2.2 Область применения базальтового волокна

Материалы на основе базальтовых волокон

Базальтовые непрерывные волокна (БНВ) являются основой для производства множества различных типов материалов и изделий.

Базальтовые волокна хорошо совместимы с другими материалами и волокнами, что позволяет создавать множество комбинированных материалов.

Особого внимания заслуживают комбинированные материалы непрерывных базальтовых волокон с углеродными волокнами, а также армирование базальтовыми волокнами бетонов, асфальтобетонов строительных конструкций. Материалы с БНВ и углеродными волокнами обладают достаточно высокими характеристиками и значительно дешевле материалов из чисто углеродных волокон, что открывает достаточно широкую перспективу их массового применения [28].

Высокая стойкость базальтовых волокон к воздействию высоких температур, кислот и особенно щелочей достаточно известна. Это открывает огромные перспективы применения базальтовых волокон в строительстве в качестве:

• армирующего материала для бетонов и асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, взлетно-посадочных и рулежных полос аэродромов;

• коррозионных и химических стойкмхбазальтопластиковой арматуры, профилей, труб, прочность которых в 2.5 раза превышает прочность легированных сталей;

• негорючих и огнестойких композиционных материалов для атомных и тепловых электростанций, нефтеперерабатывающих и химических заводов, брандмауэров (огнепреграждающих конструкций) высотных зданий и других ответственных промышленных объектов, где недопустимо возникновение и распространение пожаров;

• химическистойких и износостойких покрытий, композиционных материалов;

• фильтров для фильтрации промышленных и бытовых стоков, фильтров для дымовых и пылевых выбросов промышленных предприятий

• материалов для автомобильной промышленности [4].

Первичные материалы из непрерывного базальтового волокна.

Материалы, которые можно производить из непрерывного базальтового волокна, достаточно разнообразны. Основой для их производства являются первичные материалы: ровинг, рубленое волокно и крученая нить.

Первичные материалы БНВ: ровинги, крученые нити, рубленое волокно.

Материалы из непрерывного базальтового волокна

Из первичных материалов производят:

• ровинговые ткани;

• ткани из крученой нити;

• сетки армирующие, сетки строительные, сетки для дорожного строительства;

• из рубленого волокна производят маты для производства композиционных материалов и тонкие маты (базальтовую бумагу) и т.д.

Ткани, ровигновые ткани и ленты для производства композиционных и электроизоляционных материалов, изделий повышенной прочности, электроизоляционных материалов, плат для электронной промышленности.

Бандажные ленты для укрепления зданий, исключения образования и развития трещин зданий, увеличения их сейсмической прочности.

Маты BМС из рубленого волокна для производства композиционных материалов и изделий [22].

Композиционные материалы.

Пультрузионные композиционные материалы на основе ровингов: прутки, арматура, профили, трубы малого диаметра.

Профильные базальтопластиковые изделия: пруток, арматура, трубы.

Композиционные материалы из ровингов, ровинговых тканей, произведенные методом намотки: Трубы больших диаметров, баллоны высокого давления, емкости для перевозки и хранения химических веществ, удобрений, пестицидов.

Композиционные материалы и изделия из матов рубленого БНВ для автомобильной промышленности, судостроения, машиностроения, химической промышленности.

Теплоизоляционные материалы из базальтовых волокон

Теплоизоляционные плиты плотностью 60 – 180 кг/м3 на основе базальтовых тонких волокон и неорганического связующего НС 1.

Области применения плиты с базальтовых волокон - теплоизоляция и противопожарная защита в строительстве и промышленном термическом оборудовании и нагревательных печах, изоляция теплотрасс и паропроводов.

Материалы из базальтового супертонкого волокна.

Базальтовые супертонкие волокна (БСТВ) – это слой штапельных волокон диаметром 1 – 3 микрона перепутанных и скрепленных между собой в виде холста. Это холст базальтовой ваты.

На основе холста БСТВ производятся тепло и звукоизоляционные материалы: маты, прошивные маты, иглопробивные холсты, картон, мягкие и жесткие плиты.

Основные преимущества:

БСТВ производится исключительно из базальтов.

Обладает хорошими теплоизоляционными свойствами.

Материал абсолютно негорючий, обладающий высокой термостойкостью. Температура длительного применения до + 600 ⁰С.Температура разового (краткосрочного) применения до 1000 ⁰С.

