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DE3224361C2 - Verbundbauteil, bestehend aus mindestens zwei Teilen aus unterschiedlichen Fasermaterialien - Google Patents

Verbundbauteil, bestehend aus mindestens zwei Teilen aus unterschiedlichen Fasermaterialien

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DE3224361C2
DE3224361C2 DE3224361A DE3224361A DE3224361C2 DE 3224361 C2 DE3224361 C2 DE 3224361C2 DE 3224361 A DE3224361 A DE 3224361A DE 3224361 A DE3224361 A DE 3224361A DE 3224361 C2 DE3224361 C2 DE 3224361C2
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Germany
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fiber material
composite component
fiber
weight
Prior art date
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DE3224361A
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Axel Dr. Eschner
Ludwig Dipl.-Min. 6200 Wiesbaden Wirth
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Didier Werke AG
Original Assignee
Didier Werke AG
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Publication date
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Priority to ES523466A priority patent/ES8407344A1/es
Priority to IT48563/83A priority patent/IT1172274B/it
Priority to NL8302254A priority patent/NL8302254A/nl
Priority to AT2372/83A priority patent/AT391107B/de
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil, das aus mindestens zwei Teilen aus unterschiedlichen Fasermaterialien besteht, wobei das erste Fasermaterial ein übliches Fasermaterial aus keramischen oder mineralischen, feuerbeständigen oder feuerfesten Fasern in Form von Bahnen, Platten oder Formteilen ist und das zweite Fasermaterial eine höhere mechanische Festigkeit aufweist. Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verbundbauteils, das zwar aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut ist, die jedoch als Hauptbestandteil feuerbeständige oder feuerfeste Fasern enthalten, so daß bei der Beanspruchung durch die Ähnlichkeit der Fasermaterialien keine zu großen mechanischen Spannungen auftreten, wobei es gegenüber vorbekannten Verbundbauteilen aus Fasermaterialien eine wesentlich höhere mechanische Festigkeit und insbesondere Druckfestigkeit bei höheren Temperaturen aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verbundbauteil, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das zweite Fasermaterial: a) hergestellt ist aus einer Mischung enthaltend: 100 Gew.-Teile keramische Fasern oder Fasermischungen, 4-15 Gew.-Teile Bindeton, 2-8 Gew.-Teile organisches Bindemittel, und b) in dem Verbundbauteil in Form wenigstens einer aufgestrichenen oder eingefüllten Schicht oder Füllung vorliegt.

Description

2. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial aus einer Mischung hergestellt ist, die weiterhin noch 2 bis 8 Gew.-Teile Tabulartonerde und/oder kolloidales Siliziumdioxid enthält.
J. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial aus einer Mischung hergestellt ist, die weiterhin noch 2—15 Gew.-Teile feinstzerteiltes Chromerz und/oder Chromoxid und/oder Titandioxid und/oder Magnesia und/oder AJuminiumhydroxide enthält
4. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial aus einer Mischung hergestellt ist, die weiterhin noch 1 —4 Gew.-Teile Carboxymethylcellulose enthält.
5. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fasermaterial sandwichartig zwischen dünneren Schichten aus zweitem Fasermaterial eingeschlossen vorliegt.
6. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in Forn; eines allseitig mit einer dünnen Schicht des zweiten Fasermaterials umgebenen Formkörpers vorliegt.
7. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß das zweite Fasermaterial das erste Fasermaterial schalenförmig umgibt.
8. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial in Form von gitterförmig angeordneten Schichten in dem Verbundbauteil vorliegt.
9. Verbundbauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial auf wenigstens einer Seite des Verbundbautcils als Abdeckung, senkrecht zu den gitterförmig angeordneten Schichten des zweiten Fasermaterials vorliegt
10. Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form einer zylinderförmigen Schicht in dem ersten Fasermaterial vorliegt.
