1、山西科技 SHANXI SCIENCE AND 7IECHNOLOGY 2014年第29卷第l期文章编号：10046429(2014)Ol008704 收稿日期：20130628连续玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、玻璃纤维的对比及其特性概述刘学慧(太原钢铁(集团)有限公司新材料事业管理部，山西太原，030003)摘要：连续玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、玻璃纤维等都属于高性能纤维。通过对连续玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、玻璃纤维的详细对比，列出了连续玄武岩纤维的主要优缺点，并得出连续玄武岩纤维是一种生产原料丰富、生产工艺简介、综合性能优异且性价比较高的新型高性能纤维的结论。关键词：连续玄武岩纤维；碳纤维；芳纶
2、；玻璃纤维中图分类号：TB334 文献标识码：A连续玄武岩纤维是一种新出现的新型高性能无机纤维材料，是由主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁和二氧化钛等氧化物的天然玄武岩石料，经高温熔融后拉丝而成的纤维。为了进一步了解它的优越性，本文将把连续玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、玻璃纤维进行对比，为了叙述方便，以下将“碳纤维、芳纶、玻璃纤维”简称为“其他纤维”。1连续玄武岩纤维与其他纤维的对比11连续玄武岩纤维与其他纤维的概念对比111连续玄武岩纤维(CBF)连续玄武岩纤维是一种新出现的新型高性能无机纤维材料，是由主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁和二氧化钛等氧化物的天然玄武岩石料，经高温熔
3、融后拉丝而成的纤维。连续玄武岩纤维具有稳定性好、电绝缘性好、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等优点，综合性能优良，原料成本低廉，天然环保，性价比高，在很大程度上可代替玻璃纤维，也是碳纤维的低价替代品。但由于天然玄武岩成分的差异致使连续玄武岩纤维性能的稳定性较差。另外，连续玄武岩纤维密度较大、纤维较脆、服用性较差。连续玄武岩纤维的主要成分是碳，约占90以上，其余为氮、氢。112碳纤维(CF)碳纤维是纤维状的碳材料，其化学组成中的碳元素约占90以上。碳纤维是一种高新技术产品，它既具有碳素材料的固有本性，又具有金属材料的导电和导热性、陶瓷材料的耐热和耐蚀性、纺织纤维的柔软可纺织性、高分子材料的轻质和易加工性。
4、碳纤维虽然具有质量轻、高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、导电、导热的优良特性，但是碳纤维抗氧化性较差，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。碳纤维工业化产品按其生产原料主要分为聚丙烯腈基碳纤维、黏胶基碳纤维和沥青基碳纤维三类，其中聚丙烯腈基碳纤维是当今世界碳纤维发展的主流，约占世界碳纤维市场的80。碳纤维主要成分是碳，约占90以上，其余为氮、氧、氢。113芳纶纤维(AF)芳纶全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”，芳纶纤维是芳香族聚酰胺类纤维的统称，国外商品牌号叫做凯芙拉纤维，我国命名为芳纶纤维。芳纶纤维具有质量轻、高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱、良好的绝缘性、抗老化、生命周
5、期长等优点，但芳纶纤维抗紫外线能力差。芳纶纤维按分子结构可分为3种类型：对位芳香族聚酰胺纤维(芳纶1414)、间位芳香族聚酰胺纤维(芳纶1313)和芳香族聚酰胺共聚纤维。芳纶纤维的主要成分是二氧化硅(50一68)、氧化铝(13。15)，其余为氧化钙、氧化硼、氧化镁等。114玻璃纤维(GF)玻璃纤维是一种纤维状的玻璃材料，是由玻璃球或废旧玻璃经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造而成的。玻璃纤维具有强度高、不燃、耐腐蚀、隔热、隔音、电绝缘性好、比有机纤维耐温高、吸水少等优点，但玻璃纤维性脆、耐磨性较差。玻璃纤维按照成分不同主要分为：无碱(E)玻璃纤维(氧化钠02)、中碱(C)玻璃纤维(氧化钠81
