多年以來，很多人認(rèn)為天然玄武巖的化學(xué)成分是不變的，特別是玄武巖中的氧化鐵比例是無法改變的。但是，天然玄武巖氧化鐵（Fe₂O₃+FeO）的變異系數(shù)≥15%，造成玄武巖熔體波動性大，成為天然玄武巖纖維池窯拉絲工藝的最大技術(shù)瓶頸。為此，近20年來，國內(nèi)外市場仍然保持坩堝法或組合爐法生產(chǎn)單一的天然玄武巖纖維產(chǎn)品技術(shù)，不能規(guī)模化生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的具有獨特性能的玄武巖纖維產(chǎn)品，導(dǎo)致天然玄武巖纖維產(chǎn)品不能滿足工業(yè)設(shè)計規(guī)范需要。現(xiàn)在國內(nèi)外有部分企業(yè)對生產(chǎn)技術(shù)進行革新，比如采用2400孔漏板池窯拉絲技術(shù)以及新型玄武巖原料配方技術(shù)等，實現(xiàn)了玄武巖復(fù)合材料制品的新突破。

玄武巖纖維國外發(fā)展歷程

玄武巖纖維于1840年由英國人威爾斯試制成功。1922年法國人Paul提出了玄武巖連續(xù)纖維制造技術(shù)并獲得專利，但并沒有實質(zhì)性的工業(yè)化生產(chǎn)。1954年蘇聯(lián)莫斯科玻璃和塑料研究院開發(fā)出了玄武巖連續(xù)纖維。而后蘇聯(lián)和美國在1960年之前就在軍事上使用了玄武巖纖維。1985年烏克蘭纖維實驗室通過200孔的漏板以及組合爐使用拉絲建造了第一臺生產(chǎn)爐機器。前蘇聯(lián)于20世紀(jì)80年代中期投入工業(yè)化生產(chǎn)，90年代后期實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，并成為最大的玄武巖纖維生產(chǎn)和消費國。前蘇聯(lián)研究成果在1991年后被公布出來并且使用在民用的產(chǎn)品中。90年代后俄羅斯在對玄武巖纖維的研究和生產(chǎn)上有了新的進展，研究出了新的工藝和生產(chǎn)設(shè)備。近些年，美國、日本等發(fā)達國家都開始對玄武巖纖維的研究和生產(chǎn)有了快速的突破，并且也有了許多科研成果，這在很大程度上促進了玄武巖纖維的生產(chǎn)發(fā)展，也讓玄武巖纖維在應(yīng)用上有了更廣泛的前景。2019年，全球玄武巖纖維年產(chǎn)量約3萬t，主要集中于烏克蘭、俄羅斯、中國、美國、德國、比利時等國家，其中美國年產(chǎn)量約3000～5000 t，俄羅斯年產(chǎn)量約2000～5000 t，主要應(yīng)用于軍工、油氣管道。

圖1 坩堝爐拉絲“中心取液法”工藝流程

1—玄武巖熔體 2—干鍋爐  3—流管  4—漏板  5—單纖維  6—涂油器  7—集束器  8—原絲  9—拉絲和卷曲設(shè)備  10—繞絲筒  11—成型部件（包括流管和漏板）  12—冷卻器（片）

這里主要介紹下俄羅斯“中心取液法”專利技術(shù)。該技術(shù)采用鉑金異形流液管從坩堝爐中心將高溫熔融液引入到拉絲漏板中。2019廣安職業(yè)技術(shù)學(xué)院石錢華教授在俄羅斯訪問時，發(fā)現(xiàn)某俄羅斯玄武巖纖維公司正在調(diào)試天然連續(xù)玄武巖纖維組合爐生產(chǎn)線，產(chǎn)能為1000噸／年，爐體為“一”字型工藝布置，6個拉絲臺位，敞開式雙層拉絲工藝布置，采用 “中心取液法” 拉絲技術(shù)，利用空氣助燃天然氣熔融，漏板為400孔。

此外，近幾年國外有企業(yè)陸續(xù)開展玄武巖復(fù)合材料的開發(fā)。例如，比利時Basaltex公司開發(fā)了新型玄武巖纖維復(fù)合材料，并成功試用于高鐵結(jié)構(gòu)件上。將該加工工藝結(jié)合EconCore公司的專利技術(shù)可制成“玄武巖纖維蜂窩結(jié)構(gòu)材料”，該防火夾芯板采用玄武巖纖維與聚糠醇生物樹脂（100%甘蔗廢料）和回收聚酯制成，可用于面板、隔板、地板、桌子等。玄武巖纖維的熱固型蒙皮可在高溫下固化成型，成型時間短，有利于自動化生產(chǎn)。

