Базальтовые непрерывные волокна: характеристики и преимущества

Базальтовые волокна (БНВ) в силу совокупности своих прочностных характеристик, химической и термической стойкости, теплоизоляционных характеристик, низкой гигроскопичности, долговечности эксплуатации находят все более широкое применение в базовых отраслях промышленности, энергетике, строительстве, дорожном строительстве и коммунальном хозяйстве.

БНВ и материалы на их основе имеют следующие основные характеристики:

1. Удельная прочность БНВ на разрыв существенно, в 2.5 раза, превышает этот показатель для легированных сталей. В таблице 1 представлены данные по удельной прочности БНВ на разрыв [1].
   
2. Коррозионная и химическая стойкость базальтовых волокон (БВ). Базальтовые породы и, соответственно, БВ обладают высокой химической стойкостью к воздействию окружающей и агрессивных сред: морской воды, растворов солей, кислот, щелочей. Химическая стойкость БНВ открывает широкие перспективы их применения для материалов и конструкций, работающих под воздействием окружающей среды до 100 лет и десятки лет в химически активных средах.
   
3. Термическая стойкость БВ — длительное применение при температурах до 600°С, андезитобазальтовых волокон до 800°С, андезитовых — до 900°С. На основе БВ изготавливают негорючие и пожаростойкие материалы, которые могут эксплуатироваться при высоких температурах. Диапазон температур применения теплоизоляционных материалов из базальтовых супертонких волокон (БСТВ) и БНВ от −200 до +600°С.
   
4. Высокие термо- и звукоизоляционные характеристики. Данные по теплопроводности материалов из БСТВ с диаметром элементарных волокон 0.5–4 микрон представлены в таблице 3 [1]. В таблице 4 представлены характеристики звукоизоляционных материалов из БСТВ с диаметрами элементарных волокон 1–4 мкм, плотностью ρ = 15 кг/м3, толщиной 30 мм. Термо, звукоизоляционные материалы на основе супертонких и непрерывных базальтовых волокон негорючи, при нагреве и пожаре не дымят и не выделяют вредных веществ. Это особо важно для их применения в автомобильной, авиационной промышленности и судостроении, при строительстве ответственных и высотных зданий.
   
5. Низкая гигроскопичность в 6–8 раз ниже, чем у стекловолокна. Поэтому тепло- и звукоизоляционные материалы только из БВ применяют в авиационной промышленности и судостроении [2].
   
6. Стойкость и долговечность к знакопеременным нагрузкам и вибрациям. БНВ применяют для производства баллонов высокого давления (250 бар), рассчитанных на сотни циклов заправки. Композиты БНВ под воздействием длительных знакопеременных нагрузок практически не имеют следов усталостных разрушений — трещин и других признаков нарушений целостности. Так, композитные БНВ прутки ∅ 10, 12 мм более 20 лет бессменно эксплуатируются на подвеске вибросит мукомольных заводов.
   
7. Ударная прочность композитов БНВ. БНВ применяют для производства ударостойких бамперов, дорожных отбойников, бронежилетов, брони. Энергия удара поглощается БНВ материалом, благодаря армированию волокнами не происходит разрушения композитного изделия.
   
8. Возможность производства материалов и изделий БНВ с применением различных технологий: формовки, пултрузии, намотки, вакуумной формовки, штамповки, напыления и других «холодных технологий», не требующих затрат энергоресурсов.Перспективным направлением является производство композитов БНВ на основе препрегов (пропитанных связующим ровингов, тканей, нетканых материалов, базальтовой бумаги). Применение препрегов позволяет производить композитные БНВ материалы высокого качества и повышенной прочности.
   
9. Совместимость с другими материалами: металлами, пластиками, композитами, гелькоутами. Соединения клеевые. Это открывает широкую перспективу производства целого спектра комбинированных композитных материалов и изделий: сотовых и многослойных конструкций, армированных БНВ пластмасс, панелей, обшивок, несущих балок, кузовов и деталей автомобилей, корпусов судов, конструкций надстроек и др. Возможность производства композитных изделий с покрытиями из гелькоутов — долговечных внешних покрытий.
   
10. Высокие эксплуатационные характеристики материалов и изделий из базальтовых волокон: стойкость к воздействию окружающей среды и агрессивных сред, долговечность, удельные прочностные и весовые показатели, красивый внешний вид, ремонтопригодность.
    
11. Разработки компании «BFM TD» в области технологий БНВ и оборудования позволили существенно снизить энергоемкость и себестоимость производства [3, 4]. БНВ имеют наиболее предпочтительное соотношение «характеристики — стоимость» [5].
    

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Преимущества БНВ

БНВ — единственные волокна, которые производятся из природного сырья — базальтовых пород. При этом запасы базальтов для производства волокон достаточно доступны и огромны.

Базальтовые породы магматического происхождения имеют высокие характеристики по прочности, химической и термической стойкости. Соответственно, базальтовые волокна также обладают прочностными характеристиками в сочетании с высокой химической и термической стойкостью [1, 2].

