Применение базальтового волокна в строительстве

Щелочестойкие замасливатели КВ-13, КВ-42 и КВ-41 для волокна Basfiber были разработаны специально для строительных применений. Данные виды замасливателей обеспечивают прекрасную щелочестойкость и хорошую совместимость с бетонами и различными смолами, применяемыми для производства арматуры и других композитных изделий, использующихся в строительстве.

Помимо высокой щелочестойкости, данные виды продуктов имеют намного более высокие механические свойства, чем Е-стекло, и намного более выгодную цену, по сравнению с другими щелочестойкими волокнами.

Все вышеперечисленные преимущества делают эти продукты прекрасной и доступной альтернативой всем щелочестойким волокнам, которые обычно используются на строительном рынке.

Применения

Каменный век предлагает широкий ассортимент продуктов для строительства зданий и дорог:

• Мокрое или сухое рубленое волокно для технологии премикс
• Специальный ровинг для технологий Spray-Up
• Высокопрочный ровинг для производства арматуры и пултрузионных профилей
• Базальтовые маты и ткани для армирования бетона и термоизоляции зданий
• Сетки для армирования зданий и дорог
• Штукатурные сетки

Преимущества базальтового волокна Basfiber

На сегодняшний день композитные материалы успешно заменяют сталь на строительном рынке. Среди армирующих волокон, волокно Basfiber – лучший выбор для данного применения ввиду его уникальных свойств.

В сравнении со сталью:

• Отличная комбинация высокой прочности и низкого веса: Базальтовое волокно в 3 раза легче стали и имеет до 2,5 раз выше прочность на растяжение.
• Химическая и коррозийная стойкость: Базальтовое волокно не ржавеет и имеет стойкость к воздействию ионов соли, химикатов и щелочи в бетоне.
• Низкая теплопроводность: базальтовое волокно имеет намного более низкий коэффициент теплопроводности, по сравнению со сталью. Это преимущество помогает уменьшить теплопередачу от внутренней части здания к фасаду и повысить эффективность использования энергии.
• Нулевая электрическая и магнитная проводимость

В сравнении c Е-стеклом:

• Прочность на растяжение и модуль: Базальтовое волокно Basfiber имеет на 25% выше прочность на растяжение и на 15% выше Модуль Юнга.
• Химическая стойкость: базальтовое волокно имеет лучшую химическую стойкость, чем Е-стекло.
• Тепло- и огнестойкость: Температура плавления базальтового волокна на 150 градусов выше, чем у Е-стекла.

Базальтовое волокно для производства арматуры

Армированный бетон это традиционный материал для строительства. Стальная арматура является наиболее распространенным армированием в этом применении, но базальтовое волокно все больше используется для этой цели. Арматура из базальтового волокна значительно улучшает долговечность инженерных конструкций, особенно в коррозийной среде.

Технология:

Базальтовая арматура производится из высококачественного базальтового волокна с помощью комбинации пултрузии и процесса намотки с использованием полиэфирной, винилэфирной или эпоксидной смолы.

Пултрузионные несущие профили для мостов и зданий

Пултрузионные несущие профили широко используются для строительства мостов и зданий.

Каменный Век производит высокопрочный ровинг, разработанный специально для пултрузии. Этот продукт имеет высокий текс, низкую разнодлинность и щелочестойкий замасливатель.

Армирование фасадов для жилых домов и инфрастуктуры

Использование однонаправленной, биаксиальной и триаксиальной базальтовых тканей для фасадного армирования это выгодный и надежный способ укрепления старых зданий и мостов, а также обеспечения защиты от землетрясений в строительной индустрии.

Армирующая сетка

Базальтовые армирующие сетки предназначены для армирования дорог и автомагистралей с целью продления срока службы асфальта. Это достигается за счет уменьшения эффекта трещинообразования в асфальтобетонном дорожном покрытии, вызванного интенсивностью движения, твердением бетона со временем, циклическим изменением температуры.

 Срок службы асфальта между ремонтами может быть существенно продлен. Армирование базальтовой сеткой делает возможным уменьшение толщины асфальто-бетонного покрытия на 20%. Типичные температуры дорожного покрытия не будут вызывать каких-либо потерь прочности или деформацию у базальтовой сетки, как это происходит при использовании синтетического материала. 

Basfiber® значительно превосходит синтетические материалы своей способностью противостоять низким температурам, что чрезвычайно важно для дорог и автомагистралей в северных регионах.

Цемент или бетон, армированный рубленным базальтовым волокном

Использование рубленого волокна в этом применении — эффективный способ повысить химическую стойкость, ударную стойкость и стойкость к образованию трещин в цементных панелях или бетоне.

Волокно Basfiber® для цемента производится со специальным замасливателем, чтобы обеспечить хорошую совместимость с различными типами бетонов, высокую щелочестойкость и легкое перемешивание.

Бетон, армированный базальтовым волокном, может увеличить срок службы мостов, автомагистралей, жилых зданий, морских сооружений, туннелей и т.д.

Технологии:

— технология распыления (спрей –ап) и торкретирование

— заранее приготовленная смесь (премикс)

Базальтовое волокно — все о материале, состав, особенности, применение базальтового волокна

Базальтовое волокно представляет собой искусственный материал, получаемый из горной базальтовой породы. Путем последующего преобразования получается материал, с характерными свойствами. Этот материал, как и продукция, изготовленная на его основе широко применяются в различных направлениях и получают все большую популярность.

Содержание

Технологические особенности производства

Технология производства имеет существенное отличие от процесса получения аналогичного стеклянного волокна. Это обусловлено тем, что базальт представляет собой сырье в готовом виде, с изначально заданной от природы структурой и составом, значительно отличающимися от стекла.

Получение базальтового волокна основано на плавлении базальта в специальных печах с очень высокой температурой 1400-1600 градусов. Процесс нагревания базальта происходит один раз. Далее, все последующие этапы производства и переработки базальтового волокна, вплоть до получения изделия и материалов, происходят при обычных температурах – применяются «холодные технологии». 

Особенности технологии по получению базальтового волокна и изделий, изготовленных на основе базальта, являются широко востребованными в мире. Это обусловлено рядом отличительных факторов:

• Используется готовое натуральное сырье;
• Готовый материал обладает высокими качественными характеристиками;
• На производство требуются минимальные энергозатраты;
• Применяемые технологии обладают высокой степенью экономической эффективности;
• Чистота и безопасность с экологической точки зрения.

Основные этапы получения базальтового волокна

Технология получения готовой продукции представляет собой достаточно емкий и сложный процесс, состоящий из нескольких основных этапов.

• Нагревание и плавка начального сырья;
• Гомогенизация расплавленного сырья;
• Подготовка расплава для получения однородной формы и необходимых химических и физических параметров;
• Получение из расплава волокон.

Свойства базальтового волокна

Базальтовые волокна отличаются устойчивостью к воздействию щелочных и кислотных сред. Они способны выдерживать высокие температуры.

Базальтовое волокно имеет ряд преимуществ, обусловленный набором высоких качественных характеристик. Все они, в совокупности, по качеству превосходят другие, подобные материалы.

• Повышенная природная устойчивость к воздействию различных микроорганизмов и плесени;
• Стойкость к различным механическим повреждениям;
• Достаточно высокая степень термо- и электроизоляции позволяет широко применять при изготовлении материалов с термостойкими и противопожарными свойствами, а также там, где необходимо применение материалов с высокими огнезащитными свойствами;
• Экономия, обусловленная длительным сроком эксплуатации;
• Высокая степень устойчивости к влиянию агрессивной среды, в том числе к воздействию окружающей среды;
• Экологичность, не содержит вредных веществ;
• Доступная стоимость материала и продукции, изготовленной на его основе.

Широкий спектр применения базальтового волокна

Применение изделий, изготовленных на основе базальта, обусловлено, в первую очередь, их уникальными свойствами.  Этот показатель формирует достаточно широкий спектр для их использования в различных видах производства и промышленности. Основным параметром, влияющим на сферу применения, является устойчивость к различным видам агрессивного воздействия. Такой показатель позволяет применять подобный материал для производства различных видов производственных изделий, таких как различные виды фильтров, технические трубы и другой продукции для применения в химической и металлургической промышленности, а также для использования коммунальными службами.

Основной отраслью, где повсеместно используются изделия из базальта, является строительство. Такое качество, как повышенная стойкость и прочность, открывает широкие возможности применения для различных конструкций и сооружений, работающих под воздействием агрессивных сред, таких как, воздействие влаги, солевых и химических растворов.

Широко используется, например, при строительстве морских и портовых сооружений, где характерно достаточно сильное воздействие морской воды с высоким содержанием соли, или для придания дополнительной прочности бетонным конструкциям. При производстве дорожных покрытий, добавление базальтовой крошки в состав, значительно увеличивает качественные показатели бетона.

Продукция, изготовленная на основе базальта – современный, высокотехнологичный материал, широкое применение которого продиктовано высокими качественными характеристиками. Оптимальное соотношение качества и цены – весомый показатель в пользу выбора подобного материала для нужд производства.

Применение базальтового волокна — основные сферы

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

• Тонкие волокна получают путем расплавления мелкого базальта при крайне высокой температуре +1500 градусов Цельсия и вытекания полученной массы через фильеры – небольшие отверстия воронкообразной формы.
• Сырье раздувается сжатым воздухом или разбрызгивается с применением центробежных устройств.
• Нити расплава вытягиваются и наматываются на катушки. В процессе не используются химические добавки.

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:

• Его изготовление обусловлено крайне низкими энергозатратами.
• Базальтокомпозиты легко перерабатываются для последующего возврата в производственный оборот.
• Отходы от их изготовления используются для создания большого количества полезных продуктов. Утилизация не требует больших финансовых затрат.

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.

Технологии производства базальтовых волокон | Технологии

Расплав базальта Исходное сырье. Базальтовые породы (базальты, андезитобазальты, базаниты, диабазы, габбро, долериты и др.) являются породами магматического происхождения. Базальтовые породы – однокомпонентное сырье, обогащение, плавление и гомогенизация которых произведены в результате древней вулканической деятельности. Особенностями базальтов является то, что основные энергозатраты по их подготовке к производству волокон выполнены природой в недрах Земли. Базальты имеют высокую природную химическую и термическую стойкость, поэтому базальтовые волокна имеют высокое качество и характеристики.

Технологии производства базальтовых волокон (БВ) и материалов на основе БВ являются наиболее востребованными в мире. Это связано с рядом факторов:

• использованием готового базальтового сырья;
• высоким качеством материалов из базальтовых волокон;
• низкой энергопотреблением при производстве материалов на основе базальтовых волокон;
• высокой экономической эффективностью технологий базальтовых волокон;
• технологии базальтовых волокон являются экологически чистыми, «зелеными» технологиями с минимальными выбросами в окружающую среду.

Основные технологические процессы производства базальтовых волокон

• Нагрев и плавление базальтов, переход базальтов при плавлении из кристаллического в аморфное состояние;
• гомогенизация расплава по химическому составу и степени аморфности;
• подготовка расплава к выработке для достижения однородности расплава и необходимых параметров по вязкости и выработочным характеристикам;
• выработка волокон из расплавов: непрерывных, штапельных тонких и супертонких.

Процессы плавления, гомогенизации и подготовки расплава проходят при высоких температурах 1400 – 1600°С. Далее, технологии переработки базальтовых волокон в материалы и изделия не связаны с высокотемпературными процессами и выполняются с применением «холодных технологий».

Технологии производства непрерывного базальтового волокна

вытяжка первичных базальтовых непрерывных волокон из фильерного питателяПроизводство базальтовых непрерывных волокон (БНВ) на первый взгляд при всей своей кажущейся простоте представляет собой довольно сложные технологические процессы. Ранее широкое применение БНВ сдерживалось сложностью промышленного оборудования и технологиями их производства. Себестоимость производства БНВ была относительно высока и существенно превышала стоимость стекловолокна.

Технологии производства базальтовых волокон при всем внешнем подобии значительно отличаются от производства стеклянных волокон, что связано с рядом факторов:

• базальты – это уже готовое природное сырье, структура и химический состав которых заданы природой и существенно отличаются от стекла;
• расплавы базальтов непрозрачны для теплового излучения;
• в процессе плавления базальтов нет операций, присущих при варке стекла: осветления, остужения и др.

Эти особенности базальтов определяют специфику технологии производства и, соответственно, технологического оборудования для производства БНВ.

Современные технологии БНВ. Качество и себестоимость производства БНВ

Современные технологии производства БНВ направлены на решение трех основных задач:

1. Повышение качества волокон и их характеристик по прочности и эластичности;
2. Повышение производительности оборудования на один фильерный питатель;
3. Снижение потребления энергоносителей (природного газа и электроэнергии) на производство единицы продукции.

Первое направление развития технологий БНВ позволяет снизить обрывность при производстве первичных непрерывных волокон и приблизить характеристики БНВ по прочности и эластичности к характеристикам углеродных волокон. В этом технологическом направлении компания проводит работы по выбору базальтовых пород, наиболее пригодных для производства БНВ. Разработаны методики, а также оборудование: лабораторные и опытно-промышленные установки для проведения исследований базальтовых пород. Проводятся работы по повышению качества БНВ.

