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南京長江大橋維修所用的玄武岩纖維,有啥特別的?

作者: 發布時間:2020-06-04 11:26:18點擊:29570

曾經封閉維修27個月的南京長江大橋,再度通車時,煥然一新、“輕裝上陣”。在一些關鍵部位,先進複合材料玄武岩纖維已嵌入體內,就像給大橋穿上一層堅硬而輕盈的鎧甲。

  “玄武岩纖維的強度是鋼材的5—10倍,重量卻隻有鋼材的四分之一至三分之一。”說起新材料的應用,玄武岩纖維生產應用地方聯合工程研究中心主任吳智深表示,“以玄武岩纖維、碳纖維為代表的高性能纖維,廣泛應用於能源環境、交通海洋、航天航空等領域。”

  玄武岩纖維為何能受到青睞呢?小鹿君這就和大家一起來了解一下~

  玄武岩纖維有何過人之處

  玄武岩纖維是玄武岩石料在1450℃~1500℃熔融後,通過鉑銠合金拉絲漏板高速拉製而成的連續纖維。玄武岩纖維的顏色一般為褐色,有金屬光澤。

  我國已把玄武岩纖維列為重點發展的四大纖維(碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯、玄武岩纖維)之一,實現了工業化生產。玄武岩連續纖維已在纖維增強複合材料、摩擦材料、造船材料、隔熱材料、汽車行業、高溫過濾織物以及防護領域等多個方麵得到了廣泛的應用。

  中國科學院地質物理研究所院士劉嘉麒表示,玄武岩纖維材料更大的特點是具有特殊性能,熱傳導係數低,阻燃性能好,是既耐高溫又耐低溫的上好絕熱材料,可用於製造防火毯、防火簾等阻燃材料和高溫過濾領域的過濾基布、過濾材料、耐高溫氈等。

  中國工程院院士周豐峻在第二屆玄武岩纖維產品應用學術研討會上表示,利用玄武岩纖維及其複合材料的高強抗力,耐腐蝕、耐高低溫等特性,可在工程建設中發揮重要作用,尤其是在潮濕環境建設中的交通路麵、隧道工程、碼頭工程、島礁工程等,采用玄武岩纖維複合材料作為基礎設施的結構增強材料,不僅可以提高工程的抗力,還大大延長使用壽命。

  清華大學土木工程係教授馮鵬認為,玄武岩纖維作為一種高性能纖維,做成複合材料後具有質輕、高強、可設計、耐腐蝕、施工便捷、無磁、絕緣等特點和優勢,可應用於橋梁、工業平台等結構,可作為電塔、煙道等功能結構件。同時其可加工性,可以應用於新型建築或景觀工程中。

  除此之外,玄武岩纖維介電係數高,絕緣性能好,可製作多種電器配件;吸音係數高,抗電磁輻射功能強,對於安全至關重要。

  其先天不足的地方,是成分波動比較大。由於玄武岩是地球熔岩形成的,因此,同一礦點的成分都可能波動較大,這會對纖維的穩定性造成影響。生產成本高,由於玄武岩資源豐富,原料成本較低,但其生產成本較高,主要涉及到較高的能源價格和鉑銠合金漏板消耗較大。同時,生產效率低下。由於玄武岩熔體導熱性差,析晶上限溫度較高容易析晶,因此生產工藝條件高,成纖難度大。

  大資本時代的綠色新“藍海”

  從有待觀望的“能源新寵”到資本市場的大熱風口,玄武岩纖維這個千億級的龐大市場正在加速完成自己的轉變,衍生出一係列商業模式和增長空間,成長為新的投資“藍海”。

  2018年8月,四川省達州市投資4億元,打造年生產規模為2萬噸的玄武岩纖維生產研發基地;9月,總投資9000萬元的采用池窯生產玄武岩連續纖維中試項目在四川省德陽市高新區羅江園區正式點火;2019年3月,投資近25億元,占地約260畝的四川省廣安華鎣市玄武岩纖維新材料產業園正式開建……

  有預測顯示,“十三五”期間,我國玄武岩纖維產量將達到15萬噸以上的規模。

  “玄武岩纖維產業具有非常廣闊的市場發展前景。”劉嘉麒認為,玄武岩纖維具有綜合性能好、用途廣、性價比高等特點,在正常生產加工過程中不產生有毒物質,是21世紀高新“綠色工業材料”。

  隻要玄武岩纖維產品的性能、質量和數量達到要求,其市場潛力非常大。有業內人士估計,目前,全世界生產的玄武岩纖維還滿足不了需求的百分之一。

  “玄武岩纖維將會是又一個千億級的市場。”匯爾傑新材料科技股份有限公司董事長楊興明表示。目前,已製定出台了多項標準和行業標準,為玄武岩纖維產業的發展拓寬了空間、創造了條件,玄武岩纖維的市場認知度得到了極大提升,市場需求也逐年增長。

