專利名稱：用于擠出水泥制品的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種擠出水泥制品特別是纖維增強(qiáng)水泥建筑制品的方法和裝置。
背景技術(shù)：
纖維增強(qiáng)水泥板和其它制品已經(jīng)廣泛地用于建筑物的墻壁，天花板，屋頂，地板等的材料并且作為木門窗鑲邊，框架等的替代品。
有許多方法用于成型或形成這種FRC制品，包括Hatschek板材加工法，Mazza管材加工法，Magnani板材加工法，注射模塑法，手工積層法，鑄塑法，壓濾法，輥軋成型法等。
在有限的基礎(chǔ)上已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)纖維水泥制品的擠出，但是它有許多難點因此會減少它的商業(yè)價值。在擠出加工中，構(gòu)成制品的原材料被混合在一起并被捏合形成一固體形式，該固體能夠被強(qiáng)制通過模頭以形成最終形狀。該材料可能在模頭中經(jīng)受高壓。為了形成具有好的表面光潔度和堅實特性的均勻產(chǎn)品，重要的是出現(xiàn)在模頭中的固體其所有的組分都均勻的分散并具有好的流動特性。
在現(xiàn)有技術(shù)中，有幾種傳統(tǒng)的方法，其中水泥質(zhì)的固體被擠出，然而，它們都是基于間歇式的混合/捏合加工。例如，纖維素纖維能夠通過粉碎制備成大量松散的纖維(見US5047086)。然后該纖維與水泥質(zhì)材料，石灰，硅石，密度改性劑，加工助劑等一同作用并且在適宜的混合機(jī)中進(jìn)行完全的干燥混合。然后導(dǎo)入所需量的水并將材料在一捏合機(jī)中進(jìn)行捏合直至獲得具有所需稠度和均勻性的漿料。該固體然后被加入到擠出機(jī)中，該擠出機(jī)使用一個或多個螺桿輸送裝置將該材料輸送到摸頭中并且產(chǎn)生一所需的推動該材料通過摸頭的力。然后重復(fù)制備和擠出另一批水泥質(zhì)材料的加工。
相似的，在另一例子(US5891374)中，纖維，無論是纖維素或合成聚合物，與水一起混合并被分散。然后，加入配方中的固體組分，用捏合機(jī)捏合，當(dāng)達(dá)到所需的稠度和均勻性時，將固體加入到擠出機(jī)中。
有時制備工藝中的混合和捏合部分是在多步中完成的，其中經(jīng)常使用雙-漿混合機(jī)和螺桿輸送裝置的組合并使混合物均勻。然后通過向擠出機(jī)提供一恒定連續(xù)的混合物的加料將在干燥混合步驟中的間歇式加工轉(zhuǎn)化成擠出步驟中的連續(xù)加工。顯見該間歇式加工是非常沒有效率的。一起使用幾個混合機(jī)和捏合機(jī)以確保向擠出機(jī)的恒定加料。
事實上，纖維水泥擠出的完全連續(xù)加工在現(xiàn)有技術(shù)中是不為公眾所知的。有許多原因為什么到目前為止，沒有應(yīng)用或者真正的被認(rèn)為是適于擠出纖維水泥的連續(xù)高速擠出機(jī)，原因包括很難控制纖維化的纖維素的加料、由機(jī)器產(chǎn)生的速度和由扭矩產(chǎn)生的高溫，高強(qiáng)度的局部剪切、應(yīng)用在建筑工業(yè)中的水泥質(zhì)的含硅的和其它的類似材料的高磨蝕特性和這些擠出機(jī)器的高的資金成本。
當(dāng)應(yīng)用于纖維水泥建筑材料的纖維主要是石棉時，在捏合和分散的問題上是不嚴(yán)重的。與所述的纖維素纖維相比，石棉具有較好的分散和水保持特性，但是作為在水泥組合物中的增強(qiáng)組分時，仍然需要少量的廣泛使用的加工助劑。然而眾所周知，在很多國家，石棉纖維的使用在法律上是被禁止的，即使是在那些合法的國家，使用石棉纖維也是不希望的。
因此，在尋求用于可擠出的水泥質(zhì)漿料的增強(qiáng)纖維的前期嘗試已經(jīng)集中在非-石棉纖維上，特別是，選擇和處理這些非-石棉纖維以便它們的分散和水保持特性使得它們適合用于在使用最少量的加工助劑的情況下進(jìn)行擠出模塑。已經(jīng)考慮并通常使用了合成纖維，但是，它們非常昂貴并且有些不能在高壓釜的高溫下固化?，F(xiàn)在，纖維素纖維仍然是一種用于建筑材料的增強(qiáng)水泥組合物的纖維的選擇，其中在低成本下它們被認(rèn)為在機(jī)械強(qiáng)度，韌性和耐久性方面顯示出了好的效果。但是，纖維素纖維很難分散和擠出并且經(jīng)常需要一些強(qiáng)力的加工助劑。
