CZ32124U1 - Prášková geopolymerní pryskyřice plněná nanovlákny - Google Patents
Prášková geopolymerní pryskyřice plněná nanovlákny Download PDFInfo
- Publication number
- CZ32124U1 CZ32124U1 CZ2018-34986U CZ201834986U CZ32124U1 CZ 32124 U1 CZ32124 U1 CZ 32124U1 CZ 201834986 U CZ201834986 U CZ 201834986U CZ 32124 U1 CZ32124 U1 CZ 32124U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- resin
- powdered
- production
- nanofibers
- stable
- Prior art date
Links
- 229920005989 resin Polymers 0.000 title claims description 27
- 239000011347 resin Substances 0.000 title claims description 27
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 title claims description 11
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title claims description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 title description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 19
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 16
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 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
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 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
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 1
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KWCHQJSISLQWHH-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid;trihydrate Chemical compound O.O.O.OP(O)(O)=O KWCHQJSISLQWHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- CHWRSCGUEQEHOH-UHFFFAOYSA-N potassium oxide Chemical compound [O-2].[K+].[K+] CHWRSCGUEQEHOH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001950 potassium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 230000001698 pyrogenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 description 1
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N sodium oxide Chemical compound [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001948 sodium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
Technické řešení se týká práškové geopolymerní pryskyřice plněné nanovlákny použitelné pro výrobu vyztužených kompozitů.
Dosavadní stav techniky
Geopolymerní pryskyřice jsou alkalicky aktivované hlinitokřemičitany. Na rozdíl od pojiv na bázi portlandského cementu, u kterých tvrdnutí probíhá hydratací slínkových minerálů, vytvrzování geopolymemího pojivá probíhá polykondenzací. Ta zahrnuje částečné rozpouštění hlinitokřemičitanů, transport a orientaci rozpouštěných iontů a jejich následnou polykondenzací. 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 geopolymemích pojiv v zásadě spočívá v případě reaktivní směsi složené z křemičité nebo hlinitokřemičité složky s vodným roztokem silně alkalického rozpustného křemičitanu. Hlinitokřemičitá složka je tvořena oxidem hlinitým a oxidem křemičitým, jejichž molámí poměr hlavních složek je S1O2 : AI2O3 2 : 1 až 40 : 1 . Vodný roztok silně alkalického křemičitanu obsahuje hlavní složky v molámím poměru M2O : S1O2 0,5 : 1 až 1:1, kde M2O je buď oxid sodný nebo oxid draselný. Smícháním hlinitokřemičité složky s vodným roztokem alkalického křemičitanu vzniká reaktivní směs, která se používá jako pryskyřice pro impregnaci vláken pro přípravu vyztužených kompozitů nebo jako pojivo pro aglomeraci částicových plniv.
Aplikace nanovláken jako výztuží kompozitů je dokumentována v několika patentech a publikacích. Jedná se především o kompozity s pojivovou bází typu organické pryskyřice nebo cementu. Například patentový spis EP 2011838 popisuje použití více než 1% uhlíkových nanovláken pro přípravu pokrytí na bázi syntetické pryskyřice, a to fenolové, epoxidové, polyurethanové, silikonové nebo polyamidimidové vytvrzované při zvýšené teplotě. Patentová přihláška WO 2006091185 popisuje přípravu betonu vyztuženého 0,5 až 2 % hmotn. uhlíkových vláken včetně nanovláken. Patentová přihláška US 2009/0087661 popisuje polymemí kompozitní materiál vyrobený z organické matrice s 1 až 60 % obj. uhlíkových nanovláken, grafitovými částicemi a anorganickým plnivem ve formě silikátových nebo skelných částic. V publikacích Tandor, G.P. and Ran, Y. (2002) In: Proceedings for the 17th Annual Technical Conference ASC, Glasgow, DG. and Tibbetts, GG. Sampe 2004, Longbeach, CA, Lafdi, K. 50 SAMPE 2003, Finegan, C., Tibbetts, G.G., Glasgow, D. G. T Ing., J. M. and Lake, M. L. (2003), Journal of Materials Science. 38: 3485 až 3490 a Gibson, T., Rice. B. and Ragland. W., SAMPE2005, Longbeach, CA. jsou popsány způsoby zlepšení mechanických a termomechanických vlastností, například pevnosti v tahu, pevnosti v ohybu, modulu v tahu a v ohybu a tuhosti polymemích kompozitů s vlákennou výztuží přidáním uhlíkových nanovláken.
