DE10152545A1 - Production of hardly flammable fibrous composite used as structural, thermal and/or acoustic insulation material uses carbonated mixture of natural fibers, shavings, lime, silica and water in mineral binder composition - Google Patents
Production of hardly flammable fibrous composite used as structural, thermal and/or acoustic insulation material uses carbonated mixture of natural fibers, shavings, lime, silica and water in mineral binder compositionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines schwer entflammbaren Faserverbundwerkstoffs als Bau-, Wärmeisolier- und/oder Schallisoliermaterial, der zur Errichtung und Herstellung von Wärme-, Schall- und/oder Stoß-Dämmschichten sowie als Ersatz von Bausteinen aus gebranntem Ton, Formsandkalksteinen und Gasbetonbausteinen verwendbar ist. The invention relates to a method for manufacturing a flame-retardant fiber composite material as construction, Heat insulation and / or sound insulation material which for Erection and production of heat, sound and / or Butt insulation layers and as a replacement of building blocks fired clay, molded sand limestone and Gas concrete blocks can be used.
Aus der DE 36 24 164 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Wärme-, Schall- und/oder Stoß-Dämmschichten bekannt, bei dem Recyclingstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen, wie Stroh, Holzwolle, und/oder aus Wertstoffen wie Papier, Kunststoff, Geweben oder dergleichen geringer Wärmeleitfähigkeit, zerkleinert werden und in einer Mischkammer diesen faserhaltigen Mischstoffen Bindemittel solcher Dosierung beigesetzt werden, um die Oberflächen der Stoffe mit den Bindemittel zu benetzen. Die benetzten Stoffe werden danach einem Formungs- und Verfestigungsprozess unterworfen. Als Bindemittel wird dem Gemisch ein Polyurethankomponenten-Gemisch zugesetzt. Die flüssige, benetzte Masse wird auf ein Förderband mit seitlicher Begrenzung aufgebracht und als Bauplatte im Durchlaufverfahren hergestellt. Ein Durchlaufen durch ein Transportbandsystem aus einem oberen und einem unteren Band dient der Höhenbegrenzung des Materials. Die Länge des Transportsystems ist so lang gewählt und die Vorschubsgeschwindigkeit so festgelegt, dass eine vorbestimmte Aktivierungs- oder Verfestigungszeit für die Dämmschicht vorbestimmter Dicke eingehalten wird. DE 36 24 164 A1 describes a process for the production known from heat, sound and / or shock insulation layers, recycling materials from renewable raw materials, like straw, wood wool, and / or from recyclables like Paper, plastic, fabrics or the like less Thermal conductivity, crushed and in one Mixing chamber of these fiber-containing mixed materials binders such dosage be buried to the surfaces of the Wet substances with the binder. The wetted After that, fabrics become a shaping and Subject to solidification process. The mixture is used as a binder Added polyurethane component mixture. The liquid wetted mass is on a conveyor belt with lateral Limitation applied and as a building board in Continuous process manufactured. Going through one Conveyor belt system consisting of an upper and a lower belt the height limit of the material. The length of the Transport system is chosen so long and that Feed speed set so that a predetermined Activation or consolidation time for the insulation layer predetermined thickness is maintained.
Ähnliche Verfahren sind in der DE 40 18 549 C1, DE 296 18 110 U und in der DE 40 25 694 C1 angegeben. Nach diesen bekannten Verfahren werden faserverstärkte Dämmmaterialien aus faserhaltigen Ausgangsmaterialien durch Zugabe von hydraulisch wirkenden Bindemitteln, Zement, Schlackenfeinpulver, Gipsfeinpulver sowie Schaummitteln und anschließender Dampfhärtung hergestellt. Similar processes are in DE 40 18 549 C1, DE 296 18 110 U and specified in DE 40 25 694 C1. After these known methods are fiber-reinforced Insulation materials made from fibrous raw materials by adding of hydraulically acting binders, cement, Slag fine powder, gypsum fine powder as well as foaming agents and subsequent steam curing.
Es hat sich gezeigt, dass die bekannten Faserverbundwerkstoffe nur bedingt einsatzfähig sind, insbesondere da sie nur unter Verwendung von chemischen Zusätzen flammhemmend realisiert werden können. It has been shown that the known Fiber composite materials are only of limited use, especially since they are flame retardant only when using chemical additives can be realized.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines schwer entflammbaren Faserverbundwerkstoffes sowie Faserverbundwerkstoffe, die nach dem Verfahren hergestellt sind, anzugeben. The present invention is based on the object a process for making a flame retardant Fiber composite material as well as fiber composite materials, the manufactured according to the procedure.
