Ein vollständiger Leitfaden für Basaltfasern

Der Aufschwung der Basaltfaser

Basaltfasern entwickeln sich rasch zu einem ernsthaften Konkurrenten in der Welt der Hochleistungsverbundwerkstoffe. Sie werden direkt aus natürlichem Vulkangestein gewonnen und vereinen Festigkeit, Haltbarkeit, chemische Beständigkeit und thermische Stabilität - und sind dabei umweltfreundlich und relativ kostengünstig. Diese Faser ist eine hervorragende Lösung für die Luft- und Raumfahrt, das Bauwesen, die Automobilindustrie und den Energiesektor gleichermaßen.

Aber was genau ist Basaltfaser? Warum eignet sie sich für solch extreme Bedingungen, und wie schneidet sie im Vergleich zu bekannteren Materialien wie Glas- und Kohlenstofffasern ab? Dieser Leitfaden gibt einen Überblick über die Eigenschaften, Anwendungen und Produkttypen von Basaltfasern und bietet einen umfassenden Einblick in ein Material, das die Zukunft der Hochleistungsverbundwerkstoffe mitbestimmt.

Abb.1 In den Proben verwendete Basaltfasern. Von links nach rechts: zerkleinert (links), aufgespult (Mitte) und lang (rechts). [1]

Wichtige Eigenschaften von Basaltfasern

1. Natürlicher Ursprung und Zusammensetzung
Basaltfasern werden aus gebrochenem Basaltgestein hergestellt - einem vulkanischen Gestein, das in der Erdkruste häufig vorkommt. Im Gegensatz zu vielen synthetischen Fasern benötigt Basalt keine Zusatzstoffe; es wird einfach bei etwa 1.450 °C geschmolzen und durch feine Düsen extrudiert, um Endlosfasern zu bilden. Das Ergebnis ist ein Material mit hervorragender Gleichmäßigkeit und chemischer Stabilität.

2. Hohe thermische Beständigkeit
Eine der herausragenden Eigenschaften von Basaltfasern ist ihre hohe Temperaturbeständigkeit. Sie behält ihre mechanische Integrität bei Temperaturen von bis zu 800 °C bei, was deutlich höher ist als bei Glasfasern und sie ideal für den Brandschutz und für Umgebungen mit hoher Hitze macht. Sie brennt nicht, und ihre Wärmedämmeigenschaften sind bemerkenswert.

3. Korrosionsbeständigkeit und chemische Resistenz
Basaltfasern weisen im Vergleich zu Glas- und Kohlenstofffasern eine hervorragende Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit auf. Sie widerstehen Laugen, Säuren, Salzwasser und einer Reihe von Lösungsmitteln, was sie besonders für Anwendungen in der Schifffahrt, in der chemischen Industrie und im Untergrund geeignet macht.

4. Mechanische Festigkeit und Dauerhaftigkeit
Obwohl Basaltfasern nicht ganz die Zugfestigkeit von Kohlefasern erreichen, übertreffen sie Glasfasern in Bezug auf das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und haben eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit. Außerdem ist sie rissbeständig und behält ihre Festigkeit unter mechanischer und umweltbedingter Belastung bei.

5. Umweltfreundlichkeit
Da Basaltfasern direkt aus natürlichem Gestein ohne chemische Zusätze hergestellt werden, ist ihr Produktionsprozess relativ sauber. Außerdem ist sie vollständig recycelbar, was ihr bei umweltbewussten technischen Anwendungen einen Vorteil verschafft.

Basaltfaser vs. Glasfaser vs. Kohlefaser

Basaltfasern schließen die Lücke zwischen Glas- und Kohlenstofffasern.

Sie bietet eine bessere thermische und chemische Beständigkeit als Glas sowie niedrigere Kosten und eine bessere Umweltverträglichkeit als Kohlenstoff. Sie ist nicht so stark und leicht wie Kohlenstofffasern, aber sie bietet ein überzeugendes Gleichgewicht für viele strukturelle und thermische Anwendungen.

Die wichtigsten Anwendungen von Basaltfasern

1. Luft- und Raumfahrt und Verteidigung
Wie bei der Chang'e 6-Mission bewiesen, eignen sich Basaltfasern aufgrund ihrer thermischen Stabilität und ihres geringen Gewichts ideal für die Isolierung in der Luft- und Raumfahrt, für Schutzhüllen und Strukturbauteile. Sie können auch in Verteidigungssystemen für Explosionsschutz, Flammenbarrieren und Tarnbeschichtungen verwendet werden.

