DE3836217C1 - Process for producing a material containing clay and fibre - Google Patents

Process for producing a material containing clay and fibre

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Abstract

The present invention relates to a process for producing a clay-containing material. The material of the invention comprises fibres coated with clay.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von ton- und faserhaltigem Material gemäß der deutschen Patentanmeldung P 38 04 883.3, das leicht und stabil ist, gegen Frost, Feuer und Witterung beständig ist und ein hohes Wärmedämmvermögen aufweist.The present invention relates to an improved Process for the production of clay and fiber containing Material according to German patent application P 38 04 883.3, that is light and stable, against frost, fire and weather is resistant and has a high thermal insulation capacity.

Tonhaltige Materialien werden heute in vielen Bereichen der Technik verwendet. Neben der Anwendung in der Keramik und Kunst zählt der Baustoffsektor zu den bevorzugten Einsatzgebieten. Die bisher bekannten tonhaltigen Materialien weisen jedoch einige Nachteile auf. So dauert der Herstellungsprozeß relativ lange (3 bis 6 Tage). Besonders viel Zeit nimmt das Trocknen von großen Teilen in Anspruch. Bei diesem Trocknungsvorgang kommt es zur Verdampfung von Wasser. Je mehr Wasser verdampft, desto größer ist die Gefahr von Rißbildungen. Weiterer Nachteil herkömmlicher Materialien ist, daß sie vor dem Brand trocken sein müssen und bei schnellem Erhitzen und Kühlen Risse entstehen. Clay-rich materials are used today in many areas the technique used. In addition to the application in ceramics and art, the building materials sector is one of the preferred Applications. The previously known clay-containing However, materials have some disadvantages. That's how it takes the manufacturing process is relatively long (3 to 6 days). A lot of time takes the drying of large parts to complete. This drying process occurs Evaporation of water. The more water evaporates, the more greater is the risk of cracking. Another disadvantage conventional materials is that they dry before firing must be and with rapid heating and cooling cracks arise.  

Tonhaltige leichtere Materialien mit einem spezifischen Gewicht von weniger als 0,25 g/cm³ sind nur in Verbindung mit Kunststoffen stabil. Nachteilig ist, daß diese Stoffe brennbar sind.Clay lighter materials with a specific Weight less than 0.25 g / cc are only in connection stable with plastics. The disadvantage is that these substances are flammable.

Aus der DE-OS 34 44 397, DE-PS 31 05 593, US-PS 45 29 630 und FR-PS 20 55 374 sind faserhaltige Tonmaterialien bekannt. Bei der Herstellung werden die Fasern zerkleinert und unter den rohen Ton gemischt. Eine entscheidende Verbesserung der Rißbildungseigenschaften läßt sich hierdurch jedoch nicht erreichen.From DE-OS 34 44 397, DE-PS 31 05 593, US-PS 45 29 630 and FR-PS 20 55 374 fibrous clay materials are known. During production, the fibers are crushed and submerged mixed the raw clay. A decisive improvement However, the cracking properties can be thereby do not reach.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung eines ton- und faserhaltigen Materials zur Verfügung zu stellen, das die vorerwähnten Nachteile nicht aufweist.The present invention has the object to provide a Process for producing a clay and fiber containing To provide materials that the aforementioned Disadvantages not.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
a) vernetzte Fasern in Form von Wolle oder Matten enthaltend Mineral- oder Kohlenfasern von mehr als 6 mm Länge und einem Durchmesser von 10-20 µm mit flüssigem Ton oder Gemischen aus Ton, Bentonit und/oder Titandioxid und/oder Quarz vermischt werden,
b) das so erhaltene Material geformt
c) 1 Stunde bei 600-1600°C gebrannt und
d) anschließend 4 bis 5 Stunden abgekühlt wird.This object is achieved in that
a) crosslinked fibers in the form of wool or mats containing mineral or carbon fibers of more than 6 mm in length and 10-20 μm in diameter are mixed with liquid clay or mixtures of clay, bentonite and / or titanium dioxide and / or quartz,
b) shaped the material thus obtained
c) fired at 600-1600 ° C for 1 hour and
d) is then cooled for 4 to 5 hours.

Unter vernetzten Fasern werden hier alle Faserformen verstanden, die kleine Einzelfasern darstellen. Denn mit letzteren lassen sich nicht die überraschenden erfindungsgemäßen Effekte erzielen. Among crosslinked fibers here are all fiber forms understood that represent small individual fibers. Because with The latter can not be surprised achieve effects according to the invention.  

