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玄武岩纤维土工格栅的市场前景分析
来源: | 作者:pmo0a534f | 发布时间: 2020-08-24 | 1345 次浏览 | 分享到:

玄武岩的主要成份是二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁(还有少量的氧化钾、氧化钠),其中二氧化硅含量*多,约占45%-50%左右。颜色常见的多为黑色或暗绿色,体积密度为2.8-3.3g/cm3

连续玄武岩纤维(Continuous Basalt Fiber 简称CBF)是以天然的火山喷出岩作为原料,将其破碎后加入熔窑中,在14501500 ℃熔融后,通过铂铑合金拉丝漏板制成的连续纤维。它与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)等其它高科技纤维相比,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。以连续玄武岩纤维为增强体可制成各种性能优异的复合材料,可广泛应用于消防、环保、航空航天、化工、风电、军工、汽车船舶制造、工程塑料、建筑等领域,军工、民用领域,故连续玄武岩纤维被誉为21世纪的新材料。

1.1.2 市场前景

连续玄武岩纤维材料是生产许多种不同类型材料和下游产品的基本原料。玄武岩纤维能够很好地和其他材料或纤维互相结合,能够组成许多不同的复合材料。特别注意的是连续玄武岩纤维的复合材料和碳纤维,同样玄武岩纤维可以增强水泥,沥青混凝土等建筑构件。连续玄武岩的复合材料和碳纤维同样具有很高的特性,与碳纤维相比较玄武岩纤维更廉价的材料,可以打开玄武岩宽广的应用市场和在许多领域大批量的应用。在高温作用下,玄武岩纤维具有很高的稳定性,耐酸、耐碱性。玄武岩纤维自身所具有的特性,能够打开其在建筑领域宽广的应用价值:加强材料(混凝土和地沥青混凝土),耐腐蚀性(化学设备的支架)、强度比合金钢要好,不燃烧和耐火的复合材料(原子能和热能的发电机、石油加工厂、化工厂、防火墙)阻火结构,高建筑物和其它工业物体。化学坚固的和耐久损耗的镀层,复合材料。过滤器(过滤工业)和日常生活的排水沟,工业烟和尘气排出物的过滤器)。汽车工业材料。

1.1.2.1 绿色建材领域:

1玄武岩纤维复合筋

玄武岩纤维复合筋生产是采用高强度的玄武岩纤维及乙烯基树脂(环氧树脂)在线拉挤、缠绕、表面涂覆和复合成型,连续生产的新型建筑材料。具有高强度、优异的耐酸碱腐蚀性、耐久性及可设计性等特点,是土木工程中某些方面代替钢筋的一种新型绿色环保、经济、高性能材料。

应用领域:玄武岩纤维复合筋可以应用于路(桥)面铺装层中筋网的布置、各种锚杆、特殊场合用筋(地震监测台等)。

优势:抗拉强度高,是同规格普通钢筋强度的3倍以上;优异的耐腐蚀性(是其他任何纤维材料制品所不可比拟的);密度小,纤维复合筋的密度仅为普通钢筋的1/4左右;纤维复合筋的热膨胀系数与混凝土相近,两者间不会产生大的温度应力;透波性能好,不屏蔽;不导电,不导热;可预制标准弯形及其他形状。

2玄武岩短切纤维

水泥混凝土和砂浆用短切玄武岩纤维:专门研发的一种用于水泥混凝土/砂浆的仿钢纤维增强材料。作为次加筋材料可以显著提高混凝土的韧性、抗弯拉性能、抗渗性能。

应用领域:公路、桥梁、隧道、码头方面;水利水电工程;高层建筑的地下室底板、侧墙、转换层大梁、超大型混凝土柱等大体积混凝土;混凝土腐化池、地下室工程、屋面、贮水池,停车场、停机坪、车库地面、国防设施等;薄壁结构工程、维修加固工程、岩土工程、防护工程等土木建筑领域。替代钢纤维、聚丙烯、聚丙等,具有性能优越、经济性高等优点。

