ბაზალტის ბოჭკოების მექანიკურ თვისებებზე სხვადასხვა მოდიფიკაციის მეთოდების ეფექტების შედარება
1. სილანის შემაერთებელი აგენტის მოდიფიკაციის გავლენა მექანიკურ თვისებებზე
სილანის შემაერთებელი აგენტები (მაგ. KH-550 და KH-570) ბაზალტის ბოჭკოების ზედაპირზე რეაქტიულ საფარს ქმნიან. ქიმიური შეკავშირება, რომელიც აუმჯობესებს ბოჭკოებსა და სუბსტრატს შორის ზედაპირულ შეკავშირებას და ამავდროულად, გარკვეულ გავლენას ახდენს ბოჭკოების მექანიკურ თვისებებზე.
KH-550 მოდიფიცირებული:
უპირატესობები: ქმნის ქიმიურ ბმას ბოჭკოს ზედაპირზე და აუმჯობესებს ბოჭკოსა და სუბსტრატს შორის ადჰეზიას, თავად ბოჭკოს მექანიკური თვისებების მნიშვნელოვნად დაზიანების გარეშე.
გავლენა: კვლევები აჩვენებს, რომ KH-550 მოდიფიკაციის შემდეგ, ბაზალტის ბოჭკოების დაჭიმვის სიმტკიცე და ელასტიურობის მოდული ძირითადად უცვლელი რჩება, მაგრამ ფაზათაშორისი შეერთების თვისებების გაუმჯობესების გამო, კომპოზიტური მასალის საერთო მექანიკური თვისებები მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია.
KH-570 მოდიფიკაცია:
უპირატესობები: KH-570 აუხეშებს ბაზალტის ბოჭკოების ზედაპირს და აძლიერებს მათ მექანიკურ ჩანერგვას მატრიცასთან.
გავლენა: მიუხედავად იმისა, რომ ზედაპირის უხეშობამ შესაძლოა ოდნავ შეამციროს ბოჭკოების დაჭიმვის სიმტკიცე, კომპოზიტის საერთო სიმტკიცე, სიმტკიცე და გამძლეობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია ზედაპირული შეერთების გაუმჯობესებული თვისებების გამო.
2. ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების მოდიფიკაციის გავლენა მექანიკურ თვისებებზე
კათიონური ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები (მაგ. CTAC) ბოჭკოს ზედაპირზე საფარს ძირითადად ფიზიკური ადსორბციის გზით წარმოქმნის და მათი მთავარი დანიშნულება ბოჭკოების ჰიდროფილურობისა და დისპერსიულობის გაუმჯობესებაა.
უპირატესობა:ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების მოდიფიკაციას ბოჭკოს ზედაპირზე ქიმიური ეროზიის ეფექტი თითქმის არ აქვს, ამიტომ ის ნაკლებ გავლენას ახდენს ბოჭკოს მექანიკურ თვისებებზე.
გავლენა: CTAC მოდიფიკაციის შემდეგ ბოჭკოს დაჭიმვის სიმტკიცე და ელასტიურობის მოდული ძირითადად უცვლელი რჩება. მოდიფიკაცია ძირითადად აუმჯობესებს ბოჭკოების დისპერსიულობას და ჰიდროფილურობას, ისე, რომ მატრიცული მასალა თანაბრად ახვევს ბოჭკოებს, რითაც ირიბად აუმჯობესებს კომპოზიტების მექანიკურ თვისებებს.
3. ნანო-სილიციუმის საფარის მოდიფიკაციის გავლენა მექანიკურ თვისებებზე
ნანო-სილიციუმის საფარი ბაზალტის ბოჭკოების ზედაპირზე ნანონაწილაკების ერთგვაროვანი ფენის ფორმირებით აუმჯობესებს ზედაპირის უხეშობას და ბოჭკოებსა და მატრიცას შორის ფაზათაშორისი შეერთების უნარს.
უპირატესობა: ნანო-სილიციუმის ნაწილაკები ბოჭკოს ზედაპირზე „ხიდის“ როლს ასრულებენ, რაც აძლიერებს ბოჭკოსა და მატრიცას შორის კავშირს.
გავლენა:სილიციუმის ნანონაწილაკების საფარმა შესაძლოა ბოჭკოს ზედაპირის მცირე ფიზიკური დაზიანება გამოიწვიოს, თუმცა მისი გავლენა ბოჭკოების დაჭიმვის სიმტკიცეზე მცირეა (ჩვეულებრივ 5%-ზე ნაკლები). მოდიფიკაციის შემდეგ, კომპოზიტური მასალის საერთო მექანიკური თვისებები (მაგ. დაჭიმვის სიმტკიცე, მოხრის სიმტკიცე) შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს 15%-30%-მდე.
4. ორგანული რკინის თხევადი ფაზის დეპონირების მოდიფიკაციის გავლენა მექანიკურ თვისებებზე
ორგანული რკინის თხევადი ფაზის დეპონირების მეთოდი ძირითადად გამოიყენება ბაზალტის ბოჭკოების ბიოადჰეზიური უნარის გასაძლიერებლად და მექანიკური თვისებების გაუმჯობესება უფრო ირიბია.
უპირატესობა: საფარის წარმოქმნა მცირე გავლენას ახდენს ბოჭკოს მექანიკურ თვისებებზე და ძირითადად აძლიერებს ბოჭკოს ფუნქციონალურობას.
