Технология базальтовых волокон и продукция из базальта пользуется большим спросом во всем мире. Это объясняется несколькими индивидуальными факторами:
Что такое Базальтовое волокно? Обзор и Технические характеристики утеплителя и что это такое – Обзор + Видео и укладки
Теплоизоляционные материалы на основе базальтового волокна: технические характеристики, их преимущества и недостатки. Каменная вата часто используется для утепления домов, и не зря — она не пожароопасна, проста в монтаже и относительно недорога. Однако существует и другой вид каменной ваты — базальтовый утеплитель, технические свойства которого отлично подходят для любого вида утепления.
Стоит отметить, что это один из самых экологически чистых материалов.
Базальтовая вата и ее преимущества
Поскольку этот вид утеплителя относится к минеральной вате, он имеет множество популярных названий, одно из которых — базальтовая/каменная вата. Она не только прочнее многих других видов минеральной ваты, но и абсолютно безопасна для здоровья человека и окружающей среды.
Даже по сравнению с ватой, изготовленной из шлаков металлургического производства, базальтовая вата чище, легче режется и устанавливается, а также служит очень долго.
При плавлении базальтовой породы габбро образуются тонкие волокна, которые и составляют основу базальтовой ваты. Хотя она называется стекловолокном, ее делают не из обычного кварца, а из базальта. Этот материал изобрели (точнее, открыли) гавайцы. Во время одного из регулярных извержений вулкана лава выпала вниз, остыла, и аборигены обнаружили в ней удивительно длинные волокна, которые были чрезвычайно прочными. Тогда люди подражали творению природы и сделали базальтовое волокно.
Материал изготавливается путем измельчения и плавления горной породы. В плавильных печах для производства каменной ваты ее плавят при температуре +1550 градусов Цельсия. Затем расплав плавится в специальных барабанах, переворачивается и продувается через струю воздуха. Благодаря этому процессу получаются волокна толщиной не более 7 микрометров и длиной не более 50 мм. Для стабилизации волокон в состав добавляют некоторые связующие вещества. Затем его нагревают до +310 градусов и дважды пропускают через пресс.
Что это такое?
Базальтовое волокно — это термостойкий искусственный неорганический материал. Оно изготавливается из природных минералов, которые расплавляются и затем сплетаются в волокна. Такие базальтовые материалы обычно производятся с различными добавками. Информацию об этом и об основных требованиях к их качеству можно найти в ГОСТ 4640-93.
Такие волокна получают путем плавления базальта (магматической породы) в специальных плавильных печах. Во время обработки базальт свободно проходит через соответствующее устройство из жаропрочного металла или платины.
Печи для плавки базальта могут быть газовыми, электрическими или масляными. После плавления происходит гомогенизация и формируются волокна.
Разновидности и технические характеристики
Базальтовые волокна бывают двух основных видов.
- Штапельное. Для данного вида основным параметром является диаметр отдельных волокон. Так, существуют следующие разновидности волокон: микротонкие имеют диаметр в 0,6 мкм, ультратонкие – от 0,6 до 1 мкм, супертонкие – от 1 до 3 мкм, тонкие – от 9 до 15 мкм, утолщенные – от 15 до 25 мкм (они формируются благодаря вертикальному раздуванию сплава, также для их производства нередко используется центробежный способ), толстые – от 25 до 150 мкм, грубые – от 150 до 500 мкм (они отличаются особой коррозийной стойкостью).
- Непрерывное. Эта разновидность базальтового материала представляет собой непрерывные пряди волокон, которые могут быть либо закручены в нить, либо смотаны в ровинг, также иногда они нарезаются на рубленое волокно. Из такого материала можно производить нетканые и тканые текстильные основы, оно может выступать и в роли фиброволокна. При этом по сравнению с предыдущим вариантом такой вид не может похвастаться высоким уровнем механической прочности, для его повышения в процессе изготовления используются различные дополнительные элементы.
Волокна обладают рядом важных свойств. Они обладают высокой устойчивостью к различным химическим воздействиям, высоким температурам и открытому пламени. Кроме того, эти основы очень устойчивы к повышенной влажности. Материалы являются огнестойкими и негорючими. Они без проблем выдерживают обычные пожары. Материал считается диэлектриком и проницаем для электромагнитного излучения, магнитных полей и радиоактивности.
Эти волокна имеют относительно высокую плотность. Они также обладают отличными тепло- и электроизоляционными свойствами. Материалы являются экологически чистыми и не содержат опасных веществ, которые могут нанести вред здоровью человека. Базальтовые волокна отличаются особой прочностью, они долго служат, не теряя своих основных свойств.
