我国玄武岩纤维产业发展现状和发展前景分析

孟欣，田学勤，白云峰（中国建筑材料工业规划研究院 北京 100035）

0 引言

根据中国非金属矿工业协会、中国石材工业协会统计，在我国的很多省份均有适合于连续玄武岩纤维（以下简称玄武岩纤维）生产的矿址，如福建、河南、吉林、山东、四川、云南、浙江、湖北、贵州等省。

1 玄武岩纤维产业发展现状

1.1 资源储备现状

福建福鼎市白琳大嶂山的玄武岩资源储存达到了50 000万m3，且大部分呈地表裸露状态，矿山颜色为墨黑色，在我国属于非常优质的资源品种，被国务院原建材局命名“福鼎黑”。河南洛阳市蔡店乡的玄武岩资源呈大小圆块状，储存与地表以下50cm左右，但储层较厚，最深处可达到100m以上。吉林省新生代玄武岩分布面积几乎占全省基岩出露面积的25%，主要分布在延边州、白山地区和通化，化学成分、矿物结构符合建筑用材料和公路用材料及基本符合岩棉生产要求，因此有着十分广阔的开发和利用价值。山东沂水圈里乡、平邑，安徽明光市等县市的玄武岩资源储量也比较丰富。

1.2 产业发展现状

玄武岩纤维是天然火山岩在高温熔融流体化后经贵金属漏板高速连续拉丝而成[1]。最早由前苏联于20世纪70年代研制成功，并于20世纪80年代中期投入工业化生产。我国对于玄武岩纤维的研制与生产，始于21世纪初。2001年，哈尔滨工业大学组建专门的玄武岩纤维研究团队并在成都航天基地建成单体炉纺丝装置，对玄武岩纤维及其应用进行系统研究。2003年底，国内第一家玄武岩纤维生产企业在上海成立，10年内国内玄武岩纤维生产企业主要有浙江石金玄武岩纤维有限公司、四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司、牡丹江金石玄武岩纤维有限公司，呈三足鼎立之势[2]（见表1）。

我国连续玄武岩纤维产业化初期是引进或模仿前苏联的工艺技术，依靠玻纤行业技术人员，建立了玄武岩纤维生产线。进入“十二五”以后，在新材料产业快速发展和政府政策支持引导下，各地纷纷新建玄武岩纤维项目。但受基础研究不足、工艺技术不成熟、产品性能不稳定及应用市场拓展慢等因素影响，部分项目进展缓慢。目前国内正在从事玄武岩纤维生产的企业约有12家，合计总产能约为3万t，2017年玄武岩纤维纱实际总产量约为1.5万t[3]。

1.3 产品供需分析

截止到2018年底，我国玄武岩纤维总产能约3万t，2017年实际产量约为1.3万t。全国成规模的玄武岩纤维在产企业共约12家，主要分布在四川、吉林、山西、贵州、浙江、河南、湖北等地。

2018年，国内玄武岩纤维的表观消费量约为1万t。当前玄武岩纤维主要应用于以下领域：一是以贵州石鑫、襄阳汇尔杰为代表的企业，积极拓展玄武岩纤维增强水泥混凝土制品，应用于轻质建筑及农村基建等领域；二是以四川拓鑫、山西晋投为代表的企业，积极拓展玄武岩短切纱、玄武岩纤维增强复合材料型件在道路施工领域的应用；三是以营口宏源及其它玻纤制品、复合材料制品生产企业为代表，积极拓展玄武岩纤维纺织制品及复合材料制品在环保过滤、石油化工、海洋工程等领域的应用。此外，2018年我国玄武岩纤维及其制品出口量为5 000t，与2017年相比继续提升。

2 玄武岩纤维产业发展中存在的问题

2.1 产业化创新不足 创新协同不足

我国国内开展玄武岩纤维研究较早，但玄武岩纤维产业化发展较为缓慢，近年来部分科研院所在玄武岩纤维成分、理化性能、增强机理、复合材料产品等多个领域取得一定的成果，连续玄武岩纤维作为前端关键原材料，其产业化水平的滞后阻碍了行业整体的发展。除四川玻纤、贵州石鑫等个别企业外，多数企业的生产设施停留在百吨级的规模，基本属于实验线规模，若以池窑拉丝这种大工业技术来衡量，仅相当于小试水平。较低的产业化水平带来的问题是，批量供应的产品机械力学性能不稳定、产品连续性差，生产效率低下，生产成本仍高，导致产品在下游复合材料的应用中与现有的玻纤、碳纤、芳纶等高性能纤维相比，既不具备供应的连续性，也不具备性价比优势，给玄武岩纤维的推广造成了一定的负面影响，因此产品应用的推广速度相对较慢。

