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 sobre 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 a través de 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 demuestran que, tras la modificación con KH-550, la resistencia a la tracción y el módulo de elasticidad de las fibras de basalto permanecen prácticamente inalterados, 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 aumenta la rugosidad de la superficie de las fibras de basalto y mejora su integración mecánica en 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 material compuesto mejoran significativamente debido a las mejores propiedades de unión interfacial.

2. Efecto de la modificación del surfactante sobre las propiedades mecánicas

Los tensioactivos catiónicos (por ejemplo, CTAC) forman una capa sobre la superficie de la fibra principalmente mediante adsorción física, y su principal objetivo es mejorar la hidrofilicidad y la dispersibilidad de las fibras.

Ventaja:La modificación con surfactante prácticamente no produce erosión química en la superficie de la fibra, por lo que tiene un efecto mínimo en las propiedades mecánicas de la misma.

Impacto: La resistencia a la tracción y el módulo elástico de la fibra permanecen prácticamente inalterados tras la modificación con CTAC. Esta modificación mejora principalmente la dispersibilidad y la 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 nano sílice sobre las propiedades mecánicas.

El recubrimiento de nanosilica mejora la rugosidad de la superficie 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 un ligero daño físico a la superficie de la fibra, pero su impacto en la resistencia a la tracción de las fibras es mínimo (generalmente inferior al 5%). Tras la modificación, las propiedades mecánicas generales (por ejemplo, la resistencia a la tracción y a la flexión) del material compuesto pueden mejorar significativamente, hasta en un 15%-30%.

4. Efecto de la modificación de la deposición de hierro orgánico en fase líquida sobre las propiedades mecánicas.

El método de deposición de hierro orgánico en fase líquida 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 en 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 su impacto en la resistencia a la tracción o a la flexión no es significativo. Las propiedades mecánicas de los compuestos modificados son limitadas y 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 mediante grabado químico:

El grabado químico (por ejemplo, mediante tratamiento ácido) aumenta la rugosidad de la superficie de la fibra y mejora la fijación mecánica en la interfaz. Sin embargo, este grabado puede debilitar la fibra, lo que conlleva una pérdida de sus propiedades de tracción, un aspecto que debe tenerse en cuenta.

Tabla comparativa completa

Conclusión

1. El agente de acoplamiento de silano y el recubrimiento de nano-sílice son actualmente los métodos de modificación que menos afectan a las propiedades mecánicas de las fibras de basalto, al tiempo que mejoran de forma más significativa las propiedades mecánicas generales de los materiales compuestos.
2. La modificación con surfactantes prácticamente no tiene efecto directo sobre las propiedades mecánicas de las fibras, y es adecuada para situaciones en las que se necesita mejorar la dispersión o la hidrofilicidad de las mismas.
3. 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.
4. La elección del método de modificación debe basarse en los requisitos de la aplicación, sopesando el rendimiento de la fibra en sí y el rendimiento general del material compuesto para mejorar el efecto.