- •Федеральное агентство по образованию
- •Введение
- •1 Классификация и общая характеристика дисперсных наполнителей
- •2 Карбонат кальция
- •3 Каолин
- •4 Полевой шпат и нефелин
- •5 Диоксид кремния
- •5.1 Пирогенетический (коллоидальный) аморфный диоксид кремния
- •5.2 Осажденный (гидратированный) аморфный диоксид кремния и силикагель
- •5.3 Измельченный кварцит (кварцевая мука)
- •5.4 Стеклообразный диоксид кремния (плавленый кварц)
- •6 Тальк
- •7 Металлические порошки
- •8 Технический углерод
- •9 Графит
- •10 Сферические наполнители (микросферы)
- •10.1 Сплошные микросферы
- •10.2 Полые сферические наполнители
- •10.2.1 Неорганические полые микросферы
- •10.2.2 Свойства органических полых микросфер
- •10.3 Применение полых микросфер
- •11 Слюда
- •12 Волластонит (силикат кальция)
- •13 Асбест
- •14 Древесная мука
- •Основная литература:
- •15 Стеклянные волокна
- •15.1 Исторический очерк
- •15.2 Общие сведения о получении стекол и стеклянных волокон
- •Влияние состава стекла на его свойства.
- •15.3 Характеристика стекловолокон
- •15.4 Поверхностные свойства стеклянных волокон
- •15.5 Текстильные формы стекловолокнистых наполнителей
- •Литература:
- •16 Базальтовые волокна
- •16.1 Общая характеристика базальтовых волокон
- •16.2 Составы и свойства базальтовых волокон
- •16.3 Текстильные формы базальтоволокнистых наполнителей
- •Литература:
- •17 Углеродные волокна
- •17.1 Исторический очерк
- •17.2 Особенности структуры волокнистых форм углерода
- •17.3 Типы и свойства углеродных волокнистых наполнителей
- •Литература:
- •18 Арамидные волокна
- •18.1 Исторический очерк
- •18.2 Особенности структуры арамидных волокон
- •18.3 Свойства арамидных волокнистых наполнителей
- •18.4 Текстильные формы арамидных волокон
- •Литература:
16.1 Общая характеристика базальтовых волокон
Базальты по содержанию кремнезема и глинозема наиболее близки к Е-стеклу, из которого производят лучшие стеклянные нити. Но температурный интервал применения базальтовых волокон составляет от -270°С до +700-900°С, а стеклянных от -60°С до +450°С [1]. В зависимости от температуры и времени нагрева в них существенно изменяется содержание оксида железа. Переход FeO и Fe2О3, происходит при температуре выше 600°С. При нагреве базальтовых волокон до 450-500°С отмечается небольшое снижение массы, обусловленное потерей химически связанной воды, а при дальнейшем нагревании — увеличение массы, вызванное присоединением кислорода воздуха при окислении двухвалентного железа в трехвалентное [1,2]. Гигроскопичность базальтовых волокон менее 1%, стеклянных - до 10-20%. В целом базальтовые волокна превосходят стеклянные по термическим, физическим, электрическим и акустическим характеристикам, а также по химической стойкости (таблица 16.1).
Таблица 16.1 – Сравнительные свойства базальтовых и стеклянных волокон [2].
Наименование волокон |
Диаметр, мкм |
Температурный интервал применения, °С |
Температура спекания, °С |
Коэффициент теплопроводности, Вт/(мК) |
Коэффициент звукопоглощения |
Коэффициент фильтрации |
Водоустойчи вость, % |
Кислотостойкость (2н HCI), % |
Щелочестойкость, % | |
0,5н-NaOH |
2н NaOH | |||||||||
БВ – микротонкие |
<0,6 |
-260-+700 |
1050 |
0,03 |
0,99 |
0,9-1 |
95-95,3 |
29-31,5 |
84-85,3 |
37-42 |
БВ- льтрасупертонкие |
0,6-2 |
-269- +700 |
1050 |
0,033 |
до 0,99 |
0,9-1 |
95-98,5 |
31-40,8 |
85-86,5 |
42-45 |
БВ - тонкие |
5-15 |
-200- +650 |
1050 |
0,035 |
0,95 |
0,9-1 |
98-99,8 |
56-78,2 |
90-97,4 |
79-85 |
БВ - толщенные |
15-25 |
-200-+650 |
1050 |
0,04 |
0,9 |
0,8-1 |
99-99,9 |
79-85 |
97-99 |
84-88 |
СВ |
2-12 |
-60- +450 |
600 |
0,029-0,035 |
0,99 |
0,7-0,9 |
93-98,9 |
50-54 |
82-92,2 |
60-66,7 |
Примечание: БВ – базальтовые волокна; СВ – стеклянные волокна.
Плотность БВ составляет 2,8 г/см3, температура размягчения (Тразм) – 1100 – 1200°С, рабочая температура (Траб) – до 700°С, водопоглощение за 24 часа - 0,02%.
Химическая устойчивость термообработанных волокон типа БВРВ к воде и щелочам практически не изменяется, так как эти волокна и в исходном состоянии имеют высокую химическую устойчивость к указанным средам. Кислотоустойчивость термообработанных волокон БВРВ значительно возрастает при 800°С. После термообработки базальтовых волокон типа БСТВ отмечается резкое повышение щелоче- и кислотоустойчивости (в 2-2,5 раза). Влияние температуры на прочность непрерывных базальтовых волокон и стеклянных волокон алюмоборосиликатного состава приведены в таблице 16.2.
