CFB：新世紀的新材料

阮曉東

連續玄武巖纖維（Continuous Basalt Fibre 簡稱CBF）是以天然的火山噴出巖作為原料，通過拉絲制成的連續纖維。連續玄武巖纖維具有很多獨特的優點，如絕緣性能好、高溫過濾性佳、抗輻射、良好的透波性能等，以連續玄武巖纖維為增強體可制成各種性能優異的復合材料，可廣泛應用于消防、環保、航空航天、軍工、汽車船舶制造、工程塑料、建筑等軍工、民用領域，故連續玄武巖纖維被譽為21世紀的新材料。從目前中國的新材料產業發展現狀來看，連續玄武巖纖維將成為國家“十二五”時期的重點突破產業，并會給中國的相關行業帶來難得的產業發展時機。

“點石成金”的新型環保纖維

石頭也可以制成纖維嗎？答案是肯定的。大家可能已經注意到，早在玄武巖纖維被制作成之前，由葉臘石、石英砂、石灰石、硼鈣石、硼鎂石、螢石等原料制成的玻璃纖維就廣泛應用于建筑物內外墻體保溫、防水、抗裂等。但在玻璃纖維制作過程中人們發現，由于這些原料中含有硼和其他堿金屬氧化物，所以在融化排放煙塵中有較多的有害氣體。而玄武巖由于主要成份是二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂等，所以其在經過高溫熔融、澄清均化后的原料拉制成纖維的過程比較清潔，既不向大氣排放有害氣體，也沒有工業垃圾及有毒物質污染環境，所以它在很大程度上可代替玻璃纖維。因而，連續玄武巖纖維被譽為21世紀“火山巖變絲”、“點石成金”的新型環保纖維。

不過，要將堅硬的天然玄武巖作為原料生產連續纖維絕非易事，需要較高的技術支持。據了解，從上世紀60年代開始，國外便展開了玄武巖纖維及其復合材料的相關研究，并且已在許多領域獲得了應用，比如前蘇聯玻璃鋼與玻璃纖維科學研究院烏克蘭分院早在上世紀60年代～70年代就致力于這方面的研究工作。1985年，第一座連續玄武巖纖維工業化生產線在烏克蘭纖維實驗室（TZI）建成投產，之后，俄羅斯、烏克蘭等國家已用400孔池窯拉絲工藝生產連續玄武巖纖維及其制品，年產量700噸左右。美國則采用800孔池窯拉絲工藝，年產量為1000噸～1500噸，這些國家的工作也分別形成了自主知識產權的壁壘。

而連續玄武巖纖維獨特的優點更讓世人贊嘆，比如其力學性能佳，耐高溫性能好，可在-269～700℃范圍內連續工作，耐酸耐堿，抗紫外線性能強，吸濕性低，有更好的耐環境性能。此外，其還有良好的絕緣性能、高溫過濾性和透波性能等。化工專家經過測試后發現，使用連續玄武巖纖維制作的短切氈、無捻粗紗和單向織物比同類型的無堿玻纖產品有著更高的斷裂載荷和更高的楊氏模量（材料的剛性參數），特別適合應用于近年飛速發展的風力發電機葉片產業。相關數據顯示，玄武巖纖維的模量和拉伸強度分別比無堿玻纖高15%和25%，因而將成為1.5兆瓦或2兆瓦風力發電機葉片承力部位的理想材料。

更讓業界動心的是，玄武巖在自然界中分布非常廣泛，我國秦嶺南麓、甘肅祁連山、黑龍江五大連池、吉林長白山、新疆準噶爾盆地、西藏喜馬拉雅山、青海昆侖山、山西大同以及華南沿海一帶都有大量的玄武巖礦藏分布。而目前，玄武巖主要用作一些低附加值的建筑及道路用的填料石子，還有一些也可用作較高附加值的礦物棉原料，而如果將玄武巖加工成連續玄武巖纖維，則可以大大提高這種礦物的價值。

進入“十二五”發展規劃

我國的玄武巖纖維開發在上世紀七十年代也做過一些基礎研發工作，但由于種種原因，只持續幾年就不了了之。上世紀八十年代末，我國開發了專利化高強玻璃纖維，基本滿足了軍工項目對高強玻璃纖維的需求。到了上世紀九十年代中后期，為了滿足某軍工翻版項目的需要，國家又專撥經費重新啟動了玄武巖纖維項目，而本次啟動的玄武巖纖維項目主要是開發生產玄武巖纖維棉，用作隔熱應用。在大約2年后，建成一條小型玄武巖超細纖維棉生產線。其間，也邀請了一些烏克蘭的技術專家作了有關玄武巖纖維生產的技術咨詢。由于超細玄武巖棉與傳統隔熱材料相比在隔熱性能上并無明顯的優勢，而生產成本又高，因此目前的超細玄武巖棉僅在某些軍工項目上得到極少量的應用。

