RU2792488C1 - Method for producing a composite material based on an aluminosilicate binder - Google Patents
Method for producing a composite material based on an aluminosilicate binder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2792488C1 RU2792488C1 RU2022128476A RU2022128476A RU2792488C1 RU 2792488 C1 RU2792488 C1 RU 2792488C1 RU 2022128476 A RU2022128476 A RU 2022128476A RU 2022128476 A RU2022128476 A RU 2022128476A RU 2792488 C1 RU2792488 C1 RU 2792488C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- aluminosilicate binder
- binder
- aluminosilicate
- producing
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения композиционного материала на основе алюмосиликатного связующего, подвергающегося эксплуатации при высоких температурах (до 1000°С). Композиционный материал может найти применение в производстве авиационной техники, строительстве и других отраслях промышленности.The invention relates to a method for producing a composite material based on an aluminosilicate binder, which is subjected to operation at high temperatures (up to 1000°C). The composite material can be used in the production of aviation equipment, construction and other industries.
1) Известно изобретение по патенту CN107640975B «Трехмерная преформа из углеродного волокна для получения керамического композита на основе оксидов алюминия и иттрия и способ его получения».1) The invention is known according to the patent CN107640975B "Three-dimensional carbon fiber preform for producing a ceramic composite based on aluminum and yttrium oxides and a method for producing it."
Изобретение раскрывает способ получения керамического композиционного материала на основе трехмерной преформы из углеродного волокна и неорганической матрицы на основе оксидов алюминия и иттрия. Композиционный материал состоит из трехмерной заготовки из углеродного волокна и керамической матрицы на основе комплексной фазы оксидов алюминия и иттрия. Способ приготовления включает в себя следующие операции:The invention discloses a method for producing a ceramic composite material based on a three-dimensional carbon fiber preform and an inorganic matrix based on aluminum and yttrium oxides. The composite material consists of a three-dimensional carbon fiber preform and a ceramic matrix based on a complex phase of aluminum and yttrium oxides. The preparation method includes the following operations:
1) приготовление золя оксида иттрия;1) preparation of yttrium oxide sol;
2) пропитку;2) impregnation;
3) сушку;3) drying;
4) термообработку;4) heat treatment;
5) повторение этапов (2)-(4).5) repetition of steps (2)-(4).
Композиционный материал обладает следующими преимуществами: низкая пористость, высокая термостойкость, хорошие механические свойства.Composite material has the following advantages: low porosity, high temperature resistance, good mechanical properties.
Недостатком данного изобретения является длительность и трудоемкость технологического процесса получения композиционного материала, из-за многократного повторения этапов пропитки, сушки и термообработки.The disadvantage of this invention is the duration and complexity of the technological process of obtaining a composite material, due to repeated repetition of the stages of impregnation, drying and heat treatment.
2) Известно изобретение по патенту CN 105601309A «Композиционный материал на основе оксида алюминия, армированный трехмерным волокнистым наполнителем и способ его изготовления». Волокнистым наполнителем в описанном изобретении является углеродное волокно или волокно из карбида кремния. Способ включает следующие этапы:2) An invention is known according to patent CN 105601309A "Composite material based on aluminum oxide, reinforced with a three-dimensional fibrous filler and a method for its manufacture." The fibrous filler in the described invention is carbon fiber or silicon carbide fiber. The method includes the following steps:
1) пропитка наполнителя связующим;1) impregnation of the filler with a binder;
2) сушка;2) drying;
3) термическая обработка;3) heat treatment;
4) повторение процессов пропитки, сушки, термообработки.4) repetition of the processes of impregnation, drying, heat treatment.
Композиционный материал на основе оксида алюминия, армированный трехмерным волокном, обладает низкой пористостью, высокой стабильностью и высокими механическими характеристиками.The 3D fiber reinforced alumina composite material has low porosity, high stability and high mechanical performance.
Недостатком данного изобретения является длительность и трудоемкость технологического процесса получения композиционного материала, из-за необходимости многократного повторения этапов пропитки, сушки и термообработки.The disadvantage of this invention is the duration and complexity of the technological process of obtaining a composite material, due to the need to repeat the stages of impregnation, drying and heat treatment.
3) Известно изобретение по патенту CN107640973B «Трехмерная преформа из углеродного волокна для получения керамического композита на основе силикатов иттрия и способ его получения». Способ приготовления композиционного материала включает следующие этапы:3) An invention is known according to the patent CN107640973B "Three-dimensional carbon fiber preform for producing a ceramic composite based on yttrium silicates and a method for producing it." The method for preparing a composite material includes the following steps:
1) приготовление золя Y2O3-SiO2;1) preparation of Sol Y 2 O 3 -SiO 2 ;
2) пропитка армирующего материала;2) impregnation of the reinforcing material;
3) сушка;3) drying;
4) термическая обработка;4) heat treatment;
5) повторение операций пропитки, сушки, термообработки.5) repetition of the operations of impregnation, drying, heat treatment.
