一、引言

玄武巖纖維（Basalt Fiber, BF），作為一種以天然玄武巖礦石為唯一原料的高性能無(wú)機(jī)纖維材料，通過(guò)在1450-1500℃高溫下熔融，并借助鉑銠合金漏板進(jìn)行高速拉制而成。該材料不僅綜合性能優(yōu)異，而且綠色環(huán)保，原料資源豐富，被譽(yù)為“21世紀(jì)無(wú)污染的綠色工業(yè)材料”，引領(lǐng)了高性能復(fù)合材料領(lǐng)域的新一輪革命。

二、玄武巖纖維及復(fù)合材料管道技術(shù)特點(diǎn)

玄武巖纖維復(fù)合管采用高性能玄武巖纖維纏繞或編織制成，作為承壓復(fù)合材料管，具備高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫等多重優(yōu)勢(shì)，其使用壽命遠(yuǎn)超傳統(tǒng)管道，可達(dá)5至10倍之久，且密封性能卓越，廣泛應(yīng)用于水利、油田注水、輸液、油氣傳輸、井下管道及化工生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域。

1. 玄武巖纖維技術(shù)特性

玄武巖連續(xù)纖維，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色環(huán)保新材料”，其生產(chǎn)過(guò)程包括將玄武巖礦石破碎后加入熔爐，在高溫下熔融，再通過(guò)拉絲漏板拉制成粗纖維，最終由拉絲機(jī)加工成各種規(guī)格的連續(xù)纖維，并根據(jù)用途進(jìn)行浸潤(rùn)處理，形成最終產(chǎn)品。

2.復(fù)合材料玄武巖管道技術(shù)優(yōu)勢(shì)

耐腐蝕性強(qiáng)：玄武巖纖維復(fù)合管能夠抵御酸、堿、鹽等多種化學(xué)流體的腐蝕，適用于輸送飲用水、雨水、污水及多種化學(xué)流體，設(shè)計(jì)使用壽命長(zhǎng)達(dá)50年。

高強(qiáng)度與輕質(zhì)化：該復(fù)合管重量輕、強(qiáng)度高，比重為1.7－1.9，拉伸強(qiáng)度高達(dá)280MPa，是PE管的14倍、PCCP管的40倍。單位長(zhǎng)度重量約為球墨鑄鐵管、鋼管的1/4，PCCP管的1/8—1/10，PE管的1/2，便于運(yùn)輸且成本低廉。

耐熱抗凍性好：玄武巖纖維復(fù)合管使用溫度范圍廣泛，一般在-40℃至270℃之間，特殊樹(shù)脂制造的管道使用溫度可高達(dá)120℃，且熱膨脹系數(shù)小，優(yōu)于PE管。

水力學(xué)特性優(yōu)異：內(nèi)壁光滑，水力性能好，糙率系數(shù)低，僅為0.0084，相比鋼管、球磨鑄鐵管、PCCP管可提高輸送能力約15-20%，降低初期投資和運(yùn)行成本。

電熱絕緣性好：作為非導(dǎo)體，管道絕緣性能優(yōu)異，特別適用于輸電、電信線路密集區(qū)和多雷區(qū)，且傳熱系數(shù)小，保溫性能好。

安裝維護(hù)簡(jiǎn)便：連接方式多樣，包括雙密封圈承插連接、法蘭連接、對(duì)接粘接等，彎頭三通現(xiàn)場(chǎng)制作，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，安裝速度快，工期短，造價(jià)低。

三、復(fù)合材料玄武巖管道生產(chǎn)工藝與技術(shù)應(yīng)用

1. 生產(chǎn)工藝

玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管道是以玄武巖纖維及其制品為主要增強(qiáng)材料、熱固性樹(shù)脂為基體纏繞成型的復(fù)合材料管道，簡(jiǎn)稱玄纖管道。主要工藝包括制襯、纏繞、固化、修整、脫模等步驟，確保管道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。

玄武巖纖維作為增強(qiáng)材料制造管道的方法，主要原材料是經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑表面處理過(guò)的玄武巖纖維增強(qiáng)材料和熱固性樹(shù)脂類基體材料，輔助材料有引發(fā)劑、固化劑、樹(shù)脂、薄膜、抗紫外線吸收劑、阻燃劑、抗靜電劑及光穩(wěn)定劑等構(gòu)成，通過(guò)環(huán)向纏繞和交叉纏繞等兩種方法在專用纏繞設(shè)備上，編好程序，用選定的纖維進(jìn)行往復(fù)纏繞；其制造方法由制作內(nèi)襯、纏繞、固化、修整、脫模五個(gè)工序組成，管道制作過(guò)程中，環(huán)境溫度宜為15℃～30℃，相對(duì)濕度不應(yīng)大于80%；短切原絲氈宜為25%～35%，纖維布宜為40%～60%，纖維纏繞紗宜為60%～75%，其中，管道生產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行樹(shù)脂膠凝時(shí)間試驗(yàn)，確定樹(shù)脂與固化劑、促進(jìn)劑的配比。

