Базальтовое волокно
Базальтовые волокна производят из базальтовых пород путем их плавления и переработки расплава в волокна . Базальты – горные породы магматического происхождения. Основные энергозатраты на подготовку базальтового сырья к производству волокон производятся в естественных условиях. Базальтовые волокна подразделяются на 3 типа: Базальтовые непрерывные волокна (БНВ), используемые для производства армирующих материалов и композиционных изделий, тканей и нетканых материалов; Волокна базальтовые штапельные для производства теплоизоляционных материалов; и базальтовые сверхтонкие волокна (БСТФ) для производства высококачественных тепло-, звукоизоляционных и огнезащитных материалов.
Производственный процесс
[ редактировать ]Технология производства базальтового непрерывного волокна (БНВ) представляет собой одностадийный процесс: плавление, гомогенизация базальта и экстракция волокон. Базальт нагревается только один раз. Дальнейшая переработка БНВ в материалы осуществляется по «холодным технологиям» с низкими энергозатратами.
Базальтовое волокно изготавливается из одного материала – измельченного базальта – из тщательно выбранного карьера. [1] Базальт повышенной кислотности (содержание кремнезема более 46%). [2] ), а низкое содержание железа считается желательным для производства волокна. [3] В отличие от других композитов, таких как стекловолокно, при его производстве практически не добавляются никакие материалы. Базальт просто промывают, а затем плавят. [4]
Производство базальтового волокна требует плавления измельченной и промытой базальтовой породы при температуре около 1500 ° C (2730 ° F). Затем расплавленную породу экструдируют через небольшие сопла для получения непрерывных нитей базальтового волокна.
Базальтовые волокна обычно имеют диаметр нити от 10 до 20 мкм , что достаточно превышает предел дыхания в 5 мкм, чтобы сделать базальтовое волокно подходящей заменой асбеста . [5] Они также имеют высокий модуль упругости , что приводит к высокой удельной прочности — в три раза выше, чем у стали . [6] [7] Тонкое волокно обычно используется в текстильной промышленности, в основном для производства тканых материалов. Более толстое волокно используется при накальной намотке, например, при производстве баллонов или труб для сжатого природного газа (СПГ). Самое толстое волокно используется для производства пултрузии, геосетки, однонаправленной ткани, многоосной ткани и в виде рубленой пряди для армирования бетона. Одним из наиболее перспективных направлений применения непрерывного базальтового волокна и наиболее современным направлением на данный момент является производство базальтовой арматуры, которая все больше заменяет традиционную стальную арматуру на строительном рынке. [8]
Характеристики
[ редактировать ]В таблице указаны конкретные производители непрерывного базальтового волокна. Данные у всех производителей разные, разница порой достигает очень больших величин.
| Свойство | Ценить [9] |
|---|---|
| Предел прочности | 2,8–3,1 ГПа (410–450 фунтов на квадратный дюйм) |
| Модуль упругости | 85–87 ГПа (12 300–12 600 фунтов на квадратный дюйм) |
| Удлинение при разрыве | 3.15% |
| Плотность | 2,67 г/см 3 (0,096 фунта на куб. дюйм) |
Сравнение:
| Материал | Плотность (г/см 3 ) |
Предел прочности (ГПа) |
Удельная прочность |
Модуль упругости (ГПа) |
Специфический модуль |
|---|---|---|---|---|---|
| Стальная арматура | 7.85 | 0.5 | 0.0637 | 210 | 26.8 |
| А-стекло | 2.46 | 2.1 | 0.854 | 69 | 28 |
| C-стекло | 2.46 | 2.5 | 1.02 | 69 | 28 |
| E-стекло | 2.60 | 2.5 | 0.962 | 76 | 29.2 |
| С-2 стекло | 2.49 | 4.83 | 1.94 | 97 | 39 |
| Кремний | 2.16 | 0.206-0.412 | 0.0954-0.191 | ||
| Кварц | 2.2 | 0.3438 | 0.156 | ||
