НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИУДК 678. 046. 3С. Е. Артеменко, Ю. А. Кадыкова, О.Г. ВасильеваБАЗАЛЬТОПЛАСТИКИ — ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕМАТЕРИАЛЫ ХХ! ВЕКАОтражены механические и физико-химические характеристики разработанных по интеркаляционной технологии базальтопластиков и перспективность организации их производства в Саратовской области.C.E. Artemenko, Y.A. Kadikova, O.G. VasilievaBASALT PLASTICS — POLYMER COMPOSITIONAL MATERIALS OF THE ХХI SENTURYThe work presents mechanical and physical-chemical characteristics of basalt plastics developed by intercalation technology and perspective of their production in Saratov region.Базальтопластики (БП) обладают уникальными характеристиками, сочетая в себе высокую прочность, термо- и хемостойкость, экологическую чистоту, долговечность и пожаробезопасность.Применяют их в качестве строительных (в том числе звуко- и теплоизоляционных) материалов, арматуры и конструкций, ответственных изделий в машино- и авиастроении, кровельных рулонированных материалов, магистральных трубопроводов и др.В качестве армирующей основы в БП служат базальтовые нити (БН), ровинги, ткани, холсты, маты, а связующей матрицей — органические и неорганические полимеры.Температурный интервал применения базальтовых волокон (БВ) составляет от -270 до +900оС, а близких им по химическому составу стеклянных волокон — от -60 до +450оС. Гигроскопичность Б В менее 1%, стеклянных — до 10−20%, по кислото-, щелоче- и пароустой-чивости БВ также превосходят стеклянные.По своему химическому составу БН — это многокомпонентная система, содержащая (в % по массе): SiOi — 48−52, AI2O3 — 12−16,5, ТЮ2 — 2,5−3,0, FeiO3- 4,0−7,5, FeO — 7,5−10, MnO — 0,2−0,3, CaO — 8,0−12,0, MgO — 4,0−7,0, K2O — 0,3−0,6, NaiO — 2,4−2,6, SO3~0,2, P2O5 -0,3−0,5, различных примесей — 1,0−2,6.Базальтовые нити характеризуются развитой активной поверхностью и являются эффективными сорбентами. Они обладают специфической гетероструктурой: пористостью с размеромопор d=7,8A, которые при нагреве расширяются, содержанием реакционноспособных окислов металлов более 36%, кристалличностью, шероховатой (кластерной) поверхностью.Кафедрой химической технологии СГТУ разработана интеркаляционная технология ба-зальтопластиков, которая базируется на пропитке БН не готовой смолой, как предусматривает традиционный способ формирования полимерного композиционного материала, а исходными мономерами. Использовали отечественные, выпускаемые в крупном масштабе мономеры — фенол и формальдегид в соотношении 1: 1,4, и 2% №ОН в качестве катализатора [1−6].Схема включает 4 стадии: пропитка БН смесью мономеров, синтез фенолформальде-гидного олигомера при 90оС в течение 30 мин., сушка пресс-материала для удаления летучих и формование прямым способом изделий различного функционального назначения.Благодаря высокой сорбционной способности и активности к химико-физическому взаимодействию с полимерным связующим формируется структура, придающая базальтопластикам значительно более высокие характеристики по сравнению с традиционными стеклопластиками (рис. 1).Нами разработаны различные методы модификации БП, которые еще в большей степени усиливают взаимодействие базальтовой нити с полимерным связующим. Так, введение в смесь мономеров активной низкомолекулярной добавки — 2%-го лапрола обеспечивает повышение прочности БП при изгибе (31 на 20%, удельной ударной вязкости на 25% и снижение водопоглощения при 2-часовом кипячении на 35%. При этом повышается и термостойкость материала — потеря массы при воздействии 800 °C составляет всего 19%, в то время как термостойкость эпоксидного стеклопластика не превышает 3000С.Весьма эффективно применение гибридной волокнистой системы для армирования БП. Например, при сочетании углеродных с 40% базальтовых нитей прочность при изгибе гибридного материала несколько снижается (с 840 до 700 МПа), зато стоимость материала уменьшается в несколько раз.В повышении термостойкости разработанного БП важную роль играет не только высокая термостойкость базальтовой нити, но и углеродообразующая фенолформальдегидная матрица. Именно фенолформальдегидная смола, в отличие от эпоксидной, относится к такому классу смол, которые при температуре ~8000С превращаются в коксовую прослойку между нитями, обеспечивая тем самым «запас прочности» базальтопластикам.20301650— Базальтопластики— Стеклопластики700−74042026−304520615153550,210,38Плотность, Оизг., МПа Ссд., МПа Модуль упругости Твердость № при 2-часовомкг/м при изгибе, ГПа по Бринеллю, кипении, %МПаРис. 1. Сравнительные характеристики разработанного базальтопластика с традиционными стеклопластикамиВ настоящее время базальтопластики находятся на начальной стадии развития, т.к. еще недостаточно сформированы мощности производств нити, ровинга и тканей, и не сложилась научно-техническая база БП. Доминирующее положение в нашей стране занимает выпуск базальтоволокнистой теплоизоляции — объем 100 тыс. м3 в год, производство которой стремительно развивается [7]. География размещения производств базальтовой ваты ориентирована на приближение их к источникам сырья — габбро-базальтовым магматическим горным породам (рис. 2), месторождения которых в России неограниченны. Наиболее разведанные запасы этих пород сосредоточены на севере европейской части России, на Урале, в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Саратовская область богата доломитом — проектная мощность двух Иргизских и Ершовского карьеров составляет более 2 млн. м3 в год. Доломит относится к местным материалам, крупные карьеры которого находятся во всех областях Поволжья, в том числе в Тверской, Самарской, Саратовской, Волгоградской и других областях. Его добавляют в качестве компонента в количестве 10−20% в базальтовую шихту.