论玄武岩纤维在军事领域中的应用

论玄武岩纤维在军事领域中的应用

四川宇宙龙源玄武岩工业有限公司（以下简称“宇宙龙源”）是由中国航天科技集团投资有限公司、深圳宇宙科技创新研究院、新希望集团、哈尔滨空间规划研究中心和四川宇宙七研究所共同投资设立的高新技术企业。主要从事高性能玄武岩纤维、纤维产品和纤维设备的研发、生产和销售。航天拓鑫自成立以来,被中国航天科技集团给予厚望,承担了航天领域、国防军事领域的多项科研项目,倾力打造“中国航天科技集团工程纤维材料研制基地”。航天拓鑫于2005年在玄武岩纤维领域中第一家通过了ISO9001质量体系认证,所生产的纤维产品通过了CTS第三方公正检验产品认证,其性能、质量均处于行业领先水平。目前,航天拓鑫获得12项国家专利,并拥有许多制备工艺技术的Know-How知识产权。作为国家高性能纤维高新技术产业化基地副理事长单位,航天拓鑫是行业中的领导者,是四川省重大科技成果转化项目示范单位之一,非常重视产品的标准化建设和实施,先后参与制定了国家及行业标准9项,获得2项国家重点新产品荣誉。一、军民融合材料玄武岩为天然火山熔融岩,经高温喷发而成,其主要成分为二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、三氧化二铁(Fe2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钾(K2O)、二氧化钛(TiO2)等多种氧化物,它相对于其他化学和矿物材料具有更高的化学稳定性和热稳定性。玄武岩纤维材料主要采用天然玄武岩矿石经高温熔融拉制而成,在强度、耐高低温、耐腐蚀、隔热、隔音、阻燃及化学、电绝缘等方面有着优异的性能,被誉为“21世纪的新材料”。表1对比了玄武岩纤维与其他纤维的力学及物理性能。玄武岩纤维及其制品可广泛应用于建筑增强领域、交通建设领域、土木工程、海事工程、防火消防领域、过滤环保领域、绝缘电子领域、石油化工领域、体育用品领域、汽车船舶等领域。以玄武岩纤维为增强体制成的各种性能优异的复合材料,在航空航天、火箭、导弹、战斗机、核潜艇等军舰、坦克等武器装备的国防军工领域有广泛的应用。玄武岩纤维可以促进军队武器装备的升级换代,增强军队的战斗力;可在某些领域替代碳纤维,节约相关武器装备的制造成本;可形成新的军民两用技术。玄武岩纤维具有良好的耐温特性,因此它可用于高温过滤材料(如除尘袋、汽车消音器滤芯)、避火消防服阻燃隔热面料、防火卷帘、过冷防护服、防弹服、热防护服、军用帐篷、坦克发动机绝热隔音罩、核潜艇等军舰内装饰、火箭燃烧喉管等军工武器装备领域优选的新材料。玄武岩纤维的低容重、低热导率、低吸湿率和对腐蚀介质的化学稳定性等特性,能够减轻结构质量,形成新型结构材料。玄武岩纤维的这些特性,使其在军品和民品领域有广泛的应用:(1)用于增强树脂基复合材料,作为制造坦克装甲车辆的车身材料,可减轻坦克装甲车的质量,也可用于制造火炮材料;(2)在船舶工业中,可大量用于船壳体、机舱绝热隔音和上层建筑;(3)用于蜂窝板,可制成火车车厢板,既能减轻车厢的质量,又是一种良好的阻燃材料;(4)玄武岩纤维复合管材,可用于电缆管道、低压和高压钢瓶,以及输送石油、天然气、冷热水、化学腐蚀液体、散料等。当今世界,玄武岩纤维行业尚处于起步阶段,能利用玄武岩连续纤维制成各种制品的只有俄罗斯、乌克兰、美国、中国、欧盟等少数国家的十几个公司,航天拓鑫是其中之一。