Gelöst wird die Aufgabe durch Anwendung des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens zur Herstellung eines schwer entflammbaren Faserverbundwerkstoffes. The problem is solved by applying the in claim 1 specified method for producing a difficult flammable fiber composite.
Vorteilhafte Verfahrensschritte und Fortbildungen sind in den abhängigen Unteransprüchen 2 bis 23 angegeben, Faserverbundwerkstoffe in Block-, Platten- und Granulatform in den Ansprüchen 24 bis 27. Advantageous procedural steps and further training are in the dependent subclaims 2 to 23, Fiber composite materials in block, plate and granulate form in claims 24 to 27.
Der nach dem Verfahren hergestellte Verbundwerkstoff besteht aus nachwachsenden Rohstoffen, insbesondere aus Holz- und Faserpflanzen, wobei den Faserpflanzen Hanf und Sisal sowie Flachs und Kenaf der Vorzug gegeben wird, da diese sehr faserhaltig sind und Schäben aus diesen Pflanzen ebenfalls hergestellt und den Fasern zugemischt werden können. Flachs und Hanf können großflächig angebaut werden und stehen als Ausgangsstoff in ausreichender Menge zur Verfügung. Es handelt sich dabei um Faserpflanzen, die in früheren Zeiten Ausgangsstoffe sowohl für Baumaterialien als auch für Bekleidung und sonstige gewebte Stoffe waren. Solche nachwachsenden Rohstoffe besitzen eine zunehmende Akzeptanz, insbesondere in der Bau- und Möbelindustrie sowie im Fahrzeugbau. Der Einsatz der Rohstoffe ist häufig mit dem Problem verbunden, dass in Folge der teilweise leichten Entflammbarkeit von biologischen Fasern bzw. deren Empfindlichkeit gegen Schädlinge (Pilze, Bakterien, Insekten, Nagetiere) entsprechend chemisch-biologisch wirksame Zusätze erforderlich sind. Um eine entsprechende Schutzwirkung zu erreichen, werden meistens Imprägnierungen mit Salzlösungen oder anderen Substanzen, die als Flammhemmer, Insektizide, Fungizide dienen, vorgenommen, die entweder nur an der Faseroberfläche haften oder durch Nassimprägnierung in die Faser eingebracht werden. Solche Stoffe stellen ein Umweltgefahrenpotential dar, da die Stoffe insbesondere bei der Verarbeitung Dioxin entstehen lassen können. The composite material produced by the process consists of renewable raw materials, in particular Wood and fiber plants, with the fiber plants hemp and Sisal as well as flax and kenaf are preferred because these are very fibrous and shives from these Plants also made and mixed into the fibers can be. Flax and hemp can be grown extensively are and are sufficient as a starting material Amount available. It is about Fibrous plants, which in earlier times were raw materials for both Building materials as well as clothing and other were woven fabrics. Such renewable raw materials have increasing acceptance, especially in the Construction and furniture industry as well as in vehicle construction. The stake of raw materials is often associated with the problem that due to the partly easy flammability of biological fibers and their sensitivity to Pests (fungi, bacteria, insects, rodents) Accordingly, chemically and biologically active additives are required are. In order to achieve an appropriate protective effect, are usually impregnated with salt solutions or other substances used as flame retardants, insecticides, Fungicides are used, made only on the Stick fiber surface or by wet impregnation in the Fiber can be introduced. Such substances stop Environmental hazard potential, since the substances in particular processing can cause dioxin.
