DE3916815A1 - Faserverstaerktes verbundmaterial - Google Patents

Faserverstaerktes verbundmaterial

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Description

Die Erfindung betrifft faserverstärkte Verbundmaterialien und insbesondere Verbundmaterial, das eine wasserunlösliche Tonerdezementmatrix aufweist, an welche übereinandergelegte Lagen von Glasfasergewebe gebunden sind, die darin als Verstärkung eingeschlossen sind.
Ein Beispiel eines solchen Materials ist eine Platte, die einen Zement von hohem Aluminiumoxidgehalt und eingeschlossene Lagen von Glasfasergewebe aufweist und als elektrische Isolation zur Verwendung bei erhöhten Temperaturen (z.B. bei 850°C) z.B. für die Auskleidung von Energieübertragungs- und Umspannstationen verwendet wird, um Lichtbogenbildung zwischen den stromführenden Anschlüssen und der Erde zu vermeiden. Dieses asbestfreie Material (das in der FR-81 06 250-A und EPA-A-63 505 beschrieben ist) hat viele der brauchbaren Eigenschaften, die asbestverstärkte hochdichte Portland-Zementplatten aufweisen, die es nun größtenteils ersetzt hat, ist jedoch teuer. Die Kosten erwachsen vor allem durch die Kosten des verwendeten Glasfasergewebes, das ein Gewebe ist, welches aus Glasfasern von 68 tex gewoben ist.
Es wurde nun gefunden, daß eine brauchbare und billigere Alternative zu dem soeben beschriebenen Gewebe durch eine mechanisch gebundene Matte aus Stapelglasseide und eine Masse pro Einheitsfläche von nicht mehr als 850 g/m2 geliefert wird, wie sie als Verstärkung für die Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffen aus Polyesterharzen im Handel ist.
Gemäß der Erfindung wird ein Verbundmaterial bereitgestellt, das eine wasserunlösliche tonerdehaltige Zementmatrix aufweist, an welche übereinandergelegte Lagen von Glasfasergewebe gebunden sind, die darin als Verstärkung eingeschlossen sind, wobei das Material dieses Gewebes eine mechanisch gebundene Matte aus Stapelglasseide mit einer Masse pro Einheitsfläche von nicht mehr als 850 g/m2 ist.
Die wasserunlösliche Matrix aus tonerdehaltigem Zement ist vorzugsweise ein Zement mit hohem Aluminiumoxidgehalt (manchmal "Calciumaluminatzement" genannt), wie in dem früher erwähnten Produkt. Jedoch kann gutes Verhalten bei erhöhten Temperaturen auch erhalten werden, wenn man Aluminiumphosphat (AlPO4) als Matrix verwendet. Die Matrix aus tonerdehaltigem Zement kann mit Teilchen von Aluminiumoxid oder anderen billigen feuerfesten metallischen Oxiden verdünnt sein. Produkte mit sehr guter Beständigkeit gegen thermischen Schock können erhalten werden, indem man Böhmit (A 10×OH) als Bestandteil des tonerdehaltigen Zements verwendet, aus welchem das zusammengesetzte Material gemacht wird.
Da die Bindung der Stapelglasseide in der Matte nur durch das Ineinandergreifen der Glasfasern miteinander statt durch die Anwendung von chemischen Bindemitteln erfolgt, erfolgt das Vornetzen der Matte mit verhältnismäßig hochviskoser Aufschlämmung von tonerdehaltigem Zement während der Herstellung schnell. Der Gewichtsanteil der Matte im Verbundmaterial liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 25%, insbesondere 5 bis 15% und die Dichte des Produktes liegt vorzugsweise im Bereich von 1,8 bis 2,3 g/cm3.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, welche die Herstellung von Verbundmaterial in Form von Platten zeigen, die brauchbar als Schutz vor Lichtbogenbildung sind.
Beispiel 1
Eine mechanisch gebundene Matte aus Stapelglasseide (Masse pro Einheitsfläche = 450 g/m2), die unter der Handelsbezeichnung NEOMAT vertrieben wird, wurde mit einer wäßrigen Aufschlämmung (65 Gew.-% Feststoffe), des es unter der Handelsbezeichnung SECAR vertriebenen Zements mit hohem Aluminiumoxidgehalts (Al2O3-Gehalt 71 Gew.-%; CaO-Gehalt 27 Gew.-%) imprägniert. Die Aufnahme der Aufschlämmung betrug etwa das l4fache des Gewichts der Matte.
