CZ305657B6 - Tekutá geopolymerní pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů a způsob její výroby - Google Patents
Tekutá geopolymerní pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů a způsob její výroby Download PDFInfo
- Publication number
- CZ305657B6 CZ305657B6 CZ2009-733A CZ2009733A CZ305657B6 CZ 305657 B6 CZ305657 B6 CZ 305657B6 CZ 2009733 A CZ2009733 A CZ 2009733A CZ 305657 B6 CZ305657 B6 CZ 305657B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- liquid
- geopolymic
- resin
- production
- volume
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Tekutá geopolymerní pryskyřice obsahuje hlavní složky SiO.sub.2.n., Al.sub.2.n.O.sub.3.n. a K.sub.2.n.O, dále fosforečnany nebo boritany. Lze ji uchovat při teplotě maximálně -18 .degree.C po dobu až šesti měsíců, kdy je použitelná pro výrobu vyztužených kompozitů objemově stálých při teplotách od 250 do 900 .degree.C. Způsob výroby tekuté geopolymerní pryskyřice spočívá v tom, že se pevná složka, obsahující křemičitan, s výhodou termální siliku o velikosti primárních částic v rozmezí 0,1 až 5 µm, s obsahem 1 až 3 % hmotn. oxidu hlinitého, a dále kaolin, metakaolin, oxid hlinitý nebo hydroxid hlinitý, smíchá s kapalnou složkou, obsahující roztok hydroxidu draselného nebo draselné vodní sklo a dále kyselinu fosforečnou, fosforečnany draselné, kyselinu boritou nebo boritany. Tekutou geopolymerní pryskyřici lze použít k impregnaci vláken a následnému vytvrzení kompozitu při teplotě 50 až 115 .degree.C po dobu nejméně 30 minut, s výhodou pultruzní technologií.
Description
Tekutá geopolymerní pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitu a způsob její výroby
Oblast techniky
Vynález se týká tekuté geopolymerní pryskyřice použitelné po dobu až šesti měsíců pro výrobu vyztužených kompozitů objemově stálých při teplotách od 250 do 900 °C.
Dosavadní stav techniky
Geopolymery neboli anorganické polymery a pojivá z nich vyráběná jsou alkalicky aktivované hlinitokřemičitany. Na rozdíl od pojiv na bázi portlandského cementu, u kterých tvrdnutí probíhá hydratací slínkových minerálů, vytvrzování geopolymemího pojivá probíhá polymerací. Ta zahrnuje částečné rozpouštění hlinitokřemičitanů, transport a orientaci rozpouštěných částic a jejich následnou polykondenzaci. Všechny tyto kroky probíhají ve velmi alkalickém prostředí, které je podmínkou pro rozpouštění hlinitokřemičitanů. Alkalické hydroxidy a soli též katalyzují uvedené polykondenzační reakce.
Způsob přípravy různých geopolymerů v zásadě spočívá v případě reaktivní směsi složené z křemičitého nebo hlinitokřemičitého prášku s vodným roztokem silně alkalického rozpustného silikátu. Hlinitokřemičitý prášek je v podstatě tvořen hlinitokřemičitými oxidy, jejichž molámí poměr hlavních složek je SiO2 : A12O3 = 2 : 1 až 40 : 1. Vodný roztok silně alkalického silikátu obsahuje hlavní složky v molámím poměru M2O : SiO2 = 0,5 : 1 až 1 : 1, kde M2O je buď Na2O, K2O nebo jejich směs. Smícháním práškových hlinitokřemičitých oxidů s vodným roztokem alkalického silikátu vzniká reaktivní směs, která se používá jako pryskyřice pro impregnaci vláken pro přípravu vyztužených kompozitů nebo jako pojivo pro aglomeraci jiných typů plniv.
Určitou nevýhodou tohoto způsobu přípravy reaktivní pryskyřice pro impregnaci vláken, především pro strojovou impregnaci, je nutnost připravovat novou pryskyřici několikrát denně, neboť doba jejího použití je krátká, což působí komplikace při průmyslovém uplatnění geopolymerů. Řešením tohoto problému je příprava tekuté geopolymerní pryskyřice použitelné po delší dobu.
