Сравнение влияния различных методов модификации на механические свойства базальтовых волокон
1. Влияние модификации силанового связующего агента на механические свойства
Силановые связующие агенты (например, КН-550 и КН-570) образуют реактивное покрытие на поверхности базальтовых волокон посредством Химический склеивание, которое улучшает межфазное сцепление волокон с подложкой и одновременно оказывает определенное влияние на механические свойства волокон.
KH-550 Модифицированный:
Преимущества: образуют химическую связь на поверхности волокна и улучшают адгезию между волокном и подложкой, не нанося существенного ущерба механическим свойствам самого волокна.
Влияние: Исследования показывают, что после модификации КН-550 прочность на разрыв и модуль упругости базальтовых волокон в основном остаются неизменными, но за счет улучшения свойств межфазного сцепления существенно улучшаются общие механические свойства композиционного материала.
Модификация КХ-570:
Преимущества: КН-570 придает шероховатость поверхности базальтовых волокон и улучшает их механическое сцепление с матрицей.
Влияние: Хотя шероховатость поверхности может немного снизить прочность волокон на разрыв, общая прочность, ударная вязкость и долговечность композита значительно повышаются благодаря улучшенным свойствам межфазного сцепления.
2. Влияние модификации поверхностно-активного вещества на механические свойства
Катионные поверхностно-активные вещества (например, ЦТАХ) образуют покрытие на поверхности волокон в основном за счет физической адсорбции, и их основное назначение — улучшить гидрофильность и диспергируемость волокон.
Преимущество:Модификация поверхностно-активными веществами практически не оказывает химического эрозионного воздействия на поверхность волокна, поэтому она меньше влияет на механические свойства волокна.
Влияние: Прочность на разрыв и модуль упругости волокна практически не изменяются после модификации CTAC. Модификация в основном улучшает диспергируемость и гидрофильность волокон, благодаря чему матричный материал равномерно обволакивает волокна, тем самым косвенно улучшая механические свойства композитов.
3. Влияние модификации наносиликатного покрытия на механические свойства
Нанокремниевое покрытие улучшает шероховатость поверхности и способность к межфазному сцеплению волокон с матрицей за счет формирования равномерного слоя наночастиц на поверхности базальтовых волокон.
Преимущество: Частицы нанокремнезема действуют как «мост» на поверхности волокна, усиливая связь между волокном и матрицей.
Влияние:Покрытие из наночастиц кремния может вызвать незначительное физическое повреждение поверхности волокон, но его влияние на прочность волокон на разрыв невелико (обычно менее 5%). После модификации общие механические свойства композитного материала (например, прочность на разрыв, прочность на изгиб) могут быть значительно улучшены, до 15–30%.
4. Влияние модификации осаждения жидкой фазы органического железа на механические свойства
Метод осаждения жидкой фазы органического железа в основном используется для повышения биоадгезионной способности базальтовых волокон, а его улучшение механических свойств является более косвенным.
Преимущество: Формирование покрытия мало влияет на механические свойства волокна и в основном повышает функциональность волокна.
Влияние:Покрытие может немного повысить жёсткость волокна, но его влияние на прочность на растяжение или изгиб несущественно. Механические свойства модифицированных композитов ограничены, и они чаще используются в области охраны окружающей среды.
5. Влияние других физических или химических изменений на механические свойства
Физические методы (например, термическая обработка):
Термическая обработка может изменить структуру поверхности волокна, но может вызвать термическое повреждение самого волокна, что приводит к снижению его прочности на разрыв. Соответствующая термическая обработка способствует удалению слоя загрязнений с поверхности волокна, тем самым косвенно улучшая свойства межфазного сцепления между волокном и матрицей.
Модификация химического травления:
Химическое травление (например, кислотная обработка) делает поверхность волокна шероховатой и улучшает механическое сцепление с поверхностью. Однако травление может ослабить само волокно, что приводит к потере прочности на разрыв, что необходимо учитывать.
Подробная сравнительная таблица
| Методы модификации | Механические свойства напрямую влияют | Улучшение общих механических свойств композитов | Основной механизм действия |
| Силановый связующий агент (KH-550) | В значительной степени не затронуты | Значительно повысить | Химическая связь для улучшения межфазных связей |
| Силановый связующий агент (KH-570) | Шероховатость поверхности приводит к небольшому ослаблению волокон. | Значительно повысить | Улучшенное механическое встраивание |
| Поверхностно-активное вещество CTAC | В значительной степени не затронуты | Косвенное продвижение | Улучшенная дисперсия и гидрофильность |
| Нанопокрытие из диоксида кремния | Незначительное ослабление прочности волокон (не более 5%) | Значительно повысить (15%-30%) | Увеличивает шероховатость и улучшает совместимость интерфейсов |
| Модификация органического осаждения железа | В значительной степени не затронуты | Ограниченная акция | Улучшенное биоприкрепление |
| горячая обработка (например, металла) | Может вызвать термическое повреждение, приводящее к потере прочности волокна. | Косвенное продвижение | Удаление поверхностного слоя загрязнений и улучшение межфазных связующих свойств |
| Модификация химического травления | Шероховатость усиливает межфазные связи, но может ослабить волокна. | Ограниченная акция | Шероховатость поверхности для улучшения механического крепления |
Заключение
- В настоящее время методами модификации, которые в наименьшей степени влияют на механические свойства базальтовых волокон, при этом наиболее существенно улучшают общие механические свойства композитов, являются силановый аппрет и нанокремниевое покрытие.
- Модификация поверхностно-активных веществ практически не оказывает прямого влияния на механические свойства волокон и подходит для случаев, когда необходимо улучшить дисперсность или гидрофильность волокон.
- Химическое травление и термическую обработку следует применять с осторожностью, поскольку, хотя они и могут улучшить свойства межфазного сцепления, они могут привести к ухудшению механических свойств волокон.
- Выбор метода модификации должен основываться на требованиях к применению, чтобы взвесить эксплуатационные характеристики самого волокна и общие эксплуатационные характеристики композитного материала для улучшения эффекта.
