CZ2009733A3 - Tekutá geopolymerní pryskyrice pro výrobu objemove stálých vyztužených kompozitu a zpusob její výroby - Google Patents
Tekutá geopolymerní pryskyrice pro výrobu objemove stálých vyztužených kompozitu a zpusob její výroby Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2009733A3 CZ2009733A3 CZ20090733A CZ2009733A CZ2009733A3 CZ 2009733 A3 CZ2009733 A3 CZ 2009733A3 CZ 20090733 A CZ20090733 A CZ 20090733A CZ 2009733 A CZ2009733 A CZ 2009733A CZ 2009733 A3 CZ2009733 A3 CZ 2009733A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- liquid
- production
- resin
- volume
- reinforced composites
- Prior art date
Links
- 239000011347 resin Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 229920005989 resin Polymers 0.000 title claims abstract description 104
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 98
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 75
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 45
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 claims abstract description 32
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 25
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 claims abstract description 20
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 17
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims abstract description 7
- LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K potassium phosphate Substances [K+].[K+].[K+].[O-]P([O-])([O-])=O LWIHDJKSTIGBAC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 6
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 5
- RLQWHDODQVOVKU-UHFFFAOYSA-N tetrapotassium;silicate Chemical compound [K+].[K+].[K+].[K+].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] RLQWHDODQVOVKU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 235000011009 potassium phosphates Nutrition 0.000 claims abstract description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 54
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 12
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 11
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 11
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 8
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 2
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims description 2
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 claims description 2
- 229910018404 Al2 O3 Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 22
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 9
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 9
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 description 8
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 description 7
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910001854 alkali hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008044 alkali metal hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 235000010338 boric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical class F* 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 229920000592 inorganic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910001463 metal phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid;potassium Chemical compound [K].OP(O)(O)=O PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- LRXTYHSAJDENHV-UHFFFAOYSA-H zinc phosphate Chemical compound [Zn+2].[Zn+2].[Zn+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O LRXTYHSAJDENHV-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910000165 zinc phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Tekutá geopolymerní pryskyrice obsahuje hlavní složky SiO.sub.2.n., Al.sub.2.n.O.sub.3.n.a K.sub.2.n.O, dále fosforecnany nebo boritany. Lze ji uchovat pri teplote maximálne -18 .degree.C po dobu až šesti mesícu, kdy je použitelná pro výrobu vyztužených kompozitu objemove stálých pri teplotách od 250 do 900 .degree.C. Zpusob výroby tekuté geopolymerní pryskyrice spocívá v tom, že se pevná složka, obsahující kremicitan, s výhodou termální siliku o velikosti primárních cástic v rozmezí 0,1 až 5 µm, s obsahem 1 až 3 % hmotn. oxidu hlinitého, a dále kaolin, metakaolin, oxid hlinitý nebo hydroxid hlinitý, smíchá s kapalnou složkou, obsahující roztok hydroxidu draselného nebo draselné vodní sklo a dále kyselinu fosforecnou, fosforecnany draselné, kyselinu boritou nebo boritany. Tekutou geopolymerní pryskyrici lze použít k impregnaci vláken a následnému vytvrzení kompozitu pri teplote 50 až 115 .degree.C po dobu nejméne 30 minut, s výhodou pultruzní technologií.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká tekuté geopolymerní pryskyřice použitelné po dobu až šesti měsíců pro výrobu vyztužených kompozitů objemově stálých při teplotách od 250 do 900 °C,
Dosavadní stav techniky
Geopolymery neboli anorganické polymery a pojivá z nich vyráběná jsou alkalicky aktivované hlinitokřemičitany. Na rozdíl od pojiv na bázi portlandského cementu, u kterých tvrdnutí probíhá hydratací slínkových minerálů, vytvrzovaní geopolymemího pojivá probíhá polymerací. Ta zahrnuje částečné rozpouštění hlinitokřemičítanů, transport a orientaci rozpouštěných částic a jejich následnou polykondenzaci. Všechny tyto kroky probíhají ve velmi alkalickém prostředí, které je podmínkou pro rozpouštění hlinitokřemičitanů. Alkalické hydroxidy a soli též katalyzují uvedené polykondenzační reakce.
Způsob přípravy různých geopolymerů v zásadě spočívá v přípravě reaktivní směsi složené z křemičitého nebo hlinitokřemičitého prášku s vodným roztokem silně alkalického rozpustného silikátu. Hlinitokřemičitý prášek je v podstatě tvořen hlinitokřemičitými oxidy, jejichž molámí poměr hlavních složek je SiO2 : AI2O3 = 2 : 1 až 40 : 1. Vodný roztok silně alkalického silikátu obsahuje hlavní složky v molámím poměru M2O : S1O2 = 0,5 : 1 až 1 : 1, kde M2O je buď Na2O, K2O nebo jejich směs. Smícháním práškových hlinitokřemičitých oxidů s vodným roztokem alkalického silikátu vzniká reaktivní směs, která se používá jako pryskyřice pro impregnaci vláken pro přípravu vyztužených kompozitů nebo jako pojivo pro aglomeraci jiných typů plniv.
