NO149842B

NO149842B - Plate eller annen artikkel omfattende et nettverk av organisk material innleiret i en vannherdnet masse

Info

Publication number: NO149842B
Application number: NO772244A
Authority: NO
Inventors: David James Hannant
Original assignee: Univ Surrey; David James Hannant
Priority date: 1976-07-01
Filing date: 1977-06-24
Publication date: 1984-03-26
Also published as: NL175519B; DK296777A; NL7707253A; NO149842C; CA1104436A; DE2728351C2; GB1582945A; SU698540A3; BE856389A; NO150599C; DD131926A5; SE445731B; NL175519C; NO824164L; FR2356610A1; US4297409A; IT1080263B; DE2728351A1; SE7707549L; NO772244L

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av artikler av en vannherdbar masse og et armeringselement.

Det har lenge vært kjent at asbest og spesielt "blå"

asbest representerer en helsefare både ovenfor arbeiderne som er involvert i utvinning av materialet og til brukeren, spesielt når brukeren må manipulere ved å kutte eller sage artikler innbefattende asbestfibre.

I bygningsindustrien har asbest-sement-plater og andre produkter som rør og regnvannavløp blitt vanlia brukt på grunn av deres billighet og klimabestandige egenskaper, hvor lavbelastnings-betingelser er innbefattet. Når de en gang er installert, er det lite sannsynlig at asbest-innholdet i slike produkter vil ha noen merkbar uheldig virkning på personer som bruker bygningen, men opptil innstalleringstrinnet er det nå vist at risikoen for personer som fysisk håndterer asbestholdig gods ikke kan sees bort i fra.

Utallige alternativer er tilgjengelige for asbest-sement-artikler innbefattende vanlige bygningsmaterialer, men alle disse har ulempen ved å være vesentlig mer kostbare eller krever større arbeidsomkostninger ved innstallering eller i noen tilfeller i transporttrinnet.

På grunn av dette er det gjort mange forsøk for å tilveiebringe en erstatning for produkter basert på asbest-sementblandinger, men forslagene som har fremkommet har ulemper, enten deri at de er for kostbare, sammenlignet med asbestsement og/eller har dårligere egenskaper.

Ifølge britisk patent nr 1 130 612 er det foreslått

å innarbeide i en vannherdbar masse, definert som en blanding bestående helt eller delvis av ett eller flere uorganiske materialer med vann, hvilke blanding er i stand til å herde til en fast koherent masse opptil bare 2 vekt-% av korte fibre dannet av en strukket og deretter fibrillert film. Dette patent angir videre at filmen bør være en polyolefinfilm og spesielt en polypropylenfilm. Fibrene som angis i dette patent har en lengde ikke større enn 7,5 cm, og tynne ark fremstilt.av blandinger inneholdende slike fibre vil være utilfredsstillende for de fleste formål.

Ifølge britisk patent nr. 1 429 167 er det foreslått å tilveiebringe en fiberarmert sammensetning ved å inkorporere en fysikalsk forenet prekombinasjon av absorbentf-ibre og armeringsfibre valgt blant fibre av glass, stål, karbon, bor, kobber, messing, aluminium og dets legeringer,

asbest og silikonforbindelser, ikke-absorberende polyamider, ikke-absorberende polyestere, ikke-absorberende polyakryler, polyolefiner og polyuretaner. Videre foreslås ifølge dette patent at prekombinasjonen kan innbefatte prevevet tape, tøy eller netting.

Eksempelet i dette patent refererer bare til stålwire og glassfibre som armeringsfilamenter og disse i kombinasjon med absorbentfibrene gir godtagbare styrkeegenskaper. Imidlertid nødvendiggjør prekombinasjonskravet at armeringsfibre og adsorbentfibre et ekstra fremgangsmåtetrinn og resulterer i et kostbart materiale for å oppnå hensikten ifølg patentet. Det faktum at asbest er nevnt som et mulig armeringsfiber, angir at i henhold til dette patent var det ikke ment å tilveiebringe en erstatning for asbest-sementplater, men det var ment å forbedre styrkeegenskaper av slike plater.

Det består derfor det problem å tilveiebringe et alternativ til asbest-sementproduktet og som er konkurransedyktig med asbest-sementprodukter.

