- характеристики и свойства, теплопроводность, плотность, вредна ли для здоровья или нет, горит ли, какую температура выдерживает и прочие
- Технические характеристики базальтовой ваты (утеплителя)
- Характеристики, применение, недостатки базальтовой ваты
- Базальтовая теплоизоляция — что это и где её применяют.
- Характеристики базальтовой и минеральной ваты
- Технические характеристики базальтовой (каменной) ваты
- Как получают базальтовый утеплитель?
- О свойствах минерального утеплителя
- Уровень теплопроводности на высоте
- Стойкость к влаге — вне конкуренции
- Паропроницаемость — для расширения области применения
- Устойчивость к высоким температурам
- Звукопоглощение — акустика выше среднего
- Прочностные характеристики — о показателях утеплителя
- Устойчивость к агрессивным средам — важный параметр
- Экологичность и безопасность — вне сомнений
- Область применения утеплителя: когда уместны плиты и маты
- Базальтовая вата — технические характеристики
- (PDF) Свойства и применение базальтового волокна и его композитов
- Basalt Fiber
- Базальтовое волокно — обзор
- Базальтовые волокна: альтернатива стеклу?
- Свойства шерстяного волокна — Science Learning Hub
- Структура поверхности шерсти
- Клетки кутикулы придают ощущение фетра
- Поверхность волокна является водоотталкивающей
- Внутренняя структура шерсти
- Внутренняя структура создает гибкость и впитывающую способность
- Впитывающая способность создает комфорт
- Расположение внутренних клеток создает изгиб волокна
- Обжим волокон влияет на свойства шерсти
- Связующие свойства базальтового волокна и снижение прочности в зависимости от ориентации волокна
- тканей — Basalt Fiber Tech Products
характеристики и свойства, теплопроводность, плотность, вредна ли для здоровья или нет, горит ли, какую температура выдерживает и прочие
Спрос на тепло- и звукоизоляционные материалы постоянно растет. В связи с чем производители увеличивают объемы производимой продукции, совершенствуют применяемые технологии, тем самым предлагая качественные материалы. Одним из наиболее распространенных является базальтовая (или каменная) вата, активно использующиеся в строительстве. Востребованности базальтовой ваты способствуют ее характеристики и свойства, подробно представленные далее.
Описание
Базальтовая вата — это разновидность минеральной ваты, которая представляет собой волокнистый материал, предназначенный для утепления и термоизоляции дымоходов, трубопроводов и т.д.
История базальтовой ваты началась с породы, в честь которой она и названа. Базальт относится к кайнотипным камням, то есть тем породам, внешний вид который не меняется с «возрастом». Базальт — это порода, образующаяся из магмы, которая имеет плотную и зернистую структуру. В качестве зерен выступают минералы магнетит и титаномагнетит, климопироксен, вулканическое стекло. Пластичность базальта позволяет ему вырываться на поверхность через жерла вулканов под давлением раскаленных газов. Воздух охлаждает магму, которая
Базальтовая вата, нередко используется как утеплитель для парной в каркасных банях
Промышленная базальтовая вата отличается от вулканической. Однако, структуры похожи — масса, состоящая из волокон (нитей), внутри которых воздух. Внешне базальтовая вата имеет бежевый или серый цвет. В вате природного происхождения нити располагаются хаотично, но технология производства заводских материалов позволяет отметить и длину нитей, которая составляет порядка 50 мм., и толщину, измеряющуюся в микронах, и диаметр.
Выпуск ваты в промышленных условиях осуществляется посредством выдувания расплава базальта, процесс осуществляется в закрытых печах. В качестве сырья используются осколки породы с карьеров, которые расплавляют в агрегатах. Из расплавленной массы выдувают нити, которые наматываются на вращающийся барабан. Не до конца застывшие волокна разрезают, скрепляют полимерами (чаще всего используются битумные смолы) и пускают под раскаленный пресс. В результате готовая продукция имеет форму матов или плит. Хотя встречаются и другие формы. В любом случае вата обладает представленными далее особенностями.
Характеристики и свойства: огнеупорная, негорючая ли и прочие
Именно характеристики обеспечивают широкое распространение базальтовой ваты для решения различных задач, в частности, для звуко- и теплоизоляции помещений различного назначения. В общем базальтовая вата является универсальным материалом.
Коэффициент теплопроводности материала толщиной 100 мм. и не только
Теплопроводность — это способность тел проводить теплоту от более нагретых частей к менее нагретым. Для количественной оценки данного показателя
Утеплитель базальтовый ИЗОБОКС ЭкстраЛайт-31 100Х600Х1200 мм/4,32м2/0,432м3/6шт. Фото Стройландия
Чем больше коэффициент, тем лучше вещество (материал) проводит тепло. Соответственно при решении задач по утеплению следует выбирать материалы с малым значением. Теплопроводность базальтовой ваты варьируется в границах от 0,032 до 0,048; значение зависит от нескольких факторов, в частности, плотность, производитель, качество.
Например, лист толщиной 100 мм. (наиболее востребованная разновидность) держит тепло аналогично кирпичной стене шириной 1150 мм., коэффициент составляет от 0,035 до 0,042 Вт/(м·K). Данные значения демонстрируют высокую эффективность теплоизоляции из базальтовой ваты.
Плотность
Плотность — физическая величина, определяемая как соотношение массы тела (в данном случае материала) к занимаемому этим телом (материалом) объема. Для обозначения показателя используется греческая буква p (ро), реже D или d. Измеряется плотность в кг на куб.м.
Плотность базальтовой ваты в зависимости от технологии производства колеблется от 30 до 100 кг/куб.м. Ведущие предприятия отрасли выпускают материалы для различных условий эксплуатации, например, для мест, где материалы будут повергаться механическим нагрузкам (теплоизоляция пола, отделка фасадов зданий) следует выбирать вату с плотностью 75-90 кг/куб.м., для внутренней отделки стен подойдут листы в 30-40.
Горит или нет, какую температуру выдерживает, температура плавления и горения
Класс (степень) горючести ваты зависит от технологии изготовления. Чем большее количество связующих компонентов (в качестве которых выступают напомним полимеры) использует производитель, тем выше горючесть материала
Утеплитель Rockwool Рокфасад 100х600х1000 мм 1,2 кв.м. Фото Петрович
Материалы НГ эксплуатируются при температурах 800-1000 градусов. Так как базальтовая вата негорюча, то температуры горения у материала нет. Плавиться вата начинается при температуре в +1114 градусов при воздействии открытого огня температурой не менее 1000°С в течение двух часов. Дымообразование при плавлении минимально, вредных веществ не выделяется. При выборе базальтовой ваты следует выбирать материалы от известных производителей. В противном случае существует вероятность приобретения некачественных утеплителей, произведенных с нарушением государственных стандартов.
Экологичность
Базальтовая вата производится из экологически чистого сырья, поэтому даже при воздействии высоких температур и влажности, при воздействии открытого огня не выделяется вредных для человека и животных.
Прочие
Следует отметить и другие характеристики и свойства базальтовой ваты:
- Отличные гидрофобные (водоотталкивающие) характеристики, вата не впитывает и не накапливает влагу, она ее отталкивает, в результате теплоизоляционные свойства не изменяются. Базальтовая вата имеет в своем составе волокна, которые характеризуются гидрофобностью. Кроме этого, крупные производители применяют специальные добавки, увеличивающие
способность утеплителя отталкивать влагу. Коэффициент водопоглощения не превышает 2% об объема самого материала. - Отличная способность пропускать пар. Независимо от плотности материал отличает высокая паропроницаемость, что особенно важно при использовании в банях и саунах, при наружней отделке. В помещениях, имеющих изоляцию из базальтовой ваты, сохраняется оптимальный температурный и влажностный режим.
- Хорошие звукоизоляционные характеристики. Базальтовая вата способна приглушать звуковые волны, что обеспечивает изоляцию от шумов.
Базальтовый утеплитель Paroc eXtra Smart 50х600х1200 мм 7,2 кв.м. Фото Петрович
- Высокая прочность. Хаотичное расположение волокон обеспечивает отличную прочность на сжатие (от 5 до 80 кПа), на растяжение (максимальная величина составляет 90 кПа). Прочность материала позволяет использовать базальтовую вату в частности для фасадного утепления стен, что позволяет получить привлекательную по дизайну и надежную отделку.
- Устойчивость к химическим веществам, базальтовая вата сохраняет собственные свойства и форму при взаимодействии с кислотами и щелочами.
- Длительный срок эксплуатации, который составляет 50-80 лет, это намного больше аналогов.
- Простота монтажа, инструкция по укладке позволяет выполнять процесс своими руками, для этого не требуется специальное оборудование и наличие особых навыков. Следует только иметь средства защиты (перчатки, очки, респиратор) и спецодежду.
- Малый вес упрощает и удешевляет процесс хранения, транспортировки и монтажа, позволяет не беспокоиться о дополнительной нагрузке на фундамент и несущие конструкции.
Популярные вопросы
Отдельные характеристики базальтовой ваты вызывают повышенный интерес пользователей Интернета, в результате чего возникают дополнительные вопросы, наиболее популярные представлены далее.
Вредна для здоровья или нет
Активное использование базальтовой ваты в качестве утеплителя порождает вопрос о безвредности материала, с которым контактируют люди. Поэтому важно знать представляет ли состав угрозу. Как уже было сказано ранее, используемое сырье и готовая продукция полностью экологичны, поэтому
Вред здоровью может нанести только некачественно изготовленный материал, отсутствие изоляционного строя также может послужить для возникновения проблем. При монтаже изделия на основе базальта могут рассыпаться, при отсутствии индивидуальных средств защиты возможно попадание частиц в легкие, на кожу, что опасно возникновением аллергических реакций, в глаза — существует вероятность повреждения слизистой оболочки.
Живут ли мыши в вате
Данный вопрос особенно волнует владельцев частной недвижимости: дома, дачи, бани и т.д. Базальтовую вату (также как и стекловату) мыши могут не только погрызть, но и преобразовать в жилище для себя. В результате поселения грызунов утеплитель перестает выполнять собственные функции.
Избавиться от мышей сложно, использование отравы от грызунов может негативно сказаться на здоровье жильцов. В качестве альтернативы используют мышеловки, ультразвуковые устройства, полынь. Но в каждом конкретном случае существуют некоторые трудности, поэтому проще избежать появления мышей. Поэтому для утепления нижних уровней здания следует выбирать твердые или сыпучие материалы.
Сферы применения
Характеристики базальтовой ваты делает ее универсальным материалом, применяющимся как внутри, так снаружи зданий различного назначения. Утепление базальтовой ватой подходит для бань и саун, дымоходов и трубопроводов, металлоконструкций. Материалом утепляют стены, перекрытия, полы, важным является правильный выбор и другие задачи, решаемые с помощью базальтового материала.
Термоизоляция трубы с помощью базальтовой (каменной) ваты. Фото СуперПечи
Сравнение
Все материалы имеют собственные плюсы и минусы, поэтому при сравнении важнее учитывать какие задачи необходимо решить. Базальтовая вата имеет некоторые сходства с эковатой: теплоизоляционные свойства зависят от плотности, материалы устойчивы к гниению и горению. Эковата не обладает прочностью структурой поэтому самостоятельный монтаж затруднителен.
При сравнении с минеральной ватой следует отметить превосходство материала на основе базальта в соответствии с термоизоляционными параметрами.
Шлаковата как и базальтовая изготавливается в форме плит. Высокая гигроскопичность не позволяет использовать шлаковату в жилищном строительстве. Это только некоторые схожие и отличительные параметры материалов, прочие представлены здесь.
Производители
Отличия присутствуют в материалах не только разных типов, но и произведенных разными предприятиями. Ведущие компании предлагают широкий выбор базальтовых материалов, имеющие некоторые различия в основных характеристиках, прежде всего, теплопроводность и плотность. Известными производителями являются Rockwool, Технониколь, Knauf, Isover, а также другие предприятия, ассортименту и особенностям продукции которых посвящена отдельная статья.
Видео
Где купить
Широкий выбор базальтовой ваты предоставляется не только производителями, но и поставщиками. Компании реализуют обширный ассортимент качественных материалов от ведущих российских и зарубежных предприятий. Некоторые организации представлены здесь.
Технические характеристики базальтовой ваты (утеплителя)
СодержаниеБазальтовая вата с клеем для минераловатных утеплителей — утеплитель, который по долговечности и теплоизоляционным характеристикам, превосходит большую часть существующих конкурентов. Использование базальтовой ваты широко распространено как в промышленном строительстве, так и при бытовой теплоизоляции жилых помещений.
Утеплитель из базальтового волокна
В данной статье мы детально рассмотрим технические характеристики базальтовых плит, познакомимся с технологией их производства, а также изучим отзывы, и выясним, какими преимуществами и недостатками обладает этот материал.
1 Сфера применения
Технология хаотичного расположения волокон внутри базальтового утеплителя придает ему не только хорошие теплоизоляционные, но и отличные шумоподавляющие свойства. Это характерно для всех видов базальтовой ваты, как для утеплителей с длинными, так и для изделий с короткими волокнами.
Теплоизоляционные свойства, превышающие аналогичные характеристики у большинства присутствующих на рынке утеплителей, являются причиной того, что базальтовая вата стала самым востребованным материалом для утепления стен, кровель, мансард и фасадов домов.
В современном строительстве базальтовые утеплители широко применяются для теплоизоляции разных элементов кирпичных, бетонных, деревянных и газобетонных построек.
Базальтовая вата (базальтовый утеплитель Изовол, например) обладает отличной эластичностью, что дает возможность утеплять ею не только ровные поверхности, но и объекты со сложной формой – трубопроводы, производственное оборудование и тд.
Базальтовые утеплители обладают высокой паропроводностью, что является как их преимуществом, так и недостатком при утеплении разных поверхностей. Нередко при утеплении стен базальтовой ватой используются дополнительные ветрозащитные, гидроизоляционные и пароизоляционные материалы.
Свойства базальтовой ваты
к меню ↑
2 Технические характеристики
Плотность базальтовой ваты, в зависимости от технологии изготовления, может колебаться в пределах от 30 до 100 кг/м³. Ведущие производители выпускают базальтовые утеплителя для разных условий применения.
