DE2746558A1

DE2746558A1 - Glasfasern mit alkaliundurchlaessiger beschichtung

Info

Publication number: DE2746558A1
Application number: DE19772746558
Authority: DE
Inventors: Homer George Hill; William Gordon Pansius
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1976-12-23
Filing date: 1977-10-17
Publication date: 1978-06-29
Also published as: JPS585870B2; GB1593315A; DE2746558B2; CA1125792A; FR2375149B3; BE860560A; FR2375149A1; US4101334A; JPS5380422A

Description

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-V- 13 iS f* Patentanwälte:

TlEDTKE - DOHLING " KlNNE - ORUPH Dipl.-lng. H.Tiedtke

Dipl.-Chem. G. Bühling

- 5 - Dipl.-lng. R. Kinne

Dipl.-lng. P. Grupe

Bavariaring 4, Postfach 20 2403

8000 München 2

Tel.: (0 89) 53 96 53

Telex: 5-24845 «pat

cable: Germaniapatent München

17. Oktober 1977

B 8492/case H 16498A-HiIl et al

Owens-Corning Fiberglas Corporation Toledo/Ohio, USA

Glasfasern mit alkaliundurchlässiger Beschichtung 20

Die Erfindung bezieht sich auf Glasfasern mit einer alkaliundurchlässigen Beschichtung, insbesondere auf imprägnierte Glasfaserbündel zur Verwendung bei der Verstärkung von Zement und Beton, wobei die Bündel mit einem alkaliundurchlässigen Material imprägniert sind. Bei der Aushärtung solcher zementartiger Erzeugnisse werden alkalische Substanzen freigesetzt· Die vorstehend beschriebene Imprägnierung der Glasfaserbündel dient dazu, die Glasfasern vor den alkalischen Substanzen zu schützen, wodurch der Festigkeitsverlust, der bei nach dem Stand der Technik bekannten, glasfaserverstärkten zementartigen Erzeugnissen mit dem durch das Aushärten bedingten Freiwerden von alkalischen Substanzen verbunden ist, verhindert oder

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DrMdMr BMk (MOndMd) Kto. 3939844 Port·«·* (Mün*«n) Kto. «70-43-804

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wesentlich vermindert wird.

Die Anwendung von Glasfasern zur Verstärkung von zementartigen Erzeugnissen, darunter wasserhaltigen Calciumsilicatkristallen, Zement, Beton, Mörtel und ähnlichen Grundmassen mit einem hohen Alkaligehalt ist schon lange bekannt, wie in den US-Patentschriften 2 703 762 und 2 781 274 von Slayter beschrieben. Die Glasfaserverstärkung leistet aufgrund der hohen Festigkeit und Flexibilität der Glasfasern einen bedeutenden Beitrag zur Gesamtfestigkeit solcher zementartiger Erzeugnisse.

Eine der Hauptschwierigkeiten, auf die man bei der Verwendung von Glasfasern zur Verstärkung von alkalihaltigen, zementartigen Erzeugnissen stieß, war darin begründet, daß solche zementartigen Erzeugnisse kontinuierlich aushärten und dabei Hydratwasser abgeben. Dies führt wiederum zur Bildung von Calciumhydroxid innerhalb des verstärkten, zementartigen Erzeugnisses, und die Gegenwart von Calciumhydroxid führt zu einer langsamen Verminderung der Wirksamkeit der Glasfasern. Als Endergebnis ist die Alterung des glasfaserverstärkten, zementartigen Erzeugnisses von einer Abnahme der Festigkeit, Dehnbarkeit und Biegsamkeit des Verbundstoffes insgesamt begleitet. Aus diesem Grund war es nicht ratsam, glasfaserverstärkte, zementartige Erzeugnisse über längere Zeit, d. h. 5 Jahre oder länger, zur Anwendung als tragende Teile einzusetzen.

Es wurde vorgeschlagen, wie in der US-Patentschrift 3 839 270 und auch in den vorstehend erwähnten Patentschriften von Slayter beschrieben, die Glasfasern zum Zwecke des Schutzes vor den schädlichen Einwirkungen des während des Aushärtens des zementartigen Materials entstehenden, alkalischen Calciumhydroxids mit einem undurchlässigen, alkalibeständigen Schlichtemittel als Beschichtunasmaterial zu überziehen.

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Zum Beschichten von Glasfasern sind zwei Verfahren bekannt. Beim ersten Verfahren, in der Fachwelt als "Beschichtung während der Formung" bezeichnet, wird das Beschichtungsmaterial auf die Glasfasern aufgebracht, während sie .geformt werden. Das Glas wird in einem Glasschmelzofen, der an der Unterseite mit einer Düse versehen ist, geschmolzen. Das geschmolzene Glas fließt durch die öffnungen in der Düse und bildet Glasfaserströme, die schnell unter Ausbildung feiner Glasfilamente verdünnt werden. Die Filamente werden, kurz bevor man sie unter Bildung eines Glasseidenspinnfadens zusammenfaßt, während ihrer Bildung mit einem Schlichtemittel oder Beschichtungsmaterial in Form einer dünnen Schicht umhüllt.

