DD141031A5

DD141031A5 - Verfahren zur herstellung von teilen aus wasserhaertendem werkstoff

Info

Publication number: DD141031A5
Application number: DD79210302A
Authority: DD
Inventors: Jan M J M Bijen
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1977-12-30
Filing date: 1979-01-02
Publication date: 1980-04-09
Also published as: PL126003B1; FI784053A; EP0003245A1; PL212294A1; IE782458L; AU4258078A; EG13784A; DK583078A; IE47688B1; NO148876C; DE2861837D1; SU860689A1; BR7808618A; PT68960A; NO784436L; EP0003245B1; GR73134B; IN150465B; NO148876B; AU522565B2

Description

Verfahren zur Herstellung von Teilen aus wasserhärtendem Werkstoff

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft-ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus einem wasserhärtenden Werkstoff mit einer Verstärkung von fibrillierter organischer Filme.

Der im v/eiteren Text verwendete Ausdruck 'wasserhärtender Werkstoff¹ betrifft ein Gemisch eines trocknen oder im wesentlichen trocknen Bindemittels mit Wasser, das ggf. Zuschlagstoffe enthält, die durch eine Reaktion zwischen Bindemittel und Wasser zu einer steifen massiven Masse ausgehärtet oder gebunden werden kann. Der vorgenannte Ausdruck ist auch auf den nach dem Abbinden ausgehärteten Werkstoff anwendbar. Geeignete Bindemittel sind z. B. mehrere Arten von Zement, Gips und ähnlichen Werkstoffen, wie Portlandzement, Aluminiumzement, Stuckgips und Anhydrit.

Bekannte technische Lösungen

Der Gebrauch von künstlich hergestellten und natürlichen Verstärkungsfasern in einem wasserhärtenden Werkstoff zur Herstellung von Formteilen ist bekannt. Die Fasern können entweder willkürlich in der Masse verteilt oder lose Schichtweise eingebracht v/erden. Die Verstärkung kann auch durch das Einbringen einer Fasermatte in derartigen Formteilen erreicht werden.

Es sind kontinuierliche Verfahren zur Herstellung von Teilen bekannt, die aus einem wasserhärtenden Werkstoff mit eingearbeiteter faseriger Verstärkung, z. B. Produkte aus Asbestzement, hergestellt werden« Es ist jetzt aber bekannt, daß Asbestfasern die Gesundheit von Personen gefährden, die entweder mit der Herstellung von Produkten aus Asbestzement beschäftigt sind oder sich in der Mhe der Fertigungsstelle befinden. Dies trifft auch für Personen zu, die mit aus Asbestzement gefertigten Produkten arbeiten (z. B. schneiden oder verformen)* Aus diesem Grunde hat man häufig versucht, Ersatzstoffe für Asbestzementprodukte mit gleichwertigen mechanischen Eigenschaften und vergleichbarem Kostenaufwand zu schaffen, aber diese Versuche sind meistens praktisch gescheitert.

Ziel der Erfindung,, ,

Es ist Ziel der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen.

Wesen der Erfindung - - '

Aufgabe dieser Erfindung ist nunmehr ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus wasserhärtenden Werkstoffen mit einer Verstärkung aus Schichten fibrillierter organischer Folien. _N

Da die bisher üblichen kontinuierlichen Herstellungsverfahren, wie sie z. B. in der Herstellung von Asbestzement angewandt werden, darunter auch die Anwendung einer Rotationsmischvorrichtung zur homogenen Einarbeitung der Verstärkungsfasern in die wasserhärtende Masse, nicht mit fibrillierten organischen Folien anwendbar ist, und

zeit- und kostenaufwendige manuelle Bautechniken einer kontinuierlichen Massenproduktion nicht zuträglich sind, ist. es gleichfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus verstärkten wasserhärtenden Werkstoffen z\x schaffen, welches Verfahren sowohl in bezug auf die Menge an Verstärkungsmaterial als auf die Zusammensetzung des Endproduktes flexibel ist· -

Eine v/eitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung von Formteilen, die, was die physikalischen Eigenschaften wie auch den Kostenaufwand betrifft, mit Asbestzement vergleichbar oder diesen sogar übertreffen.

Die obigen und weitere Aufgaben werden durch die vorlie~ gende Erfindung dadurch gelöst, daß gleichzeitig eine Anzahl von Wetzwerken fibrillierter organischer Folien, vorzugsweise zumindest fünf, mit einer v/asserhärtenden Masse in Berührung gebracht werden, um so eine Schicht zu bilden, die sich aus einer Vielzahl von mit dem wasserhärtenden Material imprägnierten Netzwerken zusammensetzt. Eventuell vorhandenes überflüssiges Wasser kann entfernt werden und die so erhaltene Schicht wird in die gewünschte Form des Teiles und schließlich zum Abbinden gebracht.

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Im Texte dieser Beschreibung ist unter Netzwerk eine netzähnliche Struktur zu verstehen, die sich aus der Ausweitung der fibrillierten organischen Folie etwa quer zur Fibrillierrichtung

ergibt. Der Ausdruck Masche in dieser Anmeldung bedeutet die durch die Fasern des so gebildeten Netzwerks gebildeten Hohlräume. Die Anzahl der in eine Schicht eingearbeiteten Netzwerke

und die Maschenzahl innerhalb der Netzwerke mit einem Minimum

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von zwei je cm sind derart, dass die Maschenzahl je cm des Endproduktes zumindest hundert beträgt. Die Maschenzahl innerhalb eines bestimmten Volumens einer Schicht ist bedingt durch die Anzahl der je Dickeneinheit einer solchen Schicht eingearbeiteten Netzwerke sowie die Anzahl, Grosse und Art der Maschen je Netzwerk und die Grosse der durch Recken erhaltenen Ausweitung der Netzwerke. Es müssen deshalb alle diese Faktoren so gewählt werden, dass die Maschenzahl zumindest

100 je cm des Endproduktes ist. Es werden vorzugsweise bessere Eigenschaften erhalten, wenn diese Maschenzahl zumindest 200 je cm Formteil beträgt und es ist möglich, eine noch höhere Maschenzahl anzuwenden, z.B. Über 300, oder sogar Über 500 je cm des Produktes.

