133081

Document Sample
133081 Powered By Docstoc
					                                 1

         Базальт – материал будущего.
Что такое базальт, и где он встречается
   Наша Земля – это один большой живой организм. Постоянно на ее по-
верхности происходят землятресения, извержения вулканов, причина кото-
рых – процессы, происходящие в мантии и в самой земной коре. Тонкая
прослойка земной ко-
ры толщиной около 35
километров покоится
на почти 3000 кило-
метровой толще ман-
тии. Непосредственно
под земной корой рас-
полагается магма. Во
время      извержения
вулканов через зем-
ную кору из недр про-
рывается часть этой
раскалённой    жидкой
массы и в виде рас-
плавленной лавы из-
ливается на поверх-
ность. Через какое-то
время она застывает и
образует    вулканиче-
скую горную породу –
тот материал, из которого состоят многие горные образования на планете.
Каков же состав этих горных
пород? Научно доказано, что
большая часть извергаемой ла-
вы состоит в основном из ба-
зальта и гранита.
   Каждая из этих разновидно-
стей пород по-своему уникаль-
на и интересна, но нас сейчас
больше интересуют базальты.
О них дальше и пойдет речь.
   Базальты — самые распро-
странённые магматические по-
роды на Земле, да и на других
планетах. Обычно они черного
или серого цвета. Для базаль-
товых      пород    характерна
«столбчатая» структура. Она возникает вследствие неравномерного остыва-
ния породы. Морской же базальт часто имеет «подушечную» форму.
   По химическому составу базальты на 50 % состоят из кремнезёмов. В
значительных количествах в базальтах также содержатся алюминий, каль-
ций, железо и магний, в меньшем — натрий, калий, титан и фосфор. Очень
часто образования базальта соседствуют с залежами меди и платиноидов. В
мире насчитывается около шестисот месторождений базальта, но не все они
                                  2

равнозначны. Какие-то из месторождений богаче по содержанию базальта.
В каких-то месторождениях базальт лучшего качества.

Области применения материалов из базальта
    Базальт - это уникальный строительный материал, обладающий высо-
кими прочностными, тепло- и звукоизоляционными свойствами. Он практи-
чески не реагирует на перепады температур, устойчив почти во всех агрес-
сивных средах, является прекрасным облицовочным материалом. Издревле
базальт использовался как строительный материал. Также наши далекие
предки создавали из него статуи. Сооружения из этого материала прочные и
долговечные. Но не так много месторождений, где материал имеет цельную
структуру, свободную от трещин. А ведь именно такой базальт может быть
использован как облицовочный материал. Базальт же низкого качества идет
на производство щебня и гравия. Из базальта изготавливают трубы, кисло-
тоупорные химические аппараты и инструменты.
    До сих пор речь шла о традиционном использовании базальта в строи-
тельстве и промышленности, но прогресс неумолим, и человечество стало
открывать новые способы использования этого уникального материала. Из
базальта стали изготавливать волокна. Технология эта была позаимствована
у природы. Первые находки каменных волокон и указания на способ их об-
разования были сделаны исследователями действующих вулканов Гавай-
ских островов, расположенных в центре Тихого океана. Впервые искусст-
венно такие волокна были получены в Англии в сороковых годах 19-го ве-
ка. А в 70-х годах того же столетия этот материал нашел свое практическое
применение в сталеплавильном производстве в качестве теплоизолятора.
Незадолго до Второй Мировой войны ВМС США полностью перешли на ис-
пользование минеральной ваты, как самой безопасной корабельной изоля-
ции.
    В настоящее время наиболее перспективными являются материалы из
непрерывных базальтовых волокон. Базальтовые непрерывные волокна и
материалы на их основе обладают рядом важных и полезных эксплуатаци-
онных свойств:
 •  сохраняют работоспособность при низких (до –260оС) и высоких (до
    +900оС) температурах;
 •  устойчивы к горению;
 •  противостоят действию агрессивных сред;
 •  имеют повышенную водостойкость;
 •  не накапливают радиацию.
    Наибольшее распространение волокнистые базальтовые материалы на-
шли в современном строительстве. Это стало возможно благодаря высокой
химической стойкости, низкому удельному весу, отличным теплоизолирую-
щим свойствам, слабой способности поглощать влагу, высоким механиче-
ским свойствам, хорошим акустическим параметрам.
    Современные технологии позволяют получать тепло- и звукоизоляторы с
различными физико-механическими характеристиками. Это дает возмож-
ность создавать строительные конструкции и покрытия с уникальными свой-
ствами и использовать эти материалы и конструкции почти без ограничений.