Aplikace nanovláken různého typu v tekuté geopolymerní pryskyřici je popsána v patentu CZ 302989, která je jednosložková, ale díky obsahu vody musí být uchovávána při teplotách -18 °C a více, a její životnost je i tak omezená maximálně na dobu 4 až 6 měsíců. Nevýhodou tohoto způsobu přípravy reaktivní pryskyřice pro impregnaci vláken, nebo výrobu plněných kompozitů je nutnost připravovat vždy novou dávku pryskyřice, neboť doba jejího použití je krátká, což působí komplikace při průmyslovém uplatnění geopolymemích pojiv.
V žádném s uvedených spisů rovněž není uvedeno použití nanovláken jako součásti práškové anorganické pryskyřice použitelné po dlouhou dobu při uchování při běžných pokojových teplotách. Výše uvedené nevýhody alespoň z části odstraňuje prášková geopolymerní pryskyřice s nanovlákny podle navrženého technického řešení.
- 1 CZ 32124 U1
Podstata technického řešení
Prášková geopolymemí pryskyřice s nanovlákny pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující hlavní složky vmolámích poměrech SiO2:Al2O3 18,7:1, K2O : SiO? 0,13 : 1, K2O : A12O3 2,54, SiO2: P2O5 69,8 : 1, P2O5: A12O3 0,27 : 1 a K2O : P2O5 9,5 : 1, charakterizovaná tím, že obsahuje 0,01 až 1 % hmotn. anorganických nanovláken vybraných ze skupiny zahrnující oxid hlinitý, oxid zirkoničitý a oxid titaničitý a je bez přístupu vlhkosti neomezeně stálá.
Prášková geopolymemí pryskyřice je použitelná po přídavku vody k impregnaci skelných a bazaltových tkanin a následnému vytvrzení kompozitu při teplotě 20 až 80 °C po dobu nejméně 120 minut.
Prokázalo se, že práškovou geopolymemí pryskyřici lze uchovávat za pokojových teplot bez přístupu vlhkosti po libovolně dlouhou dobu. Před vlastním zpracováním stačí příslušné množství práškové pryskyřice rozmíchat s vodou, odpadá tak nebezpečná manipulace se silně alkalickými roztoky jako v případě dvousložkových geopolymemích pryskyřic.
Prokázalo se, že přidáním nanovláken, v množství do 0,3 % hmotn. hmotnosti práškové geopolymemí pryskyřice dochází až k 20procentnímu nárůstu pevnosti v ohybu kompozitů vyztužených jednosměrnými vlákny. Přitom vlastnosti práškové geopolymemí pryskyřice se nemění.
Dále se prokázalo, že doba zpracovatelnosti práškové geopolymemí pryskyřice s nanovlákny po zamíchání s vodou činí 2 až 3 hodiny při teplotě 20 °C, což je dostatečná doba pro impregnaci vláken, pro výrobu kompozitu. Tuto dobu lze dodatečně prodloužit ochlazením záměsové vody. Doba úplného zatuhnutí pryskyřice, tedy doba potřebná k výrobě kompozitu, se při teplotách cca 80 °C zkracuje na 120 minut.
Výsledné kompozity vyztužené vlákny jsou objemově stabilní při teplotách v rozmezí od 200 do 700 °C, přičemž objemová stabilita kompozitu je závislá na typu vláknové výztuže.
Výhodnou hlavní surovinou pro výrobu práškové geopolymemí pryskyřice s nanovlákny pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů je termická silika o velikosti sférických sekundárních částic v rozmezí 20 až 200 pm získaná při výrobě ferroslitin. Další surovinou pro výrobu práškové geopolymemí pryskyřice s nanovlákny pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů mohou být upravené přírodní pucolonánové suroviny nebo srážené a pyrogenní typy oxidu křemičitého s velikostí sekundárních částic 10 až 20 pm. Nevýhodou syntetického oxidu křemičitého získaného z vodního skla nebo chloridu křemičitého je příliš vysoká cena, vysoká reaktivita a vysoká absorpce vody, což ovlivňuje viskozitu při zpracování geopolymemí pryskyřice.
Příklady uskutečnění technického řešení
Příklad 1
Prášková geopolymemí pryskyřice s nanovlákny pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2: A12O3 18,7 : 1, K2O : SiO2 0,13 : 1, K2O : A12O3 2,54, SiO2: P2O5 69,8 : 1, P2O5: A12O3 0,27 : 1 a K2O : P2O5 9,5 : 1
-2CZ 32124 U1
Prášková geopolymemí pryskyřice s nanovlákny pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitu se připraví následujícím způsobem:
Do laboratorního kulového mlýna se předloží 6,25 g pevného hydroxidu draselného, 17,15 g trihydrátu fosforečnanu tridraselného, 75 g mikrosiliky (95 % S1O2) a 11,1 g kaolinu KKAF (60 % S1O2, 40 % AI2O3) a 4,2 g metakaolinu Mefisto K05 a 0,01 g nanovláken oxidu zirkoničitého a do 2/3 objemu mlecí nádoby se doplní mlecí tělesa. Mechanická aktivace mletím probíhá po dobu 30 minut při 1 200 otáčkách za minutu. Připravená prášková geopolymemí pryskyřice s nanovlákny pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitu vykazuje velikost částic pod 100 pm a zůstává při uložení v suchém prostředí bez přístupu vlhkosti stálá po neomezeně dlouhou dobu.
