- •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:
16.3 Текстильные формы базальтоволокнистых наполнителей
Базальтоволокнистые наполнители для получения полимерных материалов используются как в виде волокон, так и в виде текстильных форм: ровингов, тканей, тканых и нетканых сеток, иглопробивного рулонного материала [7]. В мире в год производится порядка 5 млн.т базальтовой ваты для теплоизоляции и до 1 млн.т волокна [5].
Комплексная базальтовая нить (ровинг) – это пучок параллельно уложенных элементарных волокон диаметром 9 ± 1 и 12± 1 мкм, скрепленных замасливателем.
Разработаны технологии изготовления крученой базальтовой нити, производства температуростойких тканей и трикотажа на основе ровинга и крученых нитей, температура применения которых составляет от -200 до +700°С. Отработку технологии получения тканей осуществляли на автоматических ткацких пневморапирных станках АТПР - 100 и ТР - 120 – С. Получены базальтовые ткани полотняного переплетения первичного волокна 9 – 12 мкм). В основе использовали ровинг с линейной плотностью по 50 – 250 текс, в качестве утка – ровинг с линейной плотностью 110 – 570 текс.
Технические характеристики крученой нити и тканей из ровинга и крученой нити приведены в таблицах 16.14, 16.15.
При выработке тканей 2-ого типа в качестве основы и утка использовали крученые комплексные нити и крученый ровинг из БНВ диаметром 9 мкм. Нити имели величину крутки 75 и 100 кр/м. Наработаны опытные партии тканей в количестве 1500 м. Совместно с ГипрНИИавиапроп установлено [2], что базальтовая ткань из крученых нитей после длительного воздействия на нее температур 450 и 5000С имеет остаточную прочность 30 - 63%. При этом, чем меньше диаметр волокна, тем выше остаточная прочность. По сравнению со стеклянной базальтовая ткань обладает длительной термостойкостью до 650°С вместо 400°С. Базальтовые ткани обладают высокой химической стойкостью [2].
Волокна из базальтов создают достаточно прочную и стабильную во времени спутанную структуру даже без дополнительного введения связующего.
Материалы на основе базальтовых волокон обладают высокими конструкционными, теплозвукоизоляционными, диэлектрическими и другими свойствами, позволяющими широко использовать их в различных отраслях промышленности: космической, авиа-, судо-, автомобилестроении, химической, нефтеперерабатывающий и газовой, радиоэлектронной и электротехнической, сельском хозяйстве и транспорте, металлургии и строительстве, в коммунальном хозяйстве мегаполисов и малых городов. Эти материалы успешно конкурируют с металлом, угле- и стеклопластиком, керамикой и другими материалами.
Таблица 16.14 - Физико–механические свойства базальтовых крученых нитей [7].
Структура нити |
Результирующая линейная плотность нити, текс |
Разрывная нагрузка, Н |
Относительная разрывная нагрузка, мН/текс |
Комплексная нить МБ9 - 15 |
15 |
9,1 |
607 |
Крученая нить: МБ9 – 15*1*2 (75) |
30 |
15,1 |
503 |
МБ9 – 15*1*3 (75) |
45 |
23,0 |
511 |
МБ9 – 15*1*4 (75) |
60 |
29,0 |
483 |
МБ9 – 15*1*5 (75) |
75 |
39,0 |
520 |
МБ9 – 15*1*6 (75) |
90 |
46,0 |
511 |
МБ9 – 15*1*7 (75) |
105 |
53,0 |
505 |
Ровинг МБ9 – 45 |
45 |
25,3 |
562 |
Крученый ровинг: МБ9 – 45*1*2 (75) |
90 |
47,5 |
528 |
МБ9 – 45*1*3 (75) |
135 |
70,2 |
520 |
МБ9 – 45*1*4 (75) |
180 |
96,0 |
511 |
МБ9 – 45*1*5 (75) |
225 |
126,3 |
561 |
МБ9 – 45*1*6 (75) |
270 |
145,0 |
537 |
МБ9 – 45*1*7 (75) |
315 |
162,1 |
515 |
Партия крученой нити: МБ9 – 13,5*1*8 (100) |
106,4 |
59,7 |
559 |
МБ12 – 80*1*3 (75) |
240 ± 45 |
- |
230 |
МБ12 – 160*1*2 (75) |
320 ±50 |
- |
300 |
Непрерывные волокна (толщина элементарного волокна – от 7 до 24 мкм):
При толщине 7 – 15 мкм применяется как армирующий наполнитель при производстве композитов (базальтопластиков) и изделий на их основе с полимерными и неорганическими матрицами.
При толщине 15 – 24 мкм используются как армирующий наполнитель композитов с органическим и минеральным связующим (бетон, асфальт, гипс и т. п.).
Как исходный материал применяется для производства тканей различного назначения (для фильтров, огнезащитной одежды, противопожарных кошм и т. п.), рукавов (армирование труб, защита кабелей и т. п.).
Таблица 16.15 - Техническая характеристика базальтовых тканей [7].
