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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten hydraulisch abbindenden Materials, bei welchem ein hydraulisches Bindemittel mit Fasern und Wasser zu einer Aufschlämmung vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Fasern 2 bis 20 Volumprozent, bezogen auf die Feststoffe, Filterfasern und 0,5 bis 20 Volumprozent, bezogen auf die Feststoffe, Armierungsfasern verwendet werden, welche beide einer die Dispergierbarkeit in der Aufschlämmung erhöhenden Vorbehandlung unterzogen werden, und dass Wasser in grösserer Menge als der zum Abbinden des Bindemittels benötigten Menge zugesetzt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorbehandlung der Fasern zwecks Ausscheidung wenigstens einer Verbindung, insbesondere eines Salzes in und/oder auf den Fasern, diese mit einer ersten in Lösung befindlichen Verbindung, insbesondere eines Salzes zusammengebracht werden, und die derart behandelten Fasern mit einer zweiten Verbindung, insbesondere eines Salzes in Berührung gebracht werden.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Filterfasern anorganische und/oder organische faserige Materialien verwendet werden, z. B. mechanisch oder chemisch aufbereitetes Holz, Baumwolle, Wolle, Polyolefinfibride, Steinwolle, Kaolinwolle oder Schlackenwolle.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Armierungsfasern anorganische oder organische Kunstfasern, z.B. Stahlfasern, Glasfasern, Kohlenstoff-Fasern, Polyvinylakoholfasern, Polypropylenfasern, Viskosefasern, Acrylfasern, Phenolformaldehydfasern, Polyesterfasern, aromatische und aliphatische Polyamidfasern oder Gemische davon verwendet werden.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungsfasern eine Bruchdehnung von weniger als 10% und eine hohe Reissfestigkeit aufweisen.
6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern vor der Beimischung zur Aufschlämmung nach Arten getrennt oder vermischt vorbehandelt werden.
7. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung der Fasern mit Aluminiumsulfat, Eisensulfat oder Eisenchlorid in wässeriger Lösung und anschliessende Ausfällung mit Calciumhydroxid oder Bariumhydroxid oder durch Behandlung mit Boraten erfolgt.
8. Verwendung des nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 1 erhaltenen Materials zur Herstellung von faserverstärkten Formteilen, dadurch gekennzeichnet, dass das Material in einer Entwässerungseinrichtung mindestens teilweise vom Wasser befreit und von Hand oder maschinell in die gewünschte Form verbracht und abbinden gelassen wird.
9. Verwendung nach Patentanspruch 8 zur Herstellung von Platten, Wellplatten, Rohren oder Dachschiefer.
10. Formteile, erhalten durch Verwendung gemäss Patentanspruch 8,
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten hydraulisch abbindenden Materials, insbesondere eines Zementmaterials, welches zwei faserige Komponenten aufweist, sowie aus solchen Materialien hergestellte Formkörper jeder Art.
Asbestverstärkte Zementmassen haben sich während Jahrzehnten auf dem Baumaterialsektor bestens bewährt und einen festen Platz eingenommen. Besonders die Herstellung verschiedenster Bauteile, wie Rohre, Wellplatten, Dachschiefer, usw. mit Hilfe von Entwässerungsverfahren, z.B. nach Magnani [siehe Heribert Hiendl, Asbestzement maschinen , Seite 42 (1964)] oder Hatschek (siehe unten) sind in der entsprechenden Industrie stark verbreitet. Ein bevorzugtes Verfahren, nämlich die Technologie der Wickelverfahren, z. B. nach Hatschek, ist schon seit Jahrzehnten bekannt (AT-PS 5970).
Diese bekannten Verfahren zur Herstellung von z. B. Asbestzementrohren und -platten basieren auf der Verwendung von Rundsiebmaschinen. Dabei wird eine stark verdünnte Asbestzementsuspension über einen Stoffkasten und einen Siebzylinder in Form eines Vlieses auf einen Filz übertragen und mit Hilfe von Formatwalzen oder Rohrkernen bis zur gewünschten Dicke aufgewickelt. Hierbei können je nach dem verwendeten Asbestfasertypus folgende Probleme auftreten:
Der von den Minen bezogene voraufgeschlossene Asbest muss in den Aufbereitungsanlagen der Asbestzementwerke weiter aufgeschlossen, d.h. in einem Kollergang weiter geöffnet werden.
Eines der schwierigsten Probleme besteht darin, die in der Natur vorkommenden verschiedenen Asbestfasersorten ohne Kürzung und Staubentwicklung aufzuschlies- sen, wobei der Aufschlussgrad ein gewisses Mass nicht überschreiten darf, da sonst Entwässerungs- oder Fahrschwierigkeiten auf der Rundsiebmaschine auftreten können.
Ausser dem Asbestaufschluss ist auch die richtige Zusammensetzung der verschiedenen Asbestfaserarten, zum Beispiel Längen, Talkgehalt, usw., von grundsätzlicher Bedeutung für die Maschinenfahrweise und die Qualität der herzustellenden Produkte.
Die Asbestaufbereitung sowie die Abmischung der verschiedenen Asbestsorten wirken sich entscheidend auf den Produktionsablauf und die Qualität der Endprodukte aus.
Nur beim Beherrschen dieser Parameter ist es möglich, witterungsbeständige Produkte mit guten mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Die Stoffkastenform für die Rundsiebe sowie die darin eingebauten Stoffrührer spielen ebenfalls eine wesentliche Rolle für die Verteilung der Asbestfasern im Vlies respektive für die Faserrichtung des Asbestes im fertigen Produkt. Die Faserverteilung im Vlies hat eine wesentliche Bedeutung für die wirtschaftliche Ausnützung der Asbestfasern, da bei schlechter Stoffkastengeometrie und Rührerwirkung die Gefahr von Asbestansammlungen im Vlies besteht, wodurch die regelmässige Faserarmierung im Produkt verschlechtert wird. Im weiteren sind solche Asbestansammlungen für das Verhalten der Produkte in frostgefähr- deten Gebieten und für das Adhäsionsverhalten von Farbbelägen von Nachteil.
Bei der Entwässerung des Asbestzement-Vlieses auf dem Filz muss, je nach Aufbereitung der Fasern, das üblicherweise in verschiedenen Vakuumkästen herrschende Vakuum richtig angepasst werden. Ist dies nicht der Fall, so können z.B. Zementpartikel aus dem Vlies herausgerissen werden, oder das Vlies ungenügend entwässert werden, womit beim Wickeln schlechte Produkte entstehen.
Während des Wickelvorganges wird im allgemeinen durch zusätzliche Pressung das entstehende Produkt noch einmal entwässert. Der entsprechende Anpressdruck muss dem Wassergehalt des Vlieses sowie der gewickelten Wandstärke angepasst werden. Ist dies nicht der Fall, so entstehen Festigkeitsprobleme oder Qualitätseinbussen durch verpresste Produkte.
Neben all diesen mÅaschinentechnischen Details und Einstellungen an den Produktionsstrassen, welche notwendig sind um einen erfolgreichen Prozessablauf zu gewährleisten, basieren diese bekannten Verfahren auf der ausgezeichneten
Affinität und der Filterwirkung, d. h. dem Zementrückhaltevermögen der Asbestfaser gegenüber dem Zement. Neben dieser guten Zement-Filtrationswirkung der Asbestfaser, dient diese aber auch gleichzeitig als armierende Faser im hydratisierten Endprodukt.
Diesen beiden vorteilhaften Eigenschaften der Asbestfasern steht auch ein ganz spezifischer Nachteil gegenüber. Die durch die Natur bedingten physikalischen Eigenschaften, insbesondere die niedere Bruchdehnung bewirkt, dass reine Asbestzementprodukte eine gewisse Sprödheit aufweisen.
Diese Eigenschaft zeigt sich in einer begrenzten Schlagzähigkeit. Es wurde dann auch nicht unterlassen, nach neuen Fasern zu suchen, welche als Zementarmierungsfasern zu flexibleren Endprodukten führen könnten.