К примеру:
- утеплители для теплоизоляции пола, либо чердачного перекрытия – мест, где материал может подвергаться механическим нагрузкам, обладают плотностью в 75-90 кг/м³;
- утеплителя для вентилируемых фасадов (теплоизоляция Изовер) – около 50 кг/м³;
- материалы для внутренней теплоизоляции помещений 30-40 кг/м³.
Помимо плотности, немаловажным фактором, от которого зависят общие прочностные характеристики материала, является сопротивление напряжению сжатия, которое у качественного базальтового утеплителя составляет около 100 кПа. Прочность на растяжение – в пределах 90 кПа. Динамическая жесткость базальтовой вата составляет 5-50 Мн/м³, в зависимости от плотности.
От плотности также зависит показатель сосредоточенной нагрузки, которую утеплитель может испытывать под воздействием внешних факторов. К примеру, материалы, предназначенные для утепления кровель, как свидетельствуют отзывы, нормально переносят сосредоточенную нагрузку в пределах 200-700 Н.
Основная характеристика базальтовой ваты, а именно теплопроводность, может располагаться в пределах от 0.032 до 0.045 Вт/мК, в зависимости от качества и плотности материала. У качественных материалов, как правило, этот показатель равен 0.035 Вт/мК.
Для сравнения, средняя теплопроводность экструдированного пенополистирола составляет 0,038 Вт/мК, стекловаты 0,041 Вт/мК, пенополиуретановой пены – 0,028 Вт/мК как у теплоизоляции Урса.
Базальтовый утеплитель в форме плит
Одной из ключевых характеристик, имеющих непосредственное влияние на долговечность утеплителя, является гидрофобность – способность к впитыванию воды. У базальтовой ваты с этим всё в порядке – процент впитывания жидкости от общей массы плиты при частичном погружении составляет не более 1 процента, при этом, он не увеличивает со временем пребывания материала в влажной среде.
За счет того, что волокна базальтовой ваты не впитывают воду, утеплитель остается сухим, не увеличивает вес, и не теряет свои теплоизоляционные характеристики.
Класс горючести базальтовой ваты зависит от технологии её производства, чем большая концентрация связующего реагента в итоговом изделии, тем выше горючесть утеплителя.
Если концентрация не превышает 4.5%, то базальтовая вата как и утеплитель Hotrock будет относиться к классу НГ (полностью не горючий материал), если концентрация выше – к классу Г1 (материалы со слабой горючестью).
Температурные ограничения эксплуатации базальтового утеплителя класса НГ составляют 800 градусов, что позволяет использовать его для теплоизоляции производственных помещений с высокими требованиями к пожарной безопасности.
к меню ↑
3 Технология производства
Технологические особенности изготовления утеплителей на основе базальтовой ваты существенно отличаются с особенностями изготовления других минераловатных утеплителей, в частности стекловаты. Причиной тому являются несколько факторов:
- Химический состав базальтовой горной породы отличается как от состава доменного шлака, так и от состава стекла;
- Базальтовая порода, используемая при производстве утеплителей, является самодостаточным материалом, обладающим естественной гомогенизацией;
- При производстве базальтового расплава из твердой породы отсутствуют операции, которые необходимы для получения расплава из стекла: остужения и осветления массы;
Структура базальтовой ваты
Данные нюансы сильно влияют как на особенности технологии производства базальтовой ваты, так и на задействованное в её реализации оборудование.
Базальтовые породы, использующиеся в качестве базового сырья, помещаются в дробилку, в которой происходит их дробление на небольшие фракции с размером от 5 до 20 миллиметром. Далее, требуемое количество размельченной породы с помощью машин-загрузчиков перевозится в камнеплавильную печь.
На сегодняшний день существуют две широко используемые технологии получения расплава из базальтовой породы. Первая – термообработка в доменных печах, температура в которых в процессе плавления достигает отметки в 1500 градусов, вторая – воздействие на породу электромагнитным излучением, по принципу микроволновки.
Процесс плавления базальта контролируется разнообразным компьютерным оборудованием, которое останавливает плавку при получении расплавом необходимой консистенции. По завершению плавки базальтовый расплав, схожий с раскаленной лавой, подается в центрифугу, внутри которой установлен вращающийся барабан.
Подача расплава на барабан подается при сильном давлении. При попадании на охлажденный барабан, под воздействием центробежной силы и перепада давления (также на расплав воздействует сильный поток воздуха), из расплава формируются отдельные базальтовые волокна на базальтовую теплоизоляцию Парок, например.
Полученные волокна собираются и по конвейеру подаются в камеру химической обработки, где базальт пропитывается связывающим реагентом, и другими присадками, придающими итоговому изделию требуемые свойства.
Производственная линия по изготовлению базальтовой ваты
Обработанные волокна транспортируются к маятниковому укладчику, который формирует из волокон ковер необходимой толщины и плотности. Особенностью маятникового укладывающего оборудования является то, что волокна они раскладывают в хаотической последовательности.
Хаотичное расположение волокон базальтового утеплителя для стен не только улучшает его прочностные характеристики, но и придает изделию, как свидетельствуют отзывы, неплохие звукоизоляционные свойства.
Сформированный ковер попадает в камеру термической обработки, где прогревается до температуры 200 градусов, при которой происходит активизация связывающего реагента, и базальтовые волокна получают прочные соединения.
Из камеры термообработки утеплитель попадает на фасовочную линию, где он нарезается на участки заданной формы (базальтовый утеплитель выпускается в виде рулонов и плит), и упаковывается полиэтиленовой пленкой.
к меню ↑
4 Отзывы о продукции
Многочисленные положительные отзывы, исходящие от людей, имевших опыт работы с данными утеплителями, свидетельствуют о том, что базальтовая вата является одним из лучших существующих на сегодняшний день теплоизоляционных материалов.
Чтобы вы смогли составить полную картину о преимуществах и недостатках данного материала, предлагаем вам познакомится с некоторыми из таких отзывов.
Утепление стен базальтовой ватой
Андрей, 49 лет, Омск:
Проживая в многоквартирном доме, о необходимости утепления жилья не задумывался вообще. Однако, около двух лет назад мы продали квартиру и переехали в частный двухэтажный дом в пригороде.
Именно тогда и возникла необходимость в теплоизоляции, поскольку при достаточно мощной отопительной системе, зимой в доме было постоянно холодно.
Выбирал утеплитель я не долго, поскольку хвалебные отзывы знакомых, ранее утеплявших свое жилье, быстро склонили меня к этому материалу.
Могу сказать, что отзывы подтвердились — базальтовая вата действительно отличный утеплитель. Я выполнял теплоизоляцию лагового пола и стен снаружи дома. Температура в помещении после утепления поднялась почти на 4 градуса. А вообще мне очень нравится как базальт, так и эковата.
Виталий, 35 лет, Москва:
Базальтовая вата, на мой взгляд, самый универсальный утеплитель. Им можно и пол утеплить, и стен, и потолок, и фасад. Более того, учитывая минимальную теплопроводность и качество этого материала, утепление будет эффективным и долговечным.
Лично я с помощью базальтовой ваты выполнял утепление стен изнутри дома и чердачного перекрытия. Все теплоизоляционные работы выполнял своими руками, могу сказать, что с плитными утеплителями очень просто работать. В общем, с какой стороны не подойди – действительно хороший материал.
к меню ↑
5 Анализ характеристик базальтовой ваты Роквул (видео)
Характеристики, применение, недостатки базальтовой ваты
Сегодня мы расскажем вам, что такое базальтовая вата, характеристики, какой производитель лучше и есть ли смысл переплачивать, покупая продукцию с запада. Высокие эксплуатационные характеристики этого материала позволяют использовать его не только в гражданском строительстве, а и в промышленных масштабах. Он обладает как теплоизоляционными, так и звукоизолирующими свойствами.
Как делают базальтовую вату
Тонкую струю расплавленного базальта раздувают мощным воздушным потоком.
В первую очередь рассмотрим, из какого сырья делается базальтовая вата. Характеристики утеплителя полностью зависят от его структуры, речь о волокнах. Этот волокнистый теплоизолятор, который состоит из множества соединенных между собой ворсинок, образующих ковер. Эти волокна изготавливаются из застывшей магмы (базальта), которая, по сути, является камнем.
Окаменевшую магму дробят на мелкие кусочки, чтобы их было проще расплавить. Затем доводят полученную россыпь до температуры плавления. На раскаленную докрасна субстанцию направляют мощный поток воздуха. Он раздувает расплавленный камень, в результате чего получаются короткие волокна. Производители базальтовой ваты добавляют к полученным мелким частичкам базальта жидкость, благодаря которой волокна склеиваются между собой. Эта жидкость содержит фенолформальдегид, который может быть опасен для здоровья.
В состав базальтовой ваты в небольшом количестве входит фенолформальдегид – ядовитое вещество.
Далее полученная смесь камня и связующего вещества попадает на формовочный станок. Он придает форму будущим плитам по заданным конфигурациям. Оттого насколько сильно станом спрессовывает материал, зависит будущая плотность базальтовой ваты и, соответственно, ее вес. Чем выше плотность, тем тяжелее и крепче утеплитель. На последнем этапе вату упаковывают в полимерные пленки по несколько плит. В отличие от стекловаты, базальтовая теплоизоляция не сжимается, и габариты упаковки соответствуют кубатуре содержимого в ней волокнистого изолятора.
Современные воздухогрейные печи длительного горения типа Булерьян работают по принципу дожига пиролизных газов.
Нужны чертежи и схемы печи длительного горения? Тогда жмите сюда.
Характеристики базальтовой ваты
Это ламельный мат. Он используется для утепления трубопроводов.
Всего по четырем аспектам можно подобрать материал для любых видов работ. Рассмотрим основные технические характеристики базальтовой ваты:
- теплопроводность;
- водопоглощение;
- плотность;
- паропроницаемость.
Теплопроводность базальтовой ваты по отзывам всегда соответствует заваленным производителем значениям. Лямбда варьируется в пределах 0,038-0,045 Вт/м*С. Конечно, это не сравнится с пенопластом или ЭППС. Но все же довольно неплохо, особенно если сравнивать с сыпучими утеплителями (вермикулит, перлит, керамзит) или материалами природного происхождения (дерево, мох, смесь глины и опилок). Есть тенденция незначительного повышения коэффициента теплопроводности с увеличением плотности каменного утеплителя. То есть чем плотнее материал, тем хуже он держит тепло.
Срок службы базальтовой ваты не менее 50 лет. Этот материал выдерживает температуру до 750 градусов (группа горючести НГ).
Водопоглощение – это свойство базальтовой ваты впитывать влагу. Оно измеряется в процентном соотношении количества проникшей воды в утеплителе за 24 часа к его собственному весу. При этом материал должен быть частично или полностью погружен в воду. Водопоглощение составляет не более 1%, но даже при этом данное качество смело можно отнести к недостаткам базальтовой ваты. Хотя сглаживает ситуацию тот факт, что утеплитель продолжает работать даже при намокании до 30% от всей своей массы.
Плотность – основная характеристика, которая определяет область применения базальтовой ваты. Ведь для утепления стен, для фундамента или горизонтальных перекрытий, укладки теплоизоляции на скатную и плоскую кровлю нужен разный по плотности материал. Например:
- для стен по системе вентфасада от 55 кг/м. куб;
- для стен по системе мокрого фасада от 85 кг/м. куб;
- для горизонтальных перекрытий от 35 кг/м. куб;
- для скатной кровли от 55 кг/м. куб;
- для укладки под стяжку на горизонтальные поверхности от 150 кг/м. куб.
Из-за высокой плотности каменной ваты страдает ее паропроницаемость, которая составляет всего 0,3 мг/м*ч*Па. К слову, у стекловаты этот показатель в 3-4 раза выше, что делает ее более приемлемым материалом для утепления домов со сруба или бруса.
Дровяная отопительная печь длительного горения для дачи не имеет альтернатив на местности без централизованных сетей.
О том, как считать отопление по счетчику в квартире читайте в этой статье.
Производители и конфигурации базальтовой ваты
Отечественные товары дешевле, а по качеству не уступают западным аналогам.
Каменная вата выпускается в трех конфигурациях:
- плиты с фольгированием и без;
- ламельные маты;
- цилиндры для труб с фольгированием и без.
Этот утеплитель нельзя гнуть, так как волокна хрупкие и легко ломаются. Размеры плит у разных производителей могут отличаться (120/60 см, 100/60 см, 80/60 см, 100/50 см). Есть три стандартных толщины плит – это 50, 100 и 150 мм. Выпускаются материалы для разных видов работ, они могут комбинироваться между собой при укладке в несколько слоев.
Многим не дает покоя вопрос о том, какая базальтовая вата лучше. По факту импортный утеплитель ничем не лучше отечественно. Российские производители каменной теплоизоляции:
- Технониколь;
- Изба;
- Baswool.
Смысла платить за иностранный бренд нету. Заплатив больше, ничего, кроме удовлетворения своих предрассудков, вы не получите, так что решайте сами.
Базальтовая теплоизоляция — что это и где её применяют.
Базальтовая теплоизоляция — это один из самых популярных утеплителей на современном строительном рынке. Из чего она состоит? Как производят современный базальтовый утеплитель? Каковы его свойства? Отвечаем на эти и другие вопросы в статье.
Что такое базальт и как придумали делать утеплитель?
Из чего сделана базальтовая вата? Ответ простой — из базальта. Базальт — это вулканическая горная порода. Проще говоря, камень, который однажды вышел из жерла вулкана. Эта порода очень распространена на нашей планете — ею устлано почти всё дно мирового океана. А ещё нередко из базальта вырастают целые острова — например Гавайские и Галапагосские.
Базальт появляется из недр земли. Основные источники — вулканы, изверженные базальтовые потоки и хребты океанов. А иногда случается так, что базальтовая лава вздымается в воздух, а ветер выдувает отдельные капли и вытягивает их в тонкие нити. Так получается нечто, отдалённо похожее на современную базальтовую вату.
Такие пучки «волос» из базальтовых нитей нередко находили в Гавайских островах — их назвали «волосами Пеле» в честь местной богини. А в Исландии их называют волосами ведьмы.
