Basaltfiber framställs av basaltstenar genom att smälta dem och omvandla smältan till fibrer.
Basalter är bergarter av magmatiskt ursprung, naturliga råvaror. Den huvudsakliga energiförbrukningen för framställning av basaltråvaror för produktion av fibrer är anrikningen och den initiala smältningen av basaltråvaror, som bildades under naturliga förhållanden, vilket dock inte garanterar dess säkerhet och brist på cancerframkallande egenskaper.
Kontinuerliga basaltfibrer, korta stapelfibrer och superfina fibrer produceras och används.
Syftet med basaltfibrer: kontinuerliga fibrer - produktion av förstärknings- och kompositmaterial och produkter, tyger och icke-vävda material; korta stapelfibrer - produktion av värmeisolerande material, mattor och plattor; superfina fibrer - produktion av värme- och ljudisoleringsmaterial av hög kvalitet (dukar, mattor, tallrikar, kartong), material för filter.
Produktionen av basaltfibrer baseras på urvalet av basaltstenar som är lämpliga för framställning av fibrer (”långa” basalter) [1, 2], smältning av basaltråmaterial och produktion av fibrer från smältan genom spunbond feeders, eller fiber formationsanordningar [3].
Användningen av basaltråvaror, vars initiala smältning och beredning utförs under naturliga förhållanden, gör det möjligt att producera basaltfibrer med låg energiförbrukning.
Produktionen av basalt kontinuerlig fiber (BCF) utförs på modulära och matarugnar och installationer [4]. Dragningen av basaltkontinuerliga fibrer från smältan utförs genom platina-rodium spinndysmatare av lindningsmaskiner. Vidarebearbetning av BCF till armering, kompositmaterial, tyger och fiberduk sker med hjälp av "kall teknik" med låg energiförbrukning.
För närvarande har industriell teknik och utrustning för produktion av BCF utvecklats, BCF-anläggningar och produktion av BCF-material har etablerats [4].
Tillverkningen av supertunna fibrer sker enligt en tvåstegsteknik - smälta basalter, dra primärfibrer från smältan och blåsa primärfibrer till supertunna med en högtemperaturstråle av heta gaser från blåskammaren.
Produktionen av tunna stapelfibrer utförs genom att smälta basaltstenar i smältugnar av bad- eller kupoltyp, mata smältan till fiberbildningsanordningar - rullar eller blåshuvuden.
BCF-produktionstekniken är enstegs: smältning, basalthomogenisering och fiberdragning. Basalt värms bara upp en gång, vilket gör det möjligt att få den önskade produkten - BCF. Ytterligare bearbetning av BCF till material utförs med hjälp av "kall teknik" med låg energiförbrukning.
Basalt kontinuerliga fibrer (BCF). Basalt kontinuerliga fibrer produceras med diametrar på 8 - 11 mikron (mk), 12 - 14 mikron, 16 - 20 mikron, längden på fibrerna är 25 - 50 kilometer eller mer.
Stapla korta fibrer. Diametrarna på elementära fibrer är 6 - 12 mikron, längden är 5 - 12 mm.
Basalt supertunna fibrer (BSTV). Diametrar på elementär 0,5 - 3 mikron, längd 10 - 50 mm.
Basaltfibrer framställs av magmatiska basaltbergarter. Detta bestämmer fibrernas höga kemiska motståndskraft mot effekterna av alkalier, syror och kemiskt aktiva medier; möjligheten till långvarig drift av fibrer under påverkan av miljön, fukt och havsvatten; obrännbarhet och hög termisk motståndskraft hos fibrer.
Under dragningsprocessen får kontinuerliga fibrer från basaltsmältor tillräckligt höga hållfasthetsegenskaper. Draghållfastheten för kontinuerliga basaltfibrer sträcker sig från 2800 till 4800 MPa.
Korta basaltstaplar och speciellt supertunna fibrer har goda värme- och ljudisolerande egenskaper. Temperaturintervallet för långvarig användning av basaltfibrer är från -200 till +600 0 С. Basaltfibrer från sura basaltstenar har högre appliceringstemperaturer upp till + 750, .... + 800 0 С.
