玄武岩纤维资讯

随着汽车工业的发展，汽车轻量化已成为汽车制造工业技术发展的一个重要趋势，特别是新能源汽车有迫切减重需求。玄武岩纤维作为一种新型高强度、低成本、环境友好的材料，符合全球经济可持续发展目标，在汽车轻量化、车用气瓶材料、汽车外饰件等领域均有研究性应用，未来在汽车行业的应用前景广阔。

近几年，部分企业结合自身优势，在借鉴玻璃纤维生产技术的基础上，通过消化、吸收、创新，实现了连续玄武岩纤维的产业化生产。然而，玄武岩矿石原料、熔融设备及工艺参数等都会影响连续玄武岩纤维最终的性能，玄武岩纤维实现产业化生产远比玻璃纤维难得多。连续玄武岩纤维的生产工艺按熔炉结构不同分为坩埚法和池窑法。坩埚法设备的熔化能力弱，生产的纤维质量差且成本高，现已逐渐被池窑法取代。2400孔漏板池窑法拉丝技术采用Ｔ形单元池窑，温度采用数字化智能控制系统平台，控制熔融体温度在±0.2℃范围内，确保拉丝工艺黏度稳定。

图1 连续玄武岩纤维池窑法生产工艺流程

玄武岩纤维增强树脂基复合材料是由纤维增强材料与树脂基体通过各种不同的工艺手段组合而成的复合材料，具有强度高、刚度好、质量轻等特点，有望在汽车行业得到广泛应用。但是，玄武岩纤维表面光洁、化学性质稳定、化学惰性强、表面能较低、比表面积小，不易与基体相或界面相材料发生反应，容易脱粘抽出，这些特性影响了复合材料的性能表现。因此，需要对玄武岩纤维进行改性处理，增大其表面的粗糙度和化学反应活性，提高纤维与基体间的粘合程度。

图2 PP-g-MA增容剂改性玄武岩纤维-聚丙烯基体示意图

目前，常用的化学处理包括酸/碱处理和硅烷处理，在纤维表面产生共价键或氢键。酸处理包括用酸或碱处理纤维，使纤维表面变得粗糙，并引入羟基官能团，羟基官能团可以与基体树脂发生反应。但高浓度的酸或碱会腐蚀玄武岩纤维从而影响纤维的力学性能。硅烷偶联剂赋予纤维表面丰富的官能团，可与基体树脂通过化学键合。硅烷处理的主要缺点是产率低。通常，纤维制造商会在纤维表面涂上合适的浸润剂浆料，它通常包括硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂和乳化剂。这些浆料通过赋予纤维表面功能化来帮助与基体发生化学反应。然而，非极性热塑性树脂对纤维的不润湿导致表面空隙的形成。为了增加界面附着力，进一步提高所制备的复合材料的力学性能，在配方中添加了聚合物增容剂作为第三相。聚合物增容剂有助于在玻璃等无机增强剂和聚丙烯等热塑性树脂之间形成化学键，有效的纤维-基质界面通过将应力从基质转移到纤维来发挥作用，从而实现复合材料力学性能的提升。

图3 玄武岩增强复合材料门中板

总的来说，玄武岩纤维/树脂基复合材料的研究仍处于萌芽阶段，还需大量的实验以及设计优化才可投入产业化应用，但不可忽视该复合材料相较于传统金属材料在汽车部件轻量化应用的优点。