DE2256968A1 - Verbundwerkstoff und herstellungsverfahren - Google Patents
Verbundwerkstoff und herstellungsverfahrenInfo
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Description
Verbundwerkstoff und Herstellungsverfahren.
Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden
U.S. Anmeldung Ser.No. 201 111 vom 22.November 1971
in Anspruch genommen.
Bekannte harzhaltige Gußgegenstände sind aus inerten Füllstoffen hergestellt, die innerhalb eines duroplastischen
Harzes wie z.B* Polyester dispergiert sind» Bekannte
Füllstoffe umfassen Kalkstein (Calciumkarbonat), Glas-.
. fasern, Asbest^ Sinter, Schlacke, Silikate, Metallpulver,'
Quarz, Ton, Sand, Tonerde, vulkanische Asche und dgl.
Zur Herstellung von Erzeugnissen mit'gewünschten ·
Eigenschaften werden üblicherweise mehrere inerte Füllstoffe mit einem Harzbindemittel vermischt. So ist beispielsweise
bekannt., daß kugelförmige Teilchen im Bindemittel hoch belastet
werden können, jedoch keine so starke Haftbindung wie unregelmäßig geformte Teilchen5 mit dem" Bindemittel bilden.
Andererseits lassen sich Teilchen unregelmäßiger Formgebung
von allgemein gleichförmiger Größe nicht sehr gut verdichten, so daß ein größerer Bindemittelanteil verwendet werden muß.
Polyester bildet bekanntlich eine äußerst starke Verbindung mit freiem Metall im Vergleich zur Bindung mit
Metalloxid, Freie Metalle aus den üblichen Herkunftsquellen
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sind jedoch verhältnismäßig teuer. Aus diesem Grunde läßt sich ein Erzeugnis unter Verwendung eines freien Metalls in
den meisten Fällen nicht wirtschaftlich herstellen.
Zur Herstellung der unterschiedlichsten synthetischen Marmorerzeugnisse wird auch bereits ein Polyesterbindemittel
mit CalciumkarbonatfüIlstoff verwendet. Ein Nachteil,
der sich aus der Verwendung von Calciumkarbonat als Füllstoff ergibt, ist, daß das Enderzeugnis eine verhältnismäßig nied*-
rige Zugfestigkeit aufweist. Daher eignet sich ein solches Erzeugnis nur in begrenztem Maße zur industriellen Anwendung.
Hinzu kommt, daß Calciumkarbonat stark auf Säure reagiert, so daß eine mit Calciumkarbonat als Füllstoff ausgebildete
Oberfläche durch Säureeinwirkung dauerhaft beschädigt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verbundwerkstoff zu schaffen, der im Vergleich zu den
vorstehend beschriebenen Werkstoffen bessere mechanische, chemische und elektrische Eigenschaften aufweist, sich leicht
in jede gewünschte Formgebung wie z.B. zu Rohren großen Durchmessers verarbeiten läßt, eine glatte Oberfläche mit
niedrigem Reibungswiderstand aufweist und sich daher beispielsweise für Innenwände von Rohren und für Haushaltsgegenstände
wie z.B. Formspülen oder Spielzeug eignet. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur preiswerten
Herstellung eines derartigen wertvollen Verbundwerkstoffs zu schaffen.
Der zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene
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Verbundwerkstoff besteht aus einem innigennSemisch aus einem
größeren Anteil eines zur Verstärkung dienenden teilchenförmigen Füllstoffs und einem kleineren Anteil, eines die Füllstoffteilchen
miteinander verbindenden haftfähigen Polymerisatharz-Bindemittels und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff aus dem Pyrolyse- oder Veras
chungsrückstand von industriellen öder kommunalen Abfall*-
feststoffen einschließlich Metallteilchen besteht.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Entdek-.
kung, daß Pyrolyse- oder Veraschungsrückstände von industriellen
oder kommunalen Abfallfeststoffen ein ausgezeichnetes teilchenförmiges und zur Verstärkung dienendes Füllmaterial
bilden, wenn sie mit einem haftfähigen Polymerisatharz-Bindemittel innig vermischt sind, Die Herstellung eines solchen
Verbundwerkstoffs ist besonders attraktiv in unmittelbarer Jähe einer Pyrolyse- oder Veraschungs-anlage3 da in diesem .
Falle keine hohen Transportkosten für die Rückstände anfallen.
Der hier verwendete Ausdruck "teilchenförmiger Füllstoff"
umfaßt beliebige Rückstände aus der Pyrolyse oder der Veraschung industrieller oder kommunaler. Abfallfeststoffe,·.
