DE3210145A1 - Mit hydraulischen bindemitteln hergestellte faserhaltige produkte - Google Patents
Mit hydraulischen bindemitteln hergestellte faserhaltige produkteInfo
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Description
AMETEX AG. ,
CH-88 67 Niederurnen
CH-88 67 Niederurnen
Mit hydraulischen Bindemitteln hergestellte faserhaltige
Produkte
Die vorliegende Erfindung betrifft mit hydraulischen Bindemitteln hergestellte faserhaltige Produkte,
die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie Fasern aus
Polymerisaten des Acrylnitrils mit einer molaren Konzentration der Acrylnitrileinneiten von 98 bis 100 % als
Verstärkungsfasern und/oder Füllstoffe enthalten.
Polymerisaten des Acrylnitrils mit einer molaren Konzentration der Acrylnitrileinneiten von 98 bis 100 % als
Verstärkungsfasern und/oder Füllstoffe enthalten.
Ausserdero betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung
solcher Produkte, wie in Patentanspruch 9 definiert.
Unter den üblichen Baumaterialien sind die
faserverstärkten Zementprodukte, ausgehend von Asbest und Zement, schon seit Jahrzehnten bekannt. In der Asbestzement-Industrie sind Herstellungsverfahren für Bauelemente nach dem Wickelverfahren von L. Hatschek [AT-PS
5970] immer noch am weitesten verbreitet. Die Technologie
faserverstärkten Zementprodukte, ausgehend von Asbest und Zement, schon seit Jahrzehnten bekannt. In der Asbestzement-Industrie sind Herstellungsverfahren für Bauelemente nach dem Wickelverfahren von L. Hatschek [AT-PS
5970] immer noch am weitesten verbreitet. Die Technologie
dieses Produktionsverfahrens ist z.B. eingehend im Buche von Harald Klos, Asbestzement, Springer Verlag, 1967,
beschrieben.
Diese bekannten Verfahren zur Herstellung von z.B. Asbestzementrohren und -platten basieren auf der
Verwendung von Rundsiebmaschinen. Dabei wird eine verdünnte Asbestzementsuspension über einen Stoffkasten und
einen Siebzylinder in Form eines Vlieses auf einen Filz übertragen und mit Hilfe von Formatwalzen oder Rohrkernen
bis zur gewünschten Dicke aufgewickelt. Für die Herstellung von Wellplatten kann das Asbestzementvlies nach dem
Erreichen der gewünschten Dicke von der Formatwalze geschnitten werden und zwischen geölten Wellblechen aushärten
gelassen werden.
Im Verlaufe der letzten Jahre hat es sich nun gezeigt, dass der bewährte Asbest nicht mehr in unbegrenzten
Mengen zur Verfügung stehen wird und zu denjenigen Naturstoffen gezählt werden muss, deren Vorräte sich voraussichtlich
am raschesten erschöpfen werden. Die Lagerstätten von abbauwürdigem Asbest sind zudem nur auf wenige
Länder verteilt, was wiederum zu unerwünschten Abhängigkeiten führen kann, was sich heute schon in steigenden Preisen
manifestiert.
Es ist somit erwünscht, neue Fasern als Verstärkungsfasern,
wie auch als Füllstoffe für hydraulische Bindemittel, z.B. für die Zementverstärkung, zu verwenden,
welche sich eignen, auf den in der verarbeitenden Industrie, z.B. der Asbestzement-Industrie, verbreiteten Produktionsanlagen
faserhaltige Produkte mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften zu ergeben.
Der Einfachheit halber wird in der vorliegenden Beschr3ibung auf Zement als bevorzugtes Bindemittel Bezug
genommen. Alle anderen hydraulisch abbindenden Bindemittel können aber anstelle von Zement eingesetzt werden. Unter
den geeigneten hydraulisch abbindenden Bindemitteln wird ein Material verstanden, das einen anorganischen Zement
und/oder ein anorganisches Binde- oder Klebemittel enthält, das durch Hydratisieren gehärtet wird. Zu besonders geeigneten
Bindemitteln, die durch Hydratisieren gehärtet werden, zählen z.B. Portland-Zement, Tonerde-Schmelzzement,
Eisenportland-Zement, Trass-Zement, Hochofen-Zement, Gips,
die bei Autoklavenbehandlung entstehenden Calciumsilikate, wie Kombinationen der einzelnen Bindemittel.