Рис. 2. Массивы магматических горных пород — базальтовБазальтовая вата характеризуется высоким коэффициентом звукопоглощения —0,9−0,99, низкой теплопроводностью — А=0,02−0,045 Вт/м-К, пожаробезопасностью, неток-сичностью, широко применяется для энергосбережения в различных отраслях промышленности, строительстве, транспортных системах, теплотрассах и др.Современное производство базальтовой ваты (например, в г. Волгограде фирмы «Термостепс») компактно, практически полностью автоматизировано, экономически эффективно.Важное значение имеет организация производства базальтовых волокон и на их основе базальтопластиков, учитывая острую необходимость наращивания производственного потенциала в Саратовской области.Для условий области, где имеются сырьевые и энергоресурсы, производственная база, квалифицированные рабочие и инженерные кадры, организация выпуска базальтовой ваты, нитей и базальтопластиков является в высшей степени прогрессивной и экономически выгодной, особенно с учетом будущего эффекта от применения базальтовой продукции. Создание производств и использование базальтовых волокон и базальтопластиков превращается в одно из важнейших направлений технического прогресса.Развитие производств базальтовых волокон и на их основе базальтопластиков обусловлено сочетанием следующих определяющих факторов:— высокий комплекс механических свойств, термостойкость, био- и хемостойкость, биоинертность, негорючесть и другие эксплуатационные характеристики обеспечивают им приоритет по сравнению со стеклянными и химическими волокнами, выпуск которых в России ограничен-— базальтовые нити, благодаря высокой активности к взаимодействию с полимерным связующим, обеспечивают формирование структуры и свойств базальтопластиков широкого функционального назначения-— наличие в разных регионах России неограниченных запасов сырья создает возможность выпуска и прогресса самой разнообразной конкурентоспособной продукции строительного и технического назначения.ЛИТЕРАТУРА1. Полимерные композиционные материалы на основе волокон различной химиче-ской природы / Ю. А. Кадыкова, А. Н. Леонтьев, О. Г. Васильева, С. Е. Артеменко // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2002. № 6.С. 10−11.2. Сравнительные характеристики базальто-, стекло- и углепластиков, сформованных методом поликонденсационного наполнения / Ю. А. Кадыкова, О. Г. Васильева, С.Е. Арте-менко, А. Н. Леонтьев // Пластические массы. 2003. № 5. С. 37−38.3. Артеменко С. Е. Базальтопластики. Структура и свойства / С. Е. Артеменко, О. Г. Васильева, Ю. А. Кадыкова, Ю. А. Соколова // Современные материалы и технологии в строительстве: материалы юбилейного 25-го Междунар. сб. науч. тр. Новосибирск, 2003. С. 161−164.4. Структура и свойства базальто-, стекло- и углепластиков, сформированных по интеркаляционной технологии / С. Е. Артеменко, О. Г. Васильева, Ю. А. Кадыкова, А. Н. Леонтьев // Полимеры-2004: III Всерос. Каргинская конф. М., 2004. Т. 2. С. 162.5. Кадыкова Ю. А. Физико-химические основы интеркаляционной технологии ба-зальто-, стекло- и углепластиков: дис. … канд. техн. наук / Ю. А. Кадыкова. Саратов, 2003. 127 с.6. Леонтьев А. Н. Физико-химические закономерности интеркаляционной технологии базальто- и стеклопластиков: дис. канд. техн. наук / А. Н. Леонтьев. Саратов, 2004. 131 с.7. Габбро-базальтовое сырье для производства минерального волокна // Промышленность строительных материалов: аналитический обзор. Москва — Пермь, 2003. 95 с.Артеменко Серафима Ефимовна —доктор химических наук, профессор кафедры «Химическая технология»Энгельсского технологического института Саратовского государственного технического университетаКадыкова Юлия Александровна —кандидат технических наук, ассистент кафедры «Химическая технология»Энгельсского технологического института Саратовского государственного технического университетаВасильева Ольга Германовна —кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные материалы»Московского института архитектуры и строительства
Показать Свернутьr.bookap.info
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИУДК 678. 046. 3С. Е. Артеменко, Ю. А. Кадыкова, О.Г. ВасильеваБАЗАЛЬТОПЛАСТИКИ — ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕМАТЕРИАЛЫ ХХ! ВЕКАОтражены механические и физико-химические характеристики разработанных по интеркаляционной технологии базальтопластиков и перспективность организации их производства в Саратовской области.C.E. Artemenko, Y.A. Kadikova, O.G. VasilievaBASALT PLASTICS — POLYMER COMPOSITIONAL MATERIALS OF THE ХХI SENTURYThe work presents mechanical and physical-chemical characteristics of basalt plastics developed by intercalation technology and perspective of their production in Saratov region.Базальтопластики (БП) обладают уникальными характеристиками, сочетая в себе высокую прочность, термо- и хемостойкость, экологическую чистоту, долговечность и пожаробезопасность.Применяют их в качестве строительных (в том числе звуко- и теплоизоляционных) материалов, арматуры и конструкций, ответственных изделий в машино- и авиастроении, кровельных рулонированных материалов, магистральных трубопроводов и др.