Базальтовое волокно — это синтетический продукт, созданный из базальтовой породы. Этот процесс трансформации приводит к получению материала с уникальными свойствами. Данный материал и изделия, из него изготовленные, находят широкий спектр применения в различных отраслях и становятся все более востребованными на рынке.
Применение волокон из базальта
Благодаря своим легким характеристикам, а также устойчивости к кислотам, солевым растворам и щелочам, базальтовые волокна все чаще становятся предпочтительным выбором в различных производственных секторах. В отличие от более дорогостоящих углеродных волокон, которые не могут похвастаться такой же прочностью, как стекловолокно, базальт отличается великолепной устойчивостью к механическому истиранию, агрессивным воздействиям, высоким температурам и ультрафиолетовому излучению. Кроме того, базальтовые волокна обладают высокой прочностью и являются электромагнитно инертными, что делает этот материал особенно ценным.
Базальт, в свою очередь, представляет собой затвердевшую вулканическую магму, свойства которой претерпели изменения под воздействием атмосферы. Данная порода использовалась в древности для создания различных орудий труда нашими предками. Важность и широкий спектр применения базальта сегодня не следует недооценивать.
Лишь в 20 веке базальт начал использоваться для производства волокон в малых объемах. Однако во времена холодной войны, когда конкуренция между США и СССР охватила все сферы, ученые активно занимались исследованием этого материала, детально анализируя его полезные характеристики и возможные варианты применения в военной сфере. Практическое промышленное производство базальтовых волокон началось в начале 1980-х годов, причем Киев стал центром разработки этой технологии.
Со временем базальтовые волокна отошли на второй план в пользу более дорогих углеродных и стекловидных волокон, что произошло из-за недостаточной совершенности технологий обработки базальта. Но в наши дни ситуация значительно изменилась в лучшую сторону, и базальтовые волокна вновь становятся актуальными.
Основные этапы производства
- Получение тонких волокон осуществляется путем расплавления мелких частиц базальта при температуре около +1500 градусов Цельсия. После этого полученная масса вытягивается через специальные фильеры, представляющие собой маленькие отверствия в воронкообразной форме.
- Полученное сырье затем раздувается с помощью сжатого воздуха или разбрызгивается при помощи центробежных устройств для достижения необходимой текстуры.
- Далее нити расплава вытягиваются и наматываются на катушки, причем в процессе производства не применяются химические добавки, что делает базальтовые волокна еще более привлекательными для потребителей.
Интересно отметить, что стекловолокно также может быть получено аналогичным способом, однако оно состоит из нескольких компонентов, которые могут негативно влиять на его свойства.
Применение в композиционных материалах
Композитный материал представляет собой комбинацию связующего (матрицы) и наполнителя. Наполнители могут находиться в форме нитей, шнуров или тканей, обладающих непрерывными волокнами. Оптимальное сочетание этих материалов дает возможность создавать продукты с уникальными свойствами и характеристиками. Термопластичные базальтовые композиты демонстрируют отличную трещиностойкость и могут легко обрабатываться при высоких температурах. В некоторых случаях в качестве связующих в жаропрочных композитах для ракетных исследований используются металлы и керамика.
Строительная отрасль является одной из главных областей, где базальтовые изделия получили широкое распространение. Основанные на базальтовых волокнах конструкции используются для создания невероятно прочного бетона, который прекрасно выдерживает серьезные температурные колебания и высокую влажность окружающей среды. Армирование строений с использованием базальтовых волокон делает их долговечными и надежными.
Кроме того, базальтовая вата может эффективно использоваться для улучшения звуко- и теплоизоляции в помещениях, а многие ученые активно разрабатывают контейнеры для хранения химических веществ, предполагая, что идеальными кандидатами для этих целей будут цилиндры, созданные из базальтовой ваты.
Технология производства
Для того чтобы получить базальтовую ткань, отвечающую определенным требованиям, начинающийся процесс включает в себя несколько сложных этапов:
- Первый этап — подготовка сырья (вулканического щебня), включающий процессы измельчения, тщательной промывки и сушки.
- Вторым этапом является плавление полученной крошки в специализированной печи для формирования волокон.
- Третий этап — формирование сложных волокон с использованием непрерывных методов производства.
- На четвёртом, заключительном этапе проходит процесс плетения ткани или создания других форм изделий.
Магматическая пряжа, полученная на выходе, имеет диаметр от 8 до 20 микрометров, а длина может достигать впечатляющих 50 километров. На заводе используется вертикальный сужающий процесс, что позволяет поддерживать расплавленное сырье в однородной форме и получать длинные, непрерывные волокна.
После этого базальтовая пряжа подвергается различным методам обработки, включая ткачество с использованием гладкой, атласной или крученной технологии. Темный цвет готового материала обусловлен содержанием оксида железа в магматическом сплаве.
Описание и характеристики
Тканая базальтовая пряжа представляет собой прочный и цельный материал, обладающий многочисленными преимуществами по сравнению с аналогичными изделиями, выполненными из стекловолокна или силикатного сырья. Волокна, созданные из магматических пород, находят применение в широком температурном диапазоне, что делает их особенно привлекательными для определенных сфер.
