马鹏程课题组：玄武岩纤维专用浸润剂研究领域取得进展

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玄武岩纤维是一种以玄武岩矿石为原料，通过熔融、拉丝和涂覆浸润剂后制成的高性能纤维材料。浸润剂是玄武岩纤维生产中必不可少的材料，其主要作用是促进纤维的集束性以减少散丝和断丝、防止纤维表面静电积累、改善纤维与不同基体（包括水泥、高分子等）之间的相互作用。国内玄武岩纤维厂家使用的浸润剂多源于玻璃纤维浸润剂配方，缺乏浸润剂类型和组成对纤维力学性能、成丝性等参数的系统指导。

　　针对上述不足，中国科学院新疆理化技术研究所与贵州中科玄武岩纤维材料创新孵化研究院有限公司合作，开展功能型玄武岩纤维专用浸润剂的研发和示范应用研究。团队成员针对目前国内玄武岩纤维用浸润剂配方单一、性能不稳定、成膜性差等不足，采用优化的田口方法（Taguchi Method）并结合浸润剂中各组分间物理、化学作用机理，设计开发出具有多功能性质的浸润剂；系统研究了浸润剂的表面性质、在纤维表面的扩展以及二者之间的粘附行为，明确了不同条件下浸润剂的成膜性、粘度、分散稳定性、水溶性、表面能等关键控制因素；采用定制的纤维上浆线对玄武岩纤维进行浸润剂涂覆，并通过比较涂覆浸润剂前后单丝和束纤维性能的变化，评价了不同浸润剂对纤维力学、电学等宏观性能的提升效果。
　　在此研究基础上，项目研发团队与贵州石鑫玄武岩纤维有限公司合作，利用该公司玄武岩纤维拉丝装置，开展浸润剂涂覆纤维的现场实验，在优化实验室6个配方的基础上完成了玄武岩纤维的批量涂覆，并对所得纤维的性能进行了测试。研究结果表明：研究团队开发的XJIPC-2#浸润剂可有效提高玄武岩纤维的力学性能：可使直径17微米的玄武岩纤维单丝强度提升30%、丝束拉伸强度提升235%。该成果为企业通过科技手段提升产品性能提供了技术支撑，也有力助推了中科院的科技扶贫工作。
　　相关科研成果已申请国家专利5项，项目负责人马鹏程应邀于10月16至18日在南京/衡水举办的“第一届国际玄武岩纤维及复合材料大会”上作邀请报告，介绍了科研团队在玄武岩纤维及其浸润剂研究领域的最新成果。

      马鹏程，男，回族，兰州大学学士、硕士，香港科技大学博士，现任中国科学院新疆理化技术研究所研究员。 曾入选香港特区“输入内地人才计划”并在香港科技大学从事科研工作，2010-2012年得到德国洪堡基金会资助，在德国德累斯顿莱布尼茨高分子研究所工作。2012年回国并在中科院新疆理化所组建高分子复合材料团队，担任中科院创新研究员，同年入选首批国家“##计划--新疆项目”。
       玄武岩纤维特点
      玄武岩纤维表面较光滑，表面能较低，经过表面改性后，其表面增加纳米SiO2粒子，有效地提高纤维表面粗糙度，增加了微生物与载体间的有效接触面积；改性后表面有阳离子的存在，载体表面电位升高，载体表面带正电荷，利用静电吸力促进微生物固定，有利于微生物固定化；改性后表面的活性官能团，增加了载体的表面能，所含有羟基、羰基或羧基等，对微生物在载体表面粘附生长有积极的作用。通过玄武岩纤维载体表面改性，使其具有良好的亲水性和微生物负载性能，使之能够负载更多的生物量，且长时间保持较高的微生物活性，从而实现更有效通过生物膜法降解水体中污染物。