vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2022-58-3-317-324vestich-742Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯTECHNICAL CHEMISTRY AND CHEMICAL ENGINEERINGФазовое разделение и свойства стекол системы MgO–CaO–Fe 2O3–Al2O3–В2O3–SiO2Phase separation and properties of glasses of the system MgO–CaO–Fe 2O3–Al2O3–В2O3–SiO2ПавлюкевичЮ. Г.PavlyukevichYu. G.

Павлюкевич Юрий Геннадьевич – кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой.

Ул. Свердлова 13а, 220006, Минск

Pauliukevich Yury G. – Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Head of the Department.

13a, Sverdlov str., 220006, Minsk

pavliukevitch.yura@yandex.ruПапкоЛ. Ф.PapkoL. F.

Папко Людмила Федоровна − кандидат технических наук, доцент.

Ул. Свердлова 13а, 220006, Минск

Papko Ludmila F. − Ph. D. (Engineering), Associate Professor.

13a, Sverdlov str., 220006, Minsk

papko@belstu.byГундиловичН. Н.HundzilovichM. M.

Гундилович Николай Николаевич – кандидат технических наук.

Ул. Свердлова 13а, 220006, Минск

Hundzilovich Mikalai M. – Ph. D. (Engineering).

13a, Sverdlov str., 220006, Minsk

kolgund@mail.ruЛарионовП. С.LarionovP. S.

Ларионов Павел Сергеевич – младший научный сотрудник.

Ул. Свердлова 13а, 220006, Минск

Larionov Pavel S. – Junior Researcher.

13a, Sverdlov str., 220006, Minsk

ununoktium@outlook.comУваровА. А.UvarovA. A.

Уваров Александр Андреевич – студент факультета химической технологии и техники.

Ул. Свердлова 13а, 220006, Минск

Uvarov Alexander A. – student of the Faculty of Chemical Technology and Engineering.

13a, Sverdlov str., 220006, Minsk

uvarov20002908@mail.ruБелорусский государственный технологический университетBelarusian State Technological University202207092022583317324Copyright © Павлюкевич Ю.Г., Папко Л.Ф., Гундилович Н.Н., Ларионов П.С., Уваров А.А., 20222022Павлюкевич Ю.Г., Папко Л.Ф., Гундилович Н.Н., Ларионов П.С., Уваров А.А.Pavlyukevich Y.G., Papko L.F., Hundzilovich M.M., Larionov P.S., Uvarov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/742

Проведен синтез и исследование модельных стекол системы MgO–CaO–Fe2O3–Al2O3–SiO2, которая является базовой для получения непрерывного базальтового волокна. Получены систематизированные данные по влиянию компонентов на структуру стекол и последовательность процессов фазового разделения, протекающих при их термической обработке. Показано, что при фазовом разделении кристаллические фазы выделяются в следующей последовательности: магнетит–пироксен–плагиоклаз с преобладанием анортитовой составляющей. Проведено модифицирование стекол системы MgO–CaO–Fe2O3–Al2O3–SiO2 путем введения В2O3 и показана активная роль данного компонента в процессах стеклообразования и кристаллизации. Установлено соотношение стеклообразующих и модифицирующих компонентов модельных стекол, при которых достигается повышение показателей прочности стекол от 110 до 180 МПа. На основании исследования технологических свойств модельных стекол и прочностных характеристик определены компоненты для модифицирования базальтовых стекол с целью повышения показателей прочности волокна.

The synthesis and study of model glasses of the MgO–CaO–Fe2O3–Al2O3–SiO2 system, which is the base for obtaining continuous basalt fiber, has been carried out. Systematized data on the effect of components on the glasses structure and the sequence of phase separation processes occurring during their heat treatment have been obtained. It is shown that during phase separation, crystalline phases are separated in the following sequence: magnetite–pyroxene–plagioclase with a predominance of the anorthite component. Glasses of the MgO–CaO–Fe2O3–Al2O3–SiO2 system were modified by adding B2O3, and the active role of this component in the processes of glass formation and crystallization was shown. The ratio of glass-forming and modifying components of model glasses is established, at which an increase in the strength of glasses from 110 to 180 MPa is achieved. Based on the study of the technological properties of model glasses and strength characteristics, components were determined for modifying basalt glasses in order to increase the strength of the fiber.

