Comparación de los efectos de diferentes métodos de modificación sobre las propiedades mecánicas de las fibras de basalto
1. Efecto de la modificación del agente de acoplamiento de silano en las propiedades mecánicas
Los agentes de acoplamiento de silano (por ejemplo, KH-550 y KH-570) forman un recubrimiento reactivo en la superficie de las fibras de basalto mediante Químico La unión mejora la adhesión interfacial entre las fibras y el sustrato, y al mismo tiempo, tiene cierto efecto sobre las propiedades mecánicas de las fibras.
KH-550 Modificado:
Ventajas: Forman un enlace químico en la superficie de la fibra y mejoran la adhesión entre la fibra y el sustrato, sin dañar significativamente las propiedades mecánicas de la propia fibra.
Impacto: Los estudios muestran que después de la modificación con KH-550, la resistencia a la tracción y el módulo de elasticidad de las fibras de basalto permanecen básicamente sin cambios, pero debido a la mejora de las propiedades de unión interfacial, las propiedades mecánicas generales del material compuesto mejoran significativamente.
Modificación KH-570:
Ventajas: El KH-570 rugosiza la superficie de las fibras de basalto y mejora su incrustación mecánica con la matriz.
Impacto: Si bien el aumento de la rugosidad superficial puede reducir ligeramente la resistencia a la tracción de las fibras, la resistencia, la tenacidad y la durabilidad generales del compuesto mejoran significativamente debido a las mejores propiedades de unión interfacial.
2. Efecto de la modificación con surfactante sobre las propiedades mecánicas
Los tensioactivos catiónicos (por ejemplo, CTAC) forman un recubrimiento en la superficie de la fibra principalmente a través de la adsorción física, y su principal objetivo es mejorar la hidrofilicidad y la dispersabilidad de las fibras.
Ventaja:La modificación con surfactante prácticamente no tiene efecto de erosión química sobre la superficie de la fibra, por lo que su efecto sobre las propiedades mecánicas de la misma es mínimo.
Impacto: La resistencia a la tracción y el módulo de elasticidad de la fibra permanecen prácticamente inalterados tras la modificación con CTAC. Esta modificación mejora principalmente la dispersabilidad e hidrofilicidad de las fibras, de modo que el material de la matriz las recubre uniformemente, mejorando así indirectamente las propiedades mecánicas de los compuestos.
3. Efecto de la modificación del recubrimiento de nanosílice en las propiedades mecánicas
El recubrimiento de nanosílice mejora la rugosidad superficial y la capacidad de unión interfacial entre las fibras y la matriz mediante la formación de una capa uniforme de nanopartículas en la superficie de las fibras de basalto.
Ventaja: Las nanopartículas de sílice actúan como un “puente” en la superficie de la fibra, reforzando la unión entre la fibra y la matriz.
Impacto:El recubrimiento de nanopartículas de sílice puede causar daños físicos leves en la superficie de la fibra, pero su impacto en la resistencia a la tracción de las fibras es pequeño (generalmente inferior al 5%). Tras la modificación, las propiedades mecánicas generales (por ejemplo, la resistencia a la tracción y la resistencia a la flexión) del material compuesto pueden mejorarse significativamente, hasta un 15-30%.
4. Efecto de la modificación por deposición de hierro orgánico en fase líquida sobre las propiedades mecánicas
El método de deposición en fase líquida de hierro orgánico se utiliza principalmente para mejorar la capacidad de bioadhesión de las fibras de basalto, y su mejora de las propiedades mecánicas es más indirecta.
Ventaja: La formación del recubrimiento tiene un efecto mínimo sobre las propiedades mecánicas de la fibra, y principalmente mejora su funcionalidad.
Impacto:La capa de recubrimiento puede aumentar ligeramente la rigidez de la fibra, pero el impacto en la resistencia a la tracción o a la flexión no es significativo. Las propiedades mecánicas de los compuestos modificados son limitadas, por lo que se utilizan con mayor frecuencia en el ámbito de la protección ambiental.
5. Efecto de otras modificaciones físicas o químicas sobre las propiedades mecánicas
Métodos físicos (por ejemplo, tratamiento térmico):
El tratamiento térmico puede modificar la estructura superficial de la fibra, pero también puede dañarla térmicamente, lo que reduce su resistencia a la tracción. Un tratamiento térmico adecuado ayuda a eliminar la capa de impurezas de la superficie de la fibra, mejorando así indirectamente las propiedades de adhesión interfacial entre la fibra y la matriz.
Modificación por grabado químico:
El grabado químico (p. ej., tratamiento con ácido) aumenta la rugosidad de la superficie de la fibra y mejora la adhesión mecánica de la interfaz. Sin embargo, el grabado puede debilitar la propia fibra, lo que conlleva una pérdida de sus propiedades de tracción, un aspecto que debe tenerse en cuenta.
Tabla comparativa completa
| Métodos de modificación | Las propiedades mecánicas influyen directamente | Mejora de las propiedades mecánicas generales de los materiales compuestos | Mecanismo principal de acción |
| Agente de acoplamiento de silano (KH-550) | En gran medida no se vio afectado | Aumentar significativamente | Enlace químico para una mejor unión interfacial |
| Agente de acoplamiento de silano (KH-570) | El aumento de la rugosidad superficial provoca un ligero debilitamiento de las fibras. | Aumentar significativamente | Incrustaciones mecánicas mejoradas |
| CTAC Surfactante | En gran medida no se vio afectado | Promoción indirecta | Dispersión e hidrofilicidad mejoradas |
| Recubrimiento de dióxido de silicio nano | Ligera disminución de la resistencia de la fibra (no superior al 5%). | Aumentar significativamente (15%-30%) | Aumenta la rugosidad y mejora la compatibilidad interfacial |
| modificación de la deposición de hierro orgánico | En gran medida no se vio afectado | Promoción limitada | Bioadherencia mejorada |
| tratamiento en caliente (p. ej., de metales) | Puede provocar daños térmicos que resulten en una pérdida de resistencia de la fibra. | Promoción indirecta | Eliminación de la capa de impurezas superficiales y mejora de las propiedades de unión interfacial |
| modificación por grabado químico | El aumento de la rugosidad mejora la adhesión interfacial pero puede debilitar las fibras. | Promoción limitada | Rugosidad superficial para una mejor inserción mecánica |
Conclusión
- Actualmente, el agente de acoplamiento de silano y el recubrimiento de nanosílice son los métodos de modificación que menos afectan a las propiedades mecánicas de las fibras de basalto, a la vez que mejoran de forma más significativa las propiedades mecánicas generales de los compuestos.
- La modificación con surfactantes prácticamente no tiene efecto directo sobre las propiedades mecánicas de las fibras, y es adecuada para escenarios en los que se necesita mejorar la dispersión o la hidrofilicidad de las fibras.
- El grabado químico y el tratamiento térmico deben utilizarse con precaución, ya que, si bien pueden mejorar las propiedades de unión interfacial, pueden provocar una disminución de las propiedades mecánicas de las fibras.
- La elección del método de modificación debe basarse en los requisitos de la aplicación para sopesar el rendimiento de la propia fibra y el rendimiento global del material compuesto con el fin de mejorar el efecto.
