هر روزه صنایع بیشتری به الیاف بازالت علاقمند میشوند. گستره كاربردها متنوع تر میشود و برخی از كاربردهای دارای ارزش افزوده را در بر می گیرد. شر كت روسی كامنی وك یكی از نقش آفرینان این بازار است.
بازالت یك سنگ آتشفشانی طبیعی و خنثی با گستره دسترسی در سراسر جهان است. نخستین تلاشها برای تولید رشته های بازالت از مذاب آن در سال 1923 در ایالات متحده آمریكا انجام شد. در خلال جنگ جهانی دوم و به دنبال آن در دهه 1950، با تحقیقات انجام شده در بعضی كشورها، دانش و فنآوری تولید الیاف بازالت پیشرفت كرد ولی هیچگونه محصول تجاری تولید نشد. در 40-30 سال گذشته، بیشتر تحقیقات و همچنین تجاری سازی محصولات الیاف بازالت در روسیه و جمهوری های شوروی سابق انجام شده است.
فنآوری موجود تولید الیاف پیوسته بازالت، بسیار شبیه فنآوری مورد استفاده در تولید الیاف شیشه E است. تفاوت اصلی در فنآوری در این است كه شیشه E از مخلوط پیچیده ای از مواد ساخته میشود در حالیكه الیاف بازالت از ذوب سنگ بازالت بدون هیچ افزودنی تولید میشود. مواد پایه بازالتی هیچ مشكلی برای محیط زیست ایجاد نمی كنند و خطرناك نیستند.
برتری ها و كاربردهای ممكن
الیاف بازالت با توجه به ویژگی های خاص خود جایگزین شیشه E، شیشه با استحكام بالا و سایر انواع ویژه شیشه میشوند. این ویژگی ها عبارتند از:
الیاف بازالت از نظر استحكام كششی، بین شیشه E و شیشه با استحكام بالا قرار دارد و از نظر مدول كشی تقریباً معادل شیشه با استحكام بالا و حتی كمی بهتر است. زیان نرساندن به محیط زیست و بازیافت پذیری بهتر آن نیز باید مورد توجه قرار گیرد.
انواع گوناگون رووینگ، الیاف سوزنی و رشته های تابیده بازالت در دسترسند. گونه های مختلف مواد بافته شده و نبافته، پارچه های تك جهته و چندمحوره نیز قابل عرضه اند. تمام این محصولات، با انواع گوناگون رزین همانند اپوكسی، فنلیك، پلی استر و وینیل استر سازگارند.
زمینه های كاربردی محصولات الیاف بازالت، با توجه به ویژگی های خاص این الیاف فوق العاده گسترده است. ازجمله صنایع خودرو، لوازم ورزشی، قایق سازی، پره های توربین بادی و مهندسی عمران.
در صنعت خودرو، الیاف سوزنی، پارچه ها و رووینگ های با كیفیت بالای بازالت در تولید كپسول های CNG، لنت ترمز، انباره اگزوز، پوشش سقف اتاق و دیگر قطعات داخلی به كار گرفته میشوند. مهم ترین ینازهای این صنعت عبارتند از ویژگیهای مكانیكی بالا و بازیافت الیاف آسان.
رووینگ بازالت با توجه به ویژگیهای مكانیكی بالای خود، برای تولید لوازم ورزشی گوناگون از جمله اسكی، اسنوبرد و دوچرخه بسیار مناسب است.
در كاربردهای قایق سازی و پره توربین بادی، رووینگ های بازالت برای تولید پارچه های بافته، تك جهته و چندمحوره به كار می روند. در این بخش، مقاومت خوردگی بالا و یژگیهای مكانیكی بالای بازالت نقش اصلی را ایفا می كنند.
گستره وسیعی از محصولات نیز را برای تقویت بتن در دسترس است ازجمله رووینگ های با استحكام بالا برای قطعات پالترودی تحت بار و میله های تقویت كننده بتن، پارچه های بافته بازالتی(Geogrids) برای تقویت جاده و زمین و شبكه های گچ اندودبرای بازسازی و تقویت دیوار. ویژگیهای مكانیكی بالا، مقاومت به خوردگی، گستره دمای وسیع تر و ویژگی های عایق سازی بسیار خوب در این بخش بسیار مهمند.
اگرچه انواع محصولات بازالتی هم اكنون موجود است، محصولات و راه حل های جدید هر ساله توسعه می یابند. به عنوان مثال، در سال 2008 محصول جدیدی (مت سوزنی بازالت) به محصولات موجود اضافه شد و پروژه جدیدی نیز برای تولید نوارهای تك جهته بازالت برای پره های توربین بادی در حال اجراست.
