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㈠、CBF的概况及地位
㈡、CBF的性能
㈢、CBF的应用
㈣、CBF的研究方向
㈤、CBF的发展历史
一、CBF的概况及地位：
1、连续玄武岩纤维（Continuous Basalt Fibre 简称CBF）
是以火山岩为原料经1500℃高温熔融后快速拉制而成的连续纤维，其外观为金褐色，属于非金属的无机纤维。
CBF的特征：①、综合性能强；②、性价比高；③、纯天然环保；
CBF的缺点：①、密度大； ②、服用性差；③、纤维较脆不耐折。
2、CBF在纤维中的地位
①、CBF与碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、PBO、PBI等高技术纤维一样具有“高比模量、高比强度、高耐久性、高化学稳定性”等高性能特征，是性价比极高的新型高技术纤维。
②、CBF与其它高技术纤维不会构成性能及利益的直接冲突，相互是有益的补充。
③、CBF不受原材料涨价的影响，在中国预计保持一段持续稳定增长后，将会出现超常规的跨越式发展。
④、随着全球经济一体化，化纤产业在全球范围内进行全面优化调整。欧、美、日等世界发达国家正在逐步退出常规化纤品种的生产，强化高新技术纤维的生产与研发。CBF应该在全球高技术纤维的发展格局中发挥作用。
3、我国鼓励发展的四大高技术纤维
①、碳纤维（CF）
②、芳纶（AF）
③、超高分子量聚乙烯纤维（UHMW-PE）
④、连续玄武岩纤维（CBF）
CBF与其它纤维力学性能指标的对比
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纤维类型 |
密 度
(g·cm ) |
抗拉强度
（MPa） |
弹性模量
（GPa） |
断后伸长率
（%） |
最高工作温度
（℃） |
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CBF |
2.63 |
3 000～4 840 |
91～110 |
3.1 |
-269～+650 |
|
E-玻璃纤维 |
2.54 |
3 100～3 800 |
72.5～75.5 |
4.7 |
380 |
|
S-玻璃纤维 |
2.54～2.57 |
4 020～4 650 |
83～86 |
5.3 |
300 |
|
碳纤维 |
1.78 |
3 500～6 000 |
230～600 |
1.5～2.0 |
500 |
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芳纶 |
1.45 |
2 900～3 400 |
70～140 |
2.8～3.6 |
250 |
二、CBF的性能
1、 耐高温特性
①、耐温使用范围：-269～+650℃
②、在400℃温度下工作时，其断裂强度能够保持85%；在600℃温度下工作时，其断裂强度仍能够保持80%的原始强度；而即使优良的矿棉此时也只能保持50%～60%的强度，玻璃棉则完全破坏。
③、碳纤维的抗氧化性较差，在400℃有CO和CO2产生；间位芳纶最高使用温度也只有250℃。
2、 拉伸强度
①、CBF纤维的拉伸强度为3800～4800MPa，比大丝束碳纤维、芳纶、PBI纤维、钢纤维、硼纤维、氧化铝纤维要高，与S玻璃纤维相当。
②、在70℃水中，玻璃纤维不到200小时就失去强度，CBF纤维1200小时仍能保持强度。
③、CBF纤维对交错变换的负荷具有高稳定性和耐久性。由CBF纤维制成的细棒在长时间(超过9年)经受交变载荷作用后几乎没有疲劳破坏的痕迹，即未出现裂纹或其它破坏症状。
3、化学稳定性
①、CBF纤维有良好的耐化学稳定性，耐酸，耐碱，耐腐蚀，其吸湿率（小于1％）明显低于玻璃纤维（6～8倍），且其吸湿能力不随时间变化，这就保证了它在使用过程中的热稳定性、长寿命和环境协调性。
②、CBF 的耐酸性超过了一般用作耐酸玻璃钢增强材料的 ECR 玻璃纤维。
③、CBF耐碱性略逊于碳纤维和对位芳纶，但好于玻璃纤维和钢纤维。
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性能纤维 |
吸湿率 |
介质中煮沸3h后的质量损失（％） |
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水中 |
2N NaOH |
2N HCl |
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CBF纤维 |
<1％ |
1.6 |
2.75 |
2.2 |
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E玻璃纤维 |
10～20％ |
6.2 |
6.00 |
38.9 | |
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4、天然的硅酸盐相容性
