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Verfahren zur Herstellung von Formgegenständen
Formgegenstände
Die Erfindurg betrifft Formgegenstände, insbesondere Bauplatten, und hauptsächlich
neue Massen, aus welchen feuerfeste Formgegenstände, z. B. Bauplstten, hergestellt
werden können, sowie -aus solchen lIessen hergestellte Formgegenstände.
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Es sind bereits viele Dormen von Bauplatten bekannt und im Handel,
von denen die meisten Asbestfasern enthalten, um einen bestimmten Wert an Feuerfestigkeit
zu erreichen.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer von Asbest freien Masse,
aus welcher Bauplatten und andere Formgegenstände hergestellt werden können.
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Die erfindungsgemäßen Massen, die zur Herstellung von Forngegenstcnden
geeignet sind, zeichnen sich dadurch aus, daß sie enthalten (1) mit Wasser erhärtendes,
anorganisches Bindemittel in Form eines Calciumsilikatbindemittels, Portlandzement,
Tonerdezement, Hochofenschlackenzement oder Mischungen hiervon und
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faserartiges, verstärkendes Material, in welchen das faserartige, verstärkende Material
frei von Asbestfasern ist und Fasern enthält, die nicht unterhalb von 140 O schmelzen.
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Unter den in der Beschreibung verwendeten Ausdruck "mit Wasser erhärtendes
Bindemittel" ist ein Bindemittel zu verstehen, welches durch Einwirkung von H2O
hierauf in beliebiger Form, z. B. in Form von Wasser, atmosphärischer Feuchtigkeit
oder Dampf, zum Erhärten gebracht wird.
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Die erfindungsgemäße Masse kann bei der Herstellung aller Arten von
Formgegenständen, z. B. Platten, Blöcken, Rohrabschnitten und dergleichen, angewandt
werden. Insbesondere ist sie zur Uerstellung von Bauplatten geeignet, und hierauf
wird in der folgenden Beschreibung Bezug genommen. Es sei jedoch darauf hingewiesen,
daß dieser Ausdruck "Bauplatten" in weitesten Sinne angewandt wirc, 3. h. als Bezeichnung
für Platten, die für beliebige Bauzwecke verwendet werden können. So umfaßf dieser
Ausdruck z. B. auch Platten wie sie in Schiffen angewandt werden und die als Schiff
splatten bekannt sind.
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Die organischen Fasern fL?r die Verstärkung sind vorzugsweise Zellulosefasen,
und Beispiele von. solchen geeigneten zelluloseartigen Fasern sind die aus Zellstoffbrei
für die Papierherstellungsverfahren hergestellten Fasern, z. 3. nach dem Sulfatverfahren,
dein Sulfitverfahren oder auf mechanische Weise hergestellter Stoff, Stoff aller
Arten aus Abfallholz, Jute, lachs, Baumwolle, Stroh, Espartogras, Hanf, Ramiegras
(Chinagras) und Bagasse. Andere geeignete, organische, faserartige Verstärkungsmaterialien
umfassen Polyamidfasern, z. B. Nylon, Polyesterfasern, z. 3. Polyäthylenterephthalat
(Warenbezeichnung Terylene), Polypropylenfasern, Kohlefäden und Viskose-Fasern.
Das faserartige Verstärkungsmaterial kann ausschließlich
organischer
Natur sein, oder es kann zusätzliche, z. 3.
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anorganische, faserartige Verstärkungsmaterialien enthalten.
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In Abhängigkeit von den zusätzlichen Verstärkungsmaterialien und ebenfalls
von dem Verwendungszweck, für welchen die aus der Masse hergestellten Formgegenstände
eingesetzt werden sollen, kann das verstärkende material beliebig von 5 Gew.-% bis
100 Gew.-% an organischem, faserartigem Material enthaltell. Obwohl das organische,
çaserartige liaterial hauptsächlich ur Verstärkungszwecke angewandt wird, bringt
es doch einen Teil der Feuerfestigkeit der aus den Massen hergestellten Gegenstände
mit sich. Eine verbesserte Feuerfestigkeit kann durch zusätzliche, anorganische,
faserartige Verstärkungsmaterialien erreicht werden, die in Verbindung mit den organischen
rasern angewandt werden, und diese umfassen Mineralwollefasern wie Glasfasern (wobei
dies alkalibeständige Glasfasern einschließt), Schlackenwollfasern, Gesteinswollfasern,
keramische Fasern wie Zirkoniumoxidfasern und Aluminiuiaoxidfasern, Quarz-Aluminiumoxidfasern,
Aluminiumsilikatfasern und Metallfäden. Beliebige dieser Fasern bzw. Fäden oder
alle diese Fasern bzw. Fäden können beschichtet sein, z. B. mit alkalibeständigen,
Materialien. We-nn diese zusätzlichen, faserartigen Verstärkungsmaterialien angewandt
werden, werden sie vorzugsweise in Mengen von 95 bis 0,5 Gew.-% und vorteilhafterweise
40 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Cesamtgewicht an faserartigen Verstärkungsmaterial,
eingesetzt.