Určitou nevýhodou tohoto způsobu přípravy reaktivní pryskyřice pro impregnaci vláken, především pro strojovou impregnaci, je nutnost připravovat novou pryskyřici několikrát denně, neboť doba jejího použití je krátká, což působí komplikace při průmyslovém uplatnění geopolymerů. Řešením tohoto problému je příprava tekuté geopolymerní pryskyřice použitelné po delší dobu.
Tím se zabývá patentová přihláška WO 03/087008. V této patentové přihlášce je vymezen rozsah poměrů SiO2 : A12O3, M2O : SiO2 a M2O : A12O3, při kterých lze získat geopolymemí pryskyřici, kterou lze použit po dobu 4 až 8 týdnů od doby její přípravy, pokud je uchována ve zmraženém stavu při teplotě maximálně -10 °C, lepe -18 °C, přičemž čím je vyšší poměr SiO2 : A12O3, tím je kratší doba, po níž je ta geopolymemí pryskyřice použitelná. Pro tento účel lze použit geopolymemí pryskyřice připravené dle patentů EP 066571, EP 815064 a EP 518980 (pozn. není použit přídavek ZnO). Zásadní nevýhodou této pryskyřici je, jak je uvedeno v patentové přihlášce WO 03/087008, že nesmí obsahovat žádné tvrdidlo, urychlovač tuhnutí nebo síťovací prvek dle patentů EP 026687, EP 518980 a EP 518962, jako je například silikát vápenatý neboli mletá granulovaná vysokopecní struska, oxid zinku nebo solí fluoru, jelikož již při poklesu teploty na -18 °C vždy dojde k zatuhnutí pryskyřice, což znemožní její použití pro impregnaci vláken. Další nevýhodou této pryskyřice je, že pokud se po jejím rozmražení před impregnací vláken neaplikuje speciální tvrdidlo na bázi fosforečnanů, například fosforečnan hlinitý, železitý, mědnatý, zinečnatý nebo jejich směsi, dojde při zahřátí vytvrzeného kompozitu při teplotě cca 250 °C k jeho termální expanzi a tedy ke zhoršení mechanických vlastností. Takový kompozit navíc není stabilní ve vroucí vodě. Pro strojovou impregnaci vláken je další nevýhodou velmi krátká doba použití geopolymemí pryskyřice po přidání uvedených fosforečnanů.
Aplikace rozpustných fosforečnanů, např. kyseliny fosforečné a jejích draselných a sodných soli, nebo boritanů, např. kyseliny borité nebo perboratu sodného nebo draselného, pro přípravu geopolymemích směsí a geopolymemích vyztužených kompozitů, objemově stálých při vysokých teplotách, je již známá, např. US 6,966,945, US 6,969,422 a patentová přihláška WO 2005/019130. V žádném z těchto patentových spisů však není uvedeno, že připravenou geopolymemí pryskyřici lze uchovávat při teplotách nižších než -10 °C pro odloženou impregnaci vláken, což je nevýhodou všech těchto řešení. Navíc v patentové přihlášce WO 2005/019130 je použitý poměr SiO2 : A12O3 v geopolymemí směsi omezen na rozsah 3,5 : 1 až 6 : 1, který však není příliš vhodný pro výrobu geopolymemích kompozitů vyztužených vlákny.
Výše uvedené nevýhody alespoň z části odstraňuje tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů a způsob její výroby podle vynálezu.
Podstata vynálezu
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující hlavní složky v molámích poměrech S1O2 : AI2O3 = 7,7 až 63 : 1, K2O : S1O2 = 0,08 až 0,20 : 1, K2O : AI2O3 = 1 až 9,1 : 1 a H2O : K2O = 8,3 až 60 : 1, charakterizovaná tím, že obsahuje nejméně jedno aditivum z výčtu, obsahujícího fosforečnany a boritany, přičemž ji lze uchovat při teplotě maximálně -18 °C po dobu až šesti měsíců, kdy je použitelná pro výrobu vyztužených kompozitů objemově stalých při teplotách od 250 do 900 °C.
Výhodná tekutá geopolymemí pryskyřice, charakterizovaná tím, že obsahuje fosforečnan v množství odpovídajícím molámím poměrům SiO2 : P2Os = 23,2 až 217 : 1, P2O5 : AI2O3 = 0,07 až 0,87 : 1 a K2O : P2O5 = 3,1 až 25,5 : 1 a je vhodná k uchování při teplotě maximálně -18 °C po dobu až Šesti měsíců.
