TW201915276A - 高壓方法製造之輕質高強度非石棉波形纖維水泥屋頂板材 - Google Patents

Abstract

一種輕量及高強度非石棉波形纖維水泥屋頂板材，包括卜特蘭水泥、火山灰材料、纖維增強材料、膨土黏土及添加劑，其中該纖維增強材料是多種纖維的組合，該多種纖維具有8至20%的纖維素纖維、0至3%的改質PET纖維及0至6%的其它纖維，該其它纖維可選地包含0至3%的岩絨/改質岩絨、例如黃麻、竹的有機纖維、及選自改質或未改質矽灰石、海泡石及礦物纖維的礦物纖維。

Description

高壓方法製造之輕質高強度非石棉波形纖維水泥屋頂板材

本發明與高壓方法(autoclave method)製造之輕質高強度非石棉波形纖維水泥屋頂板材有關。

在過去，石棉-水泥組合物已被形成如平板(flat sheets)、波形板、板(boards)、面板(panels)及諸如此類的產品。這些板材通常含有含量為43至55%的卜特蘭水泥(Portland cement)、含量約為30至35%的矽質材料及/或填料以及含量約為10至12%的石棉纖維。該產品具有許多期望的品質，包括高強度、外部耐受性以及易於應用。石棉是一種天然產生的礦產品。但是日復一日，優質纖維的可用性大大降低。因此必須開發具有與石棉相似的強度的替代纖維以及符合成本效益的波形板產品。

通常，由於木漿及如聚乙烯醇及改質的聚丙烯纖維的合成纖維的親水特性而在水泥/水漿中良好分散的獨特特性，其已被用作石棉的替代品。這些板材通常含有含量為70至80%的卜特蘭水泥、含量約為10至20%的矽質材料及/或填料以及含量約為4至8%的例如聚乙烯醇及改質的聚丙烯纖維的合成纖維及木漿。

上述纖維及填料的組合不能使最終產品受到水熱固化(高壓釜)，只能採用空氣固化/水固化方法。

印度專利申請案6305/CHE/2015描述了藉由高壓方法製造非石棉波形板材。在此發明中，以棉漿、改質的或非改質的矽灰石以及改質的PET纖維來替代石棉纖維。以GGBS熔渣及飛灰代替水泥的部分數量。除此之外，使用矽灰及添加劑。

US 4,377,415與一種水泥-矽灰石產品有關，其基本上由重量含量約在40%及90%之間的卜特蘭水泥黏合劑、以及重量含量約在10%及60%之間的矽灰石所組成。該產品可包含重量含量約在1%及15%之間的纖維。若該產品含有石棉以外的纖維且將在哈謝克(Hatschek)或其他類型的濕成型機上成型，其可能含有重量含量約在2%及15%之間的黏土，以及重量含量約在0.03%及0.5%之間的聚(環氧乙烷)均聚物。該產品也可能含有用於取代一部分矽灰石且重量含量約在10%及40%之間的矽石及/或填料。該填料可以是廢纖維-水泥產品或惰性填料材料。

US 8,293,003 B1教導了一種併入遍佈整個產品的奈米結晶纖維素及纖維素纖維的水泥產品以及製造該產品的方法。

US 5,122,550與一種適合使用作為摩擦元件的非石棉摩擦材料組合物有關，其包括：黏合劑、增強材料以及結構完整性賦予量的纖維素酯原纖維。

US 6,284,815 B1教導了一種非石棉摩擦材料已被揭露，其包含作為主要成分的非石棉纖維增強材料、熱固性樹脂黏合劑以及填料，其中纖維增強材料是多種非石棉纖維的組合且包含海泡石纖維、纖維素纖維及丙烯酸漿作為纖維增強材料。本發明的摩擦材料具有優異的褪色特性、有效性的穩定性等，並且成本低。

美國專利US 8,182,606 B2描述了藉由單獨或合併使用如中空陶瓷微球、火山灰(密度：2-25 lbs/cu.ft)以及其他低密度添加劑的低密度添加劑製造低密度纖維水泥建築材料。

澳洲專利2008348271A1說明了藉由使用微球、矽酸鈣、聚合物珠粒、膨脹蛭石/珠岩/頁岩及其組合製造結構性纖維水泥建築材料，該結構性纖維水泥建築材料具有小於1.25g/cc的密度及小於19 mm的厚度。