我国玄武岩纤维产业产学研环节存在协同不足的问题。在纤维工业化技术领域（熔制和拉丝），以纤维企业创新为主；在材料及机理研究领域，以高校为主；在复合材料制造领域，由复合材料企业、科研院所以及高校为主。产业链各环节出现了明显的脱节，材料和机理研究取得的突破没有对纤维企业形成支撑，纤维产品与下游产品的创新的需求不相匹配，产学研用协同严重不足。

2.2 原纱生产工艺有待完善

目前在玄武岩纤维的拉丝生产过程中，经常会出现断头飞丝或料液漫流，即使采用小卷装拉丝，原纱满筒率仍较低，生产稳定性较差。主要原因是纤维原料的使用粗放，制约玄武岩纤维规模化稳定生产。由于天然矿物原料的氧化物含量不可能非常高，波动也大，且常包含部分有害杂质，必须在使用前进行预均化处理才能使用。而在熔化液方面，由于存在气泡、条纹以及熔液本身因铁含量高带来的温度梯度悬殊变化，导致高温熔液的不匀化问题仍较为严重。因此需要改进现有生产工艺，增加原料均化和熔液均化环节，提高熔液质量的稳定性，从而提高拉丝作业的稳定性。

2.3 制品开发思路有待明晰

玄武岩纤维作为一种无机硅酸盐纤维，其优异的物理化学性能已经在实验室中得到了验证。因此结合现阶段玄武岩纤维产业技术发展现状，玄武岩纤维产品研发和市场开拓应以所掌握的纤维特性为指导，应重点关注道路施工和功能制品领域。

一方面，玄武岩纤维在纤维增强混凝土、纤维增强水泥和道路沥青封层技术中应用均具有先天优势，已经得到了相关道路工程研究人员和用户的认可。另一方面，随着经济社会的不断发展进步，特别是随着节能减排、绿色环保等概念的流行，以发挥材料物理、化学性能为主要目标的功能性技术纺织品和功能性复合材料正在受到越来越多的关注。由于玄武岩纤维目前尚不具备性价比优势，因此可尝试先在功能材料应用领域，通过发挥纤维物理化学性能方面的天然优势，开拓一定的市场。

3 我国玄武岩纤维产业发展前景分析

目前，玄武岩纤维发展仍处于产业化初级阶段。随着工艺技术的日趋完善，玄武岩纤维的性价比优势和市场定位也将逐步清晰。玄武岩纤维未来的应用领域，主要包括两个方面：

一方面是应用于建筑领域，包括建筑用土工布、建筑用纤维增强水泥及混凝土制品、建筑用纤维增强复合材料制品等。目前该领域主要以耐碱玻璃纤维为主，年消费量约为3万t。

另一方面是应用于非建筑领域，包括环保过滤用产业纺织品、防火及遮阳用产业纺织品、军用纺织品，以及各类纤维增强复合材料制品等。目前该领域主要以普通玻璃纤维为主，年消费量约300万t。但由于玻璃纤维的综合性价比优势十分明显，玄武岩纤维需要借助其在物理化学等方面的功能特性，逐步取代部分细分市场。

3.1 玄武岩纤维的应用前景

军事领域。由于CBF具有高强轻质、耐热等性能，在国防军工领域具有较好的前景。具体来说，在工作环境恶劣的装备上应用前景较好，如装甲防护、高超音速（高温）武器的耐高温壳体、士兵的个人防护、潜艇等耐火需求高的装备、军事工事的坑道门等。

严酷环境或特殊要求工程用。玄武岩纤维的耐候性是其区别于其他纤维的突出特点，因此在沿海地区对耐盐有较高要求的工程中应用的替代钢材的部件，如复合筋、土工材料、型材有很强的竞争力，在因其耐盐和无机材料特性，在增强混凝土、在增强沥青等领域有很好的应用前景。凭借耐温性能和耐碱性能，玄武岩纤维增强工程材料极适合高寒、高海拔地区工程建设应用。

