Basaltfaser

Basaltfasern(BF) sind Filamentgarne, die aus einer flüssigen Basaltschmelze durch Schmelzspinnen erzeugt werden. Sie können auch zu Stapelfaser und Kurzfasern geschnitten werden.^[1] Basaltfasern gehören zu den Chemiefasern aus Naturstoffen anorganischen Ursprungs.^[2] Für die Herstellung von Filamenten sind nur Basaltgesteine mit einem Siliziumdioxidanteil größer als 46 % geeignet.^[3]

Die Zugfestigkeit von Basaltfasern liegt zwischen der von Glas- und Carbonfasern, bei günstigeren Herstellungskosten als letztere.

Endlosbasaltfasern sind gesundheitlich unbedenklich.

Herstellung

Schon im Jahr 1922 wurde in einem US-Patent des Franzosen Paul Dhé mit dem Titel Filament composed of Basalt das Ziehen von Filamenten aus geschmolzenem Basalt beschrieben.^[4] Aber erst 1985 wurde die erste industrielle Anlage zur Herstellung von Basalt-Filamenten in einem Unternehmen in der Nähe von Kiew (Ukraine) konstruiert und in Betrieb genommen, mit der ein Basalt-Multifilamentgarn von 200 Elementarfäden erzeugt wurde.^[5]

Die Herstellung der Basaltfilaments beginnt mit dem Zerkleinern des Rohbasalts in Bruchteile von 5 bis 40 mm, dem Abtrennen von metallischen und magnetischen Verunreinigungen durch Magnettrennung, dem Auswaschen von kleinen Einlagerungen (Staub u. a.) und dem Trocknen. Die so vorbereiteten Stücke werden durch einen Trichter, der über dem Schmelzofen montiert ist, diesem zugeführt und bei ca. 1450 °C geschmolzen. Über einen Fließspeiser, ein beheiztes Rohr, wird die flüssige, gelb-rot glühende Basaltschmelze in die Düsenwanne gepresst. Aus den Düsenlöchern heraus wird die Schmelze in dünnen Filamenten gezogen (pultrudiert). Das erfolgt bei Temperaturen von ca. 1300 °C. Der Durchmesser der Filamente liegt im Bereich von 10 bis 20 µm, abhängig von dem Düsenlochdurchmesser und der Viskosität der Schmelze. Um eine bessere Verarbeitung zu gewährleisten und die Haftung zu Matrixsystem zu verbessern, wird eine spezielle Schlichte (auf Silan beruhend) auf die Basaltfilamente aufgetragen. Die ersponnenen Elementarfadenbündel können zu einem Garn gedreht werden, zu einem Roving zusammengefasst werden oder zu Kurzfasern geschnitten werden.^[6][7]

In der Herstellung von Basaltfasern war die Sowjetunion führend. Heute werden Basaltfasern hauptsächlich in Russland, China, USA und Deutschland hergestellt.

Typische Eigenschaften von Basaltfasern[8][9]
Dichte	2,60…2,80 g/cm³
Filamentdurchmesser	6…21 µm
Zugfestigkeit des Filaments	3,0…4,84 GPa (kN/mm²)
Zug-/E-Modul	93…110 GPa
Bruchdehnung	3,1… 6 %
Temperaturbelastbarkeit	−260…+600 °C
Wärmeleitfähigkeit	0,035 W/(m·K)
Spezifische Wärmekapazität	0,72… 1,00 kJ/(kg·K)

Zusammensetzung und Eigenschaften

Die chemische Zusammensetzung der Basaltfaser ist von dem beim Hersteller verwendeten Rohbasalt abhängig und kann deshalb von Hersteller zu Hersteller differieren. Basaltfasern enthalten fünf wesentliche Elementargruppen, deren Anteile in Masseprozenten in der folgenden Zusammenstellung angegeben sind:^[10].^[11][12]

• ${\displaystyle \mathrm {SiO_{2}} }$: 46,6 bis 51,5 %
• ${\displaystyle \mathrm {Al_{2}O_{3}} }$: 11,5 bis 18,2 %
• ${\displaystyle \mathrm {CaO} }$: 4,8 bis 11,1 %
• ${\displaystyle \mathrm {MgO} }$: 0,40 bis 9,80  %
• ${\displaystyle \mathrm {Fe_{2}O_{3}} }$: 4,0 bis 7,5 %.

