NO782278L - Mineralfibersammensetning. - Google Patents

Description

Mineralfibersammensetning.

Foreliggende oppfinnelse vedrorer fremstilling av materialer basert på mineralfibre og mer spesielt fremstilling av materialer hvori disse fibre holdes i en sammenhengende struktur med en liten mengde organisk bindemiddel og av sam-menbakte eller -smeltede produkter avledet derav. Oppfinnelsen angår spesielt sammensetningen av disse materialer samt fremgangsmåten for deres fremstilling og omfatter også selve materialene samt deres anvendelser.

Sammensetningen ifolge oppfinnelsen kan lett fremstilles ved hjelp av teknikker som anvendes ved fremstilling av asbestplater. Disse teknikker består i det vesentlige av fremstilling av en suspensjon av faste bestanddeler hvorfra suspensjonsmediet fjernes etter å ha blitt avsatt på et filtrerende bærelegeme, spesielt i en rekke over hverandre liggende lag avsatt i rekkefolge.

Den generelle fremgangsmåte er som folger: Fibrene, de andre mineralbestanddelene i sammensetningen og det organiske bindemiddel sammenblandes med en stor mengde vann for dannelse av en væskeformig suspensjon som om nodvendig for-tynnes med vann og deretter fores til en rekke beholdere.

En sylindrisk sikt som er roterbart anbragt og delvis ned-senket i hver beholder, tjener til å oppsamle suspensjonen som således roteres mens overskudd av vann renner gjennom hullene i sikten som påfbrer suspensjonen i form av et tynt fuktig lag på en endelos belte- eller båndtransportbr hvor-igjennom det medfblgende vann også får passere. Ved hver om-dreining av-det endelose beltet blir det dannende lag over-fort på en såkalt formatsylinder hvorpå de suksessive lag oppvikles og legges oppå hverandre. Når den bnskede tykkelse er oppnådd, på denne sylinder, blir hele det lagdelte legemet delt langs en linje for å' fjerne det fra sylinderen. Etter fullstendig torking og herding av bindemidlet, utgjores den således oppnådde plate vesentlig av fibrene og de andre be-standdelene som holdes i en sammenhengende struktur betegnet en plate eller filt. En meget liten andel organisk bindemiddel kan vise seg å være tilstrekkelig til å gi vedheng og dette gjor det derfor mulig å tilfredsstille de strenge standardbetingelsene idet man begrenser denne andel til verdier av størrelsesorden 3 vektprosent i tilfelle av varme-nett eller-skjermer. De fremstilte produkter har videre den fordel at de har hdy strekkfasthet og derfor kan gis forskjellige former ved stansebehandling av platene.

I foreliggende sammensetning er fibermaterialet et kunstig mineralfibermateriale. Dette omfatter alle fibrose materialer som er fremstilt industrielt ved hjelp av teknikker som innebærer smelting av et mineralsk stoff som vanligvis har en basis av silisiumdioksyd eller silikater og somC" igjen enten kan være av kunstig eller naturlig opprinnelse. Under anvendelse av det sammensmeltede stoff som utgangsmateri-ale, består den vanlige metoden enten i trekking, i hvilket tilfelle fibre med bestemte og ensartede lengder kan oppnås, eller ved sentrifugering eller blåsing, i hvilket tilfelle ullfibre med meget variable dimensjoner oppnås.

En sammensetning ifolge oppfinnelsen inneholder fordelaktig, beregnet på det totale innhold av torre bestanddeler, 5-95 vektprosent av et kunstig mineralfibermateriale av den type som fortrinnsvis har en silikatbasis, minst 4 vektprosent leire og minst 0,5 vektprosent organisk bindemiddel. Sammensetningen kan ytterligere inneholde fyllstoffer som utgjores av mineralstoffer andre enn leire samt en liten andel organiske fibre og spesielt cellulosefibre, med det resultat at den totale andel organisk materiale (inkludert bindemiddel) ikke overskrider 8 vektprosent av den totale vekt av torrstoffene i sammensetningen.