Die Faserlängen liegen vorzugsweise bei 1-10 m Länge. Jedoch werden die Ergebnisse immer besser, je größer die Faserlänge ist. Da z. Zt. auf dem Markt nur Fasern mit einer Höchstlänge von 10 m angeboten werden, kommen diese bevorzugt zum Einsatz. Sowie längere Faserprodukte zu vertretbaren Preisen erhältlich sind, sollten diese eingesetzt werden.The fiber lengths are preferably 1-10 m in length. However, the bigger the results get, the better the results get Fiber length is. Because z. At present on the market only fibers with one Maximum length of 10 m are offered, these come preferred for use. As well as longer fiber products too reasonable prices are available, these should be be used.

Erfindungsgemäß werden Mineral- und Kohlefasern bevorzugt. Zusammensetzung und Eigenschaften typischer Fasern sind den folgenden Tabellen zu entnehmen:Mineral and carbon fibers are preferred according to the invention. Composition and properties of typical fibers are The following tables show:

Mineralische GlasfaserMineral fiberglass SiO₂|64,2-64,8%SiO₂ | 64.2 to 64.8% Al₂O₃Al₂O₃ 2,9- 3,3%2,9- 3,3% Fe₂O₃Fe₂O₃ 0,1- 0,5%0,1- 0,5% TiO₂TiO₂ 0,1%0.1% BaOBaO 2,4- 2,5%2,4- 2,5% CaOCaO 6,5- 6,7%6.5-6.7% MgOMgO 2,9- 3,1%2,9- 3,1% Na₂ONa₂O 13,7-14,4%13.7 to 14.4% K₂OK₂O 0,6- 1,4%0.6- 1.4% SO₃SO₃ 0,1- 0,2%0.1-0.2% B₂O₃B₂O₃ 4,8- 5,0%4.8- 5.0% Erweichungspunkt bei ca. 1150-1200°CSoftening point at approx. 1150-1200 ° C

Glasseideglass fiber Spezifisches Gewichtspecific weight 2,54 g/cm³2.54 g / cm³ Feuchtigkeitsgehalt in LieferformMoisture content in delivery form ca. 0,1%about 0.1% Feuchtigkeitsaufnahme im Normalklima 23°C/50% relative LuftfeuchtigkeitMoisture absorption in normal climate 23 ° C / 50% relative humidity ca. 0,1%about 0.1% Wasserrückhaltevermögen (Quellwert=Sättigungsgrenze)Water retention capacity (source value = saturation limit) 00 Trockenhitzebeständigkeit bei DauereinwirkungDry heat resistance during continuous use bis 315°Cup to 315 ° C Erweichungspunktsoftening ca. 850°Cabout 850 ° C Lichtbeständigkeitlight resistance sehr gutvery well WetterbeständigkeitWeather resistance sehr gutvery well Säurebeständigkeitacid resistance gutWell Laugenbeständigkeitalkali resistance bedingt beständigconditionally resistant LösungsmittelbeständigkeitSolvent resistance beständigresistant Alterungaging dauerbeständigpermanently resistant Schlichteplain Silansilane Schlichtegehalt %Sizing content% ca. 1,5%about 1.5% Schlichte-ExtraktionsmittelSimple extraction means Acetonacetone Chemische Analyse @Chemical Analysis @ SiOSiO 52,4%52.4% Al₂O₃Fe₂O₃Al₂O₃Fe₂O₃ 14,4%14.4% CaOCaO 17,2%17.2% MgOMgO 4,6%4.6% Na₂OK₂ONa₂OK₂O 0,8%0.8% B₂O₃B₂O₃ 10,6%10.6% 100,0%100.0% FaserdurchmesserFiber diameter 13 µm13 μm

Unter flüssigem Ton sind mit Wasser vermischte Tone zu verstehen. Zu den einsetzbaren Tonen gehören u. a Begußton, Glasurton, Blähton, Steinzeugton, Steingutton, Bentonit, Hafenton, Kapselton, Ziegelton und Mergelton.Under liquid clay are mixed with water mixed with clay understand. The usable clays include u. a touch tone, Glasurton, expanded clay, stoneware clay, earthenware clay, bentonite, Harbor tone, capsule tone, brick tone and merlon tone.

