CZ308390B6 - Kompozit s velkou akumulací tepla - Google Patents
Kompozit s velkou akumulací tepla Download PDFInfo
- Publication number
- CZ308390B6 CZ308390B6 CZ2019-602A CZ2019602A CZ308390B6 CZ 308390 B6 CZ308390 B6 CZ 308390B6 CZ 2019602 A CZ2019602 A CZ 2019602A CZ 308390 B6 CZ308390 B6 CZ 308390B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- composite
- geopolymer
- weight
- group
- chips
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 claims abstract description 42
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 20
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims abstract description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims abstract description 7
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010974 bronze Substances 0.000 claims abstract description 4
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 7
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 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 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims description 5
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims description 5
- RLQWHDODQVOVKU-UHFFFAOYSA-N tetrapotassium;silicate Chemical compound [K+].[K+].[K+].[K+].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] RLQWHDODQVOVKU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 4
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 abstract description 7
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010814 metallic waste Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 27
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 3
- 235000014380 magnesium carbonate Nutrition 0.000 description 3
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 2
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000003923 scrap metal Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910018516 Al—O Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 description 1
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000011232 storage material Substances 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
- C04B14/48—Metal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/24—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
- C04B28/26—Silicates of the alkali metals
-
- 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
-
- 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
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Kompozit s velkou akumulací tepla na bázi geopolymeru a kovu obsahuje geopolymer jako pojivo, plnivo z kovových částic a případně další plniva. Geopolymer obsahuje alespoň alkalický aktivátor, zejména draselné a/nebo sodné vodní sklo, a surovinu obsahující metakaolinit. Může obsahovat také vápenatou surovinu. Kompozit s velkou akumulací tepla obsahuje 10 až 85 % hmotn. geopolymeru a 15 až 90 % hmotn. kovových částic jako plniva, zejména kovový odpad po třískovém obrábění kovů, trhané třísky, tvářené elementární třísky či vytrhávané elementární třísky z litiny, oceli, mědi, mosazi, bronzu, případně jakýkoliv kovový granulát, broky, drť či prach. Dalšími plnivy mohou být křemičitý písek, mletý šamot a mletý korund.
Description
Kompozit s velkou akumulací tepla
Oblast techniky
Vynález se týká kompozitu s velkou akumulací tepla na bázi geopolymeru a kovu, který kombinuje výhody geopolymeru a kovu, je teplotně odolný do vysokých teplot a jeho výroba probíhá za pokojové teploty.
Dosavadní stav techniky
V tepelné technice, např. v krbové technice, je v poslední době cílem maximální využití tepla, tedy i tepla, které dle dosavadního stavu techniky často odchází v horkých spalinách do komína. Využívá se k tomu akumulace tepla do vhodného akumulačního média a jeho následného pozvolného uvolňování do vytápěných prostor (např. akumulační krby). K tomu se využívají například tzv. akumulační prstence, které jsou umístěny přímo na krbové vložce. Z důvodu maximálního využívání teplaje snaha o vývoj teplotně odolných materiálů s různou schopností akumulace tepla, které jsou díky svým specifickým fýzikálním parametrům schopny pojmout různá množství tepla.
Dosavadní materiály akumulující teplo pro tepelnou techniku se zakládají především na keramických šamotových materiálech, žáruvzdorných hlinitanových cementech a litinách. Jejich schopnost akumulovat teplo je dána vlastnostmi použitého materiálu. Za účelem zlepšení akumulace tepla se používají například směsi na základě magnetitu, magnezitu, mastku či karbidu křemíku. Akumulační prstence se pak vyrábějí nejčastěji z hmot na bázi magnetitu, který má vysokou měrnou tepelnou kapacitu.