當(dāng)由纖維素纖維作為增強(qiáng)劑來制備纖維水泥組合物時，纖維是以基本上單獨形式被導(dǎo)入到基質(zhì)中的。也就是，纖維必須彼此間相互分散，同時每個纖維盡可能地與基質(zhì)接觸，以獲得最大的效果。纖維是成塊的或纏結(jié)到一起的從而導(dǎo)致了制品特性的局部變化，并且對總的效果產(chǎn)生危害。市售的纖維素纖維主要是層疊的形式，從外表看，類似厚紙。為了分散這些纖維，通常使用錘式碾磨機(jī)。如所屬技術(shù)領(lǐng)域所公知的那樣，稱之為“纖維化”的加工是用錘式碾磨機(jī)的快速沖擊作用從層疊上分離出單獨的纖維。使用破碎型研磨機(jī)也能達(dá)到相同的效果。所獲得的產(chǎn)品是具有非常低的堆密度和類似棉絮的稠度的松散的物質(zhì)。由于這種輕的和蓬松的材料很難加工和在存儲時需要壓實，通常在馬上使用的時候才加工它們。但是，當(dāng)纖維非常短時，能夠提高加工的易操作性，產(chǎn)品加工起來就像粉末并且使得對這種材料進(jìn)行打包和運(yùn)輸成為可能。纖維化制漿的使用和破碎型研磨機(jī)的使用伴隨著對噪音的控制，灰塵的控制，爆炸的控制和其它一些費用大的問題。而且，纖維化纖維素的形式不容易進(jìn)行泵送或運(yùn)輸，并且精確的連續(xù)加料是非常困難的。已經(jīng)做了一些努力以克服這些問題，如通過對纖維素的造粒(如纖維填料工廠制造的一種稱之為“Topcel”的產(chǎn)品)，但是這些顆粒僅含有75％的纖維素和大量的不希望有的污染物。而且，纖維是非常短的和不牢固的并且不是那種對提供好的增強(qiáng)效果有用的纖維。
考慮到由傳統(tǒng)的擠出加工產(chǎn)生的高溫，用于塑化纖維水泥的加工助劑出現(xiàn)了一個問題。水泥組成中通常含有一定數(shù)量的加工助劑以增強(qiáng)流動特性并允許捏合和混合漿料以分散各種成分。這些加工助劑也對形狀保持特性和增加表面光潔度有幫助。但是經(jīng)常發(fā)生的是這些加工助劑會大大地增加擠出制品的成本。
最常用于纖維水泥擠出(US5047086)的加工助劑是高粘度纖維素醚，如甲基纖維素(MC)，羥丙基甲基纖維素(HPMC)和羥乙基甲基纖維素(HEMC)。所有有經(jīng)驗的都知道一種高溫凝膠現(xiàn)象。即，當(dāng)溫度超過一個特定的限定溫度-稱之為凝膠溫度時，添加物的粘度會有一個急劇的增加。這些添加物的凝膠溫度隨著精確的化學(xué)性質(zhì)而變化(即取代度等)。甚至在使用傳統(tǒng)的單螺桿纖維水泥擠出機(jī)時，有時需要冷卻套筒以抵消在擠出機(jī)機(jī)筒中由于長時間高速運(yùn)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的溫度升高，從而保持?jǐn)D出物在低于所使用的加工助劑的凝膠溫度之下。
為解決這個問題主要作的嘗試是研制具有更高凝膠溫度的加工助劑。與傳統(tǒng)的纖維水泥擠出機(jī)相比，應(yīng)用于連續(xù)擠出機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)的螺桿速度及窄的間隙能夠引起更大的顯著的溫度升高。這樣，可以確信的是使用連續(xù)擠出機(jī)不能夠與通常的用于纖維水泥的加工助劑相適應(yīng)。
溫度的升高也與水泥的凝固和最終產(chǎn)品的烘干有關(guān)。太高的溫度升高能夠烘干制品，去處水泥水合作用所必須的水分。而且，從控制加工控制(也從維護(hù)的觀點來看)的觀點來看，水泥凝固反應(yīng)的熱促進(jìn)作用會導(dǎo)致復(fù)雜化。
連續(xù)擠出機(jī)也能導(dǎo)致使用密度改性劑的困難。在制造纖維水泥的技術(shù)領(lǐng)域中，密度改型添加劑的使用是公知技術(shù)。它們使得制品更輕，并且從操作和安裝的觀點來看使得制品更具備吸引力。用于此目的的通常的添加劑的例子是膨脹黏土，如珍珠巖和蛭石，低密度硅酸鈣，飛塵和爐底灰。許多添加劑是高多孔結(jié)構(gòu)的和結(jié)構(gòu)易碎的。盡管在傳統(tǒng)的纖維水泥制造中的混合和捏合步驟中，它們的結(jié)構(gòu)保持完整，但是高速連續(xù)擠出機(jī)通常產(chǎn)生非常小的間隙并導(dǎo)致大的局部剪切。這種加工會破壞這些密度改性填料的結(jié)構(gòu)，使它們成為粉末并且會增加它們的密度，這樣降低它們作為密度改性劑的功效。
由纖維水泥組分的磨蝕性產(chǎn)生的高磨損問題與上述高剪切有密切的關(guān)系。非常小的間隙和螺桿的迅速轉(zhuǎn)動會增加高磨損。盡管可以用各種金屬處理和涂層以增加擠出機(jī)的耐磨損性，但水泥漿料本質(zhì)上比其設(shè)計的材料更能磨蝕。導(dǎo)致擠出機(jī)和其更換組件高的花費，這將抑制它在低利潤纖維水泥工業(yè)上的應(yīng)用。
本發(fā)明尋求提供一種克服現(xiàn)有技術(shù)中的至少一些缺點或提供一種在商業(yè)上是可供選擇的用于擠出纖維水泥的方法和裝置。
發(fā)明的公開在第一方面，本發(fā)明提供一種具有機(jī)筒和至少一對可轉(zhuǎn)動地安裝在其中的相互嚙合自刮凈螺桿的纖維水泥擠出機(jī)，所述螺桿被配置成連續(xù)混合和/或捏合纖維水泥組分以形成基本上均勻的漿料并且推動漿料通過一模頭以形成一適于固化的生的水泥質(zhì)擠出物。
