Urok włókna bazaltowego
Koncepcja produkcji włókien z bazaltu nie jest nowa. Pierwszy patent na produkcję włókien bazaltowych został wydany w 1923 roku, a w latach 50. i 60. XX wieku szeroko zakrojone badania koncentrowały się na ich zastosowaniach wojskowych. Nawet wiodący Włókno szklane Producenci badali wówczas potencjał bazaltu, choć w latach 70. XX wieku przenieśli swoją działalność badawczo-rozwojową na włókna szklane o wyższej wydajności, takie jak S-2. Na przestrzeni dekad zainteresowanie kompozytami z włókien bazaltowych wahało się, ale w ostatnich latach systematycznie rosło.
Biorąc pod uwagę, że bazalt powstaje z lawy bogatej w magnez i żelazo, która szybko stygła w skałę, nie dziwi fakt, że włókna bazaltowe charakteryzują się wyjątkową izolacyjnością termiczną, ognioodpornością i stabilnością w wysokich temperaturach. Te właściwości czynią je standardowym materiałem do izolacji wysokotemperaturowej. Na przykład, rosyjski producent włókien bazaltowych Kamenny Vek dostarcza amerykańskiemu przemysłowi motoryzacyjnemu produkty do izolacji układów wydechowych i materiały żaroodporne do zastosowań przemysłowych.
Oprócz wydajności termicznej, włókno bazaltowepołączenie wytrzymałości, sztywności, odporności na uderzenia i Chemiczny Jego bezwładność sprawia, że jest atrakcyjnym wzmocnieniem kompozytów. W zastosowaniach z tworzywami sztucznymi wzmocnionymi włóknem (FRP) jego proces formowania przypomina proces formowania włókna szklanego. Niemal każda technika formowania włókna szklanego może być dostosowana do włókna bazaltowego, po drobnych modyfikacjach kluczowych parametrów. Włókno bazaltowe jest również kompatybilne ze wszystkimi standardowymi systemami żywic.
Mimo że gęstość bazaltu (2,63 g/cm³) jest nieco wyższa niż włókna szklanego, jego zalety pozwalają na produkcję lżejszych i bardziej elastycznych pod względem projektowania kompozytów.
Właściwości termiczne włókien bazaltowych zyskują coraz większe znaczenie poza izolacją. Kompozyty bazaltowe są coraz częściej wykorzystywane w zastosowaniach wymagających szerszego zakresu temperatur. Ich odporność na uderzenia przewyższa również włókna szklane i węglowe. Wstępne badania przeprowadzone przez Niemieckie Centrum Zintegrowanych Lekkich Konstrukcji i Instytut Technologii Tekstylnych Uniwersytetu RWTH w Akwizgranie wykazały, że poliamid 6 wzmocniony tkaniną z przędzy hybrydowej bazaltowej (HYWF) pochłania o 35% więcej energii właściwej niż włókno szklane HYWF i o 17% więcej niż włókno węglowe HYWF.
Tlenki żelaza i glinu w bazalcie przyczyniają się do dodatkowych korzyści. Na przykład, włókno bazaltowe wykazuje lepszą odporność na korozję i ognioodporność niż szkło typu E. Badanie przeprowadzone przez irlandzką firmę Mafic i kanadyjskie Centrum Projektowe Fraunhofer potwierdziło, że panele testowe z włókna bazaltowego i żywicy epoksydowej osiągnęły o 40% wyższy moduł sprężystości przy rozciąganiu, wytrzymałość na rozciąganie i międzywarstwową wytrzymałość na ścinanie, a także o 20% większą sztywność właściwą w porównaniu z panelami z włókna bazaltowego i żywicy epoksydowej wykonanymi z tej samej żywicy i w tym samym procesie. Podobne wyniki przedstawił Kamenny Vek.
Włókno bazaltoweNiska absorpcja wody ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach budowlanych i rurociągowych. Jest nieprzewodzący i, jako materiał naturalnie występujący, łatwiejszy do recyklingu niż włókna syntetyczne – co jest kluczowe dla przemysłu motoryzacyjnego i innych gałęzi przemysłu. Gencarelle opisuje włókno bazaltowe jako „cieńsze, bardziej ekologiczne i trwalsze” niż alternatywy, pozycjonując swoje kompozyty jako ekonomiczne rozwiązanie łączące włókno szklane (E-glass) z włóknem węglowym. Jak zauważa Thompson: „Wypełniamy lukę między włóknami węglowymi a szklanymi – rynek od dawna czekał na takie rozwiązanie”.
Przejście z włókna węglowego na bazaltowe jest podobno łatwiejsze niż z włókna szklanego, choć oba rozwiązania są wykonalne. Dla użytkowników włókna węglowego, oszczędności kosztów napędzają tę zmianę, a zrównoważony stosunek wydajności do ceny bazaltu sprawdza się w zastosowaniach, w których ultrawysoka wydajność włókna węglowego jest niepotrzebna. Różnią się również tryby awarii: włókno węglowe ma tendencję do katastrofalnych uszkodzeń (np. rozbicia), podczas gdy włókno bazaltowe charakteryzuje się stopniową i bezpieczniejszą awarią. Streetman ilustruje to następująco: „Proteza nogi z kompozytu węglowego ulega nagłemu uszkodzeniu, powodując upadek; noga z kompozytu bazaltowego pozwala użytkownikowi usiąść”.
Chociaż usprawnienia produkcji obniżają koszty, włókno bazaltowe pozostaje dwukrotnie droższe niż szkło E w zastosowaniach wielkoseryjnych. Aby uzasadnić tę cenę, jego doskonałe właściwości – wyższa sztywność, wytrzymałość, odporność na uderzenia, odporność na działanie substancji chemicznych i wody oraz bezpieczniejsze tryby awarii – muszą zapewniać kluczową wartość. Wraz z postępem technologicznym, ta skała wulkaniczna wytycza unikalną niszę w świecie zaawansowanych materiałów.
