玄武岩纤维:以天然玄武岩
拉制的连续纤维。是玄武岩石料在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。纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色。玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色
高性能纤维材料,它是由
二氧化硅、
氧化铝、
氧化钙、
氧化镁、
氧化铁和
二氧化钛等
氧化物组成。玄武岩连续纤维不仅强度高,而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。玄武岩纤维是通过高温熔融玄武岩矿石并拉丝而成,具有类似于天然矿石的硅酸盐,废弃后可在环境中生物降解,对环境无害。我国已把玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维(
碳纤维、
芳纶、
超高分子量聚乙烯、玄武岩纤维)之一,实现了工业化生产。玄武岩连续纤维已在
纤维增强复合材料、
摩擦材料、造船材料、
隔热材料、汽车行业、高温
过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用。
特征
玄武岩纤维表面较光滑,
表面能较低,经过
表面改性后,其表面增加纳米SiO2粒子,有效地提高纤维
表面粗糙度,增加了微生物与载体间的有效
接触面积;改性后表面有
阳离子的存在,载体
表面电位升高,载体
表面带正电荷,利用静电吸力促进微生物固定,有利于微生物固定化;改性后表面的活性
官能团,增加了载体的表面能,所含有羟基、
羰基或
羧基等,对微生物在载体表面粘附生长有积极的作用。通过玄武岩纤维载体表面改性,使其具有良好的
亲水性和微生物负载性能,使之能够负载更多的
生物量,且长时间保持较高的微生物活性,从而实现更有效通过
生物膜法降解水体中污染物。
纤维制品
1,
玄武岩纤维无捻粗纱,是用多股平行
原丝或单股平行原丝在不
加捻的状态下并合而成的玄武岩纤维制品,
2,玄武岩纤维纺织纱是由多根玄武岩纤维原丝经过加捻和
并股而成的纱线,
单丝直径一般9-17μm。纺织纱大体上可分为织造用纱和其他
工业用纱;织造纱是以管纱、奶瓶形
筒子纱为主。
3,
玄武岩纤维短切纱是用连续玄武岩纤维原丝短切而成的产品。纤维上涂有(硅烷)
浸润剂。所以玄武岩纤维短切纱是增强
热塑性树脂的首选材料,同时还是增强混凝土的最佳材料。玄武岩是一种高性能的火山岩组份, 这种特殊的
硅酸盐,使玄武岩纤维具有优良的
耐化学性,特别具有
耐碱性的优点。因此,玄武岩纤维是替代
聚丙烯(PP)、
聚丙烯腈(PAN)用于增强
水泥混凝土的优良材料;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温稳定性、低温
抗裂性和
抗疲劳性等。
4,将玄武岩纤维纱经过高性能的
膨体纱机,制成玄武岩纤维膨体纱。成型原理是:高速空气流进入成形膨化通道中形成
紊流,利用这种紊流作用将玄武岩纤维分散开,使其形成毛圈状纤维,从而赋予玄武岩纤维
膨松性,制造成膨体纱。
6,玄武岩纤维毡
玄武岩纤维与
碳纤维、
芳纶、
超高分子量聚乙烯纤维(
UHMWPE)等高技术纤维相比,除了具有高技术纤维高强度、高模量的特点外,玄武岩纤维还具有
耐高温性佳、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、
过滤性好、抗
压缩强度和
剪切强度高、适应于各种环境下使用等优异性能,且性价比好,是一种纯天然的
无机非金属材料,也是一种可以满足
国民经济基础产业发展需求的新的基础材料和高技术纤维。
玄武岩纤维及其复合材料可以较好地满足国防建设、
交通运输、建筑、
石油化工、环保、电子、航空、航天等领域
结构材料的需求,对国防建设、
重大工程和
产业结构升级具有重要的推动作用。它既是21世纪符合
生态环境要求的
绿色材料,又是一个在世界高技术纤维行业中可持续发展的有竞争力的
新材料产业。尤其是我国已经拥有
自主知识产权的玄武岩纤维制造技术及工艺,并且以“后来居上”的后发展优势达到了国际领先水平,因此,大力发展玄武岩纤维及其复合材料产业无疑具有重要的意义。
应用
纤维表面改性技术主要有
表面氧化改性技术、化学镀/电镀表面改性技术、等离子体改性技术和涂层改性技术等,其中涂层改性
技术应用最为广泛,主要目的为提高其力学能和对环境抗老化性能,以及与
其他材料复合性能。应淑妮[7]在玄武岩纤维(BF)增强
聚丙烯(PP)
复合材料体系中,引入了
聚苯乙烯(PS)与
聚丙烯酸羟
乙酯(PHEA)的
嵌段共聚物大分子偶联剂(PS-b-PHEA),以改善复合材料的界面性能。G.J. Wang[8]利用
低温等离子体技术改性玄武岩纤维,提高表面
化学稳定性和
粗糙度,引入
表面活性基团,有利于提高其粘附性能。Denni Kurniawan[9]采用辉光
等离子体聚合玄武岩纤维/
聚乳酸复合材料,
材料力学性能强度和模量分别提高45%和18%。
将玄武岩纤维作为水质净化用载体材料为新的研究方向,基于
微生物载体
固定化理论的指导下,发挥环保
新型材料玄武岩纤维的优势和环境友好特性,应用
纤维材料表面改性的方法,提高载体
表面能、生物
亲和性,创制新型环境友好型生物载体,通过应用研究,评价玄武岩纤维载体的性能,是拓展玄武岩纤维材料
应用领域的新方向。玄武岩纤维作为水质净化用载体材料还是空白领域,玄武岩纤维已经具备了作为微生物载体的一般性能,但是为了更好提高其
表面微生物附着性能,需要对其表面进行改性处理,是将玄武岩纤维类载体得以广泛应用所要亟待解决的问题。
玄武岩纤维在
功能服装领域的应用:
玄武岩纤维布具有高强度、永久
阻燃性、短期耐温在1000℃以上,可长期在760℃温度环境下使用,是顶替石棉、
玻璃纤维布的理想材料。按玄武
纤维布的断裂强度高、耐温高、具有永久阻燃性。是
Nomex(
芳纶1313)、
Kevlar(
芳纶1414)、Zylon(PBO纤维)、
碳纤维等
高性能纤维和先进纤维的低价
替代品。将玄武纤维布经化学
印染整理可以染色和印花。经功能性整理,例如有机氟整理可做成防油据水永久
阻燃布。玄武纤维布可制造的服装有:消防员灭火
防护服,
隔热服,
避火服,炉前工防护服,电焊工作服,军用
装甲车辆乘员
阻燃服。
2024年5月23日,由青岛市公路中心主编的《公路絮状玄武岩纤维沥青混合料施工标准》通过中国工程建设标准化协会立项,标志着青岛对絮状玄武岩纤维沥青混合料的相关研究达到了国内领先水平。
2024年6月3日,月表取样完成后,
嫦娥六号着陆器携带的一面由玄武岩纤维制成的“石头版”五星红旗在月球背面成功展开,这是中国首次在月球背面独立动态展示国旗。
武汉纺织大学月面国旗团队遵从“原位利用”的原则,决定采用与
月壤化学成分相近的玄武岩作为嫦娥六号国旗的核心材料。历时近4 年,攻克了玄武岩超细纤维纺丝、纺纱、织造及色彩构建等诸多国际难题,月面国旗团队首次成功研制出无温控保护、独立动态展示的“石头版”高品质织物国旗。