Реализация второго и третьего направлений направлены на снижение себестоимости производства БНВ. Специалисты компании выполнили ряд разработок, позволивших в два раза снизить расход газа и электроэнергии на производство БНВ и в 1.5 – 2 раза повысить производительность БНВ на один фильерный питатель. Разработаны конструкции щелевых фильерных питателей, которые позволили существенно снизить их массу и повысить производительность производства БНВ. Разработаны технологические методы плавления базальтов, гомогенизации расплавов и выработки непрерывных волокон. Разработки специалистов компании по развитию технологий производства БНВ имеют приоритет, признаны во всем мире и защищены патентами на технологии и оборудование.

Разработки последних лет специалистов компании в области технологий и оборудования производства БНВ позволили значительно снизить себестоимость их производства.

Технологии и оборудование производства БНВ являются достаточно новыми и имеют большие резервы своего развития. В настоящее время компания продолжает работы по исследованию процессов плавления базальтовых пород, исследованию выработочных свойств расплавов базальтов, разработке и совершенствованию фильерных питателей.

Цель проведения исследований – совершенствование технологий производства БНВ, повышение их качества, снижение энергопотребления, повышение производительности процессов производства БНВ. (см. статьи «Исследование процессов плавления базальтов», «Исследование выработочных свойств расплавов базальтов при производстве БНВ»).

Технологии производства базальтового супертонкого волокна

раздув первичных волокон в БСТВ Технологии производства базальтовых супертонких волокон (БСТВ) разработаны уже достаточно давно, они усовершенствовались, отрабатывались и более 40 лет широко используются при промышленном производстве БСТВ на многих заводах.

Кратко традиционная технология производства БСТВ состоит из следующих процессов:

— загрузка базальтовой измельченной породы в печь;

— плавление базальта и гомогенизация расплава в печи;

— выработка расплава базальта из фидера печи через фильерный питатель в виде первичных волокон;

— раздув первичных волокон горелкой раздува в штапельные супертонкие волокна;

— формирование холста БСТВ на приемном конвейере.

В технологическом процессе производства БСТВ имеются два относительно энергоемких процесса – плавление базальта и раздув первичных волокон высокотемпературным потоком.

Последние разработки специалистов компании позволили усовершенствовать технологический процесс производства БСТВ, разработать установки нового поколения серии BSTF с низким энергопотреблением (в два раза ниже, чем у традиционных установок БСТВ) – установки BSTF 20 и BSTF 40.

Базальтовая чешуя

Кратко технология производства базальтовой чешуи (БЧ) состоит из следующих процессов:

• загрузка измельченной базальтовой породы в камнеплавильную печь;
• плавление и получение расплава базальта в плавильной печи;
• выработка расплава через фидер печи и фильерный питатель;
• получение чешуи на формующем устройстве;
• сепарирование фракций базальтовой чешуи;
• дозирование и упаковка БЧ.

Данная технология позволяет при относительно низких энергозатратах производить чешуйчатый материал для покрытий, производства композиционных материалов – БЧ.

Технологии применения БЧ, обеспечивающие высокую производительность и качество, представляют интерес для производства износостойких, химически стойких защитных покрытий и композиционных материалов методом напыления.

Технологии энергосбережения

применение технологий энергосбережения в керамикеТехнологии энергосбережения в промышленности представляют наибольший интерес, так как в промышленности расходуется до 80 % потребляемых энергоресурсов.

Опыт работы в этой области показывает, что применение технологий энергосбережения при проведении реконструкций действующих и строительстве новых печей и термического оборудования позволяет снизить энергопотребление от 20 до 50%.

Особую актуальность технологии энергосбережения приобретают в последнее время на фоне роста стоимости энергоносителей – газа, нефти, электроэнергии.

В Китае стоимость энергоносителей достаточно высокая, поэтому применение технологий энергосбережения представляет большую выгоду.

Справка. Стоимость 1000 м³ природного газа (NG) в Украине составляет $ 250 – 300 , в России – $75 – 78, в Китае – $300 – 500. Соответственно, сроки окупаемости мероприятий по энергосбережению в Китае будут более короткими.

Технологии энергосбережения, включают применение современных, высокоэффективных материалов, оснащение газогорелочного тракта печи системами рекуперации тепла и регулирования, автоматизацию контроля и управления технологическими процессами и ряд других инженерных решений. Это позволяет добиться снижения потребления энергоресурсов до 40%, а при реконструкции старых печей этот показатель становится ещё выше.

К настоящему времени накоплен большой опыт применения волокнистых материалов при реконструкции и строительстве многих типов промышленных печей на Украине, России, Белорусии.

Практическая эксплуатация таких печей подтверждает высокую эффективность и надежность применения волокнистых материалов и экономичных систем отопления.

Компания только начинает эти работы в Китае. Но результаты работ, проведенные в г. Jingdedzhen, по реконструкции камерной печи обжига фарфора при низких вложениях денежных средств уже позволили снизить потребление LPG на 25% (Информация о реконструкции печи обжига фарфора).

Высокотемпературные композиционные материалы

Компанией разработаны весьма перспективные технологии производства высокотемпературных материалов и изделий с применением безобжиговых, «холодных» технологий. Суть этих технологий заключается в создании высокотемпературных материалов по «холодным» технологиям, без применения традиционной при производстве огнеупорных материалов операции обжига.

При этом предлагаемые высокотемпературные композиционные материалы (ВТКМ) обладают новыми характеристиками:

• низкой удельной плотностью от 300 до 1200 кг/м³;
• обладают теплоизоляционными свойствами;
• не боятся резких перепадов температур;
• легко формуются и поддаются механической обработке при изготовлении изделий сложной конфигурации.

Опыт применения высокотемпературных композиционных материалов, в том числе и в Китае, показал их высокие характеристики и эксплуатационные свойства при производстве футеровочных работ и ремонте печей, при изготовлении горелочных камней газовых горелок и горелок LPG и, особенно, при футеровке фильерных питателей для производства базальтовых и стеклянных волокон.

http://naftaros.ru — Базальтовые волокна, ткани, сетки

В данном разделе представлен подробный обзор базальтового волокна.

Налажено промышленное производство материалов из горных пород типа базальт. Имеющаяся технология, запатентованая во многих странах мира, позволяет получать непрерывную нить, а так же комплексные нити различных тексов, ровинги, ткани и нетканые материалы.

Одностадийность производства — одно из самых значительных преимуществ данной технологии перед уже существующими в области производства композиционных материалов.Кроме того, материалы и изделия из базальта по многим физическим и химическим параметрам превосходят изделия из стекловолокна:

Комплексная базальтовая нить

Комплексная базальтовая нить состоит из элементарных волокон диаметром

13 мкм, соединенных между собой замасливателем «парафиновая эмульсия».3

600

1450

145

75

12,2

3,12

37

2,8

Ровинги из базальтовых комплексных нитей

ТУ5952-030-00204949-95

Ровинги могут вырабатываться номинальной линейной плотностью от 200 до 2500 текс, диаметр элементарного влокна 9 — 17 мкм на замасливателях «парафиновая эмульсия», «4С».По согласованию с потребителем ровинги могут вырабатываться на других видах замасливателя.

Физико-механические свойства

Ровинг базальтовый применяется при изготовлении базальтопластиков, тканых и нетканых материалов технического назначения, упрочнения пластмасс.2

Толщина, 

мм

Плотность ткани

нитей/см

Разрывная нагрузка

Н (кгс), не менее

Наименование 

переплетения

основа

уток

основа

уток

БТ-5

160±15

0,15±0,015

10+1

5±1

882(90)

539(55)

полотняное 1/1

БТ-8

210±20

0,18±0,02

10+1

8±1

784(80)

784(80)

полотняное    1/1

БТ-10

225±20

0,17±0,02

10+1

12±1

931(95)

980(100)

сатин 5/3

БТ-11

380±25

0,29±0,03

12+1

13±1

1715(175)

980(100)

сатин 5/3

БТ-13

260±20

0,25±0,03

16+1

8±1

1225(125)

784(80)

полотняное 1/1

Теплофизические свойства

Ткани базальтовые предназначены для изготовления конструкционных базальтопластиков и огнестойких покрытий.2

Плотность ткани, нитей/1см

Разрывная нагрузка, Н(кгс)

Массовая доля веществ, удаляемых при прокаливании, 

%, не более

по основе

по утку

по основе

по утку

Базальтовая 

кровельная 

марки ТБК-100

(ОО5952-027-

-00204949-95)

100±1

0,19+0,025

210±20

10+1

8±1

784(80)

784(80)

2

Рубленое базальтовое волокно

ТУ5952-034-00204949-96

Представляет собой смесь кротких отрезков комплексных нитей, получающихся при рубке нитей с бобин.Для производства рубленых волокон применяются комплексные нити номинальной линейной плотностью 54, 120, 240 текс, вырабатываемые на различных видах замасливателей.

Рубленое волокно предназначено для изготовления фрикционных материалов (в том числе тормозных накладок, дисков сцепления), для армирования бетона.

Сетки базальтовые  СБА-П

ТУ5952-040-00204949-96

Вырабатываются ажурным перевивочным переплетением из базальтовых крученых комплексных нитей на замасливателе «парафиновая эмульсия» и других типах замасливателей, обеспечивающих необходимое качество сетки.

Модификация поверхности базальтового волокна для использования в стеклофиброцементных композитах

Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова 2010, №3

20

за счет дополнительной модификации указанно-

го приповерхностного слоя с повышенной по

сравнению с объемом волокна основностью. Эта

модификация может быть направлена на повы-

шение реакционной способности наноразмерно-

го приповерхностного слоя волокна по отноше-

нию к щелочному раствору (насыщенному рас-

твору Ca(OH)2) за счет обработки отожженного

волокна в кислой среде. Условия такой допол-

нительной обработки могут быть определены с

использованием представленных выше титри-

метрических данных: pH раствора должен быть

ниже устанавливающего при контакте волокна с

чистой водой, но выше приводящего к разруше-

нию поверхности волокна, т.е. согласно пред-

ставленным на рис. 2б данным должен нахо-

диться в интервале 8.5 – 9 и создаваться раство-

ром, имеющим достаточно высокую буферную

емкость. Выводы

1. Окисление изучаемых волокон на

воздухе сопровождается повышением

приповерхностного содержания Na,

происходящим при температурах выше 400оС, и

уплотнением алюмосиликатного каркаса стекла.

2. Установлены параметры кислотно-

основного равновесия неокисленного

базальтового волокна с водой, показано, что

при контакте с водой окисленного волокна

устанавливается показатель pH, заметно

сдвинутый в щелочную область (> 9), что

подтверждает повышение стойкости такого

материала к щелочным растворам.

3. Толщина измененного в результате

термообработки приповерхностного слоя

волокна (несколько мкм) позволяет провести

его наноразмерную модификацию,

направленную на оптимизацию соотношения

коррозионной стойкости волокна и его

сцепления с цементной матрицей.

*Работа выполнена при поддержке гранта

РФФИ 07-03-00822а, программ №№ 5 и 8

ОХНМ РАН, ФЦП «Научные и научно-

педагогические кадры инновационной России»,

а также в рамках заявки на грант РФФИ 10-

08-01143а.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. А.А. Пащенко, В.П. Сербин, В.С. Клименко,

А.П. Паславская, под ред. А.А. Пащенко. Физико-

химические основы композиции «неорганическое

вяжущее — стекловолокно». Киев, «Вища Школа»,

1979, 224 стр.

2. Ф.Н. Рабинович. О свойствах цементного

камня, армированного ориентированными волокнами

// Бетон и железобетон, 1976, №10, с. 20 – 23.

3. Джигирис Д.Д., Волынский А.К., Козловский

П.П., Демяненко Ю.Н., Махова М.Ф., Лизогуб Г.М.

Основы технологии получения базальтовых волокон

и их свойства. В сб.: Базальтоволокнистые компози-

ционные материалы и конструкции.- Киев: «Наукова

Думка», 1980. — стр. 54-81.

4. M. Korkanc, A. Tugrul. Evaluation of selected

basalts from the point of alkali–silica reactivity // Cement

and concrete research. 2005. V.35. 505-512

5. F. Devreux, Ph. Barboux, M. Filoche, B.

Sapoval. A simplified model for glass dissolution in wa-

ter // Journal of materials science. 2001. V. 36. 1331-

1341 6. Гаpшев А.В., Кнотько А.В., Пулькин М.Н.,

Земцов А.Н., Гpаменицкий Е.Н., Иванов В.К., Путля-

ев В.И., Тpетьяков Ю.Д. Коррозия: материалы, защи-

та. 2005, N7, стр. 33-39.

7. А. В. Кнотько, А. В. Гаpшев, И. Б. Давыдова,

В. И. Путляев, В. К. Иванов, Ю. Д. Тpетьяков. Хими-

ческие процессы при теpмообpаботке базальтового

волокна. Коррозия: материалы, защита, 2007, №3,

стр. 37-42.

8. А.В. Кнотько, В.И. Путляев, А.В. Гаршев,

Е.А. Пустовгар. К вопросу о коррозионной стойкости

теплоизоляционных материалов на основе базальто-

вых волокон. Кровельные и изоляционные материа-

лы, 2007, N6, стр. 52-55.

9. А.В. Кнотько, Е.А. Пустовгар, А.В. Гаршев,

В.И. Путляев. Коррозионная стойкость базальтового

стекловолокна в условиях эксплуатации. Сборник

докладов II семинара – совещания «Керамика и огне-

упоры: перспективные решения и нанотехнологии»,

Белгород, 4-6.02.2009, стр. 285-289

10. R.F. Cooper, J.B. Fanselow, D. B. Poker.

Geochim.Cosmochim.Acta, 1996, v.60. N17. p.3253-

3265.

