玄武岩纤维的用途和市场分析

玄武岩连续纤维是一种纯天然的无机非金属材料，是21世纪的新材料，是新材料产业中最重要的一个组成部分之一。玄武岩纤维类似于玻璃纤维，其性能介于高强度S玻璃纤维和无碱E玻璃纤维之间，是纯天然的高技术纤维，因纤维颜色呈金褐色，又被称为“金色纤维”。

玄武岩连续纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。此外，玄武岩纤维的生产工艺决定了产生的废弃物少，对环境污染小，且产品废弃后可直接在环境中降解，无任何危害，因此是一种名副其实的绿色、环保材料。我国已把玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维(碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯、玄武岩纤维)之一，实现了工业化生产。玄武岩连续纤维已在纤维增强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用。

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玄武岩纤维特性

玄武岩纤维性能参数

与其他纤维性能对比

性能优势

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玄武岩纤维应用领域

玄武岩纤维现为我国重点发展的四大纤维（玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维）之一，以其为原材料制备的各种产品被广泛应用于国防军工、航空航天、消防、环保、车船制造、石油化工、电力电子、体育、医疗以及土木工程等领域，以下为几个主要应用领域的简述。

隐形

玄武岩纤维具有高强、耐高低温等特性，十分符合飞机、导弹表面材料要求，同时其具有吸波透磁的特点，可以实现雷达隐形。所以玄武岩碳纤维可以部分替代碳纤维用于隐形飞机和导弹。

防弹衣

当前防弹衣通常选用超高分子量聚乙烯纤维，其耐热性能低，在弹头的高温熔灼下强度和模量会降低，影响防弹效果。与之相比，玄武岩纤维耐高温性强，便不存在此问题。

航空航天

玄武岩纤维热传导系数低，阻燃性能好，工作温度范围为-269℃~700℃，既耐高温又耐低温。满足航空航天领域对材料的苛刻要求，俄罗斯的航空航天材料大部分就是用这种材料做的。

汽车应用

● 汽车过滤材料

玄武岩纤维汽车过滤材料能够在高温条件下将汽车尾气中的固体粒子过滤分离开来，降低汽车尾气对城市的污染，且其过滤材料具有在高温条件下性能保持稳定的优点。

● 汽车内饰材料

目前应用较多的内饰材料普遍存在强度不够、受热易挥发对人体有害的气体、以及减振、隔热、吸音性能较差等问题，与内饰材料中使用较为广泛的玻璃纤维相比，玄武岩纤维的吸音及耐热性能远大于E-玻璃纤维，较符合高刚度、轻量化、阻燃、低成本且不污染环境的要求。

道路工程领域

玄武岩纤维具有抗拉强度高、力学性能好、耐高温、防紫外线、耐酸耐碱耐盐、抗老化等优点。相比其他纤维来说，其综合性能较好，也符合道路工程领域对材料的要求。因此，近年来已有越来越多的玄武岩纤维产品应用于道路工程中。

玄武岩纤维通过经编工艺制成网状基材，经表面涂覆处理可制成玄武岩纤维土工格栅，通常应用于沥青路面增强，加固路基及软土基；短切玄武岩纤维可以用于沥青混合料、水泥混凝土和碎石封层；玄武岩纤维复合筋在道路工程领域主要用于水泥混凝土路面。

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玄武岩纤维市场分析

市场分析—全球

全球玄武岩纤维产能主要集中在乌克兰、俄罗斯、中国、美国、德国、比利时等国家，2019年全球产量达到了3.5万吨，市场规模约为2.3亿美元，020年将超过2.8亿美元。从产量分布来看，我国玄武岩纤维产量高达1.5万吨，已成为全球主要的玄武岩纤维生产国家之一；美国玄武岩纤维年产量达到4500吨，排在第二；俄罗斯年产量约有3800吨左右，产品较为高端，主要应用在军工、油气管道等领域。

