在古诗词中,有一句诗描写了一种耐高温的材料:“千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲”。
这句诗把石灰岩耐高温的特性描写得淋漓尽致,并升华成了一种大无畏的精神。
其实,在众多的材料中,不乏这种“硬核”材料,它们比石灰岩更耐高温、更强硬。今天的科普主角——玄武岩纤维——就是这样一种“硬核”材料:

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。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

01 “点石成金”的制作工艺
如果你了解玄武岩纤维的制作工艺,你一定会被它的“硬核”所震惊:用火山喷发形成的天然玄武岩石为原料,将其破碎后投入熔窑中,加热至1450~1500℃熔融状态,通过铂铑合金拉丝漏板快速拉制,玄武岩纤维就是这样被制作出来的。

简而言之,制作玄武岩纤维的工艺,就是把坚硬的火山玄武岩石在高温下“拉成丝”。

作为一种非晶态无机硅酸盐物质,玄武岩纤维的生产属期短、工艺简洁,没有工业废水、废气产生,而且附加值高,被誉为21世纪“绿色新材料”。又因为其颜色为金褐色,所以生产玄武岩纤维的过程,被人们称之为“点石成金”。
02 “硬核”又环保的材料特性
之所以说玄武岩纤维是一种绿色材料,是因为它从开采到生产制造环节,都非常环保:由于玄武岩纤维是由玄武岩矿石熔融后拉丝制成,所以它的原料非常充足,在地球以及月球上,都储备了大量的玄武岩石,原料充足。

在生产环节,玄武岩纤维的生产过程很环保,烟尘中无有害物质析出,不会对大气造成污染。

当玄武岩纤维被制造出来,它具备优异的耐高温和热震稳定性能,能够在650℃温度下依然保持不变,还具备与天然玄武岩石头相媲美的耐久性、耐候性、耐紫外线照射、耐水性、抗氧化性。

除此之外,玄武岩纤维还具备高弹性模量和抗拉强度、吸音系数较高、良好的电绝缘性和介电性能、天然的硅酸盐相溶性、较低的吸湿性、较低的热传导系数……拥有这些良好的物理、化学特性,使得玄武岩纤维的应用很广泛。

03 应用上的绿色新“蓝海”
玄武岩纤维的应用,最常见的便是建筑领域:由于玄武岩纤维耐腐蚀性能优异,因此用玄武岩纤维制成的复合筋具备高强度,可代替部分钢筋用于土木工程中,而且由于玄武岩纤维的膨胀系数与混凝土相近,两者之间不会产生大的温度应力。

除了在建筑行业的应用,玄武岩纤维对于公路建设而言,起到了“材料革命”的作用:在 2020年6月2日,河南省就有一条高速公路的路面,采用了玄武岩纤维沥青混凝土下面层科研试验路铺筑。

通过现场技术性能检验结果表明,与普通改性沥青混凝土路面相比,使用了玄武岩纤维之后,高温性能动稳定度、低温抗裂性、水稳定性全面提高,路面寿命预估延长6-8年左右。

同时,厚度降低,节约了更多原料,真正实现了节能减排、绿色交通。

军工方面,玄武岩纤维同样可以“大展身手”:由于玄武岩纤维隔热、耐温、防火,玄武岩纤维制备的复合材料可广泛应用于耐温防热材料,应用于导弹、火箭、火炮的防热部件。

炮管热护套

 
民用领域:玄武岩也可以制成防火保温板、耐高温输送带、防火门等。

玄武岩纤维复合材料防护密闭门

 
由于玄武岩纤维力学性能优异,因此可应用于制备汽车轻量化复合材料:与铝合金产品相比,玄武岩纤维复合材料新能源汽车电池壳体,可实现减重30%~50%,且耐腐蚀、隔热防火。玄武岩纤维复合材料汽车板簧产品在达到相同使用性能的同时,可较传统金属板簧减重50%-70%,疲劳寿命是金属板簧的5倍。

玄武岩纤维复合材料电池箱

 

玄武岩纤维复合材料汽车板簧

 
此外,玄武岩纤维还可以用于制备体育休闲用品,如:滑雪板、自行车、羽毛球拍等。

玄武岩纤维滑雪板

 
尽管玄武岩纤维还存在矿点成分波动大、生产成本高、生产效率低下等问题,但是这些问题对于玄武岩纤维的开发利用既是挑战,也是机遇。随着国产玄武岩纤维拉丝技术的突破,玄武岩纤维的性能更稳定,成本更低,具有非常广阔的应用前景。

 

参考文献:[1]吴剑青,玄武岩纤维在汽车行业上的应用前景[J]。产业用纺织品,2012(4):26-28

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