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玄武岩纤维(Basalt Fiber, BF),是从自然火山岩石提取的一种创新材料,经过1450℃到1500℃的高温熔融,利用铂铑合金的高科技拉丝技术制成连续纤维。其强度与高强度S型玻璃纤维相媲美。这种纤维在性能上填补了碳纤维和玻璃纤维之间的空白,具有与T300型碳纤维相当的拉伸强度,但成本更低,因此被视为碳纤维的经济型替代品。其优异的耐火性能和对极端温度的适应能力,使其能在-269℃至700℃的温度范围内持续工作,是防火和保温领域的理想选择。此外,玄武岩纤维还具备电绝缘和抗腐蚀的特性。
环保方面的优势同样不容忽视。玄武岩纤维的生产工艺不仅产生的废弃物少,而且对环境的污染小。重要的是,产品在废弃后可以自然降解,不对环境造成任何危害。因此,它不仅仅是一个高效能的材料选择,更是环境保护的佳选,充分体现了可持续发展的理念。
玄武岩纤维,作为中国重点推广的四大高性能纤维之一,正以其卓越的物理和化学性质,在众多关键领域发挥着重要作用。以下是对这一材料在不同应用领域中作用的详细探讨。
隐身技术:凭借其高强度和优越的耐温特性,玄武岩纤维极适合用作飞机和导弹表面材料。更独特的是,它具备吸波透磁的特性,能有效实现雷达隐形。因此,玄武岩纤维已开始被用作隐形飞机和导弹材料,部分取代传统的碳纤维。
个人防护:在防弹衣的制作中,传统的超高分子量聚乙烯纤维虽然被广泛使用,但其耐热性能较低,在高温下容易失去强度和模量,从而影响防护效果。相比之下,玄武岩纤维的高耐温性质则能够提供更为稳定的防护。
航空航天领域:低热传导系数和出色的阻燃特性使得玄武岩纤维在-269°C至700°C的广泛温度范围内都能保持性能,满足航空航天领域对材料极端条件下稳定性的要求。俄罗斯航空航天领域的许多材料已采用玄武岩纤维。
摩擦增强材料:玄武岩短切纤维在高温下能保持稳定的摩擦系数,减少制动噪音,有助于解决制动器的热衰退问题,提高行车安全性。
内饰材料:玄武岩纤维的高吸音和耐热性能使其成为汽车内饰的理想材料,提供了更强的强度和改善的减振、隔热性能。
仪表板:使用玄武岩纤维复合材料可以制作出高强度、高弹性模量、耐冲击的汽车仪表板,同时减轻重量约25%。
道路工程:玄武岩纤维在道路工程中的应用展现了其高抗拉强度、耐久性和对极端环境的适应能力。它不仅能用于增强沥青路面,还能作为水泥混凝土路面的加固材料。玄武岩纤维制成的土工格栅和复合筋,已在道路建设中被广泛采用。
玄武岩纤维的这些应用,不仅凸显了其在技术上的先进性,更在实现更安全、环保和高效的生产和建设过程中,扮演了关键角色。随着技术的不断成熟和应用的扩大,玄武岩纤维无疑将成为更多领域的优选材料。
玄武岩纤维的历史可以追溯到1840年,当时的英国人威尔斯率先尝试研发这种纤维。几十年后,1923年,一位名叫Paul Dhe的法国人进一步将这一概念具体化,申请了一项从玄武岩矿石中提取纤维的专利。然而,线年,苏联科学家成功从玄武岩矿石中提取了玄武岩纤维。这一成就标志着玄武岩纤维的实际应用和研究的开始,随后,在20世纪60年代之前,苏联和美国已经开始在军事领域探索这种纤维的特性和用途。
美国也拥有丰富的玄武岩矿石资源,其中华盛顿州立大学对玄武岩及其纤维的性质进行了深入研究,并取得了相关专利。随后,乌克兰在1985年制造了第一台利用200孔的漏板和组合炉进行拉丝的生产炉机器。这项技术在苏联从20世纪80年代至90年代逐步实现了工业化生产。
苏联国防部在20世纪50年代收归了所有研究玄武岩纤维的机构,并在乌克兰附近进行研究和生产。苏联解体后的1991年,这些研究成果开始公之于众,并应用于民用产品。进入90年代,俄罗斯在玄武岩纤维的研究和生产方面取得了新的进展,开发出新的工艺和设备。
中国虽然在科研上晚于一些发达国家,但从20世纪70年始,国家建筑材料科学院和南京玻璃纤维研究院便在军事领域开展了玄武岩纤维的研究。2001年,中国与俄罗斯共同启动了玄武岩纤维项目,同年,哈尔滨工业大学建立了单体炉纺丝装置。2002年,玄武岩纤维及其复合材料被纳入中国的国家高技术研究发展计划(863计划),显示了国家对于这一新材料的高度重视。玄武岩纤维已成为中国在新材料发展上的一项重要选择,显示了对可持续发展和技术创新的坚定承诺。
近些年,美国、日本等发达国家都开始对玄武岩纤维的研究和生产有了快速的突破,并且也有了许多科研成果,这在很大程度上促进了玄武岩纤维的生产发展,也让玄武岩纤维在应用上有了更广泛的前景。近年来,全球玄武岩纤维市场规模不断增长,2021 年全球玄武岩纤维市场规模达到 2.05 亿美元,同比上升21.3%。