Materiál dobře akumulující teplo musí přijmout co největší množství tepla, které pak s určitým prodlením zase uvolní do okolí. Množství tepla, které je materiál schopen pojmout, závisí především na jeho měrné tepelné kapacitě, která je ovlivněna objemovou hmotností materiálu. Jak rychle se přijímané teplo bude akumulovat a následně uvolňovat do okolí, určuje tepelná a teplotní vodivost. Veličinou vyjadřující schopnost materiálu přijímat teplo je tepelná jímavost b, která je součinem měrné tepelné kapacity materiálu, jeho objemové hmotnosti a součinitele tepelné vodivosti.
Keramické materiály vynikají vysokou měrnou tepelnou kapacitou a nižším součinitelem tepelné vodivosti. Kovy naopak vynikají vysokým součinitelem tepelné vodivosti a nižší měrnou tepelnou kapacitou. Proto jsou kompozity na bázi keramiky a kovu jako materiály dobře akumulující teplo pro použití v tepelné technice velmi výhodné.
Kompozitní materiál je materiál ze dvou nebo více složek s rozdílnými vlastnostmi, které dohromady dávají výslednému výrobku vlastnosti, které nemá sama o sobě žádná z jeho součástí. Kompozitní materiály nebo zkráceně kompozity se skládají z matrice nazývané také pojivo a z výztuže nazývané plnivo. Výztuž je nespojitá složka kompozitu, která je tvrdší, tužší a podstatně pevnější nežli matrice. Matrice je spojitá složka kompozitu, která propojuje výztuž. Matrice chrání výztuž před vnějšími vlivy a brání jejímu poškození.
Geopolymemí materiály nebo též geopolymery se řadí mezi keramické materiály. Patří mezi hlinitokřemičitany. Jejich výhodou oproti tradičním keramickým materiálům je jejich příprava za pokojové teploty a velmi nízká smrštivost při zrání. Geopolymery vynikají svojí odolností vůči teplotám vyšším než 1100 °C a chemickou odolností. Geopolymery obvykle sestávají z geopolymemího pojivá tvořícího matrici a z plniva, které má vyztužující funkci. Geopolymemí pojivá jsou alkalicky aktivované hlinitokřemičitany. Na rozdíl od pojiv na bázi portlandského
- 1 CZ 308390 B6 cementu, u kterých tvrdnutí probíhá hydrataci slínkových minerálů, probíhá vytvrzovaní geopolymemího pojivá polymerací. Ta zahrnuje částečné rozpouštění hlinitokřemičitanů, transport a orientaci rozpouštěných částic a jejich následnou polykondenzaci, při níž se formují vazby Si-O-Al-O. Všechny tyto kroky probíhají ve vysoce alkalickém prostředí, které je podmínkou pro rozpouštění hlinitokřemičitanů.
Rozpustnost hlinitokřemičitanů je tedy důležitým faktorem polymerace. Lze ji zvýšit zahřátím hlinitokřemičitanů, např. kaolinu, na teplotu 600 až 900 °C. Uvedená tepelná úprava způsobuje amortizaci původní krystalické struktury, např. kaolinitu, a tím zvýšení reaktivity hlinitokřemičitanů. Následná polymerace vede ke vzniku úplně nové amorfní nebo semikrystalické fáze.
Plniva ve spojení s geopolymemím pojivém dávají výslednému kompozitu zpravidla tuhost a pevnost. Běžně se jako plniva pro geopolymery používá písek, mletý šamot a různá kameniva.
Do struktury geopolymerů však lze zakomponovat široké spektrum dalších materiálů, které se pak velmi významně podílejí nejen na jejich výsledných mechanických vlastnostech, ale také termodynamických vlastnostech.
Při třískovém obrábění kovů vzniká velké množství odpadního kovového materiálu. V závislosti na obráběném materiálu a řezných podmínkách vzniká buď trhaná, nebo tvářená tříska, která pak může být plynulá, stupňovitá nebo elementární. Kovové třísky se řadí mezi odpadní materiál, který lze nejčastěji využít při výrobě kovové taveniny. Mezi kovový odpadní materiál se řadí i kovové částice po tryskání broky.
