Что такое базальтовое волокно?
Базальтовое волокно представляет собой непрерывное волокно, изготовленное из природного базальтового камня в качестве основного сырья.После плавления при 1450-1500 ℃ он протягивается через волочильную втулку из платино-родиевого сплава на высокой скорости.Цвет обычно коричневый с металлическим блеском.Он состоит из оксидов, таких как диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид железа и диоксид титана.Базальтовое волокно обладает многими превосходными свойствами, такими как высокая прочность, электрическая изоляция, коррозионная стойкость, устойчивость к высоким температурам, защита от старения и т. д., а также хорошая совместимость с окружающей средой и не вызывает вторичного загрязнения.Таким образом, это настоящий зеленый высокоэффективный новый материал для защиты окружающей среды.
моя страна включила базальтовое волокно в список четырех основных волокон (углеродное волокно, арамидное волокно, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, базальтовое волокно) для ключевых разработок.Нужды авиации и других областей имеют широкие перспективы применения.
Процесс производства базальтового волокна
Натуральная базальтовая порода, образовавшаяся в результате извержения вулкана, используется в качестве сырья, измельчается и помещается в плавильную печь, нагревается до расплавленного состояния 1450~1500°C и быстро протягивается через проволочную втулку из платино-родиевого сплава и базальтовое волокно. производится таким образом.
Короче говоря, процесс изготовления базальтового волокна заключается в «вытягивании» твердой вулканической базальтовой породы в шелк при высокой температуре.
Диаметр базальтового волокна, полученного по существующей технологии, может достигать 6~13 мкм, что тоньше волоса.
Процесс его производства показан на рисунке ниже.
Расплавленная магма
Рисунок
Как аморфное неорганическое силикатное вещество, базальтовое волокно имеет короткий период производства, простой процесс, отсутствие промышленных сточных вод и отработанных газов и высокую добавленную стоимость.Он известен как «зеленый новый материал» 21 века.
Отличные характеристики базальтового волокна
Чистые природные непрерывные базальтовые волокна золотистого цвета и выглядят как гладкие цилиндры с идеально круглым поперечным сечением.Базальтовое волокно имеет высокую плотность и высокую твердость, поэтому обладает отличной износостойкостью и прочностью на растяжение.Базальтовое волокно представляет собой аморфное вещество, и его рабочая температура обычно составляет -269~700°C (температура размягчения 960°C).Он устойчив к кислотам и щелочам, обладает высокой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, низкой гигроскопичностью и хорошей устойчивостью к окружающей среде.Кроме того, он обладает такими преимуществами, как хорошая изоляция, фильтруемость при высоких температурах, радиационная стойкость и хорошая проницаемость для волн, устойчивость к тепловому удару, экологическая чистота и отличное соотношение структурных характеристик и качества конструкции.
Достаточное количество сырья
Базальтовое волокно производится волочением после плавления базальтовой руды, причем запасы базальтовой руды на Земле и Луне вполне объективны, а стоимость сырья сравнительно невысока.
Экологически чистые материалы
Базальтовая руда является природным материалом, в процессе производства не выделяются оксиды бора и других щелочных металлов, поэтому в дыме и пыли не осаждаются вредные вещества, не загрязняется атмосфера.Кроме того, продукт имеет длительный срок службы, поэтому он представляет собой новый тип зеленого активного материала для защиты окружающей среды с низкой стоимостью, высокой производительностью и идеальной чистотой.
Высокая термостойкость и водонепроницаемость
Диапазон рабочих температур непрерывного базальтового волокна обычно составляет -269~700°C (температура размягчения 960°C), а стекловолокна -60~450°C, а максимальная рабочая температура углеродного волокна может достигать только 500°C. °С.Особенно, когда базальтовое волокно работает при 600°C, его прочность после разрушения все еще может сохранять 80% своей первоначальной прочности;когда она работает при 860°C без усадки, даже минеральная вата с отличной термостойкостью может только в это время сохранять прочность после разрушения.50%-60% стекловата полностью разрушается.Углеродное волокно производит CO и CO2 при температуре около 300°C.Базальтовые волокна могут сохранять высокую прочность под действием горячей воды при температуре 70 °С, а базальтовые волокна могут терять часть своей прочности через 1200 ч.
