石膏纤维加工与用途简介

荆门市磊鑫石膏制品有限公司

石膏纤维，别名：硫酸钙晶须，石膏晶须；有二水（CaSO4·2H2O）、半水（CaSO4·0.5H2O）和无水（CaSO4）之分.英文名称：Calcium Sulfate Whisker，缩写：CSW；化学式：CaSO4。国际商品名称为“ONODA-GPF”，是无水硫酸钙的纤维状单晶体，白色疏松针状物，具有完善的结构、完整的外形、特定的横截面、稳定的尺寸,其平均长径比一般为50～80。微溶于水,在水溶液中呈中性。具有颗粒状填料的细度、短纤维填料的长径比、耐高温、耐酸碱性、抗化学腐蚀、韧性好、电绝缘性好、强度高、易进行表面处理，与树脂、塑料、橡胶相容性好，能够均匀分散，pH值接近中性。优良的增强功能和阻燃性。和其他无机晶须相比，硫酸钙晶须是毒性最低的绿色环保材料。

石膏纤维在20世纪70年代由日、美、德等国着手研究，20世纪80年代开始逐步应用。我国也紧随其后，并在21世纪初进行了工业化生产，其中沈阳立昂新材料有限责任公司为国内最早工业化生产的企业，洛阳亮东非金属材料科技开发有限公司为国内工业化生产产能最大的企业。

一、硫酸钙晶须基本生产工艺简介

石膏纤维的生产工艺，根据使用原料的类别不同，可以分为二种：一是化学合成方法；二是矿物转化方法。

化学合成法的生产原料为化工材料，矿物转化法的生产原料为天然矿石或类同矿石的化学生成物。工业试验证明：脱硫石膏、磷石膏等化学石膏和工业废模石膏等再生石膏都可用于生产石膏纤维。

一般讲来，化学合成法的优点是：产品纯度高，颜色白；但存在投资较大、成本较高、污染治理要求较高等问题，适宜于有条件的化企业、或缺少石膏矿物原料的地方、或需要生产高纯度石膏纤维的地方组织生产。

矿物转化法生产原料充足、价格低廉、投资节省、成本很低，市场竞争力强，但产品纯度取决于生产原料，产品白度受生产原料和设备的配置影响显著，需要根据市场要求选择不同的矿源。中国矿业大学和江苏省第一工业设计院的纤维生产技术侧重于上述第二类，即矿物转化方法。

目前，已经定型的生产技术有二大类4种不同的工艺，它们分别为：

第一类：液相法

液相法也称为水溶液转化法，它是将石膏粉料按照一定的比例加入到水溶液之中，按照特定的配方和技术条件生产石膏纤维的工艺方法。

其化学原理方程式如下：

CaSO4·2H2O——CaSO4·1/2H2O + 3/2H2O (汽或液)

CaSO4·1/2H2O——CaSO4 + 1/2H2O

石膏矿物纤维的基本生产过程是：首先根据市场要求选择矿石原料，然后磨粉、制浆，将质量份数不大于20%的二水石膏悬浮液加到单体或连续的水压热力容器中处理，在化工材料和特定的压力、温度等工艺条件下，二水石膏重结晶为细长纤维状的半水石膏，即为半水石膏矿物纤维。

半水石膏纤维要经过晶型稳定化处理、改性处理和脱水干燥后，才能成为符合要求的石膏纤维产品。根据市场的定货要求，控制干燥温度的高低，可以分别产出半水石膏纤维或无水石膏纤维。半水石膏纤维通常只能在低于350°F时使用，否则容易释放结晶水；而无水石膏纤维则可以在1500°F以下广泛地使用。由于国际市场上的石膏纤维基本上都是石膏短纤维，主要用于塑料、橡胶等行业，因此，以无水石膏纤维居多。

目前，液相法用于工业设计的项目，主要有以下二种工艺形式：

（1）自动化连续生产工艺

设计采用专用的自动化连续生产线，石膏浆体在塔式生产线中依次完成活化、转晶、浓密、脱水、干燥、改性等工艺过程，自动化程度高，产品质量稳定，生产能力大，能量消耗低。

（2）间断生产工艺

间断生产工艺采用多个单体压力容器组成生产线，各个生产过程分别在不同的设备中完成。这种生产工艺适宜于中、小型企业组织生产。

第二类：固相法

固相法也称为干法、半干法生产工艺，它是将石膏粉料或块料经化学处理和工艺处理后，按照特定的生产技术条件制作石膏纤维的工艺方法。

固相法用于工业设计的项目，也有以下二种工艺形式：

（1）塔式生产工艺

石膏在反应塔生产线中依次完成活化、转晶、脱水和多次的改性、干燥等工艺过程，生成为高质量的石膏纤维，石膏纤维的长度可以通过调整工艺有效地加以控制。可用以生产多种不同规格的石膏纤维。生产能力大，能量消耗低，产品质量稳定，投资效益好。适宜于生产中、高档次的产品。