Das zur Herstellung des Verbundwerkstoffs vorgeschlagene Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet
, daß ein größerer Anteil eines zur Verstärkung dienenden teilchenförmigen Füllstoffs gründlich mit einem'kleineren
Anteil eines fließ- und .gießfähigen, polymerisierbaren Harz-,
vorhärters vermischt, dann eine Form gewünschter. Formgebung --..
mit dem noch im fließfähigen Zustand befindlichen Semisch
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gefüllt und schließlich der Harzvorhärter polymerisiert und ein ausgeformter fester Verbundwerkstoff hergestellt wird,
in dem das Bindemittel haftfähig mit den Füllstoffteilchen verbunden ist.
Ein typischer Veraschungsrückstand, der sich als
teilchenförmiger Füllstoff entsprechend der Erfindung verwenden läßt, wird in kommunalen Verbrennungsanlagen erhalten,
in welchen Müllfeststoffe kontinuierlich verascht werden. Die Gasatmosphäre der Verbrennungsanlage wird normalerweise
mit Sauerstoff angereichert und etwa auf atmosphärischem Druck gehalten. Die Verbrennungstemperaturen liegen in der
Regel zwischen etwa 870 und 10MO 0C. Die Verweilzeit der
Abfallfeststoffe beträgt im Kittel beispielsweise etwa 30
Minuten. Das Beschickungsgut der Verbrennungsanlage enthält beispielsweise Papier, pflanzliche Abfälle, Glas, Kunststofffolien,
Steine, Erde, Plaste, keramische Stoffe, Metalle,
Holz, Gummi und dgl..
In der nachstehenden Tabelle I sind die Ergebnisse einer Analyse des Verbrennungsrückstands angegeben, der in
einer kommunalen Verbrennungsanlage unter den vorstehend angegebenen Bedingungen aus den oben angedeuteten Abfallfeststoffen
erhalten worden ist.
- siehe Seite 5 -
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Rückstand aus einer kommunalen Verbrennungsanlage Stoff Prozentgehalt
Siliciumdioxid (SiO ) . 30 - 42
Tonerde (Al2O3) 18-22
Titanoxid (TiO2)" 1,0 - 3,0
Eisenoxid (Fe0O0) ■ 9,0 - 12,5
Kupferoxid (CuO) Spuren
Calciumoxid . 11,5-15
Magnesiumoxid 2,3 - 4,0
Zinkoxid 0,5-1,0
Bleidioxid Spuren Kohlenstoff . Spuren Metalle (Eisen und
Nichteisenmetalle) 7-11
Ein Pyrolyserückstand kommunaler oder industrieller Herkunft läßt sich gleichfalls als teilchenförmiger Füllstoff
verwenden. Ein typischer Pyrolyserückstand wird dann erhalten, wenn durch Reißmaschinen zerkleinerte Abfälle oder Müll der
in Verbindung mit der Verbrennung beschriebenen Zusammensetzung in einem Drehrohrofen mit feuerfester Auskleidung er- '
hitzt werden. In dem Ofen werden die Abfälle in einer sauerstoffarmen
Atmosphäre erhitzt, um organische Stoffe zu Gas, Kohlenstoff und Ansehe zu-zersetzen. Die vollständige,Pyrolyse
oder Hitzezersetzung erfolgt dadurch, daß der Abfall vor Verlassen des Ofens auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt
wird. Ein typischer Pyrolyserückstand ist in der nachstehenden Tabelle angegeben.
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Tabelle II
Stoff Prozentgehalt
Glas und Steine 30 - 45
Metalle 25-35
Primärer Kohlenstoff 15 - 20
Asche (inerte Metalloxide) 25-30
Aus dem Rückstand kann eine fein zerkleinerte, kohlenstoffreiche Fraktion (mit einer Teilchengröße von bis
zu 0,150 mm) abgetrennt und beispielsweise für Filter zur Abwasseraufbereitung verwendet werden. Der Rest des Rückstands,
welcher üblicherweise als Aufschüttmaterial und dgl. verwendet wird, eignet sich als teilchenförmiger Füllstoff entsprechend
der Erfindung. Der Rückstand kann auch in seiner Gesamtheit als Füllstoff verwendet werden.
Die Pyrolyse erfolgt typischerweise in einer sauerstoffreien
Atmosphäre bei einem Absolutdruck von etwa einer Atmosphäre und einer Temperatur von etwa 1038 0C. Die Verweilzeit
liegt zwischen 20 und 30 Minuten. Eine neu entwickelte, sogenannte Vakuum- oder Blitzpyrolyseexnheit arbeitet
bei einer Temperatur von etwa *+82 0C und mit einer Verweilzeit
von etwa 30 Sekunden.
