बॅसाल्ट तंतूंच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर वेगवेगळ्या सुधारणा पद्धतींच्या परिणामांची तुलना
१. सिलेन कपलिंग एजंटमधील बदलाचा यांत्रिक गुणधर्मांवर होणारा परिणाम
सिलेन कपलिंग एजंट (उदा. KH-550 आणि KH-570) बॅसाल्ट फायबरच्या पृष्ठभागावर एक प्रतिक्रियाशील थर तयार करतात. रासायनिक बॉन्डिंग, जे तंतू आणि सब्सट्रेटमधील इंटरफेशियल बॉन्डिंग सुधारते आणि त्याच वेळी, तंतूंच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर निश्चित परिणाम करते.
केएच-५५० सुधारित:
फायदे: फायबरच्या पृष्ठभागावर रासायनिक बंध तयार करणे, आणि फायबरच्या स्वतःच्या यांत्रिक गुणधर्मांना लक्षणीय नुकसान न पोहोचवता, फायबर आणि सब्सट्रेटमधील आसंजन सुधारणे.
परिणाम: अभ्यासातून असे दिसून येते की KH-550 सुधारणेनंतर, बॅसाल्ट फायबरची तन्यता शक्ती आणि लवचिकतेचा गुणांक मूलतः अपरिवर्तित राहतो, परंतु आंतरपृष्ठीय बंधन गुणधर्मांमध्ये सुधारणा झाल्यामुळे, संमिश्र पदार्थाच्या एकूण यांत्रिक गुणधर्मांमध्ये लक्षणीय सुधारणा होते.
केएच-५७० सुधारणा:
फायदे: KH-570 बॅसाल्ट फायबरचा पृष्ठभाग खडबडीत करते आणि मॅट्रिक्समध्ये त्यांचे यांत्रिक एम्बेडिंग वाढवते.
परिणाम: पृष्ठभाग खडबडीत झाल्यामुळे तंतूंची तन्य शक्ती किंचित कमी होऊ शकते, परंतु सुधारित आंतरपृष्ठीय बंधन गुणधर्मांमुळे संमिश्राची एकूण ताकद, कणखरपणा आणि टिकाऊपणा लक्षणीयरीत्या सुधारतो.
२. सर्फॅक्टंट बदलाचा यांत्रिक गुणधर्मांवर होणारा परिणाम
कॅटायनिक सर्फॅक्टंट्स (उदा. CTAC) प्रामुख्याने भौतिक अधिशोषणाद्वारे तंतूच्या पृष्ठभागावर एक आवरण तयार करतात आणि तंतूंची जलस्नेहता आणि विखुरण्याची क्षमता सुधारणे हा त्यांचा मुख्य उद्देश असतो.
फायदा:सर्फॅक्टंट सुधारामुळे तंतूच्या पृष्ठभागावर जवळजवळ कोणताही रासायनिक क्षरण परिणाम होत नाही, त्यामुळे तंतूच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर त्याचा कमी परिणाम होतो.
परिणाम: CTAC सुधारानंतर तंतूंची तन्यता शक्ती आणि स्थितिस्थापकता गुणांक मूलतः अपरिवर्तित राहतात. हा बदल प्रामुख्याने तंतूंची विखुरण्याची क्षमता आणि जलस्नेहता सुधारतो, ज्यामुळे मॅट्रिक्स पदार्थ तंतूंना एकसमानपणे वेढतो आणि परिणामी अप्रत्यक्षपणे संमिश्रांचे यांत्रिक गुणधर्म सुधारतात.
३. नॅनो सिलिका कोटिंगमधील बदलाचा यांत्रिक गुणधर्मांवर होणारा परिणाम
नॅनो-सिलिका कोटिंग हे बॅसाल्ट फायबरच्या पृष्ठभागावर नॅनोकणांचा एकसमान थर तयार करून पृष्ठभागाची खडबडपणा आणि फायबर व मॅट्रिक्समधील आंतरपृष्ठीय बंधन क्षमता सुधारते.
फायदा: नॅनो-सिलिका कण तंतूच्या पृष्ठभागावर 'सेतू' म्हणून काम करतात, ज्यामुळे तंतू आणि मॅट्रिक्समधील बंधन अधिक मजबूत होते.
परिणाम:सिलिका नॅनोकणांच्या लेपनामुळे तंतूच्या पृष्ठभागाला किंचित भौतिक नुकसान होऊ शकते, परंतु तंतूंच्या ताणशक्तीवर त्याचा परिणाम कमी असतो (साधारणपणे ५% पेक्षा कमी). सुधारीकरणानंतर, संमिश्र पदार्थाचे एकूण यांत्रिक गुणधर्म (उदा. ताणशक्ती, लवचिक शक्ती) १५% ते ३०% पर्यंत लक्षणीयरीत्या सुधारले जाऊ शकतात.
४. सेंद्रिय लोहाच्या द्रव प्रावस्था निक्षेपण सुधारणेचा यांत्रिक गुणधर्मांवर होणारा परिणाम
सेंद्रिय लोह द्रव प्रावस्था निक्षेपण पद्धत प्रामुख्याने बॅसाल्ट तंतूंची जैव-संलग्नता क्षमता वाढवण्यासाठी वापरली जाते आणि तिच्याद्वारे यांत्रिक गुणधर्मांमध्ये होणारी वाढ अधिक अप्रत्यक्ष असते.
फायदा: कोटिंगच्या निर्मितीचा फायबरच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर अल्प परिणाम होतो आणि ते प्रामुख्याने फायबरची कार्यक्षमता वाढवते.
