Jämförelse av effekterna av olika modifieringsmetoder på basaltfibrers mekaniska egenskaper
1. Effekt av modifiering av silankopplingsmedel på mekaniska egenskaper
Silankopplingsmedel (t.ex. KH-550 och KH-570) bildar en reaktiv beläggning på ytan av basaltfibrer genom Kemisk bindning, vilket förbättrar gränssnittsbindningen mellan fibrerna och substratet, och samtidigt har en viss effekt på fibrernas mekaniska egenskaper.
KH-550 Modifierad:
Fördelar: bilda en kemisk bindning på fiberytan och förbättra vidhäftningen mellan fibern och substratet utan att väsentligt skada fiberns mekaniska egenskaper.
Inverkan: Studier visar att efter KH-550-modifiering förblir draghållfastheten och elasticitetsmodulen hos basaltfibrer i princip oförändrade, men på grund av förbättringen av gränsytans bindningsegenskaper förbättras de övergripande mekaniska egenskaperna hos kompositmaterialet avsevärt.
KH-570-modifiering:
Fördelar: KH-570 gör ytan på basaltfibrerna grov och förbättrar deras mekaniska inbäddning i matrisen.
Inverkan: Medan ytuppruggning kan minska fibrernas draghållfasthet något, förbättras kompositens totala styrka, seghet och hållbarhet avsevärt på grund av de förbättrade gränssnittsbindningsegenskaperna.
2. Effekt av modifiering av ytaktivt ämne på mekaniska egenskaper
Katjoniska tensider (t.ex. CTAC) bildar en beläggning på fiberytan huvudsakligen genom fysisk adsorption, och deras huvudsakliga syfte är att förbättra fibrernas hydrofilicitet och dispergerbarhet.
Fördel:Modifieringen av ytaktivt medel har nästan ingen kemisk erosionseffekt på fiberytan, så den har mindre effekt på fiberns mekaniska egenskaper.
Inverkan: Fiberns draghållfasthet och elasticitetsmodul är i princip oförändrade efter CTAC-modifieringen. Modifieringen förbättrar huvudsakligen fibrernas dispergerbarhet och hydrofilicitet, så att matrismaterialet jämnt omsluter fibrerna, vilket indirekt förbättrar kompositernas mekaniska egenskaper.
3. Effekt av modifiering av nano-kiseldioxidbeläggning på mekaniska egenskaper
Nano-kiseldioxidbeläggning förbättrar ytjämnheten och gränsytebindningsförmågan mellan fibrer och matris genom att bilda ett enhetligt lager av nanopartiklar på ytan av basaltfibrer.
Fördel: Nano-kiseldioxidpartiklarna fungerar som en "brygga" på fiberytan och stärker bindningen mellan fibern och matrisen.
Inverkan:Beläggningen av kiseldioxid-nanopartiklar kan orsaka mindre fysiska skador på fiberytan, men dess inverkan på fibrernas draghållfasthet är liten (vanligtvis mindre än 5 %). Efter modifiering kan de övergripande mekaniska egenskaperna (t.ex. draghållfasthet, böjhållfasthet) hos kompositmaterialet förbättras avsevärt, upp till 15 %–30 %.
4. Effekt av modifiering av organisk järnavsättning i flytande fas på mekaniska egenskaper
Flytande fasavsättningsmetod för organiskt järn används huvudsakligen för att förbättra basaltfibrernas biovidhäftningsförmåga, och dess förbättring av mekaniska egenskaper är mer indirekt.
Fördel: Bildningen av beläggningen har en liten effekt på fiberns mekaniska egenskaper och förbättrar främst fiberns funktionalitet.
Inverkan:Beläggningsskiktet kan öka fiberns styvhet något, men påverkan på draghållfasthet eller böjhållfasthet är inte signifikant. De mekaniska egenskaperna hos de modifierade kompositerna är begränsade och de används oftare inom miljöskyddsområdet.
5. Effekt av andra fysikaliska eller kemiska modifieringar på mekaniska egenskaper
Fysikaliska metoder (t.ex. värmebehandling):
Värmebehandling kan förändra fiberns ytstruktur, men kan orsaka termisk skada på själva fibern, vilket resulterar i en minskning av draghållfastheten. Lämplig värmebehandling hjälper till att avlägsna föroreningsskiktet på fiberytan, vilket indirekt förbättrar gränsytans bindningsegenskaper mellan fibern och matrisen.
Kemisk etsningsmodifiering:
Kemisk etsning (t.ex. syrabehandling) gör fiberytan grov och förbättrar den mekaniska inbäddningen av gränssnittet. Etsning kan dock försvaga själva fibern, vilket resulterar i en förlust av draghållfasthetsegenskaper, vilket måste beaktas.
Omfattande jämförelsetabell
| Modifieringsmetoder | Mekaniska egenskaper påverkar direkt | Förbättring av kompositmaterials övergripande mekaniska egenskaper | Huvudsaklig verkningsmekanism |
| Silankopplingsmedel (KH-550) | I stort sett opåverkad | Öka avsevärt | Kemisk bindning för förbättrad gränsytebindning |
| Silankopplingsmedel (KH-570) | Ytuppruggning leder till en liten försvagning av fibrerna | Öka avsevärt | Förbättrad mekanisk inbäddning |
| CTAC-tensid | I stort sett opåverkad | Indirekt marknadsföring | Förbättrad dispersion och hydrofilicitet |
| Nano-kiseldioxidbeläggning | Lätt försvagning av fiberstyrkan (högst 5 %) | Öka avsevärt (15–30 %) | Ökar ojämnheten och förbättrar gränssnittskompatibiliteten |
| Modifiering av organisk järnavsättning | I stort sett opåverkad | Begränsad kampanj | Förbättrad biovidhäftning |
| varmbehandling (t.ex. av metall) | Kan orsaka termisk skada som resulterar i förlust av fiberstyrka | Indirekt marknadsföring | Borttagning av ytligt föroreningslager och förbättring av gränsytans bindningsegenskaper |
| Kemisk etsningsmodifiering | Uppruggning förbättrar gränsytans bindning men kan försvaga fibrerna | Begränsad kampanj | Ytuppruggning för förbättrad mekanisk insättning |
Slutsats
- Silankopplingsmedel och nano-kiseldioxidbeläggning är för närvarande de modifieringsmetoder som har minst effekt på basaltfibrers mekaniska egenskaper, samtidigt som de förbättrar kompositernas övergripande mekaniska egenskaper mest avsevärt.
- Modifiering av tensider har nästan ingen direkt effekt på fibrernas mekaniska egenskaper, och den är lämplig för scenarier som behöver förbättra fibrernas dispersion eller hydrofilicitet.
- Kemisk etsning och värmebehandling bör användas med försiktighet, eftersom även om de kan förbättra gränsytans bindningsegenskaper, kan de leda till en minskning av fibrernas mekaniska egenskaper.
- Valet av modifieringsmetod bör baseras på tillämpningskraven för att väga fiberns prestanda och kompositmaterialets övergripande prestanda för att förbättra effekten.
