Введение
Структурные волокна, полученные из расплавленного базальта.
Базальтовые волокна производятся из базальтовых пород путем их плавления и преобразования расплава в волокна. Базальты – это горные породы магматического происхождения. Основные затраты энергии на подготовку базальтового сырья для производства волокон происходят в естественных условиях. Базальтовые волокна классифицируются на три типа: базальтовые непрерывные волокна (BCF), используемые для производства армирующих материалов и композитных изделий, тканей и нетканых материалов; базальтовые короткие волокна, для производства теплоизоляционных материалов; и базальтовые сверхтонкие волокна (BSTF), для производства высококачественных тепло- и звукоизоляционных, а также огнестойких материалов.
Basalt fibers are produced from basalt rocks by melting them and converting the melt into fibers. Basalts are rocks of igneous origin. The main energy consumption for the preparation of basalt raw materials to produce of fibers is made in natural conditions. Basalt fibers are classified into 3 types: Basalt continuous fibers (BCF), used for the production of reinforcing materials and composite products, fabrics, and non woven materials; Basalt staple fibers, for the production of thermal insulation materials; and Basalt superthin fibers (BSTF), for the production of high quality heat and sound insulating and fireproof materials.
Производственный процесс
Технология производства непрерывного базальтового волокна (BCF) представляет собой одностадийный процесс: плавление, гомогенизация базальта и вытяжка волокон. Базальт нагревается только один раз. Дальнейшая переработка БКФ в материалы осуществляется с использованием "холодных технологий" с низкими энергозатратами. Базальтовое волокно производится из одного материала – измельченного базальта, полученного из тщательно отобранного карьера. Для производства волокна предпочтителен базальт с высокой кислотностью (содержание диоксида кремния более 46%) и низким содержанием железа. В отличие от других композитов, таких как стекловолокно, в процессе его производства практически не добавляются какие-либо материалы. Базальт просто промывают, а затем расплавляют. Для производства базальтового волокна требуется плавление измельченной и промытой базальтовой породы при температуре около 1450 °C. Затем расплавленная порода экструдируется через небольшие сопла для получения непрерывных нитей базальтового волокна. Базальтовые волокна обычно имеют диаметр нити от 10 до 20 мкм, что значительно выше предельно допустимой концентрации вдыхаемых частиц (5 мкм) и делает базальтовое волокно подходящей заменой асбеста. Они также обладают высоким модулем упругости, что обеспечивает высокую удельную прочность – в три раза превышающую прочность стали. Тонкое волокно обычно используется в текстильной промышленности, в основном для производства тканей. Более толстое волокно применяется в технологии намотки нитей, например, для производства баллонов или труб для сжатого природного газа (СПГ). Самое толстое волокно используется для пультрузии, производства геосеток, однонаправленных и многоосевых тканей, а также в виде рубленого волокна для армирования бетона. Одним из наиболее перспективных направлений применения непрерывного базальтового волокна и самой современной тенденцией в настоящее время является производство базальтовой арматуры, которая все чаще заменяет традиционную стальную арматуру на строительном рынке.
История
Первые попытки производства базальтового волокна были предприняты в Соединенных Штатах в 1923 году Полом Дхе, которому был выдан патент. Эти разработки были продолжены после Второй мировой войны исследователями в США, Европе и Советском Союзе, особенно для военных и аэрокосмических целей. С момента рассекречивания в 1995 году базальтовое волокно стало использоваться в более широком спектре гражданских приложений.
Россия
С 18 октября 2017 года введен в эксплуатацию проект JV 297.1325800.2017 "Конструкции из фибробетона с неметаллическим волокном. Правила проектирования", устранивший правовой пробел в проектировании железобетона, армированного базальтовым волокном. Согласно пункту 1.1, стандарт распространяется на все виды неметаллических волокон (полимеры, полипропилен, стекло, базальт и углерод). При сравнении различных волокон следует отметить, что полимерные волокна уступают минеральным по прочности, однако их применение позволяет улучшить характеристики строительных композитов.