消防领域。玄武岩纤维是耐高温性能最优的三大无机纤维中性价比最高的，同时其耐低温性能也最好。国外在耐温防护领域使用如凯夫拉纤维、芳纶纤维、特氟龙等有机纤维，主要原因在于国外的有机纤维产业发展较完善、商业品牌影响力较大。但从性能和价格来看，有肌纤维是存在先天不足的，凯夫拉和芳纶等纤维都会在高温下被碳化或分解。国产化的玄武岩纤维不但在性能上有绝对优势，在价格上也远低于上述3种知名纤维。主要需要解决产品产业化和市场化运作的问题

环保领域。玄武岩纤维性能优异的高温过滤材料，其性能可与耐高温的陶瓷纤维相媲美[4]，具有结构强度高、耐高温（使用温度可超过500℃以上）、耐久性好、耐腐蚀（及耐酸又耐碱）、不吸水、过滤效率高等特点。它是可主要用于高温（200～350℃）和超高温（500℃以上）的过滤材料。目前高温过滤材料主要使用芳纶纤维、法国的Kermel纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维等过滤材料，玄武岩纤维的耐温性能由于上述产品,未来应用前景较好。

建筑修复与结构加固领域。我国目前多使用碳纤维以及芳纶纤维作为建筑修复和结构加固主材，主要是利用其强度和弹性模量[4]。玄武岩从强度与树脂亲和等综合性能上来看，完全可以替代上述两种纤维，从经济性来讲，使用玄武岩纤维做补强材料可以大大降低投入，在建设领域尤其明显，未来随着玄武岩纤维产品稳定性逐步解决后，其在建设领域的应用前景将非常广阔。

3.2 产业发展模式的前景

玄武岩纤维产业经过多年的发展，部分企业逐步形成了具有自身特点的发展模式，部分模式具有很好的前景。

原丝规模化的大工业发展模式。这种模式是玄武岩纤维企业多数所追求的模式，但由于产业化发展水平一直较低，目前只有四川玻纤可以认为属于这种模式。原丝5 000t以上甚至万吨级池窑拉丝实现产业化，将意味着产品从配料到成品实现批量化、标准化，未来低成本的玄武岩通用型玄武岩纤维产品的面世，将大幅度提升玄武岩纤维的竞争力。

工程技术服务模式。工程技术服务模式主要提供玄武岩纤维生产技术装备、工程总承包、专利技术服务等。主要核心是含技术转让的生产线交钥匙工程，该类服务非常类似我国传统设计院的服务模式，由于玄武岩纤维还处于产业化发展的阶段，未来在原丝生产线规模化、制品应用专利推广等技术服务领域尚有很大空间，因此该类模式也会有较大的发展空间。目前，我国国内企业中航天拓鑫显示出了明显的偏向工程技术服务的发展模式，已经形成了推广生产线交钥匙工程与生产线大型化技术创新的互相促进的业务模式。创新与下游协同的模式。该模式是由科研院所进行技术扩散而形成的模式。该类模式中创新主体是高校或科研院所，课题来源可以是企业委托、自主立项或者国家课题等，通过明确有针对性的技术开发取得的成果，由明确的企业的投资项目予以实现。其中形成明显协同效应的有东南大学国家玄武岩工程中心在衡水与政府和企业建立的协同模式，落地项目由复合材料制品企业投资、工程中心技术入股，该项目特色是中心的创新能力在政府的推动下与众多企业结合形成了孵化企业群的协同发展模式，而不是单一项目合作的模式。

全产业链模式。该类模式就是企业打造一条玄武岩原料—纤维拉丝—复合材料制品完整的产业链，通过全产业链的构建，降低成本，提高对各环节产品的掌控，通过在全产业链各环节进行创新，实现最终复合材料产品综合竞争里不断提高的目标。这种模式与其他模式的显著差异在于，一是其创新目标是最终产品的提升，因此实现路径更灵活；二是该模式规避了多数玄武岩纤维企业所面临的产品难以获得稳定用户的问题，企业自己生产的玄武岩纤维由自己的复合材料车间消化。目前国内形成明显产业链模式的典型企业是贵州石鑫，该企业通过技术引进和自主创新，将自产纤维全部用于生产复合材料生产，其复合材料也逐步打开了市场。

上述4种模式是目前众多玄武岩纤维产、学、研企业及机构中比较有特色的，在未来5~10年间具备一定的可持续发展能力，将引领玄武岩纤维产业不断快速发展。