WO1997018174A1 - Hochfestes, faserhaltiges verbundmaterial und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

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WO1997018174A1
WO1997018174A1 PCT/AT1996/000223 AT9600223W WO9718174A1 WO 1997018174 A1 WO1997018174 A1 WO 1997018174A1 AT 9600223 W AT9600223 W AT 9600223W WO 9718174 A1 WO9718174 A1 WO 9718174A1
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organic
fibers
composite material
polymeric fiber
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PCT/AT1996/000223
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Hans Karl Weiss
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Fibre Cement Compound Developments Limited
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    • C04B16/04—Macromolecular compounds
    • C04B16/06—Macromolecular compounds fibrous
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    • C04B2111/0037—Materials containing oriented fillers or elements
    • C04B2111/00379—Materials containing oriented fillers or elements the oriented elements being fibres

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a high-strength, fiber-containing composite material with a binder matrix and a high-strength, fiber-containing composite material.
  • fiber-containing composite materials For the production of fiber-containing composite materials, it is known, for example, from the article "Fiber concrete and fiber spray concrete” by Roland Travnicek, “Zement und Beton”, Issue 1, 1986, to produce components from polymer fiber concrete by polymer staple fibers during the mixing of the concrete with water be added.
  • the fibers can be mixed in either in a mixing system or by blowing the fibers in a truck mixer.
  • Another possibility is the production in the dry or wet spray process as shotcrete, with staple fibers being fed directly to the spray nozzle.
  • the properties of the bevels processed must be less important than their miscibility with the building material.
  • the selection of processable polymer fibers is therefore mostly limited to polyolefins or polyamides. Alkali-resistant glass fibers are also used. These disadvantages have hitherto prevented cement-bound components with polymer fiber admixtures from being widely used. Only glass fiber shotcrete or steel fiber concrete are used in practice.
  • the invention now aims to provide a simple and inexpensive method for producing a high-strength, fiber-containing composite material, by means of which a wide variety of composite materials with extremely high bending tensile strength can be produced in almost any thickness. Furthermore, the invention aims to provide a completely uniform distribution of the fibers in the composite material, the type and composition of the polymer fibers should also be freely selectable and in particular the use of extremely thin, organic, polymeric fiber materials should be made possible.
  • the method according to the invention for producing a high-strength, fiber-containing composite material with a binder matrix is essentially characterized in that a basic structure made of a mat made of needled, interwoven or melt-bonded staple fibers made of an organic, polymeric Fiber material with a slight overpressure is impregnated with a suspension containing a mineral-bound material system, water and a plasticizer, and the binder matrix in the organic polymeric fiber material is cured. It is possible to use a basic structure made of a mat made from stapled, woven or melt-bonded staple fibers made from an organic, polymeric fiber material.
  • the density and composition of the plastic fibers in the process according to the invention and thus by using mats made of the organic, polymeric fiber material, a uniform distribution of the fibers over the entire Ensure composite material. Because this fiber material is only impregnated with a suspension containing a mineral-bound material system, water and a liquefier only by means of a slight excess pressure, it is not necessary to use a specifically adapted device for carrying out the method according to the invention, but rather it it is sufficient to apply the binder matrix under a slight overpressure to the basic structure from an organic, polymeric fiber material, whereby a disturbance or destruction of the fiber structure is avoided.
  • mats of textured fibers with at least 0.25 to 3 sheets / cm and a titer of 60 to 250 dtex are particularly preferably used as the organic polymeric fiber material.
  • a titer of 60 to 250 dtex By using extremely thin, textured fibers with a titer of 60 to 250 dtex, it is possible to use the method according to the invention to obtain bundles with extremely increased bending tensile strength.
  • the fiber thickness of 60 to 250 dtex is selected so that it is readily possible in the process according to the invention to completely wet the fibers with the binder matrix over the entire volume of the mat, so that the formation of voids or separation points at the Fiber interfaces are avoided with certainty.
  • fiber mats with a weight of 0.5 to 5 kg / m 2 are advantageously used as mats made of organic, polymeric fiber material.
  • a complete penetration of the fiber mats with the binder matrix is ensured, since with such a low basis weight there are sufficiently large voids between the individual fibers or meshes to ensure a complete pouring out of the fiber mat with the binder matrix, in addition to this a correspondingly high volume fraction of the fibers can be achieved in the composite material to be produced.
  • fiber mats made of differently oriented fibers are preferably used as mats made of organic, polymeric fiber material.
  • the fibers in the mat are aligned in such a way that fibers aligned on the outer surface in the direction of the tensile stress acting on the composite material and fibers aligned thereon in the interior of the mat are used.
  • the fact that fibers directed in the composite material in the direction of the tensile stress acting on it ensures that even high tensile stresses acting on the composite material can be safely absorbed by the fiber reinforcement, and the material as a result has extremely high bending tensile strengths and can withstand high tensile stresses.
  • Arranging the oriented fibers in the mat normally on the tensile stress acting on the outer surface ensures that this Material has increased tensile strengths in all directions, so that breaking of the material is avoided even in the event of an increased load in one direction.
  • compound materials composed of at least two mats made of organic, polymeric fiber material can preferably be used as mats.
  • mats made of various organic polymeric fiber materials are used as compound materials. Because composite materials made from at least two different, for example needled, organic, polymeric fiber materials are used in the process, it is possible to use multi-layer composite materials in an adhesive bond with different physical and chemical properties of the two fiber reinforcements production of layers in one operation.
  • mats with different densities of the organic, polymeric fiber material can preferably be used as compound materials in the process according to the invention.
  • This makes it possible, for example, to produce a composite material in one operation, the one layer of which is impregnated with, for example, less tangled polymer fibers with the binder matrix, a second layer made of organic, polymeric fiber material, which causes a significantly greater confusion of the fibers and thus has a smaller mesh size, from which the binder cannot be penetrated or only partially, and thus a so-called adhesive bond can be achieved, which for example has an outer surface made of a high-strength, fiber-containing composite material and another surface made of a fiber-containing plastic material having.
  • the organic polymeric fiber materials are processed in Mats, in particular with ceramic fibers, are coated or coated or that mineral wool, rock wool, ceramic fibers, glass fibers, carbon fibers and / or steel fibers are added to the organic polymeric fiber material before the mat is produced. Because the organic, polymeric fiber materials are coated or coated with ceramic fibers before the mat is produced, it is possible to significantly reduce the elongation of the organic, polymeric fiber material, as a result of which the bending tensile strength of the process according to the present invention manufactured material can be further improved.
  • the method according to the invention it is possible to add further organic or inorganic materials to the organic, polymeric fiber material before or after the manufacture of the fiber mat, in order to achieve a further improvement in the fillability of the fiber mat with the binder matrix .
  • a further improvement in the mixing and wetting of the binder matrix with the fiber material mat can be achieved, for example, by squeezing or shock-cooling the polymer fibers before processing them into the fiber mat, thereby roughening their surface and thus increasing the pull-out strength of the fibers the matrix is increased during the production of the composite material.
  • a hydrophilic, polymerized C2- to Cs-alkylene in particular a polypropylene with a degree of polymerization of 10 to 20, or a hydrophilic one substituted with aryl groups, in particular phenyl groups, is used as the organic polymeric fiber material Polyolefin used.
  • Organic, polymeric fiber materials, in particular polypropylene with a degree of polymerization of 10 to 20 are extremely cheap fiber materials which, moreover, are easily melted in the form of mats by common methods, such as needling on a needle board on which barbs are located by pulling through heated needles during so-called thermal bonding of already tangled fibers and the joining of the fibers by heating an applied melt layer.
