摘要：玄武岩纤维作为一种以天然玄武岩矿石为原料，经高温熔融拉丝制成的无机纤维材料，具备高强度、耐高温、耐腐蚀以及环保等特性。本文系统剖析其制备工艺、性能优势、应用领域，以及市场发展趋势，旨在为相关产业升级与研究提供参考，推动玄武岩纤维在多领域的高效应用与产业可持续发展。

关键词：玄武岩纤维；制备工艺；性能优势；应用领域；市场前景

一、引言

玄武岩纤维作为一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，具有众多优异性能。其强度高，与高强度 S 型玻璃纤维相媲美，能够在承受较大外力的情况下保持结构的完整性；电绝缘性能良好，可有效隔离电流，确保电气设备的安全运行；耐腐蚀性能突出，能在酸、碱等恶劣化学环境中稳定存在，延长材料的使用寿命；耐高温性能卓越，可在高温环境下保持性能稳定，适用于高温领域的应用。在性能上，玄武岩纤维填补了碳纤维和玻璃纤维之间的空白，其拉伸强度与 T300 型碳纤维相当，但成本更低，因此被视为碳纤维的经济型替代品。在一些对成本较为敏感的领域，如建筑、基础设施建设等，玄武岩纤维具有广阔的应用前景。其优异的耐火性能和对极端温度的适应能力，使其能在 - 269℃至 700℃的温度范围内持续工作，是防火和保温领域的理想选择。在建筑外墙保温、防火门等方面，玄武岩纤维可以发挥重要作用，提高建筑物的安全性和节能性。

二、玄武岩纤维的制备工艺

2.1 原料选择

• 成分要求

在生产玄武岩纤维的过程中，对原料玄武岩矿石的成分有着极为严格的要求。通常情况下，SiO₂的含量需要大于45%，而Fe₂O₃与FeO的总含量则应当小于14%。这是因为恰当的成分比例是确保玄武岩纤维性能稳定性的关键所在。例如，SiO₂作为网络形成物，它对纤维的化学稳定性和机械强度起着至关重要的作用；而如果Fe₂O₃和FeO的含量过高，则可能会对纤维的色泽和耐高温性能产生不利影响。

• 原料均质化处理技术

为了确保原料的质量稳定，对玄武岩矿石进行均质化处理是必不可少的步骤。这一过程能够有效地减少矿石成分的波动，从而提高熔体的均匀性。常见的均质化处理方法包括破碎、研磨、筛分等，通过这些工艺手段，可以使得矿石颗粒的大小均匀，成分一致，为后续的熔融和拉丝工艺打下坚实的基础。

2.2 生产工艺

• 坩埚法

坩埚法生产玄武岩纤维的工艺流程相对复杂。首先，需将玄武岩原料制成配合料加入球窑内，在高温环境下进行熔融、澄清均化，随后制成球。接着，把球加入坩埚内重新熔融，熔融后的玄武岩液体会经坩埚底部的漏嘴流出，此时通过拉丝设备将其拉制成纤维。该生产过程中，温度自动化控制较好，能够精准地控制各个环节的温度，为纤维的稳定生产提供了一定保障。然而，这种方法存在诸多缺点。一方面，纤维质量不稳定，这是由于在多次熔融和复杂的生产流程中，容易引入杂质和不均匀性，影响纤维的性能一致性；另一方面，产量较低，单台炉窑日产量仅约 2.5 吨左右，难以满足大规模的市场需求，这也导致国内采用坩埚法生产的玄武岩纤维价格居高不下，每吨高达 2 万元左右。

• 池窑法

池窑法，也被称为直接法，是当前玄武岩纤维生产的主流方法。其生产工艺为：把原料制成配合料加入窑内，经过高温熔融、澄清均化后，熔体直接流入成型通路，经漏嘴流出后被拉制成纤维。与坩埚法相比，池窑法省去了制球工序，过程更为简单。在能耗方面，池窑法具有节能的优势，能够有效降低生产成本；从环保角度看，其污染少，符合现代工业对环保的要求；在设备和场地占用上，池窑法体积小、占地少，减少了企业的前期投资成本；在产品质量和产量上，池窑法产出的纤维品质稳定，成品率高，废丝少，极大地提高了生产效率和产品质量。