Высокая химическая стойкость к воде, к солевым растворам, к кислотным и щелочным средам.

Высокие звукоизоляционные характеристики и стойкость к вибрации.

Материалы из БСТВ производятся без применения связующего или на неорганических связующих.

Материалы из БСТВ не выделяют токсичных веществ при нагреве и под воздействием открытого пламени.

Низкая гигроскопичность - в 8 раз ниже, чем у стекловолокон.

Высокая долговечность эксплуатации даже во влажных средах. «Области применения материалов из БСТВ»

Материалы на основе базальтовых супертонких волокон:

Материалы и покрытия из базальтовой чешуи

Базальтовая чешуя (БЧ) – представляет собой тонкий пластинчатый материал толщиной 2 – 6 микрон и площадью поверхности 0.5 – 4.5 мм². Благодаря своим защитным свойствам она приобрела название по аналогии с рыбьей чешуей.

Базальтовая чешуя – является уникальным материалом для производства защитных износостойких, антикоррозионных и химически стойких покрытий, армированных композиционных материалов, армированных пластмасс, наполнителей для фрикционных материалов (тормозных колодок, дисков сцепления). Износостойкость, химическая стойкость лакокрасочных покрытий, армированных БЧ, возрастает в несколько раз. Прочность армированных БЧ пластмасс возрастает в 2 – 3 раза. БЧ совместно с неорганическими связующими позволяет создавать негорючие термостойкие покрытиями с температурой применения до 700 ⁰С. Покрытия с применением БЧ наносятся методом напыления, что обеспечивает высокую производительность оборудования.

Высокотемпературные волокнистые материалы

Развитие технологий энергосбережения, производство современных огнеупорных материалов и изделий настоятельно требуют применения высокотемпературных композиционных материалов (ВТКМ) нового поколения.

Основой для производства ВТКМ являются высокотемпературные клеи, наполнители, армирующие материалы. ВТКМ создаются и производятся с заданными характеристиками, для конкретных областей применения: клеи для склейки керамики и производства композиционных и теплоизоляционных материалов; футеровочные материалы, материалы для кладки и ремонта печей, футеровки фильерных питателей; материалы для производства горелочных камней газовых горелок, LPG, жидкого топлива; изделия для нагревательных котлов и ряд других материалов и изделий.

Комплекс композиционных материалов серии ВТКМ-1, ВТКМ-2, ВТКМ-3, ВТКМ-4, ВТКМ-5 предназначен для выполнения футеровочных работ при кладке печей, термического оборудования, дымоходов, для выполнения комплексного ремонта изношенной футеровки камерных, туннельных, вращающихся, проходных и других типов печей и оборудования, склейки высокотемпературной керамики (керамики для сифонной разливки стали), для изготовления горелочных камней, в качестве связующего при производстве теплоизоляционных и огнеупорных материалов, а также имеет ряд других областей применения.

При удельной плотности 350 – 1200 kg/m3 ВТКМ сочетают в себе свойства огнеупорных и теплоизоляционных материалов.

Машиностроение

Композиционные материалы, конструкционные материалы, конструкции, работающие в условиях повышенных вибраций, знакопеременных нагрузок, сетки для армирования отрезных дисков, звукоизоляционные материалы, теплоизоляция термического оборудования. Фильтры очистки отходящих газов от пыли и промышленных стоков (амортизационные прокладки прессов, хладоизоляция промышленных и бытовых холодильников, изоляция емкостей с кислородом, азотом и т.п.);

Автомобилестроение

Композиционные материалы, теплозвукоизоляционный материал для производства автомобильных глушителей, панелей, теплоизоляционных прокладок, экранов, пластиков, армирующий материал для производства тормозных колодок и дисков сцепления, конструкционных пластиков, негорючие композиционные материалы, корд для автомобильных покрышек, рубленые волокна для армирования пластмасс, другие материалы. Материалы для изготовления топливных баков, баллонов для LPG и сжатого природного газа. Антикоррозионные, ударно и износостойкие покрытия днищ автомобилей.

Судостроение

Композиционные материалы, стойкие к воздействию морской воды, теплозвукоизоляция судовых установок, оборудования, теплоизоляционные плиты для корпусов кораблей, переборок, конструкционные материалы. Малое судостроение – конструкции корпусов судов, надстроек. Коррозионностойкие, армированные лакокрасочные покрытия корпусов кораблей, судовых надстроек.

