Čedičová vlákna

Čedičové vlákno je textilní výrobek získaný z čedičové horniny.[1]

První patent na zvlákňování čediče získal Francouz Paul Dhé v roce 1923. V 60. letech 20. století začal výzkum a pokusná výroba vláken (hlavně pro vojenské účely) v bývalém Sovětském svazu i v USA.[2]

V 1. dekádě 21. století se odhadovala celosvětová výroba na 3000-5000 ročních tun[3], ve 2. dekádě se počítalo s ročními přírůstky nejméně o 10 %, takže v roce 2020 má dosáhnout výnos z prodeje asi 200 milionů USD (2,50 USD/kg).[4]

SurovinaEditovat

 
Krystal nefelínu

Čedičová hornina vhodná pro výrobu vláken obsahuje zpravidla olivín a nefelín. Používají se kyselé čediče s obsahem nejméně 46 % oxidu křemičitého (SiO2)

Příklad chemického složení:

52 % oxidu křemičitého (SiO2)

17 % safíru (Al2O3)

9 % oxidu vápenatého (CaO)

5 % oxidu hořečnatého (MgO)

17 % ostatních prvků[5]

Výroba vlákenEditovat

Výrobní technologie se zakládá na tavném zvlákňování při teplotě 1500-1700 °C. Při dostatečně rychlém zchlazení vzniká sklovitá hmota, při pomalejším chlazení se tvoří krystaly ze směsi minerálů. Pro některé účely se vláknina dlouží při teplotě cca 1300 °C.[2]Zvlákňovací trysky mohou mít několik set otvorů, odváděcí rychlost dosahuje až 2000 m/min.

Při zvlákňování čediče jsou kladeny vysoké požadavky stejnoměrnost a opakovatelnost vlastnosti jako je viskozita, krystalizace, povrchová pevnost. Dosažení homogenity taveniny je komplikované, protože vlastnosti čedičové horniny značně kolísají.[6]

Vlastnosti vlákenEditovat

[2] Čedičová vlákna se často používají jako alternativa u výrobků ze skleněných nebo uhlíkových vláken. Porovnání některých fyzikálních vlastností:

Vlastnost čedič. filament skleněné vl. (S) uhlíkové vl.
pevnost (MPa)  3000-4840  4020-4650  3500-6000
tažnost (%)  3,1  5,3  1,5-2,0
průměr (µm)  6-21  6-21  5-15
použitelnost v teplotách (°C)  -260 ÷ +500  -50 ÷ +300  -50 ÷ +700
cena (USD/kg)  2,50  1,50  30

Výrobky z čedičových vláken a jejich použitíEditovat

 
Tkaniny z čedičových a uhlíkových filamentů

Například:[7]

  • Filamenty s jemností vláken 7-9 μm a jemností příze 45-68 tex, jednoduché a skané, škrobené (aby se povrch příze přizpůsobil jiným materiálům, zejména pryskyřicím v kompozitech) a monofilamenty s jemností 110 tex
  • Rovingy (svazky filamentů) s jemností vláken 10-17 μm a s tloušťkou 68-680 tex, škrobené

Použití: paralelně ložené prepregy na vyztužení kompozitů

Použití kompozitů: stavební díly mostů, radarových zařízení, stěny obrněných vozidel, vodní lyže, prkna na surfing

  • Sekaná vlákna s jemností 13-22 μm a délkou 6-70 mm, škrobená

Vkládají se nespředená jako výztuž do termoplastických a cementových kompozitů a vyrábí se z nich vpichované plsti na ochranné oděvy

ReferenceEditovat

  1. Basalt Continuous Fiber [online]. Basalt Fiber, 2005 datum přístupu = 2019-08-20. Dostupné online. (anglicky) 
  2. a b c Basalt fiber: from earth [online]. ENEA, 2011 datum přístupu = 2019-08-20. Dostupné online. (anglicky) 
  3. Výroba čedičových vláken v Číně (anglicky): http://www.qzfubang.com/en/news-view.php?id=11 Archivováno 3. 9. 2014 na Wayback Machine
  4. Basalt Fiber and its Application [online]. Journal of Textile Engineering, 2017-04-18 datum přístupu = 2019-08-20. Dostupné online. (anglicky) 
  5. Chemical composition of basalt [online]. Basalt.Today, 2018-11-13 [cit. 2019-08-20]. Dostupné online. (anglicky) 
  6. Cherif: Textile Materials for Lightweight Constructions, Springer 2016, ISBN 9783662463413, str. 85
  7. Basalt Product Description [online]. Smart Building Systems, 2019-04-23 datum přístupu = 2019-08-20. Dostupné online. (anglicky)