DE4231877C1

DE4231877C1 - Verfahren zur Herstellung eines temperaturfesten und hochbelastbaren Baustoffes und Anwendungen dieses Baustoffes

Info

Publication number: DE4231877C1
Application number: DE19924231877
Authority: DE
Inventors: Christian Klepsch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-09-23
Filing date: 1992-09-23
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2012-09-24

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines Baustoffes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie Anwendungen dieses Werkstoffes.

Die derzeit zur Verfügung stehenden Werkstoffe haben generell die Eigenschaft, daß hohe Festigkeitswerte, wie hohe mechanische Festigkeit, hohe Hitze- und Säurebeständigkeit, hohe elektrische und thermische Isolierfähigkeit sowie Stoßfestigkeit schlecht gleichzeitig zu realisieren sind. Darüber hinaus haben die zur Verfügung stehenden Werkstoffe generell die Eigenschaft, daß sie nur unter hohem Energieaufwand hergestellt werden können. So erfordert beispielsweise der Einsatz von Metall in der Regel eine zweimalige Aufschmelzung, indem sowohl bei der Verhüttung als auch bei der Formung eines Produkts eine Erhitzung oberhalb des Schmelzpunktes erforderlich ist. Ähnliches gilt für keramische Materialien, welche zumindest einen einmaligen Brand erfordern.

Im Rahmen der Erfindung wird als Ausgangsmaterial Glimmer verwendet. Unter Glimmer versteht man dabei ein schuppiges Material mit einem spezifischen Gewicht von etwa 2,7, welches vor allem in der Form von Muskovit bzw. Kaliglimmer im Bergbau sehr leicht und preiswert abgebaut werden kann.

Glimmer wird dabei heutzutage praktisch nur noch für die Herstellung von metallisierenden Autolacken verwendet, was zur Folge hat, daß an vielen Stellen, an welchen früher Glimmer im Bergbau gewonnen wurde, ein Abbau derzeit gar nicht mehr vorgenommen wird.

In diesem Zusammenhang sei auf den Umstand hingewiesen, daß entsprechend der DE-OS 39 07 521 eine Leichtbauplatte bereits bekannt ist, welche unter Verwendung von Kugeln aus Blähglas, Blähton, Bimsgranulat, Glimmer oder einem ähnlichen Material in Verbindung mit einem geschäumten organischen Bindemittel wie Epoxiharz, PU-Phenolharz oder dgl. hergestellt ist.

Anhand der AT-PS 138 639 sind ferner Wandverkleidungen und Bedachungsplatten bekannt, bei welchen auf einem Trägermaterial wie Steinholz, Marmor, Dachschiefer, Kunststein oder keramischen Massen unter Einsatz eines organischen Binders wie Zement oder Wasserglas eine dünne Schicht aus Glimmer, beispielsweise Muskovit aufgebracht wird, wodurch die betreffenden Platten hitzefest und gegenüber chemischen Einflüssen widerstandsfähig gemacht werden.

Darüber hinaus ist im Rahmen der AT-PS 376 415 ein mineralischer Stoff bereits bekannt, bei welchem feinkörniger Vermiculit oder Hydroglimmer bis auf eine Teilchengröße im Bereich zwischen 0,5 und 10 µ vermahlen wird. Dieses Material wird dann einem Quellvorgang innerhalb einer polaren Flüssigkeit ausgesetzt, worauf in der Folge eine Verpressung zu einem Trägermaterial für verschiedene technische Anwendungsbereiche oder zu feuerfesten Körpern vorgenommen wird.

Im Rahmen der DD 264 208 ist schließlich ein elektrisch isolierender Mörtel bekannt, bei welchem zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften neben einem anorganischen Binder Glimmerplättchen mit Korngrößen im Bereich zwischen 2 und 5 mm in Mengen von 2 bis 22 Ma% zugesetzt werden.

Unter Berücksichtigung des Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines neuartigen Baustoffes zu schaffen, welcher insgesamt gesehen sehr hohe Festigkeitseigenschaften in bezug auf Zug, Druck, Stoß, Temperatur, Säuren und dgl. aufweist, und welcher bei Verwendung eines sehr preiswerten Ausgangsmaterials unter Einsatz sehr geringer Energiemengen herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs aufgeführten Verfahrensschritte erreicht.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich anhand des Unteranspruches 2.

Vorteilhafte Anwendungen eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Baustoffes ergeben sich anhand der Unteransprüche 3 bis 5.

Einzelheiten der Erfindung sollen in dem folgenden näher erläutert werden.

