Erinevate modifitseerimismeetodite mõju võrdlus basaltkiudude mehaanilistele omadustele
1. Silaani sidestusagensi modifitseerimise mõju mehaanilistele omadustele
Silaani sidestusained (nt KH-550 ja KH-570) moodustavad basaltkiudude pinnale reaktiivse katte. Keemiline sidumine, mis parandab kiudude ja aluspinna vahelist pindadevahelist sidet ning samal ajal avaldab teatud mõju kiudude mehaanilistele omadustele.
KH-550 muudetud:
Eelised: moodustavad kiu pinnal keemilise sideme ja parandavad kiu ja aluspinna vahelist adhesiooni, kahjustamata oluliselt kiu enda mehaanilisi omadusi.
Mõju: Uuringud näitavad, et pärast KH-550 modifitseerimist jäävad basaltkiudude tõmbetugevus ja elastsusmoodul põhimõtteliselt samaks, kuid faasidevahelise sidumise omaduste paranemise tõttu paranevad komposiitmaterjali üldised mehaanilised omadused oluliselt.
KH-570 modifikatsioon:
Eelised: KH-570 karestab basaltkiudude pinda ja parandab nende mehaanilist kinnitumist maatriksiga.
Mõju: Kuigi pinna karedustamine võib kiudude tõmbetugevust veidi vähendada, paranevad komposiidi üldine tugevus, sitkus ja vastupidavus tänu parematele faasidevahelistele sidumisomadustele märkimisväärselt.
2. Pindaktiivsete ainete modifitseerimise mõju mehaanilistele omadustele
Katioonsed pindaktiivsed ained (nt CTAC) moodustavad kiu pinnale katte peamiselt füüsikalise adsorptsiooni teel ning nende peamine eesmärk on parandada kiudude hüdrofiilsust ja dispergeeruvust.
Eelis:Pindaktiivse aine modifikatsioonil puudub kiu pinnale peaaegu igasugune keemiline erosiooniefekt, seega on sellel kiu mehaanilistele omadustele väiksem mõju.
Mõju: Kiu tõmbetugevus ja elastsusmoodul jäävad pärast CTAC modifitseerimist põhimõtteliselt samaks. Modifikatsioon parandab peamiselt kiudude dispergeeruvust ja hüdrofiilsust, nii et maatriksmaterjal mähib kiude ühtlaselt, parandades seeläbi kaudselt komposiitide mehaanilisi omadusi.
3. Nano-silikaatkatte modifitseerimise mõju mehaanilistele omadustele
Nanosilikaat parandab kiudude ja maatriksi vahelist pinnakaredust ja pindadevahelist sidumisvõimet, moodustades basaltkiudude pinnale ühtlase nanoosakeste kihi.
Eelis: Nanosilika osakesed toimivad kiu pinnal "sillana", tugevdades sidet kiu ja maatriksi vahel.
Mõju:Ränidioksiidi nanoosakeste katmine võib kiu pinnale põhjustada kergeid füüsikalisi kahjustusi, kuid selle mõju kiudude tõmbetugevusele on väike (tavaliselt alla 5%). Pärast modifitseerimist saab komposiitmaterjali üldiseid mehaanilisi omadusi (nt tõmbetugevus, paindetugevus) oluliselt parandada, kuni 15%-30%.
4. Orgaanilise raua vedelfaasi sadestamise modifitseerimise mõju mehaanilistele omadustele
Orgaanilise raua vedelfaasi sadestamise meetodit kasutatakse peamiselt basaltkiudude bioadhesioonivõime suurendamiseks ja selle mehaaniliste omaduste parandamine on kaudsem.
Eelis: Katte moodustamine mõjutab kiudude mehaanilisi omadusi vähe ja parandab peamiselt kiudude funktsionaalsust.
Mõju:Kattekiht võib küll kiu jäikust veidi suurendada, kuid mõju tõmbe- või paindetugevusele ei ole märkimisväärne. Modifitseeritud komposiitide mehaanilised omadused on piiratud ja neid kasutatakse sagedamini keskkonnakaitse valdkonnas.
5. Muude füüsikaliste või keemiliste modifikatsioonide mõju mehaanilistele omadustele
Füüsikalised meetodid (nt kuumtöötlus):
Kuumtöötlus võib muuta kiu pinnastruktuuri, kuid võib põhjustada kiu enda termilist kahjustust, mille tulemuseks on tõmbetugevuse vähenemine. Sobiv kuumtöötlus aitab eemaldada kiu pinnalt lisandikihi, parandades seeläbi kaudselt kiu ja maatriksi vahelisi faasidevahelisi sidumisomadusi.
Keemiline söövitusmodifikatsioon:
Keemiline söövitamine (nt happega töötlemine) karestab kiu pinda ja parandab liidese mehaanilist kinnistumist. Söövitamine võib aga kiudu ennast nõrgestada, mille tulemuseks on tõmbetugevuse kadu, mida tuleb kaaluda.
Põhjalik võrdlustabel
| Modifitseerimismeetodid | Mehaanilised omadused mõjutavad otseselt | Komposiitide üldiste mehaaniliste omaduste parandamine | Peamine toimemehhanism |
| Silaani sidestusaine (KH-550) | Suures osas mõjutamata | Tõsta märkimisväärselt | Keemiline sidumine tugevdatud pindadevahelise sideme loomiseks |
| Silaani sidestusaine (KH-570) | Pinna karedus viib kiudude kerge nõrgenemiseni | Tõsta märkimisväärselt | Täiustatud mehaaniline manustamine |
| CTAC pindaktiivne aine | Suures osas mõjutamata | Kaudne reklaam | Parem dispersioon ja hüdrofiilsus |
| Nano ränidioksiidi kate | Kiudude tugevuse kerge nõrgenemine (mitte rohkem kui 5%) | Tõuseb märkimisväärselt (15–30%) | Suurendab karedust ja parandab pindadevahelist ühilduvust |
| Orgaanilise raua sadestumise modifitseerimine | Suures osas mõjutamata | Piiratud kampaania | Tõhustatud biosidumine |
| kuumtöötlus (nt metalli puhul) | Võib põhjustada termilisi kahjustusi, mis põhjustavad kiudude tugevuse vähenemist | Kaudne reklaam | Pinna lisandite kihi eemaldamine ja faasidevahelise nakkuvuse parandamine |
| Keemilise söövituse modifitseerimine | Karestamine parandab pindadevahelist sidumist, kuid võib kiude nõrgendada | Piiratud kampaania | Pinna karestamine parema mehaanilise sisestamise jaoks |
Kokkuvõte
- Silaani sidestusaine ja nano-ränidioksiidkate on praegu modifitseerimismeetodid, millel on basaltkiudude mehaanilistele omadustele kõige väiksem mõju, parandades samal ajal komposiitide üldisi mehaanilisi omadusi kõige olulisemalt.
- Pindaktiivsete ainete modifitseerimisel puudub peaaegu igasugune otsene mõju kiudude mehaanilistele omadustele ning see sobib olukordades, kus on vaja parandada kiudude dispersiooni või hüdrofiilsust.
- Keemilist söövitamist ja kuumtöötlust tuleks kasutada ettevaatlikult, sest kuigi need võivad parandada pindadevahelisi sidumisomadusi, võivad need viia kiudude mehaaniliste omaduste vähenemiseni.
- Modifitseerimismeetodi valik peaks põhinema rakendusnõuetel, et kaaluda kiudude enda toimivust ja komposiitmaterjali üldist toimivust efekti parandamiseks.