базальтовое стеклонепрерывное волокноструктуракристаллизацияпрочностьbasalt glasscontinuous fiberstructurecrystallizationstrengthReferencesHöland, W. Glass-ceramic technology / W. Höland, G.H. Beall. – Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2012. – Р. 182–186. https://doi.org/10.1002/9781118265987Höland W., Beall G. H. Glass-ceramic technology. Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, pp. 182–186. https://doi.org/10.1002/9781118265987Basalt fibers / Volkan Acar [et al.] // Fiber Technology for Fiber-Reinforced Composites / Edited by M. Özgür Seydibeyoğlu, Amar K. Mohanty, Manjusri Misra. – Woodhead Publishing (Elsevier Ltd.), 2017. – Р. 169–185. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101871-2.00008-4Acar V., Cakir F., Alyamaç E., Özgür Seydibeyoğlu M. Basalt fibers. Özgür Seydibeyoğlu M., Mohanty Amar K., Misra Manjusri (eds.) Fiber Technology for Fiber-Reinforced Composites. Woodhead Publishing (Elsevier Ltd.), 2017, pp. 169–185. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101871-2.00008-4Jones, F. R. 19 - The structure and properties of glass fibers / F. R. Jones, N. T. Huff // Handbook of Properties of Textile and Technical Fibres / ed. A. R. Bunsell. – Woodhead Publishing, 2018. – Р. 757–803. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101272-7.00019-5Jones F. R., Huff N. T. 19 - The structure and properties of glass fibers. Bunsell A. R. (ed.) Handbook of Properties of Textile and Technical Fibres. Woodhead Publishing, 2018, pp. 757–803. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-101272-7.00019-5Джигирис, Д. Д. Основы производства базальтовых волокон и изделий / Д. Д. Джигирис, М. Ф. Махова. – М.: Теплоэнергетик, 2002. – 412 с.Dzhigiris D. D., Makhova M. F. Fundamentals of the production of basalt fibers and products. Moscow, Teploenergetik Publ., 2002. 412 p. (in Russian).Влияние ZrO2 на щелочестойкость и механические свойства базальтовых волокон / Я. В. Липатов [и др.] // Неорган. материалы. – 2012. – Т. 48, № 7. – С. 858–864.Lipatov Ya. V., Gutnikov S. I., Manylov M. S., Lazoryak B. I. Effect of ZrO2 on the alkali resistance and mechanical properties of basalt fibers. Inorganic Materials, 2012, vol. 48, no. 7, pp. 751–756. https://doi.org/10.1134/s0020168512060106Влияние оксида алюминия на свойства базальтовых непрерывных волокон / С. И. Гутников [и др.] // Журн. неорган. химии. – 2009. – Т. 54, № 2. – С. 223–228.Gutnikov S. I., Malakho A. P., Lazoryak B. I., Loginov V. S. Influence of alumina on the properties of continuous basalt fibers. Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2009, vol. 54, no. 2, pp. 191–196. https://doi.org/10.1134/s0036023609020041Манылов, М. С. Влияние модификации базальтового сырья на условия кристаллизации волокон: автореф. дисс. ... канд. хим наук : 02.00.21 / М. С. Манылов. – М., 2013. – 27 с.Manylov M. S. Influence of modification of basalt raw materials on the conditions of fiber crystallization. Moscow, 2013. 121 p. (in Russian).Influence of boron-containing components on processing of basalt melts and glasses / Yu. G. Paulukevich [et al.] // International Symposium on Boron: Proceeding book, Turkey, 17–19 April 2019. – P. 509–514.Paulukevich Yu. G., Pаpko L. F., Krauchuk A. P., Narkevich A. L. Influence of boron-containing components on processing of basalt melts and glasses. Proc. International Symposium on Boron. Turkey, 2019, pp. 509–514.Влияние электронного состояния ионов железа на физико-химические свойства железосодержащих стекол / Н. И. Минько [и др.] // Физ.