Bei einem anderen Verfahren zur Beschichtung von Glasfasern werden Glasseidenspinnfäden, Glasseidengarne, Glasfäden oder Glasschnüre, in der Fachwelt im allgemeinen als Bündel bezeichnet, imprägniert. Bei der Imprägnierung solcher Bündel wird das Bündel in ein Bad einer Imprägniermasse eingetaucht und, während es darin eingetaucht ist, einer scharfen Biegung ausgesetzt, um das Bündel zu öffnen und das Imprägnierungsmaterial voll in das Bündel eindringen und die Zwischenräume zwischen den einzelnen Glasfaserfäden ausfüllen zu lassen, während es gleichzeitig um jeden einzelnen Glasfaserfaden eine Umhüllung bildet.

In den letzten Jahren haben Glasfasern aus alkalibeständigem Glas eine verbreitete Abnahme gefunden. Solche Glasfasern aus alkalibeständigem Glas werden in den US-Patent-Schriften 3 840 379, 3 861 927 und 3 861 926 beschrieben. Zur Zeit wird allgemein anerkannt, daß Glasfasern, die aus einem Glas hergestellt wurden, wie es z. B. in den vorstehend erwähnten Patentschriften beschrieben wird, eine bedeutend höhere Alkalibeständigkeit als andere bekannte Glasfasern haben, z. B. als die Glasfasern aus "E"-Glas, die seit einiger

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Zeit im industriellen Gebrauch sind und in der US-Patentschrift 2 334 961 beschrieben wurden.

Weiterhin wurde vorgeschlagen, wie in der US-Patentschrift 3 887 386 beschrieben, zur Verstärkung von zementartigen Erzeugnissen Glasfasern aus alkalibeständigem Glas einzusetzen. Man ging dabei von der Theorie aus, daß das alkalibeständige Glas, aus dem solche Glasfasern gebildet werden, durch das Alkali, das während des Aushärtens des zementartigen Erzeugnisses entsteht,in dem die Glasfasern zur Verstärkung verteilt sind, nicht schädlich beeinflußt wird. Durch die Verwendung von Glasfasern aus alkalibeständigem Glas wird zwar die Langzeitstabilität von glasfaserverstärkten, zementartigen Erzeugnissen verbessert, jedoch zeigt das glasfaserverstärkte Erzeugnis noch eine ausgeprägte Neigung, während des Alterns an Festigkeit zu verlieren.

Eine Aufgabe der Erfindung ist demnach eine verbesserte, beschichtete Glasfaser, die zur Verwendung für

die Verstärkung von zementartigen Erzeugnissen geeignet ist, wobei die glasfaserverstärkten, zementartigen Erzeugnisse während des Aushärtens ihre mechanischen Eigenschaften beibehalten.
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Eine Aufgabe der Erfindung sind insbesondere Bündel von Glasfasern aus alkalibeständigem Glas, die mit einem älkaliundurchlässigen Material imprägniert und zur Verwendung für die Verstärkung von zementartigen Erzeugnissen geeignet sind, wobei die glasfaserverstärkten, zementartigen Erzeugnisse über eine ausgedehnte Zeitdauer in hohem Grade ihre mechanischen Eigenschaften beibehalten.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung sind zementartige Erzeugnisse, die mit Glasfaserbündeln aus alkalibeständigem

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Glas verstärkt sind, wobei die Glasfaserbündel mit einem alkaliundurchlässigen Material imprägniert sind und wobei die verstärkten, zementartigen Erzeugnisse über eine ausgedehnte Zeitdauer ihre Festigkeit in hohem Grade beibehalten.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung sind mit Bündeln aus Glasfasern verstärkte, zementartige Erzeugnisse, wobei die Glasfaserbündel mit einem alkaliundurchlässigen Wachsmaterial imprägniert sind und v/obei die verstärkten, zementartigen Erzeugnisse über eine ausgedehnte Zeitdauer ihre Festigkeit in hohem Grade beibehalten.

Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden nachstehend näher erläutert, wobei unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird:

Fig. 1 ist ein Fließdiagramm, das die Behandlung

von Glasfaserbündeln zwecks Imprägr nierung der Bündel mit einem alkaliundurch

lässigen Material darstellt,

Fig. 2 ist die vereinfachte Querschnittsansicht eines Bündels aus Glasfasern, das in Übereinstimmung mit dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren im

prägniert wurde,

Fig. 3 ist die Querschnittsansicht eines Bündels aus

Glasfasern, bei dem die einzelnen Glasfaserfäden an ihrer Oberfläche eine dünne Schlich

temittelschicht aufweisen, wobei die Bündel dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Imprägnierungsverfahren unterzogen wurden,

Fig. 4 ist die Querschnittsansicht eines mit Bündeln

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aus Glasfasern, die erfindungsgemäß verarbeitet

wurden, verstärkten, zementartigen Erzeugnisses,

Fig. 5 ist die Querschnittsansicht eines mit Bündeln aus Glasfasern, die erfindungsgemäß verarbeitet wurden, verstärkten, zementartigen Erzeugnisses. Die einzelnen Glasfaserfäden weisen an ihrer Oberfläche eine dünne Schlichtemittelschicht auf, wie in Fig. 3 gezeigt wurde, 10

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Veränderung der Gesamtdehnung von glasfaserverstärkten, zementartigen Erzeugnissen in Abhängigkeit von der Alterung und
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Fig. 7 ist eine graphische Darstellung der Veränderung der nach der Charpy-Methode gemessenen Schlagzähigkeit von glasfaserverstärkten, zementartigen Erzeugnissen in Abhängigkeit von der Alterung.

Im weitgefaßten Sinn liegt die Erfindung in einer Verstärkung mittels Fasern, durch die ein zementartiges Erzeugnis verstärkt werden kann ,und in dem verstärkten Erzeugnis selbst. In einem anderen Sinne liegt die Erfindung in einer Verstärkung für zementartige Erzeugnisse, wobei in die Verstärkung ein Bündel aus Fasern, wie z. B. alkalibeständigen Glasfasern, einbezogen ist, das mit einem alkaliündurchlassigen Material, wie z. B. Wachs, gründlich durchtränkt ist, und in dem verstärkten, zementartigen Erzeugnis.

Die erfindungsgemäßen Überlegungen beruhen auf der überraschenden Feststellung, daß man bezüglich der mechanischen Eigenschaften von glasfaserverstärkten, zementartigen Erzeugnissen bedeutsame Verbesserungen erzielen kann, wenn

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man Glasfaserbündel aus alkalibeständigem Glas einsetzt, die mit einem alkaliundurchlässigen Wachsmaterial gründlich imprägniert wurden, wobei dar- Wachsmaterial dazu dient, das Bündel aus '"lasfasern zu durchdringen und auf diese Weise die Zwischenräume im Bündel zu erfüllen. Es wurde gefunden, daß die glasfaserverstärkten, zementartigen Erzeugnisse, die man erhält, wenn man Glasfasern aus alkalibeständigem Glas in der vorstehend beschriebenen Weise behandelt und dann in Übereinstimmung mit bekannten Verfahren mit zementm-tigen Materialien verbindet, auf nicht erwartete Weise hervorragende Eigenschaften haben, was sich auch auf die Dehnung und auf die nach der Charpy-Methode gemessene Schlagzähigkeit bezieht. Im Hinblick auf die erfindungsgemäßen, glasfaserverstärkten, zementartigen Erzeugnisse ist die Tatsache noch überraschender, daß diese mechanischen Eigenschaften, wenn sie auch zu Beginn besser sind, in einem unerwarteterweise hohen Grade erhalten bleiben, selbst wenn die glasfaserverstärkten, zementartigen Erzeugnisse einer ausgedehnten Alterung unterzogen werden.

Im weitgefaßten sinn können erfindungsgemäß Glasfasern aller bekannten Arten aus alkalibeständigem Glas oder aus einem anderen Glas eingesetzt werden, obwohl erfind ungs gemäß vorzugsweise Glasfasern aus alkalibeständigem Glas verwendet werden. Glasfasern aus alkalibeständigem Glas sind gegenwärtig in der Fachwelt gut bekannt und im Handel erhältlich. Das alkalibeständige Glas, aus dem solche Glasfasern hergestellt werden, hat im allgemeinen einen relativ hohen Gehalt an Zirkoniumdioxid, normalerweise in der Größenordnung von 5 % bis 25 %. Die meisten alkalibeständigen Glasfasern werden aus Gläsern hergestellt, die die nachstehend beschriebenen Hauptbestandteile enthalten:

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Gew.-Teile

SiO₂ 55 bis 80 %

Erdalkalimetalloxid(e) 4 bis 20 % (CaO, MgO, BaO usw.)

Alkalimetalloxid(e) 1 bis 20 % (Na₂O, K₂O usw.)

ZrO₂ 5 bis 25 %

TiO₂ 0 bis 10 %

Zusätzlich können solche alkalibeständigen Gläser auch kleine Mengen von Aluminiumoxid, Chromoxid, Zinnoxid usw. enthalten.

Viele andere, bekannte Glasfasern sind im Handel erhältlich. Von diesen sind die "E"-Glas-Fasern am besten bekannt (beschrieben in der US-Patentschrift 2 334 961, Patent vom 23. November 1943).