Kombinationen av egenskaper och egenskaper hos basaltfibrer ger möjligheten att producera en hel rad material och deras breda tillämpning inom byggindustrin, vägbyggen, industri och energi.
Basaltfibrer är mycket resistenta mot kemiskt aktiva medier (syror, alkalier, saltlösningar), höga temperaturer och öppna lågor. Basaltfibrernas motståndskraft mot vatten och havsvatten är 100 %, mot alkali 96 % och mot syra 94 % [5, 6, 7]. Basaltfibrernas kemiska motståndskraft gör att de kan användas för armering av betong och asfaltbetong, för produktion av rör, behållare för den kemiska och petrokemiska industrin och kompositer för vattenteknik, kust- och offshorebyggnation.
Temperaturintervallet för långvarig användning av basaltfibrer är från -200 0 C till + 600 0 C. Basaltfibrer är obrännbara och brandbeständiga, Hygroskopiciteten för basaltfibrer är 6 gånger lägre än för glasfibrer. Endast värme- och ljudisolerande material baserade på supertunna basaltfibrer används inom flyg- och varvsindustrin, eftersom de inte ackumulerar överskottsfukt, inte brinner, inte röker i en brand, är högtemperatur- och brandbeständiga.
Basaltfibrer är ett dielektrikum, genomskinligt för elektromagnetisk strålning, radiostrålar och magnetfält, de är grunden för produktion av elektriska isoleringsmaterial, såväl som radar- och antennradomer.
Dessa egenskaper bestämmer fördelarna med basaltfibrer i jämförelse med mineral-, glas-, kol- och kemiska fibrer när det gäller hållbarhet vid drift under påverkan av miljön, havsvatten och kemiskt aktiva medier.
Kontinuerliga basaltfibrer (BCF) har tillräckligt höga hållfasthetsegenskaper och elasticitetsmodul, såväl som en potentiellt låg produktionskostnad (eftersom basalt är ett färdigt råmaterial, vars huvudsakliga energikostnader för beredningen görs under naturliga förhållanden).
Karakteristika för BCF är 65 - 70% bestämt av de ursprungliga basaltråvarorna och följaktligen av 35 - 30% av produktionsteknologier, driften av processutrustning och de smörjmedel som används (beläggningar på fibrernas yta).
BNV är en relativt ny typ av fiber, vars första industriella produktion skapades i den ukrainska SSR 1985. För att förbättra hållfasthetsegenskaperna hos BCF och minska kostnaderna för deras produktion pågår ett arbete med att välja basaltbergarter som är mest lämpade för produktion av fibrer [2], förbättra teknologier och utrustning för produktion av BCF. Hittills har fyra generationer av processutrustning producerad av BCF skapats [4]. Arbetet som utfördes gjorde det möjligt att uppnå vissa egenskaper och indikatorer för CCF, avsevärt minska produktionskostnaderna. Tabellen visar egenskaperna hos BCF i jämförelse med glasfiber och kolfibrer.
| BNV | E-glas | S-glas | Kolfibern | |
| Draghållfasthet, 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 |
| Förlängning vid brott, % | 1,5 - 2,1 | 4.7 | 5.3 | 1,5~2,0 |
| Primär fiberdiameter, mikron | 6 - 21 | 6 - 21 | 6 - 21 | 5-15 |
| (vikt i gram roving) | 60 - 4200 | 40 - 4200 | 40 - 4200 | 60 - 2400 |
| Appliceringstemperatur, °C | -260 +600 | -50 +350 | -50 +300 | -50 +400 |
| *Industriell produktionskostnad produktion USD/kg | 0,9 - 1,2 | 1,1 - 1,5 | 2,5 - 3,0 | 15 – 25 |
| Försäljningsvärde, USD/kg | 2,6 - 3,0 | 1,5 - 2,0 | 3.5 | 25 - 50 |
*Kostnaden för industriell produktion av BCF bestäms av den låga kostnaden för basaltråvaror och användningen av energibesparande teknisk utrustning från tredje och fjärde generationen.
