專利名稱：具有標(biāo)記芯及水硬可固化筆桿的標(biāo)記器具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新穎的水硬可固化的材料及其制造方法，具體地為包含具有標(biāo)記芯的水硬可固化桿的標(biāo)記器具。該標(biāo)記器具具有一個水硬可固化桿及一個諸如鉛筆、鋼筆之類的標(biāo)記芯，它可以以高效、低費用并且對環(huán)境無影響的方式被制造。
本申請是一項以Per Just Anderson博士及Simon K.Hodson名義于1993年2月17日申請的名為“用于包裝容器的水泥材料及其制造方法”的申請?zhí)?8/019151的共同未決申請的后續(xù)申請。也是以Per Just Andersen博士和Simon K.Hodson名義于1993年7月21日申請的名為“用于儲存，分裝和包裝食品及飲料的水硬可固化的容器及其制造方法”的申請?zhí)枮?8/095662的共同未決申請的后續(xù)申請。
用于傳統(tǒng)的標(biāo)記器具諸如一次性的及非一次性的筆，機(jī)械或非機(jī)械鉛筆，墨水標(biāo)記筆和化妝用筆之類的筆桿典型地主要用塑料或木材制成。塑料和木材已被當(dāng)作很好的材料來生產(chǎn)標(biāo)記器具的筆桿，但它們的應(yīng)用產(chǎn)生了成本，效率和環(huán)境破壞的問題。
塑料是大多數(shù)標(biāo)記器具的筆桿所用的材料，如塑料鉛筆，一次性或非一次性筆，機(jī)械鉛筆，墨水標(biāo)記筆(有時稱為“磁標(biāo)記筆”)及化妝筆。塑料的廣泛應(yīng)用是由于其作為這些標(biāo)記器具的筆桿的顯著的優(yōu)越性。
塑料一般是不貴、重量輕、結(jié)實并且耐用。用塑料桿生產(chǎn)標(biāo)記器具有成本與作為塑料產(chǎn)品的原料的石油生產(chǎn)的成本直接相關(guān)。雖然塑料是很便宜的，由于石油資源變得更貧乏，由石油產(chǎn)品的應(yīng)用量所確定的產(chǎn)品價格將上升。
除塑料產(chǎn)品的明顯的化學(xué)危害之外，用于鋼筆或鉛筆的塑料降解是很慢的，在深埋地下及脫離光、空氣和水的侵蝕作用時更是這樣。
然而，塑料的不斷應(yīng)用部分是由于經(jīng)濟(jì)的作用，如對變化、習(xí)慣、及大的制造商制定工業(yè)材料并往往抵制新標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)造的事實，由此舊工業(yè)冒失去其市場份額的風(fēng)險的阻力。
在鉛筆一般用塑料桿制造時，木材繼續(xù)在一次性鉛筆方面是主要應(yīng)用的材料。然而用木桿制造鉛筆在加上木桿板條的成本的基礎(chǔ)上已經(jīng)變得很貴。此外，不可能采用不貴的連續(xù)工藝制造木桿鉛筆。木桿鉛筆通常是由包含大量工作的許多特殊條件及分離操作的工藝來制造。
在制造木桿鉛筆的標(biāo)準(zhǔn)工藝中，僅一級精選的木材被使用。所適用的木材數(shù)量被限制，而僅僅是通常被用于高級制品的杉木。木材必須在適當(dāng)?shù)臍夂驐l件下被干燥。松脂或本身油脂的含量應(yīng)當(dāng)既不超過也不低于某種限制。準(zhǔn)備好的木材用特殊的鋸鋸成薄板后被送往以下工序著色，開槽，插入鉛，粘合，粗打磨，切成半成品鉛筆并進(jìn)一步打磨成慣常的六角形或圓形。拋光和上漆工藝也包含大量的工作和許多獨立的操作。最后裝上橡皮。
制造木桿鉛筆技術(shù)是昂貴并且廢時的，另外大量的木料被浪費，隨著可用于鉛筆的木材的進(jìn)一步短缺，這種浪廢現(xiàn)象就變得不可容忍。此外，采伐用于產(chǎn)生鉛筆的木材的環(huán)境影響成為全球砍伐森林的原因之一。
木桿及其所包含的制造工藝的替代品及其工藝一直在被尋找，替代慣常木桿的材料包括塑料，紙卷制品及混合有無吸收性纖維素的木屑的材料。雖然用除木條以外的各種材料制成的筆桿所生產(chǎn)的鉛筆已經(jīng)被制造出來，但其適用性還不能完全代替慣常的木鉛筆。
用除木條以外的材料制成的桿生產(chǎn)鉛筆減輕了一些用木條所產(chǎn)生的問題，如昂貴復(fù)雜的工藝及依靠越來越貴的木材等。然而替代的材料也產(chǎn)生了他們各自的問題。例如，由于使用紙卷，木漿及在塑料制造過程中所產(chǎn)生的污染物。
金屬也被用作一些標(biāo)記器具的桿。由金屬制造的桿是昂貴的，并且也導(dǎo)致環(huán)境破壞。
在制造標(biāo)記器具中材料對低價及環(huán)境的需要并未導(dǎo)致水硬可固化材料如水泥或石膏(下文“水硬可固化”，“水硬”或“水泥的”合成物，材料或混合物)的應(yīng)用。然而水硬可固化材料是經(jīng)濟(jì)的，并且包含對環(huán)境無害的成份，像巖石，沙子，粘土和水。以經(jīng)濟(jì)和生態(tài)學(xué)的觀點看，水硬可固化材料的確適于作為標(biāo)記器具的首選材料來替代木材，塑料和金屬。
由于水硬可固化材料本身的特性及加工這些材料所產(chǎn)生的問題，水硬可固化材料還不能被用來制造象標(biāo)記器具之類的輕物體。一些本身的特性及由這種材料和加工這種材料所產(chǎn)生的問題包括高流動性，低抗拉強度，在對這些材料成形后形狀穩(wěn)定性低，過長的固化時間，粘在成形設(shè)備上以及水滲到成形物品的表面上。由于本身特性和水硬可固化材料的加工問題的結(jié)果，它們的用途基本上被限于大的，笨重的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)是耐用的，強壯的并且相對不貴。
含有水硬水泥的結(jié)構(gòu)基本上是由把拌有水的水硬水泥與常見的某種填料混合形成水泥混合物而構(gòu)成，水泥混合物變硬成為混凝土。最好，剛和好的水泥混合物是完全無粘性的，半流體的并能用手拌和及塑形。因為它的流體性質(zhì)，混凝土一般通過注入模子中，盡力排除大量的氣穴，并使它變硬。
某些混凝土混合物也已被擠入基本上平的簡單形狀的扁坯中。在后一種情況中，水泥混合物必須是粘性的和有粘著力強度的以免損壞(即由所需的形狀變形)。如果水泥構(gòu)件的表面是被暴露的，如混凝土人行道，精加工該表面使它多功能并給它以所需的表面特征而產(chǎn)生附加的效果。
由于特殊水泥混合物需要高水準(zhǔn)的流動性以具有充分的可加工性，混凝土和其它水硬可固化混合物的用途已被大部分限制在基本上是大的，重的和笨重的簡單形狀，并且它們需要機(jī)械力來保持它們的形狀直到已經(jīng)出現(xiàn)了材料的充分固化。水泥材料的用途也已由于混凝土的強度性質(zhì)被限制，即由于抗拉強度低具有高抗壓強度與抗拉強度之比?？箟簭姸扰c抗拉強度之比典型地是在大約10∶1。
另一個限制是傳統(tǒng)的水泥混合物或泥漿只有很小的或沒有形狀穩(wěn)定性而將混合物注入一個有外部支撐擋板或壁的空間里被鑄成最后的形狀。結(jié)合每單位重量低抗拉強度，由于成形性差水泥材料慣常僅是適用于尺寸和重量不為限制因素，而運用在混凝土上的力或載荷基本上被限于壓力或壓載荷，象在如柱，基礎(chǔ)，道路，人行道和墻的應(yīng)用中。