Das Imprägnierungsmittel

muß für alkalische Substanzen undurchlässig sein, damit das Imprägnierungsmittel nicht abgebaut wird, wenn es alkalischen Substanzen, wie z. B. Calciumhydroxid, das während des Aushärtens der zementartigen Erzeugnisse, mit denen die Glasfasern zur Verstärkung verbunden sind, entsteht, ausgesetzt ist. Vorzugsweise werden als Beschichtungsmaterialien Wachse eingesetzt, insbesondere Wachse, die funktioneile Gruppen enthalten, die zur Reaktion mit den ^rreien Hydroxylgruppen, die sich an der Oberfläche der Glasfasern befinden, befähigt sind. Zu diesem Zweck wird oft die Verwendung von verseifbaren Wachsen, oxidierten Wachsen und sulfonierten Wachsen vorgezogen.

Bei vielen Anwendungszwecken werden imprägnierte Glasfaserbündel in Übereinstimmung mit bekannten Verfahren mit zementartigen Materialien verbunden, z. B. unter Verwendung einer Spritzpistole, in der die Glasfaserbündel gehackt und mit Zement verbunden werden und aus der sie auf eine Oberfläche gespritzt werden, wobei sich das glas-

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faserverstärkte, zementartige Erzeugnis bildet. Zu diesem Zweck ist im allgemeinen die Verwendung eines Wachses der vorstehend beschriebenen Art erwünscht, wobei das Wachs einen relativ hohen Schmelzpunkt hat, um Klebrigkeit zu vermeiden und um einen gewissen Grad von Sprödigkeit zu erzielen, damit gewährleistet ist, daß die imprägnierten Glasfaserbündel vor dem Ausspritzen aus der Hackpistole durch die Hackvorrichtung vollständig zerhackt werden. Man fand, daß zu diesem Zweck polymere Wachsmischungen sehr gut geeignet sind. Solche polymeren Wachsmischungen sind mikrokristalline Wachse, die mit dem Produkt vermischt sind, das sich bei der Copolymerisation eines Olefins wie z. B. Äthylen oder Propylen mit Vinylestern wie z. B. Vinylacetat bildet.

Jedoch wird angenommen, daß eine große Vielzahl von alkaliundurchlässigen Imprägnierungsmitteln bei der praktischen Durchführung der Erfindung eingesetzt werden kann. Man wird unter anderem Polyesterkunstharze, phenolische Novolack-Kunstharze wie z. B.die, die sich durch Kondensation einer phenolischen Verbindung wie z. B. Phenol mit einem niederen, aliphatischen Aldehyd wie z. B. Formaldehyd bilden, Epoxy-Novolack-Kunstharze, Furankunstharze, Polyamide, Polyepoxide, Kautschuk (Naturlatex und synthetischen Latex wie

z. B. SBR-Kautschuk) und ähnliche Materialien sowie auch Mischungen dieser Materialien einsetzen können.

Im Handel sind viele alkaliundurchlässige Wachsmaterialien erhältlich. Von den vorzugsweise eingesetzten, im Handel erhältlichen mikrokristallinen Wachsen seien angeführt: Eluax (DuPont),Candelilla-Wachs (Frank B. Ross Co., Inc.) und Bakelit Co-Mer Kunstharz EVA 301 (Union Carbide) genannt. Normalerweise werden Wachse bevorzugt, die bei Raumtemperatur biegsam sind.

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Glasfaserbündel werden bei der praktischen Durchführung der Erfindung in Übereinstimmung mit bekannten Verfahren mit dem alkaliundurchlässigen, harzartigen Beschichtungsmaterial imprägniert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es wichtig, das Glasfaserbündel gründlich zu imprägnieren, um die Zwischenräume im Bündel zu erfüllen oder zu durchdringen und dadurch Hohlräume in dem Bündel auf ein Minimum herabzusetzen. Aus praktischen Gründen sollte das Bündel zu mindestens 60 %, vorzugsweise zu mindestens 80 % mit dem alkaliundurchlässigen Material durchdrungen sein.

In Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen wird ein Imprägnierungsverfahren erläutert. Wie in dieser Fig. gezeigt wird, läßt man ein Bündel 10, das aus einer Vielzahl von Glasfasern aus alkalibeständigem Glas gebildet ist, über eine Rolle 12 laufen. Dann taucht das Bündel 10 in ein Bad 14 ein, das das alkalibeständige Material im wässrigen Medium dispergiert oder in der Form einer heißen Schmelze enthält, und wandert durch das Bad hindurch. Nachdem das Bündel 10 über die Rolle 12 laufengelassen und in das Bad 14 mit dem Imprägnierungsmaterial eingetaucht wurde, läßt man es über ein Rollenpaar 16 laufen, wobei die Rollen 16 in das Imprägnierungsmittel eingetaucht sind. Dadurch wird das Bündel 10 einem scharfen Knick unterzogen, um das Bündel zu öffnen, damit die Feststoffe des Imprägnierungsmaterials in das Glasfaserbündel eindringen und die Zwischenräume zwischen den einseinen Glasfasern des Bündels ausfüllen können.

