AT391107B

AT391107B - Verbundbauteil, bestehend aus mindestens zwei teilen aus unterschiedlichen fasermaterialien

Info

Publication number: AT391107B
Application number: AT2372/83A
Authority: AT
Inventors: Axel Dr Eschner; Ludwig Wirth
Original assignee: Didier Werke Ag
Priority date: 1982-06-30
Filing date: 1983-06-28
Publication date: 1990-08-27
Also published as: DE3224361A1; ATA237283A; NL8302254A; FR2529541B1; FR2529541A1; ZA834440B; ES8407344A1; IT1172274B; DE3224361C2; ES523466A0; IT8348563A0

Description

Nr. 391 107

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil, bestehend aus mindestens zwei Teilen aus unterschiedlichen Fasermateralien, wobei das erste Fasermaterial ein übliches Fasermaterial aus keramischen oder mineralischen, feuerbeständigen oder feuerfesten Fasern in Form von Bahnen, Platten oder Formteilen ist und das zweite Fasermaterial eine höhere mechaniscne Festigkeit als das erste aufweist.

Aus der DE-PS 22 31 658 ist bereits eine aus Platten bestehende Innenwandauskleidung für Industrieöfen bekannt, wobei die Platten aus einem starren Block aus feuerfestem Material bestehen, der mit elastischen Fasermatten verbunden ist Als feuerfeste Materialien sind Asbest oder Calcium-Silikat-Mischungen genannt. Weiterhin sind in der älteren DE-A 3105530 der Anmelderin bereits körnige, feuerbeständige oder feuerfeste Materialien beschrieben, welche überwiegend aus keramischen Fasern, Ton, gegebenenfalls anderen Zusätzen und organischem Bindemittel hergestellt wurden. In dieser älteren Patentanmeldung ist auch die Verwendung des körnigen, feuerbeständigen oder feuerfesten Materials in Faserspritzmassen oder als Zuschlag in bei in Betrieb auf Spannungen beanspruchten feuerbeständigen oder feuerfesten Bauteilen beschrieben. In einer weiteren älteren DE-A 3105534 der Anmelderin sind Form teile mit hoher mechanischer Stabilität beschrieben, welche ebenfalls aus einem überwiegenden Anteil an keramischen Fasern und Ton sowie anderen gegebenenfalls vorgesehenen Zusätzen unter Zusatz eines organischen Bindemittels hergestellt wurden, bei der Herstellung dieser Formteile ist jedoch eine Verdichtung um einen bestimmten Volumenfaktor erforderlich, um zu Formteilen mit der gewünschten Dichte von 0,5 bis 1,8 zu gelangen. In einer weiteren älteren DE-A 3105593 der Anmelderin ist ein Verfahren zur Herstellung von plastischen Massen beschrieben, bei welchem ein überwiegender Anteil von keramischen Fasern mechanisch aufgelockert wird, ein organisches Bindemittel hierin trocken eingemischt wird, dann relativ geringe Wassermengen auf diese Mischung aufgebracht werden und anschließend zu dieser befeuchteten Mischung noch Ton zugesetzt und abschließend eine Lösung eines organischen Bindemittels eingemischt wird. Diese Massen können zur Herstellung von feuerbeständigen oder feuerfesten Formteilen, wie auch zur Herstellung von durch Strangpressen geformten Formteilen, verwendet weiden.