池窑法生产玄武岩连续纤维的设备较为复杂，包括破碎机（磁选机）、混料机、称料器、加料机、预热池、熔窑、澄清池、单丝涂油装置、自动卷绕拉丝机、原丝烘干窑、无捻粗纱机、纺纱机、温度控制装置、水控制系统等。制备工艺主要分为 4 个阶段：选料阶段，需挑选合适的玄武岩矿原料，确保其化学成分和矿物组成符合生产要求；磨料阶段，对选好的原料进行破碎、清洗等处理，使其粒径达到生产标准并储存在料仓中待用；熔融阶段，经喂料器、提升输送机和定量下料器将原料喂入单元熔窑，在 1500℃左右的高温初级熔化带下熔化，熔化后的玄武岩熔体流入拉丝前炉，为确保熔体充分熔化、化学成分充分均化以及气泡充分挥发，需适当提高拉丝前炉中的熔制温度，并保证熔体在前炉中有较长的停留时间；拉丝阶段，玄武岩熔体进入两个温控区，将熔体温调至 1350℃左右的拉丝成型温度，初始温控带用于 “粗” 调熔体温度，成型区温控带用于 “精” 调熔体温度，来自成型区的合格玄武岩熔体经 200 孔的铂铑合金漏板拉制成纤维，拉制成的纤维施加合适浸润剂后，经集束器及纤维张紧器，最后至自动绕丝机 。

2.3 技术难点

• 熔体均匀性控制

在熔融过程中，由于玄武岩矿石成分的复杂性和熔融条件的波动，保证熔体的均匀性是一项挑战。熔体的不均匀性会导致纤维性能的差异，进而影响到最终产品的质量。为了解决这一问题，需要进一步优化熔融工艺，加强对温度、压力等关键参数的精确控制，并且可以采用搅拌等手段来提高熔体的均匀性。

• 纤维直径一致性优化

在拉丝过程中，由于漏板孔的磨损、熔体流量的变化等因素，保持纤维直径的一致性是一个技术难点。纤维直径的不一致性会影响复合材料性能的稳定性。因此，需要研发高精度的拉丝设备，加强对拉丝过程的监测和控制，及时调整工艺参数，以确保纤维直径的一致性，从而提升复合材料的整体性能。

三、性能优势分析

3.1 性能对比

表1 不同材料性能比较

玄武岩纤维作为一种高性能材料，在众多领域中展现了其卓越的物理、化学及环保特性。在物理特性方面，玄武岩纤维以其卓越的高强度和高模量而闻名，其拉伸强度和弹性模量分别可达3800-4800MPa和91-110GPa，显著超越了常见的E玻璃纤维和中模量碳纤维。该材料在航空航天及汽车制造业中具有关键应用价值，能够有效减轻结构部件的重量，提升飞行器的性能和汽车的燃油效率，同时增强部件的强度和刚性。在耐温性能方面，玄武岩纤维能在极端温度条件下稳定运行，其工作温度范围介于-269℃至700℃之间，软化点高达960℃。即便在高温环境下，玄武岩纤维依然能保持较高的强度，使其适用于高温工业及航空航天领域，例如高温管道和飞行器的热端部件。在电绝缘性能方面，玄武岩纤维具备高体积电阻率和低介电损耗角正切，使其在电气设备和电子器件的绝缘材料领域具有广泛的应用潜力。在高压输电线路和电子设备中，采用玄武岩纤维增强的绝缘材料能够有效预防电流泄漏和电磁干扰，确保设备的稳定运行。在化学特性方面，玄武岩纤维展现了卓越的耐腐蚀性和化学稳定性。其含有的K₂O、MgO和TiO₂等成分，增强了纤维的耐化学腐蚀和防水性能。在酸碱溶液中，玄武岩纤维的强度保持率远高于E玻璃纤维，使其在化工和海洋工程领域具有显著的应用价值。此外，玄武岩纤维在潮湿环境中的吸湿率极低，且不受时间影响，确保了其在不同化学环境下的稳定性。在环保性能方面，玄武岩纤维在生产过程中不产生有害物质，废弃后可直接降解，不会对环境造成危害，是一种绿色、环保材料。随着全球环境保护意识的提升，玄武岩纤维在绿色建筑材料和包装材料领域的应用前景广阔，有助于推动相关行业的可持续发展。

