3.1.1 Производство непрерывного базальтового волокна

По своим механическим характеристикам непрерывное базальтовое волокно (БНВ) занимает промежуточное положение между стекловолокном и углеродными волокнами при относительно невысокой цене. Это вызывает все больший интерес к этому продукту со стороны композитного рынка.

Фактически, на сегодня существует несколько разных типов технологий производства базальтового волокна, отличающихся конструкцией печей и питателей, оборудованием охлаждения, намотки и т.д. Но, принципиально, технологический процесс производства БНВ у всех производителей представляет собой следующее:

1. Подготовка щебня

2. Плавление базальтового щебня и получение расплава;

3. Гомогенизация расплава и подготовка его к выработке;

4. Выработка расплава через фильерный питатель;

5. Вытяжка волокна;

6. Нанесение замасливателя;

7. Намотка на бобины.

Базальт по своей природе является одной из разновидностей стекла. Стекло - неорганическое твердое аморфное тело, получаемое путем переохлаждения расплава стекломассы и обладающее, по мере постепенного увеличения вязкости, механическими свойствами твердых кристаллических тел. Стекло занимает промежуточное место между жидкими и кристаллическими веществами. Стекло не плавится при нагревании подобно кристаллическим веществам, а размягчается, последовательно переходя из твердого состояния в пластическое, а потом в жидкое.

При температурах от 700 до 1250 0С происходит кристаллизация базальтового стекла, которая обусловлена минералогической памятью. Процесс формирования непрерывного волокна происходит при температурах от 1450 до 1250 0С

Непрерывное волокно получают непрерывным вытягиванием расплавленного стекла через фильеры с последующей намоткой на вращающийся кег. Процесс формирования волокна из расплава через фильеры определяется:

1. Вязкостью стекла

2. Характером изменения вязкости при изменении температуры,

3. Уровнем поверхностного натяжения,

4. Скоростью кристаллизации

5. Температурой верхней границы кристаллизации.

Для получения непрерывного волокна необходимо использовать базальтовое сырье с малой скоростью кристаллизации. При этом желательно, чтобы верхняя граница кристаллизации была как можно ниже.

Базальтовое стекло должно иметь достаточно широкий интервал выработки, то есть температурный интервал, в котором технологические свойства стекла, главным образом вязкость, имеют необходимые значения и не подвержены резким изменениям. Желательно чтобы разница между конечной и начальной температурами выработки составляла не менее 100 0С. Интервал выработки, в основном, определяется интервалом вязкости 103,6-107,6 пуаз, то есть изменением вязкости от состояния текучести до состояния затвердевания.

Стекломасса при высокой вязкости обладает повышенной сопротивляемостью при растяжении, что приводит к необходимости увеличения вытягивающего усилия и может привести к обрыву волокна.

По мере увеличения температуры расплава его вязкость понижается и может достигнуть столь малых значений, при которых силы поверхностного натяжения способствуют формованию стекла в виде капель вместо вытягивания его в непрерывное волокно.

В интервале между этими крайними состояниями стекломассы имеется область рабочей вязкости, в пределах которой осуществляется процесс волокнообразования. Для разных пород базальтового сырья область рабочей вязкости разная.

Таким образом, для производства качественного базальтового непрерывного волокна, обладающего высокими механическими свойствами и имеющего низкий уровень обрывности, необходимо не только правильно подобрать сырье, но и создать оптимальный технологический процесс варки и вытяжки.