  • the organic polymeric fiber materials to be used in the process according to the invention are selected depending on the desired end properties of the fiber-containing composite material, and the process parameters according to the invention, such as the pressure of the casting, are selected as a function of the polymeric material used.
  • the process according to the invention can be carried out particularly simply and reliably if the organic polymeric fiber material is used as a mat with a thickness of 0.5 to 5 cm.
  • the binder matrix according to the invention preferably under an overpressure of 0.03 to 2 bar is soaked with the suspension.
  • the greater the degree of confusion of the fiber mat used and the thicker the fiber mat the higher the overpressure with which the suspension is pressed into the fiber mat is usually chosen.
  • the pressure under which the suspension is introduced is increased if extremely thin polymer fibers with a titer below 100 dtex are used in order to ensure complete pouring out of the fiber mats.
  • a mixture containing 55 to 70 parts by weight of CaO, 20 to 35 parts by weight of SiO 2, 2 to 4 parts by weight of Al 2 O 3, 0.5 to 3 parts by weight is preferably used as the suspension for impregnating the fiber material.
  • Parts of MgO, about 0.5 part by weight of Fe 2 ⁇ 3, about 2 parts by weight of SO3, 3 to 7 parts by weight of insoluble constituents, 0.5 to 2 parts by weight of a condenser and water into the orga ⁇ niche, polymeric fiber material is introduced, the process according to the invention preferably being carried out in such a way that the fiber material in the end product has a proportion of 1.5 to 15% by volume.
  • the content of the fiber materials in the end product is selected from 1.5 to 15% by volume
  • the physical properties of the high-strength, fiber-containing composite material can be controlled within a wide range, and in particular composite materials can be produced with the method according to the invention, which immediately bar as plates, pipes, coatings on site and the like can be used without the risk of cracking or breaking points, since despite the large volume fraction of the organic, polymeric fibers, these are completely evenly distributed due to the process .
  • the process according to the invention is carried out in such a way that a mat made of stretched, organic, polymeric fiber material is cast with the suspension and that after curing, the fiber-containing composite material is heated to a temperature of 60 to 100 ° C., in particular about 80 ° C, is heated.
  • a mat of stretched, organic, polymeric fiber material is cast with the suspension in a first process step and then the hardened composite material is heated to a temperature of 60 to 100 ° C.
  • the pre-stretched, organic, poly ⁇ meren fibers in the fiber material in turn to shrink or cause them to contract, so that increased internal stresses exist in all directions in the interior of the material and the total material has tensile strengths of up to 2 t / dm 3 , which according to the inventive Ver ⁇ composite material produced can be used in a wide variety of areas of application with high loads.
  • Another object of the invention is to provide a high-strength, fiber-containing composite material which has excellent physico-chemical properties and which, in particular, has extremely high flexural tensile strength, elongation at break and resistance to abrasion and chemical attack.
  • a high-strength, fiber-containing composite material is made available, which consists of a basic structure made of a mat needled, interwoven or melt-bonded staple fibers consist of an organic, polymeric fiber material and a suspension incorporated therein containing a mineral-bound material system, water and a concrete plasticizer.
  • Such a high-strength, fiber-containing composite material or adhesive bond is characterized by bending tensile strengths of up to 80 N / mm 2 and compressive strengths of up to 3000 N / mm 2 .
  • Such bending tensile strengths or compressive strengths can in no way be achieved with conventional fiber-containing concrete or reinforced concrete, and the high-strength, fiber-containing composite material according to the invention is furthermore distinguished by the fact that it easily addresses the most varied of needs and purposes can be adapted and made available in a wide variety of shapes.
  • mats made of organic, polymeric fiber material are preferably used in the fiber-containing composite material according to the invention, the fibers being formed from textured fibers with at least 0.25 to 3 sheets / cm and a titer of 60 to 250 dtex, and preferably the fiber material is formed from fiber mats with a weight of 0.5 to 5 kg / m 2 .
  • the invention is preferably designed such that the mats are made from organic, polymeric fiber materials from layered fiber mats from differently oriented fibers.
  • the layered or oriented fibers are arranged in such a way that the mats are attached the outer surface is formed by fibers oriented in the direction of the tensile stress acting on the composite material and the interior by fibers oriented normally thereon.
  • the fiber mats contained in the composite material are preferably compound materials composed of at least two mats made of polymeric fiber material.
  • a fiber mat layer for example, which has a titer and a volume percentage, can be soaked through the mineral suspensions, has been connected to a second fiber mat, which has a titer and a volume percentage, that it can only be Resin can be impregnated, so that a composite material or an adhesive composite can be produced from materials that can be subjected to pressure and bending tensile stress, which material has different physico-chemical properties on its two surfaces.
  • the fiber mats used in the compound material are formed from two chemically different, organic, polymeric fiber materials, so that it is possible to produce composite materials which, from a base body made of the high-strength composite material according to the invention, form an adhesive bond into one there are further organic polymer layers, which can be formed, for example, by melting the free fiber layer not impregnated with the binder suspension according to the present invention, on which polymer layer any other materials can be physically or chemically bonded, so that the composite material meets any needs in civil engineering is customizable.
  • fiber mats from compound materials with different densities of the organic polymeric fiber material, in which case the mesh size of the needled polymer layers, for example, is chosen differently in order to ensure that the mineral binder suspension, for example, only penetrates into that part of the fiber mat in which sufficiently large mesh sizes are provided in order to again provide an adhesive bond with different physical-chemical properties on both surfaces of the composite material to be produced.
  • the mesh size of the needled polymer layers for example, is chosen differently in order to ensure that the mineral binder suspension, for example, only penetrates into that part of the fiber mat in which sufficiently large mesh sizes are provided in order to again provide an adhesive bond with different physical-chemical properties on both surfaces of the composite material to be produced.
  • This provides a composite material which has an abrasion-resistant, resistant, inorganic layer on one surface, while at the same time maintaining the excellent physicochemical properties of the composite material according to the present invention, in particular high flexural tensile strength and high compressive strength.
  • fiber materials coated or coated are preferably used as the fiber material for the mats, in particular with ceramic fibers.
  • the elasticity of the organic fiber materials is reduced and it is thus possible to achieve even higher bending tensile strengths of the composite material.
  • the best material properties Shafts of the composite material are achieved when the organic polymeric fiber material made of a hydrophilic polymerized C2 to Cs alkylene, in particular a polypropylene with a degree of polymerization of 10 to 20, or * a hydrophilic substituted with aryl groups, especially phenyl groups Polyolefin, is formed, the final properties of the composite material being able to be adapted to the corresponding needs, in particular by choosing the respective organic, polymeric fiber material.
  • composite materials which have organic, polymeric fiber material mats with a thickness of 0.5 to 5 cm, which preferably result in a volume fraction of 1.5 to 15% by volume in the composite material have properties which reinforced concrete far exceeds and can therefore be used universally in building construction and civil engineering.
  • Polypropylene fibers with a degree of polymerization of 10 to 20 and a titer of 180 dtex are pneumatically deposited on a conveyor belt with a nonwoven machine and aligned with a sieve roller. The fibers are tangled using a needle board with 45 stitches per cm 2 . The thickness of the finished fiber mat is 1.6 cm.
  • Both fiber mats are needled together in a conventional manner, so that the finished mat has a total thickness of 1.8 cm and a weight per unit area of 1.8 kg / m 2 .
  • a sulfate-containing, tricalcium aluminate-free cement 350 kg of a sulfate-containing, tricalcium aluminate-free cement, 50 kg fly ash with a Blaine value of about 3000 cm 2 / g, 358 kg mineral filler, 20 kg of a plasticizer, in particular lignin sulfonate, and 50 kg are used as the mineral binder Lime hydrate and 5 kg calcium chloride as hardening and hardening accelerators, further 5 kg Glauber's salt to improve thixotropy and 25 kg vinyl acetate to improve water retention, as well as 133 l water and mixed for 8 min.