Недостатком данного изобретения является длительность и трудоемкость технологического процесса получения композиционного материала, из-за необходимости многократного повторения этапов пропитки, сушки и термообработки.The disadvantage of this invention is the duration and complexity of the technological process of obtaining a composite material, due to the need to repeat the stages of impregnation, drying and heat treatment.
4) Известно изобретение по патенту CN108147797B «Трехмерный композиционный керамический материал на основе диоксида кремния и циркония, армированный углеродным волокном, и способ его получения». Изобретение раскрывает трехмерный композитный керамический материал на основе диоксида кремния и диоксида циркония, армированный углеродным волокном, и способ его получения, включающий следующие этапы:4) An invention is known according to patent CN108147797B "Three-dimensional composite ceramic material based on silicon dioxide and zirconium, reinforced with carbon fiber, and a method for producing it." The invention discloses a three-dimensional composite ceramic material based on silicon dioxide and zirconium dioxide, reinforced with carbon fiber, and a method for its production, including the following steps:
1) стабилизацию золя SiO2-ZrO2;1) stabilization of the Sol SiO 2 -ZrO 2 ;
2) пропитку трехмерной заготовки из углеродного волокна в стабилизированном золе SiO2-ZrO2;2) impregnation of a three-dimensional carbon fiber preform in a stabilized SiO 2 -ZrO 2 ash;
3) сушку трехмерной заготовки из углеродного волокна;3) drying the three-dimensional carbon fiber preform;
4) термическую обработку;4) heat treatment;
5) повторение процессов пропитки, сушки, термообработки.5) repetition of the processes of impregnation, drying, heat treatment.
Армированный углеродным волокном керамический композиционный материал, получаемый согласно данному изобретению, обладает высокой термостойкостью, стойкостью к окислению, высокими механическими свойствами.The carbon fiber-reinforced ceramic composite material obtained according to the present invention has high thermal stability, oxidation resistance, high mechanical properties.
Недостатком данного изобретения является длительность и трудоемкость технологического процесса получения композиционного материала из-за необходимости многократного повторения этапов пропитки, сушки и термообработки.The disadvantage of this invention is the duration and complexity of the technological process of obtaining a composite material due to the need to repeat the stages of impregnation, drying and heat treatment.
5) Известно изобретение по патенту CN108178648B «Трехмерный композитный материал на основе оксида алюминия и циркония, армированный углеродным волокном, и способ его получения».5) The invention is known according to the patent CN108178648B "Three-dimensional composite material based on aluminum oxide and zirconium, reinforced with carbon fiber, and method for its production".
Изобретение раскрывает объемный композиционный материал из оксида алюминия и циркония, армированный углеродным волокном, и способ его получения, включающий следующие этапы:The invention discloses a bulk composite material of aluminum oxide and zirconium, reinforced with carbon fiber, and a method for its production, including the following steps:
1) стабилизацию золя на основе оксида алюминия и циркония;1) stabilization of the sol based on aluminum oxide and zirconium;
2) вакуумную пропитку трехмерной заготовки из углеродного волокна;2) vacuum impregnation of a three-dimensional carbon fiber blank;
3) сушку пропитанной заготовки из углеродного волокна;3) drying the impregnated carbon fiber preform;
4) термическую обработку;4) heat treatment;
5) повторение операций пропитки, сушки, термообработки.5) repetition of the operations of impregnation, drying, heat treatment.
Недостатком данного изобретения является длительность и трудоемкость технологического процесса получения композиционного материала, из-за необходимости многократного повторения этапов пропитки, сушки и термообработки.The disadvantage of this invention is the duration and complexity of the technological process of obtaining a composite material, due to the need to repeat the stages of impregnation, drying and heat treatment.