擠出機(jī)的螺桿優(yōu)選的沿其長度安排有一個或多個混合和/或捏合區(qū)域。一正好在模頭上游用以壓縮和推動漿料通過模頭的擠出區(qū)域也是優(yōu)選的。也可包括一真空區(qū)域用以在漿料進(jìn)入模頭之前對其進(jìn)行脫氣。
在另一個實施方式中，螺桿被安排成提供一水泥質(zhì)材料的稠流通過擠出機(jī)和在沿螺桿的長度上的任何預(yù)選的點提供一預(yù)定的水泥質(zhì)材料組合物。包括沿螺桿的長度的一個或多個進(jìn)料口以向螺桿提供用于纖維增強(qiáng)水泥的不同的組分的擠出機(jī)也是優(yōu)選的。在每個入口的下游，可以提供一混合和/或捏合區(qū)域以便將新進(jìn)來的原料與漿料混合和/或捏合。
這種擠出機(jī)能夠包括在一具有加料裝置和一置于擠出機(jī)出口端的模頭的擠出系統(tǒng)中，該加料裝置適于連續(xù)向纖維水泥擠出機(jī)加入用于纖維增強(qiáng)水泥的組分。
在另一方面，本發(fā)明提供一種擠出纖維增強(qiáng)水泥的方法，包括向一具有至少一對相互嚙合自刮凈的螺桿的擠出機(jī)提供纖維增強(qiáng)水泥組合物的組分以混合和/或捏合纖維水泥的組分來形成一基本上均勻的漿料和推動該漿料經(jīng)過一模頭。
纖維水泥的組分可以單獨地或以預(yù)混的形式提供給擠出機(jī)。優(yōu)選的，纖維增強(qiáng)水泥的組分，包括纖維，沿螺桿的長度以不同的點被連續(xù)地提供給擠出機(jī)。
可以使用其中擠出物離開擠出機(jī)時是自支撐(self-supporting)方式的方法。另外，通過使用內(nèi)壓系統(tǒng)，擠出物可以部分或全部地被支撐。例如，如果制造一空心截面的擠出物，對截面的內(nèi)部加壓可以支撐或者甚至膨脹該擠出物。此外，可以調(diào)節(jié)水泥質(zhì)組合物在擠出機(jī)中的停留時間以便加入快速固化劑。
本發(fā)明還驚奇地發(fā)現(xiàn)部分用于聚合物工業(yè)的擠出機(jī)也適合用于纖維增強(qiáng)水泥的連續(xù)擠出。在聚合物工業(yè)的擠出機(jī)設(shè)計中，有許多是能夠?qū)⒃S多不同組分直接加入到擠出機(jī)的加料區(qū)中的。一典型的聚合物擠出機(jī)是被稱之為“自刮凈雙螺桿”(SWTS)擠出機(jī)。該擠出機(jī)包括兩根可旋轉(zhuǎn)的安裝在包括兩個平行的圓筒型交錯內(nèi)腔(intersectingbores)中的螺桿。螺桿是嚙合的，因此被加工的材料經(jīng)受一剪切力的強(qiáng)力區(qū)。這種SWTS擠出機(jī)的例子被公開在US3883122中。這種類型的機(jī)器是特別有效的，因為螺桿的相互嚙合提供了一自刮凈接觸作用，該作用能夠?qū)⒈粩D出物質(zhì)的不可控制的返流量減少到最小。這種自刮凈作用也能起到清潔機(jī)筒內(nèi)部的作用并因此減少清潔時間。
正是這種SWTS型擠出機(jī)，本發(fā)明最驚奇的發(fā)現(xiàn)其不僅適于纖維水泥的擠出而且比傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)更有優(yōu)勢正如下面將進(jìn)行的討論。
特別是，用于聚合物纖維的通常的SWTS型擠出機(jī)，其加熱和冷卻管是被提供在機(jī)筒內(nèi)部的。對擠出纖維增強(qiáng)水泥來說這種加熱和冷卻不是必須的。
附圖的簡要說明

圖1和2分別是常規(guī)擠出加工和設(shè)計的新的裝置和加工的示意圖，和圖3和4是根據(jù)本發(fā)明一實施方案的纖維擠出機(jī)的平面和側(cè)剖視圖。
本發(fā)明的最佳實施方式首先回到圖1，一常規(guī)纖維水泥擠出加工的簡要說明將有助于認(rèn)識新的加工方法和裝置的獨特的特征。
在圖1中，向稱重設(shè)備1提供纖維水泥的各種組分。該稱重設(shè)備向混合機(jī)2提供精確量的各種組分，在那里它們被干混和/或濕混到所需的均勻度和稠度。然后該材料被分批輸送到捏合機(jī)3，隨著可選擇的水的加入，該捏合機(jī)再一次捏合材料。然后，水泥質(zhì)的固體或漿料被分批輸送到加料機(jī)4。該加料機(jī)向擠出機(jī)5提供一恒定的水泥質(zhì)材料的供料。直到加料機(jī)4的整個加工都是間歇式加工。
擠出機(jī)5推動水泥質(zhì)材料通過模頭6。然而可以清楚地看出，擠出機(jī)僅是簡單的壓縮和推動水泥質(zhì)材料通過模頭。在傳統(tǒng)的單螺桿擠出機(jī)5中不存在各種組分實質(zhì)上的混合或捏合。在離開模頭后，材料被托盤7支撐和被輸送帶8輸送到堆垛區(qū)域9。
該常規(guī)技術(shù)明顯地受到固有的間歇式混合/捏合加工-速度決定步驟-的限制，特別是當(dāng)需要改變產(chǎn)品的配方時。
