玄武巖纖維（Basalt Fiber, BF），是從自然火山巖石提取的一種創(chuàng)新材料，其主要成分是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成，經(jīng)過1450℃到1500℃的高溫熔融，利用鉑銠合金的高科技拉絲技術(shù)制成連續(xù)纖維。其強(qiáng)度與高強(qiáng)度S型玻璃纖維相媲美。這種纖維在性能上填補(bǔ)了碳纖維和玻璃纖維之間的空白，具有與T300型碳纖維相當(dāng)?shù)睦鞆?qiáng)度，但成本更低，因此被視為碳纖維的經(jīng)濟(jì)型替代品。其優(yōu)異的耐火性能和對極端溫度的適應(yīng)能力，使其能在-269℃至700℃的溫度范圍內(nèi)持續(xù)工作，是防火和保溫領(lǐng)域的理想選擇。此外，玄武巖纖維還具備電絕緣和抗腐蝕的特性。我國已把玄武巖纖維列為重點(diǎn)發(fā)展的四大纖維之一（玄武巖纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維）。
一、玄武巖纖維發(fā)展歷程
玄武巖纖維的歷史可以追溯到1840年，當(dāng)時的英國人威爾斯率先嘗試研發(fā)這種纖維。幾十年后，1923年，一位名叫Paul Dhe的法國人進(jìn)一步將這一概念具體化，申請了一項從玄武巖礦石中提取纖維的專利。然而，真正的突破發(fā)生在1954年，蘇聯(lián)科學(xué)家成功從玄武巖礦石中提取了玄武巖纖維。這一成就標(biāo)志著玄武巖纖維的實際應(yīng)用和研究的開始，隨后，在20世紀(jì)60年代之前，蘇聯(lián)和美國已經(jīng)開始在軍事領(lǐng)域探索這種纖維的特性和用途。
美國也擁有豐富的玄武巖礦石資源，其中華盛頓州立大學(xué)對玄武巖及其纖維的性質(zhì)進(jìn)行了深入研究，并取得了相關(guān)專利。隨后，烏克蘭在1985年制造了第一臺利用200孔的漏板和組合爐進(jìn)行拉絲的生產(chǎn)爐機(jī)器。這項技術(shù)在蘇聯(lián)從20世紀(jì)80年代至90年代逐步實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。
蘇聯(lián)國防部在20世紀(jì)50年代收歸了所有研究玄武巖纖維的機(jī)構(gòu)，并在烏克蘭附近進(jìn)行研究和生產(chǎn)。蘇聯(lián)解體后的1991年，這些研究成果開始公之于眾，并應(yīng)用于民用產(chǎn)品。進(jìn)入90年代，俄羅斯在玄武巖纖維的研究和生產(chǎn)方面取得了新的進(jìn)展，開發(fā)出新的工藝和設(shè)備。
中國雖然在科研上晚于一些發(fā)達(dá)國家，但從20世紀(jì)70年代開始，國家建筑材料科學(xué)院和南京玻璃纖維研究院便在軍事領(lǐng)域開展了玄武巖纖維的研究。2001年，中國與俄羅斯共同啟動了玄武巖纖維項目，同年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)建立了單體爐紡絲裝置。2002年，玄武巖纖維及其復(fù)合材料被納入中國的國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃），顯示了國家對于這一新材料的高度重視。玄武巖纖維已成為中國在新材料發(fā)展上的一項重要選擇，顯示了對可持續(xù)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的堅定承諾。
二、市場現(xiàn)狀
近年來，美國、日本等發(fā)達(dá)國家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(jìn)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。近年來，全球玄武巖纖維市場規(guī)模不斷增長，2021年全球玄武巖纖維市場規(guī)模達(dá)到2.05億美元，同比上升21.3%。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)計到2028年，全球玄武巖纖維市場規(guī)模將達(dá)到3.67億美元，年均復(fù)合增長率為8.6%。
在我國，玄武巖纖維行業(yè)的發(fā)展環(huán)境良好，已經(jīng)形成了較為成熟的產(chǎn)業(yè)鏈。中國是全球最大的玄武巖纖維市場，占有超過40%的市場份額，之后是俄羅斯和烏克蘭市場，二者共占有超過45%的份額。2020年，全球玄武巖纖維市場規(guī)模達(dá)到了3.6億元。
同時，中國玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，部分產(chǎn)品已出口到歐美和東南亞市場，具有較好的市場前景。據(jù)統(tǒng)計，2015-2019年我國玄武巖纖維出口量逐年增長，出口量從2245.1噸增長至9143噸，2020年下降至5513.4噸，2021年同比增長578.3%；出口數(shù)量為5894.8噸，同比增長3.92%。
2021年，中國玄武巖纖維行業(yè)進(jìn)口數(shù)量為997.1噸，同比增長578.3%。2022年1-10 月中國玄武巖纖維進(jìn)口量為997.1噸，進(jìn)口金額為73.6萬美元，同比增長578.79%。同時，2022年1-10月中國玄武巖纖維出口量為4796.8噸，出口金額為736.4萬美元，同比增長8.78%。
近些年我國正努力進(jìn)行對玄武巖纖維的科研工作，并獲得了許多科研成果。目前，全國工商注冊的連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)廠家共有70余家，其中規(guī)模化生產(chǎn)（3000 噸/年以上）的廠家12家。中國的連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)量占全世界總產(chǎn)量的1/2，四川省的產(chǎn)量居全國之首。總體來看，玄武巖纖維市場具有較好的發(fā)展前景。未來隨著技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用的拓展，玄武巖纖維的需求將會不斷增長。