6) Известно изобретение по патенту CZ20318U1 «Высокопрочный геополимерный композит, армированный углеродным волокном». Изобретение относится к высокопрочным геополимерам, армированным углеродным волокном с покрытием на основе эпоксидной смолы. Изобретение раскрывает высокопрочный геополимерный композит, армированный углеродным волокном, отличающийся тем, что в его состав входит:6) The invention is known according to the patent CZ20318U1 "High-strength geopolymer composite reinforced with carbon fiber". The invention relates to high-strength carbon fiber-reinforced geopolymers coated with epoxy resin. The invention discloses a high-strength geopolymer composite reinforced with carbon fiber, characterized in that it contains:
- 55-65 мас. геополимерной матрицы, содержащей 70-80 мас.% SiO2, 5-8 мас.% Al2О3, 10-20 мас.% K2О, 2-7 мас.% одного из оксидов, к которым относятся P2O5 и B2O3;- 55-65 wt. geopolymer matrix containing 70-80 wt.% SiO 2 , 5-8 wt.% Al 2 O 3 , 10-20 wt.% K 2 O, 2-7 wt.% one of the oxides, which include P 2 O 5 and B 2 O 3 ;
- 35-45 мас.% углеродных волокон, с покрытием на основе эпоксидной смолы с содержанием от 1 до 1,5 мас.%;- 35-45 wt.% carbon fibers, coated on the basis of epoxy resin with a content of from 1 to 1.5 wt.%;
Предел прочности при изгибе геополимерных композитных образцов в зависимости от состава составляет от 406 до 753 МПа, а модуль упругости составляет от 67,5 до 87,7 ГПа.The flexural strength of geopolymer composite samples, depending on the composition, ranges from 406 to 753 MPa, and the modulus of elasticity ranges from 67.5 to 87.7 GPa.
Недостатком изобретения является необходимость использования дополнительной операции, заключающейся в нанесении эпоксидного покрытия на поверхность углеродных волокон, что усложняет технологический процесс производства композиционного материала и увеличивает временные затраты. Кроме того, использование покрытия на основе эпоксидного полимера ограничивает температуру эксплуатации геополимерного композиционного материала.The disadvantage of the invention is the need to use an additional operation, which consists in applying an epoxy coating on the surface of carbon fibers, which complicates the manufacturing process of the composite material and increases time costs. In addition, the use of an epoxy resin coating limits the operating temperature of the geopolymer composite.
7) Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату, выбранное заявителем в качестве прототипа, является изобретение по патенту CN101531535B «Способ получения упрочненного композиционного материала на неорганической полимерной основе из непрерывного волокна». 7) The closest in technical essence and achieved technical result , chosen by the applicant as a prototype, is the invention according to patent CN101531535B "Method of obtaining a reinforced composite material based on an inorganic polymer from a continuous fiber."
Способ приготовления композиционного материала на неорганической полимерной основе осуществляется в соответствии со следующими этапами:The method for preparing a composite material based on an inorganic polymer is carried out in accordance with the following steps:
1) каолин прокаливают в течение 1,5-2,5 ч при температуре 700-800°С, получая таким образом метакаолин;1) kaolin is calcined for 1.5-2.5 hours at a temperature of 700-800°C, thus obtaining metakaolin;
2) метакаолин и раствор силиката смешивают в массовом соотношении 46-62%, образуется неорганическая полимерная матрица, затем добавляют керамические частицы и получают примесь керамических частиц в неорганической полимерной матрице, где весовое соотношение неорганической полимерной матрицы и керамических частиц составляет 1:0,1-1;2) metakaolin and silicate solution are mixed in a mass ratio of 46-62%, an inorganic polymer matrix is formed, then ceramic particles are added and an admixture of ceramic particles is obtained in an inorganic polymer matrix, where the weight ratio of the inorganic polymer matrix and ceramic particles is 1: 0.1- 1;
3) ткань из непрерывного волокна пропитывается смесью неорганического полимера, обработанного ультразвуком течение 5-12 минут, получают препрег;3) a continuous fiber fabric is impregnated with a mixture of inorganic polymer, sonicated for 5-12 minutes, a prepreg is obtained;
4) препрег укладывается в форму при температуре 50-90°С, затвердевает в течение 20-120 минут,4) the prepreg is placed in a mold at a temperature of 50-90°C, hardens within 20-120 minutes,
5) продукт, полученный на 4 этапе, подвергается пирообработке в вакууме или инертном газе, температура обработки составляет 800-1300°С, а время обработки составляет 30-120 минут.5) the product obtained in step 4 is subjected to pyroprocessing in vacuum or inert gas, the processing temperature is 800-1300°C, and the processing time is 30-120 minutes.
Таким образом, получают армированный композиционный материал на основе неорганического полимера из непрерывного волокна.Thus, a reinforced composite material based on an inorganic polymer from a continuous fiber is obtained.
Плотность композиционного материала на основе неорганического полимера с непрерывным волокном составляет 1,6-1,9 г/см3 , прочность на трехточечный изгиб составляет 160-260 МПа, работа на разрыв составляет 40-55 кДж.м-2 , температура эксплуатации до 1000°С.The density of the composite material based on an inorganic polymer with a continuous fiber is 1.6-1.9 g/cm 3 , the three-point bending strength is 160-260 MPa, the tensile strength is 40-55 kJ . m -2 , operating temperature up to 1000°C.
