Čedičové vlákno - Basalt fiber

Čedičové vlákno je materiál vyrobený z extrémně jemného materiálu vlákna z čedič, který se skládá z minerály plagioklas, pyroxen, a olivín. Je to podobné jako laminát, které mají lepší fyzikálně-mechanické vlastnosti než sklolaminát, ale jsou výrazně levnější než uhlíková vlákna. Používá se jako ohnivzdorný textil v letecký a kosmický průmysl a automobilový průmysl průmyslová odvětví a lze je také použít jako a kompozitní vyrábět produkty jako stativy fotoaparátu.

Výroba

Technologie výroby BCF (Basalt Continuous Fibre) je jednostupňový proces: tavení, homogenizace čediče a extrakce vláken. Čedič se zahřívá pouze jednou. Další zpracování BCF na materiály se provádí pomocí „studených technologií“ s nízkými náklady na energii.

Čedičové vlákno je vyrobeno z jediného materiálu, drceného čediče, ze pečlivě vybraného zdroje lomu.[1] Čedič s vysokou kyselostí (přes 46% obsahu oxidu křemičitého[2]) a nízký obsah železa je považován za žádoucí pro výrobu vláken.[3] Na rozdíl od jiných kompozitů, jako je skleněné vlákno, se při jeho výrobě nepřidávají v podstatě žádné materiály. Čedič se jednoduše promyje a poté roztaví.[4]

Výroba čedičového vlákna vyžaduje roztavení rozdrcené a promyté čedičové horniny při asi 1 500 ° C (2 730 ° F). Roztavená hornina je tedy extrudovaný skrz malé trysky k výrobě nekonečných vláken z čedičového vlákna.

Čedičová vlákna mají obvykle průměr vlákna mezi 10 a 20 μm což je dostatečně daleko nad respiračním limitem 5 μm, aby bylo čedičové vlákno vhodnou náhradou za azbest.[5] Mají také vysokou modul pružnosti, což vede k vysoké specifická síla —Třikrát než ocel.[6][7][8] Tenká vlákna se obvykle používají pro textilní aplikace, zejména pro výrobu tkanin. Silnější vlákno se používá při navíjení vláken, například k výrobě CNG válce nebo potrubí. Nejsilnější vlákno se používá k pultruzi, geomříži, jednosměrné tkanině, výrobě víceosých tkanin a ve formě nasekaného vlákna pro vyztužení betonu. Jednou z nejperspektivnějších aplikací pro kontinuální čedičové vlákno a v současnosti nejmodernějším trendem je výroba čedičového prutu, který stále více nahrazuje tradiční ocel výztuž na stavebním trhu.[9]

Vlastnosti

Tabulka se týká konkrétního výrobce kontinuálního čedičového vlákna. Data od všech výrobců se liší, rozdílem jsou někdy velmi vysoké hodnoty.

VlastnictvíHodnota[10]
Pevnost v tahu2,8–3,1 GPa
Modul pružnosti85–87 GPa
Prodloužení po přetržení3.15%
Hustota2,67 g / cm3

Srovnání:

MateriálHustota
(g / cm³)		Pevnost v tahu
(GPa)		Specifická síla
Modul pružnosti
(GPa)		Charakteristický
modul
Ocel výztuž7.850.50.063721026.8
Sklo2.462.10.8546928
C-sklo2.462.51.026928
E-sklo2.602.50.9627629.2
Sklo S-22.494.831.949739
Křemík2.160.206-0.4120.0954-0.191
Křemen2.20.34380.156
Uhlíkové vlákno (velký)1.743.622.08228131
Uhlíkové vlákno (střední)1.805.102.83241134
Uhlíkové vlákno (malý)1.806.213.45297165
Kevlar K-291.443.622.5141.428.7
Kevlar K-1491.473.482.37
Polypropylen0.910.27-0.650.297-0.7143841.8
Polyakrylonitril1.180.50-0.910.424-0.7717563.6
Čedičové vlákno2.652.9-3.11.09-1.1785-8732.1-32.8

[Citace je zapotřebí ]

Typ materiálu[11]Modul pružnostiVýnosový stresPevnost v tahu
E (GPa)fy (MPa)fu (MPa)
Ocelové tyče o průměru 13 mm200375560
Ocelové tyče o průměru 10 mm200360550
Ocelové tyče o průměru 6 mm200400625
Tyče BFRP o průměru 10 mm48.1-1113
Tyče BFRP o průměru 6 mm47.5-1345
BFRP list91-2100