In einem Patent aus dem Jahre 1951 zur Herstellung von Asbest-Zement-Produkten (DE-PS 878 918) wurde die Verstärkung von Zement mit Faserstoffen, wie Zellstoff oder sonstigen organischen oder anorganischen Fasern erwähnt.
Im Verlaufe der späteren Jahre wurden in diesem Zusammenhang unzählige natürliche und synthetische Fasern auf ihre Eignung als Zementarmierungsfasern getestet. Es wurden z. B. Versuche mit Baumwolle, Seide, Wolle, Polyamidfasern, Polyesterfasern, Polypropylenfasern und anorganischen Fasern, wie Glasfasern, Stahlfasern, Kohlenstoffasern, usw. durchgeführt.
Durch die Baumaterialien herstellende Industrie wurden bereits schon einige Verfahren zur Herstellung von holzverstärkten Zementprodukten veröffentlicht. Beispiele sind: DE-PS 585 581, DE-PS 654 433, DE-PS 818 921, DE-PS 915 317, GB-PS 252 906, GEB-PS 455 571, SE-OS 13 139/68, SE-PS 60 225 und CH-PS 216 902.
Die in diesen Patenten beschriebenen Verfahren arbeiten jedoch ausnahmslos mit einer minimalen Menge Wasser, welches für die Abbindung der hydraulischen Bindemittel benötigt wird. Die Technologie des Mischens von Zement, Holzspänen und Wasser, sowie die Herstellung von Baumaterialien aus diesen Gemischen ist vollständig verschieden von einem Hatschek-Verfahren, welches mit verdünnten wässerigen Aufschlämmungen arbeitet. Die in den obigen Patenten beschriebene Vorbehandlung der Holzstoffe mit verschiedenen Mineralsalzen dient hier einzig zur Stabilisierung oder Mineralisierung der durch Wasser quellbaren cellulosischen Bestandteile des Holzes. Die Mineralsalze können auch dazu dienen, um im Holz vorhandene Schadstoffe, welche das Abbinden des Zementes stören, zu blockieren, so dass ein guter Verbund von Holz und Zement gewährleistet ist.
Nach den in den vorgängigen Kapiteln eingehend beschriebenen technischen Schwierigkeiten, welche mit den in der Industrie verbreiteten Entwässerungsmaschinen bei der Herstellung von Asbest-Zement-Produkten auftreten können, ist es offensichtlich, dass es beim alleinigen Ersatz von Asbestfasern durch andere Fasern praktisch unmöglich war, nach denselben Methoden und mit bereits vorhandenen Vorrichtungen grosstechnisch befriedigende faserverstärkte Zementprodukte zu produzieren. Diese Vorschläge sind denn auch nie in einer industriellen Produktion realisiert worden.
Als eines der grössten Probleme mit anderen als Asbestfasern, tritt immer eine schlechte Verteilung der Fasern in der Zement-Wasseraufschlämmung auf. Die Fasern trennen sich vom Gemisch und bilden Knäuel. Ebenso verunmöglichte das schlechte Zement-Rückhaltevermögen der meisten Fasern eine technische Produktion. Ferner beschränkt sich der Festigkeitsbeitrag vieler synthetischer Fasern im Zementprodukt auf ein Minimum, da vor allem bei hydrophoben, organischen Fasern nur eine schlechte Haftung in der Zementmatrix vorhanden ist. Es wurde jedoch festgestellt, dass bei zusätzlicher Anwesenheit einer reduzierten Menge an Asbest, die Herstellung von faserverstärkten Produkten nach den bestehenden Entwässerungsverfahren durchaus möglich ist [GB-PS 855 729].
Der Zusatz einer Menge von 0,5 bis 5% Asbest ermöglicht, dass sich organische und anorganische Fasern in einer Zement-Wasser-Aufschlämmung besser verteilen lassen, wobei gleichzeitig auch eine genügende Zement-Rückhaltewirkung beim Entwässerungsvorgang gewährleistet wird.
Zur Verbesserung der Haftung der Fasern in der Zementmatrix wurde vorgeschlagen, fibrillierte Polyamidfilme einzusetzen [US-PS 3 591 395]. In der UdSSR-Zeitschrift Polim. Stroit. Mater.)), 1975, 41. 152-7 [C.A. 86, 7766/Z (1977)] wird beschrieben, dass Fasern mit rechteckigen Querschnitten ein verbessertes Haftvermögen aufweisen.
Weitere Erfinder beschreiben thermoplastische Faserschnitte, welche an den Faserenden durch Aufschmelzen verdickt werden, so dass ebenfalls eine Verbesserung der Verankerung dieser Fasern in der Zementmatrix stattfinden soll [Ja AS 7 403 7407]. In der DE-OS 2 819 794 wird vorgeschlagen, mit Hilfe von speziell modifizierten Polypropylenfasern zweier verschiedener Schnittlängen, faserverstärkte Zementplatten herzustellen. Als Herstellungsverfahren werden Entwässerungsverfahren eingesetzt, wobei das Gemisch der Polypropylen-Faserschnitte mit Zellulosefasern und mit einem Teil der Zement-Wasser-Aufschlämmung vorgemischt wird, bevor die für den Verarbeitungsprozess benötigte Konzentration der Feststoffe eingestellt wird.
Dieses Verfahren ist jedoch im wesentlichen auf den Einsatz speziell modifizierter Polypropylenfasern mit definierten Mischungen verschiedener Faserschnittlängen eingeschränkt. Andere Fasern lassen sich hierfür nicht verwenden.
Aus verschiedenen Gründen ist es jedoch erstrebenswert, auf den in der Asbestzement-Industrie vorbereiteten Produktionsanlagen faserverstärkte Zementprodukte mit guten mechanischen Eigenschaften herzustellen, welche ohne Hilfe jeglichen Asbestzusatzes und unter Verwendung herkömmlicher Fasern angefertigt werden können.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass es möglich ist, durch Kombination von zwei Arten allgemein auf dem Markt erhältlichen Fasern mit verschiedenen Eigenschaften, im folgenden als Armierungsfasern und Filterfasern bezeichnet, direkt auf den bestehenden Maschinen zu vollkommen asbestfreien Produkten zu gelangen, welche sich den konventionellen Asbestzementprodukten sowohl in verschiedenen mechanischen Eigenschaften, wie auch hinsichtlich der Arbeitshygiene als überlegen zeigen. Ein wesentliches Kennzeichen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass auf beiden Arten von Fasern ein zumindest schwerlöslicher Überzug gebildet wird, z. B. aus zwei Salzen, die zusammengebracht ein unlösliches Salz erzeugen können, indem die Fasern mit einer Lösung eines ersten, wasserlöslichen Salzes zusammengebracht werden und das zweite Salz dieser Faser Salzlösung-Suspension zugemischt wird.
Dank dieser Vorbehandlung der Fasern wird ermöglicht, dass auf einer herkömmlichen Entwässerungsmaschine vom Typ Hatschek aus einer Zement-Faser-Aufschlämmung ein einwandfreies Vlies entsteht.
Der Einfachheit halber wird in der vorliegenden Beschreibung auf Zement als bevorzugtes Bindemittel Bezug genommen. Alle anderen hydraulisch abbindenden Bindemittel können aber anstelle von Zement eingesetzt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren soll wie folgt erläutert werden: Unter Filterfasern sind allgemein faserige Systeme zu verstehen, welche keinen nennenswerten Beitrag zur eigentlichen Verstärkung des Zementes leisten. Die Hauptaufgabe dieser Fasern besteht darin, den Zement beim Entwässern der Faser-Zement-Aufschlämmung im Verbund zurückzuhalten.
In der konventionellen Asbest-Zement-Produktion wird diese Aufgabe von der Asbestfaser gelöst, welche auch gleichzeitig als Verstärkungsfaser dient. Für das erfindungsgemässe Verfahren geeignete Filterfasern sind z.B. Zellulosefasern jeder Art, z. B. in Form von Pulp, Holzschliff, Altpapier, Holzmehl, zellulosehaltigen Abfällen von Müllbeseitigungsanlagen, usw. Es können aber auch Wollfasern, Seide ober Fibride , z.B. aus Polypropylen, verwendet werden.
