جذابیت الیاف بازالت
مفهوم تولید الیاف از بازالت چیز جدیدی نیست. اولین حق ثبت اختراع برای تولید الیاف بازالت در سال ۱۹۲۳ صادر شد و در طول دهههای ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰، تحقیقات گستردهای بر کاربردهای نظامی آن متمرکز شد. حتی پیشروها الیاف شیشه تولیدکنندگان در آن زمان پتانسیل بازالت را بررسی کردند، اگرچه تمرکز تحقیق و توسعه خود را در دهه 1970 به الیاف شیشه با عملکرد بالاتر مانند S-2 تغییر دادند. در طول دههها، علاقه به کامپوزیتهای الیاف بازالت نوسان داشته است، اما در سالهای اخیر، به طور پیوسته افزایش یافته است.
با توجه به اینکه بازالت از گدازههای غنی از منیزیم و آهن که به سرعت به سنگ تبدیل شدهاند، سرچشمه میگیرد، جای تعجب نیست که الیاف بازالت عایق حرارتی استثنایی، مقاومت در برابر آتش و پایداری در دمای بالا را از خود نشان میدهند. این خواص آنها را به یک ماده استاندارد برای عایقبندی در دمای بالا تبدیل میکند. به عنوان مثال، تولیدکننده الیاف بازالت روسی، کامنی وک، محصولاتی را برای عایقبندی سیستم اگزوز به صنعت خودروسازی ایالات متحده عرضه میکند و مواد مقاوم در برابر حرارت را برای کاربردهای صنعتی فراهم میکند.
فراتر از عملکرد حرارتی، الیاف بازالتترکیبی از استحکام، سختی، مقاومت در برابر ضربه و شیمیایی بیاثر بودن، آن را به یک تقویتکننده جذاب برای کامپوزیتها تبدیل میکند. در کاربردهای پلاستیک تقویتشده با الیاف (FRP)، فرآیندهای قالبگیری آن شبیه به فرآیندهای قالبگیری الیاف شیشه است. تقریباً هر تکنیک قالبگیری الیاف شیشه را میتوان با تنظیمات جزئی در پارامترهای کلیدی برای الیاف بازالت تطبیق داد. الیاف بازالت همچنین با تمام سیستمهای رزین استاندارد سازگار است.
اگرچه چگالی بازالت (۲.۶۳ گرم بر سانتیمتر مکعب) کمی بیشتر از الیاف شیشه است، اما مزایای عملکردی آن، امکان ساخت کامپوزیتهای سبکتر و با طراحی انعطافپذیرتر را فراهم میکند.
خواص حرارتی الیاف بازالت فراتر از عایقبندی، توجهها را به خود جلب کرده است. کامپوزیتهای آن به طور فزایندهای در کاربردهایی که نیاز به محدوده دمایی وسیعتری دارند، مورد استفاده قرار میگیرند. مقاومت ضربهای آن نیز از الیاف شیشه و کربن بهتر است. مطالعات اولیه توسط مرکز ساخت و ساز سبک یکپارچه آلمان و موسسه فناوری نساجی در دانشگاه RWTH آخن نشان داد که پارچه پلیآمید 6 تقویتشده با نخ هیبریدی بازالت (HYWF) 35٪ انرژی ویژه بیشتری نسبت به الیاف شیشه HYWF و 17٪ بیشتر از الیاف کربن HYWF جذب میکند.
اکسیدهای آهن و آلومینیوم موجود در بازالت به مزایای اضافی آن کمک میکنند. به عنوان مثال، الیاف بازالت مقاومت در برابر خوردگی و ضد حریق بهتری نسبت به شیشه E نشان میدهد. مطالعهای توسط مرکز پروژه مافیک ایرلند و فرانهوفر کانادا تأیید کرد که پنلهای آزمایشی الیاف بازالت/اپوکسی در مقایسه با پنلهای شیشه E/اپوکسی ساخته شده با رزین و فرآیند مشابه، 40٪ مدول کششی، استحکام کششی و مقاومت برشی بین لایهای بالاتر و 20٪ سفتی ویژه بیشتری را به دست آوردند. کامنی وک نتایج مشابهی را گزارش کرده است.
الیاف بازالتجذب آب پایین این ماده برای کاربردهای ساختمانی و خط لوله بسیار مهم است. این ماده نارسانا است و به عنوان یک ماده طبیعی، بازیافت آن آسانتر از الیاف مصنوعی است - یک نکته کلیدی برای خودروسازی و سایر صنایع. جنکارل الیاف بازالت را "لاغرتر، سبزتر و سختتر" از جایگزینها توصیف میکند و کامپوزیتهای خود را به عنوان پلی بین E-glass و الیاف کربن از نظر هزینه و عملکرد قرار میدهد. همانطور که تامپسون اشاره میکند، "ما در حال پر کردن شکاف بین الیاف کربن و شیشه هستیم - بازاری که مدتهاست مشتاق چنین راهحلی است."
طبق گزارشها، گذار از فیبر کربن به فیبر بازالت آسانتر از تغییر از شیشه E است، هرچند هر دو امکانپذیر هستند. برای کاربران فیبر کربن، صرفهجویی در هزینه، عامل اصلی این تغییر است، در حالی که نسبت متعادل عملکرد به قیمت بازالت برای کاربردهایی مناسب است که در آنها عملکرد فوقالعاده بالای کربن غیرضروری است. حالتهای خرابی آنها نیز متفاوت است: فیبر کربن تمایل به خرابی فاجعهبار (مثلاً خرد شدن) دارد، در حالی که فیبر بازالت خرابی تدریجی و ایمنتری را نشان میدهد. استریتمن مثال میزند: «یک پای مصنوعی کامپوزیت کربنی به طور ناگهانی خراب میشود و باعث زمین خوردن میشود؛ یک پای کامپوزیت بازالتی به کاربر اجازه میدهد بنشیند.»
در حالی که پیشرفتهای تولید، هزینهها را کاهش میدهد، الیاف بازالت در کاربردهای با حجم بالا دو برابر گرانتر از شیشه E است. برای توجیه این قیمت بالا، خواص برتر آن - سختی، استحکام، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت شیمیایی/آب بالاتر و حالتهای شکست ایمنتر - باید ارزش حیاتی داشته باشند. با پیشرفت فناوری، این سنگ آتشفشانی جایگاه منحصر به فردی را در دنیای مواد پیشرفته به خود اختصاص میدهد.