Oppfinnelsen vedrører en plate eller annen artikkel omfattende et nettverk av organisk material innleiret i en vannherdnet masse, idet platen er karakterisert ved at nettverket er ikke-vevet og består av organisk fibrillert film innarbeidet i den vannherdnede masse i form av flere lag som hvert er kontinuerlig i forhold til hele artikkelen.

Ved bruk av en kontinuerlig organisk fibrillert film innarbeidet som nettverk i en vannherdende masse, er det mulig å fremstille artikler som har egenskaper som i det minste i noen henseende er vesentlig overlegne ovenfor disse, f.eks. asbest-sement og som kan være konkurransedyktig prismessig.

Fortrinnsvis er nettverket anvendt ved fremgangsmåten

basert på fibrillert polyolefinfilm, da det spesielt gode egenskaper ved en omkostning som er konkurransedyktig med vanlige asbestfibre. Ved inkorporering av det mest foretrukne armeringsmaterial, nemlig polyropylen, blir det mulig å inkorporere et stort antall av lag pr. cm tykkelse av produktet for å oppnå et sluttprodukt som har tilstrekkelige styrkeegenskaper for fremstilling av sementbaserte plater, således at fremgangsmåten danner et sluttprodukt som ikke bare er konkurransedyktig i pris med asbest-

sement, men har egenskaper som muliggjør dets bruk i mange tilfeller hvor asbest-sement ikke kan benyttes.

For visse formål kan det være ønskelig å anordne mellom

to avstandslag av vannherdende masse og nettverk, i det minste et mellomlag av en vannherdende masse eller annet material uten armering.

Oppfinnelsen vedrører også en plate eller en annen

artikkel som omfatter et nettverk av organisk material innleiret i en vannherdende masse, idet artiklene er karakterisert ved at nettverket består av en fibrillert organisk film som er lateralt ekspandert.

Uttrykket "vannherdende masse" menes å bety her en tørr eller vesentlig tørr blanding av ett eller flere uorganiske materialer som når de blandes med vann, herdner til en fast stiv masse. Portland sement og gips er eksempler for en slik masse.

Uttrykket "kontinuerlig" i forhold til en fibrillert organisk film er primært ment å omfatte en situasjon hvor de individu-elle elementer dannende et nettverk, strekker seg over en hoveddimensjon av en artikkel omfattende nettverket som bredden eller lengden eller både bredde og lengde. Mer generelt betyr uttrykket at nettverket ikke kan blandes med en vannherdende masse i en rotasjonsblander. Dette i kon-trast til armerte materialer basert på en vannherdende masse, hvori armeringen består av løse korte fibre, som kan bli blandet for å oppnå homogenitet i en rotasjonsblander. Film som er egnet til å oppnå tilstrekkelige resultater, vil være av en slik lengde at hvis de utsettes for rotasjonsblanding, danner filmen i stedet for et homogent produkt, en sammenfiltret masse sterkt adskilt fra den vannherdende masse. Filmen kan heller ikke dusjes fra en kanon med en vannherdende masse som med forstøvede fibersementer og betong.

Oppfinnelsen er ikke basert på vannabsorpsjonen av den innarbeidede organiske film, men utelukker ikke slike materialer. Eksempelvis når det anvendes på polypropylen,

er vannabsorpsjonen i det vesentlig null i en fuktig atmosfære. Etter neddypping i vann i 24 timer ble absorp-sjonen funnet å være under 0,10% under betingelser angitt i American Society for Testing and Materials - Report D 570-63.

Innarbeidelsen av filmen; kan påhjelpes ved et disperger-ingsstoff som deflokulerer suspensjonen av partikler av det vannherdende material og assisterer inntrenging gjennom maskene for å holde komponentene bedre sammen. Generelt består slike dispergeringsstoffer som er egnet for for-målet av sulfonerte polymermaterialer som lavvektsmolekyler harpiks, sulfonert melaminformaldehyd eller sulfonert nafta-lenformaldehydharpiks.

Et dispergeringsmiddel er imidlertid ikke vesentlig, styrken av materialet avhenger av det mekaniske samhold og av det meget store overflateareal av nettverket for et gitt volum som kontrollerer krakking i den vannherdende masse.

Fortrinnsvis blir et flertall av impregnerte lag av masker fremstilt av et nettverk av kontinuerlig fibrillert organisk' film inkorporert og presses, stikkes sammen eller vibrerer sammen i lag, hver vesentlig mindre enn 5 mm tykkelse og suksessive lag tilsettes inntil den ønskede gjennomsnitts-tykkelse av produktet' er oppnådd.

