ما هي ألياف البازلت؟
ألياف البازلت هي ألياف مستمرة مصنوعة من صخور البازلت الطبيعية مثل المادة الخام الرئيسية. بعد ذوبان في 1450 - 1500 ℃ ، يتم رسمها من خلال سبيكة بلاتينية - روديوم رسم جلبة بسرعة عالية. اللون عمومًا بني وله بريق معدني. وهو يتكون من أكاسيد مثل ثاني أكسيد السيليكون وأكسيد الألومنيوم وأكسيد الكالسيوم وأكسيد المغنيسيوم وأكسيد الحديد وثاني أكسيد التيتانيوم. تتمتع ألياف البازلت بالعديد من الخصائص الممتازة مثل القوة العالية ، والعزل الكهربائي ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة درجة الحرارة العالية ، ومضادة للشيخوخة ، وما إلى ذلك ، ولديها توافق جيد مع البيئة ولا تنتج تلوثًا ثانويًا. لذلك ، فهي مواد حقيقية بيئة جديدة أخضر حقيقي.
أدرجت بلدي ألياف البازلت كأحد الألياف الأربعة الرئيسية (ألياف الكربون ، ألياف أراميد ، بولي إيثيلين عالية الوزن الجزيئي ، ألياف البازلت) للتطور الرئيسي. احتياجات الطيران والمجالات الأخرى لها آفاق تطبيق واسعة.
عملية إنتاج ألياف البازلت
يتم استخدام صخرة البازلت الطبيعية التي تتكون من ثوران بركاني كمواد خام ، محطمة ووضعها في فرن الذوبان ، وتسخينها إلى حالة من المصنوعة من 1450 ~ 1500 درجة مئوية ، وسرعان ما يتم رسمها من خلال سلك سبل البلاتين - روديوم السلكية الرسم ، ويتم إنتاج ألياف باسالت بهذه الطريقة.
باختصار ، تتمثل عملية صنع ألياف البازلت في "رسم" صخرة البازلت البركانية الصلبة إلى الحرير عند درجة حرارة عالية.
يمكن أن يصل قطر ألياف البازلت التي تنتجها التكنولوجيا الحالية إلى 6 ~ 13μm ، وهو أرق من الشعر.
تظهر عملية الإنتاج في الشكل أدناه.
الصهارة المنصهرة
رسم
كمواد غير عضوية غير عضوية ، تتمتع ألياف البازلت بفترة إنتاج قصيرة ، وعملية بسيطة ، ولا توجد مياه صرف صناعية وغاز نفايات ، وقيمة مضافة عالية. ومن المعروف باسم "المواد الجديدة الخضراء" في القرن الحادي والعشرين.
أداء ممتاز لألياف البازلت
ألياف البازلت المستمرة الطبيعية النقية هي ذهبية اللون وتظهر كأسطوانات ناعمة مع مقطع دائري تمامًا - ألياف البازلت لديها كثافة عالية وارتفاع صلابة ، لذلك لديها مقاومة التآكل ممتازة وقوة الشد. ألياف البازلت هي مادة غير متبلورة ، ودرجة حرارة الخدمة عمومًا - 269 ~ 700 درجة مئوية (نقطة التليين هي 960 درجة مئوية). إنه مقاوم للحمض والقلوي ، وله مقاومة قوية للأشعة فوق البنفسجية ، وانخفاض الرطوبة ، والمقاومة البيئية الجيدة. بالإضافة إلى ذلك ، يتمتع بمزايا العزل الجيد ، وقابلية ترشيح درجة الحرارة العالية ، ومقاومة الإشعاع ، ونفاذية الموجة الجيدة ، واستقرار الصدمة الحرارية ، والنظافة البيئية ، ونسبة ممتازة من الأداء الهيكلي للجودة الهيكلية.
مواد خام كافية
يتم تصنيع ألياف البازلت عن طريق الرسم بعد ذوبان خام البازلت ، وتكون احتياطيات خام البازلت على الأرض والقمر موضوعيًا تمامًا ، وتكلفة المواد الخام منخفضة نسبيًا.