Užitný vzor CZ 29260 popisuje tepelně akumulační desky pro zásobníky tepla, ve kterých se využívá materiálů s fázovou přeměnou. Takové materiály jsou vhodné pro akumulaci tepla například ze solárního vzduchového nebo kapalinového kolektoru. Nevýhodou je, že tyto materiály nejsou použitelné pro tepelnou techniku v oblasti krbové techniky.
Užitný vzor CZ 025908 popisuje tepelně vodivou hmotu na bázi geopolymerů, která má zvýšenou tepelnou vodivost přídavkem grafitu. Nevýhodou je, že tato hmota není vhodná pro použití při vyšších teplotách pro „vyhoření“ grafitu z hmoty.
Patent CZ EP 2281022 se věnuje tepelně vodivé polymemí hmotě, která dosahuje tepelné vodivosti do 1,2 W/m. Nevýhodou je, že tato hmota je na bázi akrylátu a není tudíž vhodná pro použití při vysokých teplotách.
Užitný vzor CZ 28883 popisuje konstrukci tepelně akumulačního prstence, který se skládá z akumulačních tvarovek, mezi kterými je vložena deska z tepelně vodivého materiálu. Nevýhodou je, že užitný vzor popisuje pouze novou konstrukci akumulačního prstence z již známých materiálů, ale neuvádí žádný nový materiál akumulující teplo.
Patent CN 102603337 popisuje způsob výroby tepelně akumulační cihly z magnezitového odpadu. Způsob výroby zahrnuje smísení magnezitového odpadu s železným práškem, ocelovými vlákny a odpadní kapalinou. Nevýhodou je, že je cihly nutno lisovat a nelze je snadno odlít do forem požadovaného tvaru.
Patentový spis CZ 302939 se zabývá geopolymemím pojivém především pro výrobu umělých pískovců pro obnovu památek. Toto pojivo sestává ze suroviny obsahující metakaolinit a amorfní siliku a z draselného alkalického aktivátoru. Sušina pojivá obsahuje 26 až 52 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit, 22 až 58% hmota, amorfní siliky a 13 až 35% hmota, draselného alkalického aktivátoru. Nevýhodou je, že materiál neobsahuje kovové plnivo, které by výrazně zvyšovalo schopnosti materiálu akumulovat teplo.
-2 CZ 308390 B6
Uvedené nevýhody alespoň z části odstraňuje kompozit s velkou akumulací tepla podle vynálezu.
Podstata vynálezu
Kompozit s velkou akumulací tepla, charakterizovaný tím, že obsahuje 15 až 90 % hmota, plniva, kterým jsou alespoň částice alespoň jednoho kovu vybraného ze skupiny zahrnující litinu, mosaz, bronz, ocel a měď o velikosti alespoň 100 pm, a 10 až 85 % hmota, pojivá obsahujícího alespoň geopolymer.
Výhodný kompozit s velkou akumulací tepla, charakterizovaný tím, že plnivo je alespoň v jedné formě vybrané ze skupiny zahrnující granulát, tryskací broky, drť, prach, trhané třísky, tvářené elementární třísky a vytrhávané elementární třísky po třískovém obrábění.
Další výhodný kompozit s velkou akumulací tepla, charakterizovaný tím, že geopolymer obsahuje alespoň 25 až 60 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit a 40 až 75 % hmota, alkalického aktivátoru, přičemž v geopolymeru jsou molámí poměry S1O2 : AI2O3 = 2,5 až 6 : 1, Me2O : AI2O3 = 0,5 až 2,5 : 1 a S1O2 : H2O = 0,1 až 0,7 : 1, přičemž Me je kov vybraný ze skupiny zahrnující K a Na.
Další výhodný kompozit s velkou akumulací tepla, charakterizovaný tím, že surovinou obsahující metakaolinit je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující kalcinovaný kaolín a kalcinovaný lupek.