Další výhodná tekutá geopolymemí pryskyřice, charakterizovaná tím, že obsahuje boritan v množství odpovídajícím molámím poměrům SiO2 : B2Oa = 12,lažlll:la K2O : B2O3 — 1,6 až 15,2 : 1 a je vhodná k uchování při teplotě maximálně -18 °C po dobu až čtyř měsíců.
Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů, charakterizovaný tím, že se pevná složka, obsahující alespoň jeden křemičitan s obsahem 1 až 3 % hmotn. oxidu hlinitého a nejméně jednu další surovinu z výčtu, obsahujícího kaolin, metakaolin, oxid hlinitý a hydroxid hlinitý, smíchá s kapalnou složkou, obsahující alespoň jeden alkalický roztok z výčtu, obsahujícího roztok hydroxidu draselného a draselné vodní sklo, a alespoň jedno aditivum z výčtu, obsahujícího fosforečnany a boritany.
Výhodný způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice, charakterizovaný tím, že křemičitanem je thermální silika o velikosti primárních částic v rozmezí 0,1 až 5 pm.
Další výhodný způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice, charakterizovaný tím, že aditivem je alespoň jedna látka z výčtu, obsahujícího kyselinu fosforečnou, fosforečnany draselné a kyselinu boritou.
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice k impregnaci alespoň jednoho druhu výztužných vláken z výčtu, obsahujícího nekonečná vlákna, tkané textilie, netkané textilie a sekaná vlákna, a následnému vytvrzení kompozitu při teplotě 50 až 115 °C po dobu nejméně 30 minut.
Výhodné použití tekuté geopolymemí pryskyřice k impregnaci vláken a vytvrzení kompozitu pultruzní technologií.
Prokázalo se, že přidáním alespoň jednoho aditiva z výčtu, obsahujícího fosforečnany a boritany, lze získat geopolymemí tekuté pryskyřice vhodné k uchování při teplotě maximálně -18 °C po dobu až šesti měsíců v případě přidání fosforečnanu a až čtyř měsíců v případě přidání boritanu. Oproti geopolymemím pryskyřicím neobsahujícím tato aditiva je doba použitelnosti geopolymemí tekuté pryskyřice podle vynálezu při uchování při teplotě maximálně -18 °C až dvakrát delší, přičemž se obzvláště prodlužuje doba použitelnosti geopolymemí tekuté pryskyřice s vysokým poměrem S1O2 : AI2O3.
Dále se prokázalo, že je doba zpracovatelnosti tekuté geopolymemí pryskyřice po rozmražení činí 2 až 6 hodin při teplotě 20 °C, což je dostatečná doba pro strojovou impregnaci vláken, například pro výrobu kompozitu pultruzní technologií. Tuto dobu lze dodatečně prodloužit chlazením pryskyřice. Doba úplného zatuhnutí pryskyřice, tedy doba potřebná k výrobě kompozitu, se při teplotách do 115 °C zkracuje na 30 minut.
Výsledné kompozity vyztužené vlákny jsou objemově stabilní při teplotách v rozmezí od 250 do 900 °C, přičemž objemová stabilita kompozitů je závislá na množství použitého aditiva v pryskyřici. V případě použití fosforečnanů jako aditiva jsou objemově stabilní do teploty 900 °C jak kompozity se skleněnými a čedičovými vlákny, tak i kompozity s uhlíkovými vlákny (pozn. zahřívám v redukční atmosféře). V případě boritanu jsou kompozity se skleněnými a čedičovými vlákny objemově stabilní do teploty 400 °C a kompozity s uhlíkovými vlákny do teploty 900 °C (pozn. zahřívání v redukční atmosféře). Je tak patrná zásadní výhoda tekutých geopolymemích pryskyřic podle vynálezu, které již obsahují aditivum neboli síťovací prvek zabraňující expanzi při vysokých teplotách oproti stávajícím pryskyřicím, kde je zapotřebí dodatečně použít speciální aditivum na bázi kovových fosforečnanů.