Вагоностроение

Композиционные конструкционные материалы и изделия, теплозвукоизоляция вагонов, армирование конструкционных пластиков, негорючие композиционные материалы, электроизоляционные материалы, стойкие лакокрасочные покрытия.

Энергетика

Композиционные материалы, теплоизоляция термического оборудования паровых котлов, турбин, теплотрасс, высоковольтные электроизоляционные материалы, несущая жила для высоковольтных линий электропередач.

Авиационная промышленность и ракетостроение

Теплозвукоизолирующие холсты, обшитые гидроизолирующей тканью для теплозвукоизоляции двигателей и фюзеляжа, конструкционные композиционные и высокотемпературные материалы (несгораемая изоляция двигателей бортовых частей самолетов, звукоизоляция в глушителях промышленных установок, тормозные колодки);

Атомная энергетика

Негорючие теплоизоляционные и конструкционные материалы, противопожарные двери, кабельные проходки и др., материалы для радиоактивной защиты.

Электронная промышленность

Армирующий материал для производства плат, электроизоляционные материалы, конструкционные материалы корпусов электронной аппаратуры.

Химическая промышленность

Производство химически стойких материалов и изделий: труб, емкостей для хранения агрессивных жидкостей, кислот, щелочей, химических удобрений, пестицидов, ядовитых веществ. Химически стойкие защитные покрытия емкостей, трубопроводов, металлоконструкций, железобетонных конструкций. Фильтры очистки от пыли, фильтрации промышленных стоков, высокотемпературные фильтры.

Металлургия

Теплоизоляционные материалы термического оборудования, печей, рекуператоров, трубопроводов, коммуникаций. Фильтры из БНВ для фильтрации расплавов металлов при литье. Фильтры для очистки отходящих газов от пыли на горно-обогатительных и металлургических комбинатах, фильтры очистки сточных вод. Криогенная техника и оборудование – теплоизоляционные материалы при производстве сжиженных газов, жидкого кислорода, азота и др.

Нефтехимическая промышленность

Химически и износостойкие защитные покрытия емкостей, трубопроводов, нефтепроводов. Негорючие покрытия и композиционные материалы. Пожаростойкие композиционные материалы (фильтры для очистки технологического газа, фильтры для очистки сточных вод от нефтепродуктов, технологические трубопроводы);

Производство стройматериалов

Строительные конструкционные и облицовочные пластики; армирующие штукатурные сетки; утепленные панели для сборных домов и конструкций перекрытий, подвесные потолки, противопожарные переборки, брандмауэры, огнестойкие двери, строительные пластики. Базальтопластиковая арматура для строительства мостов, тоннелей, шпал железных дорог, метро, конструкционные материалы (негорючие прочные строительные детали и конструкции взамен деревянных, мягкая и жесткая кровля);

Армирующие материалы

При производстве асфальтобетонных покрытий дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов. Гидроизоляционные материалы (рулонные и листовые), кровельные материалы. Гидротехническое строительство – армирующие материалы для строительства плотин, материалы для ирригации земель. Противопожарные материалы для строительства высотных домов и ответственных промышленных сооружений. Строительство портовых сооружений, морских платформ – армирующие и конструкционные материалы из базальтопластиков. Лакокрасочные стойкие покрытия мостов, тоннелей, ответственных конструкций и сооружений, гидроизоляционные покрытия железобетонных конструкций. Негорючие и термостойкие лакокрасочные покрытия.

Производство керамики, фарфора, стройматериалов

Теплоизоляция печей и оборудования при производстве керамических и фарфоровых изделий (посуда, вазы, сантехнические изделия и др.), печей для производства кирпича, керамической плитки.

Коммунальное хозяйство

Материалы для очистных сооружений, трубы большого диаметра для подачи воды и сточных вод. Фильтры для тонкой очистки воздушных и жидких сред, коммунальных стоков, очистных сооружений, и другие. Бытовая техника – сантехнические композиционные изделия, термоизоляция газовых и электрических шкафов, духовок, электрические печи и др.

Сельское хозяйство

Сетки для укрепления почв, емкости для хранения и транспортировки жидких химических удобрений и пестицидов. Материал для гидропоники при выращивании бактериальных культур, рассады растений и др.

