Primerjava vplivov različnih metod modifikacije na mehanske lastnosti bazaltnih vlaken
1. Vpliv modifikacije silanskega veziva na mehanske lastnosti
Silan-vezilna sredstva (npr. KH-550 in KH-570) tvorijo reaktivni premaz na površini bazaltnih vlaken skozi Kemijsko vezava, ki izboljša medfazno vez med vlakni in podlago, hkrati pa ima določen vpliv na mehanske lastnosti vlaken.
KH-550 Spremenjeno:
Prednosti: tvorijo kemično vez na površini vlaken in izboljšajo oprijem med vlakni in podlago, ne da bi bistveno poškodovali mehanske lastnosti samih vlaken.
Vpliv: Študije kažejo, da po modifikaciji s KH-550 natezna trdnost in modul elastičnosti bazaltnih vlaken v osnovi ostaneta nespremenjena, vendar se zaradi izboljšanja lastnosti medfaznega lepljenja znatno izboljšajo splošne mehanske lastnosti kompozitnega materiala.
Modifikacija KH-570:
Prednosti: KH-570 naredi hrapavo površino bazaltnih vlaken in izboljša njihovo mehansko vdelavo v matrico.
Vpliv: Čeprav lahko hrapavost površine nekoliko zmanjša natezno trdnost vlaken, se zaradi izboljšanih lastnosti medfaznega lepljenja znatno izboljša splošna trdnost, žilavost in vzdržljivost kompozita.
2. Vpliv modifikacije površinsko aktivnih snovi na mehanske lastnosti
Kationske površinsko aktivne snovi (npr. CTAC) tvorijo prevleko na površini vlaken predvsem s fizikalno adsorpcijo, njihov glavni namen pa je izboljšati hidrofilnost in disperzibilnost vlaken.
Prednost:Modifikacija s površinsko aktivnimi snovmi skoraj nima kemične erozije površine vlaken, zato ima manjši vpliv na mehanske lastnosti vlaken.
Vpliv: Natezna trdnost in elastični modul vlaken se po modifikaciji s CTAC v bistvu ne spremenita. Modifikacija predvsem izboljša disperzibilnost in hidrofilnost vlaken, tako da matrični material enakomerno ovije vlakna in s tem posredno izboljša mehanske lastnosti kompozitov.
3. Vpliv modifikacije nano silicijevega premaza na mehanske lastnosti
Nano-silicijev premaz izboljša hrapavost površine in sposobnost medfaznega povezovanja med vlakni in matrico z oblikovanjem enakomerne plasti nanodelcev na površini bazaltnih vlaken.
Prednost: Nanodelci silicijevega dioksida delujejo kot "most" na površini vlaken in krepijo vez med vlakni in matrico.
Vpliv:Premaz iz nanodelcev silicijevega dioksida lahko povzroči manjše fizične poškodbe površine vlaken, vendar je njegov vpliv na natezno trdnost vlaken majhen (običajno manjši od 5 %). Po modifikaciji se lahko splošne mehanske lastnosti (npr. natezna trdnost, upogibna trdnost) kompozitnega materiala znatno izboljšajo, do 15 %–30 %.
4. Vpliv modifikacije z nanašanjem organskega železa v tekoči fazi na mehanske lastnosti
Metoda nanašanja organskega železa v tekoči fazi se uporablja predvsem za izboljšanje bioadhezijske sposobnosti bazaltnih vlaken, izboljšanje mehanskih lastnosti pa je bolj posredno.
Prednost: Nastanek prevleke ima majhen vpliv na mehanske lastnosti vlaken, predvsem pa izboljša funkcionalnost vlaken.
Vpliv:Premazna plast lahko nekoliko poveča togost vlaken, vendar vpliv na natezno ali upogibno trdnost ni pomemben. Mehanske lastnosti modificiranih kompozitov so omejene in se pogosteje uporabljajo na področju varstva okolja.
5. Vpliv drugih fizikalnih ali kemičnih sprememb na mehanske lastnosti
Fizikalne metode (npr. toplotna obdelava):
Toplotna obdelava lahko spremeni površinsko strukturo vlakna, lahko pa povzroči toplotno poškodbo samega vlakna, kar ima za posledico zmanjšanje natezne trdnosti. Ustrezna toplotna obdelava pomaga odstraniti plast nečistoč na površini vlakna in s tem posredno izboljša lastnosti medfaznega vezi med vlaknom in matrico.
Modifikacija s kemičnim jedkanjem:
Kemično jedkanje (npr. obdelava s kislino) naredi površino vlaken hrapavo in izboljša mehansko vdelavo vmesnika. Vendar pa lahko jedkanje oslabi samo vlakno, kar povzroči izgubo nateznih lastnosti, kar je treba upoštevati.
Celovita primerjalna tabela
| Metode modifikacije | Mehanske lastnosti neposredno vplivajo | Izboljšanje splošnih mehanskih lastnosti kompozitov | Glavni mehanizem delovanja |
| Silansko vezivno sredstvo (KH-550) | V veliki meri nespremenjeno | Znatno povečati | Kemična vezava za izboljšano medfazno vezavo |
| Silansko vezno sredstvo (KH-570) | Hrapavost površine vodi do rahle oslabitve vlaken | Znatno povečati | Izboljšana mehanska vgradnja |
| CTAC površinsko aktivna snov | V veliki meri nespremenjeno | Posredna promocija | Izboljšana disperzija in hidrofilnost |
| Nano premaz silicijevega dioksida | Rahla oslabitev trdnosti vlaken (ne več kot 5%) | Znatno zvišati (15 %–30 %) | Poveča hrapavost in izboljša medfazno združljivost |
| Modifikacija odlaganja organskega železa | V veliki meri nespremenjeno | Omejena promocija | Izboljšana biološka pritrditev |
| vroča obdelava (npr. kovin) | Lahko povzroči toplotne poškodbe, ki povzročijo izgubo trdnosti vlaken | Posredna promocija | Odstranitev površinske nečistoče in izboljšanje lastnosti medfaznih vezi |
| Modifikacija s kemičnim jedkanjem | Hrapavost izboljša medfazno vez, vendar lahko oslabi vlakna | Omejena promocija | Hrapavost površine za izboljšano mehansko vstavljanje |
Zaključek
- Silansko vezivno sredstvo in nano-silicijev premaz sta trenutno metodi modifikacije, ki najmanj vplivata na mehanske lastnosti bazaltnih vlaken, hkrati pa najbolj bistveno izboljšata splošne mehanske lastnosti kompozitov.
- Modifikacija s površinsko aktivnimi snovmi skoraj nima neposrednega vpliva na mehanske lastnosti vlaken in je primerna za scenarije, ki morajo izboljšati disperzijo ali hidrofilnost vlaken.
- Kemično jedkanje in toplotno obdelavo je treba uporabljati previdno, saj lahko sicer izboljšata lastnosti medfaznih vezi, vendar lahko zmanjšata mehanske lastnosti vlaken.
- Izbira metode modifikacije mora temeljiti na zahtevah uporabe, da se pretehta učinkovitost samega vlakna in celotna učinkovitost kompozitnega materiala za izboljšanje učinka.
