玄武岩纤维是一种以天然玄武岩矿石在1500℃左右通过铂铑合金漏板进行熔融拉丝而制得的连续纤维（见图1），与碳纤维、芳纶纤维及高分子量聚乙烯纤维并称为我国四大高性能纤维。
从物化特性来看，玄武岩纤维质量轻，具有优异的力学性能、耐化学腐蚀性、隔音隔热性、电绝缘性及吸波性；从材料成本来看，其原料来源广泛，储量丰富，价格低廉具较高的性价比；从环境影响来看，玄武岩纤维生产工艺中的熔融拉丝为物理过程，环境污染小，废弃后能降解为土壤母质，这是玄武岩纤维不同于其他高性能纤维的显著优势。玄武岩纤维优异且多元化的性能使其增强复合材料广泛应用于土建交通、能源环境、汽车船舶、石油化工、航天航空等各个领域。
在汽车领域发展潜力大
世界汽车产量和保有量的不断攀升对推动全球经济发展起到了积极作用，同时也对日益短缺的能源状况和逐渐恶化的环境状况产生了重大影响和负担。为顺应我国应对气候变化、推动绿色发展和实现高质量发展而提出的“双碳”重大战略决策，节能减排成为我国汽车工业可持续发展的重要命题。据有关资料显示，一般乘用车的整车质量每减少10%，可使油耗减少7%~8%，co2的排放减少6%~7%，其他有害气体的排放量减少3%~4%。由此可见，汽车轻量化将成为汽车工业发展的必然趋势。
采用复合材料来制作汽车零部件，被业界公认为是实现汽车轻量化的最重要和最有效的手段之一，发达国家已经将汽车先进复合材料的使用量作为衡量现代汽车设计与制造技术水平高低的一个重要标志。目前应用于汽车上的复合材料增强体主要有碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维。而碳纤维、芳纶纤维因价格过高，难以得到广泛应用；玻璃纤维虽然价格适中，但存在生产消耗能源大，易对人体造成伤害，废弃后难以回收利用或自然降解等问题。玄武岩纤维增强复合材料价格低廉、绿色环保且性能优异，将其应用至汽车领域可降低汽车零部件质量10%~20%，制动距离可减少约10%，转向力约减少12%，不仅有利于减少汽车co2排放及环境污染，实现全生命周期的节能减排，还有利于提高汽车行驶稳定性及主动安全性。在未来，充分利用玄武岩纤维优势开发新型汽车材料，在符合国家绿色环保要求的同时，为汽车行业注入了新的活力。
产业现状：难成体系 仍在技术探索中
全生命周期玄武岩纤维增强复合材料产业链可分为原丝生产制备、复材成型、汽车零部件应用开发、零件废料回收再利用四个阶段。
从原丝生产来看，目前玄武岩纤维原料成分不稳定，导致在高端领域上的批量化应用受到限制。因此玄武岩纤维的技术开发主要聚焦在原矿均质化处理、拉丝参数精确控制及表面浸润剂调配设计三大方向，其生产正逐步向大规模池窑化、产品性能稳定性及生产设备专用化发展。目前我国已经能满足稳定提供玄武岩纤维及其制品的要求，如四川谦宜已建立3500吨/年池窑生产示范线，成功实现了稳定化、规模化的高性能玄武岩连续纤维生产，单线日产量达12~15吨。但由于市场推广不足，科研成果转化速度慢，生产设备研发投入大等因素，玄武岩纤维规模化生产仅存在少数前端龙头企业，如航天拓鑫、浙江石金、江苏天龙、吉林通鑫、贵州石鑫等，未能形成大规模池窑化生产局面，纤维价格还有一定的下降空间。
玄武岩纤维增强复合材料成型工艺大都延续了现有成型体系较成熟的碳纤维复合材料及玻璃纤维复合材料成型工艺，应用集中在土建及城市交通领域，产品多为复合筋材、板材、型材、土木格栅等。因此成型工艺也主要为拉挤成型、热压成型、缠绕成型等，汽车工业使用较频繁的rtm成型、注塑成型、模压成型及高压罐成型等技术未能实现商业化推广，仅在少数实用新型专利或发明专利进行了试验测试。在企业格局方面，少有企业将玄武岩纤维增强复合材料作为主导商品进行生产，上中游企业划分模糊，原丝生产及复材制造多为玄武岩纤维老牌企业的一体化业务。在复合成型技术发展方面，多维度多功能的纤维增强结构、绿色可回收利用的热塑性树脂及新型纤维表面处理技术是玄武岩纤维复合材料未来发展的主要趋势。
