La fibra de basalto se produce a partir de rocas de basalto fundiéndolas y convirtiendo la masa fundida en fibras.
Los basaltos son rocas de origen ígneo, materias primas naturales. El principal consumo de energía para la preparación de materias primas de basalto para la producción de fibras es el enriquecimiento y la fusión inicial de las materias primas de basalto, que se formaron en condiciones naturales, lo que, sin embargo, no garantiza su seguridad y carcinogenicidad.
Se producen y utilizan fibras continuas de basalto, fibras cortas cortadas y fibras superfinas.
Propósito de las fibras de basalto: fibras continuas - producción de materiales y productos de refuerzo y compuestos, telas y materiales no tejidos; fibras cortas discontinuas - producción de materiales, esteras y placas aislantes del calor; fibras superfinas - producción de materiales aislantes térmicos y acústicos de alta calidad (lonas, esteras, placas, cartón), materiales para filtros.
La producción de fibras de basalto se basa en la selección de rocas de basalto adecuadas para la producción de fibras (basaltos "largos") [1, 2], la fusión de materias primas de basalto y la producción de fibras a partir de la fusión a través de alimentadores de spunbond o fibras. dispositivos de formación [3].
El uso de materias primas de basalto, cuya fusión inicial y preparación se lleva a cabo en condiciones naturales, permite producir fibras de basalto con un bajo consumo de energía.
La producción de fibra continua de basalto (BCF) se lleva a cabo en hornos e instalaciones modulares y alimentadoras [4]. El estirado de las fibras continuas de basalto a partir de la masa fundida se lleva a cabo a través de alimentadores de hileras de platino-rodio mediante máquinas de husillo bobinador. El procesamiento posterior de BCF en materiales de refuerzo, compuestos, telas y materiales no tejidos se lleva a cabo utilizando "tecnologías en frío" con bajo consumo de energía.
En la actualidad, se han desarrollado tecnologías y equipos industriales para la producción de BCF, se han establecido plantas de BCF y producción de materiales de BCF [4].
La producción de fibras súper delgadas se lleva a cabo de acuerdo con una tecnología de dos etapas: fundición de basaltos, extracción de fibras primarias de la masa fundida y soplado de fibras primarias en fibras súper delgadas con un chorro de gases calientes a alta temperatura desde la cámara de soplado.
La producción de fibras delgadas cortadas se lleva a cabo fundiendo rocas de basalto en hornos de fusión de tipo baño o cúpula, alimentando la masa fundida a dispositivos de formación de fibras: rodillos o cabezales de soplado.
La tecnología de producción de BCF es de una sola etapa: fusión, homogeneización de basalto y estirado de fibra. El basalto se calienta solo una vez, lo que permite obtener el producto requerido: BCF. El procesamiento posterior de BCF en materiales se lleva a cabo utilizando "tecnologías en frío" con bajo consumo de energía.
Fibras continuas de basalto (BCF). Las fibras continuas de basalto se producen con diámetros de 8 a 11 micrones (mk), 12 a 14 micrones, 16 a 20 micrones, la longitud de las fibras es de 25 a 50 kilómetros o más.
Fibras cortas básicas. Los diámetros de las fibras elementales son de 6 a 12 micrones, la longitud es de 5 a 12 mm.
Fibras superfinas de basalto (BSTV). Diámetros de elemental 0,5 - 3 micras, longitud 10 - 50 mm.
Las fibras de basalto se producen a partir de rocas ígneas de basalto. Esto determina la alta resistencia química de las fibras a los efectos de los álcalis, ácidos y medios químicamente activos; la posibilidad de operación a largo plazo de fibras bajo la influencia del medio ambiente, la humedad y el agua de mar; incombustibilidad y alta resistencia térmica de las fibras.
En el proceso de estirado, las fibras continuas de basalto fundido adquieren características de resistencia suficientemente altas. La resistencia a la tracción de las fibras continuas de basalto oscila entre 2800 y 4800 MPa.
Las fibras cortas cortas de basalto y, especialmente, las súper delgadas tienen buenas características de aislamiento térmico y acústico. El rango de temperatura del uso a largo plazo de las fibras de basalto es de -200 a +600 0 C. Las fibras de basalto de rocas ácidas de basalto tienen temperaturas de aplicación más altas hasta + 750, ... + 800 0 C.