Прочность базальтовых волокон при нагреве до 400С снижается незначительно (менее чем на 20%), тогда как стеклянного волокна – на 50%. Остаточная прочность базальтового и стеклянного волокна после термообработки при 700С одинакова и составляет 20% [2,3].
Прочность базальтового непрерывного волокна практически не изменяется при 100%-ной относительной влажности в течение 64 суток, а прочность волокна алюмоборосиликатного состава уменьшается на 28 % (таблица 16.3).
Таблица 16.2 - Прочность непрерывных волокон при термической обработке [2].
Температура обработки, С |
Прочность волокна, МПа | |||
базальтового |
алюмоборосиликатного стеклянного | |||
р |
% сохран. |
р |
% сохран. | |
20 |
2140 |
100 |
1750 |
100 |
100 |
- |
- |
1750 |
100 |
200 |
2010 |
94,5 |
1610 |
92 |
300 |
1700 |
83,2 |
1140 |
65 |
400 |
1750 |
81,9 |
910 |
52 |
500 |
1000 |
46,8 |
610 |
36 |
600 |
480 |
22,4 |
500 |
29 |
700 |
400 |
18,6 |
350 |
20 |
Базальтовые волокна подвергались трехчасовому воздействию различных кипящих агрессивных сред. Устойчивость волокон оценивалась по потерям в массе и по изменению прочности волокон на разрыв. Химическая устойчивость непрерывных базальтовых и стеклянных волокон приведена в таблице 16.4.
Таблица 16.3 - Прочность волокон при 100%-ой влажности [2].
Время, сут. |
Прочность волокна, % |
Время, сут. |
Прочность волокна, % | ||
БВ |
СВ |
БВ |
СВ | ||
0 |
100 |
100 |
16 |
111 |
80 |
1 |
103 |
92 |
32 |
92 |
74 |
2 |
94 |
90 |
64 |
105 |
72 |
4 |
104 |
88 |
128 |
- |
70 |
8 |
107 |
85 |
|
|
|
Таблица 16.4 - Химическая устойчивость непрерывных волокон [2].
Волокно |
Диаметр волокна, мкм |
Содержание связующего, % |
Н2О |
0,5н NaOH |
2н NaOH |
HCl |
Потеря массы, мг | ||||||
Базальтовое волокно |
13,3 |
1,96 |
34,9 |
63,7 |
524 |
994 |
Стеклянное волокно |
11,3 |
0,5 |
28,0 |
391,4 |
685 |
1753,8 |
Из этих данных следует, что непрерывное базальтовое волокно идентично алюмоборосиликатному волокну. Щелочестойкость в 0,5н и 2н растворах NaOH и особенно кислотостойкость базальтового непрерывного волокна значительно превосходят аналогичные характеристики стеклянного волокна алюмоборосиликатного состава [2-5].
Прочность базальтового волокна после трехчасового кипячения в воде практически не изменяется. Значительное снижение прочности наблюдается только после кипячения в 2н NaOH и 2н НС1 — на 66 и 59 % соответственно (таблица 16.5).
Таблица 16.5 - Влияние химических реагентов на прочность базальтового непрерывного волокна [2].
Реагент |
Диаметр, мкм |
Прочность | |
МПа |
% сохр. | ||
Исходное |
11,4 |
1950 |
100 |
Н2О |
11,7 |
2060 |
105 |
0,5н NaOH |
11,3 |
990 |
51 |
2н Na OH |
13,4 |
660 |
34 |
HCl |
11,4 |
810 |
41 |
Базальтовые непрерывные волокна характеризуются высокой прочностью на разрыв (при диаметре 13,0-20 мкм 1500-2000 МПа) и высоким модулем упругости — 11600 МПа. Прочность базальтовых волокон при нагреве до 400°С снижается незначительно (менее 20 %), тогда как стеклянного алюмоборосиликатного волокна — на 50 % [2].
Важнейшим преимуществом базальтовых волокон является то, что они формуются по упрощенной технологической схеме, исключающей приготовление шихты, которая в производстве стеклянного волокна включает более семи различных компонентов, усложняющих в значительной мере весь процесс получения волокна [2].
Отечественными учеными разработаны материалы, получаемые из расплавов базальтовых горных пород, и технология производства изделий из них. Основными преимуществами этих перспективных материалов являются:
превосходство над широко используемыми другими видами по температуростойкости, теплозвукоизоляционным свойствам, виброустойчивости, долговечности;
экологическая безопасность, негорючесть, взрывобезопасность;
химическая инертность (не выделяет и не образует токсичных веществ в воздушной и химически активных средах);
невысокая стоимость изделий из них по сравнению со стоимостью изделий из стеклянных волокон;
неограниченность сырьевых запасов базальта (от 25 до 38% площади, занимаемой на Земле всеми магматическими породами).
Под этими материалами подразумевают базальтовые волокна (БВ), а также их текстильные формы. Сами же БВ, несмотря на общую научную классификацию, делятся на две большие группы: непрерывные волокна и дискретные (штапельные) волокна, называемые еще базальтовыми супертонкими волокнами (БСТВ) [2].