Compararea efectelor diferitelor metode de modificare asupra proprietăților mecanice ale fibrelor de bazalt
1. Efectul modificării agentului de cuplare silanic asupra proprietăților mecanice
Agenții de cuplare silanici (de exemplu, KH-550 și KH-570) formează un strat reactiv pe suprafața fibrelor de bazalt prin Chimic lipirea, care îmbunătățește legătura interfacială dintre fibre și substrat și, în același timp, are un anumit efect asupra proprietăților mecanice ale fibrelor.
KH-550 modificat:
Avantaje: formează o legătură chimică pe suprafața fibrei și îmbunătățesc aderența dintre fibră și substrat, fără a deteriora semnificativ proprietățile mecanice ale fibrei în sine.
Impact: Studiile arată că, după modificarea cu KH-550, rezistența la tracțiune și modulul de elasticitate al fibrelor de bazalt rămân practic neschimbate, dar datorită îmbunătățirii proprietăților de legătură interfacială, proprietățile mecanice generale ale materialului compozit sunt semnificativ îmbunătățite.
Modificare KH-570:
Avantaje: KH-570 aspră suprafața fibrelor de bazalt și îmbunătățește încorporarea mecanică a acestora în matrice.
Impact: Deși rugozitatea suprafeței poate reduce ușor rezistența la tracțiune a fibrelor, rezistența, tenacitatea și durabilitatea generală a compozitului sunt îmbunătățite semnificativ datorită proprietăților îmbunătățite de lipire interfacială.
2. Efectul modificării surfactanților asupra proprietăților mecanice
Agenții tensioactivi cationici (de exemplu, CTAC) formează un înveliș pe suprafața fibrei în principal prin adsorbție fizică, iar scopul lor principal este de a îmbunătăți hidrofilicitatea și dispersabilitatea fibrelor.
Avantaj:Modificarea cu surfactant nu are aproape niciun efect de eroziune chimică asupra suprafeței fibrei, deci are un efect mai mic asupra proprietăților mecanice ale acesteia.
Impact: Rezistența la tracțiune și modulul de elasticitate al fibrei rămân practic neschimbate după modificarea CTAC. Modificarea îmbunătățește în principal dispersabilitatea și hidrofilicitatea fibrelor, astfel încât materialul matriceal înfășoară uniform fibrele, îmbunătățind astfel indirect proprietățile mecanice ale compozitelor.
3. Efectul modificării acoperirii cu nanosilice asupra proprietăților mecanice
Acoperirea cu nano-silice îmbunătățește rugozitatea suprafeței și capacitatea de legare interfacială dintre fibre și matrice prin formarea unui strat uniform de nanoparticule pe suprafața fibrelor de bazalt.
Avantaj: Particulele de nano-silice acționează ca o „pod” pe suprafața fibrei, întărind legătura dintre fibră și matrice.
Impact:Acoperirea cu nanoparticule de silice poate provoca deteriorări fizice ușoare suprafeței fibrei, dar impactul său asupra rezistenței la tracțiune a fibrelor este mic (de obicei mai puțin de 5%). După modificare, proprietățile mecanice generale (de exemplu, rezistența la tracțiune, rezistența la încovoiere) ale materialului compozit pot fi îmbunătățite semnificativ, cu până la 15%-30%.
4. Efectul modificării depunerii în fază lichidă a fierului organic asupra proprietăților mecanice
Metoda de depunere a fierului organic în fază lichidă este utilizată în principal pentru a spori capacitatea de bioaderență a fibrelor de bazalt, iar îmbunătățirea proprietăților mecanice este mai indirectă.
Avantaj: Formarea acoperirii are un efect mic asupra proprietăților mecanice ale fibrei și îmbunătățește în principal funcționalitatea fibrei.
Impact:Stratul de acoperire poate crește ușor rigiditatea fibrei, dar impactul asupra rezistenței la tracțiune sau încovoiere nu este semnificativ. Proprietățile mecanice ale compozitelor modificate sunt limitate și sunt mai des utilizate în domeniul protecției mediului.
5. Efectul altor modificări fizice sau chimice asupra proprietăților mecanice
Metode fizice (de exemplu, tratament termic):
Tratamentul termic poate modifica structura suprafeței fibrei, dar poate provoca deteriorarea termică a fibrei în sine, rezultând o scădere a rezistenței la tracțiune. Un tratament termic adecvat ajută la îndepărtarea stratului de impurități de pe suprafața fibrei, îmbunătățind astfel indirect proprietățile de legătură interfacială dintre fibră și matrice.
Modificare prin gravare chimică:
Gravarea chimică (de exemplu, tratamentul cu acid) asprăește suprafața fibrei și îmbunătățește încorporarea mecanică a interfeței. Cu toate acestea, gravarea poate slăbi fibra în sine, rezultând o pierdere a proprietăților de tracțiune, care trebuie evaluată.
Tabel comparativ complet
| Metode de modificare | Proprietățile mecanice afectează în mod direct | Îmbunătățirea proprietăților mecanice generale ale compozitelor | Mecanismul principal de acțiune |
| Agent de cuplare silanic (KH-550) | În mare parte neafectat | Creșteți semnificativ | Legături chimice pentru o îmbunțire a legăturilor interfaciale |
| Agent de cuplare silan (KH-570) | Asperarea suprafeței duce la o ușoară slăbire a fibrelor | Creșteți semnificativ | Încorporare mecanică îmbunătățită |
| Agent tensioactiv CTAC | În mare parte neafectat | Promovare indirectă | Dispersie și hidrofilicitate îmbunătățite |
| Acoperire cu dioxid de siliciu nano | Slăbire ușoară a rezistenței fibrelor (nu mai mult de 5%) | Crește semnificativ (15%-30%) | Crește rugozitatea și îmbunătățește compatibilitatea interfacială |
| Modificarea depunerii organice de fier | În mare parte neafectat | Promoție limitată | Bio-atașament îmbunătățit |
| tratament la cald (de exemplu, al metalului) | Poate provoca daune termice, rezultând pierderea rezistenței fibrelor | Promovare indirectă | Îndepărtarea stratului de impurități de la suprafață și îmbunătățirea proprietăților de lipire interfacială |
| Modificarea gravării chimice | Asperitatea îmbunătățește legăturile interfaciale, dar poate slăbi fibrele | Promoție limitată | Rugoarea suprafeței pentru o inserție mecanică îmbunătățită |
Concluzie
- Agentul de cuplare silan și acoperirea cu nano-silice sunt în prezent metodele de modificare care au cel mai mic efect asupra proprietăților mecanice ale fibrelor de bazalt, îmbunătățind în același timp cel mai semnificativ proprietățile mecanice generale ale compozitelor.
- Modificarea cu surfactanți nu are aproape niciun efect direct asupra proprietăților mecanice ale fibrelor și este potrivită pentru scenarii care necesită îmbunătățirea dispersiei sau hidrofilicității fibrelor.
- Gravarea chimică și tratamentul termic trebuie utilizate cu precauție, deoarece, deși pot îmbunătăți proprietățile de legătură interfacială, pot duce la o scădere a proprietăților mecanice ale fibrelor.
- Alegerea metodei de modificare trebuie să se bazeze pe cerințele aplicației pentru a evalua performanța fibrei în sine și performanța generală a materialului compozit pentru a îmbunătăți efectul.