①、CBF纤维在饱和Ca(OH)2溶液以及在水泥等碱性介质中能保持高度的稳定性，可代替钢筋用作混凝土建筑结构的增强材料，制作桥梁等大型建筑的结构件。
②、CBF纤维具较高的拉伸强度和剪切强度，加上其具有天性的与水泥、混凝土的亲和力和耐碱性，这些特性被利用在建筑增强领域。
5、热振稳定性
①、CBF纤维在500℃温度下的热振稳定性仍然不变，原始重量损失不到2%；900℃时也仅损失3%。
6、介电性能
①、CBF纤维还具有良好的介电性能。它的体积电阻率比E玻璃纤维高一个数量级。玄武岩含有不到20%的导电氧化物，导电氧化物纤维过去并没有用于制备绝缘材料，但经过用专门浸润剂处理后的CBF纤维，其介电损失角正切比玻璃纤维低50%,可用于制造新型耐热介电材料。
②、用 CBF 增强树脂制成标准板，在 8～18 GHz具有一定的吸波性能（可能是氧化铁、氧化钛成分）。
7、声热绝缘特性
直径在9-11µm之间的CBF细纤维制品的导热性能
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材料密度kg/m3 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
|
导热系数（温差50℃）
kcal/m·h·℃ |
0.052 |
0.050 |
0.047 |
0.044 |
0.041 |
0.040 |
0.041 | |
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直径在1-3µm之间的CBF超细纤维制品的导热性能
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材料密度kg/m3 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
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导热系数（温差50℃）
kcal/m·h·℃ |
0.0405 |
0.0375 |
0.0345 |
0.0340 |
0.0360 |
0.0380 |
0.041 | |
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由CBF纤维可以制造兼备声热隔绝性能的复合结构材料
8、其它性能
CBF纤维具有天然抗紫外线和高能量的电磁辐射的特性，不接受射频，可用于防辐射场合。如用做核电站建设和核燃料的储存、运输和处理有核辐射的核废料，以及防护用品，还可用在核武器的不同应用领域。
三、CBF的应用
1、节能减排
①、CBF纤维的生产工艺简洁（天然、非人工纤维—廉价性），能耗是所有高技术纤维中最低的（每公斤CBF电耗约为4～5KW/h），且生产过程中无有害气体和废渣排放，是典型的低能耗、少排放的清洁生产技术。
②、CBF（高温滤材）可作280℃～400℃工业除尘耐高温的滤材，且大大减少工业除尘冷却配套系统的投资，并使纯净耐高温气体的热能可直接用于发电（目前过滤材料主要有天然纤维、各种合成纤维、各种无机纤维和金属纤维）；加拿大亚伯力（Albarrie）公司是一家有30多年历史的环保工业用集尘滤料的专业公司。他们将CBF用作过滤针刺毡的支基布已经有10多年的历史了。
③、CBF可用作烟囱壁BFRP材料，在烟气脱硫装置中有独特的作用；
④、汽车排气系统的消音及尾气的高温过滤材料，可以进一步降低汽车尾气对城市的污染。
⑤、其它：防护制品、电绝缘材料、代石棉制品、工业织物、切割打磨和摩擦片的增强材料等。
2、武器装备
①、CBF是21世纪在国防军工领域有着非常重要应用的一种高技术纤维，是体现国防科技战略布局的一种新材料。
②、CBF是由前苏联国防部下令开发的，首先被应用于国防军工（1975年7月17日与苏联“联盟-19”号宇宙飞船第一次完成对接的美国“阿波罗”号宇宙飞船的结构材料上就应用了苏联生产的CBF纤维）。
③、抗烧蚀、抗冲击的导弹、火箭、装甲车辆、军舰等武器装备的耐热防热部件和抗弹与结构部件中。
④、CBF吸湿率低、力学性能高，用作冲锋舟等快艇的BFRP材料。
3、建筑材料
CBF（矿物纤维、硅酸盐纤维）抗碱性能优异，广泛应用在桥梁、隧道、堤坝、楼板等混凝土结构的增强，以及沥青混凝土路面、机场飞机起落跑道的增强和其它易受潮湿、盐类预见性混凝土介质腐蚀的建筑构件。
①、纤维混凝土增强（短切CBF）
②、建筑桥梁的补强加固（BFRP）
③、道路施工（短切CBF或网格等土工材料）
• 玄武岩纤维混凝土（ Basalt fiber reinforced concrete简称为BFRC）是21世纪新的增强水泥基材料。
• 纤维的主要作用是控制FRC的开裂，并且改善水泥基开裂后材料的延性，提高其抗拉、抗弯、抗爆、抗裂等性能。
• CBF较好地解决了FRC应用中的两个问题：一是均匀性；二是成本.