-мат. методы в исследовании свойств строительных материалов и в их производстве. – М., 1982. – С. 140–147Min’ko N. I. Influence of the electronic state of iron ions on the physicochemical properties of iron-containing glasses. Fiz.-mat. metody v issled. svoistv stroit. materialov i v ikh pr-ve. [Phys.-Math. methods in the study of the properties of building materials and in their production]. Moscow, 1982, pp. 81–87 (in Russian).Tatarintseva, O. S. Effect of iron oxides on the proneness of synthesized basaltic metals toward fiber formation / O. S. Tatarintseva, N. N. Khodakova, T. K. Uglova // Glass and Ceramics. – 2012. – Vol. 69, N1-2. – Р. 71–74. https://doi.org/10.1007/s10717-012-9417-1Tatarintseva O. S., Khodakova N. N., Uglova T. K. Effect of iron oxides on the proneness of synthesized basaltic metals toward fiber formation. Glass and Ceramics, 2012, vol. 69, no. 1-2, pp. 71–74. https://doi.org/10.1007/s10717-012-9417-1Structural origin of CaO–MgO–Al2O3–SiO2–Fe2O3 glass crystallization: Iron-containing clusters / M. Zhao [et al.] // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2020. – Vol. 547. – P. 120295 (8 р). https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2020.120295Zhao M., Cao J., Geng X., Song W. Wang Z. Structural origin of CaO–MgO–Al2O3–SiO2–Fe2O3 glass crystallization: Iron-containing clusters. Journal of Non-Crystalline Solids, 2020, vol. 547, 2020120295 (8 р). https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2020.120295Korwin-Edson, M. L. Strength of High Performance Glass Reinforcement Fiber / M. L. Korwin-Edson, D. A. Hofmann, P. B. McGinnis // International Journal of Applied Glass Science. – 2012. – Vol. 3, N 2. – Р.107–121. https://doi.org/10.1111/j.2041-1294.2012.00089.xKorwin-Edson M. L., Hofmann D. A., McGinnis P. B. Strength of High Performance Glass Reinforcement Fiber. International Journal of Applied Glass Science, 2012, vol. 3, no. 2, pp. 107–121. https://doi.org/10.1111/j.2041-1294.2012.00089.xRaman spectra and surface structure of CaO–Fe2O3–Al2O3–SiO2 glass leached in potassium hydroxide solutions / W. Zheng [et al.] // Glass Physics and Chemistry. – 2014. – Vol. 40, N 6. – Р. 600–610. https://doi.org/10.1134/s108765961406011xZheng W., Zhong J., Cao H., Wu H., Shen C. Raman spectra and surface structure of CaO–Fe2O3–Al2O3–SiO2 glass leached in potassium hydroxide solutions. Glass Physics and Chemistry, 2014, vol. 40, no. 6, pp. 600–610. https://doi.org/10.1134/s108765961406011x.Гутников, С. И. Влияние оксида алюминия на свойства базальтовых стекол и волокон на их основе : автореф. дис. ... канд. хим наук : 02.00.21 / С. И. Гутников. – М., 2013. – 24 с.Gutnikov S. I. Influence of aluminum oxide on the properties of basalt glasses and fibers based on them. Moscow, 2010. 24 p. (in Russian).Manara, D. Advances in understanding the structure of borosilicate glasses: A Raman spectroscopy study / D. Manara, A. Grandjean, D. R. Neuville // American Mineralogist. – 2009. – Vol. 94. – P. 777–784. https://doi.org/10.2138/am.2009.3027Manara D., Grandjean A., Neuville D. R. Advances in understanding the structure of borosilicate glasses: A Raman spectroscopy study. American Mineralogist, 2009, vol. 94, pp. 777–784. https://doi.org/10.2138/am.2009.3027Лебедева, Г. А. Классификация петрургического сырья / Г. А. Лебедева, Г. П. Озерова, Ю. К. Калинин. – Л.: Наука, 1979. – 120 с.Lebedeva G. A., Ozerova G. P., Kalinin Yu. K. Klassifikatsiya petrurgicheskogo syr’ya [Classification of petrurgical raw materials]. Leningrad, Nauka Publ., 1979. 120 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.