Die Schaffung einer so grossen Maschenzahl je Volumeneinheit des Formteils hat eine sehr günstige Auswirkung auf das Biegeverhalten. Bei einer so hohen Maschenzahl entsteht eine sehr fein rissige Struktur, während der pseudoplastischem Verformung des Formteiles; hierdurch kehrt der Formteil leichter zu seiner früheren Form .zurück und es werden dadurch ausgezeichnete physikalische Eigenschaften erreicht. Unter sehr fein rissiger Struktur ist zu verstehen, dass ein Formteil nach Biegung oder Recküng weniger als 10 mm voneinander liegende Risse zeigt; meistens sind diese Risse kleiner als ca. 0,3 mm.

Die je cm Schichtdicke eingebrachte Anzahl Netzwerke ist vorzugsweise mehr als 10, ideal ist mehr als 25, und optimale Resultate werden erreicht, wenn die je Zentimeter Schichtdicke eingebrachte Anzahl Netzwerke mehr als 50 beträgt.

Es ist von grösster Bedeutung, dass die Maschenzahl im den Netzwerken, deren Abmessungen durch Reckung der fibrillierten

2 organischen Folien zugenommen haben, mindestens 2 je cm ,

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vorzugsweise mindestens 3 je cm Netzwerk, beträgt.

Diese Anzahl wird sowohl durch den Grad der Reckung oder Ausdehnung des fibrillierten organischen Films als durch die Zahl der ursprunglich vorhandenen Maschen in Breiten- und Längsrichtung bedingt. Diese Ausdehnung, die sowohl in Breiten- als in Längsrichtung stattfinden kann, wird vorzugsweise das 1 1/2- bis 150-fache, vorzugsweise das 1 1/2- bis 50-fache der ursprünglichen Grosse betragen. Im Idealfall haben die Maschen einen Durchmesser oder eine kleinste Abmessung von ca. 200 vorzugsweise Über 300 ßm.

Der Volumenanteil der Netzwerke im Endprodukt sollte im Bereich zwischen 0,25% und 20%, vorzugsweise zwischen 2% und 15%, liegen. Ein Volumenanteil von ca. 3%-10%, bezogen auf das Endprodukt, wird am meisten bevorzugt. Es können auch geeignete Formteile hergestellt werden durch Herbeiführung der obigen Konzentration von Netzwerken und Maschen nur im äusseren Bereich der Schicht bezw. Schichten die den Formteil bilden, und zwar mit einer Dicke von mindestens 1 mm, während im mittleren Bereich des Formteils die Anzahl der Netzwerke geringer oder sogar gleich Null ist.

Ein Netzwerk von fibrillierten Kunststoff-folien wird vorzugsweise in der Weise hergestellt, dass man einen organischen Kunststoff zu einer Folie mit einer Dicke zwischen ca. 1 und 1000ym, vorzugsweise zwischen ca. 10 und 200 ßvx, extrudiert. Diese extrudierte Folie kann dann zu Bändern geeigneter Breite zerschnitten und ggf. auch zu z.B. dem Zehnfachen der ursprünglichen Grosse gereckt werden. Dieses Recken verursacht einen Zustand imminenter Fibrillation im Werkstoff. Es gibt verschiedene Techniken zur Herbeiführung der darauf folgenden Fibrillation; u.a. fuhrt man die gereckte Folie über eine Nadelwalze, eine Bürste oder einen Kamm, oder aber setzt man die Folie mit Hilfe von Walzen oder Luftströmungen einer Scherspannung aus.

Die Fibrillation kann auch durch Verdrehen hervorgerufen werden. Auf diese Weise werden endlose Bahnen fibrillierter organischer Folie erhalten, die gleich im Verfahren der vorliegenden Erfindung verarbeitet werden können. Es können aber auch mehrere solcher fibrillierten organischen Folien auf eine Trommel gewickelt und nachher zur Verarbeitung wieder abgewickelt werden. D^er Ausdruck

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endlos in bezug auf die fibrillierte organische Folie ist so zu verstehen, dass es sich zwar um gesonderte Längen solcher Folien handelt, die der Fertigung gemäss diesem Verfahren von einer Trommel aus zugeführt werden, deren Lange aber viele Male grosser ist als die des endgültigen Formteils. Folglich bestehen die Netzwerke gemäss der vorliegenden Erfindung aus endlosen Fasern und erstrecken sich die Bestandteile des Netzwerks, z.B. Fasern und Fibrillen, praktisch durch den ganzen Formteil.