Mit der Erfindung wird hier Abhilfe geschafft und ein Verfahren angegeben, das in jedem Fall sicherstellt, dass die einzelnen Fasern und Schäben durch Naturstoffe schwer entflammbar sind und gegen Schädlinge und Pilze nachhaltig geschützt werden. Durch eine mechanische Aufbereitung und anschließende hydrothermale Weiterbehandlung der Naturfasern und Schäben unter Zugabe von organischen und mineralischen Zusatzstoffen wird dabei ein druckfester formstabiler und schwer entflammbarer Faserverbundwerkstoff hergestellt. Die als Formbausteine oder in Plattenform hergestellten Faserverbundwerkstoffe nach der Erfindung können z. B. als Leichtbau- oder Dämmstoff für Holzbauwerke, als Material zur Ausfachung von Hohlräumen in Bausegmenten, als miteinander verklebbare oder mit Mörtel verlegbare Formsteine oder als Granulat zum Wärme- und Dämmschutz in hohlen Mauerwerk-, Ständerbau- und Fachwerkbausystemen sowie im Innenausbau verwendet werden. The invention provides a remedy here and a Procedure specified that ensures in any case that the individual fibers and shives are heavy due to natural substances are flammable and against pests and fungi be sustainably protected. Through mechanical processing and subsequent hydrothermal treatment of the Natural fibers and shives with the addition of organic and mineral additives become more pressure-resistant dimensionally stable and flame retardant Fiber composite material manufactured. The as mold blocks or in Fiber composite materials produced according to the plate shape Invention can e.g. B. as a lightweight or insulating material for Wooden structures, as a material for filling cavities in Building segments, as glued together or with mortar layable stones or as granules for heat and Insulation protection in hollow masonry, stand construction and Half-timbered building systems as well as used in the interior.
Nach der mechanischen Zerkleinerung der Fasern und Mischung mit den Schäben im trockenen Zustand wird diesem Gemisch Brandkalk und Kieselsäure und/oder Quarzsand unter Zugabe von Wasser beigemengt und erreicht, dass die Naturfasern und Schäben damit umhüllt werden. Der Prozess kann beschleunigt und verfeinert werden durch Zugabe temperierten Mischwassers, auch durch Abwasser aus der Trocknung. Als besonders wirkungsvoll hat sich die Mischung des Faser-Schäben-Gemisches in einem drehbaren Zylinder mit Dolomitkalk und Kieselsäure gezeigt. Nach der vollständigen Benetzung wird beispielsweise im Gegenstromverfahren dem Stoffgemisch heißes Kohlendioxidgas zugesetzt. Hierdurch werden die Karbonatisierung der Alkalisilikate bewirkt und die einzelnen Teile des Faser- Schäben-Gemisches vollständig umhüllt, was die gewünschte Eigenschaft, nämlich Brandhemmung und Quellhemmung beim weiteren Prozess und auch bei der Verwendung als Baumaterial bewirkt. Die Naturfasern werden in dem mechanischen Zerkleinerungsprozess vorzugsweise auf Längen von ca. 4 bis ca. 15 mm zerkleinert, die Schäben auf Durchmesser ca. 5 mm granuliert. Die vorbehandelten Naturfasern und Schäben können darüber hinaus auch in der Trockenstufe mit Zement und Branntkalk vorgemischt werden, bevor die Benetzung des Gemisches mit Kalk und Kieselsäure unter Zugabe von Mischwasser erfolgt. After the mechanical shredding of the fibers and Mixing with the shives in the dry state becomes this Mixture of lime and silica and / or quartz sand admixed with the addition of water and achieved that the Natural fibers and shives are covered with it. The process can be accelerated and refined by adding tempered mixed water, including wastewater from the Drying. It has proven to be particularly effective Mixing of the fiber-shaving mixture in a rotatable Cylinder with dolomite lime and silica shown. After full wetting is for example in Countercurrent process the mixture of hot carbon dioxide gas added. This will carbonate the Alkali silicates causes and the individual parts of the fiber Shives mix completely encased what the desired Property, namely fire retardancy and swelling inhibition in further process and also when using as Building material causes. The natural fibers are used in the mechanical Shredding process preferably to lengths of approx. 4 crushed to approx. 15 mm, the shives to diameter approx. 5 mm granulated. The pretreated natural fibers and Roaches can also be used in the drying stage be premixed with cement and quicklime before the Wetting the mixture with lime and silica under Mixed water is added.
Nach der Karbonatisierung wird dem benetzten Gemisch mineralisches Bindemittel, Porenbildner und Bindebeschleuniger zugesetzt und das gesamte Gemisch zu einem fließfähigen Brei verrührt und dann in eine Form gebracht. After carbonation, the wetted mixture mineral binder, pore former and Binding accelerator added and the entire mixture into one flowable porridge stirred and then brought into a mold.
