Вопросы широкого применения непрерывного базальтового волокна (НБВ) определяются двумя основными факторами: характеристиками НБВ и материалов на их основе и стоимостными показателями - себестоимостью производства и ценой продажи НБВ и материалов.

Известно, что базальтовые волокна имеют достаточно высокие характеристики по прочности, химической стойкости, обладают высокой стойкостью к воздействию кислот и особенно щелочей, термической стойкостью, негорючестью [1].
По своим характеристикам НБВ занимают промежуточное положение между стекловолокнами и углеродными волокнами.

Сравнительные характеристики волокон представлены в таблице 1.                                                                                                           Таблица 1.
 

Наибольше распространение  для производства композиционных материалов получило стекловолокно. История промышленного производства стекловолокна составляет 60 лет. Производство стекловолокна начиналось с 50–ти фильерных питателей, затем применяли 200, 400,  600, 800, 1200 и 2000 фильерные питатели. Применяли двухстадийную технологию производства (шихта – шарики – волокно) и одностадийную технологию (шихта – волокно). По мере освоения производства происходил существенный рост объемов производства стекловолокна, а соответственно снижалась себестоимость производства. Объемы производства современных заводов по производству стекловолокна составляют до 100 тонн в сутки. В настоящее время объемы производства стекловолокна достигли  2200 - 2500   тысяч тонн в год. Ежегодный рост объемов производства стекловолокна за последние 10 – 15 лет составляет 8 – 10%. Факторы, определяющие рост объемов производства и применения стекловолокна: снижение себестоимости производства; широкое применение композиционных материалов во всех отраслях промышленности; замена традиционных материалов из металла на композиционные.

Углеродные волокна до недавнего времени считались экзотическими из-за своих уникально высоких прочностных характеристик и стоимости. Поэтому находили применение при производстве военной техники, где традиционно применяются и в настоящее время. Углеродные волокна входят в перечень стратегических товаров. Однако материалы из углеродных волокон (углепластики) начали широко и активно применяться при производстве товаров широкого применения. Например, спортивного инвентаря (ракетки, лыжные палки, детали для спортивных автомобилей и мотоциклов и т.д.), но и при производстве рыболовных удочек, зонтиков и других массовых товаров.

История освоения промышленного производства НБВ составляет 20 лет. Первые исследования возможностей производства базальтовых волокон были начаты в Советском Союзе, в начале 60-х годов были получены первые образцы НБВ. Затем последовали длительные исследования характеристик базальтовых волокон и материалов, разработанных на их основе. Промышленные технологии и оборудование для производства НБВ были запушены к средине 80-х годов. Промышленное производство начато в 1985 году на Украине.  В 90-х годах НБВ производилось уже на двух предприятиях: Беличанском заводе «Теплозвукоизоляция» и ОАО «Судогодское стекловолокно». Однако, эти технологии очень энергоемкие, а оборудование достаточно сложное и дорогое. Себестоимость производства НБВ относительно высока, даже при условиях низкой стоимости энергоносителей.

В конце 90-х годов были разработаны новая технология и принципиально новое технологическое оборудование для производства НБВ, позволившие значительно в 2 - 2.5 раза снизить расходы энергоносителей и соответственно снизить себестоимость производства НБВ. Себестоимость производства НБВ стала сопоставимой с себестоимостью производства стекловолокна. Эти разработки дали новый импульс в развитии производства базальтовых волокон и позволили существенно расширить потенциальный рынок их применения.

На основе новых технологий в 2000 году построено самое крупное в мире предприятие по производству НБВ. Вся продукция предприятия используется для производства материалов для автомобильной компании «TOYOTA». Строятся и уже запущены еще несколько заводов по производству НБВ.

Следующим шагом стали разработки промышленных установок НБВ серии BCF. Установки BCF -1G, BCF-1GМ,  BCF-2G, BCF-2GМ с пониженным потреблением энергоносителей были построены и запущены в Китае специалистами «BF&CM TD» при выполнении программы Министерства технологии и науки КНР «Непрерывные базальтовые волокна и композиционные материалы на их основе» [1].
             
Сравнительные характеристики технологий и технологического оборудования для производства НБВ представлены в таблице 2.          

В таблице 3 приведены данные расчета прямых затрат на производство 1 тонны НБВ с диаметром элементарных нитей 13 мкм. Для условий России: стоимость природного газа 45 USD – 1000 m3; электроэнергии 0.04 USD – 1 kWt h.                                    

Таблица 3

Применение современных технологий и оборудования для производства НБВ позволяет существенно снизить себестоимость производства. Для условий России экономически целесообразно производить НБВ даже при небольших объемах производства 550 тонн в год. При этом полная себестоимость производства НБВ (ровинг, рубленое волокно) составляет 968 долларов  за тонну.

Расчет полной себестоимости готовой к реализации продукции                                                                                                                           Таблица 4

Анализ статей показывает, что основные затраты при производстве НБВ составляют основная, дополнительная заработная плата и общепроизводственные расходы, что составляет  60,3%. Они же определяют резервы снижения себестоимости производства НБВ. Повышение производительности выработки НБВ на одного оператора установки, повышение производительности фильерных питателей, увеличение массы бобин с первичной нитью, увеличение объемов производства.

В настоящее время увеличена масса намотки первичных нитей НБВ на бобину с 700 – 900 грамм до 2.5 – 3.5 кг. Отработаны технологические процессы производства НБВ из различных типов базальтов, андезито-базальтов, габбро. Снижена степень обрывности волокон. Увеличена производительность фильерных питателей.  Проводятся работы по разработке новых  фильерных питателей более высокой производительности.

Увеличение объемов производства НБВ до 1500 – 3000 тонн в год, позволяет существенно снизить административные расходы. При указанных объемах производства себестоимость одной тонны НБВ составит 648 – 760 USD. Рентабельность производства НБВ достаточно высока, особенно при производстве материалов на основе НБВ. Снижение себестоимости производства НБВ открывает новые области применения материалов из НБВ. Одной из наиболее емких сфер применения материалов из НБВ является строительство: производство строительных материалов и композиционных материалов, армирование бетонных конструкций, арматура, армирующие сетки, геотекстильные материалы для дорожного строительства. Возможно широкое применение НБВ при производстве электроизоляционных и конструкционных материалов для энергетики. Например, стержней для подвески изоляторов и проводов ЛЭП. При прочих равных условиях материалы из НБВ в 1.5 раза прочнее материалов из стекловолокна. Емкости этих областей применения НБВ просто огромны.

Выводы.

1. Технологии производства НБВ позволяют добиться их себестоимости на уровне производства стекловолокна (Е-стекла) и имеют резервы еще более значительного снижения себестоимости.
2. Важным фактором снижения себестоимости НБВ является организация производства НБВ в промышленных объемах с производством материалов из НБВ.
3. Рентабельность производства НБВ высока, особенно при производстве материалов на основе НБВ.
4. Снижение себестоимости производства материалов из НБВ расширяет области их применения.

О.А. Микрюкова
 
Basalt Fiber & Composite Materials Technology Development Co”.