تجزیه و تحلیل فناوری الیاف بازالت
مواد اولیه و فرآیند تولید
ماده اولیه برای الیاف بازالت است سنگ بازالت آتشفشانی. آن شیمیایی ترکیب آن عمدتاً از دی اکسید سیلیکون و اکسید آلومینیوم است که با اکسیدهای آهن، کلسیم و سایر اکسیدها تکمیل میشود. پس از خردایش و تمیز کردن، سنگ معدن به کوره ذوب وارد میشود، جایی که در دمای بالای حدود ... به ماگمای همگن تبدیل میشود. ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد، و سپس از طریق یک رشتهساز آلیاژ پلاتین-رودیوم به الیاف پیوسته کشیده میشود.
در مقایسه با الیاف شیشه،الیاف بازالت فرآیند دسته بندی را حذف کرده و از ماده اولیه منحصر به فردی استفاده میکند. در مقایسه با فرآیند پیچیده کربن سازی الیاف کربن، که به یک پیش ماده آلی نیاز دارد، فرآیند تولید آن مستقیمتر است. با این حال، نوسانات در ترکیب سنگ معدن بازالت میتواند بر پایداری الیاف تأثیر بگذارد و غربالگری دقیق مواد اولیه را ضروری میسازد.
ویژگیهای عملکرد فیزیکی و شیمیایی
(1) خواص مکانیکی: استحکام کششی از الیاف بازالت بین الیاف شیشه معمولی و الیاف کربن است که معمولاً از 3000 تا 4800 مگاپاسکال متغیر است و مدول الاستیک آن تقریباً 90 تا 110 گیگاپاسکال است. این مدول از الیاف شیشه E برتر اما از الیاف کربن با مدول بالا کمتر است. ازدیاد طول در نقطه شکست آن حدود 3٪ است که نشان دهنده سطح خاصی از چقرمگی است.
(2) مقاومت در برابر دما: محدوده دمای کارکرد بلندمدت از -260 درجه سانتیگراد تا 700 درجه سانتیگراد است و مقاومت دمایی لحظهای آن تا 1000 درجه سانتیگراد میباشد. این ویژگی نسبت به اکثر الیاف آلی و الیاف شیشه معمولی برتر است و به الیاف سرامیکی نزدیک میشود، اما با هزینه کمتر.
(3) مقاومت در برابر خوردگی: پایداری آن در محیطهای اسیدی و قلیایی بهتر از الیاف شیشه است، به خصوص که تقریباً هیچ خوردگی در محدوده pH 2-11 نشان نمیدهد و آن را برای محیطهای خشن مانند شرایط مرطوب و اسپری نمک مناسب میکند.
(4) سایر خواص: این یک رسانایی حرارتی کم (تقریباً )، عملکرد عایق الکتریکی خوب و میزان جذب رطوبت کمتر از .
مقایسه زمینههای کاربردی
(1) تقویت سازه: در مقایسه با میلگرد فولادی سنتی، میلگرد الیاف بازالت سبک و مقاوم در برابر خوردگی است که از مشکل کربناسیون بتن جلوگیری میکند، اگرچه هزینه اولیه آن بالاتر است. در مقایسه با میلگرد فیبر کربنی، مزایای زیر را ارائه میدهد: مقرون به صرفه تر.
(2) سبکسازی خودرو: در قطعاتی مانند لنت ترمز و سپرهای حرارتی اگزوز، این ماده نسبت به آزبست سازگارتر با محیط زیست است و باعث کاهش وزن بیش از ... در مقایسه با مواد فلزی.
(3) تجهیزات الکترونیکی: به عنوان ماده تقویتکننده برای بردهای مدار، عملکرد دیالکتریک آن از فیبر شیشهای برتر است و از مشکلات محافظت سیگنال جلوگیری میکند.
(4) مواد فیلتراسیون: مقاومت در برابر دمای بالا، مزیت قابل توجهی نسبت به فیلترهای الیاف شیمیایی در زمینه فیلتراسیون گاز دودکش با دمای بالا به آن میدهد.
محدودیتهای فنی
(1) هزینه تولید: قیمت فعلی الیاف بازالت حدود ۲ تا ۳ برابر الیاف شیشه نوع E است که عمدتاً به دلیل مصرف بالای انرژی ذوب و سایش قابل توجه اسپینرت میباشد. تولید در مقیاس بزرگ ممکن است این قیمت را به حدود ۱.۵ برابر الیاف شیشه کاهش دهد.
(2) کنترل فرآیند: یکنواختی مذاب به طور قابل توجهی بر قطر الیاف تأثیر میگذارد و نیاز به کنترل دقیق میدان دما و سرعت کشش دارد.
(3) سازگاری با پردازش عمیق: انتخاب عوامل اتصالدهنده برای اتصال با ماتریسهای رزینی، نسبت به الیاف شیشه، دقیقتر است و نیاز به بهینهسازی هدفمند دارد.
روندهای توسعه فناوری
(1) فناوری خالصسازی مواد اولیه: استفاده از روشهایی مانند جداسازی مغناطیسی و شناورسازی برای کاهش محتوای آهن در سنگ معدن و در نتیجه بهبود پایداری مذاب.
(2) بهبود فرآیند ذوب: توسعه کورههای جدید با گرمایش الکترودی برای کاهش مصرف انرژی تا حدود در مقایسه با کورههای سنتی گازی.
(3) تنوع محصول: انواع خاص مانند الیاف فوق ظریف (قطر تک رشتهای) ) و الیافی با سطح مقطع غیر دایرهای توسعه داده شدهاند.
(4) بازیافت: الیاف ضایعاتی را میتوان خرد کرد و به عنوان ... مورد استفاده قرار داد. مواد افزودنی در بتن، دستیابی به گردش منابع.
نتیجهگیری
در مقایسه با سایر الیاف با کارایی بالا، مزیت اصلی ... الیاف بازالت این ویژگی در سیستم مواد اولیه کاملاً طبیعی و عملکرد جامع و متعادل آن نهفته است. اگرچه استحکام شناخته شده آن به اندازه فیبر کربن بالا نیست و محدودیت دمایی آن کمتر از فیبر سرامیکی است، اما سازگاری با محیط زیست و مقرون به صرفه بودن آن، آن را در بخشهای مختلف صنعتی غیرقابل جایگزین میکند. با بهینهسازی مداوم فرآیند تولید، انتظار میرود دامنه کاربردهای آن بیشتر گسترش یابد.
