DE2856206A1 - Alkalibestaendige, synthetische mineralfasern - Google Patents

Alkalibestaendige, synthetische mineralfasern

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DE2856206A1 DE19782856206 DE2856206A DE2856206A1 DE 2856206 A1 DE2856206 A1 DE 2856206A1 DE 19782856206 DE19782856206 DE 19782856206 DE 2856206 A DE2856206 A DE 2856206A DE 2856206 A1 DE2856206 A1 DE 2856206A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf alkalibeständige, synthetische Mineralfasern, insbesondere auf Mineralfasern zur Verstärkung von zementartigen Produkten.
5 Zementartige Produkte, wie aus Beton hergestellte Produkte, die auf Portland-Zement oder anderen Typen von Zement oder Mischungen von Zement und anderen Bindemitteltypen basieren, weisen zwar eine hohe Druckfestigkeit, aber nur eine geringe 10 Biegungsfestigkeit auf.
Es ist bekannt, die Biegungsfestigkeit von zementartigen Produkten dadurch zu erhöhen, daß in sie Fasern als Verstärkung eingebracht werden. Dabei haben Asbestfasern als Verstärkungsmaterial in Zementprodukten weitverbreitete Verwendung gefunden, und zwar zur Benutzung in der Bauindustrie.
Unglücklicherweise bringt die Verwendung von Asbestfasern ernsthafte Gesundheitsproblembe mit sich. Daher ist die Benutzung von Asbestfasern bereits in einigen Ländern verboten worden und wird in anderen Ländern sicherlich noch verboten werden.
909828/0759
Es sind sehr viele Versuche unternommen worden, um Asbestfasern durch synthetische Mineralfasern zu ersetzen, so z.B. durch Steinwollefasern, Schlacken und Glasfasern, um diese Fasern zur Ver-Stärkung von zementartigen Produkten zu verwenden.
Die zementartigen Produkte, die mit synthetischen Mineralfasern verstärkt sind, weisen jedoch keine voll zufriedenstellenden Festigkeitseigenschaften auf, weil die Mineralfasern keine genügende Beständigkeit gegen die Einwirkung von Alkaliverbindungen des Zementmaterials besitzen, um zu verhindern, daß die Fasern teilweise oder vollständig z™'-setzt werden.
Gemä^ der deutschen Auslegeschrift 1 796 213 wurde versucht, die Alkalibeständigkeit von Glasfasern durch Umhüllen der Fasern mit Methylsiloxan zu erhöhen und ferner durch Herstellen der Glasfasern aus einem Aupgangsmaterial, so daß die hergestellten Fasern eine Zusammensetzung besitzen, die innerhalb der folgenden Bereiche fallen:
SiO2: 35-47 Gewichts-% und entweder
Al2O3: 5-18 Il oder
FeO+Fe ο : 2-15 Il
CaO: 2-23 Il
MgO: 1-30 It
Na2O+K2O: bis zu 4 Il
TiO2: 11 10 Il
Zr0? : 11 10 Il
ZnO: · 11 5 It
wobei die Summe von CaO und MgO von 14 bis 18 Gewichts-% reicht.
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Die Erfindung basiert auf debailierten Untersuchungen in bezug auf den Einfluß von verschiedenen Oxiden auf die Biegungsfestigkeit und Alkalibeständigkeit der Fasern, die au? einer Mischung von solchen Oxiden hergestellt sind. Während dieser Untersuchungen wurde gefunden, daß außer der Biegungsfestigkeit und der Alkalibeständigkeit der Fasern ein weiterer Faktor, nämlich die Viskosität der Schmelze in Betracht gezogen werden muß, um Fasern zu erhalten, die geeignet für eine wirtschaftliche Herstellung sind. Es wurde ferner gefunden, daß die Mischungen, die einen hohen Anteil von Alkali komponenten besitzen, keine Schmelzen bilden, die eine geeignete Viskosität für die Faserherstellung
15 mit sich bringen.
