FR2506292A1 - Reinforced cement prods. - contg. polyacrylonitrile fibre reinforcement - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne des produits contenant des fibres fabriqués avec des liants hydrauliques, caractérisés en ce qu'ils font appel à des fibres de polymères de l'acrylonitrile, dans lesquels la concentration molaire des motifs acrylonitrile est de 98 à 100 %, comme fibres de renfort ex ou comme charges. The present invention relates to products containing fibers made with hydraulic binders, characterized in that they use fibers of acrylonitrile polymers, in which the molar concentration of acrylonitrile units is from 98 to 100%, as fibers reinforcement ex or as charges.
Elle concerne en outre un procédé de fabrication de ces produits, tel que défini dans la revendication 9. It further relates to a process for manufacturing these products, as defined in claim 9.
Parmi les matériaux de construction usuels, les produits en ciment renforcé de fibres, telles que l'amiante, sont déjà connus depuis plusieurs dizaines d'années. Dans l'industrie de l'amiante-ciment, les procédés de fabrication d'éléments de construction par enroulement suivant la technique décrite dans le brevet autrichien 5.970 déposé au nom de L. Hatschek, restent aujourd'hui les plus répandus. La technologie de ce procédé de fabrication est décrite par exemple èn détails dans le livre de Harald Klos, "Asbestzement1,, Springer éditeur, 1967. Among the usual building materials, fiber-reinforced cement products, such as asbestos, have already been known for several decades. In the asbestos-cement industry, the methods of manufacturing building elements by winding according to the technique described in the Austrian patent 5,970 filed in the name of L. Hatschek, remain the most widespread today. The technology of this manufacturing process is described, for example, in detail in Harald Klos' book, "Asbestzement1 ,, Springer éditeur, 1967.
Ces procédés connus pour la fabrication par exemple de tuyaux et de plaques d'amiante-ciment se basent sur l'utilisation de machines à tamis cylindriques. Dans ces procédés, une suspension diluée d'amiante-ciment est envoyée sous la forme d'une pellicule sur un feutre par l'intermédiaire d'un bac de machine et d'un tamis cylindrique puis est enroulée sur un cylindre de format ou sur un mandrin pour les tuyaux jusqu a ce que l'épaisseur désirde soit atteinte, Pour la fabrication des plaques ondulées, la couche d'amiante-ciment est séparée du cylindre de format après coupe suivant une génératrice lorsque ltépaisseur désirée est atteinte, ondulée, puis mise à durez entre des plaques intercalaires ondulées huilées. These known processes for the manufacture, for example of pipes and asbestos-cement plates, are based on the use of cylindrical screen machines. In these methods, a diluted suspension of asbestos cement is sent in the form of a film on a felt via a machine tray and a cylindrical sieve and is then wound on a format cylinder or on a mandrel for the pipes until the desired thickness is reached hardening between oiled corrugated interlayers.
Au cours des dernières années, il s'est avéré que l'amiante qui avait donné de bons resultats, ne serait plus disponible en quantités illimitées et devait être compté au nombre des substances naturelles dont on pouvait prdvoir que les réserves s'épuiseraient le plus rapidement. Les gisements d'amiante exploitables sont en outre répartis sur un petit nombre de pays, ce qui peut conduire par ailleurs à une dépendance peu souhaitable, laquelle se manifeste aujourd'hui dé3à par des prix croissants. In recent years, it has turned out that asbestos, which had worked well, would no longer be available in unlimited quantities and should be counted among the natural substances which could be predicted to run out the most. quickly. The exploitable asbestos deposits are also distributed over a small number of countries, which can also lead to undesirable dependence, which is manifested today by increasing prices.
On désire donc utiliser de nouvelles fibres ayant des qualités de renfort et permettant la faisabilité par l'intermédiaire des machines de transformation ou des machines de fabrication traditionnelles à l'industrie de l'amiante-ciment afin d'obtenir des produits présentant les caractéristiques mécaniques souhaitées. We therefore wish to use new fibers having reinforcing qualities and allowing feasibility via processing machines or traditional manufacturing machines for the asbestos-cement industry in order to obtain products having the mechanical characteristics. desired.
Pour simplifier, on se référera dans la présente description au ciment en tant que liant préféré. Mais on peut utiliser à la place du ciment tous les autres liants qui font prise hydrauliquement. Comme liants durcissant par hydratation, on citera d'une façon non exhaustive, le ciment
Portland, le ciment fondu alumineux, le ciment de laitier, le ciment au trass, le ciment de haut-fourneau, le platre, les silicates de calcium formés par traitement en autoclave ainsi que les combinaison des divers liants.For simplicity, reference will be made in the present description to cement as a preferred binder. But we can use in place of cement all the other binders that set hydraulically. As binders hardening by hydration, non-exhaustive mention will be made of cement
Portland, molten aluminous cement, slag cement, trass cement, blast furnace cement, plaster, calcium silicates formed by autoclave treatment as well as combinations of the various binders.
