Що таке базальтове волокно?
Базальтове волокно - це безперервне волокно, виготовлене з природної базальтової породи як основної сировини.Після плавлення при 1450-1500 ℃ він протягується через втулку з платинородієвого сплаву з високою швидкістю.Колір зазвичай коричневий і має металевий блиск.Він складається з таких оксидів, як діоксид кремнію, оксид алюмінію, оксид кальцію, оксид магнію, оксид заліза та діоксид титану.Базальтове волокно має багато чудових властивостей, таких як висока міцність, електроізоляція, стійкість до корозії, стійкість до високих температур, антистаріння тощо, а також має хорошу сумісність з навколишнім середовищем і не створює вторинного забруднення.Таким чином, це справжній екологічно чистий високоефективний новий екологічно чистий матеріал.
моя країна включила базальтове волокно до чотирьох основних волокон (вуглецеве волокно, арамідне волокно, поліетилен з надвисокою молекулярною масою, базальтове волокно) для ключових розробок.Потреби авіації та інших галузей мають широкі перспективи застосування.
Процес виробництва базальтового волокна
Природна базальтова порода, утворена в результаті виверження вулкана, використовується як сировина, подрібнюється і поміщається в плавильну піч, нагрівається до розплавленого стану 1450~1500 °C і швидко протягується через втулку для волочіння дроту з платино-родієвого сплаву та базальтове волокно. виробляється таким чином.
Коротше кажучи, процес виготовлення базальтового волокна полягає у «втягуванні» твердої вулканічної базальтової породи в шовк за високої температури.
Діаметр базальтового волокна, виготовленого за існуючою технологією, може досягати 6~13 мкм, що менше волосини.
Процес його виробництва показаний на малюнку нижче.
Розплавлена магма
Малювання
Як аморфна неорганічна силікатна речовина базальтове волокно має короткий період виробництва, простий процес, відсутність промислових стічних вод і відпрацьованих газів і високу додану вартість.Його називають «новим зеленим матеріалом» у 21 столітті.
Відмінні характеристики базальтового волокна
Чисті природні безперервні базальтові волокна мають золотистий колір і виглядають як гладкі циліндри з ідеально круглим поперечним перерізом.Базальтове волокно має високу щільність і високу твердість, тому має відмінну зносостійкість і міцність на розрив.Базальтове волокно є аморфною речовиною, і його робоча температура зазвичай становить -269~700°C (температура розм'якшення 960°C).Він стійкий до кислот і лугів, має сильну стійкість до ультрафіолету, низьку гігроскопічність і хорошу стійкість до навколишнього середовища.Крім того, він має такі переваги, як хороша ізоляція, здатність до високотемпературної фільтрації, радіаційна стійкість і хороша хвилепроникність, стійкість до теплового удару, екологічна чистота та відмінне співвідношення структурних характеристик і структурної якості.
Достатня кількість сировини
Базальтове волокно виготовляється шляхом витягування після плавлення базальтової руди, і запаси базальтової руди на Землі та Місяці цілком об'єктивні, а вартість сировини відносно низька.
Екологічно чисті матеріали
Базальтова руда є природним матеріалом, під час виробництва не виділяються оксиди бору чи інших лужних металів, тому в димі та пилу не випадають шкідливі речовини, і це не забруднює атмосферу.Крім того, продукт має тривалий термін служби, тому це новий тип зеленого активного матеріалу для захисту навколишнього середовища з низькою вартістю, високою продуктивністю та ідеальною чистотою.
Висока термо- і водостійкість
Діапазон робочих температур безперервного базальтового волокна зазвичай становить -269~700°C (температура розм'якшення 960°C), тоді як скловолокна становить -60~450°C, а максимальна робоча температура вуглецевого волокна може досягати лише 500°C. °C.Особливо, коли базальтове волокно працює при 600°C, його міцність після розриву все ще може зберігати 80% своєї початкової міцності;коли вона працює при 860°C без усадки, навіть мінеральна вата з чудовою термостійкістю може лише в цей час зберігати міцність після розриву.50%-60%, скловата повністю руйнується.Вуглецеве волокно виробляє CO і CO2 приблизно при 300°C.Базальтові волокна можуть зберігати високу міцність під дією гарячої води при 70 °C, а базальтові волокна можуть втратити частину своєї міцності через 1200 годин.