I foreliggende sammensetning foreligger mineral-fibermaterialet fortrinnsvis i en mengde i området 10 - 50 vektprosent. Fibrene har vanligvis et forhold mellom lengde og diameter som er minst lik 10 eller hbyre med lengder som fortrinnsvis varierer mellom 0,1 og 100 mm og diametre i området 0,1 - 40 mikron. Det er spesielt mulig å anvende glass eller glassullfibre og de sistnevnte velges fortrinnsvis fra tekniske kvaliteter som selges for å tillate dispersjon i et vandig medium. Ikke desto mindre foretrekkes fibermaterialer som har en silikatbasis av fiber- eller ulltypen, spesielt keramiske fibre eller keramiske ullfibre vesentlig bestående av aluminiumsilikat, stenull som ytterligere inneholder jord-alkalimetallsilikater, mineralull, slaggull eller en blanding av slike materialer. De foretrukne materialer har fiber-lengder i området 0,1 - 50 mm og mer spesielt, avhengig av kommersiell tilgjengelighet, midlere lengder i området 0,1 - 15 mm i tilfelle ■ for fibre av slike mineralullstoffer som glassull, stenull, mineralull eller slaggull i særdeleshet,

og keramiske fibre, eller lengder i området 3 - 25 mm i tilfelle av glassfibre, med diametre av størrelsesorden 10-20 mikron for glassfibre og i området 1-10 mikron i gjennom-snitt for mineralull.

Det har dessuten vist seg særlig fordelaktig å anvende kunstige fibermaterialer inneholdende en kombinasjon av fibre eller mineralullmaterialer basert på silikater av typen bestående av keramiske fibre eller kéraimiske ullmateri-aler, stenull, mineralull, slaggull, og glassfibre, idet mengden av glassfibre fortrinnsvis er i området 0,5 - 10% av den totale vekt av torrstoffer i sammensetningen. Tilstedeværel-sen av disse glassfibre oker strekkfastheten til de ferdige plater og gir under fremstillingen produkter med hoy motstandsevne i fersk tilstand for herding av bindemidlet.

I en annen utforelse av oppfinnelsen inneholder sammensetningen et mineral på silikatbasis med en nålelignende krystallstruktur i en mengde som fortrinnsvis er i området 10 - 60 vektprosent. Et mineral av denne type kan spesielt bestå av wollastonitt. Det er en fordel å velge kvaliteter hvori nålene har et forhold mellom lengde og diameter i området 5 - 40 og fortrinnsvis en midlere partikkeldiameter i området 5-10 mikron. Dette mineral resulterer i et materiale med meget god dimensjonsstabilitet hvori fraværet av krymping ved hoy temperatur tillater baking eller brenning uten deformering.

Mengden av leire i sammensetningen ifolge oppfinnelsen er fortrinnsvis i området 5-90 vektprosent, og fortrinnsvis 10 - 70 vektprosent. Som i tilfellet for de andre be-standdelene er mengdeforholdene her uttrykt'med henblikk på den totale vekt av torrstoffer. Det er mulig å anvende en hvilken som helst leiretype, skjont man foretrekker kaolin og leiremineraler fra kaolinittgruppen som inneholder 20 - 90 vektprosent kaolin. Det kan også være tilstrekkelig å be-nytte en leiremengde i området 10 - 50 vektprosent og å inn-fore mineralske fyllstoffer i sammensetningen i en mengde på 5-45 vektprosent, spesielt malt kvarts som har den fordel at man reduserer prisen og letter fremstillingen av platene. Andre egnede fyllstoffer er kiselgur, perlitt, flyaske, diato-merjord, glimmer og andre findelte, naturlig forekommende, mineraler.

Det organiske.bindemiddel kan benyttes i sammensetningen i en hvilken som helst mengde i området 0,5-8 vektprosent. Denne vektandel begrenses imidlertid fortrinnsvis til verdier i området 1 - 5% og er særlig av størrelsesorden 3 vektprosent når sluttproduktene skal tilfredsstille de samme krav med hensyn til brennbarhet og varmebeskyttelse som. asbestplater.

Ved anvendelser som tillater en hoyere andel organiske stoffer er det fordelaktig å begrense innholdet av bindemiddel til verdier i området 1-3 vektprosent og i dette tilfelle korporere organiske fibre og spesielt cellulosefibre i sammensetningen i mengder i området 0,5-7 vektprosent og fortrinnsvis 1-5 vektprosent av den totale mengde fterrstof-fer i sammensetningen.