BCF:s hållfasthetsegenskaper överstiger E-glasfiberns, ligger nära special- och kolfibrer och har samtidigt en låg produktionskostnad. När det gäller dess hållfasthetsegenskaper intar BCF en mellanposition mellan glasfiber och kolfiber. Om man tar hänsyn till hela skalan av egenskaper har BCF ett antal fördelar jämfört med glas-, kol- och kemiska fibrer, samt ett bättre förhållande mellan prestanda och kostnad.
Basaltfibrer skapade av bergarter av magmatiskt ursprung, i motsats till konstgjorda glas, kol, mineralfibrer, är de enda fibrerna som tillverkas av naturliga råvaror av magmatiskt ursprung.
Teoretiska grunder för BCF-produktion, ackumulerad erfarenhet, laboratorieutrustning, BCF-pilotutrustning och metoder för att bedriva forskning på basaltavlagringar gör det möjligt att bedöma graden av deras lämplighet för industriell produktion av BCF och bestämma de tekniska parametrarna för smältning och smältornas egenskaper , skaffa primära kontinuerliga fibrer och utvärdera deras egenskaper .
BCF:s egenskaper är av stort intresse från marknaden för armerings- och kompositmaterial.
Huvudsakliga fördelar.
• Basaltfibrer har ökat naturligt motstånd mot miljö och aggressiva medier, lågor och höga temperaturer, motstånd mot vibrationer. Fibrerna är resistenta mot mögel och andra mikroorganismer. Detta bestämmer hållbarheten för användningen av basaltfibrer och material baserade på dem i byggbranschen, inom fordons- och flygindustrin, varvsindustrin och energi.
• Goda elektriska och termiska isoleringsegenskaper, lång livslängd. Denna egenskap tillåter användning av basaltfibrer för framställning av värmebeständiga material, såväl som brandskyddande och brandbekämpningsmaterial.
• Ökad kemikalieresistens i sura och alkaliska miljöer, i havsvatten jämfört med E-glas. Denna egenskap hos basaltfibrer öppnar breda möjligheter för deras tillämpning för strukturer som utsätts för fukt, saltlösningar, kemiska och alkaliska medier. Tillåter konsumenter att ersätta metallkonstruktioner och delar som är utsatta för korrosion under påverkan av kemiskt aktiva miljöer med lätta, starka och korrosionsbeständiga material av basaltfiber. BNV kan användas för armering av betong, vid konstruktion av offshorekonstruktioner. I vägytor ökar hackad basaltfiber hållfastheten hos betong och asfaltbetong, skyddar betong och armering från inträngning av anti-isningssalter och aggressiva ämnen, ökar resthållfastheten och motståndskraften mot frys-tö.
Basaltfiberns kemiska beständighet är en av de avgörande konkurrensfördelarna för produktion av filter för den kemiska och metallurgiska industrin, för produktion av behållare och rör för den kemiska industrin och verktyg.
• Materialets ekologiska renhet. Full överensstämmelse med REACH-programmet. Den färdiga produkten innehåller inga skadliga ämnen och uppfyller till fullo REACH-protokollet och alla hygienstandarder.
• Hög hållbarhet. Materialets livslängd är 50 år. Användningen av sådana material möjliggör besparingar på grund av hållbarhet och ökar säkerheten för industrianläggningar.
• Lågt pris jämfört med kostnaden för specialglasfiber [4,5].
Basaltfibrer används i stor utsträckning för värme- och ljudisolering, brandbeständiga material och brandskyddssystem, filter, tillverkning av tekniska tyger och non-woven material, armering, kompositmaterial och produkter. Korta basaltstapelfibrer används för tillverkning av värmeisolerande mattor och plattor, material för filter av gasformiga utsläpp med förhöjd temperatur och kemiskt aktiva flytande medier, för hydrokultur inom jordbruket.
Applicering av basalt supertunna fibrer (BSTV): produktion av värme- och ljudisolerande material av hög kvalitet - dukar, mattor, tallrikar, kartong för skeppsbyggnad och flyg; material för tunna filter; brandbeständiga och brandbekämpande material och system för kritiska anläggningar i kärnkraftverk, oljeraffinaderier, bensinpumpstationer, offentliga byggnader och höghus.
