Basaltfibre fremstilles af basaltsten ved at smelte dem og omdanne smelten til fibre.
Basalt er sten af magmatisk oprindelse, naturlige råmaterialer. Det vigtigste energiforbrug til fremstilling af basaltråmaterialer til fremstilling af fibre er berigelse og indledende smeltning af basaltråmaterialer, som blev dannet under naturlige forhold, hvilket dog ikke garanterer dets sikkerhed og mangel på kræftfremkaldende egenskaber.
Basaltkontinuerlige fibre, korte korte fibre og superfine fibre produceres og anvendes.
Formål med basaltfibre: kontinuerlige fibre - produktion af forstærkende og kompositmaterialer og produkter, stoffer og ikke-vævede materialer; korte korte fibre - produktion af varmeisolerende materialer, måtter og plader; superfine fibre - produktion af varme- og lydisolerende materialer af høj kvalitet (lærreder, måtter, plader, pap), materialer til filtre.
Produktionen af basaltfibre er baseret på udvælgelsen af basaltsten, der er egnet til fremstilling af fibre ("lange" basalter) [1, 2], smeltning af basaltråmaterialer og produktion af fibre fra smelten gennem spunbond feeders eller fiber formationsanordninger [3].
Brugen af basaltråmaterialer, hvis indledende smeltning og tilberedning udføres under naturlige forhold, gør det muligt at producere basaltfibre med lavt energiforbrug.
Produktionen af basalt kontinuert fiber (BCF) udføres på modul- og fødeovne og installationer [4]. Trækningen af basalt-kontinuerlige fibre fra smelten udføres gennem platin-rhodium-spinddysefødere ved viklingsspindelmaskiner. Videreforarbejdning af BCF til armering, kompositmaterialer, stoffer og non-woven materialer udføres ved brug af "kolde teknologier" med lavt energiforbrug.
På nuværende tidspunkt er der udviklet industrielle teknologier og udstyr til produktion af BCF, BCF-anlæg og produktion af BCF-materialer er blevet etableret [4].
Produktionen af supertynde fibre udføres i henhold til en to-trins teknologi - smeltning af basalter, trækning af primærfibre fra smelten og blæsning af primærfibre til supertynde med en højtemperaturstråle af varme gasser fra blæsekammeret.
Produktionen af korte tynde fibre udføres ved at smelte basaltsten i smelteovne af en bad- eller kuppeltype, tilføre smelten til fiberdannende enheder - ruller eller blæsehoveder.
BCF produktionsteknologi er et-trins: smeltning, basalt homogenisering og fibertrækning. Basalt opvarmes kun én gang, hvilket gør det muligt at opnå det nødvendige produkt - BCF. Yderligere forarbejdning af BCF til materialer udføres ved hjælp af "kolde teknologier" med lavt energiforbrug.
Basalt kontinuerlige fibre (BCF). Basalt kontinuerlige fibre fremstilles med diametre på 8 - 11 mikron (mk), 12 - 14 mikron, 16 - 20 mikron, længden af fibrene er 25 - 50 kilometer eller mere.
Korthæftede fibre. Diametrene af elementære fibre er 6 - 12 mikron, længden er 5 - 12 mm.
Basalt supertynde fibre (BSTV). Diameter på elementær 0,5 - 3 mikron, længde 10 - 50 mm.
Basaltfibre fremstilles af magmatiske basaltbjergarter. Dette bestemmer fibrenes høje kemiske modstandsdygtighed over for virkningerne af alkalier, syrer og kemisk aktive medier; muligheden for langsigtet drift af fibre under påvirkning af miljøet, fugt og havvand; ubrændbarhed og høj termisk modstand af fibre.
Under tegningsprocessen opnår kontinuerlige fibre fra basaltsmelter tilstrækkelig høje styrkeegenskaber. Trækstyrken af basaltkontinuerlige fibre varierer fra 2800 til 4800 MPa.
Basalt korte og især supertynde fibre har gode termiske og lydisolerende egenskaber. Temperaturområdet for langvarig brug af basaltfibre er fra -200 til +600 0 С. Basaltfibre fra sure basaltklipper har højere anvendelsestemperaturer op til + 750, .... + 800 0 С.
