Qu'est-ce que la fibre de basalte ?
La fibre de basalte est une fibre continue constituée de roche de basalte naturelle comme matière première principale.Après avoir fondu à 1450-1500 ℃, il est étiré à grande vitesse à travers une douille d'étirage en alliage platine-rhodium.La couleur est généralement brune et a un éclat métallique.Il est composé d'oxydes tels que le dioxyde de silicium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de calcium, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de fer et le dioxyde de titane.La fibre de basalte possède de nombreuses propriétés excellentes telles que la haute résistance, l'isolation électrique, la résistance à la corrosion, la résistance aux hautes températures, l'anti-vieillissement, etc., et elle a une bonne compatibilité avec l'environnement et ne produit pas de pollution secondaire.Il s'agit donc d'un véritable nouveau matériau éco-performant pour la protection de l'environnement.
mon pays a répertorié la fibre de basalte comme l'une des quatre principales fibres (fibre de carbone, fibre d'aramide, polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé, fibre de basalte) pour le développement clé.Les besoins de l'aviation et d'autres domaines ont de larges perspectives d'application.
Le processus de production de la fibre de basalte
La roche de basalte naturelle formée par l'éruption volcanique est utilisée comme matière première, broyée et placée dans le four de fusion, chauffée à un état fondu de 1450 ~ 1500 ° C et rapidement étirée à travers une douille de tréfilage en alliage platine-rhodium et fibre de basalte est produit de cette manière.
En bref, le processus de fabrication de la fibre de basalte consiste à "dessiner" la roche dure de basalte volcanique en soie à haute température.
Le diamètre de la fibre de basalte produite par la technologie existante peut atteindre 6 ~ 13 μm, ce qui est plus fin qu'un cheveu.
Son processus de production est illustré dans la figure ci-dessous.
Magma en fusion
Dessin
En tant que substance de silicate inorganique amorphe, la fibre de basalte a une courte période de production, un processus simple, pas d'eaux usées industrielles ni de gaz résiduaires et une valeur ajoutée élevée.Il est connu comme le « nouveau matériau vert » du 21e siècle.
Excellente performance de la fibre de basalte
Les fibres de basalte continues naturelles pures sont de couleur dorée et se présentent sous la forme de cylindres lisses avec une section parfaitement circulaire.La fibre de basalte a une densité et une dureté élevées, elle présente donc une excellente résistance à l'usure et à la traction.La fibre de basalte est une substance amorphe et sa température de service est généralement de -269 ~ 700 ° C (le point de ramollissement est de 960 ° C).Il est résistant aux acides et aux alcalis, a une forte résistance aux UV, une faible hygroscopicité et une bonne résistance à l'environnement.En outre, il présente les avantages d'une bonne isolation, d'une filtrabilité à haute température, d'une résistance aux radiations et d'une bonne perméabilité aux ondes, d'une stabilité aux chocs thermiques, d'une propreté environnementale et d'un excellent rapport performances structurelles/qualité structurelle.
Matières premières en quantité suffisante
La fibre de basalte est fabriquée par étirage après la fusion du minerai de basalte, et les réserves de minerai de basalte sur la terre et la lune sont assez objectives, et le coût des matières premières est relativement faible.
Matériaux respectueux de l'environnement
Le minerai de basalte est un matériau naturel, aucun bore ou autre oxyde de métal alcalin n'est rejeté pendant le processus de production, donc aucune substance nocive n'est précipitée dans la fumée et la poussière, et il ne polluera pas l'atmosphère.De plus, le produit a une longue durée de vie, il s'agit donc d'un nouveau type de matériau de protection de l'environnement actif vert à faible coût, haute performance et propreté idéale.
Haute température et résistance à l'eau
La plage de température de fonctionnement de la fibre de basalte continue est généralement de -269 ~ 700 ° C (le point de ramollissement est de 960 ° C), tandis que celle de la fibre de verre est de -60 ~ 450 ° C, et la température de fonctionnement maximale de la fibre de carbone ne peut atteindre que 500 °C.Surtout lorsque la fibre de basalte travaille à 600°C, sa résistance après rupture peut encore conserver 80% de sa résistance d'origine ;lorsqu'elle fonctionne à 860°C sans retrait, même la laine minérale avec une excellente résistance à la température ne peut conserver à ce moment que la résistance après rupture.50%-60%, la laine de verre est complètement détruite.La fibre de carbone produit du CO et du CO2 à environ 300°C.Les fibres de basalte peuvent conserver une résistance élevée sous l'action de l'eau chaude à 70 °C, et les fibres de basalte peuvent perdre une partie de leur résistance après 1200 h.
