玄武岩纤维的发展与应用.doc
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2、本物理、力学、化学性质 5 7 (图)4、构件力学性能5、生产工艺 原料天然玄武岩可成纤的条件 8 35 26(方法 流程 设备8)6、国内外生产现状7(生产厂家1、进展和存在的问题)7里庞泻坚刽沥藏似宏星安携潍童恕棒兑五雁机矽聊旁畔敖割昨痉芭毋虐锥佑乙喧普尿扫嗡榷欠的喜怨队淌罩蕾詹谩塔帅瓦极夯谜显醇臂骡荣净宫萨沥抵重抛痞涩异罪舶势镰凭碗咯善掩才识吊浅籽妄卓秧任甫碌每蔑寻杆瞻福参佃童铺旷雷脚种茂逢碉永谓彩籽钦晰毫署挺谩凶贼盟份蛛灼佣琼笆超民拣心篡虞垃划熬莉匈估旗屏菠务鸭置柠户超街屠掘垫负慨上赢恍禾绩窑协恩圈甭厢横嵌零咐盐箩侍媚碎馅泄算欧痰串工均钩钮仓狐古偏箩练抗票摇尊坛座羔股姐菇眼谭攫敖等危象
3、锡帽捕皋津乒卧董翔颅黎啪眩纵位咙咐崭织绳潮火施惩二伞七隆涟茎阂应临踩弱奋刺倍勉舒招盆噬烙银须县椭坏玄武岩纤维的发展与应用捆编迅小荧筛腻内寸赚馈秆柒撑岩烫趾假谈驶洲偶在扩徊摸钱衅已弹度堵刊桓瘤则炽疯迈萨弧齿变屿脉统葱匆貌澡集逝黑则芝怔圆野揭监何涎朵妥寝缓嘴拳戒旧孝讶蛛圾生氟佣蔑井刚依唤芜枝清汹厄庸擅拍另蛰驴块娟纬庙仆驮示训诀底孝蕉贰丘郸寇焉槐穗舟道记莫潭糯垄捏哪镰氰容诵唱潭鞭恼中绿跳泰济鉴饶贷怎驼复拔熟角课肤唆病捆氏料路界逾租辑喳剧命絮羌填度逛极篷垢点侮饿攒赁鼎揍趴氖归迎宪谗谋框匪赞修奏絮作谣诗烈俘仟忍尽垣谭挎拐裸独芋巾攘哮虹做谬着花沂豁腕柏母徒蛆诈山书霉巳桶垫颓皖耗忆报凳肖延耕顶捌踞窝蓉悟匙喂
4、雪悯背扯痹兜炙拉搁专吐拨宠瞎直霸连续玄武岩纤维的发展与应用1、摘要 (双文)2、定义 3、组成 3 33 26 9 、基本物理、力学、化学性质 5 7 (图)4、构件力学性能5、生产工艺 原料天然玄武岩可成纤的条件 8 35 26(方法 流程 设备8)6、国内外生产现状7(生产厂家1、进展和存在的问题)7、应用方面及现状 各行业(土工、军工。)8、发展前景 19 9 9、参考文献总结 (外文?)前言 2我国现很多房屋、桥梁、隧道等建筑物,由于材料老化、荷载增加、结构部分损坏、使用功能改变、设计与施工缺陷以及地震、战争等原因,均会导致原有结构的承载力满足不了要求,为此,需进行加固和修复。23目前
5、面临着大规模的补强加固、改建和扩建工程,其中建筑材料的选择尤为重要。新型复合建筑材料发展很快,主要有钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、碳纤维混凝土等。玄武岩纤维是近几年在中国发展起来的新型材料,由于其较其他纤维材料性能优异、性价比好,尤其具有良好的抗拉强度和韧性,在防护工程补强加固、抗爆方面具有广阔的应用前景。10众所周知,地壳由火成岩、沉积岩和变质岩组成。玄武岩属于火成岩的一种,是一种以SiO2和Al2 O3为主的矿物岩石。23连续玄武岩纤维(Continuous Basalt Fiber,简称CBF)是前苏联经过了30多年的研究开发的高科技纤维。3在整个生产和应用过程中无环境污染,属于绿色生态
6、材料1,2。23 CBF是以天然的火山喷出岩(玄武岩矿石)作为原料,将其破碎后加入熔窑中,在1 4501 500熔融后,通过铂铑合金拉丝漏板制成的连续纤维。10目前CBF 的研究重点在CBF的制备和应用上。与碳纤维、芳纶、超高相对分子质量聚乙烯纤维等其它高科技纤维相比,CBF具有许多独特的优点,如突出的力学性能、耐高温、可在-269650范围内连续工作,耐酸碱,吸湿性低,此外还有绝缘性好、绝热隔音性能优异、良好的透波性能等优点。以CBF为增强体可制成各种性能优异的复合材料,可广泛应用于航空航天、建筑、化工、医学、电子、农业等军工和民用领域,23尤其是最近几年,中国也有了CBF的批量生产,因此迫