Недостатком изобретения являются невысокие механические свойства композиционного материала при изгибе и растяжении, что, по-видимому, связано с недостаточным уплотнением слоев препрега и недостаточным удалением пузырьков воздуха и влаги, так как отверждение препрега производится без вакуума.The disadvantage of the invention is the low mechanical properties of the composite material in bending and stretching, which, apparently, is due to insufficient compaction of the prepreg layers and insufficient removal of air bubbles and moisture, since the prepreg is cured without vacuum.
Задачей и техническим результатом заявленного технического решения является разработка способа получения композиционного материала на основе алюмосиликатного связующего, устраняющего недостатки прототипа, а именно: The objective and technical result of the claimed technical solution is to develop a method for producing a composite material based on an aluminosilicate binder that eliminates the disadvantages of the prototype, namely:
- повышение прочностных характеристик композиционного материала.- increasing the strength characteristics of the composite material.
Технический результат достигается тем, что в способе получения композиционного материала на основе алюмосиликатного связующего новым является то, что углеткань предварительно обрабатывают водным раствором силиката натрия или калия и после пропитки алюмосиликатным связующим и выкладки в форму уплотняют в вакуумном мешке при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:The technical result is achieved by the fact that in the method of obtaining a composite material based on an aluminosilicate binder , a new feature is that the carbon fabric is pre-treated with an aqueous solution of sodium or potassium silicate and, after impregnation with an aluminosilicate binder and laying out in a mold, is compacted in a vacuum bag in the following ratio of components, wt. hours:
Способ получения композиционного материала, на основе алюмосиликатного связующего, включает следующие стадии: The method for producing a composite material based on an aluminosilicate binder includes the following steps:
1) раскрой углеткани,1) cutting carbon fabrics,
2) обработка каждого слоя ткани водным раствором силиката натрия или калия с последующей выдержкой в течение 30 минут;2) treatment of each tissue layer with an aqueous solution of sodium or potassium silicate, followed by exposure for 30 minutes;
3) подготовка алюмосиликатного связующего, заключающаяся в смешении метакаолина и раствора силиката натрия или калия;3) preparation of aluminosilicate binder, which consists in mixing metakaolin and sodium or potassium silicate solution;
4) пропитка каждого слоя углеткани алюмосиликатным связующим,4) impregnation of each layer of carbon fiber with an aluminosilicate binder,
5) выкладка пропитанных слоев,5) laying out impregnated layers,
6) уплотнение собранного пакета под вакуумом и отверждение при температуре 50-90°С в течение 20-120 мин. Для повышения термостойкости и температуры эксплуатации дополнительно проводится термообработка в среде инертного газа при температуре 800-1300°С.6) sealing the assembled package under vacuum and curing at a temperature of 50-90°C for 20-120 minutes. To increase the heat resistance and operating temperature, heat treatment is additionally carried out in an inert gas atmosphere at a temperature of 800-1300°C.
Заявленная последовательность действий не выявлена из уровня техники.The claimed sequence of actions is not identified from the prior art.
Заявленное техническое решение иллюстрируется Табл. 1 - Табл. 2.The claimed technical solution is illustrated in Table. 1 - Tab. 2.
В таблице 1 приведены составы заявленного композиционного материала и композиционного материала по прототипу.Table 1 shows the compositions of the claimed composite material and the prototype composite material.
В таблице 2 приведены свойства заявленного композиционного материала и композиционного материала по прототипу.Table 2 shows the properties of the claimed composite material and the prototype composite material.
Далее приведено описание отдельных компонентов заявленного композиционного материала.The following is a description of the individual components of the claimed composite material.
Теплостойкость полимерных композиционных материалов ограничена природой полимерной матрицы. Для решения данной проблемы перспективным является использование геополимерного связующего. Геополимеры - это класс алюмосиликатных связующих, представляющих собой полимеры на основе минералов, синтезированных путем геосинтеза, то есть химической реакции между алюмосиликатами и полисиликатами щелочных металлов, в результате которой образуется связь Al-O-Si.The heat resistance of polymer composite materials is limited by the nature of the polymer matrix. To solve this problem, it is promising to use a geopolymer binder. Geopolymers are a class of aluminosilicate binders, which are polymers based on minerals synthesized by geosynthesis, that is, a chemical reaction between aluminosilicates and alkali metal polysilicates, which results in the formation of an Al-O-Si bond.
Данные материалы обладают широким спектром полезных свойств: хорошими механическими свойствами, термической стабильностью, низкой усадкой, огнеупорностью и устойчивостью к воздействию кислот, а также они безвредны для окружающей среды, чем выгодно отличаются от большинства полимерных связующих на основе синтетических смол.These materials have a wide range of useful properties: good mechanical properties, thermal stability, low shrinkage, fire and acid resistance, and they are environmentally friendly, which compares favorably with most synthetic resin-based polymer binders.