Als organisches Folienmaterial zur Herstellung des Netzwerks wird Polyolefin bevorzugt. Am vorteilhaftesten erhält man das Netzwerk in der Weise, dass man das Polyolefin (z.B. Polypropylen) zur einer Folie extrudiert, die dann auf eine Grosse gleich dem Sechs- bis Zwanzigfachen, vorzugsweise dem Sechs- bis Vierzehnfachen und im Idealfall dem Acht- bis Zwölffachen der ursprünglichen Grosse gereckt wird. Die Folientemperatur während des Reckens sollte zwischen 20 und 160 C, vorzugsweise zwischen ca. 100 und 155 C, liegen; die besten Ergebnisse werden aber bei.einer Temperatur zwischen ca. 130 und 150 C erzielt. Das zu verwendete Polypropylen sollte vorzugsweise kein zu hohes Molekulargewicht aufweisen. Die Schmelzzahl (bei 230 C und 2,16 kg) sollte vorzugsweise zwischen 1 und 5, noch besser aber zwischen 2 und 4, liegen. Dies ist für eine gute Fibrillation von höchster Bedeutung und deshalb auch für die endgültigen Eigenschaften der hergestellten, verstärkten und wassergehärteten Formteile.

Der zur Herstellung der Fibrilationsfolie verwendete Kunststoff kann ein Polyolefin sein, die Folien können aber auch aus Thermoplasten jeder Art, die Folien und Fasern bilden, hergestellt werden, z.B. Polymerisate von Styrol oder Vinylchlorid oder Copolymerisate davon. Besonders geeignet' sind teilweise kristalline Polymerisate, wie Polyamide und Polyester. Besonders bevorzugt werden modifizierte und/oder nicht modifizierte Polyolefine. Ein Beispiel eines geeigneten modifizierten Polyolefins ist chloriertes Polyäthylen oder Polypropylen. Beispiele für geeignete, nicht modifizierte Polyolefine sind Polyäthylen und Polypropylen. Es hat sich herausgestellt, dass die Homopolymerisate von Polypropylen am besten geeignet sind, obschon Copolymerisate und

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Blockcopolymerisate, z.B. mit Äthylen, auch anwendbar sind; das Gleiche gilt fur Mischungen solcher Polymerisate.

Das verwendete Polymerisat kann auch FUIl- und Hilfstoffθ verschiedener Art enthalten, z.B. Russ, polare Stoffe, Pigmente, Stabilisatoren gegen Licht und Hitze und Antioxydationsmittel. Es hat sich als äusserst wichtig erwiesen, dass die richtigen Stabilisatoren in die Netzwerke eingearbeitet werden, und es wurden sehr gute Ergebnisse erreicht mit einer Kombination eines Metallinaktivierungsmittels und eines Antioxydationsmittels.

Diese Mischungen werden in Mengen von 0,001 bis 2,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 1 Gew.-%,,zugesetzt. Die bevorzugten Metallinaktivierungsmittel sind Komplexbildner. Einige Beispiele sind: Phosphorsäure, Zitronensäure, Athylendiamintetraessigsäure oder ein Salz davon, N,N'-disalycylidenäthylendiamin, Lecithin, Glykonsäure, Hydrazinderivate und Oxanilidderivate, insbesondere N,N¹-bis (3,5-ditert-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionylhydrazin. Bevorzugt wird wasserhaltiges oder wasserfreies Zitronensäure als Metallinaktivator benutzt.

Als Antioxydationsmittel kann eines der Amine dienen, insbesondere aromatische und sekundäre Amine, wie N,N'-disubstituierte p-phenylendiamine, Diphenylaminderivate, Aminophenolderivate, Kondensationsprodukte von Aldehyden und Aminen oder von Ketonen und Aminen. Weitere geeignete Verbindungen von Antioxydationsmitteln sind Schwefelverbindungen, wie Mercaptane, Thioäther, Disulphide und Dithiocarbamate, z.B. Dimethyldithiocarbamat. Es können auch PoIytihosphorverbindungen, z.B. ein Derivat von Phosphorsäure oder Dithiophosphorsäure, verwendet werden. Die Gruppe der Amine hat aber den Vorzug.

Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf die Verwendung von Folienmaterial, das einer Bestrahlung mit z.B. UV-Licht und Korona, oder einer Behandlung mit oxydierenden Säuren, z.B. Chromsäure, unterzogen wurde, um eine Haftwirkung zwischen dem Netzwerk und der wasserhärtenden Masse zu erzielen.

Die in dieser Erfindung verwendeten Netzwerke können dadurch erhalten werden, indem man die Folie in der Längsrichtung reckt und sie anschliessend auf eine bekannte Weise fibrilliert. Die Folie

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kann aber auch in Breitenrichtung bezw. seitlich gereckt werden, bevor die Fibrillierung stattfindet. Die Folie sollte bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Kunststoffmaterials gereckt werden. Die zu reckende und fibrillierende· Kunststoff-folie kann im wesentlichen flaches Folienmaterial: sein, sie kann aber auch mit Wulsten oder Riffeln ausgestattet sein. Die dickeren Riffel sind durch dünnere Folienteile verbunden, in denen die Fibrillierung leichter stattfinden kann. Diese Wulsten oder Riffel können gleich während der Extrusion durch Anwendung einer Spritzdüse von geeigneter Form oder nachher durch Walzen angebracht werden. Der Vorteil der letzeteren Möglichkeit ist, dass die Richtung der Riffel frei gewählt werden kann. Es empfiehlt sich, die Maschenmusterung bei der Fibrillation so zu wählen, dass die Maschen in parallele Reihen bilden, die unter einem Winkel von 20 bis 80 zur Längsrichtung der Folie verlaufen und deren gegenseitiger Abstand höchstens das Zweifache der in Längsrichtung gemessenen Masche beträgt.

Die gereckte Folie kann mit Hilfe mechanischer Mittel fibrilliert werden, es ist aber auch möglich, die Fibrillation spontan durch Kristallisation herbeizuführen. Im letzteren Fall müssen Massnahmen getroffen werden, um sicherzustellen, dass der Kristallisationsgrad mindestens 30% beträgt, z.B. durch Kühlung einer der Walzen, von denen die Folie berührt wird. Diese letztere Fibrillisationsmethode wird vorzugsweise für Folien benutzt, die mit parallel zueinander, unter 40-70 zur Transportrichtung verlaufenden Riffeln versehen sind.

