Базальтовое волокно - Basalt fiber

Базальтовое волокно это материал, сделанный из очень тонкого волокна из базальт, который состоит из минералы плагиоклаз, пироксен, и оливин. Это похоже на стекловолокно, имеющий лучшие физико-механические свойства, чем стекловолокно, но значительно дешевле углеродного волокна. Он используется как огнестойкий текстиль в аэрокосмический и автомобильный промышленности, а также может использоваться как составной производить такие продукты, как штативы для фотоаппаратов.

Производство

Технология производства BCF (Basalt Continuous Fiber) 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.[1] Базальт повышенной кислотности (содержание кремнезема более 46%[2]) и низкое содержание железа считается желательным для производства волокна.[3] В отличие от других композитов, таких как стекловолокно, при его производстве практически не добавляются материалы. Базальт просто промывают, а затем плавят.[4]

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

Базальтовые волокна обычно имеют диаметр нити от 10 до 20 мм. мкм что намного превышает предел дыхания в 5 мкм, чтобы сделать базальтовое волокно подходящей заменой асбест.[5] У них также высокий модуль упругости, что приводит к высоким удельная сила - в три раза больше, чем стали.[6][7][8] Тонкое волокно обычно используется для текстильных изделий, главным образом для производства тканых материалов. Более толстое волокно используется при намотке волокон, например, для производства СПГ баллоны или трубы. 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 сталь. арматура на строительном рынке.[9]

Характеристики

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

СвойствоЦенить[10]
Предел прочности2,8–3,1 ГПа
Модуль упругости85–87 ГПа
Относительное удлинение при разрыве3.15%
Плотность2,67 г / см³

Сравнение:

МатериалПлотность
(г / см³)		Предел прочности
(ГПа)		Удельная сила
Модуль упругости
(ГПа)		Специфический
модуль
Стали арматура7.850.50.063721026.8
Стекло2.462.10.8546928
C-стекло2.462.51.026928
E-стекло2.602.50.9627629.2
Стекло С-22.494.831.949739
Кремний2.160.206-0.4120.0954-0.191
Кварцевый2.20.34380.156
Углеродное волокно (большой)1.743.622.08228131
Углеродное волокно (средний)1.805.102.83241134
Углеродное волокно (маленький)1.806.213.45297165
Кевлар К-291.443.622.5141.428.7
Кевлар К-1491.473.482.37
Полипропилен0.910.27-0.650.297-0.7143841.8
Полиакрилонитрил1.180.50-0.910.424-0.7717563.6
Базальтовое волокно2.652.9-3.11.09-1.1785-8732.1-32.8

[нужна цитата ]

Тип материала[11]Модуль упругостиПредел текучестиПредел прочности
E (ГПа)fy (МПа)fu (МПа)
Стальные прутки диаметром 13 мм200375560
Стальные прутки диаметром 10 мм200360550
Стальные прутки диаметром 6 мм200400625
Прутки из BFRP диаметром 10 мм48.1-1113
Прутки из BFRP диаметром 6 мм47.5-1345
Лист BFRP91-2100

История

Первые попытки производства базальтового волокна были предприняты в Соединенные Штаты в 1923 году Полом Де, которому Патент США 1,462,446 . Они получили дальнейшее развитие после Вторая Мировая Война исследователями из США, Европа и Советский союз особенно для военный и аэрокосмические приложения. После рассекречивания в 1995 году базальтовые волокна стали использоваться в более широком диапазоне гражданских применений.[12]

Школы

  1. RWTH Ахенский университет. Каждые два года в Ахенском университете проводится Международный симпозиум по стекловолокну, на котором базальтовому волокну посвящен отдельный раздел. 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 Берлинского технического университета[13]
  3. Институт материаловедения легкого дизайна при Ганноверском университете
  4. Немецкий институт пластмасс (DKI) в Дармштадте[14]
  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 расчет КЭ с элементами репрезентативного объема (RVE). Марко Романо, Инго Эрлих.[15]

Использует

  • Тепловая защита[16]
  • Фрикционные материалы
  • Лопасти ветряной мельницы
  • Фонарные столбы
  • Корпуса судов
  • Кузова автомобилей
  • Спортивное оборудование
  • Конусы динамиков
  • Стены для полостей
  • Арматура[17][18]
  • 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 при 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

