Базальтовое волокно: способ получения, свойства, применение

Базальтовое волокно производят из различных горных пород близких по химическому составу — базальта, базанитов, амфиболитов, габродиабазов или их смесей.

Получение базальтового волокна

Производство базальтовых волокон основано на получении расплава базальта в плавильных печах и его свободном вытекании через специальные устройства, изготовленные из платины или жаростойких металлов. Плавильные печи могут быть электрическими, газовыми, или оборудоваться мазутными горелками. В качестве сырья для производства базальтовых волокон, используются базальтовые горные породы, средний химический состав которых следующий (% по массе): SiO2 (47,5-55,0); TiO2 (1,36-2,0); Al2O3 (l4,0-20,0); Fe2O3 + FeO (5,38-13,5); MnO (0,25-0,5); MgO (3,0-8,5); CaO (7,-11,0); Na2О (2.7-7,5); К2О (2,5-7,5); P2O5 (не более 0,5); SO3 (не более 0,5); прочие породы (не более 5) [16].

Свойства базальтовых волокон

Базальтовые волокна делятся на две большие группы: непрерывное волокно и дискретные волокна (вата, штапельное волокно), называемые еще базальтовыми тонкими волокнами (БТВ).

Непрерывное базальтовое волокно имеет неопределенно большую длину, достигающую 30 и более километров.

Назначение непрерывного волокна [16]:

1. При толщине 7-15 мкм применяется как армирующий наполнитель при производстве композитов (базальтопластиков) и изделий на их основе с полимерными и неорганическими матрицами.

2. При толщине 15-24 мкм используется как армирующий наполнитель композитов с органическим и минеральным связующим (бетоном, асфальтом, гипсом и т.п.).

3. Как исходный материал применяется для производства тканей различного назначения (для фильтров, огнезащитной одежды, противопожарных кошм), рукавов (армирование труб, защита кабелей и т. д.).

Длина базальтовых дискретных волокон (БТВ) различных видов находится в пределах от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.

БТВ работоспособно в широком диапазоне температур (от –260 до +700 °С), вибростойко, сохраняет свою первоначальную форму при эксплуатации, химически инертно, негорюче и повышает огнестойкость объекта там, где оно применено. По комплексу свойств превосходит аналогичные материалы из стекловаты, минеральной ваты, шлаковаты и природных теплоизоляционных материалов (мох сфагнум, широко используемый в деревенском и коттеджном строительстве). При эксплуатации в течение 100 лет сохраняет свои свойства и не выделяет вредных для людей и природы химических соединений под воздействием окружающей среды (кислотные дожди и т.п.), поглощает шум и значительно ослабляет радиацию (в частности, альфа- и бета-излучение) [16].

Классификация волокон по диаметру:

- микротонкое (МТБ) – менее 0,5 мкм;

- ультратонкое (УТВ) – более 0,5 мкм;

- супертонкое (СТВ) – 1-3 мкм;

- тонкое – 4-12 мкм;

- утолщенное – 13-25 мкм;

- грубое – более 25 мкм.

В зависимости от диаметра волокно используется для различных целей:

- микротонкое – для фильтров очень тонкой очистки газо-воздушной среды и жидкостей; изготовления тонкой бумаги и специальных изделий;

- ультратонкое – для изготовления сверхлегких теплоизоляционных и звукопоглощающих изделий, бумаги, фильтров тонкой очистки газо-воздушных и жидкостных сред;

- супертонкое - базальтовая теплоизоляция, используется для изготовления прошивных теплозвукоизоляционных и звукопоглощающих изделий, картона, многослойного нетканого материала, теплоизоляционного вязально-прошивного материала, длинномерных теплоизоляционных полос и жгутов, мягких теплоизоляционных гидрофобизированных плит, фильтров и др.

Специальная термическая обработка базальтовых супертонких волокон позволяет получить микрокристаллический материал со свойствами, отличающимися от обычных волокон. Микрокристаллические волокна превосходят обычные по температуре применения на 200 0С, по кислотностойкости – в 2,5 раза, а гигроскопичность их в 2 раза ниже. Основным преимуществом этого вида базальтового волокна является отсутствие усадки при его эксплуатации. Из микрокристаллического волокна изготавливают высокотемпературоустойчивые теплоизоляционные материалы, плиты, а также фильтры для фильтрации агрессивных сред при высоких температурах.

- тонкие и утолщенные волокна из горных пород представляют собой слой беспорядочно расположенных волокон диаметром 9–25 мкм и длиной 5–30 мм. Получают их, в основном, методом вертикального раздува струи расплава воздухом (ВРВ) и вырабатывают в виде холстов, прошивных матов. Утолщенные волокна находят широкое применение в качестве фильтровальной основы дренажных систем гидротехнических сооружений;

- грубые волокна представляют собой относительно сыпучую дисперсно-волокнистую массу с длиной волокон 3–15 мм, диаметром 30–500 мкм, прочностью на разрыв 200–350 МПа, удельной поверхностью 28–280 см2/г. Волокна являются коррозионно-стойкими [16].

Диаметр элементарных волокон существенно влияет на свойства волокон и изделий из них: активную поверхность, гибкость, плотность, теплопроводность, звукопоглощение и др. Поэтому в зависимости от назначения и предъявляемых к изделиям требований используются волокна соответствующего диаметра.

Применение базальтового волокна

Благодаря комплексу уникальных свойств, базальтовые волокна и ткани могут быть использованы в самых разных отраслях промышленности.

В строительстве:

- армируемые панели для конструкции фасадов;

- сетки для стено-щелевого ремонта и покрытия стен зданий;

- арматура для усиления бетонных конструкций;

- пожаростойкие технические ткани с увеличенным временем прожога для соответствия требованиям строительных норм;

- геосети для усиления дорог, стабилизации грунтов;

- рубленое волокно для укрепления материалов из эпоксидных смол и пластика.

Сектор производственного оборудования:

- ткани для армирования абразивных дисков;

- теплоизолирующие покрытия и перчатки;

- армирование коврового покрытия.

Сектор авиа- и автостроения:

- ровинг рубленый для армирования деталей, применяемых в строительстве корпусов автомобилей;

- ровинг рубленый для армирования фрикционных деталей, таких как тормозные колодки и крепления;

- наполнитель к нетканым материалам (холсты);

- высокотемпературные изоляционные перегородки;

- наполнители в автомобильных глушителях;

- армирующие ткани для деталей самолетов, лопастных ветряных мельниц, лопастей вертолетов и авто деталей.

Химическая и нефтеперерабатывающая промышленность:

- изоляционные материалы для химически-агрессивных сред;

- наполнитель фильтров для химически-агрессивных сред;

- производство труб для химически-активных сред.

Сектор товаров для спорта и отдыха:

- армирующие ткани для хоккейных клюшек, досок для виндсерфинга, сноубордов, корпусов лодок.

Сектор электроники:

- ткани для производства печатных электронных плат.