базальтовое волокно для чего используют
Применение волокон из базальта
Благодаря малому весу, сопротивляемости к негативному воздействию кислот, соляных растворов и щелочей, базальтовое волокно становится более пригодным материалом для применения в разных сферах производства. В отличие от дорогого углеродного и не такого прочного стекловолокна, базальтовый аналог невероятно устойчив к истиранию, систематическому механическому воздействию, высоким температурам и ультрафиолету, обладает отличной прочностью и электромагнитной инертностью.
Появление базальтового волокна
Базальт по своей природе является застывшей вулканической магмой, свойства которой изменились под воздействием атмосферы. Превратившись в камень, эта порода стала основой многих орудий труда древнего человека.
Производить из нее волокно в незначительных количествах начали лишь в 20-х годах XX века. Но уже в период обострения Холодной войны между СССР и США ученые вели активные разработки материала, тщательно исследуя его полезные свойства и потенциальные возможности применения в милитаристских целях. Промышленный способ изготовления волокна из базальта применялся уже в начале 80-х. Центр разработок дислоцировался в Киеве.
Со временем от него отказались в пользу более дорогого углеродного волокна и стекловолокна. Причиной тому стало несовершенство технологий обработки базальта. Сегодня же ситуация в корне изменилась.
Основные этапы производства
Данным способом изготавливается и стекловолокно, но в его состав входит сразу несколько компонентов.
Применение в композиционных материалах
Композит состоит из связующего материала (матрицы) и наполнителя. Последний может быть в виде ровингов, шнуров и тканей из непрерывного волокна. Правильно комбинируя данные материалы, можно получить совершенно разные продукты с уникальными свойствами и характеристиками. Базальтовые термопластичные композиты необычайно стойки к образованию трещин и легко перерабатываются при больших температурах. Для связующего в жаростойких базальтокомпозитах, применяющихся в ракетостроительной сфере, используются металл и керамика.
Строительство – одна из основных отраслей, где продукты из базальта получили огромное распространение. Здесь в основе многих сооружений находится необыкновенно прочный бетон, армированный специальной базальтовой фиброй, который хорошо переносит любые температурные перепады и повышенную влажность. Арматура из того же волокна делает строительный объект долговечным.
С помощью базальтовой ваты можно повысить звуко- и термоизоляцию помещения. Целью работы многих ученых есть создание идеальных емкостей для хранения разного рода химических веществ. Ожидается, что ими станут баллоны, сделанные из базальтового волокна.
Первостепенная задача – охрана природы и окружающей среды
Все сферы промышленности (в том числе автомобильная) заинтересованы в повышении своей энергоэффективности. Кроме того, каждое социально ответственное предприятие в первую очередь должно заботиться о состоянии экологии и по возможности минимизировать объемы выбрасываемых в атмосферу парниковых газов. Именно над этим сейчас работают крупные лаборатории в развитых странах. Базальтовое волокно рассматривается ими, как один из самых прогрессивных материалов по ряду причин:
Благодаря небольшому весу, негорючести и стойкости к коррозии, композиты активно применяются в судостроении, производстве экояхт и лодок. Автопром также не стоит в стороне. Он заинтересован в продлении срока эксплуатации автомобилей и сокращении расходов топлива путем снижения веса машин. Для этого разрабатываются новые материалы для современных электромобилей с увеличенным пробегом и отсутствием вредных выбросов в атмосферу. Из базальтового волокна изготавливается термоизоляция к выхлопным трубам. Кроме того, известные мировые производители транспортных средств, такие как Tesla и Infiniti, используют композиты для создания инновационных комплектов для тюнинга престижных и дорогих авто.
Базальтовое сырье повсеместно используется в тех сферах промышленности, где нужно запустить процесс рециклинга с повторным использованием отходов в производственном цикле.
Тонкости нашего дела. Базальт — что это?
Сегодня мы хотим поделиться материалом, опубликованным на сайте basalt.today, рассказывающим о том, что такое базальтовое волокно, откуда появилось, что с ним делать и как его используют в современном мире!