三、玄武巖性能
（一）原料充足
玄武巖纖維是由玄武巖礦石熔融后拉絲制成，而玄武巖礦石在地球和月球上的儲量都相當(dāng)客觀，從原料成本來看相對比較低。
（二）環(huán)保型材料
玄武巖礦石是一種天然的材料，其生產(chǎn)過程中無硼或其它堿金屬氧化物排出，因此其煙塵中無有害物質(zhì)析出，對大氣不會造成污染。而且產(chǎn)品的壽命長，因此是一種低成本、高性能、潔凈程度理想的新型綠色主動環(huán)保材料。
（三）優(yōu)異的耐高溫和熱震穩(wěn)定性能
玄武巖纖維的使用溫度一般在-260——880℃，這一溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于芳綸纖維、無堿E玻纖、石棉、巖棉、不銹鋼，接近硅纖維、硅酸鋁纖維和陶瓷纖維；熱震穩(wěn)定性好，在500℃溫度下保持不變，在900℃時原始重量僅損失3%。
（四）化學(xué)穩(wěn)定性好
玄武巖纖維的耐酸性和耐堿性均比鋁硼硅酸鹽纖維好。其耐久性、耐候性、耐紫外線照射、耐水性、抗氧化等性能均可與天然玄武巖石頭相媲美。
（五）高的彈性模量和抗拉強(qiáng)度
玄武巖纖維的彈性模量為：90GPa-110GPa，高于無堿玻纖、石棉、芳綸纖維、聚丙稀纖維和硅纖維。玄武巖纖維的抗拉強(qiáng)度為3800——4800 MPa，比大絲束碳纖維、芳綸、PBI纖維、鋼纖維、硼纖維、氧化鋁纖維都要高，與S玻璃纖維相當(dāng)。
（六）吸音系數(shù)較高
玄武巖纖維的吸音系數(shù)為0.9——0.99，高于無堿玻纖和硅纖維。優(yōu)良的透波性和一定的吸波性，吸音和隔音性能優(yōu)異，具有良好的隱身性能，可制做隱身材料。
（七）良好的電絕緣性和介電性能
玄武巖纖維的比體積電阻較高為1×10^12Ω·m，大大高于無堿玻纖和硅纖維；體積電阻率比電絕緣E玻璃纖維高一個數(shù)量級，介電損失角正切高50%。
（八）較低的熱傳導(dǎo)系數(shù)
玄武巖纖維的熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.031W/m·K——0.038W/m·K，低于芳綸纖維、硅酸鋁纖維、無堿玻纖、巖棉、硅纖維、碳纖維和不銹鋼。
四、玄武巖和碳纖維對比
（一）材料性能比較
1.玄武巖纖維
玄武巖纖維是以玄武巖為原料，經(jīng)過高溫熔融、拉拔成型而形成的一種新型纖維材料，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）強(qiáng)度高：玄武巖纖維強(qiáng)度高達(dá)4000MPa，是鋼的5倍以上、碳纖維的1.5倍以上。
（2）耐高溫：玄武巖纖維能耐受高溫至1200℃以上，而碳纖維則只能耐受至200℃左右。
（3）環(huán)保：玄武巖纖維是自然礦物纖維，不會產(chǎn)生任何有害氣體或液體，完全符合環(huán)保要求。
2.碳纖維
碳纖維是一種以纖維狀碳為基礎(chǔ)制成的材料，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）比強(qiáng)度高：碳纖維的比強(qiáng)度是其他高強(qiáng)度材料的數(shù)倍，可以用于制造航空、航天等領(lǐng)域的高強(qiáng)度零部件。
（2）重量輕：碳纖維的密度只有1.5g/cm3，是鋼的1/4，鋁的1/7，可以大大減輕物品的重量。
（3）抗腐蝕：碳纖維不易受到腐蝕，即使長時間浸泡于水中也不會發(fā)生質(zhì)量變化。
（二）應(yīng)用領(lǐng)域比較
1.玄武巖纖維
玄武巖纖維的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在建筑、汽車、軌道交通等方面：
（1）建筑領(lǐng)域：玄武巖纖維可以用于加固、修繕橋梁、隧道等，提高建筑物的承載能力。
（2）汽車領(lǐng)域：玄武巖纖維可以用于制造輕量化汽車部件，如車身、底盤等，可以有效提高汽車的燃油效率。
（3）軌道交通領(lǐng)域：玄武巖纖維可以用于制造列車車身、底盤等零部件，使列車更加輕量化、高速化。
2.碳纖維
碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在航空、航天、體育器材等方面：
（1）航空領(lǐng)域：碳纖維可以用于制造飛機(jī)機(jī)身、翅膀等高強(qiáng)度零部件，減輕飛機(jī)重量，提高飛行速度和燃效。
（2）航天領(lǐng)域：碳纖維可以用于制造衛(wèi)星、航天器等，減輕空間載具的總重量，提高載具的運(yùn)載能力。
（3）體育器材領(lǐng)域：碳纖維可以用于制造高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、自行車輪圈等，使器材更加輕盈、堅固。
（三）制造工藝比較
1.玄武巖纖維
玄武巖纖維的制造工藝相對簡單，主要包括高溫熔融、拉拔成型等過程，生產(chǎn)成本相對較低。
2.碳纖維
碳纖維制備過程相對較為復(fù)雜，需要經(jīng)過多道工序，包括紡絲、預(yù)浸和固化等，生產(chǎn)成本較高。
綜上所述，玄武巖纖維優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、耐高溫、環(huán)保，適用于建筑、汽車、軌道交通等領(lǐng)域；碳纖維的優(yōu)點(diǎn)是比強(qiáng)度高、重量輕、抗腐蝕，適用于航空、航天、體育器材等領(lǐng)域。讀者可以結(jié)合自身需求，在應(yīng)用領(lǐng)域和材料性能等方面進(jìn)行選擇。