| Углеродное волокно (большое) | 1.74 | 3.62 | 2.08 | 228 | 131 |
| Углеродное волокно (среднее) | 1.80 | 5.10 | 2.83 | 241 | 134 |
| Углеродное волокно (маленькое) | 1.80 | 6.21 | 3.45 | 297 | 165 |
| Кевлар К-29 | 1.44 | 3.62 | 2.51 | 41.4 | 28.7 |
| Кевлар К-149 | 1.47 | 3.48 | 2.37 | ||
| Полипропилен | 0.91 | 0.27-0.65 | 0.297-0.714 | 38 | 41.8 |
| Полиакрилонитрил | 1.18 | 0.50-0.91 | 0.424-0.771 | 75 | 63.6 |
| Базальтовое волокно | 2.65 | 2.9-3.1 | 1.09-1.17 | 85-87 | 32.1-32.8 |
[ нужна ссылка ]
| Тип материала [10] | Модуль упругости (Е) | Предел текучести (fy) | Предел прочности (фу) |
|---|---|---|---|
| Стальные стержни диаметром 13 мм. | 200 ГПа (29 000 фунтов на квадратный дюйм) | 375 МПа (54,4 фунта на квадратный дюйм) | 560 МПа (81 фунт на квадратный дюйм) |
| Стальные стержни диаметром 10 мм. | 200 ГПа (29 000 фунтов на квадратный дюйм) | 360 МПа (52 фунта на квадратный дюйм) | 550 МПа (80 фунтов на квадратный дюйм) |
| Стальные стержни диаметром 6 мм. | 200 ГПа (29 000 фунтов на квадратный дюйм) | 400 МПа (58 фунтов на квадратный дюйм) | 625 МПа (90,6 фунтов на квадратный дюйм) |
| Стержни BFRP диаметром 10 мм | 48,1 ГПа (6980 фунтов на квадратный дюйм) | - | 1113 МПа (161,4 тыс. фунтов на квадратный дюйм) |
| Стержни BFRP диаметром 6 мм | 47,5 ГПа (6890 фунтов на квадратный дюйм) | - | 1345 МПа (195,1 тысяч фунтов на квадратный дюйм) |
| Лист BFRP | 91 ГПа (13 200 фунтов на квадратный дюйм) | - | 2100 МПа (300 фунтов на квадратный дюйм) |
История
[ редактировать ]Первые попытки производства базальтового волокна были предприняты в США в 1923 году Полем Дхе, получившим патент США № 1 462 446 . они были разработаны После Второй мировой войны исследователями из США, Европы и Советского Союза, особенно для военного и аэрокосмического применения. После рассекречивания в 1995 году базальтовые волокна стали использоваться в более широком спектре гражданских применений. [11]
Школы
[ редактировать ]- RWTH Ахенский университет. Каждые два года в Институте текстильной техники RWTH Ахенского университета проводится Международный симпозиум по стекловолокну, на котором базальтовому волокну посвящен отдельный раздел. В университете регулярно проводятся исследования по изучению и улучшению свойств базальтового волокна. Текстильный бетон также более устойчив к коррозии и более податлив, чем обычный бетон. Замена углеродных волокон базальтовыми волокнами может существенно расширить области применения инновационного композиционного материала — текстильного бетона, — говорит Андреас Кох.
- Институт дизайна легких конструкций Берлинского технического университета. [12]
- Институт легкого дизайна материалов Ганноверского университета
- Немецкий институт пластмасс (DKI) в Дармштадте [13]
- Технический университет Дрездена внес свой вклад в изучение базальтовых волокон. Текстильная арматура в бетонном строительстве – фундаментальные исследования и применение. Петер Офферманн охватывает диапазон от начала фундаментальных исследований в Дрезденском техническом университете в начале 90-х годов до настоящего времени. Идея о том, что текстильные решетчатые конструкции, изготовленные из высокоэффективных нитей для армирования конструкций, могут открыть совершенно новые возможности в строительстве, стала отправной точкой для сегодняшней большой исследовательской сети. Текстильная арматура в бетонном строительстве – фундаментальные исследования и применение. В качестве новинки сообщается о параллельных приложениях к исследованиям с необходимыми разрешениями в отдельных случаях, таких как первые в мире текстильные железобетонные мосты и модернизация оболочечных конструкций тончайшими слоями текстильного бетона.