Výhodnou hlavní surovinou pro výrobu tekuté geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů je thermální silika s obsahem 1 až 3 % hmotn. oxidu hlinitého o velikosti sférických primárních částic v rozmezí 0,1 až 5 pm získaná vysokoteplotním zpracováním minerálu zirkon. Zásadní výhodou této suroviny je velmi vysoký obsah pevné složky v tekuté geopolymemí pryskyřici z ní připravené a současně nízká viskozita, což je výhodné pro impregnaci vláken. Obdobný typ suroviny vzniká při výrobě ferrosilikonu, jenž však obsahuje výrazně nižší podíl oxidu hlinitého a také kovový křemík, který reaguje s alkáliemi kapalné složky za vzniku vodíku, což je nevýhodou pro výrobu vyztužených kompozitů. Další surovinou pro výrobu tekuté geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů může být upravená přírodní surovina s obsahem 1 až 3 % hmotn. oxidu hlinitého prodávaná pod obchodním názvem Mikrosilex. Její určitou nevýhodou je však nepravidelný tvar a velikost částic, což vyžaduje obvykle větší obsah vody pro dosažení srovnatelné hodnoty viskozity tekuté geopolymemí pryskyřice.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : A12O3 = 20,1 : 1, K2O : SiO2 = 0,18 : 1, K2O : A12O3 = 3,7 : 1, H2O : K2O = 9,1 : 1, SiO2: P2O5 = 34,8 : 1, P2O5: A12O3 = 0,58 :1 a K2O : P2O5 = 6,3 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor smícháním 53 g 49% hmotn. roztoku KOH, 8,3 g 85% hmotn. kyseliny ortofosforeČné a 8,3 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 69,6 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 75 g thermální siliky (93,2 % hmotn. SiO2 a 2,8 % hmotn. A12O3) a 12,5 g kaolinu KKAF (50,74 % hmotn. SiO2 a 34,35 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává při těchto podmínkách použitelná pro impregnaci vláken nejméně čtyři měsíce.
Příklad 2
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : A12O3 = 20,1 : 1, K2O : SiO2 = 0,18 : 1, K2O : A12O3 = 3,7 : 1, H2O : K2O = 9,1 : 1, SiO2 : P2O5 = 23,2 : 1, P2O5: A12O3 = 0,87 : 1 a K2O : P2O5 = 4,2 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor smícháním 53 g 49% hmotn. roztoku KOH, 12,5 g 85% hmotn. kyseliny ortofosforečně a 12,5 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 78 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 75 g thermální siliky (93,2 % hmotn. SiO2 a 2,8 % hmotn. Al203) a 12,5 g kaolinu KKAF (50,74 % hmotn. SiO2 a 34,35 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává při těchto podmínkách použitelná pro impregnaci vláken nejméně šest měsíců.
Příklad 3
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : A12O3 = 53,4 : 1, K2O : SiO2 = 0,13 : 1, K2O : A12O3 = 7 : 1, H2O : K2O = 10,4 : 1, SiO2: P2O5 = 35 : 1, P2O5: A12O3 = 0,56 : 1 aK2O : P2O5 = 4,2 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor smícháním 70,5 g 49% hmotn. roztoku KOH, 16,8 g 85% hmotn. kyseliny ortofosforečně a 16,8 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 104,1 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává 150 g thermální siliky (93,8 % hmotn. SiO2 a 3,0 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává při těchto podmínkách použitelná pro impregnaci vláken nejméně čtyři měsíce.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví dle předchozího postupu, avšak místo thermální siliky se použije její směs s jednou z následujících surovin: kaolin, metakaolin, oxid hlinitý a hydroxid hlinitý. Poměr surovina : thermální silika a molámí poměry oxidů v těchto pryskyřicích jsou uvedeny v následující tabulce.
| příklad | surovina | surovina: th. silika | S1O2: A12O3 | K2O : S1O2 | K2O: A12O3 | SiO2: P2O5 | P2O5: AI2O3 | K2O: p2o5 |
| 3a | Kaolin KKAF | 0,17: 1 | 19,5 : 1 | 0,12 : 1 | 2,4 : 1 | 35,0 : 1 | 0,56 : 1 | 4,2 : 1 |
| 3b | Metakaolin Mefisto L05 | 0,13 : 1 | 19,8: 1 | 0,12 : 1 | 2,4: 1 | 34,4 : 1 | 0,58 : 1 | 4,2 : 1 |
| 3c | Oxid hlinitý PFR | 0,06 : 1 | 18,7: 1 | 0,13 : 1 | 2,6 : 1 | 31,9 : 1 | 0,61 : 1 | 4,2 : 1 |
| 3d | Hydroxid hlinitý Matrinal OL 107 | 0,09: 1 | 19,3 : 1 | 0,13 : 1 | 2,5 : 1 | 31,9: 1 | 0,59 : 1 | 4,2 : 1 |
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů podle příkladů 3a, 3b, 3c a 3d zůstává při teplotě -18 °C použitelná pro impregnaci vláken po dobu 2 až 4 měsíce.
Příklad 4
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : A12O3 = 21 : 1, K2O : SiO2 = 0,18 : 1, K2O : A12O3 = 2,6 : 1, H2O : K2O = 10,7 : 1, SiO2 : P2O5 = 38,6 : 1, P2O5: A12O3 = 0,53 : 1 a K2O : P2O5 = 4,8 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor smícháním 35,2 g 49% hmotn. roztoku KOH, 53,6 g draselného vodního skla s molámím poměrem SiO2 : K2O =1:1 (20,0 % hmotn. S1O2 a 31,3 % hmotn. K2O), 15,8 g 85% hmotn. kyseliny ortofosforečně a 15,8 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 120,4 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 150 g thermální siliky (93,8 % hmotn. S1O2 a 3,0 % hmotn. AI2O3) a 25,5 g kaolinu KKAF (50,74 % hmotn. S1O2 a 34,35 % hmotn. AI2O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává použitelná pro impregnaci vláken nejméně jeden měsíc.
