前言：

"连续玄武岩纤维是高技术纤维之一，是先进的工业及工程用基础材料，也是典型的军民两用新材料。连续玄武岩纤维具有优异的力学性能及物理化学性能，用途广泛，可为土建交通、汽车船舶、能源环境、石油化工、海洋工程、国防军工等国民经济和军工领域的产品升级换代提供新材料的支撑和保障，是实现战略新兴产业创新驱动发展的重要物质基础。

连续玄武岩纤维是以天然玄武岩作为原料，高温（1500℃以上）熔融后，通过铂铑漏板成形为纤维并由拉丝机高速拉制而成的连续纤维。生产连续玄武岩纤维的矿石原料，是广义的玄武岩，是包括玄武岩、玄武安山岩、安山岩、辉绿岩等能够生产连续玄武岩纤维的火山岩的通称。

由火山岩形成的纤维，最初源于火山喷发之后形成的丝缕状质地柔软的岩石纤维。19世纪中期英国初次研发生产了岩棉，纤维呈不连续状，力学性能及理化性能低。连续玄武岩纤维的概念于1922年提出，之后久未引起学界和产业界重视，直到20世纪50～60年代，美国和苏联基于军事工业发展的需要，开始研发连续玄武岩纤维制备工艺。苏联在20世纪80年代，开发了年产百吨级的200～400孔漏板火焰坩埚炉生产技术，但由于长期受玄武岩纤维产品性能稳定问题的困扰，未形成规模化生产。苏联解体后，玄武岩纤维生产技术经过解密由军用转向民用领域，俄罗斯、乌克兰 、德国、比利时、奥地利、日本等国着力开展稳定量产化技术开发，并逐渐开发成功了年产千吨级池窑生产工艺，形成了Kamenny Vek等多家企业。进入21年世纪后，包括美国、加拿大等在内不少国家也开始加大对连续玄武岩纤维生产和应用的研发力度。

我国连续玄武岩纤维的发展经历了3个阶段：早期是在20世纪70年代至20世纪末，采用单孔或多孔以及100孔漏板坩埚拉丝进行探索性研发，由于当时对玄武岩矿石原料均质化及熔体均质化等认识不足，未形成有效的生产工艺；中期是21世纪初的十多年间，通过“引进—吸收”和“自主创新”两条路径实现了小型坩埚炉工业化生产；近期是2015年后，攻克了池窑化生产工艺上的技术难题，开发了各具特色的高性能玄武岩纤维，同时产品在土建、交通领域应用技术上积累了大量的经验，形成了世界范围连续玄武岩纤维的生产及应用技术率先在我国形成迅猛发展的局面。

为实现连续玄武岩纤维产品的稳定化、量产化、规模化，鉴于玄武岩矿石原料是天然火山岩的特点，笔者团队经过多年的研发，凝练了“多元均配混配技术及理论体系”，在“矿石原料均配混配、控制矿物成分和化学成分、混配技术—熔制技术—纤维成形技术”等三个维度实现了天然玄武岩矿石原料均质化。其核心理念是将矿石原料进行系统的混合和均配，使不同矿石混配后发挥取长补短作用并在性能提升方面产生双乘效应，可有效控制玄武岩矿石原料的波动性，并根据不同要求进行相关原料的混配均配，生产高端化、特色化纤维产品。在此基础上，通过原料、熔制、纤维成形等多项原理和技术创新，进一步提高熔体的均质度，从而进一步保障玄武岩纤维产品质量和性能。

本书是关于连续玄武岩纤维生产工艺的专业书籍，详细介绍了连续玄武岩纤维的矿石原料、熔制工艺、纤维成形工艺、性能设计及高性能化工艺、表面处理工艺，以及连续玄武岩纤维的制品制造工艺及产品主要应用等相关内容，以期对推动我国连续玄武岩纤维产业发展发挥积极作用。