Die CH-PS 624 652 beschreibt einen Dachbelag aus einer Platte mit harzgebundener Mineralfaser, deren Oberfläche durch eine Schicht aus Mineralfaser abgeschlossen ist. Das hohlkörperartige Isolierelement nach der EP-A-0 019 819 ist mit einer in der äußeren Fläche des Isolierelementes verankerten Schutzschicht versehen. Dar Außenwandstein nach der DE-AS 17 84 364 enthält als Dämmittel in Hohlräumen lose Fasern, wobei das Dämmittel nach außen abgedichtet wird. Nach der DE-AS 19 46 018 ist ein Verbundisoliermaterial auf Mineralfaserbasis bekannt, bei dem sich die aufeinanderfolgenden Schichten in ihrer Hitzebeständigkeit entsprechend dem Wärmegefälle unterscheiden. Bei diesen Verbundbauteilen wird aber durch die Teile auf der Grundlage von Fasermaterial eine insgesamt zufriedenstellende Festigkeit des Verbundbauteils nicht erreicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verbundbauteil, das die vorteilhaften Isoliereigenschaften von üblichen Fasermaterialien aus keramischen oder mineralischen, feuerbeständigen oder feuerfesten Fasern in Form von Bahnen, Platten oder Formteilen aufweist und trotzdem eine bessere mechanische Festigkeit, insbesondere bei Druckbeanspruchungen, aufweist und bei dessen Einsatz keine übermäßigen Spannungen im Verbundbauteil zwischen den es bildenden Einzelmaterialien auftreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient der erflndungsgemäße Verbundbauteil der zuvor beschriebenen Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das zweite Fasermaterial: a) hergestellt ist aus einer Mischung, enthaltend: 100 Gew.-Teile keramische Fasern oder Fasermischungen, 4-15 Gew.-Teile Bindeton, 2 - 8 Gew.-Teile organisches Bindemittel, und b) in dem Verbundbauteil in Form wenigstens einer aufgestrichenen oder eingefüllten Schicht oder Füllung vorliegt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Fasermaterial aus einer Mischung hergestellt, die weiterhin noch 2-8 Gew.-Teile Tabulartonerde und/oder kolloidales Siliziumdioxid enthält Hierdurch kann einerseits die Feuerbeständigkeit verbessert werden und andererseits ein dichteres Gefüge der Schicht aus zweitem Fasermaterial erreicht werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Fasermaterial des Verbundbauteils aus einer Mischung hergestellt, die weiterhin noch 2 -15 Gew.-Teile feinstzerteiltes Chromerz und/oder Chromoxid enthält Hierdurch können die Feuerfesteigenschaften des Verbundbauteils insgesamt verbessert werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Fasermaterial des Verbundbauteils aus einer Mischung hergestellt die weiterhin noch 1 - 4 Gew.-Teile Carboxymethylcellulose enthält. Hierdurch ist bei der Herstellung des Verbundbauteils der Vorteil gegeben, daß das zweite Fasermaterial leichter in einer dickeren Schicht aufgetragen werden kann.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen betreffen den Aufbau des Verbundbauteils, nämlich erstens in Form eines Sandwichaufbaus, zweitens in Form eines allseitig mit einer Schicht des zweiten Fasermaterials umgebenen Formkörpers, drittens in Form eines Verbundkörpers, der schalenförmig mit einer dünneren Schicht aus zweitem Fasermaterial umgeben ist viertens in Form eines Verbundbauteils, das gitterförmig angeordnete Schichten aus zweitem Fasermaterial aufweist, fünftens in Form eines Verbundbauteils, das solche gitterförmig angordneten Schichten aus zweitem Fasermaterial aufweist, und zusätzlich noch wenigstens eine Abdeckung senkrecht zu diesen gitterförmigen Schichten besitzt, und sechstens in Form eines Verbundbauteils, das zylinderförmige Schichten aus zweitem Fasermaterial aufweist. Auf die besonderen Vorteile dieser besonderen Verbundbauteile wird im folgenden noch eingegangen werden. -2-

Nr. 391 107

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung solcher Verbundbauteile, das dadurch gekennzeichnet ist, daß a) 100 Gew.-Teile Fasern mit 100 bis 180 Gew.-Teilen Wasser vermischt werden, Fortführen des Mischens die gegebenenfalls vorgesehenen Zusätze und Bindeton eingemischt werden, anschließend das organische Bindemittel und gegebenenfalls die Carboxymethylcellulose eingemischt werden, b) diese Masse in Form wenigstens einer Schicht auf das erste Fasermaterial aufgestrichen oder hierin eingefüllt wird, und c) abschließend eine Trocknung und gegebenenfalls eine Temperaturbehandlung bei 100 bis 200°C durchgeführt wird, sowie gegebenenfalls das Verbundbauteil auf Rastermaß geschnitten wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden in Platten oder Formteile aus erstem Fasermaterial Löcher gebohrt, in welche dann die Masse eingefüllt, getrocknet und gegebenenfalls hitzebehandelt wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Veibundbauteile liegt darin, daß die Teile aus unterschiedlichen Materialien immer aus Fasermaterialien bestehen, so daß bei deren Einsatz geringere mechanische Spannungen auftreten als bei vorbekannten Verbundbauteilen, welche aus ganz unterschiedlichen Materialien bestehen, z. B. einerseits aus Fasermaterialien und andererseits aus starren Blöcken aus feuerfestem Material.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verbundbauteile ist, daß sie bei ihrem Einsatz bei höheren Temperaturen wesentlich größeren Druckbelastungen ausgesetzt werden können, weiterhin, daß im Falle von den das Verbundbauteil umhüllenden Schichten aus einem zweiten Fasermaterial praktisch keine Abgabe von Fasern erfolgt, die bei Verwendung von üblichen Fasermaterialien in Form von Bahnen, Platten oder Formteilen störend sein kann.