Par ailleurs, il est fréquent d'ajouter aux liants des charges et additifs les plus divers, susceptibles d'influer favorablement, par exemple sur la structure poreuse d'un ciment durci, ou améliorant le comportement à ltégouttage des suspensions sur les machines filtrantes. Comme additifs, on peut envisager notamment des matières telles que les cendres volantes, le kieselgur, la farine de quartz, la poudre de grès, les kaolins, les laitiers de haut-fourneau, les pouzzolanes, etc... In addition, it is frequent to add to the binders the most diverse fillers and additives, capable of influencing favorably, for example on the porous structure of a hardened cement, or improving the behavior in ltripage of suspensions on filtering machines. As additives, it is possible in particular to consider materials such as fly ash, kieselgur, quartz flour, sandstone powder, kaolins, blast furnace slag, pozzolans, etc.
On trouve déjà dans la littérature d'innombrables publications sur l'utilisation de diverses fibres naturelles, synthétiques, organiques et minérales. Pour le renforcement du ciment, on a déjà étudié entre autres les fibres de laine, de coton, de soie, de polyamide, de polyester, de polyacrylonitrile, de polypropylène et d'alcool polyvinylique. On connait de mIPe des travaux sur les fibres de verre, d'acier, d'aramide et de carbone. Jusqu'$ présent, aucune de ces fibres n'a donné de bons résultats dans l'optique du renfort d'une matrice cimenteuse. There are already countless publications in the literature on the use of various natural, synthetic, organic and mineral fibers. For cement reinforcement, wool, cotton, silk, polyamide, polyester, polyacrylonitrile, polypropylene and polyvinyl alcohol fibers have already been studied. We know of mIPe works on glass fibers, steel, aramid and carbon. So far, none of these fibers has given good results in terms of reinforcing a cement matrix.
Les exigences imposées aux fibres destinées au renforcement du ciment et d'autres liants faisant prise hydraulique sont extrêmement sévères. The requirements for fibers used to reinforce cement and other binders that are hydraulically setting are extremely stringent.
Sur le plan des caractéristiques chimiques, la résistance aux alcalis dans les solutions d'hydroxyde de calcium saturees chaudes constitue une condition absolue. La constitution chimique d'une fibre appropriée doit donc présenter une concentration aussi élevée que possible en groupes fonctionnels polaires, pour que l'on puisse obtenir une affinité suffisante pour le ciment. In terms of chemical characteristics, resistance to alkalis in hot saturated calcium hydroxide solutions is an absolute condition. The chemical constitution of a suitable fiber must therefore have as high a concentration as possible in polar functional groups, so that a sufficient affinity for the cement can be obtained.
Sur le plan des caractéristiques physiques, les fibres doivent etre en accord avec celles des liants hydrauliques. Dans le cas du ciment, il est connu que cette matière présente une certaine fragilité et peut se rompre pour un allongement d'environ 0,3 % seulement. On en déduit donc que dans le ciment, les fibres de renfort qui présentent la meilleure action de renforcement sont celles qui opposent, pour un allongement minimal, les forces les plus élevées. Il faut cependant prendre garde ici que certaines fibres peuvent voir leurs propriétés se modifier lorsqu'elles sont utilisées dans une suspension aqueuse de ciment, sans que lton puisse prévoir dans quelle mesure une telle modification se produira.Il s'en suit qu'une fibre ayant de bonnes propriétés intrinséques peut cependant ne pas exercer dans le ciment l'action espérée, car les propriétés de renfort se modifient pendant les processus d'hydratation du ciment. In terms of physical characteristics, the fibers must agree with those of hydraulic binders. In the case of cement, it is known that this material has a certain brittleness and can break for an elongation of only about 0.3%. It is therefore deduced therefrom that in cement, the reinforcing fibers which exhibit the best reinforcing action are those which oppose, for minimum elongation, the highest forces. However, it should be noted here that some fibers may change their properties when used in an aqueous suspension of cement, without anyone being able to predict to what extent such a change will occur. However, having good intrinsic properties may not exert the expected action in the cement, since the reinforcing properties change during the hydration processes of the cement.
En plus des propriétés physiques ci-dessus, il est également, important que les fibres hors de leur transformation en produits fibres-ciment par le procédé d'égouttage se dispersent bien dans une suspension aqueuse diluée de ciment, et restent régulièrement réparties même en cas d'ajout d'autres additifs. On a obteml de bons résultats avec des fibres ou mélanges de fibres dans des domaines de longueurs allant jusqu'à 30 arn, étant entendu que l'on peut utiliser des tronçons de fibres de longueurs uniformes, par exemple en longueurs de3 à 24 mm,ou dans des longueurs mélangées. In addition to the above physical properties, it is also important that the fibers out of their transformation into fiber cement products by the draining process disperse well in a dilute aqueous suspension of cement, and remain evenly distributed even in the event of adding other additives. Good results have been obtained with fibers or mixtures of fibers in ranges of lengths up to 30 nm, it being understood that sections of fibers of uniform lengths can be used, for example in lengths from 3 to 24 mm, or in mixed lengths.
Dans des cas déterminés, il s'est révélé avantageux de faire subir préalablement aux fibres un broyage ayant un effet de coupe et/ou de fibrillation.In certain cases, it has proved advantageous to subject the fibers to prior grinding having a cutting and / or fibrillation effect.
