玄武岩纤维是以玄武岩矿石为原料，经过熔融、拉丝和涂覆浸润剂后制备得到的一种无机非金属纤维材料。玄武岩纤维具有许多独特的优点，如突出的力学性能、使用温度范围广、耐化学品腐蚀和辐射、绝热隔音性能优异、绝缘性好等。此外，其生产过程环境友好，不需要加入任何添加剂，并且产品废弃后可以直接排放到生态环境中，因此被誉为“21世纪绿色无污染材料”。目前，我国已经掌握了连续玄武岩纤维的制造技术，但是材料在实际应用过程中还存在很多不足，一个最关键的问题是玄武岩纤维的实际拉伸强度（1500 ~ 2500 MPa）远低于其理论值（3000 ~ 4840 MPa）。基于在上述领域缺乏系统研究，本文从玄武岩纤维材料制备的全过程，即原料成分、成纤行为、纤维浸润剂三个方面进行着手，开展影响玄武岩纤维力学性能的关键因素研究，为制备具有优异力学性能的玄武岩纤维提供理论指导。本论文主要研究内容包括以下三个方面：（1）化学成分对玄武岩纤维力学性能的影响：通过分析国内23种商业玄武岩纤维在直径、成分、形貌、线密度、单丝力学性能、丝束力学性能等参数的差异，建立了基于国内地理、地质等因素考虑的玄武岩纤维材料大数据库。对数据库中不同纤维性能参数进行分析，发现浸润剂、纤维的化学组成以及不同组分之间的结构状态都会影响玄武岩纤维的力学性能。浸润剂能部分修复纤维的表面缺陷，降低材料应力集中，从而提升玄武岩纤维力学性能；玄武岩纤维中不同元素在纤维形成的硅酸盐网络结构中起到网络形成体或网络改变体的作用，其中Al和Fe元素所形成的氧化物对纤维力学性能具有显著影响：Al2O3含量增加有利于提高玄武岩纤维的力学性能；玄武岩纤维中铁元素以Fe2+和Fe3+形式共存，Fe3+/ΣFe比值增加（即铁元素的氧化程度增加），会对纤维的力学性能带来负面影响。 （2）玄武岩纤维成纤行为研究：以贵州省六盘水境内的玄武岩矿石为原料，通过系统分析矿石的化学组成、熔融特性，明确了矿石的熔化过程为：不同矿物相随温度的升高而逐渐熔化，最终形成玄武岩玻璃态并逐渐向均质化状态转变。通过研究玄武岩玻璃体的析晶动力学，结合玄武岩纤维制备重要工艺阶段熔融体粘度-温度曲线，确定了玄武岩纤维的成型温度。根据确定的参数，分别在不同拉丝速度下获得4种不同直径的玄武岩纤维，并对玄武岩纤维的力学性能进行分析。结果表明：随着拉丝速度的增加，玄武岩纤维的直径逐渐减小，拉伸强度和Weibull模量逐渐增加。采用纳米压痕技术研究了玄武岩纤维截面力学性能分布情况，发现在玄武岩纤维制备过程中，冷却速度对其力学性能也有重要影响，冷却速度较小有利于材料内部原子形成致密随机堆垛结构，进而提升纤维力学性能。（3）浸润剂对玄武岩纤维力学性能的影响：在研究内容1的基础上，依据田口方法并结合数学和统计学方法，分别以环氧树脂为主成膜剂、聚氨酯为辅成膜剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）为偶联剂、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为抗静电剂、硬脂酸聚氧乙烯酯为润滑剂，设计了增强型玄武岩纤维浸润剂配方，并研究了不同浸润剂对玄武岩纤维力学性能的影响。结果表明：浸润剂能有效增强玄武岩纤维丝束和单丝的力学性能，浸润剂中主成膜剂浓度对相应玄武岩纤维力学性能影响最显著，其次是辅成膜剂浓度和偶联剂浓度，浸润剂中各组分的浓度并非越高越好。浸润剂对玄武岩纤维的润湿性与其对纤维力学性能的提升具有相同的趋势，即浸润剂对玄武岩纤维的润湿效果越好（浸润剂的表面张力越低，浸润剂与纤维之间的粘附力越高），其对纤维拉伸强度的提升越明显。因此，表面张力是浸润剂的一项重要参数，通过对浸润剂表面张力的研究发现浸润剂中环氧树脂和聚氨酯之间存在交互作用，在浸润剂的研发过程中需要考虑。玄武岩纤维增强型浸润剂通过浸润粘附、静电、化学键合、啮合等物理化学作用在纤维表面扩散、铺展和桥接，能够有效填补和修复纤维表面的裂纹缺陷，使得裂纹尖端被钝化，改善纤维表面缺陷分布，从而提升玄武岩纤维力学性能。