Dažādu modifikācijas metožu ietekmes uz bazalta šķiedru mehāniskajām īpašībām salīdzinājums
1. Silāna savienojuma aģenta modifikācijas ietekme uz mehāniskajām īpašībām
Silāna savienojošie reaģenti (piemēram, KH-550 un KH-570) veido reaktīvu pārklājumu uz bazalta šķiedru virsmas, izmantojot Ķīmiskā saistviela, kas uzlabo šķiedru un substrāta saskarnes saiti un vienlaikus zināmā mērā ietekmē šķiedru mehāniskās īpašības.
KH-550 modificēts:
Priekšrocības: veido ķīmisku saiti uz šķiedras virsmas un uzlabo saķeri starp šķiedru un substrātu, būtiski nebojājot pašas šķiedras mehāniskās īpašības.
Ietekme: Pētījumi liecina, ka pēc KH-550 modifikācijas bazalta šķiedru stiepes izturība un elastības modulis pamatā paliek nemainīgs, bet, pateicoties starpfāžu savienojuma īpašību uzlabošanai, kompozītmateriāla kopējās mehāniskās īpašības ievērojami uzlabojas.
KH-570 modifikācija:
Priekšrocības: KH-570 padara bazalta šķiedru virsmu raupjāku un uzlabo to mehānisko iestrādāšanos matricā.
Ietekme: Lai gan virsmas raupšana var nedaudz samazināt šķiedru stiepes izturību, kompozīta kopējā izturība, sīkstums un ilgmūžība ievērojami uzlabojas, pateicoties uzlabotajām starpfāžu saistīšanas īpašībām.
2. Virsmaktīvās vielas modifikācijas ietekme uz mehāniskajām īpašībām
Katjonu virsmaktīvās vielas (piemēram, CTAC) veido pārklājumu uz šķiedras virsmas galvenokārt fizikālas adsorbcijas ceļā, un to galvenais mērķis ir uzlabot šķiedru hidrofilitāti un disperģējamību.
Priekšrocība:Virsmaktīvās vielas modifikācijai gandrīz nav ķīmiskas erozijas ietekmes uz šķiedras virsmu, tāpēc tai ir mazāka ietekme uz šķiedras mehāniskajām īpašībām.
Ietekme: Pēc CTAC modifikācijas šķiedras stiepes izturība un elastības modulis praktiski nemainās. Modifikācija galvenokārt uzlabo šķiedru disperģējamību un hidrofilitāti, lai matricas materiāls vienmērīgi aptvertu šķiedras, tādējādi netieši uzlabojot kompozītu mehāniskās īpašības.
3. Nano silīcija dioksīda pārklājuma modifikācijas ietekme uz mehāniskajām īpašībām
Nanosilīcija pārklājums uzlabo virsmas raupjumu un starpfāžu saistīšanās spēju starp šķiedrām un matricu, veidojot vienmērīgu nanodaļiņu slāni uz bazalta šķiedru virsmas.
Priekšrocība: Nanosilīcija daļiņas darbojas kā "tilts" uz šķiedras virsmas, stiprinot saiti starp šķiedru un matricu.
Ietekme:Silīcija dioksīda nanodaļiņu pārklājums var radīt nelielus fiziskus bojājumus šķiedras virsmai, taču tā ietekme uz šķiedru stiepes izturību ir neliela (parasti mazāka par 5%). Pēc modifikācijas kompozītmateriāla kopējās mehāniskās īpašības (piemēram, stiepes izturību, lieces izturību) var ievērojami uzlabot, līdz pat 15%-30%.
4. Organiskās dzelzs šķidrfāzes nogulsnēšanās modifikācijas ietekme uz mehāniskajām īpašībām
Organiskās dzelzs šķidrfāzes nogulsnēšanas metode galvenokārt tiek izmantota, lai uzlabotu bazalta šķiedru bioadhēzijas spēju, un tās mehānisko īpašību uzlabošana ir netiešāka.
Priekšrocība: Pārklājuma veidošanās nedaudz ietekmē šķiedras mehāniskās īpašības un galvenokārt uzlabo šķiedras funkcionalitāti.