Так как мы — как тюнинг-ателье уже больше 3-х лет используем этот материал в своем производстве, думаю, вам тоже будет интересно почитать обо всем более подробно!
Статья скопирована, поэтому, пользуясь случаем, хотим поблагодарить за данный материал basalt.today/ru/2018/06/16286/
Волокно из базальта: от жерла вулкана до современных композитов
Слава базальтового волокна ещё не так громко звучит в мире, как карбонового или стеклянного, хотя оно обладает целым рядом конкурентных преимуществ.
Базальтовое волокно занимает всё больше ниш в применении благодаря своим свойствам, вытесняя где-то менее прочное стекловолокно, где-то более дорогое углеродное. Высокая устойчивость к истиранию, малый вес, прекрасная механическая прочность, высокая сопротивляемость действию кислот, щелочей и соляных растворов, магнитная и электрическая инертность и ещё множество замечательных качеств наряду с широким распространением сырья для производства делает базальтовое волокно действительно интересным материалом для целого ряда приложений.
Наиболее распространённой породой в составе земной коры является базальт. По своей сути это магма, в расплавленном виде излившаяся из жерл вулканов. Вступив во взаимодействие с атмосферой, она несколько изменяет свои свойства, разливаясь лавовыми потоками, и постепенно остывает. Базальтовые месторождения есть практически во всех странах, их запасы огромны.
Базальтовое волокно. Начало
Базальт как камень использовался человечеством уже давно, но идея производить из него волокно пришла французу Полу Де, который получил патент на своё изобретение в 1923 году в США. Особого ажиотажа изобретение в то время не вызвало, а катализатором для активных разработок в этой сфере стал период Холодной войны в 60-х годах прошлого века. Под грифом секретности США и СССР начали исследовать свойства и возможности применения базальтовых волокон. В первую очередь, конечно, в милитарных приложениях.
Центр разработок СССР базировался в Киеве, где в 80-х годах и был разработан промышленный способ производства базальтового волокна. Тем не менее, несовершенство технологий того времени затормозило исследования практически во всём мире и заставило вернуться к старым проверенным методам использования стекловолокна. Позже на арену выйдет углеродное волокно, весьма дорогостоящее в производстве из-за целого цикла обработок, но с полезными характеристиками для ВПК, что и стало основным толчком для его применения.
Изготовление базальтового волокна происходит в один этап: путём расплавления измельчённого базальта в плавильной печи при температуре 1500 ºС с последующим вытеканием через пластины с воронкообразными отверстиями (фильеры). В зависимости от модификации волокна оно может быть штапельным или непрерывным. Для получения тонких волокон вытекающий из фильер расплав раздувают потоком сжатого воздуха, реже применяют другой метод – разбрызгивают центробежными устройствами. Непрерывное волокно получают, вытягивая застывающий расплав из фильер в нити и наматывая их на катушки. Тонкие волокна осаждаются в виде отдельных супертонких ворсинок, непрерывное волокно — это нить. Стекловолокно изготавливается по аналогичной технологии, но из нескольких компонентов, для базальтового волокна о подготовке сырья и его гомогенизации позаботилась сама природа. Никаких химических добавок – ничего, кроме натурального неметаллического, неорганического сырья.
Базальтовое волокно в композиционных материалах
Высокие показатели устойчивости базальтового волокна к агрессивным средам, высокой температуре и ультрафиолету, негорючесть и электро- магнитная инертность открывает широкие возможности для его использования в различных композиционных материалах. Композит – продукт из нескольких компонентов: матрицы (или связующего) и наполнителя. В качестве наполнителя применяются как собственно волокна (волокнистые композиты) или базальтовая чешуя, так и ровинги, шнуры, ткани, холсты или ленты, полученные из непрерывного волокна (слоистые композиты). Базальтовое волокно в силу своих характеристик может служить наполнителем для широчайшего спектра матриц: металлических, полимерных, деревянных, керамических, бетонов, гипсов и асфальтов.