Dějiny

První pokusy o výrobu čedičového vlákna byly provedeny v Spojené státy v roce 1923 Paul Dhe, kterému byl udělen US Patent 1464446 . Ty byly dále rozvíjeny po druhá světová válka výzkumníky v USA, Evropa a Sovětský svaz speciálně pro válečný a letecké aplikace. Od odtajnění v roce 1995 byla čedičová vlákna používána v širším spektru civilních aplikací.[12]

Školy

  1. RWTH Aachen University. Každé dva roky pořádá Aachen University International Glass Fibers Symposium, kde je čedičovému vláknu věnována samostatná sekce. Univerzita provádí pravidelný výzkum ke studiu a zlepšování vlastností čedičových vláken. Textilní beton je také odolnější proti korozi a tvárnější než běžný beton. Nahrazení uhlíkových vláken čedičovými vlákny může významně zlepšit aplikační pole inovativního kompozitního materiálu, kterým je textilní beton, říká Andreas Koch.
  2. Institut pro lehký design na TU v Berlíně[13]
  3. Institut pro vědu o lehkých konstrukčních materiálech na univerzitě v Hannoveru
  4. Německý institut pro plasty (DKI) v Darmstadtu[14]
  5. Technická univerzita v Drážďanech přispěla ke studiu čedičových vláken. Textilní výztuže v betonové konstrukci - základní výzkum a aplikace. Peter Offermann pokrývá rozsah od začátku základních výzkumných prací na TU Drážďany počátkem 90. let do současnosti. Myšlenka, že textilní příhradové struktury vyrobené z vysoce výkonných nití pro konstrukční vyztužení mohou otevřít zcela nové možnosti ve výstavbě, byla výchozím bodem pro dnešní velkou výzkumnou síť. Textilní výztuže v betonové konstrukci - základní výzkum a aplikace. Novinkou jsou zprávy o paralelních aplikacích výzkumu s požadovaným schválením v jednotlivých případech, jako jsou první textilní železobetonové mosty na světě a modernizace skořepinových konstrukcí nejtenčími vrstvami textilního betonu.
  6. University of Applied Sciences Regensburg, Department of Mechanical Engineering. Mechanická charakterizace plastu vyztuženého čedičovými vlákny s různými textilními výztuhami - tahové zkoušky a výpočty FE s reprezentativními objemovými prvky (RVE). Marco Romano, Ingo Ehrlich.[15]

Použití

  • Tepelná ochrana[16]
  • Třecí materiály
  • Lopatky větrného mlýna
  • Svítilny
  • Trupy lodí
  • Karoserie automobilů
  • Sportovní vybavení
  • Kužel reproduktoru
  • Dutinové stěnové vazby
  • Výztuž[17][18]
  • Nosné profily
  • CNG válce a potrubí
  • Absorbent pro úniky oleje
  • Nasekaný pramen pro vyztužení betonu
  • Vysokotlaké nádoby (např. Nádrže a lahve na plyn)
  • Vyztužená výztuž pro betonovou výztuž (např. Pro mosty a budovy)

Kódy designu

Rusko

Od 18. října 2017, JV 297.1325800.2017 „Jsou uvedeny do provozu železobetonové konstrukce s nekovovými vlákny. Pravidla návrhu“, které eliminovalo právní vakuum při navrhování čedičem vyztuženého vláknobetonu. Podle odstavce 1.1. norma se vztahuje na všechny typy nekovových vláken (polymery, polypropylen, sklo, čedič a uhlík). Při srovnání různých vláken lze poznamenat, že polymerní vlákna jsou horší než minerální pevnosti, ale jejich použití umožňuje zlepšit vlastnosti stavebních kompozitů.

