השוואה בין השפעות שיטות שינוי שונות על התכונות המכניות של סיבי בזלת
1. השפעת שינוי חומר צימוד סילאן על תכונות מכניות
חומרי צימוד סילאן (למשל KH-550 ו- KH-570) יוצרים ציפוי ריאקטיבי על פני סיבי בזלת דרך כִּימִי קשר, אשר משפר את הקשר הבין-פנימי בין הסיבים למצע, ובמקביל, משפיע בצורה מסוימת על התכונות המכניות של הסיבים.
KH-550 שונה:
יתרונות: יוצרים קשר כימי על פני הסיב, ומשפרים את ההידבקות בין הסיב למצע, מבלי לפגוע באופן משמעותי בתכונות המכניות של הסיב עצמו.
פְּגִיעָה: מחקרים מראים שלאחר שינוי KH-550, חוזק המתיחה ומודול האלסטיות של סיבי בזלת נותרים למעשה ללא שינוי, אך עקב שיפור תכונות הקשר הבין-פנימיות, התכונות המכניות הכוללות של החומר המרוכב משתפרות משמעותית.
שינוי KH-570:
יתרונות: KH-570 מחספס את פני השטח של סיבי הבזלת ומשפר את ההיטמעות המכנית שלהם במטריצה.
פְּגִיעָה: בעוד שחספוס פני השטח עשוי להפחית מעט את חוזק המתיחה של הסיבים, החוזק, הקשיחות והעמידות הכוללים של הקומפוזיט משתפרים משמעותית הודות לשיפור תכונות ההדבקה הבין-פנימיות.
2. השפעת שינוי חומר פעיל שטח על תכונות מכניות
חומרים פעילי שטח קטיוניים (למשל CTAC) יוצרים ציפוי על פני הסיבים בעיקר באמצעות ספיחה פיזיקלית, ומטרתם העיקרית היא לשפר את ההידרופיליות והפיזור של הסיבים.
יִתרוֹן:לשינוי החומר הפעיל שטח כמעט ואין השפעה כימית של שחיקה על פני הסיבים, ולכן יש לו פחות השפעה על התכונות המכניות של הסיב.
פְּגִיעָה: חוזק המתיחה ומודול האלסטיות של הסיבים נותרו למעשה ללא שינוי לאחר שינוי CTAC. השינוי משפר בעיקר את הפיזור וההידרופיליות של הסיבים, כך שחומר המטריצה עוטף את הסיבים בצורה אחידה, ובכך משפר בעקיפין את התכונות המכניות של החומרים המרוכבים.
3. השפעת שינוי ציפוי ננו-סיליקה על תכונות מכניות
ציפוי ננו-סיליקה משפר את חספוס פני השטח ואת יכולת הקשר הבין-פנימי בין הסיבים למטריצה על ידי יצירת שכבה אחידה של ננו-חלקיקים על פני סיבי הבזלת.
יִתרוֹן: חלקיקי הננו-סיליקה פועלים כ"גשר" על פני הסיב, ומחזקים את הקשר בין הסיב למטריצה.
פְּגִיעָה:ציפוי של ננו-חלקיקי סיליקה עלול לגרום נזק פיזי קל לפני השטח של הסיבים, אך השפעתו על חוזק המתיחה של הסיבים קטנה (בדרך כלל פחות מ-5%). לאחר השינוי, ניתן לשפר משמעותית את התכונות המכניות הכוללות (למשל חוזק מתיחה, חוזק כיפוף) של החומר המרוכב, עד 15%-30%.
4. השפעת שינוי שקיעת פאזה נוזלית של ברזל אורגני על תכונות מכניות
שיטת שקיעת פאזה נוזלית של ברזל אורגני משמשת בעיקר לשיפור יכולת ההידבקות הביולוגית של סיבי בזלת, ושיפור התכונות המכניות שלה הוא עקיף יותר.