Tím se zabývá patentová přihláška WO 03/087008. V této patentové přihlášce je vymezen rozsah poměrů SiO2 : A12O3, M2O : SiO2 a M2O : A12O3, při kterých lze získat geopolymerní pryskyřici, kterou lze použít po dobu 4 až 8 týdnů od doby její přípravy, pokud je uchována ve zmraženém stavu při teplotě maximálně -10 °C, lépe -18 °C, přičemž čím je vyšší poměr SiO2: A12O3, tím je kratší doba, po níž je ta geopolymerní pryskyřice použitelná. Pro tento účel lze použít geopolymemí pryskyřice připravené dle patentů EP 066571, EP 815064 a EP 518980 (pozn. není použit přídavek ZnO). Zásadní nevýhodou této pryskyřici je, jak je uvedeno v patentové přihlášce WO 03/087008, že nesmí obsahovat žádné tvrdidlo, urychlovač tuhnutí nebo síťovací prvek dle patentů EP 026687, EP 518980 a EP 518962, jako je například silikát vápenatý neboli mletá granulovaná vysokopecní struska, oxid zinku nebo soli fluoru, jelikož již při poklesu teploty na -18 °C vždy dojde k zatuhnutí pryskyřice, což znemožní její použití pro impregnaci vláken. Další nevýhodou této pryskyřice je, že pokud se po jejím rozmražení před impregnací vláken neaplikuje speciální tvrdidlo na bázi fosforečnanů, například fosforečnan hlinitý, železitý, mědnatý, zinečnatý nebo jejich směsi, dojde při zahřátí vytvrzeného kompozitu při teplotě cca 250 °C k jeho termální expanzi a tedy ke zhoršení mechanických vlastností. Takový kompozit navíc není stabilní ve vroucí vodě. Pro strojovou impregnaci vláken je další nevýhodou velmi krátká doba použití geopolymerní pryskyřice po přidání uvedených fosforečnanů.
Aplikace rozpustných fosforečnanů, např. kyseliny fosforečné a jejích draselných a sodných solí, nebo boritanů, např. kyseliny borité nebo perboratu sodného nebo draselného, pro přípravu geopolymemích směsí a geopolymemích vyztužených kompozitů, objemově stálých při vysokých
- 1 CZ 305657 B6 teplotách, je již známá, např. US 6,966,945, US 6,969,422 a patentová přihláška WO 2005/019130. V žádném z těchto patentových spisů však není uvedeno, že připravenou geopolymemí pryskyřici lze uchovávat při teplotách nižších než -10 °C pro odloženou impregnaci vláken, což je nevýhodou všech těchto řešení. Navíc v patentové přihlášce WO 2005/019130 je použitý poměr SiO2 : A12O3 v geopolymemí směsi omezen na rozsah 3,5 : 1 až 6 : 1, který však není příliš vhodný pro výrobu geopolymerních kompozitů vyztužených vlákny.
Výše uvedené nevýhody alespoň z části odstraňuje tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů a způsob její výroby podle vynálezu.
Podstata vynálezu
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující hlavní složky v molámích poměrech SiO2 : A12O3 = 7,7 až 63 : 1, K2O : SiO2 = 0,08 až 0,20 : 1, K2O : Á12O3 = 1 až 9,1 : 1 a H2O : K2O = 8,3 až 60 : 1, charakterizovaná tím, že obsahuje nejméně jedno aditivum z výčtu, obsahujícího fosforečnany a boritany, přičemž ji lze uchovat při teplotě maximálně -18 °C po dobu až šesti měsíců, kdy je použitelná pro výrobu vyztužených kompozitů objemově stálých při teplotách od 250 do 900 °C.
Výhodná tekutá geopolymemí pryskyřice, charakterizovaná tím, že obsahuje fosforečnan v množství odpovídajícím molámím poměrům SiO2: P2O5 = 23,2 až 217 : 1, P2O5: A12O3 = 0,07 až 0,87 : 1 a K2O : P2O5 = 3,1 až 25,5 : 1 a je vhodná k uchování při teplotě maximálně -18 °C po dobu až šesti měsíců.
Další výhodná tekutá geopolymemí pryskyřice, charakterizovaná tím, že obsahuje boritan v množství odpovídajícím molámím poměrům SiO2 : B2O3 = 12,1 až 111 : 1 a K2O : B2O3 = 1,6 až 15,2 : 1 a je vhodná k uchování při teplotě maximálně -18 °C po dobu až čtyř měsíců.
Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů, charakterizovaný tím, že se pevná složka, obsahující alespoň jeden křemičitan s obsahem 1 až 3 % hmotn. oxidu hlinitého a nejméně jednu další surovinu z výčtu, obsahujícího kaolin, metakaolin, oxid hlinitý a hydroxid hlinitý, smíchá s kapalnou složkou, obsahující alespoň jeden alkalický roztok z výčtu, obsahujícího roztok hydroxidu draselného a draselné vodní sklo, a alespoň jedno aditivum z výčtu, obsahujícího fosforečnany a boritany.
Výhodný způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice, charakterizovaný tím, že křemičitanem je termální silika o velikosti primárních částic v rozmezí 0,1 až 5 pm.
Další výhodný způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice, charakterizovaný tím, že aditivem je alespoň jedna látka z výčtu, obsahujícího kyselinu fosforečnou, fosforečnany draselné a kyselinu boritou.
