Il basalto è una roccia ignea vulcanica diffusa in tutto il mondo e storicamente utilizzata per applicazioni architettoniche come piastrelle e lastre, e come aggregato per calcestruzzo. Questo tipo di roccia è resistente, all'abrasione e altamente resistente al calore. È stato studiato e utilizzato in diversi modi per applicazioni industriali e militari, dove la sua applicabilità in tempo di guerra è stata ampiamente studiata nel secondo dopoguerra.
Il primo brevetto per la produzione di fibre di basalto fu rilasciato nel 1923 dal francese Paul Dhé e da allora è stato utilizzato per usi industriali. Questo materiale resistente può essere trasformato in fibre sottili, filate per aumentarne la resistenza e prepararle per usi futuri.
Prodotti tessuti con filato di fibra di basalto, come maniche di basalto, nastro di scarico, corda di basaltoe guarnizioni per canali di finestre in basalto—sono molto resistenti, flessibili, resistenti al calore e riciclabili, il che li rende componenti versatili per applicazioni ad alte temperature, spesso preferiti a materiali simili come la fibra di vetro. Gli usi comuni dell'isolamento dei gas di scarico includono l'isolamento termico per ridurre il calore in eccesso in autovetture e motociclette e il contenimento del calore per sigillare le porte dei forni caldi.
La storia della fibra di basalto
Le fibre di basalto hanno una storia movimentata dovuta alla loro applicabilità militare e industriale, che divenne particolarmente rilevante durante la Guerra Fredda, quando sia i funzionari degli Stati Uniti che quelli dell'Unione Sovietica iniziarono a studiare i diversi usi del basalto per le attrezzature militari.
Grandi formazioni di basalto erano concentrate nel nord-ovest degli Stati Uniti, dove la Washington State University condusse ricerche per comprendere meglio le proprietà chimiche e il processo di estrazione delle fibre di basalto e per ampliarne l'applicabilità. Anche aziende vetrarie americane come Corning e Owens furono coinvolte in ricerche indipendenti e nell'acquisizione di brevetti sulle fibre di basalto fino agli anni '1970, quando la ricerca sulle fibre di basalto fu abbandonata per concentrarsi su altri prodotti in vetro come il vetro S-2 o il vetro E.
Nell'Europa orientale, gruppi di Mosca, Praga e altre città sovietiche condussero le proprie ricerche dopo la seconda guerra mondiale, che furono nazionalizzate dal Ministero della Difesa dell'URSS e concentrate a Kiev, in Ucraina, dove vennero progettati, testati e prodotti militari e si progettarono ricerche sul basalto.
Dopo la caduta dell'Unione Sovietica nel 1911, la ricerca fu declassificata e resa pubblica. La ricerca sulle fibre di basalto, ad esempio, è stata fondamentale per l'espansione della tecnologia dei nastri di basalto.
Come si produce la fibra di basalto?
La fibra di basalto è simile alla fibra di vetro e condivide processi di produzione simili, ma con differenze fondamentali che in definitiva rendono la creazione della fibra di basalto più semplice rispetto a quella del vetro.
In primo luogo, la roccia basaltica grezza viene frantumata, lavata, separata e immessa nei bagni di fusione in forni a gas ad alta temperatura. A differenza della produzione di fibra di vetro, che include diversi derivati oltre alla sabbia silicea come ingrediente principale, la fibra di basalto è ricavata da un unico materiale di basalto. Questo semplifica il processo di trasporto dei materiali nel forno contemporaneamente, a differenza della produzione di fibra di vetro, che richiederebbe il dosaggio indipendente di ciascun materiale incluso prima dell'invio al forno. Tuttavia, uno svantaggio della produzione di fibra di basalto è che i produttori hanno un controllo meno diretto sulla purezza e la consistenza del basalto grezzo, quindi è essenziale approvvigionarsi da una cava di qualità.