6、2)、高碱(A)玻璃纤维(氧化钠13以上)、特种玻璃纤维(例如高强(S)玻璃纤维)等。玻璃纤维的主要成分有二氧化硅(4560)、氧化铝(1219)，其余为氧化钙、氧化钠、氧化铁和二氧化钛等，成分类似于玻璃纤维。12连续玄武岩纤维与其他纤维的生产工艺对比(1)连续玄武岩纤维的原理及主要工艺流程。原理是池窑拉丝法(高温熔融+拉丝)；生产工艺为玄武岩矿石经粉碎、高温熔融、编纺、抽丝、牵伸、上油等工艺制成，详情见图l1。(2)碳纤维的原理及主要工艺流程。原理是湿法(聚合+纺丝+碳化)；生产工艺为丙烯腈(黏胶或沥青等)与有机溶剂聚合形成聚合原液后经过氧化、碳化制成碳纤维，详情见图2。(3)芳纶纤维的原理
7、及主要工艺流程。原理是于喷一湿纺法(聚合+纺丝+热处理)；芳纶1414的生产工艺是对苯二胺(PPD)和对苯二甲酰氯(rIPC)或对苯二甲酸(TPA)在缩聚溶剂中缩聚，然后经过纤维成型技术后经过水洗、拉伸、干燥制得成品，详情R7万方数据刘学慧连续玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、玻璃纤维的对比及其特性概述 本刊Email：sxkjzzs163com科技论坛2l一料仓；2一喂料器；3一提升输送机；4一定量下料器；5一原料初级熔化带；卜天然气喷嘴；7一二级熔制带(前炉)；8一铂铑合金漏板；9一施加浸润剂；l卜集束器；11一纤维张紧器：12一自动卷丝机图1连续玄武岩纤维工艺流程图丙烯腈碳纤维图2碳纤维工艺流程
8、图见图3。(4)玻璃纤维的原理及主要工艺流程。原理是池窑拉丝法高温熔融+拉丝；生产工艺是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制得玻璃纤维，详情见图4。13连续玄武岩纤维与其他纤维产品性能对比连续玄武岩纤维与其他纤维产品性能对比见表1。14连续玄武岩纤维与其他纤维产品市场应用情况对比连续玄武岩纤维与其他纤维产品市场应用情况对比见表2。2连续玄武岩纤维(CBF)的特点(1)原材料资源丰富，原料成本低廉，环保。我国优质的火山岩矿石资源十分丰富，对玄武岩的实际调查表明，在我国的四川、云南、湖南、黑龙江、辽宁、河北、山西、江苏、安徽、浙江、贵州、新疆、海南等省都有适合生产玄武岩连续
9、纤维的玄武岩纤维2。原料价格远低于生产其他种类的高性能纤维的原料。影响成本的主要因素是拉丝用铂铑合金漏板消耗、池窑设备消耗、生产效率和成品率等。生产连续玄武岩纤维的原料取自于天然的玄武岩，88加水清洗喷灯引火预热图3芳纶纤维工艺流程图图4玻璃纤维工艺流程图表1连续玄武岩纤维与其他纤维产品性能对比性能 连续玄武岩纤维 碳纤维 芳纶纤维 E玻纤密度(gcm4) 2628 1722 149 2526使用温度， 一260880 最高2000 最高250 一60350热传导系数 0034，(W，mK) O03l0038 5185 O04O13 0040比体积电阻11012 2lO_5 3x1013 11
10、011(nm)吸音系数， 09O99 O8O93弹性模量，GPa 793931 230600 70140 725755抗拉强度 3 000一 3 500一 2 900 3 100，MPa 4 840 6 ooO 3 400 3 800单丝直径，“m 925 5lO 5一15 1030断裂伸长率， 1532 132O 2836 273O万方数据刘学慧连续玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、玻璃纤维的对比及其特性概述 本刊Email：豳zzs163com科技论坛表2连续玄武岩纤维与其他纤维产品市场应用情况对比项目 碳纤维(CF) 芳纶(AF) 玻璃纤维(GF) 玄武岩纤维(BF)吉林化纤、威海拓展、中复神鹰
11、、吉 浙江石金、四川航天拓鑫、辽宁阜新矿国内主要生 研高科、大连兴科、安徽首文、兰州 烟台氨纶、广东彩艳、上海东 浙江巨石、重庆国际和泰山产厂家 中凯工贸等。单厂产能100协l Ooo华大学等。单厂产能1 000妇一 玻纤等。单厂产能40万妇业、牡丹江金石、山西巴塞奥特、横店5 000讹 90万妇 集团上海俄金等。单厂产能100 t，at，a l 000 ta中国产能或 产能8 542 t，产量2 000 t(2011 芳纶1313产能8 600t，芳纶产量 年) 1414产能2 000 t(2011年) 产量279万t(2011年) 产量3 Ooot，产能4 000t(2011年)世界产量或