Хороша хімічна стабільність і стійкість до корозії
Безперервне базальтове волокно містить такі компоненти, як K2O, MgO) і TiO2, і ці компоненти є надзвичайно корисними для покращення стійкості волокна до хімічної корозії та водонепроникності та відіграють дуже важливу роль.У порівнянні з хімічною стабільністю скловолокна воно має більше переваг, особливо в лужних і кислих середовищах.Базальтове волокно також може підтримувати вищу стійкість у насиченому розчині Ca(OH)2 і лужному середовищі, такому як цемент.Корозійні властивості лугу.
Високий модуль пружності та міцності на розрив
Модуль пружності базальтового волокна становить: 9100 кг/мм-11000 кг/мм, що вище, ніж у безлужного скловолокна, азбесту, арамідного волокна, поліпропіленового волокна та силіконового волокна.Міцність на розрив базальтового волокна становить 3800-4800 МПа, що вище, ніж міцність вуглецевого волокна, араміду, волокна PBI, сталевого волокна, борного волокна та глиноземного волокна, і порівнянна зі скловолокном S.Базальтове волокно має щільність 2,65-3,00 г/см3 і високу твердість 5-9 за шкалою Мооса, тому має відмінну зносостійкість і міцність на розрив.Його механічна міцність значно перевищує міцність натуральних волокон і синтетичних волокон, тому він є ідеальним армуючим матеріалом, а його відмінні механічні властивості є одними з чотирьох високоефективних волокон.
Відмінна звукоізоляція
Безперервне базальтове волокно має відмінні звукоізоляційні та звукопоглинальні властивості.З коефіцієнта звукопоглинання волокна на різних частотах можна дізнатися, що його коефіцієнт звукопоглинання значно збільшується зі збільшенням частоти.Наприклад, якщо вибрати звукопоглинальний матеріал із базальтового волокна діаметром 1-3 мкм (щільність 15 кг/м3, товщина 30 мм), то волокно не пошкодиться за умови звукової частоти 100-300 Гц. , 400-900 Гц і 1200-7 000 Гц.Коефіцієнти звукопоглинання матеріалів 0,05~0,15, 0,22~0.75 і 0,85~0,93 відповідно.
Видатні діелектричні властивості
Питомий об'ємний опір безперервного базальтового волокна на порядок вище, ніж у скловолокна Е, і воно має хороші діелектричні властивості.Хоча базальтова руда містить електропровідний оксид з масовою часткою майже 0,2, після спеціальної обробки поверхні спеціальним змочувачем тангенс діелектричних втрат базальтового волокна на 50% нижчий, ніж у скляного волокна, а питомий об’ємний опір волокна також вище, ніж у скловолокна.
Сумісність з природними силікатами
Він має хорошу дисперсію з цементом і бетоном, сильну зв'язуючу силу, постійний коефіцієнт теплового розширення та стиснення, а також хорошу стійкість до погодних умов.
Низька гігроскопічність
Гігроскопічність базальтового волокна менше 0,1%, що нижче, ніж у арамідного волокна, кам'яної вати та азбесту.
Низька теплопровідність
Теплопровідність базальтового волокна становить 0,031 Вт/м·K -0,038 Вт/м·K, що нижче, ніж у арамідного волокна, алюмосилікатного волокна, безлужного скловолокна, кам’яної вати, кремнієвого волокна, вуглецевого волокна та нержавіючої сталі. сталь.
Порівняно з іншими волокнами, базальтове волокно має чудову продуктивність у багатьох аспектах.
