الیاف بازالت

فروش الیاف بازالت

الیاف بازالت چیست؟

با گسترش روز افزون کاربردهای الیاف های مصنوعی هر روزه صنایع بیشتری به الیاف بازالت علاقمند میشوند. گستره کاربردها متنوع تر میشود و برخی از کاربردها تولید کالای دارای ارزش افزوده را در بر می گیرد. با توجه همگان به سمت فرآیندهای تولید الیاف ویژه و صنعتی نظیر الیاف بازالت ،کربن، شیشه، کولار افزایش چشمگیری داشته است. یکی از جدیدترین الیاف مصنوعی با کاربردهای صنعتی الیاف بازالت (Basalt Fiber) می باشد که توانسته به خوبی جایگاه خاص و ویژه خود را در بین الیاف های شیشه و کربن پیدا کند.

بازالت یک سنگ آتشفشانی طبیعی و خنثی با گستره دسترسی در سراسر جهان است. نخستین تلاشها برای تولید رشته های بازالت از مذاب آن در سال ۱۹۲۳ در ایالات متحده آمریکا انجام شد. در خلال جنگ جهانی دوم و به دنبال آن در دهه ۱۹۵۰، با تحقیقات انجام شده در بعضی کشورها، دانش و فنآوری تولید الیاف بازالت پیشرفت کرد ولی هیچگونه محصول تجاری تولید نشد. بازالت یک نوع سنگ سخت، سیاه و ریزدانه آتشفشانی است که از جامد شدن مواد مذاب ماگمای (Magma)  خروجی از لایه های زیرین پوسته کره زمین در سطح رویی و یا بستر دریاها شکل می گیرد.

سنگ بازالت دارای ۴۵ الی ۵۲ درصد اکسید سیلیس، ۱۲ الی ۱۶ درصد اکسید آلومینیوم، ۶ الی ۱۸ درصد اکسید آهن، ۱۰ الی ۲۰ درصد فلزات قلیایی خاکی و ۲ الی ۸ درصد سایر فلزات قلیایی می باشد. ساختار بلوری بازالت نیز عمدتاً از (Plagioclase) مانند آلبیت (Albite) و آنورتیت (Anorthite) و پیروکسن (Pyroxene) عمدتاً اوگیت (Augite) تشکیل شده است.

فنآوری موجود تولید الیاف بازالت، بسیار شبیه فنآوری مورد استفاده در تولید الیاف شیشه E است. تفاوت اصلی در فنآوری در این است که الیاف شیشه E از مخلوط پیچیده ای از مواد ساخته میشود در حالیکه الیاف بازالت از ذوب سنگ بازالت بدون هیچ افزودنی تولید میشود. مواد پایه بازالتی هیچ مشکلی برای محیط زیست ایجاد نمی کنند و خطرناک نیستند.

 برتری ها و کاربردهای الیاف بازالت

الیاف بازالت دارای ترکیب بی نظیر با ویژگی های فنی بالا از جمله مقاومت در مقابل خوردگی و حرارت می باشد. این ویژگی ها به علاوه قیمت پایین الیاف بازالت این امکان را برای الیاف بازالت فراهم می کند که در رقابت با الیاف شیشه مانند الیاف شیشه نوع S موفق باشد.

الیاف بازالت با توجه به خواص ویژه خود جایگزین شیشه E، شیشه با استحکام بالا و سایر انواع ویژه الیاف شیشه میشوند. این ویژگی ها عبارتند از:

  • استحکام کششی ۲۵-۲۰ درصد بالاتر از شیشه E
  • استحکام کششی ۱۵-۱۰ درصد بالتر از شیشه E
  • مقاومت شیمیایی بهترنسبت به شیشه E معمولی
  • گستره دمایی وسیع تر تا ۵۸۰ درجه سانتی گراد
  • مقاومت در مقابل خوردگی و حرارت
  • بی ضرر بودن برای محیط زیست و دفع و بازیافت آسان تر پلاستیک های تقویت شده با الیاف بازالت (BFRP) نسبت به GFRP

الیاف بازالت از نظر استحکام کششی، بین شیشه E و شیشه با استحکام بالا قرار دارد و از نظر مدول کشی تقریباً معادل شیشه با استحکام بالا و حتی کمی بهتر است. زیان نرساندن به محیط زیست و بازیافت پذیری بهتر آن نیز باید مورد توجه قرار گیرد.

 

انواع گوناگون رووینگ، الیاف سوزنی و رشته های تابیده بازالت در دسترسند. گونه های مختلف مواد بافته شده و نبافته، پارچه های تک جهته و چندمحوره نیز قابل عرضه اند. تمام این محصولات، با انواع گوناگون رزین همانند اپوکسی، فنلیک، پلی استر و وینیل استر سازگارند.

