Сравнение влияния различных методов модификации на механические свойства базальтовых волокон.
1. Влияние модификации силановым связующим агентом на механические свойства.
Силановые связующие агенты (например, KH-550 и KH-570) образуют реактивное покрытие на поверхности базальтовых волокон посредством Химический Связывание, которое улучшает межфазное сцепление между волокнами и подложкой, и одновременно оказывает определенное влияние на механические свойства волокон.
Модифицированный KH-550:
Преимущества: образуют химическую связь на поверхности волокна и улучшают адгезию между волокном и подложкой, не оказывая существенного влияния на механические свойства самого волокна.
Влияние: Исследования показывают, что после модификации KH-550 прочность на растяжение и модуль упругости базальтовых волокон в основном остаются неизменными, но благодаря улучшению свойств межфазного сцепления общие механические свойства композитного материала значительно улучшаются.
Модификация KH-570:
Преимущества: KH-570 придает поверхности базальтовых волокон шероховатость и улучшает их механическое внедрение в матрицу.
Влияние: Хотя шероховатость поверхности может незначительно снизить прочность волокон на растяжение, общая прочность, ударная вязкость и долговечность композита значительно улучшаются благодаря улучшенным свойствам межфазного сцепления.
2. Влияние модификации поверхностно-активными веществами на механические свойства.
Катионные поверхностно-активные вещества (например, CTAC) образуют покрытие на поверхности волокна главным образом за счет физической адсорбции, и их основная цель — улучшение гидрофильности и диспергируемости волокон.
Преимущество:Модификация поверхностно-активными веществами практически не оказывает химического эрозионного воздействия на поверхность волокна, поэтому она мало влияет на его механические свойства.
Влияние: Прочность на растяжение 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 наночастицами диоксида кремния на механические свойства.
Наночастицы диоксида кремния улучшают шероховатость поверхности и способность к межфазному сцеплению между волокнами и матрицей за счет образования однородного слоя наночастиц на поверхности базальтовых волокон.
Преимущество: Наночастицы диоксида кремния действуют как «мост» на поверхности волокна, укрепляя связь между волокном и матрицей.
Влияние:Покрытие из наночастиц диоксида кремния может вызвать незначительные физические повреждения поверхности волокна, но его влияние на прочность волокон на растяжение невелико (обычно менее 5%). После модификации общие механические свойства (например, прочность на растяжение, прочность на изгиб) композитного материала могут быть значительно улучшены, до 15–30%.
4. Влияние модификации методом осаждения органической жидкой фазы железа на механические свойства.
Метод осаждения органического железа в жидкой фазе в основном используется для повышения биоадгезионной способности базальтовых волокон, а улучшение их механических свойств носит скорее косвенный характер.
Преимущество: Формирование покрытия оказывает незначительное влияние на механические свойства волокна и в основном повышает его функциональность.
Влияние:Покрытие может незначительно повысить жесткость волокна, но его влияние на прочность на растяжение или изгиб незначительно. Механические свойства модифицированных композитов ограничены, и они чаще используются в области охраны окружающей среды.
5. Влияние других физических или химических модификаций на механические свойства.
Физические методы (например, термообработка):
Термическая обработка может изменить структуру поверхности волокна, но при этом может вызвать термическое повреждение самого волокна, что приведет к снижению прочности на разрыв. Соответствующая термическая обработка помогает удалить слой примесей с поверхности волокна, тем самым косвенно улучшая свойства межфазного сцепления между волокном и матрицей.
Модификация методом химического травления:
Химическое травление (например, обработка кислотой) делает поверхность волокна шероховатой и улучшает механическое сцепление на границе раздела. Однако травление может ослабить само волокно, что приведет к потере прочностных характеристик, которые необходимо учитывать.
Полная сравнительная таблица
| Методы модификации | Механические свойства напрямую влияют | Улучшение общих механических свойств композитов. | Основной механизм действия |
| Силановый связующий агент (KH-550) | Практически не затронуто | Значительно повысить | Химическая связь для улучшения межфазного сцепления |
| Силановый связующий агент (KH-570) | Шероховатость поверхности приводит к незначительному ослаблению волокон. | Значительно повысить | Улучшенное механическое встраивание |
| CTAC Поверхностно-активное вещество | Практически не затронуто | Косвенное продвижение | Улучшенная дисперсия и гидрофильность. |
| Нанопокрытие из диоксида кремния | Незначительное ослабление прочности волокон (не более 5%). | Значительно повысить (на 15–30%) | Увеличивает шероховатость и улучшает совместимость на границе раздела фаз. |
| Модификация органических отложений железа | Практически не затронуто | Ограниченная акция | Улучшенное биологическое прикрепление |
| термическая обработка (например, металла) | Может вызвать термическое повреждение, приводящее к потере прочности волокон. | Косвенное продвижение | Удаление поверхностного слоя примесей и улучшение свойств межфазного сцепления. |
| Химическая модификация травления | Шероховатость поверхности улучшает сцепление на границе раздела фаз, но может ослабить волокна. | Ограниченная акция | Шерохование поверхности для улучшения механической установки. |
Заключение
- В настоящее время силансодержащий связующий агент и нанокремнеземное покрытие являются методами модификации, оказывающими наименьшее влияние на механические свойства базальтовых волокон, и в то же время наиболее значительно улучшающими общие механические свойства композитов.
- Модификация поверхностно-активными веществами практически не оказывает прямого влияния на механические свойства волокон и подходит для случаев, когда необходимо улучшить дисперсию или гидрофильность волокон.
- Химическое травление и термообработка должны применяться с осторожностью, поскольку, хотя они и могут улучшить свойства межфазного сцепления, они могут привести к снижению механических свойств волокон.
- Выбор метода модификации должен основываться на требованиях к применению, с учетом характеристик самого волокна и общих характеристик композитного материала для улучшения эффекта.
