淺談玄武巖纖維復合材料的特性與應用

余奕發

【摘要】 本文介紹了玄武巖纖維及其復合材料制品的特性，概述了其在汽車、醫療器械、軍工、石化、機車車輛等領域中的應用情況，最后對玄武巖纖維的發展前景進行了展望。

【關鍵詞】 玄武巖纖維;復合材料;特性;應用

玄武巖纖維是國際材料領域中的新型綠色環保材料，連續玄武巖纖維（CBF）是以火山巖（多種玄武巖等）為原料制成，其除具有高強度（單絲抗拉強度可達3000～4840 MPa）、高模量（91～110 G）等特點外[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、抗壓縮強度和剪切強度高、適應于多種工況條件等優異性能[。因此，玄武巖纖維可以廣泛應用于消防、節能環保、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域[7-8]。同時在成本上，玄武巖纖維較其它纖維具有更高的性價比。

1 玄武巖纖維復合制品的特點

玄武巖纖維復合材料是以連續玄武巖纖維/短切纖維增強的樹脂基復合材料，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合。

用連續玄武巖纖維增強的樹脂基復合材料的強度、熱穩定性、電絕緣性能均優于玻璃纖維增強材料，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異性能，玄武巖纖維復合材料無論在力學性能上、還是耐腐蝕、隔音、保溫、降噪等方面都具有突出特點。

玄武巖纖維復合管材、罐體與鋼質產品相比，具有成本低廉、綠色環保、重量輕（鋼鐵的1/4）、剛性好、強度高、耐水耐蝕性能突出（表面光滑且不生銹、不易結垢結蠟）、保溫性能優良等諸多優勢，與玻纖管材及罐體相比，其具有使用壽命長，耐酸堿等突出優點，設計使用壽命超過50年。因此，近年來玄武巖纖維的開發應用引起了很大的關注。

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

2 玄武巖纖維制品的應用情況

玄武巖纖維產業在國內已經有半個世紀的發展歷程，特別是近20年來發展迅速。其應用領域也逐漸擴展。

2.1 汽車領域應用

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

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

玄武巖纖維復合材料在廂式貨車、冷暖車上得到了廣泛應用，玄武巖纖維復合板材（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、強度和硬度更高的優點，復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）板材側面照片

玄武巖纖維增強備胎池（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點。與原金屬備胎池相比，減重可達35%以上。

2.2 醫療器械領域的應用

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

2.3 石油管道領域中的應用

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

2.4 其他領域中的應用

由于玄武巖纖維良好的力學性能及耐溫性，導彈發射筒使用玄武巖纖維制造后，增加了其使用壽命。此外，玄武巖纖維復合制品應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合材料研制的動車車頭開閉罩，可以有效地提高其韌性。

3 總結

玄武巖纖維及其復合制品具有優異的力學性能、高溫穩定性、化學穩定性、吸音性能、隔熱性能、絕緣性能、環保性能、以及與混凝土和砂漿的天然相容性等性能，使其在強度、熱穩定性、電絕緣性能方面均優于玻璃纖維增強材料。玄武巖纖維復合制品在建筑結構補強、道路交通設施、汽車部件、醫療器械、軍工等領域已經得到應用。

雖然玄武巖纖維相關產品具備優良的使用性能，但由于現階段對玄武巖纖維復合材料的社會認知度和市場認可度較低，推廣受到了一定的限制。近些年來，玄武巖纖維產業發展勢頭迅猛，相信抓準切入點，玄武巖纖維復合材料可在機械制造、航空航天、船舶、汽車、建材、軌道車輛等領域擁有很好的應用前景。

【參考文獻】

[1] 孫哲，余黎明.玄武巖纖維的發展現狀及前景分析[J].新材料產業，2019（1）：16-20.

[2] 齊風杰，李錦文，李傳校，等.連續玄武巖纖維研究綜述[J].高科技纖維與應用，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域的應用現狀及前景分析[J].科技導報，2013，（7）：75-79.