- Университет прикладных наук Регенсбурга, факультет машиностроения. Механические характеристики пластика, армированного базальтовым волокном, с различным тканевым армированием – испытания на растяжение и расчеты FE с представительными объемными элементами (RVE). Марко Романо, Инго Эрлих. [14]
Использование
[ редактировать ]- Тепловая защита [15]
- Фрикционные материалы
- Лопасти ветряной мельницы
- Фонарные столбы
- Корпуса кораблей
- Кузова автомобилей
- Спортивное оборудование
- Конусы динамиков
- Стяжки для полых стен
- Арматура [16] [17]
- Несущие профили
- Баллоны и трубы для СПГ
- Абсорбент для разливов нефти
- Рубленая прядь для армирования бетона
- Сосуды высокого давления (например, резервуары и газовые баллоны)
- Пултрузионная арматура для армирования бетона (например, мостов и зданий)
Коды проектирования
[ редактировать ]Россия
[ редактировать ]С 18 октября 2017 года введено в эксплуатацию СП 297.1325800.2017 «Фибробетонные конструкции с неметаллической фиброй. Правила проектирования», которое устранило правовой вакуум при проектировании базальтобетонных фибробетонов. Согласно пункту 1.1. стандарт распространяется на все виды неметаллических волокон (полимеры, полипропилен, стекло, базальт и углерод). При сравнении различных волокон можно отметить, что полимерные волокна уступают минеральным по прочности, но их использование позволяет улучшить характеристики строительных композитов.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Исследовательские изыскания на базальтовых карьерах | Basalt Projects Inc. | Разработка непрерывного базальтового волокна и композитов на основе CBF» . Базальтовые Проекты Инк . Проверено 10 декабря 2017 г.
- ^ Де Фацио, Пьеро (2011). «Базальтовое волокно: древний материал из земли для инновационного и современного применения» (PDF) . Энергия, атмосфера и инновации . 3 : 89–96. Архивировано из оригинала (PDF) 18 сентября 2021 г. Проверено 08 сентября 2021 г.
- ^ Шут, Ян Х. (август 2008 г.). «Композиты: более высокие свойства, более низкая стоимость» . www.ptonline.com . Проверено 10 декабря 2017 г.
- ^ Росс, Энн (август 2006 г.). «Базальтовые волокна: альтернатива стеклу?» . www.compositesworld.com . Проверено 10 декабря 2017 г.
- ^ «Базальтовые волокна из непрерывноволокнистых базальтовых пород» . basalt-fiber.com .
- ^ СОАРЕС, Б.; Блэк, Р.; СОУЗА, Л.; Рейс, Л. (2016). «Механическое поведение базальтовых волокон в композите базальт-УП» . Структурная целостность Procedia . 1 :82–89. дои : 10.1016/ж.простр.2016.02.012 .
- ^ Чхве, Чон Иль; Ли, Банг (30 сентября 2015 г.). «Связующие свойства базальтового волокна и снижение прочности в зависимости от ориентации волокна» . Материалы . 8 (10): 6719–6727. Бибкод : 2015Mate....8.6719C . дои : 10.3390/ma8105335 . ПМЦ 5455386 . ПМИД 28793595 .
- ^ «Некоторые аспекты технологического процесса непрерывного базальтового волокна» . novitsky1.narod.ru . Проверено 21 июня 2018 г.
- ^ «Базальтовое непрерывное волокно» . Архивировано из оригинала 03.11.2009 . Проверено 29 декабря 2009 г.
- ^ Ибрагим, Арафа М.А.; Фахми, Мохамед FM; Ву, Чжишен (2016). «3D-конечно-элементное моделирование управляемого сцеплением поведения стальных и базальтовых армированных квадратных мостовых колонн под действием боковой нагрузки». Композитные конструкции . 143 : 33–52. дои : 10.1016/j.compstruct.2016.01.014 .
- ^ «Базальтовое волокно» . basfiber.com (на русском, английском, немецком, корейском и японском языках) . Проверено 21 июня 2018 г.