由混凝土在收縮或彎曲時容易破壞或斷裂普遍地說明在混凝土中抗拉強度(大約1-4MPa)低，而不象其它材料如金屬，紙，塑料或陶瓷那樣。因此，普通水泥材料不適于制造小的，薄壁的，輕物體，如必須用比普通水泥的每單位重量的抗拉和撓性強度高很多的材料制成的筆桿，它具有一個大橫截面是很不適宜的。
最近，高強度水泥材料已被開發(fā)出來，它可能被用來制成更小，更密實的東西。一種這樣的材料是已知為“Macro-defeetFrec”或“MDF”混凝土，就象在Birchall等的US4410366中公開的。及見美國能源部CTL計劃CR7851-4330 S.L.Weiss，E.M.Gartner及S.W.Tresouthick的“作為金屬，塑料，陶瓷和木材的低能量代用品的高抗拉水泥膏”(1984年11月最終報告)。然而這樣的高強度水泥材料價格太貴了并且將不適于生產(chǎn)不貴的筆桿，許多更適于生產(chǎn)筆桿的更宜材料(如木材和塑料)是容易購得的。另一個缺點是MDF混凝土不能被用來大規(guī)模生產(chǎn)小而輕的東西，這是由于大量的時間和精力花在成形和硬化材料中，而實際上它是高水溶性的。此外，這樣的材料有高粘性和高屈服應(yīng)力，這些防礙模制和模制后達(dá)到形狀穩(wěn)定。
普通甚至最新開發(fā)出的高強度混凝土所具有的另一個缺點是幾乎大多數(shù)混凝土普遍地需要過長的固化時間。普通混凝土生產(chǎn)的成品從可流動的混合物開始在混凝土機(jī)械地自支托之前需要10-24小時變硬周期，而在混凝土達(dá)到相當(dāng)于其最大強度之前則要一個月以上。必須采用極小心的維護(hù)以避免移動水泥物品，直到它們達(dá)到足夠的脫模強度。在上述時間之前移動或脫模通常會導(dǎo)致水泥結(jié)構(gòu)基體的破碎或流動。一旦自支托，該制品能夠被脫模，雖然它一般還要幾天甚至幾周后才能達(dá)到大部分的最終強度。
經(jīng)濟(jì)而工業(yè)化大批量生產(chǎn)水泥制品已是困難的了，這是由于在成形水泥物品時使用鑄模通常導(dǎo)致混凝土產(chǎn)品的生產(chǎn)和基本時間周期甚至最低限度的混凝土的固化也是必需的。鑄模的困難對于小而輕的物品來說被增加了。雖然無坍落度混凝土已被用于“大批量”生產(chǎn)大而笨的物品諸如模板，大型管件或磚這類立即就自支托的物品，這種的“大批量產(chǎn)品”僅是在生產(chǎn)的產(chǎn)品方面以每天上千件的有效速率。這樣的組合物和方法不能被用來以每小時上千件速度大批量生產(chǎn)小而輕的物品。此外，無坍落度混凝土基本上有高粘性和高屈服應(yīng)力，這不利于鑄模及鑄模后達(dá)到形狀穩(wěn)定性。
給水泥制品脫?？赡墚a(chǎn)生進(jìn)一步問題。由于混凝土固化，它容易粘到模子上，除非使用昂貴的脫模劑，如脫模油。通常需要用楔子楔松模子以拆下它們，這樣楔楔子，每次如果不正確而認(rèn)真地楔，通常會導(dǎo)致繞結(jié)構(gòu)邊緣的破碎或損壞。這樣的問題進(jìn)一步限制了尤其以任何工業(yè)大批量形式制造除平板之外的小而輕的水泥物品或構(gòu)件。
如果在鑄模的水泥件的外壁與模子之間的粘合力大于模制件的內(nèi)粘結(jié)或抗拉強度，模子的拆卸將很可能使鑄模件的較弱的壁或其它器件損壞。因此，傳統(tǒng)的水泥物品必須是大體積并且是厚的以及形狀非常簡單的，以避免在脫模時損壞，否則就要使用昂貴的脫模劑和其他謹(jǐn)慎措施。
一般的混凝土工藝技術(shù)也要求在水泥鑄入后被適當(dāng)?shù)負(fù)v實以免在成形件中或在結(jié)構(gòu)基體中有沙眼存在。這一般是用不同的振動或攪拌方法來完成的。然而，搗實所帶來的問題是在混凝土澆鑄后，其廣泛地過度振動會導(dǎo)致其離析或水滲出。
水滲出是由于較重的聚合物的沉淀使水移動到剛澆鑄的混凝土的上表面上。過度的水滲出增加了靠近混凝土板的上表面處水與水泥之比的比率，這相應(yīng)地減弱或減低了該板表面的耐用性。在完成工藝過程中混凝土的過度加工不僅帶來表面水量過剩，而且會純化材料，導(dǎo)致后來的表面缺陷。
此外，傳統(tǒng)水泥材料的本質(zhì)呈現(xiàn)出另一種關(guān)于水泥材料的多孔性和價格的設(shè)計局限性。傳統(tǒng)水泥材料的利用需要要么是所不希望的高孔率達(dá)到低成本，要么是高成本達(dá)到低孔率。
由于以上各種原因及其它原因，水泥材料已不會有大型成形件，板形構(gòu)件之外的工業(yè)化應(yīng)用，它們只能用作如建筑物，基礎(chǔ)，人行道，高速公路，瓦材或用作灰漿粘磚塊或固化的混凝土塊。甚至想象(更不用說實際經(jīng)驗)制造水泥材料的小而輕的物品如標(biāo)記器具的筆桿，它們立即由輕而且強度高的象木材，塑料和紙那樣的材料大規(guī)模地生產(chǎn)出來是完全反直覺的并且與人的經(jīng)驗是相反的。
總之，所要做的是在相當(dāng)于或優(yōu)于用木材，塑料或金屬材料制造標(biāo)記器具筆桿的價格上給出改進(jìn)的制造標(biāo)記器具筆桿的方法。
此外，它的一個重要的優(yōu)點是生產(chǎn)筆桿是用具有對環(huán)境影響更小的材料，減少了對木材，塑料和金屬的需要，包括了可回收材料，并且不會產(chǎn)生在木頭，塑料和金屬材料的筆桿制造中產(chǎn)生的廢棄物。
如果這樣的方法生產(chǎn)的筆桿及其它物品具有相容于泥土并最終消溶于其中的化學(xué)組份將也是完全新穎的和重要的優(yōu)點。
對于構(gòu)成筆桿的水泥制造技術(shù)及能夠由水硬可固化材料工業(yè)化加工，將迅速得到成形穩(wěn)定性及成形后立即處理而不要外支托保持其形狀的制造筆桿的方法也將是新穎的。
在由水硬可固化混合物構(gòu)成成形筆桿的技術(shù)及大量生產(chǎn)這樣的筆桿，在成形后不會粘在模子工件上并能直接從模子工件上拆下不損壞筆桿的方法方面還將是另一個優(yōu)點。
最后，本發(fā)明的另一個目的是構(gòu)造筆桿及在筆桿成形后直接從模子工件中取出而不損壞筆桿的方法。這樣的方法在此被公開并被要求權(quán)利。
本發(fā)明包括由一個標(biāo)記芯和一個具有水硬固化材料構(gòu)成基體的筆桿的標(biāo)記器具和制造這樣的標(biāo)記器具的方法。筆桿的結(jié)構(gòu)基體由諸如水硬的水泥，石膏和其它由水固化或變硬的材料這類水硬可固化材料制成。本發(fā)明范圍之內(nèi)的由一個標(biāo)記芯和一個具有由水硬可固化材料制成結(jié)構(gòu)基體的筆桿構(gòu)成的標(biāo)記器具以鉛筆、鋼筆、機(jī)械筆、墨水標(biāo)記筆和化妝筆及類似物的形式實際應(yīng)用于標(biāo)記，書寫，著色，涂覆或用來化妝以及類似的應(yīng)用。
由水硬可固化材料制成的筆桿結(jié)構(gòu)基體(下面為“水硬可固化筆桿”或“筆桿”)由于這樣的材料被使用，有些性能不能預(yù)先被達(dá)到。這些材料的應(yīng)用使得筆桿的經(jīng)濟(jì)的大批量生產(chǎn)為可能而不產(chǎn)生與這樣的材料有關(guān)的工藝問題。此外，添加劑能夠被隨意與粘接材料一起使用，它也能使結(jié)構(gòu)基體具有優(yōu)良的性能。