Kombinationen af basaltfibres egenskaber og karakteristika giver mulighed for at producere en lang række materialer og deres brede anvendelse i byggeindustrien, vejbygning, industri og energi.
Basaltfibre er meget modstandsdygtige over for kemisk aktive medier (syrer, baser, saltopløsninger), høje temperaturer og åben ild. Basaltfibres modstandsdygtighed over for vand og havvand er 100 %, mod alkali 96 % og over for syre 94 % [5, 6, 7]. Basaltfibrenes kemiske resistens gør det muligt at bruge dem til armering af beton og asfaltbeton, til produktion af rør, beholdere til den kemiske og petrokemiske industri og kompositter til vandbygning, kyst- og offshorebyggeri.
Temperaturområdet for langtidsbrug af basaltfibre er fra -200 0 C til + 600 0 C. Basaltfibre er ikke-brændbare og brandbestandige, Basaltfibres hygroskopicitet er 6 gange lavere end glasfibres. Kun varme- og lydisolerende materialer baseret på supertynde basaltfibre anvendes i luftfarts- og skibsbygningsindustrien, da de ikke akkumulerer overskydende fugt, brænder ikke, ryger ikke i ild, er højtemperatur- og brandbestandige.
Basaltfibre er et dielektrisk, gennemsigtigt for elektromagnetisk stråling, radiostråler og magnetiske felter, de er grundlaget for produktion af elektriske isoleringsmaterialer, såvel som radar- og antenneradomer.
Disse egenskaber bestemmer fordelene ved basaltfibre sammenlignet med mineral-, glas-, kul- og kemiske fibre med hensyn til holdbarhed af drift under påvirkning af miljøet, havvand og kemisk aktive medier.
Basalt-kontinuerlige fibre (BCF) har tilstrækkelig høje styrkeegenskaber og elasticitetsmodul, såvel som en potentielt lave produktionsomkostning (fordi basalt er et færdigt råmateriale, hvis primære energiomkostninger til fremstilling er lavet under naturlige forhold).
Karakteristika for BCF er 65 - 70% bestemt af de oprindelige basaltråmaterialer og følgelig med 35 - 30% af produktionsteknologier, driften af procesudstyr og de anvendte smøremidler (belægninger på overfladen af fibrene).
BNV er en relativt ny type fiber, hvis første industrielle produktion blev skabt i den ukrainske SSR i 1985. For at forbedre styrkeegenskaberne for BCF og reducere omkostningerne ved deres produktion, arbejdes der på at udvælge basaltsten, der er bedst egnet til fremstilling af fibre [2], forbedre teknologier og udstyr til produktion af BCF. Til dato er fire generationer af procesudstyr produceret af BCF blevet skabt [4]. Det udførte arbejde gjorde det muligt at opnå visse egenskaber og indikatorer for CCF, reducere produktionsomkostningerne betydeligt. Tabellen viser karakteristika for BCF sammenlignet med glasfiber og kulfiber.
| BNV | E-glas | S-glas | Kulfiberen | |
| Trækstyrke, M Pa | 3000~4840 | 3100~3800 | 4020~4650 | 3500~6000 |
| Elasticitetsmodul, G Pa | 79,3~93,0 | 72,5~75,5 | 83~86 | 250~450 |
| Forlængelse ved brud, % | 1,5 - 2,1 | 4.7 | 5.3 | 1,5~2,0 |
| Primær fiberdiameter, mikron | 6 - 21 | 6 - 21 | 6 - 21 | 5 -15 |
| (vægt i gram roving) | 60 - 4200 | 40 - 4200 | 40 - 4200 | 60 - 2400 |
| Påføringstemperatur, °C | -260 +600 | -50 +350 | -50 +300 | -50 +400 |
| *Industrielle produktionsomkostninger produktion USD/kg | 0,9 - 1,2 | 1,1 - 1,5 | 2,5 - 3,0 | 15 – 25 |
| Salgsværdi, USD/kg | 2,6 - 3,0 | 1,5 - 2,0 | 3.5 | 25 - 50 |
*Omkostningerne ved industriel produktion af BCF bestemmes af de lave omkostninger ved basaltråmaterialer og brugen af energibesparende teknologisk udstyr fra tredje og fjerde generation.
