Confronto degli effetti di diversi metodi di modifica sulle proprietà meccaniche delle fibre di basalto
1. Effetto della modifica dell'agente accoppiante silanico sulle proprietà meccaniche
Gli agenti accoppianti silanici (ad esempio KH-550 e KH-570) formano un rivestimento reattivo sulla superficie delle fibre di basalto attraverso Chimico 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 significativamente 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 notevolmente migliorate.
Modifica KH-570:
Vantaggi: KH-570 rende ruvida la superficie delle fibre di basalto e ne migliora l'incorporamento meccanico nella matrice.
Impatto: Sebbene l'irruvidimento della superficie possa ridurre leggermente la resistenza alla trazione delle fibre, la resistenza complessiva, la tenacità e la durata del composito risultano notevolmente migliorate grazie alle migliori proprietà di legame 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 del tensioattivo non ha quasi 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 CTAC. La modifica migliora principalmente la disperdibilità e l'idrofilia delle fibre, in modo che il materiale della matrice le avvolga uniformemente, migliorando così indirettamente le proprietà meccaniche dei compositi.
3. Effetto della modifica del rivestimento in nanosilice sulle proprietà meccaniche
Il rivestimento in nano-silice migliora la rugosità superficiale e la capacità di legame interfacciale tra fibre e matrice formando uno strato uniforme di nanoparticelle sulla superficie delle fibre di basalto.
Vantaggio: Le particelle di nano-silice agiscono come un “ponte” sulla superficie della fibra, rafforzando il legame tra la fibra e la matrice.
Impatto:Il rivestimento di nanoparticelle di silice può causare lievi danni fisici alla superficie delle fibre, ma il suo impatto sulla resistenza alla trazione delle fibre è minimo (solitamente inferiore al 5%). Dopo la modifica, le proprietà meccaniche complessive (ad esempio resistenza alla trazione, resistenza alla flessione) del materiale composito possono essere migliorate significativamente, fino al 15%-30%.
4. Effetto della modifica della deposizione della fase liquida del ferro organico 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 miglioramento delle proprietà meccaniche è più indiretto.
Vantaggio: la formazione del rivestimento ha un piccolo effetto 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 a trazione o flessione non è significativo. Le proprietà meccaniche dei compositi modificati sono limitate e sono più spesso utilizzati nel campo 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 appropriato aiuta a rimuovere lo strato di impurità dalla superficie della fibra, migliorando indirettamente le proprietà di legame interfacciale tra la fibra e la matrice.
Modifica dell'incisione chimica:
L'incisione chimica (ad esempio, il trattamento con acido) rende ruvida la superficie della fibra e migliora l'incorporamento meccanico dell'interfaccia. Tuttavia, l'incisione può indebolire la fibra stessa, con conseguente perdita di proprietà tensili, che deve essere valutata attentamente.
Tabella comparativa completa
| Metodi di modifica | Le proprietà meccaniche influenzano direttamente | Miglioramento delle proprietà meccaniche complessive dei compositi | Meccanismo d'azione principale |
| 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) | L'irruvidimento della superficie porta ad un leggero indebolimento delle fibre | Aumentare significativamente | Incorporamento meccanico migliorato |
| Tensioattivo CTAC | In gran parte non interessato | Promozione indiretta | Dispersione e idrofilia migliorate |
| Rivestimento in nano biossido di silicio | Leggero indebolimento della resistenza delle fibre (non più del 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 | Bio-attaccamento migliorato |
| trattamento a caldo (ad esempio del metallo) | Può causare danni termici con conseguente perdita di resistenza delle fibre | Promozione indiretta | Rimozione dello strato di impurità superficiale e miglioramento delle proprietà di legame interfacciale |
| Modifica dell'incisione chimica | L'irruvidimento migliora il legame interfacciale ma può indebolire le fibre | Promozione limitata | Irruvidimento superficiale per un migliore inserimento meccanico |
Conclusione
- L'agente di accoppiamento silanico e il rivestimento in nano-silice sono attualmente i metodi di modifica che hanno il minimo effetto sulle proprietà meccaniche delle fibre di basalto, migliorando al contempo in modo più significativo le proprietà meccaniche complessive dei compositi.
- La modifica dei tensioattivi non ha quasi nessun 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 legame interfacciale, possono portare a una diminuzione delle proprietà meccaniche delle fibre.
- La scelta del metodo di modifica dovrebbe basarsi sui requisiti dell'applicazione per valutare le prestazioni della fibra stessa e le prestazioni complessive del materiale composito per migliorarne l'effetto.