Der Anteil der Glasfasern am Gesamtgefüge kann zwischen 2 und 13 Gew.-%, der des Wassers zwischen 28 und 74 Gew.-% und der des Tons bzw. Tongemisches zwischen 13 und 70 Gew.-% liegen. Einige Beispiele für die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind der folgenden Tabelle zu entnehmen:The proportion of glass fibers in the overall structure can be between 2 and 13 wt .-%, that of water between 28 and 74 wt .-% and of the clay or clay mixture between 13 and 70% by weight lie. Some examples of the invention Compositions are shown in the following table:

Tabelle 3 (Anteile in Gew.-%) Table 3 (parts in% by weight)

Das gebrannte Endprodukt setzt sich in der Regel aus 2,7-5,0 Gew.-% Fasern und 97,3-50 Gew.-% Tonkomponenten zusammen. Der geringe erforderliche Anteil aus Glasfasern macht die vorliegende Erfindung insbesondere wirtschaftlich interessant, da Glasfasern sehr teuer sind. Ihre Anwendung war daher bisher auf hochwertige Produkte beschränkt. The fired end product usually sets 2.7-5.0% by weight of fibers and 97.3-50% by weight of clay components together. The low required proportion of glass fibers makes the present invention particularly economical interesting, because glass fibers are very expensive. Your application was therefore previously limited to high quality products.  

Das so hergestellte tonhaltige Material kann ausgeformt werden und zur Herstellung der verschiedensten gebrannten Tonerzeugnisse verwendet werden. Das erfindungsgemäße Material zeichnet sich hierbei besonders dadurch aus, daß das Trocknen, Brennen und Abkühlen des Tonmaterials höchstens 6 bis 8 Stunden dauert.The clay-containing material thus produced can be molded and for the production of a variety of fired Sound products are used. The invention Material is characterized in particular by the fact that the drying, firing and cooling of the clay material takes no more than 6 to 8 hours.

Für das Trocknen sind nunmehr nicht mehr als 2 Stunden erforderlich. Das Trocknen im Heißluftstrom bei 250 bis 400°C kann sogar innerhalb weniger Minuten abgeschlossen werden. Die Wasserverdampfung hat keine Verformung und Rißbildung zur Folge. Das Wasser verdampft zwischen den Fasern, hat jedoch nicht genügend Kraft die Fasern zu verschieben. Die Folge ist, daß bei der Trocknung des erfindungsgemäßen tonhaltigen Materials kaum Schrumpfungen auftreten. Dadurch wird gleichzeitig die Gefahr der Rißbildung ausgeschlossen.For drying are now not more than 2 hours required. Drying in hot air stream at 250 to 400 ° C can even be completed within a few minutes become. The evaporation of water has no deformation and Cracking result. The water evaporates between the Fibers, however, do not have enough strength to bind the fibers move. The result is that when drying the clay-containing material according to the invention scarcely shrinkage occur. This simultaneously increases the risk of Cracking excluded.

Die überraschenden Eigenschaften des mit Ton bzw. Tongemischen getränkten Fasermaterials hängen damit zusammen, daß unzerkleinerte möglichst lange Fasern mit einem geringen Durchmesser von 10-20 µm, insbesondere 10-15 µm und einem Anteil von 1-13 Gew.-% bezogen auf das getrocknete, ungebrannte Gesamtgemisch eingesetzt werden. Denn hierdurch ist gewährleistet, daß zwischen den beschichteten Fasern genügend Raum zur Wasserverdampfung verbleibt. Aus diesem Grunde ist es auch nicht unbedingt erforderlich, das Material vor dem Brennen zu trocknen. Vielmehr kann das Wasser während des Erhitzens auf Brenntemperatur noch entweichen.The surprising properties of clay or Tongemic impregnated fiber material depend on it together that uncut as long as possible fibers with a small diameter of 10-20 microns, in particular 10-15 microns and a proportion of 1-13 wt .-% based on the dried, unburned total mixture used become. Because this ensures that between the Coated fibers have enough space for water evaporation remains. For that reason it is not necessarily necessary to dry the material before firing. Rather, the water may heat up during heating Burning temperature still escape.

Man kommt daher mit weniger Stunden Herstellungszeit aus. In der Regel beträgt diese nicht mehr als insgesamt 8 Stunden, in den meisten Fällen sogar nur 5 bis 6 Stunden. It comes with less hours of production time. In usually this is not more than 8 hours in total, in most cases even only 5 to 6 hours.  

Je nach eingesetztem Material kann das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte, tonhaltige Material bei Temperaturen zwischen 600 und 1600°C gebrannt werden, vorzugsweise bei 900 bis 1200°C. Vorzugsweise wird das wasserhaltige Rohmaterial in den auf 300°C vorgeheizten Ofen eingebracht und bei allmählich steigender Temperatur gebrannt.Depending on the material used, this may be after the prepared according to the invention, clay-containing Material fired at temperatures between 600 and 1600 ° C are, preferably at 900 to 1200 ° C. Preferably the hydrous raw material in the 300 ° C preheated oven introduced and gradually increasing Temperature burned.