优势:提高水泥混凝土/砂浆的抗裂能力;提高水泥混凝土/砂浆的抗渗能力;提高水泥混凝土/砂浆的耐久性能;提高工程的生产效率和经济效益。

沥青路用玄武岩纤维:用连续玄武岩纤维原丝经膨化处理短切而成的产品。沥青路用玄武岩纤维可增加沥青油膜厚度,可大幅提高沥青路面的低温抗裂及疲劳耐久性,同时也有助于改善高温抗车辙变形能力,同时也有助于抑制沥青膜氧化、老化及有助于沥青膜与集料的粘合,从而抑制路面水破坏,大大提高沥青混凝土的使用寿命。

应用领域:玄武岩短切纤维适用于密级配沥青混凝土(AC),沥青马蹄脂碎石混合料(SMA),开级配沥青混凝土(OGFC),纤维封层等各种沥青混凝土路面。   

优势:提高沥青使用效率,减少泛油;动稳定度增加,提高高温抗车辙能力30%以上;减少温缩裂缝的产生,提高路面低温抗裂性能40%以上;提高路面抗水损害能力;提高路面抗疲劳性能2倍以上,延长路面使用寿命。

3)玄武岩土工格栅

玄武岩纤维土工布(土工格栅)以耐碱耐酸强的玄武岩纤维为原料,编织成格栅布,再经过后处理后烘干成型。玄武岩纤维土工布具有优越的透水性、过滤性、耐用性、耐候性。

应用领域:短切玄武岩纤维可应用于道路桥梁、机场跑道、大坝等工程的水泥混凝土中,替代钢纤维、聚丙烯、聚丙烯,具有性能优越、经济性高等优点。

优点:玄武岩纤维土工格栅的主要作用是提高水泥砂浆或混凝土抗疲劳开裂、耐高温车辙、抗低温缩裂、延缓反射裂缝等。所以在高等级公路、大桥桥面、市政道路及机场路面等要求较高的道路工程广泛应用。目前,土工格栅材料主要是玻璃纤维和塑料两大类,玄武岩纤维土工格栅具有高抗拉强度、良好的与沥青混合料的相容性、能很好的抵御生物侵蚀和气候变化。由于沥青混合料的拌合温度高达190℃以上,因此耐高温的玄武岩纤维土工格栅是在当前各种纤维土工格栅品种中极具优势。

4)玄武岩纤维单向布

玄武岩纤维单向布是采用高性能玄武纤维加工织造成的一种纺织片材。抗拉强度大于2100MPa,弹性模量达到105GPa,伸长率2.6%。玄武岩纤维单向布是在单丝上均匀的涂有适合于酚醛、环氧树脂的浸润剂,适合于聚酯、环氧、酚醛、尼龙等树脂性能的要求。并在浸润剂中有与各种树脂相匹配的偶联剂,充分发挥玄武岩纤维单向布的增强作用。

    应用领域:建筑、桥梁结构的加固、补强和修复;雷达罩、发动机部件、雷达天线;坦克装甲车车体、结构体、车轮毂、扭力杆和套管;体育滑水板、高山滑雪板、冲浪板等。

优势:玄武纤维单向布尤其适合于替代碳纤维单向布用于建筑桥梁加固补强和修复,其玄武岩纤维比部分碳纤维具有更突出的综合性能和性价比。在建筑加固领域,玄武岩纤维单向布用于柱体的抗震加固的玄武岩纤维性能非常接近碳纤维,某些指标数据比部分碳纤维更优越。