Вот так незатейливо природа сама подсказала человеку, как можно использовать базальт для утеплителя.
Что такое базальтовый утеплитель и как его делают?
Современная базальтовая теплоизоляция — это такие же «волосы», только сделанные гораздо более современным способом. Вот упрощённая схема производства:
- Подготовка сырья. Сырьё из горных пород габбро-базальтовой группы доставляют на производство и просеивают, чтобы остались крупные куски. Затем смесь (её называют «шихта») взвешивают, чтобы подать на второй этап строго определённое количество.
- Плавление. Шихту закладывают в специальную вертикальную печь — вагранку. Там горная порода плавится при температуре порядка 1500° C. На этом этапе сырьё чистится от примесей — например, от металлов, которые сливают через отверстие в тележку с чугунной ванной.
- Структуризация. Расплавленную породу отправляют в специальную центрифугу с форсунками. Она вытягивает капли в волокно — это похоже на процесс создания сахарной ваты. Когда образуется волокно, к нему добавляют добавки — это связующее, гидрофобные вещества и другие.
- Создание «ковра». Сырьё охлаждается, подаётся на транспортную ленту и попадает в маятниковый раскладчик. Он ходит туда-сюда и равномерно раскладывает полученную вату на очередную ленту.
- Формовка. Полученный «ковёр» ещё рано использовать в качестве утеплителя — ему нужно придать форму. Поэтому его подают в специальную машину — гофрировщик-подпрессовщик. Он и придаёт будущему утеплителю нужные размеры.
- Термообработка. Теперь уже ровный ковёр базальтового утеплителя подаётся в камеру термообработки. В ней установлена температура порядка 250° C. Именно при такой температуре связующие материалы затвердевают, а изделие приобретает необходимые физические свойства.
- Резка и упаковка. Ковёр подают на ленту для резки на ровные плиты, после чего их упаковывает специальная машина.
Вот из чего сделан современный базальтовый утеплитель: сырьё габбро-базальтовой породы, связующий материал и добавки для придания нужных свойств.
Кстати, базальтовое волокно как утеплитель режут именно на плиты, поскольку оно получается гораздо более жёстким, чем стекловолокно.
Свойства базальтового утеплителя
Чтобы понять, почему базальтовую вату используют в качестве утеплителя, рассмотрим её характеристики:
- Теплопроводность. Коэффициент теплопроводности такой теплоизоляции варьируется в пределах 0,034 до 0,039 Вт/м·К. Это значит, что базальтовый утеплитель почти не имеет свойства проводить тепло. В интернете полно роликов, где на базальтовую плиту с одной стороны направляют газовую горелку, а с другой прикладывают руку, которой почти не ощущают изменения температуры (не повторяйте это).
- Стойкость к огню. Базальтовый утеплитель — это по сути камень. Поэтому он совершенно не горит. Даже в случае с вышеупомянутой газовой горелкой волокна утеплителя только немного плавятся, но не более того. Выходит, что такая теплоизоляция способна противостоять пожару.
- Влагостойкость. Каменная вата не обладает настолько пористой структурой, чтобы вбирать в себя влагу. При умеренных количествах вода не проникает внутрь. Это значит, что базальтовый утеплитель сохраняет свои свойства при высокой влажности.
- Паропроницаемость. Тем не менее, базальтовая теплоизоляция способна пропускать через себя пар. Коэффициент паропроницаемости — 0,49-0,6 мг/(м*ч*Па). Это значит, что материалы «дышат». Например, пар с кухни свободно пройдёт сквозь такой утеплитель, не задерживаясь в помещении.
- Шумоизоляция. В среднем, коэффициент звукопоглощения у базальтового утеплителя находится в пределах 0,7-0,9. Эта характеристика показывает, насколько быстро звуковые волны теряют свою энергию, попадая в материал. Такой показатель — довольно высокий, поэтому нередко базальтовую вату используют ещё и в качестве шумоизоляции.
- Биологическая и химическая активность. В этом отношении базальтовый утеплитель совершенно инертен. Он не гниёт, на нём не образуется плесень и вредные микроорганизмы. Даже мыши не заводятся в такой теплоизоляции. Также материал обладает высокой стойкостью к агрессивным химическим средам, поэтому его используют для различных технических и промышленных сооружений.
Где используется базальтовый утеплитель
Отличные технические характеристики базальтового утеплителя позволяют использовать его во всех типах зданий. Чаще всего этим материалом теплоизолируют:
- фасады;
- кровлю;
- стены и перегородки;
- полы и потолки.
Кроме того, базальтовую теплоизоляцию используют для прокладки трубопроводов, температура на которых сильно варьируется. А также её применяют в качестве преград для огня — материал отлично защищает от пожара строительные конструкции.
Важно: для расчёта необходимого слоя теплоизоляции необходимо обратиться к специалистам, поскольку нужно учитывать множество факторов. Это может быть климат вашего региона, тип фасада, особенности строения, продолжительность отопительного сезона, количество осадков зимой, теплоёмкость покрытий, площадь помещений, количество остекления, сила ветра и даже число солнечных дней в году.
Резюме
Базальтовая теплоизоляция — это универсальный материал, который сохраняет тепло в вашем доме. Он не горит, не плесневеет, подходит почти для любых конструкций, за ним не надо ухаживать, его легко монтировать а главное — он служит десятки лет.
В статье упоминаются категории:
В статье упоминаются товары:
Характеристики базальтовой и минеральной ваты
Сегодня на современном строительном рынке можно обнаружить широкий выбор различных утеплителей. Среди этого количества самыми востребованными материалами для утепления можно считать: минеральную либо базальтовую вату. Поэтому сегодня портал Beton-Area.com поможет узнать что лучше минвата или базальтовая вата.
Базальтовая вата и ее особенности
Базальтовая вата в качестве основы имеет стекловолокно, которое производится из габбро — базальтовой породы в результате переплавки. Плита из такого материала значительно отличается от листа минеральной ваты. Но не стоит думать, что такой материал значительно лучше минеральной ваты. Оба этих материалов имеют свои плюсы и минусы.
Базальтовая вата имеет следующие технические характеристики:
- Итак, подобный материал не имеет в своем составе токсичных веществ. Поэтому при горении этот материал не выделяет в атмосферу едкого дыма.
- На утеплителе из базальтовой ваты не образуются загрязнения.
- Базальтовая вата не боится воздействия грибковой плесени.
- Подобный материал не боится высоких температур. Кроме того, материал очень легко и удобно транспортировать на абсолютно любые расстояния.
Добавить вышесказанное, нужно лишь длительным сроком эксплуатации, который при соблюдении всех установленных моментов может увеличиться на 50 лет.
Утеплитель из базальтовой ваты будет отличаться низкой степенью звукопроводности. Поэтому такой материал подойдет для звукоизоляции различных помещений. Утеплитель из базальтовой ваты считается невзрывоопасным веществом, поэтому его можно смело использовать для изоляции горячих и агрессивных сред.
Химический состав базальтового утеплителя не содержит известняковых пород и доломита. Поэтому такой материал не представляет интереса для грызунов.
- Базальтовая вата отличается особенным строением. Волокна этого утеплителя могут располагаться в вертикальном и горизонтальном направлении. Благодаря такому строению, подобный материал характеризуется высокой степенью жесткости.
- Базальтовая вата обладает водоотталкивающими свойствами. Поэтому этот материал, может пропускать влагу не накапливая ее в своем составе.
Выше мы назвали все достоинства этого материала. Как видите, их существует предостаточное количество. Но не нужно забывать о недостатках базальтовой ваты. Теперь нужно назвать именно их.
Итак, к минусам можно отнести в первую очередь высокую цену материала. Другим недостатком является состав самого материала. К примеру, утеплитель на основе базальтовой ваты «Изовер» имеет большое количество швов. По этой причине могут быть снижены важные теплоизоляционные качества.
Другим отрицательным моментом подобного материала является высокий уровень прочности. В некотором роде использование во время производства фенольной связующей может сделать материал с экологической точки небезопасным утеплителем.
Чем отличается базальтовая вата от других утеплителей
Если рассмотреть базальтовую вату повнимательнее, то можно увидеть другие преимущества этого материала, которые существенно отличаются от преимуществ других подобных утеплителей.
Самым важным моментом является низкий уровень биологической и химической пассивности. Этот фактор выгодно отличает базальтовую вату от стекловаты и прочих подобных материалов.
Вата, которая имеет в своем составе базальт характеризуется хорошей пластичностью. Более того, благодаря такой структуре во время монтажа материал не осыпается.
Исходя из этих характеристик следует сказать, что сырье обладает значительным объемом и имеет хорошие характеристики прочности. Поэтому такой материал выделяется повышенными теплоизоляционными качествами.
Нужно сказать, что все утеплители, которые производятся на основе минеральных веществ раздражают у человека, который с ними работает верхние слизистые пути. Поэтому работать с подобными материалами можно лишь только в специальных защитных средствах. Ведь только лишь в таком случае есть возможность обезопасить себя и всех окружающих от неприятного воздействия такого материала.
Особенности минеральной ваты
Про минеральную вату можно сказать многое. Однако сейчас нужно перечислить главные характеристики такого материала для утепления. Итак, минеральная вата отличается: низкой плотностью и сравнительно небольшим весом. Кроме того, такой материал формирует небольшую нагрузку на любую конструкцию.
Какой материал лучше всего выбрать
В первую очередь нужно сказать, что минеральная вата отличается сравнительно небольшой стоимостью. А вот стена, утепленная базальтовым покрытием обойдется в несколько раз дороже.
- Минеральная вата отличается меньшим объемом. При транспортировке она занимает меньше места. Кроме того мин вата быстро восстанавливает свою форму даже после повреждения во время сложной транспортировки.
- Минеральная вата — это более пластичный утеплитель, который может использоваться даже на неровных поверхностях.
Если вы хотите знать ответ на вопрос, какой материал выбрать для утепления? Нужно прежде всего определить условия эксплуатации. Если вы желаете купить долговечный и экономичный вариант утеплителя, то в таком случае нужно выбрать базальтовую вату.Действительно, такой материал отличается продолжительным эксплуатационным сроком. Кроме того, базальтовую вату можно использовать для утепления абсолютно любых частей жилища. К примеру, подобным материалом утепляют: пол, стены и даже потолок.
Читайте полезный материал: Строительные материалы для внутренней отделки дома
В общем, если сравнить все характеристики обоих материалов, то можно с уверенностью сказать, что эти утеплители имеют похожие свойства. Базальтовая вата может свободно находиться в абсолютно любых условиях. Поэтому этот утеплитель разрешается эксплуатировать любым удобным способом. Многие люди учитывают такие характеристики, поэтому исходя из этого они отдают предпочтение именно этому утеплителю.
Другие аналоги подобного утеплителя не имеют достойной прочности и эластичности. Поэтому во время установки они могут рассыпаться. Однако работать с подобными материалами намного безопаснее с чем с базальтовой ватой, которая негативно воздействует на дыхательные пути человека.
Технические характеристики базальтовой (каменной) ваты
Минеральный базальтовый утеплитель — ничто иное, как каменная вата. Материал заметно превосходит разновидности минеральной ваты — стекловату и шлаковату, как в отношении эксплуатационных свойств, так и по характеристикам. Утеплитель безопасен для человека, просто монтируется, отличается продолжительным сроком службы.
Как получают базальтовый утеплитель?
Процесс изготовления базальтовой ваты аналогичен процессу создания материала в природных условиях. На идею разработки и внедрения технологии человека натолкнули вулканы. После их извержения на земле оставались лава, позднее преобразующаяся в прочные волокна под влиянием ветра. Именно эти волокна сегодня являются основной каменной ваты для утепления.
Так же, как и в природных условиях, базальтовые породы плавят в печи при температуре от 1500 градусов Цельсия, после чего остужают в специальных вращающихся барабанах мощной воздушной струей. Готовая базальтовая вата в зависимости от размеров представляет собой волокна с толщиной до 7 микрон и длиной до 5 см.
Для повышения прочности и упругости волокон, производитель добавляет связующие компоненты, после чего повторно нагревает материал до 300 градусов с последующим двукратным прессованием.
О свойствах минерального утеплителя
Минеральная базальтовая вата — современный, высокотехнологичный материал, представленный в разных размерах с набором качественных характеристик, отличных от других изоляторов. К ним относят:
- низкую теплопроводность;
- устойчивость к влаге;
- паропроницаемость;
- шумопоглощение;
- пожаростойкость;
- устойчивость к воздействию биологической и химической сред;
- экологичность;
- продолжительность срока службы.
Каждое из этих свойств делает утеплитель практически универсальным, а главное — практичным и безопасным.
Уровень теплопроводности на высоте
Даже самый бюджетный базальтовый утеплитель отличается особым расположением волокон, влияющим на структуру материала. Готовый утеплитель воздушный с многочисленными прослойками между волокнами отлично справляется с сохранением тепла. Именно этим объясняется минимальный коэффициент теплопроводности материала, который колеблется в пределах от 0,032 до 0,048 ватта на метр на Кельвин. Чтобы понимать, что это означает, можно отметить, что базальтовая вата по свойствам аналогична пробке вспененного пенополистирола или каучука.
При сравнении характеристик утеплителя на основе базальтовой ваты с характеристиками других материалов, преимущества первого становятся очевидными.
Так, например, заменить мат толщиной 10 см и плотностью 100 кг на метр кубический сможет керамическая кирпичная стена толщиной в 117 см.
Глиняный кирпич должен иметь толщину в 160 см, только в этом случае он сможет «догнать» базальтовый утеплитель в отношении способности сохранять тепло. Чтобы добиться таких же показателей от силикатного кирпича понадобится выложить стену толщиной в два метра, а деревянные конструкции должны иметь толщину не менее 25,5 сантиметров.
Стойкость к влаге — вне конкуренции
Как самая дорогая, так и более доступная по цене базальтовая вата не впитывают влагу, являясь полностью гидрофобным материалом. Попадая на утеплитель из минваты, жидкость не проникает во внутреннюю часть, тем самым не нарушает функционал.