Варьируя материал связующего и наполнителя, получают продукты с максимально подходящими для конкретного применения свойствами. Базальтокомпозиты на основе термопластов обладают отличными показателями трещиностойкости, ударной вязкости и легко поддаются переработке под действием высоких температур.
Процесс производства композитов с термореактивной матрицей дольше, чем для термопластичных из-за более долгого процесса формования и отвердения матрицы. Поэтому ведущие производители средств передвижения (автомобили, суда, самолёты) сосредоточились на разработке и усовершенствовании термопластов, чтобы в промышленных масштабах получать изделия с параметрами, не уступающие термореактивным композитам.
Для жаростойких базальтокомпозитов в качестве матричного материала используют керамику и металл. Основное применение таких материалов – ракетная и аэрокосмическая отрасли. Над разработкой усовершенствованных волоконно-армированных композитов с алюминиевой матрицей активно работает, например, Калифорнийский государственный политехнический университет в Помоне (США), успешные результаты исследования использования базальтового волокна в качестве наполнителя для керамической композиции публиковал Национальный технологический центр металлов и материалов в Таиланде, а НАСА ещё в 2011 году запатентовало керамобазальтовый композит для ракетных двигателей (патент US 7,968,620 B2).
Наиболее широкое распространение в данный момент базальтовые продукты получили в строительной отрасли. Армированный базальтовой фиброй бетон демонстрирует более высокие параметры трещиностойкости, прочности на изгиб и растяжение. А ведь бетон – это и стены, и перекрытия, и мостовые конструкции, и подземные коммуникации, в том числе арочные. Базальтовое волокно прекрасно переносит как повышенную влажность гидротехнических сооружений, так и цикличные сезонные перепады температуры, действие агрессивных химических сред и солевых растворов.
Арматура и кладочная сетка из базальтового волокна уже успешно применяются на стройках, повышая не только скорость и качество работ, но и долговечность объекта. Дорогоукладчики используют композитные ткани из базальтового волокна, геосетки и георешётки, укрепляя грунты или для связки с последующими слоями дорожной одежды на трассах.
Отлично зарекомендовала себя и минеральная вата из тонких базальтовых волокон — это прекрасная термо- и звукоизоляция, которая нашла применение как в жилищном строительстве, так и в промышленном. Кроме того, из нетканых базальтовых материалов производят высококачественные фильтры для химических и фармакологических лабораторий.
Активно ведутся разработки цистерн и баллонов из непрерывного базальтового волокна, которые обещают стать идеальными ёмкостями для хранения и транспортировки химических жидкостей. Глава компании Infinite Composites Technologies, которая занимается производством криогенных баллонов (для сжиженного топлива при низких температурах), заявил, что потенциальные покупатели проявили огромный интерес к их первым образцам, которые они в настоящее время усовершенствуют.
Волокно из базальта: от жерла вулкана до современных композитов
Источник: NICHЕ
Основные тренды современной промышленности – энергоэффективность и охрана окружающей среды. Последние разработки и исследования ведущих мировых лабораторий направлены на минимизацию выбросов парниковых газов и создание производств замкнутого цикла. Базальтовое волокно рассматривается рядом проектов, как один из наиболее прогрессивных материалов в этом направлении: его производство характеризуется низкими энергозатратами, отходы от изготовления композитов можно использовать для получения других продуктов, а сами базальтокомпозиты легко поддаются рециклингу. Инновационная компания Niche, например, уже несколько лет назад создала полностью утилизируемый сноуборд с базальтовым волокном.
Европейский Союз в настоящее время запустили ряд проектов по широкому внедрению композитов в судостроении: RAMSSES, FIBRESHIP. Судостроители обращают серьёзное внимание в том числе на базальтовые композиты, для этого существует ряд причин. Основные — стойкость базальтового волокна к коррозии, негорючесть, прочность и малый вес.
В 2018 году в рамках ведущего мирового композитного шоу JEC World проект экояхты из базальтового волокна итальянской компании GS4C srl был номинирован на премию JEC Innovation Award в секции «Устойчивость», что является значимой оценкой усилий команды. GS4C («Go Sailing, for a Change») успешно воплощает в жизнь соответствующие мировым трендам устойчивые решения, работая над процессами и материалами для построения композитных лодок с возможностью их переработки в конце жизненного цикла. Компания уже запатентовала технологию получения волоконно-металлического слоистого материала (Fiber Metal Laminate) – композита из тонких слоев алюминия и базальтового волокна, соединенных с помощью вакуумной инфузии.
