DK164278B - Fremgangsmaade til fremstilling af cementmatrikskompositmaterialer og cementmatriks-kompositmaterialer fremstillet herved - Google Patents

Description

i

DK 164278 B

o

Asbest har længe været anvendt i cementstrukturer.

De problemer, som man har stødt på ved anvendelse af asbest, har fremskyndet bestræbelserne på at finde erstatninger. Syntetiske stabelfibre er blevet anvendt som forstærkning 5 med pulp som filterhjælpemiddel. Cellulosepulp er blevet anvendt til dette formål og til forstærkning, men cement-matriks-kompositmaterialer, der kun er forstærket med cellulose, har holdbarhedsproblemer. Polyolefinpulp, som også er blevet anvendt, er relativt billig, men det er alminde-10 lig kendt, at polyolefinpulp ikke fungerer som forstærkende fibre (se Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, bind 19, 3. udgave, side 433). Fremstilling af et cement--kompositmateriale med god bøjesejhed ved anvendelse af en polyethylenpulp er ønskelig.

15 Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af et cementmatriks-kompositmateriale, der, i det mindste delvis, er forstærket med polyethylenpulp, hvilken fremgangsmåde er særegen ved at den omfatter dannelse af en vandig opslæmning af portlandcement og en pulp af 20 orienterede polyethylenfibrider med en dobbeltbrydning på mindst ca. 0,030 og fremstillet ud fra en netværksfilamentstruktur, afsætning af opslæmningen på en porøs overflade, afvanding af opslæmningen og hærdning af kompositmaterialet. Polyethylenpulpen udgør fra 0,1 til 10 vægtprocent af kom-25 positmaterialet. Om ønsket kan der inkorporeres forstærkende fibre udover fibriderne. Opfindelsen omfatter også kompositmaterialet fremstillet ved denne fremgangsmåde.

Pulpen af orienterede polyethylenfibrider, der anvendes ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, kan frem-30 stilles som beskrevet i GB-patentskrift nr. 891.945. Heri beskrives fremstilling af netværksfilamenter ved flash-spin-ding, opskæring af netværksfilamenterne til længder, der er bekvemme til håndtering i forarbejdningsudstyret, dispenseringen af de overskårne netværksfilamenter i et flydende 35 medium og efterfølgende mekanisk forarbejdning af de overskårne filamenter i det flydende medium til en fibridpulp.

O

2

DK 164278 B

I det ovennævnte patentskrift nævnes et stort udvalg af egnet mekanisk behandlingsudstyr samt betingelserne, hvorunder den mekanisk behandlede dispersion fremstilles. Ved den foreliggende opfindelse er netværksfilamenterne fremstillet af 5 polyethylen, og pulpen har en dobbeltbrydning på mindst ca. 0,030, fortrinsvis mindst 0,032, når den måles som beskrevet nedenfor.

I eksemplerne ifølge opfindelsen, som er anført senere i den foreliggende beskrivelse, er pulpen hensigts-10 mæssigt fremstillet ud fra et ikke-vævet polyethylenark, der er fremstillet ved den generelle metode ifølge US-patentskrift nr. 3.169.899.

Ifølge en foretrukken metode til fremstilling af ark af denne type flash-spindes lineært polyethylen med en 3 15 vægtfylde på 0,95 g/cm , et smelteindeks på 0,9, bestemt ved ASTM D-1238-57T, betingelse E, og som smelter under ca. 135°C, fra en 12%*s opløsning af polymerentrichlorfluormethan. Opløsningen pumpes kontinuerligt til spindehoveder ved en temperatur på 179°C og et tryk over ca. 85 atmosfærer. Opløs-20 ningen føres til hvert spindehoved gennem en første åbning til en tryknedsættelseszone og gennem en anden åbning ud i den omgivende atmosfære. Den fremkomne streng af netværksfilamenter kan karakteriseres som et tredimensionalt netværk af indbyrdes forbundne fiberelementer med tilfældigt 25 varierende længde, der betegnes film-filbriler. Disse har form af tynde bånd med en tykkelse på mindre end 4 ^im. Strengen spredes og oscilleres ved hjælp af en formet roterende plade, oplades elektrostatisk og afsættes derefter på et bånd i bevægelse. Spindehovederne er placeret således, at de af-30 satte materialer overlapper og krydser hinanden på båndet til dannelse af et pladevat. Pladevattet konsolideres derefter let ved passage gennem mellemrummet mellem to valser, der giver pladevattet et tryk på ca. 1,8 kg pr. cm af pla-devattets bredde til dannelse af et let konsolideret ark.

