Базальтовое волокно - Basalt fiber

Базальтовое волокно представляет собой материал , изготовленный из чрезвычайно тонких волокон из базальта , который состоит из минералов плагиоклаза , пироксенов и оливина . Он похож на стекловолокно , имеет лучшие физико-механические свойства, чем стекловолокно, но значительно дешевле углеродного волокна. Он используется в качестве огнестойкой текстильной в аэрокосмической и автомобильной промышленности , а также может быть использован в качестве композитного производить продукты , такие как штативы камеры .

Производство

Технология производства базальтового непрерывного волокна (БНВ) представляет собой одностадийный процесс: плавление, гомогенизация базальта и извлечение волокон. Базальт нагревается только один раз. Дальнейшая переработка БНВ в материалы осуществляется по «холодным технологиям» с низкими энергетическими затратами.

Базальтовое волокно производится из единого материала - базальтовой крошки из тщательно подобранного карьера. Базальт с высокой кислотностью (содержание кремнезема более 46%) и низким содержанием железа считается желательным для производства волокна. В отличие от других композитов, таких как стекловолокно, при его производстве практически не добавляются никакие материалы. Базальт просто промывают, а затем плавят.

Производство базальтового волокна требует плавления измельченной и промытой базальтовой породы при температуре около 1500 ° C (2730 ° F). Затем расплавленная порода экструдируется через небольшие сопла для получения непрерывных волокон из базальтового волокна.

Базальтовые волокна обычно имеют диаметр нити от 10 до 20 мкм, что достаточно далеко за предел дыхания в 5 мкм, чтобы сделать базальтовое волокно подходящей заменой асбесту . Они также обладают высоким модулем упругости , что обеспечивает высокую удельную прочность - в три раза больше, чем у стали . Тонкое волокно обычно используется для текстильных изделий, в основном для производства тканых материалов. Более толстое волокно используется для намотки нитей, например, для производства баллонов или труб для сжатого природного газа (КПГ). Самое толстое волокно используется для изготовления пултрузии, георешетки, однонаправленной ткани, многоосной ткани и в виде рубленой нити для армирования бетона. Одно из самых перспективных применений непрерывного базальтового волокна и самая современная тенденция на данный момент - производство базальтовой арматуры, которая все больше и больше заменяет традиционную стальную арматуру на строительном рынке.

Характеристики

Таблица относится к конкретному производителю непрерывного базальтового волокна. Данные у всех производителей разные, разница иногда очень большие значения.

Имущество Ценить
Предел прочности 2,8–3,1 ГПа
Модуль упругости 85–87 ГПа
Относительное удлинение при разрыве 3,15%
Плотность 2,67 г / см³

Сравнение:

Материал Плотность
(г / см³) 		Прочность на разрыв
(ГПа) 		Удельная сила
Модуль упругости
(ГПа) 		Удельный
модуль
Стальная арматура 7,85 0,5 0,0637 210 26,8
Стакан 2,46 2.1 0,854 69 28 год
C-стекло 2,46 2,5 1.02 69 28 год
E-стекло 2,60 2,5 0,962 76 29,2
Стекло С-2 2,49 4.83 1,94 97 39
Кремний 2,16 0,206-0,412 0,0954-0,191
Кварцевый 2.2 0,3438 0,156
Углеродное волокно (большое) 1,74 3,62 2,08 228 131
Углеродное волокно (среднее) 1,80 5.10 2,83 241 134
Углеродное волокно (малое) 1,80 6.21 3,45 297 165
Кевлар К-29 1,44 3,62 2,51 41,4 28,7
Кевлар К-149 1,47 3,48 2.37
Полипропилен 0,91 0,27-0,65 0,297-0,714 38 41,8
Полиакрилонитрил 1,18 0,50–0,91 0,424-0,771 75 63,6
Базальтовое волокно 2,65 2.9-3.1 1.09–1.17 85-87 32,1-32,8

Тип материала Модуль упругости Предел текучести Предел прочности
E (ГПа) fy (МПа) fu (МПа)
Стальные прутки диаметром 13 мм 200 375 560
Стальные прутки диаметром 10 мм 200 360 550
Стальные прутки диаметром 6 мм 200 400 625
Прутки из BFRP диаметром 10 мм 48,1 - 1113
Прутки из BFRP диаметром 6 мм 47,5 - 1345
Лист BFRP 91 - 2100

История

Первые попытки произвести базальтовое волокно были предприняты в США в 1923 году Полом Де, которому был выдан патент США 1 462 446 . Они получили дальнейшее развитие после Второй мировой войны исследователями в США, Европе и Советском Союзе, особенно для военных и аэрокосмических приложений. После рассекречивания в 1995 году базальтовые волокна стали использоваться в более широком диапазоне гражданских применений.

