在當今追求可持續發展的時代背景下,高性能纖維及復合材料制造領域正不斷尋求創新與突破。其中,玄武巖纖維增強樹脂基復合材料以其獨特的優勢,正成為備受矚目的新星。它不僅集成了優異的力學性能,更在成本控制和環境友好性方面展現出巨大潛力,為航空航天、汽車制造、軌道交通、建筑工程以及海洋工程等諸多高端領域提供了全新的材料解決方案。
玄武巖纖維,顧名思義,是以天然玄武巖礦石為原料,經高溫熔融后通過鉑銠合金漏板高速拉制而成的連續纖維。其生產過程綠色環保,原料來源廣泛且成本低廉,幾乎不產生有害廢氣與廢水,這為其“環境友好”的標簽奠定了堅實基礎。與傳統的玻璃纖維或碳纖維相比,玄武巖纖維在拉伸強度、彈性模量、耐溫性(工作溫度范圍-260℃至+700℃)、耐酸堿性以及隔音隔熱性能方面均表現出色。
將這種高性能的玄武巖纖維作為增強體,與環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂或乙烯基酯樹脂等基體材料復合,便構成了玄武巖纖維增強樹脂基復合材料(BFRP)。在制造工藝上,它可以充分利用現有的復合材料成型技術,如手糊成型、纏繞成型、拉擠成型、樹脂傳遞模塑(RTM)和真空輔助樹脂灌注(VARI)等,這使得其生產工藝成熟且易于規模化生產,進一步降低了制造成本。
“高性能”是這類復合材料的核心特征。其比強度(強度與密度之比)和比模量高,能夠實現結構輕量化,這對于需要減重節能的交通工具至關重要。它擁有卓越的耐疲勞、耐腐蝕和抗沖擊性能,能夠在惡劣環境中長期保持穩定,延長產品使用壽命。例如,在土木工程中,BFRP筋材可替代鋼筋,有效避免混凝土結構的銹蝕問題;在汽車工業中,可用于制造保險杠、板簧等部件,提升安全性與耐久性。
“低成本”優勢貫穿于原料、生產至應用的整個鏈條。玄武巖礦石儲量豐富,開采與加工成本顯著低于碳纖維的前驅體。纖維制造能耗相對較低,且與樹脂的浸潤性好,加工效率高。綜合下來,BFRP在保持卓越性能的提供了更具競爭力的價格,有利于大規模市場推廣。
“環境友好”則體現在全生命周期。從原料的天然無機屬性,到生產過程的低排放,再到產品使用時的耐久性(減少更換頻率)和最終的可回收利用潛力(部分工藝下的熱塑性基體復合材料),BFRP都體現了綠色制造的理念,符合全球循環經濟的發展方向。
其發展也面臨挑戰,如纖維與樹脂界面結合強度的進一步優化、長期老化性能數據的完善、以及更精細化的低成本制造工藝開發等。隨著表面處理技術、樹脂配方技術和自動化制造技術的進步,玄武巖纖維增強樹脂基復合材料有望在性能上實現更大突破,在成本上更具優勢,從而在高性能纖維及復合材料制造的版圖中占據更為核心的位置,驅動多個產業向更高效、更環保、更經濟的方向轉型升級。