35 I almindelighed er sådanne ark med en basisvægt i området 25-75 g/m og en vægtfylde i området 0,15-0,3 g/cm anven- 3

DK 164278 B

o delige. Det let konsoliderede ark spaltes i længderetningen i strimler med en bredde på 2,5 til 12,7 cm. Strimlerne opskæres derefter til længder på 10,1 til 30,5 cm ved passage gennem et roterende blad.

5 En pulp fremstilles ved at føre det overskårne ma teriale til en Sprout-Waldron 36-2 skive-stofmølle sammen med vand og hjælpestoffer til denne proces og til forbedring af dispergerbarheden af det pulpede produkt. I eksemplerne nedenfor omfatter tilsætningsstofferne 2% polyvinylalko-10 hol (Air Products "Vinol 205-S") og 0,1% af et overfladeaktivt middel ("Triton X-100", Rohm & Haas), beregnet på vægten af polyethylen, og materialerne føres gennem stofmøllen 3 gange, idet materialet fortyndes med vand hver gang til en slutfortynding på 1,0%.

15 Materialet fortyndes yderligere med vand til en koncentration på 0,56% og føres gennem en række af Bauer--centrifugerensere. Materialet afvandes derefter i en stan-dard-arkmaskine (trådnetstørrelse 150 mesh). Orienteringen af den tørrede pulp bestemmes ved måling af dobbeltbrydnin-20 gen ifølge metoden, der beskrives nedenfor. Den udviser en dobbeltbrydning på 0,032.

Fremstillingen af cement-kompositmaterialer er velkendt af fagmanden. I BE-patentskrift nr. 866,129 beskrives forskellige metoder af denne art. Det grundlæggende er, at 25 fibriderne dispergeres i vand med portlandcement og bland des. Om ønsket kan der tilsættes korte stabelfibre. Suspensionen kan afsættes på en si, således at vandet kan løbe af. Laget af cement og fibrider skæres derefter til ønsket mål og hærdes på velkendt måde.

30 Ifølge den foreliggende opfindelse bør der være fra 0,1 til 10% fibrider til stede beregnet på vægten af kom-positmaterialet, fortrinsvis fra 2 til 8%. Det har overraskende vist sig, at der herved opnås en væsentlig forøgelse af kompositmaterialets sejhed. Der kan om ønsket tilsættes 35 cellulosepulp som filtreringshjælpemiddel. I almindelighed anvendes der fra ca. 1 til 10 vægtprocent. Tilsætningen af

DK 164278 B

O

4 korte stabelfibre kan medføre en stor forøgelse af bøjesej-heden af kompositmaterialet. Der anvendes fra ca. 0,1 til 10% af sådanne stabelfibre, fortrinsvis fra 0,5 til 4%, beregnet på vægten af kompositmateriellet. Stabelfibrene kan 5 vælges blandt syntetiske eller naturlige fibre, der er normalt anvendte til cementforstærkning, såsom polyacryloni-trilfibre, polyvinylalkoholfibre eller p-aramidfibre. Stabellængden er i almindelighed fra ca. 1 til 20 mm.