יִתרוֹן: להיווצרות הציפוי יש השפעה קטנה על התכונות המכניות של הסיב, ובעיקר משפרת את הפונקציונליות של הסיב.
פְּגִיעָה:שכבת הציפוי עשויה להגביר מעט את קשיחות הסיבים, אך ההשפעה על חוזק המתיחה או הכיפוף אינה משמעותית. התכונות המכניות של החומרים המרוכבים שעברו שינוי מוגבלות, והם משמשים לעתים קרובות יותר בתחום הגנת הסביבה.
5. השפעת שינויים פיזיקליים או כימיים אחרים על תכונות מכניות
שיטות פיזיקליות (למשל טיפול בחום):
טיפול בחום יכול לשנות את מבנה פני השטח של הסיב, אך עלול לגרום נזק תרמי לסיב עצמו, וכתוצאה מכך לירידה בחוזק המתיחה. טיפול בחום מתאים מסייע בהסרת שכבת הטומאה מפני השטח של הסיב, ובכך משפר בעקיפין את תכונות הקשר הבין-פנימי בין הסיב למטריצה.
שינוי איכול כימי:
איכול כימי (למשל, טיפול בחומצה) מחספס את פני השטח של הסיב ומשפר את ההטמעה המכנית של הממשק. עם זאת, איכול עלול להחליש את הסיב עצמו, וכתוצאה מכך לאובדן תכונות מתיחה, דבר שיש לקחת בחשבון.
טבלת השוואה מקיפה
| שיטות שינוי | תכונות מכניות משפיעות ישירות | שיפור התכונות המכניות הכוללות של חומרים מרוכבים | מנגנון הפעולה העיקרי |
| חומר צימוד סילאן (KH-550) | ברובו לא מושפע | להעלות באופן משמעותי | קשר כימי לקשר בין-פאזי משופר |
| חומר צימוד סילאן (KH-570) | חספוס פני השטח מוביל להחלשה קלה של הסיבים | להעלות באופן משמעותי | הטמעה מכנית משופרת |
| חומר פעיל שטח של CTAC | ברובו לא מושפע | קידום עקיף | פיזור משופר והידרופיליות |
| ציפוי ננו סיליקון דיאוקסיד | היחלשות קלה של חוזק הסיבים (לא יותר מ-5%) | עלייה משמעותית (15%-30%) | מגביר את החספוס ומשפר את תאימות הממשק |
| שינוי שקיעת ברזל אורגני | ברובו לא מושפע | קידום מוגבל | ביו-היקשרות משופרת |
| טיפול חם (למשל, של מתכת) | עלול לגרום נזק תרמי וכתוצאה מכך אובדן חוזק הסיבים | קידום עקיף | הסרת שכבת טומאה על פני השטח ושיפור תכונות הקשר הבין-פנימיות |
| שינוי איכול כימי | חספוס משפר את הקשר הבין-פאזי אך עלול להחליש את הסיבים | קידום מוגבל | חספוס פני השטח לשיפור החדרה מכנית |
מַסְקָנָה
- חומר צימוד סילאן וציפוי ננו-סיליקה הן כיום שיטות השינוי בעלות ההשפעה המינימלית ביותר על התכונות המכניות של סיבי בזלת, ובמקביל משפרות את התכונות המכניות הכוללות של החומרים המרוכבים באופן משמעותי ביותר.
- לשינוי חומרים פעילי שטח כמעט ואין השפעה ישירה על התכונות המכניות של סיבים, והוא מתאים לתרחישים הדורשים שיפור הפיזור או ההידרופיליות של סיבים.
- יש להשתמש באיכול כימי ובטיפול בחום בזהירות, משום שלמרות שהם יכולים לשפר את תכונות הקשר בין הפנים, הם עלולים להוביל לירידה בתכונות המכניות של הסיבים.
- בחירת שיטת השינוי צריכה להתבסס על דרישות היישום כדי לשקול את ביצועי הסיב עצמו ואת הביצועים הכוללים של החומר המרוכב כדי לשפר את האפקט.