Viz také

Reference

  1. ^ "Výzkumné průzkumy pro lomy na čedičové skály | Basalt Projects Inc. | Inženýrství spojitých čedičových vláken a kompozitů na bázi CBF". Basalt Projects Inc.. Citováno 2017-12-10.
  2. ^ De Fazio, Piero. „Čedičové vlákno: ze Země starodávný materiál pro inovativní a moderní použití“. Italská národní agentura pro nové technologie, energii a udržitelný hospodářský rozvoj (v angličtině a italštině). Citováno 17. prosince 2018.
  3. ^ Schut, Jan H. „Kompozity: vyšší vlastnosti, nižší náklady“. www.ptonline.com. Citováno 2017-12-10.
  4. ^ Ross, Anne. „Čedičová vlákna: Alternativa ke sklu?“. www.compositesworld.com. Citováno 2017-12-10.
  5. ^ „Čedičová vlákna z čedičové horniny s nekonečnými vlákny“. basalt-fiber.com.
  6. ^ B. Soares, R. Preto, L. Sousaa, L. Reisa (únor 2016). "Mechanické chování čedičových vláken v čedič-UP kompozitu" (PDF). ScienceDirect.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  7. ^ Sharma, Piyush (leden 2016). „ÚVOD DO ČESKÉHO VLAKOVÉHO VLÁKNA A SROVNÁNÍ ANALÝZY INŽENÝRSKÝCH VLASTNOSTÍ BRF A JINÝCH PŘÍRODNÍCH KOMPOZITŮ“. ResearchGate.
  8. ^ Jeong-Il Choi a Bang Yeon Lee (říjen 2015). "Vlastnosti lepení čedičových vláken a snížení pevnosti podle orientace vláken". Materiály. 8 (10): 6719–6727. Bibcode:2015Mate .... 8.6719C. doi:10,3390 / ma8105335. PMC  5455386. PMID  28793595.
  9. ^ „Některé aspekty technologického procesu kontinuálního čedičového vlákna“. novitsky1.narod.ru. Citováno 2018-06-21.
  10. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 29. 12. 2009. Citováno 2009-12-29.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  11. ^ Ibrahim, Arafa M.A; Fahmy, Mohamed F.M .; Wu, Zhishen (2016). "3D modelování konečných prvků vazebně řízeného chování ocelových a čedičových FRP železobetonových čtvercových mostních sloupů při bočním zatížení". Kompozitní struktury. 143: 33–52. doi:10.1016 / j.compstruct.2016.01.014.
  12. ^ "Čedičové vlákno". basfiber.com (v ruštině, angličtině, němčině, korejštině a japonštině). Citováno 2018-06-21.
  13. ^ L. Fahrmeir, R. Künstler, I. Pigeot, G. Tutz, Statistik - Der Weg zur Datenanalyse. 5. Auflage, Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg, (2005).
  14. ^ (hlavní dílo je kniha „Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden“ Helmuta Schürmanna)
  15. ^ B. Jungbauer, M. Romano, I. Ehrlich, bakalářská práce, University of Applied Sciences Regensburg, Laboratory of Composite Technology, Regensburg, (2012).
  16. ^ Albarrie - Bazaltové vlákno
  17. ^ Neuvokas
  18. ^ Henderson, Tom (10. prosince 2016). „Neuvokas zvyšuje laťku při výrobě armování“. Crain's Detroit Business. Citováno 17. prosince 2018.

Bibliografie

  • E. Lauterborn, Dokumentace Ultraschalluntersuchung Eingangsprüfung, Interní zpráva wiweb Erding, Erding, říjen (2011).
  • K. Moser, Faser-Kunststoff-Verbund - Entwurfs- und Berechnungsgrundlagen. VDI-Verlag, Düsseldorf, (1992).
  • N. K. Naik, Tkané textilní kompozity. Technomic Publishing Co., Lancaster (PA), (1994).
  • Bericht 2004-1535 - Prüfung eines Sitzes nach BS 5852: 1990 oddíl 5 - zdrojový kód pro dětskou postýlku 7, für die Fa. Franz Kiel GmbH & Co. KG. Siemens AG, A&D SP, Frankfurt nad Mohanem, (2004).
  • DIN EN 2559 - Luft- und Raumfahrt - Kohlenstoffaser-Prepregs - Bestimmung des Harz- und Fasermasseanteils und der flächenbezogenen Fasermasse. Normenstelle Luftfahrt (NL) im DIN Deutsches Institut für Normung e.V., Beuth Verlag, Berlin, (1997).
  • Epoxidharz L, Härter L - Technische Daten. Technical Data Sheet by R&G, (2011).
  • Certifikáty kvality pro tkaniny a rovingy. Incotelogy Ltd., Bonn, leden (2012).
  • J. Nolf, čedičová vlákna blokující oheň, TUT, 49 (2003) 39.
  • B. Ozgen, H. Gong, Textile Research Journal, 81 (2010) 738.
  • L. Papula, Mathematische Formelsammlung für Naturwissenschaftler und Ingenieure. 10. Auflage, Vieweg + Teubner, Wiesbaden, (2009).
  • D. Saravanan, IE (I) Journal-TX, 86 (2006) 39.
  • V. Schmid, B. Jungbauer, M. Romano, I. Ehrlich, N. Gebbeken, In: Proceedings of the Applied Research Conference, Regensburg, (2012).
  • V. Schmid, B. Jungbauer, M. Romano, I. Ehrlich, N. Gebbeken, In: Proceeding of the Applied Research Conference, Regensburg, (2012).

externí odkazy