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Das anorganische Bindemittel ist ein mit Wasser erhärtbarer Calciumsilikatbinder,
Portlandzement, Tonerdezement oder Hochofenschlackenzement oder ein Gemisch von
zwei oder mehreren dieser Stoffe. Unter Calciumsilikat sind beliebige Bindemittel
aus der Gruppe der autoklavenbehandelten oder nicht im Autoklaven behandelten Bindemittel
zu verstehen, die aus einer Kombination von kieselerdehaltiger Komponente (d. h.
einem
reaktionsfähige Kieselerde enthaltenden Material, z. B.
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PFA, Quarz, Sand, Ton, Diatomit) und kalkhaltiger Komponente (d. h.
einem beliebigen Mineral, Rohmaterial oder Abfallprodukt, das mehr als 70 % CaO
enthält, z. 3. Kalk) hergestellt sind. Calciumsilikatbindemittel sind bei der Erfindung
bevorzugt, und hierunter sind Calciumsilikate, welche die Kristallstruktur von Tobermorit
oder Xonotlit besitzen, besonders bevorzugt.
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Vorzugsweise bildet das Bindemittel oder der Zement zwischen 50 und
99 Gew.-% des Gesamtgewichtes an Bindemittel und verstärkenden Fasern, wobei die
Fasern in einer Menge von 1 bis 50 ½, bezogen auf dieselbe Basis, vorliegen. Besonders
bevorzugt macht das Bindemittel 70 bis 90 Gel des Gesamtgewichtes von Bindemittel/Pasern
aus.
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Für einige Zwecke können andere Füllstoffmaterialien ebenfalls in
der Masse vorhanden sein, und falls sie vorliegen, können sie in Mengen bis zu 50
Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt der Masse, eingesetzt werden. Typische
Füllstoffe sind granulatartige, zellartige oder faserartige Füllstoffe wie Perlit,
Glimmer, Vermiculit, Kieselgur, Tone und Tonabfallstoffe, Carbonate wie Kalk, Dolomit
und Magnesiumcarbonat, Wollastonit und andere Calciumsilikatfüllstoffe.
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Vermiculit ist ein besonders bevorzugter Bestandteil, und er erteilt
den unter Verwendung einer solchen Masse hergestellten Artikeln sehr vorteilhafte
Feuerfesteigenschaften. Es sei noch darauf hingewiesen, daM Kieselgur, Ton und Tonabfallstoffe,
falls sie reaktionsfähige Kieselerde enthalten, eine Komponente des Bindemittels
bilden können.
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Bei der Herstellung von Bauplatten aus den erfindungsgemäßen Nassen
ist es normale Praxis, zuerst eine wäßrige Auf schlämmung der Hasse herzustellen.
Diese wäßrige Aufachlämmung besitzt normalerweise einen Feststoffgehalt von 3 bis
20 Gew.-,
oder höher, z. B. 30 Gew.-% Die Aufschlämmung kann schwach
erwärmt werden, z. B. auf 25 °C bis 45 °, und sie kann kleine Mengen solcher Zusatzstoffe
wie Ausflockungsmittel enthalten, um die Retention des Ausgangsmaterials zu steuern
und Filtrotionshilfsstoffe (z. B. Polyacraylamide), Wasaerretentionshilfsstoffe,
Modifikationsmittel für den Wassergehalt (z. B. Carboxymethylzellulosederivate,
Polyäthylenoxide), Netzmittel (z. 3.
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Detergentien) und Abbinderegler (z. B. Calciumchlorid und Lignosulfonate).
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Die Aufschlämmung kann dann zu Glatten nach eine der beliebigen Verfahren
zur Herstellung von Bauplatten aus mit Fasern verstärkten Zementen geformt werden.
