Sợi basalt

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới điều hướng Bước tới tìm kiếm

Sợi basalt là một vật liệu được làm từ sợi basalt cực kỳ mịn, bao gồm các khoáng chất plagioclase, pyroxeneolivine. Nó tương tự như sợi thủy tinh, có đặc tính cơ lý tốt hơn sợi thủy tinh, nhưng rẻ hơn đáng kể so với sợi carbon. Nó được sử dụng làm vật liệu chống cháy trong ngành hàng không vũ trụ và ô tô và cũng có thể được sử dụng làm vật liệu tổng hợp để sản xuất các sản phẩm như chân máy ảnh.

Sản xuất[sửa | sửa mã nguồn]

Công nghệ sản xuất BCF (Sợi bazan liên tục) là một quá trình gồm một giai đoạn: nấu chảy, đồng nhất hóa bazan và chiết tách sợi. Đá bazan chỉ được làm nóng một lần. Việc xử lý thêm BCF thành vật liệu được thực hiện bằng "công nghệ lạnh" với chi phí năng lượng thấp.

Sợi bazan được làm từ một vật liệu duy nhất, đá bazan nghiền nát, từ nguồn khai thác được lựa chọn cẩn thận.[1] Đá basalt có độ axit cao (hàm lượng silica trên 46% [2]) và hàm lượng sắt thấp được coi là mong muốn cho sản xuất sợi.[3] Không giống như các vật liệu tổng hợp khác, chẳng hạn như sợi thủy tinh, về cơ bản không có vật liệu nào được thêm vào trong quá trình sản xuất. Đá bazan chỉ được rửa sạch và sau đó tan chảy.[4]

Việc sản xuất sợi bazan đòi hỏi phải nung chảy đá bazan nghiền nát và rửa sạch ở khoảng 1.500 °C (2.730 °F). Đá nóng chảy sau đó được đùn qua các vòi nhỏ để tạo ra các sợi tơ bazan liên tục. Các sợi bazan thường có đường kính dây tóc nằm trong khoảng từ 10 đến 20 đốt, đủ xa so với giới hạn hô hấp của 5 mỏm để biến sợi bazan thành một sự thay thế phù hợp cho amiăng.[5] Chúng cũng có mô đun đàn hồi cao, tạo ra cường độ riêng cao gấp ba lần thép.[6][7][8] Sợi mỏng thường được sử dụng cho các ứng dụng dệt chủ yếu để sản xuất vải dệt. Sợi dày hơn được sử dụng trong cuộn dây tóc, ví dụ, để sản xuất xi lanh hoặc ống CNG. Sợi dày nhất được sử dụng cho pultrusion, geogrid, vải đơn hướng, sản xuất vải đa trục và ở dạng sợi băm nhỏ để gia cố bê tông. Một trong những ứng dụng tiềm năng nhất cho sợi bazan liên tục và xu hướng hiện đại nhất hiện nay là sản xuất thép thanh bazan ngày càng thay thế thép cây truyền thống trên thị trường xây dựng.[9]

Đặc tính[sửa | sửa mã nguồn]

Bảng đề cập đến nhà sản xuất cụ thể sợi bazan liên tục. Dữ liệu từ tất cả các nhà sản xuất là khác nhau, sự khác biệt đôi khi là giá trị rất lớn.

Đặc tính Giá trị[10]
Sức căng 2.8–3.1 GPa
Mô đun đàn hồi 85–87 GPa
Độ giãn dài khi nghỉ 3.15%
Mật độ 2.67 g/cm³

So sánh:

Vật liệu Mật độ
(g/cm³)
Sức căng
(GPa)
Cường độ cụ thể
Mô đun đàn hồi
(GPa)
Mô đun
cụ thể
Steel re-bar 7.85 0.5 0.0667 210 26.7
A-glass 2.46 2.1 1.35 69 28.0
C-glass 2.46 2.5 1.35 69 28.0
E-glass 2.60 2.5 1.33 76 29.2
S-2 glass 2.49 4.83 1.94 97 39.0
Silicon 2.16 0.206–0.412 0.0954–0.191
Quartz 2.2 0.3438 0.156
Sợi carbon (lớn) 1.74 3.62 2.08 228 131
Sợi carbon (vừa) 1.80 5.10 2.83 241 134
Sợi carbon (nhỏ) 1.80 6.21 3.45 297 165
Kevlar K-29 1.44 3.62 2.51 41.4 28.8
Kevlar K-149 1.47 3.48 2.37
Polypropylene 0.91 0.27-0.65 0.297–0.714 38 41.7
Polyacrylonitrile 1.18 0.50-0.91 0.424–0.771 75 63.6
Basalt fiber 2.65 2.9–3.1 1.57–1.81 85–87 32–33

[cần dẫn nguồn]

Loại vật liệu[11] Mô đun đàn hồi Năng suất căng Sức căng
E (GPa) fy (MPa) fu (MPa)
Thanh thép đường kính 13-mm 200 375 560
Thanh thép đường kính 10-mm 200 360 550
Thanh thép đường kính 6-mm 200 400 625
Thanh thép đường kính 10-mm 48.1 - 1113
Thanh thép BFRP đường kính 6-mm 47.5 - 1345
Tấm thép BFRP 91 - 2100

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ “Research surveys for basalt rock quarries | Basalt Projects Inc. | Engineering continuous basalt fiber and CBF-based composites”. Basalt Projects Inc. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2017. 
  2. ^ De Fazio, Piero. “Basalt fiber: from earth an ancient material for innovative and modern application”. Italian national agency for new technologies, energy and sustainable economic development (bằng tiếng Anh và Italy). Truy cập ngày 17 tháng 12 năm 2018. 
  3. ^ Schut, Jan H. “Composites: Higher Properties, Lower Cost”. www.ptonline.com. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2017. 
  4. ^ Ross, Anne. “Basalt Fibers: Alternative To Glass?”. www.compositesworld.com. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2017. 
  5. ^ “Basalt Fibers from continuous-filament basalt rock”. basalt-fiber.com. 
  6. ^ B. Soares, R. Preto, L.Sousaa, L. Reisa (tháng 2 năm 2016). “Mechanical behavior of basalt fibers in a basalt-UP composite” (PDF). ScienceDirect. 
  7. ^ Sharma, Piyush (tháng 1 năm 2016). “AN INTRODUCTION TO BASALT ROCK FIBER AND COMPARATIVE ANALYSIS OF ENGINEERING PROPERTIES OF BRF AND OTHER NATURAL COMPOSITES”. ResearchGate. 
  8. ^ Jeong-Il Choi and Bang Yeon Lee (tháng 10 năm 2015). “Bonding Properties of Basalt Fiber and Strength Reduction According to Fiber Orientation”. Materials 8 (10): 6719–6727. Bibcode:2015Mate....8.6719C. PMC 5455386. PMID 28793595. doi:10.3390/ma8105335. 
  9. ^ “Some aspects of the technological process of continuous basalt fiber”. novitsky1.narod.ru (bằng tiếng en-US). Truy cập ngày 21 tháng 6 năm 2018. 
  10. ^ “Archived copy”. Bản gốc lưu trữ ngày 29 tháng 12 năm 2009. Truy cập ngày 29 tháng 12 năm 2009. 
  11. ^ Ibrahim, Arafa M.A; Fahmy, Mohamed F.M; Wu, Zhishen (2016). “3D finite element modeling of bond-controlled behavior of steel and basalt FRP-reinforced concrete square bridge columns under lateral loading”. Composite Structures 143: 33–52. doi:10.1016/j.compstruct.2016.01.014.