Fibra de basalto
Las fibras de basalto se obtienen a partir de rocas basálticas fundiéndolas y convirtiendo el material fundido en fibras . Los basaltos son rocas de origen ígneo. El principal consumo de energía para la preparación de materias primas de basalto para la producción de fibras se realiza en condiciones naturales. Las fibras de basalto se clasifican en 3 tipos:
- Fibras continuas de basalto (BCF), utilizadas para la producción de materiales de refuerzo y productos compuestos, tejidos y materiales no tejidos;
- Fibras discontinuas de basalto, para la producción de materiales de aislamiento térmico ; y
- Fibras superfinas de basalto (BSTF), para la producción de materiales aislantes térmicos, acústicos e ignífugos de alta calidad.
Proceso de fabricación
La tecnología de producción de fibras continuas de basalto (BCF) es un proceso de una sola etapa: fusión, homogeneización del basalto y extracción de las fibras. El basalto se calienta una sola vez. El procesamiento posterior de las BCF para obtener materiales se lleva a cabo mediante "tecnologías en frío" con bajos costos de energía.
La fibra de basalto se fabrica a partir de un único material, basalto triturado, procedente de una cantera cuidadosamente seleccionada. [1] El basalto de alta acidez (más del 46 % de contenido de sílice [2] ) y bajo contenido de hierro se considera deseable para la producción de fibra. [3] A diferencia de otros compuestos, como la fibra de vidrio, prácticamente no se añaden materiales durante su producción. El basalto simplemente se lava y luego se funde. [4]
Para fabricar fibra de basalto es necesario fundir la roca basáltica triturada y lavada a unos 1500 °C (2730 °F). A continuación, la roca fundida se extruye a través de pequeñas boquillas para producir filamentos continuos de fibra de basalto.
Las fibras de basalto tienen típicamente un diámetro de filamento de entre 10 y 20 μm , que es lo suficientemente superior al límite respiratorio de 5 μm para hacer de la fibra de basalto un sustituto adecuado del amianto . [5] También tienen un alto módulo elástico , lo que resulta en una alta resistencia específica , tres veces la del acero . [6] [7] La fibra fina se utiliza normalmente para aplicaciones textiles, principalmente para la producción de tejidos. La fibra más gruesa se utiliza en el bobinado de filamentos, por ejemplo, para la producción de cilindros o tuberías de gas natural comprimido (GNC). La fibra más gruesa se utiliza para pultrusión, geomalla, tejido unidireccional, producción de tejido multiaxial y en forma de hebra cortada para refuerzo de hormigón. Una de las aplicaciones más prometedoras para la fibra de basalto continua y la tendencia más moderna en este momento es la producción de varillas de refuerzo de basalto que sustituyen cada vez más a las varillas de refuerzo de acero tradicionales en el mercado de la construcción. [8]
Propiedades
La tabla se refiere a cada fabricante de fibra de basalto continua. Los datos de todos los fabricantes son diferentes y, en ocasiones, la diferencia es muy grande.
