连续玄武岩纤维发展技术路线图

王宝琛
创建于04-29
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       连续玄武岩纤维以纯火山岩为原料,经高温熔融澄清、拉丝成型,其工艺流程短而精,生产过程清洁环保,且无直接碳排放,被誉为21世纪绿色纤维。

       连续玄武岩纤维从原料、生产到应用的全产业链发展技术路线图是绿色环保、低成本、低能耗、零碳(低碳)的技术路线图:

       以纯火山岩为原料,加强原料标准化关键技术开发;以节能降碳为动力,加快规模化全电熔池窑拉丝核心技术开发;以应用市场为导向,加强纤维表面改性关键技术开发。

       一、以纯火山岩为原料

采用纯火山岩原料,确保生产过程无废气和直接碳排放。

       连续玄武岩纤维的性能主要取决于采用的火山岩原料的化学组成。由于天然矿石化学组成波动较大,原料均质化或标准化是连续玄武岩纤维产业化的关键。它既是决定纤维制造成本的关键因素,也是决定纤维品质稳定性的关键因素。

       原料标准化,采取“多源多点”取料、机械均化、多点监测控制方法。首先选择化学组份有互补性适合纺丝的多个矿源,以减少单个矿源组份波动的影响;此外,对同一矿源采取多点取样,均化同一矿源组份的波动。

       原料优化,不同火山岩主要成分跨度较大,可以优选矿源,通过科学配料,配制出高强、高模等高性能连续玄武岩纤维标准化纯火山岩原料。

       二、规模化全电熔池窑拉丝技术

       在玄武岩窑炉内,通过电极(如钼、二氧化锡等)或(和)其他物理方法(如感应法、等离子法等)把电能直接送到高温的玄武岩熔体内,进行熔制、澄清以及成形的生产过程及其技术就是全电熔技术。该技术是先进的节能降碳技术,具有以下优势:

       1、节能

       由于将电能输入熔体内部直接加热、垂直熔化、池深以及液面冷料覆盖原因,熔化率高、热效率高。

       2、低碳

        全电熔技术没有火焰法燃烧天然气的碳排放,其碳排放只决定于电能消耗。如果使用可再生能源,就可以实现零碳排放。

       3、熔炼质量高

       全电熔池窑用电加热,温度控制方便,且精度高。此外,电极垂直布局、垂直熔化,池窑池深可达 1.2 m以上,因而有较长的澄清与均化段,玄武岩的熔制与均化质量较好。

       4、投资少

       由于没有火焰法纯氧燃烧天然气,就不需要投资尾气环保治理设备和制氧设备;并且全电熔法液面冷料覆盖,也不需要投资余热利用设备;因而,设备投资较少。

       5、成本优势

       由于节能效果明显以及固定资产较少,具有显著的成本优势。

       该技术,目前已经取得1200吨/年规模池窑(拖载8个400孔漏板)成果,跨出了产业化0-1一大步。在此基础上,采取“小步快跑”策略,加快3000、6000以及10000吨/年全电熔池窑开发步伐,可以大大提升连续玄武岩纤维性价比,完全具有成本领先优势和差异化优势。

       三、纤维表面改性技术

       连续玄武岩纤维主要应用于复合材料。由于连续玄武岩纤维是无机纤维,其表面物理化学活性不足,与树脂等基体的粘结性差,上浆困难,服用性差,限制了连续玄武岩纤维的直接使用。因此,需对其进行改性,增加表面物理化学活性,增大与其他基体的粘附力,拓宽使用范围,发挥连续玄武岩纤维的优势。

       重点开发等离子改性、偶联剂改性、浸润剂改性等技术。

       四、措施

       1、加强技术团队建设

       进一步开放、包容,集聚相关专业技术人才,加强和完善全电熔池窑拉丝技术团队建设。

       2、AI+计算机仿真

       利用DeepSeek大模型和COMSOL多物理场仿真技术,加快全电池窑研发设计和中试验证。

       3、加大政策支持力度

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文章由 美篇工作版 编辑制作
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