CZ33108U1 - Hybridní kompozitní materiál na bázi anorganické matrice s vysokou teplotní odolností a zvýšenými mechanickými vlastnostmi - Google Patents
Hybridní kompozitní materiál na bázi anorganické matrice s vysokou teplotní odolností a zvýšenými mechanickými vlastnostmi Download PDFInfo
- Publication number
- CZ33108U1 CZ33108U1 CZ2019-36306U CZ201936306U CZ33108U1 CZ 33108 U1 CZ33108 U1 CZ 33108U1 CZ 201936306 U CZ201936306 U CZ 201936306U CZ 33108 U1 CZ33108 U1 CZ 33108U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- weight
- matrix
- reinforcement
- composite material
- liquid
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 47
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims description 38
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 42
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 37
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229920000876 geopolymer Polymers 0.000 claims description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 14
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 7
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 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 claims description 2
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 claims description 2
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 15
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 4
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- RLQWHDODQVOVKU-UHFFFAOYSA-N tetrapotassium;silicate Chemical compound [K+].[K+].[K+].[K+].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] RLQWHDODQVOVKU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 3
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 3
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 description 2
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 2
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 2
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 229910018516 Al—O Inorganic materials 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910052910 alkali metal silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical class O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 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 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 150000001282 organosilanes Chemical class 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000035802 rapid maturation Effects 0.000 description 1
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011272 standard treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire 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
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
- C04B14/06—Quartz; Sand
-
- 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
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
- C04B14/14—Minerals of vulcanic origin
-
- 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
- C04B14/42—Glass
-
- 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
- C04B18/141—Slags
- C04B18/142—Steelmaking slags, converter slags
-
- 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
- C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators or shrinkage compensating agents
- C04B22/02—Elements
- C04B22/04—Metals, e.g. aluminium used as blowing agent
-
- 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
- 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)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Description
Oblast techniky
Technické řešení se týká kompozitního materiálu na bázi geopolymemí anorganické matrice s vysokou teplotní odolností a zvýšenými mechanickými vlastnostmi.
Dosavadní stav techniky
Kompozitní materiály nebo zkráceně kompozity jsou již známé, jedná se o materiál ze dvou, nebo více složek s rozdílnými vlastnostmi, které dohromady dávají výslednému výrobku nové vlastnosti, které nemá sama o sobě žádná z jeho součástí. Kompozity se skládají z matrice nazývané také pojivo a z výztuže nazývané plnivo. Výztuž je nespojitá složka kompozitního materiálu, která je tvrdší, tužší a podstatně pevnější nežli matrice. Matrice je spojitá složka kompozitního materiálu, která vlákna impregnuje a tím stabilizuje jejich polohu. Matrice chrání vlákna před vnějšími vlivy a brání mechanické abrazi vláken. Výztuže ve spojení s matricí zpravidla dávají výslednému kompozitnímu materiálu tuhost a pevnost. Základním předpokladem pro dobrou adhezi mezi matricí a výztuží je těsný kontakt a vytvoření účinné vazby mezi nimi. Vzájemné propojení fází neboli vázání matrice kompozitu s povrchem výztuže kovalentními vazbami, adsorpci a smáčení, případné chemické reakční vyvázání za vzniku nových sloučenin je soubor mechanizmů, který charakterizuje adheze. Celkový souhrn a charakter vazeb však nezávisí jen na uspořádání atomů, molekulární konformaci a chemickém složení komponent, důležitá je i povrchová morfologie vláken a rozptýlení prvků v jednotlivých složkách kompozitu.
V závislosti na struktuře jsou kompozitní materiály rozděleny do čtyř skupin: disperzní, vláknité, vrstvené a slinuté kompozity. Disperzní kompozity mají výztužnou složku ve formě částic rovnoměrně rozložených v objemu matrice. Vláknité kompozity mají výztužnou složku ve formě vláken o průměru 5 pm až 250 μιη. Nejčastěji se používají vlákna skleněná, uhlíková, čedičová a aramidová.
Nejznámějšími kompozity jsou takzvané lamináty, kde matrice sestává nejčastěji z epoxidové pryskyřice a výztuž ze skleněných, aramidových či uhlíkových textilií. Hybridní kompozitní materiál obsahuje zpravidla více charakterově různých výztuží, jako například výztuž vláknitou a částicovou.