Базальтовая теплоизоляция — что это и где её применяют.

Базальтовая теплоизоляция — это один из самых популярных утеплителей на современном строительном рынке. Из чего она состоит? Как производят современный базальтовый утеплитель? Каковы его свойства? Отвечаем на эти и другие вопросы в статье.

Что такое базальт и как придумали делать утеплитель?

Из чего сделана базальтовая вата? Ответ простой — из базальта. Базальт — это вулканическая горная порода. Проще говоря, камень, который однажды вышел из жерла вулкана. Эта порода очень распространена на нашей планете — ею устлано почти всё дно мирового океана. А ещё нередко из базальта вырастают целые острова — например Гавайские и Галапагосские.

Базальт появляется из недр земли. Основные источники — вулканы, изверженные базальтовые потоки и хребты океанов. А иногда случается так, что базальтовая лава вздымается в воздух, а ветер выдувает отдельные капли и вытягивает их в тонкие нити. Так получается нечто, отдалённо похожее на современную базальтовую вату.

Такие пучки «волос» из базальтовых нитей нередко находили в Гавайских островах — их назвали «волосами Пеле» в честь местной богини. А в Исландии их называют волосами ведьмы.

Вот так незатейливо природа сама подсказала человеку, как можно использовать базальт для утеплителя.

Что такое базальтовый утеплитель и как его делают?

Современная базальтовая теплоизоляция — это такие же «волосы», только сделанные гораздо более современным способом. Вот упрощённая схема производства:

1. Подготовка сырья. Сырьё из горных пород габбро-базальтовой группы доставляют на производство и просеивают, чтобы остались крупные куски. Затем смесь (её называют «шихта») взвешивают, чтобы подать на второй этап строго определённое количество.
2. Плавление. Шихту закладывают в специальную вертикальную печь — вагранку. Там горная порода плавится при температуре порядка 1500° C. На этом этапе сырьё чистится от примесей — например, от металлов, которые сливают через отверстие в тележку с чугунной ванной.
3. Структуризация. Расплавленную породу отправляют в специальную центрифугу с форсунками. Она вытягивает капли в волокно — это похоже на процесс создания сахарной ваты. Когда образуется волокно, к нему добавляют добавки — это связующее, гидрофобные вещества и другие.
4. Создание «ковра». Сырьё охлаждается, подаётся на транспортную ленту и попадает в маятниковый раскладчик. Он ходит туда-сюда и равномерно раскладывает полученную вату на очередную ленту.
5. Формовка. Полученный «ковёр» ещё рано использовать в качестве утеплителя — ему нужно придать форму. Поэтому его подают в специальную машину — гофрировщик-подпрессовщик. Он и придаёт будущему утеплителю нужные размеры.
6. Термообработка. Теперь уже ровный ковёр базальтового утеплителя подаётся в камеру термообработки. В ней установлена температура порядка 250° C. Именно при такой температуре связующие материалы затвердевают, а изделие приобретает необходимые физические свойства.
7. Резка и упаковка. Ковёр подают на ленту для резки на ровные плиты, после чего их упаковывает специальная машина.

Вот из чего сделан современный базальтовый утеплитель: сырьё габбро-базальтовой породы, связующий материал и добавки для придания нужных свойств.

Кстати, базальтовое волокно как утеплитель режут именно на плиты, поскольку оно получается гораздо более жёстким, чем стекловолокно.

Свойства базальтового утеплителя

Чтобы понять, почему базальтовую вату используют в качестве утеплителя, рассмотрим её характеристики:

• Теплопроводность. Коэффициент теплопроводности такой теплоизоляции варьируется в пределах 0,034 до 0,039 Вт/м·К. Это значит, что базальтовый утеплитель почти не имеет свойства проводить тепло. В интернете полно роликов, где на базальтовую плиту с одной стороны направляют газовую горелку, а с другой прикладывают руку, которой почти не ощущают изменения температуры (не повторяйте это).
• Стойкость к огню. Базальтовый утеплитель — это по сути камень. Поэтому он совершенно не горит. Даже в случае с вышеупомянутой газовой горелкой волокна утеплителя только немного плавятся, но не более того. Выходит, что такая теплоизоляция способна противостоять пожару.
• Влагостойкость. Каменная вата не обладает настолько пористой структурой, чтобы вбирать в себя влагу. При умеренных количествах вода не проникает внутрь. Это значит, что базальтовый утеплитель сохраняет свои свойства при высокой влажности.
• Паропроницаемость. Тем не менее, базальтовая теплоизоляция способна пропускать через себя пар. Коэффициент паропроницаемости — 0,49-0,6 мг/(м*ч*Па). Это значит, что материалы «дышат». Например, пар с кухни свободно пройдёт сквозь такой утеплитель, не задерживаясь в помещении.
• Шумоизоляция. В среднем, коэффициент звукопоглощения у базальтового утеплителя находится в пределах 0,7-0,9. Эта характеристика показывает, насколько быстро звуковые волны теряют свою энергию, попадая в материал. Такой показатель — довольно высокий, поэтому нередко базальтовую вату используют ещё и в качестве шумоизоляции.
• Биологическая и химическая активность. В этом отношении базальтовый утеплитель совершенно инертен. Он не гниёт, на нём не образуется плесень и вредные микроорганизмы. Даже мыши не заводятся в такой теплоизоляции. Также материал обладает высокой стойкостью к агрессивным химическим средам, поэтому его используют для различных технических и промышленных сооружений.

Где используется базальтовый утеплитель

Отличные технические характеристики базальтового утеплителя позволяют использовать его во всех типах зданий. Чаще всего этим материалом теплоизолируют:

• фасады;
• кровлю;
• стены и перегородки;
• полы и потолки.

Кроме того, базальтовую теплоизоляцию используют для прокладки трубопроводов, температура на которых сильно варьируется. А также её применяют в качестве преград для огня — материал отлично защищает от пожара строительные конструкции.

Важно: для расчёта необходимого слоя теплоизоляции необходимо обратиться к специалистам, поскольку нужно учитывать множество факторов. Это может быть климат вашего региона, тип фасада, особенности строения, продолжительность отопительного сезона, количество осадков зимой, теплоёмкость покрытий, площадь помещений, количество остекления, сила ветра и даже число солнечных дней в году.

Резюме

Базальтовая теплоизоляция — это универсальный материал, который сохраняет тепло в вашем доме. Он не горит, не плесневеет, подходит почти для любых конструкций, за ним не надо ухаживать, его легко монтировать а главное — он служит десятки лет.

В статье упоминаются категории:

В статье упоминаются товары:

A Грунтовка для композитов с базальтовым волокном

Базальтовое волокно образуется из расплавленной, вытянутой базальтовой породы, которая является вездесущим природным ресурсом, покрывающим почти одну треть поверхности Земли, включая большую часть дна океана.Многие природные образования, ставшие популярными у туристов, также сделаны из базальтовых пород, в том числе ирландская Дорога гигантов и национальный памятник Девилз Постпайл в Калифорнии.

Чтобы превратить породу в волокно, базальтовые печи нагревают примерно до 1500 градусов Цельсия, что на 200 градусов горячее, чем аналогичные печи из стекловолокна, чтобы расплавить породу перед тем, как она протянется через платиновые / родиевые втулки для образования базальтовых волокон. Когда волокна покидают печь, они обрабатываются проклейкой, которая подготавливает их для использования в последующих приложениях и для связывания с системами смол.Проклейка для базальтового волокна очень похожа на стекловолокно по химическому составу и назначению. Проклейка базальтового волокна помогает защитить волокно и способствует адгезии между волокном и полимером.

Базальтовое волокно доступно как непрерывный материал, а также может быть измельчено, измельчено, скручено, ткано, связано или переработано многими другими способами. Обычно его диаметр составляет 13 или 17 микрометров (мкм), но он может находиться в диапазоне от 9 до 21 мкм. Стандартные линейные плотности волокна составляют от 68 текс до 4800 текс. Базальтовое волокно совместимо с любой стандартной системой смол.

Базальтовое волокно, используемое в FRP, обрабатывается аналогично стекловолокну. Практически любой процесс, в котором в настоящее время используется стекловолокно, может использовать базальт в качестве материала-заменителя с ограниченными изменениями основных условий обработки.

Сравнительные характеристики базальтового волокна в эпоксидной смоле HPRTM

Эта диаграмма была построена с использованием эпоксидной системы HPRTM в Центре проектов Фраунгофера в Западном университете в Лондоне, Онтарио.

Базальтовое волокно, которое может легко заменить стекловолокно в качестве арматуры, занимает середину рынка как по цене, так и по характеристикам по сравнению со стекловолокном и углеродным волокном.Он обеспечивает значительные преимущества в механических характеристиках по сравнению со стекловолокном, при этом он намного дешевле, чем углеродное волокно, для деталей, требующих дополнительных характеристик. Базальтовое волокно жестче и прочнее, чем стекловолокно, и в некоторых случаях показало, что оно обеспечивает дополнительные ударные характеристики.

Хотя базальт немного плотнее стекловолокна (2,63 г / см3), его дополнительные эксплуатационные преимущества означают, что композиты с базальтовым волокном могут быть еще более легкими и открывать дополнительные творческие возможности в дизайне по сравнению со стекловолокном.Базальт также значительно эффективнее и лучше изолирует в условиях высоких температур. Например, базальт используется в теплозащитных экранах и глушителях.

Новый армированный материал для текстильного композита — Базальтовое волокно — Бесплатные статьи технической текстильной промышленности

Старший преподаватель

Главный следователь по вопросам карьеры Премия молодому учителю

(ГРАНТ НА ​​ИССЛЕДОВАНИЕ AICTE)

Отдел текстильного машиностроения, Факультет технологии и инженерии,

М.С. Университет, Калабхаван, Барода: 3, Гуджарат, ИНДИЯ.

электронная почта: [email protected]

Базальтовое волокно или волокно материал, сделанный из чрезвычайно тонкие волокна базальта, который состоит из минералов плагиоклаза, пироксена и оливина. Он похож на углеродное волокно и стекловолокно, но лучше физико-механические свойства по сравнению со стекловолокном, но значительно дешевле чем углеродное волокно. Он используется в качестве огнестойкого текстиля в аэрокосмической и автомобильной промышленности, а также также может использоваться в качестве композитного материала для изготовления таких изделий, как штативы.

Базальтовые волокна используются в широком диапазон областей применения, таких как химическая, строительная и морская секторов, не говоря уже о шельфе, ветроэнергетике, транспорте и авиакосмической промышленности. отрасли. Это связано с их превосходными свойствами: они не только могут похвастаться хорошая механическая и химическая стойкость, а также отличная термическая, электрическая и звукоизоляционные свойства.

ХАРАКТЕРИСТИКИ БАЗАЛЬТОВОЕ ВОЛОКНО

Сырье для базальтовых волокон это природный минерал, который принадлежит к семейству вулканических пород.Цвет базальта как минерала варьируется от темно-серого до черного. Базальтовые волокна минеральные волокна, которые на 100% неорганические. Совместимость волокна с матричными смолами составляет обеспечивается за счет использования органических проклеивающих веществ. Базальт хорошо известен в скальной форме и встречается почти во всех странах мира. Традиционно используется как щебень в строительстве и дорожном строительстве.

Волокно состоит из 100% минеральных непрерывных волокон. Основное внимание уделяется диапазону диаметров нити от 9 до 13 м.Эти диаметры дают лучший компромисс между прочностью, гибкостью и стоимостью. Они также безопасно превышают 5-метровый предел невосприимчивости. Как продукт не представляет опасности для здоровья и окружающей среды, он очень подходит для замена асбеста. Естественный золотисто-коричневый цвет получаемого ткани, кстати, можно покрывать в декоративных целях.

Основные характеристики армирующих базальтовых волокон.

• Высокая прочность
• Высокий модуль
• Коррозионная стойкость
• Устойчивость к высоким температурам
• Расширенный диапазон рабочих температур
• Простота обращения

МЕХАНИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Удельная прочность на разрыв (отношение: напряжение разрыва, деленное на плотность) базальтовых волокон во много раз превышает плотность стальных волокон.Базальт — это примерно на 5% плотнее стекла. Модуль упругости при растяжении (модуль E, модуль Юнга) базальтовых волокон выше, чем волокон Е-стекла. Это делает базальт волокна и ткани, привлекательные для армирования композитов. Низкий удлинение идеально эластично вплоть до разрыва приводит к очень большим размерам стабильные ткани. Базальтовый текстиль демонстрирует достаточную податливость и драпируемость. Они обладают хорошей устойчивостью к усталости. Пряжа имеет низкие коэффициенты трения. против.большинство материалов.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Электротехнические приложения от Изоляционные панели для изготовления плат с использованием базальта востребованы. Его химическая стойкость также явно лучше, чем у стекла E, что позволяет его использование в химически сложных и агрессивных средах.

Базальтовые волокна могут использоваться в практически во всех областях применения стекловолокна..

