玄武巖纖維（Basalt Fibre）玄武巖纖維是以天然玄武巖石料為原材料，在 1450～1500℃下熔融后通過鉑合金拉絲漏板高速拉制而成的連續纖維。
1840年，英國科學家威爾斯首次嘗試從玄武巖中提取纖維，但直到1923年，法國發明家保羅·德才申請了一項專利，該技術可以將纖維從玄武巖礦石中通過設備生產出來。到20世紀60年代，全蘇玻璃鋼與玻璃纖維科研院烏克蘭分院根據蘇聯國防部的指令，著手研制連續玄武巖纖維，并于1985年實現了連續玄武巖纖維工業化生產。1991年蘇聯解體后，玄武巖纖維的制備技術得以在烏克蘭和俄羅斯延續，并用于民用設備和設施。2001年，中國將玄武巖纖維的研發作為中俄政府間的合作項目，在2002年被列入“863”計劃并于2003年成立橫店影視上海俄金玄武巖纖維有限公司。2010年，中原地區玄武巖纖維的應用主要在建筑、道路、玻璃鋼領域。2014年通過了ISO/TS16949體系認證，使其在汽車領域的應用迅速發展。2017年，中國玄武巖纖維的產量達到10000t。俄羅斯、烏克蘭、中國、格魯吉亞、德國、比利時、奧地利等國家都有連續玄武巖纖維的生產廠家，但產能主要集中在俄羅斯、烏克蘭和中國。
玄武巖纖維是繼碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯后的第四大高技術纖維，是中國重點發展的四大纖維之一，并已實現了工業化生產。玄武巖纖維通過壓碎玄武巖巖石一步法成型，是優良的絕緣體，具有生物惰性和環境友好性，它的平均密度為2.6~2.7g/em’。玄武巖纖維一般分為普通玄武巖棉、超細玄武纖維和連續玄武巖纖維，連續玄武纖維是以天然玄武巖礦石為原料，將其破碎后在熔窖中以1450~1500℃熔融后，通過鉑銠合金拉絲板制成的連續纖維。玄武巖纖維是一種新型無機環保綠色高性能纖維材料，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成，具有熱傳導系數低、抗拉強度高、力學性能好、耐高低溫、防紫外線、耐酸耐堿耐鹽、抗老化等優點，以其為原材料制備的各種產品被廣泛應用于國防軍工、航空航天、消防、環保、車船制造、電力電子、體育、醫療、土木工程、石油化工、交通運輸等領域，對國防建設、重大工程和產業結構升級具有重要的推動作用。
歷史與發展
世界各國發展
1840年，英國科學家威爾斯（Wills）首次嘗試從玄武巖中提取纖維。然而，直到1923年，法國發明家保羅·德（Paul Dhe）申請了一項專利，該技術可以將纖維從玄武巖礦石中通過設備生產出來。 1954年蘇聯莫斯科玻璃和塑料研究院研究開發出玄武巖連續纖維。1960年蘇聯開始玄武巖纖維的研制，并將其用于軍事和航天領域。20世紀70年代在美國盡管玄武巖纖維的研究受到玻璃纖維的沖擊，但研究一直沒有中斷，在1979年華盛頓州立大學的奧斯汀（Austin）和蘇布蘭馬尼安（Subramanian）獲準美國專利，他們的研究主要集中在天然玄武巖中引入鐵氧化物提高纖維拉伸強度，并解釋了玄武巖化學組成和纖維可紡性之間的關系，證明硅偶聯劑和氧化錯凝膠分別可以改善纖維強度和耐堿性。1985年蘇聯科學家和工程技術人員實現了玄武巖纖維的工業化生產，他們的相關研究工作系統介紹了工藝參數對于玄武巖纖維性能的影響。1991年蘇聯解體后，玄武巖纖維的制備技術得以在烏克蘭和俄羅斯延續，并用于民用設備和設施，具有代表性的企業是烏克蘭的別爾江斯克工廠（Berdyansk）和俄羅斯的蘇多格達工廠（Su dog-da）。2005年全世界CBF的生產總量不超過3500噸，有一定規模的生產企業不超過6家。全世界生產CBF的技術尚處于初級發展階段，受純天然玄武巖礦石溶體易析晶、導熱性差等特殊生產工藝難度的影響，全世界CBF的穩定生產技術一般均停留在200孔拔絲漏板的初級水平上，蘇聯使用了400孔拉絲漏板，美國使用了800孔拉絲漏板。
