Базальтовое волокно — это искусственный материал, добываемый из базальтовой породы. В результате последующего преобразования получается материал с характерными свойствами. Этот материал и изделия из него используются во многих областях и становятся все более популярными.
Применение волокон из базальта
Благодаря малому весу и устойчивости к кислотам, солевым растворам и щелочам базальтовые волокна все чаще становятся подходящим материалом для различных областей производства. В отличие от дорогостоящих углеродных волокон, которые не так прочны, как стекловолокно, базальт невероятно устойчив к истиранию, систематическому механическому воздействию, высоким температурам и ультрафиолетовому излучению, а также чрезвычайно прочен и электромагнитно инертен.
Базальт представляет собой затвердевшую вулканическую магму, свойства которой были изменены под воздействием атмосферы. Эта порода была превращена в камень и стала основой для многих орудий труда, использовавшихся древними людьми.
Только в 20 веке его стали использовать в незначительных количествах для производства волокон. Но уже в период обострения холодной войны между США и СССР ученые активно работали над материалом, детально изучая его полезные свойства и возможное применение в военных целях. Промышленное производство базальтовых волокон началось еще в начале 1980-х годов. Центр разработки находился в Киеве.
Со временем от него отказались в пользу более дорогих углеродных и стеклянных волокон. Причиной тому было несовершенство технологий обработки базальта. Сегодня ситуация в корне изменилась.
Основные этапы производства
- Тонкие волокна получают путем расплавления мелкого базальта при крайне высокой температуре +1500 градусов Цельсия и вытекания полученной массы через фильеры – небольшие отверстия воронкообразной формы.
- Сырье раздувается сжатым воздухом или разбрызгивается с применением центробежных устройств.
- Нити расплава вытягиваются и наматываются на катушки. В процессе не используются химические добавки.
Стекловолокно также может быть получено таким способом, но оно состоит одновременно из нескольких компонентов.
Применение в композиционных материалах
Композитный материал состоит из связующего (матрицы) и наполнителя. Последние могут быть в виде нитей, шнуров или тканей с непрерывными волокнами. Правильная комбинация этих материалов позволяет получать совершенно разные продукты с уникальными свойствами и характеристиками. Термопластичные базальтовые композиты очень трещиностойки и хорошо обрабатываются при высоких температурах. Металлы и керамика используются в качестве связующих в жаропрочных базальтовых композитах для ракетных исследований.
Строительство — одна из основных областей, где базальтовые изделия пользуются большой популярностью. Здесь в основе многих конструкций лежит необычайно прочный бетон, армированный специальными базальтовыми волокнами, которые хорошо выдерживают любые перепады температур и высокую влажность. Армирование тем же волокном делает строительный объект долговечным.
Базальтовая вата может быть использована для улучшения звуко- и теплоизоляции помещения. Многие ученые пытаются создать идеальные контейнеры для хранения всевозможных химических веществ. Предполагается, что это будут цилиндры из базальтовой ваты.
Технология производства
Чтобы изготовить базальтовую ткань для конкретных целей, горная порода проходит сложный процесс, состоящий из четырех этапов:
- Подготовка сырья (вулканического щебня): измельчение, промывка и сушка.
- Плавление крошки в специальной печи для получения нити.
- Формирование комплексных волокон непрерывным способом.
- Плетение полотна или создание иных форм.
Диаметр пряди магматической породы составляет от 8 до 20 микрометров, а длина — до 50 километров. На заводе используется вертикальный сужающий процесс для поддержания расплавленного сырья в однородном составе и получения непрерывных длинных волокон.
Далее базальтовая пряжа обрабатывается путем ткачества: гладкая, атласная или крученая. Темная окраска обусловлена наличием оксида железа в магматическом сплаве.
Описание и характеристики
Тканая базальтовая пряжа — это прочная, цельная ткань, имеющая множество преимуществ перед аналогичными материалами, изготовленными из стекловолокна или силикатного сырья. Волокна, изготовленные из магматических пород, используются в расширенном диапазоне температур.
