Što su bazaltna vlakna?
Bazaltna vlakna su kontinuirana vlakna izrađena od prirodne bazaltne stijene kao glavne sirovine.Nakon taljenja na 1450-1500 ℃, velikom brzinom se izvlači kroz izvlačnu čahuru od legure platine i rodija.Boja je općenito smeđa i ima metalni sjaj.Sastoji se od oksida kao što su silicijev dioksid, aluminijev oksid, kalcijev oksid, magnezijev oksid, željezni oksid i titanov dioksid.Bazaltna vlakna imaju mnoga izvrsna svojstva kao što su visoka čvrstoća, električna izolacija, otpornost na koroziju, otpornost na visoke temperature, otpornost na starenje itd., te ima dobru kompatibilnost s okolišem i ne proizvodi sekundarno onečišćenje.Stoga je to pravi zeleni, novi materijal za zaštitu okoliša visokih performansi.
moja je zemlja navela bazaltna vlakna kao jedno od četiri glavna vlakna (ugljična vlakna, aramidna vlakna, polietilen ultravisoke molekularne težine, bazaltna vlakna) za ključni razvoj.Potrebe zrakoplovstva i drugih područja imaju široke izglede za primjenu.
Proces proizvodnje bazaltnih vlakana
Prirodna bazaltna stijena nastala vulkanskom erupcijom koristi se kao sirovina, drobi se i stavlja u peć za taljenje, zagrijava do rastaljenog stanja od 1450~1500°C i brzo se provlači kroz čahuru za izvlačenje žice od legure platine i rodija i bazaltna vlakna se proizvodi na ovaj način.
Ukratko, proces izrade bazaltnih vlakana je "uvlačenje" tvrde vulkanske bazaltne stijene u svilu na visokoj temperaturi.
Promjer bazaltnog vlakna proizvedenog postojećom tehnologijom može doseći 6~13 μm, što je tanje od vlasi.
Proces njegove proizvodnje prikazan je na donjoj slici.
Rastaljena magma
Crtanje
Kao amorfna anorganska silikatna tvar, bazaltna vlakna imaju kratko vrijeme proizvodnje, jednostavan proces, bez industrijskih otpadnih voda i otpadnih plinova i visoku dodanu vrijednost.Poznat je kao "novi zeleni materijal" u 21. stoljeću.
Izvrsna izvedba bazaltnih vlakana
Čista prirodna kontinuirana bazaltna vlakna zlatne su boje i izgledaju kao glatki cilindri savršeno kružnog poprečnog presjeka.Bazaltna vlakna imaju veliku gustoću i veliku tvrdoću, tako da imaju izvrsnu otpornost na trošenje i vlačnu čvrstoću.Bazaltno vlakno je amorfna tvar, a njegova radna temperatura općenito je -269~700°C (točka omekšavanja je 960°C).Otporan je na kiseline i lužine, ima jaku UV otpornost, nisku higroskopnost i dobru otpornost na okoliš.Osim toga, ima prednosti dobre izolacije, filtracije na visokim temperaturama, otpornosti na zračenje i dobre propusnosti valova, stabilnosti na toplinske udare, ekološke čistoće i izvrsnog omjera strukturne izvedbe i strukturne kvalitete.
Dovoljno sirovina
Bazaltna vlakna izrađuju se izvlačenjem nakon taljenja bazaltne rude, a rezerve bazaltne rude na zemlji i mjesecu prilično su objektivne, a cijena sirovina je relativno niska.
Ekološki prihvatljivi materijali
Bazaltna ruda je prirodni materijal, tijekom procesa proizvodnje ne ispuštaju se oksidi bora ili drugih alkalijskih metala, tako da se u dimu i prašini ne talože štetne tvari i neće zagađivati atmosferu.Štoviše, proizvod ima dug životni vijek, tako da je nova vrsta zelenog aktivnog materijala za zaštitu okoliša niske cijene, visokih performansi i idealne čistoće.
Otpornost na visoke temperature i vodu
Raspon radne temperature kontinuiranog bazaltnog vlakna općenito je -269~700°C (točka omekšavanja je 960°C), dok je raspon staklenih vlakana -60~450°C, a maksimalna radna temperatura karbonskih vlakana može doseći samo 500 °C.Osobito kada bazaltno vlakno radi na 600°C, njegova čvrstoća nakon loma još uvijek može zadržati 80% svoje izvorne čvrstoće;kada radi na 860°C bez skupljanja, čak i mineralna vuna s izvrsnom otpornošću na temperaturu može samo u ovom trenutku zadržati čvrstoću nakon loma.50%-60%, staklena vuna je potpuno uništena.Ugljična vlakna proizvode CO i CO2 na oko 300°C.Bazaltna vlakna mogu zadržati visoku čvrstoću pod djelovanjem tople vode na 70 °C, a bazaltna vlakna mogu izgubiti dio svoje čvrstoće nakon 1200 h.