Daneben können auch Filterfasern auf anorganischer Basis, wie Kaolin- oder Steinwolle, im erfindungsgemässen Verfahren eingesetzt werden.
In der nachfolgenden Tabelle I sind einige Werte für das Zementrückhaltevermögen verschiedener Filterfasern zusammengestellt. Die Filtrationsversuche wurden mit Hilfe einer Hatschek-Maschine durchgeführt. Die Hatschek Maschine wurde mit einer wässerigen Aufschlämmung von 72 g/Liter Zement und 8 g/Liter Filterfasern beschickt. Die Absaugevorrichtung im Entwässerungsteil wurde so eingestellt, dass die Faser-Zement-Vliese einen Restwassergehalt von 30% ab Maschine aufwiesen. Vom Rückwasser der Maschine wurden Proben entnommen und darin der Schlammgehalt durch Filtrieren mit einer Filternutsche bestimmt.
Das Auswägen des Niederschlages erfolgte nach einer Trocknung bei 110 OC während 6 Stunden.
Tabelle I Zementrückhaltevermögen verschiedener Filterfasern beim
Einsatz auf einer Hatschek-Maschine Filterfaser-Typ Zementrückhaltevermögen in % des eingesetzten
Zementes Rockwool Lapinus -Typ 793176 88% Rockwool DI 70% Altpapier, ohne Glanzpapier 71% Altpapier/Zellulose KHBX = 4:1 65% Hostapulp EC-5300 93% Hostapulp R-830 86% Asbest (analog Beispiel 1) 72%
Um diesen Filterfasern die gleichmässige Verteilung in der Zementaufschlämmung zu erleichtern werden sie erfindungsgemäss einer Vorbehandlung unterzogen, auf welche weiter unten näher eingegangen wird. Die Konzentration der Filterfaser im ganzen Zement-Faser-Gemisch variiert von 2 bis 20 Volumprozent. Sie ist weitgehend materialabhängig und beträgt bevorzugt 8 bis 15 Volumprozent.
Als Armierungsfasern können alle bekannten anorganischen und organischen Armierungsfasern eingesetzt werden, wie Glas-, Stahl-, Kohlenstoff-, Aramid-, Polypropylen-, Polyvinylalkohol-, Polyester-, Polyamid- oder Polyacrylfasern, usw. Damit eine Armierungsfaser ihrer Aufgabe in Produkten mit hohen Festigkeiten, z. B. Wellplatten, usw. gerecht werden kann, ist neben einer möglichst hohen Reissfestigkeit von wenigstens 6 g/den eine möglichst geringe Bruchdehnung, im allgemeinen von < 10% erforderlich. Für Produkte mit geringeren Ansprüchen sind auch andere Fasern, z. B.
aus Altmaterialien, verwendbar. Die Armierungsfasern sind in Mengen von 0,5 bis 20 Volumprozent, bevorzugt 4 bis 8 Volumprozent, im Zement-Faser-Gemisch vorhanden. Die Armierungsfasern werden bevorzugt in Schnittlängen von 4 bis 25 mm zugemischt, wobei sowohl gleichmässig lange Einzel-Fasern als auch eine Mischung verschieden langer Fasern zum Einsatz kommen können. Ebensogut können auch gemahlene Fasern verwendet werden. Der Titer der Einzelfasern kann in einem weiten Bereich schwanken, doch werden Titer von 0,5 bis 6 dtex bevorzugt. Die Armierungsfasern werden üblicherweise in der Zementmasse gleichmässig verteilt. In Spezialfällen, wie z.B. bei Formstücken, können an Stellen, welche den Einwirkungen mechanischer Kräfte besonders ausgesetzt sind, zusätzliche Faserverstärkungen angebracht werden, z.
B. in Form von Faservliesen, Garnen, Seilen, Netzen, Geweben usw. eingewickelt oder eingelegt werden
Es können Armierungsfasern mit runden Querschnitten, wie auch nichtrunden Querschnitten, z. B. Fasern mit rechteckigen oder multilobalen Querschnitten eingesetzt werden.
Ferner können Armierungsfasern einer einzigen Art, wie auch Mischungen verschiedener Armierungsfasern zum Einsatz gelangen. Die Fasern können auch durch bekannte Nachbehandlung oder Beschichtungen zusätzlich zur erfindungsgemässen Behandlung noch besonders zementverträglich gemacht worden sein.
Die erfindungsgemässe Vorbehandlung, welche die Verteilung und das Verhalten der Fasern in der verdünnten Zementaufschlämmung begünstigt, umfasst die Vorbehandlung der Filterfasern und der Armierungsfasern mit Mitteln, welche einen anorganischen, in Wasser zumindest schwerlöslichten, Überzug bilden.
Besonders geeignete Mittel zur Durchführung der Faservorbehandlung sind anorganische Verbindungen, von denen z. B. eine erste Verbindung zuerst mit den Fasern in Form einer wässerigen Lösung in Berührung gebracht wird und alle Verbindungen miteinander unter Bildung mindestens einer unlöslichen Verbindung in und/oder auf der Faser reagieren.
Geeignete Faservorbehandlungen können zum Beispiel mit folgenden Systemen durchgeführt werden: Eisensulfat Calciumhydroxid, Aluminiumsulfat-Calciumhydroxid, Aluminiumsulfat-Bariumhydroxid, Eisensulfat-Bariumhydroxid, Eisenchlorid-Calciumhydroxid, Zirkonsulfat Calciumhydroxid oder mit verschiedenen Boraten. Eine besonders geeignete Vorbehandlung besteht in der Ausfällung von Aluminiumhydroxid und Calciumsulfat auf den Fasern durch Behandlung der Fasern mit wässeriger Aluminiumsulfatlösung und Zusatz von Calciumhydroxid.
Die Vorbehandlung erfolgt im allgemeinen durch Besprühen, Eintauchen oder sonstiges Inberührungbringen der Fasern mit einer wässerigen Lösung des löslichen Reaktionsteilnehmers mit nachfolgendem Zusatz des gegebenenfalls verwendeten zweiten Reaktionsteilnehmers.
Die Behandlung, z. B. die Ausfällung von Calciumsulfat und Aluminiumhydroxid aus Aluminiumsulfat und Calciumhydroxid, bewirkt die gleichmässige Verteilung der einzelnen Fasern in der Zement-Faser-Aufschlämmung. Die Vorbehandlung der beiden Faserarten kann getrennt erfolgen und gleichzeitig oder nacheinander im gemeinsamen Bad durchgeführt werden.
Im allgemeinen werden die Fasern mit einer Lösung behandelt, die je nach der Löslichkeit der verwendeten Verbindung eine 2 bis 30%ige Konzentration, insbesondere eine 8 bis 15%ige, und bevorzugt eine etwa 10%ige Konzentration aufweist. Auf das Fasergewicht bezogen werden im allgemeinen etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 20% und insbesondere etwa 15% des ersten verwendet. Die zweite Komponente wird mit Vorteil in stöchiometrischem Überschuss, der bis zum Dreissigfachen und mehr betragen kann, eingesetzt. Bevorzugt wird ein drei- bis dreissigfacher Überschuss, insbesondere ein zwanzigfacher Überschuss.
Hydrophobe Armierungsfasern, wie Polypropylenfasern, Polyamidfasern, Polyesterfasern, usw. können vorgängig zur erfindungsgemässen Faservorbehandlung mit hydrophilen, organischen Ausrüstungen versehen werden. Solche Ausrü stungen sind von verschiedensten Herstellern auf der Basis von Acrylaten, Epoxyverbindungen, Isocyanaten, usw. im Handel erhältlich und können durch Beschichten oder Besprühen auf die Fasern oder Filme gebracht werden. Die Aushärtung solcher Überzüge erfolgt entweder durch Katalysatoren und/oder Hitzebehandlungen.
Es können auch hydrophobe Armierungsfasern verwendet werden, welche anorganische Zusätze, wie Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Talk, Titandioxid, usw.
enthalten, die den Fasern vor dem Verspinnen zugegeben wurden.
