Базальтовая ткань из волокна. Фото Каменный век

Когда человечество научилось делать базальтовые волокна, похожие на природную вулканическую вату, создание нитей и тканей из него стало только вопросом времени. В самом деле, ведь тот же хлопок недолго оставался просто ватой. Нужно было лишь адаптировать технологии под новый материал.

Базальтовое волокно: виды и характеристики

Что же представлял собой этот материал? Вообразите себе камень, который нагрели и растянули настолько, что он превратился в очень тонкое волоконце. Впрочем, очень тонкое с нашей обычной точки зрения. Это все тот же камень, изменилась лишь его форма. В таком виде он хрупок. Чтобы сделать из него нить, придется приложить еще немало усилий.

Камни базальта. Фото Камелот178

Технология изготовления расплава одна и та же и для ваты, и для ткани. Различаются только способы получения волокон — это можно делать либо с помощью центрифуги или ее аналога, либо раздувом, либо вытягиванием из фильер.

На сегодняшний день промышленность выпускает базальтовые волокна трех видов:

  • штапельное короткое волокно;
  • супертонкое волокно;
  • непрерывное базальтовое волокно.

Характеристики каждого из них приведены ниже.

Штапельное короткое волокно

Если слово «штапельное» в первую очередь ассоциируется у вас с тканью, то сразу скажем, что наше волокно к той ткани имеет крайне опосредованное отношение. Все дело в немецком слове stapel, одно из значений которого — это «пучок волокон». И каждый раз, когда что-то делается на основе коротких волокон, их называют… штапельными, независимо от того, из камня они или из хлопка с вискозой.

Цилиндр для труб из базальтовых волокон. Фото ПРОМСТРОЙКОМПЛЕКТ

Итак, штапельные волокна — это небольшие по длине каменные волоконца, от 5 до 12 мм, диаметром от 6 до 12 микрон.

То есть расплав сначала раздувают, получая более длинные волокна, а потом рубят под стандарт, который используется для изготовления разнообразной теплоизоляционной продукции — от матов до цилиндров. Для того, чтобы вата превратилась в готовую продукцию, ее надо сформовать и проклеить. Либо же прошить, но это уже другая технология.

Короткие волокна показали наилучшие характеристики в отношении теплоизоляции и шумоизоляции. Собственно, это и предрешило их судьбу.

Базальтовое супертонкое волокно (БСТВ): технические характеристики

Прежде чем мы перейдем к техническим характеристикам базальтового супертонкого волокна, стоит рассказать о том, как оно получается.

Собственно, сначала получается обычное «толстое» волокно (не забываем, что речь идет о толщине в несколько микронов!). Это первая стадия процесса. А потом надо это самое «толстое» волокно сделать более тонким, то есть растянуть его. Растянуть же его получится только раздувом с помощью сильно нагретых газов.

Собственно, главное, что характеризует данный вид базальтовых волокон, это их длина и толщина. Толщина варьируется от полмикрона до 3 микрон, а длина может достигать 50 мм. Ну, по сравнению с непрерывным волокном это маловато, конечно, но на свойствах сильно сказывается.

На что влияет длина волокна? Прежде всего на вибростойкость изготовленных из него материалов. То есть любая ударная нагрузка или тряска плох сказывается на утеплителе, который сделан из коротких волокон, но увеличение их длины тут же улучшает эту характеристику. Поэтому, кстати, до появления БСТВ у стекловаты не было конкурентов в утеплении транспорта (там, где уместна минвата).

Термический диапазон эксплуатации частично зависит от химического состава исходного сырья. Чем больше в нем кремнезема (относительно больше, потому что его избыток способен существенно снизить максимальную температуру эксплуатации), тем выше верхний порог. Скажем, для обычного базальта это +600 градусов, а для чуть более кислой его разновидности — +800, разница ощутима. Причем заметьте, что речь идет о постоянной эксплуатационной температуре, а не разовом нагреве!

Свойства непрерывного базальтового волокна (БНВ)

А вот этот вид продукции из базальта можно считать прорывом. Мы говорили выше, что тонкие каменные волокна ломки, но свойства непрерывного базальтового волокна кардинально отличается от них! Разработчикам этой технологии удалось добиться такой гибкости и прочности на разрыв, что их изобретение стало основой для тканей из камня!

В общем, это действительно заслуживает восхищения. Оказывается, для этого нужно было вдумчиво подойти к составу шихты и переработать систему фильеров, через которые подается расплав. Фильерные питатели изготовлены из сплава с платиной и родием.

Есть три вида БНВ по толщине:

  • от 8 до 11 микрон;
  • от 12 до 14 микрон;
  • от 16 до 20 микрон.

Длина одного такого волоконца измеряется в километрах! От 25 до 50 и даже больше километров.

