玄武岩纤维无捻粗纱

1、玄武岩纤维无捻粗纱编制说明玄武岩纤维无捻粗纱国家标准制定工作小组二九年五月玄武岩纤维无捻粗纱编制说明一、任务来源根据国家标准化管理委员会国标委计划函200785号“关于下达2007年第四批和第五批国家标准制修订项目计划的通知”，玄武岩纤维无捻粗纱（国标委计划编号20078447-T-609）被正式列入20072008年度国家标准制订项目计划，本标准下达时为推荐性标准。该标准由横店集团俄金玄武岩纤维有限公司、国家玻璃纤维产品质量监督检验中心负责制定工作。经协商，确定由四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司参与玄武岩纤维无捻粗纱国家标准的起草。本标准负责起草单位与四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司经过协调后，

2、确定标准主要起草人：胡显奇、王玉梅、陈兴芬、黄英、石钱华。二、国内外概况（一）、国外标准情况连续玄武岩纤维（Continuous Basalt Fibre 简称CBF）是一种新型的高技术无机纤维，也是一种典型的能源节约型、环境友好型的纯天然无机纤维。它具有很多独特的优点，如力学性能佳，耐高温性能好，可在269650 范围内连续工作，耐酸耐碱，抗紫外线性能强，吸湿性低，有更好的耐环境性能，此外，还有绝缘性能好，高温过滤性佳、抗辐射、良好的透波性能等优点，是21世纪的绿色新材料。自从前苏联于1985年研发成功连续玄武岩纤维后，在20多年中，该纤维及制品在独联体、北美、欧盟、亚洲等国已经陆续在军工和

3、民用等许多领域得到应用。玄武岩纤维的性能和应用研究也成为许多公司、研究单位和高校等研究的热点。关于玄武岩纤维的研究和性能测试报道很多，但大多数是玄武岩纤维的应用研究，玄武岩纤维原丝和无捻粗纱的产品性能研究未系统化，而且各个国家、各个研究单位采用的测试标准又不尽相同。同时，根据我们对国内外有关玄武岩纤维技术标准的初步检索，迄今为止我们尚未发现有连续玄武岩纤维的ISO标准和国家标准问世，尚无正式发布“玄武岩纤维无捻粗纱”的产品标准。因此，为了规范玄武岩纤维无捻粗纱的产品性能和测试方法，推动玄武岩纤维行业的有序、规范发展，制订玄武岩纤维无捻粗纱的国家标准具有重要的作用和意义。（二）、国内相关标准情况

4、由于玄武岩纤维与玻璃纤维本同属硅酸盐体系，本标准在制订过程中参考了玻璃纤维的一些产品标准和测试方法。本标准在制订过程中，国家标准玻璃纤维无捻粗纱（GB/T-18369-2008）已发布。这对建立玄武岩纤维无捻粗纱从产品类型、技术指标、试验方法、设计及应用技术等标准体系是一个重要的指导。（三）、国内外发展情况目前全世界只有俄罗斯、乌克兰、中国等少数国家共10多家企业拥有制造连续玄武岩纤维的工业专利技术，现有的生产能力只能满足世界市场需求的不到1%。截止2008年，全球年产200吨级以上连续玄武岩纤维生产的大大小小厂家：乌克兰有4家、俄罗斯4家、中国5家、格鲁吉亚、韩国、比利时、德国、奥地利各1家

5、。其中在乌克兰基辅的乌日(日本TOYOTA控股)合资企业曾有年产630吨的连续玄武岩纤维生产规模，产品全部返销日本。TOYOTA在北美还通过了连续玄武岩纤维材料在汽车领域应用（例如SMC类产品等）的认证。据不完全统计，2008年全世界CBF的实际生产总量不超过4000吨，其中乌克兰有1000吨，俄罗斯有900吨，中国有900吨，其他国家总共有1200吨左右。目前，俄罗斯、乌克兰、中国基本形成了“三足鼎立”的格局，尤其是中国具有后发优势，预计今后几年，随着实业资本投入的增加和国内交通基础设施等领域强劲市场需求的拉动会掀起一个快速发展的浪潮。全球具有代表性的连续玄武岩纤维生产厂家有：俄罗斯的Kam