مواد صديقة للبيئة
خام البازلت هو مادة طبيعية ، ولا يتم تفريغ أي بورون أو أكاسيد المعادن القلوية الأخرى أثناء عملية الإنتاج ، لذلك لا يتم ترسيب أي مواد ضارة في الدخان والغبار ، ولن تلوث الجو. علاوة على ذلك ، يتمتع المنتج بحياة خدمة طويلة ، لذلك فهو نوع جديد من مواد حماية البيئة الخضراء النشطة ذات التكلفة المنخفضة والأداء العالي والنظافة المثالية.
ارتفاع درجة الحرارة ومقاومة الماء
يكون نطاق درجة حرارة التشغيل لألياف البازلت المستمرة عمومًا - 269 ~ 700 درجة مئوية (نقطة التليين هي 960 درجة مئوية) ، في حين أن الألياف الزجاجية هي - 60 ~ 450 درجة مئوية ، ويمكن أن تصل درجة حرارة التشغيل القصوى لألياف الكربون إلى 500 درجة مئوية فقط. خاصة عندما تعمل ألياف البازلت عند 600 درجة مئوية ، لا تزال قوته بعد الكسر لا تزال تحافظ على 80 ٪ من قوته الأصلية ؛ عندما يعمل عند 860 درجة مئوية دون انكماش ، حتى الصوف المعدني مع مقاومة درجة الحرارة الممتازة يمكن أن يحافظ فقط في هذا الوقت القوة بعد الكسر. 50 ٪ - 60 ٪ ، يتم تدمير الصوف الزجاجي بالكامل. تنتج ألياف الكربون CO و CO2 في حوالي 300 درجة مئوية. يمكن أن تحافظ ألياف البازلت على قوة عالية تحت عمل الماء الساخن عند 70 درجة مئوية ، وقد تفقد ألياف البازلت جزءًا من قوتها بعد 1200 ساعة.
الاستقرار الكيميائي الجيد ومقاومة التآكل
تحتوي ألياف البازلت المستمرة على مكونات مثل K2O و MGO) و TiO2 ، وهذه المكونات مفيدة للغاية لتحسين مقاومة التآكل الكيميائي والأداء المقاوم للماء للألياف ، وتلعب دورًا مهمًا للغاية. بالمقارنة مع الاستقرار الكيميائي للألياف الزجاجية ، فإنه يتمتع بمزيد من المزايا ، خاصة في الوسائط القلوية والحمضية. يمكن أن تحافظ ألياف البازلت أيضًا على مقاومة أعلى في محلول CA (OH) 2 المشبع والوسائط القلوية مثل الأسمنت. خصائص التآكل القلوي.
معامل مرتفع من المرونة وقوة الشد
المعامل المرن لألياف البازلت هو: 9100 كجم/ملم - 11000 كجم/مم ، وهو أعلى من الألياف الزجاجية الحرة ، والأسبستوس ، وألياف الأراميد ، وألياف البولي بروبيلين وألياف السيليكون. تبلغ قوة الشد من ألياف البازلت 3800 - 4800 ميجا باسكال ، وهي أعلى من ألياف الكربون الكبيرة ، والأراميد ، والألياف PBI ، وألياف الصلب ، وألياف البورون ، وألياف الألومينا ، وهي مماثلة للألياف الزجاجية. تتمتع ألياف البازلت بكثافة 2.65 - 3.00 جم/سم 3 وارتفاع صلابة 5 - 9 على مقياس Mohs ، لذلك يتمتع بمقاومة تآكل ممتازة وقوة شد. تتجاوز قوتها الميكانيكية الكثير من الألياف الطبيعية والألياف الاصطناعية ، لذلك فهي مادة تعزيز مثالية ، وخصائصها الميكانيكية الممتازة في طليعة الألياف الأربعة عالية الأداء.
عزل صوتي ممتاز
ألياف البازلت المستمرة لديها عزل صوتي ممتاز وخصائص امتصاص الصوت. يمكن أن يعرف من معامل امتصاص الصوت للألياف بترددات مختلفة أن معامل امتصاص الصوت يزيد بشكل كبير مع زيادة التردد. على سبيل المثال ، إذا تم اختيار الصوت - امتصاص المواد المصنوعة من ألياف البازلت بقطر 1 - 3μm (الكثافة 15 كجم/م 3 ، سمك 30 مم) ، فلن تتلف الألياف تحت حالة تردد الصوت 100 - 300 هرتز ، 400 - 900 هرتز و 1200 هرتز. معاملات امتصاص الصوت للمواد هي 0. 05 ~ 0.15 ، 0. 22 ~ 0. 75 و 0.85 ~ 0.93 ، على التوالي.
