玄武岩纤维复合材料的特性与应用
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【摘要】 本文介绍了玄武岩纤维及其复合材料制品的特性，概述了其在汽车、医疗器械、军工、石化、机车车辆等领域中的应用情况，最后对玄武岩纤维的发展前景进行了展望。
【关键词】 玄武岩纤维;复合材料;特性;应用
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2019.03.010
Abstract： In this paper， the characteristics of basalt fibers and their composites are introduced. The applications of basalt fibers in automobiles，medical devices，military industry，petrochemical industry，locomotives and rolling stocks are summarized. Finally，the development prospect of basalt fibers is prospected.
Key words： basalt fiber;composite;characteristic;application
玄武岩纤维是国际材料领域中的新型绿色环保材料，连续玄武岩纤维（CBF）是以火山岩（多种玄武岩等）为原料制成，其除具有高强度（单丝抗拉强度可达3000～4840 MPa）、高模量（91～110 G）等特点外[1]，还具有耐高温及低温性能（-269～700 ℃[2]）、耐酸碱、抗氧化、高电绝缘性、绝热隔音、防火阻燃、电磁透过性好、抗压缩强度和剪切强度高、适应于多种工况条件等优异性能[3-6]。因此，玄武岩纤维可以广泛应用于消防、节能环保、石油化工、航空航天、军工、汽车船舶制造、轨道交通、工程塑料及建筑等领域[7-8]。同时在成本上，玄武岩纤维较其它纤维具有更高的性价比。
1 玄武岩纤维复合制品的特点
玄武岩纤维复合材料是以连续玄武岩纤维/短切纤维增强的树脂基复合材料，可满足拉挤、缠绕、真空辅助成型等多种成型工艺，可与多种热固及热塑性树脂复合。
用连续玄武岩纤维增强的树脂基复合材料的强度、热稳定性、电绝缘性能均优于玻璃纤维增强材料，可在很大程度上替代玻纤、碳纤维和石棉制品[9]。由于玄武岩纤维的优异性能，玄武岩纤维复合材料无论在力学性能上、还是耐腐蚀、隔音、保温、降噪等方面都具有突出特点。
玄武岩纤维复合管材、罐体与钢质产品相比，具有成本低廉、绿色环保、重量轻（钢铁的1/4）、刚性好、强度高、耐水耐蚀性能突出（表面光滑且不生锈、不易结垢结蜡）、保温性能优良等诸多优势，与玻纤管材及罐体相比，其具有使用寿命长，耐酸碱等突出优点，设计使用寿命超过50年。因此，近年来玄武岩纤维的开发应用引起了很大的关注。
玄武岩纤维复合材料型材主要包括：玄武岩纤维复合材料单向板、织物复合材料层合板、复合材料管及罐体、以及各种手糊、模压、拉挤异型材等，生产工艺涵盖手糊、拉挤、模压、RTM、缠绕等。
2 玄武岩纤维制品的应用情况
玄武岩纤维产业在国内已经有半个世纪的发展历程，特别是近20年来发展迅速。其应用领域也逐渐扩展。
2.1 汽车领域应用
玄武岩纤维复合材料制备的轻型货车板簧，较相同规格原钢制板簧直接降重75%。图1为玄武岩纤维复合板簧实物图。
应用于玄武岩纤维复合材料制造的新能源汽车电池壳体（图2）与原有材料生产的产品相比较，在性能不变的情况下，减重能达到30%～50%。
玄武岩纤维复合材料在厢式货车、冷暖车上得到了广泛应用，玄武岩纤维复合板材（图3）与普通玻纤板材相比，具有防火、隔热性好、隔音效果佳、吸湿率低、强度和硬度更高的优点，复合板材料平均性能相较于玻纤高出20%以上、硬度高出40%。
（a）板材正面照片;（b）板材侧面照片
玄武岩纤维增强备胎池（图4）具有轻量、耐高温抗腐蚀、抗热变形（排气管余热）、刚度更佳、更好的阻尼特性等优点。与原金属备胎池相比，减重可达35%以上。
2.2 医疗器械领域的应用
吉林通鑫玄武岩科技股份有限公司与国外公司合作研发了CT用床板（图5），具有重量轻，强度高，韧性好的优点，该床板各项性能均可以满足使用需求。
2.3 石油管道领域中的应用
玄武岩纤维复合材料石油管道（图6）目前已在俄罗斯大面积推广，该管道耐腐蚀能力强、强度高、施工安装简单。玄武岩纤维制造的输油管道内表面能防止盐类和石蜡的堆积，内壁光滑，摩擦阻力小，液体通过能力较同直径钢质管材大20%。
2.4 其他领域中的应用
由于玄武岩纤维良好的力学性能及耐温性，导弹发射筒使用玄武岩纤维制造后，增加了其使用寿命。此外，玄武岩纤维复合制品应用在轨道列车地板上，并获得良好的减震降噪效果。而使用玄武岩纤维复合材料研制的动车车头开闭罩，可以有效地提高其韧性。
3 总结
玄武岩纤维及其复合制品具有优异的力学性能、高温稳定性、化学稳定性、吸音性能、隔热性能、绝缘性能、环保性能、以及与混凝土和砂浆的天然相容性等性能，使其在强度、热稳定性、电绝缘性能方面均优于玻璃纤维增强材料。玄武岩纤维复合制品在建筑结构补强、道路交通设施、汽车部件、医疗器械、军工等领域已经得到应用。
虽然玄武岩纤维相关产品具备优良的使用性能，但由于现阶段对玄武岩纤维复合材料的社会认知度和市场认可度较低，推广受到了一定的限制。近些年来，玄武岩纤维产业发展势头迅猛，相信抓准切入点，玄武岩纤维复合材料可在机械制造、航空航天、船舶、汽车、建材、轨道车辆等领域拥有很好的应用前景。
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