Хорошая химическая стабильность и коррозионная стойкость
Непрерывное базальтовое волокно содержит такие компоненты, как K2O, MgO) и TiO2, и эти компоненты чрезвычайно полезны для улучшения химической коррозионной стойкости и водонепроницаемости волокна и играют очень важную роль.По сравнению с химической стабильностью стекловолокна оно имеет больше преимуществ, особенно в щелочных и кислых средах.Базальтовое волокно также может сохранять более высокую стойкость в насыщенном растворе Ca(OH)2 и щелочных средах, таких как цемент.Щелочные коррозионные свойства.
Высокий модуль упругости и прочность на растяжение
Модуль упругости базальтового волокна составляет: 9100 кг/мм-11000 кг/мм, что выше, чем у бесщелочного стекловолокна, асбеста, арамидного волокна, полипропиленового волокна и силиконового волокна.Предел прочности на разрыв базальтового волокна составляет 3800-4800 МПа, что выше, чем у крупножгутного углеродного волокна, арамидного волокна, волокна ПБИ, стального волокна, борволокна и глиноземного волокна, и сравнимо со стекловолокном S.Базальтовое волокно имеет плотность 2,65-3,00 г/см3 и высокую твердость 5-9 по шкале Мооса, поэтому обладает отличной износостойкостью и прочностью на растяжение.Его механическая прочность намного превышает прочность натуральных и синтетических волокон, поэтому он является идеальным армирующим материалом, а его превосходные механические свойства находятся в первых рядах четырех высокоэффективных волокон.
Отличная звукоизоляция
Непрерывное базальтовое волокно обладает отличными звукоизоляционными и звукопоглощающими свойствами.Из коэффициента звукопоглощения волокна на разных частотах можно узнать, что его коэффициент звукопоглощения значительно увеличивается с увеличением частоты.Например, если выбрать звукопоглощающий материал из базальтового волокна диаметром 1-3 мкм (плотность 15 кг/м3, толщина 30 мм), то волокно не будет повреждаться в условиях звуковой частоты 100-300 Гц. , 400-900 Гц и 1200-7 000 Гц.Коэффициент звукопоглощения материалов составляет 0,05~0,15, 0,22~0.75 и 0,85~0,93 соответственно.
Выдающиеся диэлектрические свойства
Объемное удельное сопротивление непрерывного базальтового волокна на порядок выше, чем у стекловолокна Э, и оно обладает хорошими диэлектрическими свойствами.Хотя базальтовая руда содержит проводящий оксид с массовой долей около 0,2, после специальной обработки поверхности специальным смачивающим агентом тангенс угла диэлектрических потерь базальтового волокна на 50% ниже, чем у стекловолокна, а объемное удельное сопротивление волокна также выше, чем у стекловолокна.
Совместимость с природными силикатами
Обладает хорошей дисперсией с цементом и бетоном, высокой связующей силой, постоянным коэффициентом теплового расширения и сжатия, а также хорошей атмосферостойкостью.
Низкая гигроскопичность
Гигроскопичность базальтового волокна составляет менее 0,1%, что ниже, чем у арамидного волокна, минеральной ваты и асбеста.
Низкая теплопроводность
Теплопроводность базальтового волокна составляет 0,031 Вт/м·К - 0,038 Вт/м·К, что ниже, чем у арамидного волокна, алюмосиликатного волокна, бесщелочного стекловолокна, минеральной ваты, силиконового волокна, углеродного волокна и нержавеющей стали. сталь.
По сравнению с другими волокнами, базальтовое волокно имеет отличные эксплуатационные характеристики во многих аспектах.