Unter dem für die Erfindung geeigneten hydraulisch abbindenden Bindemittel wird ein Material verstanden, das einen anorganischen Zement und/oder ein anorganisches Binde- oder Klebemittel enthält, das durch Hydratisieren gehärtet wird. Zu besonders geeigneten Bindemitteln, die durch Hydratisieren gehärtet werden, zählen z. B. Portland Zement, Tonerde-Schmelzzement, Eisenportland-Zement, Trasszement, Hochofenzement, Gips, die bei Autoklavenbehandlung entstehenden Calciumsilikate, sowie Kombinationen der einzelnen Bindemittel.
Die vorbehandelten Fasern, das hydraulisch abbindende Bindemittel, Wasser, sowie allfällige weitere übliche Zusatzmittel, wie Füllstoffe, Farbstoffe, usw. werden auf übliche Weise zu einer Aufschlämmung vermischt, die auf herkömmlichen Entwässerungsvorrichtungen, z. B. Wickelmaschinen, kontinuierliche Entwässerungsanlagen, wie Monostranganlagen, Rundsieben, Langsieben, Injektionsanlagen oder Filterpressen, verarbeitet, zu den gewünschten Artikeln, wie Platten, Wellplatten, Rohren, Dachschiefer, von Hand oder maschinell geformten Formstücken jeder Art auf bekannte Weise verformt und auf übliche Weise abbinden gelassen werden.
Die vorliegende Erfindung soll an den folgenden Beispielen näher erläutert werden, wobei diese Beispiele die Erfindung in keiner Weise einschränken sollen. Obwohl die Erfindung von besonderem Wert für die Herstellung asbestfreier Produkte ist, ist es auch möglich, einen Teil der Armierungsfasern durch Asbestfasern zu ersetzen.
Sofern nicht anders vermerkt, beziehen sich die Prozentangaben in den nachfolgenden Beispielen auf das Gewicht.
Es ist für den Fachmann ein Leichtes, die nachfolgenden Beispiele je nach Verwendungszweck des Materials durch geeignete Wahl der Fasern und/oder der Verfahrensschritte und Vorrichtungen abzuändern.
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel: Asbestzement)
Asbest Grade 4, kanadischer Provenienz wurde im Verhältnis 1:3 mit Asbest Grade 5, russischer Provenienz in einem Kollergang mit 40 Gewichtsprozent Wasser während 30 Minuten gekollert. 153 kg (Trockengewicht) dieser Asbestmischung wurden in einen schnellaufenden Vertikalmischer eingetragen, in welche sich 1,5 m3 Wasser befanden und während 10 Minuten weiter aufgeschlossen. Nach dem Umpumpen in einen Horizontalmischer wurde eine Tonne Portland-Zement mit einer spezifischen Oberfläche von 3000 bis 4000 cm2/g zugemischt. Die erhaltene Asbest-Zement-Slurry wurde in eine Rührbütte gepumpt, von der aus die Verteilung auf eine Hatschek-Maschine erfolgte.
Auf dieser Maschine wurden mit sieben Umdrehungen der Formatwalze Platten von 6 mm hergestellt, welche zwischen geölten Blechen während 45 Minuten in einer Stapelpresse bei einem spezifischen Messdruck von 250 bar auf eine Dicke von 4,8 mm gepresst wurden. Die Prüfung erfolgte nach einer Abbindezeit von 28 Tagen, nachdem die Platten noch während 3 Tagen gewässert worden waren. Die Versuchsresultate sind in Tabelle II zusammengestellt.
Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel: Filterfasern allein)
In einem Kollergang wurde Holzschliff während 15 Minuten mit 50% einer 10%igen Aluminiumsulfatlösung gekollert. Der so behandelte Holzschliff wurde noch mindestens während 3 Tagen gelagert, um die Wirkung noch zusätzlich zu verstärken. 102 kg des auf diese Weise vorbehandelten Holzschliffes wurden in 1 m3 Wasser während 10 Minuten in einem Solvopulper gepulpt. Anschliessend wurde diese Suspension auf 2,5 m3 weiter verdünnt und 15 kg Aluminiumsulfat als 20%ige wässerige Lösung zugefügt.
Die Suspension wurde nun mit 50 kg pulverförmigem Calciumhydroxid versetzt und während 5 Minuten weiter gepulpt, worauf ein Umpumpen in ein langsam laufendes Horizontalmischgerät erfolgte, in welchem während 15 Minuten die Reaktion von Aluminiumsulfat und Calciumhydroxid weitergeführt wurde.
Nach dem Umpumpen in einen Zementmischer wurden 1000 kg Zement mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 3000 bis 4000 cm2/g während 10 Minuten eingemischt.
Zur Verbesserung der Flockung wurden sodann 80 g Polyacrylamid in Form einer 0,2%igen wässerigen Lösung zugemischt. Dieses vorliegende Gemisch wurde aus einer Rührbütte einer Hatschek-Maschine zugeführt und wie in Beispiel 1 beschrieben weiter verarbeitet. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle II zusammengestellt.
Beispiel 3
Holzschliff wurde in einem Kollergang zunächst während 15 Minuten mit 50% einer 10%igen Aluminiumsulfatlösung gekollert. Der so behandelte Holzschliff wurde noch mindestens während 3 Tagen gelagert, um die Einwirkung weiter zu verstärken. In einem Solvopulper wurde dieser vorbehandelte Holzschliff als 8%ige Suspension während 10 Minuten gepulpt, dies entspricht 80 kg Holzschliff in 1 m3 Wasser. Diese Fasersuspension wurde auf 2,5 m3 verdünnt, 22 kg PVA-Faser, Schnittlänge 6 mm, 2,3 dtex zugefügt und während 5 Minuten weiter gepulpt. Anschliessend wurden 15 kg Aluminiumsulfat als 20%ige Lösung zugefügt und das Gemisch mit 50 kg pulverförmigem Calciumhydroxid versetzt. Nach weiteren 5 Minuten Pulpen wurde die Suspension in ein langsam laufendes Horizontalmischgerät gepumpt und dort während 15 Minuten reagieren gelassen.
Nach dem Umpumpen in einen Zementmischer wurden 1000 kg Zement mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 3000 bis 4000 cm2/g während 10 Minuten eingemischt.
Um noch bessere Flockung zu erzielen, wurden weitere 80 g Polyacrylamid in Form einer 0,2%igen Lösung zugemischt.
Das nun vorliegende Gemisch wurde aus einer Rührbütte einer Hatschek-Maschine zugeführt und nach der in Beispiel 1 beschriebenen Art zu Platten verarbeitet. Die Resultate sind wiederum in Tabelle II zusammengestellt.
Beispiel 4
In einem Solvopulper wurden 56 kg Polypropylen-Fibride als 4%ige wässerige Suspension während 10 Minuten gepulpt. Nach dem Verdünnen mit Wasser auf 2,5 m3 wurden 22 kg gemahlene Polyacrylnitrilfasern Dralon mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 6 mm und einer Feinheit von 2,2 dtex zugeführt und während 5 Minuten weiter gepulpt. Anschliessend wurden 15 kg Aluminiumsulfat als 20%ige wässerige Lösung eingetragen, während 5 Minuten gepulpt und mit 50 kg pulverförmigem Calciumhydroxid versetzt. Diese Mischung wurde weitere 5 Minuten gepulpt und nach dem Umpumpen in einen langsam laufenden Horizontalmischer während 15 Minuten weiter reagieren gelassen. Die Zementzugabe und die weitere Verarbeitung erfolgte nach den Angaben in Beispiel 2. Die Resultate sind ebenfalls in Tabelle II zusammengestellt.
Tabelle II
Prüfungsergebnisse der Versuchsbeispiele 1 bis 4 Beispiel Armierungsfaser Filterfaser Zement Nimm2 N mm/mm2 Dichte No. Vol.-% Vol.-% Vol.-% Biegezug- Spezifische g/cm3 festigkeit Schlagzähigkeit 1 Asbest 12 - 88 26,5 1,8 1,80 2 - Holzschliff 20 80 14,0 0,3 1,62 3 Polyvinyl alkohol 4 Holzschliff 16 80 24,6 2,8 1,70 4 Polyacryl- Polypropylen nitril 4 Fibride 16 80 22,2 2,4 1,60
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Das obige Beispiel 1 ist als Vergleichsbeispiel gedacht und zeigt die Werte, welche nach den konventionellen Verfahren erreicht werden können. Die Asbestfaser übernimmt hier gleichzeitig die Rolle einer Filter- wie auch einer Verstärkungsfaser.
