DE3536650A1 - Faserbewehrter formkoerper - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung sind Werkstoffe aus organischen ggf. auch anorganischen Faserstoffen - mit oder ohne Bindemittel -, vor allem Bauteile, die sich gegenüber den bisher bekannten durch bessere mechanische und chemische Eigenschaften, durch höhere Brandfestigkeit sowie die Möglichkeit einer wirt­ schaftlichen Herstellung auszeichnen.

Vor allem aus Zement und verschiedenen natürlichen und/oder synthetischen organischen wie auch anorganischen Faserstoffen hergestellte Werkstoffe, die als Bauteile eingesetzt werden, gewinnen seit einiger Zeit als Ersatzwerkstoffe für Asbest­ zement - unter dem Oberbegriff Faserzement - wachsende Be­ deutung.

Die in diesem Zusammenhang verwendeten organischen Faserstoffe besitzen allerdings den Nachteil geringer Feuerfestigkeit und weisen gewöhnlich einen niedrigen E-Modul auf, so daß bei mechanischen Beanspruchungen daraus hergestellter Bauteile, insbesondere bei zusätzlicher Einwirkung höherer Temparaturen, die armierende Wirkung verloren gehen kann. Synthetische organische Fasern, mit zum Teil hoher chemischer Beständigkeit gegenüber den Einwirkungen aus der alkalischen Zementmatrix, - hierzu gehören vor allem Polyacryl- und Polyacrylnitrilfasern sowie Polyolefin- und Polyamidfa­ ern - haben wegen ihrer inerten Eigenschaften keine oder nur eine unzureichende Verankerung in der Bindemittelmatrix, folglich auch eine geringe Ausreißfestigkeit. Deshalb wer­ den die im Werkstoff auftretenden Spannungen von den Beweh­ rungsfasern zumeist unzureichend aufgenommen, so daß me­ chanische und thermische Belastungen zur - verglichen mit Asbestzement - relativ schnellen Zerstörung des Bauteils führen können. Auch sind besonders thermoplastische orga­ nische Synthesefasern für die Herstellung anorganischer, dampfgehärteter Werkstoffe wegen ihrer thermoelastischen Eigenschaften bzw. wegen ihrer relativ niedrigen Zersetzungs­ temperatur, die zumeist durch die beim Dampfhärtungs­ prozeß vorliegenden Temperaturen oberhalb 160 Grad Celsius erreicht oder sogar überschritten wird, nicht geeignet.

Man hat daher versucht, natürliche organische Faserstoffe, wie Cellulosefasern und Zellstoffe unterschiedlichster Pro­ venienz, als Bewehrungsfasern - zum Teil in Fasergemischen mit anderen anorganischen und organischen Fasern - für Fa­ serbindemittelwerkstoffe zu verwenden. Auch durch Nachbe­ handlung mit verschiedenen chemischen Substanzen - mit dem Ziel der Mineralisierung - modifizierte Cellulosefasern wur­ den vorgeschlagen und erprobt. Obwohl Cellulose - bzw. Zell­ stoffasern gegenüber anorganischen Bindemitteln eine höhere Affinität besitzen als beispielsweise organische Synthesefa­ sern - sie weisen deutlich höhere Ausreißfestigkeiten auf -, sind sie wegen ihres Quellverhaltens unter Wasser - bzw. Feuchtigkeitseinfluß vor allem für die Herstellung dampf­ gehärteter, aber auch luftgehärteter Produkte wenig ge­ eignet.

Man hat vorgeschlagen, diese Nachteile dadurch zu vermei­ den, indem als Bewehrungsfasern für Werkstoffe, hauptsächlich für die Herstellung von Faserbindemittelprodukten, Faser­ gemische d. h. beispielsweise Cellulosefasern zusammen mit organischen und auch anorganischen Synthesefasern eingesetzt werden. Doch bleiben auch in Fasergemischen naturgemäß die jeweiligen nachteiligen spezifischen Eigenschaften der dafür verwendeten Fasern, so z. B. die Thermoplastizität organischer Synthesefasern, erhalten. Hinzu kommt der höhere Anlagen- und Verfahrensaufwand für die Aufbereitung und Verarbeitung der Faser- bzw. Faserbindemittelgemische.