Comme matière fibreuse, on peut envisager des fibres ayant un titre de 0,1 à 15 dtex, en particulier de 0,5 à 15 dtex. As fibrous material, fibers having a titer of 0.1 to 15 dtex, in particular 0.5 to 15 dtex, can be considered.
Si l'on étudie à présent les fibres existant sur le marché en fonction des propriétés mentionnées ci-dessus, on peut exclure tous les types textiles connus, tels que les fibres de polyester, polyacrylonitrile, polyamide, viscose, coton et laine, car leur comportement mécanique diffè- re trop de celui des liants hydrauliques. If we now study the fibers existing on the market according to the properties mentioned above, we can exclude all known textile types, such as polyester, polyacrylonitrile, polyamide, viscose, cotton and wool fibers, because their mechanical behavior is too different from that of hydraulic binders.
Des fibres organiques à haute ténacité à base de polyester, d'alcool polyvinylique ou de rayonne, telles que celles utilisées par exemple dans l'industrie des pneumatiques, sont il est vrai supérieures pas leurs propriétés mécaniques aux types connus de fibres textiles. Ces propriétés favorables sont cependant fortement abaissées dans les conditions opératoires (solution alcaline) de la fabrication du ciment renforcé de fibres. High tenacity organic fibers based on polyester, polyvinyl alcohol or rayon, such as those used for example in the tire industry, it is true that their mechanical properties are superior to the known types of textile fibers. These favorable properties are however greatly reduced under the operating conditions (alkaline solution) of the manufacture of fiber-reinforced cement.
D'autres fibres à hautes performances connues dans la technique, telles que les fibres de verre, les fibres de carbone et les fibres d'aramide sont soit attaquées elles aussi par des alcalis, soit peu économiques, et leur affinité pour la matrice de ciment laisse en outre à désirer. Elles ne seront donc pas utilisées préférentiellement en tant que renforcement de matrice cimenteuse.Other high performance fibers known in the art, such as glass fibers, carbon fibers and aramid fibers are either attacked by alkalies or are not very economical, and their affinity for the cement matrix moreover leaves something to be desired. They will therefore not preferably be used as reinforcement of the cement matrix.
Le but de l'invention est donc l'emploi à une matière fibreuse opposant déjà pour un faible allongement une force de résistance aussi élevée que possible, qui soit aussi peu modifiée que possible par une suspension de ciment et qui communique une résistance mécanique accrue au composite ciment-fibre après le durcissement. The object of the invention is therefore the use of a fibrous material already opposing for a low elongation a resistance force as high as possible, which is as little modified as possible by a suspension of cement and which communicates an increased mechanical resistance to cement-fiber composite after hardening.
Les fibres de polyacrylonitrile sont connues pour figurer parmi les fibres possèdant des groupes fonctionnels polaires les plus répandus. Polyacrylonitrile fibers are known to be among the fibers with the most common polar functional groups.
T
Ces fibres sont produites en grandes quantités et sont utilisées principalement dans le secteur de l'habillement. Cependant, on n'a pu obtenir avec aucun des types de fibres de polyacrylonitrile existant sur le marché une action de renforcement suffisante pour les liants hydrauliques. La cause peut en etre cherchée dans la résistance relativement faible et l'allongement à la rupture élevé de ces fibres. Toutes les fibres de polyacrylonitrile du commerce contiennent, pour améliorer leur aptitude à la teinture, leur souplesse et pour faciliter le processus de filature, 4 à 15 % d'un ou plusieurs comonomères tels que l'acétate de vinyle, l'acrylate de méthyle, le méthacrylate de méthyle et des dérivés vinyliques contenant des groupes carboxy, sulfo ou pyridine.Il est possible il est vrai d'améliorer dans une certaine mesure les propriétés mécaniques de ces fibres, c'est-à-dire de réduire leur allongement à la rupture et d'augmenter leur résistance grâce à l'optimisation des processus d'étirage des fibres après l'opération de formation des filaments derrière la buse de filature. Cette technique est d'ailleurs bien connue des fabricants de fibres. Toutefois, les propriétés intrinsèques des matières fibreuses imposent des limites pratiques à cette optimisation. Si l'on renforce donc une matrice de ciment avecde telles fibres optimisées on observe une certaine amélioration de l'effet de renforcement vis-à-vis d'une matrice de ciment par rapport aux fibres acryliques classiques mentionnées, mais cette amélioration ne s 'avère pas encore satisfaisante.T
These fibers are produced in large quantities and are used mainly in the clothing sector. However, it has not been possible to obtain, with any of the types of polyacrylonitrile fibers existing on the market, a sufficient reinforcement action for hydraulic binders. The cause can be sought in the relatively low resistance and high elongation at break of these fibers. All the commercial polyacrylonitrile fibers contain, to improve their dyeability, their flexibility and to facilitate the spinning process, 4 to 15% of one or more comonomers such as vinyl acetate, methyl acrylate , methyl methacrylate and vinyl derivatives containing carboxy, sulfo or pyridine groups. It is true it is possible to improve to some extent the mechanical properties of these fibers, that is to say to reduce their elongation to breakage and increase their resistance by optimizing the fiber drawing processes after the filament formation operation behind the spinning nozzle. This technique is also well known to fiber manufacturers. However, the intrinsic properties of fibrous materials impose practical limits on this optimization. If a cement matrix is therefore reinforced with such optimized fibers, there is a certain improvement in the reinforcing effect with respect to a cement matrix compared to the conventional acrylic fibers mentioned, but this improvement is not not yet satisfactory.
