大工業(yè)發(fā)展模式。這種模式是玄武巖纖維企業(yè)多數(shù)所追求的模式，但由于產業(yè)化發(fā)展水平一直較低，目前只有四川玻纖可以認為屬于這種模式。原絲5 000t以上甚至萬噸級池窯拉絲實現(xiàn)產業(yè)化，將意味著產品從配料到成品實現(xiàn)批量化、標準化，未來低成本的玄武巖通用型玄武巖纖維產品的面世，將大幅度提升玄武巖纖維的競爭力。

工程技術服務模式。工程技術服務模式主要提供玄武巖纖維生產技術裝備、工程總承包、專利技術服務等。主要核心是含技術轉讓的生產線交鑰匙工程，該類服務非常類似我國傳統(tǒng)設計院的服務模式，由于玄武巖纖維還處于產業(yè)化發(fā)展的階段，未來在原絲生產線規(guī)?；⒅破窇脤＠茝V等技術服務領域尚有很大空間，因此該類模式也會有較大的發(fā)展空間。目前，我國國內企業(yè)中航天拓鑫顯示出了明顯的偏向工程技術服務的發(fā)展模式，已經形成了推廣生產線交鑰匙工程與生產線大型化技術創(chuàng)新的互相促進的業(yè)務模式。創(chuàng)新與下游協(xié)同的模式。該模式是由科研院所進行技術擴散而形成的模式。該類模式中創(chuàng)新主體是高?；蚩蒲性核n題來源可以是企業(yè)委托、自主立項或者國家課題等，通過明確有針對性的技術開發(fā)取得的成果，由明確的企業(yè)的投資項目予以實現(xiàn)。其中形成明顯協(xié)同效應的有東南大學國家玄武巖工程中心在衡水與政府和企業(yè)建立的協(xié)同模式，落地項目由復合材料制品企業(yè)投資、工程中心技術入股，該項目特色是中心的創(chuàng)新能力在政府的推動下與眾多企業(yè)結合形成了孵化企業(yè)群的協(xié)同發(fā)展模式，而不是單一項目合作的模式。

全產業(yè)鏈模式。該類模式就是企業(yè)打造一條玄武巖原料—纖維拉絲—復合材料制品完整的產業(yè)鏈，通過全產業(yè)鏈的構建，降低成本，提高對各環(huán)節(jié)產品的掌控，通過在全產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)進行創(chuàng)新，實現(xiàn)最終復合材料產品綜合競爭里不斷提高的目標。這種模式與其他模式的顯著差異在于，一是其創(chuàng)新目標是最終產品的提升，因此實現(xiàn)路徑更靈活；二是該模式規(guī)避了多數(shù)玄武巖纖維企業(yè)所面臨的產品難以獲得穩(wěn)定用戶的問題，企業(yè)自己生產的玄武巖纖維由自己的復合材料車間消化。目前國內形成明顯產業(yè)鏈模式的典型企業(yè)是貴州石鑫，該企業(yè)通過技術引進和自主創(chuàng)新，將自產纖維全部用于生產復合材料生產，其復合材料也逐步打開了市場。

上述4種模式是目前眾多玄武巖纖維產、學、研企業(yè)及機構中比較有特色的，在未來5~10年間具備一定的可持續(xù)發(fā)展能力，將引領玄武巖纖維產業(yè)不斷快速發(fā)展。