10 Testprocedurer

Dobbeltbrydning

Dobbeltbrydningen bestemmes ved at måle brydningsindekset parallelt nj| og vinkelret nj_ på fiberaksen ved 15 interferensmikroskopi. Forskellen mellem de to brydningsindekser er dobbeltbrydningen. Mikroskopet er et Leitz--interferensmikroskop, der arbejder med transmitteret lys, med et interferometer af Mach-Zehnder-typen. Belysningen tilvejebringes af en kviksølvdamplampe, der filtreres til 20 en bølgelængde på 546 nm.

Brydningsindeksmålingerne gennemføres på følgende måde. Et almindeligt mikroskop-objektglas halveres, og der placeres nogle fibre på begge halvdele. Et par dråber brydningsindeksvæske (Cargille Certified Refractive Index Liquids, 25 R. P. Cargille Laboratories, Inc.) og et dækglas anbringes på begge objektglas. Det ene præparat placeres i mikroskopets prøveholder og placeres således, at der er fibre i synsfeltet. Det andet præparat placeres i mikroskopets referenceholder uden fibre i synsfeltet. Dette er en standard-30 procedure til at sikre, at begge stråler af interferomete-ret har identiske vejlængder. Interferometeret indstilles således, at der viser sig lodrette striber i synsfeltet med fibrene orienteret vinkelret på striberne. Til måling af n j| indstilles mikroskopets analysator således, at der 35 transmitteres lys, som svinger parallelt med fiberaksen. Interferometeret indstilles til maksimal skarphed af stri-

O

5 berne. Hvis striberne forskydes, når de passerer gennem fibrene, kræves der et andet præparat, hvori der anvendes en anden brydningsindeksvæske. Når man finder væske, der ikke forårsager forskydning af striberne i fibrene, er 5 brydningsindekset af væsken og fibrene det samme. Den nominelle værdi for væsken korrigeres for bølgelængdespredning og temperatur ved hjælp af en udskrift af optiske data, der leveres af Cargille for hver af deres brydningsindeksvæsker. Proceduren gentages derefter for nj_ efter 10 indstilling af analysatoren til transmission af lys vinkelret på fiberaksen.

Bøjningsprøvning af cement-kompositmaterialer.

Fiberforstærkede cement-kompositmaterialer vur-15 deres ved bestemmelse af bøjesejheden (også betegnet brudarbejdet) . Prøven er beskrevet i ASTM D-790. Bøjningsprøvning er hyppigt anvendt indenfor asbestcementindustrien som mål for produktets egenskaber til flade produkter, såsom tagbeklædning, bygningspaneler osv. Cementprøver (2,54 20 cm x 15,2 cm x 0,5 cm), der fremstilles som ovenfor beskrevet, afprøves ifølge den ovenfor nævnte ASTM-metode ved 3-punkts bøjning i en Instron-prøvemaskine. Der anvendes i alle tilfælde et spænd på 7,6 cm. Prøvestykkerne belastes indtil brud, og den maksimale spænding bestemmes grafisk 25 ved hjælp af en skriver. Bøjesejheden bestemmes som det integrerede område under arbejdslinien, indtil der nås den 2 maksimale spænding, målt i kJ/m . Alle prøver, inklusive kontrolprøverne, afprøves på samme måde. 1 2 3 4 5 6

Eksempler 2

Procedure til fremstilling af cement-kompositma 3 terialer.

4

Til vurdering fremstilles der fiberforstærkede ce 5 ment-kompositmaterialer, som indeholder 200 g portlandcement 6 og 12 g syntetiske fibermaterialer. Pulpmaterialer fremstilles ved at anbringe 4-12 g (tør vægt) af uåbnet pulp i en 6

