Базальтовое волокно: История применения

Базальтовое волокно: История применения

Серьезные исследования в области промышленного производства непрерывного базальтового волокна были начаты в 60х годах одновременно в США и СССР. Основной целью работ было получение высококачественного базальтового волокна для производства ракетной техники.

Однако специалисты Owens Corning в 70х годах прошлого века отказались от этой идеи и сконцентрировались на разработке специальных высокомодульных стекол, результатом чего явилось создание S2-стекла. В СССР работы по базальтовому волокну велись вплоть до конца 90х годов, преимущественно, на Украине. Вот как выглядит хронология этих работ:

В 1974 году в СССР было организовано научное подразделение, которое должно было заниматься только базальтовыми технологиями и оборудованием - «Лаборатория базальтовых волокон». Возглавили лабораторию патриоты базальтов Дмитрий Джигирис и Мария Махова. Лаборатория занималась научными и практическими работами по базальтовым супертонким и тонким волокнам и материалами на их основе. Одним из основных направлений работы была разработка технологий и оборудования БНВ.

К 1985 году была разработана и построена первая промышленная установка для производства БНВ. Промышленное производство базальтового волокна началось на заводе «Теплозвукоизоляция» под Киевом. В течение нескольких лет было построено еще несколько промышленных установок производительностью по 350 и 500 тонн БНВ в год.

Установки представляли собой камнеплавильную печь с двумя фидерами (фидерные установки). В фидерах были установлены платинородиевые струйные фильерные питатели. Конструкция фильерных питателей состоит из струйного питателя (обогреваемой трубки струйного питателя) и собственно фильерного питателя.

Фидерные установки были выдающимся для своего времени достижением в развитии базальтовых технологий. Впервые было освоено промышленное производство БНВ. На то время, да и сейчас в России, фидерные установки являются основным типом оборудования для производства БНВ. Оборудование имело несомненные преимущества: обеспечивало производство качественных волокон диаметрами от 8 до 13 микрон, пригодных для текстильной переработки. Вместе с достоинствами оборудование имело определенные недостатки; высокое потребление энергоносителей на производство единицы продукции, большую массу фильерных питателей и относительно низкую производительность. Поскольку потребителем материалов была в основном оборонная промышленность, то о себестоимости производства особо не задумывались.

В 1990 - 1992 годах специалисты лаборатории во главе с Виктором Киболом построили фидерную установку в России па заводе стекловолокна в г. Судогда. 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 научно-исследовательских институтах Киева, Москвы, на заводах стекловолокна в Бердянске и Судогде проводились работы по разработке материалов на основе БНВ: тканей различных типов, армирующих сеток, сеток для дорожного строительства, композиционных материалов, профильных пластиков, арматуры, труб, баллонов, емкостей, электроизоляционных материалов. В результате этих работ был накоплен опыт производства и применения материалов БНВ в различных отраслях промышленности, строительстве, энергетике, для производства композиционных материалов специального назначения.

В конце 80-х - начале 90-х годов украинскими специалистами были построены фидерные установки в Грузии и Казахстане. После распада СССР в 1991 году централизованное финансирование работ по БНВ прекратилось. По оценкам экспертов на проведение работ по базальтовым волокнам в СССР было выделено порядка 70 - 80 миллионов рублей. Сумма для СССР - довольно значительная. В 2003 фидерные установки были сделаны для компании «Каменный век» г. Дубна. Работы проводились специалистами из Судогды во главе с Александром Жаровым. В настоящее время это успешное, развивающееся предприятие, производящее БНВ хорошего качества.

В 1997 году были начаты работы по созданию нового поколения технологии и оборудования БНВ - модульных установок. Почему возникла необходимость в проведении новых разработок? Прежде всего, возросшей стоимостью энергоносителей - газа и электроэнергии, во времена СССР над стоимостью энергоносителей не задумывались, а также высокой стоимостью изготовления оборудования, большой массой печей, филеров и самой дорогой части оборудования - фильерных питателей. Общая масса струйного фильерного питателя составляла 3400 грамм, затем была снижена до 3200 грамм.

При разработке новой технологии были поставлены задачи существенного снижения энергопотребления на производство БНВ, снижения стоимости оборудования, снижения массы фильерных питателей. Первоначально было изготовлено опытное оборудование и начаты работы по проведению испытаний нового типа фильерных питателей - щелевых питателей. Работы по созданию технологического оборудования нового поколения - модульных установок были начаты в средине 1997 года, в ноябре 1999 года на первой модульной установке НБВ 1 начато производство БНВ на щелевом фильерном питателе массой 1780 граммов. В 2000 году было создано совместное украино-японское предприятие ЗАО «НТВ» по производству БНВ для автомобильных глушителей компании «TOYOTA». Были разработаны и запущены промышленные модульные установки НБВ-2 на два фильерных питателя.

К сожалению, к концу 90х годов, при имеющихся знаниях, технологиях и уровне инвестиций, так и не удалось получить волокно, которое смогло бы быть одновременно приемлемым по цене, по сравнению со стекловолокном, и, также, обладающим достаточно высокими механическими характеристиками.

Основные причины этого, на наш взгляд, заключались в следующем:

1. Не оправдались ожидания специалистов, что базальтовое волокно может производиться по той же технологии и с теми же режимами, что и стекловолокно. Для производства базальтового волокна, в силу того, что базальт имеет на 200 градусов более высокую температуру плавления и несколько отличающийся от е-стекла химический состав, пришлось создавать новые печи и новые питатели. В частности, в то время, как стекловолокно производится на питателях с несколькими тысячами фильер, базальтовые питатели имели только до 200 фильер. Таким образом, для производства ровингов высокого текса, волокно приходилось тростить. При этом появлялась разнодлинность, значительно уменьшающая механические свойства готового продукта.

2. Отсутствие специальных замасливателей для базальтового волокна, которые достаточно успешно решали бы задачи смазки во время производства/переработки и функции совместимости волокна с различными матрицами, преимущественно, с эпоксидной, винилэфирной и полиэфирной смолами.

3. Нестабильность режимов работы оборудования, приводящая к нестабильности параметров волокна и к его частым обрывам во время вытяжки. Таким образом, во время трощения, производители были вынуждены часто использовать склеивание и сплайсирование волокон, что также серьезно уменьшало механические свойства продуктов.

Помимо этого, стало очевидным, что 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, то есть в Европе, США и Японии.

В результате, в конце 90х годов, несколько заводов на Украине и в России производили низкокачественное непрерывное волокно для применения, преимущественно, в теплоизоляции и огнезащите, то есть там, где потребителям не требуются высокие механические свойства.

Только в начале 21 века, с появлением ряда новых предприятий, где были доведены до совершенства технологические процессы, разработаны современные замасливатели и построены большие печи с питателями на 400-800 фильер, ситуация изменилась в лучшую сторону.

На сегодня эти предприятия - лидеры рынка серийно производят высококачественное непрерывное волокно с высокими механическими свойствами, отличной адгезией к смолам, низким уровнем разнодлинности и по достаточно привлекательной цене. Остальные производители также активно ведут работы по оптимизации своих продуктов и в ближайшем будущем, мы уверены, они догонят лидеров рынка.