Larte Design › Блог › Тонкости нашего дела. Базальт — что это?
Сегодня мы хотим поделиться материалом, опубликованным на сайте basalt.today, рассказывающим о том, что такое базальтовое волокно, откуда появилось, что с ним делать и как его используют в современном мире!
Так как мы — как тюнинг-ателье уже больше 3-х лет используем этот материал в своем производстве, думаю, вам тоже будет интересно почитать обо всем более подробно!
Статья скопирована, поэтому, пользуясь случаем, хотим поблагодарить за данный материал basalt.today/ru/2018/06/16286/
Волокно из базальта: от жерла вулкана до современных композитов
Слава базальтового волокна ещё не так громко звучит в мире, как карбонового или стеклянного, хотя оно обладает целым рядом конкурентных преимуществ.
Базальтовое волокно занимает всё больше ниш в применении благодаря своим свойствам, вытесняя где-то менее прочное стекловолокно, где-то более дорогое углеродное. Высокая устойчивость к истиранию, малый вес, прекрасная механическая прочность, высокая сопротивляемость действию кислот, щелочей и соляных растворов, магнитная и электрическая инертность и ещё множество замечательных качеств наряду с широким распространением сырья для производства делает базальтовое волокно действительно интересным материалом для целого ряда приложений.
Наиболее распространённой породой в составе земной коры является базальт. По своей сути это магма, в расплавленном виде излившаяся из жерл вулканов. Вступив во взаимодействие с атмосферой, она несколько изменяет свои свойства, разливаясь лавовыми потоками, и постепенно остывает. Базальтовые месторождения есть практически во всех странах, их запасы огромны.
Базальтовое волокно. Начало
Базальт как камень использовался человечеством уже давно, но идея производить из него волокно пришла французу Полу Де, который получил патент на своё изобретение в 1923 году в США. Особого ажиотажа изобретение в то время не вызвало, а катализатором для активных разработок в этой сфере стал период Холодной войны в 60-х годах прошлого века. Под грифом секретности США и СССР начали исследовать свойства и возможности применения базальтовых волокон. В первую очередь, конечно, в милитарных приложениях.
Центр разработок СССР базировался в Киеве, где в 80-х годах и был разработан промышленный способ производства базальтового волокна. Тем не менее, несовершенство технологий того времени затормозило исследования практически во всём мире и заставило вернуться к старым проверенным методам использования стекловолокна. Позже на арену выйдет углеродное волокно, весьма дорогостоящее в производстве из-за целого цикла обработок, но с полезными характеристиками для ВПК, что и стало основным толчком для его применения.
Изготовление базальтового волокна происходит в один этап: путём расплавления измельчённого базальта в плавильной печи при температуре 1500 ºС с последующим вытеканием через пластины с воронкообразными отверстиями (фильеры). В зависимости от модификации волокна оно может быть штапельным или непрерывным. Для получения тонких волокон вытекающий из фильер расплав раздувают потоком сжатого воздуха, реже применяют другой метод – разбрызгивают центробежными устройствами. Непрерывное волокно получают, вытягивая застывающий расплав из фильер в нити и наматывая их на катушки. Тонкие волокна осаждаются в виде отдельных супертонких ворсинок, непрерывное волокно — это нить. Стекловолокно изготавливается по аналогичной технологии, но из нескольких компонентов, для базальтового волокна о подготовке сырья и его гомогенизации позаботилась сама природа. Никаких химических добавок – ничего, кроме натурального неметаллического, неорганического сырья.
Базальтовое волокно в композиционных материалах
Высокие показатели устойчивости базальтового волокна к агрессивным средам, высокой температуре и ультрафиолету, негорючесть и электро- магнитная инертность открывает широкие возможности для его использования в различных композиционных материалах. Композит – продукт из нескольких компонентов: матрицы (или связующего) и наполнителя. В качестве наполнителя применяются как собственно волокна (волокнистые композиты) или базальтовая чешуя, так и ровинги, шнуры, ткани, холсты или ленты, полученные из непрерывного волокна (слоистые композиты). Базальтовое волокно в силу своих характеристик может служить наполнителем для широчайшего спектра матриц: металлических, полимерных, деревянных, керамических, бетонов, гипсов и асфальтов.
Варьируя материал связующего и наполнителя, получают продукты с максимально подходящими для конкретного применения свойствами. Базальтокомпозиты на основе термопластов обладают отличными показателями трещиностойкости, ударной вязкости и легко поддаются переработке под действием высоких температур.
Процесс производства композитов с термореактивной матрицей дольше, чем для термопластичных из-за более долгого процесса формования и отвердения матрицы. Поэтому ведущие производители средств передвижения (автомобили, суда, самолёты) сосредоточились на разработке и усовершенствовании термопластов, чтобы в промышленных масштабах получать изделия с параметрами, не уступающие термореактивным композитам.