Diese Verfahren sind z. B. a) der Hatschekprozeß, b) der Magnaniprozeß, c) die Verwendung
einer einfachen Presse, und d) der wourdrinerprozeß, wobei alle Verfahren die Platten
bis zu einem Ausmaß entwässern, wo durch sie leicht handhabbar werden. Nachdem die
Platten nach einer beliebigen dieser grundsätzlich bekannten Arbeitsweisen hergestellt
wurden, wird das Bindemittel oder der Zement erhärten oder abbinden gelassen. Dies
kann durch eine Autoklavenbehandlung erfolgen, z. B. falls das Bindemittel ein "Calciumsilikat"-Bindemittel
ist, oder falls das Bindemittel ein an organischer Zement ist, durch Erhärtenlassen
an der luft oder durch Erhitzen in Dampf in einem Ofen auf 80 bis 90 °C und dann
vollständiges Aushärtenlassen bei Zimmertemperatur oder in erhitzten Räumen in Anwesenheit
von Feuchtigkeit, bis die Produkte mit den gewünschten Eigenschaften erhalten werden.
Die Platten können dann gegebenenfalls sofort getrocknet werden.
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Die Ausgangsaufschlämmung wird normalerweise durch Mahlen (Hydrapulpen)
und Dispergieren der faserartigen Materialien, die in die Masse eingehen, in Wasser
und anschließende Zugabe der anderen, pulverförmigen Materialien unter Bildung einer
Aufschlämmung
mit einem annähernden Wasser:Feststoff-Verhältnis von 5 : 1 bis 10 : 1 hergestellt.
Die Aufschlämmung wird dann.
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weiter mit Wasser zur Einstellung eines Wasser-Feststoff-Verhältnisses
von annähernd 25 : 1 verdünnt. Aus der zuletzt genannten Aufschlämmung werden dann
Platten durch Entwässern auf der betreffenden Maschine hergestellt, wobei ein Wasser:
Feststoff-Verhältnis von annähernd 1 : 1 erhalten wird.
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Wenn andere Formgegenstände als Bauplatten hergestellt werden sollen,
wird die Masse so angesetzt, daß sie eine geeignete Viske sität für den be sonder
an, betroffenen Herstellungsvorgang besitzt. So wird zur Herstellung von Rohrteilen
oder Rohrabschnitten die Masse wesentlich viskoser als zur Herstellung von Platten
eingestellt.
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In bestimmten Fällen kann es vorteilhaft sein, das anorganische Bindemittel
unmittelbar vor de Zusamrenmischen mit den Fasern zu bilden, insbesondere venn es
vom Calciumailikattyp ist.
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So können z. B. Kalk, (die kalkhaltige Komponente) und Quarz (die
kieselerdehaltige Momponente) in einem gerührten Autoklavan unter Herstellung von
Tobermorit vorher umgesetzt werden.
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Das faserartige Füllstoffmaterial und beliebige andere Füllstoffmaterialien
wird/werden dann in das wäßrige System des Tobermorits eingerührt, dieses wird dann
in die gewünschte Dorn gebraucht, weiter im Autoklaven behandelt, entwässert und
getrocknet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine Aufschlämmung von Calciumsilikatbindemittel,
verstärkenden, organischen Fasern und Wasser hergestellt, und zu dieser Aufschlämmung
wird frisch hergestellter lobernorit oder Xonotlit zugesetzt. Das Gemisch wird dann
verformt, entwassert, im Autoklaven behandelt und getrocknet, wie dies zuvor beschrieben
wurde.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert,
wobei sich alle Angaben in Teilen auf Gewicht beziehen.
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Beispiel 1 10 Teile Zellulosefasern werden in Wasser dispergiert und
gemahlen und es werden t2 Teile Kalk, 3S Teile Quarz und 10 Teile Portlandzement
zugesetzt, um eine Aufschlämmung mit einem annähernden Wasser:Feststoff-Verhältnis
von 1Q : 1 zu bilden. Die Aufschlämmung wird innig vermischt und weiter mit Wasser
verdünnt, um ein Wasser:Feststoff-Verhältnis von annähernd 25 : 1 zu erhalten. Die
Aufschlämmung wird zu Platten durch Entwässerung auf einer Hatschekmaschine geformt,
wobei ein Wasser:Feststoff-Verhältnis von annähernd 1 : 1 erreicht wird. Die geformten
Platten werden im Autoklaven 2t h bei 9,5 atm (135 psi) behandelt, und die entstandenen
Platten besitzen eine Dichte von 755 kg/m3 und einen Bruchmodul von 10,6 N/mm2.
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Beispiel 2 Ein Gemisch von 10 Teilen Zellulosefasern und 5 Teilen
Polyesterfasern werden in Wasser dispergiert, anschließend werden 38,4 Teile Kalk,
34,6 Teile Quarz, 5 Teile Portlsndzement und 7 Teile Perlit hinzugesetzt, um eine
Auf schlämmung mit einem Wasser:Feststoff-Verhältnis von annähernd 10 : 1 zu erhalten.
