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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von verstärkten Ton enthaltenden
Gegenständen mit einem Bruchmodul von mindestens 10 MPa und einem Elastizitätsmodul von höchstens 16 GPa, die sich insbesondere als Ersatz für Gegenstände aus zementartigen Mischungen mit Faserverstärkung, wie Asbestzementplatten, -rohre und -formstücke eignen.
Asbestzementprodukte werden in weltweitem Massstab als Baumaterialien eingesetzt. In vielen Fällen, sowohl im Wohnungs- als auch im Industriebau, sind derzeit keine andern Materia- lien verfügbar, die die Eigenschaften der Haltbarkeit, des leichten Gewichts, der hohen Festigkeit und des niedrigen Preises von Asbestzementprodukten in sich vereinigen. Viele Bauwerke sind mit Welleternitplatten eingedeckt und mit flachen, gewölbten oder Welleternitplatten verkleidet.
Für Druckrohre, Kanalrohr, Leitungsrohre und Drainagerohre, insbesondere von mittlerer
Grösse, besteht eine beträchtliche Nachfrage. Solche Rohre haben besondere Vorteile in entlegenen
Gegenden, wo die Transportkosten für ein Material mit geringem Gewicht sprechen, und in manchen
Anwendungsfällen, wo chemische Widerstandsfähigkeit gefordert wird.
In den letzten Jahren suchten die Asbest verarbeitenden Industrien auf Grund der Erkennt- nis, dass die Fasern eine Gesundheitsgefährdung mit sich bringen, nach Verstärkungsmaterialien, welche in gesundheitlicher Beziehung unbedenklich sind. Textilglasfasern werden mit Faserdurchmes- sern einer genügenden Grösse hergestellt, so dass sie nicht in die Atemwege gelangen und daher
Pneumoconiose oder Mesotheliomie nicht bewirken können.
Das zur Zeit einzige Produkt als Ersatz für die gebräuchlichen Zementverstärkungsfasern sind alkalibeständige Glasfasern, wobei die üblichen, als"E-Glas"-Fasern bezeichneten Glasfasern ungeeignet sind, weil sie durch die alkalische Umgebung des hydratisierenden Zements angegriffen werden. Unglücklicherweise sind diese Fasern jedoch mit den Formungsverfahren für Asbestzementplat- ten und -rohre nicht verträglich und ausserdem sehr teuer.
Auf lange Sicht gesehen, scheint die Zukunft von Asbestzement-Produkten zweifelhaft.
Dabei ist nicht dieses Material in irgendeiner Weise nicht mehr interessant, sondern die in vielen Ländern nun geänderte Gesetzgebung fordert Beschränkungen für die atmosphärischen
Konzentrationen an Asbest und eine Einschränkung seiner Verwendung.
Es besteht also ein dringendes Bedürfnis nach einem dem Asbestzement in seinen physikali- schen Eigenschaften und seinen Kosten ähnlichen Material. Die besonderen Forderungen an ein solches Material sind : a) niedrige Kosten für das Rohmaterial durch Verwendung von billigen, leicht erhältlichen
Komponenten ; b) die Möglichkeit der Schaffung von schnellen Produktionsverfahren für die Massenproduk- tion ; c) physikalische und chemische Stabilität : d) Bruchmodul, Dichte, Schlagfestigkeit und andere physikalische Eigenschaften ähnlich jenen des Asbestzements.
Bisher wurden Bauprodukte auf Tonbasis in der Bauindustrie wohl verwendet, doch wurden sie als Ersatz für Asbestzementprodukte nicht in Betracht gezogen. In biblischen Zeiten waren nicht zusammenpassende Ziegel aus Lehm, verstärkt mit Stroh als faserige Verstärker, üblich.
Die modernen Tonziegel sind diesen frühen Formen überlegen, da die hohen Brenntemperaturen bei ihrer Herstellung, die im allgemeinen weit über 950 C liegen, den Ton in eine keramische Masse überführen, die sehr hart und steif ist und eine ausgezeichnete Wetterbeständigkeit hat.
Während die physikalischen Eigenschaften von Keramik diese für die Verwendung als Ziegel hervorragend geeignet machen, macht sie ihre spröde Natur für die Verwendung in dünnen Platten ungeeignet, wie sie als Ersatz von Asbestzement erforderlich wären. Selbst wenn Keramik mit Fasern verstärkt würde, die den hohen Brenntemperaturen Widerstand leisten könnten, würde die spröde Natur der Keramik Anlass zu einem vielfachen Brechen geben, wenn eine dünne verstärkte Keramikplatte der Verarbeitung und dem Hämmern ausgesetzt würde, wie es bei Asbestzement üblich ist.
Es ist eine grosse Zahl von keramischen Materialien bekannt. Keramische Materialien enthalten Ton, der zu Keramik wird, wenn er gebrannt wird und in wesentlichem Masse glasige Phasen oder eine neue kristalline Form in der Tonkomponente des Materials bildet.
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In der DE-OS 2438838 werden hochtemperatur-beständige isolierende Keramikmaterialien beschrieben, die Aluminiumsilikat-Fasern und Asbest-Fasern sowie Ton enthalten. Diese Mischungen werden unter Bildung einer Keramik durch Erhitzen auf eine Temperatur in der Grössenordnung von 450 bis 1100 C gebrannt.
Sollte der Fall eintreten, dass das Produkt vor seiner Verwendung nicht keramisch wäre, so würde es während der Verwendung zu einem keramischen Zustand gebrannt. Obzwar die Offenba- rung weitgehend Mischungen deckt, die erfindungsgemäss relevant sind, findet sich in der Beschrei- bung eine klare und unmissverständliche Anweisung, das Material so zu brennen, dass es keramisch wird.
In der DE-OS 1646390 werden hoch-feste keramische Gegenstände mit niedriger Dichte für die Herstellung von wegwerfbaren Tellern oder Tabletts beschrieben. Diese Materialien enthalten
Fasern und Ton.
Die Verarbeitung umfasst den Schritt des "Brennens zur Erzielung einer keramischen Bindung und Verschmelzung der den Gegenstand aufbauenden Teilchen und zur Förderung des Glanzes".
Dies ist jedoch ein Schritt, der erfindungsgemäss speziell vermieden werden soll.
Die DE-AS 1910735 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tafeln unter Verwendung von tonhaltigen Mischungen, die unter Bildung einer Keramik gebrannt werden. Die Erfindung liegt dabei in der Anwendung eines Entflockungsmittels, während das Material "entwässert" wird. In der gesamten Beschreibung wird jedoch zum Ausdruck gebracht, dass das Produkt gebrannt wird.
Die DE-OS 2253921 beschreibt die Herstellung von hoch-feuerfesten Gegenständen. Natürlich sollen hoch-feuerfeste Gegenstände bei Temperaturen benutzt werden, die ein Brennen zu einem keramischen Zustand bewirken. In den Beispielen werden Prüfungen bei erhöhter Temperatur berichtet. In allen Beispielen wird das Material bei Temperaturen in der Grössenordnung von 1100 C gebrannt, was sicherlich zu einem keramischen Zustand führt.
Die DE-OS 2358873 schliesslich ist auf die Herstellung von keramischen Gegenständen und andern gebrannten Materialien einschliesslich Ziegeln und Bausteinen gerichtet. Im Hauptanspruch und der Aufzählung der Erfindungsgegenstände wird ausdrücklich das Brennen genannt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntis, dass ein nützliches Produkt erhalten werden kann, wenn mit Fasern verstärkter Ton für einen Zeitraum erhitzt wird, der zur Bildung eines kerami- schen Materials nicht ausreicht, jedoch zum Stabilisieren des Tons in der Mischung gegen neuerliches Dispergieren in Wasser genügt. Es ist möglich, die Mischungen zur Herstellung von dünnen Platten mit Eigenschaften ähnlich jenen von Asbestzement zu verwenden. Unter der Voraussetzung, dass die tonhaltigen Mischungen innerhalb bestimmter Temperaturgrenzen wärmebehandelt werden, kann ein stabilisierter Zustand erreicht werden, bei dem der Ton als widerstandsfähig gegen ein neuerliches Dispergieren in Wasser angesehen werden kann, indem die Gitter-Hydroxylionen im wesentlichen aus dem Ton entfernt werden, ohne dass eine Keramik entsteht. Der Temperaturbe-
EMI2.1
Wenn der unüblich tiefen Brenntemperatur ist das entstehende Material (verstärkter, stabilisierter Ton) völlig unähnlich einer üblicher Keramik, wie sie normalerweise bei Temperaturen über 950 C entsteht. Die Grössenänderungen beim Brennen sind sehr klein, es liegen keine Anzeichen für eine Glasbildung vor, und die Porosität des gebrannten Materials ist vergleichsweise hoch.