5)玄武岩纤维防护缆索

用玄武岩纤维加捻编织或无捻并股外加套筒得到的绳子。玄武岩纤维缆索是一种柔性缆索,具有高抗拉强度、耐酸碱水和耐候性能好、热膨胀性能优异、质量轻等特性。

    应用领域:可以用作高等级公路的柔性防护缆索代替现有的波形护栏、水泥混凝土护栏及钢绞线护栏。

优势:玄武岩纤维防护缆索能有效地缓冲车辆的碰撞,整体吸收并传递碰撞能量,防止车辆冲出道路,从而有效降低车辆损伤程度以及对司乘人员的伤害。因此玄武岩纤维防护缆索具有广阔应用前景。

    6)玄武岩纤维高温滤袋

玄武岩纤维高温滤袋采用高抗拉强度的玄武岩纤维,具有耐高温、耐酸碱腐蚀、耐氧化、憎水及稳定的尺寸,能满足条件苛刻的除尘运行环境,提高除尘效率,延长滤袋使用寿命。

应用领域:玄武岩纤维高温滤袋应用领域非常广泛,其主要用途是制作为袋式过滤器,用于钢铁、化工、水泥、炭黑、食品等行业除尘或收集产品。袋式除尘器(袋式除尘技术)是治理大气污染的高效除尘设备。其*大优点是除尘效率高,在实际应用中常规可达到99.99%,粉尘排放浓度可达到10mg/ m3以下,甚至达到2mg/ m3,在所有的除尘设备中,袋式除尘器的除尘效率*高。在我国实行可持续发展战略,大力加强环境保护,排放标准日趋严格的情况下,袋式除尘技术成为合理和*佳的选择。

优势:耐热性好,可在300℃以下长期使用(玻璃纤维高温滤袋长期使用温度为260℃,P84滤袋为240℃,芳纶滤袋为200℃); 粉尘剥离性好,使清灰能耗低;尺寸稳定性好,在使用温度下纤维本身的收缩率为零;抗化学腐蚀,耐候性好,除了氢氟酸、高浓度强酸和强碱外,对其他介质性能都很稳定;不吸水、不吸湿(玄武岩纤维吸湿率为玻璃纤维的1/8);过滤效率可达到99.5%以上;使用寿命长。

7)玄武岩纤维无捻粗纱

玄武岩纤维无捻粗纱,是用多股平行原丝或单股平行原丝在不加捻的状态下合并而成的集束体。7-13μm无捻粗纱的拉伸强度≥0.65N/tex、弹性模量≥95Gpa、断裂延伸率≥2.6%。玄武岩纤维不仅具有与PPTA(聚对苯二甲酰对苯)和UHMWPE(超高分子量聚乙烯)等高技术纤维相媲美的高强度、高模量和抗冲击性能,而且耐高温、耐光性极佳,尤其是与树脂结合的界面粘接强度很高,因此各种规格的玄武岩无捻粗纱可用于织造、缠绕、编织各种复合材料预制品。

应用领域:织造建筑加固用的各种规格单向布;缠绕各种管、罐、气瓶等;编制各种方格布、网格布、土工布等;建筑修补、加固、耐高温的SMC(片状模塑料)、BMC(块状模塑料)、DMC(团装模塑料)、路用短切纤维;与树脂复合作增强材料等。

8)玄武岩纤维布

玄武岩纤维布是用单丝细度为7-13μm的玄武岩纤维编织而成的,分别有斜纹布、缎纹布、平纹布、方格布。玄武岩纤维布具有不燃性、阻燃无烟、耐高温、无有毒气体排出、绝热性好、无熔融或滴落、强度高、无热收缩现象等优点。

应用领域:适于造船业、大型钢结构和电力维修的现场电焊、气割的防护用品、防火布围墙;纺织、化工、冶金、剧院、军工等通风防火用品、消防头盔、护颈织物;广泛应用于复合材料领域。

