一、立项的必要性及国内外研究现状、发展趋势

玄武岩连续纤维是以天然玄武岩矿石为原料，破碎后加入到熔窑中熔融，后经过喷丝板拉伸成而成的连续纤维。该材料具有强度高、电绝缘好、耐腐蚀和耐高温等多种优异性能。此外，玄武岩纤维的生产工艺决定了产生的废弃物少，对环境污染小，且产品废弃后可直接在环境中降解，无任何危害，因此是一种名副其实的绿色环保材料。据预测，到十三五未，全国玄武岩连续纤维原丝市场需求量会超过150万吨，产能将达到160万吨。

玄武岩纤维作为一种新型绿色高性能纤维，虽然已在我国实现了初级产业化，但是在玄武岩连续纤维的生产过程中为了提高纤维的品质，尽量避免生产过程中对纤维的磨损，同时基于不同应用领域对纤维表面性能有不同要求，因此在生产过程中一般需要对纤维表面进行油剂（行业称为浸润剂）涂敷。浸润剂的使用一方面可以起润滑保护作用避免纤维表面受损，同时还可以改善纤维单丝间的相互作用，提供一定集束作用，另一方面也可以通过浸润剂自身结构设计，改善纤维表面性能，以满足不同需求的应用。

因表面涂层处理是提升玄武岩纤维质量及性能的一种既经济又合理的方法，而纤维专用浸润剂的使用是表面涂层处理的最佳有效处理模式。因此，目前在玄武岩纤维生产和应用过程中，常常会使用浸润剂来提高纤维表面的粗糙度，增强玄武岩纤维与树脂之间的机械结合力，从而增强纤维的力学性能，使其具有很好的工程应用价值。

玄武岩纤维生产过程中浸润剂有着举足轻重不可替代的作用，浸润剂直接影响着玄纤质量、性能和应用领域。遗憾的是，尽管浸润剂如此重要,但目前国内尚未开发出玄纤专用的浸润剂，即玄纤专用浸润剂的研制问题一直未得到解决。目前，玄纤生产企业都借用玻纤的浸润剂进行生产，可以说这在很大程度上限制了玄纤整个产业的发展。产业研究院下一步将通过委托科研项目集中优势资源开展玄武岩纤维专用浸润剂研发工作，具体将主要对市售的现有浸润剂（全国典型的玄武岩纤维生产企业）进行配方和工艺破解，然后将已有配方的工艺进行改进和优化，最终研究院将实现玄武岩纤维专用浸润剂的研制，从而发展具有自主知识产权的玄武岩纤维专用浸润剂，以期为玄武岩纤维生产提供性能优异的浸润剂，从而满足实际生产与应用的迫切需要，以不断提升玄纤的质量，拓展玄武岩纤维的应用范围。

二、项目现有技术指标（产品参数）、经济指标；项目研究主要目标、研究内容、技术关键、技术路线和应用方案

（一）现有技术指标（产品参数）、经济指标

现有玄武岩纤维的主要性能参数如表1所示。

表1玄武岩纤维的主要性能指标

项目	拉伸强度(MPa)	断裂强度(N/tex)	耐NaOH(%)
指标	≥ 2800	≥ 0.55	≤ 5.0

 

