玄武岩纤维复合材料对清洁能源技术有多大意义？

近日，来自中国的科学家们在《聚合物》杂志上合作发表了一篇论文，调查玄武岩纤维复合材料在清洁能源技术中的应用。该论文讨论了玄武岩纤维的化学成分、生产方法、特性等。

近年来，许多材料都经过评估，分析了它们应用于可持续技术，如绿色能源发电的可能性。玄武岩纤维是一种从天然存在的玄武岩矿石中使用高温熔化和拉伸等方法生产出来的纤维。它的制造和使用不会排放有害的温室气体，也不会对人类或环境产生毒性。

玄武岩纤维（BF）的化学成分

与碳纤维相比，玄武岩纤维的成本更低，而且与玻璃纤维相比，它们的机械性能更好。由于种种优势，玄武岩纤维已被航空航天、建筑、造船和石化工业等部门广泛研究。

玄武岩纤维于1922年被提出，直到20世纪80年代中期才在乌克兰实现工业化生产。最初尝试生产玄武岩纤维时，由于生产工艺差、能源需求高、设备基础设施复杂而发展缓慢。在20世纪90年代取得了进展，生产过程的效率和能源使用得到了改善。

21世纪初，中国在玄武岩纤维制造方面发挥了关键作用，研发生产了多种玄武岩纤维制品。今天参与玄武岩纤维研究和制造的公司包括俄罗斯的Kamenny VeK和中国的横店集团。

玻璃纤维复合材料通常用于能源行业的关键电气设备的制造，如导体、横担和绝缘拉杆。然而，发电机电压和容量的增加对部件的要求是玻璃纤维复合材料无法充分满足的。

玄武岩纤维的形状和外观：（a）玄武岩纤维片；（b）短切玄武岩纤维；（c）玄武岩纤维的扫描电镜图像

这些材料的缺点包括弹性模量低，较高的脆性使它们容易开裂，以及在潮湿和高温环境中的快速老化。用玻璃纤维复合材料制造的部件在发电厂中可能发生严重的腐蚀，严重限制了它们的效率和使用寿命。

在风机中，玻璃纤维复合材料已被证明拥机械性能不足，特别是在叶片长度超过40米时。

玄武岩纤维以其低成本和优异的机械性能，近年来被提议用于满足发电技术中对部件的要求。玄武岩纤维具有更高的抗疲劳和抗腐蚀能力，与玻璃纤维相比具有更高的弹性模量，重量轻，能耗低，这些优点使它们成为这些应用的理想选择。

然而，在考虑将玄武岩纤维在能源工业中广泛的商业应用之前，还有一些技术挑战需要克服。这些挑战亟待改善产品稳定性差、生产标准化不足、以及设备短缺等问题。

《聚合物》杂志的新论文调查了玄武岩纤维生产和在能源行业应用中的几个关键因素。该研究涵盖了玄武岩纤维的组成、生产工艺、性能、改性方法、界面问题以及玄武岩纤维在清洁电网和绿色能源领域的创新应用。该文章旨在帮助加快玄武岩纤维在清洁能源行业的应用。

不同纤维的盐碱老化试验结果

研究提出了几个关键的发现和结论。此外，作者强调了玄武岩纤维在能源行业的几个前景，可以为该领域的未来研究提供参考。

与一些用于电站和电网的传统材料相比，玄武岩纤维具有全面的性能特点和更强的生态友好性。以前的研究主要集中在应用方面，并没有对玄武岩纤维的高强度和稳定化进行充分的研究。

矿物成分、熔融特性和化学成分影响着玄武岩纤维的性能特征，优化这些特征可以改善生产工艺，从而改善用玄武岩纤维制品的性能。

有关玄武岩纤维界面相互作用的机制非常复杂，往往是共同作用，并受到各种力量的影响。有几种改性方法可以改善玄武岩纤维复合材料的粘接性能。

玄武岩纤维由于其许多优势特性，可以满足绿色能源领域对关键电气元件的要求。对材料和工业化过程的进一步研究是至关重要的。

因此作者建议，未来的研究应侧重于形成机制和稳定策略。另一个关键的研究领域是预处理和改性技术。最后，在能源、石化、汽车行业和建筑等部门使用示范项目将有助于促进玄武岩纤维复合材料的进一步发展。