Для жаростойких базальтокомпозитов в качестве матричного материала используют керамику и металл. Основное применение таких материалов – ракетная и аэрокосмическая отрасли. Над разработкой усовершенствованных волоконно-армированных композитов с алюминиевой матрицей активно работает, например, Калифорнийский государственный политехнический университет в Помоне (США), успешные результаты исследования использования базальтового волокна в качестве наполнителя для керамической композиции публиковал Национальный технологический центр металлов и материалов в Таиланде, а НАСА ещё в 2011 году запатентовало керамобазальтовый композит для ракетных двигателей (патент US 7,968,620 B2).
Наиболее широкое распространение в данный момент базальтовые продукты получили в строительной отрасли. Армированный базальтовой фиброй бетон демонстрирует более высокие параметры трещиностойкости, прочности на изгиб и растяжение. А ведь бетон – это и стены, и перекрытия, и мостовые конструкции, и подземные коммуникации, в том числе арочные. Базальтовое волокно прекрасно переносит как повышенную влажность гидротехнических сооружений, так и цикличные сезонные перепады температуры, действие агрессивных химических сред и солевых растворов.
Арматура и кладочная сетка из базальтового волокна уже успешно применяются на стройках, повышая не только скорость и качество работ, но и долговечность объекта. Дорогоукладчики используют композитные ткани из базальтового волокна, геосетки и георешётки, укрепляя грунты или для связки с последующими слоями дорожной одежды на трассах.
Отлично зарекомендовала себя и минеральная вата из тонких базальтовых волокон — это прекрасная термо- и звукоизоляция, которая нашла применение как в жилищном строительстве, так и в промышленном. Кроме того, из нетканых базальтовых материалов производят высококачественные фильтры для химических и фармакологических лабораторий.
Активно ведутся разработки цистерн и баллонов из непрерывного базальтового волокна, которые обещают стать идеальными ёмкостями для хранения и транспортировки химических жидкостей. Глава компании Infinite Composites Technologies, которая занимается производством криогенных баллонов (для сжиженного топлива при низких температурах), заявил, что потенциальные покупатели проявили огромный интерес к их первым образцам, которые они в настоящее время усовершенствуют.
Волокно из базальта: от жерла вулкана до современных композитов
Источник: NICHЕ
Основные тренды современной промышленности – энергоэффективность и охрана окружающей среды. Последние разработки и исследования ведущих мировых лабораторий направлены на минимизацию выбросов парниковых газов и создание производств замкнутого цикла. Базальтовое волокно рассматривается рядом проектов, как один из наиболее прогрессивных материалов в этом направлении: его производство характеризуется низкими энергозатратами, отходы от изготовления композитов можно использовать для получения других продуктов, а сами базальтокомпозиты легко поддаются рециклингу. Инновационная компания Niche, например, уже несколько лет назад создала полностью утилизируемый сноуборд с базальтовым волокном.
Европейский Союз в настоящее время запустили ряд проектов по широкому внедрению композитов в судостроении: RAMSSES, FIBRESHIP. Судостроители обращают серьёзное внимание в том числе на базальтовые композиты, для этого существует ряд причин. Основные — стойкость базальтового волокна к коррозии, негорючесть, прочность и малый вес.
В 2018 году в рамках ведущего мирового композитного шоу JEC World проект экояхты из базальтового волокна итальянской компании GS4C srl был номинирован на премию JEC Innovation Award в секции «Устойчивость», что является значимой оценкой усилий команды. GS4C («Go Sailing, for a Change») успешно воплощает в жизнь соответствующие мировым трендам устойчивые решения, работая над процессами и материалами для построения композитных лодок с возможностью их переработки в конце жизненного цикла. Компания уже запатентовала технологию получения волоконно-металлического слоистого материала (Fiber Metal Laminate) – композита из тонких слоев алюминия и базальтового волокна, соединенных с помощью вакуумной инфузии.
Мировой автопром также заинтересован в исследовании новых материалов, позволяющих продлить эксплуатацию автомобилей, снизить их вес и, следовательно, расход топлива. Благодаря таким технологиям автомобили на жидком топливе уменьшат выбросы в атмосферу, электромобили увеличат дальность пробега без подзарядки.
Из базальтового волокна изготовляют не только тормозные колодки, термоизоляцию на выхлопные трубы и прочие технические детали. Из базальтового композита тюнинг-ателье LARTE Design создало комплекты ультрасовременного тюнинга для электромобилей Tesla, премиальных внедорожников Infiniti и других престижных авто. В базальтовый корпус одела свой автомобиль команда Roller Team, разработавшая кемпинг-кар Trigano Group Triaca Concept 230.