In Beispiel 2 sind die Werte wiedergegeben, welche gefunden wurden, wenn nur Zellulosefasern als Filterfasern eingesetzt werden, wobei auch schon in diesem Falle eine erfindungsgemässe Vorbehandlung der Filterfasern erfolgte, da ohne diese Vorbehandlung eine Produktion auf einer Hatschek-Maschine äusserst schlecht verlaufen würde.
Ein Beispiel mit einer Armierungsfaser allein kann nicht gegeben werden, da es mit Ausnahme der Asbestfaser nicht möglich ist, nach den bestehenden Wickelverfahren damit allein faserverstärkte Platten herzustellen.
Aus demselben Grunde ist es ebensowenig möglich Beispiele für Armierungsfaser/Filterfaser-Systeme ohne die erfindungsgemässe Vorbehandlung zu geben.
Die Beispiele 3 bis 5 entsprechen dem erfindungsgemässen Verfahren. Es ist ersichtlich, wie durch die Kombination von Armierungs- und Filterfasern verstärkte Zementprodukte hergestellt werden können, welche den bisher verbreiteten Asbest-Zement-Produkten hinsichtlich der Schlagzähigkeit überlegen sind und gleichzeitig hohe Biegezugfestigkeit aufweisen. Das separat aufgeführte Beispiel 5 zeigt die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens für die Produktion von Wellplatten. Für die einwandfreie Formgebung werden besonders hohe Ansprüche an die Faser-Zement Mischung gestellt.
Beispiel 5
Holzschliff und ungebleichte Sekunda-Cellulose im Verhältnis 1:4 werden in einem Kollergang während 15 Minuten mit 50% einer 10%igen Aluminiumsulfatlösung gekollert und anschliessend während 3 Tagen gelagert. 40 kg (Trockengewicht) dieses Holzschliff-Cellulose-Gemisches wurden in einen Solvopulper gebracht, mit Wasser auf 8% Feststoffgehalt verdünnt und während 5 Minuten gepulpt Hierauf wurden 30'kg Polypropylen-Fibride und 375 Liter Wasser zugefügt und weitere 5 Minuten gepulpt. Nach dem Verdünnen dieser Filterfaser-Suspension auf total 2,5 m3 wurden 22 kg Polyvinylalkoholfasern von 6 mm Schnittlänge und 2,3 dtex zugegeben und weitere 5 Minuten gepulpt.
Anschliessend wurden 15 kg Aluminiumsulfat als 20%ige Lösung zugefügt und mit 50 kg pulverförmigem Calciumhydroxid versetzt. Nach weiteren 5 Minuten Pulpen wurde die Suspension in ein langsam laufendes Horizontalmischgerät gepumpt und dort während 15 Minuten reagieren gelassen.
Nach dem Umpumpen in einen Zement-Mischer wurden 750 kg Portlandzement und 250 kg Schnellzement der Permooser Zementwerke, Wien, mit einer spezifischen Oberflä- che zwischen 4000 bis 5000 cm2/g während 10 Minuten eingemischt. Zur Verbesserung der Flockung wurden 80 g Polyacrylamid in Form einer 0,2%igen Lösung zugemischt. Das nun vorliegende Gemisch wurde aus einer Rührbütte einer Hatschek-Maschine zugeführt und nach bekannten Verfahren zu Wellplatten verarbeitet. Es wurde ständig kontrolliert, dass die Feststoffkonzentration im Stoffkasten 80 dz Liter nicht überstieg. Die Verdünnung erfolgte mit Kreislaufwasser. Pro Siebzylinder resultierte eine Vliesdichte von 0,35 bis 0,40 mm. Das entstandene Vlies wurde auf dem Filz sehr gut entwässert.
Das Vakuum musste jedoch vorsichtig angelegt werden, da sonst das Vlies zu trocken wurde und auf der Formatwalze zu Lagentrennung neigte.
Der Wassergehalt ab Formatwalze betrug bevorzugt nicht unter 28%, damit beim nachträglichen Formen zu Wellplatten keine Wellenrisse auftreten. Unter Beachtung der angegebenen Fahrweise wurden 6 bis 7 mm dicke Platten gewickelt, welche nach dem Abscheiden von der Formatwalze dem Wellsauger zugeführt wurden.
Ein Teil der Platten wurde direkt nach dem Wellsauger zwischen geölten Blechen zum Abbinden gebracht, von wo sie nach 10 Stunden entblecht und auf das Lager gebracht wurden. Der andere Teil der Platten wurde in einer Einzelpresse mit 150 bar während 6 Stunden gepresst und anschliessend zwischen geölten Blechen während 10 Stunden abbinden gelassen und nach dem Entblechen während 28 Tagen gelagert.
Die Bruchfestigkeitsprüfung nach 28 Tagen an einer 2,5 m langen, 6 mm dicken Wellplatte Profil 7 in gewässertem Zustand, ergab bei einer 2/3 Auflage für eine ungepresste Wellplatte 3600 N bei einer Dichte von 1,3 g/cm3. Für eine gepresste Wellplatte wurde eine Bruchlast von 6200 N bei einer Dichte von 1,45 g/cm3 gemessen.
Als Vergleich zeigte eine Asbestzement-Wellplatte gleicher Form und Dicke bei identischer Prüfanordnung in gepresstem Zustand eine Bruchlast von 5100 N bei einer Dichte von 1,62 g/m3. Die gepresste Asbestzement-Wellplatte ergab eine Bruchlast von 7000 N bei einer Dichte von 1,8 g/cm3.
Die Frostprüfung ergab für eine gepresste asbestfreie Wellplatte 500 Zyklen und für die ungepresste Platte 300 Zyklen, welche ohne Schaden überstanden wurden (+ 40 "C/ -40 "C in Wasser, 8 Zyklen pro Tag). Die Frostprüfung der gepressten konventionellen Asbestzement-Wellplatte ergab 320 Zyklen und diejenige der ungepressten Wellplatte 180 Zyklen bis zum Auftreten der ersten Vlieslagentrennung.
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PATENT CLAIMS
1. A process for producing a fiber-reinforced hydraulically setting material, in which a hydraulic binder is mixed with fibers and water to form a slurry, characterized in that the fibers are 2 to 20 volume percent, based on the solids, filter fibers and 0.5 to 20 volume percent , based on the solids, reinforcing fibers are used, both of which are subjected to a pretreatment which increases the dispersibility in the slurry, and that water is added in a larger amount than the amount required to set the binder.
2. The method according to claim 1, characterized in that for pretreating the fibers for the purpose of excreting at least one compound, in particular a salt in and / or on the fibers, these are brought together with a first compound in solution, in particular a salt, and so treated fibers are brought into contact with a second compound, in particular a salt.
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that inorganic and / or organic fibrous materials are used as filter fibers, for. B. mechanically or chemically processed wood, cotton, wool, polyolefin fibrids, rock wool, kaolin wool or slag wool.
4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that inorganic or organic synthetic fibers, e.g. Steel fibers, glass fibers, carbon fibers, polyvinyl alcohol fibers, polypropylene fibers, viscose fibers, acrylic fibers, phenol formaldehyde fibers, polyester fibers, aromatic and aliphatic polyamide fibers or mixtures thereof.
5. The method according to claim 1, characterized in that the reinforcing fibers have an elongation at break of less than 10% and a high tensile strength.
6. The method according to claim 1, characterized in that the fibers are pretreated according to types or mixed before admixing to the slurry.
7. The method according to claim 1, characterized in that the pretreatment of the fibers with aluminum sulfate, iron sulfate or iron chloride in aqueous solution and subsequent precipitation with calcium hydroxide or barium hydroxide or by treatment with borates is carried out.
