玄武岩纤维

新型纺织纤维课程论文题目：玄武岩纤维的特性与应用学生姓名：张欣尧学院：轻工与纺织学院班级：纺织13-1指导教师：富秀荣二〇一四年十二月学校代码：10128学号：201321803004摘要：玄武岩纤维是一种新型高性能绿色环保纤维，其强度高、耐高温、抗噪音并且化学稳定性好。本文简要介绍了有关玄武岩纤维的特性，并对其应用做了一些简单阐述。关键词：玄武岩纤维特性应用目录1前言2玄武岩纤维及其特性...................................................................................................................12.1玄武岩纤维及其各成分作用............................................................................................12.2玄武岩纤维的特性............................................................................................................22.2.1玄武岩纤维的断裂强度和增强效应....................................................................22.2.2玄武岩纤维的化学稳定性....................................................................................22.2.3玄武岩纤维的介电性能、电绝缘性能和电磁波的透过性................................22.2.4玄武岩纤维的声绝性............................................................................................22.2.5玄武岩纤维的力学性能........................................................................................22.2.6玄武岩纤维的耐水性............................................................................................32.2.7玄武岩纤维的绿色环保性....................................................................................33玄武岩纤维的产品及其应用.......................................................................................................34结论..............................................................................................................................................5参考文献...........................................................................................................................................51前言玄武岩是岩浆喷发形成的火山岩，主要矿物是斜长石和辉石，呈古铜色。将玄武岩矿石破碎后在1450℃-1500℃下熔融纺丝，可以制得玄武岩纤维。上世纪60年代初，就出现了玄武岩连续纤维，从70年代开始，美国和德国的科学家就对玄武岩连续纤维进行了大量的研究，但未能实现工业化生产。使用组合炉拉丝工艺进行大规模生产要追溯到1985年的乌克兰纤维实验室（TZI），现今前苏联诸国家的玄武岩纤维池窑有的已近发展到年产700吨规模，使用400孔铂金漏板拉丝技术；美国玄武岩纤维池窑经过几十年发展也已达到1000-1500吨规模，使用800孔漏板拉丝技术；我国起步较晚，虽然有几十条玄武岩岩棉的生产线，但没有稳定的拉丝技术，生产的玄武岩制品档次一直不高，但近年来我国有意发展玄武岩纤维，开发连续玄武岩纤维已被列为2002年国家新材料领域的863计划，到目前为止已经投资的就有规模年产10000吨的玄武岩生产基地[1]。12玄武岩纤维及其特性2.1玄武岩纤维及其各成分作用玄武岩纤维,是以纯天然火山岩为原料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。类似于玻璃纤维,其性能介于高强度S玻璃纤维和无碱E玻璃纤维之间。玄武岩系火山之物，其结构致密，并含有玻璃质。各地的玄武岩组成略有不同，成分基本一致。由于纤维在成型过程中，熔融的玄武岩被拉伸和冷却成固态前，在表面张力的作用下收缩成表面积最小的圆形，因此玄武岩纤维表面呈光滑的圆柱状，其截面也呈完整的圆形。这样会影响到纤维与其它纤维（如：植物纤维等）的粘贴和使用性能，因此对玄武岩纤维的表面修饰是十分必要的。纤维的表面处理可采用等离子法、机械处理、化学处理（铬酸、醋酸、碱液、无机盐（如：二氯化锌、三氯化铁等））、阴极氧化法、电晕放电法、辐射处理、活化热处理等方法。经处理后的玄武岩纤维表面粗糙度增加、几何形态发生变化，扩大了纤维的表面积，使其在与其它纤维间的物理接触增加（即摩擦粘附），提高了机械联结性能。