Nach dem Durchgang durch das Imprägnierungsbad 14 wird das Bündel 10 aus dem Bad herausbewegt und über eine Rolle 18 und durch eine Rolle oder ein Mundstück 20 laufengelassen. Rolle oder Mundstück 20 dient dazu, überschüssige Imprägnierungsmasse von dem Bündel zu entfernen und die Feststoffe der Imprägnierungsmasse in das Bündel einzuarbei-

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ten. Das imprägnierte Bündel wird dann getrocknet, dabei läßt man es entweder zur Entfernung des wässrigen Verdünnungsmittels aus dem Imprägnierungsmittel in Übereinstimmung mit bekannter. Verfahren an der Luft trocknen oder durch einen Ofen laufen, oder man kühlt das Bündel im Falle der Behandlung mit einer heißen Schmelze in einem Viasserbad.

Das so erhaltene Bündel wird in Fig. 2 der beigefügten Zeichnungen im Querschnitt gezeigt. Wie man aus dieser Fig. sehen kann, wird jede einzelne der Glasfasern 22, aus denen das Bündel gebildet wird, von den Feststoffen des Imprägnierungsmittels 24 umhüllt. Auf diese Weise dient das Imprägnierungsmittel 24 zur Umhüllung oder Beschichtung der einzelnen Glasfasern und zum Ausfüllen des Raums zwischen den Glasfasern, wodurch eine einheitliche Bündelstruktur gebildet wird. Diese Gestaltung des Eündels dient nicht nur dazu, die Glasfasern vor den Einwirkungen des Alkalis zu schützen, das sich während des Alterns der zementartigen Erzeugnisse bildet, sondern auch dazu, das Material der Grundmasse von Innern des Bündels fernzuhalten. Dadurch wird das Bündel in zementartigen Erzeugnissen flexibel gehalten, und die einheitliche Bündelstruktur behält deshalb einen von der Grundmasse verschiedenen Modul. Durch diese Beziehung zwischen der einheitlichen Bündelstruktur und der Grundmasse wird die Ausbreitung von Rissen verhindert.

Beim Arbeitsgang der Faserbildung werden Glasfasern normalerweise mit einem Schlichtemittel versehen. Wie gegenwärtig gut bekannt ist, können zur Beschichtung von Glasfasern häufig eingesetzte Schlichtemassen so zubereitet sein, daß sie eine Organosiliciumverbindung, im allgemeinen in der Form eines organischen Silans oder seines Hydrolyseprodukts enthalten, wobei die Organosilicium-

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Verbindung dazu dient, eine festere Bindungsbeziehung zwischen den einzelnen Glasfaserfäden und dem alkaliundurchlässigen Beschichtungsmaterial zu fördern, durch die das Bündel gebildet wird, in dem die mit dem Schlichtemittel versehenen Glasfasern verteilt sind.

Die vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Vorstellung wird in Fig. 3 näher erläutert, in der die einzelnen Glasfasern 22 mit einer dünnen Beschichtung 26 an ihrer jeweiligen Oberfläche dargestellt sind. Der hauptsächliche Vorteil, der mit der Verwendung von Glasfasern verbunden ist, die mit einen Schlichtemittel versehen sind, ergibt sich daraus, daß die Schlichtemassen der Glasfaseroberfläche Schlüpfrigkeit verleihen, wodurch die durch den gegenseitigen Abrieb der einzelnen Glasfaserfäden während der Verarbeitung bedingte Zerstörung verhindert oder wesentlich vermindert wird.

Das Imprägnierungsmaterial wird für die Glasfaserbündel in einer Menge verwendet, die dazu ausreicht, die Glasfasern vor alkalischen Substanzen zu schützen, indem das Imprägnierungsmaterial das Bündel vollständig durchdringt, wobei es die Zwischenräume zwischen den einzelnen Glasfaserfäden ausfüllt und um jeden einzelnen der Glasfaserfäden herum eine Beschichtung bildet. Zu diesem Zweck können verschiedene Mengen an Imprägnierungsmittel eingesetzt werden. Man erzielt gute Ergebnisse, wenn die Menge eines Imprägnierungsmittels aus Wachs zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 20 Gew.-% und 50 Gew.-% liegt (wobei die Menge aus dem Glühverlust bestimmt wird).

Die imprägnierten Glasfaserbündel können in Übereinstimmung mit bekannten Verfahren mit zementartigen Materialien verbunden werden. Zu diesem Zweck können verschiedene zementartige Materialien, darunter Zement, Portlandzement,

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Beton, Mörtel, Gips und wasserhaltiges Calciumsilicat eingesetzt werden.