Další výhodný kompozit s velkou akumulací tepla, charakterizovaný tím, že alkalickým aktivátorem je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující draselné vodní sklo, sodné vodní sklo, hydroxid draselný a hydroxid sodný.
Další výhodný kompozit s velkou akumulací tepla, charakterizovaný tím, že geopolymer dále obsahuje až 35 % hmota, alespoň jedné vápenaté suroviny vybrané ze skupiny zahrnující mletý vápenec, hydroxid vápenatý a mletou strusku.
Další výhodný kompozit s velkou akumulací tepla, charakterizovaný tím, že pojivo dále obsahuje maximálně 60 % hmota, alespoň jedné suroviny vybrané ze skupiny zahrnující písek, šamot a korund.
Použití kompozitu s velkou akumulací tepla pro výrobu akumulačních prvků pro tepelnou techniku.
Kompozit s velkou akumulací tepla podle vynálezu obsahuje kovové částice, které tvoří výztužnou část kompozitu (plnivo), a geopolymer, který působí jako pojivo. Kovovými částicemi jsou buď trhané třísky, tvářené elementární třísky či vytrhávané elementární třísky po třískovém obrábění kovů, kterými jsou zejména litina, mosaz, bronz, měď a ocel, nebo tryskací broky z běžné či nerezové oceli nebo mosazi. Geopolymer, který tvoří matrici kompozitního materiálu, může obsahovat další plniva, zejména mletý šamot, korund nebo křemičitý písek.
Surový geopolymer sestává z pevné a kapalné složky. Pevná složka obsahuje alespoň surovinu obsahující metakaolinit a kapalná složka obsahuje alkalický aktivátor. Surovinou obsahující metakaolinit je kalcinovaný mletý kaolin a/nebo lupek obsahující zejména metakaolinit a amorfní oxid křemičitý.
Kovové částice zajišťují kompozitu s velkou akumulací tepla podle vynálezu vysokou tepelnou vodivost a vysokou objemovou hmotnost, zatímco geopolymer zajišťuje vysokou měrnou tepelnou kapacita. Vzájemným poměrem kovové výztuže a geopolymeru (i s případným dalším plnivem) lze v širokém rozsahu ovlivňovat tepelné vlastnosti kompozitu s velkou akumulací tepla
-3 CZ 308390 B6 podle vynálezu, zejména jeho tepelnou jímavost, která hraje zásadní roh v akumulaci a následném uvolňování akumulovaného tepla.
Čerstvě připravený kompozit s velkou akumulací tepla lze odlévat, dusat nebo lisovat do požadovaných tvarů, a to za pokojové teploty. Vyzrálý kompozit s velkou akumulací tepla podle vynálezu spojuje výhody keramických a kovových materiálů.
Cílem vynálezu je kompozit s velkou akumulací tepla vhodný pro výrobu prvků dobře akumuluj ících teplo pro tepelnou techniku, např. akumulační prvky v krbové technice (akumulační prstence odtahového systému spalin či akumulační části topenišť nebo stěn krbů), či akumulačních prvků sušáren a pecí, které zajišťují udržení stálé teploty i přes časté otevírání zařízení.