Basalt kontinuerliga fibrer (BCF) används för tillverkning av ett brett utbud av material och produkter: armeringsmaterial - hackade fibrer för spridd volymetrisk armering av betong och asfaltbetong, kompositarmering, armeringsnät, byggnads- och vägnät och armeringsband [7 ], tekniska tyger av olika vävningar och densitet, non-woven material - basaltpapper, dukar, hackade fibrer och nålstansade dukar. Kompositmaterial och produkter - profiler, rör med medelstora och stora diametrar, tankar, tankar, högtryckscylindrar, brostöd och tak, produkter för maskinteknik, delar för bilar, fartyg och flygplan. Elektriska isoleringsmaterial och produkter - bärande kärnor av kraftöverföringsledningar och fiberoptiska kablar, elektriska isolerande och skyddande mantel av kraftkablar, stöd, traverser och isolatorer av kraftöverföringsledningar, material och produkter för transformatorstationer.
Användningsområden för basaltfibrer: byggnadsindustri, jordbävningsbeständig, hydraulisk och kustnära konstruktion, vägkonstruktion av bil- och höghastighetsjärnvägslinjer, verktyg, maskinteknik, fordonsindustri, flyg- och varvsindustri, energi, jordbruk.
Den tyska ingenjörsbyrån EDAG har utvecklat en konceptbil , som användes vid tillverkning av basaltfiber. Som rapporterats, "kännetecknas materialet av lätthet, styrka och miljövänlighet, dessutom kommer det i produktion att kosta mindre än aluminium eller kolfiber" [1]
Förstärkning av armerade betongkonstruktioner med basaltfiber kommer att kosta mindre än kolfiber, de första testerna utfördes av INTER / TEK Research Institute of Armed Forces i Jekaterinburg på basis av UralNIAS Institute.
Material baserade på basaltfiber har följande viktiga egenskaper: porositet, temperaturbeständighet, ånggenomsläpplighet och kemikaliebeständighet.
På grund av dessa egenskaper används basaltfiber och material baserade på den alltmer idag för sådana ändamål som:
SMU 19 i Mosmetrostroy använde sprutbetong armerad med basaltfiber som tunnelbeklädnad.
Forsknings- och produktionsföretaget "Basalt fiber & composite materials technology development co., LTD" ("BF&CM TD"), som är engagerat i utveckling och utveckling av teknik, tillverkning av processutrustning och organisation av industriell produktion av basalt kontinuerligt fibers (BCF), har slutfört konstruktionen och rekonstruktionen av värmeugnar och termisk utrustning med hjälp av resultaten av detta arbete.
Basaltfiber (av lat . fibra - fiber) - korta bitar av basaltfiber avsedda för spridd armering av bindemedelsblandningar, såsom betong . Fiberdiametern är från 20 till 500 mikron. Fiberlängd - från 1 till 150 mm. Basaltfiber framställs från smältning av stenar som basalt vid temperaturer över 1400°C.
Dispergerad förstärkning med basaltfiber ökar följande produktindikatorer:
Basaltfiber ökar sprickmotståndet med 3 gånger, sprickhållfastheten med 2 gånger, slaghållfastheten med 5 gånger, vilket gör det möjligt att effektivt använda den i konstruktionen av jordbävningsbeständiga strukturer , explosionssäkra anläggningar och militära befästningar . Basaltfiberns egenskaper gör det möjligt att använda den för konstruktion av radiotransparenta strukturer med komplex form. Inom industrin används basaltgjutning som beläggning för att förhindra nötande slitage . Verkningsmekanismen för fiber i industrigolv är liknande, fibern förhindrar nötande slitage. Motståndet mot nötning ökar minst tre gånger och följaktligen tredubblas livslängden på golven. En mycket viktig indikator för golv är stötbelastningen. Basaltfiber låter dig öka slagbelastningen med mer än 5 gånger. Alla krav på kvaliteten på industrigolv är uppfyllda: hög motståndskraft mot olika typer av belastningar (statisk, stöt, dynamisk, abrasiv), god motståndskraft mot extrema temperaturer, mycket hög motståndskraft mot kemiska angrepp. Fördelarna med golv tillverkade på basis av basaltfiber inkluderar låg förbrukning av stål och betong, kort tid och låg arbetsintensitet vid gjutning, förhindrande av sprickbildning redan vid härdningsstadiet av produkter, erhållande av volymetrisk förstärkning, en tredimensionell struktur, en betydande minskning av betonggolvets tjocklek samtidigt som hållfasthetsegenskaperna bibehålls.