Alle konvensjonelle organiske bindemidler kan anvendes enten alene eller i blanding, spesielt stivelser, deks-triner, polyvinylacetater og mer generelt alle naturlig forekommende eller syntetiske gummier som anvendes i opplbsning eller i emulsjon i vann. De beste resultater synes å oppnås når bindemidlet i det minste delvis består av stivelse. Det er i ethvert tilfelle fordelaktig å anvendelse stivelse av. den opploselige typen i kald tilstand samt stivelse som er behandlet slik at den utviser overflateioniske egenskaper som gir en flokkulerende effekt. Alternativt kan flokkulerings- midler slik som polyakrylamider og andre kjente polyelektro-lytter inkorporeres i sammensetningen i mengder i området 0,005 - 0,05 vektprosent med hensyn til totalvekten av be-standdelene i sammensetningen i torr tilstand.

Det vil fremgå at foreliggende oppfinnelse omfatter materialer oppnådd fra den ovenfor omtalte sammensetning uten hensyntagen til den benyttede fremgangsmåte. Denrie . ] sammensetning er generelt særlig godt egnet til en hvilken som helst produksjonsmetode som innebærer fremstilling av en suspensjon og fjerning av overskudd væske gjennom filtrerende vegger som bærer eller inneholder suspensjonen; man foretrekker imidlertid den platefremstillingsteknikk som er nevnt tidligere hvorved bindemidlet herdes ved torking i luft eller fortrinnsvis ved ovnstorking. Det ferdige produkt har en torrstoffsammensetning som er lik den for utgangssammenset-ningen med et fuktighetsinnhold under 5 vektprosent og fortrinnsvis under 1 vektprosent. Produktet kan formes og opp-deles for herding av bindemidlet, om nodvendig, men kan også markedsfores i form av flate plater eller plater som har en eller egnet konfigurasjon som siden tilformes og maskinbe-handles.

Materialet av platetypen ifblge oppfinnelsen har hoy strekkfasthet og utmerket hbytemperaturstyrke. Strekkfastheten til materialet er vanlig<y>is hoyere enn 20 kg/cm 2 og spesielt i området 25 - 70 kg/cm o og tettheten er i området 0,5 - 1,3 og fortrinnsvis 0,9-1,2. I denne foretrukne ut-fbrelse har materialet meget god dimensjonsstabilitet fordi det vises ved den stang-lineære krympetest at ekspansjonen av materialet er mindre enn 2% etter 24 timer ved 1000°C.

En vesentlig fordel med materialet ifolge oppfinnelsen ligger i at leiren i materialet utgjor et mineralsk bindemiddel som kombinerer sin virkning med de til det organiske bindemiddel slik at det oppnås en konstant mekanisk bestan-dighet fra romtemperatur til temperaturer av stbrrelsesorden 1100°C. Det organiske bindemiddel bevirker en vesentlig funksjon ved produktets sammenhengningsevne under fabrikasjon, under omdannelse og under anvendelsen av produktet samt gjennom hele brukstiden ved relativt lav temperatur, f.eks. når det anvendes som en varmeskjerm som utsettes for temperaturer på ikke over 500°C. Virkningen av det organiske bindemiddel bibeholdes opp til temperaturer som tilsvarer i det minste begynnende sintring av leiren i sammensetningen. Når produktet utsettes for hbye temperaturer, når man f.eks. har vesentlig varmeutvikling som et resultat fra forbrenning av det organiske bindemiddel, vil leiren folgelig overta funksjonen fra det organiske bindemiddel og sikre mekanisk bestandig-het av materialet som også bibeholder sin form og sine varme-beskyttelsesegenskaper.

Oppfinnelsen omfatter således de bakte eller brente produkter som kan oppnås fra materialer av platetypen ifolge oppfinnelsen, hvor brenningsoperasjonen vanligvis utfores ved en temperatur i området 1050 - 1200°C i lbpet av en tidsperi-ode på fra 2 timer til 3 dager. Det er således særlig mulig å oppnå porose keramiske plater med laminær struktur og med utmerket motstandevne overfor kjemiske stoffer og spesielt syrer. Platene kan f.eks. anvendes ved konstruksjon av inn-vendige ovnsskjermer. Dessuten kan disse produkter fremstilles med mange forskjellige former, idet formingsoperasjonen utfores når materialet fremdeles er i form av en tilstrekkelig myk plate. Sammensetningen inneholdende et mineral med en nålelignende struktur slik som wollastonitt, er særlig egnet for denne anvendelse.

