A bazaltszálat bazaltkőzetekből állítják elő, megolvasztva, és az olvadékot rostokká alakítva.
A bazaltok magmás eredetű kőzetek, természetes alapanyagok. A szálgyártáshoz szükséges bazalt nyersanyagok elkészítésének fő energiafelhasználása a természetes körülmények között képződött bazalt nyersanyagok dúsítása és kezdeti megolvasztása, amely azonban nem garantálja annak biztonságát és a rákkeltő hatás hiányát.
Folytonos bazaltszálakat, vágott rövid szálakat és szuperfinom szálakat állítanak elő és használnak fel.
A bazaltszálak célja: folytonos szálak - erősítő és kompozit anyagok és termékek, szövetek és nem szőtt anyagok gyártása; vágott rövid szálak - hőszigetelő anyagok, szőnyegek és lemezek gyártása; szuperfinom szálak - kiváló minőségű hő- és hangszigetelő anyagok (vásznak, szőnyegek, tányérok, karton), szűrőanyagok gyártása.
A bazaltszálak előállítása a szálak ("hosszú" bazaltok) [1, 2] előállítására alkalmas bazaltkőzetek kiválasztásán, a bazalt nyersanyagok olvasztásán, valamint az olvadékból szálak előállításán alapul, spunbond feedereken vagy szálakon keresztül. formáló eszközök [3].
A bazalt nyersanyagok felhasználása, amelyek kezdeti olvasztása és előkészítése természetes körülmények között történik, lehetővé teszi a bazaltszálak alacsony energiafogyasztású előállítását.
A folyamatos bazaltszál (BCF) gyártása moduláris és betápláló kemencéken és berendezéseken történik [4]. A bazalt folytonos szálak kihúzása az olvadékból platina-ródium fonófejeken keresztül, tekercsorsós gépekkel történik. A BCF további feldolgozása erősítő, kompozit anyagokká, szövetekké és nem szőtt anyagokká "hideg technológiák" alkalmazásával történik, alacsony energiafogyasztás mellett.
Jelenleg a BCF előállításához ipari technológiákat és berendezéseket fejlesztettek ki, BCF üzemeket és BCF anyagok gyártását hozták létre [4].
A szupervékony szálak előállítása kétlépcsős technológia szerint történik - bazalt olvasztás, primer szálak húzása az olvadékból és az elsődleges szálak szupervékony szálakká fújása a fúvókamrából magas hőmérsékletű forró gázsugárral.
A vágott vékony szálak előállítását bazaltkőzet olvasztásával végzik fürdő- vagy kupola típusú olvasztókemencékben, az olvadékot szálképző eszközökbe - tekercsekbe vagy fúvófejekbe - vezetik.
A BCF gyártási technológia egylépcsős: olvasztás, bazalt homogenizálás és szálhúzás. A bazaltot csak egyszer melegítik, ami lehetővé teszi a kívánt termék - BCF - előállítását. A BCF anyagokká történő további feldolgozása alacsony energiafogyasztású "hideg technológiákkal" történik.
Bazalt folytonos szálak (BCF). A folytonos bazaltszálak 8-11 mikron (mk), 12-14 mikron, 16-20 mikron átmérőjűek, a szálak hossza 25-50 km vagy több.
Tűzött rövid szálak. Az elemi szálak átmérője 6-12 mikron, hossza 5-12 mm.
Bazalt szupervékony rostok (BSTV). Az elemi átmérők 0,5 - 3 mikron, hossza 10 - 50 mm.
A bazaltszálakat magmás bazaltkőzetekből állítják elő. Ez határozza meg a szálak magas vegyszerállóságát a lúgok, savak és a kémiailag aktív közegek hatásaival szemben; a szálak hosszú távú működésének lehetősége a környezet, a nedvesség és a tengervíz hatására; a szálak éghetetlensége és nagy hőállósága.
A húzás során a bazaltolvadékból készült folytonos szálak kellően nagy szilárdsági jellemzőket szereznek. A folytonos bazaltszálak szakítószilárdsága 2800 és 4800 MPa között van.
A bazalt vágott rövid és különösen a szupervékony szálak jó hő- és hangszigetelő tulajdonságokkal rendelkeznek. A bazaltszálak hosszú távú használatának hőmérsékleti tartománya -200 és +600 0 С között van. A savas bazaltkőzetekből származó bazaltszálak magasabb alkalmazási hőmérséklettel rendelkeznek + 750, .... + 800 0 С.