在汽车领域零部件的开发方面，目前车用玄武岩纤维增强复合材料的商业化运用尚不成熟，仅有少量案例支撑其在汽车工业中的创新应用。如福田汽车在2023年末发布了基于全新低碳材料玄武岩纤维打造的超级低碳卡车；红旗汽车将玄武岩纤维首次引入汽车内饰产品，实现了行李箱盖护面等样件的试制，零件降重达20%以上等。未来玄武岩纤维增强复合材料的汽车应用范围将从单一的个别试验样件扩大至车门、车架等车身结构件、发动机及传动系统等汽车零部件、座椅仪表盘及门板等内外饰件。高效的一体化在线成型工艺技术、快速固化处理技术（如等离子体或电子束辐照处理）、材料卡片及仿真模型的技术开发仍是车用玄武岩纤维增强复材未来技术发展的研究重点。
在能源消耗和温室气体排放逐渐扩大的今天，复合材料的回收处理及再利用是未来玄武岩纤维增强复合材料可持续发展的重要举措，也是全生命周期最后重要的一环。目前在此方面还未有企业涉足，高校及相关科研机构也鲜少有技术探讨，主要归因于前期材料生产应用成熟度较低，仍有较大的发展空间。
应用现状：汽车行业应用广泛
具体来说，玄武岩纤维复合材料可以应用于车身结构、底盘系统、发动机罩等多个方面。
1.车用摩擦增强材料
玄武岩纤维的耐磨性一般高于常用摩擦增强纤维，如石棉纤维、钢纤维和玻璃纤维等，非常适合作为摩擦材料的主增强材料。但玄武岩纤维与树脂基体结合较差导致性能仍有不足，西安长峰机电研究所对此提出一种经过纤维表面处理和冷压热压工艺的玄武岩纤维增强热固性聚酰亚胺基复合摩擦材料，该材料高温摩擦系数稳定、热衰退小且制动噪音低。此外，合理设计汽车刹车片的结构及对纤维进行改性也能改善刹车噪音及急刹所带来的安全隐患。
2.车用高温过滤材料
玄武岩纤维增强复合材料能有效改善过滤材料的耐高温性能，目前较广泛应用在高温烟气除尘等环保领域，形式大多为玄武岩纤维高温滤袋等产品。未来，玄武岩纤维增强复合材料可用作汽车尾气的高温过滤材料，在高温条件下将汽车尾气中的固体粒子过滤分离开来，降低汽车尾气对城市的污染。该领域中，安徽国能亿盛环保科技有限公司提出了一种汽车发动机空气滤芯用玄武岩纤维增强微米木纤维滤纸及制备方法。该滤纸制得的汽车发动机滤芯过滤效率较高，过滤阻力小，自清洁效果好，成本低，且具有一定的吸声效果，同时可使发动机具有更好的动力性和节油性。
3.车用结构增强及轻量化材料
玄武岩纤维增强复合材料质量轻于高强度钢和部分铝合金材料，力学性能虽不及碳纤维，但较高的抗拉强度及弹性模量足以在汽车结构件上占有一席之地。跟随着碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料的步伐，我国的一些团队研究了其在板簧、电池壳体、发动机罩及前防撞梁等汽车零部件上的应用。
汽车钢板弹簧作为汽车悬架的重要组成部件，重量占汽车自重的8%~9%。在刚度相同时，复合材料板簧相对于能够减重50%以上。吉林省华阳新材料研发有限公司提供了一种玄武岩连续纤维织物混铺预制体的制作方法，有效提高了材料层间结合力及纤维树脂结合程度。并借助此材料制作了汽车板簧，较好地提高了板簧的强度，其寿命至少提高到钢制板簧的5倍以上，从而间接减少了板簧的制作成本。
在动力电池系统中，传统电池壳体材料采用钢板、铝合金材料铸造，并对表面进行喷涂处理，但轻度刚度较差，防护等级较低，对蓄电池组的密封保护效果不好，无法满足新能源汽车节能环保和轻量化的要求。吉林省华阳新材料研发有限公司开发了一种玄武岩纤维增强复合材料电池壳体（见图2），壳体上盖为一体结构，减少了装配及再加工程序，性能也更稳定。该产品耐压性能满足主机厂对新能源汽车的电池壳体承受压力10kpa的要求，也满足新能源汽车电池壳体强度及阻燃要求。
前防撞梁是影响汽车碰撞安全性关键的薄壁零件，是通过减少碰撞震动以保护汽车及车内人员的重要结构。现有防撞梁主要为空腔结构的钢质或铝合金材料，碳纤维及碳纤维玻璃纤维混杂复合材料也逐渐被应用在防撞梁的材料设计当中。表1 为三种不同材料防撞梁正面低速碰撞下的性能对比情况。玄武岩纤维作为一种绿色无污染的高性能纤维，其性能处于碳纤维与玻璃纤维之间，其在防撞梁上的应用也具有较大潜力。