本书在编著过程中得到了作者研究团队汪昕、蒋鸣、崔瀛、王连波、常忠臣、马铂程、郭凤宇、苏畅等人的大力协助，在此一并表示感谢。

本书编著历经数载，对章节架构和具体内容几易其稿，多次推敲，逐步更新补充，力求完善，但仍限于作者团队现有知识水平，书中尚有不足之处，欢迎读者批评指正。

编著者

2020年冬

目录：

"1 连续玄武岩纤维概述 / 001

1.1　连续玄武岩纤维发展历程/003

1.2　连续玄武岩纤维生产工艺特点/007

1.3　连续玄武岩纤维性能及应用/012

1.3.1　连续玄武岩纤维的性能/012

1.3.2　连续玄武岩纤维的创新应用/013

1.4　连续玄武岩纤维的发展趋势/017

参考文献/019

2 连续玄武岩纤维原料 / 020

2.1　火成岩/021

2.1.1　火成岩的结构与构造/022

2.1.2　火成岩的成分及分类/023

2.2　连续玄武岩纤维矿石原料中的矿物成分/027

2.2.1　连续玄武岩纤维原料中的火山岩/027

2.2.2　火山岩中常见的矿物成分/029

2.2.3　矿物的物理性质/033

2.2.4　矿物的结构/035

2.2.5　矿物的鉴定方法/038

2.3　连续玄武岩纤维矿石原料的化学成分/044

2.3.1　化学成分/044

2.3.2　化学成分在玄武岩玻璃网络中的作用/045

2.3.3　化学成分在连续玄武岩纤维中的作用/045

2.3.4　矿石的化学成分检测方法/048

2.4　连续玄武岩纤维用玄武岩矿石原料的选料方法/050

2.4.1　玄武岩矿石原料的矿物成分与化学成分的相互关系/051

2.4.2　玄武岩矿石原料的初选方法/052

2.4.3　玄武岩矿石原料的精选方法/052

2.5　连续玄武岩纤维矿石原料的多元均配混配技术及理论体系/053

2.5.1　连续玄武岩纤维矿石原料的多元均配混配基本理念/053

2.5.2　连续玄武岩纤维矿石原料的多元均配混配机制和基本原理/054

2.5.3　连续玄武岩纤维矿石原料的多元均配混配技术路线及方法/058

2.5.4　连续玄武岩纤维矿石原料数据库及其计算软件的建立/062

参考文献/063

3 玄武岩矿石熔制工艺及装备 / 064

3.1　玄武岩矿石熔制工艺原理/065

3.1.1　玄武岩矿石各组分的反应和变化/065

3.1.2　玄武岩玻璃的结构/068

3.1.3　玄武岩玻璃的熔制机理/072

3.1.4　玄武岩玻璃的熔制过程/073

3.1.5　玄武岩玻璃熔体性能参数及测试方法/074

3.2　玄武岩矿石熔制装备/079

3.2.1　窑炉窑体结构设计/080

3.2.2　加热方式/081

3.2.3　坩埚炉/083

3.2.4　池窑/086

3.2.5　异形窑炉/091

3.3　附属设备/097

3.3.1　投料机/097

3.3.2　液面高度自动化控制仪/098

3.3.3　电极/100

3.3.4　燃烧器/104

3.4　连续玄武岩纤维窑炉用耐火材料/107

3.4.1 连续玄武岩纤维窑炉常用耐火材料/107

3.4.2 玄武岩熔体对耐火材料的侵蚀/108

3.5　玄武岩熔体的质量控制/112

参考文献/114

4 连续玄武岩纤维成形工艺 / 116

4.1　连续玄武岩纤维成形原理/118

4.2　连续玄武岩纤维拉丝漏板/119

4.2.1　漏板设计及要求/120

4.2.2　漏嘴设计及要求/122

4.2.3　漏板成形方法/123

4.2.4　连续玄武岩纤维拉丝用抗高温蠕变漏板/123

4.3　拉丝装置中附属部件/128

4.3.1 冷却器/128

4.3.2 喷雾器/129

4.3.3 涂油器/130

4.3.4 分束器/130

4.3.5 集束器/131

4.4　连续玄武岩纤维拉丝工艺/131

4.4.1 拉丝机 /131

4.4.2 拉丝工艺位置线/132

4.5　智能制造/134

4.5.1　“智能制造”的概念/134

4.5.2 玻璃纤维工业生产制造现状/135

4.5.3 连续玄武岩纤维工厂生产过程自动化设计/135

4.5.4　连续玄武岩纤维企业实施智能化关注事项/136

