玄武岩纤维增强复合管道的技术突破与行业标准化路径探索2.0

一、引言

玄武岩纤维（Basalt Fiber, BF），作为一种以天然玄武岩矿石为唯一原料的高性能无机纤维材料，通过在1450-1500℃高温下熔融，并借助铂铑合金漏板进行高速拉制而成。该材料不仅综合性能优异，而且绿色环保，原料资源丰富，被誉为“21世纪无污染的绿色工业材料”，引领了高性能复合材料领域的新一轮革命。

二、玄武岩纤维及复合材料管道技术特点

玄武岩纤维复合管采用高性能玄武岩纤维缠绕或编织制成，作为承压复合材料管，具备高强度、耐腐蚀、耐高温等多重优势，其使用寿命远超传统管道，可达5至10倍之久，且密封性能卓越，广泛应用于水利、油田注水、输液、油气传输、井下管道及化工生产等多个领域。

1. 玄武岩纤维技术特性

玄武岩连续纤维，被誉为“21世纪绿色环保新材料”，其生产过程包括将玄武岩矿石破碎后加入熔炉，在高温下熔融，再通过拉丝漏板拉制成粗纤维，最终由拉丝机加工成各种规格的连续纤维，并根据用途进行浸润处理，形成最终产品。

2.复合材料玄武岩管道技术优势

耐腐蚀性强：玄武岩纤维复合管能够抵御酸、碱、盐等多种化学流体的腐蚀，适用于输送饮用水、雨水、污水及多种化学流体，设计使用寿命长达50年。

高强度与轻质化：该复合管重量轻、强度高，比重为1.7－1.9，拉伸强度高达280MPa，是PE管的14倍、PCCP管的40倍。单位长度重量约为球墨铸铁管、钢管的1/4，PCCP管的1/8—1/10，PE管的1/2，便于运输且成本低廉。

耐热抗冻性好：玄武岩纤维复合管使用温度范围广泛，一般在-40℃至270℃之间，特殊树脂制造的管道使用温度可高达120℃，且热膨胀系数小，优于PE管。

水力学特性优异：内壁光滑，水力性能好，糙率系数低，仅为0.0084，相比钢管、球磨铸铁管、PCCP管可提高输送能力约15-20%，降低初期投资和运行成本。

电热绝缘性好：作为非导体，管道绝缘性能优异，特别适用于输电、电信线路密集区和多雷区，且传热系数小，保温性能好。

安装维护简便：连接方式多样，包括双密封圈承插连接、法兰连接、对接粘接等，弯头三通现场制作，可设计性强，安装速度快，工期短，造价低。

三、复合材料玄武岩管道生产工艺与技术应用

1. 生产工艺

玄武岩纤维增强复合材料管道是以玄武岩纤维及其制品为主要增强材料、热固性树脂为基体缠绕成型的复合材料管道，简称玄纤管道。主要工艺包括制衬、缠绕、固化、修整、脱模等步骤，确保管道结构的强度和刚度。

玄武岩纤维作为增强材料制造管道的方法，主要原材料是经过偶联剂表面处理过的玄武岩纤维增强材料和热固性树脂类基体材料，辅助材料有引发剂、固化剂、树脂、薄膜、抗紫外线吸收剂、阻燃剂、抗静电剂及光稳定剂等构成，通过环向缠绕和交叉缠绕等两种方法在专用缠绕设备上，编好程序，用选定的纤维进行往复缠绕；其制造方法由制作内衬、缠绕、固化、修整、脱模五个工序组成，管道制作过程中，环境温度宜为15℃～30℃，相对湿度不应大于80%；短切原丝毡宜为25%～35%，纤维布宜为40%～60%，纤维缠绕纱宜为60%～75%，其中，管道生产前应进行树脂胶凝时间试验，确定树脂与固化剂、促进剂的配比。

结构层决定了管道结构的强度和刚度。根据管道产品的用途，选用聚脂树脂或环氧树脂胶液：根据管道口径的大小，选用玄武岩纤维单股直接无捻粗纱、或原丝集束无捻粗纱，经过干燥处理和浸胶处理，控制缠绕张力、排线精度，采取环向缠绕或交差缠绕两种线形，在专用缠绕设备上，编好程序，用选定的纤维进行往复缠绕。

缠绕工艺主要采用两种方法，一是环向连续缠绕，用预浸树脂玄武岩纤维带缠绕成型。纤维张力应均匀，连续，纤维排线应紧密。二是交叉连续缠绕，用玄武岩纤维粗纱现浸树脂胶液，纤维以50-60°的角度进行缠绕，缠绕角度偏差应不大于1.5°，树脂应完全浸润纤维。交叉连续缠绕成型。

完成结构层制作，则在树脂胶液中加入光稳定剂或抗氧剂等辅助材料，用纤维纱、纤维布缠绕外部防护层，使其具有防腐、防老化性能。结构层、防护层缠绕工序完成后，则在专用固化设备上，在低速旋转下用远红外加热系统进行烘烤固化。

2. 技术应用案例

·达州市雨污分流工程：采用玄武岩纤维复合管进行改造，显著延长了管道使用寿命。

·四川航天拓达产品：采用三层复合缠绕成型工艺，管壁结构包括内衬层、结构层、外部保护层，体现了复合材料可设计性的优势。

·石油化工油田注水管道：耐高压（额定压力可达20MPa以上）、耐腐蚀，减少了因管道腐蚀导致的泄漏事故，保障了生产安全。

·化工原料输送管线：在输送腐蚀性化工原料时表现出色，降低了维修和更换频率。

·海上石油钻井平台输油管道：耐海水腐蚀，延长了设施使用寿命，减少了泄漏事故，保障了海洋环境安全。

四、行业标准与政策支持

·行业标准：四川航天拓达公司建立了从企业标准到国家标准的完整标准体系，其中行业标准《非金属化工设备玄武岩纤维增强塑料管道及管件》（HG/T 6135-2022）和川渝标准《玄武岩纤维增强复合材料管道工程应用技术标准》（DBJ51/T256-2024）对管道的材料性能、生产工艺、安装规范等作出了明确规定。并作发发起单位，在国家标准GB51160修订时，首次将玄武岩增强复合管和贮罐纳入其中。

·高性能化：通过研发改性技术，提升玄武岩纤维复合材料的性能与稳定性，满足不同行业的差异化需求。

·智能化：结合物联网、大数据等技术，实现管道生产过程的智能化监控与管理，提高生产效率和产品质量。

·绿色化：推动环保生产与应用，减少对环境的影响，符合全球绿色可持续发展倡议。

五、结论

复合材料玄武岩管道以其优异的力学性能、耐腐蚀性、环保性等特点，在市政、水利、石油化工、海洋工程等领域展现出巨大的应用潜力。随着技术的不断进步和市场需求的持续增长，玄武岩纤维复合材料管道行业将迎来更加广阔的发展前景。未来，行业需聚焦材料创新、工艺优化与智能化应用，突破技术瓶颈，提升产品质量与生产效率，满足高端市场需求，推动产业高质量发展。同时，加强与国际市场的交流与合作，拓展海外市场，提升我国玄武岩纤维复合材料管道行业的国际竞争力。