| Propiedad | Valor [9] |
|---|---|
| Resistencia a la tracción | 2,8–3,1 GPa (410–450 ksi) |
| Módulo elástico | 85 a 87 GPa (12 300 a 12 600 ksi) |
| Alargamiento de rotura | 3,15% |
| Densidad | 2,67 g/cm3 ( 0,096 lb/pulgada cúbica) |
Comparación:
| Material | Densidad (g/ cm3 ) | Resistencia a la tracción (GPa) | Fuerza específica | Módulo elástico (GPa) | Módulo específico |
|---|---|---|---|---|---|
| Barras de refuerzo de acero | 7,85 | 0,5 | 0,0637 | 210 | 26.8 |
| Un vaso | 2.46 | 2.1 | 0,854 | 69 | 28 |
| Vidrio C | 2.46 | 2.5 | 1.02 | 69 | 28 |
| Vidrio E | 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 (media) | 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 |
[ cita requerida ]
| Tipo de material [10] | Módulo elástico (E) | Estrés de fluencia (fy) | Resistencia a la tracción (fu) |
|---|---|---|---|
| Barras de acero de 13 mm de diámetro | 200 GPa (29 000 ksi) | 375 MPa (54,4 ksi) | 560 MPa (81 ksi) |
| Barras de acero de 10 mm de diámetro | 200 GPa (29 000 ksi) | 360 MPa (52 ksi) | 550 MPa (80 ksi) |
| Barras de acero de 6 mm de diámetro | 200 GPa (29 000 ksi) | 400 MPa (58 ksi) | 625 MPa (90,6 ksi) |
| Barras de BFRP de 10 mm de diámetro | 48,1 GPa (6980 ksi) | - | 1113 MPa (161,4 ksi) |
| Barras de BFRP de 6 mm de diámetro | 47,5 GPa (6890 ksi) | - | 1345 MPa (195,1 ksi) |
| Hoja de BFRP | 91 GPa (13 200 ksi) | - | 2100 MPa (300 ksi) |
Historia
Los primeros intentos de producir fibra de basalto fueron realizados en los Estados Unidos en 1923 por Paul Dhe, a quien se le concedió la patente estadounidense 1.462.446 . Estas fibras fueron desarrolladas aún más después de la Segunda Guerra Mundial por investigadores de los Estados Unidos, Europa y la Unión Soviética , especialmente para aplicaciones militares y aeroespaciales. Desde su desclasificación en 1995, las fibras de basalto se han utilizado en una gama más amplia de aplicaciones civiles. [11]
Escuelas
- Universidad Técnica Rusa de Aquisgrán. El Instituto de Tecnología Textil de la Universidad Técnica Rusa de Aquisgrán organiza cada dos años el Simposio Internacional de Fibras de Vidrio, en el que se dedica una sección especial a las fibras de basalto. La universidad lleva a cabo investigaciones periódicas para estudiar y mejorar las propiedades de las fibras de basalto. Además, el hormigón textil 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 ampliar considerablemente los campos de aplicación del innovador material compuesto, el hormigón textil, afirma Andreas Koch.
- El Instituto de Ciencia de Materiales de Diseño Ligero de la Universidad de Hannover
- El Instituto Alemán del Plástico (DKI) en Darmstadt [12]
- La Universidad Técnica de Dresde ha contribuido al estudio de las fibras de basalto. Refuerzos textiles en la construcción de hormigón: investigación básica y aplicaciones. Peter Offermann cubre el ámbito desde el comienzo de los trabajos de investigación fundamentales en la TU Dresden a principios de los años 90 hasta la actualidad. La idea de que las estructuras de celosía textiles 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 de la gran red de investigación actual. Refuerzos textiles en la construcción de hormigón: investigación básica y aplicaciones. Como novedad, se informan aplicaciones paralelas a la investigación con las autorizaciones necesarias en casos individuales, como los primeros puentes de hormigón reforzado con textiles del mundo y la modernización de estructuras de cáscara con las capas más delgadas de hormigón textil.
- 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 elementos finitos con elementos de volumen representativos (RVE). Marco Romano, Ingo Ehrlich. [13]
Usos
- Protección térmica [14]
- Materiales de fricción
- Aspas de molino de viento
- Postes de luz
- Cascos de barcos
- Carrocerías de automóviles
- Equipamiento deportivo
- Conos de altavoz
- Anclajes para paredes con cavidades
- Barras de refuerzo [15] [16]
- Perfiles portantes
- Cilindros y tuberías de GNC
- Absorbente para derrames de petróleo
- Cordón cortado para refuerzo de hormigón
- Recipientes de alta presión (por ejemplo, tanques y cilindros de gas)
- Barras de refuerzo pultrusionadas para refuerzo de hormigón (por ejemplo, para puentes y edificios)
Códigos de diseño
Rusia
Desde el 18 de octubre de 2017, está en vigor la norma JV 297.1325800.2017 “Construcciones de hormigón reforzado con fibras no metálicas. Normas de diseño”, que elimina el vacío legal en el diseño de hormigón reforzado con fibras de basalto. Según el apartado 1.1. la norma se aplica a todos los tipos de fibras no metálicas (polímeros, polipropileno, vidrio, basalto y carbono). Al comparar las diferentes fibras, se puede observar que las fibras poliméricas tienen resistencias inferiores a las fibras minerales, pero su uso permite mejorar las características de los compuestos de construcción.