圖2是一根據(jù)本發(fā)明的FRC擠出裝置的簡圖。除了離開擠出機(jī)的最終產(chǎn)品的輸送和堆垛的終端操作之外，所有傳統(tǒng)加工的部分被簡單的計量設(shè)備10/和擠出機(jī)20配置所代替。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都清楚地知道除了各種會從擠出加工中表現(xiàn)出來的優(yōu)點外，裝置本身是容易使用的，減少了制造廠房的空間和資金成本并且其是完全連續(xù)的加工。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3和4，擠出機(jī)20包括一具有至少一對平行的相互嚙合螺桿40的機(jī)筒30。在該實施例中顯示兩個螺桿。但是所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，擠出機(jī)能夠包括更多個螺桿并且仍能夠產(chǎn)生下述優(yōu)點。
在擠出機(jī)的末端有一模頭50，擠出物從該處出來。
沿著機(jī)筒的長度布置有加料裝置60，用于向螺桿加入纖維水泥組合物的各種組分。在機(jī)筒的前端有加料料斗61。在該實施方案中顯示，在大約機(jī)筒長度一半的位置有一側(cè)加料機(jī)62。但是，從以下的描述中可知，可以有多于一個的加料料斗61和側(cè)加料機(jī)62。
在機(jī)筒上也可以有一個或多個孔70，該孔用于加入如水的流體、漿料和如粘度增加劑等其它組分的。這將使得操作者能夠維持通過擠出機(jī)的漿料的所需稠度。
每個螺桿40優(yōu)選地包括一系列可互換的定義各區(qū)的組件或部件。例如，每個螺桿包括右旋的螺桿元件41，其主要用作從一個區(qū)向下一個區(qū)輸送漿料。沿螺桿的長度在不同的點有混合/捏合區(qū)42。在這些區(qū)中，漿料同時被混合和捏合以確保一均勻的組合物。正好在模頭50的上游有一擠出區(qū)43，用于壓縮和推動漿料通過模頭。所希望的是在此區(qū)域需要螺桿螺紋相互間更接近。需要提供一所需的壓力用于壓縮和推動糊劑通過模頭。
在擠出區(qū)43的上游可選地有一真空區(qū)44。該區(qū)有一系列左旋的元件，用于提供返流和在真空區(qū)上游堆積漿料。結(jié)果是在螺桿元件和機(jī)筒之間的漿料形成一流體密封。在下游，通過模頭的漿料也類似地形成一流體密封。真空區(qū)44通過出口46與一真空源連接，以此來減少在真空區(qū)中的壓力并且因此去除在漿料中的任何氣泡或其它氣體。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，對該漿料脫氣是所希望的，以確保漿料被推動通過模頭時，或在擠出物離開模頭時，漿料中沒有氣泡。
如上所述，螺桿是由一系列可互換的元件和組件制成的。這使得操作者不僅能夠調(diào)整漿料在擠出機(jī)中的速度/停留時間而且能夠調(diào)整施加在漿料上的混合/捏合/剪切力的類型和數(shù)量。通過提供一種水泥質(zhì)材料的稠流通過擠出機(jī)，然后，操作者能夠沿螺桿長度上的任何一預(yù)選的點來確定水泥質(zhì)材料的組成。
為了便于解釋，在一實施方案中，可以在料斗61中加入各種組分，目的是使這些組分相互反應(yīng)。在側(cè)加料機(jī)62中加入如低密度改性劑的其它組分可能也是必須的。優(yōu)選的是在上游加入這些低密度改性劑以確保上述組分反應(yīng)到所需要的程度并且防止過度的剪切力被施加到低密度改性劑上。用本發(fā)明很容易做到這些，因為能夠在料斗60和側(cè)加料機(jī)62之間調(diào)整螺桿40以獲得所需的停留時間和捏合/混合/剪切。可選擇的，或另外，含有側(cè)加料機(jī)的其它組件可以沿螺桿的長度被移動到所需的相應(yīng)的點，在那存在所需預(yù)定的條件包括如漿料的其它添加劑。
因此，可以看出擠出機(jī)20事實上可以有很多變化，這些變化使得操作者調(diào)整設(shè)備以生產(chǎn)出所需的產(chǎn)品。
如上所述，擠出機(jī)也允許以單獨形式或以預(yù)混的形式導(dǎo)入為最終制品選擇的材料組成。
在本技術(shù)領(lǐng)域，適宜的水泥質(zhì)材料是公知的，包括水泥，石灰或含有石灰的材料如硅酸鹽水泥，水合石灰或它們的混合物?；旌纤嘁彩沁m宜的，如與含有其它材料的石灰混合，這些材料例如是石灰石，顆粒爐渣，凝結(jié)的硅粉。
適宜的纖維材料包括石棉，但是，更優(yōu)選的是包括纖維素的非-石棉纖維如軟木和硬木纖維素纖維，非-木纖維素纖維，礦物棉，鋼纖維，合成聚合物纖維如聚酰胺，聚酯，聚丙烯，聚甲基戊烯，聚丙烯腈，聚丙烯酰胺，粘膠，尼龍，聚氯乙稀(PVC)，聚乙烯醇(PVA)，人造絲和玻璃，陶瓷或炭纖維。
擠出機(jī)20能夠連續(xù)接收單獨形式的組分或預(yù)混形式組分，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點。當(dāng)然也有許多方法將這些組分加入到擠出機(jī)中。