Мировой автопром также заинтересован в исследовании новых материалов, позволяющих продлить эксплуатацию автомобилей, снизить их вес и, следовательно, расход топлива. Благодаря таким технологиям автомобили на жидком топливе уменьшат выбросы в атмосферу, электромобили увеличат дальность пробега без подзарядки.
Из базальтового волокна изготовляют не только тормозные колодки, термоизоляцию на выхлопные трубы и прочие технические детали. Из базальтового композита тюнинг-ателье LARTE Design создало комплекты ультрасовременного тюнинга для электромобилей Tesla, премиальных внедорожников Infiniti и других престижных авто. В базальтовый корпус одела свой автомобиль команда Roller Team, разработавшая кемпинг-кар Trigano Group Triaca Concept 230.
Базальтовое сырьё и волокно стали применять в аддитивной отрасли, где практически исключены отходы, и это открывает новые горизонты его применения.
Базальтовый утеплитель
Базальтовый утеплитель занимает лидирующие позиции, когда домовладелец составляет список теплоизоляционных материалов для утепления своего дома. Для снижения тепловых потерь и улучшения микроклимата в загородных домах или коттеджах, сегодня принято утеплять ограждающие конструкции, полы, кровли. Чтобы качественно и надежно утеплить дом, можно использовать материалы на основе базальтового супертонкого волокна.
В зависимости от области применения и желаемых технических характеристик, процессы производства каменной ваты немного разнятся. Но основное сырье – это базальтовый щебень. Из его расплава в плавильных печах и изготавливают базальтовый утеплитель.
При выборе утеплителя для дома стоит обратить внимание на минеральную вату. Наиболее популярный вид такого утеплителя – утеплитель на основе базальта. Каменная базальтовая вата производится из расплавленных горных пород (доломит, базальт и другие). Волокно из натурального камня получается более качественным, чем из стекла или доменных шлаков.
Базальтовый утеплитель изготавливают из расплавов горной породы. Этим объясняется длительный срок его службы. Кроме того, базальтовая вата является более надежным и эффективным теплоизоляционным материалом, в отличие от утеплителей из стекловаты или шлаковаты. Если вы видели приготовление сахарной ваты, то можете себе представить процесс превращения базальтовой породы в утеплитель.
Базальтовый утеплитель плюсы и минусы
Изделия на основе базальтовой ваты имеют волокнистую структуру. Многочисленные волокна из камня хаотично переплетены друг с другом, поэтому между ними присутствуют воздушные поры. При отсутствии влаги внутри утеплителя его теплоизоляционные характеристики очень высокие. Это связано с тем, что в толще материала не происходит конвекция воздуха и, следовательно, отсутствует перенос тепла.
В каменной вате отсутствуют химически активные вещества, токсичные компоненты. Хороший базальтовый утеплитель обладает очень высокой устойчивостью к поражению плесенью и грибком.
Базальтовое волокно может выдерживать высокий температурный режим, не горит, не изменяет свои свойства в химически агрессивных средах. Минеральную вату легко монтировать самостоятельно, также она не выделяет токсические вещества и поэтому абсолютно безвредна. Этот утеплитель превосходно подходит для утепления перекрытий, кровли, вентилируемых фасадов, стен, для системы «мокрый фасад».
Особый плюс базальтовой теплоизоляции заключается в ее огнеупорности. Каменное волокно выдерживает длительное воздействие огня, не плавится и не дымит. Жесткие плиты из каменной ваты сохраняют свою форму при высокой температуре, что позволяет замедлить распространение огня по зданию.