Der in dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil vorliegende Teil aus einem ersten, üblichen Fasermaterial aus keramischen oder mineralischen, feuerbeständigen oder feuerfesten Fasern in Form von Bahnen, Platten oder Formteilen, kann ein übliches Material, beispielsweise ein übliches genadeltes Blanket oder auch ein durch Vakuumverformung hergestellter Formteil, sein.

Die bei der Herstellung der Fasermaterialien - sowohl für den ersten, konventionellen Teil als auch für den zweiten erfindungsgemäß wesentlichen Teil des Verbundbauteils - verwendeten keramischen, feuerbeständigen oder feuerfesten Fasern sind bekannten, insbesondere auf der Basis von Aluminiumsilikaten mit insbesondere hohem A^O 3-Gehalt im Bereich von 45 bis 95 Gew.-%. Je nach dem Verwendungszweck, d. h. dem gewünschten Grad an Feuerbeständigkeit oder Feuerfestigkeit, können jedoch auch Steinwollefasem eingesetzt werden, weiterhin ist es möglich, Gemische solcher keramischer Fasern zu verwenden. Die keramischen Fasern können vorteilhafterweise auch in gechoppter Form eingesetzt werden, d. h. mit einer Länge von 1 bis 5 mm, jedoch ist es auch möglich, sogenannte gemahlene Fasern einzusetzen, deren Länge im Bereich von 10 bis 500 μτη liegt. Der Durchmesser der keramischen Fasern liegt im allgemeinen in der Größenordnung von 1 bis 25 μπι und insbesondere im Bereich von 2 bis 8 |im. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, keramische Fasern mit anderen Abmessungen zu verwenden.

Die erfindungsgemäß verwendeten Bindetone sind an sich bekannt, besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Bentonit.

Die weiterhin bei der Erfindung in den Verbundbauteilen vorliegenden, feinstzerteilten Feuerfestmaterialien - nämlich Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxide wie Bauxit, Chromerz, Chromoxid (C^Oß), Titandioxid und

Magnesia - sind auf dem Fachgebiet an sich bekannt. Sie werden vorteilhafterweise mit einer Maximalgröße von 0,09 mm verwendet. Unter feinstzerteilten Materialien dieser Art sind auch kolloidale Materialien zu verstehen, insbesondere kolloidales Siliziumdioxid bzw. Kieselsäure, die üblicherweise in Form eines Sols eingesetzt wird. Die angegebenen Mengen beziehen sich jedoch immer auf Feststoffe.

Als organische Bindemittel können die üblicherweise verwendten organischen Bindemittel eingesetzt werden, z. B. Sulfitablauge in fester oder flüssiger Form sowie Stärke und Melasse. Die Mengenangaben für die organischen Bindemittel beziehen sich immer auf den Feststoffgehalt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Herstellung des zweiten Fasermaterials noch Carboxymethylcellulose verwendet, die vorteilhafterweise nach dem Einmischen des organischen Bindemittels erst zugemischt wird. Diese Carboxymethylcellulose kann dabei vorteilhafterweise etwa zur Hälfte in fester Form und zur anderen Hälfte in Form einer viskosen Lösung eingemischt werden.

Zur Herstellung der Verbundbauteile wird das zweite Fasermaterial durch Zusammenmischen der Einzelbestandteile in einem üblichen Mischer, z. B. einem Drais-Mischer oder auch einem Zwangsmischer (Eirich-Mischer), zunächst in Form einer plastischen bzw. pastenförmigen Masse hergestellt, die dann mittels einer Kelle oder in jeder anderen geeigneten Weise auf dem ersten Fasermaterial aufgebracht oder hierin eingefüllt werden kann.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Verbundbauteil aus einem ersten Fasermaterial mit einer umgebenden Schicht aus einem zweiten Fasermaterial,

Fig. 2,3,4 Verbundbauteile mit Platten aus einem ersten Fasermaterial und eine Beschichtung aus einem zweiten Fasermaterial, -3-

Nr. 391107

Fig. 5 ein Verbundbauteil mit einem ersten und einem gitterförmig angeordneten zweiten Fasermaterial,

Fig. 6 eine Platte eines Verbundbauteils mit die Platte durchsetzenden Löchern, gefüllt mit einem zweiten Fasermaterial,

Fig. 7 ein Verbundbauteil mit Füllungen und äußerer Schale aus einem zweiten Fasermaterial.

