Le basalte est une roche ignée volcanique présente dans le monde entier et a toujours été utilisée pour des applications de moulage architectural comme les carreaux et les dalles et comme agrégat de béton. Ce type de roche est solide, résistant à l’abrasion et très résistant à la chaleur. Il a été étudié et utilisé de plusieurs manières différentes pour des applications industrielles et militaires, où son applicabilité en temps de guerre a été largement étudiée après la Seconde Guerre mondiale.
Le premier brevet pour la fabrication de fibres de basalte a été délivré en 1923 par le Français Paul Dhé, et a depuis été déposé pour des utilisations industrielles. Ce matériau résistant peut être transformé en fines fibres transformées en fils pour renforcer sa résistance et le préparer à des utilisations futures.
Produits tissés à partir de fils de fibres de basalte, tels que manches en basalte, ruban d'échappement, corde de basalteet joints de canal de fenêtre en basalte-sont très solides, flexibles, résistants à la chaleur et recyclables, ce qui en fait des composants polyvalents pour les applications à haute température qui sont souvent préférés aux matériaux similaires comme la fibre de verre. Les utilisations courantes de l'isolation des gaz d'échappement comprennent l'emballage thermique pour réduire l'excès de chaleur dans les véhicules de tourisme et les motos et le confinement de la chaleur pour sceller les portes chaudes des fours.
L'histoire de la fibre de basalte
Les fibres de basalte ont une histoire colorée en raison de leur applicabilité militaire et industrielle, qui est devenue particulièrement pertinente pendant la guerre froide, lorsque les responsables des États-Unis et de l'Union soviétique ont commencé à étudier les différentes utilisations du basalte pour le matériel militaire.
Les grandes formations de basalte étaient concentrées dans le nord-ouest des États-Unis, où l’Université de l’État de Washington a mené des recherches pour mieux comprendre les propriétés chimiques et le processus d’extraction des fibres de basalte et comment étendre leur applicabilité. Les sociétés verrières américaines comme Corning et Owens ont également été impliquées dans des recherches indépendantes et dans l'obtention de brevets autour des fibres de basalte jusqu'aux années 1970, lorsque la recherche sur les fibres de basalte a été abandonnée pour se concentrer sur d'autres produits en verre comme le verre S-2 ou le verre E.
En Europe de l'Est, des groupes à Moscou, Prague et d'autres villes soviétiques ont mené leurs propres recherches après la Seconde Guerre mondiale, qui ont été nationalisées par le ministère de la Défense de l'URSS et concentrées à Kiev, en Ukraine, où la recherche sur le basalte et les produits militaires ont été conçus, testés et fabriqués. .
Après la chute de l’Union soviétique en 1911, la recherche a été déclassifiée et mise à la disposition du public. La recherche sur les fibres de basalte, par exemple, a joué un rôle essentiel dans le développement de la technologie des bandes de basalte.
Comment est fabriquée la fibre de basalte ?
La fibre de basalte est comme la fibre de verre et partage des processus de production similaires, mais avec des différences clés qui rendent la création de fibres de basalte plus facile que le verre.
Tout d’abord, la roche basaltique brute est broyée, lavée, séparée et introduite dans des bains de fusion dans des fours à gaz à haute température. Contrairement à la production de fibre de verre, qui comprend de multiples dérivés en plus du sable de silice comme ingrédient principal, la fibre de basalte est fabriquée à partir d'un seul matériau de basalte. Cela rationalise le processus de transport des matériaux dans le four en une seule fois, contrairement à la production de fibre de verre, qui nécessiterait un dosage indépendant de chaque matériau inclus avant d'être envoyé dans le four. Cependant, l’un des inconvénients de la production de fibres de basalte est que les fabricants ont un contrôle moins direct sur la pureté et la consistance du basalte brut. Il est donc essentiel de s’approvisionner auprès d’une carrière de qualité.