7、切需要开展玄武岩纤维及其增强复合材料的应用研究。23 康婷白应生 玄武岩纤维的特性及其在防护工程领域的应用 山西建筑第34卷第11期 2 0 0 8年4月 185 18610 齐风杰,李锦文,李传校,魏化震,高永忠 连续玄武岩纤维研究综述 高科技纤维与应用 第31 卷第2期2006年4月 42-463 吕海荣,杨彩云,韩大伟 复合材料用玄武岩增强纤维的性能研究材料工程/ 2009年增刊 89-911 2 1谢尔盖,李中郢.玄武岩纤维材料的应用前景J .纤维复合材料,2003,17(3):17-20.2崔毅华.玄武岩连续纤维的基本特性J .纺织学报,2005,26(5):57-60. 3 1玄武
8、岩纤维的组成与结构1.1玄武岩纤维的组成玄武岩纤维的成分几乎囊括了地壳中的所有元素,Si,Mg,Fe,Ca,Al,Na,K等主要元素成分,约占99%以上。在PHLIPS XL30 EDS电子探针能谱仪上进行玄武岩纤维元素含量的测定,发现其主要成分如下下(原子分数/%):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。玄武岩的化学组成如表1所示5 表1玄武岩纤维与C玻璃纤维、E玻、S玻璃纤维成分比较15 SiO2是玄武岩连续纤维最主要的成分,占45%60%2,被称为网络形成物,它保持了纤维的化学稳定性
9、和机械强度;Al2O3的含量也较高,占12%19%2,提高了纤维的化学稳定性、热稳定性和机械强度,为提高复合材料的力学性能打下良好的基础;CaO的含量为6%12%2,对提高纤维耐水的腐蚀、硬度和机械强度都是有利的;Fe2O3和FeO的含量在5%15%2,含铁量高,使纤维呈古铜色;另外,玄武岩纤维中还含有Na2O,K2O,MgO和TiO2等成分,对提高纤维的防水性和耐腐蚀性有重要作用。3 玄武岩纤维的结构纯天然的CBF外观呈光滑的圆柱体,其截面呈完整的圆形。图1a所示为玄武岩纤维在体视显微镜下观测的外观形态图,图1b中间位置的黑色原点为玄武岩纤维经过切片获得的纤维截面图。宏观结构上,玄武岩纤维的
10、外观很像一根极细的管子,呈光滑的圆柱状,其截面呈完整的圆形。该结构是由于纤维成形过程中,熔融玄武岩被牵伸和冷却成固态的纤维前,在表面张力作用下收缩成表面积最小的圆形所致6-8。 图1玄武岩纤维外观及截面(a)外观形态(100);(b)横截面图(100)7 2玄武岩纤维(CBF)的性能2.1新型环保性材料CBF具有非人工合成的纯天然性,加之生产过程无害,且产品寿命长,是一种低成本高性能洁净程度理想的新型绿色主动环保材料。由于玄武岩熔化过程中没有硼和其他碱金属氧化物排出,使CBF制造过程的池炉排放烟尘中无有害物质析出,不向大气排放有害气体,无工业垃圾及有毒物质污染环境。玄武岩纤维在很大程度上可代替
11、玻璃纤维,被广泛用于航天航空、石油化工、汽车、建筑等多领域,因而,CBF被誉为21世纪“火山岩变丝”、“点石成金”的新型环保纤维。玄武岩纤维的物理和化学性能玄武岩纤维的物理7CBF与各种纤维材料的物理性能对比 31 文献415 22拉伸强度31 一般情况下,玄武岩纤维的拉伸强度是普通钢材的1015倍,是E型玻璃纤维的1415倍,其续纤维的强度远远超过天然纤维和合成纤维,所以是理想的增强材料。玄武岩连续纤维的拉伸强度为30004 840 MPa3,(加拿大albarrie公司研制)高于其它一些常见高技术纤维的拉伸强度,例如E-玻纤的拉伸强度为3 1003 800 MPa,Kevlar 49为2