Erfindungsgemäß wird für das Brennen nur 1 Stunde benötigt, da aufgrund der Faserstruktur ein schnelles Erhitzen möglich ist, ohne daß es zu Verformungen oder Rissen kommt. Denn die beschichteten Fasern lassen Zwischenräume offen, die während des Erhitzens gewissermaßen als Dehnungsfugen wirken.According to the invention, burning takes only 1 hour, because of the fiber structure, a rapid heating possible is, without causing deformation or cracks. Because the Coated fibers leave gaps open during of heating act as a kind of expansion joints.

Der Tonmantel bildet bei gleicher Temperatur eine Kruste, die die Faser umhüllt und die einzelnen Fasern miteinander fest verbindet. Bei 850-900°C erfolgt die Sinterung beider Stoffe. Demnach liegen die Temperaturen in der Regel bei 900-1200°C. Insbesondere bei Einsatz von Mineralfasern ist es empfehlenswert, bei Temperaturen von 950°C eine Stunde lang zu brennen. Je nach gewünschter Struktur und Faseranteil kann die Brennzeit auch kürzer sein, im Extremfall sogar nur wenige Minuten.The clay mantle forms a crust at the same temperature, which envelops the fiber and the individual fibers together firmly connects. At 850-900 ° C sintering takes place both substances. Accordingly, the temperatures are usually at 900-1200 ° C. Especially when using mineral fibers it is recommended, at temperatures of 950 ° C one To burn for an hour. Depending on the desired structure and Fiber fraction, the burning time can also be shorter, in the Extreme case even only a few minutes.

Bei Verwendung von Fasern mit hohem Schmelzpunkt erhöhen sich Sintertemperaturen bis zu 1600°C. Es ist jedoch nicht in jedem Fall erforderlich, auf die Sintertemperatur zu erhitzen. Die Temperaturen können auch niedriger sein. Die Stabilität wird in diesen Fällen wenig vermindert.Increase when using high melting point fibers Sintering temperatures up to 1600 ° C. It is not in any case, required to the sintering temperature too heat. The temperatures can also be lower. The Stability is little diminished in these cases.

Daher braucht nur bei einer Temperatur in Abhängigkeit von der Sinterungstemperatur der jeweiligen Glasur gebrannt werden. Ein zweimaliges Brennen des Tons, d. h., einmal ohne und einmal mit Glasur, ist bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Material nicht erforderlich. Therefore only needs at a temperature depending on burned the sintering temperature of the respective glaze become. A double burning of the clay, d. h., once without and once with glaze, is after the not prepared material according to the invention required.  

Das Trocknen wird vorzugsweise im Heißluftstrom durchgeführt. Die Brenntemperaturen liegen vorzugsweise zwischen 900 und 1700°C.The drying is preferably in the hot air stream carried out. The firing temperatures are preferably between 900 and 1700 ° C.

Die erfindungsgemäßen gebrannten faserhaltigen Materialien zeichnen sich durch ein besonders geringes Gewicht aus. Ebenso sind sie gegen Witterung und chemische Einflüsse beständig und daher auch sehr umweltfreundliche Materialen. Ferner ist eine ausgezeichnete Belastbarkeit beobachtet worden. Und zwar halten die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Materialien insbesondere Belastungen stand, die zur Faserrichtung ausgeübt werden.The fired fibrous materials according to the invention are characterized by a very low weight. They are also resistant to weather and chemical influences resistant and therefore also very environmentally friendly materials. Furthermore, an excellent load capacity is observed Service. And that hold after the invention Process produced materials in particular loads stood, which are exerted to the fiber direction.

