Vliv teploty vytvrzování na mechanické vlastnosti laminátů s anorganickou matricí

Vojtěch Dufek

Bachelor's thesis

Effect of curing temperature on the mechanical properties of laminates with an inorganic matrix

Abstract:

Práce se zabývá výzkumem vlivu teploty vytvrzení geopolymerní matrice laminátů s uhlíkovými vlákny na jejich pevnost v tahu jak za běžných teplot, tak i po kalcinaci na vysoké teploty. Připravené lamináty stejného složení byly vytvrzeny při různých teplotách a následně u nich byla změřena pevnost v tahu. Experimentální část práce se věnuje popisu použitých experimentálních metod (Tahová zkouška, XRD, TGA, SEM) a řešení vlastních experimentů s lamináty s anorganickou matricí. Ty byly tvořeny postupným vrstvením textilií z uhlíkových vláken prosycených geopolymerní matricí. Jako suchá složka byl použit materiál bohatý na metakaolinit. Kombinace draselného vodního skla a KOH byla zvolena jako aktivátor. Použitá uhlíková vlákna byla amorfního charakteru. Po vytvrzení byla část vzorků kalcinována na 400 °C a 600 °C. Jejich tloušťka byla změřena před i po kalcinaci. Zbytek vzorků byl ponechán bez tepelných úprav. Následně byla u všech vzorků stanovena pevnost v tahu R_m. Na konec byly porovnány naměřené vlastnosti všech laminátů včetně diskuze dosažených výsledků, z kterých vyplývá, že nejlepších pevností v tahu dosahují lamináty s anorganickou matricí se sníženou rychlostí tuhnutí při 5 °C. V závěru byly uvedeny možné aplikace těchto tepelně odolných kompozitních materiálů a doporučení pro další výzkum.

Abstract:

This works aim is to investigate the effect of the curing temperature of the geopolymer matrix of carbon fibre laminates on their tensile strength both at normal temperatures and after calcination at high temperatures. Prepared laminates of identical composition were cured at different temperatures and their tensile strength was measured. The experimental part was focused on description of the experimental methods used (Tensile test, XRD, TGA, SEM) and solving own experiments with the studied laminates. Laminates were formed by successive layering of carbon fibre fabrics impregnated with a geopolymer matrix. Material rich in metakaolinite was used as the dry component. A combination of potassium water glass and KOH was used as activator. The carbon fibers used were amorphous. After curing, some of the samples were calcined at 400 °C and 600 °C. Their thickness was measured before and after calcination. The rest of the samples were left without heat treatment. After that, the tensile strength R_m was determined for all samples. Finally, the measured properties of all laminates were compared, including a discussion of the results, which showed that the best tensile strengths were achieved by laminates with an inorganic matrix with a reduced solidification rate at 5 °C. Finally, possible applications of these heat resistant composite materials and recommendations for further research were given.

Keywords

geopolymer, kompozit, metakaolinit, uhlíkové vlákno, pevnost v tahu, vysoké teploty

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 5. 2023

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Pavlína Hájková, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Bachelor programme / field:
Mechanical Engineering / Strojírenství