Příklad 5
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : AI2O3 = 53,4 : 1, K2O : SiO2 = 0,11 : 1, K2O : A12O3 = 5,9 : 1, H2O : K2O = 8,6 : 1, SiO2 : P2O5 = 38,2 : 1, P2O5: A12O3 = 1,4 : 1 a K2O : P2O5 = 4,2 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor rozpuštěním 8,3 g dihydrogenfosforečnanu draselného ve 29,4 g 39,7% hmotn. roztoku KOH. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává 75 g thermální siliky (93,8 % hmotn. S1O2 a 3,0 % hmotn. AI2O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává použitelná pro impregnaci vláken nejméně tři týdny.
Příklad 6
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující boritan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : A12O3 = 22,6 : 1, K2O : SÍO2 = 0,14 : 1, K2O : A12O3 = 3,1 : 1, H2O : K2O = 9,2 : 1, SiO2: B2O3 = 37,4 : 1 a K2O : B2O3 = 5,1 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor rozpuštěním 6,4 g kyseliny borité v 83,6 g draselného vodního skla smolámím poměrem SiO2 : K2O = 1:1 (19 % hmotn. SiO2 a 29,8 % hmotn. K2O). Aktivátor se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 90 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 100 g thermální siliky (93,8 % hmotn. SiO2 a 3,0 % hmotn. A12O3) a 14 g metakaolinu Mefisto L03 (54,5 % hmotn. SiO2 a 41,3 % hmotn. AI2O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává použitelná pro impregnaci vláken nejméně čtyři měsíce.
Příklad 7
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a boritan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2: A12O3 = 14,8 : 1, K2O : SiO2 = 0,18 : 1, K2O : A12O3 = 1,7 : 1, H2O : K2O = 10,7 : 1, SiO2: P2O5 = 217,2 : 1, P2O5: A12O3 = 0,07 : 1, K2O : P2O5 = 25,5 : 1, SÍO2 : B2O3 = 107,4 : 1 aK2O : B2O3 = 12,6 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor rozpuštěním 2 g kyseliny borité ve 47 g 49% hmotn. roztoku KOH, přidáním 1,8 g 85% hmotn. kyseliny ortofosforečně a 7,5 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 58,3 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 100 g thermální siliky (93,2 % hmotn. SiO2 a 2,8 % hmotn. AI2O3) a 21,4 g metakaolinu Mefisto L03 (54,5 % hmotn. SiO2 a 41,3 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává použitelná pro impregnaci vláken nejméně tři týdny.
Příklad 8
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující boritan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : AI2O3 = 56,3 : 1, K2O : SiO2 = 0,13 : 1, K2O : A12O3 = 7,5 : 1, H2O : K2O = 11,7 : 1, SiO2: B2O3 = 12,1 : 1 a K2O : B2O3 = 1,6 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor rozpuštěním 11,8 g kyseliny borité ve 47,4 g 35,6% hmotn. roztoku hydroxidu draselného. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 59,2 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává 75 g thermální siliky (93,2 % hmotn. SiO2 a 2,8 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává použitelná pro impregnaci vláken nejméně dva měsíce.
Příklad 9
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : A12O3 = 18,7 : 1, K2O : SiO2 = 0,13 : 1, K2O : A12O3 = 2,4 : 1, H2O : K2O = 10,4 : 1, SiO2: P2O5 = 32,8 : 1, P2O5: A12O3 = 0,57 : 1 a K2O : P2O5 = 4,2 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor smícháním 53 g 49% hmotn. roztoku KOH, 12,5 g 85% hmotn. kyseliny ortofosforečně a 12,5 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 78 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 75 g suroviny Mikrosilex (87,6 % hmotn. SiO2 a 2,8 % hmotn. Al203) a 12,5 g kaolinu KKAF (50,74 % hmotn. SiO2 a 34,35 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává použitelná pro impregnaci vláken nejméně jeden měsíc.
Příklad 10
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice k impregnaci nekonečných uhlíkových vláken a následnému vytvrzení objemově stálých vyztužených kompozitů.
Nekonečná uhlíková vlákna, neboli roving, typu Toho Tenax HTA 800 tex se impregnují tekutou geopolymemí pryskyřicí dle příkladů 1 a 6 po jednom měsíci uchování při teplotě -18°C pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů v laboratorním smáčecím zařízení. Kompozit se sestaví z 12 kusů rovingu o délce 10 cm. Zrání probíhá nejprve při teplotě 20 °C po dobu 1 hodiny a poté při teplotě 85 °C po dobu 5 hodin za tlaku vzduchu cca 5 kPa. Poté jsou vzorky kompozitu sušeny po dobu 5 hodin při teplotě 85 °C. Velikost vzorků kompozitů je 100 x 5 x 5 mm.
