孟欣，田學(xué)勤，白云峰（中國(guó)建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院 北京 100035）

0 引言

根據(jù)中國(guó)非金屬礦工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)石材工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)的很多省份均有適合于連續(xù)玄武巖纖維（以下簡(jiǎn)稱玄武巖纖維）生產(chǎn)的礦址，如福建、河南、吉林、山東、四川、云南、浙江、湖北、貴州等省。

1 玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 資源儲(chǔ)備現(xiàn)狀

福建福鼎市白琳大嶂山的玄武巖資源儲(chǔ)存達(dá)到了50 000萬(wàn)m3，且大部分呈地表裸露狀態(tài)，礦山顏色為墨黑色，在我國(guó)屬于非常優(yōu)質(zhì)的資源品種，被國(guó)務(wù)院原建材局命名“福鼎黑”。河南洛陽(yáng)市蔡店鄉(xiāng)的玄武巖資源呈大小圓塊狀，儲(chǔ)存與地表以下50cm左右，但儲(chǔ)層較厚，最深處可達(dá)到100m以上。吉林省新生代玄武巖分布面積幾乎占全省基巖出露面積的25%，主要分布在延邊州、白山地區(qū)和通化，化學(xué)成分、礦物結(jié)構(gòu)符合建筑用材料和公路用材料及基本符合巖棉生產(chǎn)要求，因此有著十分廣闊的開(kāi)發(fā)和利用價(jià)值。山東沂水圈里鄉(xiāng)、平邑，安徽明光市等縣市的玄武巖資源儲(chǔ)量也比較豐富。

1.2 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

玄武巖纖維是天然火山巖在高溫熔融流體化后經(jīng)貴金屬漏板高速連續(xù)拉絲而成[1]。最早由前蘇聯(lián)于20世紀(jì)70年代研制成功，并于20世紀(jì)80年代中期投入工業(yè)化生產(chǎn)。我國(guó)對(duì)于玄武巖纖維的研制與生產(chǎn)，始于21世紀(jì)初。2001年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)組建專門的玄武巖纖維研究團(tuán)隊(duì)并在成都航天基地建成單體爐紡絲裝置，對(duì)玄武巖纖維及其應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)研究。2003年底，國(guó)內(nèi)第一家玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)在上海成立，10年內(nèi)國(guó)內(nèi)玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)主要有浙江石金玄武巖纖維有限公司、四川航天拓鑫玄武巖實(shí)業(yè)有限公司、牡丹江金石玄武巖纖維有限公司，呈三足鼎立之勢(shì)[2]（見(jiàn)表1）。

我國(guó)連續(xù)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)化初期是引進(jìn)或模仿前蘇聯(lián)的工藝技術(shù)，依靠玻纖行業(yè)技術(shù)人員，建立了玄武巖纖維生產(chǎn)線。進(jìn)入“十二五”以后，在新材料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展和政府政策支持引導(dǎo)下，各地紛紛新建玄武巖纖維項(xiàng)目。但受基礎(chǔ)研究不足、工藝技術(shù)不成熟、產(chǎn)品性能不穩(wěn)定及應(yīng)用市場(chǎng)拓展慢等因素影響，部分項(xiàng)目進(jìn)展緩慢。目前國(guó)內(nèi)正在從事玄武巖纖維生產(chǎn)的企業(yè)約有12家，合計(jì)總產(chǎn)能約為3萬(wàn)t，2017年玄武巖纖維紗實(shí)際總產(chǎn)量約為1.5萬(wàn)t[3]。

1.3 產(chǎn)品供需分析

截止到2018年底，我國(guó)玄武巖纖維總產(chǎn)能約3萬(wàn)t，2017年實(shí)際產(chǎn)量約為1.3萬(wàn)t。全國(guó)成規(guī)模的玄武巖纖維在產(chǎn)企業(yè)共約12家，主要分布在四川、吉林、山西、貴州、浙江、河南、湖北等地。

2018年，國(guó)內(nèi)玄武巖纖維的表觀消費(fèi)量約為1萬(wàn)t。當(dāng)前玄武巖纖維主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域：一是以貴州石鑫、襄陽(yáng)匯爾杰為代表的企業(yè)，積極拓展玄武巖纖維增強(qiáng)水泥混凝土制品，應(yīng)用于輕質(zhì)建筑及農(nóng)村基建等領(lǐng)域；二是以四川拓鑫、山西晉投為代表的企業(yè)，積極拓展玄武巖短切紗、玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料型件在道路施工領(lǐng)域的應(yīng)用；三是以營(yíng)口宏源及其它玻纖制品、復(fù)合材料制品生產(chǎn)企業(yè)為代表，積極拓展玄武巖纖維紡織制品及復(fù)合材料制品在環(huán)保過(guò)濾、石油化工、海洋工程等領(lǐng)域的應(yīng)用。此外，2018年我國(guó)玄武巖纖維及其制品出口量為5 000t，與2017年相比繼續(xù)提升。