В качестве армирующей основы в БП служат базальтовые нити (БН), ровинги, ткани, холсты, маты, а связующей матрицей — органические и неорганические полимеры.Температурный интервал применения базальтовых волокон (БВ) составляет от -270 до +900оС, а близких им по химическому составу стеклянных волокон — от -60 до +450оС. Гигроскопичность Б В менее 1%, стеклянных — до 10−20%, по кислото-, щелоче- и пароустой-чивости БВ также превосходят стеклянные.По своему химическому составу БН — это многокомпонентная система, содержащая (в % по массе): SiOi — 48−52, AI2O3 — 12−16,5, ТЮ2 — 2,5−3,0, FeiO3- 4,0−7,5, FeO — 7,5−10, MnO — 0,2−0,3, CaO — 8,0−12,0, MgO — 4,0−7,0, K2O — 0,3−0,6, NaiO — 2,4−2,6, SO3~0,2, P2O5 -0,3−0,5, различных примесей — 1,0−2,6.Базальтовые нити характеризуются развитой активной поверхностью и являются эффективными сорбентами. Они обладают специфической гетероструктурой: пористостью с размеромопор d=7,8A, которые при нагреве расширяются, содержанием реакционноспособных окислов металлов более 36%, кристалличностью, шероховатой (кластерной) поверхностью.Кафедрой химической технологии СГТУ разработана интеркаляционная технология ба-зальтопластиков, которая базируется на пропитке БН не готовой смолой, как предусматривает традиционный способ формирования полимерного композиционного материала, а исходными мономерами. Использовали отечественные, выпускаемые в крупном масштабе мономеры — фенол и формальдегид в соотношении 1: 1,4, и 2% №ОН в качестве катализатора [1−6].Схема включает 4 стадии: пропитка БН смесью мономеров, синтез фенолформальде-гидного олигомера при 90оС в течение 30 мин., сушка пресс-материала для удаления летучих и формование прямым способом изделий различного функционального назначения.Благодаря высокой сорбционной способности и активности к химико-физическому взаимодействию с полимерным связующим формируется структура, придающая базальтопластикам значительно более высокие характеристики по сравнению с традиционными стеклопластиками (рис. 1).Нами разработаны различные методы модификации БП, которые еще в большей степени усиливают взаимодействие базальтовой нити с полимерным связующим. Так, введение в смесь мономеров активной низкомолекулярной добавки — 2%-го лапрола обеспечивает повышение прочности БП при изгибе (31 на 20%, удельной ударной вязкости на 25% и снижение водопоглощения при 2-часовом кипячении на 35%. При этом повышается и термостойкость материала — потеря массы при воздействии 800 °C составляет всего 19%, в то время как термостойкость эпоксидного стеклопластика не превышает 3000С.Весьма эффективно применение гибридной волокнистой системы для армирования БП. Например, при сочетании углеродных с 40% базальтовых нитей прочность при изгибе гибридного материала несколько снижается (с 840 до 700 МПа), зато стоимость материала уменьшается в несколько раз.В повышении термостойкости разработанного БП важную роль играет не только высокая термостойкость базальтовой нити, но и углеродообразующая фенолформальдегидная матрица. Именно фенолформальдегидная смола, в отличие от эпоксидной, относится к такому классу смол, которые при температуре ~8000С превращаются в коксовую прослойку между нитями, обеспечивая тем самым «запас прочности» базальтопластикам.20301650— Базальтопластики— Стеклопластики700−74042026−304520615153550,210,38Плотность, Оизг., МПа Ссд., МПа Модуль упругости Твердость № при 2-часовомкг/м при изгибе, ГПа по Бринеллю, кипении, %МПаРис. 1. Сравнительные характеристики разработанного базальтопластика с традиционными стеклопластикамиВ настоящее время базальтопластики находятся на начальной стадии развития, т.к. еще недостаточно сформированы мощности производств нити, ровинга и тканей, и не сложилась научно-техническая база БП. Доминирующее положение в нашей стране занимает выпуск базальтоволокнистой теплоизоляции — объем 100 тыс. м3 в год, производство которой стремительно развивается [7]. География размещения производств базальтовой ваты ориентирована на приближение их к источникам сырья — габбро-базальтовым магматическим горным породам (рис. 2), месторождения которых в России неограниченны. Наиболее разведанные запасы этих пород сосредоточены на севере европейской части России, на Урале, в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Саратовская область богата доломитом — проектная мощность двух Иргизских и Ершовского карьеров составляет более 2 млн. м3 в год. Доломит относится к местным материалам, крупные карьеры которого находятся во всех областях Поволжья, в том числе в Тверской, Самарской, Саратовской, Волгоградской и других областях. Его добавляют в качестве компонента в количестве 10−20% в базальтовую шихту.Рис. 2. Массивы магматических горных пород — базальтовБазальтовая вата характеризуется высоким коэффициентом звукопоглощения —0,9−0,99, низкой теплопроводностью — А=0,02−0,045 Вт/м-К, пожаробезопасностью, неток-сичностью, широко применяется для энергосбережения в различных отраслях промышленности, строительстве, транспортных системах, теплотрассах и др.Современное производство базальтовой ваты (например, в г. Волгограде фирмы «Термостепс») компактно, практически полностью автоматизировано, экономически эффективно.Важное значение имеет организация производства базальтовых волокон и на их основе базальтопластиков, учитывая острую необходимость наращивания производственного потенциала в Саратовской области.