一優(yōu)選的例如用于向上述擠出機(jī)加入纖維的方法由下述步驟組成。用纖維與水之比是4∶100的比例將層疊的纖維素纖維用水浸濕。然后將所獲得的纖維漿料與任何被認(rèn)為是形成固體含量為10％的均勻的懸浮液所需的纖維水泥組合物的一種組分或多種組分混合。如果它長時間暴露在水中而對纖維水泥組合物沒有不利影響，或如果因為任何原因它的使用對在水中被分散成漿液的形成是有利的或如果它能增加纖維漿料的過濾性，這種組分被認(rèn)為是希望的。一種所希望的組分的例子是研磨硅石，它經(jīng)常被濕球研磨機(jī)加工和因此獲得一漿料形式。它也是非吸收性的并且能夠幫助下述的分散和過濾步驟。另一個所希望組分的例子可以是任何一種密度改性添加劑，該改性劑能夠用在纖維水泥組合物中。再者，它們能夠不僅容易地以漿液的形式獲得，而且也對全部的分散和過濾有幫助。
然后用適當(dāng)?shù)拿撍b置為漿液脫水。這種脫水裝置可以是帶式壓濾機(jī)，離心式沉降器，螺旋壓力機(jī)等。脫水后的塊狀物的水含量不高于一值，該值相當(dāng)于可擠出復(fù)合混合物所允許的最大水含量。然后使用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，一種典型的固體混合機(jī)，將脫水后的塊狀物打碎成小的碎片。小的塊狀物碎片在一定的尺寸范圍內(nèi)以便能夠使用螺桿加料機(jī)將其加入到擠出機(jī)中。
另一個優(yōu)選的用于向擠出機(jī)加入纖維素纖維的方法是下面描述的。使用機(jī)械裝置將層疊形式的纖維素纖維撕碎成小的碎片。這種機(jī)械裝置可以是輪胎粉碎機(jī)，造粒機(jī)，針式磨粉機(jī)(a pin mill)，錘磨機(jī)等。粉碎后的層疊仍然足夠的致密并且足以能夠流動以便通過輸送帶或例如螺桿加料機(jī)的加料裝置被連續(xù)的輸送。層疊的被粉碎的碎片應(yīng)足夠小以便它們能夠連續(xù)地進(jìn)入擠出機(jī)而不阻塞入口。
下面描述另一個用于向擠出機(jī)加入纖維素纖維的優(yōu)選方法。所獲得的或制備的纖維是成卷的層疊。優(yōu)選的卷的寬度小于向擠出機(jī)加料入口的尺寸。布置一夾輥系統(tǒng)以便以一定的速度向擠出機(jī)的加料部分輸送層疊的帶(ribbon of lap)，該速度是根據(jù)產(chǎn)品的加工速度和在組合物中所希望的纖維的量來確定的。
再一種用于向擠出機(jī)加料的方法包括一簡單的水噴灑，其適于在纖維素漿進(jìn)入到機(jī)器之前使之軟化。這將有助于在漿料中的纖維素的稠的混合/捏合。
在所有上述情況中，可以使用本領(lǐng)域公知的適宜的可控制加料機(jī)器，將其它所需的用于纖維水泥組合物的成分以粉末或液體的形式加入。
在所希望的纖維水泥組合物需要有密度降低添加劑的情況下，可以使用本領(lǐng)域公知的多種密度改性劑。它們可以沿擠出機(jī)的任何位置以干粉的形式或漿料的形式被加入。如果密度改性劑是易碎的或易被在已經(jīng)被描述的擠出機(jī)中它們所承受的剪切和壓縮程度破壞的話，那么它們在機(jī)器中的停留時間可以減小到最少并且機(jī)器的螺桿元件優(yōu)選使破壞程度最小化。
但是，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，密度改性劑由空心玻璃球組成。這些球通常成形于燃煤電站的煤灰中。它們作為混凝土制造中的填料和添加劑，但是用在纖維水泥組合物中是不為公眾所知的。在靜電除塵器或電站的袋式收塵器中收集的飛灰含有玻璃球，其組分主要是礬土和硅土。這些球的一部分是空心的且能被分離并能作為密度改性劑。這些球的密度覆蓋了很寬的范圍并可以以不同的等級使用不同的量來在制品的密度上達(dá)到所希望的效果。這種市售的球一個例子是由PQ公司生產(chǎn)的商品名為“Extendospheres”的球。這種類型的球是足夠的堅固的，能承受得起在擠出機(jī)中的壓力和剪切而基本上不受破壞。
在本發(fā)明的實踐中，可以以干燥自由流動粉末的形式、可泵送漿料的形式或以與纖維和如前所述的其它組分預(yù)混合的形式加入所述的空心球。沿著螺桿導(dǎo)入它們的點也是可以根據(jù)需要而改變的。
SWTS擠出機(jī)除了令人驚奇的擠出纖維增強(qiáng)水泥能力之外，在本發(fā)明的開發(fā)過程中其它的一些優(yōu)點也呈現(xiàn)出來。這些優(yōu)點包括能夠擠出硬的足以堆放的漿料的能力，降低用于擠出加工的加工助劑的使用量或成本的能力，能夠使用“快速固化”化學(xué)物質(zhì)的能力，減少生產(chǎn)廠房的占地面積的能力和減少資金成本的能力，容易生產(chǎn)和改變配方，容易維護(hù)和容易使用SWTS擠出機(jī)對產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。