Verstärkter stabilisierter Ton besitzt im allgemeinen nicht den Fehler der Sprödigkeit, der für gebrannte Keramik typisch ist, sondern bricht unter Querbelastung in einer Art ähnlich jener, die verstärkte zementhaltige Produkte zeigen. Die Schlagfestigkeit, die teilweise auf die poröse Natur der Matrix und teilweise auf das Vorliegen der verstärkenden Fasern zurückzuführen ist, erlaubt es, dünne Platten aus verstärktem stabilisiertem Ton zu nageln, ohne dass Sprünge auftreten, was völlig unerwartet ist, wenn man von den Eigenschaften der Keramikgegenstände, die auf Basis von Ton aufgebaut sind, ausgeht.
Ein weiterer Faktor, welcher erfindungsgemäss hergestellte Gegenstände von bei höheren Temperaturen gebrannter Keramik unterscheidet, liegt darin, dass die Festigkeit der gebrannten Mischung eher in Beziehung zu der Festigkeit in luftgetrocknetem Zustand gebracht werden kann
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als zu der Festigkeit, die bei den Brenntemperaturen für übliche Keramik erzielt würde. Das Brennen hat die Folge der Stabilisierung des Produktes gegen die Wirkungen des Wassers, und ohne ein solches Brennen würde sich das luftgetrocknete Produkt leicht wieder verteilen, sobald es in Kontakt mit Wasser kommt.
Ein anderes überraschendes Merkmal von verstärktem, stabilisiertem Ton ist seine offensicht-
EMI3.1
zerfallen oder sich abbauen, was ihre schlechte Wasserbeständigkeit zeigt, zeigt verstärkter, stabilisierter Ton trotz seiner niedrigen Brenntemperatur ein überraschendes Fehlen jedes Abbaus unter Autoklavenbedingungen, was später aus den Ergebnissen des Beispiels 5 veranschaulicht werden wird :
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Ton, wie z.
B. einer Platte, welches darin besteht, dass eine geformte Mischung aus 1 Gew.-Teil Wasser und 1 bis 5 Gew.-Teilen Feststoffen mit den folgenden Bestandteilen gebildet wird : 1 bis 30 Gew.-% faserige Verstärker, 5 bis 95 Gew.-% Montmorillonit-Ton und/oder Kaolinitischer Ton und/oder Illitscher Ton, bis zu 94 Gew.-% Füllstoffe sowie gegebenenfalls ein oder mehrere die Flockung verhindernde Mittel, Flussmittel oder wasserlösliche Zellulosederivate und/oder Lösungen von Polyäthylenoxyd ;
die geformte Mischung getrocknet und die getrocknete Mischung bei einer Temperatur von 500 bis 800 C gebrannt wird, um die Tone in der Mischung gegen ein neuerliches Dispergieren in Wasser zu stabilisieren, ohne dass darauf ein keramischer Körper gebildet wird, wobei gegebenenfalls nach dem Trocknen und vor dem Brennen eine Glasur auf dem Gegenstand aufgebracht wird.
Die Brenntemperatur beträgt vorzugsweise 600 bis 725 C.
Glasfasern stellen das bevorzugte Verstärkungsmaterial für die Mischung dar, obzwar auch andere Fasern, die bei den Brenntemperaturen nicht abgebaut werden, wie Mineralwolle, keramische Fasern oder Glaswolle, geeignet sind. Glasfasern in Form von E-Glasgespinst mit einem Faserdurchmesser von etwa 12 11m, die zu Längen zerhackt sind, welche sich für eine gleichmässige Verteilung in dem Matrixmaterial eignen, sind besonders geeignet. Im allgemeinen ist eine Faserlänge von 12 mm oder darunter zufriedenstellend. Ein Leimen ist für Glas, welches in der Mischung verwendet wird, nicht notwendig, doch ist es in der Praxis bevorzugt, ein Gespinst mit einer kleinen Menge eines wasserlöslichen Leims, wie Stärke, einzusetzen.
In Fällen, wo während des Vermischens die Fasern in hohem Masse brechen, kann durch geeignete Wahl der Länge das Zerbrechen auf einem Minimum gehalten werden.
Eine typische Zusammensetzung für E-Glas ist die folgende :
EMI3.2
<tb>
<tb> Si02 <SEP> 54, <SEP> 3% <SEP>
<tb> Al203 <SEP> + <SEP> Fe203 <SEP> 15, <SEP> 2% <SEP>
<tb> CaO <SEP> 17, <SEP> 3% <SEP>
<tb> MgO <SEP> 4, <SEP> 7% <SEP>
<tb> NaO <SEP> + <SEP> K2O <SEP> 0, <SEP> 6% <SEP>
<tb> 8203 <SEP> 8, <SEP> 0% <SEP>
<tb> F2 <SEP> 0, <SEP> 1%
<tb>
EMI3.3
Aluminiumsilikat mit kleinen Mengen an Alkali- und Erdalkalimetallen zu bezeichnen. In struktureller Hinsicht besteht Montmorillonit aus zwei wesentlichen Baueinheiten : der oktaedrischen Aluminiumoxyd-Einheit und der tetraedrischen Siliziumoxyd-Einheit. Eine Einheitszelle des Montmorillonits besteht aus zwei tetraedrischen Siliziumoxyd-Einheiten, zwischen denen eine oktaedrische Aluminiumoxyd-Einheit vorliegt.
Substitutionen innerhalb des Gitters haben eine negative Ladung zur Folge, die durch Kationen auf den Basisflächen ausgeglichen wird. In den natürlich vorkommenden Montmorilloniten sind die austauschbaren Kationen meist Natrium und Kalzium.
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Der erfindungsgemäss bevorzugte Montmorillonit-Ton ist ein Bentonit, der als mineralische Hauptkomponente Natrium-Montmorillonit enthält.
Ein typischer Bentonit hat folgende chemische Zusammensetzung :
EMI4.1
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 62, <SEP> 0 <SEP> % <SEP>
<tb> Al203 <SEP> 20, <SEP> 9%
<tb> Fe2 <SEP> 03 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> % <SEP>
<tb> TiO <SEP> 0,15%
<tb> K20 <SEP> 0, <SEP> 47% <SEP>
<tb> Na20 <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP> % <SEP>
<tb> MgO <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> % <SEP>
<tb> CaO <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> % <SEP>
<tb> Glühverlust <SEP> (1000 C) <SEP> 5,6 <SEP> %
<tb>
EMI4.2
1, 6% Eisen gefunden.
Der verwendete kaolonitische Ton sollte vorzugsweise weniger als 20% Quarz enthalten und eine derartige Grössenverteilung haben, dass etwa 80% der Teilchen eine Grösse unter 2 m haben.
Chemisch kann Kaolinit durch die ideale Formel Al2Si205 (OH) 4 dargestellt werden. Strukturell besteht Kaolinit aus Schichten, die eine einzige tetraedrische Siliziumoxyd-Einheit und eine oktaedrische Aluminiumoxyd-Einheit umfassen. Die Dehydroxylierungstemperatur schwankt von einem Ton zum andern, liegt jedoch meist im Bereich von 500 bis 650 C. Bei der Dehydroxylierung wird eine ungeordnete Phase, nämlich Metakaolin, gebildet.
Ein plastischer Kaolinit-Ton, der sich für die Erfindung eignet, hat folgende Zusammensetzung :
EMI4.3
<tb>
<tb> Si02 <SEP> 63, <SEP> 08% <SEP>
<tb> Ti02 <SEP> 0, <SEP> 97% <SEP>
<tb> Al203 <SEP> 25, <SEP> 60% <SEP>
<tb> Fe203 <SEP> 0,54% <SEP>
<tb> FeO <SEP> 0, <SEP> 02% <SEP>
<tb> MnO <SEP> 0, <SEP> 02% <SEP>
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 47% <SEP>
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 14% <SEP>
<tb> Na2 <SEP> 0, <SEP> 33% <SEP>
<tb> K20 <SEP> 0, <SEP> 17% <SEP>
<tb> P2Og <SEP> 0, <SEP> 05% <SEP>
<tb> Glühverlust <SEP> 8,62%
<tb>
Mineralogisch besteht dieser Ton aus Kaolinit, Quarz und kleinen Mengen an Montmorillonit.
In Abhängigkeit von den Mengen und den Teilchengrössen aller andern verwendeten Tone ist es möglich, einen groben illitischen Ton zu verwenden, z. B. einen Ton mit einer Teilchengrössenverteilung, in welcher wenigstens 30% der Teilchen unter 2 p. m gross sind.
Illit ist ein glimmerartiges Tonmaterial, welches sich von den gut kristallisierten Glimmern in den Ausmass der Substitution des Si4+ durch Al3+ unterscheidet und dementsprechend ein anderes unausgeglichenes Ladungsdefizit pro Einheitszelle hat. Wie in Montmorillonit besteht
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die Struktur aus einer oktaedrischen Aluminiumoxyd-Einheit zwischen zwei tetraedrischen Siliziumoxyd-Einheiten.
Die ausgleichenden Kationen, überwiegend Kalium, sind nicht leicht austauschbar.
