玄武巖纖維PPT課件

1、玄武巖纖維（CBF）的介紹與應(yīng)用陳銀06120114數(shù)學(xué)科學(xué)院前言我國現(xiàn)很多房屋、橋梁、隧道等建筑物，由于材料老化、荷載增加、結(jié)構(gòu)部分損壞、使用功能改變、設(shè)計與施工缺陷以及地震、戰(zhàn)爭等原因，均會導(dǎo)致原有結(jié)構(gòu)的承載力滿足不了要求，為此，需進行加固和修復(fù)。目前面臨著大規(guī)模的補強加固、改建和擴建工程,其中建筑材料的選擇尤為重要。新型復(fù)合建筑材料發(fā)展很快,主要有鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土、碳纖維混凝土等。玄武巖纖維是近幾年在中國發(fā)展起來的新型材料,由于其較其他纖維材料性能優(yōu)異、性價比好,尤其具有良好的抗拉強度和韌性,在防護工程補強加固、抗爆方面具有廣闊的應(yīng)用前景。玄武巖纖維（CBF）的形成玄武巖纖維

2、是以天然的火山噴出巖作為原料，將其破碎后加入熔窯中，在14501500C熔融后，通過鉑銠合金拉絲漏板制成的連續(xù)纖維。玄武巖纖維（CBF）的組成玄武巖纖維的成分幾乎囊括了地殼中的所有元素包括Si,Mg,Fe,Ca,Al,Na,K等主要元素成分,約占99%以上。在PHLIPS XL30 EDS電子探針能譜儀上進行玄武巖纖維元素含量的測定,發(fā)現(xiàn)其主要成分如下下(原子分?jǐn)?shù)/%):Si=26.36,Ca=18.93,Al=7.89,Mg=6.90,O=31.81,K=1.18,Na=1.63,Ti=126,Fe=4.04。玄武巖纖維與其他玻璃纖維成分的比較SiO2是玄武巖連續(xù)纖維最主要的成分,占45%6

3、0%,被稱為網(wǎng)絡(luò)形成物,它保持了纖維的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度;Al2O3的含量也較高,占12%19%,提高了纖維的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和機械強度,為提高復(fù)合材料的力學(xué)性能打下良好的基礎(chǔ)；CaO的含量為6%12%,對提高纖維耐水的腐蝕、硬度和機械強度都是有利的;Fe2O3和FeO的含量在5%15%,含鐵量高,使纖維呈古銅色;玄武巖纖維中還含有Na2O,K2O,MgO和TiO2等成分,對提高纖維的防水性和耐腐蝕性有重要作用。玄武巖纖維的結(jié)構(gòu)純天然的CBF外觀呈光滑的圓柱體，其截面呈完整的圓形；圖a所示為玄武巖纖維在體視顯微鏡下觀測的外觀形態(tài)圖；圖b中間位置的黑色原點為玄武巖纖維經(jīng)過切片獲得的纖維截面

4、圖；宏觀結(jié)構(gòu)上,玄武巖纖維的外觀很像一根極細(xì)的管子,呈光滑的圓柱狀,其截面呈完整的圓形（a）（b）玄武巖纖維的性能新型環(huán)保材料物理性能化學(xué)性能拉伸強度大突出的耐溫性能彈性模量電性能隔音性較好的分散性環(huán)保性能 CBF具有非人工合成的純天然性，加之生產(chǎn)過程無害，且產(chǎn)品壽命長，是一種低成本高性能潔凈程度理想的新型綠色主動環(huán)保材料。玄武巖熔化過程中沒有硼和其他堿金屬氧化物排出，使CBF制造過程的池爐排放煙塵中無有害物質(zhì)析出，不向大氣排放有害氣體，無工業(yè)垃圾及有毒物質(zhì)污染環(huán)境。玄武巖纖維在很大程度上可代替玻璃纖維，被廣泛用于航天航空、石油化工、汽車、建筑等多領(lǐng)域，因而，CBF被譽為21世紀(jì)“火山巖變絲”