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice k impregnaci alespoň jednoho druhu výztužných vláken z výčtu, obsahujícího nekonečná vlákna, tkané textilie, netkané textilie a sekaná vlákna, a následnému vytvrzení kompozitu při teplotě 50 až 115 °C po dobu nejméně 30 minut.
Výhodné použití tekuté geopolymemí pryskyřice k impregnaci vláken a vytvrzení kompozitu pultruzní technologií.
Prokázalo se, že přidáním alespoň jednoho aditiva z výčtu, obsahujícího fosforečnany a boritany, lze získat geopolymemí tekuté pryskyřice vhodné k uchování při teplotě maximálně -18 °C po dobu až šesti měsíců v případě přidání fosforečnanu a až čtyř měsíců v případě přidání boritanu. Oproti geopolymemím pryskyřicím neobsahujícím tato aditiva je doba použitelnosti geopolymerní tekuté pryskyřice podle vynálezu při uchování při teplotě maximálně -18 °C až dvakrát delší,
-2CZ 305657 B6 přičemž se obzvláště prodlužuje doba použitelnosti geopolymemí tekuté pryskyřice s vysokým poměrem SiO2: A12O3.
Dále se prokázalo, že je doba zpracovatelnosti tekuté geopolymemí pryskyřice po rozmražení činí 2 až 6 hodin při teplotě 20 °C, což je dostatečná doba pro strojovou impregnaci vláken, například pro výrobu kompozitů pultruzní technologií. Tuto dobu lze dodatečně prodloužit chlazením pryskyřice. Doba úplného zatuhnutí pryskyřice, tedy doba potřebná k výrobě kompozitu, se při teplotách do 115 °C zkracuje na 30 minut.
Výsledné kompozity vyztužené vlákny jsou objemově stabilní při teplotách v rozmezí od 250 do 900 °C, přičemž objemová stabilita kompozitů je závislá na množství použitého aditiva v pryskyřici. V případě použití fosforečnanů jako aditiva jsou objemově stabilní do teploty 900 °C jak kompozity se skleněnými a čedičovými vlákny, tak i kompozity s uhlíkovými vlákny (pozn. zahřívání v redukční atmosféře). V případě boritanu jsou kompozity se skleněnými a čedičovými vlákny objemově stabilní do teploty 400 °C a kompozity s uhlíkovými vlákny do teploty 900 °C (pozn. zahřívání v redukční atmosféře). Je tak patrná zásadní výhoda tekutých geopolymemích pryskyřic podle vynálezu, které již obsahují aditivum neboli síťovací prvek zabraňující expanzi při vysokých teplotách oproti stávajícím pryskyřicím, kde je zapotřebí dodatečně použít speciální aditivum na bázi kovových fosforečnanů.
Výhodnou hlavní surovinou pro výrobu tekuté geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů je termální silika s obsahem 1 až 3 % hmotn. oxidu hlinitého o velikosti sférických primárních částic v rozmezí 0,1 až 5 pm získaná vysokoteplotním zpracováním minerálu zirkon. Zásadní výhodou této suroviny je velmi vysoký obsah pevné složky v tekuté geopolymemí pryskyřici z ní připravené a současně nízká viskozita, což je výhodné pro impregnaci vláken. Obdobný typ suroviny vzniká při výrobě ferrosilikonu, jenž však obsahuje výrazně nižší podíl oxidu hlinitého a také kovový křemík, který reaguje s alkáliemi kapalné složky za vzniku vodíku, což je nevýhodou pro výrobu vyztužených kompozitů. Další surovinou pro výrobu tekuté geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů může být upravená přírodní surovina s obsahem 1 až 3 % hmotn. oxidu hlinitého prodávaná pod obchodním názvem Mikrosilex. Její určitou nevýhodou je však nepravidelný tvar a velikost částic, což vyžaduje obvykle větší obsah vody pro dosažení srovnatelné hodnoty viskozity tekuté geopolymemí pryskyřice.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : A12O3 = 20,1 : 1, K2O : SiO2 = 0,18 : 1, K2O : A12O3 = 3,7 : 1, H2O : K2O = 9,1 : 1, SiO2 : P2O5 = 34,8 : 1, P2O5: Á12O3 = 0,58 : 1 a K2O : P2O5 = 6,3 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor smícháním 53 g 49% hmotn. roztoku KOH, 8,3 g 85% hmotn. kyseliny ortofosforečné a 8,3 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 69,6 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazi-3CZ 305657 B6 cím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 75 g termální siliky (93,2 % hmotn. SiO2 a 2,8 % hmotn. A12O3) a 12,5 g kaolinu KKAF (50,74% hmotn. SiO2 a 34,35 % hmotn. AI2O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává při těchto podmínkách použitelná pro impregnaci vláken nejméně čtyři měsíce.
