Analysis of Current Status of Continuous Basalt Fiber Production and Product Development
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摘要:
连续玄武岩纤维（Continuous Basalt Fiber，简称CBF）是由天然的玄武岩矿石在高温下拉制而成。相对于石棉、岩棉等短纤维，CBF具有较高的长径比，不易被肺部吸入，同时在生产过程中耗能低、制备过程无污染，因而被称为绿色材料。相对于玻璃纤维，CBF具有优良的耐碱性，同时具有宽范围耐温性（-196℃~700℃），高强、绝热及高介电性能等。但现阶段CBF产量并不高，原因是多方面的，包括原料成分、设备和工艺等多诸多问题。本综述论文给出了CBF原料中SiO2、Al2O3、FeO+Fe2O3等主成分影响拉丝工艺的经验规律，分析了漏板、窑炉均化、浸润剂、及熔制技术等影响因素。同时，本文就玄武岩资源与CBF产业现状、CBF复合材料研发及CBF应用领域给出了介绍，该内容不仅包括建筑、防火隔热等传统领域，还包括汽车轻量化、过滤环保及电子技术等高技术领域。最后简述了我国开发CBF所存在问题，并给出展望。
Abstract:Continuous basalt fiber (CBF) is made from natural basalt ore at high temperatures. Due to the fact that CBF is much longer than asbestos fiber, and is not easily inhaled by lungs, the CBF was believed as an eco-friendly and sustainable green material. Compared with glass fiber, CBF has excellent alkali resistance, wide temperature resistance, high strength, heat insulation and high dielectric properties. However, the current CBF production is not high, there are many reasons, including raw materials, equipment, processes and many other problems. This review gives the empirical rules of the influence of SiO2, Al2O3, FeO+Fe2O3 and other main components on the drawing process in CBF raw materials, and analyzes the influencing factors such as leakage plate, kiln homogenization, sizing agent and melting technology, which makes the reader understand the CBF production process. At the same time, this paper introduces the status of basalt resources and CBF industry, CBF composite material research and CBF application fields. The content includes not only traditional fields such as construction, fire and heat insulation, but also high-tech fields such as lightweight of automobile, filtration and environmental protection and electronic technology. Finally, the problems existing in the development of CBF in China are briefly described and the prospects are given.
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Key words:
- continuous basalt fiber /
- development /
- application /
- market /
- report
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表 1 2017年各国生产规模及世界占比
Table 1. Production scale and proportion of the world in 2017
国家 生产规模/t 世界占比/% CBF主要生产企业名称 乌克兰 900 14 乌克兰的基辅乌日(TOYOTA)合资企业、乌克兰别列切绝缘材料生产联合体、Technobasalt公司、俄罗斯SUDAGLASS和乌克兰Khmelnitsky reg的合资企业 俄罗斯 1 600 24 俄罗斯SUDAGLASS、Kamenny Vek、IVOTGLASS股份有限公司与另一国家级研究院内部设立的工厂 德国 200 3 德国DBW公司(直接生产短切玄武岩纤维) 美国 / / 新泽西州的玄武岩纤维公司(产品几乎100%供军方，后被美国军方最大的一家用户收购)、玄武岩纤维工业联盟BAF已在美国德洲Woodlands成立，将全力推广玄武岩纤维材料的应用 比利时 300 5 比利时Masureel控股公司的Basaltex试验室、Isomatex S.A. 韩国 200 3 韩国三界建设 奥地利 300 5 Asamer Basaltic Fibers GmbH 加拿大 200 / 加拿大Albarrie公司 中国 3 050 47 见表 2 
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表 2 2010年中国国内主要厂家产能/t[15]
Table 2. Capacity of major Chinese manufacturers of 2010