زمینه های کاربردی محصولات الیاف بازالت، با توجه به ویژگی های خاص این الیاف فوق العاده گسترده است. ازجمله صنایع خودرو، لوازم ورزشی، قایق سازی، پره های توربین بادی و مهندسی عمران.

در صنعت خودرو، الیاف سوزنی، پارچه ها و رووینگ های با کیفیت بالای بازالت در تولید کپسول های  CNG، لنت ترمز، انباره اگزوز، پوشش سقف اتاق و دیگر قطعات داخلی به کار گرفته میشوند. مهم ترین نیازهای این صنعت عبارتند از ویژگیهای مکانیکی بالا و بازیافت الیاف آسان.

رووینگ بازالت با توجه به ویژگیهای مکانیکی بالای خود، برای تولید لوازم ورزشی گوناگون از جمله اسکی، اسنوبرد و دوچرخه بسیار مناسب است.

در کاربردهای قایق سازی و پره توربین بادی، رووینگ های بازالت برای تولید پارچه های بافته، تک جهته و چندمحوره به کار می روند. در این بخش، مقاومت خوردگی بالا و یژگیهای مکانیکی بالای بازالت نقش اصلی را ایفا می کنند.

گستره وسیعی از محصولات نیز را برای تقویت بتن در دسترس است ازجمله رووینگ های با استحکام بالا برای قطعات پالترودی تحت بار و میله های تقویت کننده بتن، پارچه های بافته بازالتی(Geogrids) برای تقویت جاده و زمین و شبکه های گچ اندودبرای بازسازی و تقویت دیوار. ویژگیهای مکانیکی بالا، مقاومت به خوردگی، گستره دمای وسیع تر و ویژگی های عایق سازی بسیار خوب در این بخش بسیار مهمند.

اگرچه انواع محصولات بازالتی هم اکنون موجود است، محصولات و راه حل های جدید هر ساله توسعه می یابند. به عنوان مثال، در سال ۲۰۰۸ محصول جدیدی (مت سوزنی بازالت) به محصولات موجود اضافه شد و پروژه جدیدی نیز برای تولید نوارهای تک جهته بازالت برای پره های توربین بادی در حال اجراست.

مت سوزنی بازالت

تولید این مت ها از ژوئن ۲۰۰۸ آغاز شده است. الیاف بازالت به صورت مکانیکی شکل داده شده و به نرمی توسط یک دستگاه پانچ سوزنی برای تولید مت فشرده میشود. سپس الیاف موجود در متبه وسیله همان تارهای بازالتی که درون مت با سوزن های کشیده شده اندبه هم متصل میشوند. مت به دست آمده هیچگونه رزین و چسبی ندارد.

قطر الیاف بازالت بیش از ۱۰-۹ میکرومتر است و هیچگونه خطری ازنظر تنفسی ندارند. قطر تک رشته های پشم شیشه و پشم سنگ که به طور گسترده در ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرند کمتر از ۹ میکرومتر است، بنابراین تنها با اعمال بعضی استرهایی که از انتشار این تارها به درون محیط زیست جلوگیری می کنند در ساختمان سازی به کار گرفته میشوند.

در ساخت مت های سوزنی بازالت از الیاف با قطر تک رشته ایمن استفاده میشود. این مت ها حاوی رشته های سرطان زای آزبست یا چسب های فنلیک خطرناک نیستند و در نتیجه میتوانند به عنوان مواد عایق ساز صوتی و حرارتی سازگار با شرایط سخت بهداشتی و ضدآتش طبقه بندی شوند. بازالت گستره دمایی کاری وسیع تر و مقاومت شیمیایی بهتری نسبت به شیشه E دارد که مت بازالت را یک ماده بسیار ارزشمند میسازد.

تولید محصولات ضدآتش

تولید محصولات ضدآتش با این ماده شروع شده است و نوارهای تک جهته بازالت برای پره های توربین بادی بخش انرژی رونق زیادی در سراسر جهان داردو انرژی بادی نقش مهمی در رشد انرژی های تجدیدپذیر دارد. تاکنون انرژی بادی پرکاربردترین شکل انرژی تجدیدپذیر بوده و گسترش آن شتاب یافته است. واحدهای جدید تولید توربین بادی هرساله تأسیس و پره هایی با طول بیشتر ساخته و نصب میشوندتا مقدار انرژی تولیدی به وسیله توربین ها افزایش یابد.