Oppfinnelsen skal i det folgende illustreres under henvisning til nedenstående eksempler. Med mindre annet er angitt, er mengdeangivelsene uttrykt som vektprosent beregnet på totalvekten av tbrrstoffene ved fremstillingen av produk-tene. Verdiene som vedrorer emulsjonene av polyvinylacetat (PVA) medregner imidlertid emulsjonsvannet.

Eksempel I

Plater av materiale basert på mineralfibre holdt

i en sammenhengende struktur, fremstilles under anvendelse av fibrose materialer bestående av stenull ("rock wool") hvortil glassfibre tilsettes.

Folgende sammensetning anvendes:

Fibrene dispergeres i vann i 10 minutter i en beholder forsynt med roreverk som gir hoy turbulens. Leiren, fyllstoffene og de organiske bindemidler (PVA-emulsjon og stivelse) tilsettes. Blandingen omrores i ytterligere 10 minutter for den pumpes inn i en buffer-tank forsynt med et lavhastighets-propellroreverk. Denne blanding fremstilles med et innhold av 100 g torrstoff pr. liter.

Den således oppnådde suspensjon fores ved hjelp av en pumpe eller under innvirkning av tyngdekraften til et kammer forsynt med en roterende sikt. Et lag av materiale dannes på siktens overflate. Sikten avsetter laget på en båndtransportor som igjen avsetter laget på en roterende sylinder. Når den bnskede tykkelse er oppnådd på sylinderen som et resultat av stabling av suksessive lag, blir det kom-pakterte og lagdelte produkt fjernet fra sylinderen og over-fort til en tbrkeinnretning.

Ved utlbpet av torkeinnretningen oppnås et plate-materiale som har et fuktighetsinnhold på mindre enn 5%. Tbrkeoperasjonen kan om nbdvendig fortsettes til et fuktighetsinnhold på under 1% oppnås. Det tbrkede produkt kan underkastes en hvilken som helst egnet overflatebehandling, avhengig av sluttanvendelsen.

Det oppnådde materiale med den ovenfor angitte sammensetning har folgende egenskaper:

Forsbkene for strekkfasthet utfores ved enten å påsette en trekkraft i rett vinkel på retningen for selektiv orientering av fibrene i materialet (J_ fibre) eller en trekk-kraft i retningen parallell med den selektive orientering (// fibre). Denne selektive orientering skriver seg fra den metode som anvendes ved fremstilling av materialet og innebærer avsetning av fibre i suspensjon på et bevegelig filter.

Eksempel II

Utfbrelsesmåten er den samme som i eksempel I under anvendelse av folgende sammensetning:

Det oppnådde materiale har folgende egenskaper:

Varmeledningsevne X- = 0,121 kcal/hm°C

Eksempel III

Utfbrelsesmetoden er den samme som i eksempel I med folgende bestanddeler:

Den modifiserte stivelse innfores i apparaturens matekrets som en 8% opplbsning i vann fremstilt i varm tilstand.

Materialet som oppnås etter tbrking utgjor en varmeskjerm som kan formes ved stansebehandling. Nevnte materiale tilfresstiller de krav som settes i DIN-standarden for asbest plater (DIN 3752) og kan også motstå temperaturer på opp til 1100°C mens det bibeholder sin sammenhengende struktur og sin mekaniske styrke inkludert hoye strekkfasthet.

Dette produkt har folgende egenskaper:

Eksempel IV

Ved utforelse av metoden som angitt i de tidligere eksempler, ble folgende sammensetning benyttet:

Egenskapene til det oppnådde materiale er folgende:

Tap ved glbding etter 24 timer ved

Den benyttede sammensetning er folgende:

Ved modifikasjon av dette eksempel, tilsettes til denne sammensetning 3 kg cellulose pr. 100 kg av blandingen.

Materialene som ble oppnådd ved utforelse av de samme forsok som i tidligere eksempler har folgende egenskaper:

En betydningsfull egenskap til materialet ligger i at det er istand til å bli boyet med en boyeradius på 3 cm i fuktig tilstand med en plate/tykkelse på 5 mm.