Den Bindemitteln werden häufig noch die verschiedensten Füll- und Zuschlagstoffe zugesetzt, welche
z.B. die Porenstrukturen eines Zementsteines positiv beein-
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flüssen oder z.B. das Entwässerungsverhalten der Aufschlämmung
en auf den Entwässerungsmaschinen verbessern können. Als solche Additive kommen Stoffe, wie Flugasche,
Kieselrauch, Quarzmehl, Steinmehl, Kaoline, Hochofenschlacken, Puzzolane, etc., in Frage.
In der Literatur finden sich schon unzählige Veröffentlichungen über den Einsatz verschiedener natürlicher,
synthetischer, organischer und anorganischer Fasern. Zur Verstärkung von Zement sind unter anderem schon Wolle-,
Baumwolle-, Seide-, Polyamid-, Polyester-, Polyacrylnitril-, Polypropylen- und Polyvinylalkoholfasern untersucht worden.
Ebenso sind Arbeiten mit Glas-, Stahl-, Aramid- und Kohlenstoff
asern bekannt. Von all diesen Fasern hat sich in der Praxis bis jetzt, insbesondere in Zement, noch keine bewährt.
Die Anforderungen, welche an Fasern gestellt werden,
die sich zur Verstärkung von Zement und anderen hydraulisch abbindender Bindemittel eignen, sind äusserst
hoch :
Bei den chemischen Anforderungen ist vor allem
die Alkalibeständigkeit in gesättigten Calciumhydroxidlösungen bei erhöhten Temperaturen eine absolute Voraussetzung.
Ueber den chemischen Aufbau einer geeigneten Faser
kann gesagt werden, dass eine möglichst hohe Konzentration an polaren funktioneilen Gruppen vorhanden sein muss,
damit eine genügende Affinität zum Zement erzielt wird.
Ferner sollten die physikalischen Faserdaten mit den physikalischen Daten der hydraulischen Bindemittel
in wichtigen Eigenschaften übereinstimmen. Bei Zement ist bekannt, dass dieses Material eine gewisse Sprödigkeit
aufweist und z.B. bei einer Dehnung von etwa 0,3 % bereits brechen kann. Für Verstärkungsfasern in Zement ergibt sich,
dass sox"~he Fasern die beste armierende Wirkung zeigen,
welche einer minimalen Dehnung die grössten Kräfte entgegensetzen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass Fasern, welche
mit einer wässerigen Zementaufschlämmung behandelt werden, ihre Eigenschaften ändern können, wobei es nicht
vorauszusehen ist, in welchem Ausmass eine solche Veränderung erfolgen karr.- Dies bedeutet also, dass trotz guten
mechanischen Ausgangswerten einer Faser, diese im Zement nicht die erhoffte Wirkung erbringen kann, wenn sich die
Fasereigenschaften während der Hydrationsvorgänge des Zementes ändern.
Neben diesen erwähnten physikalischen Eigenschaften von Fasern ist es ebenso wichtig, dass sich die
Fasern in einer verdünnten, wässerigen Zementaufschläm-
mung gut dispergieren lassen und auch bei Zusatz weiterer
Additive gleichmässig verteilt bleiben, wenn sich diese Fasern durch Entwässerungsverfahren zu Faserzementprodukten
verarbeiten lassen sollen. Bewährt haben sich Fasern oder Fasermischungen im Längenbereich bis 30 mm,
wobei die Faserschnitte einheitlich, z.B. in Längen von 3 bis 24 mm, oder in Längenmischungen eingesetzt werden
können. In bestimmten Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Fasern durch eine schneidende und/oder fibrillierende
Mahlung vorzubehandeln.
Als Fasermaterial kommen Fasern mit einem Titer von 0,1 bis 15 dtex, insbesondere 0,5 bis 15 dtex, in
Frage.