در حال حاضر سازندگان پره توربین بادی از الیاف شیشه E استفاده می کنند. صنعت انرژی بادی برای افزایش بازده انرژی توربین های موجود دائماً به دنبال مواد ارزان و به راحتی در دسترس با ویژگیهای مکانیکی بالاتر هستند. الیاف بازالت باکیفیت، دارای مدول و استحکام کششی ۲۰-۱۵ درصد بالاتر هستند در نتیجه ازنظر ویژگیها نزدیک به شیشه با استحکام بالا و سایر الیاف ویژه و حتی کارآمدتر هستند ولی به گرانی این الیاف نیستند. مشخصه های مکانیکی فوق العاده الیاف بازالت نسبت به شیشه E استاندارد، تولید پره های بلندتر با همان مقدار الیاف را ممکن ساخته است و این یعنی افزایش بازده انرژی.

چندین شرکت به طور فعال الیاف بازالت را برای تولید پره های توربین بادی آزمایش می کنند. پروژه جدیدی هم برای تولید نوارهای بازالت تک جهته ویژه برای پره های توربین بادی در حال انجام است.

گاهی اوقات انتقال مشخصه های مکانیکی بالای الیاف به محصول نهایی (نوار تک جهته، پارچه چندمحوره) مشکل است. بنابراین متغیرهای فرآیند تبدیل باید به دقت انتخاب شوند. الیاف بازالت مدول الاستیک بالاتری دارند و از شیشه E سفت ترند. این ویژگی ها هنگام شکل دهی محصول باید موردتوجه قرار گیرند.

در حال حاضر تحقیقی برای بهینه سازی متغیرهای فرآیند تبدیل رووینگ بازالت به نوار تک جهته، با نگاهی به خلق محصولات متناسب با نیازهای سازندگان پره و توسعه فنآوری بهینه تولید تک جهته، در حال انجام است.

فرآیند تولید الیاف بازالت

ذوب ریسی الیاف بازالت

به طور کلی فرآیند تولید الیاف شیشه و بازالت بسیار شبیه یکدیگر است. در هر دوی این فرایندها، در ابتدا مواد کانی با حرارت بسیار زیاد ذوب شده و توسط کانالهای انتقال دهنده به قسمت ذوب ریسی و صفحات رشته ساز که در این صنعت به جای اسپینرت، به نام بوشینگ (Bushing) شناخته می شوند منتقل می شوند و با عبور از منافذ آنها و جامد شدن در هوای سرد به صورت رشته های لیفی در می آیند. معمولاً بوشینگ ها از آلیاژهای ویژه پلاتین و رودیوم ساخته می شوند که در مقابل عبور مواد مذاب با فشار و تنش بسیار زیاد از منافذ آنها مقاوم باشند. رشته الیاف سرد و جامد شده پس از عبور از کانال کوئنچ ابتدا روغن خورده و سپس بر روی وایندر پیچیده می شود.

برخلاف الیاف شیشه، الیاف بازالت به طور مستقیم و طبیعی از یک نوع سنگ تولید می شوند و به همین دلیل ترکیب اصلی آن وابسته به منبع تهیه آن سنگ می باشد و امکان دخالت در ترکیبات آن بسیار کم می باشد. ترکیب شیمیایی این سنگ مهمترین پارامتر موثر بر فرایند بوده و تاثیر مستقیمی بر ویسکوزیته مذاب و دمای فرایند دارد. از طرف دیگر خصوصیات مکانیکی و همچنین پایداری شیمیایی الیاف به ترکیب ساختاری و شیمایی آن بستگی دارد.

بطور کلی ویسکوزیته مذاب به نسبت مولی اکسیدهای اصلی سازنده سنگ بستگی دارد و طبق فرمول زیر محاسبه می شود:

Mv = (XSiO2 + XAl2O3) / (2XFe2O3 + XFeO + XCaO + XMgO + XK2O + XNa2O)

برطبق این فرمول افزایش میزان اکسید سیلیس و اکسید آلومینیوم منجر به افزایش ویسکوزیته مذاب و در نقطه مقابل افزایش میزان اکسید آهن، اکسید کلسیم، اکسید منیزیم، اکسید پتاسیوم و اکسید سدیم منجر به کاهش ویسکوزیته مذاب می شود.

مهمترین ویژگی الیاف بازالت سهم بسیار زیاد اکسید آهن Fe2O3 و FeO در ترکیب آن می باشد که منجر به تیره بودن مذاب بازالت می شود.

کاربرد های الیاف بازالت

الیاف بازالت را می توان جایگزین الیاف شیشه نوع E با خصوصیات مکانیکی، حرارتی و شیمیایی بسیار بهتر نسبت به آن عنوان نمود. به همین دلیل کاربردهای این الیاف تقریباً با یکدیگر مشابه می باشد.