6、enny Vek公司、中国的浙江石金玄武岩纤维有限公司（GBF）、奥地利的ASA.TEC，比利时的ISOMATEX等。此外，美国、欧盟的一些经济发达的国家都在研发连续玄武岩纤维技术。2009年3月意大利政府出资1123.9万欧元，下达了一个有9个产学研单位参与的有关“玄武岩纤维增强水泥混凝土应用研究”的专项课题。目前，各国的玄武岩纤维生产厂家对玄武岩纤维无捻粗纱的性能参数鲜有披露。表1是俄罗斯Kamenny Vek公司根据ASTM D2343测得的本公司玄武岩纤维无捻粗纱的性能。表1 国外无捻粗纱性能指标单丝直径（m）拉伸强度（MPa）弹性模量（GPa）断裂伸长率(%)133213±

7、7192.09±2.623.45183071±12292.09±2.623.34国内的发展情况。2002年9月“玄武岩纤维及其复合材料”被列入国家863计划课题（2002AA334110）。由此，我们才真正开始采用纯天然火山岩、不加任何辅料的连续玄武岩纤维的研发和生产。深圳俄金碳材料科技有限公司承担了该863计划课题，之后与浙江的横店集团控股的属下2家公司成立了“横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司”（后该公司与“浙江得邦高技术纤维有限公司”合并，并改名为“浙江石金玄武岩纤维有限公司”）。2005年10月该863计划成果得到转化，实现了小批量的工业生产。截止于200

8、8年，国内玄武岩纤维的生产厂家为5个，年产量仅达到900吨左右。其中浙江石金玄武岩纤维有限公司生产直径5.7m以上的纤维，纤维品种齐全，年产量近500吨；四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司年以生产直径11m以上的粗纱为主，产量约200吨左右；辽宁营口百盛玄武岩纤维科技发展有限公司和黑龙江省牡丹江金石玄武岩纤维有限公司（原牡丹江电力实业公司玄武岩纤维分公司）等企业的年产量共为200吨左右。无捻粗纱是我国玄武岩纤维生产厂家的主要产品，约占总产量的85%以上。此外，国内很多高校和研究所近几年展开了对玄武岩纤维无捻粗纱及其应用的研究，2007年在南京东南大学成立的“东南大学横店集团玄武岩纤维研发中心”进一

9、步推动了玄武岩纤维行业的发展。作为一种新材料，玄武岩纤维无捻粗纱的应用领域正在逐渐扩大。尤其是利用其优异的性能，目前玄武岩纤维无捻粗纱的应用领域主要有：（1）用作玄武岩复合筋的增强材料，由于它强度高、耐腐蚀、无磁性，主要用于替代钢筋用于建筑、水利、地震台的地磁观察站等领域；（2）用作汽车消音器的消音棉；（3）切成短切纱，用于增强水泥混凝土、沥青混凝土的高速公路、高速铁路的基础设施领域，以及用于增强热塑性或热固性塑料的FRP领域；（4）编织成各种织物，如单向布、网格布等用于抗震结构加固等；（5）正在开发用作耐高压和耐腐蚀性能，用于增强管道和储罐等，如高压气管、CNC气瓶、石油输送管道等；（6）用

10、于汽车船舶制造领域；（7）用于消防阻燃及高温过滤等环保领域；（8）用于电力领等等。因此，伴随着玄武岩纤维应用领域的扩大，玄武岩纤维这一21世纪的新材料方兴未艾，具有更加广阔的市场前景。玄武岩纤维产品的未来增长趋势估计按每年25%30%的增长速度快速递增。由于市场需求的强劲拉动，预计全世界CBF在今后5年内将得到迅猛的发展。三、标准制订的简要过程目前，关于玄武岩纤维的研究和性能测试报道很多，但大多数是玄武岩纤维的应用研究，玄武岩纤维原丝和无捻粗纱的产品性能研究尚未系统化，而且各个国家、各个研究单位采用的测试标准又不尽相同。同时，根据我们对国内外有关玄武岩纤维技术标准的初步检索，迄今为止我们尚未发