4.6　连续玄武岩纤维质量评价/137

4.6.1　外观/137

4.6.2　纤维直径/137

4.6.3　线密度/138

4.6.4　含水率/138

4.6.5　含油率/138

4.6.6　纱线断裂强力/139

4.6.7　耐碱性/140

4.6.8　耐温性/140

4.6.9　浸胶纱强度及弹性模量/140

参考文献/141

5 连续玄武岩纤维的性能设计 / 142

5.1　化学成分对连续玄武岩纤维物化性能的影响/143

5.1.1　拉伸强度/143

5.1.2　弹性模量/146

5.1.3　热学性能/147

5.1.4　化学稳定性/149

5.1.5　密度/150

5.1.6　电学性能/151

5.1.7　隔声性能/153

5.2　矿物成分对连续玄武岩纤维物化性能的影响/154

5.2.1　矿物成分及性质/154

5.2.2　矿物成分对连续玄武岩纤维的物理化学性能的影响/155

5.3　化学成分对连续玄武岩纤维成形工艺性能的影响/156

5.3.1　黏度/156

5.3.2　析晶性能/160

5.3.3 硬化速率/161

5.3.4　表面张力/161

5.4　矿物成分对连续玄武岩纤维成形工艺性能的影响/162

5.4.1　矿物成分对黏度的影响/162

5.4.2　矿物成分对析晶性能的影响/163

5.5　高性能连续玄武岩纤维的稳定化生产技术/164

5.5.1　矿石原料的质量管理/164

5.5.2　玄武岩玻璃液的均质化/165

5.6　连续玄武岩纤维的高性能化/166

5.6.1　高强度连续玄武岩纤维/166

5.6.2　高模量连续玄武岩纤维/168

5.6.3　耐高温连续玄武岩纤维/170

5.6.4　耐碱连续玄武岩纤维/171

参考文献/174

6 连续玄武岩纤维浸润剂 / 176

6.1　纤维的表面处理概述/177

6.1.1　浸润剂概述/178

6.1.2　浸润剂的黏结机理/179

6.1.3　玻璃纤维浸润剂/180

6.1.4　碳纤维上浆剂/182

6.2　连续玄武岩纤维浸润剂/185

6.2.1　连续玄武岩纤维的表面特性/185

6.2.2　连续玄武岩纤维浸润剂的分类/186

6.2.3　连续玄武岩纤维浸润剂的主要组分/187

6.2.4　连续玄武岩纤维浸润剂的制备工艺/192

6.3　连续玄武岩纤维浸润剂现状和发展方向/195

6.3.1　连续玄武岩纤维浸润剂现状/195

6.3.2　连续玄武岩纤维浸润剂的发展方向/198

参考文献/199

7 连续玄武岩纤维制品 / 201

7.1　连续玄武岩纤维纱线/202

7.1.1　连续玄武岩纤维无捻粗纱/202

7.1.2　连续玄武岩纤维有捻纱/205

7.1.3　连续玄武岩纤维短切纱/207

7.1.4　连续玄武岩纤维膨体纱/210

7.2　连续玄武岩纤维织物/211

7.2.1　连续玄武岩纤维无捻粗纱织物/211

7.2.2 连续玄武岩纤维有捻纱织物/213

7.2.3　连续玄武岩纤维立体织物/217

7.3　连续玄武岩纤维无纺织物/218

7.3.1　连续玄武岩纤维短切原丝毡/219

7.3.2　连续玄武岩纤维连续原丝毡/219

7.3.3　连续玄武岩纤维针刺毡/220

7.4　连续玄武岩纤维复合材料/221

7.4.1　连续玄武岩纤维复合筋材/221

7.4.2　连续玄武岩纤维复合网格/226

7.4.3　连续玄武岩纤维土工格栅/227

7.4.4　连续玄武岩纤维复合板材/228

7.4.5　连续玄武岩纤维复合型材/229

7.4.6　连续玄武岩纤维预浸料/231

7.4.7　连续玄武岩纤维增强热塑性塑料（PE/PP）粒子/231

7.5　连续玄武岩纤维制品的应用/232

7.5.1　土建交通领域/232

7.5.2　汽车船舶领域/233

7.5.3　化工领域/234

7.5.4　风力发电领域/234

7.5.5　电力设施领域/235

7.5.6　环保领域/236

7.5.7　航天航空、国防军工领域/237

7.5.8　海洋领域/237

7.5.9　橡胶领域/237

参考文献/238