由于水硬可固化材料的使用沒有與一般的水硬可固化材料相應(yīng)的所不需要的特性和工藝問題，筆桿的制造通過微型結(jié)構(gòu)技術(shù)被實現(xiàn)。微型結(jié)構(gòu)技術(shù)是建立在水硬可固化的微型結(jié)構(gòu)上的工藝，包括成品的某些所需的預(yù)定的特性如強度，柔性，色彩和比重。這種微型結(jié)構(gòu)技術(shù)的方法考慮到具有結(jié)構(gòu)基體的筆桿的設(shè)計，結(jié)構(gòu)基體由于采用廣泛的各種各樣的市售材料具有預(yù)定的性能。應(yīng)用這種方法，所需特性被設(shè)計在結(jié)構(gòu)基體的微型結(jié)構(gòu)中，同時優(yōu)化了成本價格和大批量產(chǎn)品制造系統(tǒng)的其它方面。
微型結(jié)構(gòu)技術(shù)方法的效果是能夠制造許多各種各樣的到目前為止由木材，塑料和金屬制造的不同產(chǎn)品。而且，本發(fā)明以一個一般能與用木材，塑料或金屬材料制成的筆桿制造的標(biāo)記器具在內(nèi)的成本競爭，而在許多情況下更好的成本被制造。
由于本發(fā)明的水硬可固化筆桿僅含有天然成份，也更適于再利用，這種筆桿的制造比用木材，塑料或金屬材料制成的筆桿的標(biāo)記器具的制造對環(huán)境的影響更小。與木筆桿的制造不同，水硬可固化筆桿不用砍樹來提供制造筆桿的新材料。
本發(fā)明的筆桿的主要成份主要包括無機(jī)材料，如水硬可固化粘接材料(如水硬水泥和石膏)，填充料(如沙子，方解石，礬土，白云石，花崗石，石英，玻璃，硅石，珍珠巖，蛭石，粘土，甚至廢混凝土產(chǎn)品)，纖維(有機(jī)和無機(jī)纖維)，流態(tài)改良劑，分散劑和需要水一同與水硬可固化粘合材料水合作用或進(jìn)行反應(yīng)的促凝劑。
依本發(fā)明制造筆桿的優(yōu)選的結(jié)構(gòu)基體由水泥或其它水硬可固化混合物的反應(yīng)生成物制成。這種水硬可固化混合物將至少包含有象水硬水泥或石膏半水合物之類的水硬粘合材料和水。由這些混合物得出的水硬可固化結(jié)構(gòu)基體的孔隙率能夠通過保持一個低的水與水硬粘合劑的比率被盡可能減少。
為了把所需的特性設(shè)計到水硬可固化混合物和/或固化的水硬可固化結(jié)構(gòu)基體上，各種各樣的其它添加劑被包含在水硬混合物中，諸如一種或多種粒料，纖維，流態(tài)改良劑，分散劑，促凝劑，加氣劑，發(fā)泡劑或活性金屬。任何添加劑的密度和質(zhì)量將決定于水硬可固化混合物和其制成的最終變硬了的筆桿的所需性質(zhì)。
在有些情況下，為了增加體積并減少混合物成本最好可以在混合物中含有一種或多種粒材以產(chǎn)生光滑表面。粒料通常給出有效的強度特性并改善了可加工性。這樣的粒料的例子有普通的沙子，方解石，石灰石，礬土，白云石，花崗巖和石英，它們完全是對環(huán)境安全的，極其的便宜并且基本上不會用盡。
在另外的情況下，為了得到更輕的最終固化的產(chǎn)品，輕的粒料可能被加入。輕粒料的例子有膨化珍珠巖，蛭石，空心玻璃球，氣凝膠，干凝膠和其它輕礦物材料。這些粒料同樣對環(huán)境是安全的并且相對不貴。
纖維被加入到水硬可固化混合物中以增加筆桿的抗拉強度，彎曲強度，抗壓強度，內(nèi)聚力強度和耐沖擊性。纖維應(yīng)當(dāng)最好有高撕裂強度，破裂強度和抗拉強度。高長度直徑比的纖維最好慢慢地加入以使水硬可固化材料具有強度和韌度。
由于用在筆桿制造中的水硬可固化混合物的變化性，有機(jī)及無機(jī)的各種各樣的纖維能被利用。較好的纖維的例子包括生物可降解塑料，玻璃，二氧化硅，陶瓷制品，金屬，炭，麻，植物葉和莖，木纖維(如南方的松木)，亞麻，甘蔗淬(糖甘蔗纖維)，棉花和麻(高長度直徑比)。蕉麻是優(yōu)選的纖維，它從在菲律賓很容易見到的一種香蕉狀麻科植物中抽取的。此外，連續(xù)的纖維能被應(yīng)用，如象Kevlar，Ploycramite，玻璃纖維，炭纖維和纖維素纖維。
流態(tài)改良劑能夠被添加以增加內(nèi)聚力強度，塑性特性，以及混合物在鑄模或擠壓成形時保持其形狀的能力。它們起到增稠劑的作用并且增加混合物的粘度及混合物的屈服應(yīng)力，屈服應(yīng)力是使混合物變形所需的作用力的量。這樣在鑄模或擠壓成形的產(chǎn)品中產(chǎn)生較高的“濕強度”。適用的流態(tài)改良劑包括各種各樣的纖維素的，淀粉的和蛋白質(zhì)的基本組分的材料，它們起到把分散的水泥顆粒連接在一起及水凝結(jié)的作用。
另一方面，分散劑通過分離分散的水硬粘結(jié)材料顆粒起減少混合物粘度和屈服應(yīng)力的作用。這樣能夠用很少的水同時保持足夠的加工性水平。適用的分散劑包括任何能被吸附在水硬粘結(jié)材料顆粒表面上并通常通過在顆粒上產(chǎn)生一個電荷表面區(qū)域或通過在膠質(zhì)復(fù)層中置入電荷起到分離顆粒作用的材料。
在一種流態(tài)改良劑和分散劑都被使用的情況下，通常第一步加入分散劑然后第二步加入流態(tài)改良劑將是最有利的，這能夠保持它們各自的有益的效能。另一方面，如果流態(tài)改良劑首先被粘結(jié)材料顆粒吸附，它可以產(chǎn)生一個保護(hù)膠層，它將阻止分散劑被顆粒吸附并且把它的有益的效能作用到水硬可固化混合物上。
水硬可固化結(jié)構(gòu)基體主要由無機(jī)材料組成，不過某些實施例也可以含有諸如纖維素為主要成分的纖維和/或流態(tài)改良劑之類的有機(jī)成份。然而，這些有機(jī)成份僅占制造筆桿所用水硬可固化材料總量的很小一部分。此外，某些被用于本發(fā)明中的有機(jī)纖維能夠用農(nóng)業(yè)綜合機(jī)械種植和收割，如亞麻纖維。
此外，水硬可固化筆桿的標(biāo)記器具不用石油為主要成份生產(chǎn)或轉(zhuǎn)化而來的原料，不同于塑料筆桿標(biāo)記器具的制造。這樣，雖然一定量的石油需要用來產(chǎn)生水硬可固化筆桿的標(biāo)記器具的制造所用能量，但遠(yuǎn)少于生產(chǎn)塑料筆桿所消耗的。
制造標(biāo)記器具的基本方法包括(1)在高切力混合器中機(jī)械混合粉碎的水硬水泥和水，以形成水泥膏并且(2)將混合物圍繞標(biāo)記芯成形筆桿或成形一個筆桿而后把標(biāo)記芯插入筆桿中。除了混合粉碎的水泥和水之外，可以按照需要加入其它所需的材料，如添加劑，纖維，流態(tài)改良劑，分散劑及促凝劑使產(chǎn)生的水硬可固化混合物具有所需的流變性及最大的強度，重量和低成本的特性。由這種混合物成形的筆桿能基本上被干燥或固化?；旌虾凸袒姆绞揭材苡绊懽冇驳乃部晒袒Y(jié)構(gòu)基體的最終特性。此外，涂層和包層可以被用于完成所需的精加工。
本發(fā)明能被立即加工成具有足夠的自支托強度，形狀穩(wěn)定性和在基本固化成形后可立即移動的所需形狀的筆桿。更進(jìn)一步地，具有水硬可固化筆桿和標(biāo)記芯的標(biāo)記器具容易被從模子裝置中退出。
本發(fā)明的一個目的是提出制造具有水硬可固化筆桿和標(biāo)記芯的標(biāo)記器具的組合物和方法。
本發(fā)明的再一個目的是提出能容易而經(jīng)濟(jì)地產(chǎn)生制造具有水硬可固化筆桿和標(biāo)記筆芯的標(biāo)記器具的組合物和方法。
本發(fā)明的一個目的是制造減少由于普通標(biāo)記器具的制造而產(chǎn)生的對環(huán)境的影響的筆桿。
本發(fā)明的另一個目的是提出制造具有水硬可固化筆桿和標(biāo)記芯的標(biāo)記器具的組合物和方法，其中的水硬可固化筆桿能具有各種不同的形狀、性能和色彩。