    9)防火装饰板

外墙保温板*早起源于欧洲,国内是从20世纪80年代开始并逐步进入建筑等领域。国内外墙用装饰板目前种类繁多,大致分为有机板和无机板,防火等级也从A级到C级不等。随着国内城市建筑火灾的发生,公安消防部也正式要求对建筑用外墙保温材料特别是民用住宅的等级要求定为A级不燃材料。在国家大力提倡绿色环保新材料的前提下,我们研究开发的玄武岩装饰板符合A2级防火,具有良好的隔音吸音和保温性能,加上强度高,质轻,有着很好的前景,这个市场规模是2万亿的用量。玄武岩装饰板优势表现在:在技术上属创新产品,可达到国家消防部门对建筑外墙用保温材料防火等级的要求A2级(预测);轻质高强,抗压强度和抗拉强度高,比一般防火保温材料要高;保温效果和吸音隔音性好,独特的三维中空结构,避免一般保温材料冷热桥的现象,中空层还有良好的吸音性,面层可隔音;吸水抗湿性好,玄武岩纤维基本不吸水,可有效避免岩棉类保温材料吸水膨胀空鼓现象,保持建筑物干燥。

1.1.2.2 汽车领域

玄武岩纤维复合材料(FRP)可以作轿车车壳、车身、底板、保险杠、车门、消音器、刹车片等。与玻纤相比,玄武岩纤维的拉伸强度、模量要高3050%,因此具有极大的市场竞争力。如刹车片,玄武岩纤维将取代石棉及玻纤。对于消音器的绝热隔音,玄武岩纤维也是*理想的一种材料。

预计未来5-10年,复合材料在汽车应用领域会有长足发展。复合材料具有优良的物理性能,被革新性地应用于汽车工业中,帮助实现汽车轻量化,提高能源效率。目前复合材料总量中约有20%被应用在汽车领域,预计到2015年,甚至未来很长的一段时间里,复合材料在汽车领域的应用将会以每年10%的速度持续增长。复合材料在汽车领域的**大应用是结构件。结构件一般占到汽车总重量的20%-25%。如果把结构件中使用的钢材换成复合材料,可以将结构件的总重量减轻40%-50%(JEC的调查数据统计)。复合材料在汽车领域的第二大应用是半结构件。如汽车座椅,车身面板等。这类半结构件目前也占到汽车总重量的20%-25%。如果把半结构件中的传统材料换成复合材料,又可以减少30%左右半结构件的重量。所以,对于包括欧文斯科宁在内的复合材料生产商来说,汽车工业蕴藏着巨大的机遇。

1)摩擦材料

广泛用于各种交通运输工具(如汽车、火车、飞机、舰船等)和各种机器设备的制动器、离合器及摩擦传动装置中的制动材料;现代汽车摩擦材料是一类以摩擦为主要功能,兼有结构性能要求的复合材料。汽车用摩擦材料主要是制动摩擦片和离合器片,它们既是保安件、又是易损件,在汽车用材中占有特殊重要的地位及较大的市场容量。玄武岩纤维可用于开发重负荷刹车片,用于卡车、高速列车制动。从201311日起,石棉刹车片国内已明令禁止使用石棉增强。

目前从世界范围的刹车片的技术工艺发展来看,对半金属配方的研究和应用*成功的应属北美;对少金属配方研究和应用*成功的应属欧洲;对NAO(无石棉有机物)配方的研究和应用*成功的应属日本。但是纵观整个世界刹车片产品的发展趋势,虽然各种配方体系都有其应用的市场,但少金属配方和NAO配方已经成为引导摩擦材料发展的趋势,现在NAO配方摩擦材料已经占据了北美主机市场的60%以上,虽然少金属摩擦材料还在占据着欧洲摩擦材料市场的主体,但已经有相当多的主机和售后市场对NAO配方摩擦材料有了一定的需求。

目前我国石棉刹车片在某些领域还占据着相当大的比例,尤其是在重型车刹车片市场。国内使用的主要石棉替代纤维有钢纤维、矿物纤维、玻璃纤维、芳纶纤维,碳纤维等,非石棉矿物纤维的总用量在万吨以上。但这几种纤维本身都有优缺点。

