我國玄武巖纖維發展現狀及存在的主要問題

    自2002年9月科技部將“玄武巖連續纖維及其復合材料”項目列入863計劃,九年來各地已經陸續建立了幾條玄武巖纖維生產線,纖維產量已初具規模,各種玄武巖纖維制品也被應用到了一些示范工程項目,玄武巖纖維已經在落地生根。然而玄武巖纖維的產業化之路并非一帆風順,截止到目前,產品性能波動大、工藝路線不明晰、標準體系不完善等問題一直困擾著大家,制品開發和市場推廣應用一直沒有獲得大的突破。
    1發展現狀
    1.1玄武巖纖維生產企業情況
    企業規模方面,截止到2010年底,國內實際在產的玄武巖纖維企業主要有浙江石金、四川航天拓鑫、牡丹江金石、山西巴塞奧特、遼寧金石、營口洪源、江蘇天龍、河北通輝等八家,2010年纖維總產量粗略統計在2000噸左右。其中浙江石金、航天拓鑫和阜新礦業的規模稍大。各企業的產品累計銷售率普遍不高,庫存積壓較多。
    表1我國現有玄武巖纖維生產企業及其基本情況


1.2工藝技術水平
    國內玄武巖纖維在產業化初期,大多引進模仿前蘇聯地區的工藝技術。然而幾年的實踐證明,這些引進的技術在很難獲得成功。國內現存的玄武巖纖維生產線,大多是各企業結合自身特點,依靠國內玻纖行業技術人員在前蘇聯技術設備基礎上進行改造創新建立起來的,因此各廠生產工藝也不盡相同。爐窯方面,目前國內玄武巖纖維生產工藝主要有全電熔爐和氣電結合爐兩種。從目前表現來看,兩種熔爐各有優劣,全電爐自動化控制較好,原絲線密度較為穩定;氣電結合爐則由于受爐窯熔化能力的局限較小,采用熔爐多漏板拉絲技術,生產成本相對更低。漏板方面,目前各企業已經在完善400孔漏板拉絲工藝的基礎上,逐步嘗試更大漏板拉絲技術。
    1.3產品性能與市場推廣
    目前國內生產的玄武巖連續纖維直徑細在6微米左右。實際生產過程中各廠家大多以9-13微米纖維為主打產品,原絲平均強度在0.50-0.60N/Tex,比普通無堿玻纖高30%以上,但波動性比較大。由于近幾年來國內玄武巖纖維企業在制造裝備方面的持續探索改進,玄武巖纖維生產成本已經有了大幅降低。但由于目前的生產方式仍然粗放,相信通過工藝改造、設備升級,提高資源利用和勞動生產效率,玄武巖纖維生產成本可有望實現進一步的降低。
    目前玄武巖纖維涉及到的應用領域主要是建筑結構補強、道路交通和玻璃鋼三大領域,具體的產品形式有單向布、復合筋、防火布、瀝青短切紗和水泥短切紗等。近來,一些與玄武巖纖維相關的標準陸續頒布實施,如《GB/T23265-2009水泥混凝土和砂漿用短切玄武巖纖維》[1]、《GB/T25045-2010玄武巖纖維無捻粗紗》[2]、《JT/T776-2010公路工程玄武巖纖維及其制品》[3]等,另外在《JTGF40-2004公路瀝青路面施工技術規范》[4]、《GB/T6719-2009袋式除塵器技術要求》[5]等標準中也有所提及,這為玄武巖纖維的普及推廣奠定了一定基礎。 
2存在的主要問題
    2.1基礎性研究工作有待強化
    當今科技發展的重要方向之一就是新材料的研制和應用。然而開發利用新材料的前提是對新材料本身必須有十分清晰的認識,基礎性研究工作是每個新材料項目成功與否的關鍵。對于玄武巖纖維來說,礦石原料的篩選、工藝路線的設計與優化、產品質量的穩定與提高、纖維制品深加工方向與市場定位等等,都必須以對纖維本身的基礎性研究和認識為基礎。而由于初期玄武巖纖維的研制主要集中在前蘇聯,產品主要為其軍品項目服務。國內對于玄武巖纖維的研究起步較晚,目前國內企業對于玄武巖纖維的認識,大多仍來自于國外的數據資料,無論是原料熔液的拉絲特性,還是制成纖維的力學、熱學、物理化學性能,甚至是纖維制品的應用研究等等。因此有關方面應積極引導,重視和鼓勵基礎性研究工作,建立研究合作平臺,積極開展產學研結合,聯合進行科研攻關,為項目順利實現產業化夯實基礎。