In diesem Fall können zur Bildung de.s Netzwerks die Folien in Längsrichtung, Breitenrichtung oder aber in beiden Richtungen gereckt werden. Verbundfolien bestehend aus Folien, deren Rippen unter verschiedenen Winkeln zur Reckrichtung angeordnet sind, ergeben, wie sich herausgestellt hat, Produkte mit höheren Festigkeiten.

Netzwerke, die in verschiedenen Richtungen, d.h. in Längsund Breitenrichtung, fibrilliert sind, können zusammen im gleichen Produkt verwendet werden. Der Vorteil einer solchen Konstruktion ist, dass das Produkt eine grössere isotropische Festigkeit aufweist.

Vorzugsweise stehen die Fibrillationsrichtungen winkelrecht zueinander.

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Eine alternative aber nicht bevorzugte Methode zur Bildung von Netzwerken, welche im vorliegenden Verfahren angewandt werden können, ist das Weben langer Fasern der fibrilliorten organischen Folie mit genügend Zwischenraum zur Bildung der richtigen Maschenweite. Eine solche Technik bietet aber nicht die Vorteile der direkten Benutzung einer fibrillierten organischen Folie, wenn man sie zur Bildung der Netzwerks reckt.

Die wasserhärtende Masse, mit der die Netzwerke in Berührung gebracht werden, enthält ein wasserhärtendes Bindemittel, ggf.

Zuschlägstoffe und Wasser. Mengenverhältnis kann in einem weiten Bereich schwanken, das Verhältnis zwischen Wasser und wasserhärtendem Bindemittel liegt im allgemeinen aber zwischen 0,2 und 10. Die benutzten Zuschlagstoffe, insbesondere Sand, sollten vorzugsweise so feinkörnig sein, dass die mittlere Teilchengrösse unter 1 mm liegt, und die eingesetzten Mengen können in einem weiten Bereich schwanken. Das Mengenverhältnis zwischen wasserhärtendem Bindemittel und Zuschlagstoffen schwankt vorzugsweise zwischen ca. 0,05 und 3.

Es können der wasserhärtenden Masse Zuschlagstoffe und/oder Hilf sstoffe verschiedener Art beigegeben werden, u.a. Sand, Kies, Kalk, Quarzpulver, Kunststoffabfälle, Schwefel, Ton, Fasern, vulkanisierter oder nicht vulkanisierter Kautschuk, Steinwolle, Glaswolle, Härtemittel, Pigmente und Verarbeitungshxlfsmittel. Es kann auch nützlich sein, der Suspension von Wasser und Bindemittel Polyvinylalkohol oder -acetat beizugeben, was eine günstige Auswirkung auf die Sauerstoffundurchlässigkeit des Endproduktes habben könnte. Diese letzten Zusatstoffe schützen den Kunststoff des Netzwerks besser gegen Sauerstoffdiffusion im Endprodukt; dies ist irisbesondere bei der Verwendung von Polypropylennetzwerken von Bedeutung.

Die wasserhärtende Masse kann ausserdem noch Hilfsstoffe zur Verbesserung bezw. Beschleunigung der Herstellung des Entproduktes enthalten. Diese Hilfsstoffe umfassen die sog. Entflockungsmittel oder andere oberflächenaktive Mittel, Härtungsbeschleuniger oder Härtungsverzögerer und Verdichtungsmittel.

Diese Hilfsstoffe können auch in das Folienmaterial eingearbeitet werden, aus dem sie nachher langsam systematisch freigesetzt werden

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können. Es können noch andere Additive, wie Flammverzögerer und Flammschutzmittel, in die wasserhärtende Substanz und/oder die Kunststoff-folie, aus der das Netzwerk hergestellt wird, eingearbeitet werden. So können zum Beispiel Antimontrioxid und Chlor- bezw. Bromverbindungen entweder zusammen oder einzeln in eine oder in die beiden Komponenten eingearbeitet werden.

Die im vorliegenden Verfahren hergestellten Produkte können nicht auf die zur Herstellung von Asbestzementprodukten Übliche Weise hergestellt werden; in diesen Produkten werden eine Suspension von wasserhärtender Masse und Fasern in einem normalen Rotationsmischer homogen vermischt sowie anschliessend in die Lagen eingearbeitet und ausgehärtet. Es leuchtet ohne weiteres ein, dass eine solche Anlage nicht bei den endlosen Netzwerken oder Fasern der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann.

Diese Schwierigkeiten können Verfahrensgemäss dadurch beseitigt werden, dass man endlose Netzwerke aus fibrillierten organischen Folien bildet und zugleich eine Mehrzahl dieser Netzwerke mit der wasserhärtenden Substanz in Berührung bringt. Die organischen Folien können kontinuierlich extrudiert, gestreckt und fibrilliert, und anschliessend weiterverarbeitet werden. Aber auch können sie auf Trommeln gewickelt, gelagert und, nachher wieder von den Trommeln abgewickelt und weiterverarbeitet werden. Im letzteren Fall verdient es den Vorzug, die verschiedenen Netzwerkschichten auf eine Trommel zu wickeln, damit sie nach Abwicklung unmittelbar und gleichzeitig unter Bildung der Schicht mit der wasserhärtenden Substanz in Kontakt gebracht werden können. Es kann auch eine Reihe von Trommeln gleichzeitig abgewickelt werden, damit eine grössere Anzahl von Netzwerken zugeführt werden kann.