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Die Aufschlämmung wird wie in Beispiel 1 beschrieben behandelt, und
die Dichte der entstandenen Platten beträgt 605 kg/m3, wobei diese einen Bruchmodul
von 8,7 N/mm2 besitzen.
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Beispiel 3 Unter Anwendung der Arbeitsweise von Beispiel 2 werden
Platten aus einer Aufschlammung hergestellt, die 6 Teile Zellulosefasern, 6 Teile
von alkalibeständigen Glasfasern (Warenbezeichnung Cemfil), 37,7 Teilen Kalk, 15,8
Teile Quarz, 21,5 Teile
Diatomit und 13,0 Teile Vermiculit enthält.
Die Platten werden bei 10,5 atm (150 psa) für 18 h im Autoklaven behandelt, und
die entstandenen Produkte besitzen eine Dichte von 710 kg/m3 und einen Bruchmodul
von 8,6 N/mm2.
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Ähnliche Ergebnisse werden erhalten, wenn die Platten auf einer Magnanimaschine
oder auf einer Presse hergestellt werden.
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Beispiel 4 In gleicher Weise wie in Beispiel 2 werden Platten aus
einer wäßrigen $Aufschlämmung hergestellt, welche 6 Teile Zellulosefasern, 10 Teile
Sisal, 39 Teile Kalk, 35 Teile Quarz und 10 Teile -onotlit enthalt. Die Platten,
die auf einer Hatschek-oder Magnanimaschine hergestellt werden, werden bei 12,7
atm (180 psi) für 7 h im Autoklaven behandelt, und sie besitzen eine Dichte von
725 kg/m3 und einen Bruchmodul von 10,3 N/mm2.
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Beispiel 5 Unter Anwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweise
werden Platten aus einer wäßrigen AufschLämmung hergestellt, welche 10 Teile Zellulosefasern,
50 Teile Kalk und 49 Teile Quarz enthält. Die auf einer Hatschekmaschine hergestellten
Platten werden 7 h bei 17,6 atm (250 psi) im Autoklaven behandelt, und sie besitzen
eine Dichte von 712 kg/m3 und einen Bruchmodul von 8,4 N/mm2.
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Beispiel 6 Unter Anwendung der in Beispiel 3 beschriebenen Arbeitsweise
werden Platten aus einer wäßrigen Aufschlämmung hergestellt, welche 5 Teile Zellulosefasern,
5 Teile alkalifeste Glasfasern (Warenbezeichnung Cemfil), 50 Teile Kalk, 34 Teile
Quarz und 6 Teile Portalandzement enthält. Die auf einer Hatschekmaschine hergestellten
Platten werden 2 h bei 24,6 atm (350 psi) im Autoklaven behandelt und sie besitzen
eine Dichte von 737 kg/m3 und einen Bruchmodul von 6,5 N/mm2.
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Beispiel. 7 Unter Anwendung der Arbeitswe'se von Beispiel 3 werden
Platten aus einer wäßrigen Aufschlämmung hergestellt, welche 4 Teile alkalifeste
Glasfasern (Warenbezeichnung Cemfil), 12 Teile Zellulosefasern, 47 Teile Kalk und
37 Teile Quarz enthalt.
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Die sowohl auf einer Hatschek- als auch auf einer Magnanimaschine
hergestellten Platten wurden 18 h bei 10,5 stm (150 psi) im Autoklaven behandelt
und sie besaßen eine Dichte von 680 kg/m3 und einen Bruchmodul von 8,2 N/mm2.
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Beispiel 8 Unter Anwendung einer ähnlichen Arbeitsweise wie in den
vorangegangenen Beispielen wurden Bauplatten auf einer Magnanimaschine aus einer
wäßrigen Aufachlämmun hergestellt, welche 10 Teile Zellulosefasern, 5 Teile Viskose-Rayonfasern,
46 Teile Kalk und 39 Teile Quarz enthielt. Die Platten wurden 24 h bei 8,4 atm (120
psi) im Autoklaven behandelt und sie besaßen eine Dichte von 700 kg/m3 und einen
Bruchmodul von 7,5 N/mm Beispiel 9 Unter Anwendung einer ähnlichen Arbeitsweise,
wie sie zuvor beschrieben wurde, wurden Bauplatten auf eine Presse aus einer wäßrigen
Aufschlämmung hergestellt, welche 10 Teile Zellulosefasern, 50 Teile Vermiculit,
21 Teile Kalk und 19 Teile Quarz enthielt. Die Platten wurden 36 h bei 10,5 atn
(150 psi) im Autoklaven behandelt, und sie besaßen eine Dichte von 600 kg/m3 und
einen Bruchmodul von 6,5 N/mm2.