2 玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問(wèn)題

2.1 產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新不足 創(chuàng)新協(xié)同不足

我國(guó)國(guó)內(nèi)開(kāi)展玄武巖纖維研究較早，但玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展較為緩慢，近年來(lái)部分科研院所在玄武巖纖維成分、理化性能、增強(qiáng)機(jī)理、復(fù)合材料產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域取得一定的成果，連續(xù)玄武巖纖維作為前端關(guān)鍵原材料，其產(chǎn)業(yè)化水平的滯后阻礙了行業(yè)整體的發(fā)展。除四川玻纖、貴州石鑫等個(gè)別企業(yè)外，多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)施停留在百噸級(jí)的規(guī)模，基本屬于實(shí)驗(yàn)線規(guī)模，若以池窯拉絲這種大工業(yè)技術(shù)來(lái)衡量，僅相當(dāng)于小試水平。較低的產(chǎn)業(yè)化水平帶來(lái)的問(wèn)題是，批量供應(yīng)的產(chǎn)品機(jī)械力學(xué)性能不穩(wěn)定、產(chǎn)品連續(xù)性差，生產(chǎn)效率低下，生產(chǎn)成本仍高，導(dǎo)致產(chǎn)品在下游復(fù)合材料的應(yīng)用中與現(xiàn)有的玻纖、碳纖、芳綸等高性能纖維相比，既不具備供應(yīng)的連續(xù)性，也不具備性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，給玄武巖纖維的推廣造成了一定的負(fù)面影響，因此產(chǎn)品應(yīng)用的推廣速度相對(duì)較慢。

我國(guó)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)產(chǎn)學(xué)研環(huán)節(jié)存在協(xié)同不足的問(wèn)題。在纖維工業(yè)化技術(shù)領(lǐng)域（熔制和拉絲），以纖維企業(yè)創(chuàng)新為主；在材料及機(jī)理研究領(lǐng)域，以高校為主；在復(fù)合材料制造領(lǐng)域，由復(fù)合材料企業(yè)、科研院所以及高校為主。產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)出現(xiàn)了明顯的脫節(jié)，材料和機(jī)理研究取得的突破沒(méi)有對(duì)纖維企業(yè)形成支撐，纖維產(chǎn)品與下游產(chǎn)品的創(chuàng)新的需求不相匹配，產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同嚴(yán)重不足。

2.2 原紗生產(chǎn)工藝有待完善

目前在玄武巖纖維的拉絲生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斷頭飛絲或料液漫流，即使采用小卷裝拉絲，原紗滿筒率仍較低，生產(chǎn)穩(wěn)定性較差。主要原因是纖維原料的使用粗放，制約玄武巖纖維規(guī)?；€(wěn)定生產(chǎn)。由于天然礦物原料的氧化物含量不可能非常高，波動(dòng)也大，且常包含部分有害雜質(zhì)，必須在使用前進(jìn)行預(yù)均化處理才能使用。而在熔化液方面，由于存在氣泡、條紋以及熔液本身因鐵含量高帶來(lái)的溫度梯度懸殊變化，導(dǎo)致高溫熔液的不勻化問(wèn)題仍較為嚴(yán)重。因此需要改進(jìn)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，增加原料均化和熔液均化環(huán)節(jié)，提高熔液質(zhì)量的穩(wěn)定性，從而提高拉絲作業(yè)的穩(wěn)定性。

2.3 制品開(kāi)發(fā)思路有待明晰

玄武巖纖維作為一種無(wú)機(jī)硅酸鹽纖維，其優(yōu)異的物理化學(xué)性能已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中得到了驗(yàn)證。因此結(jié)合現(xiàn)階段玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，玄武巖纖維產(chǎn)品研發(fā)和市場(chǎng)開(kāi)拓應(yīng)以所掌握的纖維特性為指導(dǎo)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注道路施工和功能制品領(lǐng)域。

一方面，玄武巖纖維在纖維增強(qiáng)混凝土、纖維增強(qiáng)水泥和道路瀝青封層技術(shù)中應(yīng)用均具有先天優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)得到了相關(guān)道路工程研究人員和用戶的認(rèn)可。另一方面，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，特別是隨著節(jié)能減排、綠色環(huán)保等概念的流行，以發(fā)揮材料物理、化學(xué)性能為主要目標(biāo)的功能性技術(shù)紡織品和功能性復(fù)合材料正在受到越來(lái)越多的關(guān)注。由于玄武巖纖維目前尚不具備性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，因此可嘗試先在功能材料應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)發(fā)揮纖維物理化學(xué)性能方面的天然優(yōu)勢(shì)，開(kāi)拓一定的市場(chǎng)。

