DE2133320B2

DE2133320B2 - Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit mindestens einem durchgehenden Hohlraum aus einem mit Flüssigkeit abbindenden pulverförmigen und einem fasrigen Bestandteil

Info

Publication number: DE2133320B2
Application number: DE2133320A
Authority: DE
Inventors: Christopher Graham London Bevan
Original assignee: Cg Bevan Associates Ltd London
Current assignee: Cg Bevan Associates Ltd London
Priority date: 1970-07-07
Filing date: 1971-07-05
Publication date: 1979-09-06
Also published as: GB1346767A; DE2133320C3; DE2133320A1; US3770859A; FR2100283A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten ArL

Durch die DE-PS 5 29 944 ist ein Verfahren dieser Art zum Herstellen eines mit einem durchgehenden Loch versehenen Formkörpers aiy Fasern und einem pulverförmigen Bindemittel bekannt, bei dem die Fasern und das Bindemittel in trockenem Zustand gemischt werden, das trockene Gemisch zu dein Formkörper geformt und das Durchsickern einer Flüssigkeit durch das Gemisch hindurch zum Abbinden des Bindemittels ermöglicht wird. Dabei werden während des Eindringens der Flüssigkeit in den Formkörper sowohl die Außenfläche als auch die Innenfläche des Formkörpers abgestützt. Nachteilig ist dabei, daß das durchtränkte Gemisch eine starke Haftwirkung hat, was das Herausziehen des Formkern:; erschwert. Außerdem dauert es verhältnismäßig lange, bis der Formkern für einen weiteren Formvorgang zur Verfügung steht.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Gattung zu schaffen, bei dem das Herausziehen des Formkerns au» dem Formkörper erleichtert ist und der Formkern nach möglichst kurzer Zeit für einen weiteren Formvorganß zur Verfügung steht.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung dii: im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs beschriebe nen Verfahrensschritte vor.

Beim Verfahren nach der Erfindung bietet die freie Innenfläche des Formkörpers eine größere Oberfläche für die in das Gemisch einzusickernde Flüssigkeit als die gelochte Mantelfläche des Formkerns beim bekannten Verfahren. Ferner ist das Ziehen des Kerns wesentlich leichter, wenn das Gemisch noch trocken ist, und der gezogene Kern steht noch vor dem Behandeln des Gemisches mit Flüssigkeit für einen nächsten Arbeitsgang zur Verfügung.

Die Erfindung wird im nachfolgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. la ein Schaubild einer Platte, die nach dem erfindungsgemäüen Verfahren hergestellt ist,

Fig. Ib ein vergrößertes Schaubild, das ein Ende der in F i g. 1 a gezeigten Platte darstellt, und

Fig.2 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung von faserverstärkten Platten der in F i g. I gezeigten Art In Fig. 1 ist eine fertige Bauplatte gezeigt, die zwei

κι gegenüberliegende ebene Außenseiten a hat, welche durch einsiückig ausgebildete Stege b miteinander verbunden sind. Die Stege bilden dazwischen Löcher c, die sich von einem Rand r/der Platte zum gegenüberliegenden Rand e erstrecken. Die typische Fascrorientie- rang ist durch die Pfeile dargestellt.

Gemäß der Darstellung in Fig.?, in der eine Anlage zur Herstellung von Platten gezeigt ist, wie sie in F i g. 1 dargestellt sind, laufen Formen 6 durch eine Füll- und Verdichtungsstation, in der sie ein Gemisch aus trockenem Pulver und Fasermaterial erhalten, das in der Form 6 um Formkerne 7 herum verdichtet wird, wobei eine Abstützung an den oberen Enden durch ein feststehendes Stützelement 8 erfolgt Die Formen 6 werden dann allmählich in einen Tank 11 abgesenkt, der eine Flüssigkeit enthält, die in die Trockensubstanz in der jeweiligen Form hineinsickert. Die Form wird nach dem Eintauchen und dem Erstarren des Materials innerhalb des Tanks wieder nach oben herausgezogen, und die entstehende Platte wird herausgenommen, so

jo daß die dann leeren Formen erneut zur Füll- und Verdichtungsstation laufen können.

