УП Наполнители. Федеральное агентство по образованию

• Название: Федеральное агентство по образованию
• Анкор: УП Наполнители.doc
• Дата: 12.05.2017
• Размер: 8.75 Mb.
• Имя файла: УП Наполнители.doc
• Тип: Учебное пособие; #7461
• страница: 16 из 23

_{Полученные из базальтов различных месторождний волокна были исследованы на устойчивость к воздействию кипящих агрессивных сред (таблицы 16.9, 16.10).
Таблица 16.9 - Устойчивость БВ к воздействию агрессивных сред [6].}

Среда	Базальт Новотуринского участка		Диабаз Пехтышского участка	Базальт Берестовецкого месторождения	Базальт Марнеульского месторождения
	Проба I	Проба II
Диаметр волокна, мкм	8,8	8,7	9,3	9,2	8,4
Потери массы, мг Устойчивость, % (0,5N) NaOH	14,4 99,6	10,4 99,7	11,3 99,6	9,8 99,7	11,4 99,6
Потери массы, мг Устойчивость, % (2N) NaOH	200,6 93,6	120,6 96,1	274,0 91,7	232,2 92,9	177,8 94
Потери массы, мг Устойчивость, % (2N) HCl	644,1 79,5	460,4 85,1	1143,6 65,5	888,6 71,3	531,9 82,2
Потери массы, мг Устойчивость, мг	1542 50,9	1478,3 52	1548,4 53,2	921 71	1302,9 56,5

_{В таблице 16.11 и на рисунках 16.2-16.5 приведены данные по изменению прочностных характеристик БВ под воздействием агрессивных сред (солевые растворы, кислотные и щелочные среды). Испытаниям были подвергнуты моноволокна, полученные из расплава в газовых печах непрерывным (фильерным) способом (ровинг диаметром 9,5 – 10,5 мкм); фильерным способом с последующим раздувом воздуха при нормальной температуре (волокна диаметром до 13 мкм); из расплава, полученного в индукционных высокочастотных (до 1,76 МГц) электропечах (ТВЧ) с последующим раздувом воздухом при нормальной и повышенной (300 - 400°С) температурах (волокна диаметром 3,8 – 15 мкм).
Таблица 16.10 - Устойчивость БВ к воздействию агрессивных сред [6].}

		H2O		(0,5N) NaOH		(2N) NaOH		(2N) HCl
Волокно	Диаметр волокна, мкм	Потери в массе, мг на 5000 см3	Химическая устойчи-вость, %	Потери в массе, мг на 5000 см3	Химическая устойчивость, %	Потери в массе, мг на 5000 см3	Химическая утойчивость, %	Потери в массе, мг на 5000 см3	Химическая утойчи-вость, %
ВРВ из базальта месторождения Янова долина	11,0	14,8	99,63	65,2	98,3	287,2	92,8	921,2	76,9
СТВ из базальта месторождения Янова долина	1,0	12,5	96,53	16,1	95,56	151,0	48,0	221,1	39,1
ВРВ из диабаза Исачковского месторождения	13,9	22,5	99,5	93,3	97,7	346,0	92,0	2618,8	23,8
СТВ из диабаза Исачковского месторождения	1,8	22,15	96,1	152,4	73,0	230,2	59,1	364,8	35,0
ВРВ из амфиболита месторождения Тальное	8,7	29,6	99,06	169,2	94,6	526,8	83,3	1910,8	38,8
ВРВ из базальта месторождения Ромны	10,4	10,0	99,7	38,0	98,9	349,0	90,7	1882,0	49,9
ВРВ из базальта месторождения Хайна-Чохрак	9,0	40,3	98,6	129,3	95,5	500,9	82,7	-	-

_{Таблица 16.11 - Изменение прочности на разрыв БВ после их пребывания в органических жидкостях [6].}