Базальтовое сырьё и волокно стали применять в аддитивной отрасли, где практически исключены отходы, и это открывает новые горизонты его применения.
Свойства и применение базальта
Широко распространенный в горной местности, базальт появился в результате выхода на поверхность раскаленной магмы при извержениях вулканов. Это отражено в названии породы: в переводе с эфиопского языка слово «базал» означает ‘кипячёный’. Застывая при соприкосновении с воздухом и почвой, минерал приобретал мелкозернистую структуру. Его залежи обнаружены также и на ближайших к Земле планетах.
Физические свойства базальта
Расцветка минерала может быть темно-серой, однородной черной или с зеленоватым оттенком. Базальт имеет разнообразную структуру и текстуру, в камне могут встречаться вкрапления других минеральных пород, в частности, оливина, пироксенов, плагиоклаза, кальцита.
Минерал обладает такими ценными свойствами:
В то же время базальт имеет и некоторые недостатки:
Разновидности базальта
Существует множество видов этого минерала. Их отличия объясняются разницей в природных условиях в местах залегания породы. При применении разновидностей базальта учитываются их особенности.
Наиболее распространены следующие виды:
Применение минерала
Базальт добывают в карьерах горных разработок во многих странах мира. Материал широко используется не только в строительстве, но и в промышленном производстве.
Из базальта изготавливают:
Базальт также используется в оздоровительных целях. Сеансы стоунтерапии включают массаж тела нагретыми до 55 °С камнями. Они снимают напряжение мышечной ткани и успокаивающе действуют на нервную систему, помогая облегчить состояние при остеохондрозе и почечных коликах. Последующий массаж прохладным на ощупь мрамором и использование во время сеанса эфирных масел способствуют глубокой релаксации, хорошо устраняя последствия стрессовых ситуаций.
Украшения из базальта
Базальт светлой и темной окраски часто применяется для изготовления украшений. Черный камень эффектно смотрится в серебряной оправе, комплекты колец и серег с этим минералом прекрасно сочетаются с вечерними нарядами. Из светлого базальта изготавливают браслеты, ожерелья, составленные из отдельных каменных элементов пояса. Детали из застывшей лавы в изделиях сочетают с кожей, самоцветами. Они пользуются популярностью не только у мужчин, но и у женщин.
Из базальтовых бусин можно сделать талисман собственноручно. Мощная энергетика вулканического камня наделяет владельца амулета самообладанием, силой воли, упорством, облегчает усвоение новых знаний, оберегает в опасных ситуациях.
Все о базальте
Базальт – распространённый в природе камень, эффузивный аналог габбро. Из материала данной статьи вы узнаете, что он собой представляет, каким бывает, каковы его происхождение и свойства. Кроме того, мы расскажем о его сферах применения.
Что это такое?
Базальт – эффузивная магматическая горная порода, которая относится к основному составу нормального ряда щелочности группы базальтов. В переводе с эфиопского языка «базальт» означает «кипящий камень» («железосодержащий»). С химической и минералогической точек зрения у базальта сложная структура. В ней переплетаются кристаллические образования и мелкофракционные взвеси магнетита, силикатов и металлических оксидов.
Структура полезного ископаемого состоит из аморфного вулканического стекла, кристаллов полевого шпата, сульфидных руд, карбонатов, кварца. Агвит и полевой шпат составляют основу минерала.
Вулканическая порода выглядит как межпластовое тело, обнаруживается как лавовый поток, возникающий после извержения вулкана. Это камень чёрного, дымчато-чёрного, тёмно-серого, зелёно-чёрного оттенка. В зависимости от разновидности структура может отличаться (бывает афировой, порфировой, стекловатой, скрытокристаллической). У минерала шероховатая поверхность и неровные края.
Пузыристость структуры материала объясняется выходом паров и газов в ходе остывания лавы. Полости в извергаемой массе не успевают затягиваться до её кристаллизации. В этих отверстиях откладываются различные минералы (кальций, медь, пренит, цеолит). Базальт легко отличим от иных горных пород. Его добывают открытым методом – путём вытачивания глыб из карьеров.
Происхождение и месторождения
Большая часть базальтов образуется в срединно-океанических хребтах, формируя океаническую породу. Он производится выше океанических горячих точек. Когда извергается вулкан, большой объём лавы проходит через континентальную кору, доходя до земли. Он образуется при застывании лавы с подвоздушными лавовыми потоками и пеплом.
По тонкому сложению порода характеризуется однородностью. Условия застывания магмы различны. Характеристики камня зависят от физико-химических условий плавления (давления, быстроты охлаждения лавового потока), а также способа ухода расплава. Новейшее воззрение полагает, что базальт находится повсюду. По геодинамическому происхождению минералы бывают срединно-океаническими, активных континентальных окраин и внутриплитными (континентальными и океаническими).