Обычная минеральная вата таким же свойством похвастать не может. В список технических характеристик шлаковаты и стекловаты — производных минеральной ваты не входит устойчивость к влаге, поэтому материалы не допускаются для устройства теплоизоляции в помещениях с повышенной влажностью.
В то же время базальтовый утеплитель отлично выдерживает испытания влагой на протяжении всего срока службы, может использоваться для изоляции помещений бассейнов и сауны. При контакте с волокнами материала из минеральной каменной ваты, жидкость их обтекает и выходит наружу в виде пара.
Паропроницаемость — для расширения области применения
Традиционно базальтовая вата обладает отличными показателями паропроницаемости. Это свойство является одним из основных преимуществ материала для изоляции. За счет него удается свести риск образования конденсата внутри материала к нулю, что опять же важно для устройства слоя теплоизоляции в помещениях с повышенной влажностью.
Устойчивость к высоким температурам
Помимо минимальной теплопроводности в отношении технических характеристик базальтовая теплоизоляция имеет еще одно преимущество — материал способен противостоять высоким температурам и открытому огню причем с одинаковой интенсивностью как в начале срока службы, так и спустя несколько десятков лет активной эксплуатации.
Материал отвечает требованиям пожаробезопасности, относится к группе негорючих, может использоваться в помещениях с риском воспламенения. Производители каменной ваты заявляют о температуре плавления в 1114 градусов Цельсия, что значительно расширяет область применения материала.
Нужно принимать во внимание, что базальтовая теплоизоляция выпускается не всегда в соответствии с нормами. Некоторые производители, желая снизить себестоимость материала, в избытке добавляют синтетические связующие, что значительно понижает температуру плавления в некоторых случаях вплоть до 450 градусов Цельсия.
Делая выбор в пользу дешевой каменной ваты для теплоизоляции, нужно понимать, что пострадает не только способность к теплопроводности материала, снизятся и уровень его стойкости к высоким температурам.
Дополнительным преимуществом каменной ваты помимо низкой теплопроводности может считаться способность не допускать распространения открытого огня, что позволяет использовать материал для теплоизоляции оборудования, работающего при высоких температурах.
Звукопоглощение — акустика выше среднего
Такой показатель, как плотность базальтовой ваты влияет на вес материала, но не зависит от размеров и тем более не влияет на способность поглощать шум. Плиты независимо от параметров одинаково хорошо справляются с шумопоглощением, изолируя звуковые волны, независимо от типа и источника.
Отличный уровень звукопоглощения в списке технических характеристик минеральной ваты позволяет сделать заключение о возможности использования материала для звукоизоляции помещений.
Прочностные характеристики — о показателях утеплителя
Особенность теплоизоляции на основе каменной ваты — особое расположение волокон внутри в хаотичном порядке, частично в вертикальном положении. За счет этого минеральные утеплители способны справляться с ощутимыми нагрузками.
Например, в случае 10% деформации каменной ваты, изолятор демонстрирует пределы прочности на сжатие до 80 килопаскалей. На итоговые показатели влияет плотность материала. В целом же, можно отметить, что за счет особых прочностных характеристик каменной ваты, срок службы ее продлевается до 50 лет с сохранением геометрической формы, а соответственно и функционала.
Устойчивость к агрессивным средам — важный параметр
Значимая способность минеральной ваты для устройства теплоизоляции — сохранять стойкость к воздействию агрессивных сред на протяжении всего срока службы. Даже при контакте минваты с металлическими поверхностями можно не опасаться появления коррозии, равно как не стоит опасаться и появления плесени, грибка и прочих микроорганизмов, способны разрушить структуры.
Утеплители не только обладают минимальными коэффициентами теплопроводности, но и не гниют, не становятся пристанищем для размножения грызунов. Все эти свойства минеральной каменной ваты позволяют использовать ее для изоляции конструкций и сооружений, эксплуатируемых в особых условиях.
Экологичность и безопасность — вне сомнений
Как уже упоминалось, для изготовления каменной ваты используется в основном натуральное сырье в совокупности с формальдегидными смолами для связки волокон. Дополнительные компоненты нужны для улучшения прочностных характеристик, а то минимальное количество, в котором они включены в лучшие марки утеплителя из минваты, не представляет риска для здоровья.
Если сравнить каменную вату с аналогичными материалами для утепления с0 стекловатой или шлаковатой, то безопасность первой покажется еще более очевидной. Материал не колется, не раздражает кожу и слизистые, может монтироваться без использования защитных средств.
Область применения утеплителя: когда уместны плиты и маты
Теплоизоляцию на основе каменной ваты используют для утепления вертикальных и горизонтальных поверхностей, считая коэффициент теплопроводности наиболее подходящим для создания качественной изоляции.
Кроме того материал применяют для повышения звукоизоляционных свойств помещений, утепляя стены, потолок и пол, для изоляции трубопроводов, помещений и оборудования с особыми требованиями к пожаробезопасности.
Одинаково эффективной будет теплоизоляция из каменной ваты для наружной и внутренней стены дома, фундамента и перегородок, пола и кровли, мансард и чердаков. Для удобства монтажа производители предлагают использовать материал в виде:
- плит;
- цилиндров;
- рулонов с оптимальными размерами.
Первые идеальны для теплоизоляции стен, пола. Матами удобно утеплять фасады, кровлю, мансарды, перегородки, цилиндрами — трубопроводы.
Базальтовая вата — технические характеристики
Основой для синтеза базальтовой ваты являются расплавы горных пород. В массу могут быть добавлены элементы известняка или шихты, обеспечивающие её большую текучесть; материал в этом случае называют базальтовой минеральной ватой. Многим известно на практике, насколько хороша базальтовая вата, технические характеристики материала позволяют применять ее для различных целей.
Данный утеплитель применяется для различных строительных конструкций. Материал производится в нескольких вариантах: маты, плиты, цилиндры. Выбор зависит от целевого назначения. Наиболее удобно использовать плиты, маты обеспечивают более мягкую теплоизоляцию, но сильных нагрузок они не выносят.
Технические характеристики и преимущества базальтовой ваты
Базальтовое волокно изготавливается из естественного сырья. Это значит, что использовать данный утеплитель экологично. Многообразие значимых для эксплуатации параметров во многом является причиной широкого применения материала при теплоизоляционных работах.
К основным свойствам относятся:
- Теплопроводность. Величина данного параметра для базальтовой ваты составляет от 0,032 до 0,048 Вт/мК. Это низкое значение. Как известно, чем ниже этот показатель, тем сильнее материал сберегает тепло. Если провести сопоставление, то 10-сантиметровый слой базальтовой ваты по своим теплоизоляционным свойствам приравнивается к кладке из кирпича толщиной 117 см.
- Плотность материала. Для базальтовой ваты данное значение весьма вариативно, оно может составлять от 30 до 100 кг/м3. Такая величина способствует минимизации тепловых потерь. В зависимости от плотности каждый вид материала имеет свое целевое назначение. Благодаря такой многоплановости, базальтовой ватой можно утеплять как нагруженные (например, пол), так и ненагруженные элементы сооружения (крыша, чердачные помещения).
- Виброустойчивость. Данное свойство связано с особенностями структуры волокон материала. Чем длиннее используемые волокна, тем качественнее утеплитель.
- Устойчивость к температурным воздействиям. Базальтовая вата может применяться в расширенном диапазоне температурных перепадов, она выдерживает колебания от -270 до +9000С. Материал очень стоек даже при длительном контакте с высокими температурами.
- Гидрофобность. Базальтовая вата не вбирает в себя воду, это обуславливает длительный срок её службы. Период эксплуатации материала достигает 70 лет. Гигроскопичность базальтовой ваты составляет менее 1%, она не подвержена деформациям при контакте с влагой, это обеспечивает её долговечность и прочность.
- Механическая прочность. Любой утеплитель должен быть рассчитан на то, чтобы выдерживать определённые нагрузки. Не является исключением и базальтовая вата, технические характеристики её в этом отношении очень высоки. Материал имеет достаточно жёсткую структуру. Это связано с разным направлением волокон. Некоторые волокна расположены вертикально, другие – горизонтально.
- Уровень звукоизоляции. Данный утеплитель обеспечивает надёжное поглощение ударных и воздушных шумов.
Применение материала
В настоящий момент одним из наиболее универсальных утеплителей является базальтовая вата, технические характеристики и эксплуатационные свойства наделяют её рядом несомненных достоинств.
Данный материал широко используется при обустройстве различных типов сооружений. Утеплитель характеризуется хорошей проницаемостью для паров, поэтому её применяют при обустройстве кровли, мансардной части, фасада. Материал способствует выведению водяного пара наружу.
Также базальтовая вата может быть применена под влажную штукатурку, при теплоизоляционных работах для любых видов крыш, для утепления перекрытий. Чтобы улучшить свойства материала, его снабжают стеклохолстом, а также специальной фольгой для экранирования теплового излучения.
Безопасность материала
Важно понимать, что базальтовая вата имеет природное происхождение, поэтому её применение не представляет угрозы для здоровья человека. Материал не выделяет вредных веществ сам по себе.
Однако вызывают опасения фенолформальдегидные смолы, используемые в производстве. В свободном виде это токсичные химические соединения. Тем не менее, при соблюдении технологии изготовления эти вещества находятся в связанном состоянии и не проникают в окружающую среду.
Поэтому необходимо уделять достаточное внимание выбору качественной фирмы-производителя, от этого во многом зависит удобство проживания и здоровье близких людей.
(PDF) Свойства и применение базальтового волокна и его композитов
4
1234567890 ‘’ “»
GBEM IOP Publishing
IOP Conf. Серия: Наука о Земле и окружающей среде 186 (2018) 012052 doi: 10.1088 / 1755-1315 / 186/2/012052
увеличение толщины слоя волокна и уменьшение плотности. Базальтовое волокно
может использоваться в качестве звукоизоляционного композитного материала для авиации, кораблей, машиностроения и строительства
в качестве звукоизоляционного материала.
①Ткань из базальтового волокна
Ткань из базальтового волокна изготавливается из базальтового волокна толщиной 7-13 мкм, такого как тканый ровинг, саржа, атласная ткань
и простая ткань. Эти ткани обладают такими преимуществами, как негорючесть, огнестойкость, отсутствие дыма, устойчивость к высоким температурам
, отсутствие выброса токсичных газов, хорошая теплоизоляция, отсутствие плавления и падения, высокая прочность
, отсутствие термоусадки и т. Д. применяется для сварки в полевых условиях, защитного оборудования для газовой резки, стеновых огнестойких тканей
, текстильных, химических, металлургических, театральных, военных и других вентилируемых
огнестойких и защитных принадлежностей, пожарных шлемов и ткани с воротником.
②Базальтовый высокотемпературный фильтр-мешок
Базальтовый высокотемпературный фильтр-мешок с высокой прочностью на разрыв базальтового волокна, с высокой температурной стойкостью
, кислотно-щелочной коррозией, стойкостью к окислению и стабильным размером, может соответствовать суровым условиям
Операция по обеспыливанию, повышает эффективность удаления пыли и продлевает срок службы фильтровального мешка
. Он может применяться для пылеулавливания или улавливания продуктов в сталелитейной, химической промышленности, цемента
, технического углерода и пищевой промышленности.
(3) Антифрикционные
В настоящее время наиболее часто используемыми волокнистыми композитными материалами являются стальное волокно, стекловолокно, арамидное волокно
, углеродное волокно, асбестовое волокно, но эти волокна имеют свои преимущества и недостатки. Например, для
стальная фибра обладает высокой прочностью и хорошей термической стабильностью, но имеет высокую плотность, легко ржавеет и легко повреждается. Стекловолокно отличается высокой прочностью, невысокой ценой и легко плавится при высокой температуре
, что приведет к ухудшению свойств материала и нестабильности фрикционных свойств
.Хотя характеристики арамидного волокна и углеродного волокна превосходны, но его цена очень
дорогих; асбестовые материалы обладают превосходными свойствами, такими как высокая прочность, хорошая поверхностная активность,
хорошие свойства трения и износа, а также дисперсная и однородная смесь, но асбест является канцерогенным веществом
, которое угрожает здоровью человека, и загрязнение асбестовой пылью очень серьезно. Но базальтовое волокно
отличается не только высокой прочностью, хорошей термической стабильностью, непростой двойственностью повреждения, низким износом
и разрывом, стабильным коэффициентом трения и подходящей ценой, это будет материал первого выбора
.для безасбестового волокна.
Композитные фрикционные материалы с базальтовым волокном в основном используются для изготовления автомобильных фрикционных материалов, таких как композитные тормозные колодки с базальтовым волокном
.
(4) Изоляционные материалы и материалы для защиты от электромагнитного излучения
По сравнению с углеродным волокном, базальтовое волокно имеет отличные непроводящие и электромагнитные свойства
и может широко использоваться в энергетике, радарах и другом военном и гражданском строительстве, таком как
изоляторы из базальтового волокна, запястья тележки из базальтового волокна, обтекатель из базальтового волокна.
4. Сравнение с обычными волокнами
(1) Физические свойства
Непрерывное базальтовое волокно не самое прочное из всех волокон при сравнении характеристик,
, но если рассматривать все характеристики волокон всесторонне, ни одно из волокно может достигать
непрерывного базальтового волокна.
Таблица 1. Физические свойства различных волокон [10].
Свойство E-GF Advantex S-GF CBF
(Украина)
CBF
(Канада)
Кевлар
49 CF
Плотность / (г · см-3) 2.55-
2,62 2,62 2,46-
2,49 2,65-3,05 2,8 1,44 1,78
предел прочности на разрыв / МПа 3100-
3800 3100-3800 4590-
4830 3000-3500 4840 2758-
3034
2500-
3034
2500-
3500
Модуль упругости / ГПа 76-78 80-81 88-91 79,3-93,1 89 124-131 2,3-2,4
Basalt Fiber
Final Advanced Materials предлагает полный ассортимент продукции из различных форм базальта: базальтовые ленты , войлок, рукава, ткани и т. д..
Что такое базальтовые волокна?