EMI5.1
EMI5.2
<tb>
<tb> :Si02 <SEP> 64, <SEP> 9 <SEP> % <SEP>
<tb> Ti02 <SEP> 0, <SEP> 96% <SEP>
<tb> Al2 <SEP> 03 <SEP> 23, <SEP> 5 <SEP> % <SEP>
<tb> Fe2 <SEP> 03 <SEP> 0, <SEP> 37% <SEP>
<tb> FeO <SEP> 0, <SEP> 02% <SEP>
<tb> MnO <SEP> 0, <SEP> 01% <SEP>
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 27% <SEP>
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 04% <SEP>
<tb> Na20 <SEP> 0, <SEP> 15% <SEP>
<tb> K20 <SEP> 0, <SEP> 38% <SEP>
<tb> P20S <SEP> 0, <SEP> 06% <SEP>
<tb> Glühverlust <SEP> 8, <SEP> 86% <SEP>
<tb> Gesamtschwefel <SEP> als <SEP> S03 <SEP> 0, <SEP> 08% <SEP>
<tb>
Die erfindungsgemäss eingesetzten Füllstoffe können eine Reihe von verschiedenen Formen haben. Begleitmineralien, die keine Tone sind, wie Quarz und Feldspat, in den verwendeten Tonen können als Füllstoffe angesehen werden.
Die gezielte Zugabe von Füllstoffen kann jedoch zur Erreichung gewünschter physikalischer Eigenschaften für ein spezielles Produkt nützlich sein.
Beispiele für solche Füllstoffe sind pulverisierte Brennstoffasche, feinteiliges Siliziumdioxyd, Diatomeenerde, Feldspate und Hochofenschlacke.
Ausserdem können weitere Tonmineralien in Form von nicht plastischen Tonen, zerstossenen Schiefertonen oder Mineralien wie Talk und Pyrophyllit als Füllstoffe beigegeben werden. Kalziumreiche Füllstoffe werden vermieden, weil die Kalziumionen die Wirkung von das Ausflocken verhindernden Mitteln nachteilig beeinflussen. Wenn eine hohe Festigkeit des Gegenstandes aus verstärktem stabilisiertem Ton verlangt wird, ist die Verwendung von die Flockung verhindernden Mitteln zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften wünschenswert. Ein solches Mittel erleichtert die Dispergierung der Tonteilchen in Wasser, senkt die Viskosität der Dispersion und fördert den Oberflächenkontakt der Tonplättchen untereinander.
Einige als wirksam gefundene Mittel zur Verhinderung der Ausflockung sind Natriumhexametaphosphat, Natriumsilikat und Natriummetasilikat. Die Zahl der für diesen Zweck brauchbaren Verbindungen ist sehr gross, und wahrscheinlich verhalten sich viele bei der üblichen Tonverarbeitung verwendete Additive mindestens so günstig wie die genannten.
Um die Oberflächenhärte zu steigern und die Geschwindigkeit der Wasserabsorption zu vermindern, können der Mischung Flussmittel zugesetzt werden. Borsäure und Lithiumcarbonat in Mengen von 0, 5 bis 2% wurden als wirksam gefunden. Während des Trocknungsprozesses neigen wasserlösliche Flussmittel zur Wanderung an die freiliegenden Oberflächen, und ihre Wirkung beim Brennen ist auf die Bereiche hoher Konzentration beschränkt.
Zusätze wie wasserlösliche Zellulosederivate oder Lösungen von Polyäthylenoxyd können in kleinen Mengen (etwa 0, 05% auf Grundlage des Feststoffgewichts) vorliegen, um die Plastizität und die Extrusionseigenschaften zu verbessern.
Ausser den schon genannten Ionmineralien können Chlorite und gemischte montmorillonitische Schichtmaterialien der Mischungzugesetzt werden.
Ein weiteres Verstärkungsmittel ist Muscovit- oder Biotit-Glimmer, gemahlen auf eine maxi-
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EMI6.1
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h) es wird 2 bis 3 h lang bei 110 C getrocknet ; i) wenn nicht anders angegeben, wird 30 min lang bei 7000C gebrannt.
Das Material ist gegen thermische Schocks in hohem Masse widerstandsfähig. Das Brennen wird daher einfach durch Einbringen der getrockneten Probe direkt in einem auf Brenntemperatur befindlichen Ofen und nach Austragen nach Beendigung der Brennzeit erreicht.
In den folgenden Beispielen beziehen sich alle Mengenangaben auf das Gesamtgewicht der Feststoffe.
Beispiel 1 : Unter Anwendung der beschriebenen Vorgangsweise wurde eine flache Platte aus den folgenden Komponenten hergestellt :
EMI7.1
<tb>
<tb> Bentonit <SEP> 7 <SEP> %
<tb> Kaolinitischer <SEP> Ton <SEP> 26 <SEP> %
<tb> Illitischer <SEP> Ton <SEP> 20 <SEP> %
<tb> Talk <SEP> 40 <SEP> %
<tb> E-Glasfasern <SEP> 7 <SEP> %
<tb> Wasser <SEP> 31, <SEP> 5% <SEP>
<tb> Natriumpolyacrylat <SEP> 0, <SEP> 3% <SEP>
<tb> Natriumhexametaphosphat <SEP> 0, <SEP> 3% <SEP>
<tb>
Das erhaltene Material hatte die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI7.2
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 26
<tb> scheinbare <SEP> Dichte <SEP> (g/cm3 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (24 <SEP> h) <SEP> (%) <SEP> 18
<tb> Biegemodul <SEP> der <SEP> Elastizität <SEP> (GPa) <SEP> 10, <SEP> 6 <SEP>
<tb>
Beispiel 2 :
Bei Herstellung von Platten wie in Beispiel 1, jedoch unter Anwendung verschiedener Brenntemperaturen, werden die folgenden physikalischen Eigenschaften erhalten :
EMI7.3
<tb>
<tb> Brenntemperatur <SEP> Bruchmodul <SEP> Dichte <SEP> Wasserabsorption <SEP> Elastizitätsmodul
<tb> (OC) <SEP> (MPa) <SEP> (g/cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa)
<tb> 600 <SEP> 26 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 14 <SEP> 11
<tb> 650 <SEP> 26 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 14 <SEP> 11
<tb> 750 <SEP> 23 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 14 <SEP> 11
<tb> 800 <SEP> 21 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 14 <SEP>
<tb>
Beispiel 3 :
Bei Herstellung von Platten wie in Beispiel 1, jedoch unter Anwendung verschiedener Brennzeiten, werden die folgenden physikalischen Eigenschaften erhalten :
EMI7.4
<tb>
<tb> Brennzeit <SEP> Bruchmodul <SEP> Dichte <SEP> Wasserabsorption <SEP> Elastizitätsmodul
<tb> (h) <SEP> (MPa) <SEP> (g/cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa) <SEP>
<tb> 0, <SEP> 25 <SEP> 16 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 16 <SEP> 5
<tb> 1 <SEP> 22 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 16 <SEP> 11
<tb> 8 <SEP> 24 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 16 <SEP> 12
<tb> 24 <SEP> 15 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP>
<tb>
Beispiel 4 :
Bei Herstellung von Platten wie in Beispiel 1, jedoch unter Einsatz anderer Füllstoffe, werden die folgenden physikalischen Eigenschaften erhalten :
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
<tb>
<tb> Füllstoff <SEP> Bruchmodul <SEP> Dichte <SEP> Wasserabsorption <SEP> Elastizitätsmodul
<tb> (MPa) <SEP> (g/cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa) <SEP>
<tb> unelastischer
<tb> Tonstein <SEP> 19 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 17 <SEP> 5
<tb> tonartiger
<tb> Laternit <SEP> 22 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 22 <SEP> 5 <SEP>
<tb> Flint-Ton <SEP> 20 <SEP> 1, <SEP> 60 <SEP> 16 <SEP> 5
<tb> Pyrophyllit <SEP> 14 <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 19 <SEP> 3
<tb> Kalk <SEP> 13 <SEP> 1, <SEP> 80 <SEP> 22 <SEP> 5 <SEP>
<tb> Basalt <SEP> 18 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 17 <SEP> 5
<tb> vulkanisches
<tb> Trümmergestein <SEP> 17 <SEP> 1, <SEP> 60 <SEP> 21 <SEP> 5 <SEP>
<tb> Granit <SEP> 20 <SEP> 1,
<SEP> 60 <SEP> 22 <SEP> 4
<tb> Feldspat <SEP> 20 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 20 <SEP> 5
<tb> Glimmer <SEP> 17 <SEP> 1, <SEP> 45 <SEP> 24 <SEP> 6 <SEP>
<tb>
Beispiel 5 : Bei Herstellung von Platten wie in Beispiel 1 und nachfolgender Behandlung mit gesättigtem Dampf bei einem Druck von 1 MPa für verschiedenen Zeiten werden die folgenden physikalischen Eigenschaften erhalten :
EMI8.2
<tb>
<tb> Autoklavenzeit <SEP> Bruchmodul <SEP> Dichte <SEP> Wasserabsorption <SEP> Elastizitätsmodul
<tb> (h) <SEP> (MPa) <SEP> (g/cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa)
<tb> 12 <SEP> 24 <SEP> 1, <SEP> 60 <SEP> 16 <SEP> 12
<tb> 16 <SEP> 30 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 15 <SEP> 14
<tb> 18 <SEP> 33 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 15 <SEP> 15
<tb> 24 <SEP> 34 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP> 16
<tb> 30 <SEP> 33 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP> 15
<tb> 36 <SEP> 32 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 16 <SEP> 15
<tb> 42 <SEP> 32 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 15 <SEP> 15
<tb> 48 <SEP> 26 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 16 <SEP> 15 <SEP>
<tb> 54 <SEP> 25 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 16 <SEP> 14
<tb>
Beispiel 6 :
Bei Herstellung von Platten wie in Beispiel l unter Einsatz verschiedener Additiva wurden die folgenden physikalischen Eigenschaften erhalten :
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EMI9.1
<tb>
<tb> Additiv <SEP> Bruchmodul <SEP> Dichte <SEP> Wasserabsorption <SEP> Elastizitätsmodul
<tb> (MPa) <SEP> (g/cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa) <SEP>
<tb> Ammoniumpolyacrylat <SEP> 17 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 18 <SEP> 9 <SEP>
<tb> Natriumsilikat/Natriumcarbonat <SEP> 15 <SEP> 1, <SEP> 60 <SEP> 22 <SEP> 8 <SEP>
<tb> Natriumcarboxymethylzellulose <SEP> 13 <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 23 <SEP> 7 <SEP>
<tb> Polyäthylenoxyd <SEP> 24 <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 22 <SEP> 10
<tb> Homo- <SEP> und <SEP> Copolymeres <SEP> von
<tb> Acrylamid <SEP> 26 <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> 17 <SEP> 11
<tb> Natriumpolyacrylat <SEP> 21 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 20 <SEP> 9 <SEP>
<tb>
Beispiel 7 :