A bazaltszálak tulajdonságainak és jellemzőinek kombinációja lehetővé teszi az anyagok egész sorának előállítását és széleskörű alkalmazását az építőiparban, az útépítésben, az iparban és az energetikában.
A bazaltszálak nagyon ellenállnak a kémiailag aktív közegeknek (savak, lúgok, sóoldatok), a magas hőmérsékletnek és a nyílt lángnak. A bazaltszálak vízzel és tengervízzel szembeni ellenállása 100%, lúggal szemben 96%, savval szemben 94% [5, 6, 7]. A bazaltszálak vegyi ellenálló képessége lehetővé teszi beton és aszfaltbeton megerősítésére, csövek, vegyipari és petrolkémiai ipari konténerek, valamint vízépítési, part menti és tengeri építkezések kompozitok gyártására.
A bazaltszálak hosszú távú használatának hőmérsékleti tartománya -200 0 C és + 600 0 C között van. A bazaltszálak nem éghetőek és tűzállóak, A bazaltszálak higroszkópossága 6-szor alacsonyabb, mint az üvegszálaké. A repülési és hajógyártási iparban csak szupervékony bazaltszálakon alapuló hő- és hangszigetelő anyagokat használnak, mivel nem halmozódnak fel felesleges nedvességet, nem égnek, nem füstölnek tűzben, magas hőmérsékletűek és tűzállóak.
A bazaltszálak dielektrikum, átlátszó az elektromágneses sugárzásra, rádiósugárzásra és mágneses térre, ezek az alapjai az elektromos szigetelőanyagok, valamint a radar- és antennasugárzók gyártásának.
Ezek a jellemzők határozzák meg a bazaltszálak előnyeit az ásványi, üveg-, szén- és vegyi szálakkal összehasonlítva a környezet, a tengervíz és a kémiailag aktív közeg hatásai alatti működés tartóssága tekintetében.
A folytonos bazaltszálak (BCF) kellően magas szilárdsági jellemzőkkel és rugalmassági modulussal rendelkeznek, valamint potenciálisan alacsony előállítási költséggel rendelkeznek (mivel a bazalt kész alapanyag, amelynek elkészítésének fő energiaköltsége természetes körülmények között történik).
A BCF jellemzőit 65-70%-ban a kiindulási bazalt nyersanyagok, ennek megfelelően 35-30%-ban a gyártási technológiák, a technológiai berendezések működése és a felhasznált kenőanyagok (a szálak felületén lévő bevonatok) határozzák meg.
A BNV egy viszonylag új típusú szál, amelynek első ipari gyártását 1985-ben hozták létre az ukrán SSR-ben. A BCF szilárdsági jellemzőinek javítása és gyártási költségeik csökkentése érdekében folyamatban van a rostok előállítására legmegfelelőbb bazaltkőzetek kiválasztása [2], valamint a BCF előállításához szükséges technológiák és berendezések javítása. A mai napig a BCF által gyártott folyamatberendezések négy generációja jött létre [4]. Az elvégzett munka lehetővé tette a CCF bizonyos jellemzőinek és mutatóinak elérését, jelentősen csökkentve a termelési költségeket. A táblázat a BCF jellemzőit mutatja az üvegszállal és a szénszálakkal összehasonlítva.
| BNV | E-üveg | S-üveg | A szénszál | |
| Szakítószilárdság, M Pa | 3000 ~ 4840 | 3100-3800 | 4020 ~ 4650 | 3500-6000 |
| Rugalmassági modulus, G Pa | 79,3-93,0 | 72,5-75,5 | 83~86 | 250-450 |
| Szakadási nyúlás, % | 1,5 - 2,1 | 4.7 | 5.3 | 1,5-2,0 |
| Elsődleges szál átmérője, mikron | 6-21 | 6-21 | 6-21 | 5 -15 |
| (tömeg grammban kóválygóban) | 60-4200 | 40-4200 | 40-4200 | 60-2400 |
| Felhasználási hőmérséklet, °C | -260 +600 | -50 +350 | -50 +300 | -50 +400 |
| *Ipari gyártási költség termelés USD/kg | 0,9 - 1,2 | 1,1 - 1,5 | 2,5 - 3,0 | 15-25 |
| Értékesítési érték, USD/kg | 2,6 - 3,0 | 1,5 - 2,0 | 3.5 | 25-50 |
*A BCF ipari előállításának költségét a bazalt alapanyagok alacsony költsége, valamint a harmadik és negyedik generációs energiatakarékos technológiai berendezések alkalmazása határozza meg.