5、、“點石成金”的新型環(huán)保纖維。各種纖維材料的物理性能對比性能1：拉伸強度 一般情況下,玄武巖纖維的拉伸強度是普通鋼材的1015倍,是E型玻璃纖維的1415倍,是理想的增強材料。玄武巖連續(xù)纖維的拉伸強度為30004 840 MPa。例如E-玻纖的拉伸強度為3 1003 800 MPa,Kevlar 49為2 7583 034 MPa,碳纖維為2 5003 500 MPa。性能2：彈性模量玄武巖纖維的彈性模量與昂貴的S玻璃纖維相近,強度相當(dāng);用于織造織物重量在150210g/m2的產(chǎn)品時,織造性能良好; 可用以代替S等玻璃纖維制造絕熱制品和復(fù)合材料,制造硬質(zhì)裝甲和各種GFRP產(chǎn)品。例如,利用E玻璃

6、纖維生產(chǎn)玻璃鋼管,只能耐25個大氣壓,管徑最大為2m;而用玄武巖纖維做玻璃鋼管,則可耐60個大氣壓,管徑可達(dá)3m。性能3：耐溫性能 CBF的使用溫度范圍為：-260 650， E纖維的使用溫度范圍為：-60 350， CBF 在400下工作時，其斷后強度能夠保持85%；在600下工作時，其斷后強度仍能夠保持80%的原始強度； CBF 預(yù)先在780820 下進行處理，還能在860下工作而不會出現(xiàn)收縮，而即使耐溫性優(yōu)良的礦棉此時也只能保持50%60%的強度，玻璃棉則完全破壞。碳纖維的抗氧化性較差，在300 有CO2 和CO產(chǎn)生；間位芳綸最高使用溫度也只有250。性能4：電性能E-玻纖具有良好的電絕

7、緣性能和介電性能,在常溫下其體積電阻率和表面電阻率均大于1011m，而玄武巖連續(xù)纖維的體積電阻率和表面電阻率比E-玻纖還要高一個數(shù)量級, 玄武巖纖維的介電損耗角正切與E玻璃纖維相近,應(yīng)用專門浸潤劑處理過的玄武巖纖維,其介電損耗角正切比一般玻璃纖維還低50%,可用其制造高壓(達(dá)250KV)電絕緣材料、低壓(500V)裝置、天線整流罩以及雷達(dá)無線電裝置等,前景十分廣闊,專門浸潤劑處理的玄武巖纖維還可用于制造新型耐熱介電材料。5.隔音性由表3可見,隨著頻率增加,其吸聲系數(shù)增加。玄武巖連續(xù)纖維的吸濕性極低,吸濕能有02%03%，而且吸濕能力不隨時間變化玄武巖連續(xù)纖維制作的隔音材料在航空、船舶要低濕性材

8、料的領(lǐng)域有著廣闊的前景。性能6：較好的分散性 纖維在混凝土中的分散性極為重要,如果纖維的分散性不能滿足要求,纖維的摻入不但對混凝土或砂漿沒有增強增韌作用相反,會降低混凝土的力學(xué)性能和耐久性。 玄武巖纖維是以同屬硅酸鹽的火山噴出巖為原料制成的,與混凝土有著基本相同的成分,也較接近,所以CBF的相容性和分散性優(yōu)于其他增強纖維,同時與混凝土有很好的粘結(jié)性能?；瘜W(xué)穩(wěn)定性是指纖維抵抗水、酸、堿等介質(zhì)侵蝕的能力。通常以受介質(zhì)侵蝕前后的質(zhì)量損失和強度損失來度量。表4是玄武巖連續(xù)纖維和E-玻纖在不同介質(zhì)中煮沸3 h后質(zhì)量損失率 。玄武巖的化學(xué)性能（4）THANK YOUSUCCESS2022/7/1916可編