Углеродные волокна обеспечивают высокую прочность композиционного материала. В качестве наполнителя использовали углеродную ткань с поверхностной плотностью 100 г/м2.Carbon fibers provide high strength composite material. The filler used was a carbon cloth with a surface density of 100 g/m 2 .
В качестве геополимерного связующего использовали раствор алюмосиликата. В качестве исходного компонента использовали метакаолины марок: ВМК-45 с массовой долей SiO2 51,4 %, Al2O3 > 42%; ВМК-ВВу с массовой долей SiO2 40-42 %, Al2O3 30-32%, МК 1000 с массовой долей SiO2 55 %, Al2O3 40% (ООО «Синерго», Россия). Соотношение Si/Al = 2…3. В качестве активирующего агента использовали щелочные растворы силиката натрия или калия, содержащие 30-31% силиката натрия или калия и 8-9% NaOH или KOH.An aluminosilicate solution was used as a geopolymer binder. Metakaolins of the following grades were used as the initial component: VMK-45 with a mass fraction of SiO 2 51.4%, Al 2 O 3 >42%; VMK-VVu with a mass fraction of SiO 2 40-42%, Al 2 O 3 30-32%, MK 1000 with a mass fraction of SiO 2 55%, Al 2 O 3 40% (Synergo LLC, Russia). Si/Al ratio = 2…3. Alkaline solutions of sodium or potassium silicate containing 30-31% sodium or potassium silicate and 8-9% NaOH or KOH were used as an activating agent.
Смешивание компонентов проводили в интервале температур от 0 до 20°С, для того чтобы снизить скорость гелеобразования смеси до начала процесса пропитки.The mixing of the components was carried out in the temperature range from 0 to 20°C in order to reduce the rate of gelation of the mixture before the start of the impregnation process.
Из литературы известно, что геополимерная матрица обладает низкой адгезией к углеродным волокнам. В предложенном изобретении для улучшения адгезии между наполнителем и связующим углеткань предварительно обрабатывали водным раствором силиката натрия или калия с содержанием силиката натрия или калия 10-15% и 2,5-3% NaOH или KOH. Присутствие щелочи приводит к частичному окислению поверхности углеродного волокна, что приводит к образованию групп, химически взаимодействующих с геополимерной матрицей. В результате повышается адгезионная прочность между углеродным волокном и алюмосиликатной матрицей.It is known from the literature that the geopolymer matrix has low adhesion to carbon fibers. In the proposed invention, to improve adhesion between the filler and the binder, the carbon fabric was pre-treated with an aqueous solution of sodium or potassium silicate containing sodium or potassium silicate 10-15% and 2.5-3% NaOH or KOH. The presence of alkali leads to partial oxidation of the carbon fiber surface, which leads to the formation of groups that chemically interact with the geopolymer matrix. As a result, the adhesive strength between the carbon fiber and the aluminosilicate matrix is increased.
Теплостойкость композиционного материала определяли методом динамического механического анализа на приборе DMA 242 E (NETZSCH) при скорости нагрева 5 К/мин.The heat resistance of the composite material was determined by dynamic mechanical analysis on a DMA 242 E instrument (NETZSCH) at a heating rate of 5 K/min.
Прочность на растяжение определяли по ГОСТ Р 56785-2015 «Композиты полимерные. Метод испытания на растяжение плоских образцов».Tensile strength was determined according to GOST R 56785-2015 “Polymer composites. Tensile testing method for flat specimens”.
Прочность на изгиб определяли по ГОСТ Р 56810-2015 «Композиты полимерные. Метод испытания на изгиб плоских образцов».Bending strength was determined according to GOST R 56810-2015 “Polymer composites. Bending test method for flat specimens”.
Далее заявителем приведены примеры осуществления заявленного технического решения.Further, the applicant provides examples of the implementation of the claimed technical solution.