BCFs styrkeegenskaber overstiger E-glasfibers, er tæt på special- og kulfibre og har samtidig lave produktionsomkostninger. Med hensyn til dets styrkeegenskaber indtager BCF en mellemposition mellem glasfiber og kulfiber. Når man tager hele rækken af egenskaber i betragtning, har BCF en række fordele sammenlignet med glas, kulstof og kemiske fibre, samt et bedre forhold mellem ydeevne og omkostninger.
Basaltfibre skabt af bjergarter af magmatisk oprindelse, i modsætning til kunstigt glas, kulstof, mineralfibre, er de eneste fibre, der er fremstillet af naturlige råmaterialer af magmatisk oprindelse.
Teoretisk grundlag for BCF-produktion, akkumuleret erfaring, laboratorieudstyr, BCF-pilotudstyr og metoder til at udføre forskning i basaltaflejringer gør det muligt at vurdere graden af deres egnethed til industriel produktion af BCF og bestemme de teknologiske parametre for smeltning og smelternes karakteristika , opnå primære kontinuerlige fibre og vurdere deres egenskaber .
BCF's egenskaber er af stor interesse fra markedet for armerings- og kompositmaterialer.
Vigtigste fordele.
• Basaltfibre har øget naturlig modstand mod miljømæssige og aggressive medier, flammer og høje temperaturer, modstandsdygtighed over for vibrationer. Fibrene er modstandsdygtige over for skimmelsvamp og andre mikroorganismer. Dette bestemmer holdbarheden af brugen af basaltfibre og materialer baseret på dem i byggeindustrien, i bil- og luftfartsindustrien, skibsbygning og energi.
• Gode elektriske og termiske isoleringsegenskaber, lang levetid. Denne egenskab tillader brug af basaltfibre til fremstilling af varmebestandige materialer samt brandhæmmende og brandslukningsmaterialer.
• Øget kemikalieresistens i sure og alkaliske miljøer, i havvand sammenlignet med E-glas. Denne egenskab ved basaltfibre åbner brede muligheder for deres anvendelse til strukturer udsat for fugt, saltopløsninger, kemiske og alkaliske medier. Giver forbrugerne mulighed for at erstatte metalstrukturer og dele, der er udsat for korrosion under påvirkning af kemisk aktive miljøer, med lette, stærke og korrosionsbestandige materialer lavet af basaltfiber. BNV kan bruges til armering af beton ved konstruktion af offshore-konstruktioner. I vejbelægninger øger hakket basaltfiber styrken af beton og asfaltbeton, beskytter beton og armering mod indtrængning af anti-isningssalte og aggressive stoffer, øger reststyrken og modstandsdygtigheden over for frost-tø.
Basaltfibers kemiske resistens er en af de afgørende konkurrencefordele for produktion af filtre til den kemiske og metallurgiske industri, til produktion af beholdere og rør til den kemiske industri og forsyningsvirksomheder.
• Materialets økologiske renhed. Fuld overensstemmelse med REACH-programmet. Det færdige produkt indeholder ikke skadelige stoffer og overholder fuldt ud REACH-protokollen og alle hygiejnestandarder.
• Høj holdbarhed. Materialernes levetid er 50 år. Brugen af sådanne materialer giver mulighed for besparelser på grund af holdbarhed og øger sikkerheden ved industrielle faciliteter.
• Lav pris sammenlignet med prisen på speciel glasfiber [4,5].
Basaltfibre er meget udbredt til varme- og lydisolering, brandsikre materialer og brandsikringssystemer, filtre, produktion af tekniske stoffer og fiberdug, armering, kompositmaterialer og produkter. Basalt korte korte fibre bruges til fremstilling af varmeisolerende måtter og plader, materiale til filtre af gasformige emissioner med forhøjet temperatur og kemisk aktive flydende medier, til hydroponics i landbruget.
Anvendelse af basalt supertynde fibre (BSTV): produktion af varme- og lydisolerende materialer af høj kvalitet - lærreder, måtter, plader, pap til skibsbygning og luftfart; materialer til fine filtre; brandsikre og brandslukningsmaterialer og -systemer til kritiske faciliteter på atomkraftværker, olieraffinaderier, gaspumpestationer, offentlige bygninger og højhuse.