8. Use of the material obtained by the process according to claim 1 for the production of fiber-reinforced molded parts, characterized in that the material is at least partially freed of water in a dewatering device and brought into the desired shape and allowed to set by hand or by machine.
9. Use according to claim 8 for the production of plates, corrugated sheets, pipes or slate.
10. molded parts obtained by use according to claim 8,
The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced, hydraulically setting material, in particular a cement material which has two fibrous components, and to molded articles of any kind made from such materials.
Asbestos-reinforced cement compounds have proven their worth in the construction materials sector for decades and have taken a firm place. Especially the production of various components such as pipes, corrugated sheets, roofing slate, etc. with the help of drainage processes, e.g. according to Magnani [see Heribert Hiendl, asbestos cement machines, page 42 (1964)] or Hatschek (see below) are very common in the relevant industry. A preferred method, namely the technology of the winding method, e.g. B. according to Hatschek, has been known for decades (AT-PS 5970).
These known processes for the production of z. B. Asbestos cement pipes and plates are based on the use of circular screening machines. A highly diluted asbestos cement suspension is transferred to a felt via a fabric box and a sieve cylinder in the form of a fleece and wound up to the desired thickness using format rollers or tube cores. Depending on the type of asbestos fiber used, the following problems can occur:
The pre-digested asbestos obtained from the mines must be further digested in the processing plants of the asbestos cement plants, i.e. can be opened further in a pan mill.
One of the most difficult problems is to digest the various types of asbestos fibers found in nature without shortening or generating dust, the degree of decomposition not being allowed to exceed a certain level, since otherwise dewatering or driving difficulties can occur on the rotary screen machine.
In addition to the asbestos digestion, the correct composition of the different types of asbestos fibers, for example lengths, talc content, etc., is of fundamental importance for the machine operation and the quality of the products to be manufactured.
The processing of asbestos and the mixing of the different types of asbestos have a decisive impact on the production process and the quality of the end products.
Only if you master these parameters is it possible to obtain weather-resistant products with good mechanical properties. The shape of the fabric box for the circular sieves and the fabric stirrers built into them also play an important role in the distribution of the asbestos fibers in the fleece or in the direction of the fibers of the asbestos in the finished product. The fiber distribution in the fleece is of crucial importance for the economic exploitation of the asbestos fibers, since if the material box geometry and the stirrer effect are poor, there is a risk of asbestos accumulation in the fleece, which worsens the regular fiber reinforcement in the product. In addition, such asbestos accumulations are disadvantageous for the behavior of the products in frost-prone areas and for the adhesive behavior of colored coverings.
When dewatering the asbestos cement fleece on the felt, depending on the processing of the fibers, the vacuum that is usually present in various vacuum boxes must be correctly adjusted. If this is not the case, e.g. Cement particles are torn out of the fleece, or the fleece is insufficiently dewatered, which results in bad products during wrapping.
During the winding process, the resulting product is generally dewatered again by additional pressing. The corresponding contact pressure must be adapted to the water content of the fleece and the wound wall thickness. If this is not the case, strength problems or loss of quality arise due to pressed products.
In addition to all these technical details and settings on the production lines, which are necessary to ensure a successful process flow, these known processes are based on the excellent
Affinity and filtering effect, d. H. the cement retention capacity of the asbestos fiber compared to the cement. In addition to this good cement filtration effect of the asbestos fiber, it also serves as a reinforcing fiber in the hydrated end product.
These two advantageous properties of asbestos fibers also have a very specific disadvantage. The physical properties caused by nature, in particular the low elongation at break, mean that pure asbestos cement products have a certain brittleness.
This property manifests itself in limited impact strength. It was then not neglected to look for new fibers that could lead to more flexible end products as cement reinforcement fibers.
In a patent from 1951 for the production of asbestos-cement products (DE-PS 878 918) the reinforcement of cement with fibrous materials such as cellulose or other organic or inorganic fibers was mentioned.
In the course of the later years innumerable natural and synthetic fibers were tested for their suitability as cement reinforcement fibers. There were e.g. B. Experiments with cotton, silk, wool, polyamide fibers, polyester fibers, polypropylene fibers and inorganic fibers such as glass fibers, steel fibers, carbon fibers, etc. are carried out.
The manufacturing industry has already published a number of processes for manufacturing wood-reinforced cement products. Examples are: DE-PS 585 581, DE-PS 654 433, DE-PS 818 921, DE-PS 915 317, GB-PS 252 906, GEB-PS 455 571, SE-OS 13 139/68, SE-PS 60 225 and CH-PS 216 902.
However, the processes described in these patents all work with a minimal amount of water, which is required for the setting of the hydraulic binders. The technology of mixing cement, wood shavings and water, as well as the production of building materials from these mixtures, is completely different from a Hatschek process which works with dilute aqueous slurries. The pretreatment of the wood materials with various mineral salts described in the above patents serves only to stabilize or mineralize the water-swellable cellulosic components of the wood. The mineral salts can also be used to block existing pollutants in the wood that interfere with the setting of the cement, so that a good bond between wood and cement is guaranteed.
After the technical difficulties described in detail in the previous chapters, which can occur with the drainage machines widely used in industry in the manufacture of asbestos-cement products, it is obvious that it was practically impossible to replace asbestos fibers with other fibers alone to produce the same methods and with already existing devices industrially satisfactory fiber-reinforced cement products. These suggestions have never been implemented in industrial production.
As one of the biggest problems with non-asbestos fibers, there is always a poor distribution of the fibers in the cement water slurry. The fibers separate from the mixture and form balls. The poor cement retention of most fibers also made technical production impossible. Furthermore, the strength contribution of many synthetic fibers in the cement product is kept to a minimum, since poor adhesion is present in the cement matrix, especially with hydrophobic, organic fibers. However, it was found that with the additional presence of a reduced amount of asbestos, the manufacture of fiber-reinforced products according to the existing drainage processes is entirely possible [GB-PS 855 729].
The addition of an amount of 0.5 to 5% asbestos enables organic and inorganic fibers to be better distributed in a cement-water slurry, while at the same time ensuring a sufficient cement retention effect during the drainage process.
To improve the adhesion of the fibers in the cement matrix, it has been proposed to use fibrillated polyamide films [US Pat. No. 3,591,395]. In the USSR magazine Polim. Stroit. Mater.)), 1975, 41. 152-7 [C.A. 86, 7766 / Z (1977)] describes that fibers with rectangular cross sections have an improved adhesive power.
Other inventors describe thermoplastic fiber sections which are thickened at the fiber ends by melting, so that an improvement in the anchoring of these fibers in the cement matrix is also to take place [Ja AS 7 403 7407]. DE-OS 2 819 794 proposes to produce fiber-reinforced cement boards with the help of specially modified polypropylene fibers of two different cutting lengths. Dewatering processes are used as the production process, the mixture of the polypropylene fiber sections being premixed with cellulose fibers and with part of the cement-water slurry before the concentration of the solids required for the processing process is set.
However, this process is essentially restricted to the use of specially modified polypropylene fibers with defined mixtures of different fiber cut lengths. Other fibers cannot be used for this.
For various reasons, however, it is desirable to produce fiber-reinforced cement products with good mechanical properties on the production plants prepared in the asbestos cement industry, which can be produced without the use of any asbestos additive and using conventional fibers.
It has now surprisingly been found that it is possible, by combining two types of fibers which are generally available on the market and have different properties, hereinafter referred to as reinforcing fibers and filter fibers, to obtain completely asbestos-free products which are conventional compared to conventional machines Show asbestos cement products as superior in different mechanical properties as well as in terms of occupational hygiene. An essential characteristic of the present invention is that an at least sparingly soluble coating is formed on both types of fibers, e.g. B. from two salts which, when brought together, can produce an insoluble salt, by bringing the fibers together with a solution of a first, water-soluble salt and admixing the second salt of this fiber with a saline suspension.
This pretreatment of the fibers enables a perfect nonwoven to be made from a cement-fiber slurry on a conventional Hatschek dewatering machine.