از الیاف بازالت به صورت رووینگ و نخ در ساخت پره توربین های بادی، مخازن تحت فشار و با استحکام بالا (صنایع نفت و گاز)، لوله های انتقال مواد شیمیایی و هم چنین مخازن نگهداری مواد شیمیایی، استفاده میگردد. از پارچه های با بافت های مختلف (ساده، ساتین و …) در تولید بدنه خودروها، قایق، کشتی و … نیز استفاده می شود. ریسمان و طنابهای بازالتی تهیه شده از نخهای بافته شده، از مقاومت حرارتی عالی و ضریب حرارتی کم و انعطاف پذیری بالا برخوردار بوده و به همین دلیل در پانل های بتونی و لوله نیروگاه ها و همچنین صنایع شیمیایی، هوایی و کشتی سازی بکار برده میشوند.

نمدهای بازالتی با جذب بالای صدا و انرژی صوتی، با پوشش پارچه ای به عنوان عایق صوتی بسیار مناسب در کارخانجات تولیدی، هواپیماها، توربین ها و … بکار برده می شوند.

مهمترین برتری الیاف شیشه نسبت به الیاف بازالت قابلیت تغییر و اصلاح در میزان ترکیبات تشکیل دهنده آن می باشد که تاثیر مستقیمی در بهینه سازی خصوصیات الیاف نهایی و تطبیق آنها با نیاز مصرف کننده دارد. به همین دلیل تاکنون انواع مختلفی از الیاف شیشه ابداع شده اند که هرکدام از آنها جهت کاربرد ویژه ای مناسب هستند. به عنوان مثال بیشتر بودن میزان اکسید سیلیس و اکسید آلومینیوم در شیشه نوع S منجر به بهبود ثبات حرارتی و مدول یانگ آن و بیشتر بودن اکسید روی در شیشه نوع AR منجر به کاهش حساسیت این الیاف نسبت به محیط های قلیایی گشته است.

خصوصیات الیاف بازالت

  • دسته بندی خصوصیات الیاف بازالت بسیار سخت و پیچیده می باشد و با توجه به محل تامین سنگ اولیه، خصوصیات این الیاف می تواند بسیار متنوع باشد و حتی در بعضی موارد معادن مختلف یک محل نیز سنگهایی با ترکیبات ساختاری متفاوت دارند.
  • به طور کلی زیاد بودن میزان اکسید آلومینیوم و اکسید سیلیس منجر به افزایش استحکام کششی و مدول یانگ می شود و افزایش میزان اکسید آهن منجر به بهبود مقاومت حرارتی و هدایت الکتریکی خواهد شد.
  • همچنین زیاد بودن اکسیدهای فلزی نظیر سدیم، منیزیم، آلومینیوم، پتاسیم، کلسیم و آهن منجر به کاهش مقاومت در محیط اسیدی می شود و جهت بهبود مقاومت در محیط قلیایی معمولاً بایستی یه میزان اکسید سیلیس افزود.
  • هرچند که به دلیل عدم توانایی جهت انتخاب میزان ترکیبات تشکیل دهنده الیاف بازالت با محدودیت مواجه هستیم، اما هم چنان می توان گفت که از لحاظ تجاری این الیاف نسبت به الیاف شیشه دارای برتری های بالقوه قابل ملاحظه ای هستند.
  • در حال حاضر الیاف شیشه با وجود خواص مکانیکی، حرارتی و شیمیایی پایین تر نسبت به الیاف بازالت بیش از ۹۵% بازار تولید مواد کامپوزیتی را در اختیار دارند که با گسترش فعالیتهای تحقیقاتی بر روی الیاف بازالت و به دلیل ارزانی مواد اولیه آن پیش بینی می شود در آینده ای نزدیک این روند تغییر یابد.

الیاف بازالت در صنایع کشتی و قایق سازی

قایق سازان با استفاده از الیاف بازالت می توانند از مهمترین مزایای الیاف بازالت که ویژگی کششی و  استحکام آنها می باشد، که به طور قابل ملاحظه ایی مانند الیاف شیشه ای نوع E عمل می کنند و همچنین گاهی الیاف بازالت با الیاف شیشه ایی نوع S  هم  ارتباط تنگاتنگ دارند. بنابراین استفاده از الیاف بازالت به جای الیاف کربن و الیاف شیشه مستحکم  به طور قابل توجه ایی باعث کاهش هزینه ها می شود. وقتی از جایگزینی مناسب الیاف شیشه ایی نوع E در سازه برای تحمل بار استفاده می شود، الیاف بازالت هم باعث استحکام بیشتر ، هم باعث کاهش وزن می شود.

قایق سازان علاوه بر خواص مکانیکی بالای الیاف بازالت، ویژگی مقاومت بالا در مقابل آب دریا، حرارت و عایق صوتی و همچنین سازگاری با محیط زیست را از این الیاف بدست می آورند. این الیاف در بافت ترکیب شده و منسوجات چند محوری دارای فرآیند پذیری خوبی می باشند و همچنین و درنهایت نیز سبب کاهش وزن قایق می شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تحصیل در بلاروس