Il a été constaté dans la présente invention que l'on pouvait atteindre les buts poursuivis en faisant appel à des fibres de polyacrylon.itriles fabriquées à partir d'un polymère ayant une concentration molaire en motif acrylonitrile d'au moins 98 %, et une viscosité relative, mesurée en solution à 0,5 % dans du diméthylformamide, d'au moins 2,60. Ces fibres sont supérieures, en cas d'emploi dans le ciment, aux autres fibres de polyacrylonitrile à haute ténacité présentant la composition classique précédemment décrite, en ce qu'elles conservent leurs propriétés initiales dans la suspension aqueuse alcaline de ciment. It has been found in the present invention that the aims pursued can be achieved by using polyacrylonitrile fibers made from a polymer having a molar concentration of acrylonitrile unit of at least 98%, and a relative viscosity, measured in 0.5% solution in dimethylformamide, of at least 2.60. These fibers are superior, when used in cement, to other high-tenacity polyacrylonitrile fibers having the conventional composition described above, in that they retain their initial properties in the alkaline aqueous suspension of cement.
L'invention concerne donc des produits solides contenant des fibres et des liants hydrauliques, qui sont caractérisés en ce qu'ils contiennent comme fibres de renfort et/ou comme charges des fibres de polymères de l'acrylonitrile dans lesquels la concentration molaire des motifs acrylonitriles est de 98 à 100 %. The invention therefore relates to solid products containing fibers and hydraulic binders, which are characterized in that they contain, as reinforcing fibers and / or as fillers, fibers of acrylonitrile polymers in which the molar concentration of acrylonitrile units is 98 to 100%.
Les fibres utilisées sont avantageusement prétraitées par le procédé conforme à la demande de brevet suisse nO 1297/79-0 (brevet français 80/02733), lequel procédé est cité comme faisant partie dans son intégralité de la présente description. The fibers used are advantageously pretreated by the process in accordance with Swiss patent application no. 1297 / 79-0 (French patent 80/02733), which process is cited as forming part of the present description in its entirety.
Les fibres utilisées conformément à l'invention et qui peuvent le cas échéant etre mises en oeuvre avec d'autres fibres, sont ajoutées avantageusement comme renfort dans une quantité telle que la proportion totale des fibres dans le produit durci soit de 0,1 à 30 % en poids, de préférence de 1 à 12 % en poids et en particulier de 1 à 8 % en poids. Elle présentent des longueurs allant jusqu'à 30 mm mais des tronçons de fibres peuvent tre retenus dans des longueurs mélangées. Dans des cas déterminés, il s'est révélé avantageux de prétraiter les fibres par un broyage ayant effet de coupe et/ou de fibrillation. The fibers used in accordance with the invention and which can if necessary be used with other fibers, are advantageously added as reinforcement in an amount such that the total proportion of the fibers in the cured product is from 0.1 to 30 % by weight, preferably from 1 to 12% by weight and in particular from 1 to 8% by weight. They have lengths up to 30 mm, but sections of fibers can be used in mixed lengths. In specific cases, it has proved advantageous to pretreat the fibers by grinding having a cutting and / or fibrillation effect.
Comme matière fibreuse, on peut envisager des fibres ayant un titre de 0,1 à 15 dtex, en particulier de 0,5 à 15 dtex. As fibrous material, fibers having a titer of 0.1 to 15 dtex, in particular 0.5 to 15 dtex, can be considered.
La transformation de ces fibres en produits conformes à l'invention s'effectue d'une manière connue, par exemple sur machine Hatschek comme indiqué ci-dessus, après mélange des liants avec de l'eau et les adjuvants et additifs habituels, tels que définis dans la revendication 9. The transformation of these fibers into products in accordance with the invention is carried out in a known manner, for example on a Hatschek machine as indicated above, after mixing the binders with water and the usual adjuvants and additives, such as defined in claim 9.
La fabrication des fibres conformes à l'invention n'entre pas dans le cadre de la présente demande de brevet. Elle s'effectue par exemple par un procédé connu de filature à sec, ou de préférence au mouillé. Ces fibres à haute ténacité présentant de faibles allongements de rupture peuvent par exemple se préparer comme suit
On dissout 1700 g d'un polymère constitué de 99,5 % d'acrylonitrile et de 0,5 % d'acrylate de méthyle ayant une viscosité relative (mesurée en solution à 0, 5 % dans le diméthylformamide (DMF)) de 2,85 dans 8300 g de
DMF, pour former une solution de filature homogène.Après filtration on fait passer cette solution sous pression, à 16,2 ml/min., à travers une filière à 100 trous (diamètre des trous 0,06 mm) dans un bain de précipi tation constituté de 50 % de DMF et 50 % d'eau, à 500 C.The manufacture of fibers according to the invention does not fall within the scope of this patent application. It is carried out for example by a known method of dry spinning, or preferably in the wet. These high tenacity fibers having low elongation at break can for example be prepared as follows
1,700 g of a polymer consisting of 99.5% of acrylonitrile and 0.5% of methyl acrylate having a relative viscosity (measured in 0.5% solution in dimethylformamide (DMF)) of 2 are dissolved. , 85 in 8300 g of
DMF, to form a homogeneous spinning solution. After filtration, this solution is passed under pressure, at 16.2 ml / min., Through a 100-hole die (hole diameter 0.06 mm) in a precipitate bath. tation consisting of 50% DMF and 50% water, at 500 C.