印度專利279236描述了不使用任何低密度添加劑製造輕量水泥纖維素纖維增強建築材料。在此發明中，平面纖維水泥板是藉由高壓方法而使用鋁礬土及木漿來製造。

在本發明中，為了獲得輕質且高強度的非石棉波形板材，已經嘗試藉由增加紙漿量及使用高長寬比的改質矽灰石。

已經嘗試以例如礦物纖維、海泡石、黃麻纖維、竹纖維等替代纖維來代替部分或全部量的PET纖維。

部份量的纖維素纖維(棉漿)已被改質岩絨纖維取代。

GGBS爐渣已被飛灰取代，以降低密度並使板材更輕。

同樣地，微矽石已被高表面積飛灰取代，用以降低成本並藉由維持錐形及篩網濾液固體來解決加工問題。

我們已經使用膨土來改善層間黏合以及利用細磨的矽石及稻殼灰來取代一部份量的飛灰。

我們已經藉由有效利用絮凝物形式的細顆粒來使用陰離子聚丙烯醯胺絮凝劑。

替代石棉纖維及PVA纖維、二氧化矽以及用合適的材料部分替代水泥的產品使其在許多方面成為獨特的綠色產品。本發明提供了製造包括如本文描述的處理增強纖維的輕量及高強度非石棉纖維水泥波形板材的方法。

本發明的目的是提供以高壓方法製造的輕量及高強度非石棉波形纖維水泥屋頂板材。

本發明的另一目的是取代石棉纖維、木漿、PVA、改質的聚丙烯纖維、微矽石以及部分取代的水泥，以使其成為輕量且高強度的非石棉纖維水泥波形屋頂板材。

本發明的又另一目的是使用更大量的纖維素纖維以及高長寬比的矽灰石/改質矽灰石來取代石棉纖維、改質的聚丙烯以及PVA纖維。

本發明的進一步目的是使用海泡石、礦物纖維、黃麻纖維及竹纖維來取代部份量或全部量的改質PET纖維。

本發明的更進一步目的是使用改質的岩絨纖維來部分取代棉破布漿。

本發明還有另一目的是藉由以飛灰取代GGBS來製造輕量的非石棉波形板材。

本發明又有另一目的是藉由在配方中摻入膨土而在綠階段改善層之間的黏合。

本發明的再一個目的是藉由以高表面積飛灰、稻殼灰及細磨的矽石取代微矽石來維持錐形及篩網濾液固體，以解決加工問題。

本發明的另一目的是藉由添加陰離子聚丙烯醯胺絮凝劑而有效利用絮凝物形式的細顆粒。

本發明還有另一目的是減少以水熱(高壓釜)固化製造的波形板材的乾燥收縮。

本發明的另一目的，是提出一種製造具有改進強度及對產品有其它特性的建築產品的方法，以高壓方法製造非石棉纖維水泥屋頂板材。

根據本發明提供了輕量且高強度的非石棉纖維水泥波形屋頂板材，包括： 卜特蘭水泥、火山灰(pozzolonic)材料、纖維增強材料、膨土及添加劑，其中該纖維增強材料是具有8至20%的纖維素纖維、0至3%的改質PET纖維以及0至6%的其它纖維的多種纖維的組合，該其它纖維可選地包含選自改質或未改質的矽灰石、海泡石及礦物纖維的纖維礦物。

根據本發明也提供了一種製造輕量及高強度非石棉波形纖維水泥屋頂板材的方法，包括製備一漿料；使該漿料經過形成薄膜的步驟；將該薄膜施加在蓄料捲(accumulator roll)上；以及在高壓釜中預固化及固化以產生該產品。

本發明與利用高壓方法的非石綿水泥屋頂纖維產品有關，其不包含石棉、PVA以及原始木漿、GGBS，以及微矽石粉，但含有單獨使用或與纖維素、改質PET纖維、矽灰石/改質矽灰石、海泡石、礦物纖維、黃麻纖維、竹纖維、連同水泥及例如飛灰、細磨的矽石和稻殼灰等含矽材料合併使用的其它纖維，以便在其中於篩網上形成漿料並隨後藉由篩網及/或毛氈真空過濾的機器上令人滿意地生產該產品。

在以下段落中，術語纖維素紙漿較佳地是指藉由對廢牛仔褲棉布或其他鬆散或衣物形式的天然棉進行機械製漿而獲得的纖維素紙漿。改質PET纖維具有高分子量，具有良好的水分散性並且與水泥相容。矽灰石是天然存在的礦物纖維，具有非常好的長寬比，藉由減少水分移動來獲得強度和耐久性。矽灰石可選地以單獨或合併使用如乙烯基矽烷、氨基矽烷、縮水甘油矽烷及乙烯基乙醯氧基矽烷的添加劑而改質。由於本發明，我們已達到了與輕量的石棉為基礎的纖維水泥板相似的強度。海泡石是天然存在的軟白黏土礦物。海泡石的纖維質地使其適合用於增強作用。黃麻和竹纖維是取自於經過加工以適合纖維水泥應用的天然植物。礦物纖維是天然存在的礦產品。