Výhodou kompozitu s velkou akumulací tepla podle vynálezu je, že jeho tepelné vlastnosti lze upravit při jeho výrobě v závislosti na množství a volbě materiálu výztužných kovových částic, přičemž je možno vyrobit kompozit s velkou akumulací tepla podle vynálezu s velmi vysokou tepelnou jímavostí. Další výhodou kompozitu s velkou akumulací tepla podle vynálezu je vysoká pevnost v tlaku přes 50 MPa, a to i po zahřátí na teplotu cca 800 °C, která je běžně dosahována v systému odtahu spalin. Další výhodou kompozitu s velkou akumulací tepla podle vynálezu je jeho vysoká chemická odolnost především vůči silným kyselinám a tepelná odolnost vůči ohni a teplotám do 1100 °C. Nespornou výhodou kompozitu s velkou akumulací tepla podle vynálezu je také využití odpadového kovového materiálu.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Kompozit s velkou akumulací tepla s litinovými třískami po třískovém obrábění:
Kompozit s velkou akumulací tepla obsahuje geopolymer, který obsahuje 36,9 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit, kterou je kalcinovaný kaolín, 3,2 % hmota, vápenaté suroviny, kterou je vápenný hydrát, a 59,9 % hmota, alkalického aktivátoru, kterým je draselné vodní sklo se silikátovým modulem 1,7. V geopolymeru jsou molámí poměry S1O2 : AI2O3 = 3,52 : 1, K2O : AI2O3 = 0,9 : 1 a SiO2: H2O = 0,26 : 1.
Kompozit s velkou akumulací tepla s litinovými třískami po třískovém obrábění dále obsahuje jemně mletý šamot v hmotnostním poměru geopolymer : šamot = 7:3.
Kompozit s velkou akumulací tepla s litinovými třískami po třískovém obrábění dále obsahuje odpadní třísky z litiny s lupínkovým grafitem a perlitickou matricí ČSN 422430 (GG30) v hmotnostním poměru geopolymer se šamotem : litinové třísky = 7:3.
Surový kompozit s velkou akumulací tepla byl odlit do forem pro zkušební tělesa pro měření termodynamických a mechanických vlastností. Bylo zjištěno, že má následující vlastnosti:
Tepelná jímavost: 1501 kW2 s m-4 K-2
Měrná tepelná kapacita: 831 J kg1 K ;
Součinitel tepelné vodivosti: 0,86 W mK4
Objemová hmotnost: 2103 kg m-3
Pevnost v tlaku za pokojové teploty / 800 °C /1100 °C: 26 / 18 /10 MPa
-4 CZ 308390 B6
Pevnost v tahu ohybem za pokojové teploty / 800 °C / 1100 °C: 9 / 5 / 5 MPa
Příklad 2
Kompozit s velkou akumulací tepla s litinovými třískami po třískovém obrábění:
Kompozit s velkou akumulací tepla obsahuje geopolymer, který obsahuje 38,1 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit, kterou je kalcinovaný lupek, a 61,9% hmota, alkalického aktivátoru, kterým je draselné vodní sklo se silikátovým modulem 1,7. V geopolymeru jsou molámí poměry S1O2 : AI2O3 = 3,52 : 1, K2O : AI2O3 = 0,9 : 1 a S1O2 : H2O = 0,27 : 1.
Kompozit s velkou akumulací tepla s litinovými třískami po třískovém obrábění dále obsahuje jemně mletý šamot v hmotnostním poměru geopolymer : šamot = 9 : 11.
Kompozit s velkou akumulací tepla s litinovými třískami po třískovém obrábění dále obsahuje odpadní třísky z litiny s lupínkovým grafitem a perlitickou matricí ČSN 422430 (GG30) v hmotnostním poměru geopolymer se šamotem : litinové třísky =1:1.
Surový kompozit s velkou akumulací tepla byl odlit do forem pro zkušební tělesa pro měření termodynamických a mechanických vlastností. Bylo zjištěno, že má následující vlastnosti:
Tepelná jímavost: 3053 kW2 s m-4 K-2
Měrná tepelná kapacita: 732 J kg'; K4
Součinitel tepelné vodivosti: 1,62 W m ’· K 4
Objemová hmotnost: 2571 kg m-3
Pevnost v tlaku za pokojové teploty / 800 °C /1100 °C: 20/15/9 MPa
Pevnost v tahu ohybem za pokojové teploty / 800 °C / 1100 °C: 9 / 7 / 7 MPa
Příklad 3
Kompozit s velkou akumulací tepla s hrubými měděnými třískami o největším rozměru 7 mm:
Kompozit s velkou akumulací tepla obsahuje geopolymer, který obsahuje 30,8 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit, kterou je kalcinovaný lupek, 24,7 % hmota, vápenaté suroviny, kterou je mletá slévárenská struska, a 44,5 % hmota, alkalického aktivátoru, kterým je sodné vodní sklo se silikátovým modulem 1,6. V geopolymeru jsou molámí poměry S1O2 : AI2O3 = 3,9 : 1, K2O : AI2O3 = 0,7 : 1 a SiO2: H2O = 0,33 : 1.