On tire les filaments obtenus, après une longueur d'immersion de 50 cm, à une vitesse de 5,5 m/min. On les étire dans deux bains d'étirage successifs, constitués de 60 % de DMF et de 40 % d'eau, à une température de 99 C à 29,3 m/min, on les lave et on les avive à l'eau dans d'autres bains, puis on les sèche sur deux rouleaux chauffants à des températures de surface de 140 ou 1850C, en admettant un retrait de 0,7 m/min. La durée de séjour sur le premier rouleau à 140 C, est choisie de telle sorte que le filament soit brillant à sa sortie du rouleau, donc ne présente plus de vacuoles.Le filament est tiré du second rouleau à 33,3 m/min-et étiré en passant par 4 plaques chauffées qui viennent en contact avec le fil alternativement par en haut et par en bas, à des températures de 145, 145, 165 et 1800 C, à 95 m/min, à l'aide d'un rouleau non chauffé, puis il est enroulé sur des bobines. Le rapport d'étirage total effectif est de 1 : 17,3 les propriétés mécaniques des filaments ainsi obtenus (type A) sont rassenblées dans le tableau I. The filaments obtained are drawn, after an immersion length of 50 cm, at a speed of 5.5 m / min. They are stretched in two successive stretching baths, consisting of 60% DMF and 40% water, at a temperature of 99 ° C. at 29.3 m / min, they are washed and brightened with water in other baths, then they are dried on two heating rollers at surface temperatures of 140 or 1850C, allowing a shrinkage of 0.7 m / min. The residence time on the first roller at 140 ° C. is chosen so that the filament is shiny when it comes out of the roller, therefore no longer has vacuoles. The filament is drawn from the second roller at 33.3 m / min- and stretched through 4 heated plates which come into contact with the wire alternately from above and from below, at temperatures of 145, 145, 165 and 1800 C, at 95 m / min, using a unheated roll, then it is wound on coils. The effective total stretching ratio is 1: 17.3 the mechanical properties of the filaments thus obtained (type A) are collated in Table I.
Des types de fibres particulièrement appropriés peuvent également être obtenus pas un traitement de fixage supplémentaire, par exemple avec des surfaces de contact chaudes, de l'air chaud, de l'eau chaude, de la vapeur d'eau, etc... après l'étirage par contact (type B). Particularly suitable types of fibers can also be obtained by an additional fixing treatment, for example with hot contact surfaces, hot air, hot water, steam, etc. after contact stretching (type B).
Pour les fibres du type B utilisées dans l'exemple d'éxécution ci-après, on a effectué le fixage sur deux rouleaux chauffés sans permettre le retrait . Les températures de surface des rouleaux étaient de 210 et 2300 C. For the fibers of type B used in the embodiment below, the fixing was carried out on two heated rollers without allowing removal. The surface temperatures of the rollers were 210 and 2300 C.
Les caractéristiques textiles et mécaniques de ces fibres figurent dans le tableau I. Grace au traitement de fixage, le retrait à l'ébullition a pu Etre abaissé de 9,5 % à 2,0 %.The textile and mechanical characteristics of these fibers are shown in Table I. Thanks to the fixing treatment, the shrinkage at the boil could be reduced from 9.5% to 2.0%.
Pour le procédé de filature décrit ci-dessus (variante A), on a également transformé en fibres un autre polymère utilisable conformément à l'invention, constitué de 99 % de motifs acrylonitrile et de 1 % de motifs acrylate de méthyle ayant une viscosité relative de 2,84 (type C), et à tritre de comparaison un polymère classique à 96 % de motifs acrylonitrile et 4 d de motifs acrylate de méthyle, ayant une viscosité relative de 2,78 (type D). A titre de comparaison , on a en outre étudié une fibre de polyacrylonitrile du commerce, destinée à des applications textiles (type E), présentant la composition suivante : 93,5 % de motifs acrylonitrile, 6 % de motifs acrylate de méthyle et 0,5 % de sulfonate de méthallyle. For the spinning process described above (variant A), another polymer which can be used in accordance with the invention has also been transformed into fibers, consisting of 99% of acrylonitrile units and 1% of methyl acrylate units having a relative viscosity. of 2.84 (type C), and on a comparison basis a conventional polymer with 96% of acrylonitrile units and 4 d of methyl acrylate units, having a relative viscosity of 2.78 (type D). By way of comparison, a commercial polyacrylonitrile fiber was also studied, intended for textile applications (type E), having the following composition: 93.5% of acrylonitrile units, 6% of methyl acrylate units and 0, 5% methallyl sulfonate.
Les propriété mécaniques des fibres obtenues sont rassemblées dans le tableau I. The mechanical properties of the fibers obtained are collated in Table I.