Il basalto frantumato entra quindi nel forno e viene liquefatto a una temperatura di 1500 °C/2732 °F. A differenza del vetro, che è trasparente, il basalto opaco assorbe anziché trasmettere l'energia infrarossa. Pertanto, è più difficile per i bruciatori a gas sospesi utilizzati nei forni per vetro convenzionali riscaldare uniformemente l'intera miscela di basalto. Con il gas sospesi, il basalto in fusione deve essere mantenuto nel serbatoio per periodi più lunghi rispetto al vetro per garantire una temperatura omogenea.
Successivamente, i filamenti di basalto vengono formati mediante boccole in platino-rodio, come avviene per il vetro. Mentre i filamenti si raffreddano, viene applicato un agente collante e il materiale viene trasportato verso un'apparecchiatura di stiramento delle fibre a velocità controllata e quindi verso un'apparecchiatura di avvolgimento, dove la fibra di basalto viene avvolta per un utilizzo futuro.
Poiché il filamento di basalto è più abrasivo dei filamenti di vetro, le boccole devono essere sostituite più frequentemente e sono costose. Tuttavia, le boccole moderne per la produzione di fibre di basalto hanno cicli di vita simili a quelli utilizzati nella produzione di vetro.
Dopo la produzione, la fibra viene incorporata nel prodotto finale, come nei manicotti di scarico in fibra di basalto. Sebbene questa sia l'applicazione più comune per questo materiale lavorato, un altro utilizzo comune è nell'ambito casa e focolare industria, dove corde or guarnizioni per canaline delle finestre vengono utilizzati.
Sebbene la produzione di fibre di basalto possa richiedere più tempo e denaro rispetto alla produzione di vetro nelle fasi finali, le fibre utilizzate per nastri e manicotti di scarico in basalto sono superiori in termini di durata, resistenza e longevità nei compositi e nelle applicazioni che richiedono protezione dalle temperature estreme.
Quali sono i benefici della fibra di basalto?
Sono diversi i vantaggi fondamentali delle fibre di basalto che rendono questo materiale così applicabile a livello industriale.
- Resistenza termica
- Resistenza alla corrosione e al fuoco
- Basso assorbimento d'acqua
- Prevenzione della conduzione elettrica
- Resistenza ai raggi UV
- Resistenza alle radiazioni elettromagnetiche
- Resistenza all'acidità
Uno studio recente che ha confrontato le fibre di vetro epossidiche con le fibre di basalto realizzate con lo stesso processo ha scoperto che le fibre di basalto presentano anche:
- Modulo di trazione più elevato
- Maggiore resistenza alla trazione
- Maggiore resistenza al taglio interlaminare
- Forza specifica superiore del 40%
- Rigidità specifica superiore del 20%
La resistenza agli urti della fibra di basalto la distingue notevolmente da quella di vetro e carbonio. Ad esempio, è stato osservato che il filato di fibra di basalto ha una capacità di assorbimento di energia specifica di circa il 35% superiore rispetto a un materiale ibrido di vetro con struttura simile e del 17% superiore rispetto a un materiale ibrido di carbonio intrecciato simile.
Il basalto è anche un materiale che contribuisce alla sicurezza dei lavoratori e alla qualità dell'aria, poiché il processo di produzione delle fibre di basalto è più sicuro per l'ambiente rispetto alla fibra di vetro, derivante da un sottoprodotto vulcanico. Questo riduce le emissioni di gas serra durante il processo di creazione delle fibre. Il basalto è anche un materiale inerte e non combustibile, presente naturalmente sulla Terra, quindi è più riciclabile di altre fibre di rinforzo, un fattore che l'industria automobilistica e altre industrie tengono in considerazione.
Scegliere tra basalto e vetro
Purtroppo, nonostante i progressi moderni, i prodotti in fibra di basalto sono più costosi di prodotti simili derivati dal vetro, come il vetro E. Tuttavia, i vantaggi in termini di prestazioni, come nel caso dei manicotti in basalto, rendono il costo più elevato un valido investimento per le prestazioni del prodotto.
I vantaggi della fibra di basalto rispetto al vetro E includono maggiore resistenza, rigidità, resistenza agli urti, resistenza alla corrosione, resistenza all'acqua e resistenza termica. Queste qualità rendono manicotti, nastri di scarico, corde e altri materiali realizzati in fibra di basalto la scelta preferita in termini di protezione termica.
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