I1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
a) 100 Gew.-Teile Fasern mit 100 bis 180 Gew.-Teilen Wasser vermischt werden, daß unter Fortführen des Mischens die Gegebenenfalls-Zusätze und Bindeton eingemischt werden, daß anschließend das organische Bindemittel und gegebenenfalls die Carboxymethylcellulose eingemischt werden,
b) diese Masse in Form wenigstens einer Schicht auf das erste Fasermat^rial aufgestrichen oder hierin eingefüllt wird, und
c) abschließend eine Trocknung und gegebenenfalls eine Temperaturbehandlung bei 100 bis 2000C durchgeführt wird, sowie gegebenenfalls das Verbundbauteil auf Rastermaß geschnitten wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Verbundbauteilen mit zylinderförmiger Schicht des zweiten Fasermaterials in Formteile aus erstem Fasermaterial Löcher eingebohrt werden und diese Löcher mit der Masse aufgefüllt werden.
13. Verwendung des Verbundbauteiles nach Anspruch 7 als Bodenisolierung von Wagen für Tunnelofen.
Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil, bestehend aus mindestens zwei Teilen aus unterschiedlichen Fasermaterialien, wobei das erste Fasermaterial ein übliches Fasermaterial aus keramischen oder mineralischen, feuerbeständigen oder feuerfesten Fasern in Form von Bahnen, Platten oder Formteilen ist und das zweite H Fasermaterial eine höhere mechanische Festigkeit aufweist.
ψ 60 Aus der DE-PS 22 31 658 ist bereits eine aus Platten bestehende Innenwandauskleidung für Industrieöfen κι bekannt, wobei die Platten aus einem starren Block aus feuerfestem Material bestehen, der mit elastischen
ii Fasermatten verbunden ist. Die Festigkeit des Materials wird an der dem Innern des Ofens zugewandten Seite
«f: allein von den Fasermatten bestimmt.
?■'■ Bei dem feuerfesten Verbundisoliermaterial auf Mineralfaserbasis nach der DE-AS 19 46 018 liegen in Rich-
!'-. 65 tung des Temperaturgefälles aufeinanderfolgende Schichten vor, die sich in der Hitzebeständigkeit der verwendeten Mineralfasern unterscheiden.
;■' Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verbundbauteil, das die vorteilhaften Isoliereigenschaften von
tj üblichen Fasermaterialien aus keramischen oder mineralischen, feuerbeständigen oder feuerfesten Fasern in
Form von Bahnen, Platten oder Formteilen aufweist und trotzdem eine bessere mechanische Festigkeit, insbesondere bei Druckbeanspruchungen, aufweist und bei dessen Einsatz keine Obermäßigen Spannungen im Verbundbauteil zwischen den es bildenden Einzelmaterialien auftreten.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient das srfindungsgemäße Verbundbauteil der zuvor beschriebenen Art das dadurch gekennzeichnet ist, daß das zweite Fasermaterial:
a) hergestellt ist aus einer Mischung, enthaltend:
100 Gew.-Teile keramische Fasern oder Fasermischungen,
4—15Gew.-Teile Bindeton,
2—8 Gew.-Teile organisches Bindemittel, und
b) in dem Verbundbauteil in Form wengistens einer aufgestrichenen oder eingefüllten Schicht oder Füllung vorliegt
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Fasermaterial aus einer Mischung hergestellt, die weiterhin noch 2—8 Gew.-Teile Tabulartonerde und/oder kolloidales Siliziumdioxid enthält Hierdurch kann einerseits die Feuerbeständigkeit verbessert werden und andererseits ein dichteres Gefüge der Schicht aus zweitem Fasermaterial erreicht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Fasermaterial des Verbundbauteils aus einer Mischung hergestellt, die weiterhin "och 2—15 Gew.-Teile feinstzerteiltes Chromerz und/oder Chromdioxid enthält Hierdurch können die Feuerfesteigenschaften des Verbundbauteils insgesamt verbessert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Fasermaterial des Verbundbauteils aus einer Mischung hergestellt die weiterhin 1 —4 Gew.-Teile Carboxymethylcellulose enthält Hierdurch ist bei der Herstellung des Verbundbauteils der Vorteil gegeben, daß das zweite Fasermaterial leichter in dickerer Schicht aufgetragen werden kann.