Для условий области, где имеются сырьевые и энергоресурсы, производственная база, квалифицированные рабочие и инженерные кадры, организация выпуска базальтовой ваты, нитей и базальтопластиков является в высшей степени прогрессивной и экономически выгодной, особенно с учетом будущего эффекта от применения базальтовой продукции. Создание производств и использование базальтовых волокон и базальтопластиков превращается в одно из важнейших направлений технического прогресса.Развитие производств базальтовых волокон и на их основе базальтопластиков обусловлено сочетанием следующих определяющих факторов:— высокий комплекс механических свойств, термостойкость, био- и хемостойкость, биоинертность, негорючесть и другие эксплуатационные характеристики обеспечивают им приоритет по сравнению со стеклянными и химическими волокнами, выпуск которых в России ограничен-— базальтовые нити, благодаря высокой активности к взаимодействию с полимерным связующим, обеспечивают формирование структуры и свойств базальтопластиков широкого функционального назначения-— наличие в разных регионах России неограниченных запасов сырья создает возможность выпуска и прогресса самой разнообразной конкурентоспособной продукции строительного и технического назначения.ЛИТЕРАТУРА1. Полимерные композиционные материалы на основе волокон различной химиче-ской природы / Ю. А. Кадыкова, А. Н. Леонтьев, О. Г. Васильева, С. Е. Артеменко // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2002. № 6.С. 10−11.2. Сравнительные характеристики базальто-, стекло- и углепластиков, сформованных методом поликонденсационного наполнения / Ю. А. Кадыкова, О. Г. Васильева, С.Е. Арте-менко, А. Н. Леонтьев // Пластические массы. 2003. № 5. С. 37−38.3. Артеменко С. Е. Базальтопластики. Структура и свойства / С. Е. Артеменко, О. Г. Васильева, Ю. А. Кадыкова, Ю. А. Соколова // Современные материалы и технологии в строительстве: материалы юбилейного 25-го Междунар. сб. науч. тр. Новосибирск, 2003. С. 161−164.4. Структура и свойства базальто-, стекло- и углепластиков, сформированных по интеркаляционной технологии / С. Е. Артеменко, О. Г. Васильева, Ю. А. Кадыкова, А. Н. Леонтьев // Полимеры-2004: III Всерос. Каргинская конф. М., 2004. Т. 2. С. 162.5. Кадыкова Ю. А. Физико-химические основы интеркаляционной технологии ба-зальто-, стекло- и углепластиков: дис. … канд. техн. наук / Ю. А. Кадыкова. Саратов, 2003. 127 с.6. Леонтьев А. Н. Физико-химические закономерности интеркаляционной технологии базальто- и стеклопластиков: дис. канд. техн. наук / А. Н. Леонтьев. Саратов, 2004. 131 с.7. Габбро-базальтовое сырье для производства минерального волокна // Промышленность строительных материалов: аналитический обзор. Москва — Пермь, 2003. 95 с.Артеменко Серафима Ефимовна —доктор химических наук, профессор кафедры «Химическая технология»Энгельсского технологического института Саратовского государственного технического университетаКадыкова Юлия Александровна —кандидат технических наук, ассистент кафедры «Химическая технология»Энгельсского технологического института Саратовского государственного технического университетаВасильева Ольга Германовна —кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные материалы»Московского института архитектуры и строительства
Показать Свернутьreferat.bookap.info
Реферат на тему:
Базальт
База́льт — основная эффузивная горная порода нормального ряда, самая распространенная из всех кайнотипных пород.
Интрузивным аналогом базальта является долерит.
характерная столбчатая отдельность базальта.
Обычно базальты это темно-серые, черные или зеленовато-черные породы, обладающие стекловатой, скрытокристаллической афировой или порфировой структурой. В порфировых разностях на фоне общей скрытокристаллической массы хорошо заметны мелкие вкрапленники зеленовато-желтых изометричных кристаллов оливина, светлого плагиоклаза или черных призм пироксенов. Размер вкрапленником может достигать несколько сантиметров в длину и составлять до 20-25 % от массы породы. Текстура базальтов может быть плотной массивной, пористой, миндалекаменной. Миндалины обычно заполняются кварцем, халцедоном, кальцитом, хлоритом и прочими вторичными минералами — такие базальты называются мандельштейнами.
Минеральный состав. Основная масса сложена микролитами плагиоклазов, клинопироксена, магнетита или титаномагнетита, а так же вулканическим стеклом. Вкрапленники, как уже было сказано, обычно представлены оливином, клинопироксеном, плагиоклазом, редко ортопироксеном или роговой обманкой. Наиболее распространенным акцессорным минералом является апатит.
Химический состав. Содержание кремнезема (SiO2)колеблется от 45 до 52-53%, суммы щелочей Na2+K2 до 5%,в щелочных базальтах до 7%. Прочие оксиды могут распределяться так: TiO2=1.8-2.3%; Al2O3=14.5-17.9%; Fe2O3=2.8-5.1%; FeO=7.3-8.1%; MnO=0.1-0.2%; MgO=7.1-9.3%; CaO=9.1-10.1%; P2O5=0.2-0.5%;
Базальты — самые распространённые магматические породы на поверхности Земли, и на других планетах. Основная масса базальтов образуется в срединно-океанических хребтах и формирует океаническую кору. Кроме того базальты типичны для обстановок активных континентальных окраин, рифтогенеза и внутриплитного магматизма.
При кристаллизации по мере подъема на поверхность Земли базальтовой магмы на глубине иногда образуются сильно дифференцированные по составу, расслоенные интрузии, в частности габбро-норитов (такие как Норильские, Садбери в Канаде и некоторые другие). В таких массивах встречаются месторождения медноникелевых руд и платиноидов.