Eine gegenüber herkömmlichen Tonmaterialien völlig neue Eigenschaft ist, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Materialien sich durch Flammsintern zusammenschweißen lassen. Außerdem sind sie durch übliche Bindemittel verklebbar. Ebenso wie übliche Tonmaterialien können auch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Materialien weiter glasiert, mit Kunststoffen, Reaktionsharzen, Imprägnierungsmitteln beschichtet oder getränkt werden.A completely new compared to conventional clay materials Property is that after the inventive Process produced materials through Weld together flame internally. Besides, they are bondable by conventional binders. As well as usual Clay materials can also be those according to the invention Processed materials further glazed, with Plastics, reaction resins, impregnating agents coated or soaked.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Materialien können auf vielfältigen Gebieten eingesetzt werden. So können sie als Bausteine, Bauplatten oder Isoliermaterialien dienen. Weitere Anwendungsgebiete sind die Autoindustrie, die Baustoffindustrie und Filteranlagen. Sehr gut geeignet sind die Materialien für Schalungen. Aufgrund des geringen spezifischen Gewichtes kann man extrem leichte Baustoffe erhalten. Weiterhin eignen sich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Materialien als Holzersatzstoffe, Fassadenplatten, Möbel und Einrichtungselemente, als Trägermaterial für Festbettreaktoren, für die Immobilisierung von Mikroorganismen oder Enzymen, für Biotope und Riffbau, Ofenbau, Feuerschutzelemente, Orthopädie und Herstellung künstlicher Knochen, Gelenke usw. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Materialien lassen sich gut schneiden und bohren. Es können ebenso wie beim Holz stabile Schraub- oder Klebverbindungen hergestellt werden. Der Vorteil gegenüber Holz liegt in der Witterungsbeständigkeit, Feuerbeständigkeit, dem geringeren Gewicht und der Beständigkeit gegen chemische Einflüsse. Aufgrund dieser guten Eigenschaften sind auch Anwendung in der Raumfahrt möglich.The produced by the process according to the invention Materials can be used in a variety of fields become. So they can be used as building blocks, building boards or Serve insulating materials. Further fields of application are the car industry, the building materials industry and filter plants. The materials for formwork are very well suited. Due to the low specific weight you can extreme obtained lightweight building materials. Furthermore, the are suitable produced by the process according to the invention Materials as wood substitutes, facade panels, furniture  and furnishing elements, as a support material for Fixed bed reactors, for the immobilization of Microorganisms or enzymes, for biotopes and reef building, Furnace construction, fire protection elements, orthopedics and manufacturing artificial bones, joints etc. The after the let materials prepared according to the invention to cut and drill well. It can as well as the Wood stable screwed or glued joints produced become. The advantage over wood lies in the Weather resistance, fire resistance, the lower Weight and resistance to chemical influences. Due to these good qualities are also application in Space travel possible.

Einige spezielle Zusammensetzungen des gebrannten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Materials können den folgenden Beispielen entnommen werden:Some special compositions of the burned after the can be produced according to the invention be taken from the following examples:

Tabelle 4 (Anteile in Gew.-% Table 4 (parts in% by weight)

Tabelle 5 (Anteile in Gew.-% Table 5 (parts in% by weight)

Tabelle 6 (Anteile in Gew.-% Table 6 (percentages by weight)

Tabelle 7 (Anteile in Gew.-% Table 7 (percentages by weight)

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines ton- und faserhaltigen Materials gemäß der deutschen Patentanmeldung P 38 04 883.3, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) vernetzte Fasern in Form von Wolle oder Matten enthaltend Mineral- oder Kohlenfasern von mehr als 6 mm Länge und einem Durchmesser von 10-20 µm mit flüssigem Ton oder Gemischen aus Ton, Bentonit und/oder Titandioxid und/oder Quarz vermischt werden,
  • b) das so erhaltene Material geformt
  • c) 1 Stunde bei 600-1600°C gebrannt und
  • d) anschließend 4 bis 5 Stunden abgekühlt wird.
1. A process for producing a clay and fiber-containing material according to German Patent Application P 38 04 883.3, characterized in that
  • a) crosslinked fibers in the form of wool or mats containing mineral or carbon fibers of more than 6 mm in length and 10-20 μm in diameter are mixed with liquid clay or mixtures of clay, bentonite and / or titanium dioxide and / or quartz,
  • b) shaped the material thus obtained
  • c) fired at 600-1600 ° C for 1 hour and
  • d) is then cooled for 4 to 5 hours.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserlänge 10 mm-10 m beträgt.2. Method according to claim 1, characterized in that the Fiber length is 10 mm-10 m. 3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserlänge 1-10 m beträgt.3. The method according to claim 2, characterized in that the Fiber length is 1-10 m. 4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß vor Schritt c) bei 250°C-400°C bis zu 2 Stunden getrocknet wird. 4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that before Step c) at 250 ° C-400 ° C for up to 2 hours is dried.   5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a) ein Gemisch bestehend aus 2-13 Gew.-% Fasern, 70-13 Gew.-% Ton bzw. Tongemisch und 28-74 Gew.-% Wasser eingesetzt wird.5. The method according to any one of claims 1-4, characterized in that in Step a) a mixture consisting of 2-13% by weight Fibers, 70-13 wt .-% clay or clay mixture and 28-74 wt .-% of water is used. 6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern mit einem Durchmesser von 10-15 µm eingesetzt werden.6. The method according to any one of claims 1-5, characterized in that fibers be used with a diameter of 10-15 microns.
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