В таблице ниже представлены сопоставимые свойства различных видов волокон:
| Свойства | Свойства плетеного базальта | Волокна кремнезема | Стекловолокно |
|---|---|---|---|
| Max t, C° | 982 | 1100 | 650 |
| Const t, C° (постоянная рабочая) | 820 | 1000 | 480 |
| Min t, C° | — 260 | — 170 | — 60 |
| T плавления, С° | 1450 | 1550 | 1120 |
| Теплопроводность, Вт/м•К | 0,031/0,038 | 0,035/0,04 | 0,034/0,04 |
Ткани, которые изготавливаются из непрерывных базальтовых нитей, отличаются по весу, плотности и способу переплетения, а также толщине, что определяется их конкретным назначением. Тем не менее, состав материала остается неизменным, что обеспечивает высокое качество и надежность.
Ключевые свойства тканей, произведенных из самородной пряжи, включают:
- неспособность к воспламенению и высокая огнеупорная устойчивость;
- значительная степень адгезии;
- способность сохранять структуру и целостность полотен при воздействии максимальных температур;
- превосходная прочность на разрыв;
- работа в качестве барьера для электромагнитного излучения.
В зависимости от типа плетения, базальтовый материал может варьироваться в плотности:
- простое (полотняное) — от 108 до 650 г/кв. м.;
- саржевое — 200–900 г/кв. м.;
- атласное — 220–320 г/кв. м.
Эти ткани могут быть как однослойными, так и многослойными (например, 2-, 3- и 4-основные), в зависимости от ориентации волокон в основе и утке. В предложении также присутствуют ткани, покрытые алюминиевой фольгой или металлизированные варианты, что расширяет их функциональные возможности.
Утеплитель
Базальтовые волокна находят свое применение и в производстве огнеупорных изоляционных материалов, используемых для теплоизоляции труб и дымоходов, а также в обширных сегментах промышленного производства различных компонентов.
К основным характеристикам и свойствам базальтовой ваты можно отнести:
- устойчивость к огню;
- влагостойкость;
- вентилируемость, что позволяет поддерживать комфортные условия;
- непригодность для обитания грызунов, что делает материал экологически чистым.;
Основные этапы получения базальтового волокна
Процесс создания базальтового волокна представляет собой сложную технологическую цепочку, включающую несколько ключевых этапов:
- Нагревание и плавка начального сырья, которая активирует его свойства;
- Гомогенизация расплава, что обеспечивает его однородность;
- Подготовка расплава к официозному формированию, с учетом необходимых химических и физических характеристик;
- Формирование волокон из полученного расплава.
Свойства базальтового волокна
Базальтовые волокна демонстрируют великолепную устойчивость к как щелочным, так и кислотным средам. Они способны выдерживать значительные температурные нагрузки и отличаются высокой прочностью, что делает их продукцию превосходными конкурентами на рынке, особенно по сравнению с изделиями на основе стекловолокна.
Базальтовые волокна обладают набором преимуществ, основанных на множестве высоких качественных показателей. Все их уникальные свойства позволяют выделять их среди альтернативных материалов. К ним относятся:
- повышенная защита от воздействия различных микроорганизмов и плесени, что способствует применению в условиях с высокой влажностью;
- устойчивость к разнообразным механическим повреждениям, что делает изделия долговечными;
- значительная термо- и электроизоляция, позволяющая использование в условиях повышенных требований к противопожарной безопасности;
- экономичность за счет долговечности и низких затрат на обслуживание;
- высокая устойчивость к влиянию агрессивной внешней среды, включая климатические факторы;
- экологичность, так как данный материал не содержит вредных веществ;
- доступная стоимость, что делает его привлекательным для массового использования.
Широкий спектр применения базальтового волокна
Использование изделий, производимых на основе базальта, определяется, прежде всего, их уникальными свойствами, что делает их идеными для применения в самых различных производственных и промышленных отраслях. Исходя из особенностей, наибольшее внимание стоит уделить их устойчивости к различным агрессивным воздействиям, что позволяет использовать базальт в производстве разнообразной промышленной продукции, включая фильтры, технические трубы и другие изделия для химической, металлургической и коммунальной сферы.
Строительная отрасль является ключевым сегментом, где базальтовые изделия применяются повсеместно. Их высокие показатели стабильности и прочности открывают широкие возможности для использования в конструкциях и сооружениях, которые подвергаются воздействию агрессивной внешней среды, такой как влага, химические вещества и солевые растворы.
К примеру, они нашли применение в строительстве судов и портовых сооружений, находящихся под серьезным воздействием соленой морской воды, или для повышения прочности и долговечности бетонных конструкций. При создании дорожных покрытий добавление базальтовой крошки значительно улучшает характеристики бетона, что положительно сказывается на его эксплуатационных показателях.
Таким образом, изделия на основе базальта представляют собой современный высокотехнологичный материал, который активно используется благодаря своим выдающимся качественным характеристикам. Оптимальное соотношение цены и качества становится важным аспектом при выборе данного материала для производственных нужд.