近幾年來，我國科技部也對連續玄武巖纖維的研究給予了極大的關注和重視。2001年7月我國原駐俄羅斯大使館公使銜科技參贊黃壽增曾向國內發回了《21世紀新材料---玄武巖纖維》的專題報告；在2002年9月和2004年5月、11月國家科技部分別將“玄武巖連續纖維及其復合材料”項目列入國家863計劃和國家級火炬計劃、國家科技型中小企業創新基金。

由此算起，連續玄武巖纖維在全世界的開發成功和批量生產的歷史大概有20年左右。在此期間，我國的中國建筑科學研究院和南京玻璃纖維研究設計院也先后斷斷續續地開展了連續玄武巖纖維的研發，但是都沒有開發成功。真正具備烏克蘭、俄羅斯“一段法”采用純天然火山巖、不加任何輔料的連續玄武巖纖維生產應該是我國列入國家863計劃以后，由深圳俄金碳材料科技有限公司承擔了該863計劃課題，之后其技術成果作價入股成立的“橫店集團上海俄金玄武巖纖維有限公司”將其成果轉化，實現了批量生產。

玄武巖纖維直徑是頭發絲的1/10，重量是同直徑鋼筋的1/3，抗拉強度是鋼筋的4倍，用在道路領域能降低20%的成本。玄武巖不含磷硫，是無機非金屬材料，廣泛用于消防、環保、化工、汽車、建筑、航空航天領域。近年來，隨著城市化進程和基礎設施建設的大力開展，對玄武巖原料的需求更加旺盛，被譽為“21世紀綠色環保新材料”，是繼碳纖維、芳綸、玻璃纖維之后的又一種高技術纖維。目前，我國已把玄武巖纖維明確列入鼓勵類產業目錄，屬于國家支持發展的戰略性新興材料。

由于玄武巖纖維的優異性能，可廣泛應用于石油、化工、建筑、航空航天、汽車制造、電子、冶金等領域。比如在石油開采、石油煉制、天然氣化工、石油化工及化學工業中可作為不同用途的管材；用玄武巖連續纖維制造的管材可以大大減少檢修期和避免斷裂的危險，尤其是用于腐蝕性液體和氣體的輸送管道中。在我國西部開發中大有用武之地，僅“西氣東輸”主管線一項就有8000多公里，還不包括支線工程。在航空工業中，可用于制造如機體的部件、裝飾件、動力部分和結構、滑翔機等制造材料； 發動機、氣動設備廢氣系統的絕熱、隔音材料。此外玄武巖連續纖維還可用于核電站的熱力裝置用來隔熱和消音，甚至可以用在宇宙飛船和航天飛機上。目前，連續纖維材料正在逐步取代鋼筋，廣泛應用于道路橋梁、工程建設等領域，實現了真正意義上的“點石成金”。 由上可見，玄武巖連續纖維及其增強復合材料應用領域很廣。這種新材料經濟壽命至少在30～50年以上，目前在國際上正處于方興未艾的發展期，在國內尚處于空白，因此，具有廣闊的市場發展前景。

根據《化纖工業“十二五”發展規劃》玄武巖纖維 （CBF） ：加強多孔化拉絲漏板高溫變形的控制技術攻關，突破玄武巖熔體的析晶控制技術，提升產品質量性能，加強下游制品應用研發和產業化生產，形成年產6000～10000噸的產業化規模。

《紡織工業“十二五”發展規劃》的新型紡織纖維發展重點中也提到，要加快提升高性能纖維產業化水平，推進碳纖維（PAN基）、芳綸纖維、聚苯硫醚纖維、玄武巖纖維、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維、高強高模聚乙烯醇纖維等關鍵技術的開發和產業化，強化下游應用的開發能力。

多家企業介入制造

連續玄武巖纖維是唯一不添加任何其他原料的純天然的新型高技術纖維，是重要的國家級安全戰略物質，是支撐高科技產業發展的新材料，也是促進國民經濟相關領域產品升級換代的基礎材料，代表著世界綠色材料的發展方向。“連續玄武巖纖維及玄武巖纖維復合材料”被列為國家863計劃，連續玄武巖纖維項目被列為科技型中小企業創新基金、國家級火炬計劃、國防科工委“十一五”重點基礎科研課題、2008年—2009年國家級重點新產品。

經過十幾年的研發，目前技術已經相對成熟，已有幾家企業上馬生產。

山西省大同市境內及桑干河流域，火山群遺址一帶擁有龐大的玄武巖礦石儲量，露頭玄武巖礦綿延50多平方公里，資源分布廣，基本儲量測算達180億噸。位于山西大同市的玄武巖產業園區規劃用地1800畝，“十二五”期間擬投資25億元，形成年產5萬噸玄武巖連續纖維及后制品加工能力，實現銷售收入30億元，稅后利潤8億元。項目分三期建設，建設規模分別為：一期年產1萬噸，二期年產2萬噸，三期年產5萬噸。一期工程用地300畝，投資6.68億元，預計可實現年銷售收入4.7億元，利潤1.74億元，經濟社會效益明顯。

