Sammenligning af virkningerne af forskellige modifikationsmetoder på basaltfibres mekaniske egenskaber
1. Effekt af modifikation af silankoblingsmiddel på mekaniske egenskaber
Silankoblingsmidler (f.eks. KH-550 og KH-570) danner en reaktiv belægning på overfladen af basaltfibre gennem Kemisk binding, hvilket forbedrer grænsefladebindingen mellem fibrene og substratet, og samtidig har en vis effekt på fibrenes mekaniske egenskaber.
KH-550 Modificeret:
Fordele: danne en kemisk binding på fiberoverfladen og forbedre vedhæftningen mellem fiberen og substratet uden at skade selve fiberens mekaniske egenskaber væsentligt.
Indvirkning: Undersøgelser viser, at efter KH-550-modifikation forbliver basaltfibrenes trækstyrke og elasticitetsmodul stort set uændret, men på grund af forbedringen af grænsefladebindingsegenskaberne forbedres de samlede mekaniske egenskaber af kompositmaterialet betydeligt.
KH-570 modifikation:
Fordele: KH-570 gør overfladen af basaltfibrene ru og forbedrer deres mekaniske indlejring i matricen.
Indvirkning: Selvom overfladeruhed kan reducere fibrenes trækstyrke en smule, forbedres komposittens samlede styrke, sejhed og holdbarhed betydeligt på grund af de forbedrede grænsefladebindingsegenskaber.
2. Effekt af modifikation af overfladeaktive stoffer på mekaniske egenskaber
Kationiske overfladeaktive stoffer (f.eks. CTAC) danner en belægning på fiberoverfladen primært gennem fysisk adsorption, og deres hovedformål er at forbedre fibrenes hydrofilicitet og dispergerbarhed.
Fordel:Modifikationen af overfladeaktive stoffer har næsten ingen kemisk erosionseffekt på fiberoverfladen, så den har mindre effekt på fiberens mekaniske egenskaber.
Indvirkning: Fiberens trækstyrke og elasticitetsmodul er stort set uændret efter CTAC-modifikationen. Modifikationen forbedrer primært fibrenes dispergerbarhed og hydrofilicitet, således at matrixmaterialet omslutter fibrene ensartet og dermed indirekte forbedrer kompositternes mekaniske egenskaber.
3. Effekt af modifikation af nano-silicabelægning på mekaniske egenskaber
Nano-silica-belægning forbedrer overfladeruheden og grænsefladebindingsevnen mellem fibre og matrix ved at danne et ensartet lag af nanopartikler på overfladen af basaltfibre.
Fordel: Nanosilicapartiklerne fungerer som en "bro" på fiberoverfladen og styrker bindingen mellem fiberen og matrixen.
Indvirkning:Belægningen af silica-nanopartikler kan forårsage mindre fysisk skade på fiberoverfladen, men dens indvirkning på fibrenes trækstyrke er lille (normalt mindre end 5%). Efter modifikation kan de samlede mekaniske egenskaber (f.eks. trækstyrke, bøjningsstyrke) af kompositmaterialet forbedres betydeligt, op til 15%-30%.
4. Effekt af modifikation af organisk jernvæskefaseaflejring på mekaniske egenskaber
Organisk jernvæskefaseaflejringsmetode bruges primært til at forbedre basaltfibres bioadhæsionsevne, og dens forbedring af mekaniske egenskaber er mere indirekte.
Fordel: Dannelsen af belægningen har en lille effekt på fiberens mekaniske egenskaber og forbedrer primært fiberens funktionalitet.
Indvirkning:Belægningslaget kan øge fiberens stivhed en smule, men virkningen på træk- eller bøjningsstyrken er ikke signifikant. De mekaniske egenskaber af de modificerede kompositter er begrænsede, og de anvendes oftere inden for miljøbeskyttelse.
5. Effekt af andre fysiske eller kemiske ændringer på mekaniske egenskaber
Fysiske metoder (f.eks. varmebehandling):
Varmebehandling kan ændre fiberens overfladestruktur, men kan forårsage termisk skade på selve fiberen, hvilket resulterer i et fald i trækstyrken. Passende varmebehandling hjælper med at fjerne urenhedslaget på fiberoverfladen og forbedrer dermed indirekte grænsefladebindingsegenskaberne mellem fiberen og matrixen.
Kemisk ætsningsmodifikation:
Kemisk ætsning (f.eks. syrebehandling) gør fiberoverfladen ru og forbedrer den mekaniske indlejring af grænsefladen. Ætsning kan dog svække selve fiberen, hvilket resulterer i et tab af trækstyrkeegenskaber, hvilket skal overvejes.
Omfattende sammenligningstabel
| Modifikationsmetoder | Mekaniske egenskaber påvirker direkte | Forbedring af kompositmaterialers samlede mekaniske egenskaber | Hovedvirkningsmekanisme |
| Silankoblingsmiddel (KH-550) | Stort set upåvirket | Hæv betydeligt | Kemisk binding for forbedret grænsefladebinding |
| Silankoblingsmiddel (KH-570) | Overfladeruhed fører til en let svækkelse af fibrene | Hæv betydeligt | Forbedret mekanisk indlejring |
| CTAC-overfladeaktivt stof | Stort set upåvirket | Indirekte forfremmelse | Forbedret dispersion og hydrofilicitet |
| Nano siliciumdioxidbelægning | Lille svækkelse af fiberstyrken (ikke mere end 5%) | Stigning betydeligt (15%-30%) | Øger ruheden og forbedrer grænsefladekompatibiliteten |
| Modifikation af organisk jernaflejring | Stort set upåvirket | Begrænset kampagne | Forbedret biobinding |
| varmbehandling (f.eks. af metal) | Kan forårsage termisk skade, der resulterer i tab af fiberstyrke | Indirekte forfremmelse | Fjernelse af overfladeurenhedslag og forbedring af grænsefladebindingsegenskaber |
| Kemisk ætsningsmodifikation | Ruhed forbedrer grænsefladebindingen, men kan svække fibrene | Begrænset kampagne | Overfladeruhed for forbedret mekanisk indsættelse |
Konklusion
- Silankoblingsmiddel og nano-silica-belægning er i øjeblikket de modifikationsmetoder, der har mindst effekt på basaltfibres mekaniske egenskaber, samtidig med at de forbedrer kompositternes samlede mekaniske egenskaber mest markant.
- Modifikation af overfladeaktive stoffer har næsten ingen direkte effekt på fibrenes mekaniske egenskaber, og det er velegnet til scenarier, der skal forbedre fibrenes dispersion eller hydrofilicitet.
- Kemisk ætsning og varmebehandling bør anvendes med forsigtighed, da de, selvom de kan forbedre grænsefladebindingsegenskaberne, kan føre til et fald i fibrenes mekaniske egenskaber.
- Valget af modifikationsmetode bør baseres på anvendelseskravene for at afveje selve fiberens ydeevne og kompositmaterialets samlede ydeevne for at forbedre effekten.