Pro správnou funkci výztuží v matrici, která zajišťuje spojení výztuží v jeden celek, je nezbytné zajistit dobrou adhezi matrice k výztuži. V případě sypkých výztuží, kam lze zařadit i sekaná technická vlákna je nutné zajistit také rovnoměrné rozložení výztuže v matrici.
Dosavadní kompozitní materiály s anorganickou matricí jsou již známé jako tzv. geopolymemí materiály, které jsou tvořeny polární matricí (pojivém) z alkalicky aktivovaného hlinitokřemičitanu a výztuží (plnivem) z materiálů z oblasti různých typů písků, keramických granulátů či technických vláken. Anorganická geopolymemí pojivá obvykle sestávají z kapalné a pevné fáze, které jsou založeny na sloučeninách S1O2, AI2O3, Na2<D a K2O. Příprava pojiv probíhá částečným rozpuštěním hlinitokřemičitanů ve velmi alkalickém prostředí. Vytvrzování geopolymemích pojiv probíhá pomocí transportu a orientace rozpouštěných iontů a následnou polykondenzací, při které se formují vazby Si-O-Al-O. Geopolymemí materiály jsou známy především svojí vynikající teplotní odolností až do teplot 1100 °C v závislosti na použitém plnivu. Běžně se jako plniva pro geopolymery používají písek, mletý šamot a různá kameniva, vlákna či technické textilie.
Technická vlákna a textilie používaná jako výztuže pro kompozity (například skleněná, uhlíková
- 1 CZ 33108 U1 či čedičová) jsou již známá. Jejich povrch je již z výroby upraven tzv. aperturou, nejčastěji organosilany a silany. Takto upravená vlákna pak mají dobrou adhezi k nepolárním, například epoxidovým pryskyřicím. Jejich adheze k polárním pryskyřicím je však omezená, proto ani při použití ve spojení s geopolymemí pryskyřicí není zajištěno optimální propojení mezi vlákny a matricí.
Plazmatické úpravy materiálu studenými atmosférickými výboji jsou již známé. Používají se především pro povrchovou úpravu polymemích materiálů za účelem zvýšení jejich smáčivosti a adheze k dalším materiálům. Nejznámějším atmosférickým výbojem je tzv. „koronový“, který se používá již několik desetiletí ke zlepšení potiskovatelnosti plastových obalů. V poslední době se rychle vyvíjejí studené atmosférické plazmové technologie založené na dielektrických bariérových výbojích, které zajišťují vyšší hustotu a energii plazmatu. Dielektrické bariérové výboje jsou buzeny střídavým napětím a mohou pracovat ve filamentámím nebo difúzním módu. Konstrukčně je ve výbojovém prostoru mezi elektrodami vložena dielektrická vrstva, která způsobí, že elektrický průraz za atmosférického tlaku se projeví v podobě velkého počtu tenkých filamentů s krátkou dobou života. V případě elektrod vzdálených několik milimetrů je průrazné napětí za atmosférického tlaku zhruba 10 kV. Jako dielektrikum se používají materiály s vysokou dielektrickou pevností jako je sklo, křemenné sklo, keramické materiály nebo polymemí vrstvy. Podle uspořádání elektrod rozlišujeme dielektrické bariérové výboje na objemové, povrchové a koplanámí. Dále je pro modifikaci povrchu sypkých materiálů možno použít nízkotlaké plazma buzené pomocí mikrovlnného záření.
Povrchová úprava materiálů plazmatem se provádí zpravidla za účelem zvýšení energie povrchu a tím zvýšení hydrofility a adheze k dalším materiálům. V plazmatu s nereaktivním plynem dochází pouze k funkcionalizaci skupin obsažených na povrchu upravovaného materiálu.
V plazmatu s reaktivním plynem dochází také k navázání a tvorbě nových skupin v závislosti na použitém pracovním plynu. Při použití vzduchu jako pracovního plynu tak například dochází k navázání OH skupin na povrch materiálu, které zajišťují vysokou smáčivost polárních kapalin.
Z výše popsaných důvodů vyplývá, že pro výrobu kvalitních geopolymemích kompozitních materiálů s vlákennou výztuží je třeba zajistit dobrou adhezi mezi geopolymemí matricí a vlákny. Z důvodu standardní úpravy technických vláken apreturou vhodnou pro nepolární pojivá však vyplývá, že jejich použití bez další úpravy nezajistí dostatečnou adhezi a tím i pevnost geopolymemích kompozitu.