Der Zusatz von Porenbildnern führt zu einem Volumenzuwachs zwischen ca. 25% bis ca. 30%. Der so erhaltene Brei erstarrt nach ca. 35 bis ca. 45 Minuten bei normaler Umgebungsluft und kann anschließend aus der Form entnommen und auf eine Zwischenlage verbracht werden, um die Porosierung fortführen zu können. Dieser Prozess kann auch im Durchlauf bei entsprechend großen Fertigungsanlagen auf dem Fließband erfolgen. Nach Abschluss der Porosierung und des Abbindevorganges wird der Rohling in Autoklaven transportiert und mittels gespanntem Wasserdampf gehärtet und getrocknet. Danach erfolgt der Zuschnitt und - falls gewünscht - eine Oberflächenbehandlung. An definierter Stelle im Ablauf des Misch- und Formgebungsprozesses kann der Zusatz von Binde- und Stabilisierungsfasern zusätzlich erfolgen. Diese Fasern sind Langfasern und werden in einer Schicht oder in mehreren Schichten eingelegt und binden großflächige Formteile insbesondere bei der Ausführung in Plattenform zusätzlich, wodurch eine hohe Stabilität und Belastbarkeit erreicht werden. The addition of pore formers leads to one Volume increase between approx. 25% to approx. 30%. The porridge thus obtained solidifies after approx. 35 to approx. 45 minutes with normal Ambient air and can then be removed from the mold and put on a liner to the To continue porosity. This process can also take place in the Pass through with correspondingly large production plants the assembly line. After completing the porosity and the setting process, the blank is placed in an autoclave transported and hardened by means of tensioned water vapor and dried. Then the cutting takes place and - if desired - a surface treatment. At defined Position in the course of the mixing and shaping process the addition of binding and stabilizing fibers done additionally. These fibers are long fibers and are used in inserted in one or more layers and bind large-area molded parts, especially in the Execution in plate form additionally, whereby a high Stability and resilience can be achieved.
Das Herstellungsverfahren wird nachfolgend an Beispielen ergänzend erläutert. The manufacturing process is illustrated below using examples additionally explained.
Die Naturfasern, beispielsweise Hanffasern, die in Ballenform vorliegen, werden mit einer Zerkleinerungssmaschine auf 5 bis 15 mm Länge zerrissen oder zerschnitten. Diese Naturfasern werden in trockenem Zustand mit Schäben, die eine Körnung ≤ 5 mm aufweisen, trocken gemischt. Die Schäben können lose in einem Spänebunker deponiert sein und werden beispielsweise mittels Schneckenförderer in den Mischer transportiert. Das Mischungsverhältnis aus Faseranteil und körnigen Schäben beträgt zweckmäßigerweise ca. 15%. Das vorgemischte Faserschäbengemisch wird in einen Trommelmischer eingebracht und hier mit Dolomitkalk und Kieselsäure, ggf. auch unter Zusatz von Zement und Beimischung von Wasser, vorzugsweise temperiertes Mischwasser, benetzt. Die biogene Kieselsäure oder der Quarzsand werden in fein gemahlenem Zustand beigegeben. Durch die Rotation des zylinderförmigen Trommelmischers erfolgt eine intensive Oberflächenbehandlung der Fasern und Schäben, so dass eine vollständige Umhüllung der Ausgangsmaterialien erreicht wird. Der Dolomitkalk, die Kieselsäure und ggf. der Quarzsand sowie der ggf. zugesetzte Zement werden lose in Silos gelagert und über Schneckenförderer dosiert zugeführt. The natural fibers, for example hemp fibers, which in Bale shape are available with a Shredding machine torn or cut to a length of 5 to 15 mm. These natural fibers come with in a dry state Shives with a grain size of ≤ 5 mm are mixed dry. The shives can be deposited loosely in a chip bunker be and will be, for example, by means of screw conveyors transported into the mixer. The mixing ratio Fiber content and granular shives expediently about 15%. The premixed fiber rod mixture is placed in a drum mixer and here with Dolomite lime and silica, possibly with the addition of cement and admixture of water, preferably tempered Mixed water, wetted. The biogenic silica or the Quartz sand is added in a finely ground state. By the rotation of the cylindrical drum mixer there is an intensive surface treatment of the fibers and cockroaches so that a complete wrapping of the Starting materials is achieved. The Dolomite limestone, the Silica and possibly the quartz sand as well as the added cement is stored loose in silos and over Screw conveyor fed in metered.
