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      连续玄武岩纤维发展的机遇与挑战

      来源: 发布时间:2016-10-11

    •   由于连续玄武岩纤维CBF具有一系列优异的化学、物理性能和广阔的应用发展前景,可完全替代玻璃纤维、碳纤维、石棉等来制造多领域、多用途的增强材料,且其原料取自于天然矿石—玄武岩,生产过程中无有害物质析出,不向大气排放有害气体,不污染环境,因而它被誉为21 世纪“石头变丝”的绿色环保新材料。目前,因国际市场上玻纤、碳纤维等增强材料的严重短缺,加之CBF纤维优异独特性能和低成本价位等优势凸现,为该纤维开发应用带来了前所未有的大好商机,也引起了世界经济发达国家对研发CBF的重点研究和技术再创新。中国拥有极其丰富、品质良好的玄武岩矿石储量,遍布祖国的大江南北。我国日新月异的经济发展、科技创新也为CBF提供了更加广阔的应用空间,现国家已将CBF纤维列为今后15 年中长期发展规划中鼓励发展的四大高科技纤维之一。但就目前与国外先进技术比较而言,我国高新技术纤维产品的发展现状和技术成果不容乐观,从某种意义上讲我国开发CBF纤维及其产品应用任重而道远,还要经历一段创新实践与艰苦创业的发展过程。
        2005年4月5-7日在法国巴黎Porte de Versailles会展中心举行了JEC复合材料展览会暨欧洲SAMPE(Society for the Advancement of Material and Process Engineering材料与加工促进会)国际会议,会上全面展示了有关当今国际新型复合材料、新工艺、新产品、新设备和新技术,展会中国外就有三家CBF制造商和一家CBF批发商参展。在众多高科技纤维产品供应普遍趋紧,尤其是碳纤维严重短缺的情况下,具有独特优异性能和性价比良好的CBF纤维的展示则格外引人注目,可以这么说它是此届JEC展会中的亮点和热点之一。这四家分别是俄罗斯苏达格拉斯纤维技术公司(Sudaglass Fiber Technology)、俄罗斯SUDAGLASS在美国和乌克兰新建两家生产厂家,其中Kamenny Vek2002年建成规模较小。还有比利时一家,主要是代销产品,自己不生产。此外,中国横点集团上海俄金玄武岩纤维有限公司也首次参加了这届JEC复合材料展览会(见下面参展照片),展出的CBF产品与资料也引起了与会人员的广泛关注与兴趣。通过与国外同行的竞技、交流、学习及洽谈国际间合作等,进一步坚定了我国该纤维重点研发企业加快发展CBF纤维产品的信心和决心,从而促使我国在引进、消化、吸收国外先进成熟技术的基础上大力开展创新实践,走跨越式发展道路,早日挤身于世界CBF纤维生产及应用大国之列,开辟一条可持续发展的产业化新路。
        从政府重视程度上看:目前我国对CBF纤维的发展具有较强的国家影响力。自CBF 2001年6月被列为中俄两国政府间科技合作项目;2002年8月正式列为国家863计划;2002年5月列入深圳市科技计划;2004年5月列入国家科技型中小企业创新基金;以及最近将列入国家“十一五”科技计划和国家发改委中长期发展规划。这一系列项目建立与实施充分体现了国家及地方各级科技管理机构在很大程度上对CBF的高度重视、大力支持、政策扶植,国家科技不等有关部委领导还亲自对CBF项目发展及成果研究作出了批示,全力扶持CBF这个新兴的高技术材料产业发展。
        从行业发展基础上看:近几十年来我国玻纤、碳纤维及其复合材料等得到了飞速发展,这为CBF研发生产和推广应用奠定了坚实的基础,据国外著名杂志《高性能复合材料》2005年1月刊“市场趋势”栏目资深咨询专家Ben Rasmussen先生预测评价:我们面临着严重的纤维短缺问题,CBF将带动全球复合材料产业的强劲增长……,现在世界最大的潜在复合材料制造商和终端用户是中国,因为中国企业已拥有25%全球玻璃纤维市场并正在发展CBF,5年后将会给该市场带来一股新的冲击力。
        从资源储备优势上看:因CBF纤维及其复合材料有望发挥替代玻纤、碳纤维等材料“后发优势”而称雄世界,特别是它取材源自于天然矿石,加工过程无污染,是典型的资源节约型新材料,它有利于资源综合利用和环境保护,有利于实现可持续发展战略目标。而国内矿石储量丰富,来源充足,新生代的火山岩绝大部分为玄武岩,尤其是碱性玄武岩在全球比较占有优势。根据研究人员已掌握的玄武岩矿石化学组分分析数据证明,在我国很多省份都有适合CBF生产的矿址,如四川、云南、黑龙江、浙江、湖北、海南岛、台湾岛等省,其中某些省的矿石已在工业试验装置上生产出CBF纤维产品。