БНВ — это основа для получения разнообразных композитных и армирующих материалов, а также нитей и тканей. Обо всем этом речь пойдет дальше.

Общие свойства всех видов базальтовых волокон

Всем им присуща высокая стойкость как в отношении агрессивных химических сред, так и в отношении высокой температуры и даже открытого огня.

Морская вода абсолютно нипочем материалам, изготовленным из них, если речь не идет о минвате, потому что любая вода снижает ее теплоизоляционные свойства.

Базальтовая вата. Фото Теплострой

Биологическое заражение, например, плесенью отрицается в принципе. Но вот это, кстати, сомнительно. Если плесени и нечего есть в самом базальте, то это же не значит, что она не может просто на нем жить — живет же она на столь же несъедобном бетоне! Впрочем, доверимся мнению тех, кто знает больше.

Итак, негорючие, тугоплавкие, химически инертные — они не могут не быть востребованы современной промышленностью.

Базальтовая нить

Базальтовая нить — это продукт переработки БНВ. О ней мы уже рассказывали в этой статье. Если пересказать ее вкратце, то нити бывают либо из директ-ровинга, то есть в том виде, в каком они были вытянуты из расплава и намотаны на шпиндели, либо же из строщенного ровинга — это когда несколько директ-ровингов соединяются в одну нить, либо же это будет крученая нить, которая получается из строщенного ровинга кручением. Все три вида находят применение, правда, в разных областях.

Об одной такой области стоит упомянуть отдельно, потому что применение это можно даже назвать экзотическим.

Базальтовая нить для забора

Мы не знаем, кто первый додумался использовать базальтовую нить для забора. Но со временем это стало в каком-то смысле даже стилистическим приемом оформления. В самом деле, если вы посмотрите на то, что предлагают на рынке, то зачатки дизайнерского вкуса в этом определенно чувствуются.

Смысл базальтового забора, вероятно, в том, чтобы поменьше о нем заботиться. Материал негорючий, инертный, в том числе и индифферентный к ультрафиолету, чего не скажешь о большинстве современных материалов. То есть поставил такой забор и забыл о нем надолго. А если учесть, что вам еще и гарантируют полвека жизни таких нитей…

Фото забора предоставить нет возможности. На фото базальтовая нить для забора. Стройинжиниринг

Технология из того, что можно рассмотреть, не вполне понятна. Похоже на то, что для его изготовления используются жгуты или ленты. Дальше источники, которые мы нашли, говорят о нагреве, который делает базальтовую нить пластичной, и некой «натуральной смоле», которая скрепляет нити в узоры. Что ж, поверим на слово.

Базальтовая мебель

Аналогичные ажурные конструкции используются и при изготовлении мебели и предметов интерьера. Технология та же самая, только авторы пользуются возможностью выстлать своим «кружевом» разнообразные поверхности, придавая ему необходимую форму перед застыванием клея.

Фото мебели предоставить нет возможности, но с ее достоинствами и внешним видом возможно ознакомиться в видео.

Базальтовая лента

Базальтовая лента — это полоска базальтовой ткани, используемая для изоляции объектов, допускающих обматывание ею, как бинтом. Может выполнять задачи утягивания и бандажирования там, где нужен термостойкий материал, а может быть теплоизолятором, препятствуя потерям тепла, скажем, при прохождении теплоносителя по трубам небольшого диаметра. Также может пригодиться в качестве термостойкого электроизолятора. Еще базальтовую ленту используют в качестве уплотнителя.

Диапазон рабочих температур от -200 до +600, +700 градусов. Есть ленты с гарантией до +1200 градусов, что не может не удивлять, если знать, что температура плавления базальта ниже этой цифры. (Либо это кремнеземная лента, а продавец не в курсе.)

Разумеется, на все производные материалы, сделанные из базальта, распространяется стойкость к агрессивной химии.

Поставляются ленты в бухтах, ширина ленты от 30 до 50 мм, длина вариативна, бывает, что фасуются по 10, 15 метров, в бухте может быть 50 м. Вообще, габариты и цены зависят от производителя.

Базальтовая лента для глушителя

Базальтовая лента для глушителя применяется чаще всего для того, чтобы газы внутри трубы не охлаждались. Мы не станем принимать ничью сторону в вопросе эффективности данного трюка для увеличения мощности, наша задача просто проинформировать вас о возможностях применения данного материала.

Базальтовая лента. Фото Огнеза

Итак, что делает базальтовая (или кремнеземная — еще лучше) лента? Она термоизолирует газы, которые выходят из двигателя и двигаются наружу, проходя коллектор и глушитель. Эффект от этого двойной: с одной стороны газы в трубе не теряют много тепла, быстро проходят по трубам, конденсат не образуется, а с другой стороны, все, что находится по соседству от этих труб, не перегревается, особенно летом, когда атмосфера не способствует охлаждению.