Die Massvergrösserung der fibrillierten Folien, welche die weiterzuverarbeitenden Netzwerke bilden sollen, kann auf verschiedene in der Technik bekannte Weisen herbeigeführt werden, z.B. mit Hilfe von keilförmig verlaufenden Kettenförderern. Nach Reckung der Folie und Fibrillation in Längsrichting müssen die Netzwerke verbreitert werden, z.B. auf das Zehnfache der ursprünglichen Breite. Da diese Verbreiterung nur eine relativ geringe Kraft erfordert, reichen einfache Methoden aus. Eine einfache aber

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effektive Methode besteht darin, dass das Netzwerk Über gebogene Oberflächen, entweder gebogene Segmente oder Stangen gefuhrt wird so dass das Netzwerk in Breitenrichtung gereckt wird. Der Vorteil dieser Methode ist, dass fur diese Art Vergrösserung keine besondere Anlage mit bewegenden Teilen erforderlich ist.

Nachdem die Folie in Breitenrichtung gestreckt und fibrilliert worden ist, muss das Netzwerk zur Herbeiführung der gewünschten Vergrosserung auch noch in der Längsrichtung gestreckt werden. Dies ist auf einfache Weise möglich, indem man die Transportwalze schneller drehen lässt als die Aufgabewalzen, wodurch der Transport schneller verläuft als die Beschickung.

Zur Beständigung der gewünschten Abmessung, der nunmehr vergrösserten Netzwerke insbesondere in Breitenrichtung muss z.B. eine Wärmebehandlung oder es müssen sog. verlorene Halterungen angewandt werden, an denen die Netzwerkfasern zu befestigen sind. Diese Netzwerke können ggf. an ihren Seiten entlang mit Wulsten ausgebildet werden, die als Führung dienen können, weil die Netzwerke an den wulstigen Stellen dicker und deshalb steifer sind. Diese FUhrungswulsten können an den Halterungen befestigt werden.

Die Berührung der Netzwerke mit der wasserhärtenden Substanz zur Imprägnierung kann auf mehrere Weisen durchgeführt werden. Eine davon ist das Giessen, wobei eine Suspension der wasserhärtenden Masse angemacht und durch einen Verteiler auf die Netzwerke ausgegossen wird, je nachdem diese abgewickelt und durch die Fertigungsanlage geführt werden. Die verschiedenen Bestandteilen der wasserhärtenden Substanz können auch durch Aufspritzen oder Berieseln aufgebracht werden. Überschüssiges Wasser kann dabei durch Vakuum mit Hilfe eines porigen Materials entfernt werden und die danach entstehende Schicht von Netzwerken mit wasserhärtender Masse wird sodann durch Rütteln und/oder Zusammenpressen verdichtet, um eine bessere Kohärenz zu erhalten. Die Schicht wird darauf in die für den endgültige Formteil gewünschte Ferm gebracht, wonach man diesen abbinden lässt. Es können auch mehrere solcher Schichten gebildet, kontinuierlich zusammengebracht, verdichtet und geformt werden mit anschliessender Abbindung, wodurch ein Formteil von grösserer Dicke entsteht.

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Ein besonderer Vorteil des vorliegenden Verfahrens ist, dass eineoder mehr Folienarten zusammen mit den Netzwerken zugeführt und in die Lage eingearbeitet werden können. Es kann sich dabei um Kunststoff-folien handeln, aber auch um Papierbahnen, Pappe oder ein ähnliches Material, oder um gewebte, gestrickte und gesponnene Produkte aus natürlichen oder synthetischen Stoffen, oder aber um Metallfolien. Die Folien können ggf. mit Maschen versehen werden, die Gesamtgrösse dieser Maschen sollte kleiner sein als die der Netzwerkmaschen. Die evtl. angebrachten Maschen können dazu benutzt werden, das überschüssige Wasser zu entfernen, wenn die Lage weiter verarbeitet wird.

Diese Folien können zu mehreren Zwecken verwendet werden, u.a. als Überzug oder als Dekoration auf einer der flachen oder breiten Seiten des Formteils oder auf beiden. Sie können auch dazu dienen, die Schichten nachher leichter auftrennen zu können.

DerartigsFolien können auch als Unterlage während der Herstellung der Schichten oder später als Unterlage für das Endprodukt dienen. Für den letzteren Zweck braucht die Folie nicht ganz geschlossen zu sein; eine kleine Masche ist dann zulässig.

Derartige Folien können auch zur Beibehaltung der gewünschten Dimension oder zur Ausdehnung der Netzwerke dienen, z.B. dadurch dass man diese durch Verklebung, Aufnähen, Nieten oder im Ultraschallverfahren mit der Folie verbindet. Die Netzwerke können auch durch stellenweises Erhitzen oder Schmelzen mit Hilfe eines Hochfrequenz-erhitzers, durch Bestrahlung, Heissluft oder

dadurch dass man heisse Teile mit den Netzwerkschichten in Kontakt bringt, befestigt werden. Durch diese Methoden können Netzwerke ausserdem nur miteinander statt mit einer Folie verbunden werden. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass Schichten aus einem anderen Werkstoff, z.B. Schaumpolymerisate oder andere verschäumte, expandierte oder leichte Stoffe, in den Formteil eingebracht werden können. Beispiele solcher Stoffe sind expandiertes Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol oder Polyurethan, sowie Mineralstoffe, wie Perlit, Steinwolle oder Glaswolle. Die in ein oder mehr Schichten zusätzlich eingearbeiteten Stoffe können den produkten Isolier-

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eigenschaften verleihen, aber auch zur Herabsetzung ihres Gewichts, zur Verbilligung des Produktes oder zur Verbesserung des Schutzes gegen Feuchte, Schläge oder Stösse beitragen. Diese zusätzlichen Schichten oder Bahnen können kontinuierlich oder intermittierend zugeführt oder aber am Verwendungsort hergestellt worden, wonach die verstärkte wasserhärtende Schicht angebracht wird. Auch kann die zusätzliche Schaumschicht oder -bahn auf die gebildete Schicht aus wasserhärtender Masse und Netzwerken aufgetragen werden.