Werden nun die im Handel erhältlichen Fasern nach den oben erwähnten Eigenschaften untersucht, so
müssen alle bekannten Textilfasertypen, wie Polyester-, Polyacrylnitril-, Polyamid-, Viskose-, Baumwolle- und
Wollfasern, ausgeschieden werden, da sich ihr mechanisches Verhalten zu sehr von demjenigen der hydraulischen Bindemittel
unterscheidet.
Hochfeste organische Fasern auf der Basis von Polyester, Polyvinylalkohol oder Rayon, wie diese z.B. in
der Reifen-Industrie eingesetzt werden, sind zwar in ihren
mechanischen Eigenschaften den textlien Fasertypen überlegen.
Diese wertvollen Eigenschaften werden jedoch unter den nassalkalischen Prozessbedingungen bei der Herstellung
von Faserzement stark reduziert. Weitere in der Technik bekannte Hochleistungsfasern, wie Glasfasern, Kohlenstofffasern
und Aramidfasern, sind entweder auch nicht alkalibeständig
oder nicht wirtschaftlich, zudem lässt ihre Affinität zur Zementmatrix zu wünschen übrig. Für den Einsatz
als Zementverstärkungsfasern kommen sie deshalb nicht in Betracht.
Ziel der Erfindung ist es daher, ein faseriges Material zu verwenden, welches schon einer niedrigen
Dehnung eine möglichst hohe Widerstandskraft entgegensetzt, von einer Zementaufschlämmung möglichst wenig verändert
wird und nach dem Aushärten dem Zement-Faser-Verbund erhöhte mechanische Festigkeit verleiht.
Es ist bekannt, dass zu den am weitesten verbreiteten Fasern mit polaren funktioneilen Gruppen PoIyacrylnitrilfasern
zählen. Diese Fasern werden in grossen Mengen produziert und vor allem im Bekleidungssektor eingesetzt.
Mit allen bisher auf dem Markt erhältlichen Polyacrylnitrilfasertypen konnte jedoch noch keine genügende
Verstärkungswirkung für hydraulisch abbindende
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Bindemittel erzielt werden. Die Ursache mag wohl in den relativ geringen Festigkeiten und den hohen Bruchdehnungen
dieser Fasern zu suchen sein. Alle handelsüblichen Polyacrylnitrilfasern enthalten zur Verbesserung der Anfärbbarkeit,
des textlien Griffes, sowie zur Erleichterung des Fadenbildungsprozesses 4 bis 15 % eines oder mehrerer Comonomere,
wie Vinylacetat, Methylacrylat, Methylmethacrylat
und carboxy-, sulfo- oder pyridingruppenhaltige Vinylderivate.
Es ist zwar möglich, die mechanischen Eigenschaften dieser Fasern bis zu einem gewissen Grad zu verbessern,
d.h. die Bruchdehnung zu reduzieren und die Festigkeit zu erhöhen. Dies kann durch die unter den Faserherstellern
bestens bekannte Optimierung der Streckprozesse der Fasern nach dem Fadenbildungsprozess hinter der Spinndüse bewerkstelligt
werden. Dieser Optimierung sind jedoch durch die inhärenten Eigenschaften der Fasermaterialien praktische
Grenzen gesetzt. Wird eine Zementmatrix mit solchen Fasern verstärkt, so zeigt sich auch tatsächlich eine gewisse,
jedoch noch nicht befriedigende, Verbesserung der Verstärkungswirkung gegenüber einer Zementmatrix mit den erwähnten
konventionellen Acrylfasern.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass sich für die gewünschten Zwecke Polyacrylnitrilfasern ver-
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wenden lassen, zu deren Herstellung ein Polymer mit einer molaren Konzentration von mindestens 98 % Acrylnitrileinheiten,
und einer relativen Viskosität von mindestens 2,60 (gemessen als 0,5 % ige Lösung in Dimethylformamid) verwendet
wird. Solche Fasern sind im Zementeinsatz anderen hochfesten Polyacrylnitrilasern mit der vorhin beschriebenen
konventionellen Zusammensetzung überlegen, indem sie ihre ursprünglichen Eigenschaften in der wässerig-alkalischen
Zementaufschlämmung beibehalten, insbesondere ihre Festigkeitseig?nschaften,
wie z.B. einen hohen Α-Modul von z.B. im Bereich von 1000 cN/tex bis 2000 cN/tex.