مت سوزنی بازالت
تولید این مت ها از ژوئن 2008 آغاز شده است. الیاف بازالت به صورت مكانیكی شكل داده شده و به نرمی توسط یك دستگاه پانچ سوزنی برای تولید مت فشرده میشود. سپس الیاف موجود در متبه وسیله همان تارهای بازالتی كه درون مت با سوزن های كشیده شده اندبه هم متصل میشوند. مت به دست آمده هیچگونه رزین و چسبی ندارد.
قطر الیاف بازالت بیش از 10-9 میكرومتر است و هیچگونه خطری ازنظر تنفسی ندارند. قطر تك رشته های پشم شیشه و پشم سنگ كه به طور گسترده در ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرند كمتر از 9 میكرومتر است، بنابراین تنها با اعمال بعضی استرهایی كه از انتشار این تارها به درون محیط زیست جلوگیری می كنند در ساختمان سازی به كار گرفته میشوند.
در ساخت مت های سوزنی بازالت از الیاف با قطر تك رشته ایمن استفاده میشود. این مت ها حاوی رشته های سرطان زای آزبست یا چسب های فنلیك خطرناك نیستند و در نتیجه میتوانند به عنوان مواد عایق ساز صوتی و حرارتی سازگار با شرایط سخت بهداشتی و ضدآتش طبقه بندی شوند. بازالت گستره دمایی كاری وسیع تر و مقاومت شیمیایی بهتری نسبت به شیشه E دارد كه مت بازالت را یك ماده بسیار ارزشمند میسازد.
تولید محصولات ضدآتش با این ماده شروع شده است.
نوارهای تك جهته بازالت برای پره های توربین بادی بخش انرژی رونق زیادی در سراسر جهان داردو انرژی بادی نقش مهمی در رشد انرژی های تجدیدپذیر دارد. تاكنون انرژی بادی پركاربردترین شكل انرژی تجدیدپذیر بوده و گسترش آن شتاب یافته است. واحدهای جدید تولید توربین بادی هرساله تأسیس و پره هایی با طول بیشتر ساخته و نصب میشوندتا مقدار انرژی تولیدی به وسیله توربین ها افزایش یابد.
در حال حاضر سازندگان پره توربین بادی از الیاف شیشه E استفاده می كنند. صنعت انرژی بادی برای افزایش بازده انرژی توربین های موجود دائماً به دنبال مواد ارزان و به راحتی در دسترس با ویژگیهای مكانیكی بالاتر هستند. الیاف بازالت باكیفیت، دارای مدول و استحكام كششی 20-15 درصد بالاتر هستند در نتیجه ازنظر ویژگیها نزدیك به شیشه با استحكام بالا و سایر الیاف ویژه و حتی كارآمدتر هستند ولی به گرانی این الیاف نیستند. مشخصه های مكانیكی فوق العاده الیاف بازالت نسبت به شیشه E استاندارد، تولید پره های بلندتر با همان مقدار الیاف را ممكن ساخته است و این یعنی افزایش بازده انرژی.
چندین شركت به طور فعال الیاف بازالت را برای تولید پره های توربین بادی آزمایش می كنند. پروژه جدیدی هم برای تولید نوارهای بازالت تك جهته ویژه برای پره های توربین بادی در حال انجام است.
گاهی اوقات انتقال مشخصه های مكانیكی بالای الیاف به محصول نهایی (نوار تك جهته، پارچه چندمحوره) مشكل است. بنابراین متغیرهای فرآیند تبدیل باید به دقت انتخاب شوند. الیاف بازالت مدول الاستیك بالاتری دارند و از شیشه E سفت ترند. این ویژگی ها هنگام شكل دهی محصول باید موردتوجه قرار گیرند.
در حال حاضر تحقیقی برای بهینه سازی متغیرهای فرآیند تبدیل رووینگ بازالت به نوار تك جهته، با نگاهی به خلق محصولات متناسب با نیازهای سازندگان پره و توسعه فنآوری بهینه تولید تك جهته، در حال انجام است.
نتیجه گیری
تركیب فنآوری تولید پیشرفته با روش های تجاری مدرن و یك شبكه توزیع جهانی، تولیدكنندگان بازالت را قادر میسازد تا محصولات الیاف بازالت با كیفیت تولید كنند و به طور مؤثری تجارت خود را اداره كرده و توسعه دهند.