Марка ткани |
Линейная плотность основы, текс |
Линейная плотность утка, текс |
Поверхностная плотность ткани, г/м2 |
Толщина ткани, мм |
Плотность ткани, нитей/см |
Разрывная нагрузка полоски ткани размером 25 х 200 мм |
Примененное оборудование | ||
|
|
|
|
|
основа |
уток |
основа |
уток |
|
ТБР –1 ТБР –2 ТБР –3 ТБР –4 ТБР -5 |
50 ± 15 250 ±70 250 ±70 250 ±70 250 ±70 |
110 228 330 460 577 |
170 310 366 45 520 |
0,110 0,230 0,275 0,320 0,380 |
5,9 6,0 6,0 6,0 6,0 |
13,0 6,5 6,5 6,3 6,2 |
20,5 1400 1500 1600 1600 |
1240 1500 1800 2500 более 2500 |
АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100
|
ТБР –6 ТБР –7 ТБР -8 |
300 ±50 600 ±50 1200 ±100 |
300 ±50 600 ±50 1200 ±100 |
400 800 |
0,295 0,4 0,6 |
6,0 6,0 6,0 |
6,0 6,0 6,0 |
1800 3200 6000 |
1800 3400 6200 |
ТР-120-С ТР-120-С ТР-120-С |
ТБК –1 ТБК –2 ТБК –3 ТБК –4 ТБК –5 ТБК -6 |
300 ±30 300 ±30 300 ±30 300 ±30 300 ±30 240 ±45 |
30 90 105 180 315 320 ±50 |
160 185 300 320 400 не более 500 |
0,185 0,220 0,385 0,390 0,595 не более 0,6 |
6,2 6,0 6,0 6,0 6,0 11 ±2 |
6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 9 ± 2 |
1600 1700 1800 1800 1800 не менее 1960 |
150 500 550 950 1950 не менее 1960 |
АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100 |
Базальтовое дискретное волокно (БСТВ) (толщина элементарного волокна 3 – 9 мкм, длина 40 – 60 мм):
100%-ный асбестозаменитель во всех областях его применения.
Применяется
для производства энергоэффективных теплозвукоизоляционных экологически чистых материалов и изделий;
для производства звукопоглощающих материалов и изделий;
как наполнитель объемноармированных базальтовых композиционных материалов и изделий с различными связующими;
широко применяется в судо-, авиа-, автомобилестроении, строительстве, акустике, а также для повышения огнестойкости и пожарной безопасности объектов.
Ровинг является исходным материалом для [7]:
намотки тел вращения (труб диаметром от 5 до 2000 мм при внутреннем давлении от 0 до 400 атм для транспорта нефти и газа, горячей и холодной воды, химически агрессивных жидкостей, сыпучих тел, кабельной канализации, баллонов низкого и высокого давления);
ровингового долгоживущего прерпрега для производства деталей машин, корпусов сложной формы методами литья под давлением, прессования и т. п.
производства тканей различного назначения: конструкционных, фильтровальных, огнезащитных, электротехнических, кровельных т. д.
производства термохимических радиационных тканевых препрегов для получения базальтокомпозитов и широкой номенклатуры изделий на их основе для машиностроения, авиации, судостроения, строительства и др.
Базальтовые ткани благодаря высокой химической стойкости могут быть использованы для высокотемпературной изоляции, применяемой в агрессивных средах. А также для замены стеклотканей и тканей на основе асбеста и в качестве оболочек тепло- и звукоизоляции, фильтрующих изделий, наполнителей для конструкционных пластиков.
Сравнительно недавно появились ультратонкие БВ (обладают повышенной прочностью и модулем упругости), которые пока выпускаются в виде ваты и используются в качестве теплоизоляции.
Сетки тканые и нетканые: армирующая основа полимерных и полимер-органических (полимерцементных) композиций, в том числе для получения тонкостенных плоских изделий (плиты, листы, полосы, бруски), изделий пространственной формы (оболочки, складки, скорлупы), включая трубы многофункционального применения для систем водопровода, канализации, газо- и нефтепродуктов, коммуникационных каналов т. д.
Иглопробивной рулонный материал: звукопоглощающие и теплоизоляционные изделия, фильтрующие изделия для жидких и газовоздушных сред, основа для получения тонкостенных изделий и конструкций, костюмы, фартуки, рукавицы для использования в качестве использования в качестве спецодежды в горячих цехах, для пожарников (подобные изделия не горят, не выделяют токсичных веществ при высоких температурах),акустические элементы для снижения шума в производственных помещениях.
Сфера применений базальтового волокна постоянно расширяется: теплоизоляция для мощных энергетических и криогенных установок, звукоизоляция, волокна малого диаметра с развитой поверхностью используются в качестве фильтров для газов и жидкостей, сорбентов, носителей катализаторов в химических реакторах [2,5,6].
Изделия «гибкие связи» для наружных ограждающих конструкций должны обладать достаточной прочностью и жесткостью для восприятия нагрузок от смещения наружного и внутреннего слоев, иметь низкую теплопроводность, а так как они находятся в условиях повышенной влажности, — высокую коррозионную стойкость. Материалами для них являются композитные соединения, состоящие из минеральных волокон и полимерной матрицы, стойкость которых и определяет коррозионную стойкость композитной арматуры в бетоне [2].
Запасы сырья для производства БВ практически не ограничены, но технологией изготовления непрерывного базальтового волокна владеют только Россия, Украина и Грузия. В последнее время производители, а главное, потребители строительных материалов и конструкций все больший интерес проявляют к композиционным материалам на основе базальтовых волокон: базальтопластиковые гибкие связи [2] представляют собой стержни круглого сечения, изготовленные из базальтового волокна с применением феноло-формальдегидного связующего методом пултрузии. Базальтопластиковые гибкие связи диаметром 7,5 мм используются при производстве трехслойных железобетонных панелей типа «сэндвич».
На основе базальтопластиковой арматуры изготавливаются строительные забивные дюбеля для крепления наружной теплоизоляции в различных фасадных системах [2].