Imprägnierte Glasfaserbündel können auf vielerlei Arten mit dem zementartigen Material verbunden werden, z. B. durch Spritzen oder Formen von Verbundstoffen aus den zementartigen Materialien und den Glasfaserbündeln.

Es wird angenommen, daß man, falls erwünscht, zusätzlieh zu den imprägnierten Glasfaserbündeln andere faserartige Materialien, darunter Asbestfasern, Mineralwolle oder organische Fasern oder Materialien (z. B. Holzfasern, Holzschliff asern, Baumwolle, Stroh, Zuckerrohrbagasse, Holzmehl, Hanf, Kunstseide und ähnliche Materialien) einsetzen kann.

Die Glasfasern werden, ob man sie zur Verstärkung in der Form von zusammenhängenden, imprägnierten Bündeln oder in der Form von aus imprägnierten Bündeln gebildeter Stapelglasseide verwendet, in dem ganzen, zementartigen Material verteilt, wobei das zementartige Material eine kontinuierliche Phase bildet. Zur näheren Erläuterung dient Fig. 5, in der ein Querschnitt durch ein mit Glasfaserbündeln verstärktes, zementartiges Material 36 schematisch dargestellt ist. In dieser Fig. wird mit 28 das die kontinuierliche Phase bildende, zementartige Material bezeichnet, während mit 31 die imprägnierten Glasfaserbündel bezeichnet werden, die in der ganzen Grundmasse aus zementartigem Material in zufälliger Streuung verteilt sind. Die einzelnen Glasfaserfäden sind, wie in Fig. 3 dargestellt, an ihrer Oberfläche mit einem Schlichtemittel beschichtet.

Die Menge der Glasfasern, die man einsetzt, kann innerhalb eines relativ weiten Bereichs variiert werden. Man erhält im allgemeinen eine gute Verstärkung, wenn man die mit Wachs imprägnierten Glasfaserbündel in einer Menge ver-

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wendet, die zwischen 1 Gew.-% und 40 Gew.-% des zementartigen Materials ausmacht.

Nach Darlegung der Grundgedanken der Erfindung wird die praktische Durchführung der Erfindung im folgenden anhand eines Beispiels näher erläutert. In dem Beispiel werden die Herstellung von mit Wachs imprägnierten Glasfaserbündeln aus alkalibeständigem Glas und die verstärkten, zementartigen Erzeugnisse, die daraus gebildet werden, beschrieben. 10

Beispiel 1

Ein alkalibeständiges Glas mit der folgenden Zusammensetzung
15

Bestandteil Gew.-%

SiO₂ 61,1

CaO 5,1

Na₂O 14,4

K₂O 2,6

ZrO₂ 10,4

TiO₂ 6,0

Al₂O₃ 0,3

Fe₂O₃ 0,2

wird nach bekannten Verfahren unter Bildung von Glasfasern verarbeitet. Dann werden die Glasfasern, dicht gruppiert in Form eines Bündels angeordnet, bei einer Temperatur zwischen 130⁰C und 140⁰C mit einer heißschmelzenden Imprägniermasse durchtränkt, die die folgende Zusammensetzung hat:

Mikrokristallines Wachs 80 %

(Paxwax 6413 von National Wax, Co., Skokie, 111.)

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Ä'thylen-Vinylacetat-Copolymer 20 % (EVA 301)

Die Imprägnierung wird in Übereinstimmung mit dem in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen dargestellten Verfahren durchgeführt. Dann werden die imprägnierten Glasfaserbündel in einem Wasserbad abgeschreckt, um das Imprägnierungsmittel zum Erhärten zu bringen.

Unter Verwendung bekannter Verfahren werden dann gehackte Bündel der imprägnierten Glasfasern aus alkalibeständigem Glas mit Zement unter Bildung eines mit Glasfaserbündeln verstärkten, zementartigen Erzeugnisses verbunden.

Das zementartige Erzeugnis wird dann bezüglich seiner mechanischen Eigenschaften, darunter der Dehnung .(in %) und der Schlagzähigkeit (nach der Charpy-Methode gemessen) untersucht .

Zum Zwecke des Vergleichs werden Glasfasern aus alkalibeständigem Glas, hergestellt aus der vorstehend beschriebenen Glasmasse, während ihrer Bildung mit einem Schlichtmittel beschichtet, das Polyvinylacetat enthält, und dann unter Anwendung der gleichen Verfahren wie verstehend beschrieben mit Zement verbunden. Die auf diese Weise gebildeten, zementartigen Erzeugnisse werden auch geprüft.