Gegenstand der Erfindung sind somit mit hydraulischen Bindemitteln hergestellte faserhaltige, feste Produkte,
welche dadurch gekennzeichnet sind, dass sie Fasern aus Polymerisaten des Acrylnitrils mit einer molaren Konzentration
der Acrylnitrileinheiten von 98 bis 100 % als Verstärkungsfasern und/oder Füllstoffe enthalten.
Mit Vorteil werden die verwendeten Fasern nach dem Verfahren gemäss CH-Patentgesuch No. 1297/79-0 (DE-OS
30 02 484) vorbehandelt, welches hiermit als vollumfänglich m der vorliegenden Beschreibung eingeschlossen erklärt wird.
Die erfindungsgemäss verwendeten Fasern, welche
gegebenenfalls zusammen mit anderen Fasern eingesetzt werden können, werden mit Vorteil in solcher Menge beigemischt,
dass der gesamte Faseranteil im ausgehärteten Produkt von 0,1 bis 30 Gewichtsprozent, und vorzugsweise von 1 bis
12 Gewichtsprozent, als reine Verstärkerfasern verwendet insbesondere von 1 bis 8 Gewichtsprozent beträgt. Die
Fasern werden im allgemeinen im Längenbereich bis 30 mm verwendet, wobei die Faserschnitte einheitlich, z.B. in
Längen von 3 bis 24 mm, oder in Längenmischungen eingesetzt werden können. In bestimmten Fällen hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, die Fasern durch eine schneidende und/oder fibrillierende Mahlung vorzubehandeln.
Als Fasermaterial kommen Fasern mit einem Titer von 0,1 bis 15 dtex, insbesondere 0,5 bis 15 dtex in Frage.
Die Verarbeitung solcher Fasern zu erfindungsgemässen
Produkten erfolgt auf bekannte Weise, nach Vermischen der Bindemittel aus Wasser und den üblichen Hilfsund
Zuschlagstoffen, wie in Patentanspruch 9 definiert, z.B. auf einer Hatschek-Maschine, wie oben erwähnt.
Die Herstellung der erfindungsgemässen Faser ist nicht Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung.
Sie erfolgt z.B. nach einem bekannten Trocken-, oder aber
bevorzugt, nach einem Nassspinnverfahren. Diese hochfesten
Fasern mit niedrigen Bruchdehnungen lassen sich z.B. wie folgt herstellen :
1700 g eines Polymeren aus 99,5 % Acrylnitril und 0,5 % Acrylsäuremethylester mit einer relativen Viskosität
von 2,85 (gemessen als 0,5 !ige Lösung in Dimethylformamid [DMF]) wurden in 8300 g DMF zu einer homogenen Spinnlösung
gelöst. Diese Lösung wurde nach dem Filtrieren mit 16,2 ml/Min. durch eine Einhundertlochdüse, Lochdurchmesser
0,06 mm, in ein Fällbad gedrückt, das aus 50 % DMF und 5ü " Wasser bestand und eine Temperatur von 500C aufwies.
Die erhaltenen Fäden wurden nach einer Eintauchlänge
von 50 cm mit einer Geschwindigkeit von 5,5 m/Min, abgezogen. In zwei nachfolgenden Streckbädern, bestehend
aus 60 % DMF und 40 % Wasser wurden sie bei einer Temperatur von 99°C auf ?°,3 m/Min, verstreckt, in weiteren Bädern
in Wasser gewaschen und aviviert und anschliessend auf zwei beheizten Duos mit Oberflächentemperaturen von 140 bzw.