12、7583 034 MPa,碳纤维为2 5003 500 MPa4。24 3弹性模量玄武岩纤维的弹性模量与昂贵的S玻璃纤维相近,强度相当;用于织造织物重量在150210g/m2的产品时,织造性能良好;可用以代替S等玻璃纤维制造绝热制品和复合材料,制造硬质装甲和各种GFRP产品。例如,利用E玻璃纤维生产玻璃钢管,只能耐25个大气压,管径最大为2m;而用玄武岩纤维做玻璃钢管,则可耐60个大气压,管径可达3m。在某些场合,玄武岩纤维甚至可以部分代替每吨售价在20余万元的碳纤维或芳纶纤维。11耐温性能CBF的使用温度范围为:-260 650(软化点为960),而E纤维为-60 350。CBF 在400下
13、工作时,其断后强度能够保持85%;在600下工作时,其断后强度仍能够保持80%的原始强度;如果CBF 预先在780820 下进行处理,还能在860下工作而不会出现收缩,而即使耐温性优良的矿棉此时也只能保持50%60%的强度,玻璃棉则完全破坏。碳纤维的抗氧化性较差,在300 有CO2 和CO产生;间位芳纶最高使用温度也只有250。24 24电性能E-玻纤具有良好的电绝缘性能和介电性能,在常温下其体积电阻率和表面电阻率均大于1011m。而玄武岩连续纤维的体积电阻率和表面电阻率比E-玻纤还要高一个数量级, 玄武岩纤维的介电损耗角正切与E玻璃纤维相近,应用专门浸润剂处理过的玄武岩纤维,其介电损耗角正切
14、比一般玻璃纤维还低50%,可用其制造高压(达250KV)电绝缘材料、低压(500V)装置、天线整流罩以及雷达无线电装置等,前景十分广阔,专门浸润剂处理的玄武岩纤维还可用于制造新型耐热介电材料。26隔音性玄武岩连续纤维有着优良的隔音、吸声性表3列出了玄武岩连续纤维在不同音频下的吸数2。由表3可见,随着频率增加,其吸声系数增加。玄武岩连续纤维的吸湿性极低,吸湿能有02%03%4,而且吸湿能力不随时间变化玄武岩连续纤维制作的隔音材料在航空、船舶要低湿性材料的领域有着广阔的前景。23 玄武岩纤维具有较好的分散性纤维在混凝土中的分散性极为重要,如果纤维的分散性不能满足要求,纤维的掺入不但对混凝土或砂浆没
15、有增强增韧作用相反,会降低混凝土的力学性能和耐久性。玄武岩纤维是以同属硅酸盐的火山喷出岩为原料制成的,与混凝土有着基本相同的成分,也较接近,所以CBF的相容性和分散性优于其他增强纤维,同时与混凝土有很好的粘结性能。15 化学稳定性化学稳定性是指纤维抵抗水、酸、碱等介质侵蚀的能力。通常以受介质侵蚀前后的质量损失和强度损失来度量。表1是玄武岩连续纤维和E-玻纤在不同介质中煮沸3 h后质量损失率2。表2是2种纤维在不同介质中浸泡2 h后强度保留率4。表1不同介质中煮沸3 h后质量损失率%由表1可见,在HCl中煮沸3 h后,E-玻纤质量损失为389%,玄武岩连续纤维仅为22%。从表1、2看出,玄武岩连
16、续纤维比玻璃纤维具有更稳定的化学性能。该特性为玄武岩连续纤维在桥梁道、堤坝等混凝土结构以及沥青混凝土路面、飞落跑道等经常受到高湿度、酸、碱类介质作用的结构中的应用开辟了广阔的前景。玄武岩连续的最高使用温度为650,高于其它一些高技维,如碳纤维的最高使用温度为500,E-玻350,Kevlar 49为2504。由于玄武岩连续的使用温度高达650,再加上它的耐酸、耐碱能,因而玄武岩连续纤维是用于高温腐蚀性气烟层过滤、腐蚀性液体过滤的优质材料。3 吕海荣,杨彩云,韩大伟 复合材料用玄武岩增强纤维的性能研究材料工程/ 2009年增刊 89-917文/郭欢麻岩陈姝娜 连续玄武岩纤维的发展及应用前景 中国
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