Basalt kontinuerlige fibre (BCF) bruges til fremstilling af en lang række materialer og produkter: armeringsmaterialer - hakkede fibre til spredt volumetrisk armering af beton og asfaltbeton, kompositarmering, armeringsnet, bygnings- og vejnet og armeringsbånd [7 ], tekniske stoffer af forskellig vævning og tæthed, ikke-vævede materialer - basaltpapir, lærreder, hakkede fibre og nålestansede lærreder. Sammensatte materialer og produkter - profiler, rør med mellemstore og store diametre, tanke, tanke, højtrykscylindre, brostøtter og lofter, produkter til maskinteknik, dele til biler, skibe og fly. Elektriske isoleringsmaterialer og -produkter - bærende kerner af krafttransmissionsledninger og fiberoptiske kabler, elektriske isolerings- og beskyttelseskapper af elkabler, understøtninger, traverser og isolatorer af krafttransmissionsledninger, materialer og produkter til transformerstationer.
Anvendelsesområder for basaltfibre: byggeindustrien, jordskælvsbestandig, hydraulisk og kystnær konstruktion, vejbygning af bil- og højhastighedsjernbanelinjer, forsyningsselskaber, maskinteknik, bilindustrien, luftfart og skibsbygningsindustrien, energi, landbrug.
Det tyske ingeniørbureau EDAG har udviklet en konceptbil , som blev brugt i produktionen af basaltfiber. Som rapporteret er "materialet kendetegnet ved lethed, styrke og miljøvenlighed, desuden vil det i produktionen koste mindre end aluminium eller kulfiber" [1]
Forstærkning af armerede betonkonstruktioner med basaltfiber vil koste mindre end kulfiber, de første test blev udført af INTER / TEK Research Institute of Armed Forces i Yekaterinburg på grundlag af UralNIAS Institute.
Materialer baseret på basaltfibre har følgende vigtige egenskaber: porøsitet, temperaturbestandighed, dampgennemtrængelighed og kemisk resistens.
På grund af disse egenskaber bliver basaltfibre og materialer baseret på dem i stigende grad brugt i dag til sådanne formål som:
SMU 19 i Mosmetrostroy brugte sprøjtebeton armeret med basaltfiber som tunnelbeklædning.
Forsknings- og produktionsvirksomheden "Basalt fiber & composite materials technology development co., LTD" ("BF&CM TD"), som er engageret i udvikling og udvikling af teknologier, fremstilling af procesudstyr og organisering af industriel produktion af basalt kontinuerligt fibre (BCF), har afsluttet design og rekonstruktion af varmeovne og termisk udstyr ved hjælp af resultaterne af dette arbejde.
Basaltfiber (fra lat. fibra - fiber ) - korte stykker basaltfiber beregnet til spredt armering af bindemiddelblandinger, såsom beton . Fiberdiameteren er fra 20 til 500 mikron. Fiberlængde - fra 1 til 150 mm. Basaltfiber fremstilles af smeltning af bjergarter såsom basalt ved temperaturer over 1400°C.
Dispergeret forstærkning med basaltfiber øger følgende produktindikatorer:
Basaltfiber øger revnemodstanden med 3 gange, spaltningsstyrken med 2 gange, slagstyrken med 5 gange, hvilket gør det muligt effektivt at bruge det til konstruktion af jordskælvsbestandige strukturer , eksplosionssikre faciliteter og militære befæstninger . Basaltfiberens egenskaber gør det muligt at bruge det til konstruktion af radiotransparente strukturer af kompleks form. I industrien bruges basaltstøbning som belægning for at forhindre slibende slid . Virkningsmekanismen af fiber i industrigulve er ens, fiberen forhindrer slibende slid. Slidbestandigheden øges mindst tre gange, og gulvenes levetid er derfor tredoblet . En meget vigtig indikator for gulve er stødbelastningen. Basaltfiber giver dig mulighed for at øge slagbelastningen med mere end 5 gange. Alle krav til kvaliteten af industrigulve er opfyldt: høj modstand mod forskellige typer belastninger (statisk, stød, dynamisk, slibende), god modstand mod ekstreme temperaturer, meget høj modstand mod kemiske angreb. Fordelene ved gulve fremstillet på basis af basaltfiber inkluderer lavt forbrug af stål og beton, kort tid og lav arbejdsintensitet ved støbning, forebyggelse af revner allerede på stadiet af hærdning af produkter, opnåelse af volumetrisk forstærkning, en tredimensionel struktur, en betydelig reduktion af betongulvets tykkelse, samtidig med at styrkeegenskaberne bevares.
