Comparação dos efeitos de diferentes métodos de modificação nas propriedades mecânicas das fibras de basalto.

1. Efeito da modificação com agente de acoplamento de silano nas propriedades mecânicas

Os agentes de acoplamento de silano (por exemplo, KH-550 e KH-570) formam um revestimento reativo na superfície das fibras de basalto através de Produtos químicos A ligação, que melhora a adesão interfacial entre as fibras e o substrato, tem, ao mesmo tempo, um certo efeito sobre as propriedades mecânicas das fibras.

KH-550 Modificado:

Vantagens: Formam uma ligação química na superfície da fibra e melhoram a adesão entre a fibra e o substrato, sem danificar significativamente as propriedades mecânicas da própria fibra.

Impacto: Estudos mostram que, após a modificação com KH-550, a resistência à tração e o módulo de elasticidade das fibras de basalto permanecem praticamente inalterados, mas, devido à melhoria das propriedades de ligação interfacial, as propriedades mecânicas gerais do material compósito são significativamente aprimoradas.

Modificação KH-570:

Vantagens: O KH-570 torna a superfície das fibras de basalto rugosa e melhora sua incorporação mecânica à matriz.

Impacto: Embora o aumento da rugosidade superficial possa reduzir ligeiramente a resistência à tração das fibras, a resistência geral, a tenacidade e a durabilidade do compósito são significativamente melhoradas devido às propriedades de adesão interfacial aprimoradas.

2. Efeito da modificação do surfactante nas propriedades mecânicas

Os surfactantes catiônicos (ex.: CTAC) formam um revestimento na superfície da fibra principalmente por meio de adsorção física, e seu principal objetivo é melhorar a hidrofilicidade e a dispersibilidade das fibras.

Vantagem:A modificação com surfactante praticamente não tem efeito de erosão química na superfície da fibra, portanto, tem pouco efeito sobre as propriedades mecânicas da fibra.

Impacto: A resistência à tração e o módulo de elasticidade da fibra permanecem praticamente inalterados após a modificação com CTAC. A modificação melhora principalmente a dispersibilidade e a hidrofilicidade das fibras, permitindo que o material da matriz envolva as fibras uniformemente e, consequentemente, melhorando indiretamente as propriedades mecânicas dos compósitos.

3. Efeito da modificação do revestimento de nanossílica nas propriedades mecânicas

O revestimento de nano-sílica melhora a rugosidade da superfície e a capacidade de adesão interfacial entre as fibras e a matriz, formando uma camada uniforme de nanopartículas na superfície das fibras de basalto.

Vantagem: As nanopartículas de sílica atuam como uma "ponte" na superfície da fibra, fortalecendo a ligação entre a fibra e a matriz.

Impacto:O revestimento com nanopartículas de sílica pode causar pequenos danos físicos à superfície da fibra, mas seu impacto na resistência à tração das fibras é pequeno (geralmente inferior a 5%). Após a modificação, as propriedades mecânicas gerais (por exemplo, resistência à tração, resistência à flexão) do material compósito podem ser significativamente melhoradas, em até 15% a 30%.

4. Efeito da modificação da deposição de fase líquida de ferro orgânico nas propriedades mecânicas

O método de deposição em fase líquida de ferro orgânico é usado principalmente para melhorar a capacidade de bioadesão das fibras de basalto, sendo que sua melhoria nas propriedades mecânicas é mais indireta.

Vantagem: A formação do revestimento tem um pequeno efeito nas propriedades mecânicas da fibra, e melhora principalmente a sua funcionalidade.

Impacto:A camada de revestimento pode aumentar ligeiramente a rigidez da fibra, mas o impacto na resistência à tração ou à flexão não é significativo. As propriedades mecânicas dos compósitos modificados são limitadas, sendo mais frequentemente utilizados na área da proteção ambiental.

5. Efeito de outras modificações físicas ou químicas nas propriedades mecânicas

Métodos físicos (ex: tratamento térmico):

O tratamento térmico pode alterar a estrutura da superfície da fibra, mas também pode causar danos térmicos à própria fibra, resultando em uma diminuição da resistência à tração. Um tratamento térmico adequado ajuda a remover a camada de impurezas da superfície da fibra, melhorando indiretamente as propriedades de adesão interfacial entre a fibra e a matriz.

Modificação por ataque químico:

A corrosão química (por exemplo, tratamento ácido) torna a superfície da fibra rugosa e melhora a aderência mecânica da interface. No entanto, a corrosão pode enfraquecer a própria fibra, resultando em perda de propriedades de tração, o que precisa ser avaliado.

Tabela de comparação abrangente

Conclusão

1. O agente de acoplamento de silano e o revestimento de nano-sílica são atualmente os métodos de modificação que menos afetam as propriedades mecânicas das fibras de basalto, ao mesmo tempo que melhoram de forma mais significativa as propriedades mecânicas gerais dos compósitos.
2. A modificação com surfactantes praticamente não afeta diretamente as propriedades mecânicas das fibras, sendo adequada para cenários que necessitam melhorar a dispersão ou a hidrofilicidade das fibras.
3. A corrosão química e o tratamento térmico devem ser usados ​​com cautela, pois, embora possam melhorar as propriedades de adesão interfacial, podem levar a uma diminuição das propriedades mecânicas das fibras.
4. A escolha do método de modificação deve basear-se nos requisitos da aplicação, ponderando o desempenho da própria fibra e o desempenho geral do material compósito para otimizar o efeito.