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Beispiel 10 Es werden 80 Teile Tobermorit hergestellt, indem 100 Teile
al und 85 Teile Quarz in einem gerührten Autoklaven 8 h bei 8,4 atm (120 psi) einer
Vorreaktion unterzogen werden. Zu der wäßrigen Aufschlämmung des gebildeten Tobermorits
werden 10 Teile Zellulosefasern und 10 Teile Mineralwollefasern zugesetzt, und die
Bestandteile werden gründlich eingerührt.
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Das vorhandene lassen reicht aus, um ein Wasser:Feststoff-Verhältnis
von annähernd 25 : 1 zu ergeben. Aus dieser Aufschlämmung werden durch Entwässern
der Aufschlämmung auf ciner Presse Bauplatten hergestellt, wobei die geformten Platten
anschließend trocknen gelassen werden. Eine weitere Autoklavenbehandlung ist nicht
erforderlich, und die entstandenen Platten besitzen eine Dichte von 550 kg/m3 und
einen Bruchmodul von 3,9 N/mm2.
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Dank des zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens ist es
möglich, Bauplatten mit wesentlicher Festigkeit herzustellen, z. B. mit einem Bruchmodul
oberhalb von 3,0 BJ/mn2 und eine Dichte in Bereich von 480 bis 961 kg/m3 (30 - 60
lbs./ft3).
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Beispiele 11 bis 16 Unter Anwendung der in Beispiel 1 beschriebenen
Grundarbeitsweise werden Bauplatten aus den in der folgenden Tabelle angegebenen
Bestandteilen unter Anwendung der dort ebenfalls angegebenen Bedingungen der Autoklavenbehandlung
hergestellt.
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Die Zellulosefasern werden in Wasser dispergiert und gemahlen (einem
Hydrapulpen unterzogen), die übrigen Bestandteile werden zugesetzt und die entstandene
Aufschlämmung ird gründlich vermischt und weiter verdünnt. Sie wird zu Platten unter
Anwendung der aufgeführten lethoden geformt und die Platten werden im Autoklaven
behandelt. Die Platten besitzen die angegebenen Eigenschaften.
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Die angegebene Untersuchungsmethode "MFT"-Kracktest (Mioro Fire Test)
wurde wie folgt durchgeführt: Ein Block eines jeden Produktes mit einem Durchmesser
von extra 101,6 mm (4") und einer Stärke von 9,525 mm (3/8") wurde mit der in der
britisehen Norm BSS 476, Teil S (1972) vorgeschriebenen Geschwindigkeit erhitzt.
Die bis zum Auftreten des ersten Risses (Krack) benötigte Zeit vom Beginn des Erhitzens
an wurde aufgezeichnet und ist in der letzten Zeile dieser Tabelle angegeben.
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Tabelle Reaktionsteilnehmer und Eigenschaften Bsp.11 Bsp.12 Bsp.13
Bsp.14 Bsp.15 Bsp.16 Bsp.17 Zellulose (Gew.-%) 7,5 7,5 17 17 12,0 12,0 10,0 E-Glas
(einfilar) (%) 10,0 Kalk (%) 31,7 35,5 13,9 19,9 31,8 36,8 42,0 Quarz (%) 30,5 34,2
44,1 63,1 29,2 33,8 21,0 Diatomit (%) 20,3 22,8 Mineralfasern * (%) 25 Vermiculit
(%) 12,0 12,0 Zement (%) 15,0 17,4 15,0 Herstellungsmethode Presse Presse Hatschek
Hastchek Hatschek Hatschek Hatschek oder oder oder oder oder Magnani Magnani Magnani
Magnani Magnani Bedingungen der Auto- 5,98 atm 5,98atm 3,52atm 3,52atm 9,5atm 9,5
atm 9,5 atm klavenbehandlung (85 psi) (85psi) (50psi) (50psi) (135psi) (135psi)
(135psi) 16h 16h 20h 20h 24h 24h 24h Dichte (kg/m3) 770 790 675 725 725 740 715
Bruchmodul (N/mm2) 7,8 9,6 6,0 9,7 12 12,5 5,5 MFT-Reißen (min) 24 10 35 15 15 5
20 *) Die verwendeten Mineralfasern waren Gesteinswollefasern (Warenbezeichnung
Rocksil)