淺談玄武巖纖維管材及其應用

摘 要：本文闡述聚氯乙烯管材的配方設計和制造技術，常見問題及解決辦法，簡述了PVC管道的物理性能、技術標準 、質量監測、環保要求等。

關鍵詞：玄武巖 纖維 管材

一、玄武巖纖維及玄武巖纖維管材

1.玄武巖纖維。玄武巖纖維是以天然玄武巖為原料， 首先將其粉碎、在1450℃～1500℃ 環境下熔融，然后用鉑銠合金噴絲板拉成纖維，其外型結構類似于玻璃纖維，被譽為是“點石成金”的技術。 能夠生產纖維的玄武巖，對其成分有一定的要求。 與玻璃纖維、碳纖維等相比，玄武巖纖維綠色環保、硬度高、耐磨損、耐高低溫、耐酸耐堿、抗紫外線性能強、吸濕性低、絕緣性能好、高溫過濾性佳、熱振穩定性好。

2.玄武巖纖維管材。將玄武巖纖維連續纏繞在一定直徑的模具上，同時加入聚合黏接劑當玄武巖管材成型后，將其從模具卸下，即制成了玄武巖纖維管材。 將管材切割成所需的長度，再進行強度及密封性試驗。

二、玄武巖纖維管材的優勢分析

1.成本低廉。玄武巖纖維管材的原材料為普通的玄武巖，其礦藏在世界各地廣泛分布，很多是以山嶺的形式存在于地球表面。 和鋼鐵等金屬相比，可以說是“取之不盡，用之不竭”。 生產玄武巖纖維的工藝成熟后，玄武巖纖維管材成本也將遠遠低于鋼鐵等金屬管材成本。

2.綠色環保。在生產玄武巖纖維過程中， 沒有硼和其他堿金屬排出，也不向大氣排放有害氣體，不污染環境。 在特殊環境下，玄武巖纖維還可以降解成土壤母質， 不會對環境造成后續污染，綠色環保。

3.密度小。玄武巖纖維管材的密度只有金屬管材的約 1/4 ，可手工裝卸和安裝，節省大量人力物力。 在俄羅斯，通常鋪設直徑為297mm 的油氣輸送管道。 現場實踐證明，鋪設施工由兩個工人手工完成，無需采用笨重的焊接設備，鋪設管線 300m/d ，管道鋪設期限縮短1/2。

4.有一定的可繞性。玄武巖纖維具有較好的彈性模量、拉伸強度和斷裂伸長率。 玄武巖纖維套管及油管能順利通過小曲率半徑的定向井。 玄武巖纖維地面輸油管道能輕易繞過障礙物，無須增加轉向接頭。管線之間的連接采用螺紋連接，可節省成本及施工費用。玄武巖纖維管材與金屬、塑料、塑膠有較好兼容性。

5.耐腐蝕性強。玄武巖纖維的成分主要為SiO2、Al2O3等，因此，有很好的化學穩定性和熱穩定性。 用玄武巖纖維制成的管材，無須涂敷防銹層以及陰極保護等防腐處理。 玄武巖纖維套管及油管對井內的CO2、H2S 等腐蝕性氣體有很好的防護作用，使用壽命長。資料表明，玄武巖纖維地面輸油管道在 20℃時，可使用50年，腐蝕程度不超過5%。如中國部分油氣田富含H2S 、 CO2等氣體，套管腐蝕嚴重， 現有的解決辦法是采用專門的防腐套管，價格昂貴。玄武巖纖維套管有望徹底解決這一問題。

三、玄武巖纖維管材應用前景分析

在俄羅斯，玄武巖纖維管材一部分用于民用領域，如腐蝕性液體輸送、熱力網管、奶制品輸送、飲用水輸送等；一部分用于石油領域，包括油氣井油管、套管及地面油氣輸送管道等，進行了相關現場試驗，取得了較好的效果。 例如，俄羅斯石油天然氣聯盟 - 新技術股份有限公司能夠生產直徑在 20～600mm 、抗壓強度達 20MPa 的玄武巖纖維油管及套管，經測井證實（表3），井下玄武巖纖維套管性能良好，并順利投產。