Wenn die Menge an Glasfasern im Material nach Beispiel 1 auf 2% vermindert und die Menge an Talk auf 45% gesteigert wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI9.2
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 12
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 16
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 9
<tb>
Beispiel 8 : Wenn die Menge an Glasfasern im Material von Beispiel 1 auf 20% gesteigert und die Menge an Talk auf 35% gesenkt wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI9.3
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 34
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 17
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 9
<tb>
Beispiel 9 :
Wenn die Menge an Bentonit im Material von Beispiel 1 auf 2% vermindert und die Menge an illitischem Ton auf 25% gesteigert wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI9.4
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 19
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 18
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 8
<tb>
Beispiel 10 : Wenn die Menge an Bentonit im Material von Beispiel 1 auf 25% gesteigert und die Mengen an illitischem Ton auf 2% vermindert wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI9.5
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 22
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 16
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 11
<tb>
Beispiel 11 :
Wenn die Menge an Bentonit im Material von Beispiel 1 auf 40% gesteigert wird, liegt kein illitischer Ton vor, und die Menge an kaolinitischem Ton wird auf 13% vermindert. Es ergeben sich die folgenden Eigenschaften :
Bruchmodul (MPa) 16
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
<tb>
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 16
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 7
<tb>
Diese Menge an Bentonit ist zu hoch und führt zu Verwerfungen und inneren Hohlräumen.
Die angegebene Biegefestigkeit ist geringer als die eigentliche Festigkeit des Materials, was auf die Unregelmässigkeiten der Probe zurückzuführen ist.
Beispiel 12 : Wenn im Material von Beispiel 1 kein illitischer Ton verwendet wird und die Menge an kaolinitischem Ton auf 46% gesteigert wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI10.2
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 22
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 16
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 11
<tb>
Beispiel 13 : Wenn die Menge an illitischem Ton im Material von Beispiel 1 auf 80% gesteigert wird, kein kaolinitischer Ton vorliegt und die Menge an Talk auf 6% vermindert wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI10.3
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 18
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 23
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 6
<tb>
Beispiel 14 :
Wenn im Material von Beispiel 1 kein kaolinitischer Ton verwendet wird und die Menge an illitischem Ton auf 46% gesteigert wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI10.4
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 16
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 20
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 7
<tb>
Beispiel 15 : Wenn die Menge an kaolinitischem Ton im Material von Beispiel 1 auf 80% gesteigert wird, kein illitischer Ton vorliegt und die Menge an Talk auf 6% vermindert wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI10.5
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 20
<tb> Dichte <SEP> (g/cm') <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 20
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 8
<tb>
Beispiel 16 :
Wenn im Material von Beispiel 1 kein Talk eingesetzt wird und die Menge an illitischem Ton auf 60% gesteigert wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI10.6
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 21
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 20
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 6
<tb>
Beispiel 17 : Wenn die Menge an Talk im Material des Beispiels 1 auf 90% gesteigert wird, kein kaolinitischer Ton vorliegt und die Menge an Glasfasern auf 5% vermindert wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI10.7
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 11, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 20
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 22
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 6
<tb>
Beispiel 18 :
Wenn gemäss der Vorgangsweise von Beispiel l eine Platte hergestellt wird,
<Desc/Clms Page number 11>
dabei jedoch kein Natriumpolyacrylat und kein Natriumhexametaphosphat zum Einsatz gelangt, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI11.1
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 18
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 20
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 8
<tb>
Beispiel 19 :
Wenn nach der Vorgangsweise von Beispiel 1 eine Platte hergestellt wird, dabei jedoch 0, 1% Natriumpolyacrylat als einziges Additiv zugegeben wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI11.2
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 21
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 19
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 8
<tb>
Beispiel 20 : Wenn nach vor Vorgangsweise von Beispiel 1 eine Platte hergestellt wird, dabei jedoch 2% Natriumpolyacrylat als einziges Additiv zugesetzt wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI11.3
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 21
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 16
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 11
<tb>
Beispiel 21 :
Wenn nach der Vorgangsweise von Beispiel 1 eine Platte hergstellt wird, dabei jedoch 1% Natriumhexametaphosphat als einziges Additiv zugesetzt wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI11.4
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 30
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 16
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 12
<tb>
Beispiel 22 : Wenn nach der Vorgangsweise von Beispiel 1 eine Platte hergestellt wird, dabei jedoch 5% Natriumhexametaphosphat als einziges Additiv zugesetzt wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI11.5
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 18
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 14
<tb> Elastizitätsmodul <SEP> (GPa) <SEP> 15
<tb>
Beispiel 23 :
Wenn nach der Vorgangsweise von Beispiel 1 Platten hergestellt werden, dabei jedoch andere Fasern an Stelle von E-Glasfasern eingesetzt werden, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI11.6
<tb>
<tb> Faser <SEP> Bruchmodul <SEP> Dichte <SEP> Wasserabsorption <SEP> Elastizitätsmodul
<tb> (MPa) <SEP> (g/cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa) <SEP>
<tb> alkalibest.
<tb>
Glas <SEP> 20 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 15 <SEP> 11
<tb> Keramik <SEP> 12 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP> 8 <SEP>
<tb> Glaswolle <SEP> 16 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP> 10
<tb> ChrysolitAsbest <SEP> 13 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP> 10
<tb> Mineralwolle <SEP> 12 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP> 8 <SEP>
<tb>
<Desc/Clms Page number 12>
Beispiel 24 :
Unter Anwendung der hier beschriebenen Vorgangsweise kann aus den folgenden Komponenten eine Platte hergestellt werden :
EMI12.1
<tb>
<tb> Glasfasern <SEP> 10 <SEP> %
<tb> Kaolinitischer <SEP> Ton <SEP> 90 <SEP> %
<tb> Wasser <SEP> 31, <SEP> 5% <SEP>
<tb>
Dabei werden die folgenden physikalischen Eigenschaften erzielt :
EMI12.2
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPa) <SEP> 12
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 14, <SEP> 50 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 23
<tb>
Wenn in die genannte Mischung 0, 6% Natriumpolyacrylat des Gewichts der Feststoffe einverleibt werden, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI12.3
<tb>
<tb> Bruchmodul <SEP> (MPA) <SEP> 20
<tb> Dichte <SEP> (g/cm3) <SEP> 15, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Wasserabsorption <SEP> (%) <SEP> 22
<tb>
Wenn das Natriumpolyacrylat das enthaltende Material danach 24 h lang bei 1 MPa in einem Autoklaven behandelt wird, steigt der Bruchmodul auf etwa 29 MPa.
Beispiel 25 : Wenn nach der Vorgangsweise von Beispiel 1 Platten hergestellt werden, in welchen die Glasfasern durch 12 mm lange zerhackte Kohlenstoffasern ersetzt sind und die Menge an Talk derart eingestellt ist, dass der verminderte Faseranteil ausgeglichen wird, ergeben sich die folgenden physikalischen Eigenschaften :
EMI12.4
<tb>
<tb> Kohlenfaser <SEP> Talk <SEP> Bruchmodul <SEP> Dichte <SEP> Wasserabsorption <SEP> Elastizitätsmodul
<tb> (%) <SEP> (%) <SEP> (MPa) <SEP> (g/cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa)
<tb> 1 <SEP> 46 <SEP> 9 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 18 <SEP> 8
<tb> 2 <SEP> 45 <SEP> 11 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 18 <SEP> 8
<tb> 3 <SEP> 44 <SEP> 11 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 19 <SEP> 8
<tb>
Die vorstehenden Beispiele können für eine industrielle Herstellung der Produkte angepasst werden, meist durch kleine Änderungen der Zusammensetzung, z.