Wenn erwünscht, kann ein leichtes und/oder verschäumtes oder aber expandiertes Material als Zusatzstoff eingearbeitet werden, nachdem er in eine zuvor hergestellte Suspension des wasserhärtenden Bindemittels mit Wasser und jedem anderen Zusatzstoff oder Additiv eingemischt worden ist. Es ist auch möglich, die Suspension, in der sich das wasserhärtende Bindemittel befindet, zu verschäumen.

Eine weitere Anwendung der erfindungsgemässen Produkte ist ihr Einsatz zusammen mit Füllstoffen als eine gesonderte Schicht im Endprodukt. Ein Beispiel eines solchen Gefuges ist eine Gipsschicht, umgeben durch von Netzwerkverstärkten Schichten der wasserhärtenden Masse. Wenn erwünscht kann auch die Gipsschicht

selbst mit einer Netzwerkverstärkung versehen werden. Es ist auch möglich, einzelne Zementschichten von verschiedener Zusammensetzung anzuwenden, z.B. ein oder mehr Zementschichten mit Glasperlen. Als einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung dürften also die grossen Variationsmöglichkeiten ohne wesentliche Änderung des Herstellungsverfahrens gelten.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung bietet ferner die Möglichkeit, die Anzahl der Netzwerke sowie Menge und Art der anderen in die wasserhärtende Masse einzubringenden Stoffe zu variieren.

Es zeigen Fig. 1 die schematische Darstellung einer Ausführungsform des anmeldungsgemässen Verfahrens und Fig. 2 die Kurve aus einemVierpunktbiegeversuch an einem gemäss diesem Beispiel hergestellten Produkt, aus der die Krümmung als Funktion der Belastung ersichtlicht ist.

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Die gereckte und fibrin ierte organische Folie 1 wird von einer Trommel 2 als endlose Bahn abgewickelt, wonach ihr, zur Bildung eines Netzwerks mit Hilfe der Ausbreitvorrichtung 3, die gewünschte Breite gegeben wird; diese Vorrichtung hat eine gekrümmte Fläche, die mit einem keilförmig Verlaufenden Kettenförderer (nicht dargestellt) zusammenwirkt. Es können zugleich von ein oder von mehrere Trommeln aus (nicht dargestellt) viele solcher Netzwerke zugeführt werden. Wenn erwünscht, kann eine andere Folie, z.B. aus einem anderen Kunststoff (4), von Trommel 5 aus zugeführt werden. Dieze zusätzliche Folie kann selbst mit Maschen versehen sein und in der in dieser Figur dargestellten Ausfuhrungsform kann das Netzwerk durch die Befestigungsvorrichtung 7 durch Verleimung oder Erhitzung mit der Folie verbunden werden. Die Netzwerke werden darauf mit der Wasserhärtenden Substanz, in diesem Falle Portlandzement, Sand und Wasser aus den Zufuhrleitungen 6, in Kontakt gebracht.

In einer besonderen Abart dieser Ausfuhrungsform wird auch eine zusätzliche Folie mit geringer Maschengrösse von Trommel aus in die so erhaltene Schicht eingebracht, wonach diese mit ein oder mehr weiteren Netzwerken von Trommel 8 aus versehen werden kann. Durch die Leitung 6 werden weitere wasserhärtende Massen durch Spritzen, Giessen oder Berieseln aufgebracht. Die so entstandene Schicht wird sodann einem Druck unterzogen, um die gewünschte mechanische Bindung zwischen Netzwerken und wasserhärtender Substanz zu bewirken. Die Schicht wird dann, wenn erwünscht, in Vorrichtung 12 zu der gewünschten Form zusammengepresst oder geschnitten, wonach man sie in Vorrichtung 13 abbinden oder erhärten lässt. Das Endprodukt kann eine Platte, ein Rohr, eine Wellplatte oder ein Kasten sein.

Die Schicht kann vor Erhärtung auch zu Rohren oder anderen Formteilen verarbeitet werden, indem man sie um einen Dorn oder ein anderes rotierendes Werkzeug wickelt. Dies kann kontinuierlich geschehen, indem man den Dorn während der Rotation langsam verschiebt. Das auf diese Weise entstandene endlose Rohr kann darauf in Teile zersägt oder zerschnitten werden, worauf man diese abbinden lässt. Es ist auch möglich, mehrere Schichten um den Dorn unter

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verschiedenen Winkeln zu schlagen, wodurch der so entstehende Formteil eine grössere Festigkeit erhält^ Das bei diesem Aufwickelverfahren benutzte Netzwerk sollte vorzugsweise ein nur wenig vergrössertes sein, obwohl die Maschenzahl je cm im Endprodukt stets mindestens 100 un(J vorzugsweise mindestens 200 sein muss. Ist z.B. das Netzwerk in Längsrichtung gereckt, dann darf die Aufweitung höchstens 100% betragen.