（2）卧式生产工艺

石膏在反应釜中完成转晶，生成半水石膏纤维，再经过多次的改性、干燥等工艺过程，生成为符合质量要求的石膏纤维。这种生产工艺的特点是：投资比较节省，产品变更简单，生产成本低。适宜于生产中、低档次的产品。

以上四种工艺都是合作各方的工程技术人员经过长期的实验研究总结出来的成熟技术，其关键技术设备和全套的自动化生产线，已经由企业研制成功，已开始批量供货并提供安全保证和安装、调试服务。

上述工艺技术，都能以脱硫石膏为原料组织生产。其中，特别适用于脱硫石膏生产纤维材料的工艺技术是：第一类的第一种和第二类的第二种，即：液相法的全自动化生产线和固相法的卧式釜生产线。因为这两种生产工艺都适宜于使用粉状原料，也比较容易实现规模化生产。

二、石膏纤维的用途

石膏纤维是一种对人体无害的矿物纤维，性能优良、用途非常广泛，具有十分广阔的市场前景。其使用领域有以下几个方面：

1、“以矿代木”的造纸原料

2007年，中国各类纸与纸板的总产量为7800万吨，2010年即可达到1亿吨以上，超过美国，成为世界第一大造纸国。在此基础上，中国的造纸业不会止步，年产量会再翻二番，达到4亿吨／年以上。而造纸需要纸浆，而制浆需要大量木材、水，并产生恶臭和严重污染，目前，造纸工业的毁林与污染已经成为全世界的二大公害。解决“二大公害”的新路子只能是“以矿代木”。即是：开发矿物纤维取代木纤维。

石膏纤维可以广泛地用作造纸原料，它不但可以取代填料，也可以部分或全部代替纸浆，用于生产各类纸张。它适宜于生产各类新闻纸和板纸、瓦楞纸等工业用纸，也适宜于生产各种军用或民用不燃纸张，也可以广泛地用于生产食用饭盒、纸杯、容器等纤维模制品。据有关权威机构介绍，使用现有的造纸生产设备，添加30～70%的石膏矿物纤维，用以生产不同的纸张，各项性能指标能够满足相关纸张标准的技术要求。

2、塑料、橡胶的增强材料或功能性填料

中国的塑料工业发展迅速，目前，世界排名第二位，2007年, 中国塑料年产量约占世界的1/5，2008年会继续以高于GDP增长率2倍以上的速度发展，成为世界第一塑料大国的梦想已经不需要很长时间。添加剂的年使用总量将高达2000万吨／年。

中国是世界第一大橡胶消耗国，2007年, 世界橡胶消耗量有2000多万吨，中国的橡胶消耗量为500多万吨，占世界总量的25.7%；2008年,中国的橡胶消耗量将达到600多万吨，根据中国经济的发展势头分析，橡胶需求量每年将继续以12～20%速度增加。每年添加剂的使用量会高达数百万吨。

石膏短纤维（亦称之为硫酸钙晶须）是塑料、橡胶等化工产品的重要原料，它可以作为多种制品的填充剂和增强、增韧剂。它以纤维状材料替代传统粉状的钛白粉、立德粉、白炭黑等材料可以用在制鞋、轮胎等橡胶制品中，补强效果十分显著，在塑料造粒时使用，可以增强塑料粒子的强度，提高材料的耐高温性能及尺寸稳定性，不但能够节约制品的成本，还可以显著提高产品质量。

3、用于摩擦材料

石膏纤维无毒，适合代替石棉作为摩擦材料。众所周知，西方国家已禁止在磨擦材料中使用石棉，特别是轿车摩擦片。而使用石膏纤维取代石棉，不但可以提高摩擦系数的稳定性及耐摩性，也可以减少公害污染，克服出口产品的阻力；对于中国来说，以丰富的石膏资源取代稀有的石棉资源，降低生产成本，有利于资源的优化利用。