   Еще одна из областей применения базальтовых волокон – это конструк-
ционные и армирующие материалы. Среди них базальтопластики листовые,
профильные, трубы и т.д.
                                       3

   Базальтопластики — композиционные материалы, где в качестве ар-
мирующего компонента используются базальтовые нити. Базальтопластики
по основным техническим характеристикам не только не уступают стекло-
пластикам, но и превосходят их по упругости, ударной вязкости и стойкости
к агрессивным средам. Несомненным преимуществом базальтопластиков яв-
ляются также высокие диэлектрические свойства и стабильность основных
качественных характеристик при длительной эксплуатации. Применение ба-
зальтопластиков расширяет ассортимент композиционных материалов со
специальными свойствами на основе базальта, обеспечивающими работо-
способность их в условиях повышенных температур и влажности.
   Базальтовые волокна с успехом могут быть использованы как замени-
тель металлической арматуры в строительных конструкциях, заместитель
асбестовых волокон и других композитов. На их основе могут быть изготов-
лены износостойкие детали: валы, шестерни, стойкие консистентные смаз-
ки. Они способны в полной мере заменить собой более дорогие непрерыв-
ные стеклянные волокна везде, где те применяются как армирующие эле-
менты, существенно снижая тем самым стоимость готовой продукции. Из
таблицы 1, приведённой ниже, видны отличия некоторых волокнистых теп-
ло- и звукоизоляционных материалов.

Табл. 1. Сравнительные характеристики физико-технических свойств силикат-
          ных волоконных тепло- и звукоизоляционных материалов
                                                Материалы
        Свойства         Базальтовое   Стеклянное во- Минеральное
                                                                           ISOVER
                           волокно      локно (URSA)    волокно
 Плотность, кг/м³           25-50          15-50         75-150            50-130
 Температура
                       от -269 до +750 от -60 до +460   от-60 до+400     нет данных
 применения, °С.
 Коэффициент теплопро-
                         0,027-0,035    0,044-0,047      0,04-0,045        0,033
 водности м×ч×град
 Нормальный коэффици-
                           0,9-0,99        0,9-0,99        0,7-0,8       нет данных
 ент звукопоглощения
 Вибростойкость, в %        93-100          85-100          40-50       нет данных
 Паростойкость, в %          до 99       не стойкие       не стойкие    нет данных
 Водоустойчивость в %        до 89           до 90      растворяются    нет данных
 Гигроскопичность в %       0,5-1,0          5-20             20        нет данных
 Коэффициент                                            для фильтров для фильтров не
                            0,7-0,9      нет данных
 фильтрации                                              неприменим    применяется
 Насыщенность                           насыщен до       насыщен до
                         не насыщен                                      0,4м²/м³
 материалом                                  10%             10%
 Формальдегид              не имеет      нет данных      нет данных     0,035мг/м³
  Фенол                    не имеет         до 2%        нет данных      0,01мг/м³
 Пыль стекловолокна        не имеет         до 4%        нет данных       2мг/м³
                        Экологически
 Экологичность                         не экологичен    не экологичен   не экологичен
                            чистый

   Базальтовые чешуйчатые материалы могут успешно применяться как:
антикоррозионные покрытия, защитные посыпки рулонных кровельных ма-
териалов на битумной основе; теплоизоляционные, электроизолирующие и
композиционные материалы.
   Одно из перспективных направлений применения базальтового волокна
– это всевозможные фильтрующие элементы. Сюда можно отнести и фильт-
ры для дренажных гидросистем, и фильтры для очистки и стерилизации
воздушных и газовых сред. Эффективность фильтрации таких фильтров
достигает 99,998%.
                                4