  • the fiber material mat produced under a) is placed on a plastic tarpaulin to produce a composite material panel and covered with an analog tarpaulin.
  • the two tarpaulins are tightly connected to one another on three sides and a distributor plate for the binder suspension is inserted under the tarpaulin covering the top of the fiber material mat, and the binder suspension is evenly pressurized by 0.3 bar overpressure with a feed of 15 cm / min applied to the fiber material mat.
  • the distributor plate for the binder suspension is removed and the composite material plate is allowed to harden. After curing, the plastic tarpaulins are removed.
  • the composite material plate produced in this way has a thickness of 2 cm, has 12.5% by volume of organic polymer fibers in the matrix and, after curing, had a bending tensile strength of 36 N / mm 2 and a compressive strength of 1400 N / mm 2 .
  • Polypropylene fibers with a degree of polymerization of 12 to 17 and a titer of 180 dtex are pneumatically deposited on a conveyor belt with a fleece machine and aligned with a screen roller.
  • the fibers are tangled using a needle board with 30 stitches per cm 2 .
  • the thickness of the finished fiber mat is 1.2 cm.
  • a second exactly identical fiber mat is produced and both fiber mats are needled in a conventional manner, so that the finished mat has a basis weight of approximately 2.3 kg / m 2 .
  • the fiber material mat produced under a) is placed on a plastic tarpaulin to produce a composite material plate and covered with an analog tarpaulin.
  • the two tarpaulins are tightly connected on three sides and a distributor plate for the binder suspension is inserted under the tarpaulin covering the top of the fiber material mat and the binder suspension is evenly pressurized at 0.5 bar with a feed rate of 12 cm / min applied to the fiber material mat.
  • the Ver ⁇ divider plate for the binder suspension is removed and the composite material plate allowed to cure. After curing, the plastic tarpaulins are removed.
  • the composite panel produced in this way had a thickness of 1.8 cm, has 13% by volume of organic polymer fiber in the matrix and, after curing, has a bending tensile strength of 45 N / mm 2 and a compressive strength of 1,500 N / mm 2 .
  • Polypropylene fibers with a degree of polymerization of 11 to 20 and a titer of 60 dtex are pneumatically deposited on a conveyor belt by a fleece machine and aligned with a sieve roller.
  • the fibers were tangled using a needle board at 40 stitches per cm 2 .
  • the thickness of the finished fiber mat is 8 mm.
  • Three further identical fiber mats were produced in an analogous manner and needled in a conventional manner with the first fiber mat.
  • the finished fiber mat had a basis weight of 3.20 kg / m 2 and a thickness of 3 cm.
  • the fiber material mat produced under a) is placed on a plastic tarpaulin to produce a composite material panel and covered with an analog tarpaulin.
  • the two tarpaulins are tightly connected to one another on three sides and a distributor plate for the binder suspension is inserted under the tarpaulin covering the top of the fiber material mat and the binder suspension is evenly pressurized by 0.6 bar with a feed of 17 cm / min applied to the fiber material mat.
  • the distributor plate for the binder suspension is removed and the composite material plate is allowed to harden. After curing, the plastic tarpaulins are removed.
  • the composite material plate produced in this way had a thickness of 3.2 cm and has 14% by volume of organic polymer fibers in the matrix and, after curing, has a bending tensile strength of 54 N / mm 2 and a tensile strength of 1,380 N / mm 2 .

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines hochfesten, faserhaltigen Verbundmaterials mit einer Bindemittelmatrix wird eine Grundstruktur aus einer Matte aus miteinander vernadelten, verwebten oder schmelzverbundenen Stapelfasern aus einem organischen polymeren Fasermaterial mit einem geringen Überdruck mit einer ein mineralisch gebundenes Stoffsystem enthaltenden Suspension getränkt und die Bindemittelmatrix in dem organischen polymeren Fasermaterial ausgehärtet. Durch eine derartige Verfahrensführung wird ein Verbundmaterial mit exzellenten physikalisch-chemischen Eigenschaften erhalten.

Description

HOCHFESTES. FASERHALTIGES VERBUNDMATERIAL ITND VERFAHREN ZUR HERSTFT..T,TTMO DESSELBEN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- lung eines hochfesten, faserhaltigen Verbundmaterials mit einer Bindemittelmatrix sowie ein hochfestes, faserhaltiges Verbundmaterial.
Zur Herstellung von faserhaltigen Verbundmaterialien ist es beispielsweise aus dem Artikel "Faserbeton und Faserspritz- beton" von Roland Travnicek, "Zement und Beton", Heft l, 1986, bekannt, Bauelemente aus Polymerfaserbeton herzustellen, indem Polymerstapelfasern während des Mischens des Betons mit Wasser diesem beigegeben werden. Das Einmischen der Fasern kann hie- bei entweder in einer Mischanlage oder durch Einblasen der Fasern in einem Fahrmischer erfolgen. Eine weitere Möglichkeit ist die Herstellung im Trocken- oder Naßspritzverfahren als Spritzbeton, wobei Stapelfasern direkt an der Spritzdüse zuge¬ führt werden.
Diesen Verfahren ist gemeinsam, daß in der Praxis keine gleichmäßige Verteilung der Fasern im Baustoff erzielt werden kann, weil sich beim Einmischen in der Mischanlage oder im Fahrmischer Stapelfaser-Nester bilden bzw. beim Verspritzen der Fasern mit dem Baustoff die leichteren Fasern abprallen. Ferner können nur verhältnismäßig dicke Fasern mit einem Titer von über 250 dtex verarbeitet werden, weil dünnere Fasern zu vermehrter Nesterbildung neigen bzw. noch stärker abprallen. Die Verarbeitung von dünneren Fasern wäre aber von Vorteil, weil sich mit ihnen bei gleichem Volumsanteil eine höhere Biegezugfestigkeit erzielen ließe.
Die Eigenschaften der verarbeiteten Fasen müssen prinzipiell hinter ihrer Mischbarkeit mit dem Baustoff zurücktreten. Die Auswahl an verarbeitbaren Polymerfasern beschränkt sich daher meistens auf Polyolefine oder Polyamide. Weiters kommen alkaliresistente Glasfasern zur Anwendung. Diese Nachteile haben bisher verhindert, daß zementgebundene Bauelemente mit Polymerfaserbeimischungen breiten Einsatz finden. Im praktischen Einsatz stehen nur Glasfaserspritzbeton oder Stahlfaserbeton.