中國發展
中國自20世紀70年代開始，國家建筑材料科學研究院、南京玻璃纖維研究設計院等單位，對連續玄武巖纖維的生產技術進行了研究，但未實現工業化生產。2001年，中國將玄武巖纖維的研發作為中俄政府間的合作項目，在2002年被列入“863”計劃并于2003年成立橫店影視上海俄金玄武巖纖維有限公司。黑龍江省寧安市鏡泊湖耐堿玄武巖纖維有限公司是中國第一家專業化生產玄武巖纖維及其制品的企業，創建于2001年，匯集了一批玄武巖纖維研發、生產及應用一體化的精英，逐步形成廠專業研究、開發、生產、管理的現代化企業特色。2002年中國將“連續玄武巖纖維及其復合材料”列入國家國家高技術研究發展計劃，承擔該課題的橫店影視上海俄金玄武巖纖維有限公司經過近兩年的開發，采用特殊的生產技術和“一步法”工藝，取得了以純天然玄武巖(即不添加任何輔料)為原料生產連續纖維的研發成果，實現了工業化生產。擁有自主知識產權的863計劃成果為CBF項目的產業化奠定了堅實的基礎。北京航空航天大學、東北大學、黑龍江大學、北京建筑工程學院、西南科技大學等也在進行CBF的生產研究和性能研究，這些生產玻璃鋼的企業(如洛玻集團)也在進行CBF的生產工藝研究。
2017年，中國玄武巖纖維的產量達到10000t。俄羅斯、烏克蘭、中國、格魯吉亞、德國、比利時、奧地利等國家都有連續玄武巖纖維的生產廠家，但產能主要集中在俄羅斯、烏克蘭和中國。2010年，中國玄武巖纖維的應用主要在建筑、道路、玻璃鋼領域；2014年通過了ISO/TS16949體系認證，使其在汽車領域的應用迅速發展；2017年被列入“十三五”規劃，中國玄武巖纖維的研發正在迅猛發展，各個研究機構的相關科研成果不斷推出，中國成為少數幾個掌握玄武巖纖維生產技術的國家之一。
結構組成
組成
玄武巖纖維是一種新型無機環保綠色高性能纖維材料，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成。在PHLIPS XL30 EDS電子探針能譜儀，測度玄武巖纖維的元素含量，發現其主要成分有：Si=26.36%、Ca= 18.93%、AI=7.89%、Mg=6.90%、O= 31.81%、K=1.18%、Na=1.63%、Ti=1.26%、Fe=4.04%。SiO2是玄武巖連續纖維中最主要的成分，含量占40%—60%，被稱為網絡形成物，保持了纖維的化學穩定性和機械強度；Al2 03的含量也較高，含量占12%～19%，提高了纖維的化學穩定性、熱穩定性和機械強度，為提高復合材料的力學性能打下良好的基礎；Ca0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的含量為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。
結構
玄武巖纖維是一種由熔融玄武巖經過牽伸和冷卻形成的材料。在光學顯微鏡下觀察，玄武巖纖維的宏觀結構表現為光滑的圓柱狀，類似于一根極細的管子。其截面呈完整的圓形，這一特征是由于在纖維成型的過程中，熔融玄武巖在表面張力的作用下收縮，以達到表面積最小化，從而形成圓形截面。
產品特點
高溫性能