In der Füll- und Verdichtungsstation geht Pulver von einer Dosier- und Zuführungsvorrichtung 1, die jede geeignete Form haben kann, beispielsweise eine

)5 Schnecke, ein Drehventil oder eine pneumatische Einrichtung sein kann, im letzteren Falle beispielsweise eine Vibrofluidisierungs-Eingabevorrichtung, wie sie bereits vorgeschlagen worden iss, durch eine Verteilerkammer 2, die ein Sieb oder Leitstütkc enthalten kann, und wird danach durch eine Fasermischkammer 5 in Form einer Dusche geleitet, in der es mit Fasern gemischt wird, die von gängigen Faser-Zufördervorrichtungen kommen, beispielsweise Faser-Schneidvorrichtungen 3, die die Form rotierender Messer haben können, welche festgelegte Faserstücke von Spulen 4 schneiden. Ein Durchleiten von Pulver und Fasern in Luft in der Mischkammer 5 in Duschenform verhindert ein Festsetzen der Bestandteile (besonders bei Glasfasern). Die Bauteile 5 und 8 vibrieren normalerweise mit der Mischstation 5 und einem Vibrationstisch 9, und die Bauteile I, 3 und 4 können eine waagerechte Hubbewegung in Längsrichtung der Form ausführen, um sie zu füllen, oder alternativ können eine Anzahl stationärer Eingabevorrichtungen 1 und Schneidvor richtungen 3 in Längsrichtung der Form angeordnet sein.

Die Formen 6 weisen jeweils einen perforierten Boden auf, um die Formkerne 7 aufzunehmen. Jede Form wird in der Füllstation unter der Kammer 5 am Vibrationstisch 9 festgespannt, so daß mit dem Eintritt des Gemisches in die Form eine Verdichtung des Gemisches durch Vibration erfolgt. Die Formkerne 7 sind aus der Form von unten in den Vibrationstisch 9 hinein herausziehbar, wobei das Herausziehen erfolgt,

f>5 wenn eine Form gefüllt ist. Die Vibration geht während des gesamten Füllvorganges der Form weiter, und sie hört auf, wenn die Form gefüllt ist. Dann werden die Formkerne herausgezogen und die nächstfolgende

Form wird auf den Tisch 9 gespannL

Eine gefüllte Form läuft auf Schienen nach unten in den Tank il, so daß die Flüssigkeit im Tank, bei der es sich um Wasser handeln kann (im allgemeinen warmes Wasser, um das Abbinden zu beschleunigen), durch das verdichtete Gemisch 10 innerhalb der Form nach oben steigt, wobei die Löcher Fließwege bilden, die den Durchgang der Flüssigkeit durch das Gemisch erleichtern. Die Eintauchgeschwindigkeit kann beispielsweise etwa über 2,5 bis 7,5 cm/min betragen, wenn mit einem in typischen groben Mörtelgemisch gearbeitet wird, je nach der Partikelgroße und dem Maß der Verdichtung. Wenn die Form voll in den Tank eingetaucht ist, wird sie etwa 10 Minuten lang in ihm gehalten, und dann wird die Form durch die Flüssigkeit an Schienen entlang hochgefahren, die fertige Platte wird durch öffnen der Form (bei 13) entformt und die leere Form 14 wird anschließend nach dem Reinigen zur Füllstation zurückgeleitet. Im allgemeinen wird nach der Entnahme aus der Form die rauhe Oberseite der Platte durch bekannte Einrichtungen geglättet Während des Hochsteigens der Flüssigkeil werden die äußeren Flächen der Platte 12 durch die Formwände abgestützt, die das Loch umgebenden Flächen sind aber nicht abgestützt, so daß die Löcher Durchgänge für die Flüssigkeit bilden. Der 2·, Verricgelungseffekt der Fasern mit dem Pulver verhindert im wesentlichen eine Erosion des Pulvers an diesen nicht abgestützten Wänden und ein Herabfallen des Pulvers in die Löcher hinein.

