Sự 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 các nhà lãnh đạo Sợi thủy tinh Vào thời điểm đó, các nhà sản xuất đã khám phá tiềm năng của đá bazan, mặc dù họ đã chuyển trọng tâm R&D 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 dao động, nhưng trong những năm gần đây, nó đã tăng trưởng đều đặn.

Do bazan có nguồn gốc từ dung nham giàu magie và sắt, được làm nguội nhanh chóng thành đá, nên 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 cách nhiệt 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 vật liệu chịu nhiệt cho các ứng dụng công nghiệp.

Ngoài hiệu suất nhiệt, sợi bazansự kết hợp của sức mạnh, độ cứng, khả năng chống va đập và Hóa chất Tính trơ khiến nó trở thành một vật liệu gia cường hấp dẫn cho vật liệu composite. Trong các ứng dụng nhựa gia cường sợi (FRP), quy trình đúc của nó tương tự như quy trình đúc sợi thủy tinh. Hầu như bất kỳ kỹ thuật đúc sợi thủy tinh nào cũng có thể được điều chỉnh cho sợi bazan với một vài điều chỉnh nhỏ về 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 lợi thế về hiệu suất của nó cho phép tạo ra vật liệu composite nhẹ hơn và linh hoạt hơn trong thiết kế.

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

Oxit sắt và nhôm trong đá bazan góp phần mang lại những lợi thế bổ sung. Ví dụ, sợi bazan thể hiện khả năng chống ăn mòn và chống cháy tốt hơn kính E-glass. Một nghiên cứu của Viện Mafic (Ireland) và Trung tâm Dự án Fraunhofer (Canada) đã xác nhận rằng các tấm thử nghiệm sợi bazan/epoxy đạt mô đun kéo, cường độ kéo và cường độ cắt liên lớp cao hơn 40%, cùng với độ cứng riêng cao hơn 20%, so với các tấm kính E-glass/epoxy được chế tạo bằng cùng 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 sợi tổng hợp - một yếu tố quan trọng đối với ngành công nghiệp ô tô và các ngành công nghiệp khác. Gencarelle mô tả sợi bazan là "gọn nhẹ hơn, xanh hơn và bền hơn" so với các vật liệu thay thế, định vị vật liệu composite của mình là cầu nối hiệu suất-chi phí giữa sợi thủy tinh điện tử 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 khao khát một giải pháp như vậy."

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

Mặc dù những cải tiến trong sản xuất đang giúp giảm chi phí, sợi bazan vẫn đắt gấp đôi so với kính E trong các ứng dụng khối lượng lớn. Để biện minh cho mức giá cao này, các đặc tính vượt trội của nó - độ cứng, độ bền, khả năng chống va đập, khả năng chống hóa chất/nước và chế độ hỏng hóc an toàn hơn - phải mang lại giá trị cốt lõi. 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.