玄武岩纤维原料标准化是解决玄武岩纤维性能波动的必要手段。天然玄武岩岩石的“整体”属性使得原料调控受到限制。为解决该问题,我校玄武岩纤维材料研究团队从矿物组成角度入手,以天然辉石和长石矿物任意混配的方式,研究复杂硅酸盐体系原料成分与连续纤维成纤性能的关系。相关成果日前发表于硅酸盐领域国际刊物《Journal of non-crystalline solids》上,第一作者刘昶江老师,通讯作者李红超老师。
玄武岩纤维成纤的关键在于高温硅酸盐熔体具有特定的粘度及结构特征,本研究通过矿物调配的方式,模拟了与自然界中酸性-超基性系列火山岩相似的成分范围;通过熔融拉丝验证工业上玄武岩纤维生产条件下的成纤性能;通过对熔体粘度-解聚度关系、熔体四面体多聚状态分析,探讨影响连续纤维成纤的微观机理。分析结果表明,在特定的钾长石+普通辉石配比下,熔体粘度-解聚度在特定范围内可实现连续纤维的制备,且成纤性能与四面体构成的链状、层状结构单元比例密切相关。本研究同时为硅酸盐连续纤维原料优选提供更多的可能性。
可成纤原料对应熔体粘度-解聚度关系
(虚线内侧区域对应原料具有成纤性能,且成纤温度区间随原料组成而变化)
不同组成体系所得连续纤维电子显微照片
(显微直径随原料组成变动而变化)