Wenn Glasfasern verwendet werden, kommen sie jo normalerweise in relativ dicken Fasersträngen oder Faserbündeln von den Schneidvorrichtungen 3. Die Stränge oder Bündel enthalten dabei eine Anzahl Faserfäden. Zwar sorgen solche Faserbündel oder Stränge, wenn sie in Längen von beispielsweise 2,5 bis J5 5 cm verwendet werden, für eine extrem effektive Verstärkung des Fertigproduktes, sie verhindern aber die Erosion der freiliegenden Lochflächen während des Hochsteigens der Flüssigkeit nicht so wirkungsvoll wie gut verteilte sehr feine und kurze Fasern.

Folglich ist es auch anstelle eines oder zusätzlich zu einem Mischen des Pulvers mit relativ langen dicken Fasern gemäß der vorstehenden Beschreibung zweckmäßig, das Pulver mit kürzeren und sehr viel feineren oder dünneren Fasern innig zu vermischen, so daß sie innig und gleichmäßig über das gesamte Volumen des Pulvers hinweg verteilt werden. Wenn solche feinen Fasern in Verbindung mit den längeren Strängen verwendet werden, die schon erwähnt worden sind, werden nur sehr kleine Anteile an feinen Fasern benötigt, um einen sehr ausgeprägten Stabilisierungseffekt während des Hochsteigens der Flüssigkeit zu erreichen, und diese kleinen Einschlüsse feiner Fasern haben außerdem keinen praktischen Effekt auf die Trockenfließeigenschaften des Pulvers.

Bei Glasfasern u. dgl. kann eine Verringerung in der Länge der Bündel und eine Trennung der Fäden zum Erhalten kurzer feiner Fasern dadurch bewirkt werden, daß ein Faserpulvergemisch in einer Mischkammer der Wirkung eines hochtourigen Schneidrotors ausgesetzt ω wird. Dadurch wird auch die erforderliche innige Verteilung der Fasern durch das ganze Volumen der Fasern hindurch erreicht, und das geschieht, ehe das Pulver der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung zugeführt wird. b5

Der Verriegelungseffekt, der auf die Pulverpartikel durch die innige Verteilung kurzer feiner Fasern durch das gesamte Pulvervolumen hindurch ausgeübt wird, verbessert den Widerstand des Gemisches gegen Erosion an Jen freiliegenden Lochflächen während des Hochsteigens der Flüssigkeit, und dadurch ist folglich die Herstellung dünnwandiger Produkte ermöglicht (bis zu einer Wanddicke von unter 635 mm).

Durch Einschluß von kurzen feinen Fasern in einem Anteil von etwa 0,1 bis 0,2 ü>ew.-% des Pulvers ist es möglich, die Erosion von Pulver an den freiliegenden Flächen während des Hochsteigens des Wassers fast vollständig zu beseitigen, vorausgesetzt, daß die Fasern gründlich gemischt und innerhalb des Gemisches innig verteilt werden und daß das Pulver nicht zu grob gemahlen ist. Bei Glasfaserbündeln, die etwa 200 Einzelfasern enthalten, werden die Stränge mit dem Pulver etwa eine Minute lang durch einen hochtourigen Schneidrotor bearbeitet, um die Bündel zu spalten, die Faserlänge auf einen Durchschnitt von etwa 3,2 mm zu verkürzen und die kurzen dünnen Fasern innerhalb des gesamten Ptilvers gründlich zu dispergieren. Es ist auch möglich, feine Asbest- oder SägemeLiasern für diesen Zweck zu verwenden. Im allgemeinen wird nach einer solchen Behandlung auch die Pulverkorngröße verkleinert, und der größte Teil des Gemisches geht durch ein Sieb in der britischen Siebnonngröße 40. Wenn die Pulverp:.tnikei vorherrschend zu grob sind, um ein Sieb dieser Größe zu passieren, tritt im allgemeinen eine größere Erosion infolge des Hochsteigens der Flüssigkeit auf.

Es ist auch möglich, lange Stränge an verstärkenden Fasern mit in das Gemisch aufzunehmen, die beispielsweise von einer kontinuierlich abwickelnden Vorrichtung kommen.

Insbesondere kann das Pulver selbst einen ähnlich stabilisierenden Effekt wie Einschlüsse kurzer Fasern haben, wenn die Form der Pulverpartikel oder der Kristalle angenähert länglich ist, im Gegensatz zu einer kubischen oder kugeligen Form. Bei einem Verhältnis von Länge zu Breite von grob 2:1 für Pulverkristalle können feine Fasereinschlüsse weggelassen werden, vorausgesetzt, daß die langen Stränge vorhanden sind.

