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玄武岩纤维与玻璃纤维的比较

   玄武岩是一种在全世界大多数国家中都能够找到的火山岩。在很长时间内,玄武岩被用于浇铸工艺,制作建筑用的砖和板。在工业用途中,用作钢管内衬的浇铸玄武岩显示了极好的耐磨性。另外,玄武岩被磨碎之后,还可用作混凝土的集料。

  玄武岩纤维采用与玻璃 纤维相似的连续工艺制造。首先将玄武岩石破碎,经洗清后投人熔窑。此步工序比玻璃纤维简单,因为玄武岩纤维的组成不如玻璃纤维复杂。玻璃一般由50%的硅砂与硼、铝 氧化物等几种其他矿物制成。这些原料必须在进人熔窑之前分别称量配料。与玻璃不一样,玄武岩纤维没有其他原料,只需单一投料。另一方面,对玄武岩原料纯度和稳定性的直接控制也少。虽然玄武岩和玻璃都是硅酸盐,但熔融玻璃冷却后形成非晶态固体,而玄武岩则具有晶体结构,其结构随各地理区域熔岩流动的具体条件而异。

  经破碎的玄武岩进人熔窑后在1500℃下熔化。与透明的玻璃不同,不透明的玄武岩不是传输而是吸收红外能。因此,使用传统玻璃熔窑那样的上方燃烧器来均匀加热玄武岩原料就更困难。使用上方燃烧器,玄武岩熔体就必须在贮液槽内停留较长时间(几个小时)来达到均匀温度。因此,玄武岩纤维厂商采用了几种方法来促进均匀加热,包括浸没式电极。一家公司的销售经理称,因质量原因,他们公司宁愿用气熔而不是用电熔,尽管气熔成本高。最后,该公司采取了两极加热方案,分区采用不同的加热系统。因为,只有料道部分才需要高精度的温度控制,故在前段加热区可使用更简单的控制系统。与玻璃纤维一样,玄武岩纤维用铂锗漏板成形。纤维冷却时施加浸润剂,然后被拉丝机卷绕。

  由于玄武岩纤维的磨损力比玻璃纤维更强,昂贵的漏板需要频繁的重新加工。漏板磨损时,圆形漏孔受到不均匀的磨损,对工艺控制造成影响。如果不及时维修,非圆形的漏孔就会形成直径不一的单丝,使生产的无捻粗纱断裂强度不可预测。玻璃纤维漏板的使用寿命一般在6个月以上,而玄武岩纤维漏板只能使用3~5个月。有公司称其工艺控制已将漏板寿命延长到6个月。

  上述差别使玄武岩纤维的总生产成本超过E玻璃纤维,但玄武岩纤维的产品在复合材料中的性能明显超过E玻璃纤维。在短切原丝毡、无捻粗纱和单向布这些产品中,玄武岩纤维显示了比E玻璃纤维更高的断裂强度和杨氏模量。比利时Leaven大学复合材料系的Verpoest教授进行了一项对比研究。他用环氧树脂浸渍E玻璃和玄武岩无捻粗纱,制成单向预浸料,然后压成层压板。从板切下135mmxl5mm的试样并测量其厚度,然后进行三点弯曲试验(ISO178)和ILSS试验(IS014130),测试其强度和刚度。Verpoest报告每一试样的纤维体积分数均为40%,但测得玄武岩纤维试样的强度比E玻璃纤维试样高13.7%,刚度高17.5%,尽管玄武岩试样比E玻璃试样重3.6%。

  此外,玄武岩纤维天然抗紫外线和高能量的电磁辐射,在低温下能够保持性能,并具有更好的耐酸性。另有资料显示,在工人安全性和空气质量方面玄武岩纤维也很优秀。有关人士指出,由于玄武岩是火山活动的产物,其成纤过程比玻璃纤维更为环保。纤维加工过程中可能释放的“温室”气体已在数百年前岩浆喷发过程中排放。再者,玄武岩百分之百惰性,与空气和水均无毒性反应,而且不燃烧,防爆炸。

 
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