Glimmer hat die Eigenschaft, daß er eiin schuppiges Material ist, welches jedoch sehr leicht bricht, so daß die wahren Eigenschaften von Glimmer gar nicht so recht erkannt wurden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die leichte Brechbarkeit von Glimmer jedoch dadurch umgangen, indem ganz bewußt möglichst kleinschuppiger Glimmer zum Einsatz gelangt, weil die gegenseitige Verschiebbarkeit einzelner Glimmerschichten untereinander bei Unterschreitung einer gewissen Plättchengröße zum Stillstand kommt. Ein derartiges Verhalten ist beispielsweise anhand von Gesteinen wie Graniten und Gneisen bekannt, welche bekanntlich bei hoher Festigkeit und Härte einen bestimmten Anteil von kleinen Glimmerplättchen besitzen. Im Rahmen der Erfindung werden diese kleinen Glimmerplättchen nunmehr unter Einsatz eines entsprechenden Binders untereinander verklebt, wodurch sich ein hochfester, mechanisch stark belastbarer und je nach der Wahl des Binders ebenfalls ein hitzebeständiger Baustoff ergibt. Dieser Baustoff kann dabei äußerst preiswert hergestellt werden, weil Glimmer im Bergbau sehr leicht abgebaut werden kann und das Zermahlen der bergbaumäßig geförderten Glimmerklumpen zu grob- oder feingemahlenen schuppigen Glimmerplättchen und das anschließende Verkleben mit sehr geringen Energiemengen, insbesondere ohne Erhitzungsvorgänge auf hohe Temperaturen, durchgeführt werden kann.

Während bei den von dem Erfinder durchgeführten Versuchen der Binderanteil des erfindungsgemäßen Baustoffes wegen Fehlen technischer Einrichtungen noch im Bereich zwischen 30 und 50 Gew.-% lag, ist mittlerweile erkennbar, daß umso höhere Festigkeitswerte zu erzielen sind, je höher der Glimmeranteil des erfindungsgemäßen Baustoffes gemacht werden kann. Aus diesem Grunde scheint es erstrebenswert, wenn bei dem erfindungsgemäßen Bauwerkstoff der Binderanteil weniger als 20 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 10 Gew.-% beträgt. Darüber hinaus ist unter Einsatz besonderer Benetzungsverfahren und leistungsfähiger Druckpressen zu erwarten, daß der Binderanteil sogar noch unter diesen Wert von 10%, d. h. möglicherweise bis herunter auf 3 oder 5% gedrückt werden kann, in welchem Fall die besten thermischen und/oder mechanischen Festigkeitswerte zu erwarten sind.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können eine ganze Reihe von hydraulischen Bindern zum Einsatz gelangen. Folgende Binder stehen dabei zur Verfügung:

- Natürliche oder künstliche Harze, wie Melaninharze, Polyester und dergleichen, was die Herstellung hochflexibler Platten, Rohre und anderer Bauteile gestattet. Da derartige Platten aufgrund ihres hohen Glimmeranteils ausgezeichnete technische Isoliereigenschaften aufweisen, können dieselben beispielsweise zur Isolierung von Wohnmobilen und dergleichen sehr gut eingesetzt werden.
- Natrium- oder Kaliumwasserglas, welches bei Erhaltung eines Mischungsverhältnisses von etwa 1 : 2 mit Wasser versetzt ist. Auf diese Weise läßt sich im Rahmen der Erfindung ein sehr preiswerter Leichtwerkstoff herstellen, welcher bis in den Temperaturbereich von etwa 1200°C hochbelastbar ist. Da Natrium- oder Kaliumwasserglas wasserlöslich ist, besteht auch in diesem Fall eine gute Wiederverwendbarkeit des betreffenden Werkstoffes.
Falls dem betreffenden Wasserglas zusätzlich eine gewisse Menge von Natrium- oder Kaliumbicarbonat zugesetzt wird, dann kann auf diese Weise ein Leichtwerkstoff mit wasserfesten Eigenschaften hergestellt werden.
- Magnesium-Fluorsilikat. Bei Verwendung eines derartigen Binders kann die Feuerfestigkeit des Leichtwerkstoffes bis auf etwa 1280°C erhöht werden. Dabei entstehen allerdings giftige Gase, was unter Umständen bedenklich erscheint.
- Handelsübliche anorganische feuerfeste Binder, so wie sie zum Binden von keramischen Massen in der Stahl- und Ofenindustrie zum Einsatz gelangen. Derartige Binder sind dabei entweder auf der Basis von Wasser oder ätherischen Lösungsmitteln aufgebaut. Mit derartigen Bindern lassen sich im Rahmen der Erfindung Leichtwerkstoffe herstellen, deren Temperaturfestigkeit bei Erhaltung einer hohen mechanischen Belastbarkeit bis auf 1500°C und darüber angehoben werden kann.
Bei derartigen anorganischen feuerfesten Bindern handelt es sich um solche, so wie sie beispielsweise von der Firma Chemetall GmbH, Frankfurt/Main vertrieben werden.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird einer der genannten Binder eventuell unter Zusatz von Wasser oder einem ätherischen Lösungsmittel in eine leichtflüssige Form gebracht und der aufbereitete Glimmer daraufhin in diesen flüssigen Binder eingerührt, so daß auf diese Weise eine teigige Masse gebildet wird. Diese teigige Masse wird daraufhin in eine Hohlform eingebracht, worauf je nach der Art des verwendeten Binders wahlweise durch Abkühlung, durch Behandlung in einem Trockungsofen und/oder durch Beaufschlagung mit einem Druckstempel eine Formung des herzustellenden Körpers unter gleichzeitiger oder folgender Aushärtung des Binders vorgenommen wird. Die verwendete Form kann dabei derart ausgebildet sein, daß bei der Beaufschlagung mit einem Druckstempel eventuell vorhandene überschüssigen Mengen des Binders zur Auspressung gelangen.