Basierend auf umfassenden Untersuchungen und Computer Kalkulationen wurde herausgefunden, daß synthetische Mineralfasern mit hoher Biegungsfestiqkeit und Alkalibeständigkeit aus Schmelzen hergestellt werden können die eine zufriedenstellende Viskosität besitzen.
Demgemäß liegt der Erfindung dio Aufgabe zugrunde, Mineralfasern zu schaffen, die sowohl eine hohe Biegungsfestigkeit als auch eine große Alkalibeständigkeit aufweisen und für wirtschaftliche Fertigung geeignet sind.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Fasern folgende Zusammensetzung aufweisen:
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-A-
SiO2 : 42-50 Gewichts—%
A12°3: 8-13 tt
Eisenoxide
(berücksichtigt
FeO)		 6-11 11
CaO: 4-11 tr
MgO: 17-22 tt
TiO2: 0.5-3 tt
R 0: 0.5-3. 5 "
wobei R ein Alkalimetall darstellt.
Schmelzen, die eine Zusammensetzung entsprechend den obigen Faserzusammensetzungen besitzen, haben
ο ς ρ«-. ο
eine Viskosität von etwa. 5 Poise)bei etwa 1500 C. Dies ist eine vollkommen zufriedenstellende Viskosität, da es sehr wohl bekannt ist, daß die Schmelzenviskosität von etwa 5 bis etwa 10 Poise bei 1500 C betragen sollte, um für die Faserherstellung geeignet zu sein.
Die Alkalibeständigkeit der erfindungsgemäßen Fasern wurde bestimmt unter Benutzung des Alkalibeständigkeits-Kurzzeittestes, der von Majumdar, A.J., und Ryder, J.F., "Glass Fibre Reinforcement of Cement Products", Glass Technology, Volume 8, No. 3 (Juni 1968).
Die Festigkeit und AlkaL.beständigkeit der erfindungsgemäßen Fasern sind aus der Tabelle des nachfolgenden Ausführungsbeispieles zu entnehmen.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf zementartige Produkte, die mit den oben erläuterten alkalibe-
909828/0759
ständigen, synthetischen Mineralfasern verstärkt sind.
Wenn die synthetischen Mineralfasern aemäß der Erfindung für die Verstärkung von zementartigen Produkten, wie beispielsweise Produkten, die auf Portland-Zement, Calcium-Silikat oder ähnlichen alkalischen Bindemitteln basieren, liegt der Mittelwert des Durchmessers der Fasern vorteilhafterweise zwischen 3 bis 15Μτυϊ. Wenn der Mittelwert des Durchmessers geringer als 3jWffl beträgt, ist die Verminderung der Festigkeit hervorgerufen durch die Alkalikomponenten des Materials außerordentlich hoch. Wenn auf der anderen Seite die Fasern einen Mittelwert des Durchmessers aufweisen, der lSfljtffljberFteiqt, so sollten diese vorteilhafterweise nicht benutzt werden, weil die Verstärkung je Flächeneinheit eines Querschnittes des faserverstärkten Produktes in dem Maße ab-
20 sinkt wie der Faserdurchmesser zunimmt.
Die Erfindung wird in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel in weiteren Einzelheiten beschrieben, wobei die Herstellung von synthetischen 5 Mineralfasern von unterschiedlichen Zusammensetzungen veranschaulicht wird.
Beispiel
Synthetische Mineralfasern wurden aus den folgenden Anfangsmaterialien hergestellt: Diabas, Kalk, Magnesit, Korund, Titandioxid und Quartz. Die Mischung des Anfangs- bzw. Ausgangsmaterials wurde in einem Schmelztiegel geschmolzen und die Schmelze
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-έ -
wurde mittel? einer Kaska/den-Soinnmaschine in Fasern umgewandelt.