Die Zusammensetzung des Basalts beeinflusst dessen Verarbeitungseigenschaften und letztendlich die Fasereigenschaften. Ein höher CaO-Anteil im Rohbasalt reduziert die Schmelztemperatur und ermöglicht damit eine einfachere Homogenisierung der Schmelze, was wiederum die Filamentherstellung unterstützt. Der Anteil von ${\displaystyle \mathrm {Fe_{2}O_{3}} }$ und FeO hat einen sehr bedeutenden Einfluss auf die physikalisch-mechanischen Eigenschaften sowie die Dichte, die Farbe und die Temperaturbeständigkeit; je höher der Anteil, umso dunkler wird die braun-grüne Farbe und desto mehr widersteht sie höheren Temperaturen.^[13] Basaltfasern sind nicht entflammbar. Sie verfügen über einen ausgezeichneten Wärmeleitwiderstand und elektrischen Widerstand. Außerdem besitzen sie einen hohen Schallabsorptionsgrad. Ihre chemische Beständigkeit gegenüber Säuren und organischen Lösungsmitteln ist gut. Ihre Empfindlichkeit im alkalischen Bereich ist gegenüber E-Glasfasern geringer.^[14]

Anwendung

Basaltfasern werden als Verstärkungsfasern in Faser-Kunststoff-Verbunden oder als Hitzeschutzmaterial eingesetzt.^[15] Dabei sind sie ein voller Ersatz von Glasfasern in Drehergeweben zur Verstärkung der Kunststoffe.

Basaltfaserstoffe werden auch für Stützgewebe in Filtern für die Heißgasfiltration von aggressiven Stoffen verarbeitet^[16] und wie Mineralwolle als Substrat im Gartenbau verwendet.

Stäbe aus Basaltfasern werden als Ersatz für Bewehrungseisen im Beton verwendet.

Weblinks

• Basalt-, Fasern und Gewebe (PDF; 149 kB), auf swiss-composite.ch, abgerufen am 3. März 2017.
• Basaltfaser Netzwerk auf bafanet.com, abgerufen am 3. März 2017.

Einzelnachweise

1. Hans-J. Koslowski: Chemiefaser – Lexikon . 12., erweiterte Auflage. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2009, ISBN 978-3-87150-876-9, S. 33.
2. Wolfgang Bobeth (Hrsg.): Textile Faserstoffe. Beschaffenheit und Eigenschaften. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York 1993, ISBN 3-540-55697-4, Beilage.
3. Chokri Cherif (Hrsg.): Textile Werkstoffe für den Leichtbau – Techniken – Verfahren – Materialien – Eigenschaften. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 2011, ISBN 978-3-642-17991-4, S. 92.
4. Patent US1438428A: Filament composed of basalt. Angemeldet am 15. April 1921, veröffentlicht am 12. Dezember 1922, Erfinder: Paul Dhé.‌
5. Jiri Militky, Rajesh Mishra, Hafsa Jamshaid:Basalt fibers. In: Anthony R. Bunsell (Hrsg.): Handbook of Properties of Textile and Technical Fibers. 2. Auflage. Elsevier Ltd. 2018, ISBN 978-0-08-101272-7, S. 807.
6. Jiri Militky, Rajesh Mishra, Hafsa Jamshaid:Basalt fibers. In: Anthony R. Bunsell (Hrsg.): Handbook of Properties of Textile and Technical Fibers. 2. Auflage. Elsevier Ltd. 2018, ISBN 978-0-08-101272-7, S. 812/813.
7. Basaltfaserherstellung.
8. Jiri Militky, Rajesh Mishra, Hafsa Jamshaid: Basalt fibers. In: Anthony R. Bunsell (Hrsg.): Handbook of Properties of Textile and Technical Fibers. 2. Auflage. Elsevier Ltd. 2018, ISBN 978-0-08-101272-7, S. 814, S. 822.
9. Spezifische Wärmekapazität von Basalt
10. Franz Fourné: Synthetische Fasern: Herstellung, Maschinen und Apparate, Eigenschaften: Handbuch für Anlagenplanung, Maschinenkonstruktion und Betrieb. Carl Hanser Verlag, München Wien 1995, ISBN 3-446-16058-2, S. 161.
11. Jiri Militky, Rajesh Mishra, Hafsa Jamshaid:Basalt fibers. In: Anthony R. Bunsell (Hrsg.): Handbook of Properties of Textile and Technical Fibers. 2. Auflage. Elsevier Ltd. 2018, ISBN 978-0-08-101272-7, S. 809.
12. The relationship between the chemisal, mechanical and geometrical properties of basalt fibre.; S. 6
13. Jiri Militky, Rajesh Mishra, Hafsa Jamshaid:Basalt fibers. In: Anthony R. Bunsell (Hrsg.): Handbook of Properties of Textile and Technical Fibers. 2. Auflage. Elsevier Ltd. 2018, ISBN 978-0-08-101272-7, S. 808.
14. Walter Loy: Chemiefasern für technische Textilprodukte. 2., grundlegende überarbeitet und erweiterte Auflage. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2008, ISBN 978-3-86641-197-5, S. 100/101.
15. Jiri Militky, Rajesh Mishra, Hafsa Jamshaid:Basalt fibers. In: Anthony R. Bunsell (Hrsg.): Handbook of Properties of Textile and Technical Fibers. 2. Auflage. Elsevier Ltd. 2018, ISBN 978-0-08-101272-7, S. 830 ff.
16. Walter Loy: Chemiefasern für technische Textilprodukte. 2., grundlegende überarbeitet und erweiterte Auflage. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main 2008, ISBN 978-3-86641-197-5, S. 101.