TABLEAU I Propriétesmécaniques de fibres de polyacrylonitrile à haute ténacité contenant diverses concentrations molaires d'acrylonitrile (mesurées sur des fibres isolées)
TYPE A TYPE B TYPE C TYPE D TYPE E
TITRE (Dtex) 2,9 2,9 2,9 2,9 2,9
RESISTANCE CN/tex 83 74 82 85 35
ALLONGEMENT A LA 8,0 10,0 8,1 7,9 20
RUPTURE %
Dans les exemples et essais comparatifs ci-après et réalisés suivant des conditions analogues, on a fait ressortir l'aptitude de ces cinq types de fibres au renforcement du ciment.TABLE I Mechanical properties of high tenacity polyacrylonitrile fibers containing various molar concentrations of acrylonitrile (measured on isolated fibers)
TYPE A TYPE B TYPE C TYPE D TYPE E
TITLE (Dtex) 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9
RESISTANCE CN / tex 83 74 82 85 35
ELONGATION AT 8.0 10.0 8.1 7.9 20
BREAK%
In the examples and comparative tests below and carried out under analogous conditions, the ability of these five types of fibers to reinforce the cement was brought out.
Préparation des mélanges pour mise en oeuvre sur une machine Iiatschek
Pilote - Mélange 1 (mélange témoin).Preparation of mixtures for use on a Iiatschek machine
Pilot - Mixture 1 (control mixture).
Dans un broyeur à meules, on broye pendant 30 minutes 153 kg d'amiante (NO 4 / NO 5 = 1 / 3) avec 62 1 d'eau. On introduit ensuite l'amiante ouvert dans un mélangeurvertieal rapide dans lequel se trouvent 1,5 m3 d'eau. Après avoir agité pendant 10 minutes, on pompe le mélange dans un mélangeur horizontal et on y ajoute 1 tonne de ciment ayant une surface spécifique de 3000 à 4000 em2/g. On envoie ensuite cette suspension d'amiante-ciment, en yue de sa mise en oeuvre ultérieure, dans un cuvier d'une machine Hatschek pilote. In a mill with wheels, one crushes during 30 minutes 153 kg of asbestos (NO 4 / NO 5 = 1/3) with 62 1 of water. The open asbestos is then introduced into a rapid vertical mixer in which there are 1.5 m3 of water. After having stirred for 10 minutes, the mixture is pumped in a horizontal mixer and 1 ton of cement with a specific surface of 3000 to 4000 square meters / g is added thereto. This suspension of asbestos-cement is then sent, yue of its subsequent implementation, to a vat of a pilot Hatschek machine.
Mélanges 2 à 4 suivant l'invention et autres mélanges comparatifs 5 à 7
Dans un solvopulper, on réduit à l'état de pâte 80 kg de vieux papiers (sans papier glacé) et 15 kg de sulfate d'aluminium dans 1 m3 d'eau pendant 10 minutes. On dilue cette suspension de fibres à 2,5 m3 et on ajoute 20 kg des échantillons de fibres de polyacrylonitrile à tester, en tronçons de 6 mm, après quoi on continue à malaxer pendant 5 minutes. Puis on ajoute 45 kg d'hydroxyde de calcium en poudre et on continue à agiter pendant 12 minutes. Après transvasement dans un mélangeur à ciment, on y incorpore 1000 kg d'un ciment ayant une surface spécifique d'environ 3000 à 4000 cm2/g, pendant 15 minutes.Mixtures 2 to 4 according to the invention and other comparative mixtures 5 to 7
In a solvopulper, 80 kg of old paper (without glossy paper) and 15 kg of aluminum sulphate in 1 m3 of water are reduced to the pulp state for 10 minutes. This fiber suspension is diluted to 2.5 m3 and 20 kg of the polyacrylonitrile fiber samples to be tested are added, in 6 mm sections, after which mixing is continued for 5 minutes. Then 45 kg of powdered calcium hydroxide are added and stirring is continued for 12 minutes. After transfer to a cement mixer, 1000 kg of a cement having a specific surface of approximately 3000 to 4000 cm 2 / g are incorporated therein, for 15 minutes.
Pour améliorer la rétention du ciment, on introduit encore dans la suspension fibres-ciment 80 g d'un polyacrylamide ("Séparan NP - 10",
Dow Chemical Corp.) sous la forme d'une solution aqueuse à 0,2 %. Le mélange obtenue est envoyé dans le cuvier d'une machine Hatschek pilote.To improve the retention of the cement, 80 g of a polyacrylamide ("Separan NP - 10",
Dow Chemical Corp.) as a 0.2% aqueous solution. The mixture obtained is sent to the vat of a pilot Hatschek machine.
Le mélange 7 a été préparé sans fibres de polyacrylonitrile, à partir de vieux papiers et de ciment seulement. Mix 7 was prepared without polyacrylonitrile fibers, from waste paper and cement only.
Préparation des plaques d'essais.Preparation of test plates.
