Влияние оксидов на свойства базальтовых стекол и непрерывные волокна на их основе

Свойства непрерывных базальтовых волокон могут существенно отличаться друг от друга, что связано с непостоянством химического и минералогического состава сырья, из которого производятся эти волокна, а также от технологии изготовления. Химический и минералогический состав сырья различается как у разных карьеров, так и при разработке одного карьера. Одним из решений проблемы, связанной с нестабильностью состава сырья, является изучение корреляций между химическим составом шихты и свойствами непрерывного базальтового волокна. Это позволит определить оптимальный состав шихты и, в соответствии с этими данными, подбирать из каталога месторождений карьер с подходящим сырьем, а также модифицировать это сырьё необходимыми добавками в процессе получения непрерывных базальтовых волокон. Целенаправленная модификация горных пород с возможностью повышения физико-химических свойств базальтового волокна предполагает повышение их эксплуатационных характеристик и использование волокон в новых областях применения.

В процессе варки стекла исходные окислы, образующие стекло, вступают между собой во взаимодействие и изменяют своё состояние. Поэтому свойства свободных окислов не равны свойствам окислов в стекле. Модификация стекол различными оксидами, хорошо растворимыми в расплаве, дает возможность направленно регулировать их свойства, что широко используется на практике. Благодаря накопленным к настоящему времени для силикатных стекол расчетным и эмпирическим данным можно с определенной точностью составить приближенную характеристику роли отдельных компонентов и их вклад в то или иное свойство силикатного стекла [1, 2].

Приближенная оценка влияния различных окислов на свойства обычных промышленных стекол дана в табл. 1.

Горные породы, используемые для производства базальтового волокна, являются гетерогенной физико-химической системой, состоящей не только из химических компонентов, но и фаз различного состава, строения и состояния. Поэтому ряд проблем переработки каменного сырья заключаются в различии фазового состава исходных горных пород. Это первопричина различных значений вязкости, поверхностного натяжения, кристаллизации, смачивания, и наличия летучих компонентов в шихте, что отражается на технологии производства базальтовых волокон и предопределяет их качество. Мессбауэровские исследования Н.Е. Аблесимова показали [5], что в базальтовых системах имеются тугоплавкие фазы оливина и титаномагнетита. Оба минерала плавятся при температурах, превышающих температуру нагрева расплава в газовых плавильных агрегатах (1450–1500 °С), а именно: магнезиальный оливин, в зависимости от содержания магния, в пределах 1600–1750 °С, и титаномагнетит – при 1540 °С. Они могут быть ответственны за реликтовую кристалличность базальтовых волокон, что ухудшает их качество за счет нарушения однородности и способствует обрывности непрерывного базальтового волокна.