1、对典型的玄武岩纤维生产企业正在使用的多种浸润剂进行组分分析和结构表征。

2、实现现用浸润剂配方的优化调整。

3、拟研发新的性能优良的玄武岩纤维专用助剂（黏结成膜剂、润滑剂、抗静电剂、偶联剂、浸润剂、pH值调节剂、增塑剂、交联剂、消泡剂、颜料等）和专用复合浸润剂配方。

4、弄清楚自制/市售浸润剂涂层对玄武岩纤维性能的具体影响。

5、成功研制玄武岩纤维专用浸润剂配方。

（二）研究内容

1、现用浸润剂成分分析与结构表征。

现用市售浸润剂组分分析和结构确证。主要采用从分离，提纯到结构鉴定的基本思路，通过过滤、蒸馏、分馏、萃取、旋蒸、柱层析等单一或组合方法，研究如何实现浸润剂的有效成分（主要包括黏结成膜剂、润滑剂、抗静电剂、偶联剂、浸润剂、pH值调节剂、增塑剂、交联剂、消泡剂、颜料等）分离；选用重结晶、制备液相和成盐提纯等方式或组合方式，研究如何有效实现已分离的浸润剂中主要成分的纯化处理，获得纯的黏结成膜剂、润滑剂、抗静电剂、偶联剂、浸润剂、pH值调节剂、增塑剂、交联剂、消泡剂、颜料等，以备成分结构确证和鉴定用；采用元素分析、红外光谱、紫外可见光谱、质谱、液相色谱质谱联用、气相色谱质谱联用、热重分析、核磁、X-射线衍射、X-射线光电子能谱分析、X-射线荧光光谱分析、X-单晶衍射、拉曼光谱、电感耦合等离子体、原子吸收光谱、原子发射光谱、扫描电子显微镜和原子力显微镜等不同方法确证分离纯化所得浸润剂有效成分并配方比例。

2、玄武岩连续纤维原丝性能评价。

玄武岩连续纤维原丝（即未经表面处理的纤维）的性能表征与评价，包括纤维原丝的基本物性表征与分析；纤维表面特性表征评价，纤维力学性能表征分析，纤维复合材料性能分析。

3、已有浸润剂配方优化与改性。

通过研究控制黏结成膜剂、润滑剂、抗静电剂、偶联剂、浸润剂、pH值调节剂、增塑剂、交联剂、消泡剂、颜料等有效成分的复配工艺（具体有效成分选择，组分比例等）实现润剂配方优化，获得优化的浸润剂制备工艺；纳米SiO₂/TiO₂表面改性和表征；成膜剂乳液的优化制备及表征；浸润剂体系优化配制及性能表征。

4、新的浸润剂配方研制。

拟选择性的研发新的黏结成膜剂、润滑剂、抗静电剂、偶联剂、浸润剂、pH值调节剂、增塑剂、交联剂、消泡剂、颜料等浸润剂助剂，同时通过研究调节已有的黏结成膜剂、润滑剂、抗静电剂、偶联剂、浸润剂、pH值调节剂、增塑剂、交联剂、消泡剂、颜料等有效成分的种类、组分比例、复配顺序、复配时间、搅拌速度、体系温度等因素实现新的浸润剂配方研制。同时，进行工艺优化试验。

5、浸润剂配方现场试验。

将优化的浸润剂配方（已有配方进行优化所得）、改性的浸润剂配方和新研制的浸润剂在本公司进行现场试验，并通过工艺调节实现浸润剂的高效使用；对优化的浸润剂配方、改性的浸润剂配方和新研制的浸润剂使用后拉丝所得玄武岩纤维进行性能评价；对优化的浸润剂配方、改性的浸润剂配方和新研制的浸润剂使用的经济效益进行评价。

（三）技术关键、技术路线

项目开展的拟解决的关键技术在于玄武岩纤维浸润剂的优化、改性和新的专用浸润剂研发，依据主要研究内容，本项目的总体技术路线如图1所示，可知项目顺利开展和完成主要包括浸润剂的研制、浸润剂的应用和产品表征与性能综合评价等几个部分。

图1 技术路线图

（四）应用方案

将优化的浸润剂配方、改性的浸润剂配方和新研制的浸润剂主要优先应用于实验条件下的应用基础研究，筛选出对玄武岩纤维改性优良的产品，探明浸润剂对纤维性能影响的主要因素和性能影响的变化趋势，并对浸润剂研制及纤维改性工艺进行优化，将制得的浸润剂用于玄武岩纤维生产实际，并逐步扩大推广应用，通过生产实际的使用效果再次评价浸润剂的性能，通过实际生产将研究成果进行大规模推广和应用。

三、项目的创新性

（一）理论创新

理论上项目从微观粒子到宏观尺度、从实验探究到生产实践、从理论分析到应用推广，全方位的开展浸润剂对纤维结构和性能的影响研究，多层次的揭示浸润剂对纤维的改性机理，理论上具有很好的创新性。

（二）应用创新

应用上将实现优化的浸润剂配方、改性的浸润剂配方和新研制的浸润剂配方的推广应用，产品的应用将突破浸润剂生产公司的技术封锁，获得浸润剂研发领域拥有自主知识产权的核心技术，用于生产将创造更大的经济价值

（三）技术创新

技术上研发新的浸润剂助剂，将无机纳米材料用于浸润剂改性，在保持原有浸润剂性能的同时不断提升玄武岩纤维的优良性能。

四、已有研究基础、承担优势和项目实施的风险及应对策略

首先，项目组成员理论基础和专业知识扎实、工程和研究经验丰富、具有良好合作精神、善于协同工作，在材料的制备、表征和性能评价方面累积了较丰富的研究经验。近年来，项目组投入大量精力开展新材料制备及其性能研究，经过多年建设，目前项目组具有良好的实验条件和工作基础。