Zum Stand der Technik soll auf Verfahren hingewiesen werden, die Eigenschaften von Cellulose- und Zellstoff­ fasern zu verbessern. So ist aus DE-PS 9 15 317 und DE- OS 30 08 204 bekannt, Cellulosefasern mit Kalkmilch, Ze­ mentsuspensionen u. a. m. zu behandeln, um deren Bestän­ digkeit in der Zementmatrix zu erhöhen. Aus DE-OS 30 49 997 ist, wie allerdings auch schon aus älterem Schrifttum, bekannt, Cellulose- bzw. Zellstoffasern mit Wasser­ glas zu imprägnieren. Zur Erhöhung der Ausreißfestig­ keit aus der Zementmatrix ist in DE-OS 33 40 093 vorge­ schlagen worden, Polyacrylnitrilfasern mit Kaliumper­ manganat-Lösung vorzubehandeln und diese Fasern für ze­ mentgebundene Produkte zu verwenden. Aus DE-PS 8 46 542 ist bekannt, Cellulosefasern mit organischen Polymeren zu beschichten, um auf diese Weise die Wasseraufnahme der Cellulosefaser und damit deren Quellung zu verringern.

Das Problem, Asbest - insbesondere in Faserzementpro­ dukten - wirtschaftlich und mit vergleichbaren Eigen­ schaften zu ersetzen, ist bisher noch nicht zufrieden­ stellend gelöst.

Hier greift die Erfindung ein, deren erfindungsgemäß zu lösende Aufgabe die Herstellung eines faserbewehrten Werkstoffes, mit oder ohne Bindemittel, besonders aber eines faserverstärkten, mit anorganischen Bindemitteln hergestellten Werkstoffes ist.

Die Lösung der Aufgabe entspricht den Kennzeichen der Patentansprüche und wird nachstehend erläutert.

Nach einem bekannten Verfahren können polykristalline Fasern, wie Siliciumcarbid- und Siliciumdioxidfasern, dadurch herge­ stellt werden, indem in eine Cellulosexanthogenat( d. h. Vis­ kose)-Lösung Wasserglas homogen eingerührt und diese Lösung einem sauren Fällbad zugeführt wird ( I. Wizon. Appl. Polym. Symp. No. 9. 395-409 (1969)). Als Zwischen­ produkt entsteht hierbei kieselsäurehaltige Cellulose- Regeneratfaser, die entweder an Luft zu Siliciumdioxid-Fa­ ser verglüht oder unter Schutzgas zu Siliciumcarbid-Faser pyrolysiert werden kann.

Es wird nunmehr erfindungsgemäß vorgeschlagen, das bei diesem Verfahren entstehende Zwischenprodukt, das hier­ für wegen seiner chemischen Zusammensetzung besonders geeignet und durch geringe Modifizierung der aus der Viskosefabrikation bekannten Techniken wirtschaftlich herzustellen ist, als Verstärkungsfasern für vor allem anorganische, hydraulisches Bindemittel enthaltende Werk­ stoffe zu verwenden.

Durch die erfindungsgemäßen Zusätze, insbesondere von Phosphaten, Oxalaten, Permanganaten usw., die nur eine Auswahl aller chemisch und technisch möglichen Verfah­ rensvarianten darstellen, können die Eigenschaften der Fasern in fast beliebiger Weise - auch im Zuge einer Nachbehandlung der aus dem Spinnbad erhaltenen Pro­ dukte - beeinflußt werden.

Die Ausfällung der wasserglashaltigen Cellulosexantho­ genat-Lösung in einem Fällbad, in welchem Calciumsalze gelöst sind, bewirkt die Anreicherung von Calciumsili­ cat in der Regenerat-Cellulose, die - zusammen mit Kalkhydrat und Quarz als Bindemittel - durch Dampf­ härtung zu einem faserverstärkten Werkstoff weiterver­ arbeitet werden kann.

Für die Herstellung von faserverstärkten Werkstoffen aus den erfindungsgemäß hierfür vorgeschlagenen Fasern werden nachstehend einige Beispiele gegeben:

Beispiel 1

Nach den Merkmalen des Anspruches 1 hergestellte Fa­ sern - Schnittlänge 0,4-10 mm - werden in einem Zellstoffauflöser in einen 2Ofachen Wasserüberschuß (nach Gewichtsteilen) eingerührt. Die homogene Fa­ serstoffsuspension wird in einen Mischbehälter überge­ pumpt, mit Wasser unter Rühren verdünnt und die 5 bis 20fache Menge Portlandzement, bezogen auf den Faser­ stoffanteil (in Gewichtsteilen) hinzugegeben.