منبع: فصلنامه كامپوزیت
بازالت یك سنگ آتشفشانی طبیعی و خنثی با گستره دسترسی در سراسر جهان است. نخستین تلاشها برای تولید رشته های بازالت از مذاب آن در سال 1923 در ایالات متحده آمریكا انجام شد. در خلال جنگ جهانی دوم و به دنبال آن در دهه 1950، با تحقیقات انجام شده در بعضی كشورها، دانش و فنآوری تولید الیاف بازالت پیشرفت كرد ولی هیچگونه محصول تجاری تولید نشد. در 40-30 سال گذشته، بیشتر تحقیقات و همچنین تجاری سازی محصولات الیاف بازالت در روسیه و جمهوری های شوروی سابق انجام شده است.
فنآوری موجود تولید الیاف پیوسته بازالت، بسیار شبیه فنآوری مورد استفاده در تولید الیاف شیشه E است. تفاوت اصلی در فنآوری در این است كه شیشه E از مخلوط پیچیده ای از مواد ساخته میشود در حالیكه الیاف بازالت از ذوب سنگ بازالت بدون هیچ افزودنی تولید میشود. مواد پایه بازالتی هیچ مشكلی برای محیط زیست ایجاد نمی كنند و خطرناك نیستند.
برتری ها و كاربردهای ممكن
الیاف بازالت با توجه به ویژگی های خاص خود جایگزین شیشه E، شیشه با استحكام بالا و سایر انواع ویژه شیشه میشوند. این ویژگی ها عبارتند از:
- استحكام كششی 25-20 درصد بالاتر از شیشه E
- استحكام كششی 15-10 درصد بالتر از شیشه E
- مقاومت شیمیایی بهترنسبت به شیشه E معمولی
- گستره دمایی وسیع تر تا 580 درجه سانتی گراد
- بی ضرر بودن برای محیط زیست و دفع و بازیافت آسان تر پلاستیك های تقویت شده با الیاف بازالت (BFRP) نسبت به GFRP
- استحكام كششی 15-10 درصد بالتر از شیشه E
- مقاومت شیمیایی بهترنسبت به شیشه E معمولی
- گستره دمایی وسیع تر تا 580 درجه سانتی گراد
- بی ضرر بودن برای محیط زیست و دفع و بازیافت آسان تر پلاستیك های تقویت شده با الیاف بازالت (BFRP) نسبت به GFRP
الیاف بازالت از نظر استحكام كششی، بین شیشه E و شیشه با استحكام بالا قرار دارد و از نظر مدول كشی تقریباً معادل شیشه با استحكام بالا و حتی كمی بهتر است. زیان نرساندن به محیط زیست و بازیافت پذیری بهتر آن نیز باید مورد توجه قرار گیرد.
انواع گوناگون رووینگ، الیاف سوزنی و رشته های تابیده بازالت در دسترسند. گونه های مختلف مواد بافته شده و نبافته، پارچه های تك جهته و چندمحوره نیز قابل عرضه اند. تمام این محصولات، با انواع گوناگون رزین همانند اپوكسی، فنلیك، پلی استر و وینیل استر سازگارند.
زمینه های كاربردی محصولات الیاف بازالت، با توجه به ویژگی های خاص این الیاف فوق العاده گسترده است. ازجمله صنایع خودرو، لوازم ورزشی، قایق سازی، پره های توربین بادی و مهندسی عمران.
در صنعت خودرو، الیاف سوزنی، پارچه ها و رووینگ های با كیفیت بالای بازالت در تولید كپسول های CNG، لنت ترمز، انباره اگزوز، پوشش سقف اتاق و دیگر قطعات داخلی به كار گرفته میشوند. مهم ترین ینازهای این صنعت عبارتند از ویژگیهای مكانیكی بالا و بازیافت الیاف آسان.
رووینگ بازالت با توجه به ویژگیهای مكانیكی بالای خود، برای تولید لوازم ورزشی گوناگون از جمله اسكی، اسنوبرد و دوچرخه بسیار مناسب است.
در كاربردهای قایق سازی و پره توربین بادی، رووینگ های بازالت برای تولید پارچه های بافته، تك جهته و چندمحوره به كار می روند. در این بخش، مقاومت خوردگی بالا و یژگیهای مكانیكی بالای بازالت نقش اصلی را ایفا می كنند.
گستره وسیعی از محصولات نیز را برای تقویت بتن در دسترس است ازجمله رووینگ های با استحكام بالا برای قطعات پالترودی تحت بار و میله های تقویت كننده بتن، پارچه های بافته بازالتی(Geogrids) برای تقویت جاده و زمین و شبكه های گچ اندودبرای بازسازی و تقویت دیوار. ویژگیهای مكانیكی بالا، مقاومت به خوردگی، گستره دمای وسیع تر و ویژگی های عایق سازی بسیار خوب در این بخش بسیار مهمند.