Kompozit s velkou akumulací tepla s hrubými měděnými třískami dále obsahuje mletý korund se střední velikostí zma 180 pm v hmotnostním poměru geopolymer : korund = 22 : 3.
Kompozit s velkou akumulací tepla s hrubými měděnými třískami dále obsahuje hrubé měděné třísky s největším rozměrem 0,7 mm v hmotnostním poměru geopolymer s korundem : měděné třísky = 3:7.
Surový kompozit s velkou akumulací tepla byl odlit do forem pro zkušební tělesa pro měření termodynamických a mechanických vlastností. Bylo zjištěno, že má následující vlastnosti:
-5 CZ 308390 B6
Tepelná jímavost: 8206 kW2 s m_4K-2
Měrná tepelná kapacita: 481,5 J kg4 K4
Součinitel tepelné vodivosti: 3,73 W m4K4
Objemová hmotnost: 4570 kg m-3
Pevnost v tlaku za pokojové teploty / 800 °C /1100 °C: 21 / 17,1 / 15,3 MPa
Pevnost v tahu ohybem za pokojové teploty / 800 °C / 1100 °C: 4,5 / 6,2 / 7,5 MPa
Příklad 4
Kompozit s velkou akumulací tepla s ocelovým granulátem (broky):
Kompozit s velkou akumulací tepla s ocelovým granulátem obsahuje geopolymer, který obsahuje 35,7 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit, kterou je kalcinovaný lupek, 6,4 % hmota, vápenaté suroviny, kterou je mletá slévárenská struska, a 57,9 % hmota, alkalického aktivátoru, kterým je draselné vodní sklo se silikátovým modulem 1,4. V geopolymeru jsou molámí poměry SiO2: A12O3 = 3,3 : 1, K2O : A12O3 = 0,8 : 1 a SiO2: H2O = 0,23 : 1.
Kompozit s velkou akumulací tepla s ocelovým granulátem dále obsahuje jemně mletý šamot v hmotnostním poměru geopolymer : šamotové plnivo = 4:1.
Kompozit s velkou akumulací tepla s ocelovým granulátem dále obsahuje ocelový granulát v hmotnostním poměru geopolymer se šamotem : ocelový granulát =1:9. Ocelový granulát je směsí tří druhů ocelového granulátu SI 110, S550 a S110 v hmotnostním poměru 2:1:1.
Surový kompozit s velkou akumulací tepla s ocelovým granulátem byl odlit do forem pro zkušební tělesa pro měření termodynamických a mechanických vlastností. Bylo zjištěno, že má následující vlastnosti:
Tepelná jímavost: 18421 kW2 s m_4K2
Měrná tepelná kapacita: 436 J kg4 K4
Součinitel tepelné vodivosti: 7,7 W m4 K :
Objemová hmotnost: 5531 kg m-3
Pevnost v tlaku za pokojové teploty / 800 °C /1100 °C: 35 / 12 / 6,5 MPa
Pevnost v tahu ohybem za pokojové teploty / 800 °C / 1100 °C: 8,1/6/4,1 MPa
Průmyslová využitelnost
Kompozit s velkou akumulací tepla podle vynálezu je průmyslově využitelný pro výrobu akumulačních prvků pro tepelnou techniku, např. akumulačních prvků v krbové technice (akumulační prstence odtahového systému spalin či akumulační části topenišť nebo stěn krbů), či akumulačních prvků sušáren a pecí pro udržení stálé teploty i přes časté otevírání zařízení.