Теплоизоляционные плиты из базальтового утеплителя является паропроницаемым. Это важное преимущество минераловатных утеплителей перед пенопластом и пенополиуретаном. Благодаря паропроницаемой структуре минвата выпускает из здания лишнюю влагу, предотвращая тем самым скопление конденсата на строительных конструкциях. Деревянные стены не гниют, а металлические и бетонные конструкции не подвергаются коррозии благодаря отсутствию сырости.
Базальтовый утеплитель минусы
Минус минераловатных изделий заключается в том, что при попадании воды в утеплитель существенно повышается его теплопроводность, из-за чего падают теплоизоляционные показатели. Чтобы не допустить конденсации влаги в каменной вате, производители пропитывают ее гидрофобизаторами, которые предотвращают прилипание капелек воды к нитям.
К недостаткам каменной ваты можно отнести то, что в ней присутствуют связующие смолы, за счет которых волокна удерживаются на своем месте. Благодаря смолам каменная вата сохраняет свою форму, однако при большом количестве таких веществ ухудшается экологичность материала. Связующие компоненты попадают в атмосферу и загрязняют воздух в доме.
Если правильно установить теплоизоляционные материалы из каменной ваты, то эти два недостатка легко устраняются. Утеплитель находится внутри конструкций, закрытый паро- и гидроизоляцией, ветрозащитными мембранами, а также отделочными материалами. Поэтому отрицательное воздействие каменной ваты на окружающую среду практически нулевое.
Более того, производители стремятся использовать современные формальдегидные смолы, в которых отсутствуют вредные компоненты. Хороший базальтовый утеплитель от известного производителя, таких как Технониколь или Батиз совершенно не опасны для здоровья человека.
Сертифицированный базальтовый утеплитель может использоваться в сферах повышенной ответственности. Вредность базальтовой ваты слишком преувеличена и несет лишь опасность для здоровья безответственных монтажников, пренебрегающих элементарными средствами защиты — перчатками и респираторами. Материал пылит только при монтаже конструкции.
Сфера, где применяется базальтовый утеплитель
Сферы применения каменной ваты – теплоизоляция наружных стен, перегородок между помещениями, полов, межэтажных перекрытий, различных строительных конструкций. Такой способ утепления очень прост в реализации и позволяет создать долговечный слой теплоизоляции. Особенно сильное распространение в строительстве, базальтовый утеплитель получил в мероприятиях утепления каркасного дома.
Исходя из технических характеристик, можно сделать вывод, что базальтовый утеплитель может использоваться практически в любых сферах строительства и производства. Особенно его можно рекомендовать для фасадов зданий с высокими требованиями пожарной безопасности. Действительно, разве можно поджечь камень?
В частном домостроении утеплитель может быть применен для защиты труб, утепления фасадов, межэтажных перегородок, стен внутри помещений. Благодаря низкому поглощению воды базальтовая плита рекомендована к использованию в банях и саунах. Необходимо помнить, что базальтовый утеплитель имеет больший вес по сравнению с пенополистиролом или минеральной ватой на основе стекловолокна.
Плотность базальтового утеплителя.
Вне зависимости от производителя, базальтовый утеплитель всегда изготавливается с различным показателем плотности. Начиная с показателя плотности 25 кг/м3 — менее плотную вату делать не целесообразно, так как она рассыпется в руках. Заканчивая высокой плотностью, есть такой базальтовый утеплитель ППЖ-200, он скорее всего самый плотный из существующих вариантов.
Каждая плотность используется в определенном месте утепления каркасного дома:
Как можно догадаться, чем плотнее базальтовый утеплитель, тем выше цена, так как наполнителя в нем больше. Жесткость нужна только для обеспечения устойчивочти материала к нагрузкам. Например на плоских кровлях, по стяжке свободно могут передвигаться люди. Однако сами характеристики теплопроводности не зависят от плотности и даже самый не плотный материал в 25 кг/м3 по цене в три раза дешевле, будет сохранять тепло также эффективно как и 200 кг/м3.
К сожалению, в большинстве случаев критерии выбора базальтовой ваты ограничиваются только ее плотностью, что правильно только в определенной мере. Ключевой параметр по которому следует выбирать базальтовый утеплитель, это коэффициент теплопроводности. Это параметр показывает насколько плохо материал проводит тепло. Получается выбрать лучший базальтовый утеплитель, означает найти продукт с наименьшим числовым значением коэффициента.
