Evaluation of Some Thermal Properties of Basalt Fabrics in Terms of End Use

Abstract

In this study, based on the shortcomings of previous studies, thermal conductivity and thermal resistance analyzes as well as thermal absorptivity and thickness parameters of fabrics made of basalt fiber were evaluated in terms of end use according to different application areas such as clothing, automotive, insulation, reinforcement and filtration. During the study, the basalt fabric obtained from the rocks of Ukraine was subjected to several different analyzes such as the measurement of thermal conductivity, resistance, absorptivity and thickness parameters using the Alambeta device, which works with the non-destructive test principle. According to these analyzes, it was concluded that it would be more appropriate to use basalt fabric with high thermal resistance in a composite structure instead of using it alone for clothing. Again, according to these analyzes, it was concluded that it would be more appropriate to use it as a nonwoven surface instead of woven fabric in order to increase the insulation capacity in automotive applications. When a general evaluation is made, it is concluded that basalt fabric is a suitable and ideal material for many application areas, but for each area, thermal conductivity and resistance properties, absorbency and thickness properties, as well as mass transfer tests where necessary, should be performed together in addition to these tests.

Keywords

• Basalt
• Fabric
• Thermal analysis
• Engineering applications

Bazalt Kumaşların Bazı Isıl Özelliklerinin Son Kullanım Açısından Değerlendirilmesi

Öz

Bazalt lifleri özellikle uygun maliyetleri ve yüksek ısıda dayanım ve koruyuculuk performans göstermelerinden ötürü son yıllarda birçok mühendislik uygulamalarında tercih edilen bir malzeme haline gelmiştir. Özellikle kayalardan elde edilmesi ve üretim sonrasında zararlı yan ürünler meydana getirmemesi ürün performansına doğa dostu ürün fonksiyonu eklemektedir. Bu özellikleriyle önceki çalışmalarda bazalt lifinden mamül yüzey ve kompozitlerin farklı uygulamalar için özellikle mekanik dayanım ve yanmazlık performansı incelenmiş, çok az sayıda termal iletkenlik özellikleri incelenmiş ancak bunlar dışında özellikle diğer termal özellikleriyle ilgili incelemeler yapılmamıştır. Bu çalışmada, önceki çalışmalardaki eksikliklerden yola çıkılarak, bazalt lifinden mamül kumaşların termal iletkenlik ve termal direnç analizlerinin yanısıra termal soğurganlık ve kalınlık gibi parametreleri son kullanım açısından giyim, otomotiv, izolasyon, güçlendirme ve filtrasyon gibi farklı uygulama alanlarına göre değerlendirilmiştir. Çalışma esnasında Ukrayna kaynaklı kayalardan elde edilmiş bazalt kumaşı, tahribatsız test prensibiyle çalışan Alambeta cihazı kullanılarak termal açıdan iletkenlik, direnç, soğurganlık ve kalınlık parametrelerinin ölçümü gibi birkaç farklı analize tabi tutulmuştur. Bu analizlere göre yüksek termal direnç gösteren bazalt kumaşının giyim alanında kullanımı için tek başına kullanımı yerine bir kompozit yapının içinde kullanılmasının daha uygun olacağı sonucuna varılmıştır. Yine bu analizlere göre Otomotiv uygulamalarında izolasyon kapasitesinin arttırılabilmesi için dokuma kumaş yerine dokunmamış yüzey olarak kullanımının daha uygun olacağı sonucuna varılmıştır. Araçların gövde güçlendirmesi uygulamalarında kullanımının aracın kullanım ömrünü uzatacağı gibi ani ısı değişimlerinden kaynaklanan termal yükü de en aza indireceği sonucuna varılmıştır. Son olarak filtrasyon alanı için analiz sonuçlarına göre bir değerlendirme yapıldığında özellikle yüksek sıcaklıklarda gaz vb. maddelerin filtrasyonunda güvenli ve yüksek performans vaat ettiği sonucuna varılmıştır. Genel bir değerlendirme yapıldığında ise bazalt kumaşının birçok uygulama alanı için uygun ve ideal bir malzeme olduğu ancak her bir alan için termal açıdan iletkenlik ve direnç özelliklerinin, soğurganlık ve kalınlık özellikleriyle birlikte hatta gerekli görülen yerlerde kütle transferi testlerinin de bu testlere ilaveten yapılması gerektiği sonucuna varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Bazalt
• Kumaş
• Termal analiz
• Mühendislik uygulamaları

References

1. Borshakova, N. V., & Kostenok O. M. (1995). Thermal conductivity of basalt fiber materials. Heat Engineering, 36, 9-10.
2. Dolezal, I., Hes, L., & Bal, K. (2019). A non-destructive single plate method for measurement of thermal resistance of polymer sheets and fabrics. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics, 25(4), 562-567.
3. Fu, Hai-dong, Feng, Xin-ya, Liu, Jin-xu, Yang, Zhi-ming, He, C., Li, Shu-kui (2020). An investigation on anti-impact and penetration performance of basalt fiber composites with different weave and lay-up modes. Defence Technology, 16(4), 787-801.
4. Güney, S., Balcı, H. & Üçgül, İ. (2019). The Effect of fabric structural geometry on thermal transfer performance in sportswear. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (17), 711-717.
5. Hes, L. & Dolezal I. (2018). Indirect measurement of moisture absorptivity of functional textile fabrics. J. Phys.: Conf. Ser. 1065 122026. Doi:10.1088/1742-6596/1065/12/122026.
6. Jamshaid, H., Mishra, R., & Militky, J. (2016). Thermal and mechanical characterization of novel basalt woven hybrid structures. The Journal of The Textile Institute, 107(4), 462-471. Doi: 10.1080/00405000.2015.1034940.
7. Li, Z., Ma, J., Ma, H., & Xu, X. (2018). Properties and applications of basalt fiber and its composites. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci, 186. Doi: :10.1088/1755-1315/186/2/012052.
8. Militky, J., Kovacic, V., & Rubnerov, J. (2002). Influence of thermal treatment on tensile failure of basalt fibers. Eng Fract Mech, 69, 1025–1033.

9. Singha, K. (2012). International Journal of Textile Science, 1 (4), 19-28.
10. Sim, J., Park, C., & Moon, D. Y. (2005). Characteristics of basalt fiber as a strengthening material for concrete structures. Composites Part B, 36, 504–12.
11. Wang X., Hu, B., Feng, Y., Liang, F., Mo, J., Xiong, J. (2008). Low velocity impact properties of 3D woven basalt/aramid hybrid composites. Compos Sci Technol., 444–50. Doi: 10.1016/J.COMPSCITECH.2007.06.016.
12. Wei, B., Cao, H., & Song, S. (2011). Surface modification and characterization of basalt fibers with hybrid sizings. Composites: Part A, 42, 22-29. Doi:10.1016/j.compositesa.2010.09.010.
13. Ying, S., & Zhou, X. (2013). Chemical and thermal resistance of basalt fiber in inclement environments. J. Wuhan Univ. Technol. Mat. Sci. Edit., 28, 560–565. Doi: 10.1007/s11595-013-0731-4.