Příklad 2
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2: A12O3 = 20,1 : 1, K2O : SiO2 = 0,18 : 1, K2O : A12O3 = 3,7 : 1, H2O : K2O = 9,1 : 1, SiO2: P2O5 = 23,2 : 1, P2O5: A12O3 = 0,87 : 1 a K2O : P2O5 = 4,2 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor smícháním 53 g 49% hmotn. roztoku KOH, 12,5 g 85% hmotn. kyseliny ortofosforečné a 12,5 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 78 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 75 g termální siliky (93,2 % hmotn. SiO2 a 2,8 % hmotn. A12O3) a 12,5 g kaolinu KKAF (50,74 % hmotn. SiO2 a 34,35 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává při těchto podmínkách použitelná pro impregnaci vláken nejméně šest měsíců.
Příklad 3
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : A12O3 = 53,4 : 1, K2O : SiO2 = 0,13 : 1, K2O : AI2O3 = 7 : 1, H2O : K2O = 10,4 : 1, SiO2 : P2O5 = 35:1, P2O5: A12O3 = 0,56 : 1 a K2O : P2O5 = 4,2 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor smícháním 70,5 g 49% hmotn. roztoku KOH, 16,8 g 85% hmotn. kyseliny ortofosforečné a 16,8 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 104,1 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává 150 g termální siliky (93,8 % hmotn. SiO2 a 3,0 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává při těchto podmínkách použitelná pro impregnaci vláken nejméně čtyři měsíce.
-4CZ 305657 B6
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví dle předchozího postupu, avšak místo termální siliky se použije její směs s jednou z následujících surovin: kaolin, metakaolin, oxid hlinitý a hydroxid hlinitý. Poměr suroviny : termální silika 5 a molámí poměry oxidů v těchto pryskyřicích jsou uvedeny v následující tabulce:
| příklad | surovina | surovina: th. silika | SiO2: ai2o3 | K2O: SiO2 | K2O: A12O3 | SiO2: P2OS | P2O5: ai2o3 | K2O: P2O5 |
| 3a | Kaolin KKAF | 0,17:1 | 19,5: 1 | 0,12:1 | 2,4: 1 | 35,0: 1 | 0,56:1 | 4,2: 1 |
| 3b | Metakaolin Mefisto L05 | 0,13 : 1 | 19,8: 1 | 0,12 : 1 | 2,4: 1 | 34,4: 1 | 0,58:1 | 4,2: 1 |
| 3c | Oxid hlinitý PFR | 0,06: 1 | 18,7:1 | 0,13 :1 | 2,6: 1 | 31,9: 1 | 0,61: 1 | 4,2: 1 |
| 3d | Hydroxid hlinitý Matrinal OL107 | 0,09: 1 | 19,3 : 1 | 0,13 :1 | 2,5: 1 | 31,9: 1 | 0,59:1 | 4,2: 1 |
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů podle io příkladů 3a, 3b, 3c a 3d zůstává při teplotě -18 °C použitelná pro impregnaci vláken po dobu 2 až 4 měsíců.
Příklad 4
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje 20 následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2: A12O3 = 21 : 1, K2O : SiO2 = 0,18 : 1, K2O : A12O3 = 2,6 : 1, H2O : K2O = 10,7 : 1, SiO2: P2O5 = 38,6 : 1, P2O5: A12O3 = 0,53 : 1 a K2O : P2O5 = 4,8 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor smícháním 35,2 g 49% hmotn. roztoku KOH, 53,6 g draselného vodního skla s molámím poměrem SiO2 : K2O =1:1 (20,0 % hmotn. SiO2 a 31,3 % 30 hmotn. K2O), 15,8 g 85% hmotn. kyseliny ortofosforečné a 15,8 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 120,4 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 150 g termální siliky (93,8 % hmotn. SiO2 a 3,0 % hmotn. A12O3) a 25,5 g kaolinu KKAF (50,74 % hmotn. SiO2 a 34,35 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 35 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně —18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymerní pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává použitelná pro impregnaci vláken nejméně jeden měsíce.
Příklad 5
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
-5CZ 305657 B6
SiO2 : A12O3 = 53,4 : 1, K2O : SiO2 = 0,11 : 1, K2O : A12O3 - 5,9 : 1, H2O : K2O = 8,6 : 1, SiO2 : P2O5 = 38,2 : 1, P2O5: A12O3 = 1,4 : 1 a K2O : P2O5 = 4,2 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor smícháním 8,3 g dihydrogenfosforečnanu draselného ve 29,4 g 39,7% hmotn. roztoku KOH. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává 75 g termální siliky (93,8 % hmotn. SiO2 a 3,0 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává použitelná pro impregnaci vláken nejméně tři týdny.