Пример 1Example 1
На первом этапе проводят раскрой слоев углеткани, количество слоев зависит от толщины изделий. Слои углеткани предварительно обрабатывают водным раствором силиката натрия и выдерживают 30 минут. Композицию алюмосиликатного связующего готовят перемешиванием метакаолина и раствора силиката натрия в соотношении 1: 1,2. Слои углеткани пропитывают алюмосиликатным связующим и выкладывают на оснастку. Производят сборку вакуумного пакета и отверждают заготовку под вакуумом при температуре 50-90°С в течение 20-120 мин. Для повышения термостойкости и температуры эксплуатации дополнительно проводят термообработку в среде инертного газа при температуре 800-1300°С.At the first stage, the layers of carbon fabric are cut, the number of layers depends on the thickness of the products. Layers of carbon fabric are pre-treated with an aqueous solution of sodium silicate and incubated for 30 minutes. The composition of the aluminosilicate binder is prepared by mixing metakaolin and sodium silicate solution in a ratio of 1: 1.2. Layers of carbon fabric are impregnated with an aluminosilicate binder and laid out on a tooling. The vacuum bag is assembled and the workpiece is cured under vacuum at a temperature of 50-90°C for 20-120 minutes. To increase the heat resistance and operating temperature, heat treatment is additionally carried out in an inert gas atmosphere at a temperature of 800-1300°C.
Пример 2Example 2
На первом этапе проводят раскрой слоев углеткани, количество слоев зависит от толщины изделий. Слои углеткани предварительно обрабатывают водным раствором силиката калия и выдерживают 30 минут. Композицию алюмосиликатного связующего готовят перемешиванием метакаолина и раствора силиката калия в соотношении 1: 1,2. Слои углеткани пропитывают алюмосиликатным связующим и выкладывают на оснастку. Производят сборку вакуумного пакета и отверждают заготовку под вакуумом при температуре 50-90°С в течение 20-120 мин. Для повышения термостойкости и температуры эксплуатации дополнительно проводят термообработка в среде инертного газа при температуре 800-1300°С.At the first stage, the layers of carbon fabric are cut, the number of layers depends on the thickness of the products. Layers of carbon fabric are pre-treated with an aqueous solution of potassium silicate and incubated for 30 minutes. The composition of the aluminosilicate binder is prepared by mixing metakaolin and potassium silicate solution in a ratio of 1: 1.2. Layers of carbon fabric are impregnated with an aluminosilicate binder and laid out on a tooling. The vacuum bag is assembled and the workpiece is cured under vacuum at a temperature of 50-90°C for 20-120 minutes. To increase the heat resistance and operating temperature, heat treatment is additionally carried out in an inert gas medium at a temperature of 800-1300°C.
Пример 3Example 3
На первом этапе проводят раскрой слоев углеткани, количество слоев зависит от толщины изделий. Слои углеткани предварительно обрабатывают водным раствором силиката натрия и выдерживают 30 минут. Композицию алюмосиликатного связующего готовят перемешиванием метакаолина и раствора силиката натрия в соотношении 1: 1,1. Слои углеткани пропитывают алюмосиликатным связующим и выкладывают на оснастку. Производят сборку вакуумного пакета и отверждают заготовку под вакуумом при температуре 50-90°С в течение 20-120 мин. Для повышения термостойкости и температуры эксплуатации дополнительно проводят термообработка в среде инертного газа при температуре 800-1300°С.At the first stage, the layers of carbon fabric are cut, the number of layers depends on the thickness of the products. Layers of carbon fabric are pre-treated with an aqueous solution of sodium silicate and incubated for 30 minutes. The composition of the aluminosilicate binder is prepared by mixing metakaolin and sodium silicate solution in a ratio of 1: 1.1. Layers of carbon fabric are impregnated with an aluminosilicate binder and laid out on a tooling. The vacuum bag is assembled and the workpiece is cured under vacuum at a temperature of 50-90°C for 20-120 minutes. To increase the heat resistance and operating temperature, heat treatment is additionally carried out in an inert gas medium at a temperature of 800-1300°C.
Пример 4Example 4
На первом этапе проводят раскрой слоев углеткани, количество слоев зависит от толщины изделий. Слои углеткани предварительно обрабатывают водным раствором силиката калия и выдерживают 30 минут. Композицию алюмосиликатного связующего готовят перемешиванием метакаолина и раствора силиката калия в соотношении 1:1,1. Слои углеткани пропитывают алюмосиликатным связующим и выкладывают на оснастку. Производят сборку вакуумного пакета и отверждают заготовку под вакуумом при температуре 50-90°С в течение 20-120 мин. Для повышения термостойкости и температуры эксплуатации дополнительно проводят термообработка в среде инертного газа при температуре 800-1300°С.At the first stage, the layers of carbon fabric are cut, the number of layers depends on the thickness of the products. Layers of carbon fabric are pre-treated with an aqueous solution of potassium silicate and incubated for 30 minutes. The composition of the aluminosilicate binder is prepared by mixing metakaolin and potassium silicate solution in a ratio of 1:1.1. Layers of carbon fabric are impregnated with an aluminosilicate binder and laid out on a tooling. The vacuum bag is assembled and the workpiece is cured under vacuum at a temperature of 50-90°C for 20-120 minutes. To increase the heat resistance and operating temperature, heat treatment is additionally carried out in an inert gas medium at a temperature of 800-1300°C.