Beispielsweise können Platten aus einem ersten Fasermaterial mit einer Schicht von 5 mm aus dem pastenförmigen zweiten Fasermaterial mit einer Kelle beschichtet werden und die einzelnen Platten aufeinandergeschichtet werden, so daß der in der Fig. 2 gezeigte Aufbau des Verbundbauteils gebildet wird. Abschließend kann dann der so gebildete stapelförmige Verbundbauteil noch auf einer oder mehreren oder allen Seiten, an denen Teile aus erstem Fasermaterial freiliegen, mit einer Schicht aus einem zweiten Fasermaterial überzogen werden, so daß die in den Figuren 3 und 4 gezeigten Aufbauten erhalten werden. Durch Zerschneiden des in Fig. 2 gezeigten Aufbaues in Schichten von z. B. 2 cm und Zusammenfügen dieser Schichten, wobei die Zwischenschichten aus einem zweiten Fasermaterial senkrecht zur Fläche des Zusammenfügens liegen, sowie in dem wieder eine Schicht aus einem zweiten Fasermaterial eingebracht wird, erhält man den in Fig. 5 gezeigten, gitterförmigen Aufbau.

In der Fig. 6 ist ein Aufbau gezeigt, bei welchem in eine dicke Platte aus erstem Fasermaterial Löcher, z. B. mit einem Durchmesser von 4 cm, eingebohrt und diese dann mit einem pastenförmigen zweiten Fasermaterial gefüllt und bei Temperaturen von 100° bis 140°C getrocknet wurden.

In der Fig. 7 ist ein Aufbau gezeigt, der sich bei einem Verbundbauteil besonders bewährt hat, der als Unterlage für zu brennende Gegenstände, insbesondere schwerere Gegenstände, für Wagen von Öfen, insbesondere Tunnelöfen, verwendet wird. Durch die als Stützpfeiler wirkenden, zylinderförmigen Füllungen und die Schale aus zweitem Fasermaterial wird eine so hohe Druckfestigkeit erreicht, daß besondere Maßnahmen zum Unterstützen der zu brennenden Gegenstände nicht mehr erforderlich sind.

In der Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen bausteinförmigen Verbundteil gezeigt, der auf allen Seiten mit dem zweiten Fasermaterial umhüllt ist.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele zur Herstellung der plastischen Massen für das zweite Fasermaterial näher erläutert; diese plastischen bzw. pastenförmigen Massen wurden dann mit handelsüblichen Faserboards bzw. Faserplatten zu den Verbundbauteilen weiterverarbeitet, oder in dickere Platten aus erstem Fasermaterial in dort vorbereitete Löcher eingefüllt.

Bei den Beispielen wurden handelsübliche keramische Fasern folgender Zusammensetzung verwendet:

Fasern A mit 47 % AI2O3 und 53 % S1O2;

Fasern B mit 95 % AI2O3 und 5 % SiO^

Beispiel 1

In einen Mischer (Drais-Mischer) wurden 100 Gew.-Teile keramische Fasern A eingegeben, weiterhin 150 Gew.-Teile Wasser. Dann wurde 5 Minuten gemischt. Unter Fortführen des Mischens wurden 10 Gew.-Teile Bentonit als Bindeton zugesetzt und weitere 6 Minuten gemischt Anschließend wurden als organische Bindemittel 5 Gew.-Teile feste Stärke zugesetzt

Entsprechend der in Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweise wurden die in der folgenden Tabelle angegebenen Ansätze zu pastenförmigen Massen verarbeitet und zu Verbundbauteilen weiterverarbeitet

Die Verbundbauteile wurden dann getrocknet damit die pastenförmige Masse verfestigt vorteilhafterweise kann anschließend noch eine Wärmebehandlung bei Temperaturen von 100° bis 200°C durchgeführt werden.