Базальты — готовое сырье для производства волокон. Основные энергозатраты на подготовку базальтового сырья выполнены в природных условиях. Поэтому производство БНВ требует существенно меньше энергоресурсов, чем производство стекловолокна (СВ) и углеродных волокон (УВ).

Доступное природное сырье, низкие энергозатраты, применение современного технологического оборудования обеспечивают низкую себестоимость производства БНВ. Производство БНВ является экологически чистым и полностью отвечает современным требованиям по экологии, декарбонизации промышленности и энергетики.

Совокупность характеристик, преимущества БНВ, низкая себестоимость производства определяют возможности широкого применения материалов БНВ в базовых отраслях промышленности: машиностроении, автомобильной [6], авиационной [7, 8], судостроении, энергетике [9], строительной отрасли [10, 11], дорожном и гидротехническом строительстве [12], коммунальном хозяйстве.

Объемы производства БНВ и материалов БНВ в настоящее время составляют около 70 тысяч тонн в год. БНВ, армирующие и композитные материалы (АКМ), ткани, нетканые материалы, препреги потенциально востребованы на мировом рынке в объемах 4–5 миллионов тонн в год, что требует создания крупных современных заводов БНВ-АКМ.

Планирование заводов БНВ-АКМ

При планировании создания завода БНВ первым возникает вопрос (а) выбора базальтов местных карьеров и месторождений, наиболее пригодных для производства непрерывных волокон. Второй вопрос (b) — выбор оптимального места размещения завода БНВ-АКМ, разработка предварительного (аван) проекта завода, оценка сметы строительных работ и подвод инженерных коммуникаций. (c) Инвесторам и финансовым структурам обязательно нужен профессиональный детальный бизнес план с финансовой моделью создания завода БНВ-АКМ и выхода его на проектную производительность, данными о рентабельности производства и возврату инвестиций, проработкой рынков и планированием сбыта продукции завода. Поэтому создание заводов БНВ-АКМ начинают с выполнения подготовительных работ a, b и с.

a) Базальтовое сырье для производства волокон и чешуи

Базальтовые породы относятся к породам магматического происхождения и имеют множество разновидностей: базальты, андезиты, андезитобазальты, диабазы, долериты, порфириты, габбро-диабазы, габбро, амфиболиты и другие. Базальтовые породы достаточно распространены в мире. Однако далеко не каждое месторождение базальтов (по статистике не более 10–12%) пригодно для производства волокон, а особенно непрерывных волокон. Сырьем для производства супертонких волокон, непрерывных волокон и чешуи являются основные базальтовые породы [2, 13]. Специалистами компании накоплен значительный опыт проведения исследований месторождений базальтовых пород для производства БНВ. Для выбора требуемого базальтового сырья проведена классификация месторождений базальтовых пород и определены типы месторождений, наиболее пригодные для производства БНВ, разработана методика и созданы специализированные лабораторные установки для плавления образцов базальтов, исследования их расплавов, вытяжки и оценки качества первичных непрерывных волокон [13, 14, 15].

Методика обследования месторождений базальтовых пород, отбора образцов, исследования их расплавов и полученных первичных волокон:

1. Обследование местных карьеров и месторождений базальтовых пород, их геологической структуры, типа месторождений, ориентировочных объемов. Отбор образцов с разных мест месторождения для проведения лабораторных исследований.
   
2. Плавление образцов в лабораторной тигельной установке. Исследования характера плавления и полученного расплава, оценка вязкости и качества расплава при различных температурах, способности расплава к волокнообразованию.
   
3. При положительных результатах продолжение исследований образцов в лабораторной плавильной установке с вытяжкой первичных волокон. Проведение повторных исследований плавления и оценки качества расплава, его способности к волокнообразованию, параметров вытяжки первичных волокон и оценка качества первичных волокон.
   * Примечание. Методика предусматривает проведение химического анализа образцов базальтов, которые получили высокую оценку по результатам плавления и вытяжки первичных волокон. Компания имеет и формирует базу данных химических составов базальтовых пород, из которых производят БСТВ и БНВ, проводит анализ характеристик волокнообразования расплавов и первичных волокон в зависимости от химических составов.
   
4. По результатам обследований месторождений и лабораторных исследований образцов компания готовит отчет и заключение о возможности производства БНВ.
   
5. При создании промышленного производства БНВ на первой опытно-промышленной установке BCF 10 производится наработка первых партий БНВ, отработка промышленных технологий производства БНВ, обучение технологов, мастеров и операторов установок, а в дальнейшем входной контроль качества поступающего базальтового сырья.
   

Представленные методика, лабораторные и опытно-промышленные установки позволяют обеспечить выбор требуемого базальтового сырья для создания завода БНВ. Фото процесса исследования образцов месторождения базальтов на степень пригодности для производства БНВ (Рисунок 1).