Im Rahmen der Erfindung erweist es sich als sehr vorteilhaft, daß Glimmerplättchen die Eigenschaft besitzen, daß sie sich sowohl im benetzten wie auch im unbenetzten Zustand aufgrund ihrer Oberflächeneigenschaften flach aufeinanderlegen, so daß auf diese Weise innerhalb des erfindungsgemäßen Leichtwerkstoffes eine sehr gute Schichtung der Glimmerplättchen zustandekommt. Der erfindungsgemäße Bauwerkstoff erhält auf diese Weise ganz spezifische anisotrope Eigenschaften. Darunter ist vor allem zu verstehen, daß bei der Herstellung von Platten aufgrund der durch die Oberflächeneigenschaften der Glimmerplättchen sowie durch Gravitation sich ergebenden Selbstausrichtung die besten thermischen Isoliereigenschaften sowie die größte Stoßfestigkeit in einer Richtung senkrecht zur Plattenebene zustandekommen, was vielfach auch dem jeweiligen Wunsch entspricht.

Es sollte folgendes noch bemerkt werden: Glimmer ist ein in der Natur sehr häufig vorkommendes Mineral und zudem vollkommen gesundheitsunschädlich. Im Gegensatz zu Asbest, dessen Fasern organisch nicht abgebaut werden können, und welcher demzufolge vor allem im Lungenbereich karzinogen wirkt, sind derartige Einflüsse bisher bei Glimmer nicht bekannt, so daß sowohl die Herstellung des erfindungsgemäßen Leichtwerkstoffes als auch seine Verwendung und spätere Wiederaufbereitung für die beteiligten Personenkreise keine gesundheitlichen Risiken mit sich bringen.

Zur Überprüfung der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Baustoffes wurden einige Versuche durchgeführt. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, daß es sich dabei nur um eine sehr grobe Überprüfung der verschiedenen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Baustoffes handelte, und daß dabei kein Wunsch bestand, eine Optimierung der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Baustoffes zu erreichen.

Versuch 1

Unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und eines Binders auf der Basis von Wasserglas wurde aus dem erfindungsgemäßen Leichtwerkstoff eine Platte hergestellt, welche einen Durchmesser von etwa 30 cm und eine Dicke von etwa 3 cm hatte. Diese Platte wurde daraufhin in ein entsprechendes Rohr eingesetzt und einseitig den Flammen eines Ölbrenners ausgesetzt, wodurch die Platte einseitig auf etwa 1250°C erwärmt wurde. Die Beaufschlagung mit den Flammen des Ölbrenners wurde über 2 h lang durchgeführt, ohne daß an der erfindungsgemäßen Platte irgendwelche Veränderungen aufgetreten wären. Zum Zeitpunkt der Beendigung des Versuchs hatte sich die gegenüberliegende Seite der betreffenden Platte gerade auf etwa 80°C erwärmt.

Versuch 2

Die Platte von Versuch 1 wurde in der Folge der sehr dünnen Flamme eines Acetylenbrenner ausgesetzt, welcher auf einer Temperatur von etwa 1800°C brannte. Mit Hilfe dieser Flamme konnte innerhalb eines Zeitraumes von etwa 3 bis 4 min innerhalb der erfindungsgemäßen Platte ein kleines Loch mit einem Durchmesser von etwa 3 mm erzeugt werden, welches sich jedoch in überraschenderweise sofort wieder verschloß, nachdem der Acetylenbrenner entfernt worden war.

Versuch 3

Unter entsprechenden Bedingungen wie im Versuch 1 wurde ein quaderförmiger Stab von 32 cm Länge und etwa 8×8 cm Querschnittsfläche hergestellt. Nach entsprechender Härtung des Wasserglas-Binders in einem Trocknungsofen wurde dieser Stab mit seinen beiden Enden auf Blöcken aufgelegt und mittig mit einem Gewicht von 120 kg belastet. In der Folge wurde dieser Stab während einer 3/4 h von drei Seiten her mit einer sehr großflächigen Acetylenflamme von 1250°C beaufschlagt. Während das mittig aufgelegte Eisengewicht glühte, konnten an dem Stab selbst keine Veränderungen festgestellt werden. Eine Durchbiegung fand nicht statt.