市场分析—国内

我国玄武岩纤维研发应用起源于上世纪90年代，经过几十年的发展，目前中国已经成为玄武岩纤维全球主要生产国家之ー。2019年我国玄武岩纤维产量达1.42万吨，需求量约0.75万吨，国内市场规模超过1亿元。

截至2019年年底，国内外实际已投入生产运营的玄武岩生产厂家约有30多家，我国约占70%多。已经有76余家全国工商注册的玄武岩纤维厂家，其中年产能达到3000吨以上的厂家达到12家，而且还有诸多专业的研究院校在做相关研究工作，政府的相关政策也在大力支持玄武岩纤维的发展，国家“十三五”计划已经把玄武岩纤维纳入到和碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维相媲美的四大纤维之一。

国内玄武岩相关企业根据技术来源及技术类型大致可分为三大类：一类是以电熔炉技术为代表的企业。第二类是以火焰炉技术为代表的企业。第三类是通过引进技术、消化吸收再研发的企业。除了中国以外，在俄罗斯、乌克兰、德国、比利时、韩国、奥地利、爱尔兰均有生产玄武岩纤维的企业。从整体实力和代表性的厂家看，俄罗斯的玄武岩纤维生产技术及市场竞争力比较强。

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玄武岩纤维行业研究历史及现状

国外CBF研究现状

CBF的制备技术要从生产玄武岩岩棉说起。1840年，英国的威尔斯首先成功制取出以玄武岩为原材料的岩棉。1923年，法国人Paul Dhé根据玄武岩能拉制成丝的技术第一个申请了发明专利。随后，美国人研究出一种可以从玄武岩熔体中抽出细丝的方法，然而大范围开发研究、生产CBF却始于苏联。苏联莫斯科玻璃和塑料研究院于1953—1954年研究出CBF的生产技术。

20世纪60年代，苏联国家建委建筑研究所和乌克兰科学院材料研究所研发出一种新的纤维混凝土，这就是玄武岩纤维混凝土。研究表明，玄武岩纤维混凝土与普通纤维混凝土相比，其受拉强度高0.5~1倍，延伸率高3~5倍，其破坏形态及特征、承载力都有所改善。莫斯科玻璃复合材料及玻璃纤维研究院也进行了大量的研究工作，发现CBF的一些特性超过了当时的玻璃纤维，其强度比钢材还高，而且在700 ℃条件下强度仍不改变，这一特性的发现引起了苏联军方的注意。但实际上，由于当时科研手段与条件不足，此数据并不准确，经过高温处理后强度会发生一定程度的下降。随后苏联国防部门下达项目给乌克兰基辅材料研究院，进行产业化中试，并在该院建成专门的第三十七所用于该技术的开发。

经过了近20年不断的实践，花费了上亿美元，苏联科学家才最终成功开发出CBF的生产工艺和技术。1975年7月17日，CBF首先被应用于国防军工，苏联“联盟-19”号宇宙飞船所使用的材料就是该CBF。

1985年，乌克兰纤维试验室建成了世界第一台工业化生产炉。该炉采用200孔漏板和组合炉拉丝工艺，并于1991年注册了专利。工艺拉丝技术分别经过了三个历程：全铂坩埚，多块漏板及池窑拉丝工艺。20世纪90年代，俄罗斯、乌克兰的军品项目已经启用了玄武岩纤维。随着1991年前苏联的解体，CBF的生产技术被解密，并大量应用于民用项目。

90年代后期，俄罗斯又成功开发出新的工艺和新的CBF生产设备，不仅促进了CBF生产，也大大拓展了其市场应用。由于CBF具有不同于碳纤维、芳纶、超高相对分子质量聚乙烯纤维的一系列优异性能，性价比高，引起了美国、欧盟等军工领域的高度重视。1972—1975年，美国的Owens Corning公司对CBF也进行了研究。在1980年代初期，德国DBW公司也进行了该项研究，但由于原料原因，都未进入工业生产。欧盟对玄武岩纤维的发展也有一个专门的计划。首台具有200孔漏板的组合炉拉丝工艺的工业化生产炉于1985年在乌克兰纤维试验室完成。

