Porównanie wpływu różnych metod modyfikacji na właściwości mechaniczne włókien bazaltowych
1.Wpływ modyfikacji silanowym środkiem sprzęgającym na właściwości mechaniczne
Środki sprzęgające silanowe (np. KH-550 i KH-570) tworzą powłokę reaktywną na powierzchni włókien bazaltowych poprzez Chemiczny wiązanie, które poprawia wiązanie międzyfazowe pomiędzy włóknami a podłożem i jednocześnie ma pewien wpływ na właściwości mechaniczne włókien.
KH-550 Zmodyfikowano:
Zalety: tworzą wiązanie chemiczne na powierzchni włókna i poprawiają przyczepność między włóknem a podłożem, nie powodując znaczącego pogorszenia właściwości mechanicznych samego włókna.
Uderzenie: Badania wykazują, że po modyfikacji KH-550 wytrzymałość na rozciąganie i moduł sprężystości włókien bazaltowych zasadniczo pozostają niezmienione, ale dzięki poprawie właściwości wiązania międzyfazowego ogólne właściwości mechaniczne materiału kompozytowego ulegają znacznej poprawie.
Modyfikacja KH-570:
Zalety: KH-570 powoduje szorstkość powierzchni włókien bazaltowych i poprawia ich mechaniczne zespolenie z matrycą.
Uderzenie: Choć chropowatość powierzchni może nieznacznie zmniejszyć wytrzymałość włókien na rozciąganie, ogólna wytrzymałość, wytrzymałość i trwałość kompozytu ulegają znacznej poprawie ze względu na ulepszone właściwości wiązania międzyfazowego.
2.Wpływ modyfikacji surfaktantów na właściwości mechaniczne
Surfaktanty kationowe (np. CTAC) tworzą powłokę na powierzchni włókna głównie poprzez adsorpcję fizyczną, a ich głównym zadaniem jest poprawa hydrofilowości i dyspergowalności włókien.
Korzyść:Modyfikacja środkami powierzchniowo czynnymi nie ma praktycznie żadnego wpływu na erozję chemiczną powierzchni włókna, a co za tym idzie, ma mniejszy wpływ na właściwości mechaniczne włókna.
Uderzenie: Wytrzymałość na rozciąganie i moduł sprężystości włókna pozostają zasadniczo niezmienione po modyfikacji CTAC. Modyfikacja ta poprawia przede wszystkim dyspersyjność i hydrofilowość włókien, dzięki czemu materiał matrycy równomiernie owija włókna, pośrednio poprawiając właściwości mechaniczne kompozytów.
3.Wpływ modyfikacji powłoki nanokrzemionkowej na właściwości mechaniczne
Powłoka nano-krzemionkowa poprawia chropowatość powierzchni i zdolność wiązania międzyfazowego pomiędzy włóknami a matrycą, tworząc równomierną warstwę nanocząstek na powierzchni włókien bazaltowych.
Korzyść: Nanocząsteczki krzemionki działają jak „most” na powierzchni włókna, wzmacniając wiązanie między włóknem a matrycą.
Uderzenie:Powłoka z nanocząsteczek krzemionki może powodować niewielkie uszkodzenia fizyczne powierzchni włókien, ale jej wpływ na ich wytrzymałość na rozciąganie jest niewielki (zwykle poniżej 5%). Po modyfikacji ogólne właściwości mechaniczne (np. wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość na zginanie) materiału kompozytowego mogą ulec znacznej poprawie, nawet o 15–30%.
4.Wpływ modyfikacji osadzania ciekłej fazy organicznego żelaza na właściwości mechaniczne
Metoda osadzania ciekłego żelaza organicznego jest stosowana głównie w celu zwiększenia zdolności włókien bazaltowych do bioadhezji, a poprawa właściwości mechanicznych odbywa się w sposób bardziej pośredni.
Korzyść: Powstawanie powłoki ma niewielki wpływ na właściwości mechaniczne włókna i głównie zwiększa jego funkcjonalność.