其次，项目负责人熟悉玄武岩纤维研究领域的具体情况。项目负责人至达州市政府刚开始准备引进玄武岩纤维产业起，就一直参与引进项目的前期筹备工作。通过前期工作的完成，已非常熟悉玄武岩纤维及其产业链的发展相关情况。目前，项目负责人已被聘请为四川省玄武岩纤维及制品质量监督检验中心（依托达州市质量技术监督检验测试中心筹建，已通过认证）的特聘学术和技术带头人。本项目开展可很好的借助四川省玄武岩纤维及制品质量监督检验中心的优势资源进行项目研究。同时，项目负责人与四川炬原玄武岩纤维科技有限公司建立了良好的合作关系，炬原公司主要从事玄武岩纤维及制品研发、生产、销售等业务，公司可为本项目进行现场实验提供重要保障。

另外，近年来项目团队先后承担或主研了国家自然科学基金、国家质检总局、四川省科技厅项目、四川省教育厅项目、达州市科技局、材料腐蚀与防护四川省重点实验室等项目30余项；近5年，项目组在《Corro. Sci.》、《Chem. Eng. J.》、《J. Collo. Inter. Sci.》、《Mater. Chem. Phy.》、《Mater. Letter.》、《J. Amer. Ceram. Soc.》、《Appl. Surf. Sci.》、《J. Nanomater.》和《Mater. Sci. Semicon. Proces.》等国际国内高水平学术期刊公开发表研究论文100余篇，其中SCI收录近60篇，EI 收录10余篇、获国家发明专利10项，申请玄武岩纤维相关专利近10件，（代表性论文、专利、项目、获奖详见附件支撑材料），前期项目和成果的完成为此次项目开展奠定了坚实基础。

同时，项目依托单位四川文理学院，具备顺利开展本课题良好的基本条件，已有开展本研究的大量基本仪器设备（如：X-射线衍射仪、综合热分析仪、电化学工作站、红外、紫外光谱仪和元素分析仪等），在玄武岩纤维及其制品的性能测试方面也有较为全面的测试仪器与测试经验，能够保证研究的顺利开展。另外，项目组与四川大学、重庆大学、西南大学、西南科技大学和中科院成都有机所有良好的合作基础，在材料表征与性能测试方面也可在这些高等院校和研究所完成。

最后，经项目组工作，针对项目研究内容作了大量准备工作和国内外文献调研工作，拟定了具体可行的研究方案，同时做好的项目预研工作。所以，无论从选题、研究方法，技术路线，还是硬件条件和研究成员等方面，该项目的实施和完成都是可行的。因此，由本项目负责人承担该项目研究总体风险较小。

五、项目应用前景和预期经济、社会效益

据预测，据近年统计，全国玄武岩连续纤维复合筋年平均需求将超过27000吨，路用纤维年需求量可达59000吨，每年沥青路用玄武岩连续纤维短切纱的市场需求将达到 6000吨，玄武岩连续纤维单向布需求量将达到350万平米，土工格栅平均每年的需求将达到30000吨，玄武岩连续纤维土工格栅年需求量将达到3000吨，玄武岩连续纤维高温过滤材料年需求量为 1000万平米约8000吨产品等。按占有复合材料市场 0.2%的比例测算，近年全国CBF原丝产能将达到15万吨，市场需求量超过5万吨；2025年全国CBF原丝产能将达到45万吨，市场需求量超过30万吨；2030年全国CBF原丝产能将达到160万吨，市场需求量超150万吨。

由此可见，迅猛攀升的玄武岩纤维产能对浸润剂的需求也不断提升，虽然我国浸润剂技术和成膜剂技术也在迅速发展，然而同国际先进企业相比，其研发水平仍然处于中低水平的尴尬局面，尤其缺少玄武岩纤维专用浸润剂，使得其优势不能很好得到突显。因此，研究开发玄武岩纤维专用浸润剂，可进一步提升玄武岩纤维性能，而性能优良的玄武岩纤维必将在未来的材料市场中展现出非同凡响的作用，不仅能支撑和服务达州玄武岩纤维产业发展，还能为四川乃至国家玄武岩纤维产业发展贡献力量，同时在推动社会经济发展和科学技术进步方面有着十分重要的作用。