DE2256968A1

DE2256968A1 - Verbundwerkstoff und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE2256968A1
Application number: DE2256968A
Authority: DE
Inventors: Richard A Wallace
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-22
Filing date: 1972-11-21
Publication date: 1973-05-24
Also published as: JPS4860172A; US3846366A

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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Tabelle I

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 erforderlich_s 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-

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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.

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

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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.

Tabelle III

	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

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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

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
^Ä12^U3	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)

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- 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

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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«..

Beispiel 2

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. ■

Tabelle V

Verbrennungsrückstand der kommunalen Müllverbrennungs- und Äbscheideanlage von Black-Clawson

Chemische Verbindung Gewichtsprozent

- - 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

Beispiel 3

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.

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	80
	4
	5
O	- 3
1	- 5
5	-10

Tabelle VI

Roher glasreicher Rückstand aus einer kommunalen Müllpyrolyseanlage

Chemische Verbindung Gewichtsprozent

SiO₂

Al₂O₃

Fe₂O₃

Steine und Asche

Kohlenstoffrückstand

(Sb,Al,Sn,Fe,Ti,Zn-pulver)

Beispiel 4

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

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.

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5. 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, daß

a) 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 und

c) 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.

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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.

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23. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß

a) 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.

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