  有分析認為,近幾十年來,我國的複合材料得到了快速發展,有著發展和推廣應用連續玄武岩纖維的堅實基礎。而且,我國地域遼闊,玄武岩礦床儲量極其豐富,又有新材料應用的龐大市場。再加上玄武岩礦石是一種天然的材料,其生產過程中無硼或其它堿金屬氧化物排出,因此其煙塵中無有害物質析出,對大氣不會造成汙染,屬於環保型材料。

  楊興明表示,中國具有低成本製造玄武岩纖維得天獨厚的條件,有著完全自主知識產權的低成本、大規模發展連續玄武岩纖維的新技術、新裝置、新工藝。當前全世界玄武岩纖維的技術及規模尚處於初級階段,這給我國繼續發展先進技術提供了很大的發展空間和市場機遇。

  可以說,在我國經濟麵臨資源、能源、環保與可持續發展約束不斷加劇的背景中,率先發展這一特種無機非金屬礦新材料產業具有重要的戰略意義。

  對公路建設將起“材料革命”的作用

  2018年6月20日,以“交通讓世界更美好”為主題的2018年世界交通運輸大會舉辦期間,由中國公路學會主辦,玄武岩纖維生產及應用技術地方聯合工程研究中心協辦的“中國公路學會玄武岩纖維公路產業協同創新共同體”(以下簡“共同體”)在北京成立,這標誌著玄武岩纖維在公路交通行業發展的新時期正式開啟。

  中國交通建設股份有限公司原副總裁、中國公路學會專家委員會副主任兼秘書長、“共同體”新任理事長侯金龍表示,玄武岩纖維有著優異的路用性能,在公路交通行業有巨大的應用空間,但目前應用得還相對較少。

  侯金龍認為,玄武岩纖維材料有三方麵的優點。

  一是環保,玄武岩纖維具有資源節約、環境友好型的特點。“玄武岩纖維來自於天然石頭,又用於人工石頭,石頭來石頭去”。具體來說,玄武岩纖維是以天然玄武岩為原料,經1450℃至1500℃高溫熔融後,通過鉑銠合金拉絲漏板塊速拉製而成的連續纖維,整個生產過程中,沒有工業廢水、廢氣及其他工業垃圾的產生,被譽為“21世紀的新材料”。

  二是相對於木質素纖維、玻璃纖維等其他類型的纖維,路用技術指標高,有著優異的耐高溫、耐低溫、化學穩定性、抗老化性能、水穩定性能、電熱絕緣性能等。根據目前的理論研究、科技攻關和工程應用情況,路用玄武岩纖維生產工藝和技術都已經很成熟,可以有效降低路麵的裂縫和車轍的病害,大大延長路麵使用壽命,在改善和提升路麵結構抗疲勞性能、高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性等方麵均有顯著效果。同時,材料有短切紗、工土布、土工格柵、複合筋材等多種應用形式,顯示出優異的路用性能和應用前景。

  三是玄武岩纖維應用廣泛。基於環保和路用技術指標高兩項優勢,同時作為我國四大高技術纖維之一,是我國“十三五”戰略性新興產業重點產品,在航空航天、艦船、兵器製造等國防軍工領域有廣泛的應用,在土建交通、石頭化工、汽車製造、道路建設、海底隧道等多領域也展現出了多領域應用優勢和巨大的市場前景。

  除此之外,侯金龍還認為,這項工作的推進可以更好的服務於“四個交通”“交通強國”“一帶一路”等戰略。“下一步還要進一步加強行業的研究。通過在工程建設、養護以及橋梁工程等方麵的應用,推進交通行業的標準化、裝配化、行業化、工廠化、智能化、輕型化,推進行業的品質工程的建設”。

  2020年6月2日,河南省鄭西高速堯欒路麵二標YLLM-2完成玄武岩纖維瀝青混凝土下麵層科研試驗路鋪築。

  該科研試驗路為河南省交通運輸廳科技推廣項目,即“基於玄武岩纖維的同壽命瀝青砼路麵應用研究”,由中交一公局集團有限公司鄭西高速堯欒段路麵二標YLLM-2項目施工、項目公司及河南交院工程技術有限公司主導進行科研項。

  瀝青混凝土摻加玄武岩纖維具有較高的強度和彈性模量,與瀝青和集料有較好的親和力,對瀝青混合料穩定度有明顯的增強作用。玄武岩纖維瀝青混凝土具有綠色環保的特點,可提高路麵抗疲勞開裂能力、低溫抗開裂能力、抗車轍能力、增加瀝青油膜的強度及抗疲勞性能,增強瀝青油膜的水穩定性,抗氧化及抗老化進而提高路麵耐久性。

  鄭西高速公路堯欒段玄武岩纖維瀝青混凝土下麵層科研項目研究完成,將大麵積推廣應用。在綠色環保社會發展中,玄武岩纖維以獨特的優勢為公路可持續發展做出了突出的貢獻。


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