B. des Wassergehalts.
Ein Verfahren zur maschinellen Herstelung von flachen Platten umfasst z. B. die folgenden Schritte : a) Bentonit, sofern vorgesehen, wird in einer Lösung eines die Flockung verhindernden
Mittels in Wasser dispergiert ; b) die andern Komponenten werden der Dispersion des Bentonits in einem Sigma-Mischer oder einer andern entsprechenden Anordnung zugesetzt, wobei die Glasfasern allgemein zuletzt zugesetzt werden sollten ; c) die feuchte Mischung wird in einen Extruder eingebracht, der mit einem rohrförmigen
Mundstück ausgerüstet ist ; d) das extrudierte Rohr mit einem Umfang gleich oder etwas über der Breite der herzustellen- den Platte und einer Wandstärke gleich der Dicke der herzustellenden Platte wird in Längsrichtung geschnitten ;
e) das aufgeschnittene Rohr wird zu einer Platte geöffnet und zur Sicherstellung einer ungekrümmten Oberfläche gewalzt, während es auf einem Transportband liegt ; f) die Platte wird an den Kanten gesäubert und zu der gewünschten Länge zerschnitten ; g) die zerschnittenen Blätter werden in geeigneter Weise unterstützt und unter Bedingungen getrocknet, die keine Verwerfung zur Folge haben (z. B. kann eine 4, 5 mm dicke Platte in weniger als 2 h bei 110 C getrocknet werden, sofern wenigstens eine Oberfläche zur Gänze frei liegt) ;
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h) die getrockneten Platten werden bei Temperaturen im Bereich von 650 bis 725 C für
30 bis 60 min getrocknet ; i) die Platten werden auf Umgebungstemperatur abgekühlt.
Fig. l zeigt ein Fliessschema für dieses Verfahren.
Es sind viele Abänderungen der beschriebenen Vorgangweise möglich, z. B. kann unter
Verwendung eines geeigneten Mundstücks direkt eine flache Platte extruiert werden, oder es kann eine unbegrenzte Menge von Profilen unter Ausnutzung der derzeitigen Extrusionstechnologie hergestellt werden.
Ausser nach den schon beschriebenen Verfahren kann das Material auch durch die üblichen
Sprühauftrag-Techniken, wie sie in der Verarbeitung von verstärktem Kunststoffmaterial angewendet werden, verarbeitet werden.
Die mit Hilfe der Erfindung erzielbaren Verbesserungen bei der Herstellung von Asbestzement ähnlichem Material liegen auf den folgenden Gebieten : a) einfachere Formgebungsverfahren ; b) schnellere Formgebungsverfahren ; c) Verwendung billiger, natürlicher Rohmaterialien, die alle (ausser den Glasfasern) wenig
Vorbereitung benötigen ; d) geringe Mengen Wasser für die Verarbeitung ; e) Vermeidung der Verwendung gesundheitsgefährdender Fasern ; f) hohe Widerstandsfähigkeit der Fasern ; g) geringe Bewegungen durch Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts ; h) Möglichkeit, keramische Tieftemperatur-Glasuren aufzubringen.
Es ist auch offensichtlich, dass die Leichtigkeit, mit welcher verstärkter stabilisierter Ton extrudiert werden kann, die bei Asbestzement gegebenen Möglichkeiten noch erweitert. Extrusion von Asbestzement erfordert den Zusatz von wasserlöslichen Polymeradditiven, die teuer sind und die Härtungseigenschaften des Materials beeinträchtigen können.
Beispiele für traditionelle Asbestzementprodukte, die durch verstärkten, stabilisierten
Ton ersetzt werden können, sind : flache Platten, Schindeln, gewölbte oder sich verjüngende
Platten, Isolierungstafeln, Bauplatten, Dekorationsplatten, Wellplatten, Dachzubehör (Ventilatoren usw. ), Rinnstein, Dachrinnen, Druckrohre, Kanalrohre, Leitungsrohre, Bodenplatten.
Andere Produkte, die aus verstärktem, stabilisiertem Ton hergestellt werden können, sind
Fensterrahmen und -bretter, Bodenplanken, Töpfergegenstände, Sanitärgegenstände, Gartenmöbel.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von verstärkten Ton enthaltenden Gegenständen mit einem Bruchmodul von mindestens 10 MPa und einem Elastizitätsmodul von höchstens 16 GPa, dadurch gekennzeichnet, dass eine geformte Mischung aus 1 Gew.-Teil Wasser und 1 bis 5 Gew.-Teilen Feststoffen mit den folgenden Bestandteilen gebildet wird : 1 bis 30 Gew.-% faserige Verstärker, 5 bis 95 Gew.-% Montmorillonit-Ton und/oder Kaolinitischer Ton und/oder Illitischer Ton, bis zu 94 Gew.-% Füllstoffe sowie gegebenenfalls ein oder mehrere die Flockung verhindernde Mittel, Flussmittel oder wasserlösliche Zellulosederivate und/oder Lösungen von Polyäthylenoxyd ;
die geformte Mischung getrocknet und die getrocknete Mischung bei einer Temperatur von 500 bis 800 C gebrannt wird, um die Tone in der Mischung gegen ein neuerliches Dispergieren in Wasser zu stabilisieren, ohne dass daraus ein keramischer Körper gebildet wird, wobei gegebenenfalls nach dem Trocknen und vor dem Brennen eine Glasur auf dem Gegenstand aufgebracht wird.
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to a method for producing reinforced clay containing
Objects with a modulus of rupture of at least 10 MPa and a modulus of elasticity of at most 16 GPa, which are particularly suitable as a replacement for objects made of cement-like mixtures with fiber reinforcement, such as asbestos cement sheets, pipes and fittings.
Asbestos cement products are used on a worldwide scale as building materials. In many cases, in both residential and industrial construction, no other materials are currently available that combine the properties of durability, light weight, high strength and low price of asbestos cement products. Many structures are covered with corrugated iron sheets and clad with flat, arched or corrugated iron sheets.
For pressure pipes, sewer pipes, line pipes and drainage pipes, especially of medium size
Size, there is considerable demand. Such pipes have particular advantages in remote
Areas where transportation costs speak for a lightweight material, and in some
Applications where chemical resistance is required.
In recent years, asbestos processing industries have been looking for reinforcing materials that are harmless to health due to the knowledge that the fibers pose a health hazard. Textile glass fibers are made with fiber diameters of a sufficient size so that they do not get into the airways and therefore
Pneumoconiosis or mesothelioma cannot cause.
The only product currently available as a replacement for the common cement reinforcing fibers are alkali-resistant glass fibers, the usual glass fibers called "E-glass" fibers being unsuitable because they are attacked by the alkaline environment of the hydrating cement. Unfortunately, these fibers are incompatible with the molding processes for asbestos cement slabs and pipes and are also very expensive.
In the long run, the future of asbestos cement products seems doubtful.
This material is no longer interesting in any way, but the legislation now changed in many countries demands restrictions on the atmospheric
Concentrations of asbestos and a limitation on its use.
There is therefore an urgent need for a material similar to asbestos cement in its physical properties and costs. The special requirements for such a material are: a) low costs for the raw material by using cheap, easily available
Components; b) the possibility of creating rapid production processes for mass production; c) Physical and chemical stability: d) Fracture modulus, density, impact resistance and other physical properties similar to those of asbestos cement.
So far, clay-based construction products have been used in the construction industry, but have not been considered as a replacement for asbestos cement products. In biblical times, mismatched clay bricks reinforced with straw as fibrous reinforcements were common.
Modern clay bricks are superior to these early forms because the high firing temperatures during their manufacture, which are generally well above 950 C, convert the clay into a ceramic mass that is very hard and stiff and has excellent weather resistance.
While the physical properties of ceramics make them ideal for use as bricks, their brittle nature makes them unsuitable for use in thin slabs as would be required to replace asbestos cement. Even if ceramics were reinforced with fibers that could withstand the high firing temperatures, the brittle nature of the ceramics would give rise to multiple fractures if a thin reinforced ceramic plate were subjected to processing and hammering, as is common with asbestos cement.
A large number of ceramic materials are known. Ceramic materials contain clay that becomes ceramic when it is fired and essentially forms glassy phases or a new crystalline form in the clay component of the material.
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DE-OS 2438838 describes high-temperature-resistant insulating ceramic materials which contain aluminum silicate fibers and asbestos fibers as well as clay. These mixtures are fired to form a ceramic by heating to a temperature on the order of 450 to 1100 ° C.