Je nach Weiterverarbeitung kann das Feststoff-/ Wasser- Verhältnis durch Verdünnen mit Wasser auf 2 : 1 bis 1 : 10 oder mehr Gewichtsteile eingestellt werden.

Die Weiterverarbeitung zu zementgebundenen Formkörpern, zum Beispiel Bauplatten, erfolgt bei hohem Feststoffan­ teil durch Extrudieren, bei niedrigem nach dem aus der Asbestzementherstellung bekannten Magnani- oder Hat­ schek-Verfahren.

Beispiel 2

Unter Zusatz von Kaliumpermanganat-Lösung zum Fäll­ bad hergestellte kieselsäure- und zugleich Mangan (IV) oxid-haltige Cellulosefaser wird wie vorstehend verar­ beitet.

Das Produkt ist eine faserverstärkte Bauplatte mit ho­ her Brandfestigkeit.

Beispiel 3

Unter Zusatz von Calciumchlorid zum Fällbad hergestellte, Calciumsilicat enthaltende Cellulosefaser wird wie oben angegeben im Stofflöser aufbereitet und mit Zement, Kalkhydrat (C) und Quarz (S) ggf. unter Zusatz von Perlit und/oder Vermiculit weiterverarbeitet, wobei ein C/S -Ver­ hältnis von 0,25 (C bezogen auf Calciumoxid in GT) ge­ wählt wird.

Die faserverstärkten Bauplatten werden unter üblichen Bedingungen (z. B. 170 Grad C, 8 bar, 12-16 Stunden ) dampfgehärtet.

Beispiel 4

Entsprechend den Merkmalen und Kennzeichen der Patentan­ sprüche hergestellte Cellulose-Regeneratfasern werden im Verhältnis 0/10 oder 10/0 Gewichtsteilen mit anderen anorganischen und/oder organischen Synthesefasern, inbe­ sondere Phenol-Formaldehyd -/ Melamin-Formaldehyd- und Harn­ stoff-Formaldehyd-Fasern, aber auch Glasfasern gemischt. Die Fasermischungen werden nach Beispiel 1 bis 3 zu einem hydraulisches Bindemittel enthaltenden Werkstoff weiter­ verarbeitet.

Claims (6)

1. Werkstoff, insbesondere als Bauteil verwendeter Form­ körper aus natürlichen und/oder synthetischen orga­ nischen und/oder anorganischen Fasern sowie Bindemitteln, insbesondere hydraulischen Bindemitteln und gegebenen­ falls Füllstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer wasserglashaltigen Cellulosexanthogenat- Lösung (Viskoselösung) in ein saures Fällbad gesponnenen, kieselsäurehaltigen Cellulose-Regeneratfasern als Beweh­ rungsfasern verwendet werden.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die aus einer wasserglashal­ tigen Viskoselösung in ein saures, gelöstes Calciumsalz ent­ haltendes Fällbad gesponnenen Cellulose-Regeneratfasern als Bewehrungsfasern verwendet werden.

3. Werkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die aus einer wasserglashal­ tigen Viskoselösung in ein saures Fällbad, das ggf. außer Calciumsalz auch flammschützende Salze enthält, gesponnenen Cellulose-Regeneratfasern als Bewehrungsfasern verwendet werden.

4. Werkstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als flammschützende Salze Orthophospate, Oxalate sowie Sauerstoffverbindungen des Mangans (IV) und Man­ gans (VII) sowie Chroms (VI) verwendet werden.

5. Werkstoff nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Bindemittel Quarz und Kalk­ hydrat gegebenfalls zusammen mit Füllstoffen, insbesondere Leichtzuschlägen wie Perlit und Vermiculit, verwendet wird, und die damit hergestellten Formkörper dampfgehärtet werden.

6. Werkstoff nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Bewehrungsfasern Fasergemische aus nach den Merkmalen der vorstehenden Ansprüche modifizierten Cellulose-Regeneratfasern und anderen natürlichen und/oder synthetischen organischen und/oder anorganischen Fasern, wie Cellulose-, Zellstoff-, Polyacrylnitril-, Polyolefin-, Glas- und anderen Fasern, verwendet werden.