Claims (8)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Kompozit s velkou akumulací tepla, vyznačující se tím, že obsahuje 15 až 90% hmota, plniva, kterým jsou alespoň částice alespoň jednoho kovu vybraného ze skupiny zahrnující litinu, mosaz, bronz, ocel a měď o velikosti alespoň 100 pm, a 10 až 85 % hmota, pojivá obsahujícího alespoň geopolymer.
- 2. Kompozit podle nároku 1, vyznačující se tím, že plnivo je alespoň v jedné formě vybrané ze skupiny zahrnující granulát, tryskací broky, drť, prach, trhané třísky, tvářené elementární třísky a vytrhávané elementární třísky po třískovém obráběni.
- 3. Kompozit podle kteréhokoliv z nároků 1 až 2, vyznačující se tím, že geopolymer obsahuje alespoň 25 až 60 % hmota, suroviny obsahující metakaolinit a 40 až 75 % hmota, alkalického aktivátoru, přičemž v geopolymeru jsou molámí poměry S1O2 : AI2O3 = 2,5 až 6 : 1, Me2O : AI2O3 = 0,5 až 2,5 : 1 a S1O2 : H2O = 0,1 až 0,7 : 1, přičemž Me je kovový prvek vybraný ze skupiny zahrnující K a Na.
- 4. Kompozit podle z nároku 3, vyznačující se tím, že surovinou obsahující metakaolinit je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující kalcinovaný kaolín a kalcinovaný lupek.
- 5. Kompozit podle kteréhokoliv z nároků 3 až 4, vyznačující se tím, že alkalickým aktivátorem je alespoň jedna látka vybraná ze skupiny zahrnující draselné vodní sklo, sodné vodní sklo, hydroxid draselný a hydroxid sodný.
- 6. Kompozit podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že geopolymer dále obsahuje až 35 % hmota, alespoň jedné vápenaté suroviny vybrané ze skupiny zahrnující mletý vápenec, hydroxid vápenatý a mletou strusku.
- 7. Kompozit podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že pojivo dále obsahuje maximálně 60 % hmota, alespoň jedné suroviny vybrané ze skupiny zahrnující písek, šamot a korund.
- 8. Použití kompozitu s velkou akumulací tepla pro výrobu akumulačních prvků pro tepelnou techniku.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-602A CZ308390B6 (cs) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | Kompozit s velkou akumulací tepla |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-602A CZ308390B6 (cs) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | Kompozit s velkou akumulací tepla |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2019602A3 CZ2019602A3 (cs) | 2020-07-15 |
| CZ308390B6 true CZ308390B6 (cs) | 2020-07-15 |
Family
ID=71524846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2019-602A CZ308390B6 (cs) | 2019-09-23 | 2019-09-23 | Kompozit s velkou akumulací tepla |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ308390B6 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202022104646U1 (de) | 2022-08-16 | 2022-09-14 | Radhesh Atul Bobdey | Zusammensetzung zur Herstellung eines hochbeständigen Verbundwerkstoffs aus Abfällen der Aluminiumindustrie |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113387627A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-09-14 | 昆明理工大学 | 一种钢渣-偏高岭土基地聚物材料固铅的方法 |