Радиоэлектронная промышленность

Радиоэлектронной промышленности (производство печатных плат, имеющие высокие температурные характеристики и стабильные диэлектрические показатели) [23];

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данного исследования были рассмотрены горная порода базальт, его свойства, состав, а также текстура и применение. Далее рассмотрели исходный материал базальта – базальтовое волокно, затем ознакомились с технологическим процессом получения базальтового волокна.

Основные свойства базальтовых волокон, такие как высокая теплопроводность, огнеупорность, а также устойчивость к гниению при эксплуатации в различных агрессивных средах определяют следующие области применения:

• теплозвукоизоляционных материалов с различными связующими и без них (прошивные маты, холсты, плиты, скорлупы, шнуры и т.д.);

• звукопоглощающих материалов и изделий (акмигран и плиты из него);

• строительных конструкций (сэндвичи, модульные плиты);

• изделий с использованием волокна в качестве заменителя асбеста (ткани, картон, фрикционные материалы и т.п.);

• фильтров промышленных и бытовых для очистки газообразных и жидких сред;

• композиционных материалов с различными пластмассами, смолами и другими компонентами для получения материалов с заданными свойствами;

• искусственных грунтов для гидропонного выращивания рассады и растений.

Преимущества теплозвукоизоляционных материалов из базальтового супертонкого волокна:

• более высокая температура применения. Минераловатные изделия применяются до температуры 400 °С, теплозвукоизоляционные материалы из базальтового супертонкого волокна имеют температуру длительного применения – 750 °С, краткосрочного – до 900 °С;

• не разрушаются при действии теплосмен «нагрев-охлаждение», при повышении температуры и при циклическом действии температуры сохраняют свои характеристики и геометрические формы;

• малая теплопроводность, благодаря чему для достижения одних и тех же характеристик по теплопроводности материалов из базальтового супертонкого волокна требуется в несколько раз меньше, вследствие чего снижаются общие затраты на теплозвукоизоляционные материалы, уменьшается общий габарит изолируемого изделия, снижаются затраты труда на теплоизоляционные работы;

• низкая плотность, благодаря чему эти материалы обладают хорошими теплозвукоизоляционными свойствами;

• высокая термостойкость;

• химическая стойкость;

• негорючесть, пожаробезопасность и взрывобезопасность;

• экологическая чистота, не содержат органических и горючих веществ, имеют формулу природного камня – базальта. В отличие от материалов из базальтового волокна минераловатные изделия содержат 4–5% по массе органических веществ;

• технологичность при монтаже;

• долговечность. Срок службы материалов из базальтового волокна в несколько раз выше, чем изделий из минеральной ваты и достигает 30–40 лет;

• не подверженность грибкам и плесени;

• не боятся ультрафиолета;

• не боятся вибраций, так изделия из минеральной ваты при вибрации разрушаются;

• обладают хорошими звукоизоляционными свойствами.

Наряду с тем, что базальтовые супертонкие волокна являются одними из лучших теплоизоляционных материалов, выдерживающих высокие температуры, они имеют ряд недостатков, ограничивающих широкое применение.

Базальтовое волокно имеет большую себестоимость, только за счет того, что расплав для его получения имеет большой градиент температур, афильерные пластины для производства волокна самые низко производительные из всех пластин применяемых на производстве волокна из высокотемпературного расплава.

Многие базальтовые и керамические волокна выдерживают температуры далеко за 1000°С, но жесткость, не позволяющая уплотнить волокна до полной газонепроницаемости, и хрупкость, приводящая к разламыванию волокон на отдельные короткие элементы в условиях сжимающих нагрузок и вибрации, являются их недостатком для использования в качестве уплотнений.

Библиографический список

1. Практическое руководство по общей геологии // под ред. проф. Н.В Короновского. — М., «Академия», 2007

2. Аблесимов Н.Е., Земцов А.Н. Релаксационные эффекты в неравновесных конденсированных системах. Базальты: от извержения до волокна. Москва, ИТиГ ДВО РАН, 2010. 400 с.

3. Основы производства Базальтовых волокон и изделий Д. Д. Джигирис, М. Ф. Махова. М.: Теплоэнергетик, 2002. — 416 с. ООО "Каменный век"

4. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты Перепелкин К.Е.380 с., 2013 г.

5. Краткий геологический словарь // под ред. проф. Г. И. Немкова. — М., «Недра»,209.