Рисунок 1

b) Аван проект завода БНВ, армирующих и композитных материалов (АКМ)

В зависимости от планируемой производительности БНВ, номенклатуры АКМ, композитных изделий, тканей, нетканых материалов, препрегов проектная группа компании «BFM TD» разрабатывает аван проект завода БНВ-АКМ. Аван проект включает планировку земельного участка, конструкции и планировки производственных зданий с размещением технологического оборудования, а также других зданий завода для размещения персонала, лабораторий, мастерских, складов и других помещений, требуемых инженерных коммуникаций, оценку численности персонала завода по категориям работников.

Аван проект нужен для выбора места расположения завода БНВ-АКМ, оценки сметы и сроков строительства зданий завода и подвода инженерных коммуникаций, а также является основой для разработки рабочего проекта строительства завода БНВ-АКМ. Монтаж комплекса технологического оборудования осуществляется в зданиях цехов с инженерными коммуникациями в соответствии с рабочим проектом завода БНВ-АКМ.

Возможно, и есть опыт, создания производств БНВ-АКМ в имеющихся заданиях, при их реконструкции и ремонте, что также требует разработки аван и рабочего проектов.

Проектная группа компании «BFM TD» имеет опыт проектирования и создания целого ряда заводов БНВ производительностью 5–6, 10–12, 25 тысяч тонн с цехами переработки БНВ в материалы и изделия: армирующие материалы (базальтовую фибру, композитную арматуру, армирующие строительные и дорожные сетки), композитные изделия (профили, тросы, трубы диаметрами от 100 мм до 6400 мм, опоры освещения и ЛЭП, листовые и кровельные материалы и др.), ленты, ткани, нетканые материалы (холсты рубленых волокон, иглопробивные холсты). Указанный опыт и проектные наработки используют при разработке проектов новых более производительных заводов БНВ-АКМ.

c) Бизнес план

Заказчикам и акционерам, инвесторам и финансовым структурам обязательно требуется разработка основательного и профессионального бизнес-плана создания завода БНВ-АКМ с финансовой моделью, планом финансирования и возврата инвестиций, системой сбыта продукции завода для внутренних потребностей страны и экспортных поставок. Инвесторам особо важна информация о требуемых объемах финансирования строительства и создания производства завода БНВ-АКМ, себестоимости и рентабельности производства, сроках окупаемости инвестиций.

Специалисты компании обладают компетенциями разработки ТЭО и бизнес-планов создания заводов БНВ-АКМ, начиная от запуска первой очереди и до выхода на проектную производительность, а также опытом создания системы сбыта продукции заводов.

Себестоимость и рентабельность производства БНВ и материалов БНВ

Себестоимость производства БНВ определяется стоимостью исходного сырья, энергозатратами и трудозатратами производства, цеховыми и общепроизводственными расходами, уровнем налогов и амортизационными отчислениями.

Стоимость исходного базальтового сырья — щебня фракции 3–16 мм, 5–20 мм на карьере составляет 4,5–6,5 USD/тонна. Производство БНВ не является энергоемким (т.к. основные энергозатраты на подготовку сырья выполнены природой), оно на 45–50% менее энергоемко по сравнению с производством Е-стекловолокна, но более трудоемко. Однако, применение более производительных многофильерных питателей (англ. bushing) на 800, 1000, 1200 и более фильер позволяет существенно снизить трудоемкость и себестоимость производства БНВ.

Создание заводов с законченным циклом производства БНВ с переработкой в АКМ позволяет на 30–35% сократить цеховые и общепроизводственные расходы.

Объем инвестиций в создание заводов БНВ значительно меньший, чем для заводов Е-стекловолокна. Благодаря модульному принципу построения технологического оборудования БНВ, участков и цехов производства материалов БНВ финансирование может осуществляться поэтапно, по мере наращивания объемов производства и сбыта продукции завода БНВ-АКМ. Поэтому амортизационные отчисления в составе себестоимости незначительны.

Стоимость продаж ровингов БНВ составляет от 2200 до 3000 USD/тонна (в зависимости от диаметра волокон и прочностных характеристик).

Стоимость оборудования производства материалов БНВ (армирующих, композитных, тканей и нетканых материалов, композитных изделий) составляет от 15 до 30% стоимости комплекса технологического оборудования производства БНВ.

Переработка БНВ в материалы не является трудозатратной и энергоемкой — это «холодные технологии», что позволяет существенно повысить рентабельность производства и расширить рынки сбыта продукции завода, поставлять материалы БНВ прямым потребителям. Так, например, высокорентабельными являются производства армирующих сеток, тканей, нетканых материалов, препрегов, композитных изделий для конечных потребителей — компаниям строительной отрасли, автомобильной промышленности, машиностроения, энергетики.

Достигнутый уровень современного технологического оборудования обеспечивает высокую рентабельность производства БНВ и первичных материалов — ровингов, рубленого волокна, комплексных крученых нитей от 60 до 180% (в зависимости от условий создания и объемов производства) и сжатые сроки окупаемости инвестиций в создание заводов БНВ — АКМ.

Технологический процесс производства БНВ кратко можно представить в виде следующей последовательности технологических операций:

• выбор наиболее пригодных для производства БНВ месторождений базальтовых пород, входной контроль качества базальтового сырья;
  
• загрузка и интенсивный нагрев базальта до температур активного плавления;
  
• плавление и получение однородного по структуре и составу аморфного расплава;
  
• перегрев расплава для получения требуемой степени аморфности, плавления высокотемпературных включений в базальтовую породу (кварцев и др.), снижения вязкости расплава и удаления из расплава пузырьков газов, образовавшихся при плавлении;
  
• получение гомогенизированного однородного расплава требуемой вязкости перед выработкой;
  
• вытяжка из расплава через фильеры фильерного питателя непрерывных волокон и намотка жгута первичных волокон на шпиндель наматывающей машины;
  
• производство из первичных волокон ровингов, крученых нитей, рубленых волокон (базальтовой фибры).
  

Технологическое оборудование реализует весь процесс производства БНВ от входного контроля, загрузки, плавления базальтового сырья, контроля технологического процесса и качества расплавов до производства первичных материалов БНВ: бобин ровингов, рубленых волокон, шпуль комплексных крученых нитей.

Компанией «BFM TD» разработано два типа оборудования промышленного производства БНВ — фидерные многопостовые установки FF BCF 8-1000 и FF BCF 15-2000 [16] и модульные технологические линии серии ТЕ BCF [17, 18, 19]. Это технологические линии, в которых для плавления базальтов применяют газовые плавильные печи и агрегаты.

Для районов и стран, где нет природного газа, с низкой стоимостью электроэнергии (электроэнергия от ГЭС и АЭС), компанией разработаны и применяются электрические плавильные агрегаты BCF Е 15 в составе технологической линии ТЕ BCF Е 1000 и BCF Е 2×15 для ТЕ BCF Е 2000.

Конструкции фидерных базальтоплавильных печей для первого завода БНВ были заимствованы с заводов одностадийного производства Е-стекловолокна. Фидерные технологическое оборудование имеет большую газовую печь, где происходит плавление базальтового сырья и два длинных фидера, в которые из печи перетекает расплав. В фидерах установлены по несколько струйных фильерных питателей.

Для поддержания требуемых температур и вязкости расплава в длинных фидерах дополнительно расходуют природный газ. Поэтому фидерное технологическое оборудование для производства БНВ можно применять при низкой стоимости природного газа. Например, фидерные установки применяет компания «Каменный век» г. Дубна в РФ.

На заводах основных производителях БНВ применяют модульные технологические линии серии ТЕ BCF. Преимуществами технологических линий TE BCF являются модульные камнеплавильные агрегаты с низким потреблением природного газа, а также применение щелевых фильерных питателей (ФП), вместо струйных ФП. Щелевые имеют меньший вес по сравнению со струйными ФП и позволяют в несколько раз снизить расход электроэнергии на производство БНВ [20]. Щелевые ФП устанавливают в фидере модульного камнеплавильного агрегата, непосредственно в расплав базальта. Основной нагрев щелевого ФП осуществляется от расплава базальта при минимуме потребления электроэнергии.

В области БНВ проводят работы по созданию более производительных ФП и увеличения количества фильер, что обеспечивает рост объемов производства при существенном снижении трудоемкости и себестоимости производства БНВ.

С 1997 года по настоящее времени специалисты компании разработали четыре поколения модульных технологических линий TE BCF. Разработки в области технологий и оборудования производства БНВ позволили в несколько раз снизить удельные расходы энергоносителей, а также трудозатраты на производство БНВ [4, 5].

Современное оборудование производства БНВ представлено модульными технологическими линиями TE BCF 2000 третьего поколения и TE BCF 2500 четвертого поколения (технические характеристики представлены в таблице 5).

Таблица 5. Технические характеристики технологических линий ТЕ BCF 2000 и ТЕ BCF 2500

Для технологических линий ТЕ BCF 2000 созданы камнеплавильные агрегаты серии BCF 15G и BCF 2х15G, специальные загрузочные и плавильные горелки GBF-10, HB-10.

В качестве основного энергоносителя для плавления базальтов в модульных камнеплавильных агрегатах используют природный (NG), или сжиженный природный газ, сланцевый газ, сжиженный нефтяной газ (LPG), а также попутный нефтяной газ нефтяных месторождений, газовый конденсат газовых месторождений.

Технологические линии ТЕ BCF 2500 четвертого поколения применяют при наличии базальтового сырья высокого качества и подготовленном квалифицированном персонале операторов установок БНВ. Технологические линии ТЕ BCF 2500 состоят из модульных камнеплавильных агрегатов серии BCF 25 и BCF 2×25, более производительные с низким потреблением энергоносителей

В состав технологических линий TE BCF 2000, TE BCF 2500 входят: загрузчики базальтового сырья с дозаторами, камнеплавильные агрегаты с печными рекуператорами, фильерные питатели с токоподводами и фильерными трансформаторами, устройства нанесения замасливателя, наматывающие машины с автоматикой, системы контроля и управления камнеплавильными агрегатами, фильерными питателями и технологической линией ТЕ BCF в целом. Технологические линии дополнительно комплектуются системой вторичной рекуперации, оборотными системами водоохлаждения и возврата замасливателя, оборудованием для производства первичных материалов: туннельными сушилами, шпулярниками и станками для намотки бухт ровингов, рубочными машинами, крутильными машинами для производства комплексных нитей, технологическими тележками.

На основе технологических линий TE BCF 2000 и TE BCF 2500 создают заводы БНВ.

** Примечание. Технологии, технологическое оборудование, основные узлы, щелевые фильерные питатели являются оригинальными разработками специалистов компании «BFM TD» и защищены патентами на изобретения [16, 17, 18, 19, 20]. Компанией также разработаны и запатентованы технология и оборудование производства преднапряженной композитной арматуры БНВ повышенной прочности [21].

Создание заводов БНВ-АКМ

После проведения подготовительных работ а), b) и c) разрабатывают рабочий проект завода БНВ-АКМ. В соответствии с рабочим проектом строят здания завода, подводят инженерные коммуникации. Параллельно компания изготавливает и комплектует комплекс технологического оборудования завода БНВ-АКМ. Затем производится монтаж и пуско-наладка оборудования первой очереди завода, запуск в работу технологического оборудования, обучение персонала завода, наработка партий продукции, разработка технологических регламентов производства и технических условий на продукцию завода. Компания «BFM TD» предлагает создание заводов БНВ-АКМ поэтапно: первая очередь завода производительностью 1000‑2000‑2500 тонн БНВ в год с переработкой в первичные материалы (ровинги, рубленые волокна, нити), армирующие материалы; вторая очередь — 5000 тонн БНВ в год с увеличением объемов и номенклатуры производимых материалов БНВ; вывод завода на проектную производительность в 10–12 тысяч тонн/год по мере обучения персонала и поступления заказов на поставки БНВ и материалов БНВ.

Компания имеет опыт создания девяти заводов БНВ и материалов БНВ, которые в настоящее время производят более 65 тысяч тонн в год. В КНР созданы крупные заводы «Chengdu Aerospace Tuoxin Science & Technology Co., LTD», «Sichuan Aerospace Tuoxin Basalt Industry Co., LTD», «Hengdian Group Shanghai Russia Gold Basalt Fiber» и «GBF - Gold Basalt Fiber» и производства (цехи, участки) материалов БНВ. По сути, в КНР на основе технологий и оборудования компании создана новая высокотехнологичная отрасль промышленности БНВ и АКМ.

Компания целенаправленно совместно с отраслевыми НИИ и заказчикам проводит работы по широкому применению материалов БНВ. Разработаны и утверждены технические условия, нормативная документация, ГОСТы на применение армирующих материалов БНВ [22, 23, ..., 30].

Для новых заводов БНВ-АКМ, начиная с проведения подготовительных работ, в процессе строительства завода и создания производства планируется и создается система сбыта продукции.

Рынки сбыта продукции заводов БНВ-АКМ

Потребность в БНВ и материалах БНВ в мире растет, ежегодный рост производства и потребления БНВ составляет от 10 до 14%. Спрос на БНВ и материалы БНВ существенно превышает объемы их производства на созданных заводах. Поэтому для создаваемых заводов компания создает систему сбыта продукции под планируемое производство и с учетом перспектив его развития и роста, а также потенциальных заказчиков и потребителей БНВ и материалов БНВ. Создание системы сбыта продукции заводов БНВ и АКМ проводится по нескольким направлениям: (1) для обеспечения внутренних потребностей страны и замещения импорта; (2) по отраслевым направлениям применения материалов БНВ; (3) для экспортных поставок (3.1) потребителям по регионам и странам мира, (3.2) поставки материалов БНВ для реализации программ и проектов регионального и мирового значения.

1. Для обеспечения внутренних потребностей страны, создания завода БНВ-АКМ, проводится анализ импорта материалов и изделий, которые могут быть замещены материалами на основе БНВ

Работу по локализации производства предпочтительно проводить на уровне Правительства, Таможенного комитета, крупных компаний, которые вынуждены использовать импортируемые материалы и изделия.

2. Отраслевые заказчики БНВ и материалов БНВ

2.1. Армирующие материалы БНВ (базальтовая фибра, сетки, арматура) для сложных условий эксплуатации — воздействии окружающей и морской среды, во влажной и щелочной среде бетонов, перепадах температур и частых теплосменах, в которых арматура и конструкции из стали подвержены интенсивной коррозии. Например, армирующие материалы БНВ для строительства и ремонта автомобильных дорог [11, 12].

Рубленые волокна (базальтовая фибра) для дисперсного объемного армирования бетонов и асфальтобетонов производителям бетонов, легких и ячеистых бетонов, заводам сухих строительных смесей и гипсокартонных плит, цементным заводам (для производства фибробетонов повышенной прочности), асфальтобетонным заводам.

Композитная арматура, арматурные сетки, строительные и дорожные сетки, для строительства и дорожного строительства [ 11 ].

Заказчики армирующих материалов БНВ — заводы железобетонных изделий и строительных материалов, строительные и дорожно-строительные компании, асфальтобетонные и бетонные заводы.

Заказчиками ровингов БНВ являются производители композитной арматуры.

2.2. Композитные материалы и изделия БНВ для строительной отрасли, дорожного, гидротехнического и сейсмостойкого строительства, коммунального и водного хозяйства. Композитные материалы и изделия: профили (трубы средних и больших диаметров, уголки, швеллеры, листовые облицовочные пластики и панели и др.), профили сложной формы (для изготовления окон и дверей), композитные конструкции опор и пролетов мостов, вантовые тросы, опоры освещения и ЛЭП и др.

2.3. Ткани и нетканые материалы БНВ, как основа для производства кровельных и гидроизоляционных материалов, препрегов и композитных материалов (на основе ровингов, лент, тканей и нетканых материалов). Ткани БНВ плотностью 30–130 гр/м², технические конструкционные ткани плотностью от 150 до 1800 гр/м². Нетканые материалы — базальтовая бумага, иглопробивные холсты, холсты рубленых волокон (Рисунок 2).

2.4. Долгосрочные поставки БНВ и материалов БНВ для крупных заказчиков и отраслей промышленности: строительных материалов, машиностроения, автомобильной, судостроительной, авиационной, химической, электротехнической и кабельной промышленности, нефтяной и газовой отрасли, энергетики.

Значительными по объемам, стратегическими потребителями БНВ, тканей, нетканых материалов и препрегов являются автомобилестроительные компании, применяя их для производства тормозных колодок, глушителей, автомобильных композитных деталей, таких как: бамперы, обтекатели, торпеды, капоты, крылья и др... Разработаны и успешно прошли испытания композитные БНВ кузова автомобилей с электроприводом [6]. Для запуска в серийное производство электромобилей с базальтовыми композитными кузовами требуется создание крупных заводов БНВ, тканых и нетканых материалов.

2.5. Негорючие и огнестойкие композитные материалы, огнестойкие покрытия. БНВ — единственные волокна, которые соместно с неорганическими связующими можно применять для производства негорючих пожаростойких материалов.

Негорючие композитные материалы и изделия востребованы для строительства ответственных объектов, где недопустимо возникновение и распространения пожара, высотных зданий, корпусов и надстроек судов.

3. Экспортные поставки БНВ и материалов БНВ планируются на этапе выполнения подготовительных работ. Компания имеет контакты и проводит работы с крупными потребителями и заказчикам материалов БНВ, участвует в международных выставках композиционных материалов и международных проектах по применению материалов БНВ

3.1. Потребители БНВ и АКМ по регионам и странам мира.

3.1.1. Наиболее крупными потребителем БНВ, армирующих и композитных материалов (АКМ) БНВ являются США и страны ЕС. США, ЕС, страны Персидского залива — крупнейшие потребители армирующих материалов для строительства, дорожного, гидротехнического, портового и прибрежного строительства. США производят около 35% мирового объема композитов, основой которых может быть БНВ

3.1.2. В мире десятки стран потенциальных потребителей БНВ и АКМ, где нет своей металлургической промышленности. Для этих стран требуются поставки армирующих и композитных материалов БНВ взамен импортируемых стальных изделий: арматуры, проката, труб, опор ЛЭП и др.

3.1.3. Поставки БНВ и материалов БНВ для крупных стран, которые имеют металлургическую промышленность: Индия, Бразилия, ЮАР, Австралия, Малайзия, Филиппины, Мексика, Япония и др. По своим характеристикам АКМ БНВ превосходят стальные, при более низкой себестоимости производства. Для освоения рынка этих стран можно поставлять АКМ БНВ на 5–10% дешевле их стальных аналогов.

В перспективе поставки БНВ на создаваемые производства армирующих, композитных материалов и изделий: арматуры, армирующих сеток, профилей, лотков, особенно габаритных труб и композитных изделий, востребованных в этих странах.

3.1.4. В развитых ведущих странах: США, ЕС, ЮВА и Южной Америки востребованы армирующие материалы БНВ, а также ровинги, комплексные крученые нити, ленты, препреги, ткани, нетканые материалы для производства композитов.

3.1.5. Для развитых стран материалы БНВ применимы в высокотехнологичных отраслях: для производства деталей и кузовов автомобилей и электромобилей; авиационной промышленности и судостроении; энергетике и кабельной промышленности; армирующие и композитные материалы для крупных инфраструктурных объектов (скоростных автомобильных и железнодорожных магистралей, метро, тоннелей, мостов).

3.1.6. Поставки армирующих материалов БНВ для строительства крупных региональных проектов магистральных автодорог «Шелковый путь», через Индокитайский полуостров, скоростной ж/д магистрали вдоль Скандинавского полуострова, судоходного канала по территории Никарагуа (дублера Панамского канала), скоростных автомобильных и железнодорожных магистралей, подводных тоннелей, крупных мостов и других.

3.2. Перспективные направления применения материалов БНВ для реализации программ и проектов регионального и мирового значения.

3.2.1. Международная программа стран ЕС по экологии и снижению вредных и углеродных выбросов в атмосферу. Производство БНВ является экологически чистым и безотходным производством с низким потреблением энергоресурсов. АКМ позволяют заменять изделия из стали, производство которых связано с большими энергопотреблением и загрязнением окружающей среды.

3.2.2. Международные программы и программы ЕС по экономии энергоресурсов. Энергетические затраты на производство БНВ в 20 раз меньше, чем на производство стали, нержавеющей стали, металлопроката и изделий из стали.

Для производства БНВ можно использовать газовый конденсат и попутный нефтяной газ, который зачастую сжигается в факелах на газовых и нефтяных промыслах, а также коксовый газ, которые загрязняют атмосферу выбросами углерода и СО2.

3.2.3. Международная программа применения армирующих и композитных материалов БНВ для сейсмостойкого строительства и укрепления зданий и сооружений в сейсмоопасных регионах мира – странах Центральной Азии и Ближнего Востока, Центральной и Южной Америки, ЮВА. Применение армирующих и композитных материалов БНВ позволит обеспечить прочность и сейсмостойкость зданий и сооружений более эффективно, чем это решается в настоящее время с применением традиционных материалов из стали. Особо актуально применение армирующих материалов БНВ в сейсмостойком строительстве, в связи с ростом стоимости стальной арматуры в последние годы в три раза.

3.2.4. Международная программа сохранения и подачи пресной воды для населения и сельского хозяйства. Материалы и изделия на основе БНВ можно широко использовать для решения задач сохранения, доставки и рационального использования пресной воды. Армирующие материалы БНВ для гидротехнического строительства, возведения дамб и плотин, водохранилищ, русел каналов, композитные БНВ трубы больших и сверх больших диаметров для магистральных водоводов, лотки водоводов, трубы распределительной сети подачи пресной воды и систем капельного полива.

3.2.5. Международные программы по возобновляемым источникам электроэнергии. Применение материалов и изделий БНВ: для ветровых электростанций —

опоры, лопасти, обтекатели мотогондол; малых гидроэлектростанций (ГЭС) — напорные трубы для подачи воды на лопасти гидротурбин; ГЭС большой мощности — армирующие материалы для сооружения насыпных и бетонных плотин; для солнечной энергетики — композитные панели и конструкции установки фотоэлектрических элементов [9].

3.2.6. Поставки материалов БНВ (рубленое волокно, армирующие сетки, арматура, шпунты Ларсена, трубы и пр.) странам с длинной береговой линией (Япония, Вьетнам, Таиланд, страны Персидского Залива) для проведения работ по берегоукреплению, прибрежному и портовому строительству, взамен подверженных коррозии в морской среде стальной арматуры, профилей, шпунтов, труб.

3.2.7. Программа применения и создания производств негорючих и огнестойких композитов БНВ. Огнестойкие композитные материалы востребованы для обеспечения пожарной безопасности транспортных средств — судов, вагонов метро и скоростных железных дорог, автомобилей. Негорючие и огнепреграждающие материалы БНВ для строительства высотных и общественных зданий, ответственных объектов (АЭС, химических и нефтехимических производств и крупных складов).

Представленные рынки сбыта достаточно емкие для создания заводов БНВ-АКМ. Потребности БНВ в ближайшей перспективе составят до 500 тысяч тонн в год, с перспективой роста до 4–5 миллионов тонн в год.

Заключение

БНВ имеет практически неограниченную природную сырьевую базу.

Только БНВ можно использовать для производства армирующих материалов и композитов, имеющих длительные сроки эксплуатации и работающих под воздействием внешней, морской и химически активных сред.

БНВ обладает наиболее предпочтительным соотношением «характеристики — стоимость», имеет потенциально низкую себестоимость производства.

БНВ является основой для производства материалов и изделий для строительной отрасли, дорожного строительства, базовых отраслей промышленности, водного и коммунального хозяйства. Армирующие, композитные материалы и изделия на основе БНВ востребованы в мире. В перспективе БНВ один из самых востребованных материалов для мирового рынка [5].

Производство БНВ является высокотехнологичным, высокорентабельным, экологически чистым и безотходным. Для создания заводов БНВ и АКМ не требуются изначально большие объемы финансирования, т.к. производства создаются поэтапно на основе модульного технологического оборудования.

В настоящее время основная задача состоит в создании новых крупных производств БНВ-АКМ, существенном росте объемов производства БНВ и поставок материалов БНВ под имеющиеся заказы потребителей и мирового рынка.

Литература

1. «Волокнистые материалы из базальтов Украины». Сб. статей. «Техника» Киев, 1971, с. 88.
   
2. Джигирис Д.Д., Махова М.Ф. «Основы производства базальтовых волокон и изделий». Москва, Теплоэнергетик, 2002. - 416 с.
   
3. Osnos S. Past, present and future of continuous basalt fiber. - JEC Composites, Magazine #35, 2007.
   
4. Оснос М. С. Оснос С. П. «Базальтовое непрерывное волокно — вчера, сегодня и завтра. Развитие технологий и оборудования, промышленных производств и сбыта». «Композитный мир» №2, 2015, с. 24 – 29. ссылка
   
5. Оснос М.С., Оснос С.П. Базальтовые непрерывные волокна - основа создания промышленных производств и широкого применения армирующих и композитных материалов. «Композитный мир» №1, 2019, с. 58 — 65. ссылка
   
6. С.П.Оснос. Применение материалов из базальтовых волокон в автомобильной промышленности. «Композитный мир» #1 (89) 2020, с. 22 – 27.
   
7. Оснос С.П. «Применение материалов на основе базальтовых волокон в авиакосмической отрасли». «Композитный мир» №4 2015, с. 59 -63.ссылка
   
8. Оснос М.С., Оснос С.П.. Технические и экономические вопросы широкого применения материалов на основе базальтовых волокон в авиационной промышленности. Композитный мир №4 2017, с. 26 -30. ссылка
   
9. С.П.Оснос, д.т.н., А.И.Рожков. Вопросы производства и комплексного применения материалов на основе базальтовых непрерывных волокон в энергетике. «Композитный мир», #1 (94) 2021, с. 54 – 60.
   
10. Негматуллаев С.Х., Оснос С.П. Применение материалов на основе базальтовых волокон в строительстве и сейсмостойком строительстве. Результаты исследований, заключения и опыт применения материалов БНВ в строительстве. «Строительные материалы и технологии 21 века». № 5-6, с.20 – 24. ссылка
    
11. Негматуллаев С.Х., Оснос С.П., Степанова В.Ф. «Арматура базальтопластиковая характеристики, производство, применение» Технологии бетонов №3-4 2016, с. 50 – 57. ссылка
    
12. Краюшкина Е.В. Оснос С.П., Химерик Т.В. Материалы на основе базальтовых волокон в дорожном строительстве. Геосинтетические материалы. Спецвыпск. Дороги. 2014, январь, с. 93 – 97. ссылка
    
13. Оснос М.С., Оснос С.П. Проведение исследований и выбор месторождений базальтовых пород для производства непрерывных волокон. «Композитный мир» №1, 2018. с. 56 – 62.
    
14. Оснос М.С. Оснос С.П. Исследование процессов плавления базальтовых пород при производстве непрерывных волокон. «Композитный мир» №2, 2018. с. 70 – 75.
    
15. Оснос М.С. Оснос С.П. Исследование выработочных характеристик расплавов базальтов при производстве непрерывных волокон.
    
16. 2412120 RU «Устройство для производства базальтовых непрерывных волокон с фидерной печью».
    
17. 77861 UA «Способ и устройство для производства волокон из базальтовых пород».
    
18. 90065 UA «Способ производства базальтовых непрерывных волокон и из базальтовых пород и устройство для его осуществления».
    
19. 2321408 RU «Способ производства базальтовых непрерывных волокон из базальтовых пород и устройство для его осуществления».
    
20. 86186 UA «Щелевой фильерный питатель для производства волокон из расплавов базальтовых пород».
    
21. 99794 UA «Способ производства композитной арматуры и устройство для его осуществления».
    
22. Технические рекомендации по применению неметаллической композитной арматуры периодического профиля в бетонных конструкциях. НИИ Бетона и Железобетона. Москва, 2004
    
23. Арматура неметаллическая композитная периодического профиля. ТУ 5769 – 248 – 35354501 – 2007. НИИ Бетона и Железобетона, Москва, 2007 г.
    
24. Экспертное заключение о возможности использования арматуры композитной базальтопластиковой АБП для армирования бетонных изделий. ГосдорНИИ Украины, 2009 г.
    
25. Physical, Mechanical, and Durability Characteristics of Basalt FRP (BFRP) Bars Preliminary Test Results, Canada, Universite De Sherbrooke, April, 2010.
    
26. ДСТУ – Н Б В.2.6-185:2012. Руководство по проектированию и производству бетонных конструкций в неметаллической композитной арматурой на основе базальтового и стеклоровинга.
    
27. ГОСТ 31938 – 2012. Арматура композиционная полимерная для армирования бетонных конструкций.
    
28. Заключение по результатам испытаний прочности на растяжением при изгибе бетона армированного базальтовой фиброй производства ТОВ «Технобазальт». НПП «Будконструкція» Ю.А.Климов, Киев, 2009 г.
    
29. Методические рекомендации по технологии армирования асфальтобетонных покрытий добавками базальтовых волокон (фиброй) при строительстве и ремонте автомобильных дорог. Росавтодор, 2002 г.
    
30. Экспертное заключение о возможности применения базальтовой фибры для дисперсного армирования цементобетона и асфальтобетона. ГосдорНИИ. 2009 г.