Кроме того, базальтовые ленты считаются звукоизоляторами. Ну, положим, что с матами базальтовой ваты их путать все же не стоит, но конкретно в случае с глушителем и коллектором это может быть и правдой. Звон после обмотки исчезает, в подтверждение чего смотрите ролик:

Как ее применять? Да, в общем, просто: обмотать трубу в один, а то и два-три слоя, закрепить витки металлическими хомутами или проволокой, вот и все.

Но нас, разумеется, волнует вот какой вопрос: а каково металлу труб в ситуации длительного нагрева до очень высоких температур? Вообще, ему свойственно выгорать при такой термонагрузке — стенки топок стальных печей выгорают. Трубы делаются из черного металла, нержавейки и титана. Черный металл — это углеродистые, ржавеющие стали, их защищают жаропрочными и антикоррозионными красками. Но надолго ли хватит такой защиты? У кого есть опыт — расскажите для тех, кто только собирается обматывать глушитель или коллектор термоизоляцией.

Базальтопластиковая арматура

Вот это интересная тема. Железная арматура в бетоне, конечно, долгое время не имела себе равных по надежности и доступности, но время-то идет, и те минусы, которые неизбежны при использовании железа, а именно: его окисление, с последующим разрушением того, что его окружает, потому что объем ржавчины всегда больше объема исходного железа, этих минусов стало возможно избежать, если использовать… нержавеющую арматуру из композитных материалов, один из компонентов которых — базальтовое волокно.

Но ничто не совершенно, к сожалению, и плюсам базальтопластиковой арматуры сопутствуют такие минусы, которые не позволяют ей полностью вытеснить армирование бетона металлом.

Базальтопластиковая арматура. Фото Армпласт

Поясним. Главным минусом базальтопластика является отсутствие жесткости и упругости. Следствием этого становится то, что для достижения прочности бетона, армированного сталью, нужно использовать в 4 раза больше базальтопластиковой арматуры.

К минусам также относится и то, что связующие вещества базальтопластика существенно понижают температуру, при которой такая арматура теряет свои несущие свойства.

Температурный предел базальта — 1150 градусов, а арматуры из него — всего 300. При том, что для стали предел — 500 градусов. Проблема решится, когда изобретут более термостойкое связующее. (Впрочем, мы же понимаем, что бетон еще надо нагреть как-то до 300 градусов, чтобы арматура в нем потеряла несущие свойства, а это труднодостижимо.)

Кстати, без специальных добавок тот пластик, что входит в состав арматуры из базальта, становится хрупким уже через пару десятков лет эксплуатации, поэтому стоило бы брать такую арматуру только у тех производителей, кому действительно можно доверять.

С другой стороны, есть плюсы, которые не менее важны. Базальтопластиковая арматура — это диэлектрик. В этой связи она не создает никаких помех для электромагнитного излучения, в ней не образуются блуждающие токи и магнитные поля.

Также стоит упоминания то, что бетон и эта арматура из камня и смолы обладают близкими коэффициентами теплового расширения, поэтому все изменения происходят почти одинаково, а следовательно, не возникает напряжений и разрушений. (Сталь, как ни странно, тоже близка бетону по тепловому расширению.)

Да, и в отличие от стальной, базальтовая арматура обладает куда более низкой теплопередачей, поэтому в холодное время года в бетоне не образуются так называемые «мостики холода».

Базальтовая арматура. Фото Строительные инновации

Прежде чем описать производство базальтовой арматуры, следует описать ее строение и состав — именно эти вещи определяют технологию изготовления.

Базальтовая арматура — это пучок базальтовых волокон (ровинга), скрепленный пластиком в единый стержень. Вокруг этого стержня навит другой пучок волокон — эта сплеточная нить, она аналогична выступам на металлической арматуре и увеличивает сцепление между арматурой и бетоном. Сплеточная нить также скреплена пластиком и прочно соединена со стержнем.

Один из вариантов состава арматуры следующий:

  • ровинг;
  • смолы;
  • сплеточная нить;
  • ацетон;
  • этиловый спирт;
  • дициандиамид.

Базальтовый ровинг. Фото Каменный век

Связующие могут быть различные виды смол:

  • кремнийорганические;
  • фенолформальдегидные;
  • эпоксидные;
  • полиамидные;
  • полибензимидазоловые;
  • полибензотиозоловые.

От используемой смолы зависит технология ее отвержения. Но технологическая линия для производства базальтопластики ничем не отличается от показанного в ролике процесса производства стеклопластика (меняется только ровинг):

В ролике вы видите, как подающийся ровинг пропитывается смолой, затем обвивается сплеточной нитью, после чего проходит через оборудование для отвержения смолы. Готовая арматура нарезается и упаковывается.

