Гидромеханика и технологические характеристики формования базальтовых непрерывных волокон при фильерном способе их получения

Для получения волокон с уникальными свойствами с целью последующего изготовления на их основе композиционных материалов наиболее приемлемым сырьем являются базальты – высокостабильные по химическому и минералогическому составу экструзивные горные породы магматического происхождения, запасы которых в мире практически неисчерпаемы, в том числе и запасы месторождения Республики Саха(Якутия). Получают базальтовые волокна при одностадийном технологическом процессе из однокомпонентного дешевого сырья – формование волокна производится из вязкого потока расплава базальта, вытекающего из фильеры. В настоящее время в производстве ООО «ТБМ» (г. Якутск) используют канал фильеры, который имеет вид цилиндра и для него ранее авторами были определены технологические характеристики формования базальтовых непрерывных волокон. В данной статье предлагается альтернативная геометрия канала фильеры для получения базальтового непрерывного волокна, которая состоит из усеченного конуса (конфузора) и цилиндра. Показано, что предлагаемая конструкция фильеры стабилизирует истечение расплава базальта, что повышает скорость вытяжки за счет улучшения физико-механических свойств получаемого волокна по сравнению с каналом постоянного сечения. Описана гидромеханика формования базальтовых непрерывных волокон на стадии истечения вязкого расплава через канал фильеры. А именно, получены аналитические формулы для инженерных расчетов распределения скорости потока и давления по каналу фильеры при малых углах конфузорности и малых числах Рейнольдса. На основе полученных зависимостей определен объемный расход расплава базальта через канал фильеры. Результаты исследований могут использоваться для выбора и оптимизации технологических режимов получения непрерывных базальтовых волокон из сырья месторождения Республики Саха (Якутия) на промышленной установке разработки НПК «Терм» ОАО «Стеклопластик».

1. Гаврильева А.А., Винокуров Г.Г., Кычкин А.К., Орешко С.М. Технологические характеристики формования базальтовых непрерывных волокон при фильерном способе их получения // Известия Самарского научного центра РАН. 2013. Т. 15, №4, С.448–450.

2. Обзор рынка теплоизоляционных материалов на основе базальтового волокна в России: Отчет ООО «Инфомайн» (демоверсия). 2007. 145 с.

3. Охлопкова А.А., Васильев С.В., Гоголева О.В. Разработка полимерных композитов на основе политетрафторэтилена и базальтового волокна //Нефтегазовое дело. 2011. №6. С. 404– 411 (электронный научный журнал)

4. Ходакова Н.Н., Углова Т.К., Фирсов В.В., Татаринцева О.С. Минеральное сырье Кавказа для производства базальтовых волокон // Ползуновский вестник. Прикладная химия и смежные области. 2013. №1. С. 138–142.

5. Исследование рынка армирующих изделий и материалов из непрерывного базальтового волокна в России: Отчет агентства «Megaresearch» (демоверсия). 2011. 142 с.

6. Степанова Е.В. Структура и свойства базальтопластиков, армированных базальтовыми нитями разных производителей, и модификация их физическими и химическими методами: Автореф. дис. … к.т.н. Саратов, 2006. 20 с.

7. Татаринцева О.С. Изоляционные материалы из базальтовых волокон, полученных индукционным способом: Автореф. дис. … д.т.н. Бийск, 2006. 42 с.

8. Васильева А.А. Повышение прочностных характеристик однонаправленных базальтопластиков модификацией эпоксидного связующего силикатными наночастицами: Автореф. дис. … к.т.н. Барнаул, 2013. 19 с.

9. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учебное пособие в 10 т. Т. VI. Гидродинамика. 3-е изд., перераб. М.: Наука, 1986. 736 с.

10. Смирнов Л.Н., Кошелев В.Ю. Механика формования непрерывных базальтовых волокон при фильерном способе их получения. М.: Информконверсия, 2000 (Научная библиотека журнала «Конверсия в машиностроении», вып. 3, приложение к журналу № 2, 2000). 24 c.