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]
Surovina
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 vláken
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 vláken
[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 použití
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
- Tkaniny v plátnové a keprové vazbě, vpichované plsti na ochranné oděvy proti ohni a chemikáliím a provaznické výrobky (Na vedlejším snímku je vpravo tkanina z čedičových filamentů a vlevo (mnohem dražší) uhlíková tkanina)
- Netkané textilie: proplétané a vpichované
- 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
Reference
- Basalt Continuous Fiber [online]. Basalt Fiber, 2005 datum přístupu = 2019-08-20. Dostupné online. (anglicky)
- Basalt fiber: from earth [online]. ENEA, 2011 datum přístupu = 2019-08-20 [cit. 2019-08-29]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2019-05-17. (anglicky)
- Výroba čedičových vláken v Číně (anglicky): http://www.qzfubang.com/en/news-view.php?id=11 Archivováno 3. 9. 2014 na Wayback Machine
- Basalt Fiber and its Application [online]. Journal of Textile Engineering, 2017-04-18 datum přístupu = 2019-08-20. Dostupné online. (anglicky)
- Chemical composition of basalt [online]. Basalt.Today, 2018-11-13 [cit. 2019-08-20]. Dostupné online. (anglicky)
- Cherif: Textile Materials for Lightweight Constructions, Springer 2016, ISBN 9783662463413, str. 85
- Basalt Product Description [online]. Smart Building Systems, 2019-04-23 datum přístupu = 2019-08-20. Dostupné online. (anglicky)