淺談玄武巖纖維復(fù)合材料的特性與應(yīng)用

余奕發(fā)

【摘要】 本文介紹了玄武巖纖維及其復(fù)合材料制品的特性，概述了其在汽車、醫(yī)療器械、軍工、石化、機(jī)車車輛等領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，最后對(duì)玄武巖纖維的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】 玄武巖纖維;復(fù)合材料;特性;應(yīng)用

玄武巖纖維是國際材料領(lǐng)域中的新型綠色環(huán)保材料，連續(xù)玄武巖纖維（CBF）是以火山巖（多種玄武巖等）為原料制成，其除具有高強(qiáng)度（單絲抗拉強(qiáng)度可達(dá)3000～4840 MPa）、高模量（91～110 G）等特點(diǎn)外[1]，還具有耐高溫及低溫性能（-269～700 ℃[2]）、耐酸堿、抗氧化、高電絕緣性、絕熱隔音、防火阻燃、電磁透過性好、抗壓縮強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度高、適應(yīng)于多種工況條件等優(yōu)異性能[。因此，玄武巖纖維可以廣泛應(yīng)用于消防、節(jié)能環(huán)保、石油化工、航空航天、軍工、汽車船舶制造、軌道交通、工程塑料及建筑等領(lǐng)域[7-8]。同時(shí)在成本上，玄武巖纖維較其它纖維具有更高的性價(jià)比。

1 玄武巖纖維復(fù)合制品的特點(diǎn)

玄武巖纖維復(fù)合材料是以連續(xù)玄武巖纖維/短切纖維增強(qiáng)的樹脂基復(fù)合材料，可滿足拉擠、纏繞、真空輔助成型等多種成型工藝，可與多種熱固及熱塑性樹脂復(fù)合。

用連續(xù)玄武巖纖維增強(qiáng)的樹脂基復(fù)合材料的強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、電絕緣性能均優(yōu)于玻璃纖維增強(qiáng)材料，可在很大程度上替代玻纖、碳纖維和石棉制品[9]。由于玄武巖纖維的優(yōu)異性能，玄武巖纖維復(fù)合材料無論在力學(xué)性能上、還是耐腐蝕、隔音、保溫、降噪等方面都具有突出特點(diǎn)。

玄武巖纖維復(fù)合管材、罐體與鋼質(zhì)產(chǎn)品相比，具有成本低廉、綠色環(huán)保、重量輕（鋼鐵的1/4）、剛性好、強(qiáng)度高、耐水耐蝕性能突出（表面光滑且不生銹、不易結(jié)垢結(jié)蠟）、保溫性能優(yōu)良等諸多優(yōu)勢，與玻纖管材及罐體相比，其具有使用壽命長，耐酸堿等突出優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)使用壽命超過50年。因此，近年來玄武巖纖維的開發(fā)應(yīng)用引起了很大的關(guān)注。

玄武巖纖維復(fù)合材料型材主要包括：玄武巖纖維復(fù)合材料單向板、織物復(fù)合材料層合板、復(fù)合材料管及罐體、以及各種手糊、模壓、拉擠異型材等，生產(chǎn)工藝涵蓋手糊、拉擠、模壓、RTM、纏繞等。

2 玄武巖纖維制品的應(yīng)用情況

玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)已經(jīng)有半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程，特別是近20年來發(fā)展迅速。其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)展。

2.1 汽車領(lǐng)域應(yīng)用

玄武巖纖維復(fù)合材料制備的輕型貨車板簧，較相同規(guī)格原鋼制板簧直接降重75%。圖1為玄武巖纖維復(fù)合板簧實(shí)物圖。

應(yīng)用于玄武巖纖維復(fù)合材料制造的新能源汽車電池殼體（圖2）與原有材料生產(chǎn)的產(chǎn)品相比較，在性能不變的情況下，減重能達(dá)到30%～50%。

玄武巖纖維復(fù)合材料在廂式貨車、冷暖車上得到了廣泛應(yīng)用，玄武巖纖維復(fù)合板材（圖3）與普通玻纖板材相比，具有防火、隔熱性好、隔音效果佳、吸濕率低、強(qiáng)度和硬度更高的優(yōu)點(diǎn)，復(fù)合板材料平均性能相較于玻纖高出20%以上、硬度高出40%。

（a）板材正面照片;（b）板材側(cè)面照片

玄武巖纖維增強(qiáng)備胎池（圖4）具有輕量、耐高溫抗腐蝕、抗熱變形（排氣管余熱）、剛度更佳、更好的阻尼特性等優(yōu)點(diǎn)。與原金屬備胎池相比，減重可達(dá)35%以上。

2.2 醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用

吉林通鑫玄武巖科技股份有限公司與國外公司合作研發(fā)了CT用床板（圖5），具有重量輕，強(qiáng)度高，韌性好的優(yōu)點(diǎn)，該床板各項(xiàng)性能均可以滿足使用需求。

2.3 石油管道領(lǐng)域中的應(yīng)用

玄武巖纖維復(fù)合材料石油管道（圖6）目前已在俄羅斯大面積推廣，該管道耐腐蝕能力強(qiáng)、強(qiáng)度高、施工安裝簡單。玄武巖纖維制造的輸油管道內(nèi)表面能防止鹽類和石蠟的堆積，內(nèi)壁光滑，摩擦阻力小，液體通過能力較同直徑鋼質(zhì)管材大20%。

2.4 其他領(lǐng)域中的應(yīng)用

由于玄武巖纖維良好的力學(xué)性能及耐溫性，導(dǎo)彈發(fā)射筒使用玄武巖纖維制造后，增加了其使用壽命。此外，玄武巖纖維復(fù)合制品應(yīng)用在軌道列車地板上，并獲得良好的減震降噪效果。而使用玄武巖纖維復(fù)合材料研制的動(dòng)車車頭開閉罩，可以有效地提高其韌性。

3 總結(jié)

玄武巖纖維及其復(fù)合制品具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高溫穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、吸音性能、隔熱性能、絕緣性能、環(huán)保性能、以及與混凝土和砂漿的天然相容性等性能，使其在強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、電絕緣性能方面均優(yōu)于玻璃纖維增強(qiáng)材料。玄武巖纖維復(fù)合制品在建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、道路交通設(shè)施、汽車部件、醫(yī)療器械、軍工等領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用。

雖然玄武巖纖維相關(guān)產(chǎn)品具備優(yōu)良的使用性能，但由于現(xiàn)階段對(duì)玄武巖纖維復(fù)合材料的社會(huì)認(rèn)知度和市場認(rèn)可度較低，推廣受到了一定的限制。近些年來，玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，相信抓準(zhǔn)切入點(diǎn)，玄武巖纖維復(fù)合材料可在機(jī)械制造、航空航天、船舶、汽車、建材、軌道車輛等領(lǐng)域擁有很好的應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 孫哲，余黎明.玄武巖纖維的發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2019（1）：16-20.

[2] 齊風(fēng)杰，李錦文，李傳校，等.連續(xù)玄武巖纖維研究綜述[J].高科技纖維與應(yīng)用，2006（2）：42-46.

[3] 楊明清，秦黎明，付麗霞.玄武巖纖維管材在石油領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景分析[J].科技導(dǎo)報(bào)，2013，（7）：75-79.