        从生产成本效益上看:中国具备了低成本制造CBF得天独厚的条件,因纯天然玄武岩矿石原料价格较低廉,每吨约80-100元人民币,且CBF采用玄武岩矿石投入熔炉→熔化→拉丝“一步法”生产工艺简单,无需人工配料,工艺流程比一般玻璃纤维生产过程要简捷多了。直接从玄武岩一次制成CBF工艺和装备可大大降低生产成本(现在基本上与玻纤的生产成本相当), 提高生产效率,递增企业效益。CBF生产成本的低廉性为其在国内实现大规模生产及其推广应用创造了前提条件,使高性能CBF复合材料在我国推广使用成为可能,进而突破了该复合材料多领域应用的价格瓶颈。
        从国内市场潜力上看:我国是发展中国家经济、科技发展迅速较快,新材料开发与研究技术水平较高的一个国家,有广阔的CBF市场应用空间,其替代玻纤、碳纤维等材料潜力很大,可广泛用于航天航空、导弹、火箭、军用飞机、潜艇、军舰等国防建设中,也可用于汽车、石化、建筑等民用工用增强复合新材料领域,可填补我国新材料领域的空白,可望成为CBF“后来居上”的生产大国和应用大国。
        尽管国内开发CBF产品及其复合材料的应用前景十分诱人,这种新材料经济寿命至少要在30-50年以上,且目前CBF在国际上也正处于方兴未艾的发展时期,对中国而言是一个难得的,可大有作为的好契机。然而,我们同样面临着十分严峻的挑战与竞争。
        首先,由于纯天然玄武岩熔体导热性差、析晶上限温度较大容易析晶、成纤粘度控制范围较窄,因而对天然玄武岩矿石相和成分组成必须严格筛选,因为,玄武岩矿石的特殊性决定了CBF生产工艺和技术装备的特点,其成纤技术难度大、工艺控制条件严、设备适应性要求高已是国外圈内专家们一直公认的事实,已成为全球业内研究者攻克CBF技术难点的门槛。遗憾的是目前中国对玄武岩矿石作为玄武岩纤维生产原料的研究、工艺及设备的创新改进等工作尚未引起足够的重视。
        其次,尽管国外以俄罗斯、乌克兰等为主体的CBF及产品开发应用已取得举世瞩目的成就,但全世界生产CBF的总体技术还尚处于初级发展阶段。我们要在引进、消化、吸收国外先进成熟技术基础上,加大基础研究到应用研究的开发步伐与跨度,重视知识产权,发挥自身科技创新能力和优势,实施自己的专利战略。尤其是在进行生产能力更高的多孔数漏板研发关键技术上(现CBF工业化生产的拉丝漏板目前仅为200孔,而玻璃纤维生产所用的拉丝漏板已达2000孔甚至更多)力争有实质性的创新突破和超越,形成自主知识产权,实现跨越式发展。
        再则,鉴于目前国内外尚无连续玄武岩纤维及其复合材料的国家标准和国际标准,我国应及时制定并有效实施CBF技术标准战略,抢占技术制高点,力争在技术标准制定方法走在世界前列。通过CBF标准化工业生产,形成CBF产品及其复合材料的有序公平竞争和CBF产业化健康而可持续发展,维护我国CBF产品质量在国际市场上良好声誉和竞争优势。
        此外,就目前中国能源价格而言,我国的天然气、电力成本价格远远高于俄罗斯、乌克兰,甚至高于欧洲和美国等世界价格水平,为了降低连续玄武岩纤维的生产成本就必须改造现有生产工艺中的矿石熔化炉、燃气空气系统、燃气烧喷结构等关键设备与装置,采用创新工艺技术,新型节能材料和能源供应系统。
        只有这样,才能从根本上解决我国面临的能源窘迫问题和投资效益问题。
        总之,连续玄武岩纤维生产原料来源广泛而廉价,可促进我国矿产资源的合理开发和综合利用,符合国家产业化发展政策。它是一种低投入、高产出、少排放、能循环、可持续发展的资源节约型、环境友好型的高新技术材料,它代表着国际绿色新材料的发展方向和全球高新技术的主流,将成为世人瞩目的又一颗璀璨耀眼的“材料新星”。由此,我们应该及时抓住机遇,尽快制定和实施产业化生产战略决策,突破CBF产业发展的技术壁垒与瓶颈,我国完全有可能成为CBF及其复合材料的制造与应用大国,从而真正实现CBF“源自于苏联、发展在中国、推广至世界”的发展远景目标。
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