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Verfahren zur Herstellung eines Baumaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Baumaterials, welches zumindest eine or- ganische Substanz in feiner Verteilung, ein Bindemittel auf Basis eines Harzes, das durch Einwirkung von
Wärme und Druck polymerisierbar ist, einen Katalysator, einen Härter und Zusatzstoffe enthält, welches
Verfahren unter Druckeinwirkung und Wärmezufuhr ausgeführt wird.
Derartige Verfahren zur Erzeugung von Baumaterial sind bekannt ; sie haben aber den Nachteil, dass ihre Durchführung verhältnismässig lange dauert, da die Polymerisation, die unter dauernder Einwirkung vonbruck und Wärme vorgenommen wurde, nur langsam vor sich ging. Weiters hatten die auf Grund die- ser Verfahren erzeugten Bausteine od. dgl. keine sehr grosse Festigkeit.
Zur Behebung der angeführten Nachteile wird vorgeschlagen, das Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäss so durchzuführen, dass zuerst die organische Substanz, der Katalysator, der aus einem Aluminiumsilikat gebildet ist, Wasser und der Härter miteinander vermischt werden, dass sodann . das Bindemittel beigegeben und innig eingemischt wird, dass die so erhaltene, homogene Masse in eine
Form gegossen wird, dass die in die Form gegossene Masse zuerst in kaltem Zustand gepresst und sodann unter Erwärmung einer zweiten Pressung unterworfen wird, welche zweite Pressung aus zwei aufeinander- folgenden Phasen besteht.
Gemäss einem weiteren, wichtigen Merkmal der Erfindung wird die Masse zwischen den beiden Pha- sen der zweiten Pressung von jeder Druckeinwirkung völlig befreit, indem die Presse leicht geöffnet wird.
Durch das Verpressen der kalten Masse wird das Volumen derselben merkbar verringert, und ein Teil des darin enthaltenen Wassers wird entfernt : während der ersten Phase der Warmpressung beginnt das Bin- demittel zu polymerisieren, und ein Teil des noch in der Masse enthaltenen Wassers verdampft unter der
Wirkung der entstehenden Wärme. Unter der Einwirkung des Druckes kann aber ein Teil des in der Masse noch enthaltenen Wassers nicht verdampfen, nachdem dieses Wasser in Zellen oder geschlossenen Poren eingeschlossen ist, die zwischen den festen Bestandteilen der Masse unter der Wirkung des Druckes ent- stehen.
Auf Grund dieser Tatsache besitzt die erzeugte Platte od. dgl. eine sehr hohe innere Spannung ; dadurch, dass die Warmpressung in zwei aufeinanderfolgenden Phasen durchgeführt wird, kann der grösste
Teil des Wassers verdampfen, wodurch jede innere Spannung am Fertigprodukt verschwindet, nachdem sich die Zellen, die das Wasser enthalten, zwischen dem Ende der ersten Phase und dem Beginn der zwei- ten Phase öffnen können. Das Material dehnt sich also aus. Während der zweiten Phase der Warmpressung setzt sich der Polymerisierungsvorgang fort, und das Volumen der Masse wird weiter verringert. Demge- mäss besteht jetzt keinerlei Gefahr mehr, dass ein mit Fehlern behaftetes Material erzeugt werden könnte.
Durch die Massnahme, zwischen den beiden Phasen der zweiten Pressung - der Warmpressung - die
Masse von der Druckeinwirkung völlig zu befreien, wird die Öffnung der das Wasser enthaltenden Zellen noch weiter beschleunigt.
Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt die Herstellung von Platten oder sonstigen Bauelementen in verhältnismässig sehr kurzer Zeit. Wollte man ein solches Bauelement durch Einwirken eines Druckes in einer einzigen Phase erzeugen, so müsste dieser Druck während einer sehr langen Dauer einwirken. Wäre dies nicht der Fall, so erhielte man fehlerhafte Platten infolge innerer Spannungen auf Grund der Wasser- einschlüsse sowie nur mangelhaft polymerisiertes Material.
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Die auf Grund des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellten Bauelemente eignen sich zur Aufführung von Innen- und Aussenmauern, zur Herstellung von festen oder verschiebbaren Trennwänden, zum Belegen von Fussböden, zur Erzeugung von Fussbodenunterlagen, von Estrichen oder anderer Bauteile.