185°C unter Zulassung eines Schrumpfes von 0,7 m/Min, getrocknet. Die Verweilzeit auf dem ersten Duo mit einer Temperatur
von 1400C wurde so gewählt, dass der Faden beim Verlassen des Duos glänzend war, also keine Vakuolen mehr
aufwies. Vom zweiten Duo wurde der Faden mit 33,3 m/Min.
abgezogen und über vier beheizte Platten, die den Faden abwechselnd von unten und oben berührten,bei Temperaturen
von 145, 145, 165 und 18O0C auf 95 m/Min, mit Hilfe eines
unbeheizten Duos verstreckt und anschliessend auf Spulen aufgewickelt. Das effektive Gesamtverstreck-Verhältnis
betrug 1 : 17,3, die mechanischen Eigenschaften der so erhaltenen Fäden (Typ A) sind in der Tabelle I zusammengestellt.
Besonders geeignete Fasertypen lassen sich auch durch eine zusätzliche Fixierbehandlung, z.B. mit heissen
Kontaktflächen, Heissluft, Heisswasser, Wasserdampf, usw., nach der Kontaktverstreckung erhalten.
Für die im folgenden Ausführungsbeispiel verwendeten Fasern vom Typ B wurde die Fixierung auf zwei
beheizten Duos ohne Zulassung eines Schrumpfes vorgenommen. Die Oberflächentemperaturen der Duos betrugen 210 und
23O0C. Die textil-mechanischen Daten dieser Fasern sind
in Tabelle I festgehalten. Durch die Fixierbehandlung
konnte der Kochschrumpf von 9,5 % auf 2,0 % abgesenkt werden.
Nach dem oben beschriebenen Spinnverfahren (Variante A) wurden auch ein weiteres erfindungsgemäss
verwendbares Polymer aus 99 % Acrylnitrileinheiten und 1 % Acrylsäuremethylestereinheiten mit einer relativen
Viskosität von 2,84 (Typ C) und als Vergleich ein konventionelles Polymer mit 96 % Acrylnitrileinheiten und
4 % Acrylsäuremethylestereinheiten mit einer relativen Viskosität von 2,78 (Typ D) zu Fasern verarbeitet. Als
Vergleich wurde zudem eine handelsübliche Polyacrylnitrilfaser für Textilzwecke (Typ E) folgender Zusammensetzung
untersucht : 93,5 % Acrylnitrileinheiten, 6 % Acrylsäuremetjylestereinheiten
und 0,5 % Methallylsulfonat.
Die mechanischen Eigenschaften der resultierenden Fasern sind in Tabelle I zusammengestellt,
Fasern aus Polymerisaten des Acrylnitrils mit einer molaren Konzentration von mindestens 98 % Acrylnitrileinheiten,
wie sie erfindungsgemäss verwendet werden, weisen eine genüge--de Alkalibeständigkeit auch bei erhöhten
Temperaturen auf, um den eingangs erwähnten Anforderungen zu genügen.
Mechanische Eigenschaften von hochfesten Polyacrylnitri!fasern mit
verschiedenen molaren Konzentrationen an Acrylnitril (gemessen an Einzelfasern)
| Typ A 99,5% AN |
Typ B 99,5% AN |
Typ C 99,0% AN |
Typ D 96,0% |
Typ E 93,5% AN |
|
| Prüfung A * | |||||
| Titer dtex | 2,9 | 2,9 | 2,9 | 2,9 | 2,9 |
| Festigkeit cN/tex | 83 | 74 | 82 | 85 | 35 |
| Α-Modul cN/tex | 1490 | 1420 | 1510 | 1410 | 1100 |
| Bruchdehnung % | 8,0 | 10,0 | 8,1 | 7,9 | 20 |
| Prüfung B ** | |||||
| Festigkeit cN/tex | 81 | 74 | 80 | 70 | 23 |
| Α-Modul cN/tex | 1400 | 1350 | 1490 | 810 | 630 |
| Bruchdehnung % | 9,1 | 10,8 | 8,3 | 12,0 | 35 |
Prüfung A * : Einzelfaser-Prüfung unter Normal bedingungen, 200C,
65 % rel. Feuchtigkeit.
Prüfung B ** : Die Fasern wurden zur Prüfung der Zementwetterbeständigkeit
vor der Normal prüfung gemäss "A" für 24 Stunden bei 800C in eine wässerige Aufschlämmung
von sog. Portland-Zement in 1 Liter Wasser getaucht und anschliessend für die Prüfung A konditioniert.
