Confronto degli effetti di diversi metodi di modifica sulle proprietà meccaniche delle fibre di basalto
1. Effetto della modifica dell'agente di accoppiamento silanico sulle proprietà meccaniche
Gli agenti di accoppiamento silanici (ad esempio KH-550 e KH-570) formano un rivestimento reattivo sulla superficie delle fibre di basalto attraverso Chimica legame, che migliora il legame interfacciale tra le fibre e il substrato e, allo stesso tempo, ha un certo effetto sulle proprietà meccaniche delle fibre.
KH-550 modificato:
Vantaggi: formano un legame chimico sulla superficie della fibra e migliorano l'adesione tra la fibra e il substrato, senza danneggiare in modo significativo le proprietà meccaniche della fibra stessa.
Impatto: Gli studi dimostrano che, dopo la modifica con KH-550, la resistenza alla trazione e il modulo di elasticità delle fibre di basalto rimangono sostanzialmente invariati, ma grazie al miglioramento delle proprietà di legame interfacciale, le proprietà meccaniche complessive del materiale composito risultano significativamente migliorate.
Modifica KH-570:
Vantaggi: Il KH-570 irruvidisce la superficie delle fibre di basalto e ne migliora l'incorporazione meccanica nella matrice.
Impatto: Sebbene la rugosità superficiale possa ridurre leggermente la resistenza alla trazione delle fibre, la resistenza, la tenacità e la durabilità complessive del composito risultano significativamente migliorate grazie al miglioramento delle proprietà di adesione interfacciale.
2. Effetto della modifica del tensioattivo sulle proprietà meccaniche
I tensioattivi cationici (ad esempio CTAC) formano un rivestimento sulla superficie delle fibre principalmente tramite adsorbimento fisico, e il loro scopo principale è quello di migliorare l'idrofilia e la disperdibilità delle fibre.
Vantaggio:La modifica con tensioattivi non ha praticamente alcun effetto di erosione chimica sulla superficie della fibra, quindi ha un impatto minore sulle proprietà meccaniche della fibra.
Impatto: La resistenza alla trazione e il modulo elastico della fibra rimangono sostanzialmente invariati dopo la modifica con CTAC. La modifica migliora principalmente la disperdibilità e l'idrofilia delle fibre, in modo che il materiale della matrice avvolga uniformemente le fibre, migliorando così indirettamente le proprietà meccaniche dei compositi.
3. Effetto della modifica del rivestimento di nanosilicato sulle proprietà meccaniche
Il rivestimento in nanosilice migliora la rugosità superficiale e la capacità di adesione interfacciale tra fibre e matrice, formando uno strato uniforme di nanoparticelle sulla superficie delle fibre di basalto.
Vantaggio: Le nanoparticelle di silice agiscono come un "ponte" sulla superficie della fibra, rafforzando il legame tra la fibra e la matrice.
Impatto:Il rivestimento con nanoparticelle di silice può causare lievi danni fisici alla superficie delle fibre, ma il suo impatto sulla resistenza alla trazione delle fibre è minimo (generalmente inferiore al 5%). Dopo la modifica, le proprietà meccaniche complessive (ad esempio resistenza alla trazione, resistenza alla flessione) del materiale composito possono essere migliorate in modo significativo, fino al 15%-30%.
4. Effetto della modifica della deposizione della fase liquida organica del ferro sulle proprietà meccaniche
Il metodo di deposizione in fase liquida di ferro organico viene utilizzato principalmente per migliorare la capacità di bioadesione delle fibre di basalto, mentre il suo miglioramento delle proprietà meccaniche è più indiretto.
Vantaggio: La formazione del rivestimento ha un effetto limitato sulle proprietà meccaniche della fibra e ne migliora principalmente la funzionalità.
Impatto:Lo strato di rivestimento può aumentare leggermente la rigidità della fibra, ma l'impatto sulla resistenza alla trazione o alla flessione non è significativo. Le proprietà meccaniche dei compositi modificati sono limitate e il loro impiego è più frequente nel settore della protezione ambientale.
5. Effetto di altre modifiche fisiche o chimiche sulle proprietà meccaniche
Metodi fisici (ad esempio trattamento termico):
Il trattamento termico può modificare la struttura superficiale della fibra, ma può anche causare danni termici alla fibra stessa, con conseguente diminuzione della resistenza alla trazione. Un trattamento termico adeguato contribuisce a rimuovere lo strato di impurità presente sulla superficie della fibra, migliorando indirettamente le proprietà di adesione interfacciale tra la fibra e la matrice.
Modifica mediante incisione chimica:
La mordenzatura chimica (ad esempio, il trattamento acido) rende ruvida la superficie della fibra e migliora l'ancoraggio meccanico all'interfaccia. Tuttavia, la mordenzatura può indebolire la fibra stessa, con conseguente perdita delle proprietà di trazione, un aspetto che deve essere attentamente valutato.
Tabella comparativa completa
| Metodi di modifica | Le proprietà meccaniche influenzano direttamente | Miglioramento delle proprietà meccaniche complessive dei materiali compositi | Principale meccanismo d'azione |
| Agente di accoppiamento silanico (KH-550) | In gran parte non interessato | Aumentare significativamente | Legame chimico per un legame interfacciale migliorato |
| Agente di accoppiamento silanico (KH-570) | La rugosità superficiale provoca un leggero indebolimento delle fibre. | Aumentare significativamente | Incorporamento meccanico migliorato |
| Tensioattivo CTAC | In gran parte non interessato | Promozione indiretta | Migliore dispersione e idrofilia |
| Rivestimento in nanobiossido di silicio | Lieve indebolimento della resistenza delle fibre (non superiore al 5%) | Aumentare significativamente (15%-30%) | Aumenta la rugosità e migliora la compatibilità interfacciale |
| modifica della deposizione di ferro organico | In gran parte non interessato | Promozione limitata | Bioadesione migliorata |
| trattamento termico (ad esempio dei metalli) | Può causare danni termici con conseguente perdita di resistenza delle fibre. | Promozione indiretta | Rimozione dello strato di impurità superficiali e miglioramento delle proprietà di adesione interfacciale |
| Modifica mediante incisione chimica | La rugosità migliora il legame interfacciale ma può indebolire le fibre | Promozione limitata | Irruvidimento della superficie per un migliore inserimento meccanico |
Conclusione
- Attualmente, l'agente di accoppiamento silanico e il rivestimento in nano-silice sono i metodi di modifica che hanno il minor impatto sulle proprietà meccaniche delle fibre di basalto, migliorando al contempo in modo più significativo le proprietà meccaniche complessive dei compositi.
- La modifica con tensioattivi non ha quasi alcun effetto diretto sulle proprietà meccaniche delle fibre ed è adatta a scenari in cui è necessario migliorare la dispersione o l'idrofilia delle fibre.
- L'incisione chimica e il trattamento termico devono essere utilizzati con cautela, perché, sebbene possano migliorare le proprietà di adesione interfacciale, possono portare a una diminuzione delle proprietà meccaniche delle fibre.
- La scelta del metodo di modifica dovrebbe basarsi sui requisiti dell'applicazione, valutando le prestazioni della fibra stessa e le prestazioni complessive del materiale composito al fine di migliorarne l'effetto.
