浅谈玄武岩纤维菱镁复合材料管材

商红志

【摘 要】近些年来，随着诸多新型材料的出现，玄武岩纤维和菱镁材料也被复合在了一起，制作出了新的复合材料。本文对玄武岩纤维增强菱镁材料的复合管材的制作技术及其特点进行阐述，并就起特点对其改进和发展提出见解。

【关键词】玄武岩纤维；菱镁复合管材；纤维缠绕

1.引言

纤维缠绕技术通常是纤维和树脂基制作复合材料的一种工艺方法。随着新型材料的出现，科学技术的发展，纤维和树脂基都被其他材料取代过。玄武岩纤维是一种近几年在国内才兴起的绿色、无污染的材料，菱镁也被称为是新型水泥，两种新材料在纤维缠绕工艺的作用下，制造生成了玄武岩纤维菱镁复合管材。

2.玄武岩纤维菱镁复合材料管材成型的基本原理

玄武岩纤维菱镁复合材料管材的制作是借助于缠绕技术[1]，把一定股数的玄武岩纤维浸入穿过配置好的改性后的菱镁无机材料中，将菱镁无机稀料包裹在纤维束上，纤维束绕在芯膜上，通过芯膜的转动带动纤维行走，把菱镁材料充填到纤维的孔隙中，缠绕在芯膜上，缠绕结束后把表面休整光滑，缠绕过程按照工艺设置操作，通过一定时间的固化，便可退下管材，修整使用。图1为缠绕过程简图。

下面是缠绕过程所用原理[2]：

原理1 总体缠绕线型决定于缠绕速比

原理2 缠绕对象局部几何尺寸、局部缠绕角与切点数决定局部线型

原理3 固定的总体线型与所缠绕的对象之几何形状无关

原理4 纤维排布决定于微速比

原理5 缠绕速比决定于缠绕中心角总和

原理6 测地线缠绕纤维之位置最稳定

原理7 “相当圆”原理

原理8 非测地线缠绕稳定原理

原理9 不等缠绕角原理

原理10 凹曲面缠绕“架空”原理（略去推理）

3.玄武岩纤维菱镁复合材料管材特点

菱镁材料在新型复合材料行业中又称为无机树脂，是以轻烧镁粉为胶凝材料，以氯化镁溶液为伴合剂经改性后的胶体材料，固化后具有不燃烧、耐高温、强度好、密度小、亲合性好、化学稳定性好等特点，成本较低，制作工艺简单，物理性质类似陶瓷。玄武岩纤维增强菱镁材料正好将其强度发挥到最大，即便主体被破坏也只是裂纹，不会整体破碎掉落。

玄武岩纤维和菱镁材料制作出产品性能的好坏，与玄武岩纤维的断裂强度、菱镁料浆的流动性[3]、菱镁材料的性能、菱镁材料与纤维结合的好坏等因素有关。菱镁材料能否很好的填满纤维束中的孔隙，是玄武岩纤维菱镁复合材料管材是否漏气，是否强度达到最高的关键。许多时候管材在固化时流失大量水分，使管材的内部出现细小的孔隙，这些孔隙就足以断送掉管子的“性命”。纤维浸胶技术[4]还需不断发展更新。

玄武岩纤维菱镁复合材料管材的性能有好有坏，其特点十分鲜明。玄武岩纤维菱镁复合材料管材的优点：①能够按产品的受力状况设计缠绕规律，使能充分发挥纤维的强度，使菱镁制品强度增大；②管材硬度大，可靠性高：纤维缠绕制品易实现机械化和自动化生产，工艺条件确定后，缠出来的产品质量稳定，精确；③产品防火、抗静电、高温无毒害、耐腐蚀，可用于消防、化工等行业；④生产效率高：采用机械化或自动化生产，需要操作工人少，缠绕速度快（240m/min），故劳动生产率高；⑤成本低、重量轻、安装简易快捷：在同一产品上，菱镁材料的成本非常低，使其再复合，达到最佳的技术经济效果。

玄武岩纤维菱镁复合材料管材的缺点：①缠绕成型适应性小，不能缠任意结构形式的制品，特别是像弯头、法兰等很难制作；②管材制作要求高，工艺不合理时纤维与菱镁材料结合困难；③缠绕成型需要有缠绕机，芯模，固化加热，脱模机及熟练的技术工人，需要的投资大，技术要求高，因此，只有大批量生产时才能降低成本，才能获得较高的技术经济效益。

4.玄武岩纤维菱镁复合材料管材应用方向

玄武岩纤维菱镁复合材料管材采用玄武岩纤维与无机材料复合，通过缠绕工艺固化形成，管材基于自身的性能，应用方向也十分广阔。可用于矿山送风，管道外防护罩，也可和其他管材、辅材配合使用，制作成新型管材，还可用于运输、消防、电力、化工等行业。这一新型管材可以替代钢制管道，具有显著的性能及价格优势。

5.结束语

总之，科学技术的发展是日新月异的. 我们有理由相信复合材料发展会越加迅速的，随着缠绕机向着高自动化、高集成化、高产量的方向发展[5]，和菱镁材料的不断研发，玄武岩纤维菱镁复合材料管材技术也会不断进步，争取能更大的提高生产效率，制作管材形状更繁多，使管材的用途更广。

参考文献：

[1]谢霞，邱冠雄，姜亚明. 纤维缠绕技术的发展及研究现状. 天津工业大学学报， 2004年12月

[2]冷兴武. 纤维缠绕原理. 山东科学技术出版社， 1990年2月第一次印刷

[3]曹永敏，王自福，张兴福，宋建华，张春山，王翔. 菱镁胶凝材料改性剂的试验研究. 玻璃钢复合材料， 2001年11月

[4]郁成岩，李辅安 ，王晓洁，周东伟. 纤维缠绕工艺浸胶技术研究进展. 玻璃钢复合材料， 2010年第5期

[5]苏峰，于柏峰，贺晶，孙丽娜. 纤维缠绕设备的创新和发展. 纤维复合材料， 2008年3月第一期