1. Наземный и воздушный транспорт

► Защита от огня места в самолетах, поездах, кораблях, метро, ​​

► Доказательство огня полы и потолки, Подсумки для спасательных жилетов для самолетов

2. Специальность мебель

► Доказательство огня матрасы (для больниц, гостиниц и т. д.), огнестойкие сидения

3. Электричество и Электроника

► Мощность: огонь компоненты кабельной конструкции стойкие, такие как наполнители, оплетка, ленты

► Трансформатор станции: экраны, защита и изоляция

► Мотор изоляция: ленты

4.Строительство

► Огонь защитные стеновые, напольные и потолочные панели. Противопожарные шторы и перегородки внутри и снаружи

► Нагревать изоляция в системах отопления, выработке электроэнергии, мусоросжигательных заводах

► Кровельные работы: жесткие и гибкие кровельные покрытия с повышенной огнестойкостью

► Огонь защитная одежда

► Огонь напольные покрытия стойкие: основа, армирование

► Огонь стойкая внутренняя отделка

ССЫЛКИ:

[1] «Нити из базальта», Де, П.Патент США No. 1 438 428, 12 декабря 1923 г. (CA 17, 860; 1923)

[2] «Процесс формирования базальтового стеклокерамическое изделие », Beall, G. Патент США № 3557575, 26 января 1971 г.

[3] «Стекловолокно, новое издание 1993 г. Волокно Таблицы по П.А. Кох. Institut fr Textiltechnik der

RWTH Ахен, Германия.

[4] «Базальтовое волокно: новый конкурент стеклу. волокна », Р. Дурайсвами, кафедра текстильных технологий, Индийский институт Technology, Нью-Дели, Индия.Popular Plastics, февраль 1982 г.

[5] «Базальтовые волокна» — Иржи Милитки, Владимир Ковачич, Иржи Квикала. Журнал «Текстиль», выпуск 4, 1998 г.

[6] «Hitzeschutztextilien aus neuartigen Basalt Filamentgarnen «, М. Беднар, М. Хайек VUVL splo. S.r.o., Шумперк, Tschechische Republik. Technische Textilien Jahrgang 43, ноябрь 2000 г.

[7] «Базальтовые волокна для армирования композиты », К. Ван Де Велде, П. Кикенс, Л. Ван Лангенхове, Dpt. Of Textiles, Гентский университет, Бельгия

[8] «Barrires au feu en Basalte»

Об авторе:

Автор в настоящее время работает как СтаршийПреподаватель текстильной инженерии, технический факультет, М.С. Университет Бароды, Индия. Недавно она защитила кандидатскую диссертацию. также был награжден FTA от Всеиндийской текстильной ассоциации и наградой за карьеру за молодой преподаватель из AICTE.

Во время ее 16-летний академический опыт, она опубликовала более 12 исследований и 20 обзорные статьи, из которых две работы были отмечены институтом как лучшие статьи. инженеров и Текстильной ассоциации Индии.Это не включает 10 доклады, представленные на национальных семинарах и 12 докладов на международных семинарах в разных странах, таких как Манчестер, Лондон, Хорватия, Китай, Швейцария и Корея. Она также реализовала 11 проектов в различных областях текстиля, 5 проектов в области технического текстиля. Области ее исследований включают медицинский текстиль, гибридную пряжу, электронное управление в текстиле оборудование и дизайн умной одежды.

Чтобы прочитать больше статей о текстиле, Промышленность, Технический Текстиль, Красители И химикаты, машины, Мода, Одежда, Технология, Розничная торговля, Кожа, Обувь и украшения, Программное обеспечение и общее посетите http: // статьи.fibre2fashion.com

Чтобы продвигать свою компанию, продукты и услуги с помощью рекламных статей, следите за эта ссылка: http://www.fibre2fashion.com/services/article-writing-service/content-promotion-services.asp

Базальтовые волокна как функциональные добавки в покрытии текстиля

Микроскопические исследования

Микроскопические измерения полученных покрытий выполняются с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) для исследования топографии поверхности реализованных покрытых тканей.Помимо топографии поверхности, используемое устройство SEM также позволяет отображать контраст материала, поэтому нанесенные базальтовые волокна демонстрируются более ярким контрастом по сравнению с полимерным связующим и текстильной подложкой. Материальный контраст связан с неорганическим содержанием базальтовых волокон, содержащих в основном кремнезем и глинозем. Кремний Si и алюминий Al являются химическими элементами с более высоким весом, что приводит к другому контрасту материала по сравнению с полимерными связующими и хлопчатобумажной тканью, содержащей в основном химические элементы: углерод C, кислород O и водород H.31

СЭМ-изображения хлопчатобумажных тканей, несущих акрилатное покрытие с базальтовыми волокнами, показаны на рис. 3. На рис. 3 сравниваются образцы с увеличением содержания базальтовых волокон от 2,5 до 50% в рецептуре покрытия. Эти образцы готовятся с использованием волокон самой короткой длины 0,16 мм. С помощью этих коротких волокон можно приготовить стабильные рецепты покрытия, даже если концентрация волокон установлена ​​на высокие значения — 50%. Если концентрация базальтового волокна составляет 30% или выше, вся ткань покрывается волокнами.В случае самых низких исследованных концентраций 2,5% и 5% базальтовые волокна почти беспорядочно ориентированы на хлопковом субстрате. При использовании более высокой концентрации волокон в рецептуре покрытия можно наблюдать тенденцию к параллельной ориентации многих базальтовых волокон (рис. 3).

СЭМ-изображения акрилатных покрытий, содержащих базальтовое волокно, на хлопчатобумажной ткани. Базальтовые волокна имеют длину 0,16 мм и добавляются в рецептуру покрытия в возрастающих концентрациях. Содержание базальтового волокна указано на каждом изображении

Возникшая параллельная ориентация может быть результатом расположения, возникающего во время нанесения рецептуры покрытия и его высыхания на текстильной основе.Можно было предположить, что нанесенные базальтовые волокна оказывают определенное влияние на ориентацию следующих наносимых базальтовых волокон. Если базальтовые волокна применяются в низкой концентрации, расстояние между отдельными нанесенными базальтовыми волокнами велико, поэтому контакт между нанесенными базальтовыми волокнами происходит в меньших количествах, и волокна распределяются более хаотично. При нанесении средней или высокой концентрации базальтовых волокон расстояние между волокнами в покрытии уменьшается и возникает параллельная ориентация некоторых базальтовых волокон.

Поперечное сечение ткани с покрытием представлено на рис. 4. На этом СЭМ-изображении показано поперечное сечение хлопчатобумажной ткани с акрилатным покрытием, содержащим базальтовое волокно. Базальтовые волокна имеют длину 0,16 мм и добавляются в рецептуре покрытия в концентрации 10%. На микроскопических изображениях отчетливо видны все три типа материалов — базальтовые волокна, волокна хлопчатобумажной ткани и связующее между обоими типами волокон. Толщина хлопковой основы с покрытием составляет около 200 мкм.Покрытие на этой подложке имеет толщину около 25 мкм. Эта верхняя часть покрытия содержит сплошные базальтовые волокна. Акриловое связующее и более мелкие кусочки разорванных базальтовых волокон могут глубже проникать в свободные участки хлопчатобумажной ткани, поэтому для этих участков в целом может быть достигнута толщина до 100 мкм (рис. 4).

СЭМ-изображения поперечного сечения хлопчатобумажной ткани с акрилатным покрытием, содержащим базальтовое волокно. Базальтовые волокна имеют длину 0,16 мм и добавляются в рецептуре покрытия в концентрации 10%.Изображение показано с двумя разными увеличениями.

Рецепты акрилатных покрытий, приготовленных из базальтовых волокон, содержащих более длинные волокна 1,6 мм или 4 мм, реализованы и применяются с концентрацией базальтовых волокон 2,5%. При более высоких концентрациях стабильность рецептуры покрытия ограничивается из-за происходящей сегрегации рецептуры покрытия. Соответствующие СЭМ-изображения образцов с покрытием с более длинными базальтовыми волокнами представлены на рис. 5. Можно определить, что многие из более длинных волокон разбиты на более мелкие части, вероятно, из-за механических воздействий во время подготовки рецепта и нанесения покрытия на ткань. поверхность.Кроме того, ощущение руки на хлопковой основе резко изменилось после покрытия более длинными базальтовыми волокнами. Эти хлопчатобумажные ткани с покрытием дают ощущение твердости и царапин на руке, что делает их непригодными для любого применения в одежде.

СЭМ-изображения акрилатных покрытий, содержащих базальтовое волокно, на хлопчатобумажной ткани. Сравниваются типы базальтовых волокон разной длины. Концентрация базальтовых волокон в рецепте покрытия установлена ​​на 2,5%.

Дополнительно, для простого акрилатного связующего, также оцениваются рецепты покрытия на основе полиуретанового связующего и акрилатного связующего, модифицированного силикатным аэросилом.Соответствующие изображения СЭМ показаны на рис. 6 и 7. На рис. 6 показаны СЭМ-изображения при малом увеличении базальтового волокна длиной 0,16 мм, добавленного в концентрации 20% к различным связующим системам. Хорошо видно, что при разных системах связующих происходит параллельная ориентация некоторых базальтовых волокон. Для этого можно констатировать, что вышеупомянутая ориентация некоторых базальтовых волокон во время процесса покрытия не зависит от типа используемого связующего.

СЭМ изображает покрытия, содержащие базальтовое волокно, с использованием двух различных рецептов связующего на хлопчатобумажной ткани.Базальтовые волокна имеют длину 0,16 мм и добавляются с концентрацией 20%. Рецепт покрытия

СЭМ-изображения с большим увеличением покрытий, содержащих базальтовое волокно, с использованием трех различных рецептов связующего на хлопчатобумажной ткани. Базальтовые волокна имеют длину 0,16 мм и добавляются с концентрацией 20%. Рецепт покрытия

На рис. 7 представлены СЭМ-изображения с большим увеличением. Кроме того, на этих увеличенных изображениях наблюдается параллельная ориентация некоторых базальтовых волокон.На всех изображениях наблюдаются более мелкие куски базальтового материала. Эти более мелкие кусочки базальта, очевидно, являются остатками сломанных базальтовых волокон, которые разрушаются во время подготовки рецепта и нанесения покрытия. Для рецептуры акрилата, содержащего силикатную добавку Аэросил, частицы Аэросила также могут быть обнаружены на соответствующем СЭМ-изображении (Рис. 7). Частицы аэросила равномерно распределены в связующем слое.

Спектроскопические исследования

Оптические свойства полученных образцов с покрытием исследуются с помощью оптической спектроскопии с длинами волн света в диапазоне 220–1400 нм.Целью исследования является оценка образцов, связанных с их взаимодействием с различными типами света. Во-первых, делается обзор исследуемой области УФ-света от 220 до 400 нм, чтобы оценить, могут ли нанесенные покрытия действовать как УФ-защитный материал. Во-вторых, исследование, относящееся к области видимого света от 400 нм до 750 нм, проводится для получения информации о цвете приготовленных покрытий. Эти измерения окраски выполняются путем определения индексов CIE L * a * b *.В-третьих, обзор исследуемой области ИК-света от 750 до 1400 нм делается для того, чтобы определить, могут ли нанесенные покрытия влиять на взаимодействие с ИК-светом и могут ли они привести к применению в качестве теплозащитного материала.

Спектроскопические исследования выполняются в двух разных схемах — на отражение или на пропускание — для разных целей. Измерения отражения дают в основном информацию об изменении цвета после нанесения покрытия, в то время как пропускание связано с защитными свойствами от излучения.Для эталонных измерений используется хлопчатобумажная ткань без покрытия.

Определенные спектры отражения тканей с покрытием представлены на рис. 8 и 10. На рис. 8 приведены спектры отражения всех образцов на основе акрилата, содержащих базальтовые волокна длиной 0,16 мм. Здесь сравниваются спектры отражения из-за разного содержания базальтовых волокон с концентрацией от 2,5% до 50%. Очевидно, что нанесенные покрытия уменьшают отражение во всем исследованном спектральном диапазоне от 220 до 1400 нм.Это уменьшение отражения четко коррелирует с количеством добавленных базальтовых волокон к покрытиям. Из-за коричневой окраски самих базальтовых волокон можно ожидать уменьшения отражения в видимом диапазоне света. Кроме того, более высокие значения отражения для красного света по сравнению с более низкими значениями отражения для света в диапазоне 400–500 нм связаны с коричневой окраской базальтовых волокон. При нанесении покрытий с концентрацией базальтового волокна 30% и более получаются образцы темно-коричневого цвета.Помимо этого влияния на видимый свет, отражение УФ-света еще сильнее уменьшается (рис. 8). Образцы с высоким содержанием базальтового волокна 30% или более демонстрируют значения отражения менее 5% почти во всем УФ-диапазоне. По сравнению с уменьшением отражения для УФ-света и видимого света отражение ИК-света меньше уменьшается из-за нанесенных покрытий. Для этого можно констатировать более сильное инфракрасное отражение по сравнению с другими типами исследуемого света.