12、 芳纶1313产能32万t，芳纶产能产能5万t，9万t(2011年) 产量489万t(20“年) 产量6 500t(2011年)1414产能65万t(2011年)E级玻纤：O6万元t09万B00：l万元，t一30万元t 芳纶1313：1万元，t14万 元，t。C级玻纤：04万元，t国内售价 元t，芳纶1414：17万元，t O7万元，t，S级玻纤08万 3万歹百t4万元，t鸭00：200万元t枷O万元以27万元，t 司卜11万元，t，A级玻纤14万元，t2O万元芳纶1313：l万t(2011年)中国需求8000卜9 000t(2010年) 196万t(2009年)芳纶1414：5 000 t(
13、加11年)高温隔热材料、密封材料、功能材 增强材料、补强材料、耐热材 增强材料、电绝缘材料、耐 防火隔热材料、高温过滤材料、增强材主要用途 料(导电、耐腐蚀等)、结构材料、炭 料等 热绝热材料、光导材料、耐 料、耐热介电材料及石墨材料、电池基材、建筑材料 蚀材料和过滤材料等轮胎帘子线43，复合材料 用于制备增强热固性、热塑 用于消防服阻燃隔热面料层，防火卷体育30，航空航天lO，工业 31，绳索类和防弹衣 性塑料7075，其余 帘、灭火毯等消防材料，在房屋、桥梁、应用领域 60。我国碳纤维中85的消费用 175，其他85。制成树脂 2530被大量应用于印 道路、飞机跑道等建筑领域起到加固于体育
14、休闲用品领域 基增强塑料在航空航天方面 刷电路板、风电叶片、过滤 补强、防渗抗裂、延长建筑使用寿命的应用仅次于碳纤维 网等的制造因为玄武岩是火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成的，因此玄武岩不仅具有很高的化学稳定性和热稳定性，还不含对人类健康有害的成分。根据连续玄武岩生产工艺分析生产过程环保，无有害气体和废渣。有资料显示，一般情况下105 t玄武岩矿石就可以生产1t连续玄武岩纤维。(2)生产工艺流程短，生产过程耗能低，技术难度高。连续玄武岩纤维的主流生产工艺采用“一步法”，即：投料一熔化一拉丝一成纤，工艺流程短，能耗低，生产过程不需要人工配料，生产工艺简洁。但生产连续玄武岩纤维的技术难度高，因为纯天
15、然玄武岩熔体导热性差，可控制的成纤黏度范围窄，对天然玄武岩矿石矿物相和成分比例有着严格的筛选条件。(3)虽然产品单项性能一般，但综合性能优异，应用广，性价比高。虽然从单一的纤维力学性能或化学性能来看都能找到比连续玄武岩纤维更强的高性能纤维，但如果将各种高性能纤维的诸多性能进行综合考量，没有哪一种纤维能够比得上连续玄武岩纤维。如将连续玄武岩纤维用于增强水泥混凝土和沥青混凝土，与树脂复合制成复合筋替代钢筋，甚至可以替代碳纤维制成玄武岩纤维片材等，在房屋、桥梁、高速公路、城市高架道路、飞机跑道、海港码头、地铁隧道、沿海防护工程、核电站设施、军事设施等建筑领域起到加固补强、防渗抗裂、延长建筑使用寿命的
16、作用。另外，连续玄武岩纤维优良的阻燃隔热性能，可以用作消防服阻燃隔热面料层和防火卷帘、灭火毯的消防材料等。有资料显示，短切的连续玄武岩纤维掺人沥青混合料可以显著提高路面抗车辙能力50以上，延长高速公路的养护周期，降低综合成本。综上所述，连续玄武岩纤维优良的性价比是其他任何一种高性能纤维都难以比拟的。3结论通过4种高性能纤维的对比，我们不难看出连续玄武岩纤维作为一种新型的高性能材料，生产工艺简单，综合性能优异，性价比相对较高，是一种值得关注与大力发展的新材料。此外，连续玄武岩纤维的生产原料来源广泛且廉价，可促进我国矿产资源的合理开发和高附加值的应用，符合国家的产业政策，是一种低投入、高产出、低能
17、耗、少排放、能循环、可持续发展的资源节约型、环境友好型的新材料【3】。连续玄武岩纤维是我国唯一不落后且处于世界前列的新型高技术纤维，因此，发展连续玄武岩纤维是符合我国国情的，也是国家新材料事业大力发展的需要。相信不久的将来我国将迎来连续玄武岩纤维产业蓬勃发展的春天。参考文献1 Denisov G A，Gurev V V，Nepmsllin E I，et a1Unit forpmduction of mineral 10wmelting melts of supertllin b船alt矗ber：Ru Pat，2217392P20032谢尔盖玄武岩纤维的特性及其在中国的应用前景J玻璃纤维，200
18、5(4)：57603胡显奇戒国连续玄武岩纤维的进展及发展建议J高科技纤维与应用，2008(6)：1218；38 (责任编辑：李敏)第一作者简介：刘学慧，女，1982年2月生，2006年毕业于中国石油大学(华东)，工程师，太原钢铁(集团)有限公司新材料事业管理部，山西省太原市尖草坪区2号，03000389万方数据山西科技 SHANXI SCIENCE ANDrECHNOLOGY 2014年第29卷第l期文章编号：1004一“29(2014)0l009003 收稿日期：20130r725高效空气过滤器安装检漏方法的实验研究王秀山(山西紫通建筑工程有限公司，山西太原，030012)摘要：介绍了洁净室