9、輯表5是2種纖維在不同介質(zhì)中浸泡2 h后強度保留率；從表4、5看出,玄武巖連續(xù)纖維比玻璃纖維具有更穩(wěn)定的化學(xué)性能。該特性為玄武巖連續(xù)纖維在橋梁道、堤壩等混凝土結(jié)構(gòu)以及瀝青混凝土路面、飛落跑道等經(jīng)常受到高濕度、酸、堿類介質(zhì)作用的結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。玄武巖連續(xù)的最高使用溫度為650,高于其它一些高技維,如碳纖維的最高使用溫度為500,E-玻350,Kevlar 49為250 。由于玄武巖連續(xù)的使用溫度高達(dá)650,再加上它的耐酸、耐堿能,因而玄武巖連續(xù)纖維是用于高溫腐蝕性氣煙層過濾，腐蝕性液體過濾的優(yōu)質(zhì)材料。玄武巖的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝流程圖選料要求玄武巖礦石作為原料必須經(jīng)過高溫熔化后能形成玻

10、璃體,即在高溫下形成玄武巖熔融玻璃體。玄武巖玻璃必須滿足熔制和成型工藝的要求。拉絲溫度不能過高,必須滿足鉑銠(Pt-Rn)合金對拉絲的要求,其玄武巖熔融玻璃體的溫度粘度曲線必須滿足拉絲工藝要求。玄武巖礦產(chǎn)儲量要大,組分含量要穩(wěn)定,易于開采加工,運輸方便,價格低廉是生產(chǎn)玄武巖連續(xù)纖維的基本保證。磨料、熔融階段玄武巖礦基面經(jīng)過化驗分析后,確定滿足可以拉制連續(xù)纖維的條件,將玄武巖基石粉碎成05mm,粉料經(jīng)磁選后進入混料機均勻攪拌成待用料進入料倉,或自動加料喂料機將玄武巖原料自動加入到預(yù)熱池加熱,進入預(yù)熱池的玄武巖粉料溫度逐漸升到600900,然后進入熔化池熔, 玄武巖的熔融是在電爐內(nèi)進行的，依靠電爐

11、內(nèi)電極的輻射和高溫氣流的對流。通過在熔化區(qū)與作業(yè)區(qū)設(shè)分隔墻、上升通道、熱屏、薄層熔融體溢流帶和溜槽等部分,保證工業(yè)參數(shù)的穩(wěn)定 。研究表明由于玄武巖的最高析晶溫度約為1280。故當(dāng)溫度升至1320時有熔巖流出，1340保溫階段時，熔巖流動就較急，但不太穩(wěn)定，一般能自動帶出2一3m的纖維，用牽引棒牽引時用手能拉出2-3m左右的纖維，經(jīng)測量，纖維平均直徑為122um，在1360的保溫階段的最后階段時熔巖就呈流水狀，不易成絲。這些措施可以去除結(jié)晶水、氣泡和泡沫,使玻璃熔體的體積穩(wěn)定,得到平整光滑穩(wěn)定的液面,有利于玄武巖熔體溫度和粘度的穩(wěn)定性,同時也消除了由于窯爐液面的波動對單絲直徑的影響； 玄武巖的熔

12、融過程是制備玄武巖纖維的重要環(huán)節(jié)。拉絲階段玄武巖玻璃液體從漏嘴流出時,要保證液滴在漏嘴底部不能漫流,潤濕角要大一些,減小拉絲時的漲力。拉絲過程中解決粘性流體在漏嘴中流動的流體力學(xué)問題。漏板的設(shè)計要考慮合理的結(jié)構(gòu),機械強度要好等問題,還要涉及到電流在漏板上分布均勻的問題。玄武巖玻璃液的粘度是溫度的函數(shù),所以要考慮到漏板的恒溫控制及成型區(qū)的熱交換和溫度控制。池窯通路要保證提供化學(xué)均勻性和溫度均勻性都好的玄武巖玻璃液供給漏板。為保證整個窯爐的熔化質(zhì)量,要求液面的波動要小,熱點溫度控制要穩(wěn)定等。玄武巖的應(yīng)用玄武巖纖維聲、熱絕緣復(fù)合材料1.玄武巖纖維的使用溫度范圍和抗震性能優(yōu)于玻纖,因此可應(yīng)用于高溫和超