První uhlíkový kompozit o obsahu vláken 50 % hmotn. připravený s použitím tekuté geopolymemí pryskyřice dle příkladu 1 měl pevnost v tahu za ohybu 416 MPa a modul pružnosti 97 GPa. Druhý uhlíkový kompozit o obsahu vláken 35 % hmotn. připravený s použitím tekuté geopolymemí pryskyřice dle příkladu 6 měl pevnost v tahu za ohybu 524 MPa a modul pružnosti 90 GPa.
Po zahřívání těchto dvou uhlíkových kompozitů v atmosféře dusíku na teplotu 900 °C po dobu 3 hodin měl první uhlíkový kompozit pevnost v tahu za ohybu 438 MPa a modul pružnosti 89 GPa, přičemž u něj došlo k objemové expanzi maximálně o 5 %. Druhý uhlíkový kompozit měl pevnost v tahu za ohybu 508 MPa a modul pružnosti 82 GPa, přičemž u něj došlo k objemové expanzi maximálně o 12 %. Pevnost v tahu za ohybu a modul pružnosti byly ve všech uvedených případech měřeny při vzdálenosti podpěr 76 mm.
Příklad 11
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice k impregnaci čedičových uhlíkových vláken a následnému vytvrzení objemově stálých vyztužených kompozitů.
Nekonečná čedičová vlákna, neboli roving, typu Basaltex 2520 tex jsou impregnována tekutou geopolymemí pryskyřicí dle příkladů 3a, 6 a 7 po dvou týdnech uchovaní při teplotě -18 °C v laboratorním smáčecím zařízení. Kompozit se sestaví z 10 kusů rovingu o délce 10 cm. Zrání probíhá nejprve při teplotě 20 °C po dobu 1 hodiny a poté při teplotě 85 °C po dobu 5 hodin za tlaku vzduchu cca 5 kPa. Poté jsou vzorky kompozitu sušeny po dobu 5 hodin při teplotě 85 °C. Velikost vzorků kompozitů je 100 x 5 x 5 mm.
První čedičový kompozit o obsahu vláken 63 % hmotn. připravený s použitím tekuté geopolymemí pryskyřice dle příkladu 3a měl pevnost v tahu za ohybu 324 MPa a modul pružnosti 47 GPa. Druhý čedičový kompozit o obsahu vláken 60 % hmotn. připravený s použitím tekuté geopolymemí pryskyřice dle příkladu 6 měl pevnost v tahu za ohybu 261 MPa a modul pružnosti 39 GPa. Třetí čedičový kompozit o obsahu vláken 52 % hmotn. připravený s použitím tekuté geopolymemí pryskyřice dle příkladu 7 měl pevnost v tahu za ohybu 369 MPa a modul pružnosti 37 GPa.
Po zahřívání těchto tří čedičových kompozitů na teplotu 400 °C po dobu 3 hodin měl první čedičový kompozit pevnost v tahu za ohybu 206 MPa a modul pružnosti 45 GPa, přičemž u něj došlo k objemovému smrštění maximálně o 1,7 %. Druhý čedičový kompozit měl pevnost v tahu za ohybu 129 MPa a modul pružnosti 36 GPa, přičemž u něj došlo k objemové expanzi maximálně o 3 %. Třetí čedičový kompozit měl pevnost v tahu za ohybu 137 MPa a modul pružnosti 33 GPa, přičemž u něj došlo k objemové expanzi maximálně o 1,5 %.
Pevnost v tahu za ohybu a modul pružnosti byly ve všech uvedených případech měřeny při vzdálenosti podpěr 76 mm.
Po zahřívání na teplotu 700 °C po dobu 3 hodin měl první čedičový kompozitu pevnost v tahu za ohybu 55 MPa a modul pružnosti 48 GPa, přičemž došlo k objemovému smrštění kompozitu maximálně o 1,6 %. Pokles pevnosti kompozitu po zahřátí na 700 °C je spojen s degradaci čedičových vláken.
Příklad 12
Použití tekuté geopolymerní pryskyřice k impregnaci čedičové tkaniny a následnému vytvrzení objemově stálých vyztužených kompozitů.
Čedičová tkanina typu atlas (220 g/m2) je ručně impregnována tekutou geopolymerní pryskyřicí dle příkladu 3 a po 1 měsíci uchování při teplotě -18°C s použitím válečku. Kompozit je připraven z 12 vrstev impregnované tkaniny. Zrání probíhá nejprve při teplotě 20 °C po dobu 1 hodiny a poté při teplotě 85 °C po dobu 5 hodin za tlaku vzduchu cca 5 kPa. Poté se vzorek kompozitu ve formě plata o velikosti cca 120 x 120 x 2 mm suší po dobu 5 hodin při teplotě 85 °C.