Nettverket dannes fortrinnsvis av polyolefinfilm som er blitt strukket for å bevirke orientering av~molekylstruk-turen som gir høy tensilstyrke og også øker elastisites-modulen. I dagens benyttede industrielle anvendelse av polypropylenfilm danner strekningsprosessen en forlengelse i polypropylenfilmen på 5-20 ganger ustrukket lengde.

Alternativt kan filmen dannes ved fibrillær krystallisering.

Etter strekning- eller krystalliseringsprosessen er filmen

i en tilstand av nær fibrillering og kan bli fibrillert under videre behandling eller ved egnet mekanisk behandling, f.eks. ved stiftmaling, på en måte tilsvarende til den som anvendes på polypropylenfilm som benyttes som råmaterial av hakkhyssing.

Maskeproduktet kan beskrives som et flatt åpent nettverk

av ikke-vevet polypropylenfilm, hvori elementene er fremstilt fra filmen motsatt til monofilamenter. Uttrykket "flatt" skal imidlertid ikke forstås således at nettverket nødvendigvis er "plant" i sluttproduktet, enskjønt før

inkorporering vil det vanligvis være så fleksibelt at det vil falle sammen med en plan overflate når det legges på en.

Den foretrukne armering som det er referert til ovenfor er imidlertid den "ekspanderte" ikke-vevede maske dannet ved mekanisk fibrillering i et regulært mønster av en strukket film som vist på fig. 1. , En fordel ved denne ikke-vevede form av nettverk i tillegg til dens sterkt reduserte pris er at den kan fremstilles av meget tynne filmer og således blir det mulig å øke det spesifikke overflateareal av materialet og p inkorporere flere lag av armering i en gitt tykkelse av en endelig plate for et gitt volum av armeringsmaterial. Tykkelsen av filmen kan varieres fra 1-1000 mikron, men foretrukket er tynnere filmer i området fra 15-150 mikron. Valget av tykkelse avhenger imidlertid av volumet av nettverk som skal inkorporeres og således de ønskede egenskaper i sluttproduktet. Bruk av fibrillert organisk tynn film muliggjør et meget god mekanisk sammen-hold som oppnås mellom massen av nettverket og som antas å gi grunn for dyktige oppnådde eaenskaper. Blant poly-olef iner foretrekkes polypropylen, men olyamider har egnede egenskaper og kan fibrilleres for å danne ikke-vevede nettverk.

Den vannherdende masse er fortrinnsvis vanlig Portland sement med et fyllmiddel som meget fin sand og/eller pulverisert forbrenningsaske og finheten er viktig for ellers vil det ikke være tilstrekkelig penetrering mellom nettverket og massen med resulterende tomrom og svakhet. Finheten av fyllstoffet blir spesielt viktig, når et

meget stort antall lag nettverk inkororeres og korn-størrelsen velges for å ta hensyn til antall lag av armeringsnettverk.

Sammensetningen kan også inneholde tilsetninger i form

av korte stapelfibre som blant andre effekter forbedrer produktets overflatefinish.

Slike tilsetninger danner imidlertid ikke del av det fibrillerte organiske filmnettverk og vil normalt fordeles over oa under nettverket.

Fortrinnsvis, i en plate som skal erstatte en vanlig gjennom-snittstykkelse, asbest-sementplate, vil minst seks eller syv lagav masker anvendes, omfattende ca. 5-7% av volumet av platen, men høyere styrker'kan oppnås ved å øke antall maskelag og når kontinuerliq nettverk, fremstilt av meget tynn film benyttes som utgangsmaterial, kan antall maskelag økes til flere hundre og innen grenser kan slagstyrke og arealet under belastnings-defleksjonskurven forbedres i fleksibilitet og arealet under trykk/strekk-kurven i ten-sjpn kan forbedres godt over^det som oppnås med asbest-sement. Det antas at den øvre grense er i størrelsesorden på 15 volum-% av filmen til vannherdbar masse.

Det vil vanligvis være ønskelici i plater som skal symme-trisk korrigeres på samme måte som asbest-sementplater for de fleste av lagene av masker å være orientert i samme retning med hensyn til korrigering, men for annet bruk kan det være fordelaktig å arrangere maskelagene med alternative orienteringer eller selv forskjellig orientering gjennom tykkelsen av platen, ikke nødvendigvis i rett vinkel til hverandre. Når retningen av påføringen av strekkbelastning kan forutsies for en artikkel i bruk,

er det selvsagt fordelaktig å anordne de fleste av de fibrillerte elementer i den retning.