Weiters ist es beispielsweise aus der DE-PS 27 28 251 bekannt¬ geworden, eine Faserbewehrungsmatte aus mehreren dünnen Faser¬ vliesschichten, welche jeweils durch Fibrillieren von weniger als 1 mm starken Polypropylenfilmen hergestellt werden, in Be¬ ton zu verwenden. Auch sind bereits in der AT-PS 159 902 Be¬ wehrungselemente vorgeschlagen, welche aus einem gitterartigen Fadengelege, beispielsweise aus Glasfasern, Maschendraht, Bau¬ stahlgitter und dgl., bestehen, welche GelegeStrukturen mit einem Haftkleber überzogen werden, an welchem in der Folge eingebrachte Stapelfasern haften, so daß eine dünne, mit Kunststoff überzogene Glasfaser- bzw. Stahlbewehrungsmatte für ein Bauelement erzielt werden kann. Allen diesen Elementen ist jedoch gemeinsam, daß lediglich extrem dünne, faserhaltige Schichten in den Verbundplatten bzw. -materialien hergestellt werden können und daß derartige Verbundmaterialien nur sehr begrenzte Biegezugfestigkeiten aufweisen.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein einfaches und kosten- günstiges Verfahren zur Herstellung eines hochfesten, faser¬ haltigen Verbundmaterials zur Verfügung zu stellen, mit welchem verschiedenartigste Verbundmaterialien mit extrem hoher Biegezugfestigkeit in nahezu beliebiger Dicke herge¬ stellt werden können. Weiters zielt die Erfindung darauf ab, eine vollkommen gleichmäßige Verteilung der Fasern in dem Verbundmaterial zur Verfügung zu stellen, wobei weiters die Art und Zusammensetzung der Polymerfasern beliebig wählbar sein soll und insbesondere der Einsatz von extrem dünnen, organischen, polymeren Fasermaterialien ermöglicht werden soll. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines hochfesten, faserhaltigen Verbundmate¬ rials mit einer Bindemittelmatix im wesentlichen dadurch ge¬ kennzeichnet, daß eine Grundstruktur aus einer Matte aus mit- einander vernadelten, verwebten oder schmelzverbundenen Sta¬ pelfasern aus einem organischen, polymeren Fasermaterial mit einem geringen Überdruck mit einer ein mineralisch gebundenes Stoffsystem, Wasser und einen Verflüssiger enthaltenden Sus¬ pension getränkt wird und die Bindemittelmatrix in dem orga- nischen polymeren Fasermaterial ausgehärtet wird. Dadurch, daß eine Grundstruktur aus einer Matte aus miteinander vernadel¬ ten, verwebten oder schmelzverbundenen Stapelfasern aus einem organischen, polymeren Fasermaterial verwendet wird, ist es möglich. Matten beliebiger Dicke und mit einem beliebigen Ver- wirrungsgrad und entsprechend den gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Verbundmaterials gewählter Dichte und Zusammensetzung der Kunststoffasern in dem erfindungsgemaßen Verfahren zu verwenden und somit durch Verwendung von Matten aus dem organischen, polymeren Fasermaterial eine gleichmäßige Verteilung der Fasern über das gesamte Verbundmaterial sicher¬ zustellen. Dadurch, daß weiters dieses Fasermaterial lediglich über einen geringen Überdruck mit einer ein mineralisch gebun¬ denes Stoffsystem, Wasser und einen Verflüssiger enthaltenden Suspension getränkt wird, ist es für die Durchführung des er- findungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich, eine spezifisch adaptierte Vorrichtung einzusetzen, sondern es genügt, die Bindemittelmatrix unter einem geringen Überdruck auf die Grundstruktur aus einem organischen, polymeren Fasermaterial aufzubringen, wodurch eine Störung bzw. Zerstörung der Faser- Struktur vermieden wird.
Besonders bevorzugt werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren als organisches polymeres Fasermaterial Matten aus texturier- ten Fasern mit mindestens 0,25 bis 3 Bogen/cm und einem Titer von 60 bis 250 dtex eingesetzt. Durch den Einsatz von extrem dünnen, texturierten Fasern mit einem Titer von 60 bis 250 dtex wird es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Ver- bundmaterialien mit extrem erhöhter Biegezugfestigkeit zu er¬ halten. Gleichzeitig ist jedoch die Faserdicke mit 60 bis 250 dtex so gewählt, daß es in dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres möglich ist, die Fasern über das gesamte Volumen der Matte mit der Bindemittelmatrix vollständig zu benetzen, so daß die Ausbildung von Hohlräumen bzw. Entmischungsstellen an den Fasergrenzflächen mit Sicherheit vermieden wird.
In vorteilhafter Weise werden in dem erfindungsgemäßen Ver- fahren als Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial Fasermatten mit einem Gewicht von 0,5 bis 5 kg/m2 eingesetzt. Durch Einsatz derartiger Fasermatten wird eine vollständige Durchdringung der Fasermatten mit der Bindemittelmatrix sichergestellt, da bei einem derartig niedrigen Flächengewicht ausreichend große Hohlräume zwischen den einzelnen Fasern bzw. Maschen bestehen, um ein vollständiges Ausgießen der Faser¬ matte mit der Bindemittelmatrix sicherzustellen, wobei da¬ rüberhinaus ein entsprechend hoher Volumsanteil der Fasern in dem herzustellenden Verbundmaterial erzielbar ist.
Um die Zugfestigkeiten eines hochfesten, faserhaltigen Ver¬ bundmaterials noch weiter zu erhöhen, werden mit Vorzug als Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial geschichtete Fasermatten aus unterschiedlich ausgerichteten Fasern einge- setzt. Insbesondere werden hiebei die Fasern in der Matte so ausgerichtet, daß an der Außenfläche in Richtung der auf das Verbundmaterial wirkenden Zugspannung ausgerichtete Fasern und im Inneren der Matte normal darauf ausgerichtete Fasern einge¬ setzt werden. Dadurch, daß an der Außenfläche in Richtung zur wirkenden Zugspannung gerichtete Fasern in dem Verbundmaterial angeordnet sind, wird sichergestellt, daß auch hohe, auf das Verbundmaterial wirkende Zugspannungen mit Sicherheit von der Faserarmierung aufgenommen werden können, und das Material insgesamt dadurch extrem hohe Biegezugfestigkeiten aufweist und hohen Zugspannungen standhalten kann. Durch Anordnung der gerichteten Fasern in der Matte normal auf die an der Außen¬ fläche angreifende Zugspannung wird sichergestellt, daß das Material in sämtliche Richtungen erhöhte Zugfestigkeiten auf¬ weist, so daß ein Brechen des Materials auch bei einr erhöhten Belastung in einer Richtung vermieden wird.
Bevorzugt können in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Er¬ findung als Matten Compoundmaterialien aus wenigstens zwei Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial eingesetzt werden. Insbesondere werden hiebei als Compoundmaterialien Matten aus verschiedenen organischen polymeren Fasermateria- lien eingesetzt. Dadurch, daß in dem Verfahren Verbundmateria¬ lien aus wenigstens zwei verschiedenen, beispielsweise mit¬ einander vernadelten, organischen, polymeren Fasermaterialien eingesetzt werden, ist es möglich, mehrschichtige Verbundmate¬ rialien in einem Haftverbund mit unterschiedlichen physika- lischen und chemischen Eigenschaften der beiden faserverstärk¬ ten Schichten in einem Arbeitsgang herzustellen.
In gleicher Weise können bevorzugt in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Compoundmaterialien Matten mit unterschiedlicher Dichte des organischen, polymeren Fasermaterials eingesetzt werden. Dadurch wird es beispielsweise möglich, in einem Ar¬ beitsgang ein Verbundmaterial herzustellen, dessen eine Schicht mit beispielsweise weniger stark verwirrten Polymer¬ fasern mit der Bindemittelmatrix getränkt ist, wobei eine zweite Schicht aus organischem, polymeren Fasermaterial, welche eine deutlich stärkere Verwirrung der Fasern und somit eine kleinere Maschenweite aufweist, von dem Bindemittel nicht oder nur teilweise durchdrungen werden kann und somit ein so¬ genannter Haftverbund erzielt werden kann, welcher beispiels- weise eine äußere Oberfläche aus einem hochfesten, faserhalti- gen Verbundmaterial und eine andere Oberfläche aus einem faserhaltigen Kunststoffmaterial aufweist.
Zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften der orga- nischen, polymeren Fasermaterialien ist es erfindungsgemäß möglich, das Verfahren bevorzugt so zu führen, daß die orga¬ nischen polymeren Fasermaterialien vor dem Verarbeiten in Matten, insbesondere mit keramischen Fasern, ummantelt oder beschichtet werden bzw. daß dem organischen polymeren Faser¬ material vor dem Herstellen der Matte Mineralwolle, Stein¬ wolle, Keramikfasern, Glasfasern, Kohlefasern und/oder Stahl- fasern beigemischt wird. Dadurch, daß vor dem Herstellen der Matte die organischen, polymeren Fasermaterialien mit kera¬ mischen Fasern ummantelt oder beschichtet werden, ist es mög¬ lich, die Dehnung des organischen, polymeren Fasermaterials deutlich herabzusetzen, wodurch die Biegezugfestigkeit des nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung herge¬ stellten Materials noch weiter verbessert werden kann. In gleicher Weise ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, dem organischen, polymeren Fasermaterial vor oder nach dem Herstellen der Fasermatte weitere organische bzw. an- organische Materialien zuzusetzen, um eine weitere Verbesse¬ rung der Verfüllbarkeit der Fasermatte mit der Bindemittel- matrix zu erzielen. Eine weitere Verbesserung der Durchmi¬ schung und Benetzung der Bindemittelmatrix mit der Fasermate¬ rialmatte kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß die Polymerfasern vor ihrer Verarbeitung in die Fasermatte quetschbehandelt oder schockgekühlt werden, wodurch ihre Ober¬ fläche aufgerauht wird und somit die Auszugsfestigkeit der Fasern aus der Matrix bei der Herstellung deε Verbundmaterials erhöht wird.
In besonders bevorzugter Weise wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren als organisches polymeres Fasermaterial ein hydro¬ philes, polymerisiertes C2- bis Cs-Alkylen, insbesondere ein Polypropylen mit einem Polymerisationsgrad von 10 bis 20, oder ein mit Arylgruppen, insbesondere Phenylgruppen, substituier¬ tes, hydrophiles Polyolefin eingesetzt. Organische, polymere Fasermaterialien, insbesondere Polypropylen mit einem Poly¬ merisationsgrad von 10 bis 20, sind extrem günstige Fasermate- rialien, die darüberhinaus leicht in Form von Matten durch gängige Verfahren, wie dem Vernadeln auf einem Nadelbrett, auf welchem sich Widerhaken befinden, dem Verschmelzen durch Durchziehen von geheizten Nadeln beim sogenannten Thermobonden von bereits verwirrten Fasern sowie dem Verbinden der Fasern durch Erhitzen einer aufgebrachten Schmelzschicht, hergestellt werden können. Hiebei werden die in dem erfindungsgemäßen verfahren einzusetzenden, organischen, polymeren Fasermateria- lien je nach den gewünschten Endeigenschaften des faserhalti- gen Verbundmaterials auszuwählen und die erfindungsgemäßen Verfahrensparameter, wie den Druck des Vergießens, in Ab¬ hängigkeit von dem eingesetzten polymeren Material gewählt.
Besonders einfach und sicher läßt sich das erfindungsgemäße verfahren durchführen, wenn das organische polymere Fasermate¬ rial als Matte mit einer Stärke von 0,5 bis 5 cm Stärke ein¬ gesetzt wird. Bei Einsatz von Fasermatten mit einer Stärke von 0,5 bis 5 cm kann eine vollständige Durchdringung der Faser- matte mit der Bindemittelmatrix sichergestellt werden, wobei in Abhängigkeit von dem Verwirrungsgrad der Fasern die Binde- mittelmatrix erfindungsgemäß bevorzugt unter einem Überdruck von 0,03 bis 2 bar mit der Suspension getränkt wird. Je stärker der Verwirrungsgrad der verwendeten Fasermatte und je dicker die Fasermatte ist, desto höher wird üblicherweise der Überdruck gewählt, mit welchem die Suspension in die Faser¬ matte eingepreßt wird. In gleicher Weise wird auch der Druck, unter welchem die Suspension eingebracht wird, erhöht, wenn extrem dünne Polymerfasern mit einem Titer unter 100 dtex eingesetzt werden, um auf diese Weise ein vollständiges Aus¬ gießen der Fasermatten sicherzustellen.
In bevorzugter Weise wird als Suspension zum Tränken des Fasermaterials eine Mischung enthaltend 55 bis 70 Gew.-Teile CaO, 20 bis 35 Gew.-Teile Siθ2, 2 bis 4 Gew.-Teile AI2O3, 0,5 bis 3 Gew.-Teile MgO, etwa 0,5 Gew.-Teile Fe2θ3, etwa 2 Gew.- Teile SO3, 3 bis 7 Gew.-Teile unlösliche Bestandteile, 0,5 bis 2 Gew.-Teile eines Verflüssigers sowie Wasser in das orga¬ nische, polymere Fasermaterial eingebracht, wobei das Ver- fahren darüberhinaus erfindungsgemäß bevorzugt so durchgeführt wird, daß das Fasermaterial in dem Endprodukt einen Anteil von 1,5 bis 15 Vol.-% aufweist. Dadurch, daß der Gehalt des Faser- materials in dem Endprodukt von 1,5 bis 15 Vol.-% gewählt wird, lassen sich die physikalischen Eigenschaften des hoch¬ festen, faserhaltigen Verbundmaterials in einem weiten Bereich steuern und insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen Ver- fahren Verbundmaterialien hergestellt werden, welche unmittel¬ bar als Platten, Rohre, Beschichtungen vor Ort und dgl. ver¬ wendet werden können, ohne daß die Gefahr der Ausbildung von Sprüngen oder Bruchstellen auftritt, da trotz des großen Vo¬ lumsanteiles der organischen, polymeren Fasern diese aufgrund der Verfahrensführung vollkommen gleichmäßig verteilt sind.
In besonders bevorzugter Weise wird das erfindungsgemäße Ver¬ fahren so geführt, daß eine Matte aus gerecktem, organischen, polymeren Fasermaterial mit der Suspension vergossen wird und daß nach einem Aushärten das faserhaltige Verbundmaterial auf eine Temperatur von 60 bis 100 °C, insbesondere etwa 80 °C, erwärmt wird. Dadurch, daß in einem ersten Verfahrensschritt eine Matte aus gerecktem, organischen, polymeren Fasermaterial mit der Suspension vergossen wird und anschließend das ausge- härtete Verbundmaterial auf eine Temperatur von 60 bis 100 °C erwärmt wird, gelingt es, die vorgereckten, organischen, poly¬ meren Fasern in dem Fasermaterial wiederum zu schrumpfen bzw. zu veranlassen, daß sie sich zusammenziehen, so daß im Inneren des Materials in allen Richtungen erhöhte Eigenspannungen existieren und das Gesamtmaterial Zugfestigkeiten von bis zu 2 t/dm3 aufweist, wodurch das nach dem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren hergestellte Verbundmaterial in den unterschiedlich¬ sten, Einsatzgebieten hoher Belastung verwendbar ist.
