Ce este fibra de bazalt?
Fibra de bazalt este o fibră continuă din rocă bazaltică naturală ca materie primă principală.După ce se topește la 1450-1500 ℃, este tras printr-o bucșă de tragere din aliaj de platină-rodiu la viteză mare.Culoarea este în general maro și are un luciu metalic.Este compus din oxizi precum dioxid de siliciu, oxid de aluminiu, oxid de calciu, oxid de magneziu, oxid de fier și dioxid de titan.Fibra de bazalt are multe proprietăți excelente, cum ar fi rezistență ridicată, izolație electrică, rezistență la coroziune, rezistență la temperaturi ridicate, anti-îmbătrânire etc. și are o bună compatibilitate cu mediul și nu produce poluare secundară.Prin urmare, este un veritabil material verde de înaltă performanță pentru protecția mediului.
Țara mea a enumerat fibra de bazalt ca una dintre cele patru fibre majore (fibră de carbon, fibre de aramidă, polietilenă cu greutate moleculară ultra-înaltă, fibre de bazalt) pentru dezvoltarea cheie.Nevoile aviației și ale altor domenii au perspective largi de aplicare.
Procesul de producție a fibrei de bazalt
Roca bazaltică naturală formată prin erupția vulcanică este folosită ca materie primă, zdrobită și introdusă în cuptorul de topire, încălzită la o stare topită de 1450~1500°C și trasă rapid printr-o bucșă de trefilare din aliaj de platină-rodiu și fibră de bazalt. este produsă în acest fel.
Pe scurt, procesul de fabricare a fibrei de bazalt este de a „trage” roca vulcanică tare de bazalt în mătase la temperatură ridicată.
Diametrul fibrei de bazalt produs de tehnologia existentă poate ajunge la 6~13μm, ceea ce este mai subțire decât un fir de păr.
Procesul său de producție este prezentat în figura de mai jos.
Magma topită
Desen
Ca substanță silicatică anorganică amorfă, fibra de bazalt are o perioadă scurtă de producție, un proces simplu, fără apă uzată industrială și gaz rezidual și valoare adăugată ridicată.Este cunoscut drept „noul material verde” în secolul 21.
Performanță excelentă a fibrei de bazalt
Fibrele pure naturale de bazalt au culoarea aurie și apar ca cilindri netezi, cu o secțiune transversală perfect circulară.Fibra de bazalt are densitate mare și duritate ridicată, deci are o rezistență excelentă la uzură și rezistență la tracțiune.Fibra de bazalt este o substanță amorfă, iar temperatura sa de serviciu este în general de -269 ~ 700 ° C (punctul de înmuiere este de 960 ° C).Este rezistent la acizi și alcaline, are rezistență puternică la UV, higroscopicitate scăzută și rezistență bună la mediu.În plus, are avantajele unei bune izolații, filtrabilitate la temperatură ridicată, rezistență la radiații și permeabilitate bună a undelor, stabilitate la șoc termic, curățenie a mediului și raport excelent între performanța structurală și calitatea structurală.
Suficiente materii prime
Fibra de bazalt este realizată prin tragere după topirea minereului de bazalt, iar rezervele de minereu de bazalt de pe pământ și pe lună sunt destul de obiective, iar costul materiilor prime este relativ scăzut.
Materiale ecologice
Minereul de bazalt este un material natural, nu se descarcă bor sau alți oxizi de metale alcaline în timpul procesului de producție, astfel încât nu se precipită substanțe nocive în fum și praf și nu va polua atmosfera.Mai mult decât atât, produsul are o durată de viață lungă, deci este un nou tip de material de protecție a mediului activ verde cu cost redus, performanță ridicată și curățenie ideală.
Rezistenta la temperaturi ridicate si la apa
Intervalul de temperatură de funcționare al fibrei de bazalt continuă este, în general, de -269 ~ 700 ° C (punctul de înmuiere este de 960 ° C), în timp ce cel al fibrei de sticlă este de -60 ~ 450 ° C, iar temperatura maximă de funcționare a fibrei de carbon poate ajunge doar la 500 ° C. °C.În special atunci când fibra de bazalt lucrează la 600°C, rezistența sa după fractură poate încă menține 80% din rezistența inițială;atunci când funcționează la 860°C fără contracție, chiar și vata minerală cu rezistență excelentă la temperatură nu poate menține decât în acest moment rezistența după rupere.50%-60%, vata de sticlă este complet distrusă.Fibra de carbon produce CO și CO2 la aproximativ 300°C.Fibrele de bazalt își pot menține rezistența ridicată sub acțiunea apei fierbinți la 70 °C, iar fibrele de bazalt își pot pierde o parte din rezistență după 1200 de ore.