Der Pyrolyserückstand enthält auch nach zunächst erfolgender Kohlenstoffabtrennung oder Verbrennung Spurenmengen
von Kohlenstoff. Der Kohlenstoff verleiht dem erfindungsgemäßen Werkstoff im fertigen Zustand eine schwarze, homogene
Farbe. Durch Zugabe kleiner Pigmetmengen zu dem Gemisch vor dessen Verfestigung lassen sich jedoch in der nachstehend beschriebenen
Weise unterschiedliche Farbgebungen erhalten.
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Das Vorhandensein kleiner (d.h. bis zu etwa 10 % betragender) Mengen Kohlenstoff in dem teilchenförmigen Füllstoff
steigert außerdem die elektrische Leitfähigkeit des fertigen Verbundwerkstoffs. Das ist von besonderem Interesse bei der
Herstellung von Fußbodenfliesen oder Rohren, die nicht durch statische Elektrizität aufgeladen werden sollen..
Die Pyrolyse- und Verbrennungsrückstande werden oft
durch einen Magnetabscheider durchgeleitet, um.denEisen-
und Stahlanteil zu entfernen. Je nach dem Abfallfeststoffgehalt
in der,Zusammensetzung des Ausgangsgemischs kann dadurch
der Gesamtgehalt an freien Metallen um bis zu 50 % oder mehr verringert werden. In diesem Falle besteht natürlich
der Gesamtgehalt an freien Metallen im wesentlichen aus Nichteisenmetallen.
Entsprechend der Erfindung kann entweder ein strak eisenhaltiger oder ein durch Magnetabscheidung von
Eisenteilen befreiter Rückstand verwendet werden. .
Die Teilchen des Abfallrückstands weisen mehrere, für einen Füllstoff wünschenswerte Eigenschaften auf. So ist
beispielsweise der Rückstand in der Regel gekennzeichnet durch eine inhomogene Korngrößenverteilung im Bereich von
0,8 Ms 0,050 mm. Es ist nicht erforderlichs dieses Material
zur Verwendung als Füllstoff zu klassieren. Die Erzielung
der höchsten Packungsdichte wird natürlich durch diesen großen Korngrößenbereich gefördert, was eine wichtige Überlegung
ist, da aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten ein hoher Füllstoffanteil im fertigen Verbundwerkstoff erwünscht ist.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der einzelnen Füll-
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stoffteilchen besteht in der Unregelmäßigkeit und der groben
Formgebung der Teilchen, die bei Pyrolyse oder bei Veraschung auf natürliche V/eise erhalten wird. Mit einer solchen Formgebung
läßt sich eine stärkere Haftbindung mit dem Polymerisat-Bindemittel erreichen als bei glatter Teilchenform. Infolge
der rauhen Oberflächenstruktur wird außerdem die Festigkeit
der Harz-Abfallrückstand-Bindung gesteigert, indem eine starke mechanische Verzahnung zwischen Rückstandsteilchen und
Harz erhalten wird.
Die Füllstoffteilchen weisen eine allgemein nichtporöse Struktur auf, so daß der fließfähige Ilarzvorhärter
(resin binder precursor) nicht in die Teilchen eindringt. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß ein Eindringen des verhältnismäßig
teuren Bindemittels in einen porösen Füllstoff eine Verschwendung darstellt, da das in den Füllstoff eingedrungene
Bindemittel keine Haftfunktion ausübt.
Das entsprechend der Erfindung als Bindemittel verwendete Harz muß bestimmten Anforderungen genügen. Es muß
vor Polymerisation fließfähig oder flüssig sein, um das Vergießen des Werkstoffs zu ermöglichen. Außerdem muß es in
der Lage sein, eine Haftverbindung mit dem größten Teil der Füllstoffteilchen einzugehen, so daß bei Ausformung ein
fester Verbundwerkstoff erhalten wird.
Zur Ausführung der Erfindung geeignete hitzehär^tbare
oder duroplastische Harze umfassen Epoxidharze aus einem Gemisch von Epich]orhydrin und Bisphenol, Phenolharze aus Formaldehyd
und Phenol, Copolymerisate aus natürlichem oder syn-
^ η 9 a 7 ι / 11 η s
thetischem Flüssiggummi mit Styrol, Polyester aus einem Gemisch eines polyfunktionalen Alkohols und einer polyfunktionalen
Säure und Copolymerisate aus Vinylchlorid und Styrol. Andere duroplastische Harze, die sich ebenfalls verwenden
lassen, sind AmXn1P 1 aste, Alkydharze, Urethane, Silicone,
I ·
vernetztes Poyäthylen und dgl.
vernetztes Poyäthylen und dgl.