В таблице ниже приведены сопоставимые свойства этих 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, сотканные из непрерывных базальтовых нитей, различаются по весу, плотности и переплетению, толщине, в зависимости от назначения. Состав остается неизменным в различных вариантах.
Свойства тканей, изготовленных из самородной пряжи:
- неспособность воспламеняться, противопожарная устойчивость;
- высокая степень адгезии;
- сохранение структуры и целостности полотен при воздействии максимальных температур;
- прочность на разрыв;
- служит барьером для электромагнитного излучения.
В зависимости от типа плетения базальтовый плетень имеет различную плотность:
- простое (полотняное) — от 108 до 650 г/ кв. м.;
- саржевое — 200 – 900 г/ кв. м.;
- атласное — 220 – 320 г/ кв. м.
Это одно- и многослойные ткани (2-, 3- и 4-основные, в зависимости от ориентации волокон основы и утка). В дополнение к обычным тканям предлагаются ткани, покрытые алюминиевой фольгой или металлизированные ткани.
Утеплитель
Волокна также используются в производстве огнеупорных изоляционных материалов, применяемых для теплоизоляции труб и дымоходов. Он также используется в промышленном производстве.
Свойства и характеристики базальтовой ваты:
- огнеупорный;
- не впитывает влагу;
- дышит;
- не интересен грызунам.
Основные этапы получения базальтового волокна
Технология, используемая для получения конечного продукта, представляет собой довольно обширный и сложный процесс, состоящий из нескольких важных этапов.
- Нагревание и плавка начального сырья;
- Гомогенизация расплавленного сырья;
- Подготовка расплава для получения однородной формы и необходимых химических и физических параметров;
- Получение из расплава волокон.
Свойства базальтового волокна
Базальтовые волокна устойчивы к щелочным и кислотным средам. Они могут выдерживать высокие температуры. Они также обладают высокой устойчивостью к механическим повреждениям. Эти свойства делают изделия из базальтового волокна лидером рынка среди других материалов и изделий из стекловолокна.
Базальтовые волокна обладают рядом преимуществ, основанных на целом ряде качественных характеристик. Все эти свойства в совокупности превосходят другие аналогичные материалы.
- Повышенная природная устойчивость к воздействию различных микроорганизмов и плесени;
- Стойкость к различным механическим повреждениям;
- Достаточно высокая степень термо- и электроизоляции позволяет широко применять при изготовлении материалов с термостойкими и противопожарными свойствами, а также там, где необходимо применение материалов с высокими огнезащитными свойствами;
- Экономия, обусловленная длительным сроком эксплуатации;
- Высокая степень устойчивости к влиянию агрессивной среды, в том числе к воздействию окружающей среды;
- Экологичность, не содержит вредных веществ;
- Доступная стоимость материала и продукции, изготовленной на его основе.
Широкий спектр применения базальтового волокна
Использование изделий на основе базальта обусловлено, прежде всего, их уникальными свойствами. Этот показатель формирует достаточно широкий диапазон для их использования в различных производственных и промышленных отраслях. Наиболее важным параметром, влияющим на область применения, является устойчивость к различным видам агрессивных воздействий. Этот показатель позволяет использовать данный материал для производства различных видов промышленной продукции, например, различных типов фильтров, технических труб и других изделий для химической, металлургической и коммунальной промышленности.
Наиболее важной отраслью, где базальтовые изделия используются повсеместно, является строительная промышленность. Такие свойства, как повышенная стабильность и прочность, открывают широкий спектр применения для различных конструкций и сооружений, находящихся под воздействием агрессивных сред, таких как влага, солевые растворы и химикаты.
Он используется, например, при строительстве судов и портовых сооружений, подверженных воздействию сильно соленой морской воды, или для придания дополнительной прочности бетонным конструкциям. При производстве дорожных покрытий добавление базальтовой крошки значительно повышает качественные показатели бетона.
Изделия на основе базальта — это современный высокотехнологичный материал, который широко используется благодаря своим высоким качественным характеристикам. Оптимальное соотношение цены и качества является важным показателем при выборе такого материала для производственных нужд.
