الیاف معدنی چیست؟

الیاف معدنی یک اصطلاح عمومی برای تمام الیاف غیر فلزی، غیر آلی است. الیاف معدنی از منابع طبیعی غیر آلی به دست می آیند. شیشه و آزبست متداول ترین الیاف طبیعی معدنی هستند، اما مهمترین و مفیدترین الیاف معدنی آزبست (AS) است. آزبست به طور طبیعی به عنوان لیف وجود دارد. الیاف معدنی مصنوعی معروف به پشم سنگ با دمیدن هوا یا بخار در سنگ مذاب تولید می شود.الیاف معدنی، نرم و انعطاف پذیرند و عایق خوبی در برابر الکتریسیته، گرما و خوردگی است. الیاف معدنی به عنوان پرکننده در مواد ضد حریق و عایق حرارتی استفاده می شود.

ویژگی های الیاف معدنی

الیاف معدنی عموماً عملکرد حرارتی بالایی دارند، قابل احتراق و نسبتاً غیر قابل نفوذ هستند. خواص فیزیکی اولیه الیاف معدنی، مقاومت حرارتی فوق العاده و استحکام بسیار بالا آن است. در دمای 1450-1500 درجه سانتی گراد (2580-2670 درجه فارنهایت) ذوب میشوند.استحکام آن از فولاد بیشتر است.

خواص / ویژگی های الیاف معدنی در ادامه اشاره شده است:

1. الیاف معدنی خواص عایق و ضد احتراق خوبی دارندکه در لباس ها و تسمه نقاله استفاده می شود.
2. خاصیت عایق صوتی خوبی دارد،همچنین ضد اسید و ضد زنگ است.
3. رسانایی الکتریکی و حرارتی پایینی دارد.
4. در استفاده معمول و روزانه خراب نمی شود.
5.  توسط حشرات یا میکروارگانیسم ها مورد حمله قرار نمی گیرد،
6. در لنت های ترمز، واشر، بسته بندی صنعتی، سیم پیچی الکتریکی استفاده می شود.
7. الیاف معدنی یک خطر جدی برای سلامتی بوده و از بازار پوشاک حذف شده است.

انواع / طبقه بندی الیاف معدنی:

الیاف طبیعی بر اساس منشأ به طور عمده به الیاف گیاهی، الیاف حیوانی و الیاف معدنی طبقه بندی می شوند. طبق گفته انجمن بین المللی کانی شناسی و آژانس ایمنی محیطی و بهداشت حرفه ای فرانسه (AFSSET)، الیاف معدنی از ذوب و سپس مواد معدنی مختلف به الیاف تبدیل میشود. دو نوع لیف معدنی وجود دارد:

آنهایی که مستقیماً از سنگها به شکل الیاف می آیند. آزبست تنها لیف معدنی طبیعی است. آزبست، ولاستونیت و سپیولیت الیاف معدنی طبیعی هستند.

بقیه به طور مصنوعی از مواد معدنی تولید می شوند. این الیاف به سه دسته طبقه بندی می شوند:

1. الیاف شیشه ای (الیاف شیشه، پشم شیشه، الیاف سنگ و بازالت، پشم سرباره، الیاف سرامیک نسوز)
2.  الیاف کریستالی (الیاف آلومینا، لیف تیتانات پتاسیم و الیاف کربن)
3. الیاف فلزی (پشم فولاد، پشم ضد زنگ، پشم مس).

در این مقاله به انواع الیاف معدنی می پردازم.

الیاف آزبست

آزبست از سنگ هایی که به شکل الیاف متبلور شده اند، به دست می آید. الیاف آزبست از 2500 سال پیش مورد استفاده قرار می گرفت. آزبست به دلیل مقاومت در برابر آتش مشهور بود و در ساختمان ها برای محافظت در برابر آتش استفاده می شد. همچنین آسیب های الکتریکی و شیمیایی را محدود می کند. در گذشته معمولا، تشک های سخت روی میزهای اتو از آزبست ساخته می شدند. بزرگترین مناطق معدنی را می توان در روسیه (46٪ سهم بازار)، چین و قزاقستان (هر کدام 16٪)، برزیل (10٪) و کانادا (8٪) یافت. الیاف از سنگ ها استخراج می شوند و می توان آنها را به نخ ریسید. سپس نخ ها را می توان به پارچه، بافتنی و سایر پارچه های نساجی تبدیل کرد. الیاف را می توان به مواد دیگری مانند بتن نیز اضافه کرد و برای عایق کاری بسیار مناسب است. ویژگی برجسته الیاف آزبست مقاومت آن در برابر حرارت و سوختن است. آنها همچنین در برابر اسیدها، قلیاها و سایر مواد شیمیایی بسیار مقاوم هستند. از این الیاف برای ساخت پارچه های مخصوص ضد حریق و صنعتی استفاده می شود. در مقایسه با الیاف طبیعی و شیمیایی، الیاف آزبست بسیار ظریف هستند. قطر الیاف بین 0.02 و 0.2 میکرومتر متغیر است. مزایای دیگر آزبست مقاومت حرارتی در دمای بالا و هزینه پایین آن است. به همین دلایل، مقادیر زیادی آزبست در سراسر جهان استخراج و فرآوری شده است. در سال 1987 تولید جهانی تقریباً 4 میلیون تن بود که این میزان در سالهای اخیر کاهش یافته است.