Базальтовое волокно по своим свойствам намного превосходит стекловолокно. Например, базальтовая ткань, подвергшаяся воздействию пламени горелки Бунзена, покраснеет и может выдержать несколько часов по сравнению с несколькими секундами для стекловолоконной ткани той же плотности. Базальтовые изделия устойчивы к пламени, постоянным температурам до 700 ° C, химическим веществам (кислотам и щелочам), являются очень хорошими акустическими и электрическими изоляторами и обладают хорошими механическими свойствами.
Поскольку базальт сохраняет работоспособность до -260 ° C, его можно использовать как для высоких температур, так и для криогенных применений. Изделия из базальтового волокна особенно популярны в автомобильной промышленности в качестве строительных материалов в виде нетканого ворсистого войлока или в качестве изоляционных материалов для выхлопных труб, например, в виде оболочек, лент или тканей. Кроме того, базальтовое волокно является наиболее экологически чистым жаропрочным материалом , когда речь идет как о его производстве, так и о его переработке.
Производство базальтовых волокон
Базальтовое волокно получают путем пултрузии вулканических пород, плавящихся в доменных печах. Волокно вытягивается, в отличие от экструзии. Этот процесс позволяет создать непрерывное волокно, армированное полимером.
Общие характеристики базальтовых волокон
Механические и физические свойства
Базальтовое волокно имеет лучшие физико-механические свойства, чем стекловолокно или кремнеземное волокно.
Тепловые свойства
Изделия из базальтового волокна выдерживают температуры от -260 ° C до 700 ° C (ленты Z-Rock ® от Newtex выдерживают до 1095 ° C) и имеют теплопроводность, близкую к теплопроводности стекловолокна 0,031 Вт · м -1 . K -1 ) и диоксида кремния (0,038 Wm -1 .K -1 ). Температура стеклования базальта составляет 1050 ° C при температуре плавления 1450 ° C.
Устойчивость к воздействию окружающей среды
Базальтовые волокна обладают высокой устойчивостью к УФ-лучам, химическим веществам (кислотам и щелочам), погодным условиям (особенно влаге), устойчивы к гниению и остаются стерильными.
Преимущества базальтовых волокон
- Хорошая прочность на разрыв (превосходит стекловолокно).
- Нетоксичный и инертный, не выделяет ни газа, ни дыма.
- Устойчив к ультрафиолету, химикатам и остается стерильным
- Отличный диэлектрический изолятор
- Превосходная ударопрочность.
- Превосходная тепло- и звукоизоляция.
- Выдерживает температуру от -260 ° C до 700 ° C.
- Дешевле карбона, кевлара ® и стекловолокна)
Сравнительная таблица
Имущество | Блок | Базальт | Стекло E | силикат |
Плотность | г / см 3 | 2.75 | 2,6 | 2,10 |
Коэффициент линейного расширения | x10 -6 / K | 5,5 | 5,3 | 0,5 |
Макс. Рабочая температура. | ° С | 600 | 550 | 1 000 |
Макс.пиковая температура | ° С | 700 — 1095 * | 700 | 1,200 |
Теплопроводность при 20 ° C | Вт.м -1 . К -1 | 0,035 | 0,8–1,0 | 0,04 |
* Большинство изделий из базальтовых волокон выдерживают температуру до 700 ° C; однако базальтовые ленты могут выдерживать температуру до 1095 ° C из-за их изготовления.
Применение базальтовых волокон
- Криогеника
- Производство композитов и арматуры.
- Изоляция кабелей и труб.
- Баллистика
- Тепловая и диэлектрическая изоляция.
Ассортимент продукции в базальтовых волокнах
Войлок
Войлок, изготовленный из базальтовых волокон толщиной от 8 до 16 мкм, имеет класс M0 в соответствии с европейским стандартом EN 13-501-1. Они не горят, не плавятся, не выделяют ни дыма, ни токсичных газов, а также являются экологически чистыми и пригодными для вторичной переработки. В основном они используются в качестве электрических и теплоизоляторов.
Рукава
Изготовленные из базальтовых волокон толщиной 8–16 мкм, рукава в основном используются в автомобильной промышленности или для электромеханических применений.По своим термическим и механическим свойствам они превосходят стекловолокно и могут использоваться в производстве композитов. Они также используются для изоляции электрических кабелей и в качестве тепловой защиты для труб и выхлопных труб.
Z-Rock
® ЛентыЛенты Newtex Z-Rock ® из базальтового волокна в основном используются в автомобильной промышленности для изоляции выхлопных систем. Они выдерживают постоянную температуру 815 ° C и максимальную температуру 1095 ° C.Эти ленты, произведенные в США, имеют свойства, сравнимые с ZetexPlus ® , продукты , за исключением того, что они более гибкие и лучше визуализируются, что означает, что они не заедают во время установки. В основном они используются в автомобильной, аэрокосмической и транспортной отраслях для изоляции кабелей, труб и выхлопных систем.
Ткани
Ткани из непрерывных базальтовых волокон используются в защитных целях, например, в противопожарных целях. Они остаются гибкими и удобными в обращении, даже если теряют свои механические свойства и становятся жесткими при чрезмерном напряжении.Они тяжелее углерода, но дешевле. Эти ткани широко используются в автомобильной промышленности , эти ткани в основном используются для изоляции выхлопных труб и для защиты элементов двигателя . Предлагаем варианты с покрытием, используемые для противопожарных преград. Версии без покрытия могут также использоваться в качестве форм при производстве композитов
Физические переменные, включенные в эту документацию, предоставлены только для ознакомления и ни при каких обстоятельствах не являются договорными обязательствами.Пожалуйста, свяжитесь с нашей технической службой, если вам потребуется дополнительная информация.
Базальтовое волокно — обзор
9.3 Процесс прядения и свойства волокна
Базальтовые волокна могут быть получены из расплава базальтовых камней [23]. В принципе, различают два разных вида базальтовых волокон — штапельные волокна и нити [14]. Сообщалось о различных методах производства для обоих типов. Производство штапельного волокна возможно непосредственно из мелких и расплавленных базальтовых камней.Однако эти штапельные волокна обладают асимметричными свойствами и упомянутыми лишь низкими механическими характеристиками. Для промышленного производства базальтовых штапельных волокон упоминаются два метода: «тип Юнкерса» и «центробежно-многоцелевой комплекс» [14,30]. Для передовых применений базальтовые волокна производятся в виде нитей. Эти волокна производятся методом фильеры. Продукт этого процесса обычно состоит из нескольких сотен моноволокон, из которых состоят ровницы. Этот процесс очень похож на производство стекловолокна [14].Пример таких базальтовых моноволокон представлен на рис. 9.3.
Рис. 9.3. Изображение базальтовых волокон с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ).
Для изготовления волокон из базальтовых камней необходимо содержание кремнезема 46% или более. Только при этом условии можно полностью расплавить камень без остатков, достичь соответствующей вязкости для образования волокон и получить после замораживания гомогенную аморфную фазу без кристаллических областей [23].В общем, приготовление базальтовых волокон можно разделить на следующие этапы: подготовка сырья, плавление камней, гомогенизация расплава, прядение волокон и, наконец, нанесение клеящего вещества [14]. По сравнению с приготовлением расплавов для производства стекловолокна плавка камней для производства базальтового волокна является более сложной задачей. Причина этого — низкая теплопроводность и низкая прозрачность для инфракрасного (ИК) излучения базальтовых волокон. Инфракрасное излучение также называется тепловым излучением, и материал, который имеет хорошую прозрачность для теплового излучения, нагревается однородно и легче превращается в жидкость.По этой причине прозрачное стекло плавится легче, чем инфракрасный непрозрачный базальт. Для получения расплава базальтовых камней описан предварительный нагрев до 1450 ° C [14]. Еще одна проблема при приготовлении базальтового расплава связана с возможной неоднородностью природных базальтовых камней [31]. Сообщается, что достаточная температура для прядения базальтовых волокон находится в диапазоне 1350–1420 ° C [23].
После получения однородного расплава в качестве исходного материала для процесса прядения, следующим этапом является прядение, включающее образование волокон, сопровождающееся охлаждением и затвердеванием расплава.На этом этапе может произойти проблемная кристаллизация, которой можно избежать с помощью термоизоляции и контролируемых процедур охлаждения [26,32]. Быстрый процесс охлаждения приводит к получению высокоаморфного базальтового волокна, в то время как медленный процесс охлаждения увеличивает скорость кристаллизации базальтового волокна [32]. Если процесс охлаждения осуществляется поэтапно, а не непрерывно, могут возникать различные типы кристаллических фаз, такие как плагиоклаз, магнетит и пироксен [22]. В целом должно быть ясно, что точный контроль температуры расплавленного базальта и температуры охлаждения абсолютно необходим для получения базальтовых волокон с превосходными и воспроизводимыми свойствами.
После образования волокон и охлаждения на базальтовые волокна наносится клей. Этот химический размер имеет большое значение, поскольку он значительно влияет на механические свойства базальтовых волокон [23]. Клей в общем можно описать как водный раствор различных химикатов, который наносится во время процесса прядения после образования нити. Первая задача размера — удерживать волокна вместе и улучшать механические свойства. Вторая задача размера — улучшить притяжение волокна и матрицы в армированных волокном композитных материалах [14].Для неорганических волокон, таких как стеклянные или базальтовые волокна, часто используются размеры, содержащие силановые соединения. Силановые соединения представляют собой металлоорганические соединения, в которых металлическая часть может связываться с поверхностью неорганического волокна, в то время как органическая часть имеет большее притяжение к органической матрице армированного волокном материала [26]. Схематический обзор реакции силановых соединений на поверхности базальтовых волокон показан на рис. 9.4, а на рис. 9.5 подробно показаны некоторые примеры этих силановых связующих соединений [33].
Рис. 9.4. Схематическое изображение действия связующих агентов на основе силана на границе поверхности базальтового волокна и полимерной матрицы в армированном волокном композитном материале [33].
Рис. 9.5. Химические структуры нескольких силановых соединений, используемых для модификации поверхности базальтового волокна с целью улучшения адгезии к матричным полимерам. Выше показана базовая структура, содержащая триметоксисилановое звено в качестве якоря для поверхности базальта и функциональную группу R, отвечающую за соединение с полимерной матрицей.
Помимо достижения вышеупомянутых свойств по размеру, часто также достигаются другие свойства, такие как улучшенная коррозионная стойкость, антистатические свойства и улучшенная устойчивость к истиранию [26]. Особая разработка — сочетание размера с новыми материалами, такими как углеродные нанотрубки (УНТ). Обработка базальтовых волокон силаном также может использоваться для нанесения на волокна УНТ. В этом случае силан используется для фиксации и расположения УНТ на поверхности базальтового волокна.Таким образом, модифицированные базальтовые волокна используются для изготовления армированных волокном материалов, которые описываются как композиты УНТ / эпоксидная смола / базальт и демонстрируют значительно улучшенную вязкость разрушения [34,35]. О других инновационных проклеивающих добавках сообщают Wei et al. [36,37]. Они описали модификацию поверхности базальтовых волокон с помощью так называемых гибридных проклейок, содержащих функции нанокремнезема и эпоксидной смолы.
Такие системы могут быть реализованы золь-гель процессом с использованием тетраэтоксисилана (TEOS) и эпоксидно-модифицированных силановых соединений, например, GLYMO, показанного на рис.9.5. Частицы диоксида кремния имеют диаметр всего несколько нанометров, а функция эпоксидной смолы обеспечивает улучшенную адгезию к полимерной матрице в конечном армированном волокном материале. Основная идея здесь состоит в том, чтобы реализовать соединение на границе раздела поверхности базальтового волокна с полимерной матрицей, которое содержит неорганический кремнеземный компонент и органическую эпоксидную функцию. Конечная цель — улучшить адгезию полимерной матрицы к базальтовым волокнам [36,37]. Другой аспект использования клеящего вещества при производстве базальтового волокна — это предотвращение микротрещин на поверхности волокна за счет проклеивания.Применяя размер, можно избежать роста этих микротрещин и стабилизировать долговечность волокон [38]. Сообщается, что механическая стабильность, гарантированная размером, абсолютно необходима для таких производственных этапов, как производство гибридной пряжи, ткачество, вязание и отделочные процессы. Механические силы, действующие на волокна во время этих процессов, довольно велики, поэтому необходим размер, придающий волокну достаточную эластичность и гибкость [38].
Следует иметь в виду, что если замасливатели сделаны из органического материала, они имеют более высокую термочувствительность, чем неорганические базальтовые волокна.Было замечено, что ровницы из базальтовых волокон уже потеряли значительную прочность после термообработки при 300 ° C [28,39]. Для этих материалов было определено, что с помощью термообработки можно удалить количество углерода на поверхности базальтового волокна [28]. Перед термообработкой на поверхности базальтового волокна было обнаружено значительное количество углерода (15%), вероятно, связанное с органическим проклеивающим агентом. При нагревании на воздухе этот размер, вероятно, выгорает, а также устраняется положительное влияние размера на прочность ровницы [28].
Одним из выводов этого исследования является необходимость разработки проклеивающих агентов с высокой термостойкостью, особенно для использования в неорганических волокнах с высокой термостойкостью. Только при наличии термостабильного клея можно в полной мере использовать термостойкость неорганического базальтового волокна.
Различные термостойкие проклеивающие вещества и их применение были исследованы Shayed et al. [40]. Исследовали ровинг из базальтового волокна, поставляемый Asamer Basaltic Fibers GmbH (Австрия).Эти ровницы уже содержат силаносодержащий клей. Дальнейшая модификация осуществляется с использованием различных термостойких полимеров, применяемых в качестве проклеивающего агента путем нанесения покрытия погружением. Применяются два типа проклеивающего агента — полисилазан (KiON HTT 1800) и полисилоксан (Silikophen P80 / MPA). Для испытаний ровницы нагревают с повышением температуры, и испытания проводят в соответствии со стандартом ISO 3341 на нагретые волокна [40]. Некоторые результаты этих механических испытаний представлены на рис. 9.6 и 9.7.
Рис. 9.6. Разрывная прочность базальтового ровинга с различными проклеивающими добавками при воздействии повышающихся температур [40].
Рис. 9.7. Прочность базальтового ровинга с различными проклеивающими добавками при повышении температуры [40].
