Сравнение на ефектите от различни методи на модификация върху механичните свойства на базалтови влакна

1. Влияние на модификацията със силанов свързващ агент върху механичните свойства

Силанните свързващи агенти (напр. KH-550 и KH-570) образуват реактивно покритие върху повърхността на базалтовите влакна чрез Химически свързване, което подобрява междуфазовата връзка между влакната и субстрата и същевременно има определен ефект върху механичните свойства на влакната.

KH-550 Модифициран:

Предимства: образуват химическа връзка върху повърхността на влакното и подобряват адхезията между влакното и субстрата, без значително да увреждат механичните свойства на самото влакно.

Въздействие: Проучванията показват, че след модификация с KH-550, якостта на опън и модулът на еластичност на базалтовите влакна остават основно непроменени, но поради подобряването на свойствата на междуфазово свързване, общите механични свойства на композитния материал се подобряват значително.

Модификация KH-570:

Предимства: KH-570 прави повърхността на базалтовите влакна грапава и подобрява механичното им сцепление с матрицата.

Въздействие: Въпреки че грапавостта на повърхността може леко да намали якостта на опън на влакната, общата здравина, жилавост и издръжливост на композита се подобряват значително поради подобрените свойства на междуфазово свързване.

2. Влияние на модификацията на повърхностноактивните вещества върху механичните свойства

Катионните повърхностноактивни вещества (напр. CTAC) образуват покритие върху повърхността на влакната главно чрез физическа адсорбция, като основната им цел е да подобрят хидрофилността и диспергируемостта на влакната.

Предимство:Модификацията на повърхностноактивните вещества почти няма химичен ерозионен ефект върху повърхността на влакното, така че има по-малък ефект върху механичните свойства на влакното.

Въздействие: Якостта на опън и модулът на еластичност на влакното остават практически непроменени след CTAC модификация. Модификацията основно подобрява диспергируемостта и хидрофилността на влакната, така че матричният материал равномерно обгръща влакната, като по този начин косвено подобрява механичните свойства на композитите.

3. Влияние на модификацията на нано силициево покритие върху механичните свойства

Нано-силициевото покритие подобрява грапавостта на повърхността и способността за междуфазово свързване между влакната и матрицата, като образува равномерен слой от наночастици върху повърхността на базалтови влакна.

Предимство: Наночастиците от силициев диоксид действат като „мост“ върху повърхността на влакното, укрепвайки връзката между влакното и матрицата.

Въздействие:Покритието от силициеви наночастици може да причини леки физически повреди на повърхността на влакната, но влиянието му върху якостта на опън на влакната е малко (обикновено по-малко от 5%). След модификация, общите механични свойства (напр. якост на опън, якост на огъване) на композитния материал могат да бъдат значително подобрени, до 15%-30%.

4. Влияние на модификацията чрез течнофазно отлагане на органично желязо върху механичните свойства

Методът за течнофазно отлагане на органично желязо се използва главно за подобряване на биоадхезионната способност на базалтовите влакна, а подобряването на механичните свойства е по-косвено.

Предимство: Образуването на покритието има малък ефект върху механичните свойства на влакното и основно подобрява функционалността на влакното.

Въздействие:Покривният слой може леко да увеличи твърдостта на влакното, но влиянието върху якостта на опън или огъване не е значително. Механичните свойства на модифицираните композити са ограничени и те се използват по-често в областта на опазването на околната среда.

5. Влияние на други физични или химични модификации върху механичните свойства

Физически методи (напр. термична обработка):

Термичната обработка може да промени повърхностната структура на влакното, но може да причини термично увреждане на самото влакно, което води до намаляване на якостта на опън. Подходящата термична обработка помага за премахване на примесния слой от повърхността на влакното, като по този начин косвено подобрява свойствата на междуфазово свързване между влакното и матрицата.

Модификация чрез химическо ецване:

Химическото ецване (напр. обработка с киселина) прави повърхността на влакното грапава и подобрява механичното вграждане на интерфейса. Ецването обаче може да отслаби самото влакно, което води до загуба на свойствата на опън, което трябва да се вземе предвид.

Изчерпателна сравнителна таблица

Заключение

1. Силанният свързващ агент и нано-силициевото покритие в момента са методите за модификация, които имат най-малък ефект върху механичните свойства на базалтовите влакна, като същевременно подобряват най-значително общите механични свойства на композитите.
2. Модификацията на повърхностноактивни вещества почти няма пряк ефект върху механичните свойства на влакната и е подходяща за сценарии, които трябва да подобрят дисперсията или хидрофилността на влакната.
3. Химическото ецване и термичната обработка трябва да се използват с повишено внимание, тъй като въпреки че могат да подобрят свойствата на междуфазово свързване, те могат да доведат до намаляване на механичните свойства на влакната.
4. Изборът на метод за модификация трябва да се основава на изискванията за приложение, за да се преценят характеристиките на самото влакно и общите характеристики на композитния материал за подобряване на ефекта.