玄武巖纖維適用的溫度很廣泛，可以在-200攝氏度—600攝氏度大范圍溫度內使用，這一持續使用溫度遠高于無堿玻璃纖維、E-玻璃纖維及芳綸等，同時，玄武巖纖維在900龍下具有較低的質量損失率，并且耐高溫性能較穩定。
力學性能
玄武巖纖維因其硅土四面體形成的網狀骨架結構使其具有優異的力學性能，抗拉強度可達3500~4800MPa，高于鋼纖維、芳綸；玄武巖纖維的彈性模量可達90GPa，高于E-玻璃鋼、石棉和硅纖維等。
化學穩定性
玄武巖纖維在惡劣環境中表現出良好的化學穩定性，尤其是在堿環境下，玄武巖纖維質量損失比玻璃纖維質量損失小，而且后期玄武巖纖維侵蝕也較玻璃纖維緩慢。這種優異的耐腐蝕性和化學穩定性使得玄武巖纖維在橋梁、道路、隧道、海洋環境、建筑結構等領域被廣泛運用。
電絕緣性能和吸音性能
玄武巖纖維的體積電阻率遠高于E-玻璃纖維，具有良好的電絕緣性能，因此，可廣泛應用于電路板制造行業；玄武巖纖維的吸音系數為0.9~0.98，可用作吸音和隔音材料。
綠色無毒環保
玄武巖纖維是通過高溫熔融玄武巖礦石并拉絲而成，具有類似于天然礦石的硅酸鹽組分，廢棄后可在環境中生物降解，對環境無害，不污染環境。
質量輕
連續玄武巖纖維的密度一般為2.6~2.8g/em’，略高于玻璃纖維，高于碳纖維和有機纖維，是鋼材的1/4。
蠕變性能優良
連續玄武巖纖維的蠕變斷裂應力為55%(f為靜力拉伸強度)接近碳纖維(71%)，超過芳綸纖維(50%)，遠高于玻纖維(29%)。
透波性和吸波性優良
用連續玄武巖纖維增強沒藥樹制成復合板，在8~18GHz下進行了測試，發現該材料具有一定的吸波性能。
常見分類
通用型玄武巖纖維
通用型玄武巖纖維（general basalt fiber）是具有一定的拉伸強度、拉伸彈性模量、耐堿鹽侵蝕性和耐高溫性的玄武巖纖維。
高強度玄武巖纖維
高強度玄武巖纖維（high strength basalt fiber）是拉伸強度比通用型高20%以上的玄武巖纖維，簡稱高強型。
高模量玄武巖纖維
高模量玄武巖纖維（high modulus basalt fiber）是拉伸彈性模量比通用型高12%以上的玄武巖纖維，簡稱高模型。
耐堿鹽侵蝕玄武巖纖維
耐堿鹽侵蝕玄武巖纖維（resistance to alkali salt of chemical erosion basalt fiber）是經規定的堿、鹽混合溶液處理后，紗線的拉伸斷裂強度比通用型高75%以上，具有顯著的耐堿和耐鹽侵蝕能力的玄武巖纖維，簡稱耐堿鹽型。
耐高溫玄武巖纖維
耐高溫玄武巖纖維（high temperature resistant basalt fiber）是經規定的高溫條件處理后，紗線的拉伸斷裂強度比通用型高一倍以上，具有顯著的耐高溫能力的玄武巖纖維，簡稱耐溫型。
連續玄武巖纖維
連續玄武巖纖維是以天然的玄武巖、玄武安山巖、安山巖、輝綠巖等火山石作為原料，經1 500 ℃以上的高溫熔融、均化、澄清后，通過精細拉絲成型的連續纖維，屬于無機化合物非金屬材料。因生產過程中，幾乎沒有“三廢”產生，其又被稱為新型綠色材料。
工藝與制備
設備
生產玄武巖連續纖維的設備有破碎機（磁選機）、混料機、稱料器、加料機、預熱池、熔窯、澄清池、單絲涂油裝置、自動卷繞拉絲機、原絲烘干窯、無捻粗紗機、紡紗機、溫度控制裝置、水控制系統等。
工藝
其制備工藝分為四個階段：選料階段、磨料階段、熔融階段及拉絲階段。