Оптические спектры диффузного отражения. Сравниваются покрытия на акрилатной основе, содержащие базальтовые волокна длиной 0,16 мм, с увеличивающейся концентрацией базальтовых волокон в покрытиях. Спектр отражения необработанной хлопчатобумажной ткани показан в качестве эталона

На рисунке 9 показана оценка данных спектров отражения, представленных на рисунке 8. На рисунке 9 значения отражения на четырех разных длинах волн записанных спектров показаны как функция концентрации базальтового волокна в нанесенном покрытии.В качестве четырех длин волн выбраны значения 300 и 380 нм (оба репрезентативны для УФ-света), 500 нм для видимого света и 900 нм для ИК-света. Хорошо видно, что наблюдается сильное уменьшение отражения в зависимости от концентрации базальтового волокна вплоть до концентрации 30%. Дальнейшее увеличение концентрации базальта до значений до 50% не приводит к дальнейшему сильному снижению значений отражения. Для этого можно констатировать, что для концентраций базальта в пределах 2.На 5–30% увеличение содержания базальтового волокна приводит к постепенному покрытию белой хлопчатобумажной ткани базальтовыми волокнами коричневого цвета. Здесь увеличение концентрации базальта оказывает прямое влияние на свойства отражения. При концентрациях 30% или выше хлопчатобумажная ткань почти полностью покрывается базальтовыми волокнами, поэтому дальнейшее добавление базальтового компонента не приводит к дальнейшему изменению окраски образца.

Значения диффузного отражения, полученные на четырех разных длинах волн оптического спектра, как функция концентрации базальтовых волокон в нанесенном покрытии.Эти покрытия на основе акрилата, содержащие базальтовые волокна длиной 0,16 мм с увеличением концентрации базальтовых волокон в покрытиях

На рис. 10 сравниваются спектры отражения образцов с одинаковой концентрацией базальтовых волокон (20%), но с разными рецептурами связующего. . Хорошо видно, что тип используемого связующего практически не влияет на оптические свойства реализованных образцов с покрытием. Можно сказать, что оптически активным компонентом в этих покрытиях является базальтовое волокно.

Оптические спектры диффузного отражения. Сравниваются покрытия, содержащие базальтовое волокно, с различными рецептурами связующего. Используемые базальтовые волокна имеют длину 0,16 мм и добавляются в рецептуру покрытия в концентрации 20%. Спектр отражения необработанной хлопчатобумажной ткани показан в качестве эталона

. Определенные спектры пропускания тканей с покрытием представлены на фиг. 11 и 13. На рис. 11 приведены спектры пропускания всех образцов на основе акрилата, содержащих базальтовые волокна длиной 0.16 мм. Здесь сравниваются спектры пропускания из-за разной концентрации базальтового волокна от 2,5 до 50%. Пропускание ультрафиолетового света в диапазоне от 220 до 300 нм резко снижается, даже если в покрытие добавлено небольшое количество базальтовых волокон. При высокой концентрации базальтового волокна 30% и более пропускание в этом спектральном диапазоне близко к нулю. Для этого можно предположить, что базальтовые волокна сильно поглощают УФ-свет с длиной волны 300 нм и короче. Тем не менее, другой результат достигается для УФ-области от 300 до 400 нм.Это наблюдаемое поведение пропускания хорошо согласуется с пропусканием, описанным для нетканых материалов, изготовленных из базальтовых волокон.24 Конечно, в этой области пропускание УФ-света также снижается покрытиями, содержащими базальтовые волокна, но, особенно в спектральном диапазоне. При длине волны 370–400 нм полное снижение пропускания до очень низкого достигается только при максимальной концентрации базальтового волокна. Следует иметь в виду, что эта спектральная область особенно важна для защиты от ультрафиолетового излучения от солнечного света, поскольку содержание ультрафиолета в солнечном свете происходит особенно в этой области.32 Для этого отличная защита от ультрафиолета возможна только при нанесении покрытий с высокой концентрацией базальтового волокна.

Оптические спектры диффузного пропускания. Сравниваются покрытия на акрилатной основе, содержащие базальтовые волокна длиной 0,16 мм, с увеличивающейся концентрацией базальтовых волокон в покрытиях. Спектр отражения необработанной хлопчатобумажной ткани показан в качестве эталона.

УФ-защитные свойства могут быть достигнуты путем применения компонентов, поглощающих УФ-свет, которые называются УФ-поглотителями.Часто различают два типа УФ-поглотителей: неорганические УФ-поглотители, такие как TiO ₂ , и органические УФ-поглотители.33,34 УФ-защитные свойства неорганических УФ-поглотителей, таких как TiO ₂ или ZnO: определяется шириной запрещенной зоны этого поглотителя и ниже длины волны, связанной с энергией запрещенной зоны, УФ-свет полностью поглощается.33,35 Органические УФ-поглотители сравнимы с органическими красителями и поглощают УФ-свет. определенного спектрального диапазона.33 Помимо TiO ₂ в качестве неорганического поглотителя УФ-излучения, также сообщается об использовании оксида цинка для применения УФ-защитных свойств на текстильных изделиях.35,36,37

Покрытие, содержащее базальтовое волокно, можно сравнить с применением неорганических поглотителей УФ-излучения. Базальтовые волокна также представляют собой неорганический материал, поглощающий УФ-свет ниже определенной длины волны и обеспечивающий хорошую УФ-защиту для этого спектрального диапазона. Это свойство базальтовых волокон поглощать ультрафиолетовое излучение также связано с определенным содержанием TiO ₂ в этом типе волокна. Из-за дополнительного содержания оксида железа в базальтовых волокнах УФ-свет с длинами волн выше, чем у TiO ₂ , а также видимый свет поглощаются покрытиями, содержащими базальтовые волокна.Для этого, особенно в спектральном диапазоне от 370 до 400 нм, УФ-защитные свойства базальтсодержащих покрытий лучше по сравнению с системами, в которых используется только оксид цинка или оксид титана. Однако при использовании органических поглотителей ультрафиолетового излучения улучшенные защитные свойства от ультрафиолетового излучения в спектральном диапазоне от 370 до 400 нм достигаются на полимерной пленке и текстиле.33,38

Пропускание видимого и инфракрасного света также уменьшается в зависимости от функции. концентрации базальтового волокна в покрытии.Однако, в отличие от отражения, пропускание видимого и инфракрасного света уменьшалось с почти линейным поведением в зависимости от концентрации базальтового волокна (рис. 12). Отражение связано с покрытием текстильной основы. Напротив, передача зависит не только от покрытия. Кроме того, содержание базальтового волокна на более глубоких участках покрытия приводит к поглощению света во время его прохождения через покрытие. Тем самым происходит снижение передачи. С помощью покрытий из базальтового волокна можно создавать ткани с низкими значениями пропускания для видимого и инфракрасного света менее 5%, в то время как отражение, особенно для инфракрасного света, все еще выше со значениями> 15% (рис.9 и 12).

Значения диффузионного пропускания, полученные на четырех разных длинах волн оптического спектра, как функция концентрации базальтовых волокон в нанесенном покрытии. Эти покрытия на основе акрилата, содержащие базальтовые волокна длиной 0,16 мм с увеличивающейся концентрацией базальтовых волокон в покрытиях

На рис. 13 сравниваются спектры пропускания образцов с одинаковой концентрацией базальтовых волокон (20%), но с разными рецептурами связующего. .Хорошо видно, что тип используемого связующего практически не влияет на оптическое пропускание реализованных образцов с покрытием. Можно сказать, что компонентом, определяющим оптическое пропускание этих покрытий, является базальтовое волокно.

Оптические спектры диффузного пропускания. Сравниваются покрытия, содержащие базальтовое волокно, с различными рецептурами связующего. Используемые базальтовые волокна имеют длину 0,16 мм и добавляются в рецептуру покрытия в концентрации 20%.Спектр отражения необработанной хлопчатобумажной ткани показан как эталон

В отличие от материалов для защиты от УФ-излучения, материалы для защиты от ИК-излучения основаны не только на поглощении инфракрасного излучения. Кроме того, здесь важным механизмом является отражение инфракрасного излучения, которое особенно используется в текстильных изделиях с металлическим покрытием за счет использования пигментов с высокой отражательной способностью. Хорошим примером в этой области является покрытие хлопчатобумажных тканей тонкими пленками металлического серебра. В результате может быть достигнута почти полная защита от инфракрасного излучения.39 Здесь нанесенные серебряные пленки увеличивают отражательную способность для ИК-света и, таким образом, пропускание этого ИК-света снижается.39 Аналогичный эффект наблюдается для медных пленок на полиэфирных и хлопковых поверхностях.40 При применении наночастиц ZnO ИК-излучение отражательная способность черных хлопчатобумажных тканей может быть увеличена.35 Однако с другими металлическими покрытиями, такими как титан, этот эффект не может быть достигнут.40

В отличие от этих материалов, отражающих ИК-излучение, разработанные покрытия из базальтовых волокон приводят к снижению ИК-излучения. -отражение и одновременно с резким уменьшением пропускания ИК-света.Причина этого уменьшения, вероятно, связана с сильным поглощением ИК-света базальтовыми волокнами. Из-за пониженного пропускания ткани с покрытием из базальтового волокна можно использовать в качестве защитных материалов от ИК-излучения. Более низкое отражение ИК-света имеет то преимущество, что другие материалы или люди не подвергаются воздействию отраженного ИК-света.

В целом можно констатировать, что разработанные покрытия из базальтового волокна на текстильных изделиях могут использоваться для одновременной защиты от УФ-излучения и ИК-излучения всего за одно нанесение покрытия.Конечно, УФ-защита в спектральном диапазоне от 370 до 400 нм может быть дополнительно усилена добавлением органического УФ-поглотителя, специально предназначенного для этой спектральной области УФ-света. Однако разработка комбинированного применения базальтовых волокон и органических поглотителей УФ-излучения в одном покрытии выходит за рамки актуальных исследований.

Помимо изменения оптических свойств для УФ- и ИК-света, после нанесения покрытия изменяются оптические свойства для видимого света и, соответственно, окраска образцов.Спектры отражения показывают значительное уменьшение отраженного света в зависимости от концентрации базальтового волокна, добавляемого в покрытие (рис. 8 и 10). Этим определяется более темная окраска после нанесения покрытия. В дополнение к оптической спектроскопии окраска образца определяется с использованием индексов CIE L * a * b * (Таблица 1). По сравнению с эталонным хлопком без покрытия, определяется четкое изменение индексов CIE после нанесения покрытия. Это изменение показателей CIE увеличивается в зависимости от концентрации базальтового волокна в нанесенном покрытии.Индекс яркости L * снижен с 85,33 в качестве эталонного значения хлопка до 34,07 для текстиля с самой высокой концентрацией базальтового волокна. Этот результат измерения CIE хорошо согласуется со спектрами отражения, определенными с помощью оптической спектроскопии для диапазона видимого света (рис. 8). Также при измерениях отражения определяется значительное уменьшение отражения, если базальтовые волокна добавляются в более высоких концентрациях. Фактически, базальтовые волокна имеют коричневую окраску, поэтому покрытие, содержащее базальтовые волокна, меняет цвет ткани с покрытием на темно-коричневый.Изменение индекса a * с отрицательного значения на положительное после нанесения базальтового волокна указывает на переход к более красному окрашиванию образцов после нанесения покрытия. Увеличение индекса b * после нанесения базальтового волокна указывает на изменение окраски на более желтую после нанесения покрытия. Фактически, это красно-коричневый цвет базальтового волокна, который переносится на ткань с покрытием.

Коррозионное поведение и механизм базальтовых волокон в растворе гидроксида натрия

Реферат

В данной статье описан механизм коррозии и свойства растяжения базальтовых волокон в растворе гидроксида натрия (NaOH) при различных концентрациях и температурах. Ионы гидроксила разрывают связи –Si – O – Si– и –Si – O – Al–, что приводит к образованию нерастворимых гидроксидов. По мере продолжения реакции гидратации на поверхности волокна образовывался гидратный слой (коррозионная оболочка) с высоким содержанием ионов кальция, железа, марганца и титана.Коррозионная оболочка позволила значительно увеличить прочность и удлинение при разрыве базальтовых волокон. Результаты показали, что прочность волокон на разрыв сильно зависит от температуры и концентрации. После погружения базальтовых волокон в раствор NaOH с концентрацией 1 моль / л при 50 ° C на 1 час, 3 часа, 6 часов, 1 день и 3 дня, их коэффициенты удерживания прочности составили 67,6%, 57,8%, 52,5%, 49,0%. , 58,2% соответственно. Более высокая температура ускоряет скорость коррозии базальтовых волокон, сокращает время образования коррозионной оболочки и увеличивает потерю массы.От 25 до 70 ° C потеря массы волокон увеличилась с 2,4% до 33,8% для волокон, погруженных в 1 моль / л NaOH на 3 дня. Экспериментальные результаты количественной рентгеновской флуоресценции (XRF) показали, что потеря массы базальтовых волокон в основном связана с выщелачиванием ионов кремния, алюминия и калия.

Ключевые слова: базальтовое волокно , щелочная коррозия, коррозионные свойства, механические свойства

1. Введение

Композитные материалы, армированные волокном, широко используются в машиностроении, автомобилестроении и других отраслях [1,2,3,4] .Базальтовое волокно, производимое из базальтового камня, представляет собой высокотехнологичное волокно, не опасное для человека [5]. Температурный диапазон применения базальтовых волокон от –200 до +700 ° C. Напротив, диапазон температур применения стекловолокна составляет всего от –60 до +450 ° C [6]. Кроме того, базальтовые волокна имеют такие же или лучшие механические свойства — улучшенную термическую и химическую стабильность — по сравнению с волокнами из Е-стекла [7,8,9]. Благодаря таким преимуществам, как более высокая температура нанесения, безвредность для человека и отличная устойчивость к щелочному и кислотному воздействию, базальтовые волокна все чаще используются для замены стекловолокна в качестве армирующего материала в полимерных, бетонных и металлических матрицах [5,10,11, 12].Однако химическая коррозия — одна из самых сложных проблем, с которыми сталкиваются в процессе эксплуатации композитов [13]. Возьмем, к примеру, бетон, армированный базальтовыми фибрами — они обычно подвергаются коррозии из-за высокой щелочности цементной матрицы [14,15,16]. В последние годы также наблюдается повышенный интерес к использованию базальтовых волокон для производства фильтрующих материалов [17]. Определенные типы фильтрующего газа могут разрушать базальтовые волокна под воздействием высокой температуры и сильной щелочи. Поэтому понимание химической стойкости базальтовых волокон в щелочной среде очень важно.