吉林大学徐森等从玄武岩纤维增强材料的性能参数入手，构建了防撞梁有限元模型，对预浸料铺层厚度及方式进行了优化设计，最后对玄武岩纤维防撞梁与碳纤维、钢制防撞梁的碰撞性能进行了对比分析。研究结果表明，低速碰撞工况下，玄武岩纤维材料的吸能效果优于碳纤维和钢，比钢实现了21%的减重，重量略高于碳纤维。优化后玄武岩纤维防撞梁碰撞性能对比碳纤维防撞梁相差5%以内。从经济上考虑，玄武岩纤维复合材料具有较好的性价比。
4.汽车气瓶用复合材料
车用压缩天然气(cng)气瓶是燃气汽车的重要储能设备。目前，车用cng气瓶主要采用传统玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等纤维缠绕复合材料气瓶及钢质气瓶。这两类气瓶的工作压力低于20mpa，容量较小，续驶里程短。另外，金属气瓶安全性低，复合材料气瓶虽在安全性上弥补了金属气瓶的不足，但传统玻璃纤维缠绕铝合金气瓶质量大，碳纤维缠绕铝合金气瓶层间剪切性能较差，并且受到冲击后，强度明显下降，且成本较高，所以碳纤维缠绕铝合金气瓶的产业化发展潜力较小。35mpa车载高压天然气储气瓶是国内外燃气汽车储能设备的发展目标及研究重点。为此，西华大学提出了一种35mpa铝合金内胆全缠绕玄武岩纤维的压缩天然气瓶，利用玄武岩纤维作为缠绕层，通过环向缠绕和螺旋缠绕相互交替缠绕在铝合金内胆外表面，形成多层的缠绕结构，有效加强了天然气瓶的抗压能力和抗爆破能力，同时提高了天然气瓶的初始屈服压力和抗疲劳性能。
未来发展前景广阔
总的来看，玄武岩纤维原丝质量稳定性还需进一步提高，车用玄武岩纤维增强复合材料技术开发领域仍存在很大空白，研究方向范围较窄且不成体系，商业化推广较差，未来具有广阔的发展前景。
一是市场需求持续增长。随着汽车行业的快速发展，对高性能、轻量化、环保型材料的需求日益旺盛。玄武岩纤维增强复合材料以其优异的机械性能、耐腐蚀性和环保性等特点，正逐渐成为汽车制造领域的新宠，特别是对轻量化材料需求迫切的新能源汽车领域。今后有望扩大玄武岩纤维增强复合材料的市场占比及应用空间，确立其市场定位及定型产品，使其在竞争激烈的复合材料市场占有一席之地。
二是技术创新不断推进产业发展。玄武岩纤维增强复合材料技术的不断创新和突破，为产业发展提供了强大的动力。随着混纤混编技术、立体织物构建、3d打印技术、快速固化树脂开发技术、等离子体表面处理技术等新兴技术的涌现及开发探索，玄武岩纤维增强复合材料的性能及其在汽车工业的材料利用率将得到进一步提升，成本也将随技术发展压缩至更具竞争力的水平，为产业的快速发展提供了有力保障。
三是产业链及知识产权体系不断完善。随着产业链上下游企业的紧密合作，车用玄武岩纤维增强复合材料产业将形成材料-工艺-结构设计一体化完整产业链，汽车零部件全生命周期碳排放分析、废料分类回收处理、智能自动化设备开发等延伸产业也将得到新的发展。玄武岩纤维技术创新及标准体系将建立完善，同时形成具有权威性的产业联盟，将老牌企业较为成熟的研发生产能力及标准化建设能力与新生代企业在应用开发领域的新兴技术相结合，有效连接上中下游企业，促进玄武岩纤维及其增强复合材料产业链的进一步完善及优化。
综上所述，目前针对玄武岩纤维增强复合材料的机理及性能研究还不够成熟，仍处于实验室测试开发阶段；纤维质量和性能较不稳定，界面结合程度较差；玄武岩纤维原丝企业、复合材料成形及零部件制造企业、下游汽车应用端企业等上中下游尚未完全形成有效产业通道，上述现状限制了玄武岩纤维增强复合材料在汽车领域的商业化拓展及高性能应用。但可以明确的是，玄武岩纤维成本低廉、原料储量丰富，仍然适配生产节拍快速的汽车行业，其绿色无污染且重量低的优势也符合国家碳中和的科技发展理念，在我国汽车轻量化技术的发展潜力将随着开发技术的不断成熟而逐渐扩大。