Příklad 13
Použití tekuté geopolymerní pryskyřice k impregnaci krátké čedičových vláken ve formě vlny a následnému vytvrzení objemově stálých vyztužených kompozitů.
Krátká čedičová vlna je impregnována tekutou geopolymerní pryskyřicí dle příkladu 3, ředěnou v poměru hmotnostních dílů pryskyřice : voda =1:1, výsledný poměr H2O : K2O = 59,5 : 1. Impregnace probíhá za tlaku vzduchu cca 5 KPa a přebytek tekuté geopolymerní pryskyřice je následně odsát. Impregnovaná vlákna ve tvaru kelímku jsou následně sušena v sušárně při teplotě 85 °C po dobu 5 hodin. Obsah vláken po sušení je 50 %. Při kalcinaci výrobku při teplotě 1000 °C dochází k jeho smrštění cca o 15 %, především z důvodu roztavení vláken. Tento druh výrobku lze využit pro tepelnou izolaci.
Příklad 14
Použití tekuté geopolymerní pryskyřice k impregnaci svazků čedičových vláken a následnému vytvrzení objemově stálých vyztužených kompozitů pultruzní technologií.
Čtyři svazky čedičových vláken 4800 tex jsou kontinuálně impregnovány v lázni s tekutou geopolymerní pryskyřicí dle příkladu 3a a následně jsou protahovány rychlosti 10 cm/min nerezovou trubkou o vnitřním průměru 5 mm o délce 80 cm při teplotě 95 °C. Celková délka vyhřívaného prostoru je 3 m, doba zdržení neboli doba tuhnutí kompozitu je 30 minut. Pevnost v tahu za ohybu kompozitní tyčky o obsahu vláken 60 % hmotn. o průměru 5 mm při vzdálenosti podpěr 100 mm je 346 MPa a modul pružnosti je 46 GPa.
Průmyslová využitelnost
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu vyztužených kompozitů je průmyslově použitelná pro kompozity objemově stálé při vysokých teplotách.
., ·. *** ·· * ·· /33
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (8)
- PATENTOVÉ NÁROKY1 . Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující hlavní složky v molámích poměrech SiO2 : A12O3 = 7,7 až 63 : 1, K2O : SiO2 = 0,08 až 0,20 : 1, K2O : A12O3 = 1 až 9,1 : 1 a H2O : K2O = 8,3 až 60 : 1, vyznačující se tím, že obsahuje nejméně jedno aditivum z výčtu, obsahujícího fosforečnany a boritany, přičemž ji lze uchovat při teplotě maximálně -18 °C po dobu až šesti měsíců, kdy je použitelná pro výrobu vyztužených kompozitů objemově stalých při teplotách od 250 do 900 °C.
- 2 Tekutá geopolymemí pryskyřice podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje fosforečnan v množství odpovídajícím molámím poměrům SiO2 : P2Os = 23,2 až 217 : 1, P2O5 : AI2O3 = 0,07 až 0,87 : 1 a K2O : P2O5 = 3,1 až 25,5 : 1 a je vhodná k uchování při teplotě maximálně -18 °C po dobu až šesti měsíců.
- 3 Tekutá geopolymemí pryskyřice podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obsahuje boritan v množství odpovídajícím molámím poměrům S1O2: B2O3 = 12,lažlll:l a K2O : B2O3 = 1,6 až 15,2 :1 a je vhodná k uchování při teplotě maximálně -18 °C po dobu až čtyř měsíců.
- 4 Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se tím, že se pevná složka, obsahující alespoň jeden křemičitan s obsahem 1 až 3 % hmotn. oxidu hlinitého a nejméně jednu další surovinu z výčtu, obsahujícího kaolin, metakaolin, oxid hlinitý a hydroxid hlinitý, smíchá s kapalnou složkou, obsahující alespoň jeden alkalický roztok z výčtu, obsahujícího roztok hydroxidu draselného a draselné vodní sklo, a alespoň jedno aditivum z výčtu, obsahující fosforečnany a boritany.
- 5 Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice podle nároku 4, vyznačující se tím, že křemičitanem je thermální silika o velikosti primárních částic v rozmezí 0,1 až 5 pm.
- 6 Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice dle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že aditivem je alespoň jedna látka z výčtu, obsahujícího kyselinu fosforečnou, fosforečnany draselné a kyselinu boritou.16 ...........
- 7 Použití tekuté geopolymerní pryskyřice podle nároku 1 nebo 2 nebo 3 k impregnaci alespoň jednoho druhu výztužných vláken z výčtu, obsahujícího nekonečná vlákna, tkané textilie, netkané textilie a sekaná vlákna, a následnému vytvrzení kompozitu při teplotě 50 až 115 °C po dobu nejméně 30 minut.