Für einen weiteren Vergleich werden aus "E"-Glas gebildete Glasfasern in der gleichen Weise imprägniert und mit Zement verbunden, und auch unbehandelte "E"-Glas-Fasern werden mit Zement verbunden. Bei allen Vergleichsversuchen wurde das gleiche Verfahren zur Verbindung der Glasfaserbündel mit dem Zement angewandt, und es wurden die gleichen Mengenverhältnisse eingehalten.

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Die Ergebnisse dieser Versuche werden in Fig. 6 und 7 der beigefügten Zeichnungen gezeigt. In diesen Fig. sind die Gesamtdennung bzw. die Schlagzähigkeit (nach der Charpy-Methode gemessen) jeweils gegen die Anzahl der Wochen aufgetragen, über die die Probestücke in Wasser eingetaucht wurden, das auf 50⁰C gehalten wurde, wobei durch das Wasser künstliche Alterungsbedingungen herbeigeführt wurden.

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß das glasfaserverstärkte, zementartige Erzeugnis, das aus in Übereinstimmung mit der Erfindung verarbeiteten Glasfasern hergestellt wurde ("Bündel aus alkalibeständigem Glas, mit Wachs imprägniert") nach 8-wöchigem Altern im heißen Wasser eine im wesentlichen konstante Dehnung beibehält, während die ansonsten in der gleichen Weise verarbeiteten "E"-Glas-Glasfaserbündel ("Bündel aus "E^H-Glas, mit Wachs imprägniert") eine bedeutend niedrigere Dehnung aufweisen.Die Durchmesser aller Glasspinnfäden, die in den Zeichnungen gezeigt werden, entsprachen 15,1 m pro Gramm.

Die Glasfaserbündel aus alkalibeständigem Glas, die nur mit einer dünnen Beschichtung eines Schlichtemittels versehen waren (als "Bündel aus alkalibeständigem Glas, mit Schlichte" bezeichnet) zeigen, nachdem sie einige Wochen in heißem Wasser einer beschleunigten Alterung unterzogen worden waren, eine starke Verminderung der Dehnung. Experimentell wurde festgestellt, daß die Schlichtemittelschicht auf den Glasfasern binnen etwa 2 Wochen, während deren das zementartige Erzeugnis in dem Wasser eingetaucht war, entfernt wird, so daß dieser Versuch ungefähr dem Versuch entspricht, bei dem zur Verstärkung von Zement unbehandelte Glasfasern aus alkalibeständigem Glas eingesetzt wurden. Auch das Glasbündel aus "E"-Glas, das auf keine Weise behandelt worden war, zeigte eine starke Verminderung der Dehnung.

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Unter Bezugnahme auf Fig. 7, in der die nach der Charpy-Methode gemessene Schlagzähigkeit gegen die Eintauchzeit in Wasser von 50⁰C aufgetragen ist, lassen sich sogar noch entscheidendere Verbesserungen mittels der erfindungsgemäßen Glasfaserbündel erkennen. In Fig. 7 wird gezeigt, daß das erfindungsgemäß mit einem alkaliundurchlässigen Material behandelte Glasfaserbündel aus alkalibeständigem Glas nach seiner Verarbeitung zu dem verstärkten Erzeugnis eine bedeutend höhere Schlagzähigkeit (nach der Charpy-Methode gemessen) hat, die über eine Zeit von 8 Wochen des künstlichen Alterns beibehalten wird. Im Gegensatz dazu führt das in der gleichen Weise behandelte Glasfaserbündel aus "E"-Glas zu einem zementartigen Erzeugnis, bei dem die Schlagzähigkeit (nach Charpy),von einem niedrigeren Anfangswert ausgehend, viel schneller abnimmt. Bei zementartigen Erzeugnissen, die mit Glasfaserbündeln aus alkalibeständigem Glas verstärkt wurden, die einfach nur mit einem Schlichtemittel behandelt wurden, oder bei zementartigen Erzeugnissen, die mit unbehandelten Glasfaserbündeln aus "E"-Glas verstärkt wurden, erhält man sogar noch niedrigere Werte für die Schlagzähigkeit nach Charpy.

Die Erfindung wurde anhand eines Beispiels beschrieben, bei dem ein Gemisch eines mikrokristallinen Wachses und eines Äthylen-Vinylacetat-Copolymers als alkalibeständiges Material verwendet wurde, doch können viele andere, alkalibeständige Materialien in der gleichen Weise mit gleichwertigen Ergebnissen als Imprägnierungsmaterial eingesetzt werden.

