סקירת מחקרי שינוי פני השטח של סיבי בזלת
כחומר סיבים אנאורגניים בעל ביצועים גבוהים, סיבי בזלת בעלי תכונות מכניות מצוינות, כִּימִי עמידות ויציבות בטמפרטורה גבוהה הובילו ליישומים שונים בהנדסה אזרחית, חומרים מרוכבים והגנת הסביבה. עם זאת, לסיבי בזלת יש משטחים חלקים וחסרות קבוצות פונקציונליות פעילות, וכתוצאה מכך תכונות הדבקה ביניים גרועות עם חומרי מטריצה. לכן, שינוי פני השטח של סיבי בזלת יכול לשפר משמעותית את תכונות ההדבקה הביניים שלהם ולשפר את יישומם בחומרים מרוכבים והגנת הסביבה. להלן התקדמות המחקר של מספר שיטות שינוי עיקריות.
- שינוי פני השטח של חומר צימוד סילאן
חומר צימוד סילאן הוא חומר טיפולי שטח נפוץ המשפר את תכונות הקשר הבין-פנימיות בין סיבים וחומרי מטריצה באמצעות קשר כימי.
שינוי KH-550
המחקר מראה כי טיפול בסיבי בזלת עם תמיסת KH-550, חומר צימוד סילאן, יוצר קשרים כימיים יציבים על פני השטח של הסיבים ומשפר את הקשר הבין-פנימי בין הסיבים לאספלט. הריכוז הסביר של KH-550 הוא 1.0%, וזמן הטיפול הוא 30 דקות. לאחר השינוי, ההידבקות בין סיבי בזלת לאספלט שופרה בדרגה אחת. קצב ספיגת השמן גדל ב-65.5%, מה ששפר משמעותית את ההידבקות עם האספלט.
KH-570 שינוי
KH-570 משנה סיבי בזלת כדי להפוך את פני השטח שלהם לחספסים ולהגדיל את הנקודות הפעילות על פני הסיבים. בחומר מרוכב, עם הגדלת אורך הסיבים המותאמים וכמות התוספת, התכונות המכניות של החומר המרוכב משתפרות משמעותית.
- שינוי חומר פעיל שטח
שינוי CTAC
ציפוי פיזי של סיבי בזלת עם החומר הפעיל שטח קטיוני צטילטרימתיל אמוניום כלוריד (CTAC) משפר את ההידרופיליות והפיזור של הסיבים במים. לשיטת שינוי זו יש השפעה משמעותית על הידבקות הסרט המיקרוביאלי: חוזק ההידבקות המיקרוביאלית גדל משמעותית. הגדלת כמות ההידבקות המיקרוביאלית מקלה על היישום בטיפול בשפכים.
- שינוי שקיעת פאזה נוזלית של ברזל אורגני
שינוי סיבי בזלת על ידי שקיעת ברזל אורגני בפאזה נוזלית יכול לשפר את יכולת ההידבקות הביולוגית של פני השטח של הסיב ולשפר עוד יותר את יישומו בתחום טיהור שפכים. שיטת שינוי זו יכולה ליצור ציפוי תחמוצת ברזל יציב על פני השטח של הסיב כדי לשפר את הספיחה והפירוק של מזהמים.
- שינוי ציפוי על ידי ננו-סיליקה
חלקיקי ננו-סיליקה מפוזרים באופן אחיד בחדירה או בפיזור, וניתן לבצע שינוי ציפוי של סיבי בזלת: בין סיבי בזלת לשרף אפוקסי, חלקיקי ננו-סיליקה ממלאים תפקיד של גשר, ומשפרים משמעותית את התאימות הבין-פנימית ביניהם. לאחר השינוי, חספוס פני השטח של סיבי הבזלת עולה, שטח הפנים הסגולי עולה, וקבוצות פונקציונליות המכילות חמצן עולות. המחקר הראה כי בשימוש בנשא סיבי בזלת שעבר שינוי בננו-סיליקה: כמות הסרט המיקרוביאלי בפועל לכל גרם של סיב המותקן גדלה ב-21.39%. יעילות הסרת המזהמים שופרה משמעותית.
סיכום ותחזית
פעילות פני השטח, תכונות הקשר הבין-פנימיות והפונקציונליות של סיבי בזלת שופרו משמעותית על ידי שיטות שונות לשינוי פני השטח. ביניהן:
- שינוי חומר צימוד סילאן מתאים יותר לשיפור הידבקות של סיבי בזלת עם חומרי מטריקס (למשל צמנט, אספלט, שרף אפוקסי וכו').
- שינוי חומרים פעילי שטח ושינוי שקיעת ברזל אורגני מתאימים יותר לתחום הגנת הסביבה, במיוחד עבור יישום נשאים מיקרוביאליים בטיפול בשפכים.
- לשינוי ציפוי ננו-סיליקה, עם היתרונות של שיפור תכונות מכניות ופונקציונליות, יש מגוון רחב של אפשרויות בתחום חומרים מרוכבים והגנת הסביבה.
מחקר עתידי יכול לייעל עוד יותר את פרמטרי תהליך השינוי ולחקור את האפקט הסינרגיסטי של שיטות שינוי שונות כדי לענות על הצרכים של יישומים שונים.