類似的，其中所指的飛灰，指的是在火力發電廠中粉煤燃燒期間產生的飛灰。稻殼灰是藉由控制燃燒含有非晶矽矽石的研磨稻殼而產生的灰。

膨土也是天然存在的黏土礦物，其具有非常好的膨脹性質，用於實現層之間的黏合。

在以下段落中，當發明人提及非石棉纖維水泥板材時，即本發明中描述的新的及發明的且為環境友善產品的非石棉纖維水泥板材。

為了清楚且更加了解本發明，本發明的方法及其優點現在將參照製造這種板材的已知方法而被更詳細的解釋。

步驟1-漿料的製備 根據本發明，提供了一種用於製造包含處理增強纖維的非石棉水泥屋頂纖維水泥板材的改進方法。

該增強纖維基本上包括用量為8-20%且具有纖維開口Deg.SR 12-50的纖維素紙漿、0-3%的改質PET纖維以及用量為0.25至10%且具有5至40的長寬比的矽灰石/改質矽灰石、0-5%的海泡石、0-5%的礦物纖維、0-5%的黃麻纖維、0-5%的竹纖維、0-5%的改質岩絨纖維、用量為20至55%的卜特蘭水泥、黏著劑中的含矽材料基本上為具有表面積2000-4000 cm² /gm的粉碎飛灰且用量為15-55%、具有表面積大於4000 cm² /gm的微細飛灰用量為20-60%、具有表面積大於5000cm² /gm的稻殼灰用量為0-20%、用量為0至25%的細磨矽石、以及用量為1-5%的膨土以及用量為包括增強纖維、水泥、填料及添加劑的總混合物的0.01至2%重量的填料、絮凝物及添加劑。

製作漿料時，小心確保含矽材料、添加劑及水泥與增強纖維有均質混合。

混合/保持系統確保固體不與水溶液分離，即固體不沉降，從而在該過程中獲得具有均勻分佈的黏合劑及增強纖維的層合物。

步驟2：漿料的應用 由此獲得的關於上述配方的配方獨立地在試驗工廠及例如哈謝克機器的工廠板材形成機器上運行，其中薄膜被拾起並疊加在蓄料捲上。在達到期望的厚度之後切割該複合材料並鋪平，並且在預固化之前輸送以進行波紋處理及堆疊。經過一段時間並且在預定溫度下，複合材料中的初始固化使其堅固並獲得足夠的脫模強度。

步驟3：固化該排列的產品 然後將脫模的波形板佈置在電車(trolley)上並在高壓釜下固化，保持蒸汽壓力為90至130 psi，持續時間為5至15小時。在固化結束後，將電車中的固化材料拉出並在環境條件下堆疊以進一步檢查及配送。

範例 使用上述漿料及製造所請求的輕量及高強度非石棉纖維水泥波形屋頂板材的方法，為了取代石棉纖維、PVA纖維、GGBS、微矽石及利用飛灰部分取代水泥，進行了各種試驗。一些典型的例子及測試結果如下：表一 本發明 - 工廠試驗

藉由在範例4中使用微細飛灰及高長寬比的改質/未改質矽灰石，與傳統石棉及非石棉纖維水泥波形屋頂板材相比達到了卓越的特性。本發明產品符合lS 14871：2000印度標準及ISO 9933：1995國際標準的所有要求。

型式試驗效能： 1) 不透水性：24小時之後在波形板材下面沒有觀察到水滴。 2) 抗凍性：將波形板材進行凍融循環，在1至2小時內冷卻至-20℃並維持1小時。在1至2小時內在水中解凍至環境溫度並維持1小時。50次循環後，沒有觀察到裂縫、分層及顏色變化。 3) 熱及雨：將波形板材加濕2.5l/min/m2 2小時50分鐘並加熱至70℃達2小時50分鐘，每次間隔10分鐘。重複循環25次，檢查縱向及橫向裂縫、視覺缺陷、顏色變化及分層。暴露的板材通過測試。 4) 溫水：將樣本暴露在溫度為60℃的溫水中56天，暴露的板材滿足標準要求。 5) 浸泡和乾燥：根據EN 494：2004進行測試（每個循環在環境溫度下在水中浸泡18小時，在60℃且相對濕度＜20%的烘箱中乾燥6小時）。在50次循環後，將板材在環境溫度下保存7天並進行測試，這符合標準要求。 6) 碳化試驗：每個循環的碳化為24小時，包括以下內容：在環境溫度下浸入水中9小時，在60℃的通風烘箱中乾燥1小時，在環境溫度下以二氧化碳淨化5小時，在60℃的通風烘箱中乾燥8小時，並在1小時內冷卻至環境溫度。將樣品暴露50個循環。沒有觀察到視覺缺陷裂縫。表二 本發明 - 試驗工廠試驗