综上所述，玄武岩纤维凭借其卓越的物理性能、耐温性能、电绝缘性能、化学性能和环保性能，在航空航天、汽车制造、高温工业、电气设备、化工、海洋工程、建筑和环保等多个领域中脱颖而出，成为理想的材料选择。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，玄武岩纤维的市场潜力巨大，有望在未来材料科学和工业应用中发挥更加重要的作用。其核心优势包括耐腐蚀性和高性价比。与玻璃纤维相比，玄武岩纤维在酸碱等腐蚀环境下表现出更好的稳定性，质量损失更小，尤其在海洋工程和化工领域具有广阔的应用前景，能够有效延长相关设施的使用寿命。此外，玄武岩纤维的成本仅为碳纤维的1/10左右，保证了高性能的同时，具有较高的性价比，使其在对成本较为敏感的领域如建筑、汽车等具有较强的竞争力。

四、市场现状与挑战

4.1 市场规模

据P&S Intelligence预测，2024 年全球玄武岩纤维市场规模为 3.317 亿美元，预计到 2030 年将达到 6.588 亿美元，2025-2030 年的复合年增长率为 12.0%。这一增长趋势主要得益于玄武岩纤维在多个领域的应用潜力逐渐被挖掘，以及全球对环保材料的需求不断增加。在聚合物基复合材料中，玻璃纤维可以被玄武岩纤维替代，成为一种潜在的聚合物增强材料。这种替代不仅可以满足材料的性能要求，还能体现环保优势，因此在核电、工程、民用建筑和混凝土加固、复合组织、塑料、预浸料和层压板、电子技术应用以及热气过滤过程中，玄武岩纤维都有广泛的应用。俄罗斯是最大的玄武岩纤维市场，约占37%的市场份额，其次是中国，约占28%的市场份额。

市场规模的持续增长，反映了玄武岩纤维在各领域的应用需求不断增加。玄武岩纤维主要的生产厂商有Kamenny Vek, Zheiang GBf, Technobasalt-invest, Sudaglass fiber, Basaltex, Zaomineral7, Sichuan Aerospace.Liaoning jinshi, Mudaniiang Electric, Mafic SA, Shanxi Basalt fiber, Meltrock, GMVChina, Jiangsu Tianlong, Hebei Tonghui等，排名前三的厂商约占53%的市场份额。（QY Research调研机构）

根据海关总署统计数据，截至2024年11月，我国玄武岩纤维及其制品的进口总量累计为24.241吨，与上一统计周期相比有所变化。与此同时，我国在玄武岩纤维及其制品的出口方面显示出显著的增长势头，出口总量达到10601.569吨。这一数据不仅彰显了我国在该领域的生产实力和技术水平，也揭示了国际市场对我国玄武岩纤维及其制品的强烈需求和高度评价。四川成为国内玄武岩纤维产能的中坚力量。得益于丰富的玄武岩矿产资源和完善的产业配套，四川地区吸引了众多玄武岩纤维生产企业的集聚，这不仅推动了当地经济的发展，也形成了一个规模可观且具有影响力的产业集群。

近期，石鑫玄武岩公司与中国汽车工程研究院合作研发的玄武岩纤维复合材料电池包上盖，已达到《电动汽车用动力蓄电池安全要求》（GB 38031-2020）标准及电池包上盖以塑代钢产品开发的基本要求，具备耐阻、耐热、耐腐、轻便等诸多优势，可以有效减轻新能源汽车自身重量，增加电池的续航能力和成本，进一步降低能耗。这为玄武岩的应用领域开辟了新的方向，同时也展示了玄武岩纤维复合材料在新能源汽车行业的巨大潜力。未来，随着新能源汽车市场的不断扩大和技术的持续进步，玄武岩纤维复合材料有望在更多领域得到应用，为推动我国复合材料行业的发展做出更大贡献。

此外，随着环保意识和可持续发展趋势的增强，玄武岩纤维凭借其环保和可回收的特性，为市场带来了盈利的机遇。各国政府对环保材料的扶持，以及玄武岩纤维产品不含任何有害物质的特点，进一步促进了其在建筑与基础设施、汽车与运输、电气与电子、海洋与风能等领域的广泛应用。可持续性与轻量化结构成为市场的主要趋势，为环保和可回收材料创造了巨大的市场机会。中国将玄武岩纤维列入《十四五新材料规划》重点发展项目，为产业发展提供了政策保障。政府通过出台相关政策，鼓励企业加大研发投入，推动产业技术创新和规模化发展。

