玄武岩纤维的特性及其在造纸工业中的应用.doc

全国特种纸技术交流会暨特种纸委员会第五届年会论文集 玄武岩纤维的特性及其在造纸工业中的应用 刘玉莎 陈港 （华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州，５１０６４０）摘要：玄武岩纤维是一种异军突起的新型高技术纤维，是一·种具有各种优异和特殊性能的绿色环保材料。本文简要介绍了玄武岩纤维的各种特性，并着重介绍了目前玄武岩纤维在造纸工业中的主要应用。关键词：玄武岩纤维；特性；玄武岩纤维复合纸—１Ｌ—ｊＬ．月ｌＪ吾 玄武岩纤维和石棉同属矿物产品，且都具有高抗张强度、高挠性、耐化学和热侵蚀、电绝缘等性能。因此，人们常常对玄武岩纤维存在着误区，提及玄武岩纤维，常常会给其扣上“会引起人体多种疾病，严重危害人体健康的危险性物质”的帽子。其实不然，玄武岩纤维是一种新型高技术纤维，是一种能与玻璃纤维、碳纤维相竞争的高科技产品，是继碳纤维、芳纶、超高分子最聚乙烯纤维之后的第四大高技术纤维。 玄武岩纤维是单一的天然幺武岩石料破碎后经高温（１４５０℃～１５００℃）熔融，然后通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续尤机纤维（以下统称玄武岩纤维）。玄武岩资源广泛、大量的在自然界中存在，可谓一种取之不尽且易取价廉的原料；加之玄武岩纤维的生产过程不添加辅料、无有害气体、工业垃圾及有毒物质排放，且产品寿命长，堪称－·种低成本、高性能，洁净程度理想的新型绿色环保纤维，完全符合当今世界环境保护的丰题；另外，由于玄武岩纤维优异的耐高温性能、热震稳定性、化学稳定性、电绝缘性能等，可以很大程度上替代玻璃纤维广泛用于军工、航天航空、石油化工、汽车、建筑等领域。因此，近些年，玄武岩纤维不仅引起了美国、欧盟等国防军工领域的高度重视，而且它也将形成一个新兴的高新技术产业群，改变世界先进材料的格局…。１玄武岩纤维的成分 玄武岩是ＬｌＩ地球熔岩形成的，凶此，全球不同地域凶为地理环境等的不Ｎｉｆｔ／造成了玄武岩矿石在成分和性能等方面均存在一定的差别，其中仅有～部分地域中的矿石适于拉制纤维。对于可制造玄武岩纤维的玄武岩矿石来说，其主要化学成分需Ｖ－ｒｂ＝如卜．要求【２１，见表ｌ： 表１玄武岩纤维的主要成分 Ｆｅ２０３ Ｎａ’Ｏ 其它化 化学成分 Ｓｉ０２ Ａ１２０３ ＣａＯ ＭｇＯ Ｔｉ０２ ＦｅＯ Ｋ２０ 合物含量要求％ ４５“０ １２～１９ ５～１５ ６～１２ ３．Ｏ～７ ０．９～２．０ ２．５—６．０ ２．Ｏ～３．５１３６ 全国特种纸技术交流会珏特种纸委员会第五届年会ｉ仓文集 可以看出，当武岩纤维最主臻的成分是ｓｉｍ，它保持了纤维的化学稳定性和机械强度；Ａｉ２０ｌ的含量也较高－提高了纤维的化学稳定性、热稳定性和机槭强度：ＣａＯ庄定槲度上肯助于提商纤维酎水腐蚀性，硬度和机械强度１”。２玄武岩纤维的特性 纯天然的玄武岩纤维有若丝状光ｊ葶，由于它的铁含量比较】莳．因此外观颜色常为棕色，如图ｌ。玄武岩连续纤维在成型过程中，山于熔融的玄武岩在表面张力作用下收缩成表面积屉小的圆形，所以纤维外观星光滑的圆柱件，截面早完整的圆形．使用光学显徽镜现察其形貌特征如图２。 ｒ孽。；妒｜两， 固Ｉ玄武岩纤维纺丝后外观 毯＿囊 与玻璃纤维、石棉、化学纤维等相比优越性能。主要表现在以Ｆ）Ｌ个方面：２．１玄武岩纤维的耐温特性 玄武辩纤维为非鼎态物质，它的使用温虚范甩ｎＪ以从．２６９℃到７００－８００℃（软化点为９６０℃）．温度再高其结构就会发生变化ｐ】。玄武岩纤维具有独特的耐高温性能．这韫艘近远高于聚丙烯｝ｆ雏，芳纶纤维、Ｅ玻璃纡维、右棉等，接近硅纤维、硅酸锅纤维和陶瓷纤维．即使价格摊盘、性能优异的碳纤维的最高使用温度也ｊｌ能选到５００℃．当玄武岩纤维在６００℃温座Ｆ工作时，其断裂强艘仍能够保持９０％的原始强艘”】．这卫让其他｝ｔ维钮而『ｈ步．如庄同样的条件，岩棉剩余强度仅为５０－６０％，玻璃｝鲁则完全破破坷－．此外，经过７８０—８２０℃的高温处理的玄武岩纤维，ｎ，在８６０”Ｃ下工作ｌ佰不会出现收缩。ｌ可时棚计１‘Ｅ玻璃纤维ｎｆ耐受的－６０”Ｃ的低温丽言，玄武岩｝Ｔ维还其有讯好的耐低温性能，口ｆ用作贮存液瓴（．１９６”Ｃ）蒈存器或设籍的绝热村科。此外，茁武岩纤维的热传导系数掘低．为００３４Ｗ／ｍ·Ｋ—００５０Ｗ／ｍ·ＫＩ“，低十芳纶纤维、硅艘铅纤维．Ｅ玻璃纤维、硅纤维和碳纤维．２．２良好的物理性能 茁武岩纤维的密度较岛． 般为２ ６５—３００９／ｃｍｌ．硬度也撤】苛．凶而其古优拌的耐寤和抗挝埔慢性能。”拉仲强度与Ｅ玻璃纤维｛ｆ｝’．为３０００－－３８００Ｍｐａｔｔｉ（儿ｔ｝Ｊ加窜人寓武冉 全国特种纸技术交流会暨特种纸委员会第五届年会论文集纤维为４８４０ ＭＰａ），这远远高于其他‘‘些常用的高技术和高性能纤维的拉伸强度指标，如碳纤维ＨＳ为２５００～３５００ＭＰａ，Ｋｅｖｌａｒ ４９为２７５８～３０３４Ｍｐａｔ