- ^ Л. Фармейр, Р. Кюнстлер, И. Пижо , Г. Тутц, Статистика — путь к анализу данных. 5-е издание, Springer-Verlag, Берлин/Гейдельберг (2005 г.).
- ^ (основная работа — книга Гельмута Шюрмана «Конструирование из фибропластических композитов»)
- ^ Б. Юнгбауэр, М. Романо, И. Эрлих, Бакалавриат, Университет прикладных наук Регенсбурга, Лаборатория композитных технологий, Регенсбург, (2012).
- ^ Олбарри - БАЗАЛЬТОВОЕ ВОЛОКНО
- ^ Консультативный
- ^ Хендерсон, Том (10 декабря 2016 г.). «Нёвокас поднимает планку производства арматуры» . Детройтский бизнес Крейна . Проверено 17 декабря 2018 г.
Библиография
[ редактировать ]- Э. Лаутерборн, Вступительный экзамен по ультразвуковому исследованию документации, Внутренний отчет Wiweb Erding, Эрдинг, октябрь (2011 г.).
- Мозер К. А. «Фибропластмассовый композит – принципы проектирования и расчета». VDI-Verlag, Дюссельдорф, (1992).
- Найк Н.К. Тканевые композиты. Technomic Publishing Co., Ланкастер (Пенсильвания), (1994).
- Отчет 2004-1535 — Испытание сиденья в соответствии с BS 5852:1990, раздел 5 — ячейка источника воспламенения 7, для Franz Kiel GmbH&Co. КГ. Siemens AG, A&D SP, Франкфурт-на-Майне (2004 г.).
- DIN EN 2559 - Аэрокосмическая промышленность. Препреги из углеродного волокна. Определение массового содержания смолы и волокна, а также массы волокна в зависимости от площади. Управление авиационных стандартов (Нидерланды) при Немецком институте стандартизации DIN, Бойт Верлаг, Берлин (1997).
- Эпоксидная смола Л, отвердитель Л – технические данные. Технический паспорт R&G, (2011 г.).
- Сертификаты качества на ткани и ровинги. Incotelogy Ltd., Бонн, январь (2012 г.).
- Нольф, Жан Мари (2003). «Базальтовые волокна-огнезащитный текстиль». Текстиль технического назначения . 49 (3): 38–42.
- Озген, Бану; Гонг, Хью (май 2011 г.). «Геометрия пряжи в тканях». Журнал текстильных исследований . 81 (7): 738–745. дои : 10.1177/0040517510388550 . S2CID 138546738 .
- Л. Папула, Сборник математических формул для ученых и инженеров. 10-е издание, Vieweg+Teubner, Висбаден (2009 г.).
- Сараванан, Д. (2006). «Прядение камней-базальтовых волокон». ИЕ (I) Журнал-TX . 86 : 39–45.
- Шмид, Винцент; Юнгбауэр, Бастиан; Романо, Марко; Эрлих, Инго; Геббекен, Норберт (июнь 2012 г.). Влияние различных типов тканей на объемное содержание волокон и пористость базальтопластиков . Конференция по прикладным исследованиям. стр. 162–165.
• Оснос С, Оснос М, «BCF: развитие промышленного производства армирующих материалов и композитов». Журнал JEC Composites / № 139, март – апрель 2021 г., стр. 19 – 24.
• Оснос С., Рожков И. «Применение базальтовых материалов в автомобилестроении». Журнал JEC Composites / № 147, 2022, с. 33 – 36.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Производство базальтового волокна Информация Государственного научного комитета Узбекистана
- Базальтовое непрерывное волокно – информация и характеристики
- Базальтовый ровинговый купол Видеодемонстрация бетонной конструкции, армированной базальтовой фиброй
- Поколение 2.0 непрерывного базальтового волокна Сравнение технологий производства БНВ
- Сжимающее поведение композита, армированного базальтовым волокном
- Ассортимент продукции Basfiber, которую предлагает «Каменный век»
- Экструдированный акриловый лист – отличные возможности термоформования [ постоянная мертвая ссылка ]
- Некоторые аспекты технологического процесса непрерывного базальтового волокна ББВ.
- Видеодемонстрация производства непрерывного базальтового волокна на «Каменном Веке»