Stabilitate chimică bună și rezistență la coroziune
Fibra de bazalt continuă conține componente precum K2O, MgO) și TiO2, iar aceste componente sunt extrem de benefice pentru îmbunătățirea rezistenței chimice la coroziune și a performanței de impermeabilitate a fibrei și joacă un rol foarte important.În comparație cu stabilitatea chimică a fibrei de sticlă, are mai multe avantaje, în special în mediile alcaline și acide.Fibra de bazalt poate menține o rezistență mai mare în soluție saturată de Ca(OH)2 și medii alcaline, cum ar fi cimentul.Proprietăți de coroziune alcalină.
Modul ridicat de elasticitate și rezistență la tracțiune
Modulul elastic al fibrei de bazalt este: 9100 kg/mm-11000 kg/mm, ceea ce este mai mare decât cel al fibrei de sticlă fără alcali, azbest, aramid, polipropilenă și silicon.Rezistența la tracțiune a fibrei de bazalt este de 3800-4800 MPa, care este mai mare decât cea a fibrei de carbon cu cârlig mare, aramidă, fibre PBI, fibre de oțel, fibre de bor și fibre de alumină și este comparabilă cu fibra de sticlă S.Fibra de bazalt are o densitate de 2,65-3,00 g/cm3 și o duritate mare de 5-9 pe scara Mohs, deci are o rezistență excelentă la uzură și rezistență la tracțiune.Rezistența sa mecanică o depășește cu mult pe cea a fibrelor naturale și a fibrelor sintetice, deci este un material de armare ideal, iar proprietățile sale mecanice excelente sunt în fruntea celor patru fibre de înaltă performanță.
Izolație fonică excelentă
Fibra de bazalt continuă are proprietăți excelente de izolare fonică și de absorbție a sunetului.Din coeficientul de absorbție a sunetului fibrei la diferite frecvențe se poate ști că coeficientul său de absorbție a sunetului crește semnificativ pe măsură ce frecvența crește.De exemplu, dacă este selectat materialul fonoabsorbant din fibră de bazalt cu diametrul de 1-3μm (densitate 15 kg/m3, grosime 30 mm), fibra nu va fi deteriorată în condițiile frecvenței audio de 100-300 Hz. , 400-900 Hz și 1200-7 000 Hz.Coeficienții de absorbție acustică ai materialelor sunt 0. 05~0.15, 0. 22~0.75 și, respectiv, 0,85~0,93.
Proprietăți dielectrice remarcabile
Rezistivitatea de volum a fibrei de bazalt continue este cu un ordin de mărime mai mare decât cea a fibrei de sticlă E și are proprietăți dielectrice bune.Deși minereul de bazalt conține un oxid conductor cu o fracțiune de masă de aproape 0,2, după un tratament special de suprafață cu un agent special de umectare, tangenta de pierdere dielectrică a fibrei de bazalt este cu 50% mai mică decât cea a fibrei de sticlă și rezistivitatea în volum a fibrei. este, de asemenea, mai mare decât cea a fibrei de sticlă.
Compatibilitate cu silicații naturali
Are o bună dispersie cu ciment și beton, forță de legare puternică, coeficient de dilatare termică și contracție consistentă și rezistență bună la intemperii.
Higroscopicitate scăzută
Higroscopicitatea fibrei de bazalt este mai mică de 0,1%, ceea ce este mai mică decât cea a fibrei de aramid, lână de rocă și azbest.
Conductivitate termică scăzută
Conductivitatea termică a fibrei de bazalt este de 0,031 W/m·K -0,038 W/m·K, care este mai mică decât cea a fibrei de aramidă, a fibrei de silicat de aluminiu, a fibrei de sticlă fără alcali, a lânii de stâncă, a fibrei de siliciu, a fibrei de carbon și a inoxidabilului. oţel.
În comparație cu alte fibre, fibra de bazalt are performanțe excelente în multe aspecte.