La combinación de propiedades y características de las fibras de basalto brinda la posibilidad de producir toda una gama de materiales y su amplia aplicación en la industria de la construcción, construcción de carreteras, industria y energía.
Las fibras de basalto son altamente resistentes a medios químicamente activos (ácidos, álcalis, soluciones salinas), altas temperaturas y llamas abiertas. La resistencia de las fibras de basalto al agua y al agua de mar es del 100 %, al álcali del 96 % y al ácido del 94 % [5, 6, 7]. La resistencia química de las fibras de basalto permite su uso para el refuerzo de hormigón y hormigón asfáltico, para la producción de tuberías, contenedores para la industria química y petroquímica, y compuestos para ingeniería hidráulica, construcción costera y en alta mar.
El rango de temperatura de uso a largo plazo de las fibras de basalto es de -200 0 C a + 600 0 C. Las fibras de basalto son incombustibles y resistentes al fuego, resisten La higroscopicidad de las fibras de basalto es 6 veces menor que la de las fibras de vidrio. En las industrias de la aviación y la construcción naval solo se utilizan materiales aislantes del calor y el sonido a base de fibras de basalto superfinas, ya que no acumulan exceso de humedad, no se queman, no fuman en el fuego, son resistentes a altas temperaturas y al fuego.
Las fibras de basalto son un dieléctrico, transparente a la radiación electromagnética, los rayos de radio y los campos magnéticos, son la base para la producción de materiales aislantes eléctricos, así como radomos de antenas y radares.
Estas características determinan las ventajas de las fibras de basalto en comparación con las fibras minerales, de vidrio, de carbono y químicas en términos de durabilidad de funcionamiento bajo la influencia del medio ambiente, agua de mar y medios químicamente activos.
Las fibras continuas de basalto (BCF) tienen características de resistencia y módulo elástico suficientemente altos, así como un costo de producción potencialmente bajo (porque el basalto es una materia prima terminada, los principales costos de energía para su preparación se realizan en condiciones naturales).
Las características de BCF están determinadas en un 65 - 70 % por las materias primas iniciales de basalto y, en consecuencia, en un 35 - 30 % por las tecnologías de producción, el funcionamiento de los equipos de proceso y los lubricantes utilizados (recubrimientos en la superficie de las fibras).
BNV es un tipo de fibra relativamente nuevo, cuya primera producción industrial se creó en la República Socialista Soviética de Ucrania en 1985. Para mejorar las características de resistencia de BCF y reducir el costo de su producción, se está trabajando para seleccionar las rocas de basalto más adecuadas para la producción de fibras [2], mejorar las tecnologías y equipos para la producción de BCF. Hasta la fecha, se han creado cuatro generaciones de equipos de proceso producidos por BCF [4]. El trabajo realizado permitió lograr ciertas características e indicadores de CCF, reducir significativamente el costo de producción. La tabla muestra las características de BCF en comparación con la fibra de vidrio y las fibras de carbono.
| BNV | E-vidrio | S-vidrio | la fibra de carbono | |
| Resistencia a la tracción, MPa | 3000~4840 | 3100~3800 | 4020~4650 | 3500~6000 |
| Módulo de elasticidad, G Pa | 79,3~93,0 | 72,5~75,5 | 83~86 | 250~450 |
| Alargamiento a la rotura, % | 1.5 - 2.1 | 4.7 | 5.3 | 1,5~2,0 |
| Diámetro de la fibra primaria, micras | 6 - 21 | 6 - 21 | 6 - 21 | 5 -15 |
| (peso en gramos de mecha) | 60 - 4200 | 40 - 4200 | 40 - 4200 | 60 - 2400 |
| Temperatura de aplicación, °C | -260 +600 | -50 +350 | -50 +300 | -50 +400 |
| *Costo de producción industrial producción USD/kg | 0,9 - 1,2 | 1.1 - 1.5 | 2,5 - 3,0 | 15 – 25 |
| Valor de venta, USD/kg | 2.6 - 3.0 | 1.5 - 2.0 | 3.5 | 25 - 50 |
*El costo de producción industrial de BCF está determinado por el bajo costo de las materias primas de basalto y el uso de equipos tecnológicos de ahorro de energía de tercera y cuarta generación.