Волокно ВРВ	Исходная	Прочность, МПа после 3 мес. обработки
	прочность, МПа	в этиловом спирте	в бензоле	в ацетоне	в уксусной кислоте
Из базальта месторождения Янова долина	940	750	900	720	500
Из диабаза Исачковского месторождения	1020	800	970	760	360

_{Термическая обработка также оказывает влияние на прочность волокон (рисунок 2.6). При нагреве до 600}⁰_{С и последующем охлаждении БВ незначительно снижают прочность (на 5 - 20%), в то время, как стеклянное волокно в этих условиях разрушается. При дальнейшем повышении температуры прочность БВ резко уменьшается, и при 700}⁰<sub>С составляет 30 - 50% от исходной в зависимости от месторождения базальта. При более высоких температурах БВ разрушаются, что связано с их кристаллизацией.

Водо- и щелочестойкость БВ до и после термообработки достаточно высоки и изменяются сравнительно мало.



1 – ВРВ из базальта месторождения Янова Долина; 2 – ВРВ из Исачковского диабаза; 3 – минеральное волокно Воскресенского завода; 4 – РПВ стеклянное Мерефянского завода;

5 – минеральное волокно Советского завода.
Рисунок 16.6 - Влияние термообработки на прочность волокон [6].
Базальтовые волокна, так же как и углеродные, разрушаются практически идеально упруго (рисунок 2.7) и характеризуются достаточно стабильными механическими свойствами (таблица 2.12)



1 – РБН (б) 13 – 1200; 2 – РБ – 10 – 1000; 3 – РБК – 600; 4 – раздув горячим воздухом;

5 – фильерный способ; 6 – раздув воздухом при нормальной температуре;

7,8 – УКН – 5000.
Рисунок 16.7 - Диаграмма растяжения углеродных и базальтовых волокон [5].
Статистические показатели стабильности свойств и коэффициенты вариации значений диаметров поперечного сечения (Vd) и модуля упругости (VE) для базальтового ровинга (таблица 16.12) имеют относительно низкие значения.
Таблица. 16.12 - Механические свойства БВ [5].</sub>

Определяемые	Вид волокна, способ его получения
параметры	Ровинг			«Дуплекс –	Раздув воздухом
волокон	РБН (б) 23 - 1200	РБ 10 - 1000	РБК - 600	процесс»	горячим	при нормальной температуре
Количество моноволокон	20	20	25	23	9	26
Среднее значение диаметра волокна, d, мкм	10,1	10,5	9,5	12,2	6,3	14,8
Коэффициент вариации Vd значений di, %	9,1	13,5	19,2	37,7	47,6	48,0
Среднее значение прочности , МПа	2880,0	1760,0	3470	731,8	840,3	656,3
Коэффициент вариации V значений i, %	44,5	29,5	25,6	102,0	40,4	90,9
Среднее значение модуля упругости E, ГПа	91,9	87,5	86,1	66,8	71,9	34,6
Коэффициент вариации VE значений Ei, %	7,0	9,5	12,7	120,3	27,3	93,4
Среднее значение предельной деформации пред, %	3,29	2,13	4,36	1,12	1,17	1,90
Коэффициент вариации V значений пред, %	44,2	32,7	24,3	26,8	29,8	29,5

<sub>Наличие объемных дефектов, таких как межфибриллярные трещины и пустоты, особенности их распределения в продольном и радиальном направлениях, а также наличие поверхностных дефектов (микротрещин, впадин, наплывов), не оказывая существенного влияния на изменение зависимости от особенностей распределения объемных и поверхностных дефектов, может сильно влиять на прочность волокна при постоянном модуле упругости. Так, коэффициенты вариации предела прочности базальтового ровинга колеблются в пределах 25,6 – 44,5%, а коэффициенты вариации модуля упругости – в пределах 7,0 – 12,7% [5].