11、现有连续玄武岩纤维的ISO标准问世，尚无正式发布“玄武岩纤维无捻粗纱”的国家标准。玄武岩纤维无捻粗纱是连续玄武岩纤维中大宗的基础产品，因此，为了规范玄武岩纤维无捻粗纱的产品性能和测试方法，推动玄武岩纤维行业的有序、规范发展，显然，非常有必要制订玄武岩纤维无捻粗纱的国家标准。2007年12月17日国家标准化管理委员会以国标委计划函200785号文下达玄武岩纤维无捻粗纱国家标准制定计划，国标委计划编号20078442-T-609。根据国标委计划函200785号文件的精神，玄武岩纤维无捻粗纱制定负责单位横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司和国家玻璃纤维产品质量监督检验中心开始了前期工作，组织走访调研和

12、国外资料的查询、检索工作。2008年36月，横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司和国家玻璃纤维产品质量监督检验中心成立标准修订小组，负责标准的起草工作。根据标准调研工作要求，标准制订工作小组对国内外部分生产、销售企业进行调研走访、接待来人来电、交流工作体会，共调研10多个单位。通过对大量国内外有关技术资料及调研情况的汇总，标准制订工作小组起草了玄武岩纤维无捻粗纱国家标准草案（初稿），并就标准草案的试验方法、技术指标进行阶段性的试验验证，得出初步的试验验证数据。2008年6月21日，标准起草小组在南京国家玻璃纤维产品质量监督检验中心召开第一次标准会议。会议就玄武岩纤维无捻粗纱国家标准草案（初稿）中

13、的产品分类、产品代号、原料解释、浸润剂中可燃物树脂、是否增加浸胶纱的拉伸强度和丙酮溶解度，是否加入玄武岩纤维不同于玻璃的特殊性能，如耐碱性、耐温性和是否规定原料为唯一的纯天然玄武岩矿石等问题进行了讨论。标准起草小组根据的结果，对玄武岩纤维无捻粗纱国家标准草案（初稿）中的有关条文进行了修改，形成玄武岩纤维无捻粗纱国家标准草案稿；并对以后的工作进行了安排，即对标准中增加的性能：如浸胶纱的拉伸强度、弹性模量、耐碱性、耐温性进行试验验证和检验方法的优化。2008年7月，原横店集团上海俄金玄武岩纤维有限公司搬迁调整，并更名为浙江石金玄武岩纤维有限公司。2009年5月7日，标准起草小组在南京国家玻璃纤维产

14、品质量监督检验中心召开两次会议，就玄武岩纤维无捻粗纱国家标准草案稿中的产品性能指标和耐碱性、耐温性的测试方法进行讨论，此前，浙江石金玄武岩纤维有限公司和国家玻璃纤维产品质量监督检验中心分别就玄武岩纤维无捻粗纱的耐碱性、耐温性和力学性能指标等进行了多次检测和验证，结合前面所做的调研和试验验证，对标准草案稿进行修改调整，完成了玄武岩纤维无捻粗纱国家标准的征求意见稿。四、编制原则  根据我们对国内外有关玄武岩纤维标准的初步检索，除了2009年3月9日国家标准化管理委员会发布的2009年第2号中国国家标准批准发布公告，其中颁布了由浙江石金玄武岩纤维有限公司（GBF）牵头制订的水泥混

15、凝土和砂浆用短切玄武岩纤维的国家标准（GB/T23265-2009）外，迄今为止我们尚未发现有玄武岩纤维无捻粗纱的ISO标准和其它国家标准问世。由于玄武岩纤维和玻璃纤维同属于无机硅酸盐玻璃，他们很多性能都是相通的。只是玄武岩纤维的力学性能、耐酸碱性和耐温性优于玻璃纤维，因此在标准制定过程中参考了有关玻璃纤维无捻粗纱的产品标准和测试方法的标准。并根据玄武岩纤维无捻粗纱不同于玻璃纤维无捻粗纱的如下主要特点提出了相应的性能指标和检测方法：玄武岩纤维无捻粗纱的耐碱性；玄武岩纤维无捻粗纱的耐温性；玄武岩纤维无捻粗纱化学成分中的最低氧化铁含量 。此外，一个非常重要的编制原则是在玄武岩纤维无捻粗纱标准中要不