Průmyslová využitelnost
Prášková geopolymemí pryskyřice s nanovlákny pro výrobu vyztužených kompozitů je průmyslově použitelná pro výrobu objemově stálých kompozitů plněných různými typy orientovaných vláken.
NÁROKY NA OCHRANU
Claims (1)
1. Prášková geopolymemí pryskyřice s nanovlákny pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů, vyznačující se tím, že obsahuje složky, v molámích poměrech, SiO2: AI2O3 18,7 : 1, K2O : SiO2 0,13 : 1, K2O : AI2O3 2,54 : 1, SiO2: P2O5 69,8 : 1, P2O5 : AI2O3 0,27 : 1 a K2O : P2O5 9,5 : 1 a dále 0,01 až 1 % hmota, anorganických nanovláken vybraných ze skupiny zahrnující oxid hlinitý, oxid zirkoničitý a oxid titaničitý, a je bez přístupu vlhkosti neomezeně stálá.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-34986U CZ32124U1 (cs) | 2018-05-23 | 2018-05-23 | Prášková geopolymerní pryskyřice plněná nanovlákny |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-34986U CZ32124U1 (cs) | 2018-05-23 | 2018-05-23 | Prášková geopolymerní pryskyřice plněná nanovlákny |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ32124U1 true CZ32124U1 (cs) | 2018-10-02 |
Family
ID=63709076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-34986U CZ32124U1 (cs) | 2018-05-23 | 2018-05-23 | Prášková geopolymerní pryskyřice plněná nanovlákny |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ32124U1 (cs) |
-
2018
- 2018-05-23 CZ CZ2018-34986U patent/CZ32124U1/cs active Protection Beyond IP Right Term
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101726914B1 (ko) | 초고성능 콘크리트를 위한 지오폴리머 복합체 | |
| KR890001402B1 (ko) | 수경성 시멘트 조성물 | |
| KR100741637B1 (ko) | 시멘트를 사용하지 않은 환경친화형 블록 | |
| US8480801B2 (en) | Solidification method of ceramic powder and solidified ceramics | |
| Hakeem et al. | Properties and durability of self‐compacting concrete incorporated with nanosilica, fly ash, and limestone powder | |
| CZ20004200A3 (cs) | Beton obsahující organická vlákna rozptýlená v cementové matrici, cementová matrice a předsměsi | |
| CN108585693A (zh) | 一种混杂纤维增韧的超高强超高延性水泥基材料 | |
| Mahboubi et al. | Evaluation of durability behavior of geopolymer concrete containing Nano-silica and Nano-clay additives in acidic media | |
| CN114276034B (zh) | 一种回收gfrp粉末与矿渣基地聚物胶凝材料及制备方法 | |
| JP7178367B2 (ja) | 硬化性組成物から形成される成形体 | |
| Trindade et al. | Mechanical behavior of K‐geopolymers reinforced with silane‐coated basalt fibers | |
| WO2017070748A1 (en) | Geopolymer composite and geopolymer matrix composition | |
| Adesina | Overview of workability and mechanical performance of cement-based composites incorporating nanomaterials | |
| CA3059281A1 (en) | Concrete element reinforced with improved oxidation protection | |
| Sarmin | The influence of different wood aggregates on the properties of geopolymer composites | |
| CZ32124U1 (cs) | Prášková geopolymerní pryskyřice plněná nanovlákny | |
| Zhang et al. | Synthesis and characterization of a novel bamboo shaving geopolymer composite | |
| CZ32160U1 (cs) | Prášková geopolymerní pryskyřice pro výrobu vyztužených kompozitů | |
| CZ2009733A3 (cs) | Tekutá geopolymerní pryskyrice pro výrobu objemove stálých vyztužených kompozitu a zpusob její výroby | |
| Sarmin et al. | Effects of different wood aggregates on the compressive strength of fly ash and metakaolin-based geopolymer lightweight composites | |
| CZ34880U1 (cs) | Geopolymerní hmota pro třískové obrábění | |
| Bhutta et al. | Mechanical properties of mk-based geopolymer composites reinforced with pva and pet fibers | |
| CZ2010913A3 (cs) | Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby | |
| Foerster et al. | Strength and toughness of reinforced chemically bonded ceramics | |
| Bachinger et al. | Development of textile reinforcements with improved adhesion and thermal stability for green cement |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20181002 |
|
| ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20220429 |