Basalt ist ein vulkanisches Eruptivgestein, das weltweit vorkommt und in der Vergangenheit für architektonische Gussanwendungen wie Fliesen und Platten sowie als Betonzuschlagstoff verwendet wurde. Diese Gesteinsart ist stark, abriebfest und äußerst hitzebeständig. Es wurde auf verschiedene Weise für industrielle und militärische Anwendungen untersucht und genutzt, wobei seine Anwendbarkeit in Kriegszeiten in der Nachkriegszeit eingehend untersucht wurde.
Das erste Patent für die Herstellung von Basaltfasern wurde 1923 von Paul Dhé, einem Franzosen, erteilt und wird seitdem für industrielle Zwecke genutzt. Dieses starke Material kann in dünne Fasern umgewandelt werden, die zu Garnen gesponnen werden, um die Festigkeit zu verstärken und es für zukünftige Verwendungen vorzubereiten.
Aus Basaltfasergarn gewebte Produkte – wie z Basalthülsen, Auspuffband, Basaltseil und Fensterkanaldichtungen aus Basalt– sind sehr stark, flexibel, hitzebeständig und recycelbar, was sie zu vielseitigen Komponenten für Hochtemperaturanwendungen macht, die häufig ähnlichen Materialien wie Glasfaser vorgezogen werden. Zu den üblichen Anwendungen der Abgasisolierung gehören Wärmeverpackungen zur Reduzierung überschüssiger Hitze in Personenkraftwagen und Motorrädern sowie Wärmedämmung zum Abdichten heißer Ofentüren.
Die Geschichte der Basaltfaser
Basaltfasern haben aufgrund ihrer militärischen und industriellen Anwendbarkeit eine bewegte Geschichte, die während des Kalten Krieges besonders relevant wurde, als Beamte der Vereinigten Staaten und der Sowjetunion begannen, die unterschiedlichen Verwendungsmöglichkeiten von Basalt für militärische Hardware zu untersuchen.
Große Basaltformationen konzentrierten sich im Nordwesten der USA, wo die Washington State University Forschungen durchführte, um die chemischen Eigenschaften und den Extraktionsprozess der Basaltfasern besser zu verstehen und ihre Anwendbarkeit zu erweitern. Amerikanische Glasunternehmen wie Corning und Owens waren ebenfalls an der unabhängigen Forschung und Patentbeschaffung rund um Basaltfasern beteiligt, bis in den 1970er Jahren die Basaltfaserforschung aufgegeben wurde, um sich auf andere Glasprodukte wie S-2-Glas oder E-Glas zu konzentrieren.
In Osteuropa führten Gruppen in Moskau, Prag und anderen sowjetischen Städten nach dem Zweiten Weltkrieg ihre eigene Forschung durch, die vom Verteidigungsministerium der UdSSR verstaatlicht wurde und sich auf Kiew in der Ukraine konzentrierte, wo Basaltforschung und Militärprodukte entwickelt, getestet und hergestellt wurden .
Nach dem Fall der Sowjetunion im Jahr 1911 wurde die Forschung freigegeben und der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Beispielsweise war die Basaltfaserforschung für den Ausbau der Basaltbandtechnologie von entscheidender Bedeutung.
Wie wird Basaltfaser hergestellt?
Basaltfasern ähneln Glasfasern und haben ähnliche Produktionsprozesse, weisen jedoch wesentliche Unterschiede auf, die die Herstellung von Basaltfasern letztendlich einfacher machen als die von Glas.
Zunächst wird rohes Basaltgestein zerkleinert, gewaschen, getrennt und in Schmelzbäder in Hochtemperatur-Gasöfen eingespeist. Im Gegensatz zur Glasfaserproduktion, die neben Quarzsand als Hauptbestandteil mehrere Derivate umfasst, werden Basaltfasern aus einem einzigen Basaltmaterial hergestellt. Dadurch wird der Prozess der Materialbeförderung auf einmal in den Ofen rationalisiert, im Gegensatz zur Glasfaserproduktion, bei der jedes enthaltene Material vor der Beförderung in den Ofen separat dosiert werden müsste. Ein Nachteil der Basaltfaserproduktion besteht jedoch darin, dass die Hersteller weniger direkte Kontrolle über die Reinheit und Konsistenz des Rohbasalts haben, weshalb die Beschaffung aus einem Qualitätssteinbruch unerlässlich ist.