3 我國(guó)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景分析

目前，玄武巖纖維發(fā)展仍處于產(chǎn)業(yè)化初級(jí)階段。隨著工藝技術(shù)的日趨完善，玄武巖纖維的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)定位也將逐步清晰。玄武巖纖維未來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域，主要包括兩個(gè)方面：

一方面是應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，包括建筑用土工布、建筑用纖維增強(qiáng)水泥及混凝土制品、建筑用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制品等。目前該領(lǐng)域主要以耐堿玻璃纖維為主，年消費(fèi)量約為3萬(wàn)t。

另一方面是應(yīng)用于非建筑領(lǐng)域，包括環(huán)保過(guò)濾用產(chǎn)業(yè)紡織品、防火及遮陽(yáng)用產(chǎn)業(yè)紡織品、軍用紡織品，以及各類纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制品等。目前該領(lǐng)域主要以普通玻璃纖維為主，年消費(fèi)量約300萬(wàn)t。但由于玻璃纖維的綜合性價(jià)比優(yōu)勢(shì)十分明顯，玄武巖纖維需要借助其在物理化學(xué)等方面的功能特性，逐步取代部分細(xì)分市場(chǎng)。

3.1 玄武巖纖維的應(yīng)用前景

軍事領(lǐng)域。由于CBF具有高強(qiáng)輕質(zhì)、耐熱等性能，在國(guó)防軍工領(lǐng)域具有較好的前景。具體來(lái)說(shuō)，在工作環(huán)境惡劣的裝備上應(yīng)用前景較好，如裝甲防護(hù)、高超音速（高溫）武器的耐高溫殼體、士兵的個(gè)人防護(hù)、潛艇等耐火需求高的裝備、軍事工事的坑道門等。

嚴(yán)酷環(huán)境或特殊要求工程用。玄武巖纖維的耐候性是其區(qū)別于其他纖維的突出特點(diǎn)，因此在沿海地區(qū)對(duì)耐鹽有較高要求的工程中應(yīng)用的替代鋼材的部件，如復(fù)合筋、土工材料、型材有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，在因其耐鹽和無(wú)機(jī)材料特性，在增強(qiáng)混凝土、在增強(qiáng)瀝青等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。憑借耐溫性能和耐堿性能，玄武巖纖維增強(qiáng)工程材料極適合高寒、高海拔地區(qū)工程建設(shè)應(yīng)用。

消防領(lǐng)域。玄武巖纖維是耐高溫性能最優(yōu)的三大無(wú)機(jī)纖維中性價(jià)比最高的，同時(shí)其耐低溫性能也最好。國(guó)外在耐溫防護(hù)領(lǐng)域使用如凱夫拉纖維、芳綸纖維、特氟龍等有機(jī)纖維，主要原因在于國(guó)外的有機(jī)纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展較完善、商業(yè)品牌影響力較大。但從性能和價(jià)格來(lái)看，有肌纖維是存在先天不足的，凱夫拉和芳綸等纖維都會(huì)在高溫下被碳化或分解。國(guó)產(chǎn)化的玄武巖纖維不但在性能上有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在價(jià)格上也遠(yuǎn)低于上述3種知名纖維。主要需要解決產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化運(yùn)作的問(wèn)題

環(huán)保領(lǐng)域。玄武巖纖維性能優(yōu)異的高溫過(guò)濾材料，其性能可與耐高溫的陶瓷纖維相媲美[4]，具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、耐高溫（使用溫度可超過(guò)500℃以上）、耐久性好、耐腐蝕（及耐酸又耐堿）、不吸水、過(guò)濾效率高等特點(diǎn)。它是可主要用于高溫（200～350℃）和超高溫（500℃以上）的過(guò)濾材料。目前高溫過(guò)濾材料主要使用芳綸纖維、法國(guó)的Kermel纖維、聚苯硫醚纖維、聚酰亞胺纖維、聚四氟乙烯纖維等過(guò)濾材料，玄武巖纖維的耐溫性能由于上述產(chǎn)品,未來(lái)應(yīng)用前景較好。

建筑修復(fù)與結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域。我國(guó)目前多使用碳纖維以及芳綸纖維作為建筑修復(fù)和結(jié)構(gòu)加固主材，主要是利用其強(qiáng)度和彈性模量[4]。玄武巖從強(qiáng)度與樹脂親和等綜合性能上來(lái)看，完全可以替代上述兩種纖維，從經(jīng)濟(jì)性來(lái)講，使用玄武巖纖維做補(bǔ)強(qiáng)材料可以大大降低投入，在建設(shè)領(lǐng)域尤其明顯，未來(lái)隨著玄武巖纖維產(chǎn)品穩(wěn)定性逐步解決后，其在建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景將非常廣闊。