Дискретные БВ, полученные с помощью «дуплекс – процесса», а также с использованием индукционных высокочастотных установок с раздувом воздухом при нормальной и повышенной температурах, сильно отличаются по всем параметрам от волокон, изготовленных непрерывным способом (таблица 16.10): их прочность в 2,1 – 5,3 раза уступает прочности ровинга, а модуль упругости – в 1,2 – 2,7 раза.

Аналогичны свойствам СВ: удельное объемное сопротивление (v) 10</sub>¹¹ _{– 10}¹⁸_{Омсм, диэлектрическая проницаемость (ε) 4 – 9 Гц, тангенс угла диэлектрических потерь (tg) 0,001 – 0,013, удельная теплоемкость (Ср) 500 - 800 Дж/кг×К, коэффициент теплопроводности () 0,11 – 0,16 Вт/(м×К), коэффициент линейного термического расширения (2 – 5)·10}^-6 _К^-1_{.
16.3 Текстильные формы базальтоволокнистых наполнителей}
Базальтоволокнистые наполнители для получения полимерных материалов используются как в виде волокон, так и в виде текстильных форм: ровингов, тканей, тканых и нетканых сеток, иглопробивного рулонного материала [7]. В мире в год производится порядка 5 млн.т базальтовой ваты для теплоизоляции и до 1 млн.т волокна [5].

<sub>Комплексная базальтовая нить (ровинг) – это пучок параллельно уложенных элементарных волокон диаметром 9 ± 1 и 12± 1 мкм, скрепленных замасливателем.

Разработаны технологии изготовления крученой базальтовой нити, производства температуростойких тканей и трикотажа на основе ровинга и крученых нитей, температура применения которых составляет от -200 до +700°С. Отработку технологии получения тканей осуществляли на автоматических ткацких пневморапирных станках АТПР - 100 и ТР - 120 – С. Получены базальтовые ткани полотняного переплетения первичного волокна 9 – 12 мкм). В основе использовали ровинг с линейной плотностью по 50 – 250 текс, в качестве утка – ровинг с линейной плотностью 110 – 570 текс.

Технические характеристики крученой нити и тканей из ровинга и крученой нити приведены в таблицах 16.14, 16.15.

При выработке тканей 2-ого типа в качестве основы и утка использовали крученые комплексные нити и крученый ровинг из БНВ диаметром 9 мкм. Нити имели величину крутки 75 и 100 кр/м. Наработаны опытные партии тканей в количестве 1500 м. Совместно с ГипрНИИавиапроп установлено [2], что базальтовая ткань из крученых нитей после длительного воздействия на нее температур 450 и 500</sub>⁰<sub>С имеет остаточную прочность 30 - 63%. При этом, чем меньше диаметр волокна, тем выше остаточная прочность. По сравнению со стеклянной базальтовая ткань обладает длительной термостойкостью до 650°С вместо 400°С. Базальтовые ткани обладают высокой химической стойкостью [2].

Волокна из базальтов создают достаточно прочную и стабильную во времени спутанную структуру даже без дополнительного введения связующего.

Материалы на основе базальтовых волокон обладают высокими конструкционными, теплозвукоизоляционными, диэлектрическими и другими свойствами, позволяющими широко использовать их в различных отраслях промышленности: космической, авиа-, судо-, автомобилестроении, химической, нефтеперерабатывающий и газовой, радиоэлектронной и электротехнической, сельском хозяйстве и транспорте, металлургии и строительстве, в коммунальном хозяйстве мегаполисов и малых городов. Эти материалы успешно конкурируют с металлом, угле- и стеклопластиком, керамикой и другими материалами.
Таблица 16.14 -</sub> Физико–механические свойства базальтовых крученых нитей [7].

