О базальтовом волокне

Технический прогресс прошлого столетия в определяющей степени был связан с созданием и широким применением композиционных материалов на основе стеклянных, углеродных, керамических и химических волокон. Сегодня эти материалы и изделия из них окружают нас повсюду. Вместе с тем, производство этих волокон и материалов является экологически опасным как для природы, так и для людей, и требует серьезной защиты.

По этим причинам уже сегодня во многих странах мира запрещено производство и использование канцерогенного асбеста, считавшегося ранее незаменимым, а также строительных материалов на основе металлургических шлаков.

Последнее обстоятельство обусловило крайне осторожную и длительную по времени (около 30 лет) работу ученых и специалистов по созданию новых альтернативных дешевых материалов и экологически чистых изделий на их основе, способных заменить как «вредные», так и дорогостоящие волокна и изделия на их основе в реально возможных областях применения.

Наиболее приемлемым сырьем для получения нового класса волокон с уникальными свойствами показали себя горные породы — базальты. Базальты — это высокостабильные по химическому и минералогическому составу экструзивные магматические горные породы, запасы которых в мире практически не ограничены и составляют от 25 до 38% площади, занимаемой на Земле всеми магматическими породами. Они являются продуктами вулканической деятельности третичного и четвертичного периода и реже — юрского и мелового. Более древние, разрушенные и измененные процессами хлоритизации «палеотипные» базальты выделяются под названием диабазов (Урал, Карелия, Кавказ). Хлорит придает им зеленоватую окраску, вследствие чего они носят название зеленокаменных толщ. Известен также амфиболит, образующийся за счет средних и основных магматических пород ряда габбро-базальтов (Урал, Казахстан, Кавказ, Кольский полуостров, Восточная Сибирь, Украина и т. д.). Также может быть использован более легкоплавкий порфирит. Следует отметить, что все эти горные породы применялись и применяются в основном в строительстве, в виде щебня при подсыпке автомобильных и железных дорог, в качестве наполнителя при получении бутобетона и т. п.

Базальтовые волокна получают из однокомпонентного сырья (базальта) при одностадийном технологическом процессе, что обуславливает их более низкую (на 15 — 20%) себестоимость по сравнению, например, со стекловолокнами и во много раз более низкую по сравнению с другими перечисленными выше волокнами, производимыми по многостадийным технологическим схемам. При этом из 1 кг базальтового сырья получается практически тот же 1 кг готового базальтового высококачественного волокна. Сами установки для производства базальтовых волокон являются экологически чистыми, компактными и в процессе работы не выделяют никаких промышленных отходов; в атмосферу уходят только продукты полного сгорания природного газа, прошедшие предварительное охлаждение в рекуператорах и очистку в фильтрах.

Качество получаемого базальтового волокна определяется точным составом многокомпонентной шихты, который является коммерческой тайной любого производителя. Дело в том, что базальт не имеет более-менее определенного минералогического состава, а, следовательно, ему не присущи и определенные физические характеристики. Так, плотность базальтов колеблется ориентировочно от 2800 до 3200 кг/м3, а прочность на сжатие — от 110 до 500 МПа.

Базальтовые волокна обладают уникальными свойствами: высоким уровнем физико-механических и химических свойств, повышенной стойкостью в агрессивных средах и к вибрациям, долговечностью (не менее 100 лет), стабильностью свойств при длительной эксплуатации в различных условиях, хорошей адгезией к различным связующим, что, в свою очередь, определяет их как перспективный материал для получения новых композиционных материалов — базальтопластиков и изделий из них различного назначения.

Эти волокна работоспособны в широком диапазоне температур от -260 до +700°С, при которых разрушаются углеродные (+600…800°С) и стеклянные (ниже -60°С и выше +500°С) волокна. Базальтовые волокна экологичны, не выделяют опасных для здоровья людей веществ в воздушной и водяной средах, негорючи, взрывобезопасны. Они полностью заменили канцерогенный асбест во всех областях его применения, превосходя его по всем свойствам, в том числе по теплоизоляционным более чем в 3 раза. Базальтовые волокна уверенно и объективно вытесняют из подавляющего большинства сегментов рынка и стеклянные волокна. Основным и практически единственным сдерживающим фактором широкого применения и распространения базальтовых волокон и изделий сегодня является крайне низкий объем их реального промышленного производства в России и на Украине. Только эти два государства бывшего СССР в полной мере обладают секретами ключевых «базальтовых» технологий, имеют собственные промышленные производства, внутренний и внешний рынки. За последние годы разработчиками этих технологий выполнен ряд существенных научно-исследовательских работ по оптимизации существующих и наработке новых технологий, как в области производства волокон, так и в области их дальнейшего использования для создания «чисто» базальтоволокнистых и базальтокомпозиционных и гибридных материалов и изделий.

Материалы и изделия 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, нефтеперерабатывающей 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 большой химии. Ведущие ученые различных стран по праву считают базальтовые волокна основой материаловедения XXI века и прочат им самое большое будущее в дальнейшем развитии мирового технического прогресса. В ряде развитых стран это научно-техническое направление включено в категорию приоритетных. Базальтоволокнистые композиционные и гибридные материалы и технологии фигурируют в разделе «Новые материалы и химические продукты» «Перечня приоритетных направлений развития науки и техники и критических технологий Федерального уровня», утвержденного Правительственной комиссией по научно-технической политике Российской Федерации.