Эти исследования привели к следующим результатам. Во-первых, поставленный базальтовый ровинг уже показал механическую стабильность при 400 ° C. Во-вторых, за счет применения полисилоксанового клеящего вещества механическая стабильность базальтового ровинга значительно улучшается, вероятно, потому, что проклеивающий агент прочно склеивает базальтовые волокна.В-третьих, оба дополнительных проклеивающих агента (полисилазан и полисилоксан) приводят к улучшенным механическим свойствам после термообработки при 500 ° C по сравнению с исходным базальтовым ровингом. Однако термообработка при 600 ° C в основном снижает механическую стабильность всех образцов [40].
Сделан вывод, что проклеивающие вещества, которые образуют пленку металлоорганического полимера на поверхности базальтового волокна, действуют как защитный барьерный слой от тепла. Таким образом подавляются процессы кристаллизации, вызванные нагревом, и сохраняется прочность волокна [40].Кроме того, эта полимерная пленка может также действовать как барьерный слой против кислорода из воздуха. Избегают окисления FeO, присутствующего в базальтовом волокне, и подавляют последующую кристаллизацию. Нагрев до более высоких температур 600 ° C, вероятно, также разрушает пленку металлоорганического полимера, поэтому ее защитные свойства для базальтовых волокон ухудшаются.
В целом можно сделать вывод, что проклеивающий агент является элементарным компонентом базальтовых волокон, который существенно влияет на свойства базальтовых волокон.Тип используемого проклеивающего агента следует выбирать в соответствии с потребностями и типом применения базальтовых волокон.
Базальтовые волокна: альтернатива стеклу?
Источник: Каменный Век Три бобины непрерывнониточного базальтового ровинга, готовые к отправке заказчику.
Твердая, плотная вулканическая порода, которую можно найти в большинстве стран по всему миру, базальт представляет собой вулканическую породу, что означает, что он возник в расплавленном состоянии.В течение многих лет базальт использовался в процессах литья для изготовления плитки и плит для архитектурных применений. Кроме того, литые базальтовые футеровки для стальных труб демонстрируют очень высокую стойкость к истиранию в промышленных условиях. В измельченном виде базальт также находит применение в качестве заполнителя в бетоне.
Совсем недавно непрерывные волокна, экструдированные из естественно огнестойкого базальта, были исследованы в качестве замены асбестовых волокон почти во всех сферах их применения. В последнее десятилетие базальт стал претендентом на волокнистое армирование композитов.Сторонники этого опоздавшего заявляют, что их продукты предлагают характеристики, аналогичные стекловолокну S-2, по цене между стеклом S-2 и стеклом E, и могут предложить производителям менее дорогую альтернативу углеродному волокну для продуктов, в которых последнее представляет собой чрезмерную инженерию.
ИДЕИ И ИДЕОЛОГИИ
Поль Де из Парижа, Франция, был первым, кто придумал экструдировать волокна из базальта. В 1923 году ему был предоставлен патент США. Примерно в 1960 году как U.С. и бывший Советский Союз (СССР) начали исследовать применение базальтового волокна, особенно в военной технике, такой как ракеты.
На северо-западе США, где сосредоточены крупные базальтовые образования, проф. Субраманиан из Университета штата Вашингтон (Пуллман, Вашингтон) провел исследование, в ходе которого химический состав базальта коррелировал с условиями экструзии и физико-химическими характеристиками получаемого волокна. Owens Corning и несколько других стекольных компаний провели независимые исследовательские программы, в результате которых несколько компаний U.С. патенты. Однако примерно в 1970 году американские стекольные компании отказались от исследований базальтового волокна в пользу стратегии, благоприятствовавшей их основной продукции. Результатом стало лучшее стекловолокно, включая успешную разработку стекловолокна S-2 компанией Owens Corning.
В тот же период исследования в Восточной Европе, которые проводились в 1950-х годах независимыми группами в Москве, Праге и других регионах, были национализированы Министерством обороны СССР и сосредоточены в Киеве, Украина, где впоследствии технологии были развиты в закрытые институты и фабрики.После распада Советского Союза в 1991 году результаты советских исследований были рассекречены и стали доступны для использования в гражданских целях.
Сегодня исследования, производство и большая часть маркетинговых мероприятий по базальтовому волокну сосредоточены в странах, которые когда-то входили в состав Советского блока. В настоящее время производством и маркетингом занимаются компании Каменный Век (Дубна, Россия), Технобазальт (Киев, Украина), Hengdian Group Shanghai Russia & Gold Basalt Fiber Co. (Шанхай, Китай), а также ОАО «Научно-исследовательский институт стеклопластиков и волокна» (Буча, Украина). ).Basaltex, подразделение Masureel Holding (Вевельгем, Бельгия) и Sudaglass Fiber Technology Inc. (Хьюстон, Техас) перерабатывает базальтовое волокно в тканые и нетканые армирующие формы для рынков Европы и Северной Америки соответственно.
КАК, НО НЕ КАК
Базальтовое волокно производится непрерывным способом, во многих отношениях аналогичным тому, который используется для производства стекловолокна. Добываемая в карьерах базальтовая порода сначала дробится, затем промывается и загружается в бункер, прикрепленный к питателям, которые перемещают материал в плавильные ванны в печах с газовым обогревом.Здесь процесс на самом деле проще, чем обработка стекловолокна, потому что базальтовое волокно имеет менее сложный состав. Стекло, как правило, на 50 процентов состоит из кварцевого песка в сочетании с оксидами бора, алюминия и / или некоторых других минералов — материалов, которые необходимо отдельно подавать в дозирующую систему перед подачей в печь. В отличие от стекла, базальтовые волокна не содержат вторичных материалов. Для этого процесса требуется только одна линия подачи для подачи измельченной базальтовой породы в плавильную печь. С другой стороны, производители базальтового волокна в меньшей степени напрямую контролируют чистоту и консистенцию необработанного базальтового камня.В то время как базальт и стекло являются силикатами, расплавленное стекло при охлаждении образует некристаллическое твердое тело. Базальт, однако, имеет кристаллическую структуру, которая меняется в зависимости от конкретных условий лавового потока в каждом географическом месте. Базальт объединяет три силикатных минерала — плагиоклаз, пироксен и оливин. Плагиоклаз описывает ряд триклинных полевых шпатов, состоящих из силикатов натрия и кальция. Пироксены — это группа кристаллических силикатов, которые содержат любые два из трех оксидов металлов, магний, железо или кальций.Оливин — это силикат, который сочетает в себе магний и железо — (Mg, Fe) 2 SiO 4 . Такой потенциал композиционного разнообразия означает, что уровни минералов и химический состав базальтовых образований могут значительно различаться от места к месту. Более того, скорость охлаждения, когда исходный поток достигал поверхности земли, также влияла на кристаллическую структуру. Поэтому директор Basaltex по исследованиям и разработкам Жан-Мари Нольф отмечает, что, несмотря на его доступность в шахтах и открытых карьерах по всему миру, только несколько десятков мест содержат базальт, который был проанализирован и квалифицирован как пригодный для производства непрерывных тонких волокон.Игорь Маркуц, директор по продажам и маркетингу компании «Технобазальт», утверждает, что базальтовые пласты на Украине особенно хорошо подходят для переработки волокна. С ним согласен Борис Миславский, директор по маркетингу и развитию Каменного Века. В настоящее время его компания получает все сырье из Западной Украины. Хотя у компании есть резервный рудник, расположенный в России, с химическим составом, близким к основному источнику, она предпочитает добывать материал из одного источника. «Все наши материалы добываются в одном карьере», — поясняет он.
КАМЕНЬ ДЛЯ ВОЛОКНА
Когда измельченный базальт попадает в печь, материал ожижается при температуре 1500 ° C / 2732 ° F (температура плавления стекла варьируется от 1400 ° C до 1600 ° C). В отличие от прозрачного стекла, непрозрачный базальт скорее поглощает, чем передает инфракрасную энергию. Поэтому для верхних газовых горелок, используемых в обычных стекловаренных печах, труднее равномерно нагреть всю базальтовую смесь. При использовании верхнего газа плавящийся базальт должен находиться в резервуаре в течение длительных периодов времени — до нескольких часов — для обеспечения однородной температуры.Производители базальта использовали несколько стратегий для обеспечения равномерного нагрева, включая погружение электродов в ванну. Но Игорь Маркуц, директор по продажам и маркетингу компании «Технобазальт», отмечает, что его компания предпочитает газовое отопление электрическому из соображений качества, несмотря на увеличение производственных затрат. Наконец, применяется двухступенчатая схема отопления, в которой отдельные зоны оборудованы независимо регулируемыми системами отопления. Только система контроля температуры в зоне выхода печи, которая питает экструзионные втулки, требует большой точности, поэтому в зоне начального нагрева можно использовать менее сложную систему контроля.
Как и стеклянные нити, базальтовые нити образованы платино-родиевыми втулками. Когда они остывают, наносится проклеивающий агент, и волокна перемещаются к оборудованию для вытягивания волокна с регулируемой скоростью, а затем к намоточному оборудованию, где волокно наматывается.
Поскольку базальтовая нить более абразивна, чем стекло, дорогие втулки когда-то требовали более частого ремонта. По мере износа втулок их цилиндрические отверстия изнашиваются неравномерно, что ухудшает контроль процесса. Без своевременного обслуживания отверстия овальной формы образуют волокна с неприемлемо широким диапазоном диаметров, производя ровинг с непредсказуемыми разрушающими нагрузками, объясняет Нольф.В то время как втулки из стекловолокна служат шесть или более месяцев, прежде чем их нужно будет расплавить, риформировать и повторно просверлить, втулки, используемые для производства базальтового волокна, раньше прослужили от трех до пяти месяцев. Однако «Каменный Век» сообщает, что благодаря усилиям по управлению технологическим процессом срок службы вводов увеличился до аналогичного шестимесячного цикла.
ВОЛОКНО VS. ВОЛОКНО
В итоге эти различия в обработке и обслуживании приводят к общим эксплуатационным расходам, которые превышают затраты на переработку E-стекла, но сторонники базальтового волокна говорят, что их продукт явно превосходит E-стекло в композитах.В формах рубленого мата, ровинга и однонаправленной ткани базальтовые волокна демонстрируют более высокую разрывную нагрузку и более высокий модуль Юнга (мера жесткости данного материала), чем Е-стекло. В исследовании базальтовых волокон и волокон из E-стекла, проведенном профессором Игнаасом Верпестом из отдела композитов Лёвенского университета в Бельгии, однонаправленные препреги были получены путем пропитки E-стекла и базальтового ровинга эпоксидной смолой и наматывания каждого на оправку. , а затем уплотнение ламината до полного отверждения.Образцы размером 135 мм на 15 мм (5,3 дюйма на 0,6 дюйма) вырезали и измеряли толщину. Затем детали были подвергнуты испытанию на трехточечный изгиб (ISO 178) и испытанию ILSS (ISO 14130) для проверки прочности и жесткости. Verpoest сообщает, что в каждом образце объемная доля волокна составляла 40 процентов, но испытанная прочность образца базальта / эпоксидной смолы на 13,7 процента выше, чем у образца E-стекла, и продемонстрировала на 17,5 процента большую жесткость, хотя образец базальта был на 3,6 процента тяжелее, чем образец. Образец электронного стекла.
Кроме того, базальтовые волокна обладают естественной устойчивостью к ультрафиолетовому (УФ) и высокоэнергетическому электромагнитному излучению, сохраняют свои свойства при низких температурах и обеспечивают лучшую кислотостойкость. Сообщается, что базальт также превосходит с точки зрения безопасности рабочих и качества воздуха. Маркутс отмечает, что, поскольку базальт является продуктом вулканической активности, процесс волокнообразования более безопасен для окружающей среды, чем стекловолокно. По его словам, «парниковые» газы, которые в противном случае могли бы выделяться при переработке волокна, были выброшены миллионы лет назад во время извержения магмы.Кроме того, базальт на 100% инертен, то есть не вступает в токсическую реакцию с воздухом или водой, негорючий и взрывобезопасный.
ВОЛОКНО ДЛЯ ТКАНИ
Когда производители освоили производство волокна, они столкнулись с дополнительными проблемами, поскольку продукт был преобразован в полезные формы армирования. Например, ранее было обнаружено, что базальтовые ткани из базальта прямо с ткацкого станка были хрупкими и легко повреждались при обращении, демонстрировали обрывы при резком складывании или сгибании и раздражали кожу.Чтобы сделать продукт более стабильным, Basaltex разработала запатентованную проклейку на основе силана, которая облегчает постпроизводственную обработку. Покрытие не выделяет токсичного дыма при нагревании и не ухудшает огнестойкость волокна. Миславский отмечает, что существенным фактором изначально плохих характеристик ткани было повреждение волокна, которое произошло в процессе волокнообразования. Он утверждает, что сегодня сочетание калибровки и усовершенствованных методов производства сводит к минимуму повреждение и позволяет производителям базальтового волокна производить прочные волокна, которые можно плести и ткать без ухудшения желаемых характеристик.
Хотя базальтовое волокно до сих пор широко не используется, оно постепенно попадает в руки потребителей. В ценовых категориях, которые варьируются между S-стеклом (от 5 до 7 долларов за фунт) и E-стеклом (от 0,75 до 1,25 доллара за фунт), базальтовые волокна имеют свойства, схожие с S-стеклом. Обычно используется в секторе противопожарной защиты из-за его высокой температуры плавления. Испытания на огнестойкость, проведенные Basaltex, поместили базальтовую ткань перед горелкой Бунзена, поместив желтый кончик пламени в прямой контакт с тканью.Желтый наконечник нагревается до температуры от 1100 ° C до 1200 ° C (от 2012 ° F до 2192 ° F), и ткань нагревается докрасна, как металлическая ткань. Под воздействием пламени базальтовое волокно сохраняет свою физическую целостность в течение продолжительных периодов времени, но компания обнаружила, что ткань из Е-стекла той же плотности может быть пробита пламенем за считанные секунды.