Wegen seiner besonderen Zusammensetzung und Struktur ist dieses Material nicht nur verhältnismässig leicht, sondern auch druck-, biege- und knickfest und schwindungsfrei.
Ferner hat dieses neue Erzeugnis die hervorstechende Eigenschaft, dass es ohne Splitter- oder Bartbildung gesägt, genagelt, geschraubt, gebohrt, gehobelt, gefräst oder in anderer Weise mechanisch bearbeitet werden kann, was einen wesentlichen Fortschritt in der Bautechnik darstellt. Für die Befestigung von aus diesem Material hergestellten Bauteilen kann man also jeweils die geeignetste und wirtschaftlichste Befestigungsweise wählen.
Auch kann man darin zu jeder Zeit an jeder beliebigen Stelle Öffnungen oder Aussparungen vorsehen.
Ein wichtiges Merkmal ist jedoch darin gelegen, dass man in das neue Material, welches gefräst werden kann, leicht, in kurzer Zeit und mit niedrigen Kosten Rinnen oder Ausnehmungen beliebiger Form und mit den jeweils erwünschten Abmessungen anordnen kann, worin z. B. Rohre oder elektrische Leitungen untergebracht werden können.
Da das Erzeugnis ausserdem gute Hafteigenschaften aufweist, kann man die Aushöhlungen schnell und in einfacher Weise wieder ausfüllen und Reparaturen so ausführen, dass man zwischen dem reparierten und dem ursprünglichen Teil keinen Unterschied mehr feststellen kann. Nachdem man in diese Bauelemente eine Rinne eingefräst und darin eine Leitung untergebracht hat, kann man diese Rinne also mit demselben Material, woraus die Bauelemente hergestellt sind, so auffüllen, dass die Arbeitsstelle vollkommen unsichtbar wird.
Die Gleichmässigkeit, die die Bauteile sogar nach dem Anfüllen und Reparieren aufweisen, ist von grosser Wichtigkeit für das Anordnen und insbesondere für das Erhalten der nachher anzubringenden Verkleidungsprodukte, insbesondere Farben, Firnisse oder andere Anstriche.
Als polymerisierbares Bindemittel kann man beliebige wärmehärtende Kunstharze benutzen, die bei der herrschenden Umgebungstemperatur genügend widerstandsfähig sind. Insbesondere kann man die sogenannten Firnisharze verwenden, wie z. B. die Kondensationsprodukte von Phenol-Glycerin-Gemischen, Akroleinderivate, von Glycerin und Phthalsäure abgeleitete Verbindungen. Maleinsäurederivate von Kolophonium, Polyvinylalkohole, Harnstofformaldehyd-Zusammensetzungen, Phenoplaste, Kondensationsprodukte von Anilinformaldehyd, Cumaronderivate, von Harz- und Ölsäure bzw. Phthalsäure abgeleitete Verbindungen, Vinylacetat, Phenolformaldehydharze, polymerisierte Terpene, Vinylpolymere, Akrylsäurederivate, Polyisobutylenkunststoffe usw.
Als Aluminiumsilikat, welches als Katalysator dient, benutzt man vorzugsweise Aluminiumsilikatgemische, z. B. in Form von Lehm, insbesondere Kaolin.
Als neutraler Füllstoff ist Holzsägemehl oder sind fein zerteilte Holzabfälle, insbesondere Abfälle von harzigem Holz, gut zu verwenden.
Als zusätzlichenFü1lstoff kann man schliesslich irgendeinen neutral reagierendenstoff verwenden, der imstande ist, dem Enderzeugnis gewisse Eigenschaften und insbesondere eine geringe Wichte zu erteilen.
Zu diesem Zweck kann man z. B. Vermikulit, geblähte Kunstharze oder verschiedene Schaumkunststoffe benutzen.
Es ist noch hervorzuheben, dass die besondere Beschaffenheit dieses Erzeugnisses die Möglichkeit zur Bildung einer ausgedehnten Skala von verschiedenen Güte- und Anwendungsklassen bietet, die es dem Fachmann gestattet, die in die Zusammensetzung eingehenden Komponenten je nach der beabsichtigten Anwendung nach Art und Menge leicht zu bestimmen.