Las características de resistencia de BCF superan las de la fibra de vidrio E, están cerca de las fibras especiales y de carbono y, al mismo tiempo, tienen un bajo costo de producción. En términos de sus características de resistencia, BCF ocupa una posición intermedia entre la fibra de vidrio y las fibras de carbono. Teniendo en cuenta toda la gama de características, BCF tiene una serie de ventajas en comparación con las fibras de vidrio, carbono y químicas, así como una mejor relación rendimiento/costo.
Las fibras de basalto creadas a partir de rocas de origen ígneo, en contraste con el vidrio artificial, el carbono, las fibras minerales, son las únicas fibras que se producen a partir de materias primas naturales de origen ígneo.
Los fundamentos teóricos de la producción de BCF, la experiencia acumulada, el equipo de laboratorio, el equipo piloto de BCF y los métodos para realizar investigaciones en depósitos de basalto permiten evaluar el grado de idoneidad para la producción industrial de BCF y determinar los parámetros tecnológicos de fusión y características de los fundidos. , obtener fibras continuas primarias y evaluar sus características .
Las características de BCF son de gran interés para el mercado de materiales compuestos y de refuerzo.
Ventajas principales.
• Las fibras de basalto tienen una mayor resistencia natural a los medios ambientales y agresivos, llamas y altas temperaturas, resistencia a las vibraciones. Las fibras son resistentes al moho y otros microorganismos. Esto determina la durabilidad del uso de fibras de basalto y materiales basados en ellas en la industria de la construcción, en la industria automotriz y aeronáutica, la construcción naval y la energía.
• Buenas características de aislamiento eléctrico y térmico, larga vida útil. Esta propiedad permite el uso de fibras de basalto para la producción de materiales resistentes al calor, así como materiales ignífugos y de extinción de incendios.
• Mayor resistencia química en ambientes ácidos y alcalinos, en agua de mar en comparación con E-glass. Esta propiedad de las fibras de basalto abre amplias perspectivas para su aplicación en estructuras expuestas a la humedad, soluciones salinas, medios químicos y alcalinos. Permite a los consumidores reemplazar estructuras y piezas metálicas que están sujetas a corrosión bajo la influencia de ambientes químicamente activos con materiales livianos, fuertes y resistentes a la corrosión hechos de fibra de basalto. BNV se puede utilizar para reforzar el hormigón, en la construcción de estructuras en alta mar. En las superficies de las carreteras, la fibra de basalto troceada aumenta la resistencia del hormigón y del hormigón asfáltico, protege el hormigón y las armaduras de la penetración de sales anticongelantes y sustancias agresivas, aumenta la resistencia residual y la resistencia al hielo-deshielo.
La resistencia química de la fibra de basalto es una de las ventajas competitivas definitorias para la producción de filtros para la industria química y metalúrgica, para la producción de contenedores y tuberías para la industria química y servicios públicos.
• Pureza ecológica del material. Pleno cumplimiento del programa REACH. El producto terminado no contiene sustancias nocivas y cumple totalmente con el protocolo REACH y todos los estándares de higiene.
• Alta durabilidad. La vida útil de los materiales es de 50 años. El uso de este tipo de materiales permite un ahorro por durabilidad y mejora la seguridad de las instalaciones industriales.
• Precio bajo en comparación con el costo de la fibra de vidrio especial [4,5].
Las fibras de basalto se utilizan ampliamente para aislamiento térmico y acústico, materiales resistentes al fuego y sistemas de protección contra incendios, filtros, producción de tejidos técnicos y materiales no tejidos, refuerzo, materiales compuestos y productos. Las fibras cortas cortadas de basalto se utilizan para la producción de mantas y placas termoaislantes, material para filtros de emisiones gaseosas con temperatura elevada y medios líquidos activos químicos, para hidroponía en agricultura.
Aplicación de fibras superfinas de basalto (BSTV): producción de materiales aislantes térmicos y acústicos de alta calidad: lonas, esteras, placas, cartón para la construcción naval y la aviación; materiales para filtros finos; materiales y sistemas ignífugos y de extinción de incendios para instalaciones críticas de centrales nucleares, refinerías de petróleo, estaciones de bombeo de gas, edificios públicos y de gran altura.