結(jié)構(gòu)層決定了管道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。根據(jù)管道產(chǎn)品的用途，選用聚脂樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂膠液：根據(jù)管道口徑的大小，選用玄武巖纖維單股直接無(wú)捻粗紗、或原絲集束無(wú)捻粗紗，經(jīng)過(guò)干燥處理和浸膠處理，控制纏繞張力、排線精度，采取環(huán)向纏繞或交差纏繞兩種線形，在專用纏繞設(shè)備上，編好程序，用選定的纖維進(jìn)行往復(fù)纏繞。

纏繞工藝主要采用兩種方法，一是環(huán)向連續(xù)纏繞，用預(yù)浸樹(shù)脂玄武巖纖維帶纏繞成型。纖維張力應(yīng)均勻，連續(xù)，纖維排線應(yīng)緊密。二是交叉連續(xù)纏繞，用玄武巖纖維粗紗現(xiàn)浸樹(shù)脂膠液，纖維以50-60°的角度進(jìn)行纏繞，纏繞角度偏差應(yīng)不大于1.5°，樹(shù)脂應(yīng)完全浸潤(rùn)纖維。交叉連續(xù)纏繞成型。

完成結(jié)構(gòu)層制作，則在樹(shù)脂膠液中加入光穩(wěn)定劑或抗氧劑等輔助材料，用纖維紗、纖維布纏繞外部防護(hù)層，使其具有防腐、防老化性能。結(jié)構(gòu)層、防護(hù)層纏繞工序完成后，則在專用固化設(shè)備上，在低速旋轉(zhuǎn)下用遠(yuǎn)紅外加熱系統(tǒng)進(jìn)行烘烤固化。

2. 技術(shù)應(yīng)用案例

·達(dá)州市雨污分流工程：采用玄武巖纖維復(fù)合管進(jìn)行改造，顯著延長(zhǎng)了管道使用壽命。

·四川航天拓達(dá)產(chǎn)品：采用三層復(fù)合纏繞成型工藝，管壁結(jié)構(gòu)包括內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層、外部保護(hù)層，體現(xiàn)了復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性的優(yōu)勢(shì)。

·石油化工油田注水管道：耐高壓（額定壓力可達(dá)20MPa以上）、耐腐蝕，減少了因管道腐蝕導(dǎo)致的泄漏事故，保障了生產(chǎn)安全。

·化工原料輸送管線：在輸送腐蝕性化工原料時(shí)表現(xiàn)出色，降低了維修和更換頻率。

·海上石油鉆井平臺(tái)輸油管道：耐海水腐蝕，延長(zhǎng)了設(shè)施使用壽命，減少了泄漏事故，保障了海洋環(huán)境安全。

四、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與政策支持

·行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：四川航天拓達(dá)公司建立了從企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的完整標(biāo)準(zhǔn)體系，其中行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《非金屬化工設(shè)備玄武巖纖維增強(qiáng)塑料管道及管件》（HG/T 6135-2022）和川渝標(biāo)準(zhǔn)《玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管道工程應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ51/T256-2024）對(duì)管道的材料性能、生產(chǎn)工藝、安裝規(guī)范等作出了明確規(guī)定。并作發(fā)發(fā)起單位，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB51160修訂時(shí)，首次將玄武巖增強(qiáng)復(fù)合管和貯罐納入其中。

·高性能化：通過(guò)研發(fā)改性技術(shù)，提升玄武巖纖維復(fù)合材料的性能與穩(wěn)定性，滿足不同行業(yè)的差異化需求。

·智能化：結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管道生產(chǎn)過(guò)程的智能化監(jiān)控與管理，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

·綠色化：推動(dòng)環(huán)保生產(chǎn)與應(yīng)用，減少對(duì)環(huán)境的影響，符合全球綠色可持續(xù)發(fā)展倡議。

五、結(jié)論

復(fù)合材料玄武巖管道以其優(yōu)異的力學(xué)性能、耐腐蝕性、環(huán)保性等特點(diǎn)，在市政、水利、石油化工、海洋工程等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的持續(xù)增長(zhǎng)，玄武巖纖維復(fù)合材料管道行業(yè)將迎來(lái)更加廣闊的發(fā)展前景。未來(lái)，行業(yè)需聚焦材料創(chuàng)新、工藝優(yōu)化與智能化應(yīng)用，突破技術(shù)瓶頸，提升產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率，滿足高端市場(chǎng)需求，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。同時(shí)，加強(qiáng)與國(guó)際市場(chǎng)的交流與合作，拓展海外市場(chǎng)，提升我國(guó)玄武巖纖維復(fù)合材料管道行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。