陈理钦
青岛北海船舶重工有限责任公司山东青岛266520
摘要：随着反舰武器的发展，水面舰船易受到空中爆炸和水下爆炸的威胁，使舰船削弱、甚至完全丧失战斗力和生命力。因此，研究非接触爆炸对舰船的破坏效应，在设计阶段预报舰船结构在非接触爆炸下的响应，对提高舰船的战斗力和生命力具有重要的工程应用价值。玄武岩纤维复合材料是由连续玄武岩纤维和环氧树脂基体加工生成的复合材料，其物理性能和力学性能均优于一般的玻璃纤维增强材料，是一种在军用舰船设计建造中可以替代钢材的新型材料，同时可以有效提高船体的抗爆性能。基于此，本文首先对玄武岩纤维复合材料特进行了概述，详细探讨了连续玄武岩纤维复合材料舰船，旨在确保船舶制造质量。
关键词：玄武岩；石英纤维复合材料；船舶市场；应用
连续玄武岩纤维复合材料是以天然玄武岩矿石为原料，将矿石破碎后加入熔窑中，在1450-1500℃熔融后，通过喷丝板拉伸成连续纤维，并以玄武岩纤维为增强体制成的新型复合材料。连续玄武岩纤维复合材料性能优异，其作为建造材料的舰船，与传统钢制舰船相比拥有重量轻，结构坚实，抗腐蚀能力强等特点，同时又比性能相近的碳纤维复合材料成本低廉，有广阔的发展前景。
1玄武岩纤维复合材料特点
1.1天然的原材料
连续玄武岩纤维（ContinuousBasaltFiber简称CBF）复合材料的生产原料由火山岩浆形成，属于玄武岩、辉绿岩与角闪岩类的火成岩。因此，玄武岩除了天然的化学稳定性和热稳定性外，不含对人类健康有害的成分，生产纤维过程中不释放任何有害气体，无废渣产生。1.05吨玄武岩矿石可以生产1吨CBF。以单组分的纯天然矿石为原料生产CBF，这种天然非人工合成的绿色材料在所有的高技术纤维中是非常独特的。
1.2性能综合
以单一的力学性能和化学性能比较，似乎都能找到比CBF更强的高技术纤维，然而，将很多性能综合起来比较，CBF是佳的“多能”纤维。CBF不仅具有综合性能好的优良品质，譬如既耐酸又耐碱、既耐低温（-260℃）又耐高温（+700℃），既绝热电绝缘又隔音，拉伸强度超过大丝束碳纤维，断裂延伸率比小丝束的碳纤维还要好；CBF表面极性，与树脂复合时界面结合的浸润性极佳，而且CBF具有三维的分子维数与分子维数一维的线性聚合物纤维相比具有较高的抗压缩强度、剪切强度和在耐恶劣环境中使用的适应性、抗老化性等等优异的综合性能。有国外专家一言以蔽之：CBF综合性能好、性价比好。韩国的材料界专家甚至说，CBF的产品寿命期为100～1000年。
1.3成本低廉
生产CBF的成本很低，纯天然玄武岩矿石的原料每吨仅80～100元人民币。目前，采用我国CBF项目863计划成果技术生产每吨纤维的成本已经基本接近于E玻璃纤维。CBF生产成本的低廉性为其大规模的推广使用创造了前提条件。
1.3工艺简洁
CBF采用“一步法”生产工艺：玄武岩矿石投入熔炉→熔化→拉丝。由于无需人工配料，其生产环节比一般玻璃纤维的生产过程还要简洁得多。
1.4技术难度高
由于纯天然玄武岩熔体导热性差、析晶上限温度较高容易析晶、成纤粘度控制范围很窄，对天然玄武岩矿石矿物相和成分组成需要严格的筛选。因此，虽然CBF生产工艺十分简洁，但是却有着较高的成纤难度、严格的工艺控制条件和很高的技术门槛。这也是全世界CBF发展20多年了仍然停留在200孔拉丝漏板初级技术水平的主要原因。
1.5应用广泛