Основные магматические горные породы в СНГ очень распространены. Они занимают, с учетом Сибирских траппов, 44,5% площади территории СНГ и представляют большой интерес как сырье. Известно более 200 месторождений базальтовых пород, из них более 50 месторождений эксплуатируются. В настоящее время базальты применяются не только в строительстве (щебень, штучный камень, облицовка зданий и др.) но и для производства каменного литья, петроситаллов, базальтовых волокон, сырья для получения портландцементного клинкера.
Базальты образуются при застывании излившегося на поверхность Земли, подразумевая под этим и дно океана, силикатного магматического расплава основного (базальтового) состава. Происхождеие базальтовой магмы по одной из гипотез состоит в частичном плавлении типичных мантийных горных пород — лерцолитов, гарцбургитов, верлитов и др. Состав выплавки определяется химическим и минеральным составом протолита (исходной породы), физико-химическими условиями плавления, степенью плавления и механизмом ухода расплава.
По геодинамической природе выделяются следующие типы базальтов:
Извержение базальтов срединно-океанических хребтов — важнейший в массовом отношении процесс в верхней части Земли.
Базальты очень легко изменяются гидротермальными процессами. При этом плагиоклаз замещается серицитом, оливин - серпентином, основная масса хлоритизируется и в результате порода приобретает зеленоватый или синеватый цвет. Особенно интенсивно изменяются базальты, изливающиеся на дне морей. Они активно взаимодействуют с водой, при этом из них выносятся и оседают многие компоненты. Этот процесс имеет большое значение для геохимического баланса некоторых элементов. Так большая часть марганца поступает в океан именно таким способом. Взаимодействие с водой кардинальным образом меняет состав морских базальтов. Это влияние можно оценить и использовать для реконструкций условий древних океанов по базальтам.
При метаморфизме базальты, в зависимости от условий, превращаются: при низких температурах (330 - 550 градусов) и средних давлениях в зелёные сланцы, амфиболиты, при низких температурах и значительных давлениях в глаукофановые сланцы с разновидностью голубые сланцы, получившими свое название по голубому цвету входящих в их состав щелочных амфиболов, а при высоких температурах и давлениях в эклогиты, состоящие из пиропового граната и натриевого клинопироксена — омфацита.
Базальт используют как сырье для щебня, производства базальтового волокна (для производства теплозвукоизоляционных материалов), каменного литья и кислотоупорного порошка, а также в качестве наполнителя для бетона.
Базальт весьма устойчив к атмосферному воздействию и потому часто используется для наружной отделки зданий и для изготовления скульптур, устанавливаемых на открытом воздухе.
wreferat.baza-referat.ru
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИУДК 678. 046. 3С. Е. Артеменко, Ю. А. Кадыкова, О.Г. ВасильеваБАЗАЛЬТОПЛАСТИКИ — ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕМАТЕРИАЛЫ ХХ! ВЕКАОтражены механические и физико-химические характеристики разработанных по интеркаляционной технологии базальтопластиков и перспективность организации их производства в Саратовской области.C.E. Artemenko, Y.A. Kadikova, O.G. VasilievaBASALT PLASTICS — POLYMER COMPOSITIONAL MATERIALS OF THE ХХI SENTURYThe work presents mechanical and physical-chemical characteristics of basalt plastics developed by intercalation technology and perspective of their production in Saratov region.Базальтопластики (БП) обладают уникальными характеристиками, сочетая в себе высокую прочность, термо- и хемостойкость, экологическую чистоту, долговечность и пожаробезопасность.Применяют их в качестве строительных (в том числе звуко- и теплоизоляционных) материалов, арматуры и конструкций, ответственных изделий в машино- и авиастроении, кровельных рулонированных материалов, магистральных трубопроводов и др.В качестве армирующей основы в БП служат базальтовые нити (БН), ровинги, ткани, холсты, маты, а связующей матрицей — органические и неорганические полимеры.Температурный интервал применения базальтовых волокон (БВ) составляет от -270 до +900оС, а близких им по химическому составу стеклянных волокон — от -60 до +450оС. Гигроскопичность Б В менее 1%, стеклянных — до 10−20%, по кислото-, щелоче- и пароустой-чивости БВ также превосходят стеклянные.По своему химическому составу БН — это многокомпонентная система, содержащая (в % по массе): SiOi — 48−52, AI2O3 — 12−16,5, ТЮ2 — 2,5−3,0, FeiO3- 4,0−7,5, FeO — 7,5−10, MnO — 0,2−0,3, CaO — 8,0−12,0, MgO — 4,0−7,0, K2O — 0,3−0,6, NaiO — 2,4−2,6, SO3~0,2, P2O5 -0,3−0,5, различных примесей — 1,0−2,6.Базальтовые нити характеризуются развитой активной поверхностью и являются эффективными сорбентами. Они обладают специфической гетероструктурой: пористостью с размеромопор d=7,8A, которые при нагреве расширяются, содержанием реакционноспособных окислов металлов более 36%, кристалличностью, шероховатой (кластерной) поверхностью.Кафедрой химической технологии СГТУ разработана интеркаляционная технология ба-зальтопластиков, которая базируется на пропитке БН не готовой смолой, как предусматривает традиционный способ формирования полимерного композиционного материала, а исходными мономерами. Использовали отечественные, выпускаемые в крупном масштабе мономеры — фенол и формальдегид в соотношении 1: 1,4, и 2% №ОН в качестве катализатора [1−6].Схема включает 4 стадии: пропитка БН смесью мономеров, синтез фенолформальде-гидного олигомера при 90оС в течение 30 мин., сушка пресс-материала для удаления летучих и формование прямым способом изделий различного функционального назначения.