If the product were non-ceramic before use, it would be fired to a ceramic state during use. Although the disclosure largely covers mixtures that are relevant according to the invention, the description contains clear and unambiguous instructions for firing the material so that it becomes ceramic.
DE-OS 1646390 describes high-strength, low-density ceramic articles for the production of disposable plates or trays. These materials included
Fibers and clay.
The processing includes the step of "firing to achieve a ceramic bond and fusion of the particles making up the article and to promote gloss".
However, this is a step that should be avoided according to the invention.
DE-AS 1910735 relates to a process for the production of boards using clay-containing mixtures which are fired to form a ceramic. The invention lies in the use of a deflocculant while the material is "dewatered". However, throughout the description it is stated that the product is being burned.
DE-OS 2253921 describes the production of highly refractory objects. Of course, highly refractory objects should be used at temperatures that cause a firing to a ceramic state. In the examples, tests at elevated temperature are reported. In all examples, the material is fired at temperatures in the order of 1100 C, which certainly leads to a ceramic state.
Finally, DE-OS 2358873 is directed to the production of ceramic objects and other fired materials including bricks and building blocks. In the main claim and the list of objects of the invention, the burning is expressly mentioned.
The invention is based on the finding that a useful product can be obtained if fiber-reinforced clay is heated for a period which is not sufficient to form a ceramic material, but to stabilize the clay in the mixture against redispersion in water enough. It is possible to use the mixtures for the production of thin sheets with properties similar to those of asbestos cement. Provided that the clay-containing mixtures are heat-treated within certain temperature limits, a stabilized state can be achieved in which the clay can be considered resistant to redispersion in water by essentially removing the lattice hydroxyl ions from the clay, without creating a ceramic. The temperature
EMI2.1
When the firing temperature is unusually low, the resulting material (reinforced, stabilized clay) is completely unlike conventional ceramics, which are normally produced at temperatures above 950 C. The size changes during firing are very small, there are no signs of glass formation, and the porosity of the fired material is comparatively high.
Reinforced stabilized clay generally does not have the brittleness defect that is typical of fired ceramics, but breaks under transverse loading in a manner similar to that which shows reinforced cementitious products. The impact resistance, which is partly due to the porous nature of the matrix and partly due to the presence of the reinforcing fibers, allows thin plates of reinforced stabilized clay to be nailed without cracking, which is completely unexpected when considering the properties of the Ceramic objects that are built on the basis of clay.
Another factor which distinguishes objects produced according to the invention from ceramics fired at higher temperatures is that the strength of the fired mixture can be more related to the strength in the air-dried state
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than the strength that would be obtained at the firing temperatures for common ceramics. Burning results from the stabilization of the product against the effects of water, and without such burning the air-dried product would easily redistribute as soon as it comes into contact with water.
Another surprising feature of amplified, stabilized tone is its obvious
EMI3.1
decay or degrade, showing their poor water resistance, reinforced, stabilized clay, despite its low firing temperature, shows a surprising lack of any degradation under autoclave conditions, which will be illustrated later from the results of Example 5:
The invention provides a method of making an article from clay, such as.
B. a plate, which consists in that a shaped mixture of 1 part by weight of water and 1 to 5 parts by weight of solids is formed with the following components: 1 to 30 wt .-% fibrous reinforcement, 5 to 95 wt .-% montmorillonite clay and / or kaolinitic clay and / or Illitic clay, up to 94% by weight of fillers and optionally one or more flocculants, fluxes or water-soluble cellulose derivatives and / or solutions of polyethylene oxide;
the shaped mixture is dried and the dried mixture is fired at a temperature of 500 to 800 ° C. in order to stabilize the clays in the mixture against redispersion in water without a ceramic body being formed thereon, optionally after drying and before a glaze is applied to the object after firing.
The firing temperature is preferably 600 to 725 C.
Glass fibers are the preferred reinforcing material for the mixture, although other fibers that do not degrade at the firing temperatures, such as mineral wool, ceramic fibers or glass wool, are also suitable. Glass fibers in the form of spun E-glass with a fiber diameter of approximately 12 11 m, which are chopped into lengths which are suitable for uniform distribution in the matrix material, are particularly suitable. Generally, a fiber length of 12 mm or less is satisfactory. Sizing is not necessary for glass used in the mixture, but in practice it is preferred to use a web with a small amount of a water-soluble glue such as starch.
In cases where the fibers break to a great extent during mixing, the breakage can be kept to a minimum by a suitable choice of the length.
A typical composition for E-glass is the following:
EMI3.2
<tb>
<tb> Si02 <SEP> 54, <SEP> 3% <SEP>
<tb> Al203 <SEP> + <SEP> Fe203 <SEP> 15, <SEP> 2% <SEP>
<tb> CaO <SEP> 17, <SEP> 3% <SEP>
<tb> MgO <SEP> 4, <SEP> 7% <SEP>
<tb> NaO <SEP> + <SEP> K2O <SEP> 0, <SEP> 6% <SEP>
<tb> 8203 <SEP> 8, <SEP> 0% <SEP>
<tb> F2 <SEP> 0, <SEP> 1%
<tb>
EMI3.3
To designate aluminum silicate with small amounts of alkali and alkaline earth metals. Structurally, montmorillonite consists of two main units: the octahedral aluminum oxide unit and the tetrahedral silicon oxide unit. A unit cell of montmorillonite consists of two tetrahedral silicon oxide units, between which there is an octahedral aluminum oxide unit.
Substitutions within the lattice result in a negative charge, which is balanced by cations on the base surfaces. In the naturally occurring montmorillonites, the exchangeable cations are mostly sodium and calcium.
<Desc / Clms Page number 4>
The preferred montmorillonite clay according to the invention is a bentonite which contains sodium montmorillonite as the main mineral component.
A typical bentonite has the following chemical composition:
EMI4.1
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 62, <SEP> 0 <SEP>% <SEP>
<tb> Al203 <SEP> 20, <SEP> 9%
<tb> Fe2 <SEP> 03 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP>% <SEP>
<tb> TiO <SEP> 0.15%
<tb> K20 <SEP> 0, <SEP> 47% <SEP>
<tb> Na20 <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP>% <SEP>
<tb> MgO <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP>% <SEP>
<tb> CaO <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP>% <SEP>
<tb> loss of ignition <SEP> (1000 C) <SEP> 5.6 <SEP>%
<tb>
EMI4.2
1.6% iron found.
The kaolonitic clay used should preferably contain less than 20% quartz and have a size distribution such that approximately 80% of the particles have a size of less than 2 m.
Chemically, kaolinite can be represented by the ideal formula Al2Si205 (OH) 4. Structurally, kaolinite consists of layers that comprise a single tetrahedral silicon oxide unit and an octahedral aluminum oxide unit. The dehydroxylation temperature varies from one clay to another, but is usually in the range from 500 to 650 C. During the dehydroxylation, a disordered phase, namely metakaolin, is formed.
A plastic kaolinite clay which is suitable for the invention has the following composition:
EMI4.3
<tb>
<tb> Si02 <SEP> 63, <SEP> 08% <SEP>
<tb> Ti02 <SEP> 0, <SEP> 97% <SEP>
<tb> Al203 <SEP> 25, <SEP> 60% <SEP>
<tb> Fe203 <SEP> 0.54% <SEP>
<tb> FeO <SEP> 0, <SEP> 02% <SEP>
<tb> MnO <SEP> 0, <SEP> 02% <SEP>
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 47% <SEP>
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 14% <SEP>
<tb> Na2 <SEP> 0, <SEP> 33% <SEP>
<tb> K20 <SEP> 0, <SEP> 17% <SEP>
<tb> P2Og <SEP> 0, <SEP> 05% <SEP>
<tb> loss of ignition <SEP> 8.62%
<tb>
Mineralogically, this clay consists of kaolinite, quartz and small amounts of montmorillonite.
Depending on the amounts and particle sizes of all other clays used, it is possible to use a coarse illiterate clay, e.g. B. a clay with a particle size distribution in which at least 30% of the particles under 2 p. m tall.
Illit is a mica-like clay material which differs from the well-crystallized mica in the degree of substitution of Si4 + by Al3 + and accordingly has a different unbalanced charge deficit per unit cell. As in montmorillonite
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the structure of an octahedral aluminum oxide unit between two tetrahedral silicon oxide units.
The balancing cations, mostly potassium, are not easily interchangeable.
EMI5.1
EMI5.2
<tb>
<tb>: Si02 <SEP> 64, <SEP> 9 <SEP>% <SEP>
<tb> Ti02 <SEP> 0, <SEP> 96% <SEP>
<tb> Al2 <SEP> 03 <SEP> 23, <SEP> 5 <SEP>% <SEP>
<tb> Fe2 <SEP> 03 <SEP> 0, <SEP> 37% <SEP>
<tb> FeO <SEP> 0, <SEP> 02% <SEP>
<tb> MnO <SEP> 0, <SEP> 01% <SEP>
<tb> MgO <SEP> 0, <SEP> 27% <SEP>
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 04% <SEP>
<tb> Na20 <SEP> 0, <SEP> 15% <SEP>
<tb> K20 <SEP> 0, <SEP> 38% <SEP>
<tb> P20S <SEP> 0, <SEP> 06% <SEP>
<tb> loss of ignition <SEP> 8, <SEP> 86% <SEP>
<tb> total sulfur <SEP> as <SEP> S03 <SEP> 0, <SEP> 08% <SEP>
<tb>
The fillers used according to the invention can have a number of different forms. Accompanying minerals that are not clays, such as quartz and feldspar, in the clays used can be considered as fillers.
