Comparación dos efectos de diferentes métodos de modificación nas propiedades mecánicas das fibras de basalto

1. Efecto da modificación do axente de acoplamento de silano nas propiedades mecánicas

Os axentes de acoplamento de silano (por exemplo, KH-550 e KH-570) forman un revestimento reactivo na superficie das fibras de basalto a través de Química unión, que mellora a unión interfacial entre as fibras e o substrato e, ao mesmo tempo, ten un certo efecto sobre as propiedades mecánicas das fibras.

KH-550 Modificado:

Vantaxes: formar unha unión química na superficie da fibra e mellorar a adhesión entre a fibra e o substrato, sen danar significativamente as propiedades mecánicas da propia fibra.

Impacto: Os estudos amosan que despois da modificación con KH-550, a resistencia á tracción e o módulo de elasticidade das fibras de basalto permanecen basicamente sen cambios, pero debido á mellora das propiedades de unión interfacial, as propiedades mecánicas xerais do material composto melloran significativamente.

Modificación do KH-570:

Vantaxes: O KH-570 fai rugosa a superficie das fibras de basalto e mellora a súa incrustación mecánica na matriz.

Impacto: Aínda que a rugosidade superficial pode reducir lixeiramente a resistencia á tracción das fibras, a resistencia, a tenacidade e a durabilidade xerais do composto melloran significativamente debido ás propiedades de unión interfacial melloradas.

2. Efecto da modificación do surfactante nas propiedades mecánicas

Os surfactantes catiónicos (por exemplo, CTAC) forman un recubrimento na superficie da fibra principalmente mediante adsorción física, e o seu principal propósito é mellorar a hidrofilicidade e a dispersabilidade das fibras.

Vantaxe:A modificación do surfactante case non ten efecto de erosión química na superficie da fibra, polo que ten menos efecto nas propiedades mecánicas da fibra.

Impacto: A resistencia á tracción e o módulo elástico da fibra non cambian basicamente despois da modificación CTAC. A modificación mellora principalmente a dispersabilidade e a hidrofilicidade das fibras, de xeito que o material da matriz envolve uniformemente as fibras, mellorando así indirectamente as propiedades mecánicas dos materiais compostos.

3. Efecto da modificación do revestimento de nanosílice nas propiedades mecánicas

O revestimento de nano-sílice mellora a rugosidade superficial e a capacidade de unión interfacial entre as fibras e a matriz ao formar unha capa uniforme de nanopartículas na superficie das fibras de basalto.

Vantaxe: As nanopartículas de sílice actúan como unha "ponte" na superficie da fibra, reforzando a unión entre a fibra e a matriz.

Impacto:O revestimento de nanopartículas de sílice pode causar lixeiros danos físicos na superficie da fibra, pero o seu impacto na resistencia á tracción das fibras é pequeno (normalmente inferior ao 5%). Despois da modificación, as propiedades mecánicas globais (por exemplo, resistencia á tracción, resistencia á flexión) do material composto poden mellorar significativamente, ata un 15%-30%.

4. Efecto da modificación da deposición en fase líquida de ferro orgánico nas propiedades mecánicas

O método de deposición en fase líquida de ferro orgánico úsase principalmente para mellorar a capacidade de bioadhesión das fibras de basalto, e a súa mellora das propiedades mecánicas é máis indirecta.

Vantaxe: A formación do revestimento ten un pequeno efecto sobre as propiedades mecánicas da fibra e, principalmente, mellora a funcionalidade da fibra.

Impacto:A capa de revestimento pode aumentar lixeiramente a rixidez da fibra, pero o impacto na resistencia á tracción ou á flexión non é significativo. As propiedades mecánicas dos materiais compostos modificados son limitadas e úsanse con máis frecuencia no campo da protección ambiental.

5. Efecto doutras modificacións físicas ou químicas nas propiedades mecánicas

Métodos físicos (por exemplo, tratamento térmico):

O tratamento térmico pode cambiar a estrutura superficial da fibra, pero pode causar danos térmicos á propia fibra, o que resulta nunha diminución da resistencia á tracción. Un tratamento térmico axeitado axuda a eliminar a capa de impurezas na superficie da fibra, mellorando así indirectamente as propiedades de unión interfacial entre a fibra e a matriz.

Modificación por gravado químico:

O gravado químico (por exemplo, o tratamento con ácido) fai que a superficie da fibra sexa rugosa e mellora a incrustación mecánica da interface. Non obstante, o gravado pode debilitar a propia fibra, o que provoca unha perda de propiedades de tracción, o que cómpre ponderar.

Táboa comparativa completa

Conclusión

1. O axente de acoplamento de silano e o revestimento de nano-sílice son actualmente os métodos de modificación que teñen o menor efecto nas propiedades mecánicas das fibras de basalto, ao tempo que melloran as propiedades mecánicas xerais dos materiais compostos de forma máis significativa.
2. A modificación por surfactantes case non ten efecto directo sobre as propiedades mecánicas das fibras e é axeitada para escenarios que precisen mellorar a dispersión ou a hidrofilicidade das fibras.
3. O gravado químico e o tratamento térmico deben empregarse con precaución, porque aínda que poden mellorar as propiedades de unión interfacial, poden provocar unha diminución das propiedades mecánicas das fibras.
4. A elección do método de modificación debe basearse nos requisitos da aplicación para ponderar o rendemento da propia fibra e o rendemento xeral do material composto para mellorar o efecto.