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen betreffen den Aufbau des Verbundbauteils, nämlich erstens in Form eines Sandwichaufbaus, zweitens in Form eines allseitig mit einer Schicht des zweiten Fasermaterials umgebenen Formkörpers, drittens in Form eines Verbundkörpers, der schalenförmig mit einer dünneren Schicht aus zweitem Fasermaterial umgeben ist, viertens in Form eines Verbundbauteils, das gitterförmig angeordnete Schichten aus zweitem Fasermaterial aufweist fünftens in Form eines Verbundbauteils, das solche gitterförmig angeordneten Schichten aus zweitem Fasermaterial aufweist, und zusätzlich noch wenigstens eine Abdeckung senkrecht zu diesen gitterförmigen Schichten besitzt, und sechstens in Form eines Verbundbauteils, das zylinderförmige Schichten aus zweitem Fasermaterial aufweist. Auf die besonderen Vorteile dieser besonderen Verbundbauteile wird im folgenden noch eingegangen werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung solcher Verbundbauteile, das dadurch gekennzeichnet ist daß
a) 100 Gew.-Teile Fasern mit 100 bis 180Gew.-Teilen Wasser vermischt werden, unter Fortführen des Mischens die Gegebenenfalls-Zusätze und Bindeton eingemischt werden, anschließend das organische Bindemittel und gegebenenfalls die Carboxymethylcellulose eingemischt werden,
b) diese Masse in Form wenigstens einer Schicht auf das; erste Fasermaterial aufgestrichen oder hierin eingefüllt wird, und
c) abschließend eine Trocknung und gegebenenfalls eine Temperaturbehandlung bei 100 bis 2000C durchgeführt wird, sowie gegebenenfalls das Verbundbauteil auf Rastermaß geschnitten wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden in Platten oder Formteile aus erstem Fasermaterial Löcher gebohrt, in welche dann die Masse eingefüllt, getrocknet und gegebenenfalls hitzebehandelt wird.
Der Vorteil eier erfindungsgemäßen Verbundbauteile liegt darin, daß die Teile aus unterschiedlichen Materialien immer aus Fasermaterialien bestehen, so daß bei deren Einsatz geringere mechanische Spannungen auftreten als bei vorbekannten Verbundbauteilen, welche aus ganz unterschiedlichen Materialien bestehen, z. B. einerseits aus Fasermaterialien und andererseits aus starren Blöcken aus feuerfestem Material.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verbundbauteile ist, daß sie bei ihrem Einsatz bei höheren Temperaturen wesentlich größeren Druckbslastungen ausgesetzt werden können, weiterhin, daß im Falle von das Verbundbauteil umhüllenden Schichten aus zweitem Fasermaterial praktisch keine Abgabe von Fasern erfolgt die bei Verwendung von üblichen Fasermaterialien in Form von Bahnen, Platten oder Formteilen störend sein kann.
Das in dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil vorliegende Teil aus einem ersten, üblichen Fasermaterial aus keramischen oder mineralischen, feuerbeständigen oder feuerfesten Fasern in Form von Bahnen, Platten oder Formteilen, kann ein übliches Material, beispielsweise ein übliches genadeltes Blankett oder auch ein durch Vakuumverformung hergestelltes Formteil, sein.
Die bei der Herstellung der Fasermaterialien — sowohl für das erste, konventioneile Teil als auch für das zweite erfindungsgemäß wesentliche Teil des Verbundbauteiles — verwendeten keramischen, feuerbeständigen oder feuerfesten Fasern sind bekannte Materialien, insbesondere auf der Basis von Aluminiumsilikaten mit insbesondere hohem AIÄ-Gehalt im Bereich von 45 bis 95 Gev.-.-°/o. Je nach dem Verwendungszweck, d. h. dem gewünschten Grad an Feuerbeständigkeit oder Feuerfestigkeit, können jedoch auch Steinwollefasern eingesetzt werden, weiterhin ist es möglich, Gemische solcher keramischer Fasern zu verwenden. Die keramischen Fasern können vorteilhafterweise auch in geschoppter Form eingesetzt werden, d. h. mit einer Länge von 1 bis 5 mm, jedoch ist es auch möglich, sogenannte gemahlene Fasern einzusetzen, deren Länge im Bereich von 10 bis
500 μπι liegt. Der Durchmesser der keramischen Fasern liegt im allgemeinen in der Größenordnung von 1 bis 25 μπι und insbesondere im Bereich von 2 bis 8 μιη. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, keramische Fasern mit anderen Abmessungen zu verwenden.