Die wasserhärtende Substanz kann auch in der Weise in die Netzwerke eingebracht werden, dass man letztere ein Bad mit einer Suspension der wasserhärtenden Masse durchlaufen lässt. Um die besten Resultate zu erzielen sollte die Suspension aber ein oberflächenaktives Mittel in einer Menge von ca. 0,01 - 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der wasserhärtenden Substanz, vorzugsweise eine Menge von 0,05 bis 4 Gew.-%, enthalten. Beispiele geeigneter oberflächenaktiver Mittel sind sulfonierte Harnstoff-formaldehydharze, Zellulosenderivate und sulfonierte Melaminformaldehydharze. Andere Weisen zum Anbringen der wasserhärtenden Substanz sind das Spritzen der Suspension auf oder in die Netzwerke oder eine Methode bei der man von ein oder mehr Komponenten der wasserhärtenden Masse gesondert in die einzelnen Netzwerke einarbeitet..

Während der Bildung der Schichtenkann evtl. überflüssiges Wasser abgesaugt werden. Wenn erwünscht kann die Schicht während des Herstellungsvorgangs durch ein endloses rotierendes Filzband unterstützt werden; hierfür kann auch ein vorzugsweise poröses Material (in Fig. 1 nicht dargestellt) als Unterlage benutzt werden.

Die nach diesem Verfahren erhaltene Werkstoffe zeigen Eigenschaften, die mindestens in einigen Hinsichten denen des konventionellen Asbestzements überlegen sind. Die erfindungsgemässen Produkte zeigen eine glatt verlaufende Biegeversuchskurve, wie in Fig. 2 dargestellt; in diesem Diagramm ist die Belastung gegen die Durchbiegung abgetragen. Der glatte Verlauf dieser Kurve weist darauf hin, dass eine sehr feine Rissbildung auftritt, was auf sehr zu begrüssende Eigenschaften hinweist, wie Undurchlässigkeit und Rückgewinnung der ursprünglichen Form nach Biegebeanspruchung.

Weitere Vorteile des vorliegenden Verfahrens ergeben sich aus seiner Flexibilität, die es für Formteile von verschiedenster Art

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geeignet machen. Die in diesem Verfahren anfallenden Produkte haben weiterhin den Vorteil, dass sie sich relativ leicht zerschneiden und verarbeiten lassen, dass sie nagel- und schraubbar sind, dies alles ohne Gefahr für Bruch oder Zerreissen.

Diese Produkte können oft auch dort eingesetzt werden, wo Asbestzement bis jetzt wegen seiner Eigenschaften nicht verwendet werden konnte. Die Anwendung der erfindungsgemässen Werkstoffe liegt vor allem im Bauwesen, wo das Produkt in Form von Platten, Rohren, Wellblechen, Leitungen, Paneelen, Kästen oder Mulden verwendet werden kann.

Beispiel

Es wurde nach dem Verfahren gemäss Fig. 1 eine Platte

hergestellt, in Abweichung .davon wurden aber Netzwerke aus fibrillierten organischen Folien benutzt. Die Netzwerke wurden in der Weise hergestellt, dass man Polypropylen mit einer Schmelzzahl von 2,5 (230 C, 2,16 kg) zu einer Folie extrudierte und diese Folie bei einer Temperatur von 140 C zum Achtfachen ihrer ursprünglichen Grosse ausreckte, wobei eine Schicht von 25 μm Dicke anfiel. Die Fibrillation wurde danach mechanisch mit Hilfe von mit Bürsten bestückten Walzen durchgeführt, wobei Reihen von parallel verlaufenden 12 mm langen Risse entstanden. Die Reihen wurden unter 43 zur Längsrichtung der Folie angebracht. Es wurden drei Folien mit einer Gesamtdicke von 75 p.m kombiniert und es wurden je 15 solcher kombinationen auf eine Trommel gewickelt. Zur Herstellung der verstärkten Zementplatte wurden vier hintereinander geschaltete Trommeln benutzt, die zusammen insgesamt 180 Netzwerke lieferten, die zur Bildung der Schicht und der endgültigen Platte gleichzeitig das Fertigungsverfahren durchliefen.

Die Folien wurden von den Trommeln gewickelt und sie wurden von 6 cm auf 100 cm verbreitert. Die Maschenzahl in den so erhaltenen

Netzwerken betrug 3 pro cm . Die Folien wurden darauf mit einer Suspension von Portlandzement A, Wasser und Sand in Kontakt gebracht und imprägniert. Die Sandkörner hatten eine Grosse von ca. 100 - 200 β m. Das Wasserzementverhältnis (WZV) betrug

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0,75 und der Sandanteil 20 Gew.-%, bezogen auf den Zement. Die so gebildete Schicht wurde anschliessend zu einer Dicke von 6,6 mm zusammengepresst und zerschnitten. Das WZV der Plattenschnitte betrug darauf 0,25. Das Endprodukt enthielt 5% an Polypropylen-Netzwerken und hatte 810 Maschen je cm Endprodukt. Nach einer Abbindezeit von 28 Tagen bei einer relativen Feuchtigkeit von 95% wurden die folgenden Eigenschaften gemessen:

Biegefestigkeit 30 N/mm (MPa)

E-modul 10 GN/mm

Zugfestigkeit 10 N/mm (MPa)

Wasseraufnahme 7 VoI.-% (nach Abbindezeit v.

28 Tagen in Wasser von 20 ⁰C)

Kerbschlagzähigkeit nach Charpy 40 N/min

Fig. 2 zeigt die Kurve nach Eintragung der Belastung gegen Durchbiegung beim 4-Punktbiegeversuch. Die Kurve zeigt einen sehr glatten, ununterbrochenen Verlauf, was auf eine sehr feine Rissbildung hinweist. Ausserdem zeigt die Kurve im pseudoplastischen Bereich eine ausgezeichnete Steilheit. Die feine Rissbildung verleiht dem Formteil ausgezeichnete physikalische Eigenschaften, darunter die Erhaltung der Undurchlässigkeit, z.B. für Wasser, und die Eigenschaft, dass der Formteil seine Iruhere Form nach Entlastung schneller und vollständiger zurückerhält. Diese Feinrissbildung gestattet auch, dass ein niedriger Sicherheitsfaktor in den Festigkeitsberechnungen eingesetzt wird. Diese gunstigen Eigenschaften sind insbesondere der grossen Maschenzahl je cm Endprodukt zu.verdanken.