Die Erfindung hat weiters zum Ziel, ein hochfestes, faser- haltiges Verbundmaterial zur Verfügung zu stellen, welches ex¬ zellente physikalisch-chemische Eigenschaften besitzt und welches insbesondere eine extrem hohe Biegezugfestigkeit, Bruchdehnung und Resistenz gegenüber Abrieb sowie gegen che- mischen Angriff aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein hochfestes, faserhaltiges Verbundmaterial zur Verfügung ge¬ stellt, welches aus einer Grundstruktur aus einer Matte aus miteinander vernadelten, verwebten oder schmelzverbundenen Stapelfasern aus einem organischen, polymeren Fasermaterial und einer darin eingebrachten, ein mineralisch gebundenes Stoffsystem, Wasser und ein Betonplastifizierungsmittel ent- haltenden Suspension besteht. Ein derartiges hochfestes, faserhaltiges Verbundmaterial bzw. Haftverbund zeichnet sich durch Biegezugfestigkeiten bis zu 80 N/mm2 und Druckfestig¬ keiten von bis zu 3000 N/mm2 aus. Derartige Biegezugfestig¬ keiten bzw. Druckfestigkeiten können mit herkömmlichem faser- haltigen Beton bzw. Stahlbeton keinesfalls erreicht werden, wobei sich das erfindungsgemaße hochfeste, faserhaltige Ver¬ bundmaterial darüberhinaus dadurch auszeichnet, daß es in ein¬ facher Weise an die unterschiedlichsten Bedürfnisse und Ein¬ satzzwecke angepaßt und in unterschiedlichsten Formgebungen zur Verfügung gestellt werden kann.
Zur Erreichung besonders hoher Biegezugfestigkeiten werden in dem erfindungsgemäßen faserhaltigen Verbundmaterial bevorzugt Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial eingesetzt, wobei die Fasern aus texturierten Fasern mit mindestens 0,25 bis 3 Bogen/cm und einem Titer von 60 bis 250 dtex gebildet sind und bevorzugt das Fasermaterial aus Fasermatten mit einem Gewicht von 0,5 bis 5 kg/m2 gebildet ist. Durch Einsatz derartiger Fasern gelingt es, stabile Verbundmaterialien her- zustellen, welche exzellente Eigenschaften aufweisen, wobei gleichzeitig keinerlei Gefahr von Benetzungsproblemen durch die Bindemittelsuspension und somit keine Bruchstellen bzw. keine Bereiche mit verringerter Festigkeit in dem Material auftreten.
Um insbesondere ein Verbundmaterial zur Verfügung zu stellen, welches speziell gerichteten Belastungen besonders gut stand¬ halten kann, ist die Erfindung mit Vorzug so ausgebildet, daß die Matten aus organischen, polymeren Fasermaterialien aus ge- schichteten Fasermatten aus unterschiedlich ausgerichteten Fasern gebildet sind. Insbesondere werden hiebei die geschich¬ teten bzw. gerichteten Fasern so angeordnet, daß die Matten an der Außenfläche durch in Richtung der auf das Verbundmaterial wirkenden Zugspannung ausgerichteten Fasern und im Inneren durch normal darauf ausgerichtete Fasern gebildet sind. Durch Anordnen der gerichteten Fasern an der Außenfläche der Matte in Richtung der wirkenden Zugspannung gelingt es, spezielle, auf das Material wirkende Zugspannungen mit Sicherheit zu kom¬ pensieren bzw. aufzunehmen, so daß ein Brechen des Materials aufgrund von besonders hohen Belastungen in nur einer vorher bekannten Richtung mit Sicherheit vermieden werden kann.
Zur Erzielung von an die verschiedensten Anforderungen ange¬ paßten Verbundmaterialien sind die in dem Verbundmaterial ent¬ haltenen Fasermatten bevorzugt Compoundmaterialien aus wenig¬ stens zwei Matten aus polymerem Fasermaterial. Bei Einsatz derartiger Compoundmaterialien kann beispielsweise eine Faser¬ mattenschicht, welche einen Titer und einen Volumsprozentan¬ teil aufweist, riaft sie durch die mineralische Suspensionen tränkbar ist, mit einer zweiten Fasermatte verbunden wurde, welche einen Titer und einen Volumsprozentanteil aufweist, daß sie nur durch beispielsweise Kunstharz tränkbar ist, so daß ein Verbundmaterial bzw. ein Haftverbund aus druck- und biege- zugbelastbaren Materialien herstellbar ist, welches Material an seinen beiden Oberflächen unterschiedliche physikalisch¬ chemische Eigenschaften aufweist. In bevorzugter Weise werden hiebei die in dem Compoundmaterial eingesetzten Fasermatten aus zwei chemisch unterschiedlichen, organischen, polymeren Fasermaterialien gebildet, so daß es möglich wird, Verbund¬ materialien herzustellen, welche aus einem Grundkörper aus dem erfindungsgemäßen, hochfesten Verbundmaterial in einem Haft- verbünd zu einer weiteren organischen Polymerschicht bestehen, welche beispielsweise durch Aufschmelzen der freien, mit der BindemittelSuspension gemäß der vorliegenden Erfindung nicht durchtränkten Faserschicht gebildet sein kann, auf welcher Polymerschicht weitere beliebigeMaterialien physikalisch oder chemisch gebunden sein können, so daß das Verbundmaterial an beliebige Bedürfnisse in Hoch- und Tiefbau anpaßbar ist. In weiters bevorzugter Weise ist es auch möglich, Fasermatten aus Compoundmaterialien mit unterschiedlicher Dichte des orga¬ nischen, polymeren Fasermaterials zu bilden, wobei in diesem Fall die Maschenweite der beispielsweise vernadelten Polymer- schichten unterschiedlich gewählt wird, um sicherzustellen, daß die mineralische Bindemittelsuspension beispielsweise nur in jenen Teil der Fasermatte eindringt, in welchem ausreichend große Maschenweiten zur Verfügung gestellt sind, um wiederum einen Haftverbund mit unterschiedlichen physikalisch-che- mischen Eigenschaften an beiden Oberflächen des herzustellen¬ den Verbundmaterials zur Verfügung zu stellen. In analoger Weise ist es selbstverständlich auch möglich, ein Verbund¬ material herzustellen, welches an einer Oberfläche eine rein anorganische, abriebfeste Materialschicht aufweist, wobei in diesem Fall lediglich eine organische, polymere Fasermaterial- matte mit der Bindemittelsuspension getränkt ist, welche eine entsprechende Korngrößenverteilung bzw. einen Korngrößen- gradienten aufweist. Dadurch, daß das Eindringen größerer Korngrößen der Bindemittelsuspension in die Fasermatte nicht stattfindet, tritt eine Entmischung derselben an einer Ober¬ fläche der Fasermatte auf. Dadurch wird ein Verbundmaterial zur Verfügung gestellt, welches an seiner einen Oberfläche eine abriebfeste, resistente, anorganische Schicht aufweist, wobei gleichzeitig die exzellenten, physikalisch-chemischen Eigenschaften des Verbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere eine hohe Biegezugfestigkeit und eine hohe Druckfestigkeit, beibehalten sind.
Für eine weitere Verbesserung der Biegezugfestigkeit des Ver- bundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung sind mit Vorzug als Fasermaterial für die Matten, insbesondere mit keramischen Fasern, ummantelte oder beschichtete Fasermaterialien einge¬ setzt. Durch Verwendung von mit keramischen Fasern ummantelten oder beschichteten Fasermaterialien für die Matten ist die Dehnbarkeit der organischen Fasermaterialien herabgesetzt und es können somit noch weiter erhöhte Biegezugfestigkeiten des Verbundmaterials erreicht werden. Die besten Materialeigen- Schäften des Verbundmaterials werden erreicht, wenn das orga¬ nische polymere Fasermaterial aus einem hydrophilen polymeri- sierten C2- bis Cs-Alkylen, insbesondere einem Polypropylen mit einem Polymerisationsgrad von 10 bis 20, oder* einem mit Arylgruppen, insbesondere Phenylgruppen substituierten, hydro¬ philen Polyolefin, gebildet ist, wobei insbesondere durch Wahl des jeweiligen organischen, polymeren Fasermaterials die End¬ eigenschaften des Verbundmaterials an die entsprechenden Bedürfnisse angepaßt werden können. Insbesondere Verbundmate- rialien, welche organische, polymere Fasermaterialmatten mit einer Stärke von 0,5 bis 5 cm aufweisen, welche bevorzugt in dem Verbundmaterial einen Volumsanteil von 1,5 bis 15 Vol.-% ergeben, weisen Eigenschaften auf, die Stahlbeton weit über¬ legen sind und somit universell in Hoch- und Tiefbau einsetz- bar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels zur Her¬ stellung des Fasermaterials, der Bindemittelsuspension sowie des Verbundmaterials weiter erläutert.