Bonne stabilité chimique et résistance à la corrosion
La fibre de basalte continue contient des composants tels que K2O, MgO) et TiO2, et ces composants sont extrêmement bénéfiques pour améliorer la résistance à la corrosion chimique et les performances d'étanchéité de la fibre, et jouent un rôle très important.Comparé à la stabilité chimique de la fibre de verre, il présente plus d'avantages, en particulier dans les milieux alcalins et acides.La fibre de basalte peut également maintenir une résistance plus élevée dans une solution saturée de Ca(OH)2 et des milieux alcalins tels que le ciment.Propriétés de corrosion alcaline.
Haut module d'élasticité et de résistance à la traction
Le module d'élasticité de la fibre de basalte est de : 9100 kg/mm-11000 kg/mm, ce qui est supérieur à celui de la fibre de verre sans alcali, de l'amiante, de la fibre d'aramide, de la fibre de polypropylène et de la fibre de silicium.La résistance à la traction de la fibre de basalte est de 3800 à 4800 MPa, ce qui est supérieur à celui de la fibre de carbone à gros remorquage, de l'aramide, de la fibre PBI, de la fibre d'acier, de la fibre de bore et de la fibre d'alumine, et est comparable à la fibre de verre S.La fibre de basalte a une densité de 2,65 à 3,00 g/cm3 et une dureté élevée de 5 à 9 sur l'échelle de Mohs, elle a donc une excellente résistance à l'usure et à la traction.Sa résistance mécanique dépasse de loin celle des fibres naturelles et des fibres synthétiques, c'est donc un matériau de renfort idéal, et ses excellentes propriétés mécaniques sont à la pointe des quatre fibres hautes performances.
Excellente isolation phonique
La fibre de basalte continue a d'excellentes propriétés d'isolation acoustique et d'absorption acoustique.On peut savoir à partir du coefficient d'absorption acoustique de la fibre à différentes fréquences que son coefficient d'absorption acoustique augmente de manière significative à mesure que la fréquence augmente.Par exemple, si le matériau insonorisant en fibre de basalte d'un diamètre de 1-3 μm (densité 15 kg/m3, épaisseur 30 mm) est sélectionné, la fibre ne sera pas endommagée dans des conditions de fréquence audio de 100-300 Hz , 400-900 Hz et 1200-7 000 Hz.Les coefficients d'absorption acoustique des matériaux sont 0. 05~0.15, 0. 22~0.75 et 0,85~0,93, respectivement.
Propriétés diélectriques exceptionnelles
La résistivité volumique de la fibre de basalte continue est d'un ordre de grandeur supérieur à celle de la fibre de verre E, et elle possède de bonnes propriétés diélectriques.Bien que le minerai de basalte contienne un oxyde conducteur avec une fraction massique de près de 0,2, après un traitement de surface spécial avec un agent mouillant spécial, la tangente de perte diélectrique de la fibre de basalte est inférieure de 50% à celle de la fibre de verre, et la résistivité volumique de la fibre est également supérieur à celui de la fibre de verre.
Compatibilité du silicate naturel
Il a une bonne dispersion avec le ciment et le béton, une forte force de liaison, un coefficient de dilatation et de contraction thermique constant et une bonne résistance aux intempéries.
Faible hygroscopicité
L'hygroscopicité de la fibre de basalte est inférieure à 0,1 %, ce qui est inférieur à celui de la fibre d'aramide, de la laine de roche et de l'amiante.
Faible conductivité thermique
La conductivité thermique de la fibre de basalte est de 0,031 W/m·K -0,038 W/m·K, ce qui est inférieur à celui de la fibre d'aramide, de la fibre de silicate d'aluminium, de la fibre de verre sans alcali, de la laine de roche, de la fibre de silicium, de la fibre de carbone et de l'acier inoxydable. acier.
Comparée à d'autres fibres, la fibre de basalte présente d'excellentes performances à bien des égards.