استفاده از آزبست از زمان های قدیم به عنوان فتیله در لامپ ها شناخته شده بود. تحقیقات گسترده‌ای برای جایگزینی آزبست با سایر الیاف طبیعی و شیمیایی در زمینه‌های مختلف مانند حفاظت در برابر حریق، با عایق حرارتی و الکتریکی ، در فیلتراسیون، در پوشش‌های اصطکاکی و محصولات ساختمانی (بتن) و محصولات شیمیایی انجام شده است.

آزبست در انواع تجهیزات حفاظتی برای اطفاء حریق، صفحه های آتش نشانی، عایق برای بخار و لوله های داغ، مصالح ساختمانی، عایق ترمز و نوارها برای مصارف الکتریکی و مواردی که غیر قابل احتراق بودن در آنها ضروری است استفاده می شود. در بسیاری از موارد، الیاف آزبست همراه با شیشه ، در ساخت پارچه های تزئینی برای پرده ها و پارچه ها و برای عایق حرارتی استفاده می شود.

گرد و غبار ریز آزبست سرطان زا است. به همین دلیل استفاده از آزبست در آلمان به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. استفاده از الیاف معدنی، به ویژه آزبست در بسیاری از کشورها ممنوع و کاهش یافته است.

الیاف سرامیک

الیاف سرامیکی مواد معدنی هستند که شامل شیشه، کاربید سیلیکون، کاربید بور و اکسید آلومینیوم است. به طور کلی الیاف سرامیکی از شیشه متمایز می شوند. در سرامیک، ساختار ماده اصلی ، چهار وجهی دی اکسید سیلیکون، کریستالی یا تا حدی کریستالی و مات است.در شیشه، آرایش چهار وجهی (SiO4) تصادفی و آمورف است. شیشه یک جامد آمورف شفاف است. شیشه به عنوان یک ماده معدنی در شرایطی که پیوسته و مشابه حالت مایع آن ماده است، به دلیل تغییر ویسکوزیته در هنگام سرد شدن، ویسکوزیته بالایی به دست آورده و آن را صلب می کند. شیشه معمولاً 50 درصد سیلیس است و از اکسید بور، آلومینیوم و چندین ماده معدنی دیگر تشکیل شده است.

الیاف بازالت

بازالت به طور طبیعی در سراسر جهان در دسترس است. این الیاف دوستدار محیط زیست است. الیاف آن با فرآیند کشش و بوبین پیچی الیاف از مذاب تولید می شود. مقاومت خوبی در برابر آتش دارد، از نظر شیمیایی بی اثر است و می تواند نیروی ضربه را تحمل کند. بازالت یک کانی طبیعی از گدازه سنگ است و می تواند برای تولید محصولات مقاوم در برابر دمای بالا و مواد شیمیایی استفاده شود. هنگامی که از سنگ های آتشفشانی استخراج می شود، الیاف بازالت عملاً آمورف هستند و در دماهای بالا، بسته به دمای خاموش شدن تا حدی الیاف متبلور می شوند. بازالت عمدتاً از ترکیبات SiO2 و Al2O3 تشکیل شده اند و از نظر شیمیایی در قلیاهای قوی بسیار پایدار است. در اسیدهای قوی بازالت پایداری نسبتاً کمی دارد. بازالت یک الیاف غیر پلیمری است. از این رو، ازدیاد طول این الیاف ، 3.15 درصد است. از دیگر خواص آن می توان به مقاومت کششی 2.8 گیگا پاسکال و چگالی 2.8 گرم بر سانتی متر مکعب اشاره کرد.

الیاف بروسیت

بروسیت شکل معدنی هیدروکسید منیزیم است. خواص ضد قلیایی خوبی دارد. در یک محیط قلیایی پایدارتر از الیاف شیشه است. استحکام متوسط ​​این الیاف می تواند تا 900 مگاپاسکال برسد.