在範例5中使用岩絨纖維部分取代牛仔褲棉布漿。在範例6及7中分別使用稻殼灰及磨細的矽石作為粉碎飛灰的部分取代物。在範例8、9及10中分別使用海泡石、礦物纖維及黃麻/竹纖維作為改質PET纖維的部分或完全取代物。

藉由壓縮方法，確定了本發明中利用高壓方法製造的發明的輕量且高強度非石棉纖維水泥波形屋頂板材比傳統石棉及非石棉纖維水泥波形屋頂板材具有更好的承載能力。

Claims (14)

1. 一種輕量且高強度的非石棉波形纖維水泥屋頂板材，包括： i) 20至60重量%的一般卜特蘭水泥； ii) 20-60重量%的火山灰材料； iii) 作為增強材料的8-20重量%的纖維素纖維； iv) 1-5重量%的膨土黏土； v) 0.1-3重量%的改質PET纖維； vi) 0.2-6重量%的改質/未改質矽灰石； vii) 0.01-2重量%的添加劑；以及 viii) 可選的0.1至6重量%的一其它纖維，該其它纖維選自岩絨、黃麻纖維、竹纖維、海泡石、陶瓷纖維、玻璃纖維、礦物纖維、礦棉及陶瓷棉，該其它纖維被單獨使用或與纖維素纖維合併使用以(部分或完全)取代改質矽灰石及改質PET纖維， 其中該產品的密度小於1200 Kg/M3。
2. 如申請專利範圍第1項所述的產品，其中一般的卜特蘭水泥較佳的存在於35-50重量%的範圍中，火山灰材料存在於35-50重量%的範圍中，纖維素纖維存在於10-16重量%的範圍中，膨土黏土存在於1.5-3重量%的範圍中，改質PET纖維存在於0.2-1重量%的範圍中，改質/未改質矽灰石存在於2-6重量%的範圍中。
3. 如申請專利範圍第1項所述的產品，其中矽灰石是以單獨或合併使用的乙烯基矽烷、氨基矽烷、縮水甘油矽烷及乙烯基乙醯氧基矽烷、以含量0.1至3%的矽灰石重量進行改質，該等矽烷幫助有機及無機材料之間的橋接。
4. 如申請專利範圍第1項所述的產品，其中該火山灰材料係選自粉碎飛灰、微細飛灰、稻殼灰、煅製(fumed)矽石、火山灰及可選地磨碎的鼓風爐渣。
5. 如申請專利範圍第1項所述的產品，其中可選地如磨細的矽石的5至25重量%的含矽材料被用來部分取代飛灰。
6. 如申請專利範圍第1項所述的產品，其中該纖維素纖維係選自牛仔褲棉破布、廢棉布及天然棉。
7. 如申請專利範圍第1項所述的產品，其中選自單獨或合併使用的牛仔褲棉破布、廢棉布及天然棉的該纖維素纖維可選地可與木漿一起使用。
8. 如申請專利範圍第1項所述的產品，其中矽灰石/改質矽灰石具有5至50的長寬比。
9. 如申請專利範圍第1項所述的產品，其中所使用的該添加劑為泛凝膠、塑化劑、強塑劑、絮凝劑、消泡劑、聚矽氧或丙烯酸基的減水摻料。
10. 如申請專利範圍第1項至第9項所述的產品，也可用於製造非石棉平面板材/板。
11. 一種用於製造輕量且高強度的非石棉波形纖維水泥屋頂板材的方法，包括： a) 製備一漿料； b) 使該漿料以哈謝克方法進行形成一薄膜的步驟； c) 將該薄膜施加到蓄料捲上； d) 在達到期望厚度之後從蓄料捲切下平面板材； f) 將平面板材製成所需的波形； g) 預固化及去堆疊；以及 h) 在高壓釜中固化。
12. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該漿料是含矽材料、卜特蘭水泥、增強纖維、膨土及添加劑的一均質混合物。
13. 如申請專利範圍第11項所述的方法，其中該固化步驟是在維持蒸氣壓力90至130 psi的高壓釜下進行5至15小時。
14. 如申請專利範圍第11項至第13項所述的方法，其中該增強纖維是較佳地加工至開口Deg.SR 12-50且具有長度重量平均纖維長度lot 0.7至2.9 mm的纖維素紙漿。