Tuto nevýhodu alespoň z části odstraňuje předkládané technické řešení.
V patentovém spisu EP 2287394 (AI) zveřejněném 23.02.2011 je popsán způsob plazmatické modifikace netkaných i tkaných vlákenných materiálů pro různé účely. Podstatou patentu je použití pulsního studeného atmosférického plazma o konkrétních parametrech. Nedostatkem tohoto patentuje, že se věnuje pouze povrchové úpravě vláken a nevěnuje se kompozitnímu systému s anorganickou matricí s upravenými vlákny za účelem získání pevných žáruvzdorných kompozitů.
V užitném vzoru CZ 16639 U1 zveřejněném 26.06.2006 je popsáno zařízení pro atmosférickou plazmovou úpravu povrchu práškového nebo granulovaného materiálu. V užitném vzoru je řešeno ošetření povrchu práškových a granulovaných materiálů plazmatem za atmosférického tlaku za účelem zvýšení počtu jejich povrchových polárních vazeb. Tento užitný vzor však neuvádí úpravu sekaných technických vláken a jejich použití pro geopolymemí kompozitní materiál.
V patentovém spisu CZ 305741 B6 zveřejněném 24.02.2016 je popsán geopolymemí kompozitní materiál s nízkou měrnou hmotností vhodný ke konstrukci protipožárních zábran, který jako plnivo obsahuje čedičová, uhlíková nebo skleněná vlákna. Toto pojivo obsahuje surovinu obsahující metakaolin, mletou vysokopecní granulovanou strusku, roztok křemičitanu sodného, cz 33108 U1 čedičový, skleněný nebo uhlíkový sekaný vlákenný materiál a hliníkový prášek. Tento patent popisuje přípravu lehčeného geopolymemího kompozitu, neřeší však adhezi a dispergovatelnost přidaných vláken pomocí plazmatické úpravy do geopolymemího pojivá.
Zveřejněná mezinárodní patentová přihláška WO 2016016385 AI zveřejněná 04.02.2016 popisuje použití a způsob nanášení geopolymerů pro povrchové úpravy a malty ve stavebnictví. Tento vynález nepopisuje možnost použití jako plniva plazmaticky upravených vláken.
Patentový spis CZ 300134 zveřejněný 18.02.2009 se zabývá přípravou geopolymemího pojivá, které obsahuje metakaolinit, amorfní siliku nebo mletou vysokopecní granulovanou strusku a draselný alkalický aktivátor. Tento patent popisuje pouze samotné geopolymemí pojivo a neřeší problematiku celého kompozitního systému.
V patentovém spisu US 5601643 je popsán cement na bázi elektrárenského popílku. Toto pojivo sestává z popílku a z 2 % až 20 % alkalického křemičitanu s poměrem SiCWNaíO rovném 0,2 až 0,75. Tento cement jako pojivo je vhodný především pro přípravu kaší, malt a betonů. Tento patent neobsahuje vyztužení pomocí plazmaticky upravených vláken.
V užitném vzoru CZ 32160 zapsaném 09.10.2018 je popsána prášková geopolymemí pryskyřice, která je vhodná pro výrobu vyztužených objemově stálých kompozitů. Nevýhodou je, že v tomto užitném vzoruje uvedena pouze prášková pryskyřice bez vlákenné plazmaticky upravené výztuže, přičemž místo tekutých alkalických aktivátorů je zde uvedena jejich pevná forma.
Všechna shora uvedená řešení obsahují pouze přípravu samotného geopolymemího pojivá nebo výrobu geopolymemího kompozitu ve finálním stavu, ale nezabývají se možností zlepšení mechanických vlastností kompozitu pomocí použití plazmaticky povrchově upravené výztuže, která by zajišťovala zvýšenou dispergovatelnost a adhezi kpojivu a tím i lepší mechanické vlastnosti geopolymemího kompozitu.
Výše uvedené nevýhody alespoň zčásti odstraňuje použití geopolymemího kompozitu s plazmaticky modifikovanými vlákny.
