Geopolymerní kompozitní systémy vyztužené vlákny mikrometrových, submikrometrových a nanometrových rozměrů - příprava a mechanické vlastnosti

Ing. Linh Trinh Thi, Ph.D.

Doctoral thesis

Geopolymer composite systems reinforced by microfibers, submicrofibers and nanofibers: study of processing and mechanical properties

Abstract:

Geopolymerní kompozitní systémy vyztužené vlákny mikrometrových, submikrometrových a nanometrových rozměrů - příprava a mechanické vlastnosti Tématem práce je studium přípravy geopolymerních kompozitních systémů vyztužených vlákny mikrometrových, submikrometrových a nanometrových rozměrů a hodnocení jejich vybraných mechanických vlastností. Vyztužujícími vlákny byla recyklovaná uhlíková vlákna a komerční nanovlákna na bázi oxidu křemičitého, geopolymerní matricí Baucis L 160. Pro hodnocení vlivu krátkovlákenného plniva byla zvolena zkouška tlakem, která byla doplněna zkouškou houževnatosti. Pro posouzení homogenity rozložení vláken a jejich adheze byl využit rastrovací elektronový mikroskop, základní chemické složení bylo určeno EDX analýzou. Experimenty prokázaly, že přídavek vyztužujících vláken uvedených rozměrů i složení vede ke zvýšení mechanických vlastností a to jak meze pevnosti, tak modulu pružnosti navzdory malé adhezi mezi vlákny a matricí. V případě uhlíkových vláken mikrometrových rozměrů bylo dosaženo meze pevnosti v tlaku 42,4 MPa při plnění 8%, u uhlíkových vláken submikrometrových rozměrů 39,8 MPa při plnění 0,7 %, u nanovláken mez pevnosti dosahuje až 49,7 MPa při plnění 0,7%, kombinace výztuží obou typů v poměru 0,5% submikrometrových vláken 0,5% nanovláken oxidu křemičitého vedla k dosažení hodnoty meze pevnosti 41,8 MPa oproti hodnotě 22,3 MPa u neplněné geopolymerní matrice. Společně s vlivem výztuže byly hodnoceny teplotní podmínky vytvrzovacího procesu.

Abstract:

The theme of the thesis is the preparation of geopolymer composite systems reinforced by micron, submicron and nanometer scale fibre and the evaluation of their selected mechanical properties. Recycled carbon fibres and commercial silicone dioxide fibres were used as reinforcing filler of geopolymer matrix Baucis L 160. The compressive strength was selected for the evaluation of short fibres influence. It was completed by the evaluation of composite system toughness. The homogeneity of fibres distribution and their adhesion to the geopolymer matrix was evaluated on the basis of the scanning electron microscope micrographs. The EDX analysis was used to the evaluation of the basic chemical composition. Experiments have shown that the addition of reinforcing fibres mentioned dimensions and composition leads to increasing of mechanical properties, both of yield strength and modulus of elasticity despite a small adhesion between fibres and matrix. In the case of carbon fibres of micrometer dimensions was achieved the compression strength of 42.4 MPa at 8% filling, carbon fibres of submicron dimensions of 39.8 MPa at 0.7% filling, nanofibres of 49.7 MPa at 0.7% filling, a combination of both types of reinforcement in a proportion of 0.5% submicron fibres and nanofibers 0.5% led to the value of 41.8 MPa compared with the value of 22.3 MPa for unfilled geopolymeric matrix. Temperature conditions of curing process were evaluated together with the influence of fibres reinforcement.

Keywords

Klíčová slova, geopolymerní kompozitní systémy, recyklovaná uhlíková vlákna, nanovlákna oxidu křemičitého, vytvrzování geopolymeru, mechanické vlastnosti.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 4. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 14. 4. 2015
• Supervisor: doc. Ing. Dora Kroisová, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Mechanical Engineering / Materials engineering