DE3536650C2 - - Google Patents
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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
Temperaturen, 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
sern - 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 dampfgehärteter
anorganischer 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 Thermosplastizität
organischer Synthesefasern, erhalten. Hinzu kommt der
höhere Anlagen- und Verfahrensaufwand für die Aufbereitung
und Verarbeitung der Faser- bzw. Faserbindemittelgemische.
Zum Stand der Technik ist zunächst auf Verfahren hinzu
weisen, 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 faserverstärkten
Werkstoffes, mit oder ohne Bindemittel, besonders aber
eines faserverstärkten, mit anorganischen, vor allem
hydraulischen Bindemitteln hergestellten Werkstoffes ist.
Die Lösung der Aufgabe entspricht den Kennzeichen der
Patentansprüche und wird nachstehend erläutert.
Nach 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. In diesem Zusammenhang ist auch
auf DE-OS 29 00 991 und FR-PS 13 64 238 hinzuweisen. Die
Verwendung der dort als Zwischenprodukt erhaltenen kiesel
säurehaltigen Viskosefasern als Verstärkungsfasern ist
bisher noch nicht angeregt worden.
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 Celluloseexantho
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 - duch 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:
Nach den Merkmalen des Anspruches 1 hergestellte Fa
sern - Schnittlänge 0,4 mm - werden in einem
Zellstoffauflöser in einen 20fachen 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-Verhält
nis 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.
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.
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.
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 aus einer wasserglashaltigen Cellulosexanthogenat-
Lösung (Viskoselösung) in eine saures Fällbad gesponnene,
kieselsäurehaltige Cellulose-Reneratfasern als Beweh
rungsfasern eingesetzt sind.
2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß aus einer wasserglashal
tigen Viskoselösung in ein saures, gelöstes Calciumsalz ent
haltendes Fällbad gesponnene Cellulose-Regeneratfasern als
Bewehrungsfasern eingesetzt sind.
3. Werkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die einer wasserglashal
tigen Viskoselösung in ein saures Fällbad, das ggf. außer
Calciumsalz auch flammschützende Salze enthält, gesponnene
Cellulose-Regeneratfasern als Bewehrungsfasern eingesetzt
sind.
4. Werkstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß als flammschützende Salze Orthophosphate,
Oxalate sowie Sauerstoffverbindungen des Mangans (IV) und Man
gans (VII) sowie Chroms (VI) eingesetzt sind.
5. Werkstoff nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Bindemittel Quarz und Kalk
hydrat gegebenenfalls zusammen mit Füllstoffen, insbesondere
Leichtzuschlägen wie Perlit und Vermiculit, eingesetzt sind
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 Ansprühe modifizierten
Cellulose-Regeneratfasern und anderen natürlichen und/oder
synthetischen organischen und/oder anorganischen Fasern, wie
Cellulose-, Zellstoff-, Polyacrylnitril-, Polyolefin-, Glas-
und anderen Fasern, eingesetzt sind.
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-
1985
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