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele für die Zusammensetzung des nach dem erfindungsgemässen Verfahren zu verarbeitenden Baumaterial gegeben :
Beispiel 1 :
EMI2.1
<tb>
<tb> Harnstoff <SEP> -F <SEP> ormaldehyd- <SEP> Harz <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 9 <SEP> Gew. <SEP> -Teile <SEP>
<tb> harzhaltiges <SEP> Holzsägemehl <SEP> 4-9 <SEP> Gew.-Teile <SEP>
<tb> Kaolin <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> - <SEP> Gew.-Teile
<tb> expandiertes <SEP> Harz <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Wasser <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 9 <SEP> Gew.
<SEP> -Teile <SEP>
<tb>
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EMI3.1
EMI3.2
<tb>
<tb> neutraler <SEP> Füllstoff <SEP> 40-55 <SEP> Gew.-Teile <SEP>
<tb> polymerisierbares <SEP> Bindemittel <SEP> 10-30 <SEP> Gew.-Teile <SEP>
<tb> Katalysator <SEP> 4-11 <SEP> Gew.-Teile <SEP>
<tb> Träger <SEP> für <SEP> Katalysator <SEP> 4-11 <SEP> Gew.-Teile <SEP>
<tb> Härter <SEP> 1 <SEP> - <SEP> O, <SEP> 5 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Wasser <SEP> 2, <SEP> 5-6 <SEP> Gew.-Teile <SEP>
<tb>
Beispiel 3 :
EMI3.3
<tb>
<tb> Harnstoff-Formaldehyd <SEP> 6 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Sägemehl <SEP> 5 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Kaolin <SEP> 0,6 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Aprolit <SEP> 0,4 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Wasser <SEP> 7 <SEP> Gew.-Teile
<tb>
Beispiel 4 :
EMI3.4
<tb>
<tb> sauberes <SEP> und <SEP> ziemlich <SEP> trockenes <SEP> Sägemehl <SEP> 50 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Harnstoff-Formaldehyd-Harz <SEP> 20 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Kaolin <SEP> 6 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Vermikulit <SEP> 7, <SEP> 8 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Härter <SEP> 0,7 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Wasser <SEP> 4 <SEP> Gew.-Teile
<tb>
Beispiel 5 :
EMI3.5
<tb>
<tb> Holzsägemehl <SEP> 24 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Kaolin <SEP> 2,5 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Vermikulit'3, <SEP> 3 <SEP> Gew.-Teile
<tb> polymerisierbares <SEP> Harz <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP> Gew.-Teile
<tb> Härter <SEP> 0,8 <SEP> Gew.-Teile
<tb>
Das Verfahren zum Verarbeiten dieser Mischungen wird so durchgeführt, dass man in eine Mischvorrichtung folgendestoffe oderprodukte in der erwähntenreihenfolge eingibt : den neutralen Füllstoff - z.
B. das Sägemehl -, das Aluminiumsilikat, das Vermikulit oder einen ähnlichen Füllstoff, das Wasser und gegebenenfalls den Härter, falls dieser sich nicht schon im Harz befindet.
Diese Produkte werden während einer Zeitdauer von etwa 15 min miteinander innig vermischt. Sodann fügt man unter fortgesetztem Vermischen langsam das polymerisierbare Harz hinzu. Das Mischen wird fortgesetzt, bis man nach etwa 5 min eine vollkommen gleichmässige Masse erhält.
Nachdem die Innenflächen einer Form eingefettet worden sind, giesst man das erwähnte homogene Gemisch in diese hinein. Die Masse wird gleichmässig verteilt, wobei auf die inneren Winkel besonders zu achten ist, und es wird dieDicke nachgeprüft. Danach wird die Masse kalt vorgepresst, wobei die Dicke auf einen Wert zurückgebracht wird, der ein wenig grösser ist als der Endwert.
Diese Vorbearbeitung nimmt eine Zeitdauer von etwa 5 min in Anspruch. Danach wird das HeissPressverfahren in zwei nacheinanderfolgenden Stufen ausgeführt ; während der ersten Stufe, die etwa 5 min dauert, ist die Temperatur z. B. etwa 50-60 C, während der Druck, beispielsweise 60 kg/cm2, niedriger ist, im allgemeinen halb so gross wie in der Endstufe. Nach der ersten Stufe wird der Pressdruck auf Null herabgesetzt, der Pressstempel kann sogar ein wenig entfernt werden. Schliesslich wendet man in der Endstufe, die z. B. 20 min dauert, den Höchstdruck von beispielsweise 150 bis 175 kg/cm2 bei einer Höchsttemperatur von etwa 1000C an.