CBF是典型的“多能”纤维，由上述特征不难看出其应用领域的广泛性。譬如CBF的火山岩原料本身属于硅酸盐类，因此，在建筑领域可以大显身手。短切的CBF可以用于增强砂浆／混凝土和沥青／混凝土，有良好的防渗抗裂作用。CBF与树脂复合可以制成复合棒材（筋）替代钢筋、甚至可以替代碳纤维用于结构加固补强，例如玄武岩纤维单向分布与结构胶复合的片材在我国一些结构加固工程的应用中凸现出性价比的明显优势等等。CBF在房屋、桥梁、高速公路、城市高架道路、飞机跑道、海港码头、地铁隧道、沿海防护工程、核电站设施、军事设施等等建筑领域起到结构加固补强、防渗抗裂、延长建筑使用寿命等作用CBF是天然绿色的新材料，将给建筑业和我国优先发展的交通运输领域带来革命性的变革。CBF是纯天然的阻燃纤维，有着比美国杜邦公司NOMEX更高的极氧指数（≥68），它优良的阻燃隔热性能，将是消防服阻燃隔热面料层和防火卷帘、灭火毯的天然阻燃材料等等。
2CBF在我国的发展
CBF将成为与碳纤维、芳纶、超高相对分子质量聚乙烯纤维并驾齐驱的又一极具竞争力的高科技纤维。继前苏联之后，近几年来，国际上如美国、日本、德国等一些科技发达国家都加强了对CBF这一新型无机高科技纤维的研究开发，并取得了一系列新的应用研究成果。研究结果表明：CBF已经成为一种将改变世界先进新材料格局的高技术纤维。我国有关决策部门拟从新材料的战略发展高度引起充分的关注和重视，以推动我国CBF及其产业的快速发展，真正成为全球“后来者居上”的CBF制造大国。近几年来，美国、加拿大、德国、英国、日本、韩国等国纷纷加大国防科研的投入，开展了CBF在国防军工领域的应用研究，并展开了激烈的专利保护战。显然CBF将改变世界先进材料的格局，由于性价比好，已经展现出广阔的国防军工的应用前景。目前，全世界碳纤维严重短缺。据有关方面的不完全统计，2004年我国军方和地方对碳纤维的实际用量为4000多吨，因此，在碳纤维严重短缺的背景下，研究讨论CBF在我国的发展和推广应用有着十分重要的现实意义。
3连续玄武岩纤维复合材料舰船
舰船是海上部队赖以生存和进行对敌攻击的平台。随着科学技术的飞速发展和未来海上作战需要的不断提高，各类新型舰船层出不穷。舰船的模块化设计技术，新材料新工艺技术，推进系统，电子和信息技术，隐身技术，超导技术，激光技术，卫星技术，新型武器系统等，给海军舰船的制造、动力、武备都带来了日新月异的变化。为了适应未来需要，世界各发达海军国家都在积极探索和发展新型舰船。CBF舰船就是新型复合材料舰船。采用CBF为建造材料的舰船，与传统钢制舰船相比拥有重量轻，结构坚实，抗腐蚀能力强，耐热性能好，透波性能优良等特点，同时CBF又比性能相近的碳纤维复合材料成本低廉，在未来可以很大程度上取代碳、芳纶纤维等，有广阔的发展前景。
4结束语
综上所述，我国玄武岩矿藏储量丰富，玄武岩纤维及其复合材料的性能优异，替代性强，应用领域广，有广阔的发展前景，可谓21世纪的一种新材料。连续玄武岩纤维复合材料性能优异。与一般的纤维复合材料相比，CBF复合材料具有耐温性能好、抗拉强度高、化学性能与抗热性能稳定、介电性能良好及透波性能优良等特点。采用CBF为建造材料的舰船，与传统钢制舰船相比拥有重量轻，结构坚实，抗腐蚀能力强等特点，同时CBF又比性能相近的碳纤维复合材料成本低廉，在未来可以很大程度上取代碳、芳纶纤维等，有广阔的发展前景。
参考文献：
[1]胡显奇，罗益锋，申屠年.玄武岩连续纤维及其复合材料[J].高科技纤维与应用.2012，27（2）：1-11
[2]胡显奇，申屠年.连续玄武岩纤维在军工及民用领域的应用[J].高科技纤维与应用.2015，30（6）：7-13.