Die Zusammensetzungen der so hergestellten Fasern und ihre Eigenschaften sind aus der folgenden Tabelle zu ersehen:
909828/0759
Tabelle
Zusammensetzung: SiO-, Gewichts-%
Al2O,
Eisenoxide,
wie FeO, Gewichts-%
CaO, It
CD MgO, It
CO
CO		 TiO2, ti
R2O, ti
co
"•^ Eigenschaften
O
Ro 1) L HSl .5 HS 2 .5 HS3 5 FSl FS2 .5 FS3 FS4 FS5 .5 FS6
47 .0 47 46 .0 47 .0 43. 5 48.0 48 .5 48.0 48.5 48 .5 49.0
13 .5 9, 10 .5 12 .5 12. 5 11.5 11 .0 11.5 12.5 9 C 9.5
8 .0 ο ( 7 .5 8 .0 8. 0 8.0 6 .5 7.0 7.5 6 .0
15 .5 9, 9 .0 8 .0 11. 5 7.5 6 .5 7.0 8.5 9 .0 8.5
10 .0 22. 19 .0 17 .5 19. 0 19.5 20 .0 20.5 17.0 20 .0 19.5
2 .5 2. 2 .5 1 .0 1. 0 1.5 2 .0 1.5 2.0 2 .5 2.0
3 .5 1. 2 860 3 1128 3. 1 3.0 3 766 3.0 3.0 2 587 2.5
900 70 47 866 768 598 539
.0 73 Sg 95 70 94 76 84 95
25 .0
.0
.5
.0
,0
.5
1141
67
Festigkeit, MPa
Alkalibeständigkeit 2), %
Azidität 3)
(berechnet) 1.39 1.06 1.17 1.33 1.10 1.26 1.30 1.26 1.36 1.21 1.25
1) Ro = Zusammensetzung eines bekannten Steinwollproduktes.
2) Gemessen durch den oben erläuterten Alkalibeständigkeits-Kurzzeittest.
3) Die Azidität (Säure), welche im Zusammenhang mit der Schmelzenviskosität steht, ist als Verhältnis von Säure- zu Alkali-Bestandteilen der Mischung des Ausgangsmaterials berechnet worden. .
cn cn rv ο
Wie aus den obigen Angaben hervorgeht, besitzen die erfindungsgemäßen Pasern im wesentlichen die gleiche Festigkeit, wie sie bei Steinwollfasern bekannt ist, wobei diese aber eine wesentlich höhere Alkalibeständigkeit aufweisen. Ferner ist zu beachten, daß die mit der Viskosität zusammenhängende Azidität der Schmelze, aus welcher die Fasern hergestellt sind und welche vorzugsweise im Bereich von lf05 bis lr50 liegen sollten, vollkommen annehmbar into
ΘΘ9828/0759

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    l) Alkalibeständige, synthetische Mineralfasern,
    gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung
    SiO2: 42-50 Gewichts- Al2O3: 8-13 tt Eisenoxide
    (berücksichtigt
    FeO) :     6-11 »1     CaO: 4-11 Il MgO: 17-22 tt TiO2: 0.5-3 tt R 0: 0.5-3. 5 "
    wobei R ein Alkalimetall ist.
    ο Faserverstärktes zementartiges Produkt, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Faserverstärkung alkalibeständige, synthetische Mineralfasern mit folgender Zusammensetzung aufweist:
    ORIGINAL INSPECTED 909828/0759
    SiO?: 42-50 Gewichts-% Al2O3: 8-13 Il Eisenoxide
    (berücksichtigt
    FeO) :     6-11 Il     CaO: 4-11 Il MgO: 17-22 Il TiO2: 0,5-3 Il R2O: 0,5-3, 5 "
    wobei R ein Alkalimetall ist.
    3 ο Faserverstärktes zementartiges Produkt nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Mineralfasern einen mittleren Durchmesser zwischen 3 und 15nffl aufweisen.
    4. Faserverstärktes zementartiges Produkt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zementmaterial Portland-Zement enthält.
    / Γ) 7 R 9
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