在此推薦雙螺桿擠出機(jī)，其將混合作用與輸送和加壓作用結(jié)合在一起，其具有相互嚙合的相互間間隙很小的螺桿，因此這種相互提供了自刮凈作用的螺桿能夠擠出非常硬的和需要高壓才能使其變形的纖維水泥漿料。當(dāng)這種漿料被提供到傳統(tǒng)的擠出機(jī)時，漿料被粘在模頭的入口。能夠擠出這種硬的漿料的優(yōu)點在于能夠使用更低的含水量，增加未固化的擠出物的生坯(green)強(qiáng)度和最終產(chǎn)品的固化強(qiáng)度。一具有高生坯強(qiáng)度和堅硬性的表面干燥的擠出物在加工中有很多的優(yōu)點，因為未固化的產(chǎn)品能夠被相互堆積在其上部而不會因在載荷下的變形或相互間粘和在一起而破壞它們。
如上所述，最初預(yù)計的是當(dāng)擠出纖維增強(qiáng)水泥時，由高一速連續(xù)擠出機(jī)產(chǎn)生的溫度升高會產(chǎn)生困難。事實上，在此情況下在擠出機(jī)中遇到的溫度上升也是一種優(yōu)點，因為未固化的產(chǎn)品在離開模頭后馬上就具有干燥堅固的表面，和不易受到意外的損害。然而，當(dāng)使用傳統(tǒng)加工制作纖維水泥組合物時，和當(dāng)所需的擠出產(chǎn)品具有空心截面時，經(jīng)常需要提供非常昂貴的、更長的纖維素纖維增強(qiáng)材料，如聚合物纖維。聚丙烯纖維是一通常的例子。它將賦予未固化的擠出物更大的強(qiáng)度以保持其形狀和穿越其空心截面支撐它的重量。通過SWTS擠出機(jī)擠出這種更硬的制品的能力提供了重要的成本優(yōu)勢，在于對空心制品而言最低限度地使用昂貴的長纖維。
上面已經(jīng)提到，在纖維水泥擠出中加工助劑顯著增加原材料的成本。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用在此推薦的SWTS擠出機(jī)時，所必須的這些加工助劑的量明顯降低。對典型的組合物而言減少的增粘劑的量高達(dá)50％。
在澳大利亞臨時專利申請PQ2465中，申請人已經(jīng)證明用某一分散劑和粘度增加劑的特殊組合作為在擠出纖維水泥中的加工助劑，就能提供一協(xié)同作用，即降低對高-等級粘度增加劑的需要并能夠使用代用品或降低等級粘度增加劑而不會產(chǎn)生熱凝膠作用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種協(xié)同作用在SWTS擠出機(jī)中也是有效的，并因此使得加工助劑的損失和效率與溫度上升的關(guān)聯(lián)度變得最小。
對某些加工助劑如甲基纖維素，需要對擠出機(jī)進(jìn)行一些冷卻以減少凝膠效應(yīng)。其它加工助劑如羥乙基纖維素，則可以用在沒有特別的加熱和冷卻管線的擠出機(jī)中。
如上所述，公開的方法和裝置也允許用于“快速固化”化學(xué)物質(zhì)。在纖維水泥擠出加工中，導(dǎo)致在擠出機(jī)中能夠快速固化的制品是優(yōu)點的原因很多?？焖俟袒コ碎L時間固化所必須的空間和特殊條件(如蒸汽室和高壓釜)。它縮短了存量時間并減少了那些對不是非常堅固的未固化制品進(jìn)行處理的所必須的特殊設(shè)備。盡管快速固化化學(xué)在水泥工業(yè)中是公知的，但是它們的使用在纖維水泥擠出領(lǐng)域并不常見。原因就是過快的水泥硬化的破壞過高并會損失大量的材料并且導(dǎo)致生產(chǎn)加工的停機(jī)。這就是為什么傳統(tǒng)的纖維水泥擠出是半連續(xù)加工并且很難控制停留時間。擠出機(jī)的工作體積也很大，和擠出機(jī)的特性導(dǎo)致相當(dāng)?shù)姆盗骱投逊e。推薦的自刮凈雙螺桿擠出機(jī)在設(shè)計上與傳統(tǒng)的纖維水泥擠出機(jī)是不同的，其不同之處在于在典型的操作中它們具有小的工作體積和更高的轉(zhuǎn)動頻率。其結(jié)果是小體積的材料相當(dāng)快的穿過整個加工過程。這些機(jī)器也使材料的反向流動最小化并使停留時間特別的低和/或能夠改變。進(jìn)一步，因為加工的整體和連續(xù)的特性，添加劑可以沿加工的長度上的任意位置導(dǎo)入。因此這些機(jī)器獨一無二地用于使用一種化學(xué)物質(zhì)，其以一種確保它們的效果的方式促進(jìn)纖維水泥的固化，但同時纖維水泥在機(jī)器中固化的風(fēng)險是非常低的。即使在機(jī)器的最早部分引入該化學(xué)物質(zhì)，在整個機(jī)器中的低的停留時間會使得水泥在機(jī)器內(nèi)部固化的風(fēng)險降到最低，并且機(jī)器的更高壓力使?jié){料被部分固化并因此變得太硬而不能通過模頭的可能性變得最小。由擠出機(jī)產(chǎn)生的熱(其大于傳統(tǒng)的纖維擠出機(jī)產(chǎn)生的熱)也能夠被有效的用于促進(jìn)固化反應(yīng)。