Für die Beurteilung dieser fünf Fasertypen bezüglich ihrer Eignung als Verstärkungsfaser in Zement wurden folgende Beispiele und
Vergleichsversuche unter analogen Bedingungen verglichen, wie nachfolgend beschrieben.
auf einer Hatschek-Maschine
In einem Kollergang wurden 153 kg Asbest (Grade 4 : Grade 5=1 : 3) mit 62 Liter Wasser während
30 Minuten gekollert. Der aufgeschlossene Asbest wurde hierauf in einen schnell laufenden Vertikalmischer eingetragen,
in welchem sich 1,5 m Wasser befanden. Nach zehnminütigem Rühren wurde in einen Horizontalmischer
umgepump^ und 1 Tonne Zement mit einer spezifischen
2
Oberfläche von 3000 bis 4000 cm /g zugemischt. Diese Asbest-Zement-Aufschlämmung wurde alsdann-für die Weiterverarbeitung über eine Rührbütte der Hatschek-Maschine zugeführt.
Oberfläche von 3000 bis 4000 cm /g zugemischt. Diese Asbest-Zement-Aufschlämmung wurde alsdann-für die Weiterverarbeitung über eine Rührbütte der Hatschek-Maschine zugeführt.
Mischungen 2 bis 4 und Vergleichsbeispiele 5 bis In einem Solvopulper wurden 80 kg Altpapier (ohne
Glanzpapier) und 15 kg Aluminiumsulfat in 1 m Wasser
während 10 Minuten gepulpt. Diese Fasersuspension wurde auf 2,5 m verdünnt und 2 0 kg der zu testenden Polyacrylnitrilfaserproben
von 6 mm Schnittlänge zugegeben, worauf während 5 Minuten weiter gepulpt wurde. Anschliessend wurden
45 kg pulverförmiges Calciumhydroxid zugesetzt und während 12 Minuten weiter gepulpt. Nach dem Umpumpen in
einen Zementmischer wurden 1000 kg Zement mit einer
spezifischen Oberfläche von ca. 3000 bis 4000 cm /g während 15 Minuten eingemischt.
Zur Verbesserung des Zementrückhaltevermögens wurde in die Faser-Zement-Aufschlämmung noch 80 g eines
Polyacrylamides ("Separan NP-10", Dow Chemical Corporation) in Form einer 0,2 %igen \tfässerigen Lösung zugemischt.
Das nun vorliegende Gemisch wurde über die Rührbütte einer Hatschek-Maschine zugeführt.
Die Mischung η wurde ohne Polyacrylnitrilfasern, nur aus Altpapier und Zement, hergestellt.
Mit den obigen Mischungen 1 bis 7 wurden auf einer Hatschek-Maschine mit sieben Umdrehungen der Formatwalze
Platten von 6 mm Dicke hergestellt, welche zwischen geölten Blechen während 45 Minuten in einer Stapelpresse
bei einem spezifischen Pressdruck von 250 bar auf eine Dicke von 4,8 mm gepresst wurden. Die Prüfungen der Platten
erfolgten nach einer Abbindezeit von 28 Tagen, nachdem die Platten noch während 3 Tagen gewässert worden waren.
Die Versuchsresultate sind in Tabelle II zusammengestellt.