3.2 產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式的前景

玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，部分企業(yè)逐步形成了具有自身特點(diǎn)的發(fā)展模式，部分模式具有很好的前景。

原絲規(guī)?；拇蠊I(yè)發(fā)展模式。這種模式是玄武巖纖維企業(yè)多數(shù)所追求的模式，但由于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展水平一直較低，目前只有四川玻纖可以認(rèn)為屬于這種模式。原絲5 000t以上甚至萬(wàn)噸級(jí)池窯拉絲實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將意味著產(chǎn)品從配料到成品實(shí)現(xiàn)批量化、標(biāo)準(zhǔn)化，未來(lái)低成本的玄武巖通用型玄武巖纖維產(chǎn)品的面世，將大幅度提升玄武巖纖維的競(jìng)爭(zhēng)力。

工程技術(shù)服務(wù)模式。工程技術(shù)服務(wù)模式主要提供玄武巖纖維生產(chǎn)技術(shù)裝備、工程總承包、專利技術(shù)服務(wù)等。主要核心是含技術(shù)轉(zhuǎn)讓的生產(chǎn)線交鑰匙工程，該類服務(wù)非常類似我國(guó)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)院的服務(wù)模式，由于玄武巖纖維還處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的階段，未來(lái)在原絲生產(chǎn)線規(guī)?；?、制品應(yīng)用專利推廣等技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域尚有很大空間，因此該類模式也會(huì)有較大的發(fā)展空間。目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)企業(yè)中航天拓鑫顯示出了明顯的偏向工程技術(shù)服務(wù)的發(fā)展模式，已經(jīng)形成了推廣生產(chǎn)線交鑰匙工程與生產(chǎn)線大型化技術(shù)創(chuàng)新的互相促進(jìn)的業(yè)務(wù)模式。創(chuàng)新與下游協(xié)同的模式。該模式是由科研院所進(jìn)行技術(shù)擴(kuò)散而形成的模式。該類模式中創(chuàng)新主體是高?；蚩蒲性核n題來(lái)源可以是企業(yè)委托、自主立項(xiàng)或者國(guó)家課題等，通過(guò)明確有針對(duì)性的技術(shù)開(kāi)發(fā)取得的成果，由明確的企業(yè)的投資項(xiàng)目予以實(shí)現(xiàn)。其中形成明顯協(xié)同效應(yīng)的有東南大學(xué)國(guó)家玄武巖工程中心在衡水與政府和企業(yè)建立的協(xié)同模式，落地項(xiàng)目由復(fù)合材料制品企業(yè)投資、工程中心技術(shù)入股，該項(xiàng)目特色是中心的創(chuàng)新能力在政府的推動(dòng)下與眾多企業(yè)結(jié)合形成了孵化企業(yè)群的協(xié)同發(fā)展模式，而不是單一項(xiàng)目合作的模式。

全產(chǎn)業(yè)鏈模式。該類模式就是企業(yè)打造一條玄武巖原料—纖維拉絲—復(fù)合材料制品完整的產(chǎn)業(yè)鏈，通過(guò)全產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建，降低成本，提高對(duì)各環(huán)節(jié)產(chǎn)品的掌控，通過(guò)在全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)最終復(fù)合材料產(chǎn)品綜合競(jìng)爭(zhēng)里不斷提高的目標(biāo)。這種模式與其他模式的顯著差異在于，一是其創(chuàng)新目標(biāo)是最終產(chǎn)品的提升，因此實(shí)現(xiàn)路徑更靈活；二是該模式規(guī)避了多數(shù)玄武巖纖維企業(yè)所面臨的產(chǎn)品難以獲得穩(wěn)定用戶的問(wèn)題，企業(yè)自己生產(chǎn)的玄武巖纖維由自己的復(fù)合材料車間消化。目前國(guó)內(nèi)形成明顯產(chǎn)業(yè)鏈模式的典型企業(yè)是貴州石鑫，該企業(yè)通過(guò)技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新，將自產(chǎn)纖維全部用于生產(chǎn)復(fù)合材料生產(chǎn)，其復(fù)合材料也逐步打開(kāi)了市場(chǎng)。

上述4種模式是目前眾多玄武巖纖維產(chǎn)、學(xué)、研企業(yè)及機(jī)構(gòu)中比較有特色的，在未來(lái)5~10年間具備一定的可持續(xù)發(fā)展能力，將引領(lǐng)玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)不斷快速發(fā)展。