Поређење ефеката различитих метода модификације на механичка својства базалтних влакана
1. Утицај модификације силанског везивног средства на механичка својства
Силанска средства за везивање (нпр. KH-550 и KH-570) формирају реактивни премаз на површини базалтних влакана кроз Хемијски везивање, које побољшава међуповршинску везу између влакана и подлоге, а истовремено има одређени утицај на механичка својства влакана.
KH-550 Измењено:
Предности: формирају хемијску везу на површини влакана и побољшавају адхезију између влакана и подлоге, без значајног оштећења механичких својстава самог влакна.
Утицај: Студије показују да након модификације KH-550, затезна чврстоћа и модул еластичности базалтних влакана у основи остају непромењени, али због побољшања својстава међуповршинског везивања, укупна механичка својства композитног материјала су значајно побољшана.
Модификација КХ-570:
Предности: KH-570 огрубљује површину базалтних влакана и побољшава њихово механичко уграђивање у матрицу.
Утицај: Иако храпавост површине може мало смањити затезну чврстоћу влакана, укупна чврстоћа, жилавост и издржљивост композита су значајно побољшане због побољшаних својстава међуповршинског везивања.
2. Утицај модификације сурфактанта на механичка својства
Катјонски сурфактанти (нпр. CTAC) формирају премаз на површини влакана углавном путем физичке адсорпције, а њихова главна сврха је побољшање хидрофилности и дисперзибилности влакана.
Предност:Модификација сурфактанта готово да нема хемијски ерозиони ефекат на површину влакана, тако да има мањи утицај на механичка својства влакана.
Утицај: Затезна чврстоћа и модул еластичности влакана се у основи не мењају након CTAC модификације. Модификација углавном побољшава дисперзибилност и хидрофилност влакана, тако да матрични материјал равномерно обавија влакна, чиме се индиректно побољшавају механичка својства композита.
3. Утицај модификације нано силицијумских премаза на механичка својства
Нано-силикатни премаз побољшава храпавост површине и способност међуповршинског везивања између влакана и матрице формирањем једноличног слоја наночестица на површини базалтних влакана.
Предност: Нано-силицијумске честице делују као „мост“ на површини влакана, јачајући везу између влакана и матрице.
Утицај:Премаз од силицијумских наночестица може проузроковати мала физичка оштећења површине влакана, али је његов утицај на затезну чврстоћу влакана мали (обично мањи од 5%). Након модификације, укупна механичка својства (нпр. затезна чврстоћа, чврстоћа на савијање) композитног материјала могу се значајно побољшати, до 15%-30%.
4. Утицај модификације течнофазног таложења органског гвожђа на механичка својства
Метода течне фазе таложења органског гвожђа се углавном користи за побољшање биоадхезионих способности базалтних влакана, а побољшање механичких својстава је индиректније.
Предност: Формирање премаза има мали утицај на механичка својства влакана, а углавном побољшава функционалност влакана.
Утицај:Слој премаза може мало повећати крутост влакана, али утицај на затезну или савијајућу чврстоћу није значајан. Механичка својства модификованих композита су ограничена и они се чешће користе у области заштите животне средине.
5. Утицај других физичких или хемијских модификација на механичка својства
Физичке методе (нпр. термичка обрада):
Термичка обрада може променити површинску структуру влакна, али може изазвати термичко оштећење самог влакна, што резултира смањењем затезне чврстоће. Одговарајућа термичка обрада помаже у уклањању слоја нечистоћа на површини влакна, чиме се индиректно побољшавају својства међуповршинске везе између влакна и матрице.
Модификација хемијским нагризањем:
Хемијско нагризање (нпр. третман киселином) огрубљује површину влакана и побољшава механичко уграђивање међусобне површине. Међутим, нагризање може ослабити само влакно, што доводи до губитка затезних својстава, што треба узети у обзир.
Свеобухватна табела упоређивања
| Методе модификације | Механичка својства директно утичу | Побољшање укупних механичких својстава композита | Главни механизам деловања |
| Силанско средство за везивање (KH-550) | Углавном непогођено | Значајно повећати | Хемијско везивање за побољшано међуповршинско везивање |
| Силанско средство за везивање (KH-570) | Огребаност површине доводи до благог слабљења влакана | Значајно повећати | Побољшано механичко уграђивање |
| CTAC сурфактант | Углавном непогођено | Индиректна промоција | Побољшана дисперзија и хидрофилност |
| Нано силицијум диоксидни премаз | Благо слабљење чврстоће влакана (не више од 5%) | Значајно повећање (15%-30%) | Повећава храпавост и побољшава међуповршинску компатибилност |
| Модификација таложења органског гвожђа | Углавном непогођено | Ограничена промоција | Побољшана биолошка везаност |
| топла обрада (нпр. метала) | Може изазвати термичко оштећење што резултира губитком чврстоће влакана | Индиректна промоција | Уклањање слоја површинских нечистоћа и побољшање својстава међуповршинских веза |
| Модификација хемијским нагризањем | Ограпавање побољшава међуповршинско везивање, али може ослабити влакна | Ограничена промоција | Ограпавање површине за побољшано механичко уметање |
Закључак
- Силанско средство за везивање и нано-силикатни премаз су тренутно методе модификације које имају најмањи утицај на механичка својства базалтних влакана, а истовремено најзначајније побољшавају укупна механичка својства композита.
- Модификација сурфактанта готово да нема директан утицај на механичка својства влакана и погодна је за сценарије који треба да побољшају дисперзију или хидрофилност влакана.
- Хемијско нагризање и термичка обрада требају се користити са опрезом, јер иако могу побољшати својства међуповршинског везивања, могу довести до смањења механичких својстава влакана.
- Избор методе модификације треба да се заснива на захтевима примене како би се проценили перформансе самог влакна и укупне перформансе композитног материјала ради побољшања ефекта.