Under fremstilling av platene er det ønskelig at etter

et visst antall lag av vannherdende masse og armering er avsatt, skal trykk påføres for å oppnå å bevirke mekanisk binding mellom massen og de fibrillerte elementer og i tillegg tilleggsvann kan fjernes ved å anvende vakuum gjennom en filtermatte som i mange prosesser ved sement-produksjon .

Mange artikler kan formes utover enkle plater. Flerlags-nettverk kan faktisk vikles rundt former for å danne ønskede spesialformer.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere ved hjelp av noen utførelseseksempler under henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 viser et utspilt isometrisk oppriss av en plate ifølge oppfinnelsen og viser flere kontinuerlige fibrillerte filmnettverk av ikke-vevet form,

fig. 2 viser grafisk belastning i kN mot nedbøyning i mm og viser inntegnet det tilsvarende prøvelegeme inneholdende nettverk av ikke-vevet fibrillert film,

2 — 6

fig. 3 viser grafisk strekk i MN/m mot kraft x 10 for et ytterligere prøvelegeme vist inntegnet inneholdende ikke-vevede polypropylenfibrillert film,

fig. 4 viser grafisk belastning i kN mot avbøyning i mm og viser inntegnet formen og dimensjonene av et tilsvarende ytterligere prøvelegeme av samme material som fig. 3.

Eksempel_l

Et prøvelegeme som skal belastes i bøyning ble fremstilt

ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og inneholdt 6% av det totale volum av legemet i kontinuerlig flatt nettverk fra ekspandert strukket fibrillert polypropylenfilm av tykkelse rundt 1000 mikron. De følgende vektdeler ble valgt for den vannherdende masse: sement 1,0, totalt vann 0,34, pulverisert forbrenningsaske 0,25, fin sand passer-ende 600 mikron sikt 0,19 og dispergeringsmiddel (sulfonert melaminformaldehydharpiks) 0,03.

Prøvelegemet var rektangulært med dimensjoner 13,5 mm x

50 mm x 150 mm. Prøver over et område på 135 mm ble utført

og resultatene er vist og den grafiske gjengivelse på fig. 2

med belastning i kN mot avbøyning i mm. Den vesentlige post-krakkings-seighet ble muliggjort ved mellomlegging av et kontinuerlig nettverk med sementmatriksen og bærende vekt uten å puffe ut etter krakking av matriksen hadde oppstått.

Belastningen ble fjernet ved en avbøyning på rundt 6 mm

og avbøyningen gikk tilbake til innen 1^ mm av det opp-rinnelige null. Ingen krakking var lett synlig for øyet

på tensilbildet av bjelken etter at belastningen var

fjernet, men en undersøkelse med et mikroskop viste meget små krakkinger mellom 1 mm og 3 mm avstand.

På fig. 2 ved punktet for belastningsfjerning var bruddmodulusen beregnet på vanlig måte på en elastisk analvse var ca. 27 MN/m 2, men maksimalbelastningen hadde ikke blitt oppnådd. Andre tilsvarende prøvelecremer har oppnådd brudd-moduli i overkant av 30 MN/m 2. På fig. 2, k kN = 14,8

2

MN/m bruddmodulus.

Eksemgel_2

Enskjønt det er foretrukket av et volum av armeringsele-

menter i overskudd av 5%, er det også mulig ifølge oppfinnelsen å oppnå multippel-krakking i tensjon oa i bøyning

å øke i bøyestyrke med lavere volumer av kontinuerlig

flate, ikke-vevede nettverk.

Ef tensilbelastningslegeme (fig. 3) ble fremstilt, idet det ble anvendt vannherdende masse ifølge eksempel 1 med

324 lag av flatt, åpent nettverk av ikke-vevet polyproy-

len fibrillert film. Tykkelsen av hver film var ved

den lavere ende av tykkelsesområdet. Legemet var rektan-

gulært i tverrsnitt med dimensjoner 15 mm c 30 mm x 280 mm og det var derav ca. 22 lag av film pr. mm tykkelse.