4、用于涂料、油漆和粘和剂的生产

石膏纤维白度好，加入石膏纤维的涂料和油漆附着能力强、耐温、绝缘性好，成本降低。作为环氧树脂材料和密封材料的增强材料，它可以大幅度地提高材料性能，降低生产费用。

5、用作建筑材料

石膏纤维是所有纤维材料中最容易实现的一种，它投资少、规模大、成本费用低廉，性能优越，可以广泛地用作建筑材料。将来，建筑材料一定是石膏纤维最大的应用领域。市场容量至少有数亿吨之多。

石膏纤维可以大量用于生产各种纤维板材，如石膏绝缘板、装饰板、代木板、防火板、保温板等，取代木制品，减少森林毁坏。也可以用于配制粉刷石膏、粘结石膏、嵌缝石膏及石膏腻子等石膏功能性材料，大大提高石膏建筑材料的性能，减少纸纤维和化学纤维的使用量，节约资源和成本。也可以作为沥青路面的增强、增韧材料，对提高沥青的软化温度有明显作用。也可以用作钢筋混凝土的增强增韧材料，配制高标号混凝土。以及用作保温、保冷材料以及涂料、装饰材料等领域。

6、沥青改性及SMA结构路面

硫酸钙晶须可作为沥青填料及增强剂使用。它对提高沥青的软化温度有着决定性的影响，在沥青中加入18%（重量百分数）的硫酸钙晶须后，软化点可提高200C以上。目前，国外最流行的高等级公路路面为沥青玛蹄脂碎石混合料面层结构，简称为SMA结构。最初的SMA路面以石棉为纤维稳定剂，后来改为木质纤维。由于木质纤维的耐热性差，与沥青的混合性不好，必须采用非金属矿超细粉体进行改性处理。东北大学与辽宁省交通研究所合作，以硫酸钙晶须代替石棉及木质纤维制备沥青玛蹄脂碎石混合料，初步的检测结果表明混合料的抗高温车辙能力可提高50—60%。辽宁省交通厅计划2000年铺筑1公里添加硫酸钙晶须SMA结构试验路面，如获得成功，将在辽宁乃至全国推广。硫酸钙晶须在改性沥青和SMA结构路面方面有着灿烂应用前景。

除此之外，石膏纤维还可以代替玻璃纤维，化学纤维，羊毛和棉、麻等动、植物纤维，用于传统纤维的许多使用领域，甚至可以作为纺织材料使用；石膏纤维还是优良的国防、军用材料；优良的医疗、保健材料；优良的消防、环保材料……随着科学技术的不断进步与发展，不久的将来，石膏纤维将会大量用于国民经济的方方面面，其用途及其产生的深远影响，难以胜数。

三、石膏纤维的经济效益

石膏纤维在中国具有广阔的应用领域和潜力极大的市场前景。目前，国内市场上石膏短纤维（石膏晶须）的价格为：1.2万元／吨 左右。预计将来石膏纤维大量上市之后，区别不同的品种质量，国内销售价格会在3000～10000元/吨之间浮动，个别特需的石膏纤维价格会在10000～30000元/吨之间。

与之鲜明对照的是：目前，中国天然石膏矿石的价格一般只有30～150元/吨，最好的石膏也不超过500元/吨；而废渣石膏的价格更低，一般只有５～５0元/吨，最高的也不超过100元/吨；石膏粉的价格一般的只有120～500元/吨，最好的石膏粉一般也不超过1500元/吨。因此，单一从事石膏粉生产的企业很难取得很好的效益和快速的发展。

石膏纤维与传统石膏制品比较，不难看出，投资石膏纤维生产会十分有利。它作为一种低投入，高收益的科技新产品，市场容量很大。在市场容量没有饱和之前，会在今后相当长时期内，维持高价位、高利润、高投资回报率运行。

四、总结

目前，石膏纤维在中国虽然还是一种新兴产业，但是，它强大的生命力已经显现，它的市场已经成熟，社会的需求将催生这一产业的快速壮大。可以预言：几年后，石膏纤维将会渗透到人们生活的许多方面，为人民带来许许多多的方便。

总之，石膏纤维（硫酸钙晶须）由于其性能优良，价格低廉而具有极好的性能价格比，是一种应用领域较广、市场前景极为广阔的新型材料。也是目前国际上备受关注、极有发展前途的无机盐晶须材料。