| Articol | Fibră de bazalt continuă | Fibra de carbon | Fibră de aramidă | Fibră de sticlă |
| Densitate/(g•cm-3) | 2,6-2,8 | 1,7-2,2 | 1.49 | 2,5-2,6 |
| Temperatura de funcționare/℃ | -260~880 | ≤2000 | ≤250 | -60~350 |
| Conductivitate termică/(W/m•K) | 0,031-0,038 | 5-185 | 0,04-0,13 | 0,034-0,040 |
| Rezistență de volum/(Ω•m) | 1×1012 | 2×10-5 | 3×1013 | 1×1011 |
| Coeficient de absorbție a sunetului /% | 0,9-0,99 | 0,8-0,93 | ||
| Modulul elastic/GPa | 79,3-93,1 | 230-600 | 70-140 | 72,5-75,5 |
| Rezistența la tracțiune/MPa | 3000-4840 | 3500-6000 | 2900-3400 | 3100-3800 |
| Diametrul monofilamentului/um | 9-25 | 5-10 | 5-15 | 10-30 |
| Alungire la rupere/% | 1,5-3,2 | 1,3-2,0 | 2,8-3,6 | 2,7-3,0 |
Aplicarea fibrei de bazalt
Invizibil
Fibra de bazalt are caracteristicile de rezistență ridicată și rezistență la temperaturi ridicate și scăzute, ceea ce este foarte potrivit pentru cerințele de material de suprafață ale aeronavelor și rachetelor.În același timp, are caracteristicile de absorbție a undelor și permeabilitate magnetică, care pot realiza invizibilitatea radarului.Deci, fibra de carbon de bazalt poate înlocui parțial fibra de carbon pentru avioanele și rachete stealth.
Anti-glont
În prezent, fibrele de polietilenă cu greutate moleculară ultra-înaltă sunt de obicei folosite pentru vestele antiglonț, care au rezistență scăzută la căldură, iar rezistența și modulul lor vor scădea sub topirea gloanțelor la temperatură ridicată, ceea ce va afecta efectul antiglonț.În schimb, fibra de bazalt are o rezistență puternică la temperaturi ridicate, așa că această problemă nu există.
Aerospațial
Fibra de bazalt are o conductivitate termică scăzută și o rezistență bună la flacără.Intervalul de temperatură de lucru este de -269°C~700°C, care este rezistent atât la temperaturi ridicate, cât și la temperaturi scăzute.Pentru a satisface cerințele exigente pentru materiale din domeniul aerospațial, majoritatea materialelor aerospațiale ale Rusiei sunt realizate din acest material.
Aplicații în domeniul ingineriei drumurilor
Fibra de bazalt are avantajele unei rezistențe ridicate la tracțiune, proprietăți mecanice bune, rezistență la temperaturi ridicate, protecție UV, rezistență la acizi, rezistență la alcali, rezistență la sare și rezistență la îmbătrânire.În comparație cu alte fibre, performanța sa cuprinzătoare este mai bună și, de asemenea, îndeplinește cerințele pentru materiale din domeniul ingineriei drumurilor.Prin urmare, din ce în ce mai multe produse din fibre de bazalt au fost folosite în ingineria drumurilor în ultimii ani.
Izolație termică, rezistență la temperatură, câmp de protecție împotriva incendiilor
Fibra de bazalt are caracteristicile rezistenței la temperaturi ridicate și poate fi țesătă într-o pânză ignifugă, care este utilizată în unele domenii de protecție împotriva incendiilor.De asemenea, poate fi țesut într-un sac de filtru la temperatură înaltă pentru filtrarea la temperatură înaltă și îndepărtarea prafului.În plus, se poate transforma și în pâslă ac, care este folosită în unele domenii de izolare termică.
Sectorul constructiilor
Folosind rezistența excelentă la coroziune a fibrei de bazalt, aceasta poate fi combinată cu rășină de vinil sau epoxid prin pultruziune, înfășurare și alte procese pentru a face un nou tip de material de construcție.Acest material are rezistență ridicată, rezistență excelentă la acid și rezistență la coroziune și poate fi folosit în inginerie civilă în locul unor bare de oțel.Mai mult, coeficientul de expansiune al fibrei de bazalt este similar cu cel al betonului și nu va exista un stres mare de temperatură între cele două.
Domeniul auto
Fibra de bazalt are un coeficient de frecare stabil și poate fi utilizată în unele materiale de îmbunătățire a frecării, cum ar fi plăcuțele de frână.Datorită coeficientului ridicat de absorbție a sunetului, poate fi utilizat pe unele părți interioare pentru a obține efectul de izolare fonică și de reducere a zgomotului.
Domeniul petrochimic
Rezistența la coroziune a fibrei de bazalt îi conferă avantaje unice în domeniul petrochimic.Cele obișnuite sunt conductele de înfășurare de înaltă presiune combinate cu rășină epoxidică, care au efecte duble de conservare a căldurii și anticoroziune.
Deși fibrele de bazalt au încă probleme precum fluctuații mari ale compoziției minerale, costuri mari de producție și eficiență scăzută a producției, aceste probleme sunt atât provocări, cât și oportunități pentru dezvoltarea și utilizarea fibrelor de bazalt.
Odată cu progresul tehnologiei interne de extragere a fibrei de bazalt, performanța fibrei de bazalt este mai stabilă, costul este mai mic și are o perspectivă de aplicare foarte largă.
Ora postării: 14-12-2022