Эти волокна относительно недороги. Они стоят гораздо меньше, чем обычное стекловолокно. Вата, обработанная базальтом, характеризуется относительно низкой теплопроводностью, низким поглощением влаги и отличной паропроницаемостью. Кроме того, она считается очень прочной и обладает низкой биологической и химической активностью. При выборе также следует учитывать некоторые технические характеристики. Его вес напрямую зависит от диаметра волокон.
Важным значением является удельный вес обработанного продукта. На 1 м3 расходуется около 0,6-10 кг материала.
Применение в композиционных материалах
Композитный материал состоит из связующего (матрицы) и наполнителя. Последний может быть в виде нитей, шнуров и непрерывных волокон. Правильное сочетание этих материалов позволяет получать совершенно разные продукты с уникальными свойствами и характеристиками. Термопластичные базальтовые композиты очень трещиностойки и легко обрабатываются при высоких температурах. Металлы и керамика используются в качестве связующих в термостойких базальтовых композитах, применяемых в ракетных исследованиях.
Строительство — одна из важнейших отраслей, где базальтовые изделия нашли широкое применение. Здесь многие конструкции опираются на необычайно прочный бетон, армированный специальными базальтовыми волокнами, которые хорошо выдерживают любые перепады температур и высокую влажность. Армирование этими же волокнами делает строительный объект долговечным.
Базальтовая вата может быть использована для улучшения звуко- и теплоизоляции помещения. Многие ученые стремятся создать идеальные контейнеры для хранения всевозможных химических веществ. Предполагается, что это будут цилиндры, изготовленные из базальтовой ваты.
Первостепенная задача – охрана природы и окружающей среды
Все отрасли промышленности (включая автомобильную) заинтересованы в повышении своей энергоэффективности. Кроме того, любая социально ответственная компания должна в первую очередь защищать окружающую среду и минимизировать количество парниковых газов, выбрасываемых в атмосферу. Именно в таком контексте работают сегодня крупнейшие лаборатории промышленно развитых стран. Они считают базальтовые волокна одним из самых передовых материалов по разным причинам:
- Его изготовление обусловлено крайне низкими энергозатратами.
- Базальтокомпозиты легко перерабатываются для последующего возврата в производственный оборот.
- Отходы от их изготовления используются для создания большого количества полезных продуктов. Утилизация не требует больших финансовых затрат.
Благодаря легкому весу, негорючести и коррозионной стойкости композиты активно используются в судостроении, при строительстве экологических катеров и яхт. Автомобильная промышленность тоже не сидит сложа руки. Она заинтересована в продлении срока службы автомобилей и снижении затрат на топливо за счет уменьшения веса. Для этого разрабатываются новые материалы для современных электромобилей с нулевым уровнем выбросов и большим пробегом. Базальтовые волокна используются для теплоизоляции выхлопных труб. Кроме того, всемирно известные производители автомобилей, такие как Tesla и Infiniti, используют композитные материалы для разработки инновационных комплектов запасных частей для престижных и дорогих автомобилей.
Базальтовое сырье находит широкое применение в отраслях, где необходимо инициировать процесс рециклинга для повторного использования отходов в производственном цикле.
Свойства базальтового волокна
Базальтовые волокна устойчивы к щелочным и кислотным средам. Они могут выдерживать высокие температуры. Кроме того, они обладают высокой устойчивостью к механическим повреждениям. Эти свойства делают изделия из базальтового волокна лидером рынка среди других материалов и изделий из стекловолокна.
Базальтовые волокна обладают рядом преимуществ, основанных на ряде качественных характеристик. Все эти свойства в совокупности дают ему преимущество перед другими аналогичными материалами.
- Повышенная природная устойчивость к воздействию различных микроорганизмов и плесени;
- Стойкость к различным механическим повреждениям;
- Достаточно высокая степень термо- и электроизоляции позволяет широко применять при изготовлении материалов с термостойкими и противопожарными свойствами, а также там, где необходимо применение материалов с высокими огнезащитными свойствами;
- Экономия, обусловленная длительным сроком эксплуатации;
- Высокая степень устойчивости к влиянию агрессивной среды, в том числе к воздействию окружающей среды;
- Экологичность, не содержит вредных веществ;
- Доступная стоимость материала и продукции, изготовленной на его основе.
