Usporedba učinaka različitih metoda modifikacije na mehanička svojstva bazaltnih vlakana
1. Utjecaj modifikacije silanskim vezivnim sredstvom na mehanička svojstva
Silan spojna sredstva (npr. KH-550 i KH-570) tvore reaktivni premaz na površini bazaltnih vlakana putem Kemijsko vezivanje, koje poboljšava međupovršinsko povezivanje vlakana i podloge, a istovremeno ima određeni utjecaj na mehanička svojstva vlakana.
KH-550 Modificirano:
Prednosti: stvaraju kemijsku vezu na površini vlakna i poboljšavaju prianjanje između vlakna i podloge, bez značajnog oštećenja mehaničkih svojstava samog vlakna.
Utjecaj: Studije pokazuju da nakon modifikacije KH-550, vlačna čvrstoća i modul elastičnosti bazaltnih vlakana u osnovi ostaju nepromijenjeni, ali zbog poboljšanja svojstava međupovršinskog lijepljenja, ukupna mehanička svojstva kompozitnog materijala su značajno poboljšana.
Modifikacija KH-570:
Prednosti: KH-570 čini površinu bazaltnih vlakana hrapavom i poboljšava njihovo mehaničko ugrađivanje u matricu.
Utjecaj: Iako hrapavost površine može neznatno smanjiti vlačnu čvrstoću vlakana, ukupna čvrstoća, žilavost i trajnost kompozita značajno se poboljšavaju zbog poboljšanih svojstava međupovršinskog lijepljenja.
2. Utjecaj modifikacije surfaktanta na mehanička svojstva
Kationski surfaktanti (npr. CTAC) tvore premaz na površini vlakana uglavnom fizičkom adsorpcijom, a njihova glavna svrha je poboljšanje hidrofilnosti i disperzibilnosti vlakana.
Prednost:Modifikacija surfaktantom gotovo da nema kemijski erozivni učinak na površinu vlakana, pa ima manji utjecaj na mehanička svojstva vlakana.
Utjecaj: Vlačna čvrstoća i modul elastičnosti vlakana u osnovi se ne mijenjaju nakon CTAC modifikacije. Modifikacija uglavnom poboljšava disperzibilnost i hidrofilnost vlakana, tako da materijal matrice jednoliko obavija vlakna, čime se posredno poboljšavaju mehanička svojstva kompozita.
3. Utjecaj modifikacije nano silicijevog premaza na mehanička svojstva
Nano-silicijev premaz poboljšava hrapavost površine i sposobnost međupovršinskog vezivanja između vlakana i matrice stvaranjem jednoličnog sloja nanočestica na površini bazaltnih vlakana.
Prednost: Nanočestice silicija djeluju kao "most" na površini vlakana, jačajući vezu između vlakana i matrice.
Utjecaj:Premaz od nanočestica silicijevog dioksida može uzrokovati manja fizička oštećenja površine vlakana, ali njegov utjecaj na vlačnu čvrstoću vlakana je malen (obično manji od 5%). Nakon modifikacije, ukupna mehanička svojstva (npr. vlačna čvrstoća, čvrstoća na savijanje) kompozitnog materijala mogu se značajno poboljšati, do 15%-30%.
4. Utjecaj modifikacije taloženjem organskog željeza u tekućoj fazi na mehanička svojstva
Metoda taloženja organskog željeza u tekućoj fazi uglavnom se koristi za poboljšanje bioadhezivne sposobnosti bazaltnih vlakana, a poboljšanje mehaničkih svojstava je neizravnije.
Prednost: Formiranje premaza ima mali utjecaj na mehanička svojstva vlakna, a uglavnom poboljšava funkcionalnost vlakna.
Utjecaj:Sloj premaza može neznatno povećati krutost vlakana, ali utjecaj na vlačnu ili savojnu čvrstoću nije značajan. Mehanička svojstva modificiranih kompozita su ograničena i češće se koriste u području zaštite okoliša.
5. Utjecaj drugih fizičkih ili kemijskih modifikacija na mehanička svojstva
Fizičke metode (npr. toplinska obrada):
Toplinska obrada može promijeniti površinsku strukturu vlakna, ali može uzrokovati toplinsko oštećenje samog vlakna, što rezultira smanjenjem vlačne čvrstoće. Odgovarajuća toplinska obrada pomaže u uklanjanju sloja nečistoća na površini vlakna, čime se neizravno poboljšavaju svojstva međupovršinskog vezanja između vlakna i matrice.
Modifikacija kemijskim jetkanjem:
Kemijsko jetkanje (npr. obrada kiselinom) čini površinu vlakana hrapavom i poboljšava mehaničko ugrađivanje međupovršine. Međutim, jetkanje može oslabiti samo vlakno, što rezultira gubitkom vlačnih svojstava, što treba uzeti u obzir.
Sveobuhvatna tablica usporedbe
| Metode modifikacije | Mehanička svojstva izravno utječu | Poboljšanje ukupnih mehaničkih svojstava kompozita | Glavni mehanizam djelovanja |
| Silan vezivno sredstvo (KH-550) | Uglavnom nepromijenjeno | Značajno povećati | Kemijsko vezanje za poboljšano međupovršinsko vezanje |
| Silan vezivno sredstvo (KH-570) | Hrapavost površine dovodi do blagog slabljenja vlakana | Značajno povećati | Poboljšano mehaničko ugrađivanje |
| CTAC surfaktant | Uglavnom nepromijenjeno | Neizravna promocija | Poboljšana disperzija i hidrofilnost |
| Nano premaz silicijevog dioksida | Blago slabljenje čvrstoće vlakana (ne više od 5%) | Značajno povećanje (15%-30%) | Povećava hrapavost i poboljšava međufaznu kompatibilnost |
| Modifikacija taloženja organskog željeza | Uglavnom nepromijenjeno | Ograničena promocija | Poboljšano bio-pričvršćivanje |
| vruća obrada (npr. metala) | Može uzrokovati toplinska oštećenja što rezultira gubitkom čvrstoće vlakana | Neizravna promocija | Uklanjanje sloja površinskih nečistoća i poboljšanje svojstava međupovršinskog lijepljenja |
| Modifikacija kemijskim jetkanjem | Hrapavost poboljšava međupovršinsko lijepljenje, ali može oslabiti vlakna | Ograničena promocija | Hrapavost površine za poboljšano mehaničko umetanje |
Zaključak
- Silan spojno sredstvo i nano-silicijev premaz trenutno su metode modifikacije koje imaju najmanji utjecaj na mehanička svojstva bazaltnih vlakana, a istovremeno najznačajnije poboljšavaju ukupna mehanička svojstva kompozita.
- Modifikacija surfaktantom gotovo da nema izravan utjecaj na mehanička svojstva vlakana te je prikladna za scenarije koji trebaju poboljšati disperziju ili hidrofilnost vlakana.
- Kemijsko jetkanje i toplinska obrada trebaju se koristiti s oprezom, jer iako mogu poboljšati svojstva međupovršinskog lijepljenja, mogu dovesti do smanjenja mehaničkih svojstava vlakana.
- Izbor metode modifikacije trebao bi se temeljiti na zahtjevima primjene kako bi se procijenile performanse samog vlakna i ukupne performanse kompozitnog materijala radi poboljšanja učinka.