19、高效空气过滤器安装检漏的重要性，对洁净室施工及验收规范(GB 5059l一2010)中有关高效空气过滤器安装捡漏的可行性进行了分析，提出了易于实施的检漏方案，主要强调对高效空气过滤器本身的检漏与对其边框的检漏应分开进行，以防止对净化空调系统的污染。关键词：高效空气过滤器；安装检漏；洁净室；洁净度中图分类号：X701 文献标识码：A在山西大学量子光学实验楼洁净实验室建造前期，笔者为了使建造管理工作有的放矢、有效进行，阅读了大量净化空调方面的书籍，并多次走出去、请进来，向专业技术人员咨询有关洁净室建造方面的技术。在学习过程中，领悟到洁净实验室的建造是一项系统工程，设计、施工及管理等每个环节都应认真
20、对待，哪个环节出了问题，都不可能建造出符合要求的洁净实验室。设计方案再好，如果安装施工出现漏洞，肯定不会达标。单就洁净实验室的其中一项指标“洁净度”而言，它与施工质量有很大的关系。在量子光学实验楼中有15问洁净实验室，其中：有1间洁净实验室洁净度要求100级(FS209E)，其他的洁净实验室洁净度要求l 000级(Fs209E)。而100级洁净度，对05m室内空气中的微粒个数必须满足不大于35粒L；1 000级洁净度，对05仙m室内空气中的微粒个数又必须满足不大于35粒L。要想达到这一要求，洁净空调系统的最后一道关高效空气过滤器送风口非常关键，若高效空气过滤器本身泄漏或其安装边框泄漏，都不可能
21、达到所要求的洁净度。因此，除了订购合格的高效过滤器外，洁净室的质量关键还在于安装边框的密封性，而安装边框的严密性又与安装技术及检验密封性(即检漏)的方法有重大关系。笔者在学习洁净室施工及验收规范(GB 5059120lo)(以下简称规范)时发现，高效空气过滤器安装检漏的方法不太科学，甚至会对净化空调系统造成污染。为此，笔者与净化空调专业方面的工程技术人员组成攻关小组，对高效空气过滤器的安装检漏进行了实验研究，取得了满意的效果。l与规范编者的商榷规范附录D高效空气过滤器现场扫描检漏方法中：“D11对送、排(回)风高效空气过滤器的现场检漏，应采用扫描法在过滤器与安装框架接触面、过滤器边框与滤纸接触
22、面以及其全部滤芯出风面上进行。D12扫描法可分为有光度计法和光学粒子计数器法。检漏应优先选用粒子计数器法。D14粒子计数器法检漏气溶胶除D2中光度计法采用的气溶胶外，还可采用聚苯乙烯乳胶球(PsL)和大气尘。D22在同一送风面上安有多台过滤器时，在结构允许的情况下，宜用每次只暴露1台过滤器的方法进行测定。D23当几台或全部过滤器必须同时暴露在气溶胶中时，为了对所有过滤器造成均匀混合，宜在风机吸入端或这些过滤器前方支管中引入检漏用气溶胶，并立即在受检过滤器的正前方测定上风侧浓度。D33高效过滤器上游浓度及采样流率应符合表D33的规定。如上游浓度达不到规定要求时应采用适当措施，增加上游浓度。当用大
23、气尘检漏时，可采用短路新风机组或对每一台高效过滤器进风面用气泵引入室外空气等方法。Over订ew of the Comparison of CBF(Continuo瑚B嬲小Fiber)with CF(Carbon6ber)，AF(Aramid Fiber)and GF(Glass Fiber)and Their ProperHesLIU XuehlliABSTRACT：cBF，cF，AF aIld GF belong to the high pe舶珊allce铀e11s，IIlrough detailed comp撕son of CBF试th CF，AF and GF，this p印er li
24、sts main advantages and disadVantages of CBF，and draws the conclusion that CBF is a new t)币e ofhigh pedo瑚ance fiber with rich raw materia王s，simple pmduction pmcess and exceUent comprehensiVe perf0瑚ancesKEY WORDS：CBF；CF；AF；GF90万方数据连续玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、玻璃纤维的对比及其特性概述作者： 刘学慧， LIU Xuehui作者单位： 太原钢铁(集团)有限公司新材料事业管理部,山西太原,030003刊名： 山西科技英文刊名： Shanxi Science and Technology年，卷(期)： 2014,29(1)本文链接：http:/