Благодаря высокой сорбционной способности и активности к химико-физическому взаимодействию с полимерным связующим формируется структура, придающая базальтопластикам значительно более высокие характеристики по сравнению с традиционными стеклопластиками (рис. 1).Нами разработаны различные методы модификации БП, которые еще в большей степени усиливают взаимодействие базальтовой нити с полимерным связующим. Так, введение в смесь мономеров активной низкомолекулярной добавки — 2%-го лапрола обеспечивает повышение прочности БП при изгибе (31 на 20%, удельной ударной вязкости на 25% и снижение водопоглощения при 2-часовом кипячении на 35%. При этом повышается и термостойкость материала — потеря массы при воздействии 800 °C составляет всего 19%, в то время как термостойкость эпоксидного стеклопластика не превышает 3000С.Весьма эффективно применение гибридной волокнистой системы для армирования БП. Например, при сочетании углеродных с 40% базальтовых нитей прочность при изгибе гибридного материала несколько снижается (с 840 до 700 МПа), зато стоимость материала уменьшается в несколько раз.В повышении термостойкости разработанного БП важную роль играет не только высокая термостойкость базальтовой нити, но и углеродообразующая фенолформальдегидная матрица. Именно фенолформальдегидная смола, в отличие от эпоксидной, относится к такому классу смол, которые при температуре ~8000С превращаются в коксовую прослойку между нитями, обеспечивая тем самым «запас прочности» базальтопластикам.20301650— Базальтопластики— Стеклопластики700−74042026−304520615153550,210,38Плотность, Оизг., МПа Ссд., МПа Модуль упругости Твердость № при 2-часовомкг/м при изгибе, ГПа по Бринеллю, кипении, %МПаРис. 1. Сравнительные характеристики разработанного базальтопластика с традиционными стеклопластикамиВ настоящее время базальтопластики находятся на начальной стадии развития, т.к. еще недостаточно сформированы мощности производств нити, ровинга и тканей, и не сложилась научно-техническая база БП. Доминирующее положение в нашей стране занимает выпуск базальтоволокнистой теплоизоляции — объем 100 тыс. м3 в год, производство которой стремительно развивается [7]. География размещения производств базальтовой ваты ориентирована на приближение их к источникам сырья — габбро-базальтовым магматическим горным породам (рис. 2), месторождения которых в России неограниченны. Наиболее разведанные запасы этих пород сосредоточены на севере европейской части России, на Урале, в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Саратовская область богата доломитом — проектная мощность двух Иргизских и Ершовского карьеров составляет более 2 млн. м3 в год. Доломит относится к местным материалам, крупные карьеры которого находятся во всех областях Поволжья, в том числе в Тверской, Самарской, Саратовской, Волгоградской и других областях. Его добавляют в качестве компонента в количестве 10−20% в базальтовую шихту.Рис. 2. Массивы магматических горных пород — базальтовБазальтовая вата характеризуется высоким коэффициентом звукопоглощения —0,9−0,99, низкой теплопроводностью — А=0,02−0,045 Вт/м-К, пожаробезопасностью, неток-сичностью, широко применяется для энергосбережения в различных отраслях промышленности, строительстве, транспортных системах, теплотрассах и др.Современное производство базальтовой ваты (например, в г. Волгограде фирмы «Термостепс») компактно, практически полностью автоматизировано, экономически эффективно.Важное значение имеет организация производства базальтовых волокон и на их основе базальтопластиков, учитывая острую необходимость наращивания производственного потенциала в Саратовской области.Для условий области, где имеются сырьевые и энергоресурсы, производственная база, квалифицированные рабочие и инженерные кадры, организация выпуска базальтовой ваты, нитей и базальтопластиков является в высшей степени прогрессивной и экономически выгодной, особенно с учетом будущего эффекта от применения базальтовой продукции. Создание производств и использование базальтовых волокон и базальтопластиков превращается в одно из важнейших направлений технического прогресса.Развитие производств базальтовых волокон и на их основе базальтопластиков обусловлено сочетанием следующих определяющих факторов:— высокий комплекс механических свойств, термостойкость, био- и хемостойкость, биоинертность, негорючесть и другие эксплуатационные характеристики обеспечивают им приоритет по сравнению со стеклянными и химическими волокнами, выпуск которых в России ограничен-— базальтовые нити, благодаря высокой активности к взаимодействию с полимерным связующим, обеспечивают формирование структуры и свойств базальтопластиков широкого функционального назначения-— наличие в разных регионах России неограниченных запасов сырья создает возможность выпуска и прогресса самой разнообразной конкурентоспособной продукции строительного и технического назначения.ЛИТЕРАТУРА1. Полимерные композиционные материалы на основе волокон различной химиче-ской природы / Ю. А. Кадыкова, А. Н. Леонтьев, О. Г. Васильева, С. Е. Артеменко // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2002. № 6.С. 10−11.2. Сравнительные характеристики базальто-, стекло- и углепластиков, сформованных методом поликонденсационного наполнения / Ю. А. Кадыкова, О. Г. Васильева, С.Е. Арте-менко, А. Н. Леонтьев // Пластические массы. 2003. № 5. С. 37−38.3. Артеменко С. Е. Базальтопластики. Структура и свойства / С. Е. Артеменко, О. Г. Васильева, Ю. А. Кадыкова, Ю. А. Соколова // Современные материалы и технологии в строительстве: материалы юбилейного 25-го Междунар. сб. науч. тр. Новосибирск, 2003. С. 161−164.4. Структура и свойства базальто-, стекло- и углепластиков, сформированных по интеркаляционной технологии / С. Е. Артеменко, О. Г. Васильева, Ю. А. Кадыкова, А. Н. Леонтьев // Полимеры-2004: III Всерос. Каргинская конф. М., 2004. Т. 2. С. 162.5. Кадыкова Ю. А. Физико-химические основы интеркаляционной технологии ба-зальто-, стекло- и углепластиков: дис. … канд. техн. наук / Ю. А. Кадыкова. Саратов, 2003. 