Las fibras continuas de basalto (BCF) se utilizan para la producción de una amplia gama de materiales y productos: materiales de refuerzo: fibras cortadas para refuerzo volumétrico disperso de hormigón y hormigón asfáltico, refuerzo compuesto, mallas de refuerzo, mallas para construcción y carreteras y cintas de refuerzo [7 ], tejidos técnicos de varios tejidos y densidades, materiales no tejidos - papel de basalto, lienzos, fibras picadas y lienzos punzonados. Materiales y productos compuestos: perfiles, tuberías de diámetro mediano y grande, tanques, tanques, cilindros de alta presión, soportes y techos de puentes, productos para ingeniería mecánica, piezas para automóviles, barcos y aviones. Materiales y productos de aislamiento eléctrico: núcleos de carga de cables de líneas de transmisión de energía y cables de fibra óptica, aislamiento eléctrico y fundas protectoras de cables de energía, soportes, travesaños y aisladores de líneas de transmisión de energía, materiales y productos para subestaciones transformadoras.
Áreas de aplicación de las fibras de basalto: industria de la construcción, construcción resistente a terremotos, hidráulica y costera, construcción de carreteras de automóviles y líneas ferroviarias de alta velocidad, servicios públicos, ingeniería mecánica, industria automotriz, de aviación y construcción naval, energía, agricultura.
La oficina de ingeniería alemana EDAG ha desarrollado un prototipo de automóvil, que se utilizó en la producción de fibra de basalto. Como se informó, "el material se distingue por su ligereza, resistencia y respeto por el medio ambiente, además, en la producción costará menos que el aluminio o la fibra de carbono" [1]
El refuerzo de estructuras de hormigón armado con fibra de basalto costará menos que la fibra de carbono, las primeras pruebas fueron realizadas por el Instituto de Investigación de las Fuerzas Armadas INTER / TEK en Ekaterimburgo sobre la base del Instituto UralNIAS.
Los materiales a base de fibra de basalto tienen las siguientes propiedades importantes: porosidad, resistencia a la temperatura, permeabilidad al vapor y resistencia química.
Debido a estas propiedades, la fibra de basalto y los materiales basados en ella se utilizan cada vez más para fines tales como:
SMU 19 de Mosmetrostroy utilizó hormigón proyectado reforzado con fibra de basalto como revestimiento del túnel.
La empresa de investigación y producción "Basalt fiber & composite materials technology development co., LTD" ("BF&CM TD"), que se dedica al desarrollo y desarrollo de tecnologías, la fabricación de equipos de proceso y la organización de la producción industrial de basalto continuo. fibras (BCF), ha completado el diseño y reconstrucción de hornos de calefacción y equipos térmicos utilizando los resultados de este trabajo.
Fibra de basalto (del lat. fibra - fibra) - piezas cortas de fibra de basalto destinadas al refuerzo disperso de mezclas de aglomerantes, como el hormigón . El diámetro de la fibra es de 20 a 500 micras. Longitud de la fibra: de 1 a 150 mm. La fibra de basalto se produce a partir de la fusión de rocas como el basalto a temperaturas superiores a 1400°C.
El refuerzo disperso con fibra de basalto aumenta los siguientes indicadores de producto:
La fibra de basalto aumenta la resistencia a las grietas 3 veces, la resistencia a la división 2 veces y la resistencia al impacto 5 veces, lo que permite su uso efectivo en la construcción de estructuras resistentes a terremotos , instalaciones a prueba de explosiones y fortificaciones militares . Las características de la fibra de basalto hacen posible su uso para la construcción de estructuras radiotransparentes de forma compleja. En la industria, la fundición de basalto se utiliza como revestimiento para evitar el desgaste por abrasión . El mecanismo de acción de la fibra en suelos industriales es similar, la fibra evita el desgaste abrasivo. La resistencia a la abrasión aumenta al menos tres veces y, en consecuencia, la vida útil de los pisos se triplica. Un indicador muy importante para los pisos es la carga de choque. La fibra de basalto le permite aumentar la carga de impacto en más de 5 veces. Se cumplen todos los requisitos de calidad de los suelos industriales: alta resistencia a varios tipos de cargas (estáticas, de choque, dinámicas, abrasivas), buena resistencia a temperaturas extremas, muy alta resistencia al ataque químico. Las ventajas de los pisos hechos a base de fibra de basalto incluyen bajo consumo de acero y concreto, poco tiempo y baja intensidad de trabajo de vertido, prevención de grietas ya en la etapa de endurecimiento de los productos, obtención de refuerzo volumétrico, estructura tridimensional, una reducción significativa en el espesor del piso de concreto manteniendo las características de resistencia.