The targeted addition of fillers can, however, be useful to achieve the desired physical properties for a specific product.
Examples of such fillers are powdered fuel ash, finely divided silicon dioxide, diatomaceous earth, feldspar and blast furnace slag.
In addition, other clay minerals in the form of non-plastic clays, crushed shale clays or minerals such as talc and pyrophyllite can be added as fillers. Calcium-rich fillers are avoided because the calcium ions adversely affect the effect of anti-flocculation agents. If high strength of the reinforced stabilized clay article is required, the use of anti-flocculants to improve the strength properties is desirable. Such an agent facilitates the dispersion of the clay particles in water, lowers the viscosity of the dispersion and promotes the surface contact of the clay platelets with one another.
Some anti-flocculation agents found effective are sodium hexametaphosphate, sodium silicate and sodium metasilicate. The number of compounds which can be used for this purpose is very large, and it is likely that many additives used in conventional sound processing behave at least as favorably as those mentioned.
Fluxes can be added to the mixture to increase the surface hardness and reduce the rate of water absorption. Boric acid and lithium carbonate in amounts of 0.5 to 2% have been found to be effective. During the drying process, water-soluble fluxes tend to migrate to the exposed surfaces and their burning effect is limited to the high concentration areas.
Additives such as water-soluble cellulose derivatives or solutions of polyethylene oxide can be present in small amounts (about 0.05% based on the solid weight) in order to improve the plasticity and the extrusion properties.
In addition to the ion minerals already mentioned, chlorites and mixed montmorillonitic layer materials can be added to the mixture.
Another reinforcing agent is muscovite or biotite mica, ground to a maxi-
<Desc / Clms Page number 6>
EMI6.1
<Desc / Clms Page number 7>
h) drying at 110 ° C. for 2 to 3 hours; i) unless otherwise stated, baked at 7000C for 30 minutes.
The material is highly resistant to thermal shocks. Firing is therefore achieved simply by introducing the dried sample directly into an oven at the firing temperature and after discharge after the firing time has ended.
In the following examples, all quantities refer to the total weight of the solids.
Example 1: Using the procedure described, a flat plate was made from the following components:
EMI7.1
<tb>
<tb> bentonite <SEP> 7 <SEP>%
<tb> Kaolinitic <SEP> tone <SEP> 26 <SEP>%
<tb> Illiterate <SEP> tone <SEP> 20 <SEP>%
<tb> Talk <SEP> 40 <SEP>%
<tb> E-glass fibers <SEP> 7 <SEP>%
<tb> water <SEP> 31, <SEP> 5% <SEP>
<tb> sodium polyacrylate <SEP> 0, <SEP> 3% <SEP>
<tb> sodium hexametaphosphate <SEP> 0, <SEP> 3% <SEP>
<tb>
The material obtained had the following physical properties:
EMI7.2
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 26
<tb> apparent <SEP> density <SEP> (g / cm3 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (24 <SEP> h) <SEP> (%) <SEP> 18
<tb> bending module <SEP> the <SEP> elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 10, <SEP> 6 <SEP>
<tb>
Example 2:
When producing boards as in Example 1, but using different firing temperatures, the following physical properties are obtained:
EMI7.3
<tb>
<tb> firing temperature <SEP> break modulus <SEP> density <SEP> water absorption <SEP> modulus of elasticity
<tb> (OC) <SEP> (MPa) <SEP> (g / cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa)
<tb> 600 <SEP> 26 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 14 <SEP> 11
<tb> 650 <SEP> 26 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 14 <SEP> 11
<tb> 750 <SEP> 23 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 14 <SEP> 11
<tb> 800 <SEP> 21 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 14 <SEP>
<tb>
Example 3:
When producing boards as in Example 1, but using different firing times, the following physical properties are obtained:
EMI7.4
<tb>
<tb> burn time <SEP> break modulus <SEP> density <SEP> water absorption <SEP> modulus of elasticity
<tb> (h) <SEP> (MPa) <SEP> (g / cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa) <SEP>
<tb> 0, <SEP> 25 <SEP> 16 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 16 <SEP> 5
<tb> 1 <SEP> 22 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 16 <SEP> 11
<tb> 8 <SEP> 24 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 16 <SEP> 12
<tb> 24 <SEP> 15 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP>
<tb>
Example 4:
When producing boards as in Example 1, but using other fillers, the following physical properties are obtained:
<Desc / Clms Page number 8>
EMI8.1
<tb>
<tb> filler <SEP> break modulus <SEP> density <SEP> water absorption <SEP> modulus of elasticity
<tb> (MPa) <SEP> (g / cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa) <SEP>
<tb> less elastic
<tb> claystone <SEP> 19 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 17 <SEP> 5
<tb> clayey
<tb> laternite <SEP> 22 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 22 <SEP> 5 <SEP>
<tb> Flint tone <SEP> 20 <SEP> 1, <SEP> 60 <SEP> 16 <SEP> 5
<tb> pyrophyllite <SEP> 14 <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 19 <SEP> 3
<tb> lime <SEP> 13 <SEP> 1, <SEP> 80 <SEP> 22 <SEP> 5 <SEP>
<tb> basalt <SEP> 18 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 17 <SEP> 5
<tb> volcanic
<tb> rubble <SEP> 17 <SEP> 1, <SEP> 60 <SEP> 21 <SEP> 5 <SEP>
<tb> granite <SEP> 20 <SEP> 1,
<SEP> 60 <SEP> 22 <SEP> 4
<tb> feldspar <SEP> 20 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 20 <SEP> 5
<tb> mica <SEP> 17 <SEP> 1, <SEP> 45 <SEP> 24 <SEP> 6 <SEP>
<tb>
Example 5: When producing plates as in Example 1 and subsequent treatment with saturated steam at a pressure of 1 MPa for different times, the following physical properties are obtained:
EMI8.2
<tb>
<tb> autoclave time <SEP> break modulus <SEP> density <SEP> water absorption <SEP> modulus of elasticity
<tb> (h) <SEP> (MPa) <SEP> (g / cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa)
<tb> 12 <SEP> 24 <SEP> 1, <SEP> 60 <SEP> 16 <SEP> 12
<tb> 16 <SEP> 30 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 15 <SEP> 14
<tb> 18 <SEP> 33 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 15 <SEP> 15
<tb> 24 <SEP> 34 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP> 16
<tb> 30 <SEP> 33 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP> 15
<tb> 36 <SEP> 32 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 16 <SEP> 15
<tb> 42 <SEP> 32 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 15 <SEP> 15
<tb> 48 <SEP> 26 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 16 <SEP> 15 <SEP>
<tb> 54 <SEP> 25 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 16 <SEP> 14
<tb>
Example 6:
The following physical properties were obtained when producing plates as in Example 1 using various additives:
<Desc / Clms Page number 9>
EMI9.1
<tb>
<tb> additive <SEP> break modulus <SEP> density <SEP> water absorption <SEP> modulus of elasticity
<tb> (MPa) <SEP> (g / cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa) <SEP>
<tb> ammonium polyacrylate <SEP> 17 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 18 <SEP> 9 <SEP>
<tb> sodium silicate / sodium carbonate <SEP> 15 <SEP> 1, <SEP> 60 <SEP> 22 <SEP> 8 <SEP>
<tb> sodium carboxymethyl cellulose <SEP> 13 <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 23 <SEP> 7 <SEP>
<tb> polyethylene oxide <SEP> 24 <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP> 22 <SEP> 10
<tb> homo- <SEP> and <SEP> copolymer <SEP> from
<tb> acrylamide <SEP> 26 <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP> 17 <SEP> 11
<tb> sodium polyacrylate <SEP> 21 <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP> 20 <SEP> 9 <SEP>
<tb>
Example 7:
If the amount of glass fibers in the material according to Example 1 is reduced to 2% and the amount of talc is increased to 45%, the following physical properties result:
EMI9.2
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 12
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 16
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 9
<tb>
Example 8: If the amount of glass fibers in the material from Example 1 is increased to 20% and the amount of talc is reduced to 35%, the following physical properties result:
EMI9.3
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 34
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 17
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 9
<tb>
Example 9:
If the amount of bentonite in the material from Example 1 is reduced to 2% and the amount of illitic clay is increased to 25%, the following physical properties result:
EMI9.4
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 19
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 18
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 8
<tb>
Example 10: If the amount of bentonite in the material from Example 1 is increased to 25% and the amount of illitic clay is reduced to 2%, the following physical properties result:
EMI9.5
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 22
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 16
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 11
<tb>
Example 11:
When the amount of bentonite in the material of Example 1 is increased to 40%, there is no illitic clay and the amount of kaolinitic clay is reduced to 13%. The following properties result:
Fracture modulus (MPa) 16
<Desc / Clms Page number 10>
EMI10.1
<tb>
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 16
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 7
<tb>
This amount of bentonite is too high and leads to faults and internal voids.