随着环保意识的提升和可持续发展的推进，玄武岩纤维因其环保和可回收的特性，为市场创造了盈利机会。各国政府对环保材料的支持，以及玄武岩纤维无害物质的特点，推动了其在建筑、汽车、电气、海洋和风能等多个领域的广泛应用。可持续性和轻量化结构成为市场的主要趋势，为环保和可回收材料开拓了巨大的市场潜力。中国将玄武岩纤维纳入《十四五新材料规划》的重点发展项目，为产业发展提供了政策支持。政府通过制定相关政策，激励企业增加研发投入，促进产业技术创新和规模化发展。

4.2 技术瓶颈

在航空航天等高端应用领域，对玄武岩纤维的纯度和强度要求极高。目前，玄武岩纤维在这些领域的应用仍需突破纤维纯度与强度极限，以满足实际需求。然而，生产玄武岩纤维的部分关键设备，如拉丝设备，依赖进口。德国Nischel公司垄断了拉丝设备市场，这不仅增加了生产成本，还限制了产业的自主发展。因此，为了推动玄武岩纤维在高端应用领域的进一步发展，必须解决纤维纯度与强度的瓶颈问题，并努力实现关键设备的国产化，以降低生产成本并提升产业自主性。

五、应用领域

5.1 建筑工程

 混凝土增强纤维

目前沥青混合料中主要采用木质素纤维、聚酯纤维和部分矿物棉纤维。其中木质素纤维不耐高温，拉伸强度很低。聚酯纤维与混合料 相容性差，且耐高温性能差。矿物棉纤维对人体有害，且容易结团。玄武岩纤维沥青混合料可以克服以上各种纤维的缺点，且增强混合料的各项路用性能。沥青混凝土用玄武岩纤维短切纱是在玄武岩纤维的基础上通过 特殊的表面处理和短切，形成与沥青结合性好的短切纤维。玄武岩纤维在沥青混凝土拌和过程中，可以很好地均匀分散，纤维不聚团;玄武岩纤维与沥青有很好的表面亲和力，可提高沥青利用率，改善沥青混合料的抗氧化性能。玄武岩纤维的强度和弹性模量很高，从复合材料科学加筋加强原理看，它是一种非常优异的加强纤维，可大幅提高沥青混合料的抗拉 强度和韧性，从而大幅度提高沥青路面的低温抗裂性及疲劳耐久性，同时也有助于改善高温抗车辙变形能力。将玄武岩纤维添加到混凝土中，可有效替代石棉，显著提升混凝土的抗裂性，抗裂性可提升 30% 左右。这不仅增强了建筑物的结构稳定性，还延长了其使用寿命。例如，在一些大型建筑项目中，使用玄武岩纤维增强混凝土，能够有效减少混凝土裂缝的产生，提高建筑物的质量。

建筑加固材料

对于既有建筑的加固改造，玄武岩纤维同样表现出色。它可以制成玄武岩纤维布，通过粘贴在混凝土结构表面，对结构进行加固。玄武岩纤维布具有高强度、高弹性模量的特点，能够有效提高结构的承载能力和抗震性能。与传统的加固方法如加大截面法相比，使用玄武岩纤维布加固具有施工简便、对结构自重增加小、不影响建筑物外观等优点。在一些历史建筑的加固中，玄武岩纤维布的应用既满足了结构加固的需求，又保护了建筑的原有风貌。

5.2 交通运输

玄纤复合车厢

在交通运输领域，玄武岩纤维的应用也十分广泛。以货车车厢为例，采用玄武岩纤维复合材料制造的车厢，具有重量轻、强度高的特点。与传统的金属车厢相比，玄武岩纤维复合车厢可以有效减轻车辆自重，从而降低燃油消耗，提高运输效率。同时，其良好的耐腐蚀性可以减少车厢在运输过程中的损耗，延长车厢使用寿命。在冷链运输中，玄武岩纤维复合车厢还具有良好的隔热性能，有助于保持车厢内的低温环境，确保货物品质。