Příklad 6
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující boritan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2 : A12O3 = 22,6 : 1, K2O : SiO2 = 0,14 : 1, K2O : A12O3 = 3,1 : 1, H2O : K2O = 9,2 : 1, SiO2 : B2O3 = 37,4 : 1 a K2O : B2O3 = 5,1 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor rozpuštěním 6,4 g kyseliny borité v 83,6 g draselného vodního skla s molámím poměrem SiO2 : K2O = 1 :1 (19 % hmotn. SiO2 a 29,8 % hmotn. K2O). Aktivátor se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 90 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 100 g termální siliky (93,8 % hmotn. SiO2 a 3,0 % hmotn. Á12O3) a 14 g metakaolinu Mefisto L03 (54,5 % hmotn. SiO2 a 41,3 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává použitelná pro impregnaci vláken nejméně čtyři měsíce.
Příklad 7
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2: Á12O3 = 14,8 : 1, K2O : SiO2 = 0,18 : 1, K2O : AI2O3 = 1,7 : 1, H2O : K2O = 10,7 : 1, SiO2: P2O5 = 217,2 : 1, P2O5 : A12O3 = 0,07 : 1, K2O : P2O5 = 25,5 : 1, SiO2 : B2O3 = 107,4 : 1 a K2O : B2O3= 12,6: 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
-6CZ 305657 B6
Nejprve se připraví alkalický aktivátor rozpuštěním 2 g kyseliny borité ve 47 g 49% hmotn. roztoku KOH, přidáním 1,8 g 85% hmotn. kyseliny ortofosforečné a 7,5 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 58,3 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 100 g termální siliky (93,2 % hmotn. SiO2 a 2,8 % hmotn. A12O3) a 21,4 g metakaolinu Mefisto L03 (54,5 % hmotn. SiO2 a 41,3 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává použitelná pro impregnaci vláken nejméně tři týdny.
Příklad 8
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující boritan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2: A12O3 = 56,3 : 1, K2O : SiO2 = 0,13 : 1, K2O : A12O3 = 7,5 : 1, H2O : K2O = 11,7 : 1, SiO2: B2O3=12,1 : 1 a K2O : B2O3 = 1,6 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor rozpuštěním 11,8 g kyseliny borité ve 47,4 g 35,6% hmotn. roztoku hydroxidu draselného. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 59,2 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává 75 g termální siliky (93,2 % hmotn. SiO2 a 2,8 % hmotn. A12O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává použitelná pro impregnaci vláken nejméně dva měsíce.
Příklad 9
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahující fosforečnan a způsob její výroby.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů obsahuje následující oxidy v molámích poměrech:
SiO2: A12O3 = 18,7 : 1, K2O : SiO2 = 0,13 : 1, K2O : A12O3 = 2,4 : 1, H2O : K2O = 10,4 : 1, SiO2: P2O5 = 32,8 : 1, P2O5: AI2O3 = 0,57 : 1 a K2O : P2O5 = 4,2 : 1.
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů se připraví následujícím způsobem:
Nejprve se připraví alkalický aktivátor rozpuštěním 53 g 49% hmotn. roztoku KOH, 12,5 g 85% hmotn. kyseliny ortofosforečné a 12,5 g vody. Roztok se po zchlazení doplní vodou tak, aby byla zachována celková hmotnost 78 g. Pak se roztok vychladí na teplotu maximálně 0 °C v mrazicím boxu. Pak se k roztoku postupně přidává sypká směs obsahující 75 g suroviny Mirosilex (87,6 % hmotn. SiO2 a 2,8 % hmotn. A12O3) a 12,5 g kaolinu KKAF (50,74 % hmotn. SiO2 a 34,35 %
-7CZ 305657 B6 hmotn. AI2O3). Výsledná směs se intenzivně míchá po dobu 10 minut a následně se uloží při teplotě maximálně -18 °C v mrazicím boxu. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů zůstává použitelná pro impregnaci vláken nejméně jeden měsíc.
Příklad 10
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice k impregnaci nekonečných uhlíkových vláken a následnému vytvrzení objemově stálých vyztužených kompozitů.
Nekonečná uhlíková vlákna neboli roving, typu Toho Tenax HTA 800 tex se impregnují tekutou geopolymemí pryskyřicí dle příkladů 1 a 6 po jednom měsíci uchování při teplotě -18 °C pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů v laboratorním smáčecím zařízení. Kompozit se sestaví z 12 kusů rovingu o délce 10 cm. Zrání probíhá nejprve při teplotě 20 °C po dobu 1 hodiny a poté při teplotě 85 °C po dobu 5 hodin za tlaku vzduchu cca 5 kPa. Poté jsou vzorky kompozitu sušeny po dobu 5 hodin při teplotě 85 °C. Velikost vzorků kompozitů je 100 x 5 x 5 mm.