Die erfindungsgemäß verwendeten Bindetone sind an sich bekannt, besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Bentonit.
Die weiterhin bei der Erfindung in den Verbundbauteilen vorliegenden, feinstzerteilten Feuerfestmaterialien, nämlich Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxide wie Bauxit, Chromerz, Chromoxid (Cr2O3), Titandioxid und Magnesia sind auf dem Fachgebiet an sich bekannt. Sie werden vorteilhafterweise mit einer Maximalgröße von 0,09 mm verwendet Unter feinstzerteilten Materialien dieser Art sind auch kolloidale Materialien zu verstehen, insbesondere kolloidales Siliziumdioxid bzw. Kieselsäure, die üblicherweise in Form eines Sols eingesetzt wird. Die angegebenen Mengen beziehen sich jedoch immer auf Feststoffe.
Als organisches Bindemittel können die üblicherweise verwendeten organischen Bindemittel eingesetzt werden, z. B. Sulfitablauge in fester oder flüssiger Form sowie Stärke und Melasse. Die Mengenangaben für die organischen Bindemittel beziehen sich immer auf den Feststoffgehalt.
•i5 Bei einer bevorzugten Alisführungsform wird zur Herstellung des zweiten Fasermaterials noch Carboxymethylcellulose verwendet, die vorteilhafterweise nach dem Einmischen des organischen Bindemittels erst zugemischt wird. Diese Carboxymethylcellulose kann dabei vorteilhafterweise etwa zur Hälfte in fester Form und zur anderen Hälfte in Form einer viskosen Lösung eingemischt werden.
Zur Herstellung der Verbundbauteile wird das zweite Fasermaterial durch Zusammengeben der Einzelbestandteile in einen Zwangsmischer mit rotierenden Rührarmen und eventuell zusätzlichen Messerkreuzen zunächst in Form einer plastischen bzw. pastenförmigen Masse hergestellt, die dann mittels einer Kelle oder in jeder anderen geeigneten Weise auf ein Teil auf dem ersten Fasermaterial aufgebracht oder hierin eingefüllt werden kann.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Beispielsweise können Platten aus einem ersten Fasermaterial mit einer Schicht von 5 mm aus dem pastenförmigen zweiten Fasermaterial mit einer Kelle beschichtet werden und die einzelnen Platten aufeinandergeschichtet werden, so daß der in der F i g. 2 gezeigte Aufbau des Verbundbauteiles gebildet wird. Abschließend kann dann das so gebildete, stapeiförmige Verbundbauteil noch auf einer oder mehreren oder allen Seiten, an denen Teile aus erstem Fasermaterial freiliegen, mit einer Schicht aus zweitem Fasermaterial überzogen werden, so daß die in F i g. 3 und 4 gezeigten Aufbauten erhalten werden. Durch Zerschneiden des in F i g. 2 gezeigten Aufbaus in Schichten von z. B. 2 cm und Zusammenfügen dieser Schichten, wobei die Zwischenschichten aus zweitem Fasermaterial senkrecht zur Fläche des Zusammenfügen liegen sowie wieder eine Schicht aus zweitem Fasermaterial eingebracht wird, erhält man den in F i g. 5 gezeigten, gitterförmigen Aufbau.
In der Fi g. 6 ist ein Aufbau gezeigt, bei welchem in eine dicke Platte aus erstem Fasermateria! Löcher, z. B. mit einem Durchmesser von 4 cm, eingebohrt und diese dann mit pastenförmigem zweiten Fasermaterial gefüllt und bei Temperaturen von 100 bis 1400C getrocknet werden.