| Пункт | Суцільне базальтове волокно | Вуглецеве волокно | Арамідне волокно | Скловолокно |
| Щільність/(г•см-3) | 2,6-2,8 | 1,7-2,2 | 1.49 | 2,5-2,6 |
| Робоча температура/℃ | -260~880 | ≤2000 рік | ≤250 | -60~350 |
| Теплопровідність/(Вт/м•K) | 0,031-0,038 | 5-185 | 0,04-0,13 | 0,034-0,040 |
| Об'ємний опір/(Ω•m) | 1×1012 | 2×10-5 | 3×1013 | 1×1011 |
| Коефіцієнт звукопоглинання /% | 0,9-0,99 | 0,8-0,93 | ||
| Модуль пружності/ГПа | 79.3-93.1 | 230-600 | 70-140 | 72,5-75,5 |
| Міцність на розрив/МПа | 3000-4840 | 3500-6000 | 2900-3400 | 3100-3800 |
| Діаметр моноволокна/мкм | 9-25 | 5-10 | 5-15 | 10-30 |
| Подовження при розриві/% | 1,5-3,2 | 1,3-2,0 | 2,8-3,6 | 2,7-3,0 |
Застосування базальтового волокна
Невидимий
Базальтове волокно має характеристики високої міцності та стійкості до високих і низьких температур, що дуже підходить для вимог до матеріалів поверхні літаків і ракет.У той же час він має характеристики поглинання хвиль і магнітної проникності, які можуть реалізувати радарну невидимість.Тож базальтове вуглецеве волокно може частково замінити вуглецеве волокно для стелс-літаків і ракет.
Куленепробивний
В даний час для виготовлення бронежилетів зазвичай використовують поліетиленові волокна надвисокої молекулярної маси, які мають низьку термостійкість, а їх міцність і модуль знижуються при високотемпературному плавленні куль, що позначається на куленепробивному ефекті.Навпаки, базальтове волокно має сильну стійкість до високих температур, тому цієї проблеми не існує.
Аерокосмічна
Базальтове волокно має низьку теплопровідність і хорошу вогнестійкість.Діапазон робочих температур -269°C~700°C, стійкий як до високих, так і до низьких температур.Для задоволення високих вимог до матеріалів в аерокосмічній галузі більшість російських аерокосмічних матеріалів виготовляється з цього матеріалу.
Застосування в галузі дорожнього будівництва
Базальтове волокно має такі переваги, як висока міцність на розрив, хороші механічні властивості, стійкість до високих температур, захист від УФ-променів, кислотостійкість, стійкість до лугів, стійкість до солі та стійкість до старіння.Порівняно з іншими волокнами, його комплексні характеристики кращі, а також воно відповідає вимогам до матеріалів у галузі дорожнього будівництва.Тому в останні роки в дорожньому будівництві все частіше використовуються вироби з базальтового волокна.
Теплоізоляція, термостійкість, вогнезахисне поле
Базальтове волокно має характеристики стійкості до високих температур і може бути вплетене у вогнетривку тканину, яка використовується в деяких галузях протипожежного захисту.Він також може бути вплетений у високотемпературний фільтр-мішок для високотемпературної фільтрації та видалення пилу.Крім того, з нього також можна зробити повсть, яка використовується в деяких сферах теплоізоляції.
Будівельний сектор
Використовуючи чудову корозійну стійкість базальтового волокна, його можна з’єднати з вініловою або епоксидною смолою за допомогою пултрузії, намотування та інших процесів для створення нового типу будівельного матеріалу.Цей матеріал має високу міцність, відмінну кислотостійкість і стійкість до корозії, і його можна використовувати в цивільному будівництві замість деяких сталевих прутків.Крім того, коефіцієнт розширення базальтового волокна подібний до коефіцієнта розширення бетону, і між ними не буде великої температурної напруги.
Автомобільна сфера
Базальтове волокно має стабільний коефіцієнт тертя і може використовуватися в деяких матеріалах, що підвищують тертя, наприклад гальмівних колодках.Завдяки високому коефіцієнту звукопоглинання його можна використовувати на деяких частинах інтер'єру для досягнення ефекту звукоізоляції та зниження шуму.
Нафтохімічне поле
Корозійна стійкість базальтового волокна дає йому унікальні переваги в нафтохімічній галузі.Найпоширенішими є звивисті труби високого тиску в поєднанні з епоксидною смолою, які мають подвійний ефект збереження тепла та захисту від корозії.
Хоча базальтові волокна все ще мають такі проблеми, як значні коливання мінерального складу, високі виробничі витрати та низька ефективність виробництва, ці проблеми є як проблемами, так і можливостями для розробки та використання базальтових волокон.
Завдяки прориву вітчизняної технології витягування базальтового волокна продуктивність базальтового волокна стала більш стабільною, вартість нижчою, і воно має дуже широку перспективу застосування.
Час публікації: 14 грудня 2022 р