První uhlíkový kompozit o obsahu vláken 50 % hmotn. připravený s použitím tekuté geopolymemí pryskyřice dle příkladu 1 měl pevnost v tahu za ohybu 416 MPa a modul pružnosti 97 GPa. Druhý uhlíkový kompozit o obsahu vláken 35 % hmotn. připravený s použitím tekuté geopolymemí pryskyřice dle příkladu 6 měl pevnost v tahu za ohybu 524 MPa a modul pružnosti 90 GPa.
Po zahřívání těchto dvou uhlíkových kompozitů v atmosféře dusíku na teplotu 900 °C po dobu 3 hodin měl první uhlíkový kompozit pevnost v tahu za ohybu 438 MPa a modul pružnosti 89 GPa, přičemž u něj došlo k objemové expanzi maximálně o 5 %. Druhý uhlíkový kompozit měl pevnost v tahu za ohybu 508 MPa a modul pružnosti 82 GPa, přičemž u něj došlo k objemové expanzi maximálně o 12 %. Pevnost v tahu za ohybu a modul pružnosti byly ve všech uvedených případech měřeny při vzdálenosti podpěr 76 mm.
Příklad 11
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice k impregnaci čedičových uhlíkových vláken a následnému vytvrzení objemově stálých vyztužených kompozitů.
Nekonečná čedičová vlákna neboli roving, typu Basaltex 2520 tex jsou impregnována tekutou geopolymemí pryskyřicí dle příkladů 3a, 6 a 7 po dvou týdnech uchování při teplotě -18 °C v laboratorním smáčecím zařízení. Kompozit se sestaví zl02 kusů rovingu o délce 10 cm. Zrání probíhá nejprve při teplotě 20 °C po dobu 1 hodiny a poté při teplotě 85 °C po dobu 5 hodin za tlaku vzduchu cca 5 kPa. Poté jsou vzorky kompozitu sušeny po dobu 5 hodin při teplotě 85 °C. Velikost vzorků kompozitů je 100 x 5 x 5 mm.
První čedičový kompozit o obsahu vláken 63 % hmotn. připravený s použitím tekuté geopolymemí pryskyřice dle příkladu 3a měl pevnost v tahu za ohybu 324 MPa a modul pružnosti 47 GPa. Druhý čedičový kompozit o obsahu vláken 60 % hmotn. připravený s použitím tekuté geopolymemí pryskyřice dle příkladu 6 měl pevnost v tahu za ohybu 261 MPa a modul pružnosti 39 GPa. Třetí čedičový kompozit o obsahu vláken 52 % hmotn. připravený s použitím tekuté geopolymemí pryskyřice dle příkladu 7 měl pevnost v tahu za ohybu 369 MPa a modul pružnosti 37 GPa.
Po zahřívání těchto tří čedičových kompozitů na teplotu 400 °C po dobu 3 hodin měl první čedičový kompozit pevnost v tahu za ohybu 206 MPa a modul pružnosti 45 GPa, přičemž u něj došlo k objemovému smrštění maximálně o 1,7 %. Druhý čedičový kompozit měl pevnost v tahu za ohybu 129 MPa a modul pružnosti 36 GPa, přičemž u něj došlo k objemové expanzi maximálně
-8CZ 305657 B6 o 3 %. Třetí čedičový kompozit měl pevnost v tahu za ohybu 137 MPa a modul pružnosti 33 GPa, přičemž u něj došlo k objemové expanzi maximálně o 1,5 %.
Pevnost v tahu za ohybu a modul pružnosti byly ve všech uvedených případech měřeny při vzdálenosti podpěr 76 mm.
Po zahřívání na teplotu 700 °C po dobu 3 hodin měl první čedičový kompozitu pevnost v tahu za ohybu 55 MPa a modul pružnosti 48 GPa, přičemž došlo k objemovému smrštění kompozitu maximálně o 1,6 %. Pokles pevnosti kompozitu po zahřátí na 700 °C je spojen s degradací čedičových vláken.
Příklad 12
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice k impregnaci čedičové tkaniny a následnému vytvrzení objemově stálých vyztužených kompozitů.
Čedičová tkanina typu atlas (220 g/m2) je ručně impregnována tekutou geopolymemí pryskyřicí dle příkladu 3a po 1 měsíci uchování při teplotě -18 °C s použitím válečku. Kompozit je připraven z 12 vrstev impregnované tkaniny. Zrání probíhá nejprve při teplotě 20 °C po dobu 1 hodiny a poté při teplotě 85 °C po dobu 5 hodin za tlaku vzduchu cca 5 kPa. Poté se vzorek kompozitu ve formě plata o velikosti cca 120 x 120 x 2 mm suší po dobu 5 hodin při teplotě 85 °C.
Příklad 13
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice k impregnaci krátkých čedičových vláken ve formě vlny a následnému vytvrzení objemově stálých vyztužených kompozitů.