Рекомендации

  1. ^ «Исследование карьеров базальтовых пород | Basalt Projects Inc. | Разработка непрерывного базальтового волокна и композитов на основе CBF». Basalt Projects Inc. Получено 2017-12-10.
  2. ^ Де Фацио, Пьеро. «Базальтовое волокно: земля, древний материал для инновационного и современного применения». Национальное агентство Италии по новым технологиям, энергетике и устойчивому экономическому развитию (на английском и итальянском языках). Получено 17 декабря 2018.
  3. ^ Шут, Ян Х. «Композиты: более высокие свойства, более низкая стоимость». www.ptonline.com. Получено 2017-12-10.
  4. ^ Росс, Энн. "Базальтовые волокна: альтернатива стеклу?". www.compositesworld.com. Получено 2017-12-10.
  5. ^ «Базальтовые волокна из сплошных базальтовых пород». basalt-fiber.com.
  6. ^ Б. Соарес, Р. Прето, Л. Соуза, Л. Рейса (февраль 2016 г.). «Механическое поведение базальтовых волокон в композите базальт-УП» (PDF). ScienceDirect.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  7. ^ Шарма, Пиюш (январь 2016 г.). «ВВЕДЕНИЕ В БАЗАЛЬТОВОЕ ВОЛОКНО И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БРФ И ДРУГИХ ПРИРОДНЫХ КОМПОЗИТОВ». ResearchGate.
  8. ^ Чон-Ир Чой и Бан Ён Ли (октябрь 2015 г.). «Связующие свойства базальтового волокна и снижение прочности в зависимости от ориентации волокна». Материалы. 8 (10): 6719–6727. Bibcode:2015 Mate .... 8.6719C. Дои:10.3390 / ma8105335. ЧВК  5455386. PMID  28793595.
  9. ^ «Некоторые аспекты технологического процесса производства непрерывного базальтового волокна». novitsky1.narod.ru. Получено 2018-06-21.
  10. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2009-12-29. Получено 2009-12-29.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  11. ^ Ибрагим, Арафа М.А.; Фахми, Мохамед Ф.М.; Ву, Чжишен (2016). «Трехмерное конечно-элементное моделирование контролируемого связью поведения колонн квадратного моста из стали и армированного стеклопластом из базальта и стеклопластика при боковой нагрузке». Композитные конструкции. 143: 33–52. Дои:10.1016 / j.compstruct.2016.01.014.
  12. ^ «Базальтовое волокно». basfiber.com (на русском, английском, немецком, корейском и японском языках). Получено 2018-06-21.
  13. ^ L. Fahrmeir, R. Künstler, I. Pigeot, G. Tutz, Statistik - Der Weg zur Datenanalyse. 5. Auflage, Springer-Verlag, Берлин / Гейдельберг, (2005).
  14. ^ (основная работа - книга Гельмута Шюрмана "Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden")
  15. ^ Б. Юнгбауэр, М. Романо, И. Эрлих, бакалавр, Университет прикладных наук, Регенсбург, Лаборатория композитных технологий, Регенсбург, (2012).
  16. ^ Albarrie - БАЗАЛЬТОВОЕ ВОЛОКНО
  17. ^ Neuvokas
  18. ^ Хендерсон, Том (10 декабря 2016 г.). «Neuvokas поднимает планку производства арматуры». Crain's Detroit Business. Получено 17 декабря 2018.

Библиография

  • Э. Лаутерборн, Dokumentation Ultraschalluntersuchung Eingangsprüfung, Внутренний отчет wiweb Erding, Erding, октябрь (2011 г.).
  • К. Мозер, Faser-Kunststoff-Verbund - Entwurfs- und Berechnungsgrundlagen. VDI-Verlag, Дюссельдорф, (1992).
  • Найк Н. К. Тканые композиты. Техномик Паблишинг Ко., Ланкастер (Пенсильвания), (1994).
  • Bericht 2004-1535 - Prüfung eines Sitzes nach BS 5852: 1990 раздел 5 - кроватка 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 e.V., 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.).
  • Дж. Нольф, Базальтовые волокна, противопожарные ткани, TUT, 49 (2003) 39.
  • Б. Озген, Х. Гонг, Textile Research Journal, 81 (2010) 738.
  • Л. Папула, Mathematische Formelsammlung für Naturwissenschaftler und Ingenieure. 10. Auflage, Vieweg + Teubner, Wiesbaden (2009).
  • Д. Сараванан, IE (I) Journal-TX, 86 (2006) 39.
  • В. Шмид, Б. Юнгбауэр, М. Романо, И. Эрлих, Н. Геббекен, В: Материалы конференции прикладных исследований, Регенсбург, (2012).
  • В. Шмид, Б. Юнгбауэр, М. Романо, И. Эрлих, Н. Геббекен, В: Материалы конференции по прикладным исследованиям, Регенсбург, (2012).

внешняя ссылка