127 с.6. Леонтьев А. Н. Физико-химические закономерности интеркаляционной технологии базальто- и стеклопластиков: дис. канд. техн. наук / А. Н. Леонтьев. Саратов, 2004. 131 с.7. Габбро-базальтовое сырье для производства минерального волокна // Промышленность строительных материалов: аналитический обзор. Москва — Пермь, 2003. 95 с.Артеменко Серафима Ефимовна —доктор химических наук, профессор кафедры «Химическая технология»Энгельсского технологического института Саратовского государственного технического университетаКадыкова Юлия Александровна —кандидат технических наук, ассистент кафедры «Химическая технология»Энгельсского технологического института Саратовского государственного технического университетаВасильева Ольга Германовна —кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные материалы»Московского института архитектуры и строительства
Показать Свернутьsinp.com.ua
Базальт – это натуральный камень. Чаще всего встречается вблизи вулканов. Самые большие месторождения обнаружены в России, Украине, Америке, на Гавайских и Курильских островах. В природе базальт встречается в виде пластин, бесформенных и округлых камней, а также потока лавы.
Это горная порода, имеющая определенные характеристики. Перечислим их:
Каждый человек еще со времен школы знает, что все минералы имеют определенное строение. Как правило, при их рассмотрении учитывается как химический состав, так и минеральный. Это позволяет непросто отличать на внешний вид базальт, гранит, мрамор и т. д., а иметь наиболее полные сведения об их технических характеристиках. Именно эти знания помогают эргономично применять тот или иной материал.
В состав любого базальта входит климопироксен, титаномагнетит, вулканическое стекло, плагиоклазит, магнетит. Его структура отличается порфировой поверхностью, иногда афированой. При этом иногда встречаются виды гладкие, как стекло. На данные критерии влияет особенность расположения месторождений базальта. Те, которые находятся на поверхности, чаще всего пузыристые, так как во время остывания вулканической лавы через эти отверстия выходят пары и газы. Впоследствии в пустотелых местах могут откладываться такие минералы, как медь, пренит, кальций, цеолит. Ученые выделили такие образования в определенный вид, называемый миндалекаменный.
Минеральный состав базальта, взятого из разных месторождений, может значительно отличаться. В основном это обусловлено вхождением в него определенных примесей. Например, структура некоторых отличается наличием призм пироксенов, благодаря ним базальт приобретает черный цвет. А вот кристаллы оливина окрашивают камень в желто-зеленый оттенок. Необходимо заметить, что размер примесей может достигать ¼ всей массы. Реже встречаются базальты, в состав которых входят такие минералы, как роговая обманка, апатит, ортопироксен.
Базальт – это обобщающее название. Оно объединяет множество различных видов. Наиболее распространенные из них:
Базальт – это достаточно распространенный материал, который широко используется в разных сферах. Основная из них – архитектурная. Но также из него изготавливают качественные строительные материалы, добавляют в бетонные растворы для крепости или используют во время заливки плит. Базальт часто применяют как отделочный материал для полов или дорожек. А для утепления зданий с внешней стороны он просто незаменим. Большинство дизайнеров отдают базальту должное внимание во время декорирования помещений. Широко используют его при отделке каминов, стен. С помощью такого решения легко расставить акценты и внести в интерьер контрастность.
Достоинств у такого вида множество. Самые весомые:
Добывают серый базальт на рудниках и в карьерах. Чаще всего занимается этим горнодобывающая отрасль. После изъятия его отправляют на специальные предприятия, где непосредственно из базальта изготавливают разную продукцию. Это могут быть сэндвич-панели, плитки, каркасы для лестниц, волокна для утепления крыш и других поверхностей. Также используется базальт для сооружения колонн, арок, статуй. Его порошок добавляется во время производства армированных изделий, чтобы обеспечить им надежность и крепость.
Базальт, цена которого в отличие от других натуральных материалов считается достаточно доступной, может широкое применяться без повышения себестоимости объекта. Например:
fb.ru
Утверждение о том, что базальт – владыка Вселенной, очень близко к истине. Почему? Этот удивительный натуральный камень существует не только на планете Земля, залежи его имеют широкое распространение на Марсе, Луне, Венере и других планетах.
В статье дана общая характеристика базальта, представлены его свойства, состав и области его применения.
Считается, что название «базальт» произошло от греческого слова, переводящегося как «базис» или «основа». В современном понимании «базальный» – «нижний». Выходит, что базальт – это порода базисная, на которой держится все остальное.
Есть и другие версии. Слово «базал» на одном из африканских наречий означает «кипение». Эфиопы считают, что это минерал, сначала прошедший процесс кипения в жерле вулкана, а потом излившийся на земную поверхность. И эта версия близка к истине.
Свойства вулканической породы базальт проявляет так же часто, как и качества основы материковых плит. По всей планете он распространен довольно широко, но в большей степени встречается на территориях с явной вулканической активностью.