Eine Aufzählung der zur Ausführung der Erfindung besonders gut geeigneten Polyesterharze ist in dem Kapitel
mit der Überschrift "Polyester" von Edward H. Meyer in "Modem Plastics Encyclopedia", Ausgabe für 1965, September
1964, Seiten 235 - 240 und den dort angegebenen Literaturstellen und in ''Polyesters and Their Applications" ("Polyester
und ihre Anwendungen") von Bjorksten u.a., Reinhold,
New York, 195 6 enthalten.
Geeignete gießfähige Polyester bestehen aus einer Lösung des Veresterungsprodukts eines Glykols wie z.B. Propylenglykol
und zweibasischen Säuren in Styrol. Die zweibasischen Säuren umfassen dabei Phtalsäureanhydrid oder Isophtalsäure
und Maleinsäureanhydrid. Bei entsprechender Katalysierung mit einem Peroxid wie z.B. Benzoylperoxid oder
Methyläthylketonperoxid reagiert das Styrol mit den ungesättigten Maleinsäuregruppen und bildet das duroplastische
Harz. Es werden nur kleine Katalysatormengen von 0,5 bis 1,0 % verwendet.
Besonders gut geeignete Phenolharze haben ein MoI-verhültnis
von Formaldehyd zu Phenol etwa im Verhältnis von 2 bis zu 3 Teilen auf 1 Teil Phenol. Diese Harze lassen sich
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durch Erwärmung während 1 bis 3 Tagen auf 70 bis 80 C langsam aushärten oder bei 20 0C schneller (d.h. in 1 bis 4
Stunden) durch Zugabe kleiner Mengen (von z.3. 1 - 5 v) Säure zur Aushärtung bringen.
Das erfindungsgemäß verwendete Füllmaterial kann ggf. auch zur Verstärkung eines thermoplastischen Harzbindemittels
verwendet werden. Die dazu geeigneten Bindemittel sind: ilylon, Polycarbonate, Akrylharze, Azetylharze, Vinylharze,
Zelluloide, Styrole, chlorinierte Polyäther, Fluorkohlenwasserstoffe, Polypropylen und Polyäthylen.
Der Werkstoff mit der vorgenannten Zusammensetzung kann durch Zugabe eines geeigneten Pigments in einer bestimmten
Weise eingefärbt werden. Eine Rotfärbung kann durch Zugabe von Eisenoxid, eine Weißfärbung durch Zugabe von Titanoxid,
eine Blaufärbung durch Zugabe von Phtalcyanin-Blau, eine Grünfärbung durch Zugabe von Phtalcyanin-Grün usw. erhalten
werden. Es wurde gefunden, daß ein verhältnismäßig niedriger Pigmentprozentsatz in der Größenordnung von 1/2 %
oder weniger ausreicht, um dem gesamten Werkstoff die gewünschte Farbgebung zu verleihen. Das Pigment wird dem Bindemittel
und dem Füllstoff in der Mischstufe zugesetzt. Die Mischfarben von herkömmlichem synthetischem Marmor lassen
sich gleichfalls für den erfindungsgemäßen Werkstoff erreichen.
Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff kennzeichnet sich durch hohe Biege-, Zug-, Druck- und Kerbschlagfestigkeit,
wie weiter unten angegeben ist. Außerdem ist er außer-
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gewöhnlich beständig gegenüber Säuren und allgemein anderen korrodierenden Chemikalien. Die Oberfläche weist eine verhältnismäßig hohe Härte auf und läßt sich leicht bearbeiten.
Die Oberflächenglätte schließlich ist vergleichbar der der Form.
Der Werkstoff ist äußerst witterungsbeständig, sowie beständig gegen niedrige Temperaturen und langanhaltender
ultravioletter und infraroter Bestrahlung, Aus dem Verbundwerkstoff hergestellte Rohre haben eine ausgezeichnete Formund
Maßhaltigkeit, auch unter Zug- oder Druckbeanspruchungen bei extremen Temperaturen zwischen - 51 C und + 1H9 C. Die
Rohre sind undurchlässig gegenüber Wasser und Sulfatlösungen.
Die erfindungsgernäße Verbindung ist chemisch hoch widerstandsfähig und eignet sich daher besonders gut für
unter Wasser anzulegende Bauteile wie z.B. Dämme, Wehre und Pfosten oder Träger in Süß- oder Salzwasser. Der Verbundwerkstoff
läßt sich zu Druckspeicherbehältern von großem Durchmesser vergießen, die insbesondere zur Aufnahme korrosiver
Chemikalien geeignet sind.
Die vorgenannten außergewöhnlichen Eigenschaften, werden mit dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff erhalten,
der ein verhältnismäßig geringes Gewicht im Vergleich zu den ansonsten für gleiche Zwecke verwendeten Werkstoffen, wie
z.B. armiertem Beton für Rohre großen Durchmessers aufweist.
