جاذبية ألياف البازلت

إن مفهوم إنتاج الألياف من البازلت ليس جديدًا. فقد صدرت أول براءة اختراع لتصنيع ألياف البازلت عام ١٩٢٣، وخلال خمسينيات وستينيات القرن الماضي، ركزت أبحاث مكثفة على تطبيقاتها العسكرية. حتى الشركات الرائدة الألياف الزجاجية استكشف المنتجون إمكانات البازلت آنذاك، إلا أنهم حوّلوا تركيزهم في البحث والتطوير في سبعينيات القرن الماضي إلى ألياف زجاجية عالية الأداء مثل S-2. على مر العقود، تذبذب الاهتمام بمركبات ألياف البازلت، لكنه ازداد بشكل مطرد في السنوات الأخيرة.

بما أن البازلت ينشأ من حمم بركانية غنية بالمغنيسيوم والحديد، تبرد بسرعة لتتحول إلى صخور، فليس من المستغرب أن تتميز ألياف البازلت بعزل حراري استثنائي، ومقاومة للحريق، وثبات في درجات الحرارة العالية. هذه الخصائص تجعلها مادةً قياسيةً للعزل في درجات الحرارة العالية. على سبيل المثال، تُزود شركة كاميني فيك الروسية، المُصنِّعة لألياف البازلت، صناعة السيارات الأمريكية بمنتجات لعزل أنظمة العادم، وتوفر مواد مقاومة للحرارة للتطبيقات الصناعية.

إلى جانب الأداء الحراري، ألياف البازلتمزيج من القوة والصلابة ومقاومة الصدمات، كيميائي خموله يجعله مادة تدعيم جذابة للمركبات. في تطبيقات البلاستيك المقوى بالألياف (FRP)، تُشبه عمليات صبّه عمليات صب الألياف الزجاجية. يمكن تكييف أي تقنية صب ألياف زجاجية تقريبًا مع ألياف البازلت مع تعديلات طفيفة على المعايير الرئيسية. كما أن ألياف البازلت متوافقة مع جميع أنظمة الراتنج القياسية.

على الرغم من أن كثافة البازلت (2.63 جم/سم³) أعلى قليلاً من الألياف الزجاجية، فإن مزايا الأداء الخاصة به تمكن من إنتاج مركبات أخف وزناً وأكثر مرونة في التصميم.

تكتسب الخصائص الحرارية لألياف البازلت اهتمامًا متزايدًا يتجاوز مجرد العزل. إذ تُستخدم مركباتها بشكل متزايد في تطبيقات تتطلب نطاقات حرارية أوسع. كما تتفوق مقاومتها للصدمات على ألياف الزجاج والكربون. وقد أظهرت دراسات أولية أجراها مركز البناء الخفيف التكاملي الألماني ومعهد تكنولوجيا النسيج في الجامعة التقنية الراينية الفستفالية في آخن أن البولي أميد 6 المقوى بنسيج خيوط البازلت الهجين (HYWF) يمتص طاقة نوعية أعلى بنسبة 35% من ألياف الزجاج HYWF و17% من ألياف الكربون HYWF.

تُسهم أكاسيد الحديد والألومنيوم في البازلت في مزايا إضافية. على سبيل المثال، تُبدي ألياف البازلت مقاومةً أفضل للتآكل ومقاومةً للحريق مقارنةً بزجاج E. وقد أكدت دراسةٌ أجرتها شركة Mafic الأيرلندية ومركز مشاريع فراونهوفر الكندي أن ألواح اختبار ألياف البازلت/الإيبوكسي حققت معامل شد وقوة شد ومقاومة قص بين الصفائح أعلى بنسبة 40%، بالإضافة إلى صلابة نوعية أعلى بنسبة 20%، مقارنةً بألواح زجاج E/الإيبوكسي المصنوعة من نفس الراتنج والعملية. وقد أفادت شركة Kamenny Vek بنتائج مماثلة.

ألياف البازلتيُعدّ امتصاص الماء المنخفض للألياف البازلتية أمرًا بالغ الأهمية لتطبيقات البناء وخطوط الأنابيب. فهي غير موصلة للكهرباء، ولأنها مادة طبيعية، يسهل إعادة تدويرها مقارنةً بالألياف الاصطناعية، وهو أمر بالغ الأهمية في صناعات السيارات وغيرها. تصف جينكاريل ألياف البازلت بأنها "أنحف وأكثر مراعاةً للبيئة وأكثر متانة" من البدائل، مما يجعل مركباتها حلقة وصل بين ألياف الزجاج الإلكتروني وألياف الكربون من حيث التكلفة والأداء. وكما يشير تومسون، "نحن نسد الفجوة بين ألياف الكربون والزجاج، وهي سوقٌ لطالما توقّت لمثل هذا الحل".

يُقال إن الانتقال من ألياف الكربون إلى ألياف البازلت أسهل من الانتقال من الزجاج الإلكتروني، مع أن كليهما ممكن. بالنسبة لمستخدمي ألياف الكربون، فإن توفير التكلفة هو الدافع وراء هذا التحول، بينما تناسب نسبة الأداء إلى السعر المتوازنة لألياف البازلت التطبيقات التي لا تتطلب أداءً فائقًا للكربون. كما تختلف أنماط فشلهما: إذ تميل ألياف الكربون إلى الفشل بشكل كارثي (مثل التحطم)، بينما تُظهر ألياف البازلت فشلًا تدريجيًا وأكثر أمانًا. يوضح ستريتمان: "تفشل الساق الاصطناعية المصنوعة من الكربون المركب فجأةً، مما يتسبب في السقوط؛ بينما تسمح الساق المصنوعة من البازلت المركب للمستخدم بالجلوس".

في حين أن تحسينات الإنتاج تُخفّض التكاليف، إلا أن ألياف البازلت لا تزال أغلى بمرتين من زجاج E في التطبيقات واسعة النطاق. ولتبرير هذه الميزة، يجب أن تُقدّم خصائصها الفائقة - صلابة أعلى، ومتانة، ومقاومة للصدمات، ومقاومة للمواد الكيميائية/الماء، وأوضاع فشل أكثر أمانًا - قيمةً بالغة الأهمية. ومع تطور التكنولوجيا، تتبوأ هذه الصخور البركانية مكانةً فريدةً في عالم المواد المتقدمة.