DerDruck und die Dauer der letzten Behandlungsstufe sind von der Art des polymerisierbaren Harzes, welches verwendet wird, und ebenfalls von der. Stärke bzw. von der Gestaltung der herzustellenden Teile direkt abhängig.
Zum Schluss kann man nun die Form abnehmen und eine neue Arbeitsfolge anfangen.
Teile, die unter Benutzung der im Beispiel 5 gegebenen Mengen hergestellt waren, wurden in den Laboratorien zur Prüfung von bau-und wasserbautechnischen Konstruktionen des"Institut du Génie Civil" der Universität zu Lüttich verschiedenen Prüfungen unterzogen.
Drei Prüfwürfel von 7 cm Kantenlänge wurden in einer Amslerpresse von 60 t, eingestellt auf 6 t
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Höchstdruck, auf Druck geprüft. Obwohl das spezifische Gewicht des Produkts einen Wert von etwa 0,450 nicht übersteigt, wurde ein Spaltdruck von ungefähr 1500 kg festgestellt, während der Höchstdruck 1765 kg betrug.
Wenn die in dieser Weise festgestellte Druckfestigkeit nicht erlaubt, die erfindungsmässig hergestellten Bauteile als tragende Teile höchster Güte zu bezeichnen, so ist doch hervorzuheben, dass ein solches Ergebnis bei einem so niedrigen spezifischen Gewicht als sehr gut zu bezeichnen ist.
Prüfklötze aus demselben Werkstoff mit den Abmessungen 33 x 10 x 7 cm wurden in einer Amslermaschine von 10 t, eingestellt auf einen Höchstdruck von 500 kg, auf Biegen geprüft, wobei diese Klötze auf zwei 25 cm voneinander entfernten Auflagern aufruhten. Die Bruchlast betrug 285 kg, welches für ein solches leichtes Material ebenfalls sehr bemerkenswert ist.
Schliesslich wurde auch die Knickfestigkeit an Prüfklötzen von 25 X 47 x 7 cm festgestellt, u. zw. ebenfalls in der Amslerpresse von 60 t bei einer Einstellung auf 6 t Höchstdruck. Eine Höchstbelastung von 4 220 kg wurde festgestellt.
Aus diesen Prüfergebnissen geht hervor, dass es sich hier um einen Werkstoff handelt, der zur Herstellung von allen möglichenhalbtragendenBauteilen, d. h. fürfeste oder verschiebbare Innen- und Scheidewände, für aus tragenden Gerippen aufruhende Aussenmauern sowie für Fussböden und Decken verhältnismässig geringer Breite und beträchtlicher Dicke, welche auf den vier Seiten auf eine passende Unterstützung gestützt sind, geeignet ist.
Solche Bauelemente können in vielen verschiedenen Formen, z. B. in Form von Blöcken, vollen oder hohlen Paneelen, oder je nach der beabsichtigten Anwendung in besonderen Ausgestaltungen hergestellt werden. Auch kann man unter Anwendung von gegebenenfalls vorgespannten, steifen oder biegsamen Bewehrungsteilen armierte Bauteile herstellen.
Die verschiedenen Bestandteile des neuen Produkts sind natürlich nur beispielshalber erwähnt worden, in dem Sinne, dass jeder dieser Bestandteile durch einen beliebigen gleichwertigen Stoff, d. h. einen Stoff oder ein Produkt, welche dieselbe Aufgabe zu erfüllen imstande ist, ersetzt werden könnte.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines Baumaterial, welches zumindest eine organische Substanz in feiner Verteilung, ein Bindemittel auf Basis eines Harzes, das durch Einwirkung von Wärme und Druck polymerisierbar ist, einen Katalysator, einen Härter und Zusatzstoffe enthält, welches Verfahren unter Druck-
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einander vermischt werden, dass sodann das Bindemittel beigegeben und innig eingemischt wird, dass die so erhaltene, homogene Masse in eine Form gegossen wird, dass die in die Form gegossene Masse zuerst in kaltem Zustand gepresst und sodann unter Erwärmung einer zweiten Pressung unterworfen wird, welche zweite Pressung aus zwei aufeinanderfolgenden Phasen besteht.