Die Dichte des Verbundwerkstoffs läßt sich durch Verschäumen
mit Luft (z.B. durch Agitation) auf eine beliebige spezifische Dichte von beispielsweise 1,2 bis 2,2 bringen. Zur
3 0 9821/1105-■
Einstellung der Dichte lassen sich auch handelsübliche Schaumstoffe oder Harze wie z.B. Polyurethane verwenden.
Die mechanischen Eigenschaften von sechs unterschiedlichen, entsprechend der Erfindung hergestellten werkstoffen
wurden miteinander und mit einem siebenten Probenwerkstoff verglichen, welcher Calciumkarbonat als Füllstoff enthielt.
Das Füllstoff-ßindemittel-Gewichtsverhältnis wurde konstant
auf 74 % : 26 'Ό gehalten. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden
Tabelle III angegeben.
Mechanische Eigenschaften von | Verbundwerkstoffen | 620 | + | 4mm) | 0,50 67 | |
Probe Hr. |
Biegefestigk. Zugfestigk. Druckfestigk. Kerbschlagf.Härte (kp:cm^) (kp:cm2) (kprcm^) (ft.Ib/in) Earcol |
676 | ,050mm) | 0,50 66 | ||
1 | 1 550 443 1 | 669 | ,050mm) | 4 mm) | 0,50 69 | |
2 | 1 585 548 1 | 403 | Pyrolyserückstand (0,8-0,074mm) | 0,30 67 | ||
3 | 1 582 570 1 | 361 | Pyrolyserückstand (0,8-0,074mm) (ohne Magnetabscheidung) |
0,30 63 | ||
4 | 1 316 359 1 | 424 | Pyrolyserückstand (0,8-0,07 | 0,30 68 | ||
5 | 1 270 274 1 | 298 | Veraschungsrückstand (4,7-0 | 0,30 56 | ||
6 | 1 375 408 1 | Pyrolyserückstand (0,8-0,07 | ||||
7 | 1 168 155 1 | Bindemittel | ||||
Zusammensetzung | Epoxidharz | |||||
Probe Uv. |
Füllstoff | Epoxidharz | ||||
1 | Veraschungsrückstand (4,7-0 | Epoxidharz | ||||
2 | Polyesterharz | |||||
3 | Polyesterharz | |||||
4 | Polyesterharz | |||||
5 | ||||||
6 |
(ohne Magnetabscheidung)
CaCO3 (0,175 mm)
usammensetzuni
Polyesterharz
74 % Füllstoff: 26 % Bindemittel
309821/110*
Diese Ergebnisse zeigen, daß sämtliche Proben 1-6 wesentlich höhere Werte von Biege-, Zug- und Druckfestigkeit
und .Härte im Vergleich zu Probe 7 mit Calciumkarbonat als
Füllstoff aufweisen. Wie zu erwarten war, erbringt Epoxidharz bessere mechanische Eigenschaften als Polyesterharz.
Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff sollte 60-90 Gewicht steile Füllstoff und M-O-10 Gewichtsteile Bindemittel
und vorzugsweise 7o-85 Gewichtsteile Füllstoff und 30-15 Gewichtsteile Bindemittel enthalten. Mit mehr als 90' Gewichtsteilen Füllstoff lassen sich die Teilchen nur unter Schwierigkeiten
wirksam miteinander zu einem Werkstoff verbinden, der die oben angegebenen mechanischen Eigenschaften aufweist.
Außerdem würde die Gleichförmigkeit des gesamten Werkstoffs
darunter leiden. Wenn der Anteil des Bindemittels, dessen Kosten wesentlich höher liegen als die des Füllstoffs, auf
beispielsweise 4-0 Gewi'chtsteile oder höher gesteigert wird,
steigen die Kosten für den Verbundwerkstoff so stark an, daß sich für die meisten Anwendungen unvertretbar hohe Herstellungskosten
ergeben.
Bei einem Vergleich der mechanischen Eigenschaften der Proben 4 und 6 läßt sich aus den obigen Zahlenangaben
eine weitere Schlußfolgerung ziehen. Beide Proben sind mit Polyesterharz-Bindemittel hergestellt und unterscheiden sich
nur in den Eigenschaften des Pyrolyserückstand-Füllstoffs.
In Probe 4 ist ein großer Teil der Eisenmetalle durch Megnetabccheiüung
aus dem Füllstoff entfernt worden,, während für Probe 6 keine derartige Abscheidung erfolgt ist. Der Werk-
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stoff von Probe 6 weist höhere biege- und Zugfestigkeitswerte
auf. Die Erklärung dafür dürfte in aer starken haftbindung
zwischen bindemittel und Letalloberfleiche zu sehen sein.
wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, lassen sich .entsprechend der- ürfindun^ viele unterschiedliche
und preiswerte GuLverbunawei\k stoff e herstellen. Die vorgenannten
Eigenschaften gestatten die Verwendung des "werkstoffs
zur herstellung, selbs ttra^enuer Teile ohne tragende äußere
Elemente .