美囯玄武巖纖維生產(chǎn)商Mafic與TMG材料集團合作，計劃擴大熱塑性玄武巖纖維復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，并應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件，也可應(yīng)用混雜復(fù)合材料。專家認(rèn)為，玄武巖復(fù)合材料比玻璃纖維復(fù)合材料（GFRP）更具可持續(xù)性，且最終會實現(xiàn)成本、質(zhì)量和可持續(xù)性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

玄武巖纖維國內(nèi)發(fā)展歷程

相對而言，我國開展玄武巖纖維的研究較晚。我國連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)化初期是引進或模仿前蘇聯(lián)的工藝技術(shù)，依靠玻纖行業(yè)技術(shù)人員，建立了玄武巖纖維生產(chǎn)線。

20世紀(jì)90年代中期，南京玻璃纖維研究設(shè)計院最早開始超細(xì)玄武巖纖維研究，主要用于軍工領(lǐng)域。2001年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的玄武巖纖維研究團隊在成都航天基地建成單體爐紡絲裝置；2002年11月我國將“連續(xù)玄武巖纖維及其復(fù)合材料”列入國家863計劃；2003年底，國內(nèi)第1家玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)俄金玄武巖纖維有限公司在上海成立；2004年我國玄武巖纖維開始在上海實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，主要生產(chǎn)直徑11 μm以上的連續(xù)玄武巖纖維；2018年四川省玻纖集團有限公司成為全球首家成功采用池窯方式生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的企業(yè)， 實現(xiàn)了產(chǎn)能8 000 t/a。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前我國已經(jīng)成為全球玄武巖纖維的主要生產(chǎn)國之一。

十幾年來，我國玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)多大20多家。其中以四川航天拓鑫玄武巖實業(yè)有限公司、浙江石金玄武巖纖維股份有限公司、牡丹江金石玄武巖纖維有限公司、山西巴塞奧特科技有限公司、河北通輝科技有限責(zé)任公司、營口洪源玻纖科技有限公司等為代表，但近年來涌現(xiàn)出一批新興加工企業(yè)。在生產(chǎn)技術(shù)方面，已有幾家大企業(yè)向大型池窯、多紡位和大漏板方向發(fā)展，實現(xiàn)了生產(chǎn)高效化、產(chǎn)品低成本化和低離散系數(shù)。

四川省玻纖集團股份有限公司于2017年開始建設(shè)3000 t/a的池窯法玄武巖纖維生產(chǎn)線，19年還投資5.3億元在德陽市羅江經(jīng)開區(qū)建設(shè)3萬t/a的全球最大玄武巖纖維生產(chǎn)線，此外投資1億元在德陽金山工業(yè)園建設(shè)1萬t/a的玄武巖纖維復(fù)合材料生產(chǎn)線。2020年5月建成一期1萬t/a的采用電氣混合純氧燃燒的單元池窯拉絲法示范項目并投產(chǎn)。該單元窯共24個漏板，技術(shù)特點是將85%的玄武巖礦添加其他組分，通過微調(diào)達到設(shè)定的最佳配方，使原料穩(wěn)定，同時通過加工成粉末使其熱穿透性好，并能自動控制黏度－溫度關(guān)系。漏板孔數(shù)1200～2400，并擁有表面改性技術(shù)。二期工程擬建2萬t/a的大型生產(chǎn)線，窯爐面積全球最大，共有48個漏板，預(yù)期2023年建成投產(chǎn)。產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域包括短切纖維增強瀝青道路、復(fù)合板材、拉擠型材、模壓復(fù)合材料，以及與中國海洋大學(xué)合作開發(fā)的用于海島工程的混凝土補強材料等。2022年，四川玻纖生產(chǎn)玄武巖纖維紗達到7800噸。

四川謙宜復(fù)合材料科技有限公司在2020年其玄武巖連續(xù)纖維生產(chǎn)實現(xiàn)突破，開發(fā)高質(zhì)量玄武巖原料配方技術(shù)，并采用世界首創(chuàng)2400孔漏板拉絲技術(shù)，建成世界首臺2400孔漏板（目前我國對玄武巖制造的工藝主要還是以200、400