Különböző módosítási módszerek hatásának összehasonlítása a bazaltszálak mechanikai tulajdonságaira
1. A szilán kapcsolószer módosításának hatása a mechanikai tulajdonságokra
A szilán kapcsolószerek (pl. KH-550 és KH-570) reaktív bevonatot képeznek a bazaltszálak felületén a következőkön keresztül: Kémiai kötés, amely javítja a szálak és az aljzat közötti határfelületi kötést, és egyúttal bizonyos hatással van a szálak mechanikai tulajdonságaira.
KH-550 Módosítva:
Előnyök: kémiai kötést képeznek a szál felületén, és javítják a szál és az aljzat közötti tapadást anélkül, hogy jelentősen károsítanák a szál mechanikai tulajdonságait.
Hatás: Tanulmányok kimutatták, hogy a KH-550 módosítás után a bazaltszálak szakítószilárdsága és rugalmassági modulusa alapvetően változatlan marad, de a határfelületi kötési tulajdonságok javulása miatt a kompozit anyag általános mechanikai tulajdonságai jelentősen javulnak.
KH-570 módosítás:
Előnyök: A KH-570 érdesíti a bazaltszálak felületét és fokozza azok mechanikai beágyazódását a mátrixba.
Hatás: Bár a felületi érdesítés kissé csökkentheti a szálak szakítószilárdságát, a kompozit teljes szilárdsága, szívóssága és tartóssága jelentősen javul a határfelületi kötési tulajdonságok javulása miatt.
2. A felületaktív anyag módosításának hatása a mechanikai tulajdonságokra
A kationos felületaktív anyagok (pl. CTAC) főként fizikai adszorpció útján képeznek bevonatot a szálak felületén, fő céljuk a szálak hidrofilitásának és diszpergálhatóságának javítása.
Előny:A felületaktív módosításnak szinte nincs kémiai eróziós hatása a szál felületére, így kevésbé befolyásolja a szál mechanikai tulajdonságait.
Hatás: A szál szakítószilárdsága és rugalmassági modulusa a CTAC módosítás után alapvetően változatlan marad. A módosítás főként a szálak diszpergálhatóságát és hidrofilitását javítja, így a mátrixanyag egyenletesen beburkolja a szálakat, ezáltal közvetve javítva a kompozitok mechanikai tulajdonságait.
3. A nano-szilícium-dioxid bevonat módosításának hatása a mechanikai tulajdonságokra
A nano-szilícium-dioxid bevonat javítja a felületi érdességet és a szálak és a mátrix közötti határfelületi kötési képességet azáltal, hogy egyenletes nanorészecske réteget képez a bazaltszálak felületén.
Előny: A nano-szilícium-dioxid részecskék „hídként” működnek a szál felületén, erősítve a szál és a mátrix közötti kötést.
Hatás:A szilícium-dioxid nanorészecskék bevonata enyhe fizikai sérülést okozhat a szálak felületén, de a szálak szakítószilárdságára gyakorolt hatása csekély (általában kevesebb, mint 5%). A módosítás után a kompozit anyag általános mechanikai tulajdonságai (pl. szakítószilárdság, hajlítószilárdság) jelentősen, akár 15%-30%-kal is javíthatók.
4. A szerves vas folyékony fázisú leválasztásának módosítása a mechanikai tulajdonságokra
A szerves vas folyékony fázisú leválasztási módszert főként a bazaltszálak bioadhéziós képességének fokozására használják, és a mechanikai tulajdonságok javítása közvetettebb.
Előny: A bevonat kialakulása kismértékben befolyásolja a szál mechanikai tulajdonságait, és főként a szál funkcionalitását fokozza.
Hatás:A bevonóréteg kismértékben növelheti a szál merevségét, de a szakító- vagy hajlítószilárdságra gyakorolt hatás nem jelentős. A módosított kompozitok mechanikai tulajdonságai korlátozottak, és gyakrabban használják őket a környezetvédelem területén.
5. Egyéb fizikai vagy kémiai módosulások hatása a mechanikai tulajdonságokra
Fizikai módszerek (pl. hőkezelés):
A hőkezelés megváltoztathatja a szál felületi szerkezetét, de hőkárosodást okozhat magában a szálban, ami a szakítószilárdság csökkenéséhez vezet. A megfelelő hőkezelés segít eltávolítani a szennyeződési réteget a szál felületéről, ezáltal közvetve javítja a szál és a mátrix közötti határfelületi kötési tulajdonságokat.
Kémiai maratás módosítása:
A kémiai maratás (pl. savas kezelés) érdesíti a szál felületét és fokozza a határfelület mechanikai beágyazódását. A maratás azonban gyengítheti magát a szálat, ami a szakítószilárdság csökkenéséhez vezethet, amit mérlegelni kell.
Átfogó összehasonlító táblázat
| Módosítási módszerek | A mechanikai tulajdonságok közvetlenül befolyásolják | A kompozitok általános mechanikai tulajdonságainak javítása | Fő hatásmechanizmus |
| Szilán kapcsolószer (KH-550) | Nagyrészt változatlan | Jelentősen emelje | Kémiai kötés a fokozott határfelületi kötés érdekében |
| Szilán kapcsolószer (KH-570) | A felület érdesítése a szálak enyhe gyengüléséhez vezet | Jelentősen emelje | Továbbfejlesztett mechanikai beágyazás |
| CTAC felületaktív anyag | Nagyrészt változatlan | Közvetett promóció | Javított diszperzió és hidrofilitás |
| Nano szilícium-dioxid bevonat | A rost szilárdságának enyhe gyengülése (legfeljebb 5%) | Jelentősen emelkedik (15%-30%) | Növeli az érdességet és javítja a határfelületi kompatibilitást |
| Szerves vaslerakódás módosítása | Nagyrészt változatlan | Korlátozott promóció | Fokozott biotapadás |
| hőkezelés (pl. fém) | Hőkárosodást okozhat, ami a szálak szilárdságának csökkenéséhez vezethet | Közvetett promóció | A felületi szennyeződésréteg eltávolítása és a határfelületi kötési tulajdonságok javítása |
| Kémiai maratásmódosítás | Az érdesítés fokozza a határfelületi kötést, de gyengítheti a szálakat | Korlátozott promóció | Felületi érdesítés a jobb mechanikai behelyezés érdekében |
Következtetés
- A szilán kapcsolószer és a nano-szilícium-dioxid bevonat jelenleg azok a módosítási módszerek, amelyek a legkisebb mértékben befolyásolják a bazaltszálak mechanikai tulajdonságait, miközben a kompozitok általános mechanikai tulajdonságait a legjelentősebben javítják.
- A felületaktív anyagok módosítása szinte semmilyen közvetlen hatással nincs a szálak mechanikai tulajdonságaira, és olyan esetekben alkalmazható, amikor javítani kell a szálak diszperzióját vagy hidrofilitását.
- A kémiai maratást és a hőkezelést óvatosan kell alkalmazni, mert bár javíthatják a határfelületi kötési tulajdonságokat, a szálak mechanikai tulajdonságainak csökkenéséhez vezethetnek.
- A módosítási módszer megválasztásának az alkalmazási követelményeken kell alapulnia, hogy mérlegelje magának a szálnak a teljesítményét és a kompozit anyag általános teljesítményét a hatás javítása érdekében.