使用在此描述的自刮凈雙螺桿擠出技術(shù)的其它優(yōu)點在于能夠去除傳統(tǒng)纖維擠出加工中所需的幾個混合機(jī)和捏合機(jī)并減少工廠的總成本和面積。由于全部加工是整體的并用簡單的控制系統(tǒng)進(jìn)行管理，與傳統(tǒng)的纖維水泥擠出工廠相比減少所需的操作人員的數(shù)量也是可能的。
在擠出加工中，在堆放和處理未固化擠出物或許多其它的原因偶然會產(chǎn)生廢料。因為在SWTS機(jī)器中的停留時間是如此的短，以及小的工作體積和機(jī)器組件的自刮凈作用，導(dǎo)入到擠出機(jī)中的材料像塞子一樣通過擠出機(jī)而不用沿螺紋發(fā)生延伸，廢料能夠被重新加入到擠出機(jī)中，通過側(cè)加料機(jī)或任何其它主加料入口重新回到加工中而沒有任何使加工不穩(wěn)定的風(fēng)險。在制造過程中這是重要的成本優(yōu)勢。
在完全連續(xù)加工中使用SWTS擠出機(jī)的其它優(yōu)點是被擠出的組合物的配方能夠容易地改變。因為當(dāng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，每種組分是被獨立地加入的并且加料速度能夠被動態(tài)控制，改變比例和/或被加入材料的特性是可能的。非常短的停留時間也意味著非常短的轉(zhuǎn)換周期。由于機(jī)器是自刮凈的，所有材料都沿著螺桿被輸送并且事實上由于新的材料的通過沒有舊的材料被遺留在機(jī)器中，使得它事實上是自清潔的。在生產(chǎn)中這有許多優(yōu)點。首先，如果在相同的工廠制造不同的產(chǎn)品，能夠沒有縫隙的完成由一種產(chǎn)品向另一種產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換，不用停止生產(chǎn)、清潔機(jī)器或損失大量的截留在工作空間里的材料。第二，如果需要停機(jī)，加料能夠被停止和事實上擠出機(jī)能夠通過模頭自己排空，剩下非常少的材料在擠出機(jī)的工作空間中，因此最大限度的減少清潔所需的量和最大限度的減少水泥在內(nèi)部硬化和堵塞擠出機(jī)的風(fēng)險。如果認(rèn)為是所必須的，在馬上停機(jī)之前用一種惰性的替代物來代替擠出組合物的反應(yīng)組分也是可行的，這樣惰性漿料替代了反應(yīng)漿料和然后機(jī)器被停機(jī)和沒有留下水泥硬化的風(fēng)險。第三，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中改變配方的能力在開發(fā)產(chǎn)品的時候是一非常大的優(yōu)點，可在非常短的時間內(nèi)按所需改變幾種變量，觀察擠出物質(zhì)量并收集許多不同的能夠在很短的時間內(nèi)制成的試樣。
能夠使用上述全部或不同方面的任何組合來實施本發(fā)明。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，這些選擇可以由所希望的最終產(chǎn)品的精確的配方和對于所使用的典型的擠出機(jī)來說由優(yōu)選的操作條件來確定。
可以理解的是在不背離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，公開的方法和裝置可以是那些不同于實施方式的其它形式。
權(quán)利要求
1.一種纖維水泥擠出機(jī)，具有一機(jī)筒和可旋轉(zhuǎn)地安裝在其內(nèi)的至少一對相互嚙合的自刮凈螺桿，所述螺桿被配置成連續(xù)混合和/或捏合纖維水泥的組分以形成基本上均勻的漿料并且推動漿料通過一模頭以形成一適于固化的生的水泥質(zhì)擠出制品。
2.如權(quán)利要求1所述的纖維水泥擠出機(jī)，其中螺桿被安排提供一個混合區(qū)域、一個捏合區(qū)域和一個擠出區(qū)域并向在這些區(qū)域中的每一個中的纖維水泥的組分施加一致的剪切。
3.如權(quán)利要求1所述的纖維水泥擠出機(jī)，其中每個螺桿包括幾個可互換的組件以改變在每個混合、捏合和擠出區(qū)域的停留時間。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的纖維水泥擠出機(jī)，其中沿螺桿長度提供一真空區(qū)域，真空區(qū)域的上游端由與螺桿相反的螺紋部分定義，該相反螺紋部分適于提供一種漿料的回流和因此形成一流體密封，在漿料即將進(jìn)入模頭之前在真空區(qū)域的下游形成第二流體密封，該真空區(qū)域被連接到一真空源以便于對漿料脫氣。
5.如權(quán)利要求1到4任一項所述的纖維水泥擠出機(jī)，其中螺桿被安排成能夠提供一通過擠出機(jī)的水泥質(zhì)材料的稠流并且在沿螺桿長度的任何預(yù)選的點提供預(yù)定水泥質(zhì)材料組成。