Podstata technického řešení
Hybridní geopolymemí kompozitní materiál je charakterizovaný tím, že sestává z geopolymemí matrice, z vlákenné výztuže předem upravené plasmatickým výbojem a z částicové výztuže, přičemž vlákennou výztuž kompozitu tvoří 1 % hmotnostní až 40 % hmotnostních čedičových a/nebo skleněných sekaných vláken o délce 3,0 mm až 50,0 mm a částicovou výztuž kompozitu tvoří 5 % hmotnostních až 50 % hmotnostních jemně mletého křemičitého písku se střední velikostí zrna 0,1 mm až 1,0 mm. Tekutá polymemí matrice obsahuje 35 % hmotnostních až 60 % hmotnostních kapalné složky tvořící vodný roztok křemičitanu sodného nebo draselného, 20 % hmotnostních až 40 % hmotnostních pevné složky tvořící suroviny obsahující metakaolinit a 15 % hmotnostních až 28 % hmotnostních mleté vysokopecní granulované strusky.
Pevná složka tekuté geopolymemí matrice může obsahovat navíc 2 % hmotnostní až 40 % hmotnostních termální siliky. Tekutá geopolymemí matrice může jako aditivum obsahovat čistý hliníkový prášek nebo peroxid vodíku v množství 0,4 % hmotnostního až 2,5 % hmotnostních.
Nasekaná vlákenná výztuž hybridního kompozitního materiálu na bázi anorganické matrice se předem upraví studeným atmosférickým dielektrickým bariérovým výbojem. Následně se provede smísení s předem připraveným goepolymemím materiálem a neprodleně se zpracuje litím do forem nebo se nanáší na povrchy stříkáním.
Výhodou předloženého řešení je zvýšená adheze pojivá k plazmaticky upravené sekané vlákenné
-3 CZ 33108 U1 výztuži a zlepšení rovnoměrného rozložení plazmaticky upravené sekané vlákenné výztuže v objemu geopolymemího kompozitu. Tyto výhody vedou ke zvýšení mechanických vlastností uvedeného geopolymemího kompozitu.
Příklady uskutečnění technického řešení
Příklad 1
V příkladu se uvádí hybridní geopolymemí kompozit se zvýšenými mechanickými vlastnostmi pro odlévané výrobky.
Hybridní geopolymemí kompozit byl vytvořen ze 65 % hmotnostních tekuté geopolymemí matrice, která obsahovala 47,4 % hmotnostních vodního skla draselného, 29,2 % hmotnostních suroviny obsahující metakaolinit, 23,4 % hmotnostních vysokopecní granulované strusky a z 20 % hmotnostních křemičitého písku se střední velikostí zrna 0,22 mm a z 15% hmotnostních sekaných čedičových vláken o délce 20 mm, které byly předem plazmaticky upraveny. Plazmatická úprava vláken proběhla objemovým dielektrickým bariérovým plazmatem pomocí nosného pohyblivého pryžového pásu, který prochází v prostoru mezi dvěma dielektricky pokrytými elektrodami. Plazmový výboj byl buzen střídavým proudem s frekvencí 3 kHz a napětím 20 kV. Vzdálenost horní elektrody od pryžového pásu dopravníku byla 8 mm. Doba působení plazmatu byla 8 vteřin.
Nasekaná vlákenná výztuž hybridního kompozitního materiálu na bázi anorganické matrice se upravuje studeným atmosférickým dielektrickým bariérovým výbojem s frekvencí 1 kHz až 40 kHz při střídavém napětí 10 kV až 30 kV po dobu 1 vteřiny až 9 vteřin. Nasekaná vlákenná výztuž se na pohyblivém pryžovém pásu vede v prostoru mezi dvěma dielektrickými elektrodami, kdy vzdálenost horní elektrody od pryžového nosného pásu dopravníku se pohybuje v rozmezí 3 mm až 9 mm.
Příprava kompozitu probíhala ve dvou paralelních fázích, kdy v jedné fázi docházelo k průběžné úpravě vláken v objemu plazmového výboje tak, že vlákna byla nasypána na dopravník, který procházel skrz plazmový výboj. Poté byla vlákna ihned smísena s částicovou výztuhou křemenným pískem. Zároveň probíhala příprava geopolymemí matrice důkladným promísením draselného vodního skla se surovinou obsahující metakaolinit a s vysokopecní mletou struskou po dobu 5 minut. Nakonec byla hybridní výztuž složená z modifikovaných čedičových vláken a křemenného písku vmíšena do geopolymemí matrice. Z tohoto materiálu jsou odlévány výrobky do připravených forem. Výhodou tohoto geopolymemího materiálu je zvýšená pevnost o minimálně 15 % oproti geopolymemímu materiálu bez plazmaticky upravených vláken, což umožňuje snížení tloušťky stěn výrobku.
