Rozwój włókna bazaltowego

Włókno bazaltowe, w skrócie CBF, to nieorganiczne, niemetaliczne włókno ciągłe, produkowane wyłącznie z rudy bazaltowej poprzez wysokotemperaturowe topienie i ciągnienie. Posiada nie tylko doskonałe właściwości mechaniczne, takie jak wysoka wytrzymałość i wysoki moduł sprężystości, ale także wykazuje dobrą Chemiczny Stabilność, odporność na wysokie temperatury i niskie koszty. Jako ważny mineralny materiał wzmacniający mechanicznie i ekologiczny materiał konstrukcyjny, włókno bazaltowe z powodzeniem dołączyło do grona czterech kluczowych materiałów włóknistych w moim kraju (obok włókna węglowego, włókna aramidowego i włókna polietylenowego o ultrawysokiej masie cząsteczkowej).

Proces przygotowania włókna bazaltowego obejmuje kilka kluczowych etapów, w tym dobór materiału, mielenie, topienie i ciągnienie. Etap doboru materiału wymaga wystarczających zasobów rudy surowej i wskaźników wydajności spełniających normy; etap mielenia obejmuje kruszenie surowca, separację magnetyczną i równomierne mieszanie; w trakcie procesu topienia materiał musi zostać wstępnie podgrzany do około 900°C, a następnie do 1300–1400°C w piecu elektrycznym; na koniec stop jest ciągniony we włókna w procesie ciągnienia, a następnie nawijany w produkt cylindryczny za pomocą urządzeń takich jak środek klejący, wiązarka, napinacz włókien i automatyczna nawijarka. Warto zauważyć, że skład chemiczny rudy bazaltowej ma decydujący wpływ na wskaźniki wydajności formowania włókien. Nadmierna zawartość żelaza może prowadzić do niskiej przenikalności cieplnej i niepełnego stopienia stopu bazaltu, zmniejszając tym samym wydajność topienia. Ponadto czynniki naturalne, takie jak zmienność składu złoża bazaltu i nierównomierna krystalizacja wewnętrzna, również mogą wpływać na jakość włókna. Podczas nagrzewania, gęstsze tlenki żelaza gromadzą się w perforatorze ze stopu platyny i rodu na dnie pieca, powodując problemy z erozją. Jednocześnie bazalt charakteryzuje się wąskim zakresem temperatur formowania włókien, a temperatura krystalizacji zasadniczo pokrywa się z temperaturą ciągnienia; to zjawisko krystalizacji negatywnie wpływa na wytrzymałość włókna na rozciąganie.

Porównanie głównych właściwości włókna bazaltowego z innymi włóknami

Włókno bazaltowe, dzięki swoim unikalnym właściwościom, stał się liderem w LekkiMateriały kompozytowe o wysokiej wytrzymałości. Charakteryzują się nie tylko wyjątkową wytrzymałością na rozciąganie i modułem sprężystości, ale także długą żywotnością, brakiem zanieczyszczeń, szerokim zakresem temperatur pracy i niską absorpcją wilgoci. Spośród wielu materiałów włóknistych, włókno bazaltowe wyróżnia się tym, że wykorzystuje tylko jeden naturalny surowiec mineralny, a jego proces produkcji jest przyjazny dla środowiska i nie wymaga dodatków.

Następnie przyjrzymy się bliżej właściwościom strukturalnym, zaletom użytkowym i potencjałowi zastosowania włókna bazaltowego w różnych dziedzinach.

(1) Proces modyfikacji środka sprzęgającego

Modyfikacja środków sprzęgających jest szeroko stosowana w celu poprawy interakcji międzyfazowych materiałów kompozytowych, a tym samym poprawy ich właściwości mechanicznych, termicznych i elektrycznych. Proces ten wykorzystuje efekt „mostkowania” środków sprzęgających, aby połączyć różne materiały, zwiększając ich kompatybilność.

(2) Połączony proces nano-modyfikacji i modyfikacji środkiem sprzęgającym

Kompozyty z włókien bazaltowych można dodatkowo zoptymalizować poprzez połączony proces nanomodyfikacji i modyfikacji czynnikiem sprzęgającym. Ten połączony proces modyfikacji pozwala w pełni wykorzystać doskonałe właściwości włókna bazaltowego i poszerzyć obszary jego zastosowań.

Włókno bazaltowe ma szeroki potencjał zastosowania w wielu dziedzinach.

Na przykład, w przemyśle chemicznym, włókno bazaltowe może być stosowane jako materiał odporny na korozję; w przemyśle motoryzacyjnym jako materiał odporny na zużycie i tarcie, a także w obszarach docelowych odpornych na uderzenia o niskiej prędkości; w budownictwie włókno bazaltowe może zwiększyć wytrzymałość i trwałość betonu i zaprawy cementowej. Ponadto, włókno bazaltowe charakteryzuje się doskonałą odpornością na wysokie temperatury, dzięki czemu nadaje się do izolacji wysokotemperaturowej, ognioodporności i odporności na ciepło w przemyśle motoryzacyjnym. Następnie szczegółowo omówimy zastosowania włókna bazaltowego w materiałach budowlanych i inżynierii lądowej i wodnej. W budownictwie włókno bazaltowe może być wykorzystywane do produkcji profili pultrudowanych lub prętów zbrojeniowych do zbrojenia betonu. Jest mocniejsze i lżejsze niż stal, a jednocześnie wykazuje naturalną odporność na alkalia, rdzę i kwasy. Ponadto, włókno bazaltowe ma taki sam współczynnik rozszerzalności cieplnej jak beton, co ułatwia cięcie go na odcinki o określonej długości, idealne do zastosowań budowlanych.

Podobnie, włókno bazaltowe odgrywa ważną rolę w drogownictwie. Może być stosowane jako materiał wzmacniający do betonu asfaltowego, skutecznie poprawiając wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość i odporność nawierzchni na odkształcenia koleinowe.

Ponadto włókno bazaltowe charakteryzuje się doskonałą wydajnością w przemyśle petrochemicznym. Jest odporne na erozję powodowaną przez gazy organiczne, co stanowi nową alternatywę materiałową dla inżynierii naftowej i gazowej. Przykładowo, nowe produkty i procesy wytwarzania lekkich, wysokowytrzymałych materiałów i kompozytów z włókien bazaltowych mogą być wykorzystywane do transportu rurociągowego ropy naftowej i gazu, gorących i zimnych cieczy oraz materiałów sypkich, a także do produkcji dalekosiężnych rurociągów do transportu wodoru pod wysokim ciśnieniem.

Podsumowując, włókno bazaltowe, dzięki swoim unikalnym właściwościom i szerokiemu potencjałowi zastosowania, odgrywa coraz ważniejszą rolę w różnych dziedzinach. Wraz z ciągłym postępem technologicznym, perspektywy zastosowań włókna bazaltowego powinny być jeszcze szersze.