TABELLE II
Prüfresultate von Plättchen aus mit Polyacrylnitrilfasern verstärktem Zement
| Biegezug | spezifische | Dichte der | 1,76 | |
| Mischungs-No. | festigkeit 2 |
Schlagzähig- Tcpi t |
Platten 3 |
|
| N/mm | N/mm/mm | g/cm | ||
| 1) Asbest (Ver | ||||
| gleichsbei | 1.76 | |||
| spiel) | 29,2 | 1,8 | ||
| 2) PAN-Fasern | ||||
| Typ A mit 99,5 % | ||||
| Acr/lnitrilein- | ||||
| heiten | 26.3 | 2.7 |
3) PAN-Fasern Typ A mit 99,5 % Acrylnitril
einhei ten, fixiert 26,2
4) PAN-Fasern Typ C mit 99,0 % Acrylnitrileinheiten
25,9
5) PAN-Fasern Typ D (Vergleichsbeispiel;) mit 96,0 %
Acrylnitrilein-
heiten 21,8
6) PAN-Fasern Typ E (Vergleichsbeispiel) mit 93,5 % Acrylnitrilein-
heiten 20,2
T) Cellulose-Zement-Mischung ohne PAN-Fasern (Vergleichsbeispiel)
18,5
2,7
2,6
2,7
2,6
1,77
1,74
1,76
1 ,75
2,2
1,74
Die Biegezugfestigkeiten der faserverstärkten Zementplättchen zeigen, dass beim Einsatz von Polyacrylnitrilfasern
mit weitgehend gleichen mechanischen Ausgangswerten überraschenderweise nur die erfindungsgemäss
verwendeten Polyacrylnitriltypen, Typ A und Typ B mit 99,5 % Acrylnitrileinheiten und Typ C mit 99,0 %
Acrylnitrileinheiten einen wesentlichen Verstärkungsbeitrag in einer Zementmatrix zu erbringen vermögen. Die
spezifische Schlagzähigkeit wird von der Art der verwendeten Polyacrylnitrilfasern nicht beeinflusst. Die spezifische
Schlagzähigkeit der Asbestzementplättchen wird von derjenigen der Faserzementplättchen stark übertroffen.
Für den praktischen Einsatz ist ausser der Schlagzähigkeit auch die Biegezugfestigkeit von ausschlaggebender
Bedeutung. Wie aus der obenstehenden Tabelle ersichtlich, ergeben die erfindungsgemäss verwendbaren Fasern
wesentlich höhere Werte als die Vergleichsfasern Typ D und Typ E.
In weiteren Versuchsbeispielen soll aufgezeigt werden, wie sich die erfindungsgemäss verwendeten Fasern
auch in verschiedenen Faserdimensionen und in Kombination
mit gebräuchlichen Füllstoffen bewähren. Die Versuche wurden gleich wie schon bei den Mischungen 2 bis 7 beschrie-
ben, durchgeführt, wobei die zusätzlichen Füllstoffe dem Zementmischer nach dem Eintragen des Zementes beigegeben
wurden. Die erfindungsgemäss verwendeten Fasern wurden wie folgt eingesetzt :
Mischung 8
Portland-Zement 81,5 % Silica-Filterstaub (SiO2-Gehalt = 98,8 %
mittlere Teilchengrösse = 0,5,u) 12,0 I
Zeilstuffasern (45°SR) 4,0 %
PAN-Fasern Typ B : 2,5 %
Diese Fasern wurden vorgängig auf 18 mm
geschnitten und anschliessend mittels
einer Schneidemühle ("Condux" Typ CS 500/
600-4) weiter aufgemahlen. Es resultierte
folgende Faserlängenverteilung :
geschnitten und anschliessend mittels
einer Schneidemühle ("Condux" Typ CS 500/
600-4) weiter aufgemahlen. Es resultierte
folgende Faserlängenverteilung :
4 mesh 10,2 I
14 " 19,6 %
35 " 33,2 %
100 " 26,9 %
200 " 9,7 %
>200 " 0,4 %
("mesh"· bedeutet hier : Maschen/Zoll).
■:- ·-■ -··-■ ■"""-- 3210H5
Mischung 9
Portiand-Zement 8 2 %
Hochofenschlacke 8 %
Steinwolle 4 %
PAN-Fasern / Zellstoff-Gemisch 6 %
3 Teile PAN-Fasern, hergestellt nach Variante A mit einem Gehalt von 98 Mol-Prozent
Acrylnitrileinheiten, mit einer Schnittlänge von 8 mm wurde vorgängig
zusammen mit 2 Teilen Sulfatzellstoff in einem ICegelrefiner fibrillierend
gemahlen. Diese Mischung wurde in einer Menge von 6 % zugesetzt.
Die beiden Mischungen 8 und 9 wurden wie oben beschrieben, auf einer Hatschek-Maschine zu Testplatten
verarbeitet und nach 28 Tagen Aushärten geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt.
Prüfresultate von Plättchen aus mit Polyacrylnitrilfasern
verstärktem und Füllstoffe enthaltendem Zement.