Das Füllen und die Verdichtung des Gemisches kann mit Hilfe von Vibrofluidisierungsverfahren erfolgen, wie sie bereits vorgeschlagen worden sind. Dabei geht die Verdichtung über der Form anstatt in der Form vonstatten, und die Form selbst wird nicht in Schwingung versetzt. In solchen Fällen wird die Faserorientierung beträchtlich vermindert, und das Verfahren eignet sich hauptsächlich für Fälle, bei denen eine willkürliche Orientierung erforderlich oder zulässig ist.

Ein Eindringen der Flüssigkeit in das Gemisch kann dadurch bewirkt werden, daß man die Flüssigkeit in einem Tank steigen läßt, der die Formen enthält, und daß dann nach dem Erstarren die überschüssige Flüssigkeit abgezogen wird. Alternativ kernen die Formen selbst den Tank bilden, und man kann die Flüssigkeit innerhalb der jeweiligen Form oder innerhalb von Batterien von Formen hochsteigen lassen.

Formkerne jeder geeigneten Art können verwendet werden, beispielsweise nach unten oder nach oben herausziehbare Formkerne und jeder Querschnitt ist verwendbar, vorausgesetzt, daß genug Pulver und Fasermaterial um die Löcher herum vorhanden ist, um ein Zusammenfallen des Pulvers während des Hochsteigens der Flüssigkeit zu verhindern. Man kann mit jeder geeigneten Vibration während der Verdichtung des trockenen Materials in den Formen arbeiten, um ein Fließen in den oberen Abschnitten der Füllvorrichtung

sicherzustellen. Die verschiedenen Abschnitte können getrennt und mit unterschiedlichen Frequenzen vibrie ren, oder sie können im Einklang vibrieren. Amplituden von 1.8 mm und Frequenzen von 3000/min sind gut geeignet, die ^vibrationen können jedoch auch Frequenzen bis hinaus in den Ultraschallbereich haben, je nach der Art des Gemisches aus Pulver und Fasern. Die Wellenformen können sinusförmig oder sonstwie sein.

Die Eintauchgeschwindigkeit der Flüssigkeit in das Gemisch oder des Gemisches in die Flüssigkeit hängt von der Pulverpartikelgrößc, den Fascrcigenschaften und der Wanddicke ab. und sie beträgt im allgemeinen 2,5 bis 7,5 cm/min bei Platten mit 6.35 mm dicken Wänden. Grobe Partikel, beispielsweise grober Mörtel in handelsüblicher Qualität, kann schneller einweichen als feine Pulver, ohne daß die Gefahr des Entstehens von Lufttaschen besteht, die zu Oberflächenfehlern führen. Füllstoffe und sonstige Zusätze können den Bestandteilen in jeder Phase vor dem Eintritt in die Form zugesetzt und mit ihnen vermischt werden, und man kann auch mit anderen Verteilungsverfahren arbeiten.

Beispiele für Ausgangswerkstoffe, mit denen beim Verfahren gemäß der Erfindung gearbeitet werden kann, sind:

Durch Flüssigkeit erstarrende Pulver: Putz oder Mörtel. Gips, Anhydrit, Portlandzement und Zement mit hohem Aluminiumoxidgehalt.

Fasermaterial: Glas-, Asbest-, Sisal-, Polypropylen-, Holzfasern (gewöhnlich 1 bis 5 Gew.-% des Gemisches).

Füllstoffe: gemahlene Betriebsstoffasche, gemahlener Stein, gestreckte Tonaggregate. Perlit.

Zur Erstarrung führende Flüssigkeiten: gewöhnlich Wasser, das Zusätze enthält, beispielsweise Benetzungsmittel, um ein Durchsickern zu beschleunigen, ferner Zusätze zur Beschleunigung des Hartwerdens des Pulvers, beispielsweise Kaliumsulphat für Gips, oder Kunstharze oder andere Stoffe, um die Platteneigenschaften zu verbessern.

