新型玄武岩纤维复合材料
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点石成金,什么是玄武岩纤维

发表时间:2021-02-23 15:11

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如果说左图中的布是右图中的石头制作的,你会相信吗?


也许很多人觉得不可思议,但实际上这是一项已经很成熟的技术—玄武岩纤维生产技术。


玄武岩纤维,Basalt Fiber(BF),是以纯天然玄武岩石料为原料,破碎后加入到熔窑中,在1450℃~1500℃高温熔融后,通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。现有工艺生产出的玄武岩纤维直径可达6~13μm,比头发丝还细。其生产工艺如下图。


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熔融状态的岩浆

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拉丝

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玄武岩纤维最早在1923年由法国的Paul Dhe尝试制作,二战期间,该技术得到美国、欧洲和前苏联的大力研发,并被广泛应用于军事和航天领域。1995年,随着技术解密,玄武岩纤维技术才在民用领域得到极大的推广。


玄武岩纤维应用



玄武岩纤维现为我国重点发展的四大纤维(玄武岩纤维、碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维)之一,以其为原材料制备的各种产品被广泛应用于国防军工、航空航天、消防、环保、车船制造、石油化工、电力电子、体育、医疗以及土木工程等领域。


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玄武岩纤维产品



应用简介

    隐形



玄武岩纤维具有高强、耐高低温等特性,十分符合飞机、导弹表面材料要求,同时,其具有吸波透磁的特点,可以实现雷达隐形。所以玄武岩碳纤维可以部分替代碳纤维用于隐形飞机和导弹。


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隐形飞机


    防弹



当前防弹衣通常选用超高分子量聚乙烯纤维,其耐热性能低,在弹头的高温熔灼下强度和模量会降低,影响防弹效果。与之相比,玄武岩纤维耐高温性强,便不存在此问题。


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   航空航天





玄武岩纤维热传导系数低,阻燃性能好,工作温度范围为-269℃~700℃,既耐高温又耐低温。满足航空航天领域对材料的苛刻要求,俄罗斯的航空航天材料大部分就是用这种材料做的。


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道路工程领域的应用



玄武岩纤维具有抗拉强度高、力学性能好、耐高温、防紫外线、耐酸耐碱耐盐、抗老化等优点。相比其他纤维来说,其综合性能较好,也符合道路工程领域对材料的要求。因此,近年来已有越来越多的玄武岩纤维产品应用于道路工程中。


   土工格栅





玄武岩纤维通过经编工艺制成网状基材,经表面涂覆处理可制成玄武岩纤维土工格栅。玄武岩土工格栅通常应用于沥青路面增强,加固路基及软土基。


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玄武岩纤维土工格栅用于沥青路面增强具有以下优势:


满足施工温度要求

混合料摊铺时土工格栅需要经受100℃~200℃的高温,玄武岩纤维工作温度可达700℃,因此其性能不会受到高温影响。


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耐久性强

玄武岩纤维土工格栅可抵抗各种物理磨损和化学侵蚀,抗老化性能强。此外,玄武岩纤维在长期荷载作用下变形很小,能长时间保持其性能。


提升沥青路面使用性能

玄武岩土工纤维格栅将沥青面层中的车轮荷载应力进行分散,减少应力集中,同时其本身变形小,一定程度上可以减小路面弯沉变形,从而提高疲劳性能。

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路面开裂

此外,土工格栅可以限制混合料中集料的移动,提高路面高温抗变形能力;冬季低温条件下,土工格栅可以抵消沥青面层的拉应力,减少缩裂和反射裂缝的产生,提高路面的抗低温性能。




短切玄武岩纤维





短切玄武岩纤维可以用于沥青混合料、水泥混凝土和碎石封层。


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沥青混合料

目前沥青混合料中主要采用木质素纤维、聚酯纤维和部分矿物棉纤维。其中木质素纤维不耐高温,拉伸强度很低。聚酯纤维与混合料相容性差,且耐高温性能差。矿物棉纤维对人体有害,且容易结团。


玄武岩纤维替代上述纤维制备沥青混合料,不仅可以克服以上缺点,还可增强混合料的各项路用性能。


水泥混凝土

玄武岩纤维是硅酸盐纤维,与水泥混凝土和砂浆混合时很容易分散,相容性好,拌制的纤维混凝土稳定。且玄武岩纤维耐久性好,强度高。加入水泥混凝土中可提高水泥混凝土的强度,减少裂纹产生,提高耐久性。


碎石封层

玄武岩纤维封层技术工艺是先撒布沥青粘结料和玄武岩纤维,之后在上方撒布碎石,碾压后形成新的磨耗层。玄武岩纤维在沥青混合料中均匀分布,相互搭接,与混合料形成网络结构,可提高封层抗磨性能以及抗拉、抗剪、抗压和抗冲击强度。

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玄武岩纤维复合筋





玄武岩纤维复合筋在道路工程领域主要用于水泥混凝土路面。其具有以下优点。


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玄武岩纤维复合筋

与水泥结合性好

玄武岩纤维复合筋与水泥的物理化学性质相近,粘结性较好,且与水泥的热胀冷缩系数一致。


耐腐蚀

与钢筋相比,玄武岩纤维耐久性更强,可以提高路面的耐久性。


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可连续配筋免焊接

玄武岩纤维复合筋连续长度可达2000米,无需搭接,大大减少工作量,提高工作效率。



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