Базальтовые скульптуры и… шубы

Базальтовые скульптуры и… шубы

Н.Е. Аблесимов

Базальтовые скульптуры и… шубы

Можно ли из камня сделать шубу? Можно – для дома. Во что одеваемся мы? Ткань, мех, шерсть, в общем, волокна. В них нам тепло и легко. Во, что мы одеваем дома? В кирпич, бетон, металл и стекло!? Холодно и тяжеловесно. Нервы и мышцы тоже состоят из волокон. И их нам хватает на век. А удочка ломается каждый сезон. Что это за уникальный материал – волокна?

Это материалы, длина частицы которых, во много раз больше диаметра. Преимущества заключается в сочетании свойств твердого тела и среды с развитой поверхностью. Они могут быть как органического, так и неорганического происхождения. Всем известны материалы из хлопка, льна, пеньки, джута.

Уникальным примером использования свойств волокна природой является шуба белого медведя. По законам охоты шуба медведя должна быть белой для маскировки. По законам физики – черной, для максимального обогрева своего тела. Как совместить несовместимое? Секрет шубы белого медведя заключается в том, что она состоит из пустотелых волокон. Их внутренняя поверхность шероховатая. Видимый свет хорошо рассеивается неровностями внутри волосков. Именно поэтому шуба медведя кажется глазу наблюдателя белой. Под белым мехом кожа имеет черный цвет и воспринимает энергию солнечных лучей, подведенных к ней пустотелыми волосками.

Волокна неорганического происхождения получают из асбеста и базальта. В этой сфере идет соревнование между искусственными волокнами, преимущественно веществами органической химии, и волокнами минеральными, т.е. природного происхождения. На стороне химических материалов – широкий ассортимент продукции и крупнотоннажный характер производства. Их враги – химические опасности и риски по всей производственной цепочке и для среды, и для человека. Кроме того, при пожарах часть потерпевших получают травмы не столько ожогового характера, сколько от отравления продуктами разложения полимерных отделочных материалов. Преимущества каменной (базальтовой) ваты в том, что она выдерживает температуры нагревания до 700 оС при этом, не выделяя опасных для человека продуктов разложения.

Разнообразно и широко применение асбестов в промышленности и в быту, в качестве изоляционного термостойкого материала. Но недавно было установлено, что асбестсодержащие материалы относятся к канцерогенам фиброгенного действия, которые запускают механизм образования раковых опухолей. Поэтому встал вопрос о замене хрупких асбестосодержащих материалов на эластичные и безопасные материалы на основе базальтового волокна.

Базальты – разновидность вулканических пород. Несмотря на то, что большая часть массы вещества земной коры находится в кристаллическом состоянии, в недрах планеты и на поверхности Земли в ходе вулканических извержений реализуются высокотемпературные процессы с участием аморфной выплавки природных алюмосиликатов. При остывании массивная часть лавового потока относительно быстро кристаллизуется, а малые частицы затвердевают в стеклообразном состоянии. В процессе вулканических извержений образуются, в том числе, и аморфные волокна.

Известны так называемые «волосы Пеле», которые находят на берегах лавовых озер на Гавайских островах. Пеле – имя гавайской богини огня. «Волосы Пеле» это стеклянные нити, длинной до двух метров. Они образуются при прохождении вулканических газов сквозь лавовый расплав. Этот процесс подобен технологическим схемам получения каменной (базальтовой) ваты. Считается, что именно находки базальтовой ваты на Гавайях навели на мысль о промышленном получении волокон из горных пород. Запасы базальтового сырья практически не ограниченны и составляют порядка 30 % площади занятой магматическими породами на Земле.

Какое же место занимает каменное (базальтовое) волокно среди материалов? По плотности материалов можно судить об их массе и о затратах, которые возникают при строительстве зданий. Плотность каменной ваты в 200 раз меньше плотности стали, в 60 раз – железобетона и в 45 раз – кирпича. Таким образом, базальтоволоконный дом можно построить вручную, без применения подъемных механизмов. Из вагона базальтовой породы получают 20 вагонов волокна.

Коэффициент теплопроводности ваты из него на два порядка меньше, чем у железобетона, и на порядок, чем у кирпича. Применение 1 м3 базальтовой ваты дает экономию 1 т условного топлива в год. Развитие базальтоволоконных технологий актуально для России с ее неожиданно наступающими зимами.

Базальтовые волокна имеют самый высокий показатель прочности на растяжение (2000 – 3000 Мпа), и предел упругости, превышающий значения пределов упругости стали и титановых сплавов, что дает возможность использовать его взамен специальных сталей в агрессивных и абразивных средах. В контакте с агрессивными средами базальтоволоконные материалы используются без ремонта в течение 50 лет. А удочка из непрерывного базальтового волокна будет служить вечно. Теплоизоляция космических челноков делается тоже из материала на основе силикатного волокна. Базальтоволоконный штапель можно использовать для изготовления несгораемой одежды и качестве основы композитов для корпусов автомобилей и малотоннажных судов.

Знакомство с материалами по базальтоволоконной тематике привело меня к мысли, что в древности производство материалов в земной кислородной атмосфере пошло по ошибочному металлическому пути. В земной коре металлы находятся в основном в оксидной форме. Путем восстановления, затрачивая море энергии, человек производит чистые металлы и из них предметы потребления. Хотя в начале свое истории человек пользовался каменными (оксидными) материалами. Скребок и топор из кремня, пролежав в земле тысячи лет, годен к использованию. Металлические предметы на треть уничтожаются коррозией в процессе эксплуатации.