16、要规定纤维的“纯天然”性的问题。这也是该标准制订中必须涉及的一个原则性问题。一方面，从当今俄罗斯Kamenny Vek,公司为代表的独联体连续玄武岩纤维生产家，到我国国内以浙江石金玄武岩纤维有限公司（GBF）为代表的中国玄武岩纤维生产厂家均秉承了前苏联采用玄武岩矿石为唯一原料的生产工艺特征。这种生产工艺的特点，适应了世界高技术含量和环境友好型绿色新材料的发展潮流，并且可以从一定程度上满足市场的实际需求，而且这也构成了连续玄武岩纤维区别于其它无机纤维、合成纤维的最大差异性和主要的产品竞争优势。因此，我国的玄武岩纤维无捻粗纱标准必须对此作出相应的规范，以引导我国连续玄武岩纤维产业的有序、健康和规范

17、发展。另一方面，考虑到微量的化学成分掺杂，有可能改变纤维的择优取向，形成特殊性能的连续玄武岩纤维。不过，玄武岩熔融拉丝的原料是玄武岩粒料，不同于玻璃纤维的粉料配合料，微量的掺杂能否满足掺杂后熔体的均质化是有很大难度的，因此，该标准征求意见稿尽管没有明确提出生产玄武岩纤维无捻粗纱要以纯天然的火山岩（主要为玄武岩）为唯一原料，但是，对其中FeO+Fe2O3的质量百分数应大于7%，氟含量不超过0.005%，As2O3含量不超过0.005%还是作出了明确的规定。五、标准内容的确定本标准共分八章：1.范围；2.规范性引用文件；3. 术语和定义；4.分类；5.要求；6.试验方法；7.检验规则；8. 标志、

18、出厂、包装、运输、储存。本标准根据GB/T1.12000标准化工作导则 第1部分: 标准的结构和编写规则要求，结合我国玄武岩纤维无捻粗纱的生产和使用现状进行编制的，现将有关条文的内容说明如下: 1）范围 规定了本标准的内容和适用范围，规定此标准不仅适用于玄武岩纤维直接无捻粗纱和合股无捻粗纱，还适用于玄武岩纤维原丝。2）规范性引用文件 根据GB/T1.12000标准化工作导则 第1部分: 标准的结构和编写规则6.2.3条的规定，对于注日期的引用文件，应给出年号及完整的名称。对于不注日期的引用文件，不给出年号。规范性引用文件一览表应由下列引导语引出：“下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的

19、条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。”3）术语和定义根据玄武岩纤维原料的特性及玄武岩纤维产品的多样性，本标准对玄武岩纤维的原料来源火山岩及玄武岩纤维无捻粗纱进行了详细定义。本标准的其他术语和定义与GB/T18374-2001和GB/T 183692008的相同，故省略。 4）分类和标记玄武岩纤维无捻粗纱的分类是按照生产工艺和应用性能进行区分的。按生产工艺分为合股无捻粗纱和直接无捻粗纱。按应用性能分为织造、喷射、拉挤、模塑料、

20、缠绕、短切等。产品标记中增加了应用性能，标明了是直接无捻粗纱还是合股无捻粗纱。这样可以很清楚地表明产品的主要技术参数。5）要求 玄武岩纤维无捻粗纱的性能的表佂主要与原料的化学组成、应用领域、纤维类型等有关。我们对不同厂家玄武岩纤维无捻粗纱的性能进行了试验验证，并对各大院校和研究单位对玄武岩纤维无捻粗纱试验进行了总结，确定了纤维的性能指标的12项、复合材料的指标1项，以图用最少的性能指标来反映玄武岩纤维无捻粗纱的性能。目前本标准提供的纤维自身的技术指标是汇总国内外多年来常用纤维的技术数据以及生产厂家经过努力能达到的技术指标来确定的。（1）纱的化学成分生产玄武岩纤维的原料是火山岩（主要是玄武岩），

