Fibra de basalto

La fibra de basalto es un material hecho de fibras extremadamente finas de basalto, que se compone de los minerales plagioclasa, piroxeno y olivino. Es similar a la fibra de vidrio, tiene mejores propiedades físico-mecánicas que la fibra de vidrio, pero es significativamente más económica que la fibra de carbono. Se utiliza como textil ignífugo en las industrias aeroespacial y automovilística y también se puede utilizar como compuesto para producir productos como trípodes para cámaras.

Fabricar

La tecnología de producción de fibra continua de basalto (BCF) es un proceso de una etapa: fusión, homogeneización de basalto y extracción de fibras. El basalto se calienta solo una vez. El procesamiento posterior de BCF en materiales se lleva a cabo utilizando "tecnologías en frío" con bajos costos de energía.

La fibra de basalto está hecha de un solo material, basalto triturado, de una fuente de cantera cuidadosamente seleccionada. El basalto de alta acidez (más del 46% de contenido de sílice) y bajo contenido de hierro se considera deseable para la producción de fibra. A diferencia de otros compuestos, como la fibra de vidrio, esencialmente no se agregan materiales durante su producción. El basalto simplemente se lava y luego se derrite.

La fabricación de fibra de basalto requiere la fusión de la roca de basalto triturada y lavada a aproximadamente 1500 ° C (2730 ° F). Luego, la roca fundida se extruye a través de pequeñas boquillas para producir filamentos continuos de fibra de basalto.

Las fibras de basalto suelen tener un diámetro de filamento de entre 10 y 20 μm, que está lo suficientemente por encima del límite respiratorio de 5 μm para que la fibra de basalto sea un sustituto adecuado del amianto. También tienen un alto módulo de elasticidad, lo que da como resultado una alta resistencia específica, tres veces mayor que la del acero.La fibra delgada generalmente se usa para aplicaciones textiles, principalmente para la producción de telas tejidas. La fibra más gruesa se utiliza en el devanado de filamentos, por ejemplo, para la producción de cilindros o tuberías de gas natural comprimido (GNC). La fibra más gruesa se usa para pultrusión, geomalla, tejido unidireccional, producción de tejido multiaxial y en forma de hilo cortado para refuerzo de hormigón. Una de las aplicaciones más prospectivas para la fibra continua de basalto y la tendencia más moderna en este momento es la producción de barras de refuerzo de basalto que sustituyen cada vez más a las barras de refuerzo de acero tradicionales en el mercado de la construcción.

Propiedades

La tabla se refiere al productor específico de fibra basáltica continua. Los datos de todos los fabricantes son diferentes, la diferencia es a veces valores muy grandes.

Propiedad	Valor
Resistencia a la tracción	2,8–3,1 GPa
Modulos elasticos	85–87 GPa
Alargamiento a la rotura	3,15%
Densidad	2,67 g/cm2

Comparación:

Material	Densidad(g/cm)	Resistencia a la tracción(GPa)	Fuerza específica	Módulo elástico(GPa)	módulo específico
Barra de refuerzo de acero	7.85	0.5	0.0637	210	26.8
Un vaso	2.46	2.1	0.854	69	28
C-vidrio	2.46	2.5	1.02	69	28
E-vidrio	2.60	2.5	0.962	76	29.2
vidrio S-2	2.49	4.83	1.94	97	39
Silicio	2.16	0.206-0.412	0.0954-0.191
Cuarzo	2.2	0.3438	0.156
Fibra de carbono (grande)	1.74	3.62	2.08	228	131
Fibra de carbono (medio)	1.80	5.10	2.83	241	134
Fibra de carbono (pequeña)	1.80	6.21	3.45	297	165
Kevlar® K-29	1.44	3.62	2.51	41.4	28.7
Kevlar® K-149	1.47	3.48	2.37
polipropileno	0.91	0,27-0,65	0.297-0.714	38	41.8
poliacrilonitrilo	1.18	0,50-0,91	0,424-0,771	75	63.6
fibra de basalto	2.65	2.9-3.1	1.09-1.17	85-87	32.1-32.8

Tipo de material	Modulos elasticos	Estrés de fluencia	Resistencia a la tracción
	E (GPa)	fy (MPa)	fu (MPa)
Barras de acero de 13 mm de diámetro	200	375	560
Barras de acero de 10 mm de diámetro	200	360	550
barras de acero de 6 mm de diámetro	200	400	625
Barras BFRP de 10 mm de diámetro	48.1	-	1113
Barras BFRP de 6 mm de diámetro	47.5	-	1345
hoja BFRP	91	-	2100

Historia

Los primeros intentos de producir fibra de basalto se realizaron en los Estados Unidos en 1923 por Paul Dhe, a quien se le concedió la patente estadounidense 1.462.446. Estos fueron desarrollados aún más después de la Segunda Guerra Mundial por investigadores en los EE. UU., Europa y la Unión Soviética, especialmente para aplicaciones militares y aeroespaciales. Desde la desclasificación en 1995, las fibras de basalto se han utilizado en una gama más amplia de aplicaciones civiles.

Escuelas

1. Universidad RWTH de Aquisgrán. Cada dos años, el Institut für Textiltechnik de la Universidad RWTH de Aquisgrán organiza el Simposio Internacional de Fibras de Vidrio, donde se dedica una sección separada a la fibra de basalto. La universidad realiza investigaciones periódicas para estudiar y mejorar las propiedades de la fibra de basalto. El hormigón textil también es más resistente a la corrosión y más maleable que el hormigón convencional. La sustitución de las fibras de carbono por fibras de basalto puede mejorar significativamente los campos de aplicación del innovador material compuesto que es el hormigón textil, dice Andreas Koch.
2. El Instituto de Diseño Ligero de la TU Berlín
3. El Instituto de Ciencia de Materiales de Diseño Ligero de la Universidad de Hannover
4. El Instituto Alemán de Plásticos (DKI) en Darmstadt
5. La Universidad Técnica de Dresde había contribuido al estudio de las fibras de basalto. Refuerzos textiles en la construcción de hormigón: investigación básica y aplicaciones. El Peter Offermann cubre el rango desde el comienzo del trabajo de investigación fundamental en la TU Dresden a principios de los años 90 hasta el presente. La idea de que las estructuras de celosía textil hechas de hilos de alto rendimiento para el refuerzo de la construcción podrían abrir posibilidades completamente nuevas en la construcción fue el punto de partida para la gran red de investigación actual. Refuerzos textiles en la construcción de hormigón: investigación básica y aplicaciones. Como novedad, aplicaciones paralelas a la investigación con las aprobaciones requeridas en casos individuales, como el mundo'
6. Universidad de Ciencias Aplicadas de Ratisbona, Departamento de Ingeniería Mecánica. Caracterización mecánica de plástico reforzado con fibra de basalto con diferentes refuerzos de tejido – Ensayos de tracción y cálculos de FE con elementos de volumen representativos (RVE). Marco Romano, Ingo Ehrlich.