Wytwarzanie i właściwości kompozytów na osnowie geopolimerowej zbrojonych włóknem bazaltowym

• Autorzy: Skupień P. , Hilbig A. , Muller E.

Warianty tytułu

EN

The manufacturing and properties of basalt fiber reinforced geopolymer-matrix based composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Geopolimery jest to grupa amorficznych materiałów, których głównymi składnikami są illit, skaleń i kwarc. Z przemysłowego punktu widzenia materiały te są szczególnie ważne dlatego, że można je wytwarzać poprzez proces polikondensacji co oznacza, że proces utwardzania i formowania zachodzi w temperaturze pokojowej lub trochę wyższej, jak w przypadku polimerów. Materiały na bazie geopolimerów mają dużą stabilność temperaturową, odporność na utlenianie oraz odporność na działanie wilgoci, przy czym te wszystkie potrzebne surowce do wytwarzania proszku geopolimerowego występują w nieograniczonych ilościach w skorupie ziemskiej. Wadą tych materiałów jest ich wysoka kruchość, którą można ograniczyć przez zastosowanie materiału wzmacniającego w postaci włókien. W przypadku niniejszej pracy do wzmocnienia zastosowano włókna bazaltowe. Wybór tych włókien był uzasadniony ich wysoką odpornością na działanie środowiska alkalicznego. Celem niniejszej pracy jest wykazanie, że poprawa własności mechanicznych i termicznych geopolimerów jest możliwa poprzez zastosowanie zbrojenia w postaci włókna bazaltowego. Do badań wybrano geopolimer R12 z utwardzaczem K2SiO3 firmy B.P.S Zwickau, natomiast do wzmocnienia zastosowano tkaninę bazaltową (tabela 1). Badania przeprowadzone na mikroskopie skaningowym, dylatometrze oraz maszynie wytrzymałościowej pozwoliły na wysunięcie paru istotnych wniosków. Stwierdzono, że zbrojenie tworzyw geopolimerowych włóknem bazaltowym prowadzi do kilkukrotnego wzrostu ich wytrzymałości na zginanie przy czym wartość ta silnie zależy od parametrów procesu wytwarzania próbek (rys. 9, tabela 2). Z pomiarów dylatometrycznych można wnioskować, że decydujący wpływ na wielkość współczynnika rozszerzalności liniowej mają ciśnienie i temperatura procesu prasowania próbek. Zwiększenie ciśnienia powoduje wprowadzenie do struktury materiału naprężeń, które się ujawniają podczas badania dylatometrycznego w postaci dużej wartości współczynnika alfa (rys. 5-8). Badania mikrostruktury pokazały, że wzrost ciśnienia prasowania powoduje lepsze wnikanie osnowy geopolimerowej między włóknami (rys. 1-4).

EN

Geopolymers are a group of amorphous materials, whose main chemical components are illite, quartz and feldspar. From the industrial point of view these materials are particularly important because they can be manufactured by the polycondensation process, which means, that the process of forming and setting takes place at either room or, in the case of polymers, slightly elevated temperature. Geopolymer based materials show good thermal stability, oxidation and moisture resistance. At the same time, all the raw materials needed for the manufacturing of geopolymer powder are available in the crust of the Earth in unlimited quantities. The major disadvantage of these materials is their brittleness, which can be overcome by application of reinforcement in the form of fibers. In the case of this paper, basalt fibers were used. These fibers were chosen because of their high resistance to alkaline environments. The object of this paper is to prove, that it is possible to improve the mechanical and thermal properties of geopolymers by application of reinforcement in the form of basalt fibers. The R12 geopolymer with K2SiO3 setting agent manufactured by B. P. S. Zwickau was chosen for the experiments, whereas basalt fabric was used for reinforcement purposes (Table 1). Examinations made with scanning electron microscope, dilatometer and flexure testing machine allowed to formulate a couple of important conclusions. On the basis of the examinations conducted it is possible to find, that the reinforcement of geopolymer based materials with basalt fibers results in a multiple increase in their flexural strength, while the increase itself depends strongly on the sample manufacturing parameters (Fig. 9, Table 2). Basing on the dilatometrical examinations one can reason, that the pressure and temperature parameters of the sample pressing process have the decisive influence on the value of the thermal expansion coefficient. The increasing of the pressure results in introducing stress to the material structure, which reveals itself during the dilatometrical examinations by a big alpha value (Fig. 5-8)., The microstructure examinations have shown, that increased pressing pressure results in a better penetration of the geopolymer matrix in the spaces between the fibers (Fig. 1-4).

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; geopolimery; włókno bazaltowe; właściwości mechaniczne; zbrojenie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 26, nr 3
• Strony: 139--143
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Skupień P.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska

autor

Hilbig A.

• Institut fur Keramische Werkstoffe TU Bergakademie Freiberg

autor

Muller E.

• Institut fur Keramische Werkstoffe TU Bergakademie Freiberg

Bibliografia

• [1] Davidovits J.: Geopolymers and Geopolymeric Materials. J. Thermal Analysis 35 (1989) 429-441
• [2] Davidovits ).: Geopolymers: Inorganic Polymeric New Materials. J. Thermal Analysis 37 (1991) 1633-1656
• [3] Davidovits J.: US Patent 3.950.470, Franz. Patente 2.204.999 u.2.346.121, UK-Patent 1.518.605
• [4] Barrer R. M.: Some Researsches on Silicates: Mineral Synteses and Metamorphoses. Trans. Brit. Ceramic. Soc., 56, 155-175, 1957
• [5] Davidovits J.: Europ. Patente 026.687 u.066.571, US Patente 4.349.386 u.4.472.199
• [6] Strona internatowa Akademii Górniczo Hutniczej w Krakowie www.materiały, dydaktyka . agh.edu.pl/dydaktyka/chemia/a_ e _chemia_organiczna/08_02 OO.htm
• [7] Żuchowska D.: Polimery konstrukcyjne. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne 1995
• [8] Strona internetowa Instytutu Geopolimerów www.geopolymer.org
• [9] Strona internetowa firmy SILOXO www.siloxo.com
• [10] Chwała K.K.: Fibrous Materials. Cambridge University Press 2000, p. 140
• [11] Imamutinow I., Perechodcew G.: Efekt brudnego szklą
• [12] Nadachowski F.: Zarys technologii materiałów ogniotrwałych. Wydawnictwo Śląsk 1972.