Der· Verbundwerkstoff eignet sich besonders &ut zum
Gießen von Rohren, uie einen großen Durchmesser von beispielsweise
50 cm oder mehr aufweisen. Zur Zeit wird für diese Abmessungen
armierter beton verwendet. Die Verarbeitung dieses
werkstoffs ist verhältnismäßig kostspielig, sowie schwierig
und zeitaufwendig. Außerdem weist er eine raune uiic unebene
Oberfläche auf, aie bei Flüssigkeitsdurchsatz durch die kehre
hohe Reibungsverluste zur Folge haben. Eur Vermeidung dieser
Reibungsverluste weraen aaner üblicherweise glatte beschichtungen
auf die Rohrinnenwänae aufgebracht, wodurch sich wieueruiu
höhere iiersteliun^skosten ergeben. In Gegensatz aazu sind
entsprechend der i^riinung hergestellte Kohre öroCeη Durciiiuessers
preiswerter, wasserunuui'chlässig und liaben ein ^ei'in^ares
Gewicht und eine glatte.Oberflachenstruktur, welche eine
Oberflächenbeschichtung übei'flüssig macht.
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand nieirrerer,
zur Veranschaulichung dienender Ausiührungsbeispieie näher·
erläutert.
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Aufgrund der beim Gießvorgan^, erhaltbaren platten
Oberfläche lassen sich mit dem Verbundwerkstoff Gegenstände
ungewöhnlicher oder unregelmäßiger Formgebung herstellen. Als
Beispiel seien Kletterobjekte auf Kinderspielplätzen genannt.
Aufgrund der ausgezeichneten mechanischen und chemischen Eigenschaften eignet sich der Verbundwerkstoff besonders gut
als Fußboden- oder Dachbelag.
Beispiel 1
Beispiel 1
Kommunaler Müll der üblichen Zusammensetzung wird in einem Drehrohrofen bei einer Temperatur von 95 4- C in einer
sauerstoffreichen Atmosphäre bei angenähert atmosphärischem
Druck und mit einer Verweilzeit von etwa 30 Minuten verbrannt. Der Rückstand enthält viel Glas und feine Asche, sowie Knochenkohle,
Staub, Kohle, Sand, Schlacke und fein verteilte uichteisen- und Eisenrnetalle und deren Oxide. Die chemische
Zusammensetzung aus den einzelnen Elementen ist in der nachstehenden
Tabelle IV angegeben.
Tabelle IV | 74,0 | - 4,5 |
3,5 | - 5,0 | |
9,7 | ||
Chemische Verbindung Gewichtsprozent | 0,5 | |
SiO2 | 7,8 | |
Ä12U3 | 1,6 | |
' Iia2° | 2,2 2,0 - |
|
K2O | 2,0 - | |
CaO | 0,3 | |
MgO | ||
Fe2O3, Fe3O4 liichteisenmetalle (Zn, Mn, Ca, Al, Ph, Ti, Sn5Ni5S) |
||
Magnetische Teilchen | ||
Kohlenstoff (Knochen- u.Holzkohle) | ||
09821 MIOb
- Ib -
Ein Gemisch aus 90,7 kg promoviertes Polyesterharz (mit Härter versehenes Polyesterharz), das wie oben beschrieben
ein geeigneter gießfähiger Polyester ist, 6 g Dimethylpolysiloxan-Antischaummittel
und 204 kg teilchenförmiger Füllstoff des oben genannten Typs werden während einer Verweilzeit
von etwa 5 Hinuten gründlich miteinander vermischt. Dann werden dem Harz-Rückstandsgemisch ein Liter Methyläthylketonperoxid-Katalysator
und 1 Liter· Xthylazetat zugesetzt. Das Gesamtgemisch wird dann in einen Druckbehälter von 57 1
Fassungsvermögen eingeführt. Der Druckbehälter wird durch eine Stahlplatte abgedichtet, welche an der Oberfläche des
flüssigen Gemischs anliegt. Mit einem Verdichter wird Druckluft in den Behälter eingeführt und in diesem ein Druck von
2
etwa 5,6 kp/cm erzeugt. Die fließfähige Aufschlämmung wird dann nach öffnen eines am unteren Ende des Druckbehälters befindlichen Absperrschiebers unter Druck in eine Form abgegeben.
etwa 5,6 kp/cm erzeugt. Die fließfähige Aufschlämmung wird dann nach öffnen eines am unteren Ende des Druckbehälters befindlichen Absperrschiebers unter Druck in eine Form abgegeben.