Anschließend gelangt zerkleinerter Basalt in den Ofen und wird bei einer Temperatur von 1500 °C/2732 °F verflüssigt. Im Gegensatz zu Glas, das transparent ist, absorbiert undurchsichtiger Basalt Infrarotenergie, anstatt sie zu übertragen. Daher ist es für Überkopf-Gasbrenner, die in herkömmlichen Glasöfen verwendet werden, schwieriger, die gesamte Basaltmischung gleichmäßig zu erhitzen. Bei Überkopfgas muss der schmelzende Basalt im Vergleich zu Glas über längere Zeiträume im Reservoir gehalten werden, um eine homogene Temperatur sicherzustellen.
Als nächstes werden Basaltfilamente durch Platin-Rhodium-Buchsen gebildet, wie es bei Glas der Fall wäre. Während die Filamente abkühlen, wird ein Schlichtemittel aufgetragen und das Material zu einer geschwindigkeitsgesteuerten Faserstreckanlage und dann zu einer Wickelanlage transportiert, wo die Basaltfaser für die zukünftige Verwendung aufgewickelt wird.
Da das Basaltfilament abrasiver ist als Glasfilamente, müssen die Buchsen häufiger ausgetauscht werden und sind teuer. Allerdings haben moderne Buchsen für die Basaltfaserproduktion ähnliche Lebenszyklen wie die für die Glasproduktion.
Nachdem die Faser hergestellt wurde, wird sie in das Endprodukt eingearbeitet, wie z. B. Auspuffhülsen aus Basaltfasern. Während dies die häufigste Anwendung für dieses verarbeitete Material ist, liegt eine weitere häufige Verwendung darin Zuhause und Herd Industrie, wo Seile or Fensterkanaldichtungen genutzt werden.
Während die Basaltfaserproduktion im Endstadium möglicherweise zeitintensiver und kostspieliger ist als die Glasproduktion, sind die für Basalt-Abgasbänder und -hülsen verwendeten Fasern in Verbundwerkstoffen und Anwendungen, die extremen Temperaturschutz erfordern, in Bezug auf Haltbarkeit, Festigkeit und Langlebigkeit überlegen.
Was sind die Vorteile von Basaltfasern?
Es gibt mehrere Kernvorteile von Basaltfasern, die dieses Material so industriell einsetzbar machen.
- Wärmewiderstand
- Korrosions- und Feuerbeständigkeit
- Geringe Wasseraufnahme
- Verhinderung der Stromleitung
- UV-Beständigkeit
- Beständigkeit gegen elektromagnetische Strahlung
- Säurebeständigkeit
Eine kürzlich durchgeführte Studie, in der Epoxidglasfasern mit Basaltfasern verglichen wurden, die nach dem gleichen Verfahren hergestellt wurden, ergab, dass Basaltfasern außerdem Folgendes aufweisen:
- Höherer Zugmodul
- Höhere Zugfestigkeit
- Höhere interlaminare Scherfestigkeit
- 40 % höhere spezifische Festigkeit
- 20 % höhere spezifische Steifigkeit
Die Schlagfestigkeit von Basaltfasern unterscheidet sie deutlich von Glas und Kohlenstoff. Beispielsweise wurde beobachtet, dass Basaltfasergarn im Vergleich zu einem ähnlich strukturierten Glashybridmaterial eine etwa 35 % höhere spezifische Energieabsorptionskapazität und im Vergleich zu einem ähnlichen gewebten Kohlenstoffhybridmaterial eine um 17 % höhere Kapazität aufweist.
Basalt dient auch der Arbeitssicherheit und der Luftqualität, da der Herstellungsprozess von Basaltfasern umweltfreundlicher ist als Glasfasern als vulkanisches Nebenprodukt. Dadurch werden die Treibhausgase, die bei der Faserherstellung freigesetzt werden, reduziert. Basalt ist außerdem ein inertes, nicht brennbares Material, das natürlicherweise auf der Erde vorkommt und daher besser recycelbar ist als andere Verstärkungsfasern – ein Faktor, den die Automobil- und andere Industriezweige berücksichtigen.
Wählen Sie zwischen Basalt und Glas
Leider sind Basaltfaserprodukte trotz moderner Fortschritte teurer als ähnliche, aus Glas gewonnene Konkurrenten wie E-Glas. Aufgrund der Leistungsvorteile, beispielsweise bei Basalthülsen, sind die höheren Kosten jedoch eine lohnende Investition in die Leistung Ihres Produkts.
Zu den Vorteilen von Basaltfasern gegenüber E-Glas gehören eine bessere Festigkeit, Steifigkeit, Schlagfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Wasserbeständigkeit und Wärmebeständigkeit. Diese Eigenschaften machen Hülsen, Abgasbänder, Seile und andere Materialien aus Basaltfasern zur bevorzugten Wahl, wenn es um den Wärmeschutz geht.
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Quellen