本發(fā)明的附帶的目的是提出制造具有水硬可固化筆桿和標(biāo)記芯的不會粘在模子器件上的標(biāo)記器具的組合物和方法。
本發(fā)明還有另一個目的是提出制造具有由水硬可固化粘接材料成形的筆桿的標(biāo)記器具的組合物和方法，該水硬可固化粘接材料在成形后將迅速獲得成形穩(wěn)定性并在不要外支托的情況下保持其形狀，使成形的材料在成形后能被迅速地處理。
最后，本發(fā)明還有一個目的是提出大量生產(chǎn)這樣的筆桿的組合物和方法，這樣的筆桿在成形后不會粘在模子器件上并能直接地從模子器件中退出，不會損壞筆桿。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的和優(yōu)點將出現(xiàn)在下面的說明中，也就是說由說明中是明顯看出的，或是可由本發(fā)明的實施中可以獲悉的。本發(fā)明的目的和優(yōu)點通過在附帶的權(quán)利要求書中所特別指出的方法及結(jié)合可以被體會和獲得。
為了更充分地了解獲得本發(fā)明的上述或其它的優(yōu)點和目的的方式，本發(fā)明的參照結(jié)合附圖被說明的具體實施例的更詳細(xì)的說明被描述。應(yīng)當(dāng)理解這些附圖描述的僅是本發(fā)明的典型的實施例而不應(yīng)認(rèn)為是對其范圍的限定。在本發(fā)明目前所理解的最佳方式中，制造和使用上述標(biāo)記器具的發(fā)明將被說明另有附帶的特性并通過附圖詳細(xì)說明，其中

圖1是一個依本發(fā)明標(biāo)記器具的透視圖，該器具是在削尖的狀態(tài)。
圖2是一個依本發(fā)明標(biāo)記器具的透視圖。
圖3是一個依本發(fā)明的另一種標(biāo)記器具的透視圖。
圖4是一個依本發(fā)明的又另一種標(biāo)記器具的透視圖。
圖5是一個依本發(fā)明的另一種標(biāo)記器具的透視圖。
圖6是一個依本發(fā)明的再一種標(biāo)記器具的透視圖。
圖7是一個依本發(fā)明的還一種標(biāo)記器具的透視圖。
圖8是一種依本發(fā)明的再一種標(biāo)記器具的透視圖。
本發(fā)明涉及具有水硬可固化筆桿和標(biāo)記芯的標(biāo)記器具，它象傳統(tǒng)的具有用木材，塑料或金屬制成的筆標(biāo)的標(biāo)記器具，如機(jī)械或非機(jī)械鉛筆，鋼筆和墨水標(biāo)記筆的作用，用于標(biāo)記，書寫，繪圖，著色，涂覆或用于化妝。用一種微型結(jié)構(gòu)技術(shù)的方法能夠設(shè)計出一種水硬可固化混合物，它能夠被容易并且經(jīng)濟(jì)地大批量生產(chǎn)出筆桿，同時有效地比普通筆桿減少對環(huán)境的影響。具體地說，本發(fā)明是針對具有水硬可固化筆桿和標(biāo)記芯的標(biāo)記器具，其中筆桿由其本上是輕的而且有高的強度與體積比重之比的水硬可固化材料制造的。能有效利用成本地生產(chǎn)，而且比通常使用的標(biāo)記器材對環(huán)境的影響更小。在本發(fā)明的范圍之內(nèi)標(biāo)記器具可能是一次性的也可能是非一次性的標(biāo)記器具。
本發(fā)明的筆桿產(chǎn)生了比慣常筆桿減少了在材料和產(chǎn)生中的成本并且減少了在獲得生產(chǎn)筆桿的材料時，把材料加工成筆桿和對用過筆桿的處理時對環(huán)境的影響。這些目的通過由水硬可固化材料成形的筆桿的利用同時克服與慣常水硬可固化材料有關(guān)的不好的特性和加工問題被實現(xiàn)。
與慣常水硬可固化材料有關(guān)的不好的特性到現(xiàn)在已表明水硬可固化材料不能被適用于大批量生產(chǎn)小而輕且薄壁的筆桿。防筆桿材料的大批量生產(chǎn)的慣常水硬可固化材料的這些特性和加工問題有高多孔性，低抗拉強度，材料成型后的低形狀穩(wěn)定性，過長的固化時間，粘到模子器件上并且水析滲到成形件的表面上。這些不好的特性和加工問題通過混合物的設(shè)計及工藝的獨特的結(jié)合被克服。
為在所得到的筆桿上達(dá)到所需要的性能而沒有慣常水硬可固化材料的不好的特性和加工問題，適用的水硬可固化粘結(jié)劑已在微型結(jié)構(gòu)技術(shù)方法的基礎(chǔ)上被開發(fā)出來。用于制造食品和飲料容器的水硬可固化粘結(jié)材料的詳細(xì)說明是在前述的共同未決的申請?zhí)枮?8/095662名稱為“用于儲存，分裝和包裝食品及飲料的水硬可固化的容器及其制造方法”的申請中，這是由PerJustAndersen博士，和Simon K.Hodson于1993年7月21日申請的。另外，一個用于制造普通的包裝及貯存所有種類的食物的容器的水泥材料的詳細(xì)說明是在前述的共同未決申請?zhí)枮?8/019151，名稱為“用于包裝容器的水泥材料及其制造方法”的申請中說明，這是由Per Just Audersen博士，和Simon K.Hodson于1993年2月17日申請的。為了說明，這些申請被結(jié)合在這里被具體地參考。一旦適用的水硬可固化材料被生產(chǎn)出來，所公開和所主張保護(hù)的更快更便宜地制造的筆桿的具體方法就被開發(fā)出來了。
總之，慣常水硬可固化材料的不好的性質(zhì)及加工問題被本發(fā)明特別是以下若干因素的共同作用克服，所述因素為公知的水硬可固化混合物成份，混合物成份比率，混合物成份結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)，添加混合物成份的順序，混合方法，應(yīng)用微型結(jié)構(gòu)技術(shù)嚴(yán)格地加入混合物成份產(chǎn)生在整個筆桿中均勻的特性，用混合物成形筆桿的方法，成形設(shè)備，固化方法，涂涂層及貼外皮以及結(jié)構(gòu)設(shè)計。這些技術(shù)在后面將更詳細(xì)地說明。
關(guān)于任何產(chǎn)品的具體性質(zhì)和質(zhì)量能夠通過對在此所告知的成份和制造方法的適當(dāng)選擇被控制。因此，在本發(fā)明范圍之內(nèi)的標(biāo)記器具在各種不同材料及應(yīng)用濃度產(chǎn)生的混合物的基礎(chǔ)上能被制成具有各種各樣物理特性和性質(zhì)，所述混合物或受到鑄模，鑄造或受到擠壓。本發(fā)明的基體被設(shè)計成具有在大約1至300MPa·cm3/g范圍之間的抗拉強度與體積重量之比?；w的抗拉強度與體積重量之比在大約2至50MPa·cm3/g的范圍內(nèi)更好而最好在大約3至20MPa·cm3/g的范圍內(nèi)。
如上所述，本發(fā)明的器具已由微型結(jié)構(gòu)技術(shù)的性質(zhì)被開發(fā)出來。微型結(jié)構(gòu)技術(shù)包括使微型結(jié)構(gòu)成形及應(yīng)用工藝步驟達(dá)到均勻的微型結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個具有混合均勻的最終產(chǎn)品。微型結(jié)構(gòu)技術(shù)允設(shè)計某種需要的水硬可固化材料的微型結(jié)構(gòu)，預(yù)定的性質(zhì)，而同時確保留了已知的成本和其它制造中的問題。微型結(jié)構(gòu)技術(shù)近似法取代慣常的逐次逼近法混合和實驗近似法已取得了能夠設(shè)計具有強度、重量、成本和環(huán)境關(guān)系等對于適當(dāng)?shù)臉?biāo)記器具所必須的一些性質(zhì)的水硬可固化材料。