Biegezug- spezifische Dichte der Mischungs-No. festigkeit Schlagzähig- Platten
8) 26,4 2,3 1,76
9) 26,6 2,4 1,85
Die Resultate in Tabelle III zeigen, dass die erfindungsgemäss verwendeten Fasern auch verschieden aufbereitet
und in Kombination mit verschiedenen Zusatzstoffen gute Festigkeitswerte ergeben. Während sich die
Mischung 8 besondere leicht verarbeiten liess, konnten mit
der Mischung 9 höhere Dichten erreicht werden.
Claims (19)
- Patentansprüche1 .' Mit hydraulischen Bindemitteln hergestellte faserhaltige, feste Produkte, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Verstärkungsfasern Fasern aus Polymerisaten des Acrylnitrils mit einer molaren Konzentration der
Acrylnitrileinheiten von 98 bis 100 %, welche ihre Festigkeitseigenschaften während und nach dem Abbindeprozess
beibehalten, enthalten. - 2. Produkt nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine Festigkeit von mindestens 50 cN/tex u*id eine Bruchdehnung von höchstens 15 % aufweisen.
- 3. Produkt nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine einheitliche Länge von 3 bis 24 mm aufweisen.
- 4. Produkt nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine uneinheitliche Längenverteilung bis 30 mm aufweisen.
- 5. Produkt nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern durch fibrillierende Mahlung behandelt worden sind.
- 6. Produkt nach einem der Patentansprüche1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mehrfach verstreckt und gegebenenfalls thermofixiert sind.
- 7. Produkt nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern einen Titer von 0,1 bis 15 dtex aufweisen.
- 8. Produkt nach einem der vorstehenden Patentansprüche, hergestellt nach einem Entwässerungsverfahren, z.B. unter Einsatz von Wickelmaschinen, Rundsieb, Langsieb, Injektionsanlagen, Filterpressen und/ oder nach einem kontinuierlichen Monostrangverfahren.
- 9. Produkt nach einem der vorstehenden Patentansprüche in Form von Platten, Wellplatten, Rohren und Formteilen, insbesondere solchen für das Bauwesen.
- 10. Verfahren zur Herstellung der Produkte nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man hydraulische Bindemittel mit Wasser, den üblichen Hilfsund Zuschlagstoffen und mit Fasern aus Polymerisaten des Acrylnitrils mit einer molaren Konzentration der Acrylnitrileinheiten von 98 bis 100 %, welche ihre Festigkeits-eigenschaften während und nach dem Abbindeprozess beibehalten, als Verstärkungsfasern vermischt, das Gemisch gegebenenfalls teilweise entwässert, es in die gewünschte Form bringt und aushärten lässt.
- 11. Verfahren nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine Festigkeit von mindestens 50 cN/tex und eine Bruchdehnung von höchstens 15 I aufweisen.
- 12. Verfahren nach Patentanspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine einheitliche Länge von 3 bis 24 mm aufweisen.
- 13. Verfahren nach Patentanspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine uneinheitliche Längenverteilung bis 3 0 mm aufweisen.
- 14. Verfahren nach einem der Patentansprüche9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mehrfach verstreckt und gegebenenfalls thermofixiert sind,
- 15. Verfahren nach Patentanspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern durch fibrillierende Mahlung behandelt worden sind.
- 16. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern einen Titer von 0,1 bis 15 dtex aufweisen.
- 17. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch vor der Verformung zum Teil entwässert wird, z.B. unter Einsatz von Wickelmaschinen, Rundsieb, Langsieb, Injektionsanlagen oder Filterpressen und/oder nach einem kontinuierlichen Monostrangverfahren verarbeitet wird.
- 18. Verfahren nach einem der Patentansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch zu Platten, Wellplatten, Rohren und Formteilen, insbesondere solchen für das Bauwesen, verformt wird.
- 19. Verwendung der Produkte nach Patentanspruch 1 als Bauelemente.
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| CH1919/81A CH648008A5 (de) | 1981-03-20 | 1981-03-20 | Mit hydraulischen bindemitteln hergestellte faserhaltige produkte und verfahren zu ihrer herstellung. |
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