- 8 Použití tekuté geopolymerní pryskyřice podle nároku 7 k impregnaci vláken a vytvrzení kompozitu pultruzní technologií.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2009-733A CZ305657B6 (cs) | 2009-11-05 | 2009-11-05 | Tekutá geopolymerní pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů a způsob její výroby |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2009-733A CZ305657B6 (cs) | 2009-11-05 | 2009-11-05 | Tekutá geopolymerní pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů a způsob její výroby |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2009733A3 true CZ2009733A3 (cs) | 2011-05-18 |
| CZ305657B6 CZ305657B6 (cs) | 2016-01-27 |
Family
ID=43989597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2009-733A CZ305657B6 (cs) | 2009-11-05 | 2009-11-05 | Tekutá geopolymerní pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů a způsob její výroby |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ305657B6 (cs) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ302989B6 (cs) * | 2010-12-09 | 2012-02-08 | Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s. | Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby |
| CZ309179B6 (cs) * | 2019-02-28 | 2022-04-20 | ORLEN UniCRE a.s. | Předimpregnovaná vlákenná výztuž a způsob její výroby |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6969422B2 (en) * | 2000-09-20 | 2005-11-29 | Goodrich Corporation | Inorganic matrix composition and composites incorporating the matrix composition |
| DE10217053A1 (de) * | 2002-04-17 | 2003-11-06 | Polysius Ag | Verfahren und Anlage zur thermischen Behandlung von Rohmehl bei der Zementklinkerherstellung |
| NZ527772A (en) * | 2003-08-22 | 2005-10-28 | Ind Res Ltd | Alkali activated fly ash based geopolymer cements and methods for their production |
| CZ300134B6 (cs) * | 2007-02-14 | 2009-02-18 | Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s. | Dvousložkové geopolymerní pojivo a zpusob jeho výroby |
-
2009
- 2009-11-05 CZ CZ2009-733A patent/CZ305657B6/cs not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ302989B6 (cs) * | 2010-12-09 | 2012-02-08 | Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s. | Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby |
| CZ309179B6 (cs) * | 2019-02-28 | 2022-04-20 | ORLEN UniCRE a.s. | Předimpregnovaná vlákenná výztuž a způsob její výroby |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ305657B6 (cs) | 2016-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5798307A (en) | Alkaline alumino-silicate geopolymeric matrix for composite materials with fiber reinforcement and method for obtaining same | |
| US7094285B2 (en) | Inorganic matrix compositions, composites incorporating the matrix, and process of making the same | |
| US6986859B2 (en) | Inorganic matrix compositions and composites incorporating the matrix composition | |
| Bernal et al. | Performance of refractory aluminosilicate particle/fiber-reinforced geopolymer composites | |
| US6899837B2 (en) | Inorganic matrix compositions, composites and process of making the same | |
| US6103007A (en) | Inorganic resin compositions, their preparation and use thereof | |
| US7732358B2 (en) | Inorganic matrix compositions and composites incorporating the matrix composition | |
| AU2001292841A1 (en) | Inorganic matrix compositions, composites and process of making the same | |
| CN107498941B (zh) | 碳纤维增强复合材料、制备方法及用途 | |
| Trindade et al. | Mechanical behavior of K‐geopolymers reinforced with silane‐coated basalt fibers | |
| Yu et al. | Mechanical properties and in situ fracture behavior of SiO2f/phosphate geopolymer composites | |
| CZ2009733A3 (cs) | Tekutá geopolymerní pryskyrice pro výrobu objemove stálých vyztužených kompozitu a zpusob její výroby | |
| Chadha et al. | Amorphous self‐glazed, chopped basalt fiber reinforced, geopolymer‐based composites | |
| US11299425B2 (en) | Composite material comprising a fibrous reinforcement and a poly(phospho-sialate) geopolymer matrix and associated manufacturing method | |
| CZ32160U1 (cs) | Prášková geopolymerní pryskyřice pro výrobu vyztužených kompozitů | |
| CZ32124U1 (cs) | Prášková geopolymerní pryskyřice plněná nanovlákny | |
| CZ2010913A3 (cs) | Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby | |
| CZ34880U1 (cs) | Geopolymerní hmota pro třískové obrábění | |
| Sotya Astutiningsih et al. | Effect of heat exposure on the flexural strength of reinforced carbon and glass fibers geopolymer matrix composites | |
| Jin et al. | Compressive strength and SEM observations of geopolymers reinforced by carbon fibers, polyacrylonitrile fibers and cellulose fibers | |
| Munir et al. | A comparative study of different inorganic pastes for the development of fiber reinforced inorganic polymer (FRIP) strengthening technology | |
| Jones et al. | An Evaluation of the use of Finely Ground E–Glass Fiber as a Pozzolan in GFRC Composites. | |
| EP1772439A2 (en) | Inorganic matrix compositions and composites incorporating the matrix compsition | |
| JP2000500427A (ja) | 無機樹脂組成物、その製造方法及びその使用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20151105 |