A BCF szilárdsági jellemzői meghaladják az E-üvegszálét, közel állnak a speciális és szénszálakhoz, ugyanakkor alacsony előállítási költséggel rendelkeznek. Szilárdsági jellemzőit tekintve a BCF köztes helyet foglal el az üvegszál és a szénszál között. A jellemzők teljes skáláját figyelembe véve a BCF számos előnnyel rendelkezik az üveg-, szén- és vegyi szálakhoz képest, valamint jobb a teljesítmény/költség arány.
A magmás eredetű kőzetekből előállított bazaltszálak a mesterséges üveggel, szénnel, ásványi szálakkal szemben az egyedüli szálak, amelyeket magmás eredetű természetes alapanyagokból állítanak elő.
A BCF gyártás elméleti alapjai, a felhalmozott tapasztalatok, a laboratóriumi berendezések, a BCF kísérleti berendezések és a bazalttelepek kutatásának módszerei lehetővé teszik a BCF ipari előállítására való alkalmasságuk mértékének felmérését, valamint az olvadás technológiai paramétereinek és az olvadék jellemzőinek meghatározását. folytonos elsődleges szálak beszerzése és jellemzőik értékelése .
A BCF jellemzői nagy érdeklődésre tartanak számot az erősítő és kompozit anyagok piacán.
Fő előnyei.
• A bazaltszálak megnövelték a természetes ellenállást a környezeti és agresszív közegekkel, a lánggal és a magas hőmérséklettel, valamint a rezgésekkel szemben. A szálak ellenállnak a penésznek és más mikroorganizmusoknak. Ez határozza meg a bazaltszálak és az ezeken alapuló anyagok felhasználásának tartósságát az építőiparban, az autó- és légiközlekedési iparban, a hajógyártásban és az energetikában.
• Jó elektromos és hőszigetelő tulajdonságok, hosszú élettartam. Ez a tulajdonság lehetővé teszi a bazaltszálak használatát hőálló anyagok, valamint tűzgátló és tűzoltó anyagok előállításához.
• Megnövelt vegyszerállóság savas és lúgos környezetben, tengervízben az E-glasshoz képest. A bazaltszálak ezen tulajdonsága széles távlatokat nyit a nedvességnek, sóoldatoknak, vegyi és lúgos közegnek kitett szerkezetekben való alkalmazásukra. Lehetővé teszi a fogyasztók számára, hogy a kémiailag aktív környezet hatására korróziónak kitett fémszerkezeteket és alkatrészeket könnyű, erős és korrózióálló bazaltszálas anyagokra cseréljék. A BNV használható beton megerősítésére, offshore építmények építésénél. Az útfelületeken a felaprított bazaltszál növeli a beton és az aszfaltbeton szilárdságát, megvédi a betont és a vasalást a jegesedésgátló sók és agresszív anyagok behatolásától, növeli a maradék szilárdságot és a fagy-olvadással szembeni ellenállást.
A bazaltszál vegyszerállósága az egyik meghatározó versenyelőny a vegyipari és kohászati szűrők gyártásában, a vegyipar és a közművek tartályai és csövek gyártásában.
• Az anyag ökológiai tisztasága. Teljes megfelelés a REACH programnak. A késztermék nem tartalmaz káros anyagokat, és teljes mértékben megfelel a REACH protokollnak és minden higiéniai szabványnak.
• Nagy tartósság. Az anyagok élettartama 50 év. Az ilyen anyagok használata megtakarítást tesz lehetővé a tartósság miatt, és növeli az ipari létesítmények biztonságát.
• Alacsony ár a speciális üvegszál árához képest [4,5].
A bazaltszálakat széles körben használják hő- és hangszigetelésre, tűzálló anyagokra és tűzvédelmi rendszerekre, szűrőkre, műszaki szövetek és nem szőtt anyagok, erősítő, kompozit anyagok és termékek előállítására. A bazalt vágott rövid szálakat hőszigetelő szőnyegek és lemezek előállítására használják, anyagokat emelt hőmérsékletű gáznemű kibocsátások szűrőihez és kémiailag aktív folyékony közegekhez, valamint mezőgazdasági hidroponikához.
