剛剛開采出的玄武巖礦石,敲打成小石塊,就可以當(dāng)做鋪路材料。而如果利用高溫熔融手段,將石頭熔化后拉制成金黃色的纖維細(xì)絲,再加工成為性能多樣的新型材料,礦石的經(jīng)濟(jì)和應(yīng)用價(jià)值則會大大提升。
近日,記者走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,揭秘科研人員是如何“點(diǎn)石成金”,讓一塊普通的玄武巖礦石實(shí)現(xiàn)大變身。
在中科院新疆理化所環(huán)境科學(xué)與技術(shù)研究室的一個(gè)展示柜中,沉甸甸的玄武巖礦石和細(xì)如發(fā)絲的玄武巖纖維擺放在一起。如果不看標(biāo)簽上的文字說明,很難想象二者的關(guān)系竟如此“親密”。
據(jù)該所馬鵬程研究員介紹,玄武巖纖維是一種以玄武巖礦石為原料,通過熔融拉絲而制成的纖維狀材料,具有優(yōu)異的絕緣、耐腐蝕、阻燃等性能,且生產(chǎn)過程基本無污染,因此被稱為“21世紀(jì)的綠色材料”。
近年來,馬鵬程研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì),搭建起國內(nèi)首個(gè)玄武巖纖維材料數(shù)據(jù)庫,并發(fā)現(xiàn)影響玄武巖纖維“強(qiáng)度”的關(guān)鍵因子。最近,他們又成功建成西北地區(qū)首個(gè)50孔連續(xù)玄武巖纖維拉絲設(shè)備,并一次試車成功,這為今后深入研究玄武巖纖維的性能和開辟材料的新型應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
馬鵬程研究員介紹,這套實(shí)驗(yàn)設(shè)備由兩部分組成,一個(gè)是玄武巖石料熔料爐,另一個(gè)是玄武巖連續(xù)纖維拉絲爐。簡單來說,玄武巖礦石通過兩步法實(shí)現(xiàn)纖維化:即高溫將玄武巖礦石熔化和均質(zhì)化,然后采用特定工藝將熔料拉絲形成纖維材料。
制備原理看似簡單,但操作起來并不容易,一次實(shí)驗(yàn)往往要從清晨做到深夜。
當(dāng)天上午,該所實(shí)驗(yàn)員葸雄宇正半蹲著查看玄武巖石料溶制爐的溫度參數(shù),這只是實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)小步驟。葸雄宇介紹,從各地收集來的玄武巖原石在進(jìn)行破碎、清洗和干燥后,加入到熔制爐中,當(dāng)爐內(nèi)溫度升高至1500℃后,原石逐漸融化成液態(tài),內(nèi)部的各種物質(zhì)也在高溫作用下變得均勻。實(shí)驗(yàn)人員需要用特制鉗子將液態(tài)玄武巖取出,讓其自然冷卻變成固體熟料。由于此時(shí)爐內(nèi)溫度高達(dá)1500℃,即使距離半米開外,也可能會被熱氣灼傷,實(shí)驗(yàn)人員需要身穿特質(zhì)的耐高溫裝備。
冷卻后的玄武巖熟料加入到纖維拉絲爐后,再次進(jìn)行1400℃的高溫熔化,熔化好的液體經(jīng)引絲冷卻成形,通過涂油器涂覆浸潤劑后繞在拉絲機(jī)上進(jìn)行拉絲。這樣,玄武巖纖維就基本制備而成。
利用這些玄武巖纖維,科研人員能夠制備出各種新型材料,包括各種復(fù)合材料管道、復(fù)合筋、結(jié)構(gòu)件等。最近,馬鵬程帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)以玄武巖纖維為原料研制成功小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片,采用玄武巖纖維的葉片的彎曲強(qiáng)度比傳統(tǒng)的玻璃纖維提高了近70%。
玄武巖纖維拉絲設(shè)備建成后,將進(jìn)一步拓寬玄武巖纖維的研究領(lǐng)域。比如一些玄武巖礦石由于某些元素含量較低,很難拉絲成形。實(shí)驗(yàn)人員可以在石料熔制這一環(huán)節(jié)中人為加入其它元素,改變材料的元素含量,從而使得加工而成的玄武巖礦石熟料具備拉絲條件,提高礦石的應(yīng)用價(jià)值。
此外,實(shí)驗(yàn)人員在對制備而成的玄武巖纖維進(jìn)行分析后,根據(jù)其特性在表明涂抹浸潤劑,使其具備導(dǎo)電、油水分離的特性,獲得更廣闊的應(yīng)用前景。
新疆具有豐富的玄武巖礦產(chǎn)資源,但多數(shù)被以碎石形式用于道路、建筑等領(lǐng)域,產(chǎn)品的附加值較低。
目前,馬鵬程研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)正在開展基于本地玄武巖礦石制備高性能連續(xù)纖維的研究工作。項(xiàng)目的實(shí)施不僅有望提升玄武巖礦產(chǎn)資源的應(yīng)用附加值,在高性能纖維領(lǐng)域取得一些專有成果,也為實(shí)現(xiàn)區(qū)域礦產(chǎn)資源由低端應(yīng)用向高端發(fā)展的轉(zhuǎn)變提供技術(shù)支撐。
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