Ein entsprechender Doppel-T-Träger aus Eisen mit einer Breite von etwa 8 cm und einer Höhe von etwa 10 cm wurde in derselben Weise mit dem Eisengewicht von 120 kg belastet. Bei Beaufschlagung durch die Acetylenflamme von 1250°C gelangte dieser Eisenträger innerhalb von wenigen Minuten in seinen glühenden Zustand und bog sich unter der Last des Eisengewichtes mittig durch.

Im Hinblick auf die möglichen Anwendungsbereiche des erfindungsgemäßen Baustoffes sei an den Umstand erinnert, daß Beton bekanntlich die nachteilige Eigenschaft aufweist, daß er nicht auf Zug belastet werden kann. Dies macht es erforderlich, daß Betonteile in der Regel mit einer Eisenarmierung versehen werden müssen. Demgegenüber kann der erfindungsgemäße Baustoff sowohl auf Zug wie auf Druck beansprucht werden, so daß auf eine innere Eisenarmierung weitgehend verzichtet werden kann. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Baustoff weitgehend feuerfest, so daß mit demselben feuerfeste Brücken- und Deckenträger, Stützen und/oder sonstige Formteile, beispielsweise feuerfeste Türen, hergestellt werden können. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Baustoffes als feuerfester Deckenträger erscheint dabei besonders interessant, weil Eisenträger wegen ihrer guten Wärmeleitfähigkeit und Schmelzbarkeit vielfach den Auflagen des Brandschutzes nicht genügen. Die hohe mechanische Festigkeit des erfindungsgemäßen Baustoffes gestattet es ferner, sehr leichte feuerfeste Türen zu bauen, welche im wesentlichen einstückig ausgebildet sind, weil das zur Verfügung stehende Material sowohl den mechanischen wie auch den thermischen Anforderungen genügt.

Unter Einsatz des erfindungsgemäßen Baustoffes lassen sich ebenfalls Bootskörper herstellen, welche gegenüber dem Seewasser weitgehend korrosionsfest sind.

Zusammenfassend ergibt sich, daß im Rahmen der Erfindung ein neuartiger Baustoff zur Verfügung gestellt wird, welcher anderen Werkstoffen wie

- Holz aufgrund seiner geringen Brennbarkeit,
- Metallen aufgrund seiner sehr guten Hitzefestigkeit sowie thermischer und elektrischen Isoliereigenschaften,
- Beton aufgrund seiner Belastbarkeit sowohl auf Zug wie auch Druck und
- keramischen Materialien aufgrund sehr guter Stoß- und Druckeigenschaften

vielfach überlegen ist.

Die zur Herstellung und Formung des erfindungsgemäßen Baustoffes erforderlichen Gerätschaften dürften dabei weitgehend bereits zur Verfügung stehen. So sei beispielsweise an den Umstand erinnert, daß in der holzverarbeitenden Industrie bei der Herstellung von Preßspanplatten ebenfalls eine gegenseitige Verklebung der einzelnen Holzspäne untereinander erfolgt, während in der Bau-, Keramik- und Kunststoffindustrie ausreichend Gerätschaften vorhanden sind, mit welchen eine Formung und Aushärtung teigiger Massen vorgenommen werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines temperaturfesten und hochbelastbaren Baustoffes, gekennzeichnet, daß derselbe aus grob- und/oder feingemahlenem Glimmer mit einer Plättchengröße von kleiner als 5 mm sowie Bindern und Lösungsmitteln besteht, wobei der Glimmeranteil wenigstens 70 Gew.-% beträgt, daß die Bestandteile untereinander vermischt werden und daß nach der Verformung zur den Produktformen eine Trocknung vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Glimmeranteils von wenigstens 80 Gew.-% die durch Mischung hergestellte Trockenpreßmasse mit Hilfe von Preßwerkzeugen geformt wird.

3. Anwendung eines nach den Ansprüchen 1 oder 2 hergestellten Baustoffes, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe zur Herstellung von feuerfesten Deckenträgern und/oder Stützen verwendet wird.

4. Anwendung eines nach den Ansprüchen 1 oder 2 hergestellten Baustoffes, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe zur Herstellung von feuerfesten Türen und/oder Platten verwendet wird.

5. Anwendung eines nach den Ansprüchen 1 oder 2 hergestellten Baustoffes, dadurch gekennzeichnet, derselbe zur Herstellung von Bootskörpern verwendet wird.