可用來制造具體產(chǎn)品的材料的數(shù)量是大量的—估計在5萬到8萬之間。它們可以取自廣泛的種類，如金屬，聚合物，合成橡膠，陶瓷，玻璃，復(fù)合材料和水泥。其中給出的種類在性質(zhì)，工藝和使用方式上有某些共同之處。例如，陶瓷具有高模數(shù)，而聚合物具有底模數(shù)；金屬能被鑄或鍛成形而復(fù)合材料需要敷層或特殊成形技術(shù)，水泥有高撓性強度而合成橡膠有低撓性強度。
然而，這樣的劃分有其危險性；它將導(dǎo)致專業(yè)化(金屬專家不懂陶瓷的事情)及思想保守(我們用鋼是因為我們總是用它)。正是這種專業(yè)化和思想保守已經(jīng)限制了各種產(chǎn)品使用水硬可固化材料的條件，如關(guān)于標(biāo)記器具。盡管如此，一旦認(rèn)識到水硬可固化材料有這樣廣的應(yīng)用和能被設(shè)計和被以微型結(jié)構(gòu)制造，它們就能被應(yīng)用到各種可能的產(chǎn)品上是顯然的。
第一由于受到設(shè)計要求的主要的約束，其次由于探尋最適于發(fā)揮成份功能的材料的子集，本發(fā)明的構(gòu)成的設(shè)計已被開發(fā)出來而且范圍很窄。然而在加工過程的所有時間里認(rèn)識到設(shè)計能被用有價格競爭力的工藝制造的產(chǎn)品的必要性是重要的。
材料向選擇中由于對成功的產(chǎn)品起決定性作用的成份的設(shè)計特性，主要的約束被產(chǎn)生。對于具有水硬可固化筆桿的標(biāo)記器具，這些主要的約束包括最小限度的重量，強度和在探尋與木材，塑料或金屬等可比價格或低于它們的價格時的韌性要求。另外，其它約束包括生產(chǎn)在重量，強度，韌性和撓性方面與慣常標(biāo)記器具的筆桿相當(dāng)?shù)乃部晒袒牧稀?br> 由上面的討論，水硬可固化材料如水泥方面的問題之一是水泥混合物被鑄入模子中，使其成形而后有一個很長的時間周期供放置并固化。這一般是幾天或幾周。專家一般認(rèn)為花至少一個月使混凝土制品達(dá)到最優(yōu)強度的基本度，但它們也允許大多數(shù)混凝土制品經(jīng)數(shù)十年不達(dá)到其最大強度。這樣的時間周期對于經(jīng)濟(jì)大量的生產(chǎn)標(biāo)記器具，特別是一次性的標(biāo)記器具是相當(dāng)不實際的。
因此，本發(fā)明的一個重要的特征是當(dāng)水硬可固化混合物被鑄模后，它將保持其濕狀態(tài)的形狀(如，在諸如受重力和由于工藝設(shè)備的移動這樣的較小力的作用下支托其自身重量)而不用外部支托。此外，從生產(chǎn)的前景看，為了經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，重要的是成形的水硬可固化筆桿立刻(能快就快)塊達(dá)到足夠的強度使它能為下一道工序而被移動，雖然該水硬可固化混合物還可能是以濕狀態(tài)并且還未完全變硬。
本發(fā)明的微型結(jié)構(gòu)技術(shù)近似法的另一個優(yōu)點是它具有開發(fā)出結(jié)構(gòu)基體的橫截面比一般現(xiàn)有技術(shù)所達(dá)到的更均勻的構(gòu)成的能力。理想地當(dāng)任何兩個給定的水硬可固化結(jié)構(gòu)基體的大約0.5n3(其中“n”是材料的最小截面)的采樣被取出，它們將有基本上相同量的空穴，粒料，纖維或其它任何添加劑及基體特性。達(dá)到基體的均勻是依靠混合成份的正確添加，它優(yōu)化了各個混合成份的性質(zhì)并使在成份之間的共同作用達(dá)到所需的性能。
通過上述方法在成份之間的共同作用的數(shù)據(jù)由抗拉強度與擠壓強度之比給出，該比率基本上大于慣常水硬可固化材料的這一比率。
以下面的討論，將了解各種成份材料，其中水硬可固化混合物對主要的設(shè)計約束將產(chǎn)生影響。在本例中，具體的材料和構(gòu)成被陳述以實際說明每一成份的多大限定的特性完成所需性質(zhì)的組合。
術(shù)語“標(biāo)記器具”用在本說明書和附帶的權(quán)利要求書中意指包括標(biāo)記芯和由水硬可固化材料制成的筆桿。在本發(fā)明的范圍內(nèi)標(biāo)記器具包括具有水硬可固化筆桿的任何鉛筆，化妝鉛筆，墨水標(biāo)記筆，機(jī)器鉛筆，鋼筆，陶瓷標(biāo)記筆，粉筆(蠟筆)及油彩筆，它們被用作標(biāo)記，書寫，繪畫，著色，涂覆或用來化妝。具有水硬可固化筆桿和標(biāo)記芯的標(biāo)記器具應(yīng)當(dāng)能夠被用于標(biāo)記，書寫，繪圖，著色或用來化妝。
術(shù)語“水硬可固化筆桿”用在本說明書及附帶的權(quán)利要求書中意指包括任何由水硬可固化材料制成的筆桿，它具有與用習(xí)慣材料制成的筆桿相同的形狀和作用，以用來制成鉛筆，機(jī)械鉛筆，鋼筆，化妝鉛筆，塑料墨水標(biāo)記筆，金屬墨水標(biāo)記筆，陶瓷標(biāo)記筆，粉(臘)筆及油彩筆。
術(shù)語“標(biāo)記芯”用在本說明書及附帶的權(quán)利要求書中意指包括任何在表面上做標(biāo)記的工具包括但不僅限于任何石墨粘土鉛筆心；彩色鉛筆心；含有標(biāo)記液并有放出標(biāo)記液器件的如圓珠筆式的芯管；象用在彩水筆中的浸漬標(biāo)記液的吸水纖維體；連接到裝有標(biāo)記液的吸水纖維體；以任何慣常的鋼筆或標(biāo)記的方式供給的標(biāo)記液；保存在筆桿中并以釋放標(biāo)記液的方式釋放的預(yù)定量的標(biāo)記液；鉛筆式的通常方式使用的固體化妝筆芯；陶瓷標(biāo)記筆；油彩筆等。術(shù)語“標(biāo)記液”用在本說明書及附帶的權(quán)利要求書中意指任何能被容納并被釋放到標(biāo)記表面上的可流動固體和液體，它包括但不僅限于液體墨水，糊劑墨水，顏料和染料。
術(shù)語“標(biāo)記芯”用在本發(fā)明的說明書和附帶的權(quán)利要求書中還意指包括能從筆桿中取出的標(biāo)記筆芯和固定地保持在筆桿中的標(biāo)記筆芯。此外，具有標(biāo)記筆芯固定地保持在筆桿中的標(biāo)記器具通過使用粘接劑被設(shè)計成在筆桿和標(biāo)記芯之間用粘接材料粘合的形式，這也是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，具有水硬可固化筆桿的標(biāo)記器具能夠被采用任何用于普通標(biāo)記器具的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)能被用象金屬，塑料，橡膠和木材之類的普通材料制成或者用水硬可固化材料制成。在本發(fā)明的范圍中，標(biāo)記器具還包括諸如固定在標(biāo)記器具上用來來在口袋上的夾子和防止標(biāo)記芯的端頭露在外面的防護(hù)帽或蓋。此外，在本發(fā)明的范圍內(nèi)的是一個裝擦除裝置的裝置。一個裝擦除裝置的裝置的例子是用在普通鉛筆上的常見的皺環(huán)，另外，水硬可固化筆桿的一端能夠被做成適于置入一個擦除裝置并不用上述金屬環(huán)來保護(hù)擦除裝置。另一個適用的裝涂改器的裝置具有應(yīng)用于普通機(jī)械鉛筆的形狀。