BEISPIEL 1
a) HerπtPtlunσ des Faπer-mat-.erials
Polypropylenfasern mit einem Polymerisationsgrad von 10 bis 20 und einem Titer von 180 dtex werden mit einer Vliesmaschine pneumatisch auf ein Förderband abgelegt und mit einer Sieb¬ walze ausgerichtet. Die Fasern werden mittels eines Nadel¬ bretts, mit 45 Stichen pro cm2, verworren. Die Dicke der fertigen Fasermatte beträgt 1,6 cm. Auf analoge Weise wird eine zweite dünnere und mit lediglich 15 Einstichen/cm2 ver¬ worrene Fasermatte aus Polypropylen mit einem Titer von 240 dtex und einem Polymerisationsgrad von 10 bis 20 hergestellt.
Beide Fasermatten werden auf konventionelle Weise miteinander vernadelt, so d^ß die fertige Matte eine Gesamtdicke von 1,8 cm und ein Flächengewicht von 1,8 kg/m2 aufweist. b) Herstellung der Bindemittelsusoension pro Tonne
In eine gängige Betonmischanlage werden als mineralisches Bindemittel 350 kg eines sulfatbestandigen, Trikalziumalu- minat-freien Zements, 50 kg Flugasche mit einem Blainewert von etwa 3000 cm2/g, 358 kg mineralischer Füllstoff, 20 kg eines Verflüssigers, insbesondere Ligninsulfonat, sowie 50 kg Kalk¬ hydrat und 5 kg Kalziumchlorid als Erhärtungs- und Erstar- rungsbeschleuniger, weiters 5 kg Glaubersalz zur Verbesserung der Thixotropierung und 25 kg Vinylacetat, um die Wasserrück¬ haltung zu verbessern, sowie 133 1 Wasser eingesetzt und 8 min gemischt.
cl Herstellung des Verbundmaterials
Die unter a) hergestellte Fasermaterialmatte wird zur Her¬ stellung einer Verbundmaterialplatte auf eine Kunststoffplane eben aufgelegt und mit einer analogen Plane abgedeckt. Die zwei Planen werden an drei Seiten dicht miteinander verbunden und es wird unter die die Oberseite der Fasermaterialmatte ab¬ deckende Plane eine Verteilerplatte für die Bindemittelsus¬ pension eingeschoben und die Bindemittelsuspension unter einem Druck von 0,3 bar Überdruck gleichmäßig mit einem Vorschub von 15 cm/min auf die Fasermaterialmatte aufgebracht. Nachdem die Fasermaterialmatte gleichmäßig getränkt wurde, wird die Verteilerplatte für die BindemittelSuspension entfernt und die Verbundmaterialplatte aushärten gelassen. Nach dem Aushärten werden die Kunststoffplanen entfernt.
Die so hergestellte Verbundmaterialplatte hat eine Dicke von 2 cm, weist 12,5 Vol.-% organische Polymerfasern in der Matrix auf und hatte nach dem Aushärten eine Biegezugfestigkeit von 36 N/mm2 und eine Druckfestigkeit von 1400 N/mm2. BEISPIEL 2
a) Herstellung des Faseππaterials
Polypropylenfasern mit einem Polymerisationsgrad von 12 bis 17 und einem Titer von 180 dtex werden mit einer Vliesmaschine pneumatisch auf ein Förderband abgelegt und mit einer Siebwalze ausgerichtet. Die Fasern werden mittels eines Nadel¬ bretts mit 30 Stichen pro cm2 verworren. Die Dicke der fertigen Fasermatte beträgt 1,2 cm. Auf analoge Weise wird eine zweite exakt gleiche Fasermatte hergestellt und beide Fasermatten werden auf konventionelle Weise miteinander vernadelt, so daft die fertige Matte ein Flächengewicht von etwa 2,3 kg/m2 aufweist.
b) Herstellung der Bindemittelsiis-oensinn
In eine gängige Betonmischanlage werden als mineralisches Bindemittel 94,36 Gew.-% Zement (PZ 375), 5,0 Gew.-% Mikro- silica mit einem Blainewert von etwa 150.000 cm2/g, 0,30 Gew. - % eines Natriumsalzes eines Melamidformaldehydsulfidharzes, 0,30 Gew.-% eines Härtungsbeschleunigers auf der Basis von Lithiumcarbonat, 0,02 Gew.-% Tricalziumcitrat und 0,02 Gew. -% eines Tixotropierungsmittels, insbesondere Glaubersalz, einge- bracht und mit Wasser 10 min vermischt.
c) Herstellung des Verbimdmat-.eri.als
Die unter a) hergestellte Fasermaterialmatte wird zur Her- Stellung einer Verbundmaterialplatte auf eine Kunststoffplane eben aufgelegt und mit einer analogen Plane abgedeckt. Die zwei Planen werden an drei Seiten dicht miteinander verbunden und es wird unter die die Oberseite der Fasermaterialmatte abdeckende Plane eine Verteilerplatte für die Bindemittelsus- pension eingeschoben und die Bindemittelsuspension unter einem Druck von 0,5 bar Überdruck gleichmäßig mit einem Vorschub von 12 cm/min auf die Fasermaterialmatte aufgebracht. Nachdem die Fasermaterialmatte gleichmäßig getränkt wurde, wird die Ver¬ teilerplatte für die Bindemittelsuspension entfernt und die Verbundmaterialplatte aushärten gelassen. Nach dem Aushärten werden die Kunststoffplanen entfernt.
Die so hergestellte Verbundplatte hatte eine Dicke von 1,8 cm, weist 13 Vol.-% organische Polymerfaser in der Matrix auf und hat nach dem Aushärten eine Biegezugfestigkeit von 45 N/mm2 und eine Druckfestigkeit von 1.500 N/mm2.
BEISPIEL 3
Ά ) Herstellung des Fasermaterials
Polypropylenfasern mit einem Polymerisationsgrad von 11 bis 20 und einem Titer von 60 dtex werden von einer Vliesmaschine pneumatisch auf ein Förderband abgelegt und mit einer Sieb¬ walze ausgerichtet. Die Fasern wurden mittels eines Nadel- bretts mit 40 Stichen pro cm2 verworren. Die Dicke der ferti- gen Fasermatte beträgt 8 mm. Auf analoge Weise wurden drei weitere idente Fasermatten hergestellt und mit der ersten Fasermatte auf konventionelle Weise vernadelt. Die fertige Fasermatte hatten ein Flächengewicht von 3,20 kg/m2 und wies eine Dicke von 3 cm auf.
b) Herstellung der Bindesmittelsuspension pro Tonne
In einer üblichen Betonmischanlage wurden als mineralisches Bindemittel 40 Gew.-% Quarzsand mit einer Körnergröße von 0,001 bis 0,25 mm, 10 Gew.-% Quarzmehl (1.600 MESH) sowie Kunstharze, insbesondere 30 Gew.-% Epoxiharz, und 10 Gew.-% des entsprechenden Epoxihärters, sowie 5 Gew.-% Kalkhydrat als Beschleuniger und 5 Gew.-% Mikrosilica als mineralischer Füllstoff mit 130 1 Wasser 6 min gemischt. c) Herstellung des Verbundmaterials
Die unter a) hergestellte Fasermaterialmatte wird zur Herstel¬ lung einer Verbundmaterialplatte auf eine Kunststoffplane eben aufgelegt und mit einer analogen Plane abgedeckt. Die zwei Planen werden an drei Seiten dicht miteinander verbunden und es wird unter die die Oberseite der Fasermaterialmatte ab¬ deckende Plane eine Verteilerplatte für die Bindemittel¬ suspension eingeschoben und die Bindemittelsuspension unter einem Druck von 0,6 bar Überdruck gleichmäßig mit einem Vorschub von 17 cm/min auf die Fasermaterialmatte aufgebracht. Nachdem die Fasermaterialmatte gleichmäßig getränkt wurde, wird die Verteilerplatte für die Bindemittelsuspension ent¬ fernt und die Verbundmaterialplatte aushärten gelassen. Nach dem Aushärten werden die Kunststoffplanen entfernt.
