Базальтовое волокно в развитии
Базальтовое волокно в развитии
Экологи всего мира обнародовали удручающий факт: за последние 20 лет мировая общественность израсходовала энергоресурсов больше, чем за всю историю существования цивилизации.
Введение
Мало сказать, что это негативный экономический фактор, это еще и экологическая проблема: чем больше расходуется топлива, тем, соответственно, больше образуется вредных выбросов в атмосферу. С другой стороны, исчерпание энергоресурсов определяет повышение их стоимости, делает необходимым их эффективное использование и экономию.
В июне2008 г. на совещании по вопросам повышения экологической и энергетической эффективности экономики России Президент РФ Дмитрий Медведев подчеркнул, что по потерям энергии в тепловых сетях наша страна занимает первое место в мире. К2020 г. поставлена задача по снижению энергоемкости экономики практически на половину.
Потери энергии в России составляют до 40% от всего потребления, или 400 млн т у. т. в год. Эта цифра сравнима с объемом всей экспортируемой из России нефти или выработкой ста крупных ТЭЦ. При этом на обогрев одного квадратного метра в нашей стране, согласно статистическим данным, топлива тратится в пять раз больше, чем в Швеции, стране с холодными климатическими условиями.
По оценкам Научно-исследовательского института строительной физики Российской академии архитектурных и строительных наук, в России здания потребляют до 45% от общего количества используемого тепла. Мировое производство минерального волокна превышает 5 млн т в год, в России сегодня производится менее 1/10 этой величины.
История
Серьезные исследования в области промышленного производства непрерывного базальтового волокна были начаты в 60-х гг. одновременно в США и СССР. Основной целью работ было получение высококачественного базальтового волокна для производства ракетной техники. Однако специалисты Owens Corning в 70-х гг. прошлого века отказались от этой идеи и сконцентрировались на разработке специальных высокомодульных стекол, результатом чего стало создание S2-стекла. В СССР работы по базальтовому волокну велись вплоть до конца 90-х гг., преимущественно на Украине. В1974 г. в СССР было образовано научное подразделение, которое должно было заниматься только базальтовыми технологиями и оборудованием, — Лаборатория базальтовых волокон. К1985 г. разработана и построена первая промышленная установка для производства БНВ (базальтовых непрерывных волокон). Промышленное производство базальтового волокна началось на заводе «Теплозвукоизоляция» под Киевом.
В 1990–1992 гг. специалисты лаборатории во главе с Виктором Киболом построили в России, на заводе стекловолокна в г. Судогда, фидерную установку. На то время эти два завода были основными производителями БНВ в мире. Эти заводы впервые начали экспортировать БНВ и материалы на основе БНВ в Европу, Америку, Канаду. В конце 80-х — начале 90-х годов украинскими специалистами построены фидерные установки в Грузии и Казахстане. После распада СССР в1991 г. централизованное финансирование работ по БНВ прекратилось. По оценкам экспертов, на проведение работ по базальтовым волокнам в СССР было выделено порядка 70–80 млн рублей. Сумма для СССР — довольно значительная.
В1997 г. начаты работы по созданию нового поколения технологии и оборудования БНВ — модульных установок. Необходимость разработки нового оборудования была вызвана возросшей стоимостью энергоносителей — газа и электроэнергии. Во эпоху СССР над стоимостью энергоносителей не задумывались, как и над высокой стоимостью изготовления оборудования, большой массой печей, филеров и самой дорогой части оборудования — фильерных питателей. Работы по созданию технологического оборудования нового поколения — модульных установок — были начаты в средине1997 г., а в ноябре1999 г. на первой модульной установке НБВ 1 начато производство БНВ на щелевом фильерном питателе массой 1 780 гр.
В2000 г. создано совместное украино-японское предприятие ЗАО «НТВ» по производству БНВ для автомобильных глушителей компании TOYOTA.