Школы

  1. RWTH Ахенский университет. Каждые два года в Institut für Textiltechnik при RWTH Ахенского университета проводится Международный симпозиум по стекловолокну, на котором базальтовому волокну посвящена отдельная секция. В университете проводятся регулярные исследования по изучению и улучшению свойств базальтового волокна. Текстильный бетон также более устойчив к коррозии и более ковкий, чем обычный бетон. По словам Андреаса Коха, замена углеродных волокон базальтовыми волокнами может значительно расширить области применения инновационного композитного материала - текстильного бетона.
  2. Институт облегченного дизайна при Берлинском техническом университете
  3. Институт материаловедения легкого дизайна при Ганноверском университете
  4. Немецкий институт пластмасс (DKI) в Дармштадте
  5. Дрезденский технический университет внес свой вклад в изучение базальтовых волокон. Текстильная арматура в бетонных конструкциях - фундаментальные исследования и приложения. Петер Офферманн охватывает диапазон от начала фундаментальных исследований в Техническом университете Дрездена в начале 90-х годов до наших дней. Идея о том, что текстильные решетчатые конструкции из высококачественных нитей для конструкционного армирования могут открыть совершенно новые возможности в строительстве, стала отправной точкой для сегодняшней большой исследовательской сети. Текстильная арматура в бетонных конструкциях - фундаментальные исследования и приложения. В качестве новинки сообщается о параллельных применениях к исследованиям с необходимыми разрешениями в отдельных случаях, таких как первые в мире мосты из текстильного железобетона и модернизация конструкций оболочки тончайшими слоями текстильного бетона.
  6. Университет прикладных наук Регенсбурга, факультет машиностроения. Механические характеристики пластика, армированного базальтовым волокном, с различным армированием тканью - Испытания на растяжение и КЭ-расчеты с элементами репрезентативного объема (RVE). Марко Романо, Инго Эрлих.

Использует

  • Тепловая защита
  • Фрикционные материалы
  • Лопасти ветряных мельниц
  • Фонарные столбы
  • Корпуса кораблей
  • Кузова автомобилей
  • Спортивное оборудование
  • Конусы динамиков
  • Стеновые анкеры для полостей
  • Арматура
  • Несущие профили
  • Баллоны и трубы КПГ
  • Абсорбент для разливов нефти
  • Рубленая пряжа для армирования бетона
  • Сосуды высокого давления (например, цистерны и газовые баллоны)
  • Пултрузионная арматура для армирования бетона (например, для мостов и зданий)

Коды дизайна

Россия

С 18 октября 2017 года введено в эксплуатацию СП 297.1325800.2017 «Фибробетонные конструкции с неметаллической фиброй. Правила проектирования», что устранило правовой вакуум в проектировании базальтобетона, армированного фиброй. Согласно п.1.1. Стандарт распространяется на все виды неметаллических волокон (полимеры, полипропилен, стекло, базальт и углерод). При сравнении различных волокон можно отметить, что полимерные волокна уступают минеральным по прочности, но их использование позволяет улучшить характеристики строительных композитов.

Смотрите также

использованная литература

Библиография

  • Э. Лаутерборн, Dokumentation Ultraschalluntersuchung Eingangsprüfung, Internal Report wiweb Erding, Erding, bOctober (2011).
  • K. Moser, Faser-Kunststoff-Verbund - Entwurfs- und Berechnungsgrundlagen. VDI-Verlag, Дюссельдорф, (1992).
  • Н. К. Наик, Тканые композиты. Техномик Паблишинг Ко., Ланкастер (Пенсильвания), (1994).
  • Bericht 2004-1535 - Prüfung eines Sitzes nach BS 5852: 1990 раздел 5 - ящик для источника зажигания 7, für die Fa. Franz Kiel gmbh & Co. КГ. Siemens AG, A&D SP, Франкфурт-на-Майне (2004 г.).
  • DIN EN 2559 - Luft- und Raumfahrt - Kohlenstoffaser-Prepregs - Bestimmung des Harz- und Fasermasseanteils und der flächenbezogenen Fasermasse. Normenstelle Luftfahrt (NL) im DIN Deutsches Institut für Normung eV, Beuth Verlag, Berlin, (1997).
  • Epoxidharz L, Härter L - Technische Daten. Технический паспорт, R&G, (2011).
  • Сертификаты качества на ткани и ровинги. Incotelogy Ltd., Бонн, январь (2012 г.).
  • Нольф, Жан Мари (2003). «Базальтовые волокна - огнезащитные ткани». Текстиль для технического использования . 49 (3): 38–42.
  • Озген, Бану; Гонг, Хью (май 2011 г.). «Геометрия пряжи в тканых материалах». Текстильный исследовательский журнал . 81 (7): 738–745. DOI : 10.1177 / 0040517510388550 . S2CID  138546738 .
  • Л. Папула, Mathematische Formelsammlung für Naturwissenschaftler und Ingenieure. 10. Auflage, Vieweg + Teubner, Wiesbaden (2009).
  • Сараванан, Д. (2006). «Прядение скал-базальтовых волокон». IE (I) Журнал-Техас . 86 : 39–45.
  • Шмид, Винзент; Юнгбауэр, Бастиан; Романо, Марко; Эрлих, Инго; Геббекен, Норберт (июнь 2012 г.). Влияние различных типов тканей на объемное содержание волокон и пористость в пластиках, армированных базальтовым волокном . Конференция по прикладным исследованиям. С. 162–165.

внешние ссылки