Le basalte broyé entre ensuite dans le four et est liquéfié à une température de 1500 2732°C/XNUMX XNUMX°F. Contrairement au verre, qui est transparent, le basalte opaque absorbe plutôt qu’il ne transmet l’énergie infrarouge. Par conséquent, il est plus difficile pour les brûleurs à gaz aériens utilisés dans les fours à verre conventionnels de chauffer uniformément l’ensemble du mélange de basalte. Avec le gaz de tête, le basalte en fusion doit être maintenu dans le réservoir pendant des périodes prolongées par rapport au verre pour garantir une température homogène.
Ensuite, les filaments de basalte sont formés par des bagues platine-rhodium, comme cela se produirait pour le verre. Au fur et à mesure que les filaments refroidissent, un agent d'encollage est appliqué et le matériau est déplacé vers un équipement d'étirement des fibres à vitesse contrôlée, puis vers un équipement d'enroulement, où la fibre de basalte est enroulée pour une utilisation future.
Étant donné que le filament de basalte est plus abrasif que les filaments de verre, les bagues doivent être remplacées plus fréquemment et sont coûteuses. Cependant, les filières modernes destinées à la production de fibres de basalte ont des cycles de vie similaires à celles utilisées dans la production de verre.
Une fois la fibre produite, elle est incorporée au produit final, comme les manchons d’échappement en fibre de basalte. Bien qu'il s'agisse de l'application la plus courante de ce matériau traité, une autre utilisation courante concerne le maison et foyer l'industrie, où cordes or joints de canal de fenêtre sont utilisés.
Bien que la production de fibres de basalte puisse prendre plus de temps et d'argent que la production de verre dans les étapes finales, les fibres utilisées pour les bandes et les manchons d'échappement en basalte sont supérieures en termes de durabilité, de résistance et de longévité dans les composites et les applications nécessitant une protection contre les températures extrêmes.
Quels sont les avantages de la fibre de basalte ?
Les fibres de basalte présentent plusieurs avantages essentiels qui rendent ce matériau si applicable industriellement.
- Résistance thermique
- Résistance à la corrosion et au feu
- Faible absorption d'eau
- Prévention de la conduction électrique
- Résistance UV
- Résistance aux rayonnements électromagnétiques
- Résistance à l'acidité
Une étude récente comparant les fibres de verre époxy aux fibres de basalte fabriquées selon le même processus a révélé que les fibres de basalte possèdent également :
- Module de traction plus élevé
- Résistance à la traction plus élevée
- Résistance au cisaillement interlaminaire plus élevée
- Résistance spécifique 40 % plus élevée
- Rigidité spécifique 20 % plus élevée
La résistance aux chocs de la fibre de basalte la distingue considérablement du verre et du carbone. Par exemple, il a été observé que le fil de fibre de basalte a une capacité d'absorption d'énergie spécifique environ 35 % plus élevée par rapport à un matériau hybride en verre de structure similaire et une capacité 17 % plus élevée par rapport à un matériau hybride en carbone tissé similaire.
Le basalte est également bénéfique à la sécurité des travailleurs et à la qualité de l'air, car le processus de production de fibre de basalte est plus sûr pour l'environnement que la fibre de verre en tant que sous-produit volcanique. Cela réduit les gaz à effet de serre émis lors du processus de création de fibres. Le basalte est également un matériau inerte et incombustible présent naturellement sur Terre. Il est donc plus recyclable que les autres fibres de renforcement, un facteur pris en compte par l'industrie automobile et d'autres industries.
Choisir entre le basalte et le verre
Malheureusement, même avec les progrès modernes, les produits en fibre de basalte sont plus chers que leurs concurrents similaires dérivés du verre, comme le verre E. Cependant, les avantages en termes de performances, comme avec les manchons en basalte, font de l'augmentation du coût un investissement rentable dans les performances de votre produit.
Les avantages de la fibre de basalte par rapport au verre E comprennent une meilleure résistance, rigidité, résistance aux chocs, résistance à la corrosion, résistance à l'eau et résistance thermique. Ces qualités font des manchons, des bandes d'échappement, des cordes et d'autres matériaux en fibre de basalte le choix privilégié en matière de protection thermique.
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Sources