В себестоимости производства базальтового волокна значительную долю занимают затраты на энергоносители и рабочую силу, что помимо технологических проблем делало неэффективным производство данного волокна в регионах с дорогим природным газом/электричеством и высокими затратами на оплату труда, т. е. в Европе, США и Японии. В результате, в конце 90-х гг. несколько заводов в Украине и России производили низкокачественное непрерывное волокно для применения, преимущественно, в теплоизоляции и огнезащите, т. е. там, где потребителям не требуются высокие механические свойства. В 90-е гг. на российский рынок вышли крупнейшие европейские производители базальтовой теплоизоляции: компании Rockwool (Дания), Paroc (Финляндия), Saint-Gobain (Франция) и ряд других.
Настоящее
Сегодня существует три основные технологии производства базальтовых волокон:
1) композитные базальтовые штапельные волокна;
2) базальтохолст;
3) базальтовое непрерывное волокно (БНВ).
К первой группе относятся базальтоволокнистые материалы, получаемые на основе базальтового супертонкого волокна (БСТВ), которые превышают качество изделий из тонкого волокна (БТВ) практически по всем показателям (долговечность, гигроскопичность, теплопроводность, химическая устойчивость и т. д.). К тому же номенклатура изделий на основе базальтового супертонкого волокна значительно шире, чем на основе тонкого волокна. Плиты из базальтового тонкого волокна формуются в основном на фенолформальдегидных термореактивных смолах, кремнийорганических лаков и битумных связующих. Технологии получения этих типов волокон в экономическом аспекте существенно отличаются друг от друга. Затраты на получение БСТВ в 2,5–3 раза выше, чем для получения БТВ.
Базальтохолст — это нетканый материал, состоящий из равномерно распределенных волокон, которые соединяются друг с другом с помощью органических добавок, главным образом, термореактивных смол. Они образуют холст, который после полимеризации скручивается в рулон и упаковывается для последующей отгрузки. Базальтохолст неподвержен воздействию атмосферных факторов и ультрафиолетового излучения, материал гибкий и прочный при растяжении, не поддается гниению и сохраняет постоянство размеров. Наряду с пористостью, облегчающей его хорошую пропитываемость, он обладает также высокой химической стойкостью, герметизирующими, антикоррозионными и огнезащитными свойствами.
Существуют два способа производства базальтохолста: сухой и влажный. Эти способы позволяют получать различные типы холста, которые отвечают техническим требованиям многих отраслей промышленности: производства изоляционных материалов, автомобильной промышленности, строительства и т. д. Базальтохолст используется в качестве гидроизолирующего и упрочняющего материала, стабилизационного или разделительного слоя, а также материала для отделки поверхности или для звукоизоляции.
В настоящее время в мире базальтовое непрерывное волокно (БНВ) представляет большой интерес, что обусловлено рядом факторов:
- БНВ имеет ряд характеристик, которые выгодно отличаютего от стекловолокна по прочности, химической стойкости и температуре применения;
- по своим характеристикам БНВ занимает промежуточное положение между стекловолокном и углеродными волокнами;
- доступность и дешевизна базальтовых пород — исходного сырья для производства БНВ;
- производство осуществляется по одностадийной технологии — «базальтовое сырье — волокно»;
- развитие технологий и оборудования для производства БНВ за последние годы позволяет обеспечить себестоимость промышленного производства ниже уровня производства стекловолокна.
Кратко технологии производства БНВ можно представить в виде следующей последовательности операций:
- плавление базальтов и получение расплава;
- гомогенизация расплава и подготовка его к выработке;
- выработка расплава через фильерный питатель;
- вытяжка первичных волокон, нанесение замасливателя и намотка на бобины.
Рассмотрим как пример на рисунке «Технологическая схема “Изомин”»
вариант технологической схемы производства теплоизоляции на основе базальтового штапельного волокна.
Будущее
Немецкое инженерное бюро EDAG разработало концепт автомобиля, при производстве которого использовано базальтовое волокно. Как там сообщается, «материал отличает легкость, прочность и экологичность, к тому же в производстве он обойдется дешевле алюминия или углепластика».