在中国,玄武岩纤维行业的发展环境良好,已经形成了较为成熟的产业链。中国是全球最大的玄武岩纤维市场,占有超过 40%的市场份额,之后是俄罗斯和乌克兰市场,二者共占有超过 45%的份额。2020 年,全球玄武岩纤维市场规模达到了 3.6 亿元。
同时,中国玄武岩连续纤维的生产技术已经达到了国际先进水平,部分产品已出口到欧美和东南亚市场,具有较好的市场前景。 据统计, 2015-2019 年我国玄武岩纤维出口量逐年增长,出口量从 2245.1 吨增长至 9143 吨,2020 年下降至 5513.4 吨, 2021 年同比增长 578.3%;出口数量为 5894.8 吨,同比增长 3.92%。
2021 年,中国玄武岩纤维行业进口数量为 997.1 吨,同比增长 578.3%。2022 年1-10 月中国玄武岩纤维进口量为 997.1 吨,进口金额为 73.6 万美元,同比增长578.79%。同时,2022 年 1-10 月中国玄武岩纤维出口量为 4796.8 吨,出口金额为 736.4 万美元,同比增长 8.78%。
近些年我国正努力进行对玄武岩纤维的科研工作,并获得了许多科研成果。国内对玄武岩纤维研究的工作主要有山西巴塞奥特科技有限公司、江苏天龙玄武岩连续纤维高新科技有限公司、河北通辉科技有限责任公司、营口洪源玻纤科技有限公司、浙江石金玄武岩纤维有限公司、四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司、牡丹江金石玄武岩纤维有限公司、横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司等。
目前,全国工商注册的连续玄武岩纤维生产厂家共有 70 余家,其中规模化生产(3000 吨/年以上)的厂家 12 家,2020 年全国连续玄武岩纤维产能达3.55 万吨,产量 1.09 万吨。中国的连续玄武岩纤维产量占全世界总产量的1/2,四川省的产量居全国之首。总体来看,玄武岩纤维市场具有较好的发展前景。未来随着技术的进步和应用的拓展,玄武岩纤维的需求将会不断增长。
在玄武岩纤维产业链中,玄武岩和浸润剂等原材料构成了上游的核心。玄武岩是这一链条的基石,而浸润剂的加入则是为了优化纤维的性能:它不仅增强了连续玄武岩纤维的表面润滑性,减少了在加工过程中的磨损,而且还能够修补表面缺陷,进一步提升纤维的力学性能。这些改进对于确保纤维在各种应用中的耐久性和可靠性是至关重要的。
而在下游,玄武岩纤维的应用范围极其广泛,涵盖了建筑业、交通运输业、石化行业和轻工纺织等多个领域。在建筑业中,它用于增强混凝土、制造隔热板和防火材料;在交通运输领域,它强化了公路的耐久性、轻量化了汽车的部件;在石化行业,它提供了耐腐蚀、耐高温的材料解决方案;而在轻工纺织领域,它则因其高强度和耐磨性被用作各种纺织品的增强材料。这种多样化的应用不仅显示了玄武岩纤维的多功能性,也说明了其在现代工业中不可替代的重要性。
玄武岩纤维,这种由天然玄武岩石料经过高温熔融和精密工艺制成的材料,正日益成为现代工业中的宠儿。在1450℃至1500℃的高温下,玄武岩熔化,再通过铂铑合金的拉丝漏板快速拉伸,形成了这种高性能的连续纤维。这一过程不仅体现了材料科学的进步,也为多个行业提供了一种既强韧又可持续的新型材料。
中国作为玄武岩纤维材料的主要生产国,其玄武岩行业的开采量自2015年以来显示出一种稳定的增长态势,为玄武岩纤维行业的繁荣奠定了坚实的原材料基础。具体数据表明,在2021年,中国的玄武岩开采量高达8180万吨,且从2015年到2021年间,玄武岩的年均复合增长率达到了7.57%。这一稳健的增长率不仅反映出国内玄武岩纤维行业的蓬勃发展,也预示着中国在全球玄武岩纤维市场中的重要地位和影响力将进一步增强。随着对可持续材料需求的不断上升,这一趋势预计将会持续。
中国已经确立了自己作为全球最大玄武岩纤维生产国的地位,从2013年到2021年,产量规模呈现显著增长,年复合增长率高达24.76%。这个增长速度令人瞩目,与此同时,国内对玄武岩纤维的需求量也呈现相似的增长势头,年复合增长率为22.47%。这表明,玄武岩纤维作为一种材料,正越来越多地被市场接受和应用。
具体来看,2021年中国玄武岩纤维行业的产量达到了20,544吨,而需求量则增至15,646.3吨。这一需求的增长,不仅由于其作为工业材料的优越性能,也得益于其环保属性。玄武岩纤维因其对环境污染小,产品废弃后能够直接在环境中降解,无任何危害,而成为绿色环保材料的典范。这些特性使得玄武岩纤维与国家推动的绿色环保和“碳中和”战略目标不谋而合,从而促进了行业市场规模的快速增长。
2021年,中国玄武岩纤维行业市场规模达到2.43亿元人民币,同比增长率高达32.8%。这一强劲的增长势头,不仅反映了国内外对于环保型材料的日益增长的需。