2. Hoch- und Tiefbau
Im Bauwesen dienen Basaltfasern als Alternative zur Stahlbewehrung im Beton. Basaltbewehrung und faserverstärktes Polymergewebe (FRP) sind korrosionsbeständig, leicht und langlebig - ideal für Infrastrukturen, die Feuchtigkeit, Chemikalien oder Salz ausgesetzt sind.

3. Automobil und Transport
Basaltfaserverbundwerkstoffe werden in Automobilverkleidungen, Schalldämpfern und Isolierungen eingesetzt. Sie reduzieren das Gewicht bei gleichbleibender Festigkeit und bieten eine hervorragende Schwingungsdämpfung und Hitzebeständigkeit.

4. Schifffahrt und Offshore
Aufgrund ihrer Salzwasserbeständigkeit sind Basaltfasern eine ausgezeichnete Wahl für Bootsrümpfe, Offshore-Plattformen und Pipelines. Sie sind besser gegen Biofouling und Korrosion geschützt als Stahl oder herkömmliche Verbundwerkstoffe.

5. Feuerschutz und Isolierung
Decken und Filze aus Basaltfasern werden für den Brandschutz von Gebäuden, Industrieanlagen und Tunneln verwendet. Sie isolieren auch Öfen, Abgase und Hochtemperatur-Rohrleitungssysteme.

6. Sport und Konsumgüter
In Sportgeräten wie Snowboards, Fahrrädern und Angelruten erhöhen Basaltfasern die Festigkeit und verringern Vibrationen. Aufgrund ihrer ästhetischen Anziehungskraft ist sie auch bei Designermöbeln und -accessoires beliebt.

Basaltfaser-Produktpalette

Basaltfasern sind in einer Vielzahl von Formen erhältlich, die den Anforderungen der verschiedenen Branchen von der Bauindustrie bis zur Luft- und Raumfahrt gerecht werden. Im Mittelpunkt steht die kontinuierliche Basaltfaser (CBF), die durch Schmelzen und Extrudieren von Basaltgestein zu feinen Filamenten hergestellt wird. Diese Fasern werden dann zu verschiedenen Produkttypen verarbeitet.

Rovings und Garne werden beim Weben, bei der Pultrusion und beim Wickeln von Filamenten für strukturelle Verbundwerkstoffe verwendet. Zerkleinerte Fasern, die in der Regel nur wenige Millimeter lang sind, werden in Beton, Asphalt und Kunststoffe eingemischt, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern und die Rissbildung zu verringern.

Aus Basaltgarnen hergestellteGewebe werden häufig für den Brandschutz, zur Verstärkung und zur Wärmeabschirmung verwendet. Zur Isolierung und zum Brandschutz bieten Vliesfilze und -decken eine hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit und sind daher ideal für Industrieöfen, Rohrleitungen und Schutzkleidung.

Bänder und Manschetten dienen als thermische Umhüllung und örtliche Verstärkung, während Basaltbewehrung eine korrosionsbeständige Alternative zu Stahl in Beton darstellt. Und schließlich bieten Verbundplatten und -matten leichte, langlebige Lösungen für Anwendungen im Transportwesen, in der Schifffahrt und im Bauwesen.

Diese Palette von Basaltprodukten ermöglicht es Ingenieuren und Konstrukteuren, die Materialien auf die Anforderungen von hochleistungsfähigen, korrosiven oder thermisch anspruchsvollen Umgebungen zuzuschneiden.

Fazit

Basaltfasern sind nicht mehr nur eine geologische Kuriosität, sondern ein Material, das an der Spitze der Innovation steht. Es zeichnet sich durch eine ausgewogene Kombination aus mechanischer Festigkeit, thermischer Beständigkeit, Korrosionsschutz und Umweltfreundlichkeit aus. Ob auf der Erde oder im Weltraum, seine Anwesenheit ist ein Zeichen dafür, dass die Materialwissenschaft die herkömmlichen Grenzen überschreitet - ein Vulkangestein nach dem anderen. Weitere Informationen und technische Unterstützung finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Referenz:

[1] In den Proben verwendete Basaltfasern. Von links nach rechts: zerkleinert (links), aufgespult (Mitte) und lang (rechts).