Sammenligning av effektene av ulike modifiseringsmetoder på de mekaniske egenskapene til basaltfibre
1. Effekt av modifisering av silankoblingsmiddel på mekaniske egenskaper
Silankoblingsmidler (f.eks. KH-550 og KH-570) danner et reaktivt belegg på overflaten av basaltfibre gjennom Kjemisk binding, som forbedrer grenseflatebindingen mellom fibrene og substratet, og samtidig har en viss effekt på fibrenes mekaniske egenskaper.
KH-550 Modifisert:
Fordeler: danne en kjemisk binding på fiberoverflaten, og forbedre adhesjonen mellom fiberen og substratet, uten å skade selve fiberens mekaniske egenskaper betydelig.
Påvirkning: Studier viser at etter KH-550-modifisering forblir strekkfastheten og elastisitetsmodulen til basaltfibre i utgangspunktet uendret, men på grunn av forbedringen av grenseflatebindingsegenskapene forbedres de generelle mekaniske egenskapene til komposittmaterialet betydelig.
KH-570-modifikasjon:
Fordeler: KH-570 gjør overflaten av basaltfibrene ru og forbedrer deres mekaniske innlemmelse i matrisen.
Påvirkning: Selv om overflateruhet kan redusere fibrenes strekkfasthet noe, forbedres komposittens totale styrke, seighet og holdbarhet betydelig på grunn av de forbedrede grensesnittbindingsegenskapene.
2. Effekt av modifisering av overflateaktive stoffer på mekaniske egenskaper
Kationiske overflateaktive stoffer (f.eks. CTAC) danner et belegg på fiberoverflaten hovedsakelig gjennom fysisk adsorpsjon, og deres hovedformål er å forbedre hydrofilisiteten og dispergerbarheten til fibrene.
Fordel:Surfaktantmodifiseringen har nesten ingen kjemisk erosjonseffekt på fiberoverflaten, så den har mindre effekt på fiberens mekaniske egenskaper.
Påvirkning: Strekkfastheten og elastisitetsmodulen til fiberen er i utgangspunktet uendret etter CTAC-modifisering. Modifiseringen forbedrer hovedsakelig fibrenes dispergerbarhet og hydrofilisitet, slik at matriksmaterialet omslutter fibrene jevnt, og dermed indirekte forbedrer komposittenes mekaniske egenskaper.
3. Effekt av modifisering av nano-silikabelegg på mekaniske egenskaper
Nano-silikabelegg forbedrer overflateruheten og grensesnittbindingsevnen mellom fibre og matrise ved å danne et jevnt lag av nanopartikler på overflaten av basaltfibre.
Fordel: Nano-silikapartiklene fungerer som en «bro» på fiberoverflaten, og styrker bindingen mellom fiberen og matrisen.
Påvirkning:Belegget av silika-nanopartikler kan forårsake liten fysisk skade på fiberoverflaten, men effekten på fibrenes strekkfasthet er liten (vanligvis mindre enn 5 %). Etter modifisering kan de generelle mekaniske egenskapene (f.eks. strekkfasthet, bøyefasthet) til komposittmaterialet forbedres betydelig, opptil 15 %–30 %.
4. Effekt av modifisering av flytende faseavsetning av organisk jern på mekaniske egenskaper
Flytende faseavsetningsmetoden for organisk jern brukes hovedsakelig for å forbedre bioadhesjonsevnen til basaltfibre, og forbedringen av mekaniske egenskaper er mer indirekte.
Fordel: Dannelsen av belegget har en liten effekt på fiberens mekaniske egenskaper, og forbedrer hovedsakelig fiberens funksjonalitet.
Påvirkning:Belegglaget kan øke fiberens stivhet noe, men effekten på strekk- eller bøyefastheten er ikke signifikant. De mekaniske egenskapene til de modifiserte komposittene er begrensede, og de brukes oftere innen miljøvern.
5. Effekt av andre fysiske eller kjemiske modifikasjoner på mekaniske egenskaper
Fysiske metoder (f.eks. varmebehandling):
Varmebehandling kan endre fiberens overflatestruktur, men kan forårsake termisk skade på selve fiberen, noe som resulterer i redusert strekkfasthet. Passende varmebehandling bidrar til å fjerne urenhetslaget på fiberoverflaten, og forbedrer dermed indirekte grensesnittbindingsegenskapene mellom fiberen og matrisen.
Kjemisk etsningsmodifisering:
Kjemisk etsing (f.eks. syrebehandling) gjør fiberoverflaten ru og forbedrer den mekaniske innstøpningen av grensesnittet. Etsing kan imidlertid svekke selve fiberen, noe som resulterer i tap av strekkfasthetsegenskaper, noe som må vurderes.
Omfattende sammenligningstabell
| Modifikasjonsmetoder | Mekaniske egenskaper påvirker direkte | Forbedring av kompositters generelle mekaniske egenskaper | Hovedvirkningsmekanisme |
| Silankoblingsmiddel (KH-550) | Stort sett upåvirket | Øk betydelig | Kjemisk binding for forbedret grenseflatebinding |
| Silankoblingsmiddel (KH-570) | Overflateruhet fører til en liten svekkelse av fibrene | Øk betydelig | Forbedret mekanisk innebygging |
| CTAC overflateaktivt middel | Stort sett upåvirket | Indirekte markedsføring | Forbedret dispersjon og hydrofilisitet |
| Nano silisiumdioksidbelegg | Lett svekkelse av fiberstyrke (ikke mer enn 5 %) | Øk betydelig (15–30 %) | Øker ruheten og forbedrer grensesnittkompatibiliteten |
| Modifisering av organisk jernavsetning | Stort sett upåvirket | Begrenset kampanje | Forbedret biobinding |
| varmbehandling (f.eks. av metall) | Kan forårsake termisk skade som resulterer i tap av fiberstyrke | Indirekte markedsføring | Fjerning av overflateforurensningslag og forbedring av grenseflatebindingsegenskaper |
| Kjemisk etsningsmodifisering | Ruhet forbedrer grenseflatebindingen, men kan svekke fibrene | Begrenset kampanje | Overflateoppruing for forbedret mekanisk innsetting |
Konklusjon
- Silankoblingsmiddel og nano-silikabelegg er for tiden de modifiseringsmetodene som har minst effekt på de mekaniske egenskapene til basaltfibre, samtidig som de forbedrer de generelle mekaniske egenskapene til komposittene mest betydelig.
- Modifisering av overflateaktive stoffer har nesten ingen direkte effekt på fibrenes mekaniske egenskaper, og det er egnet for scenarier som trenger å forbedre fibrenes dispersjon eller hydrofilisitet.
- Kjemisk etsing og varmebehandling bør brukes med forsiktighet, fordi selv om de kan forbedre grensesnittbindingsegenskapene, kan de føre til en reduksjon i fibrenes mekaniske egenskaper.
- Valg av modifikasjonsmetode bør baseres på applikasjonskravene for å veie ytelsen til selve fiberen og den generelle ytelsen til komposittmaterialet for å forbedre effekten.