Dobra kemijska stabilnost i otpornost na koroziju
Kontinuirano bazaltno vlakno sadrži komponente kao što su K2O, MgO) i TiO2, a te su komponente izuzetno korisne za poboljšanje otpornosti na kemijsku koroziju i vodonepropusnosti vlakana te igraju vrlo važnu ulogu.U usporedbi s kemijskom stabilnošću staklenih vlakana, ima više prednosti, posebno u alkalnim i kiselim medijima.Bazaltna vlakna također mogu održati veću otpornost u zasićenoj otopini Ca(OH)2 i alkalnim medijima kao što je cement.Svojstva alkalne korozije.
Visok modul elastičnosti i vlačne čvrstoće
Modul elastičnosti bazaltnih vlakana je: 9100 kg/mm-11000 kg/mm, što je više od modula staklenih vlakana bez alkalija, azbesta, aramidnih vlakana, polipropilenskih vlakana i silicijevih vlakana.Vlačna čvrstoća bazaltnih vlakana je 3800-4800 MPa, što je više od čvrstoće karbonskih vlakana, aramidnih, PBI vlakana, čeličnih vlakana, borovih vlakana i aluminijevih vlakana, te je usporedivo sa S staklenim vlaknima.Bazaltna vlakna imaju gustoću od 2,65-3,00 g/cm3 i visoku tvrdoću od 5-9 na Mohsovoj ljestvici, tako da imaju izvrsnu otpornost na trošenje i vlačnu čvrstoću.Njegova mehanička čvrstoća daleko premašuje onu prirodnih vlakana i sintetičkih vlakana, stoga je idealan materijal za ojačanje, a njegova izvrsna mehanička svojstva prednjače među četiri vlakna visokih performansi.
Izvrsna zvučna izolacija
Kontinuirana bazaltna vlakna imaju izvrsna svojstva zvučne izolacije i apsorpcije zvuka.Iz koeficijenta apsorpcije zvuka vlakna na različitim frekvencijama može se znati da se njegov koeficijent apsorpcije zvuka značajno povećava s povećanjem frekvencije.Na primjer, ako je odabran materijal za apsorpciju zvuka od bazaltnih vlakana promjera 1-3 μm (gustoća 15 kg/m3, debljina 30 mm), vlakno se neće oštetiti pod uvjetom audio frekvencije od 100-300 Hz , 400-900 Hz i 1200-7 000 HZ.Koeficijenti apsorpcije zvuka materijala su 0.05~0.15, 0.22~0.75 odnosno 0,85~0,93.
Izvanredna dielektrična svojstva
Volumni otpor kontinuiranog bazaltnog vlakna je red veličine veći od E staklenog vlakna i ima dobra dielektrična svojstva.Iako bazaltna ruda sadrži vodljivi oksid s masenim udjelom od gotovo 0,2, nakon posebne površinske obrade posebnim sredstvom za vlaženje, tangens dielektričnog gubitka bazaltnog vlakna je 50% niži nego kod staklenog vlakna, a volumni otpor vlakna je također veća od staklenih vlakana.
Kompatibilnost s prirodnim silikatima
Ima dobru disperziju s cementom i betonom, jaku vezujuću snagu, dosljedan koeficijent toplinskog širenja i skupljanja i dobru otpornost na vremenske uvjete.
Niska higroskopnost
Higroskopnost bazaltnih vlakana je manja od 0,1%, što je niže nego kod aramidnih vlakana, kamene vune i azbesta.
Niska toplinska vodljivost
Toplinska vodljivost bazaltnih vlakana je 0,031 W/m·K -0,038 W/m·K, što je niže od one aramidnih vlakana, aluminijskih silikatnih vlakana, staklenih vlakana bez alkalija, kamene vune, silikonskih vlakana, karbonskih vlakana i nehrđajućeg čelika željezo.
U usporedbi s drugim vlaknima, bazaltna vlakna imaju izvrsne performanse u mnogim aspektima.