纤维中的化学成分对其物理化学性能有重要影响，用电子震能谱仪（EDS)对玄武岩纤维元素进行含量测定，其结果（原子wt%表示）：Si=26.36，Ca=18.93，Al=7.89，Mg=6.90，O=31.81，K=1.18，Na=1.63，Ti=1.26，Fe=4.04。二氧化硅石玄武岩最主要的成分，被称为网络形成物，它可以保持玄武岩纤维的化学稳定性和机械强度，但当含量高时，玄武岩熔融的温度和粘度较高，给拉丝带来困难，但可以根据需要添加其它氧化物以降低熔点并赋予玄武岩纤维所需要的特性。另外，氧化钙行量较高，这对提高玄武岩纤维的耐久性，特别是耐水性的腐蚀、硬度、机械强度是有利的，不足之处是使纤维的柔韧性降低。玄武岩纤维中的三氧化二铝的含量也较高，他可以提高玄武岩纤维的耐久性、化学稳定性、热稳定性和机械强度，为提高复合材料的力学性能等打下良好的基础。通过EDS测试、计算玄武岩纤维的酸度系数M=1.9，pH=4.75，可见玄武岩纤维较易制备并且化学稳定性好。玄武岩纤维为非晶体态物质，使用温度大于玻璃纤维，一般在263℃至900℃，导热系数低。在25℃下玄武岩纤维的导热系数为0.04/m·k。在耐水性方面远远2优于玻璃纤维，吸湿能力只有0.2%-0.3%，而且其吸湿能力不随时间变化，这就保证了它在使用过程中的热稳定性、长寿性和环境协调性。是一种之于自然、又能会归于自然很有开发前景的绿色纤维[2]。2.2玄武岩纤维的特性2.2.1玄武岩纤维的断裂强度和增强效应玄武岩纤维在70℃的水作用下其断裂强度可保持1200h，而一般玻璃纤维不到200h便失去断裂强度；在100~250℃下的断裂强度可提高30%，而一般玻璃纤维则下降23%。单纤维拔丝实验表明，玄武岩纤维与环氧聚合物的粘合力高，而且采用硅烷偶联剂处理后还会进一步提高。2.2.2玄武岩纤维的化学稳定性连续玄武岩纤维中含有K2O、TiO2等成分,而这些成分对提高纤维耐化学腐蚀及防水性能极为有利,起相当重要作用。它与玻璃纤维的化学稳定性相比更显优势,特别是在碱性和酸性介质中更加明显。玄武岩纤维在饱和的Ca(OH)2溶液和水泥等碱性介质中还能保持更高的抗碱液腐蚀性能[3]。2.2.3玄武岩纤维的介电性能、电绝缘性能和电磁波的透过性玄武岩纤维具有良好的介电性能。它的体积电阻率比玻璃纤维要高一个数量级。玄武岩中含有质量分数不到20%的导电氧化物，可用于制造新型耐热介电材料。玄武岩纤维具有比玻璃纤维高的电绝缘性和对电磁波的高透过性。2.2.4玄武岩纤维的声绝性连续玄武岩纤维具有优异的隔音、吸声性能,从该纤维在不同音频下的吸声系数就能得知,随着频率的增加,它的吸声系数显著增加。如选用直径为1~3Lm玄武岩纤维制成的(密度为15kg/m3,厚度为30mm)吸音材料,在音频为100~300Hz、400~900Hz和1200~7000Hz条件下,该纤维材料的吸声系数分别为0105~0115,0122~0175和0185~0193[3]。2.2.5玄武岩纤维的力学性能玄武岩纤维具有优良的力学性能，拉伸强度、弹性模量及断裂伸长率都较大，在一些应用领域内，完全可以代替玻璃纤维、碳纤维等充当复合材料的增强体，且性价比较优越。32.2.6玄武岩纤维的耐水性玄武岩纤维吸湿率极低，只有0.2%-0.3%，而且其吸湿能力不随时间变化而变化。2.2.7玄武岩纤维的绿色环保性由于玄武岩熔化过程中没有硼和其他碱金属氧化物等有害气体排出，使玄武岩纤维的制造过程对环境无害，克服了传统材料在生产、使用和废弃过程中需消耗大量的能量和造成环境污染等缺点，而且玄武岩纤维能自动降解为土壤的母质，可连续和循环利用。3玄武岩纤维的产品及其应用玄武岩纤维具有抗拉强度高、弹性模量大、耐腐蚀、耐高温、良好的吸音性和化学稳定性好等优良特性，根据其良好的特性可应用范围极广。玄武岩纤维制品是玄武岩纤维应用的一个主要方面,仅从民用的角度观察,玄武岩纤维可以通过不同材料结合、通过不同设计方法得到品种繁多制品。根据玻璃钢产业的统计,玄武岩纤维可以按照相应的方式得到类似的制品：①摩擦材料：通过离心喷吹法制得的玄武岩棉平均直径为10~11μm，用该方法制成的摩擦片耐高温性能好、摩擦系数稳定，比传统石棉材料具有更高的剪切强度和更好的坑折强度。②高温过滤材料：由于玄武岩纤维的使用温度达到650℃，再加上它的耐酸耐碱和耐水性能，使用高温腐蚀性气体和烟层过滤，腐蚀性液体过滤的优质材料。现在，俄罗斯和乌克兰已经用玄武岩纤维制成的织物如滤布等已经完全能在高温条件下工作。③玄武岩纤维短切原丝毡：用连续玄武岩纤维原丝短切成50㎜的定长纤维，经过均匀分布在成型网带上，经过粘结剂后再烘干而成的卷材。由于玄武岩纤维的电绝缘性好，具有透波和吸波性能，弹性模量高，高档性能汽车和舰船的优质材料。产品应用：是造船、管、罐、板、雷达罩、雷达天线、体育场游泳池等的增强材料。④玄武岩纤维短切纱：用连续玄武岩纤维原丝短切而成的产品。一般其上涂有硅烷偶联剂。所以玄武岩纤维短切纱是增强热塑性树脂首选材料，同时还是用于砂浆/混凝土和沥青/混凝土最佳的防渗抗裂增强材料[19]。产品应用：适用于增强4热塑性树脂，是制造SMC、BMC、DMC的优质材料；由于具有良好的性价比，特别适合与树脂复合用做汽车、火车、舰船壳体的增强材料；用于水电站大坝的防身抗裂抗压和延长道路路面使用寿命的增强材料；还可用于热电厂的冷凝塔、核电厂的蒸汽水泥管道；用于耐高温针刺毡、汽车吸音片、热轧钢材、铝管等。⑤玄武岩纤维布：采用玄武岩纤维细纱（单丝直径一般小于9微米）加工而成的纺织布。产品应用：覆铜板基布，针刺毡基布，防火布基布，防辐射材料基布，建筑工程修补加固的基布，尤其适用于军队防毒、防辐射、防火、防化学腐蚀和屏蔽性强的装备和设施的篷布。⑥水泥基复合材料：玄武岩纤维短切纱是增强混凝土的最佳材料。玄武岩纤维具有优良的耐化学性，特别是耐碱性的优点，是代替聚丙烯、聚丙烯腈用于增强混凝土的优良材料；也是替代聚酯纤维、木质素纤维等用于沥青混凝土极具竞争力的产品，可以提高沥青混凝土的高稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性等。⑦玄武岩