玄武岩连续纤维短切纤维的应用市场相对比较成熟,其在纤维混凝土和纤维砂浆中的应用优势日益明显。
目前研究应用较多的主要是钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维和近年来的植物纤维混凝土等。这些纤维具有以下特点:
钢纤维混凝土容易受到氯盐腐蚀,因此应用受到一些限制。钢纤维增加了混凝土施工、抹面的难度。外露的钢纤维在养护阶段容易发生锈蚀,影响耐久性和美观。使用过程中,由于混凝土磨耗导致锋利的钢纤维外露,影响使用的安全。钢纤维相对密度7.8 左右,不利于减少结构自重。普通玻璃纤维耐久性低,与水泥基的相溶性差。并且玻璃纤维质脆易断,在搅拌过程易受到损坏。耐碱玻璃纤维是为了增强水泥材料专门研究开发的,但易受酸腐蚀、不适合用于酸性环境中。碳纤维质轻、高强、弹性模量很高、化学性质稳定,与混凝土粘结良好,但是由于生产成本较高,所以应用受到一定的限制。部分合成纤维具有较高的抗拉强度、极限延伸率,较好的抗碱性,但是较易老化,原料来源受到一定限制,且低模量合成纤维通常会使混凝土抗压强度下降。以聚丙烯为例,在极低的体积掺量(体积率小于0.1%)下,能显著改善混凝土早期塑性收缩开裂。然而,在热、氧、紫外线等外界因素作用下易发生化学变化,丧失使用性能。近几年也有人开发研究植物纤维,植物纤维来源广,成本低是一种可再生的资源,但是植物纤维吸水率大、耐碱性能差、柔软性较差,成纱不均匀,限制了产品的进一步开发与应用。
近年来玄武岩连续纤维在混凝土及砂浆的应用受到了高度重视。与有机纤维相比,玄武岩连续纤维的弹性模量、拉伸强度、耐腐蚀、化学稳定、分散性和砂浆、混凝土的亲和力等都具有明显的优点,并且价格低廉,来源广泛 ,在土木工程中必将有广阔的应用前景,也是替代聚丙烯(PP)、聚丙烯晴(PAN)等用于增强砂浆混凝土极具竞争力的产品。
关于水泥砂浆的对比试验表明:玄武岩纤维在砂浆中形成一种致密、乱向分布的网状支撑结构体系,以比聚丙烯纤维更小的单丝均匀分散于水泥浆体中,纤维上有大量的水化产物附着与砂浆有更好的结合形态,因此能很好地阻挡微裂纹的产生及扩展,提高纤维砂浆的抗裂性。
玄武岩纤维的生产方法:是玄武岩石料在1450℃~1500℃熔融后,通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维。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,玄武岩纤维的颜色一般为褐色,有些似金色。玄武岩纤维是一种新出现的新型无机环保绿色高性能纤维材料,它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后,通过漏板快速拉制而成的。玄武岩连续纤维不仅稳定性好,而且还具有电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能。此外,玄武岩纤维的生产工艺产生的废弃物少,对环境污染小,产品废弃后可直接转入生态环境中,无任何危害,因而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我国重点发展的四大纤维(玄武岩纤维、碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维)之一,在我国基本上实现了工业化生产。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。
纤维表面改性技术主要有表面氧化改性技术、化学镀/电镀表面改性技术、等离子体改性技术和涂层改性技术等,其中涂层改性技术应用最为广泛,主要目的为提高其力学能和对环境抗老化性能,以及与其他材料复合性能。应淑妮[7]在玄武岩纤维(BF)增强聚丙烯(PP)复合材料体系中,引入了聚苯乙烯(PS)与聚丙烯酸羟乙酯(PHEA)的嵌段共聚物大分子偶联剂(PS-b-PHEA),以改善复合材料的界面性能。G.J. Wang[8]利用低温等离子体技术改性玄武岩纤维,提高表面化学稳定性和粗糙度,引入表面活性基团,有利于提高其粘附性能。Denni Kurniawan[9]采用辉光等离子体聚合玄武岩纤维/聚乳酸复合材料,材料力学性能强度和模量分别提高45%和18%。将玄武岩纤维作为水质净化用载体材料为新的研究方向,基于微生物载体固定化理论的指导下,发挥环保新型材料玄武岩纤维的优势和环境友好特性,应用纤维材料表面改性的方法,提高载体表面能、生物亲和性,创制新型环境友好型生物载体,通过应用研究,评价玄武岩纤维载体的性能,是拓展玄武岩纤维材料应用领域的新方向。玄武岩纤维作为水质净化用载体材料还是空白领域,玄武岩纤维已经具备了作为微生物载体的一般性能,但是为了更好提高其表面微生物附着性能,需要对其表面进行改性处理,是将玄武岩纤维类载体得以广泛应用所要亟待解决的问题。玄武岩纤维在功能服装领域的应用:玄武岩纤维布具有高强度、永久阻燃性、短期耐温在1000℃以上,可长期在760℃温度环境下使用,是顶替石棉、玻璃纤维布的理想材料。按玄武纤维布的断裂强度高、耐温高、具有永久阻燃性。是Nomex(芳纶1313)、Kevlar(芳纶1414)、Zylon(PBO纤维)、碳纤维等高性能纤维和先进纤维的低价替代品。将玄武纤维布经化学印染整理可以染色和印花。经功能性整理,例如有机氟整理可做成防油据水永久阻燃布。玄武纤维布可制造的服装有:消防员灭火防护服,隔热服,避火服,炉前工防护服,电焊工作服,装甲车辆乘员阻燃服。