الخصائص العازلة المتميزة
إن مقاومة حجم ألياف البازلت المستمرة هي ترتيب أعلى من حجم الألياف الزجاجية E ، وله خصائص عازلة جيدة. على الرغم من أن خام البازلت يحتوي على أكسيد موصل يحتوي على جزء الكتلة حوالي 0.2 ، بعد المعالجة السطحية الخاصة مع عامل ترطيب خاص ، فإن فقدان العزل الكهربائي لألياف البازلت أقل بنسبة 50 ٪ من الألياف الزجاجية ، كما أن مقاومة حجم الألياف أعلى أيضًا من الألياف الزجاجية.
توافق السيليكات الطبيعية
لديها تشتت جيد مع الأسمنت والخرسانة ، وقوة ربط قوية ، والتمدد الحراري المتسق ومعامل الانكماش ، ومقاومة الطقس الجيد.
انخفاض الرطوبة
رطوبة ألياف البازلت أقل من 0.1 ٪ ، وهو أقل من ألياف الأراميد والصوف الصخري والأسبستوس.
الموصلية الحرارية المنخفضة
الموصلية الحرارية لألياف البازلت هي 0.031 واط/م · ك - 0.038 واط/م · ك ، وهي أقل من ألياف أراميد ، وألياف السيليكات الألومنيوم ، والألياف الزجاجية الحرة ، والصوف الصخري ، والألياف السيليكون ، والألياف الكربونية والفولاذ المقاوم للصدأ.
بالمقارنة مع الألياف الأخرى ، فإن ألياف البازلت لها أداء ممتاز في العديد من الجوانب.
غرض | ألياف البازلت المستمرة | ألياف الكربون | الألياف أراميد | الألياف الزجاجية |
الكثافة/(ز • سم - 3) | 2.6 - 2.8 | 1.7 - 2.2 | 1.49 | 2.5 - 2.6 |
درجة حرارة التشغيل/℃ | - 260 ~ 880 | ≤2000 | ≤250 | - 60 ~ 350 |
الموصلية الحرارية/(ث/م • ك) | 0.031 - 0.038 | 5 - 185 | 0.04 - 0.13 | 0.034 - 0.040 |
مقاومة الحجم/(Ω • م) | 1 × 1012 | 2 × 10-5 | 3 × 1013 | 1 × 1011 |
معامل امتصاص الصوت/٪ | 0.9 - 0.99 | 0.8 - 0.93 | ||
معامل مرنة/GPA | 79.3 - 93.1 | 230 - 600 | 70 - 140 | 72.5 - 75.5 |
قوة الشد/MPA | 3000 - 4840 | 3500 - 6000 | 2900 - 3400 | 3100 - 3800 |
حدة قطر/أم | 9 - 25 | 5 - 10 | 5 - 15 | 10 - 30 |
استطالة عند الاستراحة/٪ | 1.5 - 3.2 | 1.3 - 2.0 | 2.8 - 3.6 | 2.7 - 3.0 |
تطبيق ألياف البازلت
خفي
تتمتع ألياف البازلت بخصائص القوة العالية ومقاومة درجات الحرارة العالية والمنخفضة ، وهي مناسبة جدًا لمتطلبات المواد السطحية للطائرات والصواريخ. في الوقت نفسه ، يتمتع بخصائص امتصاص الموجة والنفاذية المغناطيسية ، والتي يمكن أن تحقق خفاء الرادار. لذلك يمكن أن تحل ألياف الكربون البازلت محل ألياف الكربون جزئيًا للطائرات والصواريخ الخفية.