航天拓鑫自主研发的玄武岩连续纤维生产制备技术和成套设备充分展示了校企联合的优势,在纤维生产工艺及设备运行稳定性、纤维性能、终端纤维制品的开发等方面已经达到国内外领先水平。航天拓鑫目前建有12条玄武岩纤维生产线,年生产能力达3000t,以玄武岩纤维为原料,先后研发了多个玄武岩纤维制品,并已经初步形成了道路桥梁土建、产业用纺织品和复合材料3大系列、多个品种的产品体系(图1)。航天拓鑫计划到2015年建成年产50000t的原丝生产规模,并实现玄武岩纤维在各领域中的成熟应用,成为世界一流的玄武岩纤维、纤维制品及成套技术装备制造者和供应商。航天拓鑫经过8年的小试和中试、产业化生产以及对玄武岩矿石原材料的基础性研究和对纤维生产技术进行攻关,形成了一整套玄武岩纤维生产技术和设备制造技术以及后制品加工专用成套技术,现已成功研制出性能稳定的TX-1型玄武岩纤维生产装备,自主探索攻克了各种技术难题。目前,航天拓鑫已经具备了400孔漏板及一拖二熔炉稳定拉丝技术,单台800孔和多漏板多孔数组合炉池窑正在实施。航天拓鑫于2006年11月通过了由四川省科技厅组织的对“玄武岩连续纤维制造技术、成套设备及产品开发”项目的鉴定,该项目在炉温控制、炉膛火焰监控、漏板温度、断电和停气保护等方面均实现了自动化,其玄武岩纤维制造设备和生产技术处于国内领先水平,其中,漏板温度均匀性控制技术和热换漏板技术已达到国际先进水平。此外,由航天拓鑫自主研发的“气电结合方式”玄武岩纤维生产成套设备,被西方称为新型模块式并能走向大规模池窑生产的玄武岩纤维生产设备,符合低能耗发展方向与发展思路,对于玄武岩纤维技术的发展产生了新的促进作用。二、产业发展现状玄武岩纤维是一种性能优秀的矿石纤维原材料,具有广泛的用途,它的工业化生产和推广使用具有很好的经济效益、社会效益和环境效益。随着玄武岩纤维技术及工艺不断的优化,玄武岩纤维的性能将最终优于玻璃纤维,而它将凭借生产成本低、原材料丰富等优势,取代玻璃纤维成为无机非金属材料纤维的主导产品,应用于国民经济的各个领域。目前,我国玻璃纤维的年需量为30万～50万t。可见,玄武岩纤维的产量远远满足不了它的市场需求量,故目前没有真正的竞争者。随着新材料行业的不断发展进步和国家对公路、机场等基础设施的持续投入,市场对于玄武岩纤维的需求量必将持续加大,玄武岩纤维产业化大发展的时机已经成熟。在产业政策方面,玄武岩纤维项目在2001年6月被列为中俄两国政府间科技合作项目;2002年8月被列为国家“863”计划;2002年5月被列入深圳市科技计划;2002年被列入国家“十一五”科技计划与国家发展和改革委员会的中长期发展规划;2008年被列为国家重点新产品项目。成都市也将玄武岩纤维列入《成都市新材料产业发展规划(2009-2012)》中,并将其作为加快建设项目进行跟踪。同时,成都市政府积极扶持培育玄武岩纤维的应用市场,制定了鼓励新材料应用的相关扶持政策、技术标准和扶优目录,促进政府建设工程优先使用新材料,对新材料产业应用市场进行大力扶持,培育壮大新材料产业中下游市场。从行业发展基础看,近几十年来,我国的玻璃纤维和复合材料得到了快速发展,有着发展和推广应用玄武岩纤维的坚实基础。在生态环境方面,玄武岩纤维项目的主要污染物是拉丝过程中产生的不合格废丝和矿石清洗废水、冲洗拉丝机的含有少量浸润剂的废水。随着生产规模的扩大,为了能够使各项污染物达到排放要求,玄武岩纤维项目将建设自有的污水处理系统,使水资源达到合理循环利用。经过技术攻关,航天拓鑫目前已经基本完成废丝熔炉的研制,可将产生的废玄武岩纤维丝全部回收利用。纵观现阶段全世界所