For the sake of simplicity, the present description refers to cement as the preferred binder. All other hydraulically setting binders can be used instead of cement.
The method according to the invention is to be explained as follows: filter fibers are generally fibrous systems which do not make any significant contribution to the actual reinforcement of the cement. The main task of these fibers is to retain the cement in the composite when dewatering the fiber-cement slurry.
In conventional asbestos-cement production, this task is solved by the asbestos fiber, which also serves as a reinforcing fiber. Filter fibers suitable for the method according to the invention are e.g. Cellulose fibers of all kinds, e.g. B. in the form of pulp, wood pulp, waste paper, wood flour, cellulose-containing waste from waste disposal plants, etc. But it can also wool fibers, silk or fibrids, e.g. made of polypropylene.
In addition, filter fibers on an inorganic basis, such as kaolin or rock wool, can also be used in the process according to the invention.
Table I below lists some values for the cement retention capacity of various filter fibers. The filtration tests were carried out using a Hatschek machine. The Hatschek machine was charged with an aqueous slurry of 72 g / liter cement and 8 g / liter filter fibers. The suction device in the drainage section was set so that the fiber-cement nonwovens had a residual water content of 30% from the machine. Samples were taken from the machine's backwater and the sludge content was determined by filtering with a suction filter.
The precipitation was weighed out after drying at 110 ° C. for 6 hours.
Table I Cement retention of various filter fibers in the
Use on a Hatschek machine Filter fiber type Cement retention in% of the used
Cement Rockwool Lapinus type 793176 88% Rockwool DI 70% waste paper, without glossy paper 71% waste paper / cellulose KHBX = 4: 1 65% Hostapulp EC-5300 93% Hostapulp R-830 86% asbestos (analogous to example 1) 72%
In order to facilitate the uniform distribution in the cement slurry for these filter fibers, they are subjected to a pretreatment according to the invention, which is discussed in more detail below. The concentration of the filter fiber in the entire cement-fiber mixture varies from 2 to 20 percent by volume. It is largely dependent on the material and is preferably 8 to 15 volume percent.
All known inorganic and organic reinforcing fibers can be used as reinforcing fibers, such as glass, steel, carbon, aramid, polypropylene, polyvinyl alcohol, polyester, polyamide or polyacrylic fibers, etc. So that a reinforcing fiber fulfills its task in products with high Strengths, e.g. B. corrugated sheets, etc., in addition to the highest possible tensile strength of at least 6 g / den the lowest possible elongation at break, generally of <10% is required. Other fibers, e.g. B.
from old materials, usable. The reinforcing fibers are present in the cement-fiber mixture in amounts of 0.5 to 20 volume percent, preferably 4 to 8 volume percent. The reinforcing fibers are preferably mixed in cut lengths of 4 to 25 mm, both uniformly long individual fibers and a mixture of fibers of different lengths being used. Ground fibers can also be used. The titer of the individual fibers can vary within a wide range, but titres of 0.5 to 6 dtex are preferred. The reinforcing fibers are usually evenly distributed in the cement mass. In special cases, such as for fittings, additional fiber reinforcements can be attached at points that are particularly exposed to the effects of mechanical forces, e.g.
B. in the form of non-woven fabrics, yarns, ropes, nets, fabrics, etc. are wrapped or inserted
Reinforcing fibers with round cross sections, as well as non-round cross sections, e.g. B. fibers with rectangular or multilobal cross sections can be used.
Furthermore, reinforcement fibers of a single type, as well as mixtures of different reinforcement fibers, can be used. The fibers can also have been made particularly cement-compatible by known aftertreatment or coatings in addition to the treatment according to the invention.
The pretreatment according to the invention, which favors the distribution and behavior of the fibers in the diluted cement slurry, comprises pretreating the filter fibers and the reinforcing fibers with agents which form an inorganic coating which is at least sparingly soluble in water.
Particularly suitable agents for carrying out the fiber pretreatment are inorganic compounds, of which e.g. B. a first compound is first brought into contact with the fibers in the form of an aqueous solution and all compounds react with one another to form at least one insoluble compound in and / or on the fiber.
Suitable fiber pretreatments can be carried out, for example, with the following systems: iron sulfate calcium hydroxide, aluminum sulfate calcium hydroxide, aluminum sulfate barium hydroxide, iron sulfate barium hydroxide, iron chloride calcium hydroxide, zirconium sulfate calcium hydroxide or with various borates. A particularly suitable pretreatment consists in the precipitation of aluminum hydroxide and calcium sulfate on the fibers by treating the fibers with aqueous aluminum sulfate solution and adding calcium hydroxide.
The pretreatment is generally carried out by spraying, immersing or otherwise bringing the fibers into contact with an aqueous solution of the soluble reactant with subsequent addition of the second reactant which may be used.
The treatment, e.g. B. the precipitation of calcium sulfate and aluminum hydroxide from aluminum sulfate and calcium hydroxide, causes the uniform distribution of the individual fibers in the cement-fiber slurry. The pretreatment of the two types of fibers can be carried out separately and can be carried out simultaneously or in succession in the shared bath.
In general, the fibers are treated with a solution which, depending on the solubility of the compound used, has a 2 to 30% concentration, in particular an 8 to 15% concentration, and preferably an approximately 10% concentration. Based on the fiber weight, generally about 5 to 50 percent by weight, preferably 10 to 20% and in particular about 15% of the first are used. The second component is advantageously used in a stoichiometric excess, which can be up to thirty times or more. A three to thirty-fold excess, in particular a twenty-fold excess, is preferred.
Hydrophobic reinforcing fibers such as polypropylene fibers, polyamide fibers, polyester fibers, etc. can be provided with hydrophilic, organic finishes beforehand for the fiber pretreatment according to the invention. Such equipment is commercially available from a wide variety of manufacturers based on acrylates, epoxy compounds, isocyanates, etc. and can be applied to the fibers or films by coating or spraying. Such coatings are cured either by means of catalysts and / or heat treatments.
Hydrophobic reinforcing fibers can also be used, which contain inorganic additives such as barium sulfate, calcium carbonate, calcium sulfate, talc, titanium dioxide, etc.
included, which were added to the fibers before spinning.
The hydraulically setting binder suitable for the invention is understood to mean a material which contains an inorganic cement and / or an inorganic binder or adhesive which is hardened by hydration. Particularly suitable binders which are cured by hydration include e.g. B. Portland cement, alumina melt cement, Eisenportland cement, trass cement, blast furnace cement, gypsum, the calcium silicates formed during autoclave treatment, and combinations of the individual binders.
The pretreated fibers, the hydraulically setting binder, water, and any other customary additives, such as fillers, dyes, etc., are mixed in a conventional manner to form a slurry which is applied to conventional dewatering devices, e.g. B. winding machines, continuous drainage systems, such as monostrand systems, circular screens, Fourdrinier screens, injection systems or filter presses, processed to the desired items, such as sheets, corrugated sheets, pipes, roofing slate, by hand or machine-shaped fittings of any type, deformed in a known manner and in the usual way be allowed to set.
The present invention is to be explained in more detail by the following examples, which examples are not intended to restrict the invention in any way. Although the invention is of particular value for the production of asbestos-free products, it is also possible to replace part of the reinforcing fibers with asbestos fibers.
Unless otherwise noted, the percentages in the following examples relate to the weight.
It is easy for a person skilled in the art to change the following examples, depending on the intended use of the material, by suitable selection of the fibers and / or the process steps and devices.
Example 1 (comparative example: asbestos cement)
Asbestos grade 4, Canadian provenance was rolled in a ratio of 1: 3 with asbestos grade 5, Russian provenance in a pan mill with 40 weight percent water for 30 minutes. 153 kg (dry weight) of this asbestos mixture were introduced into a high-speed vertical mixer, in which 1.5 m3 of water were found and further digested for 10 minutes. After pumping into a horizontal mixer, a ton of Portland cement with a specific surface area of 3000 to 4000 cm2 / g was added. The asbestos-cement slurry obtained was pumped into a mixing chest, from which it was distributed to a Hatschek machine.