如钢纤维强度较高、热稳定性好,但材料密度较大、易锈蚀和损伤对偶;玻璃纤维虽然强度高、价格便宜,但在高温阶段摩擦性能不稳定,不耐磨矿物纤维强度低、热稳定性差;芳纶纤维虽然强度高、热稳定性好、不易损伤对偶、磨损率低、摩擦系数稳定,但价格昂贵、混料难以均匀,在使用时还要添加其他纤维;碳纤维也同样存在价格昂贵等不足。我国强制性国家标准GB12676-1999也规定:“制动摩擦衬片应不含有石棉”,并且将在2013年开始,全面禁止生产石棉型摩擦材料。然而目前国内的汽车刹车片却仍然主要使用石棉材质,因石棉材质问题奇瑞长城在澳大利亚双中招也为使用石棉材质汽车部件敲响了警钟。玄武岩纤维具有高温摩擦系数稳定、热衰退小和制动噪音低等特点,适合作为摩擦材料的主增强材料,这也为其替代石棉材质提供了可能性。

2)交通工具轻量化

汽车轻量化是实现新能源汽车产业化的关键技术之一。由于电动汽车电池会使汽车重量增加很多,电池重量与车内其他部件的重量成为对立的技术矛盾,需要从其他方面减重弥补,不然电动汽车难以市场化。国内示范用电动车一般增重都超过300Kg,与国外的略微增重相距甚远,电池、电机和电控系统昂贵,电动轻量化汽车成本压力很大。由于电动汽车在电池续航能力、充电配套等方面的原因还难以推广,但在汽车轻量化方面,国际汽车厂商已经陆续在很多热销品牌的车上使用新型材料来降低整车重量,如08年尼桑Teana、大众CC、斯柯达Superb、奥迪Q509年大众Polo11年宝马1系、福特focus等车型上都不同程度的使用了高强度的材料以减轻车重,并且以上例车中大部分都通过了欧洲NCAP五星碰撞测试。粗略估计钢为主的材料混用减重车型,其白车身所用材料比例大概为软钢33%,高强度钢33%,超高强度钢20%,变形铝5.5%,塑料及其他只占0.9%,所举例车型均价约50万人民币。而铝或塑料为主的材料混用减重车型,其白车身所用材料比例大概为钢(搞强度钢和超高强度钢)9%,变形铝60%,铸造铝14%,塑料及其他占13%,所举例车型均价高达200万人民币。目前,汽车白车身的减重是汽车轻量化的主要方向,其措施主要是通过使用高强度钢和先进高强度钢代替传统软钢来实现的,对于非金属材料从业者来说,并不算特别值得兴奋的事情。国外品牌越来越多低价位车型上高强度钢也已经开始应用;价格特别昂贵的跑车,其应用的主要结构材料也是铝合金,塑料复合材料为主的汽车凤毛麟角,纤维复合材料的车身还处在概念车阶段。

可以预见未来十数年内汽车轻量化方面,白车身的减重材料还是以高强度钢材为主,铝材侧重于功能的发挥(如发动机),塑料不是白车身轻量化的主力,其应用主要在底盘、结构件和车身内外饰上。

1.1.2.3化工领域:

1)缠绕管

根据美国石油学会(API)制订的《高压玻璃钢管线规范》即15HR-1995标准规定,工作压力大于6.8Mpa的管道称为高压管,高压玻璃钢管主要用于石油、化工、船舶、水处理、可输油、水、化工液体、气体等多种介质。

在石油开采中,地表层使用的高压管,*大压力一般在17Mpa左右,通称为高压线管,例如注水站到配水间输送压力为1517Mpa。用在井下数千米深的高压管,称为井下高压管,例如抽油管和注水管,工作压力在24Mpa以上。

