玄武岩连续纤维在复合材料领域内越来越受到青睐,其原因可归结为三点:
1、现今碳纤维供货紧张,货源奇缺,价格暴涨,迫使人们去寻找性价比更高的替代品;
2、“绿色 环保”复合材料引起研究者的广泛关注,采用 可天然降解的材料来制造日常消耗品等,可以实现绿色环保要求;
3、玄武岩连续纤维做为一种环保材料,可天然降解且具备较高性能,性价比较为优越,完全可以满足上述要求。
因此对玄武岩连续纤维在复合材料中应用的研究日渐增多,我国科技部对玄武岩连续纤维的研究也给予了极大的关注和重视,自2002年将“玄武岩连续性纤维极其复合材料”项目列入863计划后,2004年5月、11月国家科技部又将其列入国家級火炬计划、国家科技型中小企业创新基金。
目前,玄武岩连续纤维复合材料研究及应用主要包括以下几个方面。
4.1过滤材料
玄武岩连续纤维与植物纤维复合开发过滤材料,其目的之一便是利用原料可天然降解性开发出性能优良的绿色复合材料,从源头控制污染,实现“零排放”。
国内研究者制造该材料所采用工艺为:玄武岩连续纤维表面预修饰处理、配料、打浆添加化学添加剂4少片、干燥、成品等。具体过程为:称取一定量本色针叶纤维素纤维板,加入适量水中浸泡数小时后,将其撕成碎片,在打浆机上进行打浆,达到要求打浆度后,利用打散器将一定量经过弱碱处理的玄武岩连续纤维分散于水中,加入纤维素纤维, 再依次加入少量的分散剂聚乙烯醇等化学试剂,然后在抄纸机上利用湿法制备纤维复合材料,经千燥后即可成型。
配料比通过正交实验分析得出最佳配比为:玄武岩连续纤维和植物纤维各占50%复合材料中,添加3 %聚乙烯醇、2 %的合成乳胶。所得滤材性能如下:透气性10 mm水柱 650ml/min,耐折度20次,撕裂强度 2320mN ,撕裂指数18. 3mN•m2/ g。
4. 2筑路材料
目前玄武岩连续纤维作为筑路材料应用 途径主要有两种:一种是以纤维布的形式应 用于土工格栅中,另一种则是利用玄武岩连 续纤维复合材料与沥青混合直接用于筑路。 应用玄武岩连续纤维土工格栅的沥青路面抗 疲劳开裂性航低温缩裂性对高温车辙性等 均得到提高,并且加强了路面土基,使路面使 用寿命得到提高。与玻璃纤维土工格栅相比,玄武岩连续纤维土工格栅性能较其优越,较适当。
国内研究者尝试利用海泡石、玄武岩连 续纤维制造的纤维复合材料与沥青混合用于 筑路,以提高路面的使用性能和使用寿命,结 果取得了成功。经研究发现混料中海泡石对 沥青表现出极强的吸持能力,可吸附一定量 的自由沥青和沥青油份,有效调节沥青质与 胶浆的含量;经改性后的玄武岩连续纤维在 沥青中主要起“桥接”和“加筋”作用。由此法 制得混料由于两种纤维的作用互补,使沥青 混料的性质得到显著改善,具有良好的耐水 性、高温稳定性、低温抗裂性及抗疲劳性.
4.3日耗品
通过玄武岩连续纤维和植物纤维复合制 造纤维复合材料用于日耗品(如快餐盒、一次性纸杯浓用育苗钵等),可实现制品的天然降解,对环境无污染,充分体现了绿色环保性。
国内研究者应用与湿法造纸类似工艺制备该纤维复合材料,其工艺为:配料、打浆、测定打浆度、成型、热轧固化、切边等。具体工艺为,将植物纤维加适量水浸泡一定时间,然后进行打浆,达到一定打浆度后,在浆料中添加玄武岩连续纤维继续打浆至要求打浆度,在浆料中按一定比例加入添加剂,如湿强剂、防水剂、防油剂等,并搅拌均匀,然后通过成型、固化、切边等工艺制造出各种日耗品。
国内研究人员对配料比进行过正交实验分析,得出最佳配比为:玄武岩连续纤维含量40 % 4直物纤维含量48%、湿强剂4%、防水剂6 %妨油剂2 %,打浆度60° SR;用此配比抄得试片性能如下:耐折度30次,撕裂度550Mn,透气度2.1um/pa. s,吸水率0. 065,吸油率0.10 (注:由于试片未进行表面处理吸油率和吸水率均偏高)。
4.4增强材料
玄武岩连续纤维与E—玻璃纤维相比, 具有更高的使用温度和弹性模量;大量的实验和实践证明了玄武岩连续纤维的耐水性、 耐酸性耐碱性、耐高温性都很好,且比较稳定;该纤维和各类树脂复合时,比玻璃纤维、 碳纤维有更强的亲和力,作为基础工业的复合材料增强体有很好的发展前景,特别是玄武岩连续纤维应用在建筑工程材料中,与碳纤维等相比有性价比优势。
(玄武岩玻璃纤维)
4.5玄武岩连续纤维的其它用途
武岩连续纤维除上述应用外,也可应用于制备热绝缘材料、声绝缘材料成震材料等。
5 结束语
玄武岩连续纤维是一种具有独特性能的非金属基础材料,对玄武岩连续纤维及其复合材料研究以及产业化的实施,有可能形成一个新的绿色环保产业,对我国建筑、航空航天我车船舶制造、石油化工、电子等高技术领域的工业产品带来积极的影响。连续玄武岩连续纤维在建筑领域内的应用有非常广阔的前景,在民用和军工某些领域也将发挥重要的作用。