6. Исследование механических свойств непрерывного базальтового волокна применительно к производству композитных материалов Мищенко Л.В. Москва 2010

7. А. Г. Демешкин, А. А. Шваб Отдел механики деформируемого твёрдого тела, Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, г. Новосибирск Вестн. Сам.гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2011, выпуск 3(24), страницы 185–188

8. http://mi.mathnet.ru/vsgtu939 (дата обращения: 03.06.2015)

9. http://mi.mathnet.ru/rus/vsgtu/v124/p185(дата обращения: 03.06.2015)

10. Горяйнов К.Э., Коровникова В.В. Технология производства полимерных и теплоизоляционных изделий. М. «Высшая школа», 1975., с. 296.

11. Овчаренко Е.Г. Производство утеплителей в России. Теплопроект. М. 2014.

12. Сухарев М.Ф. Производство теплоизоляционных материалов и изделий. Учебник для подготовки рабочих на производстве. М., «Высшая школа», 1969. с. 304.

13. Статья из журнала «Инновации Технологии Решения» (г.Новосибирск, март 2013г.)

14. http://ru.wikipedia.org/wiki/Базальт(дата обращения 02.06.2015)

15. http://www.krugosvet.ru/articles/19/1001941/1001941a1.htm(дата обращения: 12.05.2014)

16. http://www.fstn.ru/articles/09.html(дата обращения: 30.05.2015)

17. http://www.slovopedia.com/14/193/1010721.html(дата обращения: 30.05.2015)

18. http://novitsky1.narod.ru/(дата обращения: 30.06.2015)

19. http://www.basaltfibre.com/ (дата обращения: 03.06.2015)

20. http://www.chemport.ru/chemical encyclopedia article 3917.html(дата обращения: 03.06.2015)

21. http://ru.wikipedia.org/wiki/ Углеродноеволокно (дата обращения: 03.06.2015)

22. http://basaltfiber.boom.ru/preference.htm (дата обращения: 03.06.2015)

23. http://www.marketcenter.ru/content/gds-0-810000456.html (дата обращения: 03.06.2015)

24. http://www.rmcgroup.ru/articl-02.html (дата обращения: 03.0.2015)

25. http://www.thermonews.ru/analytics/saving/teploizol.htm (дата обращения: 03.06.2015)

26. http://www.stroyinform.ru/instruments.aspx.html (дата обращения: 03.06.2015)

27. Мальков Л.Б., Генис А.В. и др., Применение волокнистых материалов в дорожном строительстве и для других целей. Обзорная информация. - ; НИИТЭХИМ, 1983 C. 47.

28. Композиционные материалы: Справочник В. В. Васильев, В. Д. Протасов, В. В. Болотин и др.; Под общ. ред. В. В. Васильева, Ю. М. Тарнопольского М.: Машиностроение, 1990. —512 с.

29. Конструкционные и функциональные волокнистые композиционные материалы. Учебное пособие Сидоренко Ю. Н. Томск: Изд-во ТГУ, 2006. — 107 с.

30. Рабинович Ф.Н., Зуева В.Н., Макеева Л.В. Стойкость базальтовых волокон в среде гидратирующих цементов. // Стекло и керамика. 2011.№12 С.12-14.

31. www.newchemistry.ru//(дата обращения: 03.06.2015)

32. http://novitsky1.narod.ru/basalt9.htm(дата обращения: 03.06.2015)

33. Татаринцева О.С., Толкачев Е.Г. Технология переработки горных пород с получением базальтовых супертонких волокон // ВСМ. – Сер.II. – Вып. 6 (442). – 1998. – С. 145-147.

34. Татаринцева О.С., Потапов М.Г., Ворожцов Б.И., Литвинов А.В. Переработка нерудных горных пород в теплоизоляционные строительные и промышленные материалы // Сб. докл. межд. семинара «Нетрадиционные технологии в строительстве», Томск. – 1999. – С. 148-150.

35. Татаринцева О.С. Зимин Д.Е., Ходакова Н.Н. Исследование влияния агрессивных сред на прочностные характеристики волокон в зависимости от их химического состава // Сб. докл. III Всерос. конф. молодых ученых «Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии», Томск, изд-во Института оптики и атмосферы СО РАН. – 2006. – С. 345-348.

36. Ходакова Н.Н., Татаринцева О.С. Оценка возможности применения горных пород в производстве базальтового непрерывного волокна // Сб. докл. VI Всерос. науч.-практ. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья», Белокуриха, 31 мая-2 июня, М.: ЦЭИ «Химмаш». – 2006. – С.162-170.