Szupervékony bazaltszálak (BSTV) alkalmazása: kiváló minőségű hő- és hangszigetelő anyagok gyártása - vásznak, szőnyegek, tányérok, kartonok hajóépítéshez és repüléshez; anyagok finomszűrőkhöz; tűzálló és tűzoltó anyagok és rendszerek atomerőművek, olajfinomítók, gázszivattyú állomások, köz- és sokemeletes épületek kritikus létesítményeihez.
A folytonos bazaltszálakat (BCF) anyagok és termékek széles skálájának előállítására használják: erősítőanyagok - aprított szálak beton és aszfaltbeton diszpergált térfogati megerősítésére, kompozit megerősítés, erősítőhálók, épület- és úthálók és erősítőszalagok [7 ], különböző szövésű és sűrűségű műszaki szövetek, nem szőtt anyagok - bazaltpapír, vásznak, vágott szálak és tűlyukasztott vásznak. Kompozit anyagok és termékek - profilok, közepes és nagy átmérőjű csövek, tartályok, tartályok, nagynyomású hengerek, hídtartók és mennyezetek, gépészeti termékek, autóalkatrészek, hajók és repülőgépek. Elektromos szigetelő anyagok és termékek - erőátviteli vezetékek és száloptikai kábelek teherhordó magjai, erősáramú kábelek elektromos szigetelő- és védőköpenyei, távvezetékek tartói, keresztirányú és szigetelői, transzformátor alállomások anyagai és termékei.
A bazaltszálak felhasználási területei: építőipar, földrengésálló, hidraulikus és part menti építés, autó- és gyorsvasútvonalak útépítése, közművek, gépipar, autóipar, repülő- és hajóépítő ipar, energetika, mezőgazdaság.
A német EDAG mérnöki iroda koncepcióautót fejlesztett ki , amelyet a bazaltszál gyártásában használtak. Amint arról beszámoltunk, "az anyagot könnyedség, szilárdság és környezetbarátság jellemzi, ráadásul a gyártás során kevesebbe kerül, mint az alumínium vagy a szénszál" [1]
A vasbeton szerkezetek bazaltszálas megerősítése olcsóbb lesz, mint a szénszálas, az első teszteket a jekatyerinburgi INTER / TEK Fegyveres Erők Kutatóintézete végezte az UralNIAS Intézet alapján.
A bazaltszál alapú anyagok a következő fontos tulajdonságokkal rendelkeznek: porozitás, hőállóság, páraáteresztő képesség és vegyszerállóság.
Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően a bazaltszálat és az arra épülő anyagokat manapság egyre gyakrabban használják olyan célokra, mint:
A Mosmetrostroy SMU 19 bazaltszállal erősített permetezett betont használt alagútburkolatként.
A „Bazaltszál- és kompozitanyag-technológiai fejlesztési co., LTD” („BF&CM TD”) kutató-gyártó cég, amely technológiák fejlesztésével és fejlesztésével, technológiai berendezések gyártásával és folyamatos bazalt ipari gyártásának szervezésével foglalkozik. fibers (BCF) befejezte a fűtőkemencék és a termikus berendezések tervezését és rekonstrukcióját e munka eredményeinek felhasználásával.
Bazaltszál (a lat. fibra - fiber ) - rövid bazaltszál darabok, amelyek kötőanyagkeverékek, például beton diszpergált megerősítésére szolgálnak . A szál átmérője 20-500 mikron. Szálhossz - 1-150 mm. A bazaltszálat kőzetek, például bazalt olvadásából állítják elő 1400 °C feletti hőmérsékleten.
A bazaltszálas diszpergált megerősítés növeli a következő termékmutatókat:
A bazaltszál 3-szorosára növeli a repedésállóságot, a hasítószilárdságot 2-szer, az ütési szilárdságot pedig ötszörösére növeli, ami lehetővé teszi a hatékony felhasználást földrengésálló szerkezetek , robbanásbiztos létesítmények és katonai erődítmények építésében . A bazaltszál tulajdonságai lehetővé teszik, hogy összetett formájú , rádiós transzparens szerkezetek építésére használják fel. Az iparban a bazaltöntvényt bevonatként használják a kopás megelőzésére . A szálak hatásmechanizmusa az ipari padlókban hasonló, a szál megakadályozza a kopásos kopást. A kopásállóság legalább háromszorosára nő, és ennek megfelelően a padló élettartama megháromszorozódik. A padlók nagyon fontos mutatója a lökésterhelés. A bazaltszál lehetővé teszi az ütési terhelés több mint ötszörösére való növelését. Az ipari padlók minőségével szemben támasztott összes követelmény teljesül: nagy ellenállás a különféle típusú terhelésekkel szemben (statikus, ütés, dinamikus, koptató), jó ellenállás a szélsőséges hőmérsékletekkel szemben, nagyon nagy ellenállás a vegyi hatásokkal szemben. A bazaltszálból készült padlók előnyei közé tartozik az alacsony acél- és betonfogyasztás, az öntés rövid ideje és alacsony munkaintenzitása, a repedések megakadályozása már a termékek keményedésének szakaszában, térfogati megerősítés, háromdimenziós szerkezet, a betonpadló vastagságának jelentős csökkenése a szilárdsági jellemzők megőrzése mellett.