Настоящее исследование коррозии базальтовых волокон в щелочной среде в основном сосредоточено на двух аспектах: анализе химического состава [18,19] и растягивающих свойствах деградированных базальтовых волокон [20,21]. Долговременную химическую стабильность неорганических волокон трудно было точно измерить [22], поэтому большинство исследователей проводили тесты на ускоренное старение [20,23,24].

Что касается анализа химического состава деградированных базальтовых волокон, Ramachandran, et al. [25] исследовали щелочную стойкость базальтовых волокон в растворе гидроксида натрия (NaOH) и обнаружили, что присутствие TiO ₂ , MnO, Fe ₂ O ₃ и Al ₂ O ₃ может замедлить щелочная коррозия.Ли. и другие. [26] оценили коррозионное поведение базальтовых волокон при различных концентрациях щелочного раствора и при комнатной температуре. Был сделан вывод, что содержание элементов алюминия, кальция и железа на поверхности волокна не зависело от концентрации. Химическая стойкость базальтовых волокон, покрытых диоксидом циркония, в растворе щелочи была исследована Рыбиным и др. [27]. Было обнаружено, что плотное покрытие из диоксида циркония более эффективно, чем пористое покрытие, в защите волокна от коррозии.

Кроме того, что касается свойств растяжения деградированных базальтовых волокон, Wu, et al. [20] исследовали деградацию базальтовых волокон в щелочном растворе 25 и 55 ° C. Результаты показали, что предел прочности при растяжении соответственно снизился до 33,8%, 18,0%, 10,2% и 5,8% при температуре 25 ° C после старения в течение 7, 18, 34 и 66 дней. Когда температура повысилась до 55 ° C, прочность снизилась до 33,0%, 17,7%, 10,6% и 0 соответственно. Это означало, что более высокая температура не оказала значительного влияния на снижение прочности на разрыв, за исключением старения в течение 66 дней.Кроме того, Ин и Чжоу [21] оценили предел прочности базальтовых волокон на разрыв в растворе NaOH с концентрацией 1 моль / л при температуре 100 ° C. Они обнаружили, что прочность на разрыв сначала уменьшалась, а затем повышалась с увеличением времени коррозии.

Тенденции изменения прочности на разрыв деградированных базальтовых волокон были двух основных типов: (a) непрерывно уменьшающиеся с увеличением времени коррозии [20,22] и (b) сначала уменьшающиеся, а затем растущие с увеличением времени коррозии [21 ].

Принято считать, что снижение прочности было вызвано подвижностью гидроксильных ионов [26,28].Когда концентрация превышала определенное значение, подвижность гидроксильных ионов снижалась. Это приведет к уменьшению коррозии волокон. Однако эта причина не могла объяснить, почему прочность на растяжение сначала уменьшалась, а затем увеличивалась с увеличением времени коррозии. Более того, влияние температуры, концентрации раствора и времени коррозии на свойства растяжения деградированных базальтовых волокон, погруженных в раствор сильной щелочи, и химическая коррозия базальтовых волокон в растворе NaOH с различными температурами и концентрациями до сих пор систематически не изучались.

В общем, антикоррозийными растворами, используемыми для моделирования щелочных сред, были: раствор NaOH, раствор цемента, раствор гидроксида кальция (Ca (OH) ₂ ) и растворы, содержащие смесь NaOH, Ca (OH) ₂ и калия. гидроксид (КОН) [23,27,29,30,31]. Цемент и гидроксид кальция используются для моделирования окружающей среды строительных материалов. Смешанный раствор обычно используется для моделирования щелочной среды с множеством ионов. Чтобы смоделировать щелочную среду, с которой базальтовые волокна могут столкнуться во время нанесения фильтрующего материала, в данном исследовании в качестве травителя был выбран раствор NaOH.

Таким образом, целью данной работы является исследование свойств растяжения деградированных непрерывных базальтовых волокон после погружения в раствор NaOH с различной концентрацией и при разных температурах. Во-первых, было исследовано влияние температуры и концентрации раствора на потерю массы и механические характеристики базальтовых волокон. Морфология поверхности базальтовых волокон в растворе NaOH при различных температурах и концентрациях была исследована с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM).Наконец, была проведена энергодисперсионная спектрометрия (EDS) для выявления изменений элементов отмеченных точек на поверхности базальтовых волокон.

2. Материалы и методы

2.1. Экспериментальные материалы

В данной работе использовались непрерывные нескрученные базальтовые волокна (см.). Чтобы удалить клеящий эмульгатор, используемый в процессе прядения, базальтовые волокна сначала вымачивали в ацетоне на длительное время, а затем промывали дистиллированной водой. Наконец, их сушили в течение 40 мин при 105 ° C.Средний диаметр одного волокна с уменьшенным размером составляет около 16 мкм. Химический состав очищенных базальтовых волокон был исследован с помощью количественного рентгенофлуоресцентного анализа (XRF); основные химические компоненты приведены в. Наиболее важными компонентами базальтовых волокон были SiO ₂ , Fe ₂ O ₃ , Al ₂ O ₃ , CaO и MgO. Основные механические свойства очищенных базальтовых волокон представлены на рис.

Непрерывные нескрученные базальтовые волокна.

Таблица 1

Количественные результаты РФА шлифованных базальтовых волокон.

Свойства опресненных волокон на растяжение Таблица 2

2.2. Обработка волокна

Для исследования влияния температур и концентраций на коррозионное поведение базальтовых волокон волокна были погружены в раствор NaOH при температурах 25, 50 и 70 ° C и концентрациях 1, 2, 3 и 4 моль / л. L соответственно. Массовое соотношение волокна / раствора NaOH для испытания на прочность и испытания на потерю массы составляло примерно 1/250 и 1/450 соответственно.Волокна помещали в специальный пластиковый флакон, содержащий раствор NaOH, а затем герметизировали парафильмом. Затем волокна были извлечены из пластиковой бутылки и промыты дистиллированной водой после погружения на определенный период коррозии. Наконец, все образцы сушили в вакуумной печи при 105 ° C в течение 40 мин.

2.3. Измерение и характеристика

Свойства растяжения волокон базальтового волокна были исследованы с использованием прибора для испытания на растяжение волокон с измерительной длиной 20 мм в соответствии с модифицированным методом испытаний ISO 11566.К нитям прикладывали растягивающую нагрузку при скорости нагружения 2 мм / мин. Коэффициент удерживания свойств при растяжении был рассчитан в соответствии с уравнением (1):

Коэффициент удерживания (%) = ухудшенное свойство при растяжении Исходное свойство при растяжении × 100%

(1)

где свойства при растяжении включают прочность на разрыв и удлинение при разрыве.

Потеря массы связана с взвешиванием волокон после различных периодов обработки в растворе NaOH. Чтобы не допустить воздействия на массу базальтовых волокон процесса сушки, каждый из взвешенных образцов использовался только в течение одного определенного периода обработки.Массу базальтовых волокон до и после коррозии взвешивали с помощью электронных аналитических весов, и потери массы каждого образца оценивали в соответствии с уравнением (2):

Потеря массы (%) = M0-M1 M0 × 100%

( 2)

где M ₀ и M ₁ — масса волокон до и после обработки, соответственно.

Морфология поверхности базальтовых волокон до и после коррозии была исследована с помощью растрового электронного микроскопа FEI Quanta 200 (SEM) (FEI: Прага, Чешская Республика).Изменение элементов отмеченных точек на поверхности базальтовых волокон исследовали с помощью энергодисперсионного спектрометра (EDS) EDAX Genesis 2000 (EDAX: Mahwah, NJ, USA).

3. Результаты и обсуждение

3.1. Потеря массы

Отношения потери массы деградированных базальтовых волокон в зависимости от времени коррозии, концентрации и температуры показаны на а – с соответственно. Как показано на a, было замечено, что отношения потери массы базальтовых волокон были довольно стабильными, поскольку время погружения увеличивалось при температуре 25 ° C.Однако при температуре 50 ° C наблюдалось значительное падение веса. Более конкретно, когда температура составляла 25 ° C, отношения потери массы волокон со временем коррозии 6 ч, 1 день, 2 дня и 3 дня составляли 0,3%, 1,2%, 2,2% и 2,4% соответственно. При температуре 50 ° C коэффициенты потери массы волокон со временем коррозии 6 ч, 1 день, 2 дня и 3 дня составляли 2,2%, 7,1%, 10,0% и 16,6% соответственно. Из b видно, что потеря массы волокон при 50 ° C была намного выше, чем при 25 ° C.c показывает, что величина потери массы волокон при трехдневной обработке резко возрастает при повышении температуры с 25 ° C до 70 ° C. Например, при концентрации 1 моль / л и времени коррозии 3 дня коэффициенты потери массы базальтовых волокон при 25, 50 и 70 ° C составили 2,4%, 16,6% и 33,8% соответственно. Можно сделать вывод, что на потерю массы базальтовых волокон значительно влияют температура, время коррозии и концентрация раствора. Потеря массы особенно увеличивалась с повышением температуры.Это также продемонстрировало, что более высокая температура ускоряет коррозию базальтовых волокон в щелочном растворе.

Коэффициенты потери массы базальтовых волокон после обработки раствором NaOH: ( a ) отношения потери массы в зависимости от времени коррозии; ( b ) отношения потери массы в зависимости от концентрации при 6-часовом погружении; ( c ) Коэффициент потери массы в зависимости от температуры при 3-дневном погружении.

Базальтовые волокна до и после коррозии были исследованы с помощью количественного рентгенофлуоресцентного анализа; основные химические составы очищенных и деградированных волокон приведены в.По сравнению с очищенными базальтовыми волокнами содержание SiO ₂ , Al ₂ O ₃ и K ₂ O снизилось на 13,1%, 7,0% и 1,1% соответственно. Это явление было вызвано в основном выщелачиванием ионов кремния, алюминия и калия.

Таблица 3

Сравнение результатов XRF обескровленных и деградированных базальтовых волокон, погруженных в раствор NaOH с концентрацией 1 моль / л при 70 ° C на 3 дня.

3.2. Поведение базальтовых волокон при растяжении

Коэффициенты удерживания прочности на разрыв для базальтовых волокон, погруженных в растворы NaOH, в зависимости от времени коррозии и концентрации показаны на a, b, соответственно. В целом прочность базальтовых волокон на разрыв при 70 ° C ухудшилась сильнее, чем при 25 ° C. Температура оказала большое влияние на тенденцию изменения прочности на разрыв с увеличением времени коррозии.Например, когда температура составляла 25 ° C, прочность на разрыв базальтовых волокон уменьшалась по мере увеличения времени коррозии. Через 1 час, 3 часа, 6 часов, 1 день и 3 дня его коэффициенты удерживания составили 77,9%, 70,7%, 65,4%, 62,5%, 53,6% соответственно. Когда температура поднялась до 50 ° C, прочность на разрыв сначала снизилась, а затем увеличилась с увеличением времени коррозии. Через 1 час, 3 часа, 6 часов, 1 день и 3 дня его коэффициенты удерживания составили 67,6%, 57,8%, 52,5%, 49,0%, 58,2% соответственно. Когда температура составляла 70 ° C, прочность на разрыв разрушенных базальтовых волокон уменьшалась по мере увеличения времени коррозии.Через 1, 3, 6 и 24 часа его коэффициенты удерживания составили 53,5%, 49,2%, 42,0% и 24,6% соответственно.

Коэффициенты сохранения прочности на разрыв базальтовых волокон после обработки раствором NaOH: ( a ) коэффициенты сохранения прочности на разрыв в зависимости от времени коррозии; ( b ) коэффициенты сохранения прочности на разрыв в зависимости от концентрации при 6-часовом погружении.

b показывает предел прочности базальтовых волокон на разрыв в зависимости от концентрации раствора при 6-часовой обработке. В частности, когда температура составляла 25 ° C, прочность на разрыв сначала уменьшалась, а затем увеличивалась с увеличением концентрации.Его коэффициенты удерживания составляли 65,4%, 64,0%, 57,1% и 61,6% при концентрациях 1, 2, 3 и 4 моль / л соответственно. В данном исследовании наименьшая прочность на разрыв проявлялась в диапазоне концентраций 2–4 моль / л. При повышении температуры до 50 ° C предел прочности базальтовых волокон уменьшался с увеличением концентрации. Его коэффициенты удерживания составляли 52,5%, 46,2%, 41,6% и 38,0% при концентрациях 1, 2, 3 и 4 моль / л соответственно. Когда температура составляла 70 ° C, прочность на разрыв базальтовых волокон сначала уменьшалась, а затем увеличивалась при увеличении концентрации с 1 до 4 моль / л.Его коэффициенты удерживания составляли 42,0%, 41,3%, 35,8% и 62,4% при концентрациях 1, 2, 3 и 4 моль / л соответственно. Самый низкий предел прочности на разрыв имел место в 3 моль / л. Более того, его удерживающая способность резко возросла до 62,4% при концентрации 4 моль / л.