De viktigaste fördelarna med hydrauliska strukturer gjorda med basaltfiber:
Skillnaden mellan basaltfiber och metallfiber är att basaltfiber för det första inte har en negativ katodeffekt i produkter, och den är inte heller utsatt för någon korrosion . Med samma massa korrelerar volymen metallfiber och basaltfiber som 1:600 respektive, och basaltfiberns yta är 25 gånger större än metallfiberns. Den specifika vikten för metallfibrer är 7,8 t/m³, och den för basaltfiber är 2,8 t/m³. Det betyder att det krävs 2,7 gånger mindre fiber i vikt och produkten baserad på basaltfiber är lättare. Produkter baserade på basaltfiber är radiotransparenta och har inte effekten av en transformator. På grund av metallens och cementmatrisens svaga vidhäftning produceras metallfibrer i olika konfigurationer för att öka förankringen: vågiga, med tillplattade och böjda ändar. Basaltfiber i produkter har hög vidhäftning med cementsten, och det kräver inga ytterligare förändringar i fiberkonfigurationen. Cementsten och basaltfiber har samma värmeutvidgningskoefficient , till skillnad från metallfiber. Dispersionsarmering med basaltfiber ökar betongmassans plasticitet och minskar bildningen av krympsprickor, och till skillnad från stålnät, som är värdefullt först efter att betongen har spruckit, förhindrar fibern uppkomsten av sprickor i betongen även i det skede då den är i plastiskt tillstånd.
Den 18 oktober 2017, SP 297.1325800.2017 ”Fiberarmerade betongkonstruktioner med icke-metallisk fiber. Design Rules”, som eliminerade det juridiska vakuumet gällande design av basaltarmerad fiberarmerad betong. Enligt punkt 1.1. Standarden gäller alla typer av icke-metalliska fibrer (polymerer, polypropen, glas, basalt och kol). När man jämför olika fibrer kan det noteras att polymerfibrer är underlägsna mineralfibrer när det gäller styrka, men deras användning förbättrar egenskaperna hos byggkompositer.
1. Ablesimov N. E., Zemtsov A. N. Avslappningseffekter i icke-jämviktskondenserade system. Basalter: från utbrott till fiber. Moskva, ITiG FEB RAN, 2010. 400 sid.
2. Osnos S.P. Osnos M.S. Forskning och urval av basaltstenar för framställning av kontinuerliga fibrer. Sammansatt värld. 2018 nr 1, sid. 56-62.
3. Dzhigiris D.D., Makhova M.F. Grunderna i produktionen av basaltfibrer och produkter. Monografi. - M.: Teploenergetik, 2002. -416s.
4. Osnos M. S. Osnos S. P. Basalt kontinuerlig fiber - igår, idag och imorgon. Utveckling av teknik och utrustning, industriell produktion och marknadsföring. Sammansatt värld. 2015 nr 2, sid. 24-30.
5. Vågiga material från ukrainska basalter. Sammanfattning av artiklar. Metod. Kiev. 1971 84 sid.
6. Osnos S.P. Om egenskaperna hos basaltfibrer och deras tillämpningar. "Kompositvärld" №3. 2010.
7. Negmatullaev S.Kh., Osnos S.P., Stepanova V.F. Armering basalt-plast egenskaper, produktion, tillämpning. Betongteknologier nr 3-4. Med. 50-57.
8. Osnos M.S., Osnos S.P. Undersökning av processerna för smältning av basaltstenar vid framställning av kontinuerliga fibrer. "Kompositvärld". 2018 nr 2, sid. 70 - 75.