Das Verfahren ist besonders gut zur Verwendung in Verbindung mit einem Pulver geeignet, das aus einem Gemisch aus Calciumsulphat (Gips) in Vermahlung oder Vermengung mit Zement hohen Aluminiumoxidgehalts in einem Verhältnis von beispielsweise etwa 20 bis 25 Gew.-1'b Calciumsulphat und 75 bis 80Gew.-% Zement mit hohem Aluminiumoxidgehalt besteht.

Beispiel I

Eine Platte der in F i g. 1 gezeigten Art wurde in einer Vorrichtung hergestellt, wie sie in F i g. 2 gezeigt ist.

Dabei wurde ein Pulver-Bestandteil in Form von Gipsputz verwendet, d. h. gebrannter Gips ohne die Erstarrung hemmende Mittel, der als feines Gipspulver vorlag, und es erfolgte ein Vorvermischen im trockenen Zustand mit Hilfe eines Schneidrolors bzw. Fluidisie- rungs-Mixers mit 0.1 Gew.-% Gasfasersträngen, die in b,35 mm lange Stücke gehackt worden waren. Nach einer zwei Minuten langen Behandlung im Schncidroior lösten sich die 6,35 mm großen Faserstränge in ihre haarartigen Einzclfascrn auf, die in ihrer Lange im

t^r> Bereich bis zu 6,35 mm lagen. Der entstehende Pulverbestandteil wurde in die Eingabevorrichtung 2 gegeben und in der Kammer 5 mit relativ langen Fasersträngen gemischl, die durch Messer 4 auf Längen von etwa 38 mm gehackt worden waren. Das entstehen· de Gemisch wurde diischenartig in eine Form 6 gegeben und in ihr durch Vibration verdichtet. Die Formkerne 7 wurden herausgenommen, und die Form wurde in ein warmes Flüssigkeitsbad mit einer Eintauchgeschwindigkeit von etwa 2,5 cm/min eingetaucht. 10 Minuten nach

2^r) dem vollständigen Eintauchen in das Bad wurde die Form sofort herausgenommen, und die entstandene Platte wurde entformt. Die Größe der Platten betrug 60 cm in uer Höhe, 2,4 m in der Länge und 30 mm in der Dicke bei einer Wanddicke und einer Stegdicke von

i'i 6,35 mm. Die Temperatur des Wassers betrug 50 C.

Beispiel Il

Dieses Verfahren wurde mit einem Pulver-Bestandteil wiederholt, bei dem es sich um ein Gemisch aus 60 Gew.-% Zement mit hohem Aluminiumoxidgehalt.

30 Gew.-% Gips wie im Beispiel I und IOGew.-% feinen Perlits handelte. Das im Beispiel I beschriebene Verfahren wurde wiederholt, außer daß zusätzlich 15 Minuten Eintauchzcit gegeben wurde.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehen Platten, die relativ lange Fasern haben, welche im wesentlichen längs der Ebenen der Außenseiten und der Stege verteilt sind, wie das in F i g. 1 b gezeigt ist. und das führt zu der erforderlichen Verstärkung des Pulver-Bestandteils im Fertigprodukt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers mit mindestens einem durchgehenden Hohlraum aus einem mit Flüssigkeit abbindenden pulverförmigi:n Bestandteil, insbesondere Gips oder Zement, und einem fasrigen Bestandteil, bei dem der pulverförmige und der fasrige Bestandteil in im wesentlichen trockenem Zustand miteinander vermischt werden, dieses Gemisch in seinem im wesentlichen trockenen Zustand die Form des Formkörpers mit dem durchgehenden Hohlraum durch Einfüllen in eine Formvorrichtung mit mindestens einem den Hohlraum im Formkörper bildenden Formkern erhält, das Gemisch in der Vorrichtung verdichtet wird, danach Flüssigkeit in den Hohlraum des Formkörpers gebracht wird und die Außenfläche des Formkörpers während des Eindringens der Flüssigkeit in den Formkörper abgestützt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß der den Hohlraum! des Formkörpers bildende Formkern (7) aus dem Hohlraum unter vollkommener Freigabe der sich selbst tragenden, den Hohlraum begrenzendem innenfläche des Formkörpers herausgezogen wird, bevor die Flüssigkeit auf das Gemisch einwirkt.