6.如權(quán)利要求1到5任一項所述的纖維水泥擠出機(jī)，進(jìn)一步包括一個或多個沿螺桿長度的加料裝置以向螺桿提供用于纖維增強(qiáng)水泥的組分。
7.一用于擠出纖維增強(qiáng)水泥的擠出系統(tǒng)，包括適于向一擠出機(jī)連續(xù)地加入用于纖維增強(qiáng)水泥的組分的加料裝置，一如前述任一權(quán)利要求所述的水泥擠出機(jī)，和一模頭。
8.擠出纖維增強(qiáng)水泥的方法，包括將一纖維增強(qiáng)水泥組合物的組分提供給一擠出機(jī)以混合/捏合纖維水泥組合物的組分，從而形成一基本上均勻的漿料和推動該漿料經(jīng)過一模頭，該擠出機(jī)具有至少一對相互嚙合的自刮凈的螺桿。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中纖維水泥的組分被單獨地提供給擠出機(jī)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中纖維水泥的至少一些組分以預(yù)混的形式提供給擠出機(jī)。
11.如權(quán)利要求8-10任一項所述的方法，其中沿螺桿長度的不同的點向擠出機(jī)提供一種或多種組分。
12.如權(quán)利要求8-11任一項所述的方法，其中擠出物在離開擠出機(jī)時是自支撐的。
13.如權(quán)利要求8-12任一項所述的方法，其中纖維增強(qiáng)水泥組合物的組成是以干燥的形式提供給擠出機(jī)的。
14.如權(quán)利要求8-12任一項所述的方法，其中纖維增強(qiáng)水泥組合物的組成是以液體或漿料的形式提供給擠出機(jī)的。
15.如權(quán)利要求8-14任一項所述的方法，其中以下述步驟向擠出機(jī)提供纖維素纖維i)層疊的形式的纖維被用水浸濕ii)得到的纖維與纖維水泥組合物中的長時間地接觸水而不會產(chǎn)生不利的影響的任何其它組分混合或與有助于纖維漿料的可濾性的組分混合iii)所獲得的漿料被脫水以使它的水含量不高于可擠出的水泥混合物的相應(yīng)的最大水含量，和iv)和脫水后的塊被破碎成小的碎片以便被加入到擠出機(jī)中。
16.如權(quán)利要求8-14任一項所述的方法，其中向擠出機(jī)加入纖維素纖維通過機(jī)械撕碎使層疊形式的纖維素纖維形成小片并且向擠出機(jī)加入這種層疊撕碎的小片。
17.如權(quán)利要求8-14任一項所述的方法，其中纖維素纖維是以卷的形式或?qū)盈B的帶的形式以一定的速度直接加入擠出機(jī)的，該速度與生產(chǎn)的速度和在所獲得的擠出物中的所需的纖維的量相適應(yīng)。
18.如權(quán)利要求8-17任一項所述的方法，其中纖維素纖維在進(jìn)入擠出機(jī)之前，纖維被水噴淋。
19.如權(quán)利要求8-18任一項所述的方法，其中螺桿被安排成在一擠出區(qū)域之前具有一混合區(qū)域和/或一捏合區(qū)域，在每個區(qū)域的停留時間是可調(diào)整的。
20.如權(quán)利要求6-19任一項所述的方法，其中水泥質(zhì)組合物在擠出機(jī)中的停留時間能夠被調(diào)整以允許加入快速固化劑。
21.如權(quán)利要求6-20任一項所述的方法，其中螺桿被安排成提供一通過擠出機(jī)的水泥質(zhì)材料的稠流，該擠出機(jī)沿螺桿長度在任何預(yù)選的點提供一預(yù)定的水泥質(zhì)材料的組成。
22.如權(quán)利要求8-21任一項所述的方法，其中擠出機(jī)是在溫度足以部分固化或干燥離開擠出機(jī)的擠出物的表面的情況下的運(yùn)行的。
23.如權(quán)利要求8-22任一項所述的方法，其中各種組分的加料速度和在擠出機(jī)中的停留時間能夠獨立地被改變以便改變纖維增強(qiáng)水泥配方而不必中止生產(chǎn)。
24.如權(quán)利要求8-23任一項所述的方法，其中纖維和/或其它添加劑作為具有固體含量在5-30％之間的水懸浮液被加入。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中固體含量在5-15％之間。
全文摘要
用于擠出纖維水泥的一種方法和裝置(20)。該擠出機(jī)包括一具有一對相互嚙合的自刮凈螺桿(40)可旋轉(zhuǎn)地安裝在其內(nèi)的機(jī)筒(30)。螺桿連續(xù)地混合和/或捏合由各種加料裝置(61，62)提供的纖維水泥的組分以形成基本上均勻的漿料和推動該漿料通過一模頭(50)以形成一適于固化的生的水泥質(zhì)擠出物。
文檔編號B28B3/22GK1414898SQ00818119
公開日2003年4月30日 申請日期2000年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月15日
發(fā)明者陳洪, R·J·伯伍德, I·A·麥克斯威爾, N·S·戈林治 申請人:詹姆斯·哈迪研究有限公司