O

DK 164278 B

blender med 1 liter vand og blande ved lav hastighed i 30 sek. (indtil al pulpen er opfnugget). Den åbnede pulp, der er fremstillet på denne måde, sættes til en plastspand, der indeholder ca. 4 liter vand. Hvis der anvendes forstær-5 kende stabelfibre, sættes der 4 g til spanden. Blandingen dispergeres i 5 minutter under forsigtig omrøring ved anvendelse af en vibrerende laboratorieomrører. 200 g port-landceraent, type 1, dispergeres til en opslæmning med 1 liter vand og tilsættes derefter. Der fremkaldes flokkule-10 ring ved tilsætning af 4 ml af en 0,1%'s opløsning af flokkuleringsmiddel ("Separan AP-273", Dow Chemical Co.). Opslæmningen udstøbes derefter til et ark på 33 x 33 cm med en tykkelse på ca. 1,5—2 mm ved udhældning i en Deckle--standardpapirfremstillingsform og afvanding. Det fremkom-15 ne ark foldes derefter til 4 lag, afskæres til dimensioner på 15,2 x 15,2 cm og presses i en form i 30 minutter ved , 2 117 kg/m... Den fremkomne cementprøve fjernes derefter fra formen og hærdes i 28 dage nedsænket i mættet kalkvand. Cementprøven skæres i strimler med en bredde på 2,54 cm med 20 en diamantsav. Strimlerne nedsænkes igen i kalkvand og afprøves i våd tilstand ved 3-punkts bøjning til bestemmelse af bøjesejheden.

Eksempel 1 25 Gement-kompositmaterialer fremstilles ved anven delse af 12 g åbnet netværksfilamentformig pulp fremstillet ved de ovenfor beskrevne generelle procedurer og 200 g cement ifølge den ovenfor anførte procedure, og bøjesejheden måles og sammenlignes med kontroller, der er fremstillet 30 og målt på identisk måde, men hvori der er anvendt Hercules,

Inc. "Pulpex ED"-polyethylenpulp. Kontrol-cement-kompositma- 2 terialet med "Pulpex ED" har en bøjesejhed på 0,07 kj/m.„ i sammenligning med cement-kompositmaterialet ifølge opfindel- 2 sen, der udviser en bøjesejhed på 1,67 kj/m . Dobbeltbryd-35 ningen af "Pulpex ED" måles og viser sig at være 0,020, medens dobbeltbrydningen af den netværksfilamentformige pulp 7

O

er 0,032.

Eksempel 2

Cement-kompositmaterialer fremstilles ved anvendelse 5 af 8 g åbnet netværksfilamentformig pulp som i eksempel 1, 4 g polyvinylalkoholfibre (Kuraray Corp. "Kuralon 5501") opskåret til 6 mm stabelfibre og 200 g cement ved anvendelse af den ovenfor anførte procedure. Prøverne afprøves som oven- 2 for beskrevet og har en bøjesejhed på 3,69 kj/m .

10

Eksempel 3

Cement-kompositmaterialer fremstilles ved anvendelse af 4 g åbnet netværksfilamentformig pulp som i eksempel 1, 8 g cellulose (åbnet avispapirpulp) og 200 g cement ved anven- 15 delse af proceduren ifølge eksempel 1. Prøver afprøvet som o ovenfor beskrevet giver bøjesejhedsværdier på 0,22 kJ/m .

20 25 1 35

Claims (6)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af et cementma-triks-kompositmateriale, der i det mindste delvis er forstærket med polyethylenpulp, kendetegnet ved, 5 dannelse af en vandig opslæmning af portlandcement og en pulp af orienterede polyethylenfibrider med en dobbeltbrydning på mindst ca. 0,030 og fremstillet ud fra en netværksfilamentf ormig struktur, afsætning af opslæmningen på en porøs overflade, afvanding af opslæmningen og hærdning af kompo-10 sitmaterialet.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fibriderne udgør fra 0,1 til 10 vægtprocent af kompositmaterialet.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg-15 net ved, at fibriderne udgør fra 2-8 vægtprocent af kompos itmaterialet .

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der tilsættes ca. 0,1-10 vægtprocent stabelfibre .

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, at der tilsættes ca. 1-10 vægtprocent cellulosepulp.

6. Cementmatriks-kompositmateriale, kendetegnet ved, at det er fremstillet ved fremgangsmåden 25 ifølge krav 1. 1 35