Свойства базальтовых волокон и базальтопластиков

Среди новых эффективных строительных материалов особенно перспективны стеклопластики. Как наполнитель при производстве стеклопластиков используется штапельные и непрерывные (короткие и длинные) стеклянные волокна, имеющие высокие физико-механические свойства.

При производстве конструкционных стеклопластиков применяют бесщелочное алюмоборосиликатное стекло. Однако, в состав этого стекла входит дефицитный и дорогостоящий бор. Поэтому важной проблемой является уменьшение содержания в бесщелочном алюмоборосиликатном стекле борной кислоты без ухудшения его варочных и выработочных свойств.

Пригодным сырьем для производства волокна являются основные горные породы базальтов, диабазов и амфиболитов, которые широко распростанены на территории СНГ.

Сравнительно невысокая температура плавления ( около 1450ºС) дает возможность использовать эти породы для получения непрерывного базальтового волокна по упрощенной технологической схеме, включающей приготовление шихты. Плавление пород происходит без стадии силикато-стеклообразования и осветления.

В таблице 1 приведены физико-химические свойства базальтовых непрерывных волокон в сравнении со стеклянными волокнами алюмоборосиликатного состава.

Таблица 1

Базальтовое волокно превосходит стеклянное волокно по модулю упругости (в 1,5 раза), температуростойкостью ( на 100°С), кислото-, щелоче- и паростойкостью. Прочность на разрыв базальтовых волокон, также как и стеклянных, достаточно высокая и составляет 220-250 кг/мм2. Гигроскопичность, то есть количество адсорбированной влаги при относительной влажности воздуха 95-98%, базальтовых волокон ниже, чем - у стеклянных, и не превышает 0,5%.

Благодаря указанным свойствам базальтовые волокна являются эффективным заменителем стеклянных бесщелочных волокон алюмоборосиликатного состава и могут быть использованы как наполнитель при производстве армированных пластиков - базальтопластиков.

Схема получения базальтопластиковых профильных изделий методом пультрузии ( непрерывной протяжки ): 1 - шпулярник с бухтами ровинга; 2 - камера сушки ровинга; 3 - ванна пропитки ровинга связующим; 4 - формующая фильера; 5 - камеры полимеризации; 6 - тянущее устройство; 7 - базальтопластиковый профиль.

Из базальтового волокна получены ровинговые ткани толщиной 0,6 мм и 0,7 мм и базальтопластики на их основе. Основные физико-механические свойства базальтопластика на основе ровинговых тканей и полиэфирной смолы приведены в таблице 2.

Таблица 2

При производстве базальтопластиков на основе ровинговых тканей необходимы промежуточные процессы ткацкой переработки волокон. В связи с этим представляет интерес производство базальтопластиков с нетканой ориентированной структурой.

При производстве ориентированных базальтопластиков исключается процесс ткачества, а таким образом возникает возможность создания поточных механизированных технологических процессов.

Одним из наиболее перспективных способов производства ориентированных базальтопластиков является непрерывное формование из однонаправленных волокон ( ровингов).

Этот способ был применен для производства профильных базальтопластиков круглого сечения диаметром 6, 8, 10 и 12 мм. Стержни получали непрерывным методом на установке по производству профильных базальтопластиков (см. схему выше).

Базальтовый ровинг на прямых замасливателях, который сматывается с бухт, установленных на шпулярнике, поступает в камеру сушки, а затем в ванну для пропитки связующим. После этого пропитанный ровинг поступает в формующую фильеру, из которой выходит сформованный базальтопластиковый профиль заданного сечения. Окончательная полимеризация профиля происходит в камерах полимеризации. Протяжка профиля производится тянущим устройством. Затем готовый профиль режут на отрезки заданной длины или сматывают в бухты.

В качестве пропиточного раствора используется эпокси-полиэфирное связующее.

Формование профиля при скорости протяжки 0,4-0,8 м/мин и полимеризация эпокси-полиэфирного связующего происходит в камерах по зонам при такой температуре, °С : 1 зона - 100; 2 зона - 130; 3 зона - 150; 4 зона - 160; 5 зона - 140; 6 зона - 130; 7 зона - 100; 8 зона - 80.

Длина формующего канала фильеры 900 мм.

Основные физико-механические свойства базальтопластикового профиля круглого сечения диаметром 8 мм такие:

Таким образом, благодаря своим высоким физико-механическим свойствам профильный базальтопластик можно будет широко применять как конструкционный материал в строительстве для изготовления каркасов легких стеновых и кровельных панелей, труб, профилей различного сечения, рациональных специфических конструкций и деталей, как арматуру при производстве базальтобетона с дальнейшим применением его в химической промышленности.