Широкий спектр применения базальтового волокна
Применение изделий на основе базальта обусловлено, прежде всего, их уникальными свойствами. Этот показатель формирует достаточно широкий спектр для их использования в различных производственных и промышленных отраслях. Наиболее важным параметром, влияющим на сферу применения, является устойчивость к различным видам агрессивных воздействий. Этот параметр позволяет использовать данный материал для производства различных промышленных изделий, таких как различные виды фильтров, технических труб и других изделий для химической и металлургической промышленности, а также для коммунального хозяйства.
Наиболее важной отраслью, в которой повсеместно используются базальтовые изделия, является строительная индустрия. Такие свойства, как повышенная прочность и толщина, открывают широкий спектр применения для различных конструкций и сооружений, находящихся под воздействием агрессивных сред, таких как влага, соленая вода и химические растворы.
Он используется, например, при строительстве корабельных и портовых сооружений, где воздействие морской воды с высоким содержанием соли очень сильно, или для придания дополнительной прочности бетонным конструкциям. При производстве дорожных покрытий добавление базальтовой крошки значительно улучшает качественные показатели бетона.
Продукция на основе базальта — это современный высокотехнологичный материал, широкое применение которого обусловлено его высокими качественными характеристиками. Оптимальное соотношение цены и качества является важным показателем при выборе такого материала для производственных нужд.
Из чего производят непрерывное базальтовое волокно (НБВ)
Использование термина «базальт» в производстве и маркетинге ЖБИ не является строгим, это скорее тривиальный, бытовой термин. Научный термин — базальтовая порода. Почему это так? Базальты — это тип магматических пород, образовавшихся из глубокого раствора глинисто-силикатных солей при высоких температурах. Сам базальт описывается как переваренная (вылитая на поверхность) «кайнотипная» порода с неизмененными минералами.
По времени образования они обычно относятся к третичному и четвертичному периодам, реже — к юрскому и меловому. Палеобазальты, которые сильно эродированы и изменены процессами хлорирования, обычно более древние и могут быть выделены как трансгрессии. Такие палеобазальты характерны для Урала, Карелии и Кавказа. Известны также амфиболиты, образовавшиеся в результате преобразования промежуточных и основных магматических пород. Терминология по этому вопросу подробно изложена в документе 1.
NBV формируется из андезито-базальтовых пород с кислотным фактором Mk = (SiO2+ Al2O3)/(CaO + MgO) = 4 ÷ 6,5. Это первый грубый критерий для выбора конкретного месторождения.
Запасы андезито-базальтовых пород в России и мире 4
Рисунок 1. Потенциальные ресурсы андезито-базальтовых пород на постсоветском пространстве.
Россия. Выявлено около 300 месторождений базальтовых пород. Их перечень опубликован в работах 2, 3. По территории Российской Федерации они распределены крайне неравномерно. В Центральном федеральном округе, например, их нет вообще. Сорок два потенциально пригодны для БНБ, остальные непригодны либо из-за своей кислотности, либо из-за отсутствия информации о химическом составе и минеральных компонентах.
Ближнее зарубежье. В Украине из 56 месторождений базальтоносных пород 18 потенциально пригодны для НББ. Это Подгорнянское месторождение андезитовых базальтов в Закарпатской области и Берестовецкое месторождение базальтов на северной окраине села Берестовец. Берестовецкое месторождение считается образцовым для добычи ПБВ.
В Абхазии имеется одно месторождение габбро-диабаза. В Азербайджане только одно из 4 месторождений потенциально пригодно для ПБВ. В Армении только два из 29 месторождений потенциально пригодны для ПБВ. В Беларуси два месторождения потенциально пригодны для ПБВ. В Грузии из 10 предварительно рекомендованных месторождений только одно — Марнеульское базальтовое месторождение — является подходящим. В Казахстане 19 из 44 месторождений потенциально пригодны для ПБВ. В Кыргызстане 7 из 22 месторождений потенциально пригодны для НРБ. В Молдове имеется одно месторождение габбро. В Таджикистане ни одно из 7 месторождений не может быть предварительно предложено. В Туркменистане только одно из 10 месторождений является предварительно рекомендованным. В Узбекистане 15 из 37 месторождений потенциально пригодны для ПБВ. Однако там действуют только два карьера.
Дальнее зарубежье. В Эфиопии есть породы для ПБВ. Сам базальт происходит от эфиопского basal (bselt, bsalt) — «скала», «железный камень», поскольку в рукописях Плиния Старшего упоминается, что первые базальты в Риме появились в Эфиопии. Месторождения этой породы добываются в Северной Америке, Австралии, Исландии, Гренландии, Тасмании, Бразилии и Японии. Наиболее распространенным источником базальтовых пород из других стран является Индия. Диабаз добывается в Аргентине, Колумбии и Венесуэле (два месторождения).