Die Form weist einen Formhohlraum für ein 1,8 m
langes Druckrohr auf, dessen Innendurchmesser 1,2 m, und dessen Wandstärke 19 mm beträgt. Die Form kann beispielsweise
aus einem äußeren und einen inneren Zylinder bestehen, die durch einen Zwischenraum von 19 nun voneinander getrennt sind.
Die Form wird völlig mit den oben iin^ogebonen Genisch auygofülH,
uiKi dann dieses wahrend ;',wei : tunden aushärten gelassen.
Dann wird <]<v.- gegossene Rohr aus der Forin herausgenommen.
ο a a ? 1 / n o«..
Ein Rohr wird entsprechend Beispiel 1 gegossen, wobei
ein typischer Rückstand aus einer kommunalen Müllverbrennungsund.
Abscheideanlage (Gemeinde Black-Glawson) verwendet
wird, der die in der nachstehenden Tabelle V angegebene Zusammensetzung aufweist. ■
Verbrennungsrückstand der kommunalen Müllverbrennungs-
und Äbscheideanlage von Black-Clawson
- - SiO2 7.0,2
Al2O3 3,5
: Na2O 12,0
K2O 0,3
CaO 9,8
MgO 2,6
Fe2O3, Fe3O4. 1,4
Kohlenstoff Spuren
Das in Beispiel 1 allgemein beschriebene Verfahren wird zur Herstellung 0,61 m langer Druckrohre mit einem Innendurchmesser
von 1,8m und einer Wandstärke von 31,7 mm angewandt.
Der verwendete teilchenförmige Füllstoff ist ein sogenannter glasreicher Füllstoff aus einer kommunalen Müllpyrolyseanlage.
In diesem Rückstand ist der größte Teil der feinen Kohlenstoffrückstände aus dem gröberen, glasreichen
Material ausgeschieden. Dieser Rückstand wurde mit einem
Magnetabscheider behandelt, um die Eisenmetalle rückzugewinnen. Eine typische Zusammensetzung ist in Tabelle VI angegeben.
309821/1105
80 | |
4 | |
5 | |
O | - 3 |
1 | - 5 |
5 | -10 |
Roher glasreicher Rückstand aus einer kommunalen Müllpyrolyseanlage
SiO2
Al2O3
Fe2O3
Steine und Asche
Kohlenstoffrückstand
(Sb,Al,Sn,Fe,Ti,Zn-pulver)
Dieses Beispiel dient zur Veranschaulichung der halbkontinuierlichen Herstellung von Druckrohren mit einem
Innendurchmesser von 1,8 m, einer Wandstärke von 31,7 mm und einer Länge von 0,61 m . Ein kontinuierliches Banddurchsatz-Mischgerät
weist von einem 5 PS (3,72 kW) starken Motor angetriebene Mischschaufeln auf und hat einen Durchsatz von
7,5 t/Std. Die Verweilzeit des Gemischs aus viskosem Karzbindemittel
und teilchenförmigem Füllstoff in der Trommel des Mischgeräts beträgt angenähert 20 Sekunden.
Zur Herstellung von 150 Rohren der vorstehend angegebenen Größe werden die folgenden Mengen an Ausgangsstoffen
verwendet: 9460 1 Polyesterharz, 30,5 t rohe Rückstandsteilchen aus der kommunalen Müllverbrennung, 102 kg Methyläthy1-ketonperoxid,
114 1 Äthylazetat und 0,6 8 kg Dimethylpolysiloxan.
Vermittels einer Verdrängerpumpe werden das flüssige promovierte Polyesterharz und das Antischaummittel kontinuier-
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lieh In den teilchenförmigen Rückstands-Füllstoff gepumpt.