Claims

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Erfindungsanspruch

1· Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus wasserhärtenden Stoffen, die mit fibrillierten organischen Folien verstärkt sind, gekennzeichnet dadurch, daß das Verfahren die nachfolgenden Herstellungsstufen umfaßt:

a) Bildung endloser Bahnen von Netzwerken aus fibrillierten organischen Polien, die je eine Vielzahl von Maschen aufweisen;

b) gleichzeitige Berührung von mehreren der genannten Netzwerke mit wasserhärtender Masse zur Bildung von mindestens einer Verbundschicht der genannten Netzwerke, die mit der genannten wasserhärtenden Substanz imprägniert ist;

c) Überführung von mindestens einer Schicht in die für den genannten Formteil gewünschte Form mit anschließender Abbindung dieses Formteils·

2· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß überschüssiges Wasser der genannten wasserhärtenden Substanz aus der genannten mindestens einen Verbundschicht entfernt wird, bevor die genannte Schicht verdichtet und geformt wird.

3· Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Maschenzahl im genannten Netzwerk mit einer

Mindestzahl von zwei je cm und die Anzahl der Netzwerke in der genannten mindestens einen Schicht so sind, daß die Maschenzahl je cm-' des genannten Formteils mindestens 100 beträgt.

4· Verfahren nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Maschenzahl je cnr des genannten Formteils mindestens 200 beträgt.

5. Verfahren nach Punkt 4» gekennzeichnet dadurch, daß die Maschenzahl je cnr des genannten Formteils mindestens 300 beträgt·

6, Verfahren nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Maschenzahl je cnr das genannten Formteils mindestens 500 beträgt.

7· Verfahren nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die genannten Formteile mindestens 50 Netzwerke je cnr Dicke des genannten Formteils haben.
8. Verfahren nach Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die mittlere Maschenzahl je cm Netzwerke zumindest 3 beträgt.

9· Verfahren nach Punkt 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte fibrillierte organische Folie dadurch erhalten wird, daß Polypropylen zu einer Folie extrudiert wird, die genannte Folie bei einer Temperatur zwischen ca. 100 und 155 ⁰C in Längsrichtung auf etwa das 6 bis 14fache der ursprünglichen Größe gereckt und die genannte gereckte Folie fibrilliert wird. <
10. Verfahren nach Punkt 1 bis S₁ gekennzeichnet dadurch, daß zumindest eine Folie zusammen mit der genannten Vielzahl von Netzwerken fibrillierter organischer Folien zugeführt und in die genannte mindestens eine

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Schicht eingebracht wird. ·
14. Verfahren nach Punkt 10, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens eine Folie, wie vorstehend genannt, auf die genannte Schicht aufgebracht wird, so daß sie zumindest eine Oberfläche davon bildet,
12. Verfahren nach Punkt 10 und 11, gekennzeichnet dadurch, daß zumindest eines der genannten Vielzahl von Netzwerken mit zumindest einer Folie, wie oben genannt, verbunden wird.

13· Verfahren nach Punkt 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß expandiertes Plattenmaterial mit der genannten Schicht verbunden wird.
14. Verfahren nach Punkt 13$ gekennzeichnet dadurch, daß das genannte expandierte Plattenmaterial zumindest eine Oberfläche der genannten Schicht bildet.

15· Verfahren nach Punkt 1 bis 14_f gekennzeichnet dadurch, daß die genannte fibrillierte organische Polie in Breitenrichtung auf die gewünschte Größe aufgeweitet wird, wobei sich das genannte Netzwerk bildet, indem man die genannte fibrillierte organische Folie über eine gebogene Oberfläche führt.

16_# Verfahren nach Punkt 1 bis 15» gekennzeichnet dadurch, daß zumindest eine der genannten Vielzahl von Netzwerken derart in der genannten Schicht orientiert wird, daß die Fibrillationsrichtung eines solchen Netzwerks von der Fibrillationsrichtung von mindestens einem anderen derartigen Netzwerk abweicht.

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17· Verfahren nach Punkt 1 bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte "mindestens eine Schicht vor Abbindung um einen rotierenden Dorn gewickelt wird.

18, Verfahren nach Punkt 1 bis 17, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte Schicht um einen wandernden Dorn gewickelt wird.

19« Verfahren nach Punkt 1 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß eine Vielzahl der genannten Schichten kontinuierlich zusammengebracht, anschließend verdichtet und in die Form des genannten Normteils übergeführt wird. ......'
20. Verfahren nach Punkt 1 bis 19_} gekennzeichnet dadurch, daß die genannte fibrillierte organische Folie aus einem Polymerisat gebildet wird, das 0,001 bis 2,5 Gew.~%j Antioxydationsmittel und 0,001 bis 2,5 Gew«,~% Metallentaktivierungsmittel enthält.
21. Verfahren nach Punkt 20, "gekennzeichnet dadurch, daß die genannte fibrillierte organische Folie aus einem Polymerisat besteht, daß 0,01 bis 1 Gew.— % eines nicht phenolischen Antioxydationsmittels und 0,01 bis 1 Gew.~% eines Komplexbildners enthält.

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