Eksempel VI

Den benyttede sammensetning omfatter:

Materialet i form av plater fremstilles som i eksem-plene ovenfor.

Eksempel VII

I sammensetningen i eksempel IV erstattes keramiske fibre og glassull med stenull med en midlere lengde på 1,2 mm. I tillegg til dette har den benyttede wollastonitt en midlere partikkeldiameter på 8,2 mikron og et forhold mellom lengde og diameter på 13:15. Det oppnås således et materiale med egenskaper som ligner de til materialet i eksempel IV, men til en vesentlig lavere pris.

Eksempel VIII

Materialet av platetypen oppnådd i eksempel VII

i form av et flerlagslegeme med tykkelse 8 mm, innfores i en kontinuerlig drevet ovn hvori platematerialet oppvarmes i 24 timer ved 1150°C. Det oppnås derved porose plater med en laminær struktur som utviser hoy motstandsevne overfor syrer.

Claims (11)

1. Sammensetning basert på mineralfibre og som kan håndteres som en suspensjon i vann, karakterisert ved at sammensetningen inneholder minst 5-95 vektprosent av et kunstig, mineralfibermateriale basert på slilisiumdi-oksyd eller silikater, minst 4 vektprosent leire og minst 0,5 vektprosent av et organisk bindemiddel, idet mengden av organisk stoff ikke er storre enn 8% av den totale vekt av torrstoffer i sammensetningen.

2. Sammensetning ifblge krav 1, karakterisert ved at den ytterligere innholder 10 - 60 vektprosent av et mineral basert på silikater med en nålelignende krystallstruktur.

3. Sammensetning ifblge krav 1, karakterisert ved at den inneholder 10 - 50 vektprosent leire, spesielt kaolin eller kaolinittleire og 5 - 45% inerte mine- ralfyllstoffer.

4. Sammensetning ifblge krav 1, karakter i-" sert ved at den inneholder 5 - 95% og fortrinnsvis 10 - 50 vektprosent fibermateriale, 5 - 90% og fortrinnsvis 10 - 70 vektprosent leire og 1 - 5 vektprosent organisk bindemiddel, særlig stivelse.

5. Sammensetning ifolge krav 1, karakterisert ved at fibermaterialet i det vesentlige utgjores av mineralfibre basert på silikater fremstilt fra et mine-ralmaterial i smeltet tilstand, slik som keramiske fibre og ull eller stenull og mineralull eller slaggull.

6. Sammensetning ifolge krav 5, karakterisert ved at fibermaterialet inneholder glassull eller -fibre, fortrinnsvis i en mengde på 0,5 - 10% av totalvekten av torrstoffer.

7. Sammensetning ifblge krav 1, karakterisert ved at den inneholder organiske og spesielt celluloseholdige fibre i en mengde slik at, avhengig av andelen av bindemiddel, den totale mengde organiske stoffer i sammensetningen forblir under 8 vektprosent.

8. Fremgangsmåte til fremstilling av et materiale basert på mineralfibre og som ikke inneholder asbest, karakterisert ved at man fremstiller en suspensjon i vann av en sammensetning ifblge krav 1, fjerner suspensjons-meidet gjennom et filterelement som spesielt utgjores av et bevegelig bådnd hvorpå materialet avsettes, og at man bevirker herding av det organiske bindemiddel.

9. Fremgangsmåte ifblge krav 8, karakterisert ved at man avsetter suksessive ovenpå hverandre, liggende lag av materiale oppsamlet ved hjelp av en roter- . ende sikt i en suspensjon i vann av en sammensetning ifblge krav 1, mens man fjerner suspensjonsmediet ved filtrering gjennom nevnte filtreringselement, og ved at man tbrker produktet hvilket bevirker herding av det organiske bindemiddel.

10. Fremgangsmåte ifblge krav 8, karakterisert ved at man også foretar en etterfblgende baking av det tbrkede produkt og at denne baking fortrinnsvis utfores ved en temperatur i området 1050 - 1200°C, eventuelt etter en formings- og maskinbehandlingsoperasjon.

11. Materiale av platetypen, karakterisert ved at det er basert.på mineralfibre og er oppnådd ved fremgangsmåten ifblge krav 7, og basert på et flerlagsprodukt oppnåd ved fremgangsmåten ifblge krav 9.