| Article | Fibre de basalte continue | Fibre de carbone | Fibre d'aramide | Fibres de verre |
| Densité/(g•cm-3) | 2.6-2.8 | 1.7-2.2 | 1.49 | 2.5-2.6 |
| Température de fonctionnement/℃ | -260~880 | ≤2000 | ≤250 | -60~350 |
| Conductivité thermique/(W/m•K) | 0,031-0,038 | 5-185 | 0,04-0,13 | 0,034-0,040 |
| Résistance volumique/(Ω•m) | 1×1012 | 2×10-5 | 3×1013 | 1×1011 |
| Coefficient d'absorption acoustique /% | 0,9-0,99 | 0,8-0,93 | ||
| Module élastique/GPa | 79.3-93.1 | 230-600 | 70-140 | 72,5-75,5 |
| Résistance à la traction/MPa | 3000-4840 | 3500-6000 | 2900-3400 | 3100-3800 |
| Diamètre du monofilament/um | 9-25 | 5-10 | 5-15 | 10-30 |
| Allongement à la rupture/% | 1.5-3.2 | 1.3-2.0 | 2.8-3.6 | 2.7-3.0 |
Application de fibre de basalte
Invisible
La fibre de basalte présente les caractéristiques de haute résistance et de résistance aux hautes et basses températures, ce qui convient parfaitement aux exigences des matériaux de surface des avions et des missiles.En même temps, il présente les caractéristiques d'absorption des ondes et de perméabilité magnétique, ce qui peut réaliser l'invisibilité radar.Ainsi, la fibre de carbone de basalte peut remplacer partiellement la fibre de carbone pour les avions furtifs et les missiles.
Blindé
À l'heure actuelle, les fibres de polyéthylène de poids moléculaire ultra élevé sont généralement utilisées pour les gilets pare-balles, qui ont une faible résistance à la chaleur, et leur résistance et leur module diminueront sous la fusion à haute température des balles, ce qui affectera l'effet pare-balles.En revanche, la fibre de basalte a une forte résistance aux hautes températures, donc ce problème n'existe pas.
Aérospatial
La fibre de basalte a une faible conductivité thermique et une bonne ignifugation.La plage de température de travail est de -269 ° C à 700 ° C, ce qui résiste aux températures élevées et basses.Pour répondre aux exigences élevées en matière de matériaux dans le domaine aérospatial, la plupart des matériaux aérospatiaux russes sont fabriqués à partir de ce matériau.
Applications dans le domaine de l'ingénierie routière
La fibre de basalte présente les avantages d'une résistance élevée à la traction, de bonnes propriétés mécaniques, d'une résistance aux hautes températures, d'une protection contre les UV, d'une résistance aux acides, d'une résistance aux alcalis, d'une résistance au sel et d'une résistance au vieillissement.Comparé à d'autres fibres, ses performances globales sont meilleures et il répond également aux exigences des matériaux dans le domaine de l'ingénierie routière.Par conséquent, de plus en plus de produits en fibre de basalte ont été utilisés dans l'ingénierie routière ces dernières années.
Isolation thermique, résistance à la température, champ de protection contre l'incendie
La fibre de basalte a les caractéristiques de résistance aux hautes températures et peut être tissée dans un tissu ignifuge, qui est utilisé dans certains domaines de protection contre les incendies.Il peut également être tissé dans un sac filtrant à haute température pour une filtration à haute température et un dépoussiérage.De plus, il peut également être transformé en feutre aiguilleté, utilisé dans certains domaines de l'isolation thermique.
Secteur de construction
Utilisant l'excellente résistance à la corrosion de la fibre de basalte, elle peut être mélangée avec du vinyle ou de la résine époxy par pultrusion, enroulement et autres procédés pour créer un nouveau type de matériau de construction.Ce matériau a une résistance élevée, une excellente résistance aux acides et à la corrosion, et peut être utilisé dans le génie civil à la place de certaines barres d'acier.De plus, le coefficient de dilatation de la fibre de basalte est similaire à celui du béton et il n'y aura pas de contrainte de température importante entre les deux.
Domaine automobile
La fibre de basalte a un coefficient de frottement stable et peut être utilisée dans certains matériaux améliorant le frottement, tels que les plaquettes de frein.En raison du coefficient d'absorption acoustique élevé, il peut être utilisé sur certaines parties intérieures pour obtenir l'effet d'isolation acoustique et de réduction du bruit.
Domaine pétrochimique
La résistance à la corrosion de la fibre de basalte lui confère des avantages uniques dans le domaine pétrochimique.Les plus courants sont l'enroulement de tuyaux haute pression combinés à de la résine époxy, qui ont un double effet de conservation de la chaleur et d'anti-corrosion.
Bien que les fibres de basalte présentent encore des problèmes tels que de grandes fluctuations de la composition minérale, des coûts de production élevés et une faible efficacité de production, ces problèmes sont à la fois des défis et des opportunités pour le développement et l'utilisation des fibres de basalte.
Avec la percée de la technologie d'étirage de la fibre de basalte domestique, les performances de la fibre de basalte sont plus stables, le coût est inférieur et ses perspectives d'application sont très larges.
Heure de publication : 14 décembre 2022