| Artikal | Kontinuirana bazaltna vlakna | Karbonska vlakna | Aramidno vlakno | Staklena vlakna |
| Gustoća/(g•cm-3) | 2,6-2,8 | 1.7-2.2 | 1.49 | 2,5-2,6 |
| Radna temperatura/℃ | -260~880 | ≤2000. godine | ≤250 | -60~350 |
| Toplinska vodljivost/(W/m•K) | 0,031-0,038 | 5-185 (prikaz, stručni). | 0,04-0,13 | 0,034-0,040 |
| Volumenski otpor/(Ω•m) | 1×1012 | 2×10-5 | 3×1013 | 1×1011 |
| Koeficijent apsorpcije zvuka /% | 0,9-0,99 | 0,8-0,93 | ||
| Modul elastičnosti/GPa | 79.3-93.1 | 230-600 (prikaz, ostalo). | 70-140 (prikaz, stručni). | 72,5-75,5 |
| Vlačna čvrstoća/MPa | 3000-4840 | 3500-6000 | 2900-3400 | 3100-3800 |
| Promjer monofilamenta/um | 9-25 (prikaz, ostalo). | 5-10 (prikaz, ostalo). | 5-15 (prikaz, ostalo). | 10-30 (prikaz, ostalo). |
| Istezanje pri lomu/% | 1,5-3,2 | 1,3-2,0 | 2,8-3,6 | 2,7-3,0 |
Primjena bazaltnih vlakana
Nevidljiv
Bazaltna vlakna imaju karakteristike visoke čvrstoće i otpornosti na visoke i niske temperature, što je vrlo pogodno za zahtjeve površinskog materijala zrakoplova i projektila.Istodobno, ima karakteristike apsorpcije valova i magnetske propusnosti, što može ostvariti radarsku nevidljivost.Tako bazaltna karbonska vlakna mogu djelomično zamijeniti karbonska vlakna za nevidljive zrakoplove i projektile.
Otporan na metke
Trenutačno se polietilenska vlakna ultravisoke molekularne težine obično koriste za neprobojne prsluke, koja imaju nisku otpornost na toplinu, a njihova čvrstoća i modul će se smanjiti pod visokotemperaturnim taljenjem metaka, što će utjecati na učinak otpornosti na metke.Nasuprot tome, bazaltna vlakna imaju jaku otpornost na visoke temperature, tako da ovaj problem ne postoji.
Aerospace
Bazaltna vlakna imaju nisku toplinsku vodljivost i dobru otpornost na plamen.Raspon radne temperature je -269°C~700°C, što je otporno na visoke i niske temperature.Kako bi se zadovoljili zahtjevni zahtjevi za materijale u zrakoplovnom području, većina ruskih zrakoplovnih materijala izrađena je od ovog materijala.
Primjene u području cestogradnje
Bazaltna vlakna imaju prednosti visoke vlačne čvrstoće, dobrih mehaničkih svojstava, otpornosti na visoke temperature, UV zaštite, otpornosti na kiseline, alkalije, soli i otpornosti na starenje.U usporedbi s drugim vlaknima, njegova sveobuhvatna izvedba je bolja, a također ispunjava zahtjeve za materijale u području cestogradnje.Stoga se posljednjih godina sve više proizvoda od bazaltnih vlakana koristi u cestogradnji.
Toplinska izolacija, otpornost na temperaturu, zaštita od požara
Bazaltna vlakna imaju karakteristike otpornosti na visoke temperature i mogu se utkati u vatrostalnu tkaninu koja se koristi u nekim područjima zaštite od požara.Također se može utkati u visokotemperaturnu filtarsku vrećicu za visokotemperaturnu filtraciju i uklanjanje prašine.Osim toga, od njega se također može napraviti iglani filc koji se koristi u nekim područjima toplinske izolacije.
Građevinski sektor
Koristeći izvrsnu otpornost na koroziju bazaltnog vlakna, može se spojiti s vinilnom ili epoksidnom smolom pultruzijom, namotavanjem i drugim postupcima kako bi se dobila nova vrsta građevinskog materijala.Ovaj materijal ima visoku čvrstoću, izvrsnu otpornost na kiseline i koroziju, te se može koristiti u građevinarstvu umjesto nekih čeličnih šipki.Štoviše, koeficijent ekspanzije bazaltnih vlakana sličan je koeficijentu betona i neće biti velikog temperaturnog stresa između njih.
Automobilsko polje
Bazaltna vlakna imaju stabilan koeficijent trenja i mogu se koristiti u nekim materijalima za povećanje trenja, kao što su kočione pločice.Zbog visokog koeficijenta apsorpcije zvuka, može se koristiti na nekim dijelovima interijera za postizanje učinka zvučne izolacije i smanjenja buke.
Petrokemijsko polje
Otpornost na koroziju bazaltnih vlakana daje im jedinstvene prednosti u petrokemijskom području.Uobičajene su namotane visokotlačne cijevi u kombinaciji s epoksidnom smolom, koje imaju dvostruki učinak očuvanja topline i zaštite od korozije.
Iako bazaltna vlakna još uvijek imaju problema kao što su velike fluktuacije u mineralnom sastavu, visoki troškovi proizvodnje i niska proizvodna učinkovitost, ovi problemi su i izazovi i prilike za razvoj i korištenje bazaltnih vlakana.
Probojem u domaćoj tehnologiji izvlačenja bazaltnih vlakana, izvedba bazaltnih vlakana je stabilnija, cijena je niža i ima vrlo široku perspektivu primjene.
Vrijeme objave: 14. prosinca 2022