Uderzenie:Warstwa powłoki może nieznacznie zwiększyć sztywność włókna, ale wpływ na wytrzymałość na rozciąganie i zginanie jest nieznaczny. Właściwości mechaniczne modyfikowanych kompozytów są ograniczone i są one częściej stosowane w ochronie środowiska.
5.Wpływ innych modyfikacji fizycznych lub chemicznych na właściwości mechaniczne
Metody fizyczne (np. obróbka cieplna):
Obróbka cieplna może zmienić strukturę powierzchni włókna, ale może również spowodować uszkodzenie termiczne samego włókna, co skutkuje spadkiem wytrzymałości na rozciąganie. Odpowiednia obróbka cieplna pomaga usunąć warstwę zanieczyszczeń z powierzchni włókna, pośrednio poprawiając w ten sposób właściwości wiązania międzyfazowego między włóknem a matrycą.
Modyfikacja trawienia chemicznego:
Trawienie chemiczne (np. kwasowe) powoduje szorstkość powierzchni włókna i poprawia mechaniczne osadzenie interfejsu. Trawienie może jednak osłabić samo włókno, powodując utratę właściwości rozciągających, co należy wziąć pod uwagę.
Kompleksowa tabela porównawcza
| Metody modyfikacji | Właściwości mechaniczne mają bezpośredni wpływ | Poprawa ogólnych właściwości mechanicznych kompozytów | Główny mechanizm działania |
| Środek sprzęgający silan (KH-550) | W dużej mierze nie dotknięte | Podnieść znacząco | Wiązanie chemiczne w celu poprawy wiązania międzyfazowego |
| Środek sprzęgający silan (KH-570) | Szorstkość powierzchni powoduje lekkie osłabienie włókien | Podnieść znacząco | Ulepszone osadzanie mechaniczne |
| Surfaktant CTAC | W dużej mierze nie dotknięte | Promocja pośrednia | Ulepszona dyspersja i hydrofilowość |
| Powłoka z nanotlenku krzemu | Nieznaczne osłabienie wytrzymałości włókien (nie więcej niż 5%) | Podnieś znacząco (15%-30%) | Zwiększa chropowatość i poprawia kompatybilność międzyfazową |
| Modyfikacja osadzania żelaza organicznego | W dużej mierze nie dotknięte | Ograniczona promocja | Wzmocnione bioprzyczepienie |
| obróbka na gorąco (np. metalu) | Może powodować uszkodzenia termiczne skutkujące utratą wytrzymałości włókien | Promocja pośrednia | Usunięcie warstwy zanieczyszczeń powierzchniowych i poprawa właściwości wiązania międzyfazowego |
| Modyfikacja trawienia chemicznego | Szorstkowanie poprawia wiązanie międzyfazowe, ale może osłabiać włókna | Ograniczona promocja | Szorstkowanie powierzchni w celu zwiększenia możliwości mechanicznego wkładania |
Wniosek
- Obecnie do metod modyfikacji, które mają najmniejszy wpływ na właściwości mechaniczne włókien bazaltowych, a jednocześnie najbardziej poprawiają ogólne właściwości mechaniczne kompozytów, zalicza się silanowy środek sprzęgający i powłokę nano-krzemionkową.
- Modyfikacja za pomocą środków powierzchniowo czynnych nie ma prawie żadnego bezpośredniego wpływu na właściwości mechaniczne włókien i nadaje się do zastosowań, w których konieczna jest poprawa dyspersji lub hydrofilowości włókien.
- Należy zachować ostrożność podczas trawienia chemicznego i obróbki cieplnej, ponieważ chociaż mogą one poprawić właściwości wiązania międzyfazowego, mogą prowadzić do pogorszenia właściwości mechanicznych włókien.
- Wybór metody modyfikacji powinien opierać się na wymaganiach danego zastosowania, aby ocenić wydajność samego włókna i ogólną wydajność materiału kompozytowego w celu poprawy efektu.