首先要選用合適的玄武巖石礦原料，經破碎、清洗后的玄武巖原料儲存在料倉中待用。然后，經喂料器用提升輸送機輸送到定量下料器喂入單元熔窯，玄武巖原料在1500°C左右的高溫初級熔化帶下熔化。經天然氣噴嘴燃燒加熱，熔化后的玄武巖熔體流入拉絲前爐，玄武巖熔體經鉑銠合金漏板拉制成纖維，拉制成的玄武巖纖維在施加合適浸潤劑后經集束器及纖維張緊器，最后至自動卷絲機收卷。
制備
玄武巖纖維的制備方法玄武巖纖維的制備方法主要有兩種：池窯拉絲法和旋噴法（也稱Junkers法）池窯拉絲法用于生產連續纖維，旋噴法用于生產短纖維。
池窯拉絲法
連續玄武巖纖維的制備過程與玻璃纖維池窯拔絲法制備過程相近，主要差別在于原料，玄武巖纖維生產原料是玄武巖，玄武巖在入窯前需要進行破碎和水洗，之后進行玻璃熔融和澄清，通過溫度精細控制，調整熔融玻璃的黏度，經過鈕缽漏絲板成纖，經過空冷、表面上膠，由卷絲機卷制成玄武巖纖維。可以通過調整熔融溫度和卷絲速度來控制纖維細度。一般SiO2含量控制在45%-50%之間。
旋噴法
旋噴法生產設備主要由三個水平軸旋轉圓筒和上面配置若干噴嘴的圓盤組成，圓盤垂直于圓筒的軸線。制備短纖維時，玄武巖熔體首先被傾倒在被稱為加速筒的旋轉的上面圓筒上，進而，由于離心力作用，到達被稱為成纖筒的下面兩個旋轉同上，成為融滴狀，融滴狀液滴在高速壓縮空氣作用下形成細而長的纖維狀，從而形成玄武巖短纖維。通常情況下，形成的短纖維在一端或兩頭形成圓球狀，該形狀會對其應用產生影響。
應用
聲熱絕緣復合材料
玄武巖纖維的導熱系數隨纖維直徑的減小而減小，隨纖維密度的增大先減小后增大，選用合適線密度和密度的玄武巖纖維可使玄武巖纖維導熱系數很低，此種玄武巖纖維可作為熱絕緣復合材料。同時由于玄武巖纖維的使用溫度范圍和抗震性能優良，可用于高溫作業的防護服和低溫保溫服。由玄武巖纖維織成具有多孔結構和無規則排列的板狀或網狀結構時，吸聲性能好，且隨著纖維層厚度的增加和密度的減少而增強，因此，可制成聲絕緣復合材料應用于航空、船舶、機械制造、建筑行業中作為隔音材料。用玄武巖纖維還可制造一系列兼備聲、熱隔絕性能的復合結構材料，用于防火墻、防火門、電纜通孔等特殊工業或高層建筑防火設施中。
高溫過濾材料
玄武巖纖維是一種新型的綠色環保材料，可用于有害介質、氣體的過濾、吸附和凈化，特別是在高溫過濾領域，玄武巖纖維的長期使用溫度是650T，玄武巖纖維遠優于傳統過濾材料，是過濾基布、過濾材料、耐高溫氈的首選材料，還可用于抗生素生產過程中的空氣凈化和消毒。
混凝土增強、建筑修復、加固材料
玄武巖纖維強度高、分散性好，是混凝土、砂漿的良好增強材料，可提高制品的抗拉強度和建筑工程的防滲抗裂性。玄武巖纖維較高的強度、彈性模量、耐高溫和優良的耐化學腐蝕性能，使其在水泥基復合材料中有廣闊的應用前景；上述特性還使其可廣泛用于梁、柱、板、墻等結構的補強，以及橋梁、隧道、水壩等其他土木工程的加固，特別是抗震加固方面。
道橋土工材料
玄武巖纖維具有較高的強度、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材料一纖維布，起到抗疲勞開裂、耐高溫車轍、抗低溫縮裂以及加強軟土層等作用。2024年5月23日，由青島市公路中心主編的《公路絮狀玄武巖纖維瀝青混合料施工標準》通過中國工程建設標準化協會立項，標志著青島對絮狀玄武巖纖維瀝青混合料的相關研究達到了國內領先水平。
功能服裝領域