გავლენა:საფარის ფენამ შესაძლოა ოდნავ გაზარდოს ბოჭკოს სიმტკიცე, თუმცა დაჭიმვის ან მოხრის სიმტკიცეზე გავლენა მნიშვნელოვანი არ არის. მოდიფიცირებული კომპოზიტების მექანიკური თვისებები შეზღუდულია და ისინი უფრო ხშირად გამოიყენება გარემოს დაცვის სფეროში.
5. სხვა ფიზიკური ან ქიმიური მოდიფიკაციების გავლენა მექანიკურ თვისებებზე
ფიზიკური მეთოდები (მაგ. თერმული დამუშავება):
თერმულ დამუშავებას შეუძლია შეცვალოს ბოჭკოს ზედაპირული სტრუქტურა, მაგრამ შეიძლება გამოიწვიოს თავად ბოჭკოს თერმული დაზიანება, რაც იწვევს დაჭიმვის სიმტკიცის შემცირებას. შესაბამისი თერმული დამუშავება ხელს უწყობს ბოჭკოს ზედაპირზე არსებული მინარევების ფენის მოცილებას, რითაც ირიბად აუმჯობესებს ბოჭკოსა და მატრიცას შორის ზედაპირული შემაკავშირებელი თვისებები.
ქიმიური გრავირების მოდიფიკაცია:
ქიმიური გრავირება (მაგ., მჟავა დამუშავება) აუხეშებს ბოჭკოს ზედაპირს და აძლიერებს ინტერფეისის მექანიკურ ჩასმას. თუმცა, გრავირებამ შეიძლება დაასუსტოს თავად ბოჭკო, რაც გამოიწვევს დაჭიმვის თვისებების დაკარგვას, რაც აწონ-დაწონვას საჭიროებს.
ყოვლისმომცველი შედარების ცხრილი
| მოდიფიკაციის მეთოდები | მექანიკური თვისებები პირდაპირ გავლენას ახდენს | კომპოზიტების საერთო მექანიკური თვისებების გაუმჯობესება | მოქმედების ძირითადი მექანიზმი |
| სილანის შემაერთებელი აგენტი (KH-550) | დიდწილად უცვლელი | მნიშვნელოვნად გაზრდა | ქიმიური შეკავშირება გაძლიერებული ზედაპირული შეკავშირებისთვის |
| სილანის შემაერთებელი აგენტი (KH-570) | ზედაპირის გაუხეშება იწვევს ბოჭკოების უმნიშვნელო შესუსტებას | მნიშვნელოვნად გაზრდა | გაუმჯობესებული მექანიკური ჩასმა |
| CTAC ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება | დიდწილად უცვლელი | არაპირდაპირი პოპულარიზაცია | გაუმჯობესებული დისპერსია და ჰიდროფილურობა |
| ნანო სილიციუმის დიოქსიდის საფარი | ბოჭკოების სიმტკიცის უმნიშვნელო შესუსტება (არაუმეტეს 5%) | მნიშვნელოვნად გაზრდა (15%-30%) | ზრდის უხეშობას და აუმჯობესებს ინტერფეისის თავსებადობას |
| ორგანული რკინის დეპონირების მოდიფიკაცია | დიდწილად უცვლელი | შეზღუდული აქცია | გაძლიერებული ბიომიმაგრება |
| ცხელი დამუშავება (მაგ. ლითონის) | შეიძლება გამოიწვიოს თერმული დაზიანება, რაც ბოჭკოების სიმტკიცის დაკარგვას იწვევს | არაპირდაპირი პოპულარიზაცია | ზედაპირული მინარევების ფენის მოცილება და ფაზათაშორისი შემაკავშირებელი თვისებების გაუმჯობესება |
| ქიმიური გრავირების მოდიფიკაცია | გაუხეშება აძლიერებს ზედაპირებს შორის შეკავშირებას, მაგრამ შეიძლება შეასუსტოს ბოჭკოები | შეზღუდული აქცია | ზედაპირის უხეშობა გაუმჯობესებული მექანიკური ჩასმისთვის |
დასკვნა
- სილანის შემაერთებელი აგენტი და ნანო-სილიციუმის საფარი ამჟამად არის მოდიფიკაციის მეთოდები, რომლებიც ყველაზე ნაკლებ გავლენას ახდენენ ბაზალტის ბოჭკოების მექანიკურ თვისებებზე და ამავდროულად მნიშვნელოვნად აუმჯობესებენ კომპოზიტების საერთო მექანიკურ თვისებებს.
- ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების მოდიფიკაციას თითქმის არანაირი პირდაპირი გავლენა არ აქვს ბოჭკოების მექანიკურ თვისებებზე და ის შესაფერისია იმ სცენარებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ ბოჭკოების დისპერსიის ან ჰიდროფილურობის გაუმჯობესებას.
- ქიმიური გრავირება და თერმული დამუშავება სიფრთხილით უნდა იქნას გამოყენებული, რადგან მიუხედავად იმისა, რომ მათ შეუძლიათ გააუმჯობესონ ზედაპირული შემაკავშირებელი თვისებები, მათ შეიძლება გამოიწვიონ ბოჭკოების მექანიკური თვისებების შემცირება.
- მოდიფიკაციის მეთოდის არჩევანი უნდა ეფუძნებოდეს გამოყენების მოთხოვნებს, რათა შეფასდეს თავად ბოჭკოს მახასიათებლები და კომპოზიტური მასალის საერთო მახასიათებლები ეფექტის გასაუმჯობესებლად.