Структура нити	Результирующая линейная плотность нити, текс	Разрывная нагрузка, Н	Относительная разрывная нагрузка, мН/текс
Комплексная нить МБ9 - 15	15	9,1	607
Крученая нить: МБ9 – 15*1*2 (75)	30	15,1	503
МБ9 – 15*1*3 (75)	45	23,0	511
МБ9 – 15*1*4 (75)	60	29,0	483
МБ9 – 15*1*5 (75)	75	39,0	520
МБ9 – 15*1*6 (75)	90	46,0	511
МБ9 – 15*1*7 (75)	105	53,0	505
Ровинг МБ9 – 45	45	25,3	562
Крученый ровинг: МБ9 – 45*1*2 (75)	90	47,5	528
МБ9 – 45*1*3 (75)	135	70,2	520
МБ9 – 45*1*4 (75)	180	96,0	511
МБ9 – 45*1*5 (75)	225	126,3	561
МБ9 – 45*1*6 (75)	270	145,0	537
МБ9 – 45*1*7 (75)	315	162,1	515
Партия крученой нити: МБ9 – 13,5*1*8 (100)	106,4	59,7	559
МБ12 – 80*1*3 (75)	240 ± 45	-	230
МБ12 – 160*1*2 (75)	320 ±50	-	300

_{Непрерывные волокна (толщина элементарного волокна – от 7 до 24 мкм):}

• 
  _{При толщине 7 – 15 мкм применяется как армирующий наполнитель при производстве композитов (базальтопластиков) и изделий на их основе с полимерными и неорганическими матрицами.}
  
• 
  _{При толщине 15 – 24 мкм используются как армирующий наполнитель композитов с органическим и минеральным связующим (бетон, асфальт, гипс и т. п.).}
  
• 
  _{Как исходный материал применяется для производства тканей различного назначения (для фильтров, огнезащитной одежды, противопожарных кошм и т. п.), рукавов (армирование труб, защита кабелей и т. п.).}
  

_{Таблица 16.15 - Техническая характеристика базальтовых тканей [7].}

Марка ткани	Линейная плотность основы, текс	Линейная плотность утка, текс	Поверхностная плотность ткани, г/м2	Толщина ткани, мм	Плотность ткани, нитей/см		Разрывная нагрузка полоски ткани размером 25 х 200 мм		Примененное оборудование
					основа	уток	основа	уток
ТБР –1 ТБР –2 ТБР –3 ТБР –4 ТБР -5	50 ± 15 250 ±70 250 ±70 250 ±70 250 ±70	110 228 330 460 577	170 310 366 45 520	0,110 0,230 0,275 0,320 0,380	5,9 6,0 6,0 6,0 6,0	13,0 6,5 6,5 6,3 6,2	20,5 1400 1500 1600 1600	1240 1500 1800 2500 более 2500	АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100
ТБР –6 ТБР –7 ТБР -8	300 ±50 600 ±50 1200 ±100	300 ±50 600 ±50 1200 ±100	400 800	0,295 0,4 0,6	6,0 6,0 6,0	6,0 6,0 6,0	1800 3200 6000	1800 3400 6200	ТР-120-С ТР-120-С ТР-120-С
ТБК –1 ТБК –2 ТБК –3 ТБК –4 ТБК –5 ТБК -6	300 ±30 300 ±30 300 ±30 300 ±30 300 ±30 240 ±45	30 90 105 180 315 320 ±50	160 185 300 320 400 не более 500	0,185 0,220 0,385 0,390 0,595 не более 0,6	6,2 6,0 6,0 6,0 6,0 11 ±2	6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 9 ± 2	1600 1700 1800 1800 1800 не менее 1960	150 500 550 950 1950 не менее 1960	АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100 АТПР-100

_{Базальтовое дискретное волокно (БСТВ) (толщина элементарного волокна 3 – 9 мкм, длина 40 – 60 мм):}

• 
  _{100%-ный асбестозаменитель во всех областях его применения.}
  

_{Применяется}

• 
  _{для производства энергоэффективных теплозвукоизоляционных экологически чистых материалов и изделий;}
  
• 
  _{для производства звукопоглощающих материалов и изделий;}
  
• 
  _{как наполнитель объемноармированных базальтовых композиционных материалов и изделий с различными связующими;}
  