Благодаря своей стойкости к горению базальтовое волокно играет роль заменителя асбеста при трении, например, в композитных тормозных колодках, поскольку оно не размягчается при повышенных температурах и не осаждается на своем аналоге (диске или тормозном барабане) в тормозной колодке. система торможения.Непрерывные базальтовые волокна также используются в качестве арматуры в других традиционных композитных конструкциях. По словам Нольфа, базальтовые волокна легко смачиваются и, следовательно, обеспечивают быструю пропитку смолой, что делает их пригодными для литья под давлением, литья под давлением и пултрузии. «Все изделия из стекла могут быть сделаны из базальта», — утверждает Маркуц.
ПРОТОТИП ПРОИЗВОДСТВА
Миславский говорит, что у «Каммены Век» сейчас несколько клиентов, использующих его стандартные арматурные изделия.Одна из известных компаний — производитель стекловолокна Ahlstrom (Хельсинки, Финляндия), который поставляет двухосные базальтовые ткани для испытаний ламината лопастей ветряных турбин. «В основе бизнеса ветряных лопастей лежит жесткость, — говорит Миславский. Ламинат из базальтового волокна имеет на 15 процентов более высокий модуль упругости и на 25 процентов более высокую прочность на разрыв по сравнению со стеклом Е, что делает его идеальным использование в некоторых зонах ветровых лопастей. Инженеры-проектировщики используют компьютеризированную систему для расчета преимуществ и недостатков различных материалов и размеров.Прототипы проходят серию испытаний, и Миславски ожидает, что лезвия будут сертифицированы Germanisher Lloyd в конце этого года.
OEM-производители также начинают исследовать продукцию из базальтового волокна для товаров народного потребления. Компания Gitzo SA (Nogent Le Phaye, Франция), продающая профессиональные штативы и головы, недавно представила свои базальтовые штативы и моноподы. Компания предлагает несколько различных моделей для удовлетворения потребностей практически любого фотографа. Компания Gitzo начала производство композитных материалов со штативами из углеродного волокна и теперь использует свой опыт производства армированных волокном труб для изготовления базальтовых версий.Компания выбрала базальтовое волокно, потому что оно предлагает прочный композит по меньшей цене, чем углерод. Базальтовые ножки штатива примерно на 20 процентов легче алюминиевых и лучше гасят вибрацию.
Lib Technologies (Сиэтл, Вашингтон) в настоящее время продает две разные модели сноубордов, в которых используется базальтовая ткань вместо традиционного стекловолокна, используемого во многих ее моделях. Доски, производимые Mervin Manufacturing (Сиэтл, Вашингтон), являются частью серий Dark и Phoenix и производятся из продукта, который компания называет Golden Fleece Basalt, от неизвестного поставщика.Доски содержат запатентованный деревянный сердечник с подкладкой из базальтового волокна с каждой стороны, что делает сноуборды более легкими и жесткими. Mervin Manufacturing также произвела сноуборд для QuikSilver, используя продукты Basaltex. Доска экспонировалась на стенде Basaltex на выставке JEC Composites Show 2005.
В автомобильной промышленности компания Azdel Inc. (Саутфилд, штат Мичиган), совместное предприятие 50/50 GE Advanced Materials (Питтсфилд, штат Массачусетс) и производителя стекловолокна PPG Industries (Питтсбург, Пенсильвания), разработала VolcaLite, термопластичный композит, сочетающий полипропилен (ПП) и длинное рубленое базальтовое волокно.Компания утверждает, что система базальт / полипропилен обеспечивает звукопоглощающие свойства, низкий коэффициент теплового расширения (КТР) и высокое отношение прочности к весу, что обеспечивает хорошую пластичность. Первоначально он предназначен для автомобильных обшивок потолка, которые можно сделать на 50 процентов тоньше обычных систем, заявляет компания.
КомпанияTechnical Fiber Products Ltd. (Кендал, Камбрия, Великобритания и Нью-Йорк, Нью-Йорк) взяла рубленые базальтовые волокна и изготовила вуали из тонких нетканых материалов. Компания проводит испытания продукта на ламинированных и термоформованных автомобильных компонентах.Johns Manville Europe (Бад-Хомбург, Германия) также производил мокрые базальтовые вуали.
Базальтовое волокно также становится претендентом на применение в инфраструктуре. Хотя компания больше не производит собственное волокно, Sudaglass (Хьюстон, Техас) производит несколько продуктов из базальтового волокна, в том числе стержни для армирования бетона. Стержни, изготовленные методом пултрузии из однонаправленного базальтового волокна, как сообщается, на 89 процентов легче стальных арматурных стержней, имеют тот же коэффициент теплового расширения, что и бетон, и менее подвержены разрушению в щелочной среде.Компания утверждает, что 1 тонна базальтовых стержней может обеспечить армирование, равное 4 тоннам стальных стержней.
По мере того, как коммерциализация продолжается, стабильные поставки волокна также выглядят многообещающими. «Каменный век», например, планирует запустить вторую печь в конце этого года и надеется к 2009 году производить 30 000 метрических тонн (66 миллионов фунтов) в год, говорит Миславский.
Свойства шерстяного волокна — Science Learning Hub
Спектр желаемых свойств шерсти делает ее ценным материалом для самых разных целей, от высококачественной моды до огнестойких изделий и прочных ковров.Узнайте, как уникальная структура шерсти придает ей множество желаемых свойств.
Уникальная ячеистая структура шерсти придает ей ряд желаемых свойств. Большинство свойств типичны для всей шерсти, но шерсть разных пород овец имеет некоторые отличия. Различия влияют на внешний вид и ощущение шерсти, а также на то, для чего она используется.
Структура поверхности шерсти
Волокна шерсти имеют уникальную структуру поверхности, состоящую из перекрывающихся чешуек, называемых клетками кутикулы.Клетки кутикулы закрепляют волокна в коже овцы. Поверхность шерсти сильно отличается от типичных синтетических волокон, которые имеют очень гладкую поверхность.
Клетки кутикулы придают ощущение фетра
Открытые края ячеек кутикулы обращены к кончику волокна, образуя неровный край. Это позволяет волокнам легко скользить друг по другу в одном направлении, но не в другом, придавая шерсти способность войлока.
Войлок создается, когда волокна шерсти перемешиваются в воде — они скользят друг по другу, и чешуйки сцепляются друг с другом, не позволяя волокну вернуться к своей первоначальной форме.Этот процесс можно контролировать для создания очень плотных тканей, таких как войлок, шерстяное одеяло и ткань куртки, но также его можно вызвать непреднамеренно во время стирки и испортить одежду.
Поверхность волокна является водоотталкивающей
Клетки кутикулы обеспечивают прочный внешний вид, защищая волокно от повреждений. Ячейки имеют восковое покрытие, которое делает шерсть водоотталкивающей, но при этом позволяет поглощать водяной пар. Водоотталкивающая поверхность делает шерстяную одежду естественной водонепроницаемой, а также уменьшает образование пятен, поскольку пролитая ткань не впитывается легко.
Внутренняя структура шерсти
Внутренняя часть шерстяного волокна, называемая корой, состоит из длинных сужающихся клеток, которые перекрываются и окружены комплексом клеточных мембран (ККМ). КМЦ проходит по всему волокну и состоит из белков и восковых липидов. Молекулы в этой части волокна имеют довольно слабые межмолекулярные связи, поэтому при длительном износе и истирании имеют свойство разрушаться. Слабые связи также делают эту область восприимчивой к химическому воздействию, например, в сильных щелочных условиях, поэтому рекомендуется мытье моющим средством с нейтральным pH.
Внутренняя структура создает гибкость и впитывающую способность
Кортикальные клетки также имеют сложную внутреннюю структуру. Самым маленьким компонентом этих ячеек является пружинная структура, которая придает шерсти гибкость, эластичность, упругость и свойства разглаживания морщин.
Эта похожая на пружину структура окружена матрицей, содержащей белки с высоким содержанием серы, которые легко притягивают и поглощают молекулы воды. Шерсть может впитывать до 30% своего веса в воде, не чувствуя себя мокрой.Он также очень хорошо впитывает и удерживает красители, помогает выводить пот и поглощает запахи.
Матрица также придает шерсти огнестойкие и антистатические свойства.
Впитывающая способность создает комфорт
Когда шерсть впитывает влагу, она выделяет тепло, поэтому, если вы выйдете из теплой комнаты в холодную сырую ночь в шерстяном трикотажном комбинезоне, шерсть будет собирать водяной пар из воздуха, согревая вас. Когда вы возвращаетесь в теплую комнату, происходит обратное: влага из вашего трикотажа выходит в атмосферу, охлаждая вас.Крошечные поры в клетках кутикулы позволяют водяному пару проходить сквозь волокна шерсти. Это делает шерсть удобной как в теплой, так и в прохладной погоде.
Расположение внутренних клеток создает изгиб волокна
В коре головного мозга есть 2 основных типа клеток — ортокортикальные и паракортикальные — и каждый имеет немного различающийся химический состав. В более тонких волокнах эти клетки расположены в 2 отдельных половинах. У более грубых волокон расположение менее четкое.
Эти клетки создают складку в шерсти.Эти 2 типа клеток по-разному расширяются при поглощении влаги, вызывая изгиб волокна. Когда ячейки расположены в виде двух половин, извилист больше, а более случайное расположение в более грубых волокнах создает меньше изгибов, поэтому изгиб напрямую зависит от диаметра волокна.
Обжим волокон влияет на свойства шерсти
Обжим волокон шерсти делает шерсть мягкой и упругой на ощупь. Он также увеличивает объем и задерживает большой объем воздуха между волокнами, что придает ему хорошие изоляционные свойства.Более тонкие волокна с большей извитостью, такие как меринос, создают ткани, которые драпируются лучше, чем более грубые волокна.
Связующие свойства базальтового волокна и снижение прочности в зависимости от ориентации волокна
Материалы (Базель). 2015 окт; 8 (10): 6719–6727.
Жером Шевалье, научный редактор
Школа архитектуры, Национальный университет Чоннам, 77 Йонгбонг-ро, Бук-гу, Кванджу 61186, Корея; moc.revan@ijcnamih * Для переписки: rk.ca.unj@eelyb; Тел.: + 82-62-530-1648; Факс: + 82-62-530-1639Поступила 23 июля 2015 г .; Принята к печати 23 сентября 2015 г.
Эта статья цитировалась в других статьях в PMC.Abstract
Базальтовое волокно является многообещающим армирующим волокном, поскольку оно имеет относительно более высокий предел прочности на разрыв и плотность, аналогичную плотности бетонной матрицы, а также исключает возможность коррозии. В этом исследовании экспериментально изучались связывающие свойства базальтового волокна с вяжущим материалом, а также влияние ориентации волокон на предел прочности базальтового волокна на разрыв для оценки пригодности базальтового волокна в качестве армирующего волокна.Были проведены испытания на вытягивание одиночного волокна, а затем была измерена прочность волокна на разрыв в соответствии с ориентацией волокна. Результаты испытаний показали, что базальтовое волокно имеет прочную химическую связь с цементной матрицей, в 1,88 раза выше, чем у волокон поливинилового спирта с ней. Однако другие свойства базальтового волокна, такие как коэффициент упрочнения при скольжении и коэффициент снижения прочности, были хуже, чем у ПВС и полиэтиленовых волокон, с точки зрения перекрывающей способности волокон. Теоретические кривые образования перемычек между волокнами показали, что система армирования базальтовым волокном имеет более высокую прочность на растрескивание, чем система армирующего волокна ПВС, но система армирования показала способность к размягчению после растрескивания.
Ключевые слова: химическая связь , фрикционная связь, ориентация, предел прочности, базальтовое волокно
1. Введение
Экспериментальные испытания и патенты, включающие использование прерывистых стальных армирующих элементов, таких как гвозди, сегменты проволоки и металлическая стружка, для улучшения свойства бетона продолжаются с 1910 года [1]. В начале 1960-х годов в США было проведено первое серьезное исследование для оценки потенциала стальной фибры в качестве арматуры для бетона [2].С тех пор было проведено значительное количество исследований, разработок, экспериментов и промышленного применения бетона, армированного сталью или синтетическим волокном [3].
В частности, инженерные цементные композиты (ECC) были разработаны для улучшения ударной вязкости квазихрупких материалов на основе цемента, таких как бетон и строительный раствор. ECC — это цементный композит микромеханической конструкции, который способен демонстрировать экстремальную способность к деформации при растяжении (обычно более 3%), при этом требуя лишь умеренного количества волокон (обычно менее 2% в объемной доле) [4,5,6,7 ].Для ECC обычно используются волокна из полиэтилена (PE) или поливинилового спирта (PVA) с высоким соотношением сторон более 300 и высокой прочностью на разрыв более 1000 МПа.
По данным французской ассоциации Génie Civil [8], бетон со сверхвысокими характеристиками (UHPC), как правило, имеет следующие свойства: прочность на сжатие более 150 МПа, внутреннее армирование волокном, обеспечивающее нехрупкость, и высокое содержание связующего со специальными заполнителями. Кроме того, UHPC имеет тенденцию к очень низкому содержанию воды и может обеспечить достаточные реологические свойства за счет комбинации оптимизированной гранулированной упаковки и добавления примесей, снижающих содержание воды в высоком диапазоне.Прямая стальная фибра диаметром 0,2 мм обычно используется для сверхвысокого давления. Предел прочности на разрыв UHPC также колеблется от 12,0 до 19,1 МПа, в то время как способность к деформации при растяжении колеблется от 0,3% до 0,79% за 28 дней [9,10].