показывает коэффициенты удерживания удлинения базальтовых волокон при обработке NaOH в зависимости от времени и концентрации коррозии, соответственно. Было отмечено, что относительное удлинение при разрыве и предел прочности при растяжении имеют одинаковую тенденцию к изменению.Стоит отметить, что самая низкая прочность на растяжение имела место при времени коррозии в один день (а), когда температура составляла 50 ° C. Однако наименьшее удлинение произошло при времени коррозии 6 ч (а).

Относительное удлинение базальтовых волокон при разрыве после обработки раствором NaOH: ( a ) относительное удлинение при разрыве в зависимости от времени коррозии; ( b ) относительное удлинение при разрыве в зависимости от концентрации при 6-часовом погружении.

3.3. Анализ изображений SEM

Базальтовые волокна, подвергнутые обесцвечиванию, имели довольно гладкую поверхность (), при этом не наблюдалось никаких видимых пор и микротрещин.

СЭМ-изображения измельченных базальтовых волокон.

СЭМ-изображения базальтовых волокон, погруженных в раствор NaOH с концентрацией 1 моль / л при температурах 25 ° C и 50 ° C в течение 3 суток представлены на рис. По сравнению с состоянием поверхности волокна, подвергнутого шлифовке, на некоторых участках поверхности волокна появился чешуйчатый слой коррозии, но при температуре 25 ° C видимых трещин и пор не наблюдалось. Однако полная коррозионная оболочка, покрывающая всю поверхность волокна, наблюдалась при повышении температуры до 50 ° C.Можно сделать вывод, что на морфологию поверхности волокна значительно влияла температура, и более высокая температура ускоряла образование коррозионной оболочки.

СЭМ-изображения базальтовых волокон, погруженных в раствор NaOH с концентрацией 1 моль / л на 3 дня: ( a ) 25 ° C; ( b ) 50 ° С.

показывает базальтовые волокна, погруженные в раствор NaOH различной концентрации при 70 ° C на 6 часов. При концентрации 1 моль / л на поверхности волокна появлялось несколько чешуйчатых слоев коррозии, но они не покрывали ее полностью.Области, отмеченные пунктирными линиями, были довольно гладкими и имели прямые границы. Слои коррозии образуются на поверхности и после коррозии слегка прилипают к сердцевине волокна (из-за контакта волокон до коррозии). В процессе сушки и измерения взаимное расположение волокон изменилось, что привело к отслаиванию коррозионного слоя. Поэтому наблюдались гладкие участки с прямыми границами. На поверхности базальтового волокна с концентрацией 4 моль / л образуются многочисленные сферические частицы.Кроме того, наблюдалась частично отслаивающаяся коррозионная оболочка, а отслаивающаяся коррозионная оболочка создавала гладкую «свежую» поверхность. Можно сделать вывод, что на морфологию поверхности волокна существенно влияет концентрация раствора. При более высокой температуре более высокая концентрация раствора ускоряет образование коррозионной оболочки.

СЭМ-изображения базальтовых волокон, обработанных в растворе NaOH при 70 ° C в течение 6 ч: ( a ) 1 моль / л; ( b ) 4 моль / л.

Отслоившиеся коррозионные оболочки анализировали по закону распределения диаметров волокон базальтового волокна (см.).Диаметр каждой нити волокна определяли перед испытаниями на растяжение. Видно, что подавляющее большинство диаметров базальтовых волокон в исходном состоянии составляло 16 мкм. Однако после нескольких часов погружения диаметр большинства базальтовых волокон составлял около 14 и 15 мкм.

Распределения диаметров нитей накала: ( a ) исходное состояние; ( b ) погружали в раствор NaOH с концентрацией 4 моль / л при 70 ° C на 6 часов.

Чтобы объяснить причину увеличения прочности на разрыв, когда на поверхности волокна образуется коррозионная оболочка, было важно ввести понятие концентрации напряжений.Концентрация напряжений относится к явлению, когда максимальное значение напряжения в локальной области конструкции или компонента выше, чем среднее значение напряжения. показаны схематические диаграммы распределения напряжений с концентрацией напряжений и без них. Когда к исправному волокну (а) прилагается сила P , распределение напряжений в волокне почти равномерное. Волокно разрушается при σ ₀ = σ _b , где σ _b представляет собой предел прочности материала при растяжении.Когда к дефектному волокну (b) прилагается сила P , распределение напряжений в волокне не является однородным, и напряжение вблизи дефекта намного превышает среднее напряжение. Волокно выходит из строя при σ _max = σ _b . В этом случае измеренная нами прочность на разрыв (σ _м ) меньше σ _b . Чем выше степень концентрации напряжений, тем больше σ _max и меньше σ _м .

Схематические диаграммы распределения напряжений: ( a ) нестандартная концентрация; ( b ) концентрация напряжений.

Перед формированием коррозионной оболочки степень концентрации напряжения увеличивалась, а прочность волокна на растяжение уменьшалась по мере увеличения времени коррозии. Это снизило степень концентрации напряжений при формировании коррозионной оболочки (подробный анализ см. В следующем разделе), что привело к увеличению прочности на разрыв.Кроме того, при сравнении волокна с антикоррозийной оболочкой (обработанной 1 моль / л NaOH в течение 3 дней при 25 ° C) и без коррозионной оболочки (обработанной 1 моль / л NaOH в течение 3 дней при 50 ° C), это могло быть Видно, что уменьшение прочности на разрыв, вызванное концентрацией напряжений, было больше, чем вызванное коррозией оболочки.

Предполагая, что коррозионная оболочка не выдерживает тянущего усилия, влияние коррозионной оболочки на сохранение прочности на разрыв, а именно T _s , можно оценить по следующей формуле:

Ts = π (d02− з) 2 π (d02) 2 × 100% = (1−2hd0) 2 × 100%

(3)

где d ₀ — диаметр одиночной нити накала до коррозии, а h — толщина коррозионной оболочки.

Из изображений SEM диаметры волокон до и после коррозии были получены как d ₀ = 13,1–18,4 мкм . h = 1,2–1,5 мкм соответственно. Таким образом, значение T _s было оценено как 59,4–75,6%.

показывает спектры EDS отмеченных точек и; результаты микроанализа приведены в. По сравнению с точкой А (измельченное волокно) содержание элементов кальция, железа, магния и титана в точке В значительно увеличилось.Это означало, что эти ионы металлов осаждались на поверхности базальтовых волокон. Было также обнаружено, что поверхность под коррозионным слоем (точка C) имела такое же содержание элементов, что и в исходном состоянии (очищенное волокно). Коррозионная оболочка (точка D) показала, что содержание ионов кальция, железа, марганца и титана увеличилось. Однако содержание элементов алюминия, кремния и калия резко снизилось. Эти результаты EDS согласовывались с результатами XRF-анализа (), который дополнительно подтвердил, что большое количество ионов алюминия, кремния и калия выщелачивалось с поверхности базальтового волокна.Это было основной причиной потери массы базальтовых волокон.

Результаты ЭДС базальтовых волокон: ( a ) точка A; ( b ) Точка B; ( c ) Точка C и ( d ) Точка D.

Таблица 4

Содержимое элементов отмеченных областей в и.

4. Дальнейшее обсуждение

4.1. Процесс коррозии базальтовых волокон в растворе NaOH

Были проведены исследования химической стабильности стеклянных или стеклянных волокон в щелочном или водном растворе [32,33].Поскольку базальтовые волокна имели аналогичный химический состав со стеклянными волокнами, между ними было сходство. На основании приведенных выше результатов и анализа схематический процесс коррозии базальтовых волокон в растворе NaOH описан в. Процесс коррозии можно в общих чертах разделить на три стадии коррозии: стадия растворения силиката (стадия 1), образование и рост коррозионной оболочки (стадия 2) и отслоение коррозионной оболочки (стадия 3).

Схематическое изображение процесса коррозии базальтовых волокон в растворе NaOH.

В исходном состоянии поверхность базальтовых волокон казалась достаточно гладкой. Хотя предполагалось, что на поверхности базальтовых волокон есть дефекты (микротрещины и поры), они были едва заметны из-за слишком малых размеров. На стадии 1 гидроксильные ионы раствора NaOH разрывают связи –Si – O – Si– и –Si – O – Al– аналогично стекловолокну в щелочной среде [30,33]. Алюмосиликатные сети начали растворяться через микротрещины и поры, что привело к появлению небольших пор и микротрещин, которые доходят до сердцевины волокна.Как следствие, степень концентрации напряжений увеличилась, что привело к быстрому снижению прочности на разрыв. Кроме того, реакция гидратации сопровождалась растворением базальтового волокна, и нерастворимые гидроксиды, образованные кальцием и железом, покрывали поверхность волокна. При продолжении реакции гидратации образовывался тонкий гидратированный слой (коррозионная оболочка), покрывающий всю поверхность волокна (состояние B). Коррозионная оболочка действует как защитный слой и замедляет скорость растворения волокон.

При переходе в состояние B процесс коррозии переходит в стадию 2. По мере увеличения времени коррозии рост коррозионной оболочки постепенно замедляет скорость диффузии гидроксил-ионов в сердцевину волокна и, таким образом, снижает скорость растворения силиката. Один конец пор и микротрещин находился в коррозионной оболочке, а другой конец — в сердцевине волокна (см. Состояние C). На прочность на разрыв базальтовых волокон влияли коррозионная оболочка, поры и микротрещины. Базальтовые волокна имели очень низкую прочность на разрыв в этом состоянии коррозии.

В состоянии D коррозионная оболочка была самой толстой. Практически все поры и микротрещины находились в коррозионной оболочке. Благодаря более низкому пределу прочности коррозионной оболочки и слабой связи коррозионной оболочки с сердцевиной волокна, степень концентрации напряжений была эффективно снижена. На прочность на разрыв базальтовых волокон в основном влияла толщина коррозионной оболочки в этом коррозионном состоянии. По сравнению с большим диаметром волокна, толщина коррозионной оболочки меньше влияла на снижение прочности на разрыв, чем влияние концентрации напряжений на снижение прочности на разрыв.Следовательно, прочность на разрыв базальтовых волокон увеличивается в состоянии D по сравнению с состоянием C.

Молекулы воды проникают в сетку стекла [34,35], что приводит к увеличению объема и разбуханию коррозионной оболочки с дальнейшей коррозией. Коррозионная оболочка начала отслаиваться от поверхности базальтового волокна на некоторых участках (состояние E). В состоянии F коррозионная оболочка частично или полностью отслаивалась от сердцевины волокна, что приводило к «свежей» поверхности и уменьшенным диаметрам d ₁ .«Свежая» поверхность базальтовых волокон и уменьшенный диаметр d ₁ приводят к увеличению прочности базальтовых волокон на разрыв. При переходе в состояние D коррозия снова перешла в состояние A.

4.2. Тенденция изменения прочности базальтовых волокон на разрыв с увеличением времени коррозии

Как видно из изображений, полученных с помощью SEM (и), состояние коррозии базальтовых волокон, погруженных в раствор NaOH с концентрацией 1 моль / л при 50 ° C в течение 3 дней, соответствует состоянию D. .Коррозионное состояние базальтовых волокон, погруженных в раствор NaOH с концентрацией 4 моль / л при 70 ° C на 6 часов, соответствовало состоянию F.Как подтверждается буквой а, предел прочности на растяжение увеличивался, что соответствовало этим состояниям коррозии. До состояния D состояние коррозии базальтовых волокон было на этапе 2. При температуре 50 ° C прочность на разрыв базальтовых волокон, которые корродировали в течение одного дня, была ниже, чем у базальтовых волокон, которые корродировали в течение трех дней. , как показано на. Таким образом, можно сделать вывод, что самый низкий предел прочности базальтовых волокон имел место на этапе 2.

Изменение прочности на разрыв для базальтовых волокон, погруженных в раствор NaOH, было втянутым.Состояние коррозии с самым низким пределом прочности на разрыв было в состоянии C (на этапе 2). При измерении состояния C до коррозии был сделан вывод, что предел прочности при растяжении постоянно снижался с увеличением времени. При измерении перед состоянием F было обнаружено, что прочность на разрыв сначала уменьшалась, а затем увеличивалась с увеличением времени. Когда измеренное состояние коррозии перешло в состояние F, были получены различные тенденции изменения. Формирование самоотслаивающейся коррозионной оболочки было типичным явлением во всех условиях коррозии [31].Однако на время формирования коррозионной оболочки влияли многочисленные внешние и внутренние факторы, такие как компонент волокна, размер волокна, состав раствора, концентрация раствора, температура и время старения [22,31]. Эти факторы привели к различным коррозионным состояниям базальтовых волокон в различных условиях коррозии; следовательно, разные тенденции прочности на разрыв наблюдались при разных температурах и концентрациях.

Изменение предела прочности базальтовых волокон, обработанных в растворе NaOH.