1.玄武巖礦藏豐富。中國的玄武巖礦藏儲量十分豐富。 大致可分為兩大區域，一是沿中國東部大陸邊緣，數以百計的火山群和火山錐成為環太平洋火山鏈的一部分；二是位于青藏高原及周邊地區的火山群。 實際調查表明，在四川、云南、湖南、黑龍江、遼寧、河北、山西、江蘇、安徽、浙江、貴州、新疆、海南島和臺灣地區等省、自治區，都有適合生產玄武巖連續纖維的玄武巖礦藏，充足的原材料為大規模生產玄武巖纖維提供了保障。

2.需求潛力大。中國是油氣生產大國，每年要鉆探大量的油氣井，使用大量的油管及套管，耗費大量的鋼材。在中國東部老油區，如大慶油田、勝利油田、華北油田等，油氣藏埋藏淺，地層壓力低，為玄武巖纖維管材的應用創造了條件。中國西部蘊含著豐富的天然氣資源，東部則人口稠密，如果將西部的天然氣輸送到東部城市，需要大量的地面油氣輸送管道。

3.具有一定的技術儲備。中國的一些研究單位對玄武巖纖維展開研究，基本掌握了生產玄武巖纖維技術，取得了一系列成果。2002年，中國將連續玄武巖纖維及其復合材料列入國家 863 計劃；2004年，又將其列入國家級火炬計劃、國家科技型中小企業創新基金。目前，已有數家生產玄武巖纖維廠家，從事玄武巖纖維及其復合材料的研發、生產和銷售，可提供多種規格的連續玄武巖纖維、超細玄武巖纖維、玄武巖纖維復合材料、玄武巖鱗片、玄武巖纖維制品、玄武巖纖維生產裝備及技術等。

四、結語

1. 玄武巖纖維具有綠色環保、重量輕、剛度好、耐腐蝕性強等優點，隨著玄武巖纖維制作工藝的進一步完善，玄武巖纖維的應用領域將越來越廣闊。

2.俄羅斯的實踐證明，用玄武巖纖維制成的油管、套管及地面輸油管道，能夠滿足一部分油氣井的需要，玄武巖纖維管材很可能成為未來石油管材的發展方向之一。

3.用玄武巖纖維生產的油管及套管，具有很好的經濟效益和社會效益，在中國具有廣闊的應用前景，建議加大研發力度。

4.玄武巖纖維的制作工藝還很不成熟。 在抗高壓方面，玄武巖纖維生產的油管及套管具有很大的局限性。 因此，在研發玄武巖纖維管材的同時，應盡早確定玄武巖油管及套管的適用范圍，包括井深、溫度、壓力等，并制定相關標準。

參考文獻：

[1]李建軍，黨新安.玄武巖連續纖維成形工藝研究[J].材料科學與工藝 ，2009， 17（2）： 211-214.

[2]Zemtsov A H， Ogaryshev S I. The basalt cellucotton [J]. Status and History， 2003（3）： 124.

[3]胡顯奇.我國連續玄武巖纖維的進展及發展建議[J]. 高科技纖維與應用， 2008， 33（6）： 12-18.

[4]石錢華.國外連續玄武巖纖維的發展及其應用[J].玻璃纖維 ， 2003，21（4）： 27-31.

[5]羅益鋒.玄武巖纖維在高技術纖維中的定位與研發方向 [J]. 高科技纖維與應用， 2011， 36（2）： 6-8.

[6]尚寶月，楊紹斌.玄武巖纖維聚合物復合材料的研究進展[J]. 化工進展 ， 2011， 30（8）： 1766-1770.

[7]胡顯奇，申屠年.連續玄武巖纖維在軍工及民用領域的應用[J].高科技纖維與應用， 2005， 30（6）： 7-13.

[8]王明超，張佐光，孫志杰 ，等.連續玄武巖纖維及其復合材料耐腐蝕特性 [J].北京航空航天大學學報，2006，32（10）：1255-1258.

作者簡介：黃勇祥（1970.05—）男。籍貫：浙江省淳安。職務：浙江八方電信有限公司通信器材分公司總經理。職稱：工程師。學歷：本科。浙江工業大學，工商管理。研究方向：通信器材與工程。 褚天生（1982.11—）男。籍貫：浙江寧波。職務：分公司技術主管。學歷：本科。溫州醫學院，信息管理。研究方向：通信器材與工程。祁麟（1987.09—）男。籍貫：湖北襄樊。職務：分公司技術主管。學歷：本科。武漢理工大學，電子信息工程。研究方向：通信器材與工程。