Базальты – это экструзивные магматические породы с плотной и мелкозернистой структурой, встречающиеся в местах извержения вулканов. Молодую горную породу можно встретить в окрестностях Курильских и Камчатских вулканов. Удивительной красоты черные и зелено-черные базальты есть в районах Этны и Везувия. На Гавайях извергается почти черный природный камень.
Ученые высоко ценят австралийские базальты и камни на одном из утесов Канады. На этом экзотическом континенте сохранились древнейшие базальтовые монолиты. Чрезвычайно много этой горной породы и в Индии. Здесь Индостанская тектоническая плита, глубоко врезавшись в Евразийскую, сгребла в кучу в виде Гималайских гор осадочные отложения, вывернув таким образом нижние базальтовые слои.
Базальт – это удивительно красивый камень, встречающийся в природе с самыми разнообразными оттенками. Выдающимися декоративными свойствами обладают базальты западноафриканского происхождения. Славятся мавританские сорта оригинальными расцветками: красивыми цветными вкраплениями на темно-зеленом фоне камня. Хоть базальт, по сравнению с другими камнями, менее морозоустойчивый, спрос на него огромен. Довольно широко применяется он как строительный материал.
В Китае сумеречный базальт имеет серый оттенок. Применяется он как в качестве отделочного материала в строительстве, так и для мощения дорог. Наиболее прочными и устойчивыми к атмосферному воздействию считаются сибирский и китайский базальты.
Внешне камень выглядит не особо примечательно. Состоит он в большей степени из авгита и кальциевого полевого шпата. Обычно камень этот по цвету черный или тёмно-серый, что связано с содержанием в нем плотных мелкозернистых пород.
Теоретически базальт разделяют на 2 вида: первый содержит желтовато-зеленоватые кристаллы оливина, во втором встречаются оригинальные кварцевые вкрапления.
Базальт – прочный и тяжелый камень с привлекательными физическими свойствами. Он имеет высокую прочность и хорошую относительную упругость. Также положительным является то, что какие-либо изменения температуры никак не влияют на него. А еще он устойчив и к щелочам, и к кислотам, а также практически не впитывает влагу.
Есть еще одно важное преимущество у базальта – он устойчив к коррозии, у него полное отсутствие индуктивности и проводимости поля при влиянии радиочастотной энергии. А самым важным считается то, что материал, являясь чистейшим продуктом земных недр, экологичен.
Создаются базальты в вершинах потоков пепла и лавы. Происхождение их вулканическое, а цветовые колебания камней напрямую зависят от оттенков и состава лавы.
В основном состоит порода из пироксена и плагиоклаза. Мелкие кристаллы на базальте образуются при остывании и затвердевании магмы. Как правило, это происходит на поверхности земной коры. Часты такие образования в процессе спрединга на дне океана, потому что при контакте с морской водой магма охлаждается намного стремительней.
Базальт – основа океанической коры, и его большие массы производятся выше горячих точек океана. Огромное количество лавы при извержении вулкана проходит через земную кору и поднимается на ее поверхность. Так образуются базальтовые камни – магматические породы.
Объединяя в себе стихии огня, воздуха, земли и воды, камень накапливает и долго удерживает в себе тепло. Подобные свойства базальта нашли применение в медицине. Он обладает прекрасной способностью термически воздействовать на организм.
С древних времен базальт успешно применяется в восточной медицине, практикуется он в стоун-терапии (массаж с использованием горячих камней вулканических пород). Эта методика способствует укреплению иммунной системы организма. Особенно хороши в этом плане базальты, содержащие оливин. Под влиянием тепла этих камней (нагреваются они до 55 градусов), проникающего вглубь тела до четырех сантиметров, происходит расслабление организма, а это способствует снятию стресса.
Базальт в стоун-терапии, которая основана на контрастах, выполняет роль горячего камня, в то время как холодным является мрамор. Такая терапия способствует избавлению тела от мышечных спазмов, почечных болей и остеохондроза. Важное условие восточной методики – применение камней в их естественном природном виде. Чем крупнее камень, тем влияние его на организм существеннее.
Горячий базальт хорош и в сочетании с природными эфирными маслами, что прекрасно влияет на релаксацию организма. Камни после каждого сеанса лечения рекомендуется чистить от накопившейся в них отрицательной энергии. Следует промывать их в чистой воде или помещать на определенное время в сухую соль. По окончании таких процедур базальт нужно выложить на место, освещенное солнцем, для подзарядки их энергией.
Базальт – это камень, широко используемый в обычной жизнедеятельности человека. В последние годы все большее применение получает базальтовое литьё, используемое для изготовления химической аппаратуры, кислотоупорных труб и пр.
Прекрасные эстетические свойства строгого благородного камня используются для создания больших и малых скульптурных групп, ювелирных и интерьерных украшений. Торжественная чернота базальта прекрасно сочетается с блеском серебра. Применение в изготовлении ювелирных украшений находит и более светлый базальт. Колье, браслеты, бусы и пояса, выполненные из полированных базальтовых форм, представляют удивительно красивые комплекты.
Также сегодня производится и мебель из литого базальта. Часто и в оформлении придомовых территорий можно встретить каменные детали (колонны, пешеходные дорожки, лестницы и пр.), выполненные из элегантного базальта.
Сегодня широко используют базальт. Что только не выполняют из него! Современные производители выпускают из этого удивительного материала теннисные ракетки, скейтборды, сноуборды, лыжи, революционно новые акустические базальтовые системы с прекрасным восприятием колебаний и многое другое. Из этого природного камня изготавливают удивительно легкую и в то же время крепкую ткань.
www.syl.ru