Véase también
Referencias
- ^ "Estudios de investigación para canteras de roca basáltica | Basalt Projects Inc. | Ingeniería de fibras de basalto continuas y compuestos basados en CBF". Basalt Projects Inc. Consultado el 10 de diciembre de 2017 .
- ^ De Fazio, Piero (2011). «Fibra de basalto: un material antiguo de la tierra para aplicaciones innovadoras y modernas» (PDF) . Energia, Ambiente e Innovazione . 3 : 89–96. Archivado desde el original (PDF) el 2021-09-18 . Consultado el 2021-09-08 .
- ^ Schut, Jan H. (agosto de 2008). "Composites: mejores propiedades, menor coste". www.ptonline.com . Consultado el 10 de diciembre de 2017 .
- ^ Ross, Anne (agosto de 2006). "Fibras de basalto: ¿alternativas al vidrio?". www.compositesworld.com . Consultado el 10 de diciembre de 2017 .
- ^ "Fibras de basalto a partir de roca basáltica de filamento continuo". basalt-fiber.com .
- ^ Soares, B.; Preto, R.; Sousa, L.; Reis, L. (2016). "Comportamiento mecánico de fibras de basalto en un compuesto de basalto-UP". Procedia Integridad Estructural . 1 : 82–89. doi : 10.1016/j.prostr.2016.02.012 .
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- ^ "Algunos aspectos del proceso tecnológico de la fibra de basalto continua". novitsky1.narod.ru . Consultado el 21 de junio de 2018 .
- ^ "Fibra continua de basalto". Archivado desde el original el 3 de noviembre de 2009. Consultado el 29 de diciembre de 2009 .
- ^ Ibrahim, Arafa MA; Fahmy, Mohamed FM; Wu, Zhishen (2016). "Modelado de elementos finitos 3D del comportamiento controlado por adherencia de columnas cuadradas de puentes de hormigón reforzado con FRP de basalto y acero bajo carga lateral". Composite Structures . 143 : 33–52. doi :10.1016/j.compstruct.2016.01.014.
- ^ "Fibra de basalto". basfiber.com (en ruso, inglés, alemán, coreano y japonés) . Consultado el 21 de junio de 2018 .
- ^ (la obra principal es el libro "Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden" de Helmut Schürmann)
- ^ B. Jungbauer, M. Romano, I. Ehrlich, Tesis de licenciatura, Universidad de Ciencias Aplicadas de Ratisbona, Laboratorio de Tecnología de Compuestos, Ratisbona, (2012).
- ^ Albarrie - FIBRA DE BASALTO
- ^ Neuvokas
- ^ Henderson, Tom (10 de diciembre de 2016). "Neuvokas eleva el nivel de la fabricación de varillas de refuerzo". Crain's Detroit Business . Consultado el 17 de diciembre de 2018 .
Bibliografía
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- Schmid, Vinzent; Jungbauer, Bastian; Romano, Marco; Ehrlich, Ingo; Gebbeken, Norbert (junio de 2012). La influencia de diferentes tipos de tejidos en el contenido de volumen de fibra y la porosidad en plásticos reforzados con fibra de basalto . Conferencia de investigación aplicada. págs. 162–165.
• Osnos S, Osnos M, «BCF: desarrollo de la producción industrial de materiales de refuerzo y compuestos». Revista JEC Composites / N° 139 marzo - abril 2021, p.19 – 24.
• Osnos S., Rozhkov I. «Aplicación de materiales a base de roca basáltica en la industria automotriz». Revista JEC Composites / N° 147, 2022, págs. 33 – 36.
Enlaces externos
- Producción de fibras de basalto Información del comité científico estatal de Uzbekistán
- Fibra continua de basalto: información y características
- Video de demostración de construcción de hormigón reforzado con fibra de basalto en domo de fibra de basalto
- Generación 2.0 de Fibra Continua de Basalto Comparación de las tecnologías utilizadas en la producción de CBF
- Comportamiento compresivo del compuesto reforzado con fibra de basalto
- Gama de productos Basfiber ofrecidos por Kamenny Vek
- Lámina de acrílico extruido: excelentes capacidades de termoformado [ enlace muerto permanente ]
- Algunos aspectos del proceso tecnológico de la fibra continua de basalto CBF
- Demostración en vídeo de la producción de fibra de basalto continua en Kamenny Vek