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Leerseife

Claims

T D_ Ir' Γ* Patentanwälte:

TlEDTKE - DOHLING - KlKNE - URUPC Dipl.-lng. H. Tiedtke

6558 Dipl.-Chem. G. Biihling Dipl.-lng. R. Kinne Dipl.-lng. P. Grupe

Bavariaring 4, Postfach 20 24 8000 München 2

Tel.: (0 89) 53 96 53

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

17. Oktober 1977

B 8492/case H 16498A-HiIl et al

Patentansprüche

ί1. Zementartiges Erzeugnis, bestehend aus einem
Verbundstoff aus Verstarkungsmaterialien und einer zementartigen Grundmasse, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Verstarkungsmaterialien aus Bündeln besteht, die aus einer Vielzahl von Glasfasern gebildet sind, wobei die Bündel
ein alkaliundurchlässiges Imprägnierungsmittel enthalten,
das die Glasfasern umhüllt und die Bündel durchdringt, wodurch die Zwischenräume zwischen den Glasfasern ausgefüllt und die Glasfasern voneinander getrennt werden.

2. Zementartiges Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern aus einem alkalibeständigen Glas bestehen.

3. Zementartiges Erzeugnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das alkaliundurchlässige Imprägnierungsmittel ein organisches Kunstharz ist.

4. Zementartiges Erzeugnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß <3as Imprägnierungsmittel ein Wachs ist, das funktioneile Gruppen enthält, die zur Reaktion mit
freien Hydroxylgruppen befähigt sind.

5. Zementartiges Erzeuanis nach einem der Ansprüche 2 bis 4,dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägnierungsmittel ein mikro-

Dresdner Bank (Manchen) Kto. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 870-43-804

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ORIQlNAL INSPECTED

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kristallines Wachs enthält.

6. Zementartiges Erzeugnis nach einem der Ansprüche 2 bis 5,dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägnierungsmittel ein Copolymerisationsprodukt eines Olefins mit Vinylestern enthält.

7. Zementartiges Erzeugnis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägnierungsmittel ein Copolymerisationsprodukt in Form eines A'thylen-Vinylacetat-Copolymers enthält.

8. Zementartiges Erzeugnis nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern aus
einem alkalibeständigen Glas bestehen, das einen hohen Gehalt an Zirkoniumdioxid hat.

9. Zementartiges Erzeugnis nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Glasfasern, die das Bündel bilden, an ihrer Oberfläche mit einer dünnen Schlichtemittelschicht versehen sind.

10. Zementartiges Erzeugnis nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägnierungsmittel in einer Menge von 10 Gew.-% bis 60 Gew.-% (aus dem Glühverlust bestimmt) des imprägnierten Glasfaserbündels
vorliegt.

11. Zementartiges Erzeugnis nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zementartige

Grundmasse Portlandzement ist.

12. Zementartiges Erzeugnis nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dafl die zemeritartige
Grundmasse wasserhaltiges Calciumsilicat ist.

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13. Zementartiges Erzeugnis nach einem der Ansprüche 2 bis TO, dadurch gekennzeichnet, daß die zementartige
Grundmasse Zement ist.

14. Zementartiges Erzeugnis nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zementartige
Grundmasse Beton ist^

T5-- Zementartiges Erzeugnis nach, einem der Ansprüche 2 bis tO, dadurch gekennzeichnet* daß die- zementartige
Grundmasse Mörtel ist^

t6. Zementartiges Erzeognfs nacn einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet* daß mindestens 60 % der
Zwischenräume zwischen den Glasfasern des Bündels durch- das alkaliundurchlässige Imprägnierungsmittel ausgefüllt sind.

17. Zementartiges Erzeugnis nach einem der Ansprüche 2 bis T5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 80 % der

Zwischenräume zwischen den Glasfasern des Bündels durch das alkaliundurchlässige Imprägnierungsmittel ausgefüllt sind.

18. Zementartiges Erzeugnis nach einem der Ansprüche

2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem aikaliundurchlässigen Imprägnierungsmittel gebildeter Schaum das Bündel durchdringt und die Zwischenräume zwischen den Glasfasern im wesentlichen vollständig ausfüllt.

19. Zementartiges Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Glasfasern gebildeten Bündel

als Imprägnierungsmittel ein alkaliundurchlässiges Wachs
enthalten.

20. Zementartiges Erzeugnis nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern au? "E"-Glas hergestellt sind.

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21. Zementartiges Erzeugnis nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachs ein mikrokristallines Wachs ist.

22. Zementartiges Erzeugnis nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägnierungsmittel ein Copolymerisationsprodukt eines Olefins mit Vinylestern enthält.

23. Zementartiges Erzeugnis nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Glasfasern, die das Bündel bilden, an ihrer Oberfläche mit einer dünnen Schlichtemittelschicht versehen sind.

24. Zementartiges Erzeugnis nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägnierungsmittel in einer Menge von 10 Gew.-% bis 60 Gew.-% (aus dem Glühverlust bestimmt) des imprägnierten Glasfaserbündels vorliegt.

25. Zementartiges Erzeugnis nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägnierungsmittel ein Copolymerisationsprodukt in Form eines Äthylen-Vinylacetat-Copolymers enthält.

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