山西晉投玄武巖公司生產規模目前是世界第一，生產設備世界領先，項目所采用的氣電結合方式代表玄武巖產業未來發展方向，生產工藝從原料開發，到熔爐熔制，再到產品成型，均為國家專利，世界惟一。目前生產 6μm、9μm、13μm、15μm、18μm等各種規格的原絲，產品性能經權威部門檢測，拉伸強度已達到 0.7N/tex 以上，超過國家標準50%以上。產品得到了山西省各級部門的認可，山西省交通廳專門召開會議，對接交通廳重點辦、交通科研院、建材設計院、大同市住建委、大同市規劃局、山西省路橋集團公司等相關部門，建議在建設中推廣使用玄武巖纖維產品。

河北通輝科技有限公司一期投資8700萬元、年產3000噸的玄武巖連續纖維生產線投入試生產。根據項目進度安排，該公司將在今年年底前實現全面投產，屆時，將成為北方產能最大的玄武巖連續纖維生產線之一。預計2～3年內，該項目將完成總投資2.8億元，建成年產2萬噸的北方最大的玄武巖纖維產品研發、生產、銷售基地，并實現銷售收入10億元，利稅2億元，安排1600余人就業。

位于江蘇省儀征市經濟開發區的天龍玄武巖連續纖維高新科技有限公司，是集連續玄武巖纖維生產、研發、生產線設備制造及銷售于一體的企業。企業于2007年4月18日動工建設。該項目占地面積約13.33萬平方米，規劃建筑面積約5萬平方米，項目總投資約38000萬元，全部投產后，玄武巖連續纖維的年生產規模將達5000噸。屆時，可為用戶提供多種規格的玄武巖連續纖維無捻粗紗、短切紗及各類玄武巖連續纖維制產品。

綠色環保性引領格局

由于玄武巖熔化過程中沒有硼和其它堿金屬氧化物等有害氣體排出，使玄武巖連續纖維的制造過程對環境無害，克服了傳統材料在生產、使用和廢棄過程中需消耗大量的能源和造成環境污染等缺點，而且玄武巖纖維能自動降解成為土壤的母質，可持續和循環利用，玄武巖連續纖維是21世紀又一種新型的環保型纖維。玄武巖連續纖維的吸濕性極低，吸濕能力只有0.2%～0.3%，而且吸濕能力不隨時間變化，這就保證了它在使用過程中的熱穩定性、長壽命和環境協調性。

另外，玄武巖纖維還是碳纖維的低價替代品，具有一系列優異性能。尤為重要的是，由于它取自天然礦石而無任何添加劑，是目前為止唯一的無環境污染的、不致癌的綠色健康玻璃質纖維產品。所以玄武巖纖維在復合材料的增強材料領域的應用，已引起廣泛的重視并將快速發展。

高技術纖維是國防軍工建設和支撐高科技產業發展的重要基礎材料，它直接關系到國防科技工業的建設和國民經濟支柱產業的升級。玄武巖纖維就是繼碳纖維、芳綸、超高相對分子質量聚乙烯纖維之后的第四大高技術纖維。它是21世紀在國防軍工領域有著非常重要應用的一種高技術纖維，是體現國防科技戰略布局的一種新材料。

從全球的發展水平看，全世界玄武巖纖維的技術及規模尚處于初級階段，這給我們追趕乃至超過國外的先進技術水平提供了很大的發展空間和市場機遇。在碳纖維短缺的時期，要積極開發新產品，以變應變，把碳纖維的短缺當作一個契機或轉機，開發以玄武巖纖維為原料的新產品。新產品開發要源于市場，更要高于市場，應主動去引導市場，例如利用玄武巖纖維優異的綜合性能和良好的性價比，去開發更多的新產品。與其他高科技纖維的發展相比，我國玄武巖纖維的發展有希望“后來者居上”，并最終成為全世界最大的生產及應用大國。

2013年5月，國務院發展研究中心發布了《鼓勵和支持石粉連續纖維產業發展》的調查研究報告，報告顯示，廢棄石粉拉制成的纖維，可以制造出各種性能優異的復合材料、板材、管材等，是高科技、高附加值的新興材料。石粉連續纖維生產使用的高溫熔爐專利技術，是以乳膠方式直接熔融，抑制了一氧化碳的燃燒以及鹽酸和氮氧化物的生成，達到了零排放零污染。報告也提出了要把石粉連續纖維納入到國家科技發展規劃和產業化項目中，支持石粉連續纖維研究開發和產業化。同時制定財政稅收扶持政策和建立健全投融資保障機制，培育優勢核心企業。讓原本廢棄的碎石粉變“黃金”。

我國發展玄武巖連續纖維的各方面條件已經成熟，在經濟全球化的新形勢下，應抓住機遇，通過消化吸收獨聯體的成熟技術，結合我國實際情況，充分發揮自身的科技優勢，促使我國走出一條玄武巖連續纖維產業化的新路。