Výrobky z tohoto materiálu jsou odolné teplotám do 900 °C.
Příklad 2
V příkladu se uvádí hybridní geopolymemí kompozit se sníženou objemovou hmotností a zvýšenými mechanickými vlastnostmi pro nástřiky.
Hybridní geopolymemí kompozit byl vytvořen ze 69 % hmotnostních tekuté geopolymemí matrice, která obsahovala 44 % hmotnostních vodního skla draselného, 28,5 % hmotnostních suroviny obsahující metakaolinit, 21 % hmotnostních vysokopecní granulované strusky a 6,5 % hmotnostních termální siliky a z 30 % hmotnostních hybridní výztuže složené ze dvou třetin z křemičitého písku se střední velikostí zrna 0,16 mm a zjedná třetiny sekaných skleněných vláken o délce 10 mm, které byly předem plazmaticky upraveny. Pro porézní struktura bylo jako aditivum použito 1 % hmotnostní hliníkového prášku. Plazmatická úprava vláken proběhla
-4CZ 33108 U1 objemovým dielektrickým bariérovým plazmatem pomocí nosného pohyblivého pryžového pásu, který prochází v prostoru mezi dvěma dielektricky pokrytými elektrodami. Plazmový výboj byl buzen střídavým proudem s frekvencí 20 kHz a napětím 20 kV. Vzdálenost horní elektrody od pryžového pásu dopravníku byla 6 mm. Doba působení plazmatu byla 4 vteřiny.
Příprava kompozitu probíhala ve dvou paralelních fázích, kdy v jedné fázi docházelo k průběžné úpravě vláken v objemu plazmového výboje tak, že skleněná vlákna byla nasypána na dopravník, který procházel skrz plazmový výboj. Poté byla vlákna ihned smísena s částicovou výztuhou křemenným pískem. Zároveň probíhala příprava geopolymemí matrice důkladným promísením draselného vodního skla se surovinou obsahující metakaolinit, s termální silikou a s vysokopecní mletou struskou po dobu 5 minut. Dále byla hybridní výztuž složená z modifikovaných skleněných vláken a křemenného písku vmíšena do geopolymemí matrice. Nakonec bylo do geopolymemí směsi přidáno aditivum - hliníkový prášek.
Tento materiál je pomocí tlakové pistole stříkán na různé povrchy, kde dochází kjeho napěnění v průběhu rychlého zrání a tuhnutí. Výhodou této povrchové úpravy je porézní struktura a zvýšená pevnost a pridržnost k podkladu o minimálně 20 % oproti geopolymemímu materiálu bez plazmaticky upravených vláken.
Nástřiky z tohoto materiálu jsou odolné teplotám do 800 °C.
NÁROKY NA OCHRANU
Claims (3)
1. Hybridní kompozitní materiál na bázi anorganické matrice s vysokou teplotní odolností a zvýšenými mechanickými vlastnostmi, vyznačující se tím, že je vytvořen z tekuté geopolymemí matrice, z ěásticové výztuže a z vlákenné výztuže předem upravené plasmatickým výbojem, přičemž tekutá geopolymemí matrice obsahuje 35 % hmotnostních až 60 % hmotnostních kapalné složky tvořící vodný roztok křemičitanu sodného nebo draselného, 20 % hmotnostních až 40 % hmotnostních pevné složky tvořící suroviny obsahující metakaolinit a 15 % hmotnostních až 28 % hmotnostních mletou vysokopecní granulovanou strusku, částicovou výztuž kompozitu tvoří 5 % hmotnostních až 50 % hmotnostních jemně mletého křemičitého písku se střední velikostí zrna 0,1 mm až 1,0 mm a vlákenná výztuž obsahuje 1 % hmotnostní až 40 % hmotnostních čedičových a/nebo skleněných sekaných vláken o délce 3,0 mm až 50,0 mm.
2. Hybridní kompozitní materiál na bázi anorganické matrice podle nároku 1, vyznačující se tím, že pevná složka tekuté geopolymemí matrice obsahuje 2 % hmotnostní až 40 % hmotnostních termální siliky.