Технические характеристики
Самый главный показатель минеральной плиты – это ее плотность. В зависимости от области применения, необходимо выбирать плиты с разной плотностью. Например, если вы возьмете утеплитель недостаточной плотности для перегородок, то со временем он осядет. Также для утепления потолочных перекрытий нет необходимости переплачивать за плиту высокой плотности.
Из-за того, что волокна каменной ваты расположены в случайном порядке, между слоями этих волокон образуются воздушные слои. Этим обусловлена низкая теплопроводность каменной ваты.
Еще одно отличительное свойство данного утеплителя – низкая гидрофобность. Базальтовый утеплитель практически не впитывает воду. Паропроницаемость тоже высокая, утеплитель не накапливает конденсат. Но при установке утеплителя обязательно нужно использовать гидроизоляционные и пароизоляционные пленки. Этим правилом нельзя пренебрегать! Тогда утеплитель, обязательно прослужит долго.
Утеплитель на основе базальта относится к негорючим материалам. Плиты общестроительной линейки выдерживают до +500 С, а плиты специального назначения могут выдерживать до +1000 С.
Отличная звукоизоляция – это еще одно свойство базальтовой плиты. Плита поглощает звук благодаря своей слоистой структуре и хаотичному расположению волокон.
Стоит отметить, что в состав утеплителя на основе базальта не входит известняк. Поэтому данный утеплитель непривлекателен для грызунов, в нем не будет образовываться плесень. Из-за отсутствия извести утеплитель устойчив к агрессивному химическому воздействию.
Монтажные работы
Базальтовый утеплитель, в мероприятиях по организации сохранения тепла в доме, удобнее монтировать, когда у него правильная форма. В магазине лучше базальтовый утеплитель купить в упаковках плит прямоугольной или клиновидной формы.
Подобная геометрия поможет легче состыковывать материал между собой, не создавая проблемных зон, а низкий коэффициент усадки, базальтового утеплителя, поможет избежать возникновения «мостиков холода».
При монтаже базальтовый утеплитель следует в обязательном порядке защитить от негативных воздействий внутренних паров и наружной влаги. Утепление для каркасного дома задача ответственная, не имея монолитных и однородных массивных стен, строение подвержено резким перепадам температуры.
Внутренний теплый воздух, стремящийся покинуть помещение на границе стены встречается с морозным воздухом снаружи. В месте втречи образуется “точка росы”. Выпадает конденсат, и в будущем влага обязательно начнет разрушать базальтовый утеплитель.
Защитить базальтовый утеплитель можно используя пароизоляцию закрыв материал изнутри. Гидроизоляция и пленки ветрозащиты следует уложить снаружи, блокируя воздействия негативных атмосферных явлений.
На качестве пароизоляционных пленок лучше не экономить, и использовать только известные и проверенные марки: Тайвек, Ютафол, пленки Изоспан или Ондутис. Перехлест полос пароизоляционных мембран необходимо осуществлять с таким расчетом, чтобы предотвратить попадание влаги на базальтовый утеплитель.
Вес базальтовый утеплитель имеет не значительный, но все же его стоит учитывать при конструировании стен каркасных перегородок. При установке утеплителя следует использовать дополнительные средства фиксации: дюбели и клей. Как правильно выбрать лучший базальтовый утеплитель, и способы его укладки мы предлагаем узнать из видео обзора:
Период эксплуатации утеплителей из базальтового волокна настолько высок, что в большинстве случаев теплоизоляционный слой может служить так же долго, как и основные конструкции здания. При грамотном монтаже качественный базальтовый утеплитель будет исправно выполнять свои функции, не требуя замены.
Как показывает статистика объемов продаж, базальтовый утеплитель давно стал любимым материалом у населения. Надежный, легко монтируемый, долговечный, не горит и не разрушается при правильной изоляции. Советуем и вам приглядеться к разработкам технологически современных, строительных материалов.