परिणाम:कोटिंगचा थर तंतूची दृढता किंचित वाढवू शकतो, परंतु ताणशक्ती किंवा लवचिकतेच्या शक्तीवर त्याचा लक्षणीय परिणाम होत नाही. सुधारित संमिश्रांचे यांत्रिक गुणधर्म मर्यादित असतात आणि त्यांचा वापर बहुतेकदा पर्यावरण संरक्षण क्षेत्रात केला जातो.
५. इतर भौतिक किंवा रासायनिक बदलांचा यांत्रिक गुणधर्मांवर होणारा परिणाम
भौतिक पद्धती (उदा. उष्णता उपचार):
उष्णता उपचाराने तंतूच्या पृष्ठभागाची रचना बदलू शकते, परंतु त्यामुळे तंतूला स्वतःलाच औष्णिक इजा होऊ शकते, परिणामी त्याची ताणशक्ती कमी होते. योग्य उष्णता उपचाराने तंतूच्या पृष्ठभागावरील अशुद्धीचा थर काढून टाकण्यास मदत होते, ज्यामुळे अप्रत्यक्षपणे तंतू आणि मॅट्रिक्समधील आंतरपृष्ठीय बंधनाचे गुणधर्म सुधारतात.
रासायनिक एचिंगद्वारे बदल:
रासायनिक एचिंग (उदा., ॲसिड ट्रीटमेंट) फायबरचा पृष्ठभाग खडबडीत करते आणि इंटरफेसचे यांत्रिक एम्बेडिंग वाढवते. तथापि, एचिंगमुळे फायबर स्वतःच कमकुवत होऊ शकतो, ज्यामुळे ताण-गुणधर्मांचे नुकसान होते, आणि ही बाब विचारात घेणे आवश्यक आहे.
सर्वसमावेशक तुलना सारणी
| सुधारणा पद्धती | यांत्रिक गुणधर्म थेट परिणाम करतात | संमिश्रांच्या एकूण यांत्रिक गुणधर्मांमध्ये सुधारणा | कृतीची मुख्य यंत्रणा |
| सिलेन कपलिंग एजंट (KH-550) | बहुतांशी अप्रभावित | लक्षणीय वाढ | वर्धित आंतरपृष्ठीय बंधनासाठी रासायनिक बंधन |
| सिलेन कपलिंग एजंट (KH-570) | पृष्ठभाग खडबडीत झाल्यामुळे तंतू थोडे कमकुवत होतात. | लक्षणीय वाढ | वर्धित यांत्रिक एम्बेडिंग |
| CTAC सर्फॅक्टंट | बहुतांशी अप्रभावित | अप्रत्यक्ष प्रोत्साहन | सुधारित विखुरण आणि जलस्नेहता |
| नॅनो सिलिकॉन डायऑक्साइड कोटिंग | तंतूंच्या ताकदीत किंचित घट (५% पेक्षा जास्त नाही) | लक्षणीय वाढ (१५%-३०%) | खरखरीतपणा वाढवते आणि आंतरपृष्ठीय सुसंगतता सुधारते |
| सेंद्रिय लोह निक्षेप सुधारणा | बहुतांशी अप्रभावित | मर्यादित जाहिरात | वर्धित जैव-संलग्नता |
| उष्ण उपचार (उदा. धातूंचा) | उष्णतेमुळे नुकसान होऊन तंतूंची ताकद कमी होऊ शकते. | अप्रत्यक्ष प्रोत्साहन | पृष्ठभागावरील अशुद्धीचा थर काढून टाकणे आणि आंतरपृष्ठीय बंधनाच्या गुणधर्मांमध्ये सुधारणा करणे |
| रासायनिक एचिंग सुधारणा | खरखरीत केल्याने आंतरपृष्ठीय बंधन वाढते, परंतु त्यामुळे तंतू कमकुवत होऊ शकतात. | मर्यादित जाहिरात | वर्धित यांत्रिक प्रवेशासाठी पृष्ठभाग खडबडीत करणे |
निष्कर्ष
- सिलेन कपलिंग एजंट आणि नॅनो-सिलिका कोटिंग या सध्या अशा सुधारणा पद्धती आहेत, ज्यांचा बॅसाल्ट फायबरच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर सर्वात कमी परिणाम होतो आणि त्याच वेळी त्या कंपोझिटच्या एकूण यांत्रिक गुणधर्मांमध्ये सर्वात लक्षणीय सुधारणा करतात.
- सर्फॅक्टंट सुधारचा तंतूंच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर जवळजवळ कोणताही थेट परिणाम होत नाही आणि ज्या परिस्थितींमध्ये तंतूंचे विखुरणे किंवा जलस्नेहता सुधारण्याची आवश्यकता असते, त्यासाठी ते योग्य आहे.
- रासायनिक नक्षीकाम आणि उष्णता उपचार यांचा वापर सावधगिरीने केला पाहिजे, कारण जरी ते आंतरपृष्ठीय बंधनाचे गुणधर्म सुधारू शकतात, तरी त्यामुळे तंतूंच्या यांत्रिक गुणधर्मांमध्ये घट होऊ शकते.
- परिणाम सुधारण्यासाठी, तंतूची स्वतःची कार्यक्षमता आणि संमिश्र पदार्थाची एकूण कार्यक्षमता यांचा ताळमेळ साधता यावा, यासाठी सुधारणा पद्धतीची निवड अनुप्रयोगाच्या आवश्यकतांवर आधारित असावी.
