Study on the Structure and Properties of Continuous Basalt Fibres

• Autorzy: Shi Fengjun , Su Hang , Zhao Lei , Yu Xiuyan , Li Shengxian

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0014.0934

Warianty tytułu

PL

Badanie struktury i właściwości ciągłych włókien bazaltowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The chemical composition, X-ray diffraction, thermal properties, flammability, mechanical properties and morphology of basalt fibres are investigated in this paper. Chemical analysis and energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer experiments showed that basalt fibre is a kind of aluminosillicate fibre which is mainly composed of oxides such as SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, P₂O₅ and so on. X-ray diffraction indicated that the bulk structure of the fibres is non-crystal with a short range order but no long range order. SEM observation found that basalt fibre is circular in cross-section and smooth in the longitudinal direction. Solubility experiments revealed the superior resistance of the fibre to acids, alkaline and organic solvents. DGA demonstrated there are three weight loss stages in the process of elevating temperature. They are, respectively, evaporation of moisture in the fibre at about 100 °C, decomposition of the residual carbonate minerals between 480 °C and 630 °C, and decomposition of newly generated carbonates between 850~995 °C. On the heat flow curve, there are also three endothermic peaks, where the first and second correspond to the last two stages of weight loss and the third to the melting process of the fibre, whose onset is from 1122.14 °C, reaching a peak value at 1194.96 °C, and ending at 1380 °C. The tensile strength of basalt filaments and staple fibre was measured. Tensile and shear properties of the fibre were also tested.

PL

W pracy zbadano skład chemiczny, dyfrakcję promieniowania rentgenowskiego, właściwości termiczne, łatwopalność, właściwości mechaniczne i morfologię włókien bazaltowych. Analiza chemiczna i eksperymenty ze spektrometrem rentgenowskim z dyspersją energii wykazały, że włókno bazaltowe jest rodzajem włókna glinokrzemianowego, które składa się głównie z tlenków, takich jak SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, P₂O₅, itd. Dyfrakcja rentgenowska wykazała, że struktura objętościowa włókien jest niekrystaliczna z uporządkowaniem bliskiego zasięgu, ale bez uporządkowania dalekiego zasięgu. Obserwacja SEM wykazała, że włókno bazaltowe ma kołowy przekrój poprzeczny i gładki w kierunku wzdłużnym. Eksperymenty z rozpuszczalnością wykazały lepszą odporność włókna na kwasy, zasady i rozpuszczalniki organiczne. DGA wykazało, że istnieją trzy etapy utraty masy w procesie podwyższania temperatury. Są to, odpowiednio: odparowanie wilgoci we włóknie w temperaturze około 100 °C, rozkład resztkowych minerałów węglanowych w przedziale 480-630 °C oraz rozkład nowo wytworzonych węglanów w przedziale 850-995 °C. Na krzywej przepływu ciepła występują również trzy endotermiczne piki, przy czym pierwszy i drugi odpowiadają ostatnim dwóm etapom utraty masy, a trzeci proces topienia włókna, którego początek wynosi od 1122,14 °C, osiągając wartość szczytową przy 1194,96 °C, a kończąc na 1380 °C. Zbadano także wytrzymałość na rozciąganie włókien bazaltowych.

Słowa kluczowe

EN

basalt fibre; composition; property

PL

włókno bazaltowe; skład; właściwości

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 28, no. 4 (142)
• Strony: 52--56
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Shi Fengjun

• North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou, Henan 450045, China

autor

Su Hang

• North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou, Henan 450045, China

autor

Zhao Lei

• Dengdian Basalt Fibre Co. Ltd of Henan, Xingzheng, Henan 451100, China

autor

Yu Xiuyan

• Textile Products Quality Supervision & Inspection Institute of Henan, Zhengzhou, Henan 450042, China

autor

Li Shengxian

• Textile Products Quality Supervision & Inspection Institute of Henan, Zhengzhou, Henan 450042, China

Bibliografia

• 1. Cao Hailin, Yan Yiwu, Yue Lipei, Zhao Jinghua. Basalt Fibers. National Defense Industry Press, Beijing 2017: 40-57 (in Chinese).
• 2. Fiore V, Scalici T, Di Bella G, Valenza A. A review on basalt fibre and its composites. Composites Part B Engineering, 2015, vol. 74: 74-94.
• 3. Gurev VV, Neproshin EI, Mostovoi GE. The effect of basalt fiber production technology on mechanical properties of fiber. Glass and Ceramics, 2001, 58(1-2): 62-65.
• 4. Sarasini F, Tirillò J, Seghini MC. Influence of Thermal Conditioning on Tensile Behaviour of Single Basalt Fibres. Composites Part B: Engineering 2018; 132: 77-86.
• 5. Bhat T, Fortomaris D, Kandare E and Mouritz A P. Properties of Thermally Recycled Basalt Fibres and Basalt Fibre Composites. Journal of Materials Science 2018; 53(10): 1933-1944.
• 6. Ramachandran B E, Velpari V, Balasubramanian N. Chemical Durability Studies on Basalt Fibres. Journal of Materials Science 1981; 16(12): 3393-3397.
• 7. Wang Mingchao, Zhang Zuoguang, Li Yubin, et al. Chemical Durability and Mechanical Properties of Alkali-Proof Basalt Fiber and its Reinforced Epoxy Composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites 2008; 27(4): 393-407.
• 8. Sokolinskaya MA , Zabava LK , Tsybulya TM, et al. Strength Properties of Basalt Fibres. Glass and Ceramics 1992; 49(9-10): 435-437.
• 9. Militký J, Kovačič V, Bajzik V. Mechanical Properties of Basalt Filaments. FIBERS & TEXTILE in Eastern Europe 2007, 15(5-6): 49-53.
• 10. Seghini M C, Pucci MF, Liotier P-J, Sarasini F, Drapier S. Surface Characterisation and Wetting Properties of Single Basalt Fibres. Composites Part B: Engineering 2017; 109: 72-81.
• 11. Lei Jing, Dang Xin’an, Zhang Hao and Li Jianjun. Analysis on Basalt Ore and Crystallization Temperature of Basalt Melt. Journal of Shaanxi University of Science & Technology 2007; 25(2), 63-66 (in Chinese).
• 12. Deák T, Czigány T. Chemical Composition and Mechanical Properties of Basalt and Glass Fibers: A Comparison. Textile Research Journal 2009; 79(7): 645-651.
• 13. Felix Bauer, Manuel Kempf, Frank Weiland, Peter Middendorf. Structure-Property Relationships of Basalt Fibers for High Performance Applications. Composites Part B: Engineering 2018; 145: 121-128.
• 14. Wei Bin, Cao Hailin, Song Shenhua. Environmental Resistance and Mechanical Performance of Basalt and Glass Fibers. Materials Science and Engineering A 2010; 527: 4708-4715.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).