其它在本發(fā)明范圍之內(nèi)的結(jié)構(gòu)包括以可靠的方式把標(biāo)記芯置入筆桿中的裝置和使標(biāo)記芯在筆桿中移動的裝置。一個以可靠方式置入標(biāo)記芯的裝置的例子是一個與用于便宜的墨水鋼筆支撐墨水芯管并插入塑料筆桿的圓錐形部分相同的圓錐形部分。有許多已廣泛應(yīng)用的在筆桿中移動標(biāo)記芯的裝置。移動標(biāo)記芯的裝置的一個例子包括用一個繞在標(biāo)記芯一端的彈簧，該彈簧被固定在筆桿中還有一個在標(biāo)記芯另一端的機(jī)構(gòu)，它與標(biāo)記芯嚙合使標(biāo)記芯伸出筆桿或縮入筆桿內(nèi)。另一種在筆桿內(nèi)移動筆桿的常見裝置具有兩件筆桿，當(dāng)筆桿件被以相反方向轉(zhuǎn)動時它們使標(biāo)記芯移動。這些用于普通機(jī)械鉛筆的裝置也適用于在本發(fā)明范圍之內(nèi)的標(biāo)記器具的筆桿中移動標(biāo)記芯。
與本發(fā)明的方法配合使用的材料通過水與水硬粘合材料的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生強度，所述水硬粘合劑是諸如水硬水泥，硫酸鈣(或石膏)半水合物，及其它其它合水后變硬的物質(zhì)。術(shù)語“水硬可固化材料”用在本說明書及附帶的權(quán)利要求書中包含任何其結(jié)構(gòu)基體和強度性質(zhì)是由水硬粘合劑變硬或固化而來的材料。這包括水泥材料，熟石膏和其它限定在其中的水硬可固化材料。用于本發(fā)明的水硬可固化粘合劑是與其它水泥或粘合劑諸如水不可溶的可聚合有機(jī)水泥象膠或膠粘劑之類是有區(qū)別的。
術(shù)語“水硬可固化材料”“水硬水泥材料”或“水泥材料”用在這里意指概括地限定組合物和材料，它們既包含水硬可固化粘接材料也包含水，不考慮水合作用的成度或已發(fā)生的固化。因此，就是說術(shù)語“水硬可固化材料”應(yīng)包括水硬膏或水硬可固化混合物在濕狀態(tài)(如還未變硬)及變硬的水硬可固化產(chǎn)品或混凝土產(chǎn)品。
術(shù)語“水硬可固化粘接材料”或“水硬粘接材料”用在本說明書及附帶的權(quán)利要求書中意指任何無機(jī)粘接材料，象水硬水泥，石膏半水合物或氧化鈣這些在與水化學(xué)反應(yīng)后得到了強度特性和硬度，而在某些情況下氧化鈣在空氣和水中都會變硬。術(shù)語“水硬水泥”或“水泥”用在本說明書附帶的說明書中意指包括熟料和在各個磨碎步驟和各種顆粒尺寸中破碎，研磨，粉碎和加工的熟料。
在本技術(shù)領(lǐng)域中已知的一般水硬水泥的例子包括普通水泥的龐大家族(包括除石膏以外的一般普通水泥)，鋁酸鈣水泥(包括除了加入穩(wěn)定劑之外的鋁酸鈣水泥)，熟石膏，硅酸鹽水泥(包括β-硅酸二鈣硅酸鹽，一般硅酸鹽和其混合物)，石膏水泥，磷酸水泥，高鋁水泥，精細(xì)水泥，礦渣水泥，鎂氯氧水泥和涂覆精細(xì)水泥顆粒的粒料。其它有用的水泥包括MDF水泥，DSP水泥，Pyrament型水泥和Densit型水泥。
術(shù)語“水硬水泥”還表示包括在本領(lǐng)域中已知的其它水泥，如α-硅酸二鈣硅酸鹽，在本發(fā)明的領(lǐng)域中它們在水合條件下能被水硬化，在本發(fā)明范圍內(nèi)水硬水泥的基本化學(xué)成份通常包括在CaO，SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，MgO，SO3，之間的各種組合，它們在一系列組合中一起反應(yīng)生成非溶性鈣硅酸鹽水合物，碳酸鹽(由CO2在空氣中和加水產(chǎn)生)，硫酸鹽和其它鹽或鈣和鎂的生成物，它們及它們的水合物在一起。在上述非水溶性鹽中，鋁和鐵被認(rèn)為需被加到復(fù)雜的組合之中。固化的水泥產(chǎn)品是非水溶性水合物與鹽的組合基體，它們被組合并結(jié)合在一起象石頭一樣并有同樣的隋性。
水硬可固化成份一般由混合的水硬粘合材料或?qū)⑺鼈?如水硬水泥)與水結(jié)合而形成；得出的混合物稱作“水硬泥膏”(或“水泥膏”)。水硬粘合材料和水被混合同時或者隨后加入某種粒料混合成“水硬可固化混合物”。水硬可固化混合物的實例為由混合水硬水泥，水和某種粒料如沙子或石頭形成沙漿和混凝土。
石膏也是水硬可固化粘合材料，它能被水合作用后成為一種變硬的粘合材料。石膏的一種可水合的形式是硫酸鈣半水合物，公知為“石膏半水合物”。石膏的水合形式是硫酸鈣二水合物，公知為“石膏二水合物”。硫酸鈣半水合物也能與硫酸鈣脫水物混合，公知為“石膏脫水物”或簡稱“脫水物”。
雖然石膏粘接材料或其它象氧化鈣之類的水硬粘接材料一般不象水硬水泥那樣結(jié)實，然而在某些應(yīng)用中高強度不是重要的。從成本方面看，石膏和氧化鈣具有高于水硬水泥的優(yōu)點，因為它們稍便宜一些。此外，在水硬可固化材料具有較高的弱百分率，重量較輕的粒料(如珍珠巖)的情況下，粒料通常將在結(jié)構(gòu)基體之間構(gòu)成“弱連接”。在某些方面，添加較強的粘接劑可能是無效的，因為由于弱粒料的高含量，這些粘接劑不再發(fā)揮其較高的潛在強度。
另外，已知石膏半水合物放置或變硬的時間周期必定比一般水泥短。實際上，在本發(fā)明的應(yīng)用中，幾乎達(dá)到其最大強度并變硬的時間大約為30分鐘。因此，在本發(fā)明的范圍內(nèi)石膏半水合物可以單獨或與其它水硬可固化材料一同使用。
術(shù)語如“水合的”或“固化的”水硬可固化混合物，材料或基體指的是一個基本的水催化的化學(xué)反應(yīng)成度，它足以生產(chǎn)出一個具有其可能的和最后的最大強度的基本量的水硬可固化產(chǎn)品。
除了水硬粘接材料和水，依本發(fā)明的水硬可固化混合物可以包括粒料，纖維，流態(tài)改良劑，分散劑，加氣劑和其它添加劑，以使結(jié)構(gòu)基體的固化和非固化混合物達(dá)到所需的強度和其它性能特性。
術(shù)語如“濕的”或“濕狀態(tài)”與沒有達(dá)到其最后強度的實際量的水硬可固化混合物一同使用，不論這樣強度是由人工干燥或固化來得到還是其它方法。水硬可因混合物被稱作是“濕的”或在“濕狀態(tài)”僅在其被鑄模之前，之后它被鑄模成所設(shè)計的形狀。水硬可固化混合物不再是“濕的”或在“濕狀態(tài)”的時刻又是十分清楚的，因此，這樣的混合物總是在全過程中逐漸地達(dá)到其總強度的實際的量。水硬可固化混合物當(dāng)然能顯示出在“濕強度”的一個增強但還是“濕的”。因此在這里討論常常被稱作在濕狀態(tài)水硬可固化材料的成形穩(wěn)定性。
如上所述，水硬粘合劑最好包括白水泥，普通水泥，精細(xì)水泥，高鋁水泥，礦渣水泥，石膏半水合物及氧化鈣，主要是因為它們的低成本并適用于本發(fā)明的制造工藝。上述所列水泥即非舉也不意味著是對用來制造在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的水硬可固化筆桿的粘合材料類型的限定。