Im Gegenstromprinzip wird durch den Trommelmischer (Applikator) heißes Kohlendioxid sodann geleitet, so dass in Verbindung mit in der Kieselsäure enthaltenen Alkalioxide in eine Carbonatisierung erfolgt und die einzelnen Fasern und Schäben des Faserschäbengemisches von einem wenigen mikrometerdicken Carbonfilm vollständig umhüllt werden, wodurch in gewünschter Weise eine Brand- und Quellhemmung erzielt wird. Dem so erhaltenen Gemisch wird in einem gesonderten Mischer Porenbildner dosiert zugegeben, z. B. Al-Paste und Abbindebeschleuniger, z. B. CaCl2, Al2(SO4)3, Na2SO4 und mehrere Minuten, ca. 3 Minuten, intensiv gemischt. In the countercurrent principle, hot carbon dioxide is then passed through the drum mixer (applicator), so that, in conjunction with alkali oxides contained in the silica, carbonization takes place and the individual fibers and shives of the fiber shave mixture are completely covered by a few micrometer-thick carbon film, thereby creating a desired Fire and swell resistance is achieved. The mixture thus obtained is metered in a separate mixer pore former, z. B. Al paste and setting accelerator, e.g. B. CaCl 2 , Al 2 (SO 4 ) 3 , Na 2 SO 4 and several minutes, about 3 minutes, mixed intensively.
Die fließfähige Masse wird sodann in Formen eingegeben, in welchen sie bis zum Abschluss der Porenbildung und Abbindezeit, die ca. 35 bis 45 Minuten beträgt, verbleibt. Die Form kann beispielsweise ein fahrbarer Trog in Quaderform sein. The flowable mass is then entered into molds in which they remain until the completion of the pore formation and Setting time, which is approximately 35 to 45 minutes, remains. The shape can be, for example, a mobile trough Cuboid shape.
Nach der Abbindezeit wird der Rohling auf einen Transportwagen oder ein Förderband gegeben und der Trog gereinigt und für die weitere Verwendung zum leichteren Herauslösen der Masse eingeölt. After the setting time, the blank is put on one Given trolleys or a conveyor belt and the trough cleaned and for further use for easier Oiled out of the mass.
Mittels gespanntem Wasserdampf wird der Rohling in einer Autoklave ausgehärtet und durch Vakuumziehen das Wasser wieder entzogen, das für den Mischprozess mit den Zusatzstoffen verwendbar ist. Danach werden der Rohling in Plattenblöcke oder Formsteine zersägt, die Teile gefräst und die Oberfläche behandelt. The blank is placed in a Autoclave hardened and by vacuum pulling the water withdrawn again for the mixing process with the Additives can be used. Then the blank in Sawed blocks of blocks or blocks, the parts milled and treated the surface.
Die vorher in Beispiel 1 angegebene fließfähige Masse wird nach einem zweiten Verfahren nicht in einen Trog eingegeben, sondern zur Formgebung auf ein Transportband kontinuierlich aufgegeben, das seitliche Begrenzungen aufweist, so dass in Platten- oder Blockform im Fließverfahren ein Endlosrohling hergestellt werden kann. Die Vorschubsgeschwindigkeit ist dem langsamsten Prozess unter Berücksichtigung der Länge des Transportandes angepasst. Die im Vorschubverfahren mittels eines Transportbandes während der Abbindezeit vorgeschobene Masse wird abgetrennt und im Durchlaufofen zunächst mit gespanntem Wasserdampf gehärtet und dann getrocknet, und zwar ohne Vakuumbildung. Danach werden die in langen Blöcken vorliegenden Tafeln oder Blöcke durch mechanische Trennung oder durch Trennung mittels Laserstrahlen in die Verarbeitungsform des Baumaterials gebracht. The flowable mass previously given in Example 1 does not enter a trough after a second procedure entered, but for shaping on a conveyor belt continuously abandoned that lateral boundaries has, so that in plate or block form in Flow process an endless blank can be produced. The Feed speed is the slowest process taking into account the length of the transport country customized. The feed method using a Conveyor belt is fed mass during the setting time separated and first in the continuous furnace with the Steam hardened and then dried, without Vacuum forming. Then they are in long blocks existing panels or blocks by mechanical separation or by laser beam separation into the Form of processing of the building material brought.
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