高压玻璃钢管生产技术目前以纤维缠绕定长法工艺为主。

应用领域为:盐水、淡水等长距离输送管线;污水处理输送管线;海洋与船舶用系统管线;原油和天然气输送管道;石油化工工艺管线;海水淡化装置部件。

2RTP

长期以来应用于石油输运和天然气输送的管道大多以钢管为主,钢管具有强度高、能应用于高压力范围的优点,但却存在重量大、单根长度短不可盘卷、易氧化腐蚀、运输成本高、安装效率低、寿命较短、施工复杂等缺点。塑性管正好相反,耐腐蚀、单根长度长可盘、运输成本低、施工简便,但由于强度较低,只能应用于中、低压范围但又强度低,为了克服塑管和钢管的缺点,各种结构形式的复合管材应运而生。多年来,国内外都有许多增强热塑性塑料管的新设计、新专利提出来,但是能够在市场立足的并不多,因为真正要做到优势互补需要解决很多技术问题,所以增强热塑性塑料管成为热门市场领域。

就国内外现有RTP增强层而言,高压管领域芳纶纤维(带)缠绕和钢丝纤维(带)缠绕较多,口径基本在65-150mm之间,低压领域以聚酯纤维为主。无可避免有机纤维应用于热塑性管道*大优势在于柔韧性好,可盘卷,安装运输极为方便,但强度低成了发展了很大的瓶颈。芳纶纤维应用于RTP有效避免了强度低的缺点,但昂贵的价格束缚了只做高端,限制其中低端市场份额。钢丝(带)应用于RTP管压力高,但有高密度重量大的确定,同时钢丝(带)与PE的塑料由于热收缩性相差200倍等原因,二者结合型不好严重影响了整个RTP的寿命。无机纤维应用于RTP可避免以上几种材料的缺点,无机纤维强度高、伸长率低、与树脂塑料凳结合型好、价格居中,是理想的应用于RTP管的增强材料。缺点在于无机纤维不耐折、韧性低、耐磨性差,这可以通过后处理工艺得到一定程度的改善。近年来,无机纤维应用于RTP成了行业谈论与研究的热门,国外已有玻纤应用于RTP的生产企业,国内的广州励进也有玻璃纤维RTP管的生产设备及工艺等。基于玄武岩纤维相比玻璃纤维有更好的强度,通过一定处理应用于RTP将是一项新的技术和产品,比玻纤的RTP管有更高的耐压性。从南京晨光的试验数据可知,浸胶的玻纤强度在0.6N/tex左右,前期预期经橡胶类乳液浸胶处理过的断裂强度>0.7N/tex以上,在不同的管道通径范围内,预期性能达到高压管大于5Mpa,中压1.6-5Mpa的要求。

综上,玄武岩纤维应用到化工管道、容器、过滤系统等方面将有很大的开发价值,市场潜力巨大,势必带来可观的经济效益和社会价值。

1.1.2.4 复合材料市场:

目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨,年产值达1300亿美元以上,若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入,其产值将更为惊人。从全球范围看,世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长,而亚洲的日本则因经济不景气,发展较为缓慢,但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。从应用上看,复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。从全球范围看,汽车工业是复合材料*大的用户,今后发展潜力仍十分巨大,目前还有许多新技术正在开发中。例如,为降低发动机噪声,增加轿车的舒适性,正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板;为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求,发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求,必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。玄武岩纤维与用在复合材料中其他几种纤维的性能价格比:玄武岩纤维与玻璃纤维、芳纶纤维的物理性能比,玄武岩纤维的抗拉强度、弹性模量、耐高温、耐酸碱性等特性都远远大于玻璃纤维、芳纶纤维等。在价格方面,玄武岩纤维比碳纤维价格低接近5-8倍,大大降低了复合产品的生产成本。

综上所述,可见复合材料的用途相当广,发展空间非常大。玄武岩纤维各方面特性在复合材料这一行业中具有先天独厚的条件。现阶段玄武岩纤维的新型复合材料正如雨后春笋般在发展,每年的需求量按照占有市场2%的份额来算的话,玄武岩纤维将会达到每年40000-60000吨的用量,并且随着新产品的开发将会以每年15-20%的速度增长。