本發(fā)明可以包括其它水泥組合型式如在專利申請?zhí)枮?7/981615，由Hamlin M.Jennings博士，Per JustAndersen博士和Simon K.Hodson等人在1992年11月25日申請的名為“水硬粘結(jié)材料水泥的的制造和使用的方法”的共同未決申請中所討論的，該申請是對專利申請?zhí)枮?7/856257，由Hamlin M.Jennings博士，和Simon K.Hodson在1992年3月25日申請的名為“水硬粘結(jié)材料水泥的組成及其制造和使用方法”(現(xiàn)在放棄了)的部分延續(xù)，而所提申請則又是專利申請?zhí)枮?7/526231，由Hamlin M.Jennings博士，和Simon K.Hodson在1990年5月18日申請的名為“水硬粘結(jié)材料水泥的組成及其制造和使用的方法”(也已放棄)的后續(xù)申請。在這些申請中，粉化的水硬水泥處于幾乎最后決定性的狀態(tài)并且在加水進(jìn)行水合之前被壓實。
水硬水泥組合的其它形式包括把二氧化碳混入水硬水泥和水中。由上述方法制成的水硬水泥組合物已知他們有更快地達(dá)到濕強度的能力。上述水硬水泥組成的型式在專利號為07/418027，由Hamlin M.Jennings博士和Products于1989年10月10日申請的名為“生產(chǎn)改進(jìn)的建筑材料的工藝及其產(chǎn)品”的共同未決申請中被討論，其中水和水硬水泥在有選自由二氧化碳，一氧化碳，碳酸鹽及其它們的混合所組成的組中的碳酸源的條件下被混合。
采用水硬可固化混合物的一個重要的優(yōu)點是得出的結(jié)構(gòu)基體是基本上非水溶性的(至少在產(chǎn)品預(yù)期的使用時間的全部周期)，以允許它包裹水溶性材料和其它加到水硬可固化混合物上的材料。因此，另一方面水溶性成份能被加到絕對大量的非水溶性水硬可固化基體中并為最終產(chǎn)品提供其良好的性質(zhì)和特征。
在本發(fā)明的每個實施例中，水硬泥膏或水泥膏是最終使筆桿能構(gòu)成并產(chǎn)生強度性質(zhì)的要素。術(shù)語“水硬泥膏”指的是已被拌水的水硬粘接材料。具體地說，術(shù)語“水泥膏”應(yīng)是指已被拌有水的水硬水泥。術(shù)語“水硬可固化”，“水硬的”或“水泥的”混合物應(yīng)是指已被加入粒料，纖維，流態(tài)改良劑，分散劑或其它材料的水硬水泥膏，不論是在濕狀態(tài)還是在其已變硬和/或固化后。其它加到水硬泥膏的成份起改變未硬化以及最后硬化的產(chǎn)品的性質(zhì)，這些性質(zhì)包括但不是限定于強度，收縮量，韌性，松密度，絕熱能力，色彩，多孔性，表面精加工及紋理結(jié)構(gòu)。
雖然水硬粘接材料被理解為使水硬可固化混合物構(gòu)成，變硬并達(dá)到材料強度性質(zhì)的大部分的成份，某些水硬粘接材料還有助于建立更好的早期內(nèi)聚性濕強度。如不硬水泥顆粒已知早受到與水的膠凝反應(yīng)，甚至在它變硬之前，這能對混合物的內(nèi)部粘結(jié)產(chǎn)生影響。
人們認(rèn)為鉛，如它們在普通灰水泥中更為普遍是在水合作用的較早階段在水泥顆粒之間產(chǎn)生了膠態(tài)相互作用。進(jìn)而導(dǎo)致在水泥顆粒之間的一定程度的絮凝/膠化作用。這種粘合材料的絮凝，膠態(tài)和膠化作用已被顯示出增加了由此產(chǎn)生的水硬可固化混合物的可壓制性(如可塑性)如下文所更充分的顯示的那樣，添加劑如纖維和流態(tài)改良劑能夠在抗拉，撓性和抗壓強度方面對水硬可固化材料產(chǎn)生重要影響。盡管如此，甚至在高濃度纖維和/或流態(tài)改良劑被包括并基本上對變硬的材料的抗拉和撓性強度產(chǎn)生作用的情況下，還是顯示出水硬粘合材料仍然繼續(xù)增加最后變硬的材料的抗壓強度的基本量。在水硬水泥的情況下，它也基本上減少了變硬材料在水中的水溶性。
在全部混合物中粘合材料的百分率依以微型結(jié)構(gòu)地加工水硬可固化筆桿的性質(zhì)及其它要素的本性而改變。然而水硬粘合材料以濕的水硬可固化混合物的重量百分率的大約5％至90％范圍的量被加入較為理想，大約8％至60％的范圍的量更好，而最好為大約l0％至45％。
盡管如此，人們將認(rèn)為所有的濃度和量主要是依最終產(chǎn)品所需的質(zhì)量和特性而定，例如在一個很薄的需要最終固化強度的筆桿中它可能是很經(jīng)濟(jì)的具有很高的水硬粘合材料的百分率有很少或沒有添加粒料。在這樣的情況下，也可能需要加入大量的纖維以給出韌性或撓性。
另一重要的水合泥膏的成份是水。依定義，在本發(fā)明的范圍內(nèi)是水硬可固化材料的一個基本成份。在水和水硬粘合劑之間的水合反應(yīng)產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)品，它使水硬可固化材料具有構(gòu)成以及產(chǎn)生強度性質(zhì)的能力。
在本發(fā)明的一些應(yīng)用中，認(rèn)真控制水與水泥的比率以獲得在成形后以濕狀態(tài)自支托的水硬可固化混合物是重要的。盡管如此，水的用量決定于各種因素，包括水硬粘合材料，粒料，纖維物質(zhì)，流態(tài)改良劑和在水硬可固化混合物中的其它材料或添加劑的類型和用量，以及所用的鑄?；虺尚喂に嚕谱龅木唧w產(chǎn)品及其性質(zhì)。
在任意給定的應(yīng)用中加水的最佳量取決于兩個關(guān)鍵的可變量(1)所需與粘合材料進(jìn)行反應(yīng)并進(jìn)行水合的水量；及(2)需要使水硬可固化混合物具有所需的流變性質(zhì)和可加工性的水量。
為了使?jié)竦乃部晒袒旌衔锞哂羞m當(dāng)?shù)目杉庸ば裕话惚仨毤幼銐蛄康乃?，使每個顆粒成份都濕潤并且至少部分地注入空隙或空穴在顆粒之間(包括如，粘接材料顆粒，粒料顆粒和纖維材料)。如果包含水溶性添加劑，足夠的水必須加入以溶解添加劑或者說與其反應(yīng)。在某些情況下，如分散劑被加入的情況，由于使用較少的水，加工性可能被增加。
水量必須被認(rèn)真地對入使水硬可固化混合物是充分可加工的，而同時認(rèn)識到降低水合量既增加了濕強度也增加了變硬產(chǎn)品的最后強度。當(dāng)然，如果少量的水最后被包含在混合物中，少量的水必須被排出，以使產(chǎn)品變硬。
滿足上述需要的適當(dāng)?shù)牧髯冃砸狼?yīng)力而定。水硬可固化混合物的屈服應(yīng)力一般將是在大約5KPa到5000KPa之間，較好的混合物有在大約100KPa到1000KPa范圍內(nèi)的屈服應(yīng)力，而最好的混合物有大約在200KPa到700KPa的范圍的屈服應(yīng)力。屈服應(yīng)力的程度能(并且可能，需要必須)依加工筆桿所用的實際加工工藝來被調(diào)整。
在每個加工工藝中，可能需要開始含有較高的水與水泥之比，根據(jù)實際情況多余的水在加工過程中或加工完后不久通過加熱產(chǎn)品能被排除。本發(fā)明與紙合成物制品比較的重要特點之一是水量在初始混合物中是很少的，因此，有關(guān)水硬可固化混合物的屈服應(yīng)力是較大的。結(jié)果為獲得自支托材料而必須從初始混合物中排出的水的總量在本發(fā)明的情況下與紙合成物制品比較是很少的。
此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解當(dāng)更多的粒料或其它吸水添加劑被包含時需要較高的水與水硬可固化粘合材料之比以為用來水合的水硬可固化粘合材料提供可加工性和水的同一度。這是由于較大的粒料濃度使顆粒間空隙或空穴的量值更大，它必須由水來填充。多孔的，輕的粒料由于其高的空穴密度也能從內(nèi)部吸收有效量的水。