Фибра базальтовая для бетона

Бетон, конечно, сделал нашу цивилизацию. Просто представьте себе, сколь трудоемок был бы прежний способ строительства из камня или дерева. Но все же сам бетон далек от совершенства. Цементный камень в его основе не обладает достаточной прочностью, чтобы противостоять всем нагрузкам, возникающим в процессе эксплуатации. К тому же никто не в состоянии учесть все нагрузки. Поэтому мысль двинулась в направлении повышения прочности бетона.

Сначала додумались добавлять в бетон металлическую стружку. Это неплохой вариант, потому что дисперсные частицы равномерно распределяются в объеме, принимая на себя нагрузку, которая раньше доставалась цементному камню. Но железо есть железо, и его встреча с водой заканчивается предсказуемо.

Фибра базальтовая 12 мм. Фото Геостиль

Фибру в бетон тоже пытались добавлять, но толк из этой идеи появился только в наше время. Фибра в переводе с латыни и есть «волокно». Следовательно, состав может быть разным. Так и есть. Наиболее популярны на сегодняшний день варианты с полипропиленовой и базальтовой фиброй. Также все еще добавляют стружку и резаную проволоку. А вместо базальта порой используется стекловолокно.

Первые два достаточно эффективны, что доказано длительным применением фибры в дорожном и капитальном строительстве на протяжении десятилетий по всему миру. Принцип мы уже изложили: рассеянные частицы, в данном случае — волокна, принимают на себя нагрузку от бетона по касательным, проходящим по линии раздела между волокном и цементом. Это происходит по всему объему смеси, что выгодно отличает данное распределение нагрузки от распределения по армирующему каркасу из металлических стержней.

Применение фибры позволяет частично или даже полностью отказаться от использования металлической арматуры!

Однако стоит учесть, что максимальная польза от применения фибры будет только в том случае, если в точности соблюдать существующие технологии, использовать фибру конкретной длины и толщины, в пропорции, заданной для конкретного вида бетона.

Сама несущая способность бетона находится в прямой зависимости от объемной доли фибры в его составе. Переармирование так же плохо, как недоармирование.

Фибра базальтовая CemFibra R. Фото Леруа Мерлен

Чем короче волокна, тем меньше увеличение прочности.

В общем, перейдем к сравнению того, что лучше: фибра базальтовая или полипропиленовая.

Фибра базальтовая или полипропиленовая — что лучше?

Фибра базальтовая для бетона — это нарубленный базальтовый ровинг (см. выше), длина волокон может быть различной, в зависимости от настройки оборудования. Вообще, они могут быть в диапазоне от 1 до 150 мм.

Фибра полипропиленовая — полимерные волокна белого цвета, имеющие длину от 6 до 50 мм.

Теперь сравним справочные характеристики того и другого материала:

 Фибра полипропиленоваяФибра базальтовая
СоставПолипропиленБазальт
Плотность волокна, кг/м39102800
Температура плавления, °С1601450
Стойкость к щелочам и коррозииНизкаяВысокая
Предел прочности при разрыве, МПа150-200450-600
Модуль упругости, МПа4000-6000>100 000

Как видите, полипропиленовая фибра по всем параметрам уступает базальтовой. Что же происходит при добавлении той и другой в бетон? В обоих случаях уменьшается трещинообразование, повышается прочность, сокращается количество микротрещин, а следовательно, повышается морозостойкость и водостойкость. Глубина проникновения растворов извне сокращается с 20 до 2-3 мм.

Однако мы ознакомились с результатами испытаний, которые говорят следующее: хотя прочность повышается в случае добавления любой фибры, наибольших значений это улучшение достигает в случае добавления базальтовой и металлической фибры (последняя плоха в долгосрочной перспективе).

Вид использованного волокнаДозировка фибры, % по объемуУвеличение прочности %
Базальтовое, длина 12 мм0,1-0,25 % по объему262
Пропиленовое, длина 55 мм0,1-0,2 % по объему111
Аморфнометаллическое, длина 30 мм, стальное, 54 мм0,1-2,0 % по объему277
Базальтовое 4, 6, 15 мм0-5 % по объему210

Данная таблица наглядно показывает, что у пропиленового волокна наименьшие показатели процентного увеличения прочности среди сравниваемых. Возможно, популярность именно этого волокна связана с его бюджетностью, возможностью добавления на любой стадии, хорошим размешиванием? Но у базальтового волокна проблем со всем перечисленным тоже нет.

В общем, свойства базальтового волокна лучше полипропиленового, а прочность бетона с ним выше.

Где купить

В одной из компаний, которые представлены в соответствующих разделах нашего сайта, возможно купить арматуру, ленту, нить, ткань, фибру.