3. Hybridní kompozitní materiál na bázi anorganické matrice podle nároku 1, vyznačující se tím, že jako aditivum tekutá geopolymemí matrice obsahuje čistý hliníkový prášek nebo peroxid vodíku v množství 0,4 % hmotnostního až 2,5 % hmotnostních.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36306U CZ33108U1 (cs) | 2019-05-14 | 2019-05-14 | Hybridní kompozitní materiál na bázi anorganické matrice s vysokou teplotní odolností a zvýšenými mechanickými vlastnostmi |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36306U CZ33108U1 (cs) | 2019-05-14 | 2019-05-14 | Hybridní kompozitní materiál na bázi anorganické matrice s vysokou teplotní odolností a zvýšenými mechanickými vlastnostmi |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ33108U1 true CZ33108U1 (cs) | 2019-08-13 |
Family
ID=67616303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36306U CZ33108U1 (cs) | 2019-05-14 | 2019-05-14 | Hybridní kompozitní materiál na bázi anorganické matrice s vysokou teplotní odolností a zvýšenými mechanickými vlastnostmi |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ33108U1 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4010297A1 (en) * | 2019-08-06 | 2022-06-15 | First Point A.S. | Fire-proof material |
-
2019
- 2019-05-14 CZ CZ2019-36306U patent/CZ33108U1/cs active Protection Beyond IP Right Term
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4010297A1 (en) * | 2019-08-06 | 2022-06-15 | First Point A.S. | Fire-proof material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Surface decoration of polyimide fiber with carbon nanotubes and its application for mechanical enhancement of phosphoric acid-based geopolymers | |
| WO2011071687A1 (en) | Geopolymer precursor dry mixture, package, processes and methods | |
| Villaquirán-Caicedo et al. | A novel MK-based geopolymer composite activated with rice husk ash and KOH: performance at high temperature | |
| CN100564023C (zh) | 一种麻塑复合材料板材及其制备方法 | |
| KR20120036890A (ko) | 복합재 섬유에 나노입자의 결합 | |
| JP2008531453A (ja) | 耐アルカリ性ガラス組成物 | |
| CN103370287A (zh) | 用于超高性能混凝土的地质聚合物复合材料 | |
| WO2007067774A2 (en) | Engineered low-density heterogeneous microparticles and methods and formulations for producing the microparticles | |
| NZ528062A (en) | Inorganic matrix compositions, composites and process of making the same | |
| US20040251573A1 (en) | Process for the production of a shaped article from a lightweight-aggregate granulate and a binder | |
| CZ33108U1 (cs) | Hybridní kompozitní materiál na bázi anorganické matrice s vysokou teplotní odolností a zvýšenými mechanickými vlastnostmi | |
| Zeyad et al. | Impact of rice husk ash on physico-mechanical, durability and microstructural features of rubberized lightweight geopolymer composite | |
| CN107200530A (zh) | 一种相变储能陶粒的制备方法及其在纤维混凝土结构中的应用 | |
| JP2000302565A (ja) | 発泡体状鉱物質建築および構造材料、ならびに鉱物質発泡体の製造方法およびその方法を実施する装置 | |
| Sengupta et al. | Stearic acid as coupling agent in fly ash reinforced recycled polypropylene matrix composites: Structural, mechanical, and thermal characterizations | |
| Sarmin et al. | Lightweight geopolymer wood composite synthesized from alkali-activated fly ash and metakaolin | |
| Ma et al. | Facile synthesis of novel dopamine-modified glass fibers for improving alkali resistance of fibers and flexural strength of fiber-reinforced cement | |
| WO2008087199A1 (en) | Light weight aggregate | |
| CN102781879B (zh) | 耐火成型体、耐火成型体的制造方法和金属铸造用构件 | |
| Chen et al. | Study on the microstructure of metakaolin-based geopolymer enhanced by polyacrylate | |
| CN102417327A (zh) | 建筑外墙整体固化无机保温隔热板及其制备方法 | |
| Lu et al. | Nano-SiO2 coating and silane modified bamboo cellulose nanofibers for alkali-activated slag mortar with recycled aggregate: Performance enhancement and mechanism | |
| CN117342833B (zh) | 超高延性地聚物再生混凝土及其制备方法 | |
| CN108373338A (zh) | 一种利用高炉粉煤灰为原料制备轻质砌块的方法 | |
| CN116120014A (zh) | 一种堤坝除险加固材料及加固方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20190813 |
|
| ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20230509 |