Die so hergestellte Verbundmaterialplatte hatte eine Dicke von 3,2 cm und weist 14 Vol.-% organische Polymerfasern in der Matrix auf und hat nach dem Aushärten eine Biegezugfestigkeit von 54 N/mm2 und eine Zugfestigkeit von 1.380 N/mm2.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines hochfesten, faserhaltigen verbundmaterials mit einer Bindemittelmatrix, dadurch gekenn- zeichnet, daß eine Grundstruktur aus einer Matte aus miteinan¬ der vernadelten, verwebten oder schmelzverbundenen Stapel¬ fasern aus einem organischen polymeren Fasermaterial mit einem geringen Überdruck mit einer ein mineralisch gebundenes Stoff- system, Wasser und einen Verflüssiger enthaltenden Suspension getränkt wird und die Bindemittelmatrix in dem organischen polymeren Fasermaterial ausgehärtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches polymeres Fasermaterial Matten auε texturierten Fasern mit mindestens 0,25 bis 3 Bogen/cm und einem Titer von 60 bis 250 dtex eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial Faser- matten mit einem Gewicht von 0,5 bis 5 kg/m2 eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch l, 2 oder 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß als Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial geschichtete Faseππatten aus unterschiedlich ausgerichteten Fasern eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daft an der Außenfläche in Richtung der auf das Verbundmaterial wir- kenden Zugspannung ausgerichtete Fasern und im Inneren der Matte normal darauf ausgerichtete Fasern eingesetzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß als Matten Compoundmaterialien aus wenigstens zwei Matten aus organischem, polymeren Fasermaterial einge¬ setzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Compoundmaterialien Matten aus verschiedenen organischen poly¬ meren Fasermaterialien eingesetzt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß alε Compoundmaterialien Matten mit unterschiedlicher Dichte des organischen, polymeren Fasermaterials eingesetzt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die organischen polymeren Fasermaterialien vor dem Verarbeiten in Matten, insbesondere mit keramischen Fasern, ummantelt oder beschichtet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß dem organischen polymeren Fasermaterial vor dem Herstellen der Matte Mineralwolle, Steinwolle, Keramik- fasern, Glasfasern, Kohlefasern und/oder Stahlfasern beige¬ mischt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß als organisches polymeres Fasermaterial ein hydrophiles polymerisiertes C2- bis Cs-Alkylen, insbesondere ein Polypropylen mit einem Polymerisationsgrad von 10 bis 20, oder ein mit Arylgruppen, insbesondere Phenylgruppen, substi¬ tuiertes, hydrophiles Polyolefin eingesetzt wird.
12. verfahren nach einem der Ansprüche l bis ll, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das organische polymere Fasermaterial als Matte mit einer Stärke von 0,5 bis 5 cm Stärke eingesetzt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Suspension eine Mischung enthaltend 55 bis 70 Gew.-Teile CaO, 20 bis 35 Gew.-Teile Siθ2, 2 bis 4 Gew.-Teile Al2θ3, 0,5 bis 3 Gew.-Teile MgO, etwa 0,5 Gew.- Teile Fe2θ3, etwa 2 Gew.-Teile SO3, 3 bis 7 Gew.-Teile unlösliche Bestandteile, 0,5 bis 2 Gew.-Teile eines Verflüs¬ sigers sowie Wasser in das organische, polymere Fasermaterial so eingebracht wird, daß das Fasermaterial 1,5 bis 15 Vol.-% des Endproduktes darstellt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das organische polymere Fasermaterial mit einem Überdruck von 0,03 bis 2 bar mit der Suspension getränkt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß eine Matte aus gerecktem, organischen, poly¬ meren Fasermaterial mit der Suspension vergossen wird und daß nach einem Aushärten das faserhaltige Verbundmaterial auf eine Temperatur von 60 bis 100 °C, insbesondere etwa 80 °C, erwärmt wird.
16. Hochfestes, faserhaltiges Verbundmaterial bestehend aus einer Grundstruktur aus einer Matte aus miteinander vernadel- ten, verwebten oder schmelzverbundenen Stapelfasern aus einem organischen, polymeren Fasermaterial und einer darin einge¬ brachten, ein mineralisch gebundenes Stoffsystem, Wasser und einen Verflüssiger enthaltenden Suspension.
17. Verbundmaterial nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das organische polymere Fasermaterial aus Matten aus texturierten Fasern mit mindestens 0,25 bis 3 Bogen/cm und einem Titer von 60 bis 250 dtex gebildet ist.
18. Verbundmaterial nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das organische polymere Fasermaterial aus Faser¬ matten mit einem Gewicht von 0,5 bis 5 kg/m2 gebildet ist.
19. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 16 bis 18, da- durch gekennzeichnet, daß die Matten aus organischen, poly¬ meren Fasermaterialien aus geschichteten Fasermatten aus unterschiedlich ausgerichteten Fasern gebildet sind.
20. Verbundmaterial nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Matten an der Außenfläche durch in Richtung der auf das Verbundmaterial wirkenden Zugspannung ausgerichteten Fasern und im Inneren durch normal darauf ausgerichtete Fasern gebildet sind.
21. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 16 bis 20, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Fasermatten aus Compoundmateria- lien aus wenigstens zwei Matten aus polymeren Fasermaterial gebildet sind.
22. Verbundmaterial nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatten aus Compoundmaterialien aus verschiedenen, organischen, polymeren Fasermaterialien gebildet sind.
23. Verbundmaterial nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Fasermatten aus Compoundmaterialien aus Matten mit unterschiedlicher Dichte des organischen, polymeren Fasermaterials gebildet sind.
24. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 16 bis 23, da¬ durch gekennzeichnet, daß als Fasermaterial für die Matten, insbesondere mit keramischen Fasern, ummantelte oder be- schichtete Fasermaterialien eingesetzt sind.
25. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 16 bis 24, da¬ durch gekennzeichnet, daß das organische polymere Fasermate¬ rial aus einem hydrophilen polymerisierten C2- bis Cs-Alkylen, insbesondere einem Polypropylen mit einem Polymerisationsgrad von 10 bis 20, oder einem mit Arylgruppen, insbesondere Phe¬ nylgruppen substituierten, hydrophilen Polyolefin, gebildet ist.
26. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 16 bis 25, da¬ durch gekennzeichnet, daß das organische polymere Fasermate- rial in Form einer Matte eine Stärke von 0,5 bis 5 cm auf¬ weist.
27. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 16 bis 26, da¬ durch gekennzeichnet, daß das organische polymere Fasermate¬ rial 1,5 bis 15 Vol.-% des Endproduktes beträgt.
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