Пример 5Example 5
На первом этапе проводят раскрой слоев углеткани, количество слоев зависит от толщины изделий. Слои углеткани предварительно обрабатывают водным раствором силиката натрия и выдерживают 30 минут. Композицию алюмосиликатного связующего готовят перемешиванием метакаолина и раствора силиката натрия в соотношении 1:1. Слои углеткани пропитывают алюмосиликатным связующим и выкладывают на оснастку. Производят сборку вакуумного пакета и отверждают заготовку под вакуумом при температуре 50-90°С в течение 20-120 мин. Для повышения термостойкости и температуры эксплуатации дополнительно проводят термообработка в среде инертного газа при температуре 800-1300°С.At the first stage, the layers of carbon fabric are cut, the number of layers depends on the thickness of the products. Layers of carbon fabric are pre-treated with an aqueous solution of sodium silicate and incubated for 30 minutes. The composition of the aluminosilicate binder is prepared by mixing metakaolin and sodium silicate solution in a ratio of 1:1. Layers of carbon fabric are impregnated with an aluminosilicate binder and laid out on a tooling. The vacuum bag is assembled and the workpiece is cured under vacuum at a temperature of 50-90°C for 20-120 minutes. To increase the heat resistance and operating temperature, heat treatment is additionally carried out in an inert gas medium at a temperature of 800-1300°C.
Результаты приведены в Таблице 1. В Таблице 1 также приведены данные по прототипу для сравнения.The results are shown in Table 1. Table 1 also shows data on the prototype for comparison.
Из данных, приведенных в Таблице 1, видно, что получены составы заявленного композиционного материала на основе алюмосиликатного связующего во всем интервале заявленных значений содержания компонентов.From the data given in Table 1, it can be seen that the compositions of the claimed composite material based on the aluminosilicate binder were obtained in the entire range of the declared values of the content of the components.
В Таблице 2 приведены свойства полученного по Примерам 1-5 композиционного материала на основе алюмосиликатного связующего и прототипа для сравнения.Table 2 shows the properties obtained in Examples 1-5 composite material based on aluminosilicate binder and prototype for comparison.
Как видно из Таблицы 2, заявленный композиционный материал (Примеры 1-5) имеет:As can be seen from Table 2, the claimed composite material (Examples 1-5) has:
- высокую теплостойкость (до 1000°С);- high heat resistance (up to 1000°С);
- высокий предел прочности на изгиб (180-265 МПа);- high bending strength (180-265 MPa);
- высокий предел прочности на растяжение (232-242 МПа), что соответствует работе на разрыв 560-582 кДж/м2.- high tensile strength (232-242 MPa), which corresponds to a tensile strength of 560-582 kJ/m 2 .
Таким образом, из описанного выше можно сделать вывод, что заявителем достигнуты поставленные задачи и заявленный технический результат, превышающий технический результат прототипа, а именно:Thus, from the above, we can conclude that the applicant has achieved the objectives and the claimed technical result , exceeding the technical result of the prototype, namely:
- разработан способ получения композиционного материала на основе алюмосиликатного связующего, включающий подготовку углеткани, подготовку алюмосиликатного связующего, пропитку углеткани связующим, выкладку, вакуумное формование и отверждение,- a method has been developed for producing a composite material based on an aluminosilicate binder, including preparation of carbon fabric, preparation of an aluminosilicate binder, impregnation of carbon fabric with a binder, laying out, vacuum forming and curing,
- показано, что предложенный композиционный материал на основе алюмосиликатного связующего имеет высокую теплостойкость, более высокие по сравнению с прототипом значения предела прочности на изгиб и растяжение.- it is shown that the proposed composite material based on aluminosilicate binder has a high heat resistance, higher values of bending and tensile strength compared to the prototype.
Заявленный технический результат достигнут тем, что разработан такой способ получения композиционного материала на основе алюмосиликатного связующего, что позволило получить материал с высокой теплостойкостью и высокими физико-механическими характеристиками.The claimed technical result is achieved by the fact that such a method for obtaining a composite material based on an aluminosilicate binder has been developed, which made it possible to obtain a material with high heat resistance and high physical and mechanical characteristics.