مضاد للرصاص
في الوقت الحاضر ، عادةً ما تستخدم ألياف البولي إيثيلين ذات الوزن الجزيئي العالي للسترات المضادة للرصاص ، والتي لها مقاومة منخفضة الحرارة ، وسوف تنخفض قوتها ومعاملتها تحت ذوبان درجات الحرارة المرتفعة للورود ، والتي ستؤثر على تأثير مضاد للرصاص. في المقابل ، تتمتع ألياف البازلت بمقاومة قوية لدرجة الحرارة ، لذلك لا توجد هذه المشكلة.
الفضاء
ألياف البازلت لديها الموصلية الحرارية منخفضة وتثبيت اللهب الجيد. نطاق درجة حرارة العمل هو - 269 درجة مئوية ~ 700 درجة مئوية ، وهو مقاوم لكل من درجات الحرارة العالية والمنخفضة. لتلبية المتطلبات الصعبة للمواد في مجال الطيران ، فإن معظم مواد الفضاء في روسيا مصنوعة من هذه المادة.
تطبيقات في مجال هندسة الطرق
تتمتع ألياف البازلت بمزايا قوة الشد العالية ، والخصائص الميكانيكية الجيدة ، ومقاومة درجة الحرارة العالية ، وحماية الأشعة فوق البنفسجية ، ومقاومة الحمض ، ومقاومة القلويات ، ومقاومة الملح ، ومقاومة الشيخوخة. بالمقارنة مع الألياف الأخرى ، فإن أدائها الشامل أفضل ، كما أنه يلبي متطلبات المواد في مجال هندسة الطرق. لذلك ، تم استخدام المزيد والمزيد من منتجات ألياف البازلت في هندسة الطرق في السنوات الأخيرة.
عزل الحرارة ، ومقاومة درجة الحرارة ، وحقل الحماية من الحرائق
تتمتع ألياف البازلت بخصائص مقاومة درجات الحرارة العالية ، ويمكن نسجها في قطعة قماش مقاومة للحريق ، والتي تستخدم في بعض حقول الحماية من الحرائق. يمكن أيضًا نسجها في كيس مرشح درجة حرارة عالية من أجل ترشيح درجة الحرارة المرتفعة وإزالة الغبار. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا تحويله إلى الإبرة ، والذي يتم استخدامه في بعض حقول العزل الحراري.
قطاع البناء
باستخدام مقاومة التآكل الممتازة لألياف البازلت ، يمكن تضاعفها مع راتنج الفينيل أو الايبوكسي من خلال pultrusion ، متعرج وعمليات أخرى لصنع نوع جديد من مواد البناء. هذه المادة لها قوة عالية ، ومقاومة حمض ممتازة ومقاومة للتآكل ، ويمكن استخدامها في الهندسة المدنية بدلاً من بعض قضبان الصلب. علاوة على ذلك ، فإن معامل التوسع لألياف البازلت يشبه معامل الخرسانة ، ولن يكون هناك ضغط كبير في درجة الحرارة بين الاثنين.
مجال السيارات
يحتوي ألياف البازلت على معامل احتكاك مستقر ويمكن استخدامه في بعض المواد المعززة للاحتكاك ، مثل منصات الفرامل. نظرًا لمعامل امتصاص الصوت العالي ، يمكن استخدامه في بعض الأجزاء الداخلية لتحقيق تأثير عزل الصوت وتقليل الضوضاء.
حقل البتروكيماويات
تمنح مقاومة التآكل لألياف البازلت مزايا فريدة في مجال البتروكيماويات. الأنابيب الشائعة تعزز أنابيب ضغط عالية مع راتنج الايبوكسي ، والتي لها تأثيرات مزدوجة للحفاظ على الحرارة ومضادة - التآكل.
على الرغم من أن ألياف البازلت لا تزال تواجه مشاكل مثل التقلبات الكبيرة في تكوين المعادن ، وتكاليف الإنتاج المرتفعة ، وانخفاض كفاءة الإنتاج ، فإن هذه المشكلات هي تحديات وفرص لتطوير واستخدام ألياف البازلت.
مع تقدم تقنية رسم ألياف البازلت المحلية ، يكون أداء ألياف البازلت أكثر استقرارًا ، والتكلفة أقل ، ولديها احتمال واسع جدًا للتطبيق.
وقت النشر: ديسمبر - 14 - 2022