盡管如此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解當(dāng)更多的粒料或其它吸水添加劑被包含時，需要較高的水與水硬可固化粘接劑之比，以為用于水合的水硬可固化粘接材料提供可加工性與水的同一度。這是由于較大的粒料濃度使顆粒間的空隙或空穴的量值便大，它必須由水來填棄。多孔的，輕的粒料能產(chǎn)生高透氣性并也能從內(nèi)部吸收有效量的水。
適宜的可加工性與適宜的濕強度的競爭目標(biāo)能通過初始加入較大量的水而后在加工過程中并通過干燥風(fēng)洞以蒸汽的形式排出多余的水來調(diào)節(jié)。此外，這些競爭目的通過在加工過程中加高壓減少空隙量被調(diào)節(jié)，這樣可加工性是適宜的，并且在成形后水含量被降低并且濕強度被達(dá)到。
在高切力混合器中把水硬粘合材料，水和其它成份一起混合通常更好，這樣的混合器如在US5061319號名為“生產(chǎn)水泥建筑材料的工藝”，US4944595號名為“生產(chǎn)水泥建筑材料的裝置”，US4552463號名為“生產(chǎn)膠質(zhì)混合物的方法和裝置”及US4225247號名為“混合和攪拌設(shè)備”中所公開和主張權(quán)利的。為了了解這樣的高力混合器及其使用方法的目的，上述美國專利US5061319，US4944595，US4552463及US4225247在此通過具體參引被引入。在上述專利范圍內(nèi)的高力混合器是可由本發(fā)明的受讓者加利弗尼亞圣巴巴拉的E.Khashoggi工廠購得。高力混合器的使用產(chǎn)生更均勻的水硬可固化混合物，它使得產(chǎn)品具有更高的強度。
根據(jù)上述條件，本發(fā)明范圍內(nèi)的典型的水硬可固化成份將有在大約0.2到10范圍內(nèi)的水與水泥的比率，從大約0.5到5更好，而最好為從大約0.75到3。此外，不參加反應(yīng)的總水量不超過有關(guān)干的變硬了的混合物重量的10％。應(yīng)當(dāng)理解水硬粘合材料在水硬可固化混合物中有內(nèi)干燥效果，這是因為粘接材料顆粒與水化學(xué)反應(yīng)并減少在顆粒間空隙中的游離水的量。內(nèi)干燥效果能由包含的反應(yīng)較快的水硬粘接材料如石膏半水合物與反應(yīng)較慢的水硬水泥一起增強。
在本說明書和附帶的權(quán)利要求書中，術(shù)語“纖維”或“纖維材料”包括無機(jī)和有機(jī)纖維。纖維可被加到水硬可固化混合物中，以增加所產(chǎn)生的水硬可固化材料的內(nèi)聚力，韌性，抗破碎能力及抗拉性能，并且必要時甚至抗壓強度。當(dāng)一個強橫向力被施加時纖維材料減少了水硬可固化筆桿會損壞的可能。
可以結(jié)合在結(jié)構(gòu)混合物中的纖維包括天然地存在的纖維，如由玻璃，硅石，陶土，金屬和碳制成的纖維。玻璃纖維最好經(jīng)粗加工成抗堿性的。其它天然存在的纖維包括那些由麻，植物葉，莖和木材中提取出的纖維。其它能被結(jié)合的纖維包括塑料，Polyaramite和Kevlar?？缮锝到馑芰先缇郾妓岷虰iopol是對環(huán)境有益的纖維，它們對基體提供了有效的增強。
選出的較好的纖維包括玻璃纖維，蕉麻，甘蔗渣，木材纖維(硬木或軟木如南方松)及棉花。卷繞紙纖維能被使用，但因為在原始紙制造過程中產(chǎn)生的纖維斷裂，它們較少被需要。然而任何產(chǎn)生強度和繞性的等效地纖維也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。蕉麻纖維可由菲律賓Isarog有限公司公司購得。玻璃纖維可由英國Pikington公司購得。
這些纖維由于成本低，高強度和易于購得很適于在本發(fā)明中使用。盡管如此，任何在產(chǎn)生抗壓和抗拉強度及韌性和撓性(如果需要)的等效的纖維當(dāng)然是在本發(fā)明的范圍之中。這唯一的限制標(biāo)準(zhǔn)是纖維帶來所需特性而沒有與其它水硬材料的成份產(chǎn)生不良反應(yīng)并在含有這種纖維的筆桿中存有有害物質(zhì)。
纖維最好應(yīng)有高的長寬比(或“長徑比”)，因為長而窄的纖維物質(zhì)能對基體產(chǎn)生更高的強度，而不增加基體的體積和質(zhì)量。纖維材料應(yīng)有至少大約10∶1的長徑比，至少大約900∶1更好，而至少3000∶1更好。
適宜的纖維還應(yīng)有一個是水硬粘合材料顆粒的直徑許多倍的長度。使用平均直徑至少兩倍于水硬粘合劑顆粒的纖維，至少10位較好，至少100倍更好，而至少1000倍是最好。
加入水硬可固化基體的纖維材料的量依最終產(chǎn)品所需的性質(zhì)將不同，這些性質(zhì)是確定加入混合設(shè)計的纖維量的原則標(biāo)準(zhǔn)的強度，韌性，撓性和成本。在多數(shù)情況下，纖維將按一量的量加入，該量是在大約水硬可固化混合物的體積量的0.2％至50％范圍，在大約0.5％至30％的范圍更好，而最好在1％到15％的范圍內(nèi)。
然而，可以理解纖維的強度是決定纖維用量的重要特征。為在產(chǎn)品中獲得相同的抗拉強度，抗拉強度較強的纖維其用量必須較少。當(dāng)然，當(dāng)某些纖維有高抗拉強度時，另外型式的具有較低抗拉強度的纖維可能是更有彈性，因此，兩種或更多的纖維的結(jié)合使用可能是需要的，以獲得一個最大限度地增加多種特征的最后產(chǎn)品，如高抗拉強度和高彈性最后產(chǎn)品。
也應(yīng)當(dāng)理解，某些纖維如南方松樹和蕉麻有高破壞和破裂強高，同時另一些纖維如棉花有低強度但較大的撓性。實際上，在撓性和高破損及破裂強度都需要的情況，具有各種性質(zhì)的纖維的混合物被加到本發(fā)明的混合物中。
此外，某些實施例可以在混合物中應(yīng)用連續(xù)纖維或纏繞纖維這樣的纖維如Kevlar，Polyaramite，玻璃纖維，碳纖維和纖維素纖維。連續(xù)纖維在螺旋繞法中也是非常有用的，它給基體提供了有效的增強，螺旋繞法包括象以螺旋線的方式包裹在筆桿上或里面的覆層使用纖維。此外螺旋纏繞法的覆蓋層能被包裹在筆桿上或其里面。一個在強度方面的有效增強產(chǎn)生于由在相反方向的螺旋纏繞出的十字形纖維。連續(xù)纖維能以纖維覆蓋層按十字形相互覆蓋的方式被相互擠壓在筆桿中。
連續(xù)纖維也能與其它纖維一起被使用。應(yīng)用連續(xù)纖維和其它纖維與連續(xù)纖維的組合物導(dǎo)致在組合物中纖維的體積百分?jǐn)?shù)降低。
所含的流態(tài)改良劑起到增加水硬可固化混合物的塑性和內(nèi)聚性的性質(zhì)的作用，使它顯得更象粘土。由于增加了混合物的屈服應(yīng)力而混合物的粘度沒有較大的增加，流態(tài)改良劑趨于使水硬可固化混合物變稠。相對于粘度提高的屈服應(yīng)力使材料更象塑料并易成形，同時大大地增強了初始強度。
各種各樣的天然和合成的有機(jī)流態(tài)改良劑可以被使用，它們具有寬廣的性質(zhì)范圍包括粘性和在水中的水溶性。既然可以預(yù)料，筆桿長期受到以水為主要成份的人汗的浸漬，它可以最好應(yīng)用在水硬可固化混合物變硬后在水中較少