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中科院新疆理化所马鹏程研究员团队如何将玄武岩拉丝成纤维材料
2019-04-10  来源:乌鲁木齐晚报全媒体
关键词:玄武岩 纤维

  刚刚开采出的玄武岩矿石,敲打成小石块,就可以当做铺路材料。而如果利用高温熔融手段,将石头熔化后拉制成金黄色的纤维细丝,再加工成为性能多样的新型材料,矿石的经济和应用价值则会大大提升。

  近日,记者走进实验室,揭秘科研人员是如何“点石成金”,让一块普通的玄武岩矿石实现大变身。
  在中科院新疆理化所环境科学与技术研究室的一个展示柜中,沉甸甸的玄武岩矿石和细如发丝的玄武岩纤维摆放在一起。如果不看标签上的文字说明,很难想象二者的关系竟如此“亲密”。
  据该所马鹏程研究员介绍,玄武岩纤维是一种以玄武岩矿石为原料,通过熔融拉丝而制成的纤维状材料,具有优异的绝缘、耐腐蚀、阻燃等性能,且生产过程基本无污染,因此被称为“21世纪的绿色材料”。

  近年来,马鹏程研究员带领的科研团队,搭建起国内首个玄武岩纤维材料数据库,并发现影响玄武岩纤维“强度”的关键因子。最近,他们又成功建成西北地区首个50孔连续玄武岩纤维拉丝设备,并一次试车成功,这为今后深入研究玄武岩纤维的性能和开辟材料的新型应用奠定基础。

  马鹏程研究员介绍,这套实验设备由两部分组成,一个是玄武岩石料熔料炉,另一个是玄武岩连续纤维拉丝炉。简单来说,玄武岩矿石通过两步法实现纤维化:即高温将玄武岩矿石熔化和均质化,然后采用特定工艺将熔料拉丝形成纤维材料。
  制备原理看似简单,但操作起来并不容易,一次实验往往要从清晨做到深夜。

  当天上午,该所实验员葸雄宇正半蹲着查看玄武岩石料溶制炉的温度参数,这只是实验中的一个小步骤。葸雄宇介绍,从各地收集来的玄武岩原石在进行破碎、清洗和干燥后,加入到熔制炉中,当炉内温度升高至1500℃后,原石逐渐融化成液态,内部的各种物质也在高温作用下变得均匀。实验人员需要用特制钳子将液态玄武岩取出,让其自然冷却变成固体熟料。由于此时炉内温度高达1500℃,即使距离半米开外,也可能会被热气灼伤,实验人员需要身穿特质的耐高温装备。
  冷却后的玄武岩熟料加入到纤维拉丝炉后,再次进行1400℃的高温熔化,熔化好的液体经引丝冷却成形,通过涂油器涂覆浸润剂后绕在拉丝机上进行拉丝。这样,玄武岩纤维就基本制备而成。
  利用这些玄武岩纤维,科研人员能够制备出各种新型材料,包括各种复合材料管道、复合筋、结构件等。最近,马鹏程带领的科研团队以玄武岩纤维为原料研制成功小型风力发电机叶片,采用玄武岩纤维的叶片的弯曲强度比传统的玻璃纤维提高了近70%。
  玄武岩纤维拉丝设备建成后,将进一步拓宽玄武岩纤维的研究领域。比如一些玄武岩矿石由于某些元素含量较低,很难拉丝成形。实验人员可以在石料熔制这一环节中人为加入其它元素,改变材料的元素含量,从而使得加工而成的玄武岩矿石熟料具备拉丝条件,提高矿石的应用价值。
  此外,实验人员在对制备而成的玄武岩纤维进行分析后,根据其特性在表明涂抹浸润剂,使其具备导电、油水分离的特性,获得更广阔的应用前景。
  新疆具有丰富的玄武岩矿产资源,但多数被以碎石形式用于道路、建筑等领域,产品的附加值较低。
  目前,马鹏程研究员带领的科研团队正在开展基于本地玄武岩矿石制备高性能连续纤维的研究工作。项目的实施不仅有望提升玄武岩矿产资源的应用附加值,在高性能纤维领域取得一些专有成果,也为实现区域矿产资源由低端应用向高端发展的转变提供技术支撑。

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(责任编辑:xu)
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