Avec les mélanges 1 à 7 ci-dessus, on prépare sur une machine
Hatschek pilote avec 7 tours de cylindre de format, des plaques de 6 mm d'épaisseur que l'on presse entre des tôles huilées pendant 45 minutes dans une presse à empilement, sous une pression spécifique de 250 KPa, jusqu'à atteindre une épaisseur de 4,8 mm. Les plaques sont essayées au bout d'un temps de maturation de 28 jours, après avoir été plongées dans l'eau pendant 3 .jours. Les résultats d'essai sont rassemblés dans le tableau II. With mixtures 1 to 7 above, we prepare on a machine
Hatschek pilot with 7 format cylinder turns, 6 mm thick plates which are pressed between oiled sheets for 45 minutes in a stacking press, under a specific pressure of 250 KPa, until reaching a thickness 4.8 mm. The plates are tested after a maturation time of 28 days, after having been immersed in water for 3 days. The test results are collated in Table II.
TABLEAU II
Résultats d'essai de plaquettes en ciment renforcé par des fibres de polyacryloni tri le
RESISTANCE A RESISTANCE DENSITE
No DE MELANGE LA FLEXION AU CHOC DES PLAQUES
SPECIALE
N/mm2 N/mm/mm2 g/cm 3
1) Amiante (mélange
témoin) 29 ,2 1,8 1,76
2) Fibres de PAN type A
à 99,5 % de motifs
acrylonitrile 26,3 2,7 1,76
3) Fibres de PAN type A
(appelée type B) à
99,5 % motifs acrylo
nitrile, fixes 26,2 2,7 1,77
4) Fibres de PAN, type C
a 99,0 % de motifs
acrylonitrile 25,9 2,6 1,74
5) Fibres de PAN, type D
(mélange comparatif)
à 96,0 % de motifs
acrylonitrile 21,8 2,7 1,76
6) Fibres de PAN, type E
(mélange comparatif) à
93,5 % de motifs
acrylonitrile 20,2 2,6 1,75
7) Mélange celluloseciment
sans fibres PAN (mélange
comparatif) 18,5 2,2 1,74
Les résistances à la flexion des plaquettes de ciment renforcées de fibres montrent ce fait surprenant que l'orsquton ùtilise des fibres de
PAN ayant des % en motifs acrylonitrile proches ou > à 99 % on peut obtenir une contribution importante au renforcement d'une matrice de ciment. Les seules valeurs initiales des propriétés mécaniques ne permettent pas d'interpréter l'importance de ce renforcement car on constate qu'entre les fibres du Type A B C d'une part et les fibres du Type D d'autre part les propriétés mécaniques ne présentent pas d'écart notable.TABLE II
Test results of cementitious plates reinforced with polyacrylon fibers sorted
RESISTANCE TO RESISTANCE DENSITY
MIXING NO BENDING ON PLATE SHOCK
SPECIAL
N / mm2 N / mm / mm2 g / cm 3
1) Asbestos (mixture
witness) 29, 2 1.8 1.76
2) PAN type A fibers
99.5% of patterns
acrylonitrile 26.3 2.7 1.76
3) PAN type A fibers
(called type B) to
99.5% acrylo patterns
nitrile, fixed 26.2 2.7 1.77
4) PAN fibers, type C
99.0% of patterns
acrylonitrile 25.9 2.6 1.74
5) PAN fibers, type D
(comparative mixture)
96.0% of patterns
acrylonitrile 21.8 2.7 1.76
6) PAN fibers, type E
(comparative mix) to
93.5% of patterns
acrylonitrile 20.2 2.6 1.75
7) Cellulose cement mixture
without PAN fibers (mixture
18.5 2.2 1.74
The flexural strengths of the fiber-reinforced cement slabs show this surprising fact that when using
PAN having% in acrylonitrile units close to or> 99% can make an important contribution to the strengthening of a cement matrix. The only initial values of the mechanical properties do not make it possible to interpret the importance of this reinforcement because it is found that between the fibers of Type ABC on the one hand and the fibers of Type D on the other hand the mechanical properties do not exhibit significant deviation.
La résistance au choc spécifique n'est pas influencée par la nature des fibres de polyacrylonitrile utilisees. La résistance au choc spécifique des plaquettes d'amiante-ciment est nettement surpassée par celles des plaquettes de fibres-ciment. Pour l'utilisation pratique, outre la résistance au choc, la résistance flexion présente une importance décisive. Comme le montre le tableau ci-dessus, les fibres utilisables conformément à l'invention donnent des valeurs beaucoup plus élevées que les fibres comparatives des types D et E.The specific impact resistance is not influenced by the nature of the polyacrylonitrile fibers used. The specific impact resistance of asbestos-cement wafers is clearly surpassed by that of fiber-cement wafers. For practical use, in addition to impact resistance, bending resistance is of decisive importance. As shown in the table above, the fibers usable according to the invention give much higher values than the comparative fibers of types D and E.