Ietekme:Pārklājuma slānis var nedaudz palielināt šķiedras stingrību, taču ietekme uz stiepes vai lieces izturību nav būtiska. Modificēto kompozītu mehāniskās īpašības ir ierobežotas, un tos biežāk izmanto vides aizsardzības jomā.
5. Citu fizikālu vai ķīmisku modifikāciju ietekme uz mehāniskajām īpašībām
Fizikālās metodes (piemēram, termiskā apstrāde):
Termiskā apstrāde var mainīt šķiedras virsmas struktūru, bet var izraisīt termiskus bojājumus pašai šķiedrai, kā rezultātā samazinās stiepes izturība. Atbilstoša termiskā apstrāde palīdz noņemt piemaisījumu slāni no šķiedras virsmas, tādējādi netieši uzlabojot starpfāžu saites īpašības starp šķiedru un matricu.
Ķīmiskās kodināšanas modifikācija:
Ķīmiskā kodināšana (piemēram, apstrāde ar skābi) padara šķiedras virsmu raupjāku un uzlabo saskarnes mehānisko iegulšanu. Tomēr kodināšana var vājināt pašu šķiedru, kā rezultātā samazinās stiepes īpašības, kas ir jāņem vērā.
Visaptveroša salīdzināšanas tabula
| Modifikācijas metodes | Mehāniskās īpašības tieši ietekmē | Kompozītu vispārējo mehānisko īpašību uzlabošana | Galvenais darbības mehānisms |
| Silāna savienošanas līdzeklis (KH-550) | Lielā mērā neietekmēts | Ievērojami paaugstināt | Ķīmiskā saite uzlabotai starpfāžu saitei |
| Silāna savienojuma līdzeklis (KH-570) | Virsmas raupjums nedaudz vājina šķiedras | Ievērojami paaugstināt | Uzlabota mehāniskā iegulšana |
| CTAC virsmaktīvā viela | Lielā mērā neietekmēts | Netieša reklamēšana | Uzlabota dispersija un hidrofilitāte |
| Nano silīcija dioksīda pārklājums | Neliela šķiedru stiprības pavājināšanās (ne vairāk kā 5%) | Ievērojami palielināt (15–30%) | Palielina raupjumu un uzlabo saskarnes saderību |
| Organiskā dzelzs nogulsnēšanās modifikācija | Lielā mērā neietekmēts | Ierobežota akcija | Uzlabota biopieķeršanās |
| karstā apstrāde (piemēram, metāla) | Var izraisīt termiskus bojājumus, kā rezultātā samazinās šķiedru izturība | Netieša reklamēšana | Virsmas piemaisījumu slāņa noņemšana un starpfāžu savienojuma īpašību uzlabošana |
| Ķīmiskās kodināšanas modifikācija | Rupjināšana uzlabo starpfāžu saikni, bet var vājināt šķiedras | Ierobežota akcija | Virsmas raupšana uzlabotai mehāniskai ievietošanai |
Secinājums
- Silāna savienojošais līdzeklis un nano-silīcija pārklājums pašlaik ir modifikācijas metodes, kurām ir vismazākā ietekme uz bazalta šķiedru mehāniskajām īpašībām, vienlaikus visbūtiskāk uzlabojot kompozītu kopējās mehāniskās īpašības.
- Virsmaktīvās vielas modifikācijai gandrīz nav tiešas ietekmes uz šķiedru mehāniskajām īpašībām, un tā ir piemērota scenārijiem, kuros jāuzlabo šķiedru dispersija vai hidrofilitāte.
- Ķīmiskā kodināšana un termiskā apstrāde jāizmanto piesardzīgi, jo, lai gan tās var uzlabot starpfāžu savienojuma īpašības, tās var izraisīt šķiedru mehānisko īpašību samazināšanos.
- Modifikācijas metodes izvēlei jābalstās uz pielietojuma prasībām, lai novērtētu pašas šķiedras veiktspēju un kompozītmateriāla kopējo veiktspēju, lai uzlabotu efektu.