    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,經常會出現斷頭飛絲或料液漫流,即使采用小卷裝拉絲,原紗滿筒率仍不是很高,生產穩定性較差。生產效率低下,以200孔漏板生產13微米纖維計算,單臺爐位日均產量好的時候也只有一百五十公斤左右,與無堿玻纖二百五十公斤的日均產量相比,僅為其產能的60%。而究其原因,纖維原料的使用粗放,是制約玄武巖纖維規?;€定生產的根本癥結所在。天然礦物原料的氧化物含量不可能很純,波動也大,且常帶些有害的雜質。因此有必要在使用前進行預均化處理,以保證原料質量的穩定性。而在熔化液方面,由于氣泡、條紋等的存在,以及玄武巖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然嚴重。因此需要改變現有生產工藝,增加原料均化和熔液均化環節,提高熔液質量的穩定性,從而提高拉絲作業的穩定性。
    2.3制品開發思路有待明晰
    目前各企業擁有的產品種類主要有單向布、防火布、復合筋、短切紗、網格布、縫紉線等。但一些產品由于缺少標準規范或缺乏市場競爭力,并沒有獲得大量推廣應用。玄武巖纖維作為一種無機硅酸鹽纖維,其優異的物理化學性能已經在實驗室中得到了驗證。因此結合現階段玄武巖纖維產業技術發展現狀,玄武巖纖維產品研發和市場開拓應以所掌握的纖維特性為指導,多在道路建材和功能制品方面下功夫。
    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勢,已經得到了相關道路工程研究人員和用戶的公認。另一方,隨著經濟社會的不斷發展進步,特別是隨著節能減排、綠色環保等概念的流行,以發揮材料物理、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,例如絕熱保溫材料、高溫過濾材料、防輻射材料等。由于玄武巖纖維目前的生產工藝尚不成熟,產品機械力學性能不穩定、生產成本仍居高不下,與現有的玻纖、碳纖、芳綸等高性能纖維相比尚不具備性價比優勢,因此可嘗試先在功能材料應用領域,通過發揮纖維物理化學性能方面的天然優勢,開拓一定的市場。
    3未來展望
    2009年12月中科院地質與地球物理研究所礦產資源研究重點實驗室上報中辦和國辦的《中科院專家關于發展新資源經濟拉動新一輪經濟增長的建議》,受到領導人關注,短短一周時間陸續得到李克強副總理和劉延東國務委員的批示。該《建議》將玄武巖纖維生產技術列為新資源技術,以玄武巖為原料生產的玄武巖連續纖維被認為是重要緊缺礦產的替代資源,可用于代替鋼材、鋁合金。在常規能源日益枯竭的大背景下,逐年加大鋼鐵、玻璃、化纖等行業落后產能的淘汰力度。作為一種新型高性能纖維和一種新資源材料,玄武巖纖維將會得到越來越多的關注。因此只要解決好自身存在的一些關鍵性問題,玄武巖纖維項目必將會順利實現產業化,迎來快速發展的春天。
    參考文獻:

    [1]GB/T23265-2009水泥混凝土和砂漿用短切玄武巖纖維[S].

    [2]GB/T25045-2010玄武巖纖維無捻粗紗[S].

    [3]JT/T776-2010公路工程玄武巖纖維及其制品[S].

    [4]JTGF40-2004公路瀝青路面施工技術規范[S].

    [5]GB/T6719-2009袋式除塵器技術要求[S].