玄武岩纤维及其复合材料的研究进展

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1、玄武岩纤维及其复合材料的研究进展摘要：本文介绍了玄武岩纤维的成分及其结构，详细列举了玄武岩纤维的特点，阐述了玄武岩纤维的生产方法和设备开发现状及其研究进展以及用玄武岩纤维作复合材料的应用现状及其研究进展。关键词玄武岩纤维复合材料进展玄武岩纤维的原料是天然玄武岩，将玄武岩破碎后加入熔窑中,在1400~1500℃熔融后，通过拉伸成纤维,并以此纤维为增强体制成的新型复合材料。因玄武岩纤维是采用单组分矿物原料熔体制备而成，在耐高温性、化学稳定性、耐腐蚀性、导热性、绝缘性、抗摩擦性等许多技术指标优于玻璃纤维，同时，因碳纤维的严重短缺，玄武岩纤维在部分应用中可替代昂贵的碳纤维，并且不产生环境

2、问题。所以玄武岩纤维原料成本低、能耗少、生产过程清洁，是一种生态环境材料[1]，深受各国学者的关注[2]。目前利用玄武岩纤维制备复合材料的用途国外报道得很多，而国内研究较少。玄武岩纤维不仅应用于工业、农业、建筑业,还用于航空、造纸、化工、医疗、交通和军事等方面。随着人们对玄武岩纤维的深入研究，它还将广泛应用于尖端技术领域的高强度、耐高温、防辐射等复合材料的制备，值得我们关注[3]。1玄武岩纤维概述1.1玄武岩纤维的化学成分和结构玄武岩纤维在原料的选择上要求玄武岩熔化温度、成形温度、析晶上限温度必须在一定可操作范围内，这就需对玄武岩矿物做一定的筛选。制造纤维的玄武岩要求SiO2含量

3、大于50%，Al2O3含量在18%左右，这种成分赋予玄武岩熔体于高粘度的特性。此外，玄武岩成分中要求FeO和Fe2O3含量高达9%~14%，高含量的铁使熔体呈黑棕色，透热性只为普通浅色玻璃透热性的1/5。玄武岩要求含有一定量的K2O、MgO和TiO2，对提高纤维防水性能和耐腐蚀性能起到了重要的作用。随着现代表征技术的发展，玄武岩纤维的结构日益明朗。目前,业内人士普遍认为：内部玄武岩纤维为非晶态物质,具有近程有序、远程无序的结构特征主，要由[SiO4]四面体形成骨架结构，四面体的两个顶点互相连接成连[SiO3精选范本,供参考！]n链，铝原子可以取代硅氧四面体中的硅，也可以氧八面体的

4、形式存在于硅氧四面体的空隙中。链的侧方由钙、镁、铁、钾、钠、钛等金属阳离子进行连接。处于玄武岩纤维表面的金属离子因配位数未能满足而从空气和水中缔合质子或羟基,导致表面的羟基化[4]。1.2玄武岩纤维的特点相对于其它类型的纤维材料，玄武岩纤维有以下特点：(1)高热稳定性和高的声热绝缘特性：玄武岩纤维由于导热系数低、工作范围大、抗震性能好，广泛应用于绝热保温材料。另外，由于玄武岩纤维具有多孔结构和无规则的排列方式，吸声性能好，可作为生产设备的声绝缘材料[5]。(2)优异的力学性能：玄武岩纤维的抗拉比强度高和弹性模量非常优异，可广泛应用于增强性的复合材料。(3)高电绝缘性能以对电磁波的

5、高透过性：玄武岩纤维具有比玻纤高的电绝缘性，可以将其作为耐热绝缘材料而广泛应用于电子工业的印刷线路板制造等领域，对电磁波的透过性极好，如果在建筑物的墙体中增加一层玄武岩纤维布，则能对各种电磁波产生良好的屏蔽作用。(4)高耐腐蚀性与化学稳定性：玄武岩纤维在碱性溶液中具有独一无二的化学稳定性，该特性为在桥梁、隧道、堤坝、楼板等混凝土结构以及沥青混凝土路面、飞机起落跑道等重要且经常受到高湿度、酸、碱、盐类介质作用的建筑结构中的应用开辟了广阔的前景。(5)过滤净化特性及原料无毒副反应:玄武岩纤维的过滤系数高,可用作过滤材料。它成功地在净化空气或烟气的设备中用作高温过滤材料,过滤腐蚀性液体

6、或气体,如过滤熔融铝,并用作医学领域中的空气超净化过滤器等。(6)是玻璃纤维吸湿率的12%~15%：正是由于玄武岩纤维的吸湿性极低，所以由玄武岩纤维制造的隔声隔热材料在飞机、火箭、船舶制造业等需要低吸湿性的领域率先得到广泛的应用。(7)与金属、塑料、碳纤维等材料的良好兼容性:玄武岩连续纤维和各类树脂复合时，比玻璃纤维、碳纤维有着更强的粘合强度。用连续玄武岩纤维制成的复合材料在强度方面与玻璃纤维E相当，但弹性模量在各种纤维中具有明显优势。如果在玄武岩纤维中加入一定数量的碳纤维，并将两种不同纤维相间混杂编织，其复合材料的弹性模量、抗拉强度和其它性能都将得到明显的提高，与纯碳纤维复合材

7、料相比，成本则会大大降低。2玄武岩纤维的生产方法和设备开发研究进展2.1玄武岩纤维的生产方法玄武岩纤维的生产方法目前主要是过热蒸气或压缩空气垂直喷吹法、离心喷吹法和火焰喷吹法。蒸气或压缩空气垂直喷吹法是利用位于漏板下的喷嘴喷出高速气流垂直冲击漏嘴流出的熔体流股。在高速气流的作用下,熔体流股被分散并被牵引伸成许多细纤维。这种方法生产的纤维直径为7~14µm,长径比为1：精选范本,供参考！1000~3000,常用作生产普通玄武岩棉。离心喷吹法是熔体不断落入离心机的分配器内,在离心力的