Las principales ventajas de las estructuras hidráulicas fabricadas con fibra de basalto:
La diferencia entre la fibra de basalto y la fibra de metal es que, en primer lugar, la fibra de basalto no tiene un efecto catódico negativo en los productos y tampoco está sujeta a corrosión . Con la misma masa, el volumen de fibra de metal y fibra de basalto tiene una correlación de 1:600, respectivamente, y el área superficial de la fibra de basalto es 25 veces mayor que la de la fibra de metal. La gravedad específica de la fibra metálica es de 7,8 t/m³ y la de la fibra de basalto es de 2,8 t/m³. Esto significa que se necesita 2,7 veces menos fibra por peso y el producto a base de fibra de basalto es más ligero. Los productos a base de fibra de basalto son radiotransparentes y no tienen el efecto de un transformador. Debido a la débil adherencia del metal a la matriz de cemento , se producen fibras metálicas en diferentes configuraciones para aumentar el anclaje: onduladas, con extremos aplanados y doblados. La fibra de basalto en los productos tiene una alta adherencia con la piedra de cemento y no requiere cambios adicionales en la configuración de la fibra. La piedra de cemento y la fibra de basalto tienen el mismo coeficiente de dilatación térmica , a diferencia de la fibra metálica. El refuerzo de dispersión con fibra de basalto aumenta la plasticidad de la masa de hormigón y reduce la formación de grietas por contracción y, a diferencia de la malla de acero, que es valiosa solo después de que el hormigón se ha agrietado, la fibra evita la aparición de grietas en el hormigón incluso en la etapa en que se ha agrietado. se encuentra en estado plastico.
El 18 de octubre de 2017, SP 297.1325800.2017 “Estructuras de concreto fibroreforzado con fibra no metálica. Design Rules”, que eliminó el vacío legal en cuanto al diseño de hormigón reforzado con fibras de basalto. Según la cláusula 1.1. La norma se aplica a todo tipo de fibras no metálicas (polímeros, polipropileno, vidrio, basalto y carbono). Al comparar diferentes fibras, se puede notar que las fibras poliméricas son inferiores a las fibras minerales en términos de resistencia, pero su uso mejora las características de los compuestos de construcción.
1. Ablesimov N. E., Zemtsov A. N. Efectos de relajación en sistemas condensados que no están en equilibrio. Basaltos: de la erupción a la fibra. Moscú, ITiG FEB RAN, 2010. 400 p.
2. Osnos SP Osnos MS Investigación y selección de rocas basálticas para la producción de fibras continuas. mundo compuesto. 2018 N° 1, pág. 56-62.
3. Dzhigiris D.D., Makhova M.F. Fundamentos de la producción de fibras y productos de basalto. Monografía. - M.: Teploenergetik, 2002. -416s.
4. Osnos M. S. Osnos S. P. Fibra continua de basalto - ayer, hoy y mañana. Desarrollo de tecnologías y equipos, producción industrial y comercialización. mundo compuesto. 2015 N° 2, pág. 24-30.
5. Materiales ondulados de basaltos ucranianos. Compendio de artículos. Técnica. Kyiv. 1971 84 págs.
6. Osnos SP Sobre las características de las fibras de basalto y sus aplicaciones. "Mundo compuesto" №3. 2010.
7. Negmatullaev S.Kh., Osnos S.P., Stepanova V.F. Refuerzo basalto-plástico características, producción, aplicación. Tecnologías concretas No. 3-4. Con. 50-57.
8. Osnos MS, Osnos SP Investigación de los procesos de fusión de rocas basálticas en la producción de fibras continuas. "Mundo Compuesto". 2018 N° 2, pág. 70 - 75.