Dans d'autres exemples d'essai, on montrera comment se comportent les fibres utilisées conformes à l'invention dans diverses longueurs de coupe et associées à des charges usuelles. Les essais ont été effectués comme il a déjà été décrit dans le cas des exemples 2 à 7, les charges supplémentaires étant ajoutées dans le mélangeur à ciment après introduction du ciment.Les fibres utilisées conformément à l'invention ont été mises en oeuvre comme suit
MELANGE 8
Ciment Portland 81,5 %
Poussière siliçeuse de filtration (teneur en 5102 = 98,8 %, taille moyenne de particules = 0,5 u 12,0 %
Fibres de cellulose (45 SR) 4,0 %
Fibres de PAN, type B : 2,5 %
Ces fibres ont été coupées au préalable à 18 mm, puis soumises à un broyage supplémentaire dans un broyeur à couteaux ("Condux" type CS 500/ 600 - 4).On a obtenu la répartition des longueurs de fibres
4,7 mm 10,2 %
1,17 mm 19,6 %
0,42 mm 33,2 %
0,15 mm 26,9 %
0,075 mm 9,7 %
< 0,075 mm 0,4 %
MELANGE 9
Ciment Portland 82 %
Laitier de haut-fourneau 8%
Laine de roche 4%
Fibres de PAN/mélange de cellulose 6 %
Pour obtenir le prémélange de fibres de PAN et de cellulose, on broie préalablement 3 parties de fibres de PAN, fabriquées suivant une variante de A, ayant une teneur en motifs acrylonitrile de 98 moles %, coupées à une longueur de coupe de 8 mm, avec 2 parties de cellulose au sulfate, dans un broyeur à boulets, de façon à réaliser une fibrillation. On ajoute ce prémélange à raison de 6 % dans la suspension aqueuse définie ci-dessus.In other test examples, it will be shown how the fibers used according to the invention behave in various cutting lengths and associated with usual loads. The tests were carried out as already described in the case of Examples 2 to 7, the additional fillers being added to the cement mixer after introduction of the cement. The fibers used in accordance with the invention were used as follows
MIX 8
Portland cement 81.5%
Filtrating silencer dust (5102 content = 98.8%, average particle size = 0.5 u 12.0%
Cellulose fibers (45 SR) 4.0%
PAN fibers, type B: 2.5%
These fibers were cut beforehand to 18 mm, then subjected to additional grinding in a knife mill ("Condux" type CS 500/600 - 4) .We obtained the distribution of the lengths of fibers
4.7 mm 10.2%
1.17 mm 19.6%
0.42 mm 33.2%
0.15 mm 26.9%
0.075 mm 9.7%
<0.075 mm 0.4%
MIX 9
Portland cement 82%
Blast furnace slag 8%
Rock wool 4%
PAN fibers / 6% cellulose blend
To obtain the premix of PAN fibers and of cellulose, 3 parts of PAN fibers, produced according to a variant of A, having a content of acrylonitrile motif content of 98 mol%, cut to a cutting length of 8 mm, are previously ground, with 2 parts of cellulose with sulphate, in a ball mill, so as to carry out a fibrillation. This premix is added at a rate of 6% in the aqueous suspension defined above.
On transforme en plaques d'essai les deux mélanges 8 et 9 comme il a été décrit précédemment, sur une machine Hatschek pilote, et on les essaye après un durcissement de 28 jours. Les résultats sont rassemblés dans le tableau III. The two mixtures 8 and 9, as described above, are transformed into test plates on a pilot Hatschek machine, and tested after curing for 28 days. The results are collated in Table III.
TABLEAU III
Résultats d'essai de plaquettes préparées à partir d'un ciment renforcé de fibres de polyacrylonitrile et contenant des charges.TABLE III
Test results of wafers prepared from a cement reinforced with polyacrylonitrile fibers and containing fillers.
RESISTANCE A RESISTANCE DENSITE
LA FLEXION AU CHOC DES
HELANGE NO SPECIALE PLAQUES
N/mm2 N/mm/mm2 g/cm3
8 26,4 2,3 1,76
9 26,6 2,4 1,85
Les résultats du tableau III montrent que les fibres utilisées conformément à l'invention, même préparées de manières différentes et associées à divers additifs donnent de bonnes valeurs de la résistance.RESISTANCE TO RESISTANCE DENSITY
BENDING IN SHOCK
HELANGE NO SPECIAL PLATES
N / mm2 N / mm / mm2 g / cm3
8 26.4 2.3 1.76
9 26.6 2.4 1.85
The results of Table III show that the fibers used in accordance with the invention, even prepared in different ways and combined with various additives, give good resistance values.
Le mélange 8 est particulièrement facile à mettre en oeuvre. Toutefois des densités plus élevées ont pu être obtenues avec le mélange 9. The mixture 8 is particularly easy to implement. However, higher densities have been obtained with mixture 9.
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8110116A FR2506292A1 (en) | 1981-05-21 | 1981-05-21 | Reinforced cement prods. - contg. polyacrylonitrile fibre reinforcement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8110116A FR2506292A1 (en) | 1981-05-21 | 1981-05-21 | Reinforced cement prods. - contg. polyacrylonitrile fibre reinforcement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2506292A1 true FR2506292A1 (en) | 1982-11-26 |
FR2506292B1 FR2506292B1 (en) | 1984-07-27 |
Family
ID=9258720
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR8110116A Granted FR2506292A1 (en) | 1981-05-21 | 1981-05-21 | Reinforced cement prods. - contg. polyacrylonitrile fibre reinforcement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2506292A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1981
- 1981-05-21 FR FR8110116A patent/FR2506292A1/en active Granted
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FR2506292B1 (en) | 1984-07-27 |
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