BFRP片材的力学性能
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试验号 |
试验面积
（㎜2） |
最大载荷
（N） |
抗拉强度
（MPa） |
弹性模量
（MPa） |
断裂伸长率
（％） |
|
1 |
1.785 |
4048.9 |
2268.3 |
94115.6 |
2.18 |
|
2 |
1.785 |
4194.2 |
2349.7 |
94159.6 |
2.50 |
|
3 |
1.785 |
4305.3 |
2411.9 |
100377.5 |
2.53 |
|
4 |
1.785 |
3860.9 |
2163.0 |
100321.0 |
2.39 |
|
5 |
1.785 |
4399.3 |
2464.6 |
138917.5 |
2.23 |
|
平均值 |
1.785 |
4161.7 |
2331.5 |
105578.3 |
2.37 |
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BFRP与其它FRP片材的力学性能比较
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纤维种类 |
厚度(mm) |
设计强度(MPa) |
弹性模量(GPa) |
极限应变(%) |
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高强度碳纤维 |
0.111 |
3550 |
235 |
1.5 |
|
高弹模碳纤维 |
0.143 |
2000 |
550 |
0.4 |
|
芳纶纤维 |
0.193 |
2100 |
120 |
1.8 |
|
玻璃纤维 |
0.118 |
1500 |
74 |
2 |
|
PBO纤维 |
0.128 |
3500 |
235 |
1.5 |
|
Dyneema纤维 |
0.258 |
1800 |
60 |
3 |
|
玄武岩纤维 |
0.119 |
2300 |
100 |
2.3 |
|
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4、防火阻燃纤维织物
①、CBF是天然的不燃纤维！
②、目前所用的纺织纤维几乎都是有机高分子材料，例如：PMIA、PBI、PPS、PI、PSA纤维等，其中绝大多数的使用温度在200～300℃！
③、极氧指数（LOI）：
< 20为易燃纤维、20～26为可燃纤维、26～34为难燃纤维、大于35以上为不燃纤维，CBF大于68！
④、冶金和消防部门用阻燃工作服、水电、核工业、地矿、军服！ 耐高温防热特殊环境下作业阻燃纤维工作服，如森林消防。
四、CBF的研究方向
• 三维正交织物使BFRP的整体性能更强;
• 中空织物使CBF变“重”为“轻”;
• 针织织物使CBF更具冲击力;
• 多轴向织物使CBF优异的力学性能得到极致的发挥.
多种纤维材料的性价比
五、CBF的发展历史
1、1985年前苏联获得了CBF的工业生产技术；
2、1994年俄罗斯CBF从军工解密开始用于民用；
3、2002年我国将CBF列入国家863计划；
4、2005年被认定高新技术成果转化项目；
5、2005年12月2个CBF项目列为国防科工委基础科研课题；
6、2005年至2007年国内生产出单丝直径为6微米的CBF；
7、中国CBF已经异军突起,生产CBF的厂家已经达到5家,居全球第一；
8、2005年7月26日国家863计划新材料领域专家委员会给出了验收结论意见：提前完成了863计划合同任务和指标。 |
