Comparació dels efectes de diferents mètodes de modificació sobre les propietats mecàniques de les fibres de basalt
1. Efecte de la modificació de l'agent d'acoblament de silà sobre les propietats mecàniques
Els agents d'acoblament de silà (per exemple, KH-550 i KH-570) formen un recobriment reactiu a la superfície de les fibres de basalt a través de Químic la unió, que millora la unió interfacial entre les fibres i el substrat i, alhora, té un cert efecte sobre les propietats mecàniques de les fibres.
KH-550 modificat:
Avantatges: formar un enllaç químic a la superfície de la fibra i millorar l'adhesió entre la fibra i el substrat, sense danyar significativament les propietats mecàniques de la fibra en si.
Impacte: Els estudis mostren que després de la modificació amb KH-550, la resistència a la tracció i el mòdul d'elasticitat de les fibres de basalt romanen bàsicament sense canvis, però a causa de la millora de les propietats d'unió interfacial, les propietats mecàniques generals del material compost milloren significativament.
Modificació del KH-570:
Avantatges: El KH-570 fa rugosa la superfície de les fibres de basalt i millora la seva incrustació mecànica amb la matriu.
Impacte: Tot i que l'asprament superficial pot reduir lleugerament la resistència a la tracció de les fibres, la resistència, la tenacitat i la durabilitat generals del compost milloren significativament a causa de les propietats d'unió interfacial millorades.
2. Efecte de la modificació del tensioactiu sobre les propietats mecàniques
Els tensioactius catiònics (per exemple, CTAC) formen un recobriment a la superfície de la fibra principalment mitjançant l'adsorció física, i el seu principal objectiu és millorar la hidrofilicitat i la dispersibilitat de les fibres.
Avantatge:La modificació del tensioactiu gairebé no té cap efecte d'erosió química a la superfície de la fibra, per la qual cosa té menys efecte sobre les propietats mecàniques de la fibra.
Impacte: La resistència a la tracció i el mòdul elàstic de la fibra es mantenen bàsicament inalterats després de la modificació CTAC. La modificació millora principalment la dispersibilitat i la hidrofilicitat de les fibres, de manera que el material matriu envolta uniformement les fibres, millorant així indirectament les propietats mecàniques dels compostos.
3. Efecte de la modificació del recobriment de nanosílice sobre les propietats mecàniques
El recobriment de nano-sílice millora la rugositat superficial i la capacitat d'unió interfacial entre les fibres i la matriu formant una capa uniforme de nanopartícules a la superfície de les fibres de basalt.
Avantatge: Les nanopartícules de sílice actuen com un "pont" a la superfície de la fibra, enfortint la unió entre la fibra i la matriu.
Impacte:El recobriment de nanopartícules de sílice pot causar danys físics lleus a la superfície de la fibra, però el seu impacte en la resistència a la tracció de les fibres és petit (normalment inferior al 5%). Després de la modificació, les propietats mecàniques generals (per exemple, resistència a la tracció, resistència a la flexió) del material compost es poden millorar significativament, fins a un 15%-30%.
4. Efecte de la modificació de la deposició en fase líquida de ferro orgànic sobre les propietats mecàniques
El mètode de deposició en fase líquida de ferro orgànic s'utilitza principalment per millorar la capacitat de bioadhesió de les fibres de basalt, i la seva millora de les propietats mecàniques és més indirecta.
Avantatge: La formació del recobriment té un petit efecte sobre les propietats mecàniques de la fibra i principalment millora la funcionalitat de la fibra.
Impacte:La capa de recobriment pot augmentar lleugerament la rigidesa de la fibra, però l'impacte en la resistència a la tracció o a la flexió no és significatiu. Les propietats mecàniques dels compostos modificats són limitades i s'utilitzen més sovint en el camp de la protecció del medi ambient.
5. Efecte d'altres modificacions físiques o químiques sobre les propietats mecàniques
Mètodes físics (per exemple, tractament tèrmic):
El tractament tèrmic pot canviar l'estructura superficial de la fibra, però pot causar danys tèrmics a la fibra mateixa, cosa que provoca una disminució de la resistència a la tracció. Un tractament tèrmic adequat ajuda a eliminar la capa d'impureses a la superfície de la fibra, millorant així indirectament les propietats d'unió interfacial entre la fibra i la matriu.
Modificació del gravat químic:
El gravat químic (per exemple, el tractament amb àcid) fa rugosa la superfície de la fibra i millora l'enganxament mecànic de la interfície. Tanmateix, el gravat pot debilitar la fibra en si, provocant una pèrdua de propietats de tracció, cosa que cal tenir en compte.
Taula comparativa completa
| Mètodes de modificació | Les propietats mecàniques afecten directament | Millora de les propietats mecàniques generals dels materials compostos | Mecanisme principal d'acció |
| Agent d'acoblament de silà (KH-550) | En gran part inafectat | Augmentar significativament | Enllaç químic per a una unió interfacial millorada |
| Agent d'acoblament de silà (KH-570) | L'asprament superficial provoca un lleuger debilitament de les fibres | Augmentar significativament | Incrustació mecànica millorada |
| CTAC Surfactant | En gran part inafectat | Promoció indirecta | Dispersió i hidrofilicitat millorades |
| Recobriment de diòxid de nanosilici | Lleuger debilitament de la resistència de la fibra (no més del 5%) | Augmentar significativament (15%-30%) | Augmenta la rugositat i millora la compatibilitat interfacial |
| Modificació de la deposició de ferro orgànic | En gran part inafectat | Promoció limitada | Bioadhesió millorada |
| tractament en calent (per exemple, de metall) | Pot causar danys tèrmics que provoquin pèrdua de resistència de la fibra | Promoció indirecta | Eliminació de la capa d'impureses superficials i millora de les propietats d'unió interfacial |
| Modificació del gravat químic | L'aspror millora l'unió interfacial però pot debilitar les fibres | Promoció limitada | Rugositat superficial per a una inserció mecànica millorada |
Conclusió
- L'agent d'acoblament de silà i el recobriment de nano-sílice són actualment els mètodes de modificació que tenen el menor efecte sobre les propietats mecàniques de les fibres de basalt, alhora que milloren les propietats mecàniques generals dels compostos de manera més significativa.
- La modificació amb tensioactius gairebé no té cap efecte directe sobre les propietats mecàniques de les fibres i és adequada per a escenaris que necessiten millorar la dispersió o la hidrofilicitat de les fibres.
- El gravat químic i el tractament tèrmic s'han d'utilitzar amb precaució, ja que, tot i que poden millorar les propietats d'unió interfacial, poden provocar una disminució de les propietats mecàniques de les fibres.
- L'elecció del mètode de modificació s'ha de basar en els requisits de l'aplicació per ponderar el rendiment de la fibra en si i el rendiment general del material compost per millorar-ne l'efecte.
