Базальтовые волокна

Производство базальтовых волокон (БВ) было начато в 60-х годах прошлого века. Именно тогда были получены первые образцы непрерывного базальтового волокна. В течение многих лет происходили постоянные исследования технологий производства, характеристик базальтовых волокон, материалов на их основе. Промышленные технологии и оборудование для производства непрерывного базальтового волокна (НБВ) начали работать в середине 80-х годов. Однако они оказались очень энергоемкими, а оборудование сложное и дорогое. Поскольку БВ производились преимущественно для оборонной промышленности, то его себестоимостью пренебрегали.

В начале третьего тысячелетия новые технологии и высокотехнологичное оборудование приблизили себестоимость производства НБВ к себестоимости стеклянных волокон.

В наше время производство стекловолокнистых наполнителей сдерживается из-за дефицита специальных компонентов (оксида бора, соды и др.), особенного значения приобретают наполнители, которые способны заменить стекловолокно и расширить отрасль их применения. Углеродные волокна являются высокостоимостными для массового применения в промышленности и строительстве. Базальтовые волокна по своим показателям занимают промежуточную позицию между этими типами волокон. Базальтовые волокна имеют практически все позитивные свойства стеклянных, а также ряд существенных преимуществ : при производстве базальтовых волокон не нужно введение специальных компонентов, сырье общедоступно, запасы ее неограничены.

Таким образом, базальтовые волокнистые материалы являются перспективными армирующими наполнителями для получения композиционных материалов как с органической , так и с неорганической матрицей. Они хорошо совмещаются с клеями и полимерными связующими.

Сырьем для получения базальтовых волокон является габро и базальтовые вулканические породы. Базальтом является магматическая горная порода затвердевшая в верхних слоях земной коры, габро – глубинный аналог базальта.
Большие массивы таких пород есть на Урале, Камчатке, Сахалине, Кольском полу-острове, северном западе Сибири, Дальнем Востоке, Закавказье, в Украине. По химическому составу оно отличается мало. Геологи считают, что даже поверхность Луны покрыта полностью породами базальтового состава.
Базальт за содержанием кремнезема и глинозема наиболее близок к Е-стеклу, из которого изготовляют лучшие стеклянные нити. Температурный интервал использования базальтовых волокон от –270 С до 700–900 С, а стеклянных от –60 С до +450 С. Гигроскопичнисть базальтовых волокон менее 1 %, а стеклянных – до 10–20 %. Базальтовые волокна не поддаются старению. В целом, базальтовые волокна превышают стеклянные за термическими, физическими, электрическими и акустическими характеристиками, а также по химической стойкости.

Таким образом, базальт содержит те компоненты, которые вводят в состав стекол специально для придания им определенных свойств. Так, глинозем (Аl₂О₃) увеличивает вязкость расплава и повышает химическую стойкость; окислы железа (FеО и Fе₂О₃) изменяют параметры плавления, влияют на теплопроводность; оксиды кальция, магния и титана повышают водостойкость и стойкость к агрессивным средам.

Кроме того, следует отметить, что введение специальных добавок при производстве стекла обусловливает необходимость осуществления промежуточных процессов (варка стекла), а при использовании базальтовых пород, которые содержат все необходимы компоненты, подобные процессы не нужны. Таким образом, технология изготовления волокон существенно упрощается. Производство непрерывного базальтового волокна в Украине ведется промышленным способом на Белецком заводе “Теплозвукоизоляция”.

В настоящий момент в мире за год изготовляется около 6 млн. тонн базальтовой ваты для теплоизоляции и до 1 млн. тонн непрерывного базальтового волокна.

Рис.Зависимость разрушающего напряжение при растяжении базальтовых волокон от температуры их получения (вытяжки)


Из таблицы можно сделать вывод, что базальтовое волокно стабильно по составу и, соответственно, по температурным показателям. Кроме этого, прочность базальтового волокна почти не изменяется после термообработки при разных температурах. Водопоглащение базальта в 85 раз ниже, чем у стекла. Следовательно, разрушение стеклянных волокон будет протекать значительно быстрее, чем базальтовых.

Установлено, что модуль упругости базальтовых волокон диаметром 13 – 18 мкм составляет в среднем 9,23 Гпа. Приводятся следующие показатели разрушающего напряжение при растяжении волокон в зависимости от их диаметра: при диаметре волокна 8 мкм – 260, 10 мкм – 200, 13 мкм – 125, 14 мкм – 105, 15 мкм – 100, 16 мкм – 98, 17 мкм – 92 Мпа.