玄武巖纖維在功能服裝領域的應用：玄武巖纖維布具有高強度、永久阻燃性、短期耐溫在1000℃以上，可長期在760℃溫度環境下使用，是頂替石棉、玻璃纖維布的理想材料。按玄武纖維布的斷裂強度高、耐溫高、具有永久阻燃性。是Nomex(芳綸1313)、凱夫拉(聚對苯二甲酰對苯二胺)、Zylon（PBO纖維）、碳纖維等高性能纖維和先進纖維的低價替代品。將玄武纖維布經化學印染整理可以染色和印花。經功能性整理，例如有機氟整理可做成防油控水永久阻燃布。玄武纖維布可制造的服裝有：消防員滅火防護服，隔熱服，避火服，爐前工防護服，電焊工作服，軍用裝甲車輛乘員阻燃服。
軍工領域
由于玄武巖纖維隔熱、耐溫、防火，玄武巖纖維制備的復合材料可廣泛應用于耐溫防熱材料，應用于導彈、火箭、火炮的防熱部件。
汽車領域
由于玄武巖纖維力學性能優異，因此可應用于制備汽車輕量化復合材料。與鋁合金產品相比，玄武巖纖維復合材料新能源汽車電池殼體，可實現減重30%~50%，且耐腐蝕、隔熱防火。玄武巖纖維復合材料汽車板簧產品在達到相同使用性能的同時，可較傳統金屬板簧減重50%-70%，疲勞壽命是金屬板簧的5倍。
航空航天
將玄武巖纖維和有機高分子化合物基體采用特定的工藝成型后制得的纖維增強復合材料則具有高強度比，可以用來制造坦克、艦船、飛機的外殼。
體育用品
玄武巖纖維還可以用于制備體育休閑用品，如：滑雪板、自行車、羽毛球拍等。
性能參數
相關標準
相關影響
玄武巖纖維既是21世紀符合生態環境要求的綠色新材料，又是一個在世界高技術纖維行業中可持續發展的有競爭力的新材料，大力發展玄武巖纖維及其復合材料產業具有非常重要的意義。
發展趨勢
發展方向
截至2020年，全世界生產的玄武巖纖維甚至不能滿足需求的百分之一。同時，中國玄武巖資源十分豐富，甘肅、黑龍江、新疆、山西、四川等地均有大量的玄武巖礦產資源分布。如果這些大部分被用來鋪路的石頭得到充分利用，變成纖維材料，將會對新材料產業有很大促進作用。玄武巖纖維因其優異的熱學、力學、電磁學等特性，再加之較其他高性能纖維成本低，玄武巖纖維未來的應用領域十分廣闊。無論是軍工、民工還是基建，無論是作為濾袋、軍事設備的結構材料還是過濾材料、隔音隔熱材料，玄武巖纖維及其復合材料都有用武之地。目前在產業用紡織品上，玄武巖纖維開始展露，但在日常服飾中，玄武巖纖維使用很少，未來可以利用其電磁學、耐熱性等性能，朝著智能紡織品方向應用。
面臨挑戰
玄武巖纖維技術出現僅30年，世界各國對該技術的應用都處于初級階段。中國國玄武巖纖維在建筑領域的應用尚處于初級階段，市場需求進一步發展尚面臨諸多應用技術難題:
1.進一步降低生產成本，穩定產品性能完善行業標準體系。
2.玄武巖纖維是脆性材料。
3.纖維密度較大，耐磨性差，織造性能不理想。
4.在相同水灰比條件下，水泥膠砂流動性隨玄武巖纖維摻加量的增加而降低，對混凝土工作性能產生不良影響。
5.中國成膜劑研發水平尚處于全球中低端水平，不能滿足高性能玄武巖纖維的生產要求。
相關事件
2024年6月3日，月表取樣完成后，嫦娥六號探測器著陸器攜帶的一面由玄武巖纖維制成的五星紅旗在月球背面成功展開，這是中國首次在月球背面獨立動態展示國旗。這面“石頭版”五星紅旗由武漢紡織大學研制，研制團隊遵從“原位利用”的原則，采用與月壤化學成分相近的玄武巖作為國旗的核心材料。
參考資料 >
“點石成金”的硬核材料——玄武巖纖維.武漢市科學技術局.2024-01-23
玄武巖纖維.武漢紡織大學紡織科學與工程學院.2024-01-23
中國玄武巖纖維市場發展現狀及未來五年發展機會分析報告.觀研報告網.2024-06-02
中國科學院新疆理化技術研究所.新華社.2024-06-02
騰沖市玄武巖纖維后制品產業園項目.保山市人民政府.2024-01-23
武漢紡織大學研制的嫦娥六號“石頭版”五星紅旗在月球成功展示.中國日報網.2024-06-05