玄武岩是一种在世界范围内发现的火山火成岩，历史上一直用于建筑铸造应用，如瓷砖和平板，以及作为混凝土骨料。这种岩石坚固、耐磨且耐热。它已在工业和军事应用中以多种不同的方式进行研究和利用，其战时适用性在二战后时代得到了广泛的研究。
第一个玄武岩纤维制造专利由法国人 Paul Dhé 于 1923 年颁发，此后一直应用于工业用途。这种坚固的材料可以转化为细纤维，纺成纱线以增强强度并为将来的使用做好准备。
由玄武岩纤维纱编织而成的产品——例如 玄武岩袖子, 排气胶带, 玄武岩绳及 玄武岩窗槽垫片- 非常坚固、柔韧、耐热且可回收，使其成为高温应用的多功能组件，通常比玻璃纤维等类似材料更受青睐。常见的排气隔热用途包括热包裹以减少客车和摩托车中的多余热量，以及隔热以密封热烤箱门。
玄武岩纤维的历史
玄武岩纤维因其军事和工业适用性而拥有丰富多彩的历史，这在冷战期间尤其重要，当时美国和苏联官员都开始研究玄武岩在军事硬件中的不同用途。
大型玄武岩地层集中在美国西北部，华盛顿州立大学在那里进行了研究，以更好地了解玄武岩纤维的化学性质和提取过程以及如何扩大其适用性。康宁和欧文斯等美国玻璃公司也参与了围绕玄武岩纤维的独立研究和专利采购，直到 1970 世纪 2 年代，玄武岩纤维研究被放弃，转而专注于 S-XNUMX 玻璃或 E-玻璃等其他玻璃产品。
在东欧，莫斯科、布拉格和其他苏联城市的团体在二战后进行了自己的研究，这些研究被苏联国防部收归国有，并集中在乌克兰基辅，在那里设计、测试和制造玄武岩研究和军事产品。
1911 年苏联解体后，研究成果被解密并可供公众使用。例如，玄武岩纤维研究对于扩展玄武岩带技术至关重要。
玄武岩纤维是如何制成的？
玄武岩纤维与玻璃纤维类似，具有相似的生产工艺，但具有关键的差异，最终使玄武岩纤维的制造比玻璃更容易。
首先，玄武岩原料被破碎、清洗、分离，然后送入高温煤气炉的熔池中。与玻璃纤维生产不同，玻璃纤维生产除了硅砂作为主要成分外还包括多种衍生物，玄武岩纤维是由单一玄武岩材料制成的。这简化了将材料一次性输送到熔炉的过程，与玻璃纤维生产不同，玻璃纤维生产需要在送入熔炉之前对每种包含的材料进行独立计量。然而，玄武岩纤维生产的一个缺点是制造商对玄武岩原料的纯度和一致性的直接控制较少，因此从优质采石场采购至关重要。
然后破碎的玄武岩进入熔炉并在 1500°C/2732°F 的温度下液化。与透明的玻璃不同，不透明的玄武岩吸收而不是传输红外能量。因此，传统玻璃熔炉中使用的顶置燃气燃烧器很难均匀加热整个玄武岩混合物。对于塔顶气体，与玻璃相比，熔化的玄武岩必须在储层中保存更长的时间，以确保均匀的温度。
接下来，玄武岩细丝由铂铑套管形成，就像玻璃一样。当长丝冷却时，会使用上浆剂，并将材料移至速度控制的纤维拉伸设备，然后移至卷绕设备，玄武岩纤维在此卷绕以供将来使用。
由于玄武岩丝比玻璃丝更具磨蚀性，因此需要更频繁地更换套管并且价格昂贵。然而，用于玄武岩纤维生产的现代套管与玻璃生产中使用的套管具有相似的生命周期。
纤维生产出来后，会被纳入最终产品中，例如由玄武岩纤维制成的排气套管。虽然这是这种加工材料最常见的应用，但另一种常见用途是在 家和壁炉 工业，哪里 绳索 or 窗户通道垫片 被利用。
虽然玄武岩纤维的生产在最后阶段可能比玻璃生产更耗时且成本更高，但用于玄武岩排气带和套管的纤维在需要极端温度保护的复合材料和应用中在耐用性、强度和寿命方面具有优越性。
玄武岩纤维有什么好处？
玄武岩纤维有几个核心优点，使得这种材料具有如此广泛的工业应用性。
- 热阻
- 耐腐蚀、耐火
- 吸水率低
- 防止导电
- 抗紫外线
- 抗电磁辐射
- 耐酸性
最近的一项研究将环氧玻璃纤维与通过相同工艺制成的玄武岩纤维进行比较，发现玄武岩纤维还具有：
- 更高的拉伸模量
- 更高的抗拉强度
- 更高的层间剪切强度
- 比强度提高 40%
- 比刚度提高 20%
玄武岩纤维的抗冲击性使其与玻璃和碳纤维显着区别。例如，据观察，与类似结构的玻璃混合材料相比，玄武岩纤维纱线的比能吸收能力高出约 35%，与类似的编织碳混合材料相比，比能吸收能力高出 17%。
玄武岩还有助于工人安全和空气质量，因为玄武岩纤维生产过程比火山副产品玻璃纤维更环保。这减少了纤维制造过程中排放的温室气体。玄武岩也是一种惰性、不可燃的材料，自然存在于地球上，因此它比其他增强纤维更容易回收——这是汽车和其他行业考虑的一个因素。
玄武岩和玻璃之间的选择
不幸的是，即使有了现代进步，玄武岩纤维产品也比无碱玻璃等类似的玻璃衍生竞争对手更昂贵。然而，性能方面的优势（例如玄武岩套管）使增加的成本成为对产品性能的值得投资。
玄武岩纤维相对于无碱玻璃的优点包括更好的强度、刚度、抗冲击性、耐腐蚀性、防水性和耐热性。这些品质使得由玄武岩纤维制成的套管、排气带、绳索和其他材料成为热防护的首选。
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