Базальт распространён не только на Земле, но и на других планетах (например, Луне, Марсе, Венере). Камень образует твёрдую оболочку Земли: под океанами – в пределах от 6000 м и более, под материками мощность пластов достигает 31000 м. Выходы породы на поверхность Земли многочисленны:
Состав базальта может изменяться от гидротермальных процессов. Причём интенсивней изменяются базальты, изливаемые на морское дно.
Основные свойства
Магматическая экструзивная горная порода отличается тонкозернистой и плотной структурой. По своим характеристикам базальт схож с гранитом и мрамором. Он устойчив к воздействию кислот и щелочей, но может иметь повышенный радиационный фон. Инертен к температурным колебаниям, обладает теплосберегающими и пожаробезопасными свойствами. Породу отличают большой вес (тяжелее гранита), пластичность и гибкость, она обладает хорошим шумоподавлением, высоким уровнем паропроницаемости, прочности, твёрдости. Плотность непостоянна, поскольку зависит от текстуры. Она может варьироваться в пределах 2520-2970 кг на м3.
Коэффициент пористости может колебаться в пределах 0,6-19%. Водопоглощение варьируется от 0,15 до 10,2%. Базальт долговечен, он не электризуется, а за счёт своей твёрдости устойчив к истиранию. Плавится при температуре 1100-1200 градусов Цельсия. Твёрдость по шкале Мооса колеблется от 5 до 7. Свойства натурального камня позволяют использовать его в строительстве. Его можно дробить и переплавлять, отливать, подвергать тепловой обработке.
Переработанный базальт имеет свойства улучшенного камня. Его сложно разбить, в неотожжённом виде он похож на стекло (имеет блестящий излом, буровато-чёрный оттенок и отличается хрупкостью). После отжига приобретает красивый тёмный цвет, матовый излом и вязкость натурального минерала.
Описание видов
Классификация базальтов зависит от разных признаков (например, цвета, текстуры, плотности, химического состава, места добычи). Цвет камня чаще тёмный, светлый в природе встречается редко. По минеральному составу горная порода бывает железистой, ферробазальтовой, известковистой и щёлочно-известковистой. По химическому составу руды он делится на 3 типа: кварц-нормативный, нефелин-нормативный, гиперстен-нормативный. Разновидности первого типа отличаются преобладанием кремнезема. Его содержание в минералах второй группы низкое. Третьи выделяются низким содержанием кварца либо нефелина.
По особенностям минерального состава бывает апатитовым, графитовым, диаллаговым, магнетитовым. По составу самих минералов может быть анортитовым, лабрадоровым. Исходя из содержания минеральных взвесей, цементированных базисом, базальты бывают плагиоклазовыми, лейцитовыми, нефелиновыми, мелилитовыми.
По степени декоративности базальт делят на несколько групп. Из них наиболее популярны 4 типа камня.
Долерит
Долерит – яснокристаллический камень со средней зернистостью. Это плотные чёрные породы, возникающие из базальтовой магмы, которая застывает на небольшой глубине (не более 1 км). Они отличаются массивностью и отсутствием пор. Это мощные пласты толщиной в десятки-сотни метров.
Долериты покрывают обширные пространства, они могут залегать горизонтально либо под наклоном, располагаясь между слоями песчаника, а также иных осадочных пород. Со временем они распадаются на большие глыбы прямоугольной формы, образуя гигантские ступени.
Трапп
Данный вид есть не что иное, как базальт с пластовой отдельностью, однообразным составом и лестничной структурой. Его формирование является масштабным геологическим процессом. Трапповые тела отличаются мощностью и протяжённостью. Трапповому магматизму присущ огромный объём излияния базальта за геологически короткое время на огромных территориях.
Потоки лавы изливаются на поверхность Земли, заполняя углубления, долины рек. Затем базальт разливается по плоской равнине. Из-за низкой вязкости расплава магма растекается на десятки километров. При таких извержениях нет постоянного центра и выраженного кратера. Лава течёт из трещин в земле.
Применение
Базальт имеет широкий спектр использования.
Кроме того, его применяют в телеграфных, телефонных, оттяжных изоляторах, подставках для аккумуляторов, ванн, посуды.
Минвата пользуется высоким покупательским спросом. Собранный в маты или минераловатные цилиндры материал не только надёжен, но и долговечен, стоек к внешним факторам. Из него делают кислотоупорные порошки, засыпку высоковольтных преобразователей. Базальтовые изоляторы обладают более высокими диэлектрическими характеристиками в сравнении с аналогами из керамики или стекла.
Из базальта делают облицовочные литые плиты, заменяя ими отделку поверхностей дорогими материалами (например, керамогранитом, гранитом).