近些年，一些科技发达的国家例如美国、日本、德国等都加强了对玄武岩纤维的研究开发，同时，加拿大、英国、韩国等国也相继加开展了玄武岩纤维在国防军事领域的应用研究，并取得了显著研究成果。到2018年，乌克兰Mineral 7公司已测试了一条新的生产线，技术链进行了重大改变，可以显著减少能量损失，将每件产品所需的能量减少到普通技术的15%，可以降低50%的单位生产能耗。

虽然我国在CBF产量上领先，但从整体实力和产品质量上来看，俄罗斯与乌克兰在玄武岩纤维的研究、生产及制品开发上代表了世界的最高水平，俄罗斯的CBF生产技术及市场竞争力比较强。俄罗斯采用了中心取液法，同时利用新的分流器和冷却器等，配合特别的漏板和漏嘴等一系列专有技术，使CBF产品性能更强，且已开发了上百种玄武岩纤维制品。美国虽然对其研究相对较晚，但相关技术开发较快，其产品基本用于军工方面，民用方面鲜有报道。

国内CBF研究现状

近年来，我国在发展CBF方面异军突起，已经成为世界上拥有最领先的CBF生产技术的少数国家之一。从20世纪70年代开始，国家建筑材料科学研究院和南京玻璃纤维研究设计院就进行了CBF的研究开发，但是没有获得成功。2001年创建了专业化生产玄武岩纤维及其制品的企业——营口建材研究所，逐渐具有了专业研发和生产CBF的能力。

玄武岩纤维项目于2001年6月首次被列为中俄两国政府间科技合作项目；2002年8月CBF/CM被列入国家863计划(2002AA334110)；2004年5月列为国家级火炬计划；同年11月被列入国家科技型中小企业创新基金。2004年后，CBF在上海、四川等地实现产业化，部分技术达到国际先进水平和领先水平。CBF在我国实现的产业化生产，为CBF在国内混凝土工程中的使用提供了可能，也为国内学者研究CBF混凝土性能提供了便利。值得一提的是，2005年底CBF又被列为“十一五”国家级基础科研项目，在国内外首先开展了CBF/CM在船艇中的应用技术研究，改项目研究中科研人员采用了“一步法”工艺，取得了以纯天然玄武岩为原料生产连续纤维的研发成果，并成功地实现了工业化。

我国在CBF生产工艺研究方面进展较为迅速。目前，国内企业已多采用创新型的熔炉、火焰炉、气电结合的生产技术和“一步法”的生产工艺，并以纯自然玄武岩为原料生产纤维，奠定了今后大规模稳定生产CBF的基础。据此，我国对CBF的自行开发以及生产制备能力已完全掌握，在熔炉工艺方面，从火焰熔炉到气电结合炉，再到全电熔炉加热，技术娴熟，整个过程都能很好地实现自动化控制，且无二氧化碳等气体排放，不会污染环境，而且有关企业还改进了拉丝工艺，漏板孔数达到400孔，成功提高生产效率，降低了生产成本。

CBF的研究在国际上虽已经发展多年，已经取得一系列优异的成果，但对于我国来说还处于刚刚起步的状态，仍然需要国家和政府的大力支持。

小结

玄武岩纤维的国内产业技术不断改进，将为我国先进武器装备的制造和国民经济相关领域产品的升级换代提供有自主知识产权的新材料的支撑。玄武岩纤维产业是典型的绿色资源产业，可持续发展性好，直接采用纯天然的火山岩原料，熔融拉丝，工艺路线很短，生产过程没有多相的化学反应，能耗较低。发展玄武岩产业可实现火山岩资源的高附加值的循环利用，顺应未来绿色循环可持续发展的方向，这在全球资源紧缺的背景下看，不失为21世纪的新资源产业。