In der Fig.7 ist ein Aufbau gezeigt, der sich bei einem Verbundbauteil besonders bewährt hat, das als Unterlage für zu brennende Gegenstände, insbesondere schwerere Gegenstände, für Wagen von öfen, insbesondere Tunnelofen, verwendet wird. Durch die als Stützpfeiler wirkenden, zylinderförmigen Füllungen und die Schale aus zweitem Fasermaterial wird eine so hohe Druckfestigkeit erreicht, daß besondere Maßnahmen zum Unterstützen der zu brennenden Gegenstände nicht mehr erforderlich sind.
In der F i g. 1 der Zeichnung ist ein Schnitt durch ein steinförmiges Verbundbauteil gezeigt, das auf allen Seiten mit dem zweiten Fasermaterial umhüllt ist.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele zur Herstellung der plastischen Massen für das zweite Fasermaterial näher erläutert, die plastischen bzw. pastenförmigen Massen wurden dann mit handelsüblichen Faserboards bzw. Faserplatten zu den Verbundbauteilen weiterverarbeitet oder in dickere Platten aus erstem Fasermaterial in dort vorbereitete Löcher eingefüllt.
Bei den Beispielen wurden handelsübliche keramische Fasern folgender Zusammensetzung verwendet:
Fasern A mit 47% Al2O3 und 53% SiO2;
Fasern B mit 95% AI1O3 und 5% SiO2.
Beispiel 1
In einem Zwangsmischer wurden 100 Gew.-Teile keramische Fasern A eingegeben, weiterhin 150 Gew.-Teile Wasser. Es wurde 5 Minuten gemischt Unter Fortführen des Mischens wurden 10 Gew.-Teile Bentonit als Bindeton zugesetzt und weitere 6 Minuten eingemischt Anschließend wurden als organische Bindemittel 5 Gew.-Teile feste Stärke zugesetzt
Entsprechend der in Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweise wurden die in der folgenden Tabelle angegebenen Ansätze zu pastenförmigen Massen verarbeitet und zu Verbundbauteilen weiterverarbeitet
Die Verbundbauteile werden dann getrocknet, um die pastenförmige Masse zu verfestigen, vorteilhafterweise kann anschließend noch eine Wärmebehandlung bei Temperaturen von 100 bis 200° C durchgeführt werden.
Beispiel _ 3 32 24 50 361 75 6 7 25 8 50 9 10 5
Tabelle 2 100 100 50 25 100 75 50 too
10 _ (Jl 8 — 15 8 100
12 8 4 2 5 — 4 _ 10 10
Fasern A — — 2 _ 3 10 2 10
Fasern B — 5 — — — 4 —
Bindeton — — — 5 2 — 15 — —
Chromoxid < 44 μπι 160 — 150 170 — 120 140 — —
Titandioxid < 44 μπι — 140 2 — 100 — — 150 110
Magnesia < 90 μηι 2 1 2 .— 4 — — 15
Bauxit < 63 μσι — 2 2 8 8 2 4 10 —
Wasser 6
Carboxymethylcellulose*)
Al2O3 < 63 μπι
kolloidales SiO2
*) 50% als 5%ige Lösung in Wasser und 50% in fester Form zugesetzt — der Wasseranteil der Lösung ist nicht zu berücksichtigen
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    I. Verbundbauteil, bestehend aus mindestens zwei Teilen aus unterschiedlichen Fasermaterialien, wobei das erste Fasermaterial ein übliches Fasermaterial aus keramischen oder mineralischen, feuerbeständigen oder feuerfesten Fasern in Form von Bahnen, Platten oder Formteilen ist und das zweite Fasermaterial eine höhere mechanische Festigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fasermaterial:
    a) hergestellt ist aus einer Mischung enthaltend:
    100 Gew.-Teile keramische Fasern oder Fasermischungen,
    ίο 4—15 Gew.-Teile Bindeton,
    2—8 Gew.-Teile organisches Bindemittel, und
    b) in dem Verbundteil in Form wenigstens einer aufgestrichenen oder eingefüllten Schicht oder Füllung vorliegt
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