Det totale filmvolum var 2,3% av legemets gjennomsnittlige volum. Det effektive filmvolum i retningen av tensil-

strekk er vanskelig å bestemme med flate, åpne nettverk,

men det var sannsynligvis mellom 1,5% og 2% i dette eksempel. Legemet ble deretter prøvet og resultatet er vist på fig. 3. En vesentlig postkrakkingsduktilitet ble muliggjort som i eksempel 1.

i

Eksemp_el_3

Et bøyebelastningslegeme ble fremstilt av samme material omtalt i eksempel 2. ' Legemet var rektangulært med en dimen-sjon avl4,5 mm x' 50,5 mm x 150,00 mm.' Prøver over et område på 135,0 mm ble utført og resultatene er vist på

den grafiske gjengivelse av belastning i kN mot avbøyning på fig. 4. Økningen i' belastning etter krakking ble muliggjort ved postkrakktingsforholdene omtalt i eksempel 1. I denne prøve er bruddmodulusen gitt med 1 kN = 12,7 kn/m 2.

Plater fremstilt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen

er egnet for anvendelse hvor asbest-sementplater hittil er blitt benyttet som er' utsatt for bøyningsbelastnina og er utsatt for støt under visse betinaelser. Det er funnet at platene hadde tilstrekkelig seighet og en ønsket pseudo-duktilitet, idet sistnevnte fenomen bidrar til flere fin-krakkinger uten imidlertid at bendestyrken av materialet blir uheldig påvirket,. En ekstra fordel er at nagler kan drives direkte gjennom tynne plater uten fraktur i platen utgående fra hullet. Materialet er således i stand til høy energiabsorsjon uten mangel, enten under støt eller under langsomt økende belastning. I dette henseende betyr platematerialet' ifølge o<pp>finnelsen en forbedring i forhold til asbest-sement som tenderer til bruddfratur ved slag. Den ultimate styrke av platene når de utsettes for direkte tensilstrekk er ikke på samme måte å økes i samme forhold som under bøyningsbelastning.

I den foretrukne konstruksjon med flere lag av nettverk er risikoen for svake punkter på grunn av fravær av armering vesentlig eliminert. Med diskontinuerlige fibre er risikoen for ikke-homogenitet høy.

Oppfinnelsen kan anvendes på korru<g>erte, flate og assymetriske plater, trau, ikke-trykkrør og regnvannartikler, slik det benyttes i husbygging og konstruksjonsindustri. Det er også mulig at materialet fremstilt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan benyttes til å produsere hagemøbler, kloakk-foringer, ventilasjonskanaler, knusebarrierer, boksseksjoner og bekledningspaneler innbefattende ekspandert polystvren. Alternativt kan materialet omfatte polystyreninnleiringer

for å danne et lettvekt isoleringsmaterial.

Oppfinnelsen kan i tillegg anvendes for å armere betong og andre strukturdeler som en permanent plugg ikke for struktur-styrke, men heller for å danne et fint overflatekrakkings-mønster. Dette vil muliggjøre at høyere trykk kan anvendes på armeringen i bjelken før en begrensende krakkingsvidde nås sammenlignet med normal armert betong.

Plater ifølge oppfinnelsen er ikke bare erstatning for asbest-sementplater, men er i tillegg egnet for bruk i innvendig og utvendig anvendelse, hvor det tidligere ikke er benyttet asbest-sement.

Claims

1. Plate eller'annen- artikkel omfattende et nettverk av organisk material innleiret i en vannherdnet masse, karakt er ts1 ert ved at nettverket er ikke-vevet og består av organisk fibrillert film innarbeidet i den vannherdne.de masse i form av flere lag som hvert er kontinuerlig i forhold til hele artikkelen.

2. Artikkel' ifølge krav 1, karakterisert ved at nettverket er avledet fra fibrillert organisk film som er lateralt ekspandert.

3. Artikkel ifølge krav 1 eller 2, karakterisert véd at den fibrillerte organiske film er avledet fra en polyolefinfilm som er fremstilt, således at molekylene er orientert og har blitt fibrillert.

4. Artikkel ifølge et av kravene 1, 2 eller 3, karakterisert ved at nettverket er avledet fra en polypropylenfilm.

5. Artikkel ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at lagene av fibrillert ikke-vevet organisk film er konsentrert i overflatelagene på hver side av et et mellomlag av vannherdnet masse som ikke har armering. i