اگرچه انواع محصولات بازالتی هم اكنون موجود است، محصولات و راه حل های جدید هر ساله توسعه می یابند. به عنوان مثال، در سال 2008 محصول جدیدی (مت سوزنی بازالت) به محصولات موجود اضافه شد و پروژه جدیدی نیز برای تولید نوارهای تك جهته بازالت برای پره های توربین بادی در حال اجراست.
مت سوزنی بازالت
تولید این مت ها از ژوئن 2008 آغاز شده است. الیاف بازالت به صورت مكانیكی شكل داده شده و به نرمی توسط یك دستگاه پانچ سوزنی برای تولید مت فشرده میشود. سپس الیاف موجود در متبه وسیله همان تارهای بازالتی كه درون مت با سوزن های كشیده شده اندبه هم متصل میشوند. مت به دست آمده هیچگونه رزین و چسبی ندارد.
قطر الیاف بازالت بیش از 10-9 میكرومتر است و هیچگونه خطری ازنظر تنفسی ندارند. قطر تك رشته های پشم شیشه و پشم سنگ كه به طور گسترده در ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرند كمتر از 9 میكرومتر است، بنابراین تنها با اعمال بعضی استرهایی كه از انتشار این تارها به درون محیط زیست جلوگیری می كنند در ساختمان سازی به كار گرفته میشوند.
در ساخت مت های سوزنی بازالت از الیاف با قطر تك رشته ایمن استفاده میشود. این مت ها حاوی رشته های سرطان زای آزبست یا چسب های فنلیك خطرناك نیستند و در نتیجه میتوانند به عنوان مواد عایق ساز صوتی و حرارتی سازگار با شرایط سخت بهداشتی و ضدآتش طبقه بندی شوند. بازالت گستره دمایی كاری وسیع تر و مقاومت شیمیایی بهتری نسبت به شیشه E دارد كه مت بازالت را یك ماده بسیار ارزشمند میسازد.
تولید محصولات ضدآتش با این ماده شروع شده است.
نوارهای تك جهته بازالت برای پره های توربین بادی بخش انرژی رونق زیادی در سراسر جهان داردو انرژی بادی نقش مهمی در رشد انرژی های تجدیدپذیر دارد. تاكنون انرژی بادی پركاربردترین شكل انرژی تجدیدپذیر بوده و گسترش آن شتاب یافته است. واحدهای جدید تولید توربین بادی هرساله تأسیس و پره هایی با طول بیشتر ساخته و نصب میشوندتا مقدار انرژی تولیدی به وسیله توربین ها افزایش یابد.
در حال حاضر سازندگان پره توربین بادی از الیاف شیشه E استفاده می كنند. صنعت انرژی بادی برای افزایش بازده انرژی توربین های موجود دائماً به دنبال مواد ارزان و به راحتی در دسترس با ویژگیهای مكانیكی بالاتر هستند. الیاف بازالت باكیفیت، دارای مدول و استحكام كششی 20-15 درصد بالاتر هستند در نتیجه ازنظر ویژگیها نزدیك به شیشه با استحكام بالا و سایر الیاف ویژه و حتی كارآمدتر هستند ولی به گرانی این الیاف نیستند. مشخصه های مكانیكی فوق العاده الیاف بازالت نسبت به شیشه E استاندارد، تولید پره های بلندتر با همان مقدار الیاف را ممكن ساخته است و این یعنی افزایش بازده انرژی.
چندین شركت به طور فعال الیاف بازالت را برای تولید پره های توربین بادی آزمایش می كنند. پروژه جدیدی هم برای تولید نوارهای بازالت تك جهته ویژه برای پره های توربین بادی در حال انجام است.
گاهی اوقات انتقال مشخصه های مكانیكی بالای الیاف به محصول نهایی (نوار تك جهته، پارچه چندمحوره) مشكل است. بنابراین متغیرهای فرآیند تبدیل باید به دقت انتخاب شوند. الیاف بازالت مدول الاستیك بالاتری دارند و از شیشه E سفت ترند. این ویژگی ها هنگام شكل دهی محصول باید موردتوجه قرار گیرند.
در حال حاضر تحقیقی برای بهینه سازی متغیرهای فرآیند تبدیل رووینگ بازالت به نوار تك جهته، با نگاهی به خلق محصولات متناسب با نیازهای سازندگان پره و توسعه فنآوری بهینه تولید تك جهته، در حال انجام است.
نتیجه گیری
تركیب فنآوری تولید پیشرفته با روش های تجاری مدرن و یك شبكه توزیع جهانی، تولیدكنندگان بازالت را قادر میسازد تا محصولات الیاف بازالت با كیفیت تولید كنند و به طور مؤثری تجارت خود را اداره كرده و توسعه دهند.
منبع: فصلنامه كامپوزیت
