Poređenje uticaja različitih metoda modifikacije na mehanička svojstva bazaltnih vlakana
1. Uticaj modifikacije silanskog vezivnog sredstva na mehanička svojstva
Silan vezivna sredstva (npr. KH-550 i KH-570) formiraju reaktivni premaz na površini bazaltnih vlakana putem Hemijsko vezivanje, koje poboljšava međupovršinsku vezu između vlakana i podloge, a istovremeno ima određeni utjecaj na mehanička svojstva vlakana.
KH-550 Modifikovano:
Prednosti: formiraju hemijsku vezu na površini vlakna i poboljšavaju prianjanje između vlakna i podloge, bez značajnog oštećenja mehaničkih svojstava samog vlakna.
Uticaj: Studije pokazuju da nakon modifikacije KH-550, zatezna čvrstoća i modul elastičnosti bazaltnih vlakana u osnovi ostaju nepromijenjeni, ali zbog poboljšanja svojstava međupovršinskog vezivanja, ukupna mehanička svojstva kompozitnog materijala su značajno poboljšana.
Modifikacija KH-570:
Prednosti: KH-570 čini površinu bazaltnih vlakana hrapavom i poboljšava njihovo mehaničko ugrađivanje u matricu.
Uticaj: Iako hrapavost površine može neznatno smanjiti zateznu čvrstoću vlakana, ukupna čvrstoća, žilavost i trajnost kompozita značajno se poboljšavaju zbog poboljšanih svojstava međupovršinskog lijepljenja.
2. Utjecaj modifikacije surfaktanta na mehanička svojstva
Katjonski surfaktanti (npr. CTAC) formiraju premaz na površini vlakana uglavnom putem fizičke adsorpcije, a njihova glavna svrha je poboljšanje hidrofilnosti i disperzibilnosti vlakana.
Prednost:Modifikacija surfaktantom gotovo da nema hemijski efekat erozije na površini vlakana, tako da ima manji uticaj na mehanička svojstva vlakna.
Uticaj: Zatezna čvrstoća i modul elastičnosti vlakana ostaju u osnovi nepromijenjeni nakon CTAC modifikacije. Modifikacija uglavnom poboljšava disperzibilnost i hidrofilnost vlakana, tako da materijal matrice ravnomjerno obavija vlakna, čime se indirektno poboljšavaju mehanička svojstva kompozita.
3. Uticaj modifikacije nano silicijevog premaza na mehanička svojstva
Nano-silikatni premaz poboljšava hrapavost površine i sposobnost međufaznog vezivanja između vlakana i matrice formiranjem ujednačenog sloja nanočestica na površini bazaltnih vlakana.
Prednost: Nanočestice silicijevog dioksida djeluju kao "most" na površini vlakna, jačajući vezu između vlakna i matrice.
Uticaj:Premaz od nanočestica silicijevog dioksida može uzrokovati manja fizička oštećenja površine vlakana, ali njegov utjecaj na zateznu čvrstoću vlakana je mali (obično manji od 5%). Nakon modifikacije, ukupna mehanička svojstva (npr. zatezna čvrstoća, čvrstoća na savijanje) kompozitnog materijala mogu se značajno poboljšati, do 15%-30%.
4. Utjecaj modifikacije taloženjem organskog željeza u tekućoj fazi na mehanička svojstva
Metoda taloženja organskog željeza u tekućoj fazi uglavnom se koristi za poboljšanje bioadhezivne sposobnosti bazaltnih vlakana, a poboljšanje mehaničkih svojstava je indirektnije.
Prednost: Formiranje premaza ima mali utjecaj na mehanička svojstva vlakna, a uglavnom poboljšava funkcionalnost vlakna.
Uticaj:Sloj premaza može neznatno povećati krutost vlakana, ali utjecaj na zateznu ili savojnu čvrstoću nije značajan. Mehanička svojstva modificiranih kompozita su ograničena i oni se češće koriste u području zaštite okoliša.
5. Uticaj drugih fizičkih ili hemijskih modifikacija na mehanička svojstva
Fizičke metode (npr. termička obrada):
Termička obrada može promijeniti površinsku strukturu vlakna, ali može uzrokovati termičko oštećenje samog vlakna, što rezultira smanjenjem zatezne čvrstoće. Odgovarajuća termička obrada pomaže u uklanjanju sloja nečistoća na površini vlakna, čime se indirektno poboljšavaju svojstva međupovršinskog vezivanja između vlakna i matrice.
Modifikacija hemijskim nagrizanjem:
Hemijsko nagrizanje (npr. tretman kiselinom) čini površinu vlakana hrapavom i poboljšava mehaničko ugrađivanje međupovršine. Međutim, nagrizanje može oslabiti samo vlakno, što rezultira gubitkom zateznih svojstava, što treba uzeti u obzir.
Sveobuhvatna tabela poređenja
| Metode modifikacije | Mehanička svojstva direktno utiču | Poboljšanje ukupnih mehaničkih svojstava kompozita | Glavni mehanizam djelovanja |
| Silan vezivno sredstvo (KH-550) | Uglavnom nepromijenjeno | Značajno povećati | Hemijsko vezivanje za poboljšano međufazno povezivanje |
| Silan vezivno sredstvo (KH-570) | Hrapavost površine dovodi do blagog slabljenja vlakana | Značajno povećati | Poboljšano mehaničko ugrađivanje |
| CTAC surfaktant | Uglavnom nepromijenjeno | Indirektna promocija | Poboljšana disperzija i hidrofilnost |
| Nano premaz silicijum dioksida | Blago slabljenje čvrstoće vlakana (ne više od 5%) | Značajno povećanje (15%-30%) | Povećava hrapavost i poboljšava međufaznu kompatibilnost |
| Modifikacija taloženja organskog željeza | Uglavnom nepromijenjeno | Ograničena promocija | Poboljšano bio-pričvršćivanje |
| vruća obrada (npr. metala) | Može uzrokovati termička oštećenja koja rezultiraju gubitkom čvrstoće vlakana | Indirektna promocija | Uklanjanje sloja površinskih nečistoća i poboljšanje svojstava međufaznog lijepljenja |
| Modifikacija hemijskim nagrizanjem | Hrapavost poboljšava međupovršinsko lijepljenje, ali može oslabiti vlakna | Ograničena promocija | Hrapavost površine za poboljšano mehaničko umetanje |
Zaključak
- Silan spojno sredstvo i nano-silikatni premaz su trenutno metode modifikacije koje imaju najmanji utjecaj na mehanička svojstva bazaltnih vlakana, a istovremeno najznačajnije poboljšavaju ukupna mehanička svojstva kompozita.
- Modifikacija surfaktantom gotovo da nema direktan uticaj na mehanička svojstva vlakana i pogodna je za scenarije koji trebaju poboljšati disperziju ili hidrofilnost vlakana.
- Hemijsko nagrizanje i termička obrada trebaju se koristiti s oprezom, jer iako mogu poboljšati svojstva međupovršinskog vezivanja, mogu dovesti do smanjenja mehaničkih svojstava vlakana.
- Izbor metode modifikacije treba da se zasniva na zahtjevima primjene kako bi se procijenile performanse samog vlakna i ukupne performanse kompozitnog materijala radi poboljšanja efekta.