De vigtigste fordele ved hydrauliske strukturer lavet ved hjælp af basaltfiber:
Forskellen mellem basaltfiber og metalfiber er, at basaltfiber for det første ikke har en negativ katodisk effekt i produkter, og den er heller ikke udsat for korrosion . Med den samme masse korrelerer volumenet af metalfiber og basaltfiber som henholdsvis 1:600, og overfladearealet af basaltfiber er 25 gange større end metalfibres. Vægtfylden af metalfibre er 7,8 t/m³, og basaltfibers vægt er 2,8 t/m³. Det betyder, at der kræves 2,7 gange mindre fibre efter vægt, og produktet baseret på basaltfibre er lettere. Produkter baseret på basaltfiber er radiotransparente og har ikke effekten af en transformer. På grund af metallets og cementmatrixens svage vedhæftning fremstilles metalfibre i forskellige konfigurationer for at øge forankringen: bølget, med fladtrykte og bøjede ender. Basaltfiber i produkter har høj vedhæftning med cementsten, og det kræver ikke yderligere ændringer i fiberkonfigurationen. Cementsten og basaltfiber har den samme termiske udvidelseskoefficient , i modsætning til metalfibre. Dispersionsarmering med basaltfiber øger betonmassens plasticitet og reducerer dannelsen af svindrevner, og i modsætning til stålnet, som først er værdifuldt, efter at betonen er revnet, forhindrer fiberen fremkomsten af revner i betonen selv på det stadie, hvor den er revnet. er i plastisk tilstand.
Den 18. oktober 2017, SP 297.1325800.2017 “Fiberarmerede betonkonstruktioner med ikke-metallisk fiber. Design Rules”, som eliminerede det juridiske tomrum vedrørende design af basaltarmeret fiberarmeret beton. I henhold til punkt 1.1. Standarden gælder for alle typer ikke-metalliske fibre (polymerer, polypropylen, glas, basalt og kul). Når man sammenligner forskellige fibre, kan det bemærkes, at polymerfibre er ringere end mineralfibre med hensyn til styrke, men deres anvendelse forbedrer egenskaberne ved byggekompositter.
1. Ablesimov N. E., Zemtsov A. N. Afslapningseffekter i ikke-ligevægtskondenserede systemer. Basalt: fra udbrud til fiber. Moskva, ITiG FEB RAN, 2010. 400 s.
2. Osnos S.P. Osnos M.S. Forskning og udvælgelse af basaltsten til fremstilling af kontinuerlige fibre. Sammensat verden. 2018 nr. 1, s. 56-62.
3. Dzhigiris D.D., Makhova M.F. Grundlæggende om produktionen af basaltfibre og produkter. Monografi. - M.: Teploenergetik, 2002. -416s.
4. Osnos M. S. Osnos S. P. Basalt kontinuerlig fiber - i går, i dag og i morgen. Udvikling af teknologier og udstyr, industriel produktion og markedsføring. Sammensat verden. 2015 nr. 2, s. 24-30.
5. Bølgede materialer fra ukrainske basalter. Sammenfatning af artikler. Teknik. Kiev. 1971 84 s.
6. Osnos S.P. Om basaltfibrenes egenskaber og deres anvendelser. "Sammensat verden" №3. 2010.
7. Negmatullaev S.Kh., Osnos S.P., Stepanova V.F. Armering basalt-plast egenskaber, produktion, anvendelse. Betonteknologier nr. 3-4. Med. 50-57.
8. Osnos M.S., Osnos S.P. Undersøgelse af processerne ved smeltning af basaltsten i produktionen af kontinuerlige fibre. "sammensat verden". 2018 nr. 2, s. 70 - 75.