21、地球上到处是玄武岩，但适于生产连续玄武岩纤维的玄武岩岩石很少。通过多年研究，人们对适于拉丝的玄武岩岩石的化学组成进行了界定。见表2。表2 连续玄武岩纤维化学成分化学成分质量百分比52601419593.06360.52.58.014.0其他0.090.13注：不同化学成分制成纤维后有不同的强度和物化性能玄武岩纤维原料与玻璃原料显著不同的一点是氧化铁的含量，一般玻璃原料中FeO+Fe2O30.8%，而玄武岩中FeO+Fe2O3的含量很高，正是因为这一点，使得玄武岩纤维的很多性能优于玻璃纤维（如绝热性、耐温性、耐烧蚀性等），因此，本标准特别规定了氧化铁的范围，即FeO+Fe2O3的质量百分数应大于

22、7%。玄武岩是火山喷发的产物，一些微量元素很难测的，在做矿石化学成分分析时也不经常测，所以本标准对影响纯天然连续玄武岩纤维的有害成分氟和砷进行了很低定量的界定。（2）外观玄武岩纤维颜色为金褐色，外观色泽要求均匀，这与以玄武岩或其它矿渣为主要原料的矿物棉相区别。（3）产品一般性能指标由于玄武岩纤维无捻粗纱短切类和非短切类对线密度的极限偏差范围要求不同，相对来说，非短切类对线密度的极限偏差范围比较严格，为了提高玄武岩纤维无捻粗纱品质要求，本标准对线密度的允差分两种情况：短切粗纱类为±8%，变异系数为6%，非短切粗纱类为±5%，变异系数为5%。根据玄武岩纤维无捻粗纱不同的应用领域

23、，对产品的性能规定了具体的技术要求，例如对短切类无捻粗纱要进行硬挺度、短切率、分散率测定；对非短切类无捻粗纱，如用于缠绕、织造等产品要进行悬垂度的测定。（4）浸润剂（可燃物含量和含水率指标）玄武岩纤维无捻粗纱的浸润剂是根据它的应用来配置的，不同的应用要求，对应于不同的浸润剂配方，同时赋予玄武岩纤维不同的性能表征，如短切类无捻粗纱要求有硬挺度、短切率、分散率指标。因此本标准规定产品包装上要注明应用领域，如增强的树脂类型、增强水泥混凝土/沥青混凝土、橡胶等。不同的应用领域，对玄武岩纤维无捻粗纱的含水率和可燃物含量要求不同。对于用于喷射、短切的无捻粗纱来说，要求有一定的硬挺度，所以可燃物含量就比较高

24、；对于用于织造、缠绕的无捻粗纱来说，要求有一定的柔性，因此可燃物含量就比较低。本标准对规定了浸润剂中可燃物含量的标称值，并规定含量允差为±0.2或±20%。（5）力学性能指标断裂强度、拉伸强度、弹性模量是衡量玄武岩纤维无捻粗纱力学性能的重要指标。玄武岩纤维无捻粗纱力学性能与原料的化学成分组成、单丝直径及浸润剂类型等有关，同时不同的应用领域对力学性能指标的要求也不同。本标准的力学性能指标是在试验验证和对资料归纳总结的基础上确定的。本标准在实验过程中所采用的一些测试标准主要是参考了有关玻璃纤维的标准。玄武岩纤维无捻粗纱的强度标准分两种方法：一种是测定未浸胶的无捻粗纱的断裂强度，

25、用试样线密度所承受的拉伸断裂强力来表征，单位是N/tex，此方法试样制作比较简单；另一种是测定浸胶纱的拉伸强度，用试样单位面积所承受的拉伸断裂强力来表征，单位是MPa，此方法适用于树脂与浸润剂相匹配的连续玄武岩纤维，使用的树脂和增强材料相容，这样的测试结果代表了材料的真实强度。但此方法试样制作比较复杂。玄武岩纤维的特性之一是它的力学性能好，拉伸强度高于E玻璃纤维15-20%。根据厂家积累的数据、国家玻璃纤维产品质量监督检验中心对玄武岩纤维做的检测报告及科研机构的测试数据，本标准规定断裂强度应不小于0.35N/ tex（超过了玻璃纤维无捻粗纱标准规定的断裂强度应不小于0.30N/ tex的19%