13、低溫設(shè)備以及高溫作業(yè)的防護服和低溫保溫服；2.玄武巖纖維織成的板狀和網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)具有多孔結(jié)構(gòu)和無規(guī)則的排列方式,吸聲性能好,玄武巖纖維吸聲能力隨著纖維層厚度的增加和密度的減少而增強,玄武巖纖維可制成聲絕緣復(fù)合材料應(yīng)用于航空、船舶、機械制造、建筑行業(yè)中作為隔音材料；玄武巖纖維短切原絲氈在過濾環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用利用玄武巖纖維的耐溫特性，CBF是用于高溫過濾材料（例如除塵袋、汽車消音器濾芯）、避火消防服阻燃隔熱面料、防火卷簾、過冷防護服、防彈服、熱防護服、軍用帳篷、坦克發(fā)動機絕熱隔音罩、核潛艇等軍艦內(nèi)裝飾、火箭燃燒喉管等軍工武器裝備領(lǐng)域等優(yōu)選的新材料。玄武巖防火板在混凝土增強領(lǐng)域的應(yīng)用玄武巖纖維筋的抗堿性

14、能又比玻璃纖維筋優(yōu)異,拉伸強度也要更高一些,可大大提高混凝土制品的使用壽命。此外,用玄武巖連續(xù)纖維增強鐵路水泥枕木可增強其耐久性,尤其適合在青藏高原等氣候多變地區(qū)使用。由于抗堿性較好,據(jù)估計玄武巖連續(xù)纖維混凝土可使用70年100年。用玄武巖連續(xù)纖維增強水泥基復(fù)合材料還可降低制品的成本。由于玄武巖連續(xù)纖維具有較高的強度、彈性模量、耐高溫和優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能,其在水泥基復(fù)合材料中有廣闊的應(yīng)用前景。玄武巖鋼筋在建筑修復(fù)、加固和更新領(lǐng)域的應(yīng)用它可廣泛用于梁、柱、板墻等補強，也可用于橋梁、隧道、水壩等其它土木工程的加固，尤其是抗震加固方面具有極為廣闊的應(yīng)用前景；在道路施工領(lǐng)域的應(yīng)用玄武巖纖維具有較高的

15、強度、彈性模量和耐高低溫、耐侵蝕等性能,適用于路面土工格柵中的基礎(chǔ)材料纖維布；抗疲勞開裂；耐高溫車轍、抗低溫縮裂；加強軟土基；玄武巖纖維布在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用纖維的酸度系數(shù)Mk越低，化學(xué)耐久性越好，使用溫度也越高。CBF 的pH 值計算公式為pH=-0.060 2WSiO2-0.12 WAl 2 O3+0.232WCaO +0.120 WMgO +0.144WFe 2O 3+0.217WNa2O ，pH值越高，堿性氧化物越多，抗水性就越差，一般而言，4是最穩(wěn)定的，5是穩(wěn)定的，6是中等穩(wěn)定的。對上海俄金CBF有限公司的纖維計算，為5.48 ，pH 值為1.7。它的使用溫度范圍為-269 650 ，而玻璃纖維為60 450。在工900 高溫下CBF 的質(zhì)量損失為12%17，所以CBF用作高溫過濾材料，對抗生素生產(chǎn)過程中的空氣凈化和消毒。CBF在我國的發(fā)展前景我國有關(guān)決策部門擬從新材料的戰(zhàn)略發(fā)展高度引起充分的關(guān)注和重視，以推動我國