   Базальтопластики являются одними из важнейших представителей груп-
пы композитных пластиков. Высокие физико-механические показатели, а
также стойкость к воздействию агрессивных сред определили их широкое
использование во многих областях промышленности.
   Решение наболевшего вопро-
са «о борьбе с коррозией трубо-
проводов» заключается в переходе
на трубы, состоящие из коррозион-
ностойких материалов. Изготов-
ленные из базальтопластика, они
прочнее стальных в 2-3 раза. Та-
кие трубы выдерживают давление
более 15 МПа. Они легче стальных
в 4-5 раз и имеют гарантированный
срок эксплуатации более 50 лет. А
что касается огнестойкости, то та-
кая труба выдерживает температу-
ры до 1000 градусов.
   Изделия из плавленого базальта
также заслуживают внимания. Такие изделия имеют практически неограни-
ченный срок службы, так как устойчивы к воздействию влаги, разных кис-
лот и щелочей всех концентраций.
Они не нуждаются в защитной ок-
раске,    не    теряют   эксплуа-
тационных качеств из-за атмос-
ферных воздействий. Поэтому во
многих случаях их использование
является намного предпочтитель-
нее, чем использование специаль-
ного чугуна или стали.
   Износостойкие трубопроводы,
выложенные базальтовым литьем
или укором, чаще всего использу-
ются для пневматической транспортировки порошкообразных и мелкозерни-
стых веществ с максимальной скоростью до 22 м/сек или для гидравличе-
ской транспортировки высокоабразивных материалов со скоростью около
2,0 м/сек. Максимальное рабочее давление при этом равно 1,6 МПа.

Перспективные направления в применении базальтов.
   После освоения базовых
технологий     производства
базальтовых нитей открыва-
ется возможность разверты-
вания многочисленных про-
изводств широкой гаммы
изделий из базальтопласти-
ка: от строительной армату-
ры и крепежа до изделий
для ВПК и авиационно-
космической отрасли.
   Следует отметить, что в
                                  5

последнее десятилетие в области пассажирского самолетостроения на Запа-
де произошел технологический переворот, связанный с переходом от ме-
таллических технологий к композитным. Сегодня самолетостроение в Евро-
пе и США от постепенного увеличения процента композитов в конструкции
планера и постепенного накопления опыта применения новых технологий в
области композитных конструкций перешло к созданию полностью компо-
зитных самолетов.
    На А-380 композиты
составляют около 18 %
от общего веса самоле-
та. Главным образом
это углеродное волок-
но или фиброкарбон. В
середине 2003 г. фир-
ма Airbus Industries по-
казала      фотографии
центроплана крыла –
основной силовой кон-
струкции большого са-
молета A380, выпол-
ненного из углепласти-
ка. И уже через не-
сколько месяцев фир-
ма Boeing объявила о
создании нового пассажирского самолета 7Е7 полностью из композитных
материалов. Дальше пошла всех фирма Bombardier, которая заявила, что ее
региональные самолеты и самолеты "бизнес-класса" будут строиться по тех-
нологиям фирмы Boeing, т.е. станут полностью композитными.
    Интересно, что технология использования базальта не для строительства
и облицовки, а для производства всевозмож-
ных труб и трубок впервые была реализована
в Советском Союзе для космической програм-
мы, где требовалась не только лёгкость и
прочность, но и высокая огнестойкость. Тех-
нология такого производства заключается в
том, что при высокой (1500°С) температуре
измельченный базальт плавится, смешивается
с присадками и затем продавливается через
специальное устройство с микроскопическими
отверстиями. Из этого волокна, проклеиваемо-
го эпоксидными смолами, и сплетаются трубы-
тюбинги. Теперь эти космические технологии
находят вполне земное применение.
    Рассмотрим вариант такой конверсии. В на-
стоящее время из базальтовых трубок, после
соответствующей обработки, изготавливают
надежные легкие и прочные штативы. Приме-
ром таких изделий стала новейшая серия шта-
тивов "Gitzo Basalt" всемирно известной фир-
мы Gitzo. Эти штативы обладают высокими по-
требительскими свойствами. Они лучше алю-
миниевых выдерживают различные деформи-
                                  6