This machine was used to produce 6 mm plates with seven revolutions of the format roller, which were pressed between oiled sheets for 45 minutes in a stack press at a specific measuring pressure of 250 bar to a thickness of 4.8 mm. The test was carried out after a setting time of 28 days after the plates had been soaked for 3 days. The test results are summarized in Table II.
Example 2 (comparative example: filter fibers alone)
In a pan mill, wood pulp was milled with 50% of a 10% aluminum sulfate solution for 15 minutes. The wood pulp treated in this way was stored for at least 3 days to further enhance the effect. 102 kg of the pre-treated wood pulp were sculpted in 1 m3 of water for 10 minutes in a Solvopulper. This suspension was then further diluted to 2.5 m3 and 15 kg of aluminum sulfate were added as a 20% aqueous solution.
The suspension was then mixed with 50 kg of powdered calcium hydroxide and further sculpted for 5 minutes, after which pumping into a slow-running horizontal mixer was carried out, in which the reaction of aluminum sulfate and calcium hydroxide was continued for 15 minutes.
After pumping into a cement mixer, 1000 kg of cement with a specific surface area of approx. 3000 to 4000 cm2 / g were mixed in for 10 minutes.
80 g of polyacrylamide in the form of a 0.2% strength aqueous solution were then mixed in to improve the flocculation. This mixture was fed from a mixing chest to a Hatschek machine and further processed as described in Example 1. The results are also summarized in Table II.
Example 3
Wood pulp was first rolled in a pan mill for 15 minutes with 50% of a 10% aluminum sulfate solution. The wood pulp treated in this way was stored for at least 3 days in order to further intensify the effect. This pretreated wood pulp was sculpted as an 8% suspension for 10 minutes in a Solvopulper, which corresponds to 80 kg wood pulp in 1 m3 of water. This fiber suspension was diluted to 2.5 m3, 22 kg of PVA fiber, cutting length 6 mm, 2.3 dtex was added and continued to sculpt for 5 minutes. 15 kg of aluminum sulfate were then added as a 20% solution and the mixture was mixed with 50 kg of powdered calcium hydroxide. After a further 5 minutes of pulping, the suspension was pumped into a slow-running horizontal mixer and allowed to react there for 15 minutes.
After pumping into a cement mixer, 1000 kg of cement with a specific surface area of approx. 3000 to 4000 cm2 / g were mixed in for 10 minutes.
In order to achieve even better flocculation, a further 80 g of polyacrylamide were mixed in the form of a 0.2% solution.
The mixture now present was fed from a mixing chest to a Hatschek machine and processed into plates in the manner described in Example 1. The results are again summarized in Table II.
Example 4
56 kg of polypropylene fibrids as a 4% aqueous suspension were sculpted in a Solvopulper for 10 minutes. After dilution with water to 2.5 m 3, 22 kg of ground dralon polyacrylonitrile fibers with an average fiber length of 6 mm and a fineness of 2.2 dtex were added and further sculpted for 5 minutes. Subsequently, 15 kg of aluminum sulfate were introduced as a 20% aqueous solution, sculpted for 5 minutes and mixed with 50 kg of powdered calcium hydroxide. This mixture was sculpted for a further 5 minutes and, after being pumped into a slow-running horizontal mixer, allowed to react further for 15 minutes. The cement was added and further processing was carried out as described in Example 2. The results are also summarized in Table II.
Table II
Test results of test examples 1 to 4 Example reinforcing fiber filter fiber cement Nimm2 N mm / mm2 Density No. Vol .-% Vol .-% Vol .-% Bending tension- Specific g / cm3 strength Impact strength 1 Asbestos 12 - 88 26.5 1.8 1.80 2 - Wood pulp 20 80 14.0 0.3 1.62 3 Polyvinyl alcohol 4 wood pulp 16 80 24.6 2.8 1.70 4 polyacrylic polypropylene nitrile 4 fibrids 16 80 22.2 2.4 1.60
15
Example 1 above is intended as a comparative example and shows the values which can be achieved by the conventional methods. The asbestos fiber takes on the role of a filter as well as a reinforcing fiber.
Example 2 shows the values which were found when only cellulose fibers were used as filter fibers, the filter fibers being pretreated according to the invention even in this case, since without this pretreatment production on a Hatschek machine would be extremely bad.
An example with a reinforcing fiber alone cannot be given, since with the exception of the asbestos fiber it is not possible to use it to manufacture fiber-reinforced panels using the existing winding processes.
For the same reason, it is just as impossible to give examples of reinforcing fiber / filter fiber systems without the pretreatment according to the invention.
Examples 3 to 5 correspond to the process according to the invention. It can be seen how the combination of reinforcing and filter fibers can be used to produce reinforced cement products which are superior in impact resistance to the previously widespread asbestos-cement products and at the same time have high flexural tensile strength. Example 5, listed separately, shows the use of the method according to the invention for the production of corrugated sheets. The fiber-cement mixture places particularly high demands on perfect shaping.
Example 5
Wood pulp and unbleached secondary cellulose in a ratio of 1: 4 are rolled in a pan mill for 15 minutes with 50% of a 10% aluminum sulfate solution and then stored for 3 days. 40 kg (dry weight) of this wood pulp-cellulose mixture were placed in a Solvopulper, diluted to 8% solids with water and sculpted for 5 minutes. Then 30'kg of polypropylene fibrids and 375 liters of water were added and sculpted for a further 5 minutes. After this filter fiber suspension had been diluted to a total of 2.5 m3, 22 kg of polyvinyl alcohol fibers of 6 mm cutting length and 2.3 dtex were added and sculpted for a further 5 minutes.
Subsequently 15 kg of aluminum sulfate were added as a 20% solution and 50 kg of powdered calcium hydroxide were added. After a further 5 minutes of pulping, the suspension was pumped into a slow-running horizontal mixer and allowed to react there for 15 minutes.
After pumping into a cement mixer, 750 kg of Portland cement and 250 kg of quick cement from Permooser Zementwerke, Vienna, with a specific surface area between 4000 and 5000 cm2 / g, were mixed in for 10 minutes. To improve the flocculation, 80 g of polyacrylamide were mixed in the form of a 0.2% solution. The mixture now present was fed from a mixer to a Hatschek machine and processed into corrugated sheets by known processes. It was constantly checked that the solids concentration in the fabric box did not exceed 80 dz liters. The dilution was carried out with circulating water. The fleece density per sieve cylinder was 0.35 to 0.40 mm. The resulting fleece was drained very well on the felt.
However, the vacuum had to be applied carefully, otherwise the fleece would become too dry and tend to separate layers on the format roller.
The water content from the format roller was preferably not less than 28%, so that there are no corrugated cracks when subsequently formed into corrugated sheets. In compliance with the specified procedure, 6 to 7 mm thick plates were wound, which were fed to the corrugated suction device after separation from the format roller.
A part of the plates was set between oiled sheets directly after the corrugated suction device, from where they were removed after 10 hours and brought to the warehouse. The other part of the plates was pressed in a single press at 150 bar for 6 hours and then allowed to set between oiled sheets for 10 hours and stored for 28 days after removal of the sheets.
The breaking strength test after 28 days on a 2.5 m long, 6 mm thick corrugated sheet profile 7 in the watered state, with a 2/3 overlay for an unpressed corrugated sheet, gave 3600 N with a density of 1.3 g / cm3. A breaking load of 6200 N at a density of 1.45 g / cm3 was measured for a pressed corrugated sheet.
As a comparison, an asbestos cement corrugated sheet of the same shape and thickness with an identical test arrangement in the pressed state showed a breaking load of 5100 N at a density of 1.62 g / m3. The pressed asbestos cement corrugated sheet resulted in a breaking load of 7000 N at a density of 1.8 g / cm3.
The frost test showed 500 cycles for a pressed asbestos-free corrugated sheet and 300 cycles for the unpressed sheet, which were survived without damage (+ 40 "C / -40" C in water, 8 cycles per day). The frost test of the pressed conventional asbestos cement corrugated sheet resulted in 320 cycles and that of the unpressed corrugated sheet resulted in 180 cycles until the first fleece layer separation occurred.