Состав композиционного материала на основе алюмосиликатного связующего и прототипаThe composition of the composite material based on aluminosilicate binder and prototype
- метакаолин
- раствор силиката калия или цезия
- раствор силиката натрия
- раствор силиката калия
- керамические частицыAluminosilicate binder composition at the ratio of components:
- metakaolin
- solution of potassium or cesium silicate
- sodium silicate solution
- potassium silicate solution
- ceramic particles
1
1-5
-
-
0,1-146-62
1
1-5
-
-
0.1-1
1
-
1,2
-
-90
1
-
1.2
-
-
1
-
-
1,2
-95
1
-
-
1.2
-
1
-
1,1
-
-100
1
-
1.1
-
-
1
-
-
1,1
-105
1
-
-
1.1
-
1
-
1
-
-110
1
-
1
-
-
Свойства композиционного материала на основе алюмосиликатного связующего и прототипаProperties of a composite material based on an aluminosilicate binder and a prototype
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2792488C1 true RU2792488C1 (en) | 2023-03-22 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4888311A (en) * | 1986-10-14 | 1989-12-19 | Nicolas Davidovits | Ceramic-ceramic composite material and production method |
SU1094249A1 (en) * | 1982-05-06 | 1991-08-23 | Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности | Method of producing refractory articles |
CN101531535B (en) * | 2009-04-02 | 2011-12-21 | 哈尔滨工业大学 | Preparation method of strengthened inorganic polymer base composite material of continuous fiber |
RU2568199C1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-11-10 | Игорь Александрович Кисиль | Mineral foamed-fibre heat insulation material |
RU2573468C2 (en) * | 2014-04-30 | 2016-01-20 | Сергей Константинович Есаулов | Thermostable compositional material and method for obtaining thereof |
RU2016115760A (en) * | 2016-04-22 | 2017-10-26 | Борис Геннадиевич Гольденфанг | METHOD FOR PRODUCING THERMAL INSULATION PRODUCTS |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1094249A1 (en) * | 1982-05-06 | 1991-08-23 | Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промышленности | Method of producing refractory articles |
US4888311A (en) * | 1986-10-14 | 1989-12-19 | Nicolas Davidovits | Ceramic-ceramic composite material and production method |
CN101531535B (en) * | 2009-04-02 | 2011-12-21 | 哈尔滨工业大学 | Preparation method of strengthened inorganic polymer base composite material of continuous fiber |
RU2573468C2 (en) * | 2014-04-30 | 2016-01-20 | Сергей Константинович Есаулов | Thermostable compositional material and method for obtaining thereof |
RU2568199C1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-11-10 | Игорь Александрович Кисиль | Mineral foamed-fibre heat insulation material |
RU2016115760A (en) * | 2016-04-22 | 2017-10-26 | Борис Геннадиевич Гольденфанг | METHOD FOR PRODUCING THERMAL INSULATION PRODUCTS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4460639A (en) | Fiber reinforced glass matrix composites | |
JPH059389B2 (en) | ||
IL157790A (en) | Inorganic matrix compositions, composites and process of making the same | |
JP2000344567A (en) | Production of inorganic formed article | |
CN112920449B (en) | Normal-pressure drying preparation method of low-density high-strength phenolic resin aerogel with extremely low shrinkage rate | |
CN110746780A (en) | Light high-strength heat-insulation wave-transparent composite material and preparation method thereof | |
RU2792488C1 (en) | Method for producing a composite material based on an aluminosilicate binder | |
JP3127371B2 (en) | Ceramic-containing carbon / carbon composite material and method for producing the same | |
CN108641293B (en) | Epoxy resin-based composite material and preparation method and application thereof | |
CN113831101A (en) | Chopped carbon fiber reinforced phosphate group geopolymer composite material and preparation method thereof | |
US11873247B2 (en) | Uncalcined geopolymer-based refractory material and method for its preparation | |
JP6908424B2 (en) | Curable composition and repair material | |
KR100588421B1 (en) | The manufacturing method of ceramic body having good adiabatic capacity | |
CN113894894B (en) | Bamboo wood modifier and preparation method and application thereof | |
JP4065668B2 (en) | Insulating material and manufacturing method thereof | |
Bachinger et al. | Development of textile reinforcements with improved adhesion and thermal stability for green cement | |
KR102650310B1 (en) | Flame-resistant Inorganic Fiber Composite comprising geopolymer and manufacturing method thereof | |
JPH02275760A (en) | Production of fiber-reinforced b4c composite | |
RU2808804C1 (en) | Composite material made of carbon fibre and phosphate binder and method for its production | |
RU2211201C2 (en) | Fiber-glass plastic composition and a method of manufacturing fiber-glass plastic | |
JP2002003271A (en) | Light-weight molding with moisture absorption and desorption property and method of manufacturing it | |
Trần et al. | Mechanical properties of fabric-reinforced geocomposites in accordance with novel size-independent flexure-test technique | |
JP2952069B2 (en) | Method for producing Si3N4 coated aluminum borate whisker and preform | |
WO2022030026A1 (en) | Composite material and method for producing composite material | |
DeFazio | High temperature/high strength discrete fiber reinforced composites |