Krátká čedičová vlna je impregnována tekutou geopolymemí pryskyřicí dle příkladu 3, ředěnou v poměru hmotnostních dílů pryskyřice : voda =1:1, výsledný poměr H2O : K2O= 59,5 :1. Impregnace probíhá za tlaku vzduchu cca 5 KPa a přebytek tekuté geopolymemí pryskyřice je následně odsát. Impregnovaná vlákna ve tvaru kelímku jsou následně sušena v sušárně při teplotě 85 °C po dobu 5 hodin. Obsah vláken při sušení je 50 %. Při kalcinaci výrobku při teplotě 1000 °C dochází kjeho smrštění cca o 15 %, především z důvodu roztavení vláken. Tento druh výrobku lze využít pro tepelnou izolaci.
Příklad 14
Použití tekuté geopolymemí pryskyřice k impregnaci svazků čedičových vláken a následnému vytvrzení objemově stálých vyztužených kompozitů pultruzní technologií.
Čtyři svazky čedičových vláken 4800 tex jsou kontinuálně impregnovány v lázni s tekutou geopolymemí pryskyřicí dle příkladu 3a a následně jsou protahovány rychlostí 10 cm/min nerezovou trubkou o vnitřním průměru 5 mm o délce 80 cm při teplotě 95 °C. Celková délka vyhřívaného prostoru je 3 m, doba zdržení neboli doba tuhnutí kompozitu je 30 minut. Pevnost v tahu za ohybu kompozitní tyčky o obsahu vláken 60 % hmotn. o průměru 5 mm při vzdálenosti podpěr 100 mm je 346 MPa a modul pružnosti je 46 GPa.
Průmyslová využitelnost
Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu vyztužených kompozitů je průmyslově použitelná pro kompozity objemově stálé při vysokých teplotách.
Claims (8)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Tekutá geopolymemí pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitu obsahující hlavní složky v molámích poměrech SiO2 : A12O3 = 7,7 až 63 : 1, K2O : SiO2 = 0,08 až 0,20 : 1, K2O : AI2O3 = 1 až 9,1 : 1 a H2O : K2O = 8,3 až 60 : 1, vyznačující se tím, že obsahuje nejméně jedno aditivum z výčtu, obsahujícího fosforečnany a boritany, přičemž ji lze uchovat při teplotě maximálně -18 °C po dobu až šesti měsíců, kdy je použitelná pro výrobu vyztužených kompozitů objemově stálých při teplotách od 250 do 900 °C.
- 2. Tekutá geopolymemí pryskyřice podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje fosforečnan v množství odpovídajícím molámím poměrům SiO2 : P2O5 = 23,2 až 217 : 1, P2O5 : A12O3 = 0,07 až 0,87 : 1 a K2O : P2O5 = 3,1 až 25,5 : 1 a je vhodná k uchování při teplotě maximálně -18 °C po dobu až šesti měsíců.
- 3. Tekutá geopolymemí pryskyřice podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obsahuje boritan v množství odpovídajícím molámím poměrům SiO2 : B2O3 = 12,1 až 111 : 1 a K2O : B2O3 = 1,6 až 15,2 : 1 a je vhodná k uchování při teplotě maximálně -18 °C po dobu až čtyř měsíců.
- 4. Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se tím, že se pevná složka, obsahující alespoň jeden křemičitan s obsahem 1 až 3 % hmotn. oxidu hlinitého a nejméně jednu další surovinu z výčtu, obsahujícího kaolín, metakaolin, oxid hlinitý a hydroxid hlinitý, smíchá s kapalnou složkou, obsahující alespoň jeden alkalický roztok z výčtu, obsahujícího roztok hydroxidu draselného a draselné vodní sklo, a alespoň jedno aditivum z výčtu, obsahující fosforečnany a boritany.
- 5. Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice podle nároku 4, vyznačující se tím, že křemičitanem je termální silika o velikosti primárních částic v rozmezí 0,1 až 5 μm.
- 6. Způsob výroby tekuté geopolymemí pryskyřice podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že aditivem je alespoň jedna látka z výčtu, obsahujícího kyselinu fosforečnou, fosforečnany draselné a kyselinu boritou.
- 7. Použití tekuté geopolymemí pryskyřice podle nároku 1 nebo 2 nebo 3 k impregnaci alespoň jednoho druhu výztužných vláken z výčtu, obsahujícího nekonečná vlákna, tkané textilie, netkané textilie a sekaná vlákna, a následnému vytvrzení kompozitu při teplotě 50 až 115 °C po dobu nejméně 30 minut.
