Sức hấp dẫn của sợi bazan

Khái niệm sản xuất sợi từ đá bazan không phải là mới. Bằng sáng chế đầu tiên về sản xuất sợi bazan được cấp vào năm 1923, và trong những năm 1950 và 1960, các nghiên cứu sâu rộng đã tập trung vào các ứng dụng quân sự của nó. Ngay cả những công nghệ hàng đầu cũng đã nghiên cứu sâu rộng về vấn đề này. Sợi thủy tinh Các nhà sản xuất đã khai thác tiềm năng của đá bazan vào thời điểm đó, mặc dù họ đã chuyển trọng tâm nghiên cứu và phát triển sang các loại sợi thủy tinh hiệu suất cao hơn như S-2 vào những năm 1970. Trong nhiều thập kỷ, sự quan tâm đến vật liệu composite sợi bazan đã biến động, nhưng trong những năm gần đây, nó đã tăng mạnh một cách ổn định.

Do đá bazan được hình thành từ dung nham giàu magie và sắt nguội nhanh thành đá, không có gì ngạc nhiên khi sợi bazan thể hiện khả năng cách nhiệt, chống cháy và ổn định ở nhiệt độ cao vượt trội. Những đặc tính này khiến chúng trở thành vật liệu tiêu chuẩn cho vật liệu cách nhiệt ở nhiệt độ cao. Ví dụ, nhà sản xuất sợi bazan Kamenny Vek của Nga cung cấp cho ngành công nghiệp ô tô Hoa Kỳ các sản phẩm cách nhiệt hệ thống ống xả và cung cấp vật liệu chịu nhiệt cho các ứng dụng công nghiệp.

Ngoài hiệu suất tản nhiệt, sợi bazansự kết hợp giữa độ bền, độ cứng, khả năng chống va đập và Hóa chất Tính trơ của nó làm cho nó trở thành một chất gia cường hấp dẫn cho vật liệu composite. Trong các ứng dụng nhựa gia cường sợi (FRP), quy trình tạo hình của nó tương tự như sợi thủy tinh. Hầu như bất kỳ kỹ thuật tạo hình sợi thủy tinh nào cũng có thể được điều chỉnh cho sợi bazan với một vài điều chỉnh nhỏ đối với các thông số chính. Sợi bazan cũng tương thích với tất cả các hệ thống nhựa tiêu chuẩn.

Mặc dù mật độ của đá bazan (2,63 g/cm³) cao hơn một chút so với sợi thủy tinh, nhưng những ưu điểm về hiệu suất của nó cho phép tạo ra các vật liệu composite nhẹ hơn và linh hoạt hơn trong thiết kế.

Tính chất nhiệt của sợi bazan đang thu hút sự chú ý không chỉ trong lĩnh vực cách nhiệt. Các vật liệu composite từ sợi bazan ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đòi hỏi phạm vi nhiệt độ rộng hơn. Khả năng chống va đập của nó cũng vượt trội so với sợi thủy tinh và sợi carbon. Các nghiên cứu sơ bộ của Trung tâm Xây dựng Trọng lượng Nhẹ Tích hợp của Đức và Viện Công nghệ Dệt may thuộc Đại học RWTH Aachen cho thấy vải sợi lai bazan (HYWF) gia cường polyamide 6 hấp thụ năng lượng riêng cao hơn 35% so với vải sợi lai bazan (HYWF) và cao hơn 17% so với vải sợi lai carbon (HYWF).

Các oxit sắt và nhôm trong đá bazan góp phần tạo nên những ưu điểm bổ sung. Ví dụ, sợi bazan thể hiện khả năng chống ăn mòn và chống cháy tốt hơn so với sợi thủy tinh E-glass. Một nghiên cứu của Mafic (Ireland) và Trung tâm Dự án Fraunhofer (Canada) đã xác nhận rằng các tấm thử nghiệm sợi bazan/epoxy đạt được mô đun kéo, độ bền kéo và độ bền cắt giữa các lớp cao hơn 40%, cùng với độ cứng riêng cao hơn 20%, so với các tấm E-glass/epoxy được làm bằng cùng một loại nhựa và quy trình. Kamenny Vek cũng đã báo cáo những kết quả tương tự.

Sợi bazanKhả năng hấp thụ nước thấp của sợi bazan rất quan trọng đối với các ứng dụng xây dựng và đường ống. Nó không dẫn điện và, là vật liệu tự nhiên, dễ tái chế hơn so với sợi tổng hợp - một yếu tố quan trọng đối với ngành công nghiệp ô tô và các ngành khác. Gencarelle mô tả sợi bazan là "ít tốn kém hơn, thân thiện với môi trường hơn và bền hơn" so với các vật liệu thay thế, định vị các vật liệu composite của họ như một cầu nối về chi phí và hiệu suất giữa sợi thủy tinh E và sợi carbon. Như Thompson lưu ý, "Chúng tôi đang lấp đầy khoảng trống giữa sợi carbon và sợi thủy tinh - một thị trường từ lâu đã mong muốn một giải pháp như vậy."

Việc chuyển đổi từ sợi carbon sang sợi bazan được cho là dễ dàng hơn so với chuyển đổi từ sợi thủy tinh E, mặc dù cả hai đều khả thi. Đối với người dùng sợi carbon, tiết kiệm chi phí là động lực thúc đẩy sự chuyển đổi, trong khi tỷ lệ hiệu suất/giá cả cân bằng của sợi bazan phù hợp với các ứng dụng mà hiệu suất cực cao của sợi carbon là không cần thiết. Chế độ hỏng hóc của chúng cũng khác nhau: sợi carbon có xu hướng hỏng đột ngột (ví dụ: vỡ vụn), trong khi sợi bazan thể hiện sự hỏng hóc dần dần, an toàn hơn. Streetman minh họa: “Một chân giả composite carbon bị hỏng đột ngột, gây ra té ngã; một chân giả composite bazan cho phép người dùng ngồi xuống.”

Mặc dù những cải tiến trong sản xuất đang làm giảm chi phí, sợi bazan vẫn đắt gấp đôi so với sợi thủy tinh E-glass trong các ứng dụng sản xuất hàng loạt. Để biện minh cho mức giá cao hơn, các đặc tính vượt trội của nó—độ cứng, độ bền, khả năng chống va đập, khả năng chống hóa chất/nước và các chế độ hỏng hóc an toàn hơn—phải mang lại giá trị thiết yếu. Khi công nghệ phát triển, loại đá núi lửa này đang tạo ra một vị thế độc đáo trong thế giới vật liệu tiên tiến.