За базовой технологией производства ровинга, помимо производства труб, могут следовать другие предметные технологии: производство тормозных колодок, мебели, спортинвентаря, стоек, приборных панелей и т. д. Но эти разнообразные товарные направления составляют незначительную долю использования ровинга.
Согласно российским и мировым данным, основным направлением, востребованным рынком, в настоящее время считается производство из ровинга базальтопластиковых труб. И тем не менее, после освоения базовых технологий открывается возможность развертывания многочисленных производств широкой гаммы изделий из базальтопластика: от строительной арматуры и крепежа до бронежилетов и удилищ.
Хорошая химическая стойкость базальтохолстов расширяет области применения этого материала. Его можно использовать как геотекстиль, а это миллионы километров строящихся и реконструируемых как автомобильных, так и железных дорог. Сегодня для строительства дорог в странах СНГ используют геотекстильные материалы на органической основе, но они имеют ограниченный срок службы, также способы их получения не всегда экологически чистые.
Европейский союз постепенно переходит к так называемому «зеленому строительству», применению материалов естественного происхождения и экологически чистым, каким является базальтовое волокно. Прочность на разрыв у базальтового волокна выше, чем у стали: 1 800–2 500 МПа. Это, соответственно, дает изделиям из него выдерживать большие нагрузки. Кровельные материалы на основе базальтовых волокон имеют повышенную износостойкость, не критичны к условиям замерзания и оттаивания, что важно при условии применения их в северных районах.
Существует большое количество применений для нетканых материалов. Они используются при сооружении грунтовых конструкций, фундаментов, свалок, при строительстве дорог и туннелей, а также при гидротехническом строительстве, и везде они выполняют такие важные функции, как разделение, защита, фильтрация и дренаж. Материал не подвержен гниению, воздействию грибков и плесени, грызунов и насекомых, прорастанию корней.
Не вызывает сомнений, что технологии производства теплоизоляционных материалов на базе стеклянной и минеральной ваты принадлежат эпохе дешевых энергоресурсов. Поэтому не может удивлять факт интенсивных поисков их заменителей при всей видимой прочности их положения на рынке теплоизоляционных материалов. Все чаще применяются теплоизоляционные материалы неорганического происхождения. Развитие индустрии теплоизоляционных материалов в последнем десятилетии определяли три основных фактора: необходимость внедрения энергосберегающих технологий их производства, отказ от производств, применяющих озоноразрушающие вещества, и императив ресурсосбережения. Необходимость учета этих факторов характерна не только для производства теплоизоляционных материалов, но в той или иной степени касается всей индустрии строительных материалов.
Радикальные изменения в технологии производства, появление новых или улучшенных материалов и возникающие в связи с этим изменения структуры затрат — всё это определяет рыночную ситуацию, которая в свою очередь влияет на структуру потребления строительных материалов. Генеральная тенденция к «зеленому строительству» будет красной нитью определять путь развития строительной индустрии.
Выводы
Земная кора на 80% состоит из базальтовых пород. Миллионы лет этот материал пролежал в земле, сохранив свои свойства, что говорит о его долговечности и экологической чистоте. Наиболее технологичны для массового выпуска негорючей теплоизоляции расплавы пород группы базальта, которые в большом объеме доступны как отходы горнорудных производств и предприятий по производству щебня. Россия обладает огромными, неограниченными с точки зрения экономической практики, запасами подобного сырья, причем во многих регионах. В будущем, возможно, Россия станет экспортером этого вида сырья для стран с высокой плотностью населения, где разработка карьеров экономически невыгодна, наподобие Южной Кореи и Японии.
Игорь ПРАВДИН, магистр ТОЭС,
Политехнический институт, Санкт-Петербург
| Автор: Игорь ПРАВДИН Дата: 10.04.2012 Журнал Стройпрофиль 96 Рубрика: фасадные системы. фасады Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |