В середине 90-х — начале 2000-х годов «композитный мир» всколыхнуло известие о «чудо-волокнах» разработанных в «секретных лабораториях СССР под руководством Министерства Обороны» сравнимых по своим свойствам с S-стеклом, но по стоимости лишь не значительно дороже обычного E-стекла. Речь шла о базальтовых волокнах, которым многие эксперты предрекали блестящее будущее. По прошествии двух десятилетий стоит посмотреть оправдались ли эти надежды.
Оглавление
- Немного истории
- Непрерывное базальтовое волокно (НБВ) на рынке армирующих материалов
- Проблемы внедрения
- Перспективы применения базальтопластиков
- Заключение
Немного истории
Историю базальтовых волокон принято считать с 1922 года, когда француз Paul Dhé, получил патент США US1438428A «Filament composed of basalt» В СССР первые работы по этой теме начались в середине 30-х годов. После окончания второй мировой войны качественный скачок в производстве вооружений и военной техники был не возможен без использования новых материалов. В начале 50-годов работы по базальтовым волокнам в Советском Союзе продолжились на новом уровне, чему в немалой степени способствовало создание ВНИИСВ. Аналогичные работы велись и Германии, Словакии, Польше, Венгрии.
Естественно данное направление не было оставлено без внимания и в США, где базальтовыми волокнами занимались ученые университета штата Вашингтон, компании производители стекловолокна. После создания компанией «Owens Corning» S-стекла в 1968 г. эти работы были прекращены и все силы были направлены на развитие этого направления.
В СССР же работы были продолжены, постепенно их центр сместился на Украину, где была создана научно-исследовательская лаборатория базальтовых волокон ИПМ НАН Украины, ныне ГК НТЦ «БАВОМА».
После распада СССР результаты научной деятельности были приватизированы и начались попытки их коммерциализации, естественно в понимании постсоветского бизнеса. Первоначально упор был сделан на запад, ввиду отсутствия финансовых средств на просторах СНГ, к тому же базальтовые волокна и их свойства не были чем — то новым для наших специалистов.
Отсюда и пошли «секретные лаборатории СССР», «принадлежат Министерству Обороны», «безграничное финансирование, которое не могли позволить себе западные страны» Отголоски той не совсем корректной компании и сегодня оказывают негативное влияние на фирмы-производители базальтового волокна.
Непрерывное базальтовое волокно (НБВ) на рынке армирующих материалов
Мировой рынок волокон для армирования композитов составляет примерно 4,8 млн. тон в натуральном выражении и 12 млрд. долларов в стоимостном Стекловолокно занимает 94 % этого рынка по объему (4,5 млн. тон) и 58% по стоимости (7 млрд. долларов.) Остальные 6% процентов рынка (300 000 тон) и 42% по стоимости (5 млрд. долларов) занимают углеволокно, арамид и другим подобные волокна.
Несколько по-разному оценивается рынок базальтовых непрерывных волокон. Так по одним данным объем продаж НБВ в 2015 г составил 68,4 млн. долларов, с перспективой роста до 121,2 млн. в 2021 году. По другим объем рынка в 2017 г составляет 112 млн. долларов. С учетом того что значительная часть этого волокна используется не для армирования пластиков, можно сказать что доля НБВ в производстве ПКМ, и соответственно базальтопластиков, не сильно отличается от статистической погрешности.
Таков реальный результат более чем 20 летней работы по продвижению и выводу непрерывных базальтовых волокон на рынок армирующих материалов для производства композитов. И его вряд ли можно оправдать «неожиданным и яростным сопротивлением производителей стекловолокна».
Периодически публикуемые прогнозы о предстоящем росте потребления, ожидаемых инвестициях не оказывают должного влияния ни на потребителей, ни на инвесторов.
Проблемы внедрения
На положение НБВ на рынке армирующих материалов влияют как объективные, так и субъективные факторы, среди которых:
1. Недоверие, возникшее в результате предоставления недостоверной информации, как потребителям, так и инвесторам. Что впрочем характерно для постсоветского бизнеса того периода. Зачастую представлялась компилированная информация, без учета различия, как в сырье, так и в технологии производства. Ниже приведена таблица с сайта Александра Новицкого «Fiberbas»
Качественная характеристика свойств минеральных волокон, полученных из различных пород
Естественно определенную роль сыграла и разница между опытно-исследовательскими работами и серийным производством продукции.
В результате в отчетах независимых исследователей стали появляться фразы наподобие « данные публикуемые производителями базальтовых волокон не всегда соответствуют реальным, в то же время информация предоставляемая производителями стекловолокна, как правило, соответствует действительности» Это практически приговор.
В настоящее время добросовестные производители приводят в порядок публикуемые данные, например тот же «Каменный Век» снизил температуру эксплуатации своих волокон с 700 до 5600 С. Тем не менее, и сегодня встречаются весьма спорные утверждения – одним из преимуществ базальтовых волокон является их черный цвет, или сравнение минимальной температуры эксплуатации базальтовых волокон – 2600 С и стеклянных — 60.
Технические характеристики базальтовых волокон и их сравнение со стекловолокном
Источник: С.И. Гутников, Б.И. Лазоряк, Селезнев А.Н «СТЕКЛЯННЫЕ ВОЛОКНА», МГУ им. М.В Ломоносова, 2010 г
Более полную информацию о базальтовых волокнах можно найти на сайтах их производителей.
Производители базальтовых волокон:
«Каменный Век» , «Новгородский завод стекловолокна» (Россия),
«Полоцк-стекловолокно» (Белоруссия), «Технобазальт» (Украина),
« Mafic» (Ирландия)
2. Нестабильность по составу и качеству выпускаемого волокна. В 2011 г в Исследовательской Лаборатории Армии (США) проводилась работа по изучению возможности использования базальтовых тканей, разных производителей, для военных применений.
Производители тканей были западные, но все они использовали для своих тканей волокна производства одной и той же российской компании. Выяснилось, что в 2 двух образцах волокна были практически идентичны по составу и имели в своем составе примерно 47% SiO2, а количество присутствующих в составе оксид кальция (CaO), диоксид титана (TiO2), оксид железа (Fe2O3), оксид магния (MgO), оксида натрия (NaO) и оксид калия (K2O ), были примерно равны. В третьем образце был более высокий уровень SiO2 примерно 56%, зато не было обнаружено никаких следов Fe2O3 или TiO2. В 4 образце, волокна имели значительно более низкое содержание SiO2, но количества Fe2O3 и FeO были в три раза выше, чем в других образцах так же в этом образце не было обнаружено TiO2
3. Отсутствия опыта применения. Стекловолокно типа Е было изобретено «Owens Corning» в 1939 году и имеет опыт применения уже около 80 лет. Многие десятилетия применяются, как и другие типы стекла, так и другие виды волокон (углеродные, арамидные, борные и др.), Базальт такой истории не имеет. Следовательно, нет никакой информации по прогнозированию, например долговременной прочности. По этой причине продукция из базальтового волокна не отображены в различных кодах и стандартах безопасности.
Базальтопластиковая арматура, в 2016 г была внесена в АС-454, однако эти изменения в действие до сих пор не введены. Некоторые стандарты прямо не запрещают применение других волокон, тот же ISO-14692 «Система трубопроводов из стеклопластиков» но перекладывают ответственность за такие действия на заказчика и изготовителя. В то же время сертификация, например, баллонов CNG изготовленных из НБВ представляется проблематичной.
4. Маркетинговая и ценовая политика производителей базальтового волокна.
Сегодня практически забыто, что первоначально НБВ позиционировались как более дешевый и экологичный аналог Е-стекла. Судогодский базальтовый ровинг стоил дешевле, чем стеклоровинг производства завода в Гусь-Хрустальном. При минимальной стоимости сырья и коэффициенте переработки не более 1,15 (для производства 1 кг продукции необходимо 1,15 кг сырья) это представляется вполне логичным. Кроме того, в принципе, переработка природных материалов без их химического разделения, менее энергоемка.
В дальнейшем НБВ стали позиционироваться уже как материал аналогичный S-стеклу с соответствующим ростом цен. И уже в последние годы, появились утверждения, что базальтовые волокна сравнимы по своим свойствам с углеволокном, вероятно это уже своеобразное влияние «Роснано». Сравнивать можно все что угодно, даже «мягкое» с «теплым», но чтобы стать «сравнимыми» с углеволокном, было бы не плохо снизить плотность базальтовых волокон процентов на 40 ну и модуль упругости увеличить раза в два.
Таким образом, непрерывные базальтовые волокна, в представлении некоторых менеджеров, прошли действительно удивительный путь, от пусть и хорошего, заменителя Е-стекла до материала класса углеродных волокон.
5. Отсутствие необходимости в применении НБВ при изготовлении массовой продукции из ПКМ, во всяком случае, при существующем соотношении цена/качество. И искусственно придуманные словосочетания типа «стеклобазальтопластиковые трубы» ничем тут помочь не могут. Сложно найти хоть одну причину, которая сподвигнет производителя стеклопластиковых труб, на замену стекла на базальт. Еще более сложно представить подобную замену при производстве особо ответственных деталей.
Перспективы применения базальтопластиков
Базальтопластики и непрерывные базальтовые волокна как их составная часть являются довольно узконишевым продуктом. По теплостойкости, химической стойкости, в ПКМ, НБВ можно рассматривать как заменитель асбестового волокна, с более высокими показателями по водостойкости и диэлектрическими свойствами. С учетом выше изложенного представляется перспективным применение базальтовых волокон для изготовления следующей продукции:
В сочетании с теплостойкими связующими при изготовлении изделий триботехнического назначения, элементов тепло-хемо стойкой аппаратуры,
При производстве высокопрочных конструкционных изделий работающих при температуре более 300-3500 С, диэлектриков работающие в увлажненной среде или при повышенных температурах. В качестве связующего при этом должны использоваться феноло-альдегидные смолы, олигоимиды, кремнийорганика.
Вероятно, имеет перспективу применение базальтовых волокон с геополимерными или неорганическими связующими. Так по данным ВИАМ использование базальтового наполнителя с алюмофосфатным связующим позволяет вдвое снизить стоимость наполнителя, за счет исключения двойного неорганического покрытия наполнителя, кроме того время прессования сокращается на два часа а время термообработки на 4.
Учитывая, что базальт считается более «зеленным» материалом, чем стекло, возможно, участие в различных программах экологической направленности, где экономическая целесообразность приноситься в жертву экологии. Для РФ это направление сегодня не представляется актуальным.
Заключение
Ожидаемые громадные вложения в производства базальтовых волокон составляющие сотни миллионов и даже миллиард долларов так и останутся ожиданиями, впрочем, как и обещания всколыхнуть отрасль производства стекловолокна.
Вложение средств в создание, каких то новых производств по выпуску НБВ вряд ли будет экономически эффективным. Исключение могут составить предприятия, в каких то отдаленных районах с огромными логистическими издержками и имеющими местную сырьевую базу.
Средства стоит вкладывать в развитие уже существующих предприятий, имеющих соответствующий опыт, научно-технический потенциал, наработанные связи.