рующие усилия на растяжение, сжатие, изгиб. Причем весит такой штатив
на 20 % меньше металлического аналога. На ощупь не бывает слишком хо-
лодным или горячим. А главное, лучше металлических и углепластиковых
изделий поглощает ударные воздействия, надежно фиксируя установленную
на нём камеру.
   Россия имеет приоритет в изготовлении волокон и нитей из базальта, ко-
торые превосходят стеклянные по теплопроводности и жаропрочности в
1,5 раза, по прочности – в 2 раза, по гигроскопичности – в 40 раз. Разру-
шающие напряжения при растяжении базальтового волокна достигают 480
МПа
(у стальной проволоки – 280-350 МПа). Полимерные композитные материа-
лы на основе базальтовых волокон и нитей можно использовать при темпе-
ратурах от -269 до +900°С.
   По физико-химическим свойствам изделия из композиционных материа-
лов на основе базальта превосходят сталь, асбест и другие традиционные
материалы в несколько раз, экологически безопасны, а по химической ус-
тойчивости относятся к первой (высшей) категории.

Перспективные направления в применении базальтов.
   Сейчас бурное развитие переживают нанотехнологии. Они уже вошли в
нашу жизнь и применяются в разных отраслях промышленности, сельском
хозяйстве, медицине, экологии. Мы их просто не замечаем, вернее, не рас-
познаем. С 1976 года в мире зарегистрировано около 90 тысяч патентов в
области нанотехнологий, 63 % из них принадлежат Соединенным Штатам.
   В Советском Союзе нанотехнологиями занималось около 100 институтов.
В России за последние 16 лет в стенах различных НИИ разработаны много-
численные наноматериалы на основе кремнезема и базальта. Самые извест-
ные из разработок – составы для огнетушителей, радиопоглощающие по-
крытия- невидимки (аналог Стелс), знаменитый сорбент силикс, которому
обязаны жизнью тысячи людей, пострадавших в разное время в местах мас-
совых трагедий и экологических катастроф вплоть до наших дней. Также
нашли применение синтезированные особо тонкие и безвредные смазки для
оборудования в пищевой промышленности, наполнители полимеров, лаков,
красок, резины, волокнистые теплоизоляционные материалы, гидрофобизи-
рующие и гидроизолирующие покрытия, системы очистки питьевой воды,
адсорбенты для очистки промышленных стоков, сбора нефтепродуктов,
дисперсный материал для искусственного вызывания атмосферных осадков,
квантоворазмерные материалы для нано- и оптоэлектроники, систем записи
информации и визуализации рентгеновского излучения.
   Для примера возьмём одну из свежих разработок – регенерирующие ма-
ты. Они могут быть использованы для удаления излившихся нефтепродук-
тов с поверхности воды и почвы. Если выражаться научным языком, то это
волокнистый гидрофобизированный сорбент на основе базальтовых воло-
кон, который обладает свойством почти полной регенерации. На практике
это выглядит так: на месте, где по причине аварии была разлита нефть, по-
является специальное спасательное судно и спускает на воду, покрытую
нефтью, маты размером 1х5 м, которые сорбируют нефть. У них удивитель-
ная впитываемость: 10 кг сорбента вбирает до 500 кг нефтепродуктов. За-
тем простым отжиманием (допустим, через валки или центрифугу) нефть
сливается, причем она сохраняет все свои свойства и ее можно пускать в
производство. Маты можно применять не только на воде, но и на почве.
                                 7

Кроме того, такие маты долговечны и после выжигания могут быть исполь-
зованы еще многократно.
   Таких примеров можно привести очень много. Мы находимся только в
самом начале захватывающего пути, и впереди нас ждет много неожидан-
ных открытий. Несмотря на трудности в работе, нанотехнологи продолжают
исследовать вопросы, касающиеся молекулярного производства композит-
ных материалов. Цель такой работы – создание новых технологий и мате-
риалов с совершенно новыми уникальными свойствами, которые смогут из-
менить все наши представления о свойствах вещества, позволят строить до
сих пор невиданные конструкции зданий, инженерных сооружений. Новые
виды транспорта сделают наши путешествия более комфортными, быстры-
ми, безопасными. Благодаря будущим материалам, наши жилища станут
удобнее, экологичнее, экономнее по энергопотреблению. Техника будущего,
созданная из новых материалов по новым технологиям, позволит решать
более сложные задачи по изучению и освоению окружающего нас мира.

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:4
posted:8/25/2011
language:Russian
pages:7