| CZ20223A3 (cs) * | 2022-01-04 | 2022-11-09 | Technická univerzita v Liberci | Geopolymerní kompozit pro speciální aplikace |
| CN119100662A (zh) * | 2024-08-12 | 2024-12-10 | 武汉理工大学 | 优化级配的高温增强刚玉骨料地聚物砂浆及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ2010943A3 (cs) * | 2010-12-16 | 2012-01-18 | Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s. | Dvousložkové geopolymerní pojivo a zpusob jeho výroby |
| CN102603337A (zh) * | 2012-03-27 | 2012-07-25 | 辽宁科技大学 | 一种菱镁石尾矿生产蓄热砖的方法 |
| CZ25908U1 (cs) * | 2013-02-25 | 2013-09-26 | Technická univerzita v Liberci, Katedra strojírenské technologie, | Tepelně vodivá hmota na bázi geopolymerů |
| CN109574558A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-04-05 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种基于铁尾矿地质聚合物多孔材料及其制备方法 |
-
2019
- 2019-09-23 CZ CZ2019-602A patent/CZ308390B6/cs unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ2010943A3 (cs) * | 2010-12-16 | 2012-01-18 | Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s. | Dvousložkové geopolymerní pojivo a zpusob jeho výroby |
| CN102603337A (zh) * | 2012-03-27 | 2012-07-25 | 辽宁科技大学 | 一种菱镁石尾矿生产蓄热砖的方法 |
| CZ25908U1 (cs) * | 2013-02-25 | 2013-09-26 | Technická univerzita v Liberci, Katedra strojírenské technologie, | Tepelně vodivá hmota na bázi geopolymerů |
| CN109574558A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-04-05 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种基于铁尾矿地质聚合物多孔材料及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202022104646U1 (de) | 2022-08-16 | 2022-09-14 | Radhesh Atul Bobdey | Zusammensetzung zur Herstellung eines hochbeständigen Verbundwerkstoffs aus Abfällen der Aluminiumindustrie |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2019602A3 (cs) | 2020-07-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ308390B6 (cs) | Kompozit s velkou akumulací tepla | |
| JP6411469B2 (ja) | スピネル形成性耐火組成物、その製造方法およびその使用 | |
| CN101857446A (zh) | 脱硫搅拌器用耐火浇注料 | |
| CN110563476A (zh) | 纤维增强耐火砖及其制备方法 | |
| CN104355630A (zh) | 用于炼铁高炉送风支管的耐磨抗热震内衬及其制备方法 | |
| CN101374784B (zh) | 用于制备耐火衬里的模制浆料 | |
| CN1050591C (zh) | 烧成微孔铝炭砖及其制作方法 | |
| US9695088B2 (en) | Monolithic graphitic castable refractory | |
| AU648840B2 (en) | A method of producing refractory materials and their applications in the casting of corrosive alloys | |
| JP2008081360A (ja) | 不定形耐火物成形材料及び不定形耐火物成形体 | |
| CN115991597A (zh) | 一种溶胶结合炉缸自流浇注料 | |
| JP6259643B2 (ja) | 高クロミア質キャスタブル耐火物と、それを用いたプレキャストブロック、及びそれらの一方、または両方を内張りした廃棄物溶融炉 | |
| CN114394805A (zh) | 一种镍铁渣基耐热混凝土组合物、镍铁渣基耐热混凝土及其制备方法 | |
| CN108727048B (zh) | 一种金属陶瓷复合烧结机炉篦条及其制备方法 | |
| JPH0345022B2 (cs) | ||
| JP7034981B2 (ja) | 断熱材及びその製造方法、並びに組成物 | |
| CN113683426A (zh) | 一种免烧的高强度金属陶瓷复合材料及其制备方法和应用 | |
| Sengupta | Manufacturing and properties of refractories | |
| Suvorov et al. | High-temperature heat-insulating materials based on vermiculite | |
| JPH01176260A (ja) | 高強度水硬性硬化体の製造法 | |
| JP2008247720A (ja) | 不定形耐火物成形材料および不定形耐火物成形体 | |
| CZ33398U1 (cs) | Kompozit s velkou akumulací tepla | |
| CN105254318A (zh) | 一种镁铁铝尖晶石喷煤管预制件 | |
| CN109776076A (zh) | 高强度刚玉耐火泥料 | |
| JP4384351B2 (ja) | 高炉羽口用耐火物 |