| Элемент | Непрерывное базальтовое волокно | Углеродное волокно | Арамидное волокно | Стекловолокно |
| Плотность/(г•см-3) | 2,6-2,8 | 1,7-2,2 | 1,49 | 2,5-2,6 |
| Рабочая температура/℃ | -260~880 | ≤2000 г. | ≤250 | -60~350 |
| Теплопроводность/(Вт/м•К) | 0,031-0,038 | 5-185 | 0,04-0,13 | 0,034-0,040 |
| Объемное сопротивление/(Ом•м) | 1×1012 | 2×10-5 | 3×1013 | 1×1011 |
| Коэффициент звукопоглощения /% | 0,9-0,99 | 0,8-0,93 | ||
| Модуль упругости/ГПа | 79,3-93,1 | 230-600 | 70-140 | 72,5-75,5 |
| Прочность на растяжение/МПа | 3000-4840 | 3500-6000 | 2900-3400 | 3100-3800 |
| Диаметр моноволокна/мкм | 9-25 | 5-10 | 5-15 | 10-30 |
| Относительное удлинение при разрыве/% | 1,5-3,2 | 1,3-2,0 | 2,8-3,6 | 2,7-3,0 |
Применение базальтового волокна
Невидимый
Базальтовое волокно обладает характеристиками высокой прочности и устойчивости к высоким и низким температурам, что очень подходит для требований к поверхностным материалам самолетов и ракет.В то же время он обладает характеристиками поглощения волн и магнитной проницаемости, что позволяет реализовать радиолокационную невидимость.Таким образом, базальтовое углеродное волокно может частично заменить углеродное волокно для самолетов-невидимок и ракет.
Пуленепробиваемый
В настоящее время для бронежилетов обычно используют сверхвысокомолекулярные полиэтиленовые волокна, которые обладают низкой термостойкостью, а их прочность и модуль будут снижаться при высокотемпературном плавлении пуль, что скажется на противопульном эффекте.Напротив, базальтовое волокно обладает сильной устойчивостью к высоким температурам, поэтому этой проблемы не существует.
Аэрокосмическая промышленность
Базальтовое волокно имеет низкую теплопроводность и хорошую огнестойкость.Диапазон рабочих температур составляет от -269°C до 700°C, что обеспечивает устойчивость как к высоким, так и к низким температурам.Для удовлетворения высоких требований, предъявляемых к материалам в аэрокосмической области, большая часть авиакосмических материалов России изготавливается из этого материала.
Применение в области дорожного строительства
Базальтовое волокно обладает такими преимуществами, как высокая прочность на растяжение, хорошие механические свойства, высокая термостойкость, защита от ультрафиолетового излучения, кислотостойкость, щелочестойкость, солестойкость и устойчивость к старению.По сравнению с другими волокнами его комплексные характеристики лучше, а также он соответствует требованиям к материалам в области дорожного строительства.Поэтому в последние годы все больше изделий из базальтового волокна находят применение в дорожном строительстве.
Теплоизоляция, термостойкость, огнезащитное поле
Базальтовое волокно обладает характеристиками устойчивости к высоким температурам и может быть вплетено в огнеупорную ткань, которая используется в некоторых областях противопожарной защиты.Его также можно вплести в высокотемпературный фильтр-мешок для высокотемпературной фильтрации и удаления пыли.Кроме того, из него также можно сделать игольчатый войлок, который используется в некоторых областях теплоизоляции.
Строительный сектор
Используя превосходную коррозионную стойкость базальтового волокна, его можно смешивать с виниловой или эпоксидной смолой посредством пултрузии, намотки и других процессов для создания нового типа строительного материала.Этот материал обладает высокой прочностью, отличной кислотостойкостью и коррозионной стойкостью и может использоваться в гражданском строительстве вместо некоторых стальных стержней.Кроме того, коэффициент расширения базальтового волокна аналогичен коэффициенту расширения бетона, и между ними не будет больших температурных напряжений.
Автомобильная область
Базальтовое волокно имеет стабильный коэффициент трения и может использоваться в некоторых материалах, улучшающих трение, таких как тормозные колодки.Благодаря высокому коэффициенту звукопоглощения его можно использовать на некоторых деталях интерьера для достижения эффекта звукоизоляции и снижения шума.
Нефтехимическое месторождение
Коррозионная стойкость базальтового волокна дает ему уникальные преимущества в области нефтехимии.Обычными являются намоточные трубы высокого давления в сочетании с эпоксидной смолой, которые обладают двойным эффектом сохранения тепла и защиты от коррозии.
Хотя у базальтовых волокон все еще есть проблемы, такие как большие колебания минерального состава, высокие производственные затраты и низкая эффективность производства, эти проблемы являются одновременно проблемами и возможностями для разработки и использования базальтовых волокон.
С прорывом отечественной технологии волочения базальтового волокна характеристики базальтового волокна стали более стабильными, стоимость ниже, и оно имеет очень широкую перспективу применения.
Время публикации: 14 декабря 2022 г.