高铁防火隔音材料

在高铁车厢中，玄武岩纤维被用作防火隔音材料，有效提高了车厢的安全性和舒适性。其良好的防火性能能够在火灾发生时延缓火势蔓延，为乘客疏散争取时间；隔音性能则能够降低列车运行过程中的噪音，提升乘坐体验。

汽车零部件制造

在汽车领域，玄武岩纤维可用于制造多种零部件。如汽车内饰件，采用玄武岩纤维材料不仅具有良好的吸音降噪效果，还能提高内饰的防火安全性。在汽车外饰方面，玄武岩纤维复合材料可以用于制造保险杠、引擎盖等部件，相比传统材料，这些部件重量更轻、强度更高，能够提升汽车的整体性能和燃油经济性。此外，玄武岩纤维增强的轮胎帘子线，具有更高的强度和模量，能够提高轮胎的耐磨性和耐久性，降低爆胎风险。

5.3 环保与能源

玄纤光伏支架

在环保与能源领域，玄武岩纤维制成的光伏支架是一种高效能的太阳能支架系统，以其轻巧、耐用和环保的特点，广泛应用于各种太阳能发电项目中。与传统的金属光伏支架相比，玄武岩纤维光伏支架重量更轻，便于运输和安装，能够有效降低安装成本。同时，其耐腐蚀性强，在户外恶劣环境下能够长期稳定使用，减少了维护和更换成本。而且，玄武岩纤维材料本身环保无污染，符合可持续发展的理念。

风电叶片增强材料

风电叶片是风力发电设备的关键部件，对材料的性能要求极高。玄武岩纤维因其高强度、高模量和良好的耐疲劳性能，成为风电叶片增强材料的理想选择。使用玄武岩纤维增强的风电叶片，在保证叶片强度和刚度的同时，可以减轻叶片重量，提高风能转换效率。此外，玄武岩纤维的耐腐蚀性能够有效抵抗海风等恶劣环境的侵蚀，延长风电叶片的使用寿命，降低风电设备的运营成本。随着全球风电产业的快速发展，玄武岩纤维在风电叶片领域的应用前景十分广阔。

六、未来发展趋势

等离子体熔融技术作为一种先进的材料处理方法，正被寄予厚望，有望在玄武岩纤维的生产过程中发挥关键作用。通过精心设计和优化生产工艺，这项技术不仅能够显著降低能源消耗，同时还能大幅提高生产效率，进而有效降低生产成本。此外，等离子体熔融技术的应用还能够提升玄武岩纤维的品质，增强其在市场上的竞争力。与此同时，科研人员正在探索将玄武岩纤维与石墨烯、碳纳米管等先进材料相结合的可能性，以开发出具有多种功能的复合材料。这种多功能复合材料的开发，有望进一步提升材料的整体性能，拓展其在多个领域的应用潜力。例如，在电子领域，这种材料可以提高导电性和导热性，从而具有潜在的应用价值。在乌克兰，已经成功建立了一个废弃纤维回收再利用的试点生产线，这标志着玄武岩纤维循环利用技术的初步成功。未来，这项技术有望得到广泛推广，实现玄武岩纤维的全面循环利用，从而减少资源的浪费，降低对环境的污染，并推动整个产业朝着更加可持续发展的方向前进。

参考文献

[1] 王某某. 《玄武岩纤维制备技术进展》. 材料工程，2022.

[2] Market Research Future. "Basalt Fiber Market Analysis Report 2023".

[3]http://www.bjzklh.com/index.php/news2/678.html

[4]https://baike.baidu.com/item/%E7%8E%84%E6%AD%A6%E5%B2%A9%E7%BA%A4%E7%BB%B4%E5%88%86%E7%B1%BB%E5%88%86%E7%BA%A7%E5%8F%8A%E4%BB%A3%E5%8F%B7

[5]https://kjj.wuhan.gov.cn/xwzx_8/kjspxw/202406/t20240605_2411667.html

[6]https://m.baike.com/wiki/%E7%8E%84%E6%AD%A6%E5%B2%A9%E7%BA%A4%E7%BB%B4/3907151?baike_source=doubao

[7]https://mguba.eastmoney.com/mguba/article/0/1513632571

[8]http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzk2NDg0NjM2Nw==&mid=2247483849&idx=1&sn=ae5cbe73b43080c705d200f16a79e5f3&scene=0