企业名称 工艺路线 年产量/t 进入行业时间 浙江石金玄武岩纤维 全电熔炉 600 2013.12 四川航天拓鑫玄武岩实业 气电结合炉 550 2003.7 辽宁金石科技集团 全电熔炉、气电结合 500 2009.1 牡丹江金石玄武岩纤维 全电熔炉 200 2007.4 山西巴塞奥特科技 气电结合炉 100 2008.8 营口市洪源玻纤科技 全电熔炉 50 2008.3 江苏天龙玄武岩连续纤维 全电熔炉 50 2009.11 河北通辉科技 气电结合炉 50 2010.8
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表 3 用于生产CBF典型玄武岩成分[73]
Table 3. Typical basalt compositions used to produce CBF
/% SiO2 Al2O3 Fe2O3+FeO CaO MgO Na2O+K2O TiO2 45~69 12~19 5~15 6~12 3~7 2.5~6 2~4
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表 4 不同产地和成分的CBF及性能
Table 4. Composition and properties of CBF from different origins
样品 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11# 12# SiO2/% 54.50 52.15 54.55 52.00 58.17 53.03 52.80 52.80 49.58 50.61 56.43 51.98 Al2O3/% 18.10 16.89 15.23 17.20 20.41 15.64 17.50 18.14 16.39 16.46 16.89 16.56 SiO2+Al2O3/% 72.60 69.04 69.78 69.20 78.58 68.67 70.30 70.94 65.97 67.07 73.32 55.78 Fe2O3/% 5.70 6.03 4.19 5.00 3.30 2.15 5.30 5.28 3.15 3.20 3.49 3.27 FeO/% 5.03 5.86 4.05 5.00 2.80 6.90 5.00 5.10 7.30 7.11 6.07 6.87 Fe2O3+FeO/% 10.73 11.89 8.24 10.00 6.10 9.05 10.30 10.38 10.45 10.32 9.56 8.33 CaO/% 8.10 5.02 6.54 8.60 7.11 8.49 8.59 8.44 7.64 7.07 3.81 6.30 MgO/% 2.48 5.47 5.17 5.20 2.69 6.40 4.63 3.72 6.25 5.47 1.06 4.43 CaO+MgO/% 10.58 10.49 11.71 13.80 9.80 14.89 13.22 12.16 13.89 12.54 4.87 8.30 K2O/% 2.11 1.40 2.30 1.00 0.60 0.63 1.46 1.37 1.97 2.51 5.54 3.22 Na2O/% 3.31 4.67 4.04 5.00 2.50 3.42 3.34 2.24 4.22 3.75 1.05 3.11 K2O+Na2O/% 5.42 6.07 6.34 6.00 3.10 4.05 4.80 3.61 6.19 6.25 6.59 5.16 (SiO2+Al2O3+Fe2O3+FeO+TiO2)/(CaO+MgO+K2O+Na2O)/% 5.28 4.95 4.37 4.05 6.63 4.16 4.55 5.23 3.90 4.25 7.67 4.83 强度/(N/tex) 0.8026 0.6873 0.5174 0.4525 1.0606 0.5963 0.7249 0.7438 0.4710 0.4489 0.9014 0.3569 耐碱性/% 73.7 81.9 80.8 90.2 63.3 76.3 76.1 73.8 90.2 91.3 71.7 72.6 耐温性/% 76.3 96.3 84.6 68.3 63.7 73.7 88.4 78.5 75.6 87.0 91.9 77.9
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表 5 性能较好的CBF成分范围
Table 5. Composition of good properties CBF
SiO2+Al2O3/% Fe2O3+FeO/% CaO+MgO/% K2O+Na2O/% (SiO2+Al2O3+Fe2O3+FeO+TiO2)/(CaO+MgO+K2O+Na2O)/% 67~78 10~12 9~14 4~6 4~7
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性能 抗拉强度/MPa 弹性模量/GPa 断裂伸长率/% 单丝直径/μm 连续玄武岩纤维[84] 3 500~3 800 90~110 3.2 6~21 玻璃纤维[83] 1 500~3 500 70~80 2~ 8 / E玻璃纤维[84] 3 100~3 800 73~78 4.7 6~21 S玻璃纤维[84] 4 500~4 800 88~91 5.6 6~21 Advantex[84] 3 100~3 800 80~81 4.6 / Keylar49[84] 2 700~3 000 120~130 2.3 12 碳纤维[85] 2 500~3 500 230~240 1.6 5~15 芳纶纤维[85] 2 900~3 400 70~140 2.8~3.6 / 钢纤维[83] 380~1 300 200 3~30 / 聚丙烯纤维[83] 270~700 4~9 7~9 / 碳纤HS[83] 3 500~6 500 230~240 1.2 /
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性能 连续玄武岩纤维 E玻璃纤维 硅土纤维 吸音系数/% 0.9~0.99 0.8~0.93 0.85~0.95
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图(4)
表(11)
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