The specified bending strength is less than the actual strength of the material, which is due to the irregularities of the sample.
Example 12: If no illitic clay is used in the material of Example 1 and the amount of kaolinitic clay is increased to 46%, the following physical properties result:
EMI10.2
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 22
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 75 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 16
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 11
<tb>
Example 13: If the amount of illitic clay in the material from Example 1 is increased to 80%, there is no kaolinitic clay and the amount of talc is reduced to 6%, the following physical properties result:
EMI10.3
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 18
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 23
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 6
<tb>
Example 14:
If no kaolinitic clay is used in the material of Example 1 and the amount of illitic clay is increased to 46%, the following physical properties result:
EMI10.4
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 16
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 55 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 20
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 7
<tb>
Example 15: If the amount of kaolinitic clay in the material from Example 1 is increased to 80%, there is no illitic clay and the amount of talc is reduced to 6%, the following physical properties result:
EMI10.5
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 20
<tb> density <SEP> (g / cm ') <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 20
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 8
<tb>
Example 16:
If talc is not used in the material of Example 1 and the amount of illitic clay is increased to 60%, the following physical properties result:
EMI10.6
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 21
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 20
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 6
<tb>
Example 17: If the amount of talc in the material of Example 1 is increased to 90%, there is no kaolinitic clay and the amount of glass fibers is reduced to 5%, the following physical properties result:
EMI10.7
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 11, <SEP> 5 <SEP>
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 20
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 22
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 6
<tb>
Example 18:
If a panel is made according to the procedure of Example 1,
<Desc / Clms Page number 11>
However, if no sodium polyacrylate or sodium hexametaphosphate is used, the following physical properties result:
EMI11.1
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 18
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 20
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 8
<tb>
Example 19:
If a plate is produced according to the procedure of Example 1, but 0.1% sodium polyacrylate is added as the only additive, the following physical properties result:
EMI11.2
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 21
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 19
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 8
<tb>
Example 20: If a plate is produced according to the procedure of Example 1, but 2% sodium polyacrylate is added as the only additive, the following physical properties result:
EMI11.3
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 21
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 16
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 11
<tb>
Example 21:
If a plate is produced according to the procedure of Example 1, but 1% sodium hexametaphosphate is added as the only additive, the following physical properties result:
EMI11.4
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 30
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 16
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 12
<tb>
Example 22: If a plate is produced according to the procedure of Example 1, but 5% sodium hexametaphosphate is added as the only additive, the following physical properties result:
EMI11.5
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 18
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 1, <SEP> 70 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 14
<tb> modulus of elasticity <SEP> (GPa) <SEP> 15
<tb>
Example 23:
If plates are produced according to the procedure of Example 1, but other fibers are used instead of E-glass fibers, the following physical properties result:
EMI11.6
<tb>
<tb> fiber <SEP> break modulus <SEP> density <SEP> water absorption <SEP> modulus of elasticity
<tb> (MPa) <SEP> (g / cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa) <SEP>
<tb> alkali-resistant.
<tb>
Glass <SEP> 20 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 15 <SEP> 11
<tb> ceramics <SEP> 12 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP> 8 <SEP>
<tb> glass wool <SEP> 16 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP> 10
<tb> Chrysolite asbestos <SEP> 13 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP> 10
<tb> mineral wool <SEP> 12 <SEP> 1, <SEP> 65 <SEP> 16 <SEP> 8 <SEP>
<tb>
<Desc / Clms Page number 12>
Example 24:
Using the procedure described here, a plate can be made from the following components:
EMI12.1
<tb>
<tb> glass fibers <SEP> 10 <SEP>%
<tb> Kaolinitic <SEP> tone <SEP> 90 <SEP>%
<tb> water <SEP> 31, <SEP> 5% <SEP>
<tb>
The following physical properties are achieved:
EMI12.2
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPa) <SEP> 12
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 14, <SEP> 50 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 23
<tb>
If 0.6% sodium polyacrylate by weight of the solids is incorporated into the mixture mentioned, the following physical properties result:
EMI12.3
<tb>
<tb> break modulus <SEP> (MPA) <SEP> 20
<tb> density <SEP> (g / cm3) <SEP> 15, <SEP> 0 <SEP>
<tb> water absorption <SEP> (%) <SEP> 22
<tb>
When the sodium polyacrylate containing material is then autoclaved at 1 MPa for 24 hours, the modulus of rupture increases to about 29 MPa.
Example 25: If the procedure of Example 1 is used to produce plates in which the glass fibers are replaced by 12 mm long chopped carbon fibers and the amount of talc is adjusted in such a way that the reduced fiber content is compensated, the following physical properties result:
EMI12.4
<tb>
<tb> carbon fiber <SEP> talk <SEP> break modulus <SEP> density <SEP> water absorption <SEP> modulus of elasticity
<tb> (%) <SEP> (%) <SEP> (MPa) <SEP> (g / cm3) <SEP> (%) <SEP> (GPa)
<tb> 1 <SEP> 46 <SEP> 9 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 18 <SEP> 8
<tb> 2 <SEP> 45 <SEP> 11 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 18 <SEP> 8
<tb> 3 <SEP> 44 <SEP> 11 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 19 <SEP> 8
<tb>
The above examples can be adapted for industrial production of the products, mostly by small changes in the composition, e.g.
B. the water content.
A method for the mechanical production of flat plates includes e.g. B. the following steps: a) bentonite, if provided, is in a solution to prevent flocculation
Dispersed in water; b) the other components are added to the dispersion of the bentonite in a sigma mixer or another corresponding arrangement, the glass fibers generally being added last; c) the moist mixture is introduced into an extruder equipped with a tubular
Mouthpiece is equipped; d) the extruded tube with a circumference equal to or slightly above the width of the plate to be produced and a wall thickness equal to the thickness of the plate to be produced is cut in the longitudinal direction;
e) the cut tube is opened to a plate and rolled to ensure an uncurved surface while lying on a conveyor belt; f) the plate is cleaned at the edges and cut to the desired length; g) the cut leaves are supported in a suitable manner and dried under conditions which do not result in warping (e.g. a 4.5 mm thick plate can be dried at 110 ° C. in less than 2 hours, provided that at least one surface is used Completely exposed);
<Desc / Clms Page number 13>
h) the dried plates are at temperatures in the range of 650 to 725 C for
Dried for 30 to 60 min; i) the plates are cooled to ambient temperature.
Fig. 1 shows a flow diagram for this method.
There are many changes to the procedure described, z. B. can under
A flat plate can be directly extruded using a suitable die, or an unlimited number of profiles can be made using current extrusion technology.
In addition to the processes already described, the material can also be prepared using the usual methods
Spray application techniques, such as those used in the processing of reinforced plastic material, are processed.
The improvements which can be achieved with the aid of the invention in the production of material similar to asbestos cement lie in the following areas: b) faster molding processes; c) Use of cheap, natural raw materials, all (except the glass fibers) little
Need preparation; d) small amounts of water for processing; e) avoiding the use of health-endangering fibers; f) high resistance of the fibers; g) slight movements due to changes in moisture content; h) Possibility of applying low-temperature ceramic glazes.
It is also evident that the ease with which reinforced stabilized clay can be extruded further expands the possibilities available with asbestos cement. Extrusion of asbestos cement requires the addition of water-soluble polymer additives, which are expensive and can adversely affect the hardening properties of the material.
Examples of traditional asbestos cement products that are strengthened by stabilized
Tone that can be replaced are: flat slabs, shingles, arched or tapered
Boards, insulation boards, building boards, decorative boards, corrugated boards, roof accessories (fans, etc.), gutter, gutters, pressure pipes, sewer pipes, conduit pipes, floor slabs.
Other products that can be made from reinforced, stabilized clay are
Window frames and boards, floor planks, pottery, sanitary ware, garden furniture.
PATENT CLAIMS:
1. A process for producing reinforced clay-containing objects with a breaking modulus of at least 10 MPa and an elastic modulus of at most 16 GPa, characterized in that a molded mixture of 1 part by weight of water and 1 to 5 parts by weight of solids with the the following constituents is formed: 1 to 30 wt .-% fibrous reinforcers, 5 to 95 wt .-% montmorillonite clay and / or kaolinitic clay and / or illitic clay, up to 94 wt .-% fillers and optionally one or more Flocculants, fluxes or water-soluble cellulose derivatives and / or solutions of polyethylene oxide;
the shaped mixture is dried and the dried mixture is fired at a temperature of 500 to 800 ° C. in order to stabilize the clays in the mixture against redispersion in water without forming a ceramic body, optionally after drying and before a glaze is applied to the object after firing.