A bazaltszálból készült hidraulikus szerkezetek fő előnyei:
A bazaltszál és a fémszál közötti különbség az , hogy először is a bazaltszálnak nincs negatív katódos hatása a termékekben, és nincs kitéve korróziónak sem . Ugyanazon tömeg mellett a fémszál és a bazaltszál térfogata 1:600-ban korrelál, és a bazaltszál felülete 25-ször nagyobb, mint a fémszálé. A fémszál fajsúlya 7,8 t/m³, a bazaltszálé 2,8 t/m³. Ez azt jelenti, hogy tömeg szerint 2,7-szer kevesebb rost szükséges, és a bazaltszál alapú termék könnyebb. A bazaltszál alapú termékek rádión átlátszóak, és nem rendelkeznek transzformátor hatásúak. A fém és a cementmátrix gyenge adhéziója miatt a fémszálak különböző konfigurációkban készülnek a lehorgonyzás fokozására: hullámosak, lapított és hajlított végekkel. A termékekben lévő bazaltszál erősen tapad a cementkőhöz, és nem igényel további változtatásokat a szálak konfigurációjában. A cementkő és a bazaltszál azonos hőtágulási együtthatóval rendelkezik , ellentétben a fémszálakkal. A bazaltszálas diszperziós erősítés növeli a betontömeg plaszticitását és csökkenti a zsugorodási repedések kialakulását, és az acélhálóval ellentétben, amely csak a beton repedése után értékes, a szál megakadályozza a repedések megjelenését a betonban még abban a szakaszban is műanyag állapotban van.
2017. október 18-án SP 297.1325800.2017 „Szálerősítésű beton szerkezetek nem fémszálas. Tervezési szabályok”, amely megszüntette a bazaltszálerősítésű szálerősítésű beton tervezésével kapcsolatos jogi vákuumot. pontja szerint az 1.1. A szabvány minden típusú nemfémes szálra vonatkozik (polimerek, polipropilén, üveg, bazalt és szén). A különböző szálak összehasonlításakor megállapítható, hogy a polimer szálak szilárdságukat tekintve rosszabbak, mint az ásványi szálak, de használatuk javítja az építőanyag-kompozitok jellemzőit.
1. Ablesimov N. E., Zemtsov A. N. Relaxációs hatások nem egyensúlyi kondenzált rendszerekben. Bazaltok: a kitöréstől a rostig. Moszkva, ITiG FEB RAN, 2010. 400 p.
2. Osnos S.P. Osnos M.S. Bazaltkőzetek kutatása és kiválasztása folytonos szálak előállítására. Összetett világ. 2018. 1. szám, p. 56-62.
3. Dzhigiris D.D., Makhova M.F. A bazaltszálak és termékek előállításának alapjai. Monográfia. - M.: Teploenergetik, 2002. -416s.
4. Osnos M. S. Osnos S. P. Bazalt folyamatos szál - tegnap, ma és holnap. Technológiák és berendezések fejlesztése, ipari termelés és marketing. Összetett világ. 2015. 2. szám, p. 24-30.
5. Hullámos anyagok ukrán bazaltokból. Cikkek kivonata. Technika. Kijev. 1971 84 p.
6. Osnos S.P. A bazaltszálak jellemzőiről és alkalmazásaikról. „Összetett világ” №3. 2010.
7. Negmatullaev S.Kh., Osnos S.P., Stepanova V.F. Vasalás bazalt-műanyag jellemzői, gyártása, alkalmazása. Betontechnológiák 3-4. sz. Val vel. 50-57.
8. Osnos M.S., Osnos S.P. Bazaltkőzetek olvadási folyamatainak vizsgálata folytonos szálak előállítása során. "Összetett világ". 2018. 2. szám, p. 70-75.