Sechs imprägnierte Matten wurden aufeinandergelegt und der Verbund wurde gepreßt, bis seine Dicke auf etwa 1,3 cm vermindert war. Die so gebildete Platte wurde 24 h lang in Wasser bei Umgebungstemperatur eingetaucht, um das Aushärten des Zements mit hohem Aluminiumoxidgehalt zu gestatten. Das Produkt hatte die folgenden Eigenschaften:
Dichte
2 g/cm³
Scherfestigkeit 23 MPa
Biegefestigkeit 25 MPa
Schlagfestigkeit (Izod mit Kerbe) 4,2 kJ/m²
Druckfestigkeit 98 MPa
elektrische Eigenschaften @ Oberflächendurchbrennen in Luft bei 90°C 17 kV
Festigkeit in Luft bei 90°C 1,1 MV/m
Beispiel 2
Die in Beispiel 1 verwendete Glasmatte wurde mit einer wäßrigen Aufschlämmung (72 Gew.-% Feststoffe) einer Mischung von kalziniertem Aluminiumoxid (spezifische Oberfläche 1 m2/g, mittlerer Teilchendurchmesser 5 µm) und Böhmit (γ-A1O×OH, als BACOSOL 2C (Handelsname) erhältlich, Teilchengröße 0,1 bis 0,2 µm) imprägniert, wobei das Gewichtsverhältnis Al2O3:AlO×=OH 3:2 war. Die Aufnahme der Aufschlämmung betrug etwa 11mal das Gewicht der Matte.
Es wurde eine zusammengepreßte Platte von etwa 1,3 cm Dicke wie in Beispiel 1 gebildet, die bei 150°C getrocknet wurde. Sie wurde dann 3 h in wäßrige H3PO4 (20%) eingetaucht und dann in einem Ofen bei 300°C 24 h lang erhitzt, um die Umwandlung von AlO×OH in AlPO4 zu vervollständigen.
Das Produkt hatte Eigenschaften ähnlich denjenigen des Produkts von Beispiel 1, war jedoch beständiger gegen Hitze und konnte zusätzlich als Ofenauskleidung verwendet werden. In einem Standardkohlelichtbogentest zeigte es eine Beständigkeit gegen thermischen Schock, die viel besser war als die des Materials der FR-A-81 06 250.
Beispiel 3
Die in Beispiel 1 verwendete Glasmatte wurde mit einer wäßrigen Aufschlämmung (60 Gew.-% Feststoffe) eines Gemisches von Zement mit hohem Aluminiumoxidgehalt, kalziniertem Aluminiumoxid und Böhmit in den Gewichtsverhältnissen 16:7:1,32 imprägniert. Die Aufnahme der Aufschlämmung betrug etwa das 12fache des Gewichts der Matte.
Eine gepreßte Platte von etwa 1,3 cm Dicke wurde wie in Beispiel 1 gebildet. Die gepreßte Platte wurde 24 h in Wasser bei Umgebungstemperatur eingetaucht, um den Zement härten zu lassen.
Beim Vergleich mit dem Produkt von Beispiel 1 hatte das Produkt (Dichte = 2,1 g/cm3) verbesserte Biegefestigkeit (37 MPa) und Druckfestigkeit (120 MPa) und, wie das Produkt von Beispiel 2, sehr gute Beständigkeit gegen thermischen Schock.

Claims (8)

1. Verbundmaterial, enthaltend eine wasserunlösliche tonerdehaltige Zementmatrix, an welche übereinandergelegte Lagen von Glasfasergewebe, die darin als Verstärkung eingeschlossen sind, gebunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe eine mechanisch gebundene Matte aus Stapelglasseide mit einer Masse/Einheitsfläche von nicht größer als 850g/m2 ist.
2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix ein Zement mit hohem Aluminiumoxidgehalt ist.
3. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix Aluminiumphosphat ist.
4. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix Teilchen von Aluminiumoxid enthält.
5. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es durch Einbeziehung von Böhmit in den tonerdehaltigen Zement, aus welchem der Verbund hergestellt ist, erhalten ist.
6. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch gebundene Matte aus Stapelglasseide 5 bis 25 Gew.-% des Materials ausmacht.
7. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Dichte im Bereich von 1,8 bis 2,3 g/cm3 hat.
8. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form von Platten vorliegt.
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