перечисляет типичные физические свойства стальных и синтетических волокон в высокоэффективных цементных композитах, армированных волокном, и UHPC, а также в базальтовом волокне [6,10,11,12]. Стальная фибра, используемая в UHPC, имеет высокое удлинение около 100 и высокую прочность до 2500 МПа.Однако есть недостатки в том, что стальная фибра имеет потенциально высокую вероятность коррозии, а ее плотность в три раза выше, чем у бетонной матрицы, что приводит к опусканию стальной фибры во время смешивания и литья и, наконец, к плохому диспергированию волокна. . Хотя синтетическое волокно не подвержено коррозии, его плотность примерно в 0,5 раза больше, чем у бетонной матрицы, и его стоимость высока. С другой стороны, базальтовое волокно имеет более высокую прочность по сравнению с другими типами волокон и аналогичную плотность с бетонной матрицей, а также отсутствие возможности коррозии.Кроме того, базальтовое волокно может сохранять около 90% нормальной температурной прочности до 600 ° C [13]. Предыдущие исследования показали, что базальтовая фибра эффективна для укрепления бетона и улучшения его характеристик разрушения [13,14,15]. Однако в предыдущих исследованиях в основном изучались свойства бетонного композита. Хотя свойства сцепления и отрыва важны для композита, армированного высокопластичным волокном, предыдущие исследования свойств, необходимых для армирующего волокна, таких как свойства сцепления и отрыва между волокном и матрицей, довольно ограничены.Поэтому в этом исследовании экспериментально изучались связывающие свойства базальтового волокна, а также влияние ориентации волокон на прочность базальтового волокна, чтобы оценить его пригодность в качестве армирующего волокна.
Таблица 1
Типичные физические свойства волокон.
Тип волокна | Предел прочности (МПа) | Плотность (г / см 3 ) | Коррозия | ||
---|---|---|---|---|---|
Сталь | 2500 | 7.5 | Высокая вероятность | ||
Поливиниловый спирт (ПВА) | 1620 | 1,3 | Низкая вероятность | ||
Полиэтилен (ПЭ) | 3000 | 0,97 9065 | Низкая вероятность 3000–4840 | 2,65 | Небольшая возможность |
2. Теоретические основы влияния связывания и ориентации волокон на композит
Lin et al. разработал теоретическую модель разрыва и отрыва одиночного волокна, , то есть , отношения между отрывной нагрузкой P и длиной отрыва δ на основе анализа напряжений и принципа баланса энергии, показанного в следующем уравнении [16]:
P (δ) = π2Efdf3τ0 (1 + η) 2δ + π2Efdf3Gd (1 + η) 2
(1)
где E f — модуль упругости волокон, d f — диаметр волокон, τ 0 — прочность сцепления при трении, G d — прочность химической связи, и η равно ( V f E f ) / ( V m E m ), где V f — объемная доля волокна, V м — объемная доля волокна. объем матрицы, а E м — модуль упругости матрицы.
После полного отсоединения волокна соотношение между P и δ определяется уравнением (2), поскольку остается только напряжение сцепления трения, без напряжения химического связывания.
P (δ) = πdfτ0 [1 + δ − δ0dfβ] [le− (δ − δ0)]
(2)
где δ 0 — длина отрыва для полного отсоединения, β — коэффициент упрочнения скольжением, а l e — длина погруженного волокна. В режиме проскальзывания нагрузке волокна сопротивляются силы трения.Волокно может подвергаться скольжению с упрочнением скольжения, постоянным трением или эффектом смягчения скольжения. Волокно также характеризуется коэффициентом β, который является соответственно положительным, нулевым или отрицательным. Упрочнение скольжения часто происходит с полимерными волокнами. Поскольку полимерные волокна не такие твердые, как окружающая матрица, их можно легко повредить, и внутри матрицы может возникнуть эффект заклинивания. Это также может привести к увеличению выдергивания оптического волокна при увеличении сопротивления нагрузке. Это явление может быть очень полезным до тех пор, пока не будет превышена прочность волокна на разрыв.И наоборот, постоянное трение или смягчение скольжения часто наблюдается, когда твердость волокна выше, чем у окружающей матрицы [17].
Влияние ориентации волокна, известное как амортизирующий эффект, на вытягивающую нагрузку выражается уравнением (3), которое является эмпирическим соотношением [18,19]. Это связано с тем, что фактические коротковолокнистые композитные волокна имеют произвольную ориентацию.
где f — коэффициент демпфирующего эффекта, а θ — угол наклона волокна.
Влияние ориентации волокна на прочность волокна на месте выражается уравнением (4) [17].
σ f u (θ) = σ f u (0) e — f ′ θ
где f ′ — коэффициент снижения прочности волокна.
β, f и f ′ — эмпирические параметры, аппроксимирующие кривую.Их определяют по одиночным волокнам с помощью тестов на вытягивание с прямой или наклонной ориентацией.
Влияние ориентации волокна на несколько волокон в композите учитывается в уравнении (5) в виде функции плотности вероятности для ориентации волокна и нагрузки на выдергивание одного волокна P (θ, L e , δ).
σB (δ) = 4Vfπdf2∫0π / 2∫0Lf / 2P (θ, Le, δ) p (θ) cos (θ) dLedθ
(5)
где p (θ) — функция плотности вероятности для ориентации волокна.
3. Материалы и методы
3.1. Материалы
Были исследованы три типа волокон, т.е. , базальтовые, ПВС и ПЭ волокна. Физические свойства каждого волокна и химический состав базальтового волокна указаны соответственно в и. Волокно ПВС было покрыто 1,2% масла. Предел прочности волокна был измерен в лаборатории.
Таблица 2
Тип волокна | Диаметр (мкм) | Предел прочности (МПа) | Плотность (г / см 3 ) | Модуль упругости (ГПа) | Длина (мм) |
---|---|---|---|---|---|
Базальт | 12 | 1,773 | 2.65 | 89 | 12 |
PVA | 40 | 1,202 | 1,3 | 41 | 12 |
PE | 12 | 2,757 1275 | 2,757 127 | 9020
Таблица 3
Химический состав базальтового волокна.
SiO 2 | Al 2 O 3 | B 2 O | CaO | MgO | NaO + K 2 O | TiO O | 2 O 3 + FeO | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
48–59 | 15–18 | <1 | 6–9 | 3–5 | 4–5 | 0.8–2,3 | 7–12 |
3.2. Тест на вытягивание волокна
Пропорция смеси матрицы для теста на вытягивание волокна указана в. Активированный щелочью шлак и мелкодисперсный кварцевый песок со средним диаметром 100 мкм использовали в качестве связующего материала и заполнителя соответственно. Прочность матрицы на сжатие 42 МПа.
Таблица 4
Пропорция смеси матрицы (весовое соотношение).
Связующее | Вода | Кремнеземный песок | Суперпластификатор | Пеногаситель |
---|---|---|---|---|
1 | 0.34 | 0,4 | 0,01 | 0,0002 |
Испытание на вытягивание одного волокна использовалось для измерения межфазных свойств [17]. иллюстрирует подготовку образца и экспериментальную установку. Четыре экземпляра были отлиты в небольшой акриловой форме. Они были сняты через 2 дня с последующим отверждением в воде. Длина заделки волокна была установлена примерно на 1,0 мм, чтобы обеспечить полное расслоение. Испытания на вытягивание проводились на электронной испытательной машине с конфигурацией образцов, показанной на рис.Датчик нагрузки 5 Н был использован для измерения усилия вытягивания волокон со скоростью смещения 0,1 мм / мин. Прочность химической связи, прочность сцепления на трение и коэффициент упрочнения скольжением были рассчитаны с использованием уравнений (6) — (8) соответственно.
Gd = 2 (Па — Pb) 2π2Efdf3
(6)
β = (dflf) [(1τ0πdf) (∆P∆S ′) | s ′ → 0 + 1]
(8)
где P a и P b — нагрузка на вырывание при испытании на вытягивание одиночного волокна ().
Образец и испытательная установка для испытания на вытягивание волокна: ( a ) образец и ( b ) испытательная установка.
Общий профиль кривой вытягивания одиночного волокна [17].
3.3. Испытание на прочность волокна в соответствии с ориентацией волокна
Поведение волокна на разрыв зависит от типа матрицы. Следовательно, внедрение волокна в матрицу необходимо для воспроизведения поведения волокна при растяжении и разрыве в определенном композите. В этом исследовании испытательная установка была адаптирована для исследования относительного влияния ориентации волокна на прочность волокна в зависимости от типа волокна, исключая влияние типа матрицы.Был изготовлен алюминиевый зажим, и один конец волокна был прикреплен к нему с помощью клея, а другой конец волокна был прикреплен к акриловой пластине. Ориентация волокна была выбрана как 0 °, 30 °, 45 ° и 67,5 °. Датчик нагрузки 5 Н был использован для измерения нагрузки разрушения волокна в соответствии с ориентацией волокна со скоростью смещения 0,1 мм / мин. На основании результатов экспериментов был определен коэффициент снижения прочности волокна с помощью регрессионного анализа.
Испытательная установка для измерения прочности волокна на разрыв в зависимости от ориентации волокна: ( a ) 0 °; ( b ) 30 °; ( c ) 45 ° и ( d ) 67.5 °.
4. Результаты и обсуждение
4.1. В свойстве сцепления
указаны химическая связь, фрикционная связь и коэффициент упрочнения при скольжении базальтовых и ПВС волокон. Средняя химическая связь базальтового волокна на 87,6% выше, чем у ПВС-волокна. Волокна ПВС имеют полярные гидроксильные (ОН) группы, и эти группы притягивают к себе воду. Следовательно, волокна ПВС имеют гидрофильное взаимодействие между волокном и матрицей. По результатам испытаний было определено, что базальтовое волокно имеет более прочную химическую связь между волокном и матрицей, чем ПВС-волокно, исследованное в этом исследовании.Это может быть связано с схожим химическим составом базальтового волокна с матрицей, что приводит к химической реакции между волокном и матрицей. Этот микромеханический тест подтверждает результаты предыдущих тестов, , то есть , улучшение прочности композита на растяжение в предыдущем исследовании [14]. Однако сильная химическая связь может вызвать хрупкое поведение композита из-за одновременного разрушения волокна с растрескиванием. Подобные явления наблюдались в исследовании Ли с использованием волокон ПВС без поверхностного масляного покрытия [5].
Таблица 5
Тип волокна | G d (Дж / м 2 ) | τ 0 4 (МПа) | | 9019 906 |
---|---|---|---|---|
Базальт | 2,59 ± 0,20 | 1,08 ± 0,19 | 0,0054 ± 0,0005 | |
PVA | 1,38 ± 0,29 | 1,05 ± 0,30 | 0,0221 ± 0,0032 | средняя сила трения
4.2. Прочность волокна в соответствии с ориентацией волокна
показывает нормированную прочность волокна на растяжение с углом наклона волокна. Прочность на разрыв всех волокон уменьшалась с увеличением угла наклона волокна от 0 ° до 67,5 ° во всех волокнах. перечисляет среднюю прочность на растяжение каждого волокна. В частности, было замечено, что коэффициент снижения прочности базальтового волокна является самым высоким среди всех волокон, исследованных в этом исследовании. Средняя прочность на разрыв ПВС-волокна составила 1202 МПа при 0 ° и уменьшилась на 7.3% при 30 ° по сравнению с 0 °. Средняя прочность на разрыв ПВС-волокна также снизилась на 15% и 17% при 45 ° и 67,5% по сравнению с 0 °, соответственно. Волокно PE показало более высокую прочность на разрыв 2757 МПа в среднем при 0 ° по сравнению с волокном PVA. Средняя прочность на разрыв полиэтиленового волокна снизилась на 29%, 32% и 38% при 30 °, 45 ° и 67,5 ° соответственно. Хотя базальтовое волокно показало более высокую прочность на разрыв 1778 МПа в среднем при 0 ° по сравнению с ПВС-волокном, базальтовое волокно показало более высокую степень обжатия по сравнению с ПВС-волокном и волокном ПЭ.Средняя прочность на разрыв базальтового волокна снизилась на 83% при 67,5 °.
Нормализованная прочность волокна с углом наклона: ( a ) Базальтовое волокно ( b ) волокно из поливинилового спирта (ПВС); и ( c ) полиэтиленовое (PE) волокно.
Таблица 6
Средняя прочность волокна на разрыв и коэффициент снижения прочности.
Тип волокна | 0 ° (МПа) | 30 ° (МПа) | 45 ° (МПа) | 67,5 ° (МПа) | f ′ |
---|---|---|---|---|---|
1773 ± 349 | 871 ± 247 | 715 ± 268 | 302 ± 219 | 1.535 | |
PVA | 1202 ± 132 | 1114 ± 182 | 1025 ± 223 | 1003 ± 161 | 0,171 |
PE | 2757 ± 380 | 458 1962 1121697 ± 249 | 0,475 |
Коэффициенты снижения прочности в соответствии с углом наклона для каждого волокна на основе уравнения (4) с помощью регрессионного анализа перечислены в. Средние коэффициенты снижения прочности базальтового волокна были в девять раз и в три раза выше, чем у ПВС-волокна и ПЭ-волокна соответственно.Это может быть связано с хрупким поведением базальтового волокна, поскольку базальтовое волокно состоит из базальтового камня. Поскольку высокий коэффициент снижения прочности приводит к значительному снижению прочности волокна с увеличением угла наклона, способность базальтового волокна к перекрытию волокон может уменьшаться по сравнению с таковой у системы армирования волокон ПВС или ПЭ.
5. Аналитическое исследование
На основе межфазных свойств, определенных в результате испытаний волокна на вытягивание и растяжение, теоретические кривые образования перемычек между волокнами были рассчитаны на основе основного закона образования перемычек σ (δ) и численной процедуры расчета [20 ].Микромеханические параметры, используемые в качестве исходных данных для базальтового волокна и ПВС волокна, перечислены в. Модуль упругости и коэффициент растрескивания матрицы были приняты равными 20 ГПа и 500 соответственно. показывает результаты численного анализа. Как и ожидалось, система армирования базальтовым волокном имеет более высокую химическую прочность связывания, чем система армирования ПВС-волокном. Результаты микромеханического анализа подтверждают экспериментальные результаты , т.е. , укрепляющие бетон и улучшающие его характеристики разрушения [13,14,15].Однако напряжение перемычки волокон уменьшалось с увеличением раскрытия трещин в системе армирования базальтовым волокном. Это вызывает деформационное разупрочнение композита. С другой стороны, напряжение перемычки волокон увеличивалось с увеличением раскрытия трещин в системе армирования волокон ПВС, исследованной в данном исследовании. Эти аналитические результаты подтверждают, что свойства базальтового волокна должны быть адаптированы для увеличения пластичности композитов, армированных базальтовым волокном.
Таблица 7
Параметры микромеханики, используемые в качестве входных данных для модели.