Wu et al. [20] показали, что предел прочности базальтовых волокон снижается с увеличением времени при 25 ° C и 55 ° C. Основная причина заключалась в том, что использованный щелочной раствор имел очень низкую концентрацию. Несмотря на то, что наибольшее время коррозии составляло 66 дней, изображения, полученные с помощью СЭМ, показывают, что на поверхности волокна не образовалась коррозионная оболочка. Следовательно, измеренное состояние коррозии не превышало состояния C, что и привело к этой тенденции. Ying et al. [21] исследовали предел прочности базальтового волокна, погруженного в раствор NaOH с концентрацией 1 и 2 моль / л при 100 ° C соответственно.Для раствора NaOH с концентрацией 2 моль / л было обнаружено, что прочность на разрыв базальтовых волокон сначала уменьшалась, затем увеличивалась и, наконец, уменьшалась. Как видно из изображений SEM, их измеренное состояние коррозии прошло состояние F и перешло в состояние A следующего процесса коррозии. Для раствора NaOH с концентрацией 1 моль / л прочность на разрыв базальтовых волокон сначала уменьшалась, а затем увеличивалась. Предполагается, что на поверхности волокна образовалась коррозионная оболочка. Таким образом, в этой работе был предложен механизм коррозии, позволяющий выявить процесс изменения корродированных базальтовых волокон.

4.3. Тенденция изменения прочности базальтовых волокон на разрыв с увеличением концентрации

Приведенный выше анализ объяснил тенденцию изменения прочности базальтовых волокон на разрыв с увеличением времени коррозии. b показывает, что тенденции изменения прочности на разрыв были аналогичными (сначала уменьшались, а затем увеличивались) при 25 ° C и 70 ° C. Однако причины этого явления были разными. Увеличение концентрации NaOH влияет на коррозию двумя способами: (1) подвижностью гидроксильных ионов и (2) скоростью реакции.Ли и др. [26] исследовали щелочную стойкость базальтовых волокон в растворе 1–5 моль / л NaOH при 25 ° C. Они обнаружили, что после 2 дней старения на поверхности волокна не образовалась коррозионная оболочка. Можно сделать вывод, что увеличение прочности базальтовых волокон на разрыв при 6-часовом старении не было вызвано коррозией оболочки. Увеличение концентрации NaOH влияет на коррозию двумя способами: (1) подвижностью ионов и (2) скоростью реакции. Увеличение концентрации привело к ускорению скорости реакции для растворов NaOH.Однако снижение атаки при более высокой концентрации объяснялось более низкой подвижностью гидроксильных ионов.

Когда температура составляла 25 ° C, увеличение концентрации увеличивало количество гидроксильных ионов и, таким образом, ускоряло скорость реакции для раствора NaOH. Однако подвижность гидроксильных ионов снижалась выше определенной концентрации, вызывая уменьшение коррозии базальтовых волокон [26]. Предел прочности увеличивается при концентрации 4 моль / л. Базальтовые волокна, погруженные в раствор с высокой концентрацией, корродируют более серьезно при высокой температуре.

При температуре 70 ° C подвижность гидроксильных ионов увеличивалась. Это вызвало усиление коррозии базальтового волокна, так как концентрация увеличилась с 1 до 4 моль / л. Однако при концентрации 4 моль / л прочность на разрыв увеличивалась из-за отслаивания коррозионной оболочки (см. Б). Другими словами, когда температура составляла 70 ° C, коррозионное состояние базальтовых волокон при концентрации 4 моль / л переходило в состояние C. Следовательно, было замечено, что прочность на разрыв сначала уменьшалась, а затем увеличивалась, когда концентрация увеличивалась с 1 до 4 моль / л.При температуре 50 ° C базальтовые волокна корродировали более серьезно с увеличением концентрации. Кроме того, все коррозионные состояния волокон были до состояния C. Следовательно, предел прочности на разрыв уменьшался с увеличением концентрации (см. B).

Непрерывное базальтовое волокно

Сегодня в мире наблюдается значительный и устойчивый рост до 10% производства композиционных материалов. Одним из основных армирующих элементов композиционных материалов являются волокна.Кроме того, волокнистые материалы широко применяются в качестве тепло-, звукоизоляционных и фильтрующих материалов.

Сейчас для этого широко применяются стекловолокно, а для особо ответственных и дорогих изделий используются углеродные волокна. Однако эти материалы не полностью соответствуют требованиям современного этапа. Стекловолокно имеет определенные ограничения по своим характеристикам: удельная прочность, температура применения, химическая стабильность, особенно в щелочных средах.При производстве стекловолокна используется особенно дефицитный компонент — оксид бора (B2O3). Углеродные волокна при их высокой стоимости не имеют перспектив массового применения.

В связи с этим к настоящему времени выполнен ряд работ по развитию современной технологии производства непрерывных волокон из базальтовых камней, начато производство непрерывных базальтовых волокон и материалов на их основе. При этом базальтовые волокна и материалы на их основе имеют наиболее предпочтительный показатель соотношение качества и цены по сравнению с другими типами волокон.

При промышленном производстве базальтовых волокон на основе новых технологий их стоимость равна и даже меньше стоимости стекловолокна.

При этом базальтовые волокна и материалы на их основе имеют наиболее предпочтительный показатель соотношение качества и цены по сравнению со стекловолокном и углеродными волокнами, и другими типами волокон.

Высокая прочность

Удельная прочность базальтового волокна превышает прочность легированной стали 2.В 5 раз, прочность стекловолокна — в 1,5 раза.

Высокая химическая стойкость к воздействию воды, солей, щелочей и кислот

В отличие от металла CBF не подвержен коррозии.В отличие от стекловолокна, CBF не подвержен воздействию кислот. CBF обладают высокой коррозионной и химической стойкостью к агрессивным средам, таким как растворы солей и кислот и, особенно, щелочей.

Высокая термостойкость

Диапазон температур для длительного применения CBF составляет 200 ~ 600 C.

Кратковременное воздействие температур — до 700 С.

Однократное воздействие температур — до 1000 С.

Совместимость CBF с другими материалами

Высокая совместимость CBF с другими материалами (металлами, пластиком, клеями) в процессе производства

Материалы на основе CBF могут обрабатываться с применением различных «холодных» технологий, таких как формовка, намотка, пултрузия, напыление и др.

См. Статью «О перспективах применения материалов из базальтовых волокон»

минералов | Бесплатный полнотекстовый | Эффект базальтовых волокон для армирования тормозных композитов на основе смол

1. Введение

2. Экспериментальная

2.1. Изготовление фрикционных материалов

2.2. Характеристики базальтового волокна

Химический состав базальтового волокна анализировали с помощью рентгенофлуоресцентного (XRF) спектрометра Bruker S4 Pioneer (Bruker, Карлсруэ, Германия).Фазовый состав базальтового волокна регистрировали на дифрактометре Bruker-AXSD8 Advance (XRD, Bruker, Карлсруэ, Германия) с использованием CuKα-излучения (λ = 0,15406 нм) при 40 кВ и 40 мА. Скорость сканирования 0,02 ° / с. Морфологию базальтового волокна наблюдали с помощью сканирующей электронной сканирующей микроскопии Mira3 LMU (SEM, Tescan, Брно, Чешская Республика). Поверхностные функциональные группы базальтового волокна детектировали с помощью Фурье-спектрометра Tensor II (FTIR) (Bruker, Карлсруэ, Германия) с использованием таблеток KBr между 4000 см ^-1 и 400 см ^-1 .Тепловые характеристики (термогравиметрия и дифференциальный сканирующий калориметр, аббревиатура TG-DSC) базальтового волокна анализировали с помощью термического анализатора Mettler-Toledo TGA DSC3 + 1600LF (Mettler-Toledo, Цюрих, Швейцария) в атмосфере воздуха со скоростью нагрева 10 °. C / мин от комнатной температуры до 800 ° C.

2.3. Физические и механические характеристики композитов

Физические свойства, такие как плотность, твердость и тепловое расширение композитов, были измерены на основе стандарта Китайской федерации строительных материалов JC685-2009, национального стандарта Китая GB5766-2007 и GB22310-2008 на Весы плотности ME104, содержащие компоненты плотности DS1 (Меттлер-Толедо, Цюрих, Швейцария), электрический прибор для пластикового каменного колодца XHRD-150 (Хуайинь, Лайчжоу, Китай) и машина для испытания на сжатие и тепловое расширение XYP-B (Синьи, Сяньян, Китай) ), соответственно.Механические свойства, например внутренняя прочность на сдвиг и характеристики сжимаемости в зависимости от содержания базальтового волокна, были определены в соответствии со стандартом автомобильной промышленности Китая QC473-1999 и национальным стандартом Китая GB22311-2008. Внутренняя прочность на сдвиг измерялась на электронной универсальной испытательной машине WDW-50 (Тяньчэнь, Цзинань, Китай), а испытание на сжимаемость проводилось на сжимаемой машине JF221A (Институт механического и электрического оборудования, Цзилинь, Китай).Структуру поверхности разрушения композитов наблюдали с целью выявления возможного механизма упрочнения с помощью автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа Nova Nano SEM230 (Thermo Fisher, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США).

2.4. Оценка трибологических характеристик композитов

4. Выводы

Проведена оценка физико-механических и трибологических характеристик фрикционных композитов на основе состава нетипичного неасбестоорганического (NAO) типа, содержащего различное содержание базальтовых волокон. Механические свойства фрикционных композитов были улучшены за счет добавления базальтового волокна. Слишком высокое или слишком низкое содержание базальтового волокна неблагоприятно сказывалось на механических свойствах фрикционных композитов. Наилучшие механические характеристики получены у композита Бас-15.Вероятный механизм может заключаться в том, что тысячи базальтовых волокон были диспергированы в тормозные композиты на основе смолы, которые вели себя как сети и каркасы, которые эффективно укрепляли тормозные композиты. По результатам трибологических испытаний значения коэффициента трения и скорости износа соответствовали требованиям GB 5763-1998. Связь между коэффициентом трения, составом и температурой нелинейна. Оценка удлинения на основе теории экстеники была разработана для оценки нелинейных соотношений, и результаты показали, что образцы Bas-0 и Bas-15 имели аналогичную фрикционную стабильность, которая принадлежала оптимальному уровню.Он также показал нелинейные зависимости между скоростью износа, составом и температурой. Всестороннее сравнение общей скорости износа и общей потери веса показывает, что образец Bas-15 был оптимальной рецептурой. Анализ изношенной поверхности показал, что изношенные поверхности выявили два вида плато контакта, а именно плато первичного контакта и плато вторичного контакта. Первый мог обеспечить более высокий и стабильный коэффициент трения, в то время как второй был подвержен серьезным колебаниям трения и износу.Абразивы и твердые смазки сыграли важную роль в регулировании двух видов плато контакта. Когда содержание базальтового волокна составляло 15%, целостность волокна-наполнителя / смолы улучшалась, что помогало фрикционному композиту вести себя хорошо.

Mafic USA начинает работу на крупнейшем в мире предприятии по производству базальтового волокна

Компания планирует начать производство продукции для продажи в течение следующих нескольких недель. Базальтовые волокна очень востребованы для широкого спектра промышленных применений из-за их прочности и способности заменять материалы, подверженные коррозии.

«Это важная веха в истории нашей компании. Крупномасштабное производство базальтового волокна изменит правила игры в ряде отраслей», — сказал генеральный директор Майк Левин.

Mafic начала строительство завода стоимостью 20 миллионов долларов, расположенного в 45 милях от Шарлотта, Северная Каролина, в 2016 году. Новое предприятие будет способно производить 6000 метрических тонн базальтового волокна в год, что составляет почти 30 процентов текущего мирового производства базальтового волокна. В рамках подготовки к коммерческой деятельности Mafic нанимает около 50 квалифицированных сотрудников для эксплуатации объекта 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.Завод в Шелби, Северная Каролина, является первым из нескольких запланированных производственных предприятий в США.

«Мы очень рады предоставить Shelby новые возможности для квалифицированного трудоустройства», — пояснил Левин. «Решая, где разместить предприятие, мы были привлечены к многочисленным кадрам Шелби и дружественной деловой среде».

Что такое базальтовое волокно?

Базальтовое волокно представляет собой вытянутое непрерывное волокно, подобное стеклу (т.е. стекловолокну) и волокнам, изготовленным из углерода или арамида.Для производства волокна добытая базальтовая порода сначала промывается, а затем помещается в печь при температуре примерно 1500 ° C. Полученный расплав экструдируется через «втулку», блок из драгоценного металла с тысячами микроскопических отверстий, каждое из которых дает единственную нить. После выхода из втулки волокнистая нить затвердевает, и применяется проклейка для улучшения ее свойств перед намоткой волоконных нитей с другими готовыми волокнами в прядь.

Базальтовое волокно использовалось десятилетиями, но до сих пор производилось в ограниченных количествах.Цель Mafic — вывести крупномасштабное производство базальтового волокна на несколько рынков, в том числе на строительный, автомобильный и тепловой рынки.

Mafic USA LLC была основана в 2015 году и расположена по адресу: 119 Metrolina Drive, Shelby, NC, 28150. Свяжитесь с Mafic USA по телефону (704) 967-8006 или найдите их в Интернете по адресу http: //www.mafic. com.

Mafic USA придерживается рекомендаций по COVID-19 для предприятий, выпущенных Министерством здравоохранения и социальных служб Северной Каролины.Дополнительную информацию можно найти здесь: http://covid19.ncdhhs.gov/guidance#busshops

Контактное лицо для прессы:

Бен Янг
Georgetown Public Affairs LLC
[адрес электронной почты защищен]
(202) 905-8626

ИСТОЧНИК Mafic USA

Ссылки по теме

http://www.mafic.com