Tabelle

Beispiel 2 Fasern A Fasern B 100 Bindeton 10 Chromoxid < 44 |im 12 Titandioxid < 44 pm - Magnesia < 90 μιη - Bauxit < 63 μιη - Wasser 160 Carboxymethylcellulose * - AI2O3 < 63 μπι 2 kolloidales S1O2 _ 3 4 5 6 7 8 9 10 100 50 75 100 25 50 100 - 50 25 - 75 50 - 100 8 5 8 4 15 8 10 10 - 2 - 3 - - - 2 5 2 - - 10 . - - - - - 2 4 - - - - - 5 - - 15 - - 140 150 170 100 120 140 150 110 1 2 - 4 - - - - 2 2 - 8 - - 10 - _ 2 8 _ 2 4 « 6 -4-

Claims

Nr. 391107 * 50 % als 5 %ige Lösung in Wasser und 50 % in fester Form zugesetzt - der Wasseranteil der Lösung ist nicht zu berücksichtigen. PATENTANSPRÜCHE 1. Verbundbauteil, bestehend aus mindestens zwei Teilen aus unterschiedlichen Fasermaterialien, wobei das erste Fasermaterial ein übliches Fasermaterial aus keramischen oder mineralischen, feuerbeständigen oder feuerfesten Fasern in Form von Bahnen, Platten oder Formteilen ist und das zweite Fasermaterial eine höhere mechanische Festigkeit aufweist als das erste, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial: a) hergestellt ist aus einer Mischung enthaltend: 100 Gew.-Teile keramische Fasern oder Fasermischungen, 4 bis 15 Gew.-Teile Bindeton, und 2 bis 8 Gew.-Teile organisches Bindemittel, und b) in dem Verbundbauteil in Form wenigstens einer aufgestrichenen oder eingefüllten Schicht oder Füllung vorliegt.
2. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial aus einer Mischung hergestellt ist, die weiterhin noch 2 bis 8 Gew.-Teile Tabulartonerde und/oder kolloidales Siliziumdioxid enthält
3. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial aus einer Mischung hergestellt ist die weiterhin noch 2 bis 15 Gew.-Teile feinstzerteiltes Chromerz und/oder Chromoxid und/oder Titandioxid und/oder Magnesia und/oder Alumniumhydroxid enthält
4. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial aus einer Mischung hergestellt ist, die weiterhin noch 1 bis 4 Gew.-Teile Carboxymethylcellulose enthält.
5. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fasermaterial sandwichartig zwischen zwei dünneren Schichten aus zweitem Fasermaterial eingeschlossen vorliegt
6. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form eines allseitig mit einer dünnen Schicht des zweiten Fasermaterials umgebenen Formkörpers vorliegt (Fig. 1).
7. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial das erste Fasermaterial schalenförmig umgibt
8. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial in Form von gitterförmig angeordneten Schichten in dem Verbundbauteil vorliegt (Fig. 5).
9. Verbundbauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial auf wenigstens einer Seite des Verbundbauteils als Abdeckung, senkrecht zu den gitterförmig angeordneten Schichten des zweiten Fasermaterials vorliegt.
10. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial in Form einer zylinderförmigen Schicht in dem ersten Fasermaterial vorliegt (Fig. 6).
11. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteiles nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß a) 100 Gew.-Teile Fasern mit 100 bis 180 Gew.-Teilen Wasser vermischt werden, daß unter Fortführen des Mischens die gegebenenfalls vorgesehenen Zusätze und Bindeton eingemischt werden, daß anschließend das organische Bindemittel und gegebenenfalls die Carboxymethylcellulose eingemischt werden, b) diese Masse in Form wenigstens einer Schicht auf das erste Fasermaterial aufgestrichen oder hierin eingefüllt wird, und c) abschließend eine Trocknung und gegebenenfalls eine Temperaturbehandlung bei 100° bis 200°C durchgeführt -5- Nr. 391 107 wird, sowie gegebenenfalls das Verbundbauteil auf Rastermaß geschnitten wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Verbundbauteilen mit zylinderförmiger Schicht des zweiten Fasermaterials in Formteile aus erstem Fasermaterial Löcher eingebohrt 5 werden und diese Löcher mit der Masse aufgefüllt werden.
13. Verwendung des Verbundbauteiles nach Anspruch 7 als Bodenisolierung von Wagen für Tunnelöfen. 10 Hiezu 1 Blatt Zeichnung -6-