Das Gemisch aus dem Peroxidkatalysator in ilthylazetat
wird dem Aufgabetrichter des kontinuierlich arbeiten1-den
Mischgeräts vermittels einer kleinen Förderschnecke ge~ trennt zugeführt* Das Gesamtgemisch wird dann nacheinander
unmittelbar in mehrere Polyurethan*-Rohrgießformen extrudiert *
wobei die Füllzeit jeweils etwa 2 Minuten beträgt. Es erfolgt keine äußere' VJärmezufuhr» . "'■ ■
Die Aushärtung des Gemischs in den Gießformen· dauert
etwa 2 Stunden. Auf diese Weise lassen sich in etwa 8 Stunden 15Ö Rohre herstellen. - "■-■"'
- Patentansprüche -
Claims (1)
- Patentansprüche :1. Verbundwerkstoff aus einem innigen Gemisch aus einem größeren Anteil eines zur Verstärkung dienenden teilchenförmigen Füllstoffs und einem kleineren Anteil eines die Füllstoff teilchen miteinander verbindenden haftfälligen Polymerisatharzbindemittels, dadurch g e k e η η zei ahnet , daß der Füllstoff aus dem Pyrolyseoder Veraschungsrückstand von industriellen oder kommunalen Abfallfeststoffen einschließlich Metallteilchen besteht.2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff eine inhomogene Korngrößenverteilung und einzelne Füllstoffteilchen nichtporöser Struktur oder unregelmäßiger und grober Formgebung aufweist.3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus einem hitzehärtbaren Polymerisat bestellt.4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das üindenittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestellend aus Polyester, Fpoxi dharzen, Phenolharze«, Co-· polymerisaten von natürlicher: oder synthetischem Flüstnggummi mit Styrol und Copolymerisate]! von Vinylchlorid und Styrol.'Ul 9 R ? 1 / 11 O £i5. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus einem thermoplastischen Polymerisat besteht.6. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Siliziumdioxid, Tonerde, Calciumoxid, Eisenoxid und Kohlenstoff enthält.7. Verbundwerkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Eisen- und IJichteisenmetalle im freien Zustand enthält.8. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er selbsttragend und unbeschichtet ist.9. Verbundwerkstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er zu einem Rohr mit einem Innendurchmesser von wenigstens 0,6 m verarbeitet ist.10. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngrößen der meisten Füllstoffteilchen zwischen '1,7 bis 0,04-5 mm betragen.11. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er vermittels eines durchgehend dispergierten Pigments eine bestimmte Farbgebung aufweist.12. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 60 bis 90 Gewichtsteile Füllstoff und 10 bis 40 GewLchtsteile Bindemittel enthält.13. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 70 bis 85 Gewichtsteile Füllstoff und 15 bis 30 Gewichtsteile Bindemittel enthält.1Ί. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daßa) ein größerer Anteil eines zur Verstärkung dienenden teilchenförmigen Füllstoffs gründlich mit einem kleineren Anteil eines fließ- und gießfähigen, polymerisierbaren Harzvorhärters vermischt,b) eine Form gewünschter Formgebung mit dem in Verfahrensschritt a) gewonnenen, noch im fließfähigen Zustand befindlichen Gemisch gefüllt wird undc) der Harzvorhärter polymerisiert und ein ausgeformter fester Verbundwerkstoff hergestellt wird, in dem das Bindemittel haftfähig mit den Füllstofftexlchen verbunden ist.15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Füllstoff verwendet wird, der eine inhomogene Korngrößenverteilung und einzelne Füllstofftexlchen nichtporöser Struktur oder unregelmäßiger und grober Formgebung aufweist.16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein hitzehärtbares Polymerisat verwendet wird.1/110 5·"■ Zo . — . v -17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß. als Bindemittel ein thermoplastisches Polymerisat verwendet wird. - '-18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Bindemittel Siliciumdioxid, Tonerde,·
Eisenoxid, Calciumoxid und .Kohlenstoff enthält.19. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß 60 bis 90 Gewichtsteile Füllstoffe und 10 bis 40 Gewichtsteile Bindemittel verwendet werden.20. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gemisch in Verfahrensschritt a) ein zur -E in färbung des fertigen Verbundwerkstoffs, dienendes Pigment
dispergiert wird.. . .21. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Harzvorhärter ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus einem Gemisch aus einem polyfunktionalen Alkohol und einer polyfunktionalen.Säure, einem Gemisch aus Epichlorhydrin und Bisphenol, einem Gemisch aus. Formaldehyd und Flienol, einen Gemisch aus flüssigem Gummi und Styrol,und einem Gemisch aus Vinylchlorid und Styrol-22. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Harzvorhärter aus einem Gemisch aus Glykol, einer
zweibasischen Säure, Styrol und einen Katalysator bestellt.9821/1 10«,23. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daßa) industrielle oder kommunale Abfallfeststoffe zu einem Hetallteilcheri enthaltenden teilchenförmigen Rückstand pyrolysiert oder verascht,b) der teilchenförmige Rückstand als zur Verstärkung dienender Füllstoff mit einem fließ- und gießfähigen, polymerisierbaren Harzvorhärter vermischt,c) eine Form gewünschter Formgebung mit dew in Verfahrensschritt b) gewonnen, noch im fließfähigen Zustand befindlichen Gemisch gefüllt und■ d) der Larzvorhärter polymerisiert und ein ausgeformter fester Verbundwerkstoff hergestellt wird, in dem das Bindemittel haftfällig mit den Füllstoff teilchen verbunden ist.21/110«,
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