• 
  _{широко применяется в судо-, авиа-, автомобилестроении, строительстве, акустике, а также для повышения огнестойкости и пожарной безопасности объектов.}
  

_{Ровинг является исходным материалом для [7]:}

• 
  _{намотки тел вращения (труб диаметром от 5 до 2000 мм при внутреннем давлении от 0 до 400 атм для транспорта нефти и газа, горячей и холодной воды, химически агрессивных жидкостей, сыпучих тел, кабельной канализации, баллонов низкого и высокого давления);}
  
• 
  _{ровингового долгоживущего прерпрега для производства деталей машин, корпусов сложной формы методами литья под давлением, прессования и т. п.}
  
• 
  _{производства тканей различного назначения: конструкционных, фильтровальных, огнезащитных, электротехнических, кровельных т. д.}
  
• 
  _{производства термохимических радиационных тканевых препрегов для получения базальтокомпозитов и широкой номенклатуры изделий на их основе для машиностроения, авиации, судостроения, строительства и др.}
  

<sub>Базальтовые ткани благодаря высокой химической стойкости могут быть использованы для высокотемпературной изоляции, применяемой в агрессивных средах. А также для замены стеклотканей и тканей на основе асбеста и в качестве оболочек тепло- и звукоизоляции, фильтрующих изделий, наполнителей для конструкционных пластиков.

Сравнительно недавно появились ультратонкие БВ (обладают повышенной прочностью и модулем упругости), которые пока выпускаются в виде ваты и используются в качестве теплоизоляции.

Сетки тканые и нетканые: армирующая основа полимерных и полимер-органических (полимерцементных) композиций, в том числе для получения тонкостенных плоских изделий (плиты, листы, полосы, бруски), изделий пространственной формы (оболочки, складки, скорлупы), включая трубы многофункционального применения для систем водопровода, канализации, газо- и нефтепродуктов, коммуникационных каналов т. д.

Иглопробивной рулонный материал: звукопоглощающие и теплоизоляционные изделия, фильтрующие изделия для жидких и газовоздушных сред, основа для получения тонкостенных изделий и конструкций, костюмы, фартуки, рукавицы для использования в качестве использования в качестве спецодежды в горячих цехах, для пожарников (подобные изделия не горят, не выделяют токсичных веществ при высоких температурах),акустические элементы для снижения шума в производственных помещениях.</sub>
Сфера применений базальтового волокна постоянно расширяется: теплоизоляция для мощных энергетических и криогенных установок, звукоизоляция, волокна малого диаметра с развитой поверхностью используются в качестве фильтров для газов и жидкостей, сорбентов, носителей катализаторов в химических реакторах [2,5,6].

Изделия «гибкие связи» для наружных ограждающих конструкций долж­ны обладать достаточной прочностью и жесткостью для восприятия нагрузок от смещения наружного и внутреннего слоев, иметь низкую теплопроводность, а так как они находятся в условиях повышенной влажности, — высокую коррозионную стойкость. Мате­риалами для них являются композитные соединения, состоящие из минеральных волокон и полимерной матрицы, стойкость которых и определяет коррозионную стойкость композитной арматуры в бетоне [2].

Запасы сырья для производства БВ практически не ограничены, но технологией изготовления непре­рывного базальтового волокна владеют только Россия, Украина и Грузия. В последнее время производители, а главное, потребители строительных материалов и конструкций все больший интерес проявляют к композиционным материалам на основе базальтовых волокон: базальтопластиковые гибкие связи [2] представляют собой стержни круглого сечения, изготовленные из базальтового волокна с применением феноло-формальдегидного связующего методом пултрузии. Базальтопластиковые гибкие связи диаметром 7,5 мм исполь­зуются при производстве трехслойных железобетонных панелей типа «сэндвич».

На основе базальтопластиковой арматуры изготавливаются строительные забивные дю­беля для крепления наружной теплоизоляции в различных фасад­ных системах [2].