26、），拉伸强度2000 MPa，弹性模量89GPa，这个规定能够满足用于拉挤、缠绕等对玄武岩纤维无捻粗纱强度高的要求。玄武岩纤维纤维无捻粗纱最广的应用是增强树脂，通常用棒状复合材料的弯曲强度来对无捻粗纱进行检验和质量控制，同时，表佂纤维与树脂的界面结合的好坏。由于复合材料受水等介质的侵蚀，会产生蠕变，性能易变差，因此本标准规定了标准状态和潮湿状态下复合材料的弯曲强度指标。本标准规定的树脂包括不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂等热固性树脂。此外，本标准草案没有对玄武岩纤维无捻粗纱的断裂伸长率作出规定，其主要理由是：与作为延性纤维的化学合成纤维相比，玄武岩纤维是“高强高模”的无机纤维，其断裂伸长率

27、在2.73.1%之间，并不构成玄武岩纤维无捻粗纱的主要性能特征，为了避免供销双方对此性能指标合格与否形成不必要的争议，故该标准不作明确规定。（6）耐碱性和耐温性标准中规定，玄武岩纤维无捻粗纱的耐碱性要求：“在60的1mol/L NaOH溶液中浸泡2个小时后，单丝强度保留率不小于70%”。耐碱性的要求为： “在300温度下连续保温2个小时后，单丝强度保留率不小于70%”。6）试验方法（1）纱的化学成分玄武岩纤维无捻粗纱的化学成分，主要是指SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、MgO等玄武岩矿石中各种氧化物的测定采用化学分析的方法，参照GB/T 15492008纤维玻璃化学分析方法。（

28、2）外观检查采用目测法，检查无捻粗纱外观颜色均匀度，纱筒的破损和毛纱等情况。如果玄武岩纤维无捻粗纱外观颜色不均匀，那么就可直接用肉眼基本判断出该纱性能的稳定性和均质化存在不合格的问题，而产生颜色的主要原因是掺杂了其它人工配料。（3）产品一般性能指标线密度采用GB/T 7690.12001增强材料 纱线试验方法 第1部分:线密度的测定进行试验；对要求测定硬挺度、短切率、分散率的短切类无捻粗纱，根据GB/T 7690.32001増强材料 纱线试验方法 第4部分：硬挺度的测定测定硬挺度，根据GB/T 183692008 玻璃纤维无捻粗纱测定短切率、分散率；对要求测定悬垂度的非短切类无捻粗纱，根据GB

29、/T 183692008玻璃纤维无捻粗纱测定无捻粗纱的悬垂度。（4）浸润剂（可燃物含量和含水率指标）含水率按GB/T 9914.12001增强制品试验方法论 第1部分:含水率的测定规定的方法进行测定，可燃物含量按GB/T 9914.22001增强制品试验方法论 第2部分:玻璃纤维可燃物含量的测定规定的方法进行测定，去同批次的样品，每个样本测定3次，以测定值的平均数作为测定结果。（5）力学性能指标本标准提供的检测玄武岩纤维无捻粗纱的拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率的方法是根据GB/T 20310-2006玻璃纤维无捻粗纱浸胶纱试样的制作和拉伸强度的测定中的方法进行测定的，断裂强度是根据GB/T 7690.32001增强材料 纱线试验方法 第3部分:玻璃纤维断裂强力和断裂伸长的测定进行测定的，棒状复合材料弯曲强度的测定按GB/T14208-1993织玻璃纤维无捻粗纱棒状复合材料弯曲强度的测定进行测定，是对同批次的连续玄武岩纤维进行测试的。因此，生产厂家应分批号提供玄武岩纤维无捻粗纱样品用于试验检测。（6）耐碱性和耐温性与E玻璃纤维相比，玄武岩纤维的耐碱性和耐温性具有显著的优势。因此，本标准中增加了耐碱性的测试方法（附录A）和耐温性的测试方法（附录B）。纤维增强水泥混凝土是纤维应用的一大领域。除了耐