- 8. Použití tekuté geopolymemí pryskyřice podle nároku 7 k impregnaci vláken a vytvrzení kompozitu pultruzní technologií.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2009-733A CZ305657B6 (cs) | 2009-11-05 | 2009-11-05 | Tekutá geopolymerní pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů a způsob její výroby |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2009-733A CZ305657B6 (cs) | 2009-11-05 | 2009-11-05 | Tekutá geopolymerní pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů a způsob její výroby |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2009733A3 CZ2009733A3 (cs) | 2011-05-18 |
| CZ305657B6 true CZ305657B6 (cs) | 2016-01-27 |
Family
ID=43989597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2009-733A CZ305657B6 (cs) | 2009-11-05 | 2009-11-05 | Tekutá geopolymerní pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů a způsob její výroby |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ305657B6 (cs) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ302989B6 (cs) * | 2010-12-09 | 2012-02-08 | Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s. | Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby |
| CZ309179B6 (cs) * | 2019-02-28 | 2022-04-20 | ORLEN UniCRE a.s. | Předimpregnovaná vlákenná výztuž a způsob její výroby |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003087007A1 (de) * | 2002-04-17 | 2003-10-23 | Polysius Ag | Verfahren und anlage zur thermischen behandlung von rohmehl bei der zementklinkerherstellung |
| WO2005019130A1 (en) * | 2003-08-22 | 2005-03-03 | Industrial Research Limited | Geopolymers and methods for their production |
| US6969422B2 (en) * | 2000-09-20 | 2005-11-29 | Goodrich Corporation | Inorganic matrix composition and composites incorporating the matrix composition |
| CZ300134B6 (cs) * | 2007-02-14 | 2009-02-18 | Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s. | Dvousložkové geopolymerní pojivo a zpusob jeho výroby |
-
2009
- 2009-11-05 CZ CZ2009-733A patent/CZ305657B6/cs not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6969422B2 (en) * | 2000-09-20 | 2005-11-29 | Goodrich Corporation | Inorganic matrix composition and composites incorporating the matrix composition |
| WO2003087007A1 (de) * | 2002-04-17 | 2003-10-23 | Polysius Ag | Verfahren und anlage zur thermischen behandlung von rohmehl bei der zementklinkerherstellung |
| WO2005019130A1 (en) * | 2003-08-22 | 2005-03-03 | Industrial Research Limited | Geopolymers and methods for their production |
| CZ300134B6 (cs) * | 2007-02-14 | 2009-02-18 | Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s. | Dvousložkové geopolymerní pojivo a zpusob jeho výroby |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2009733A3 (cs) | 2011-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6986859B2 (en) | Inorganic matrix compositions and composites incorporating the matrix composition | |
| Mackenzie et al. | Geopolymer (aluminosilicate) composites: synthesis, properties and applications | |
| US6103007A (en) | Inorganic resin compositions, their preparation and use thereof | |
| US7732358B2 (en) | Inorganic matrix compositions and composites incorporating the matrix composition | |
| US5798307A (en) | Alkaline alumino-silicate geopolymeric matrix for composite materials with fiber reinforcement and method for obtaining same | |
| AU2001292841B2 (en) | Inorganic matrix compositions, composites and process of making the same | |
| AU2001292841A1 (en) | Inorganic matrix compositions, composites and process of making the same | |
| IE61849B1 (en) | Method of manufacturing a composite material with vitro-ceramic or ceramic matrix using a sol-gel process and a composite material thus obtained | |
| CN107498941B (zh) | 碳纤维增强复合材料、制备方法及用途 | |
| CN111995414A (zh) | 一种聚丙烯腈基碳纤维增强的陶瓷型芯及其制备方法 | |
| CZ305657B6 (cs) | Tekutá geopolymerní pryskyřice pro výrobu objemově stálých vyztužených kompozitů a způsob její výroby | |
| US20030127025A1 (en) | Novel phosphomagnesium hydraulic binder, and mortar obtained from same | |
| Chi et al. | Preparation and mechanical properties of potassium metakaolin based geopolymer paste | |
| CZ32160U1 (cs) | Prášková geopolymerní pryskyřice pro výrobu vyztužených kompozitů | |
| Chadha et al. | Amorphous self‐glazed, chopped basalt fiber reinforced, geopolymer‐based composites | |
| US11299425B2 (en) | Composite material comprising a fibrous reinforcement and a poly(phospho-sialate) geopolymer matrix and associated manufacturing method | |
| CZ2010913A3 (cs) | Tekutá geopolymerní pryskyrice s nanovlákny a zpusob její výroby | |
| CZ32124U1 (cs) | Prášková geopolymerní pryskyřice plněná nanovlákny | |
| CZ34880U1 (cs) | Geopolymerní hmota pro třískové obrábění | |
| JP2000500427A (ja) | 無機樹脂組成物、その製造方法及びその使用 | |
| Jin et al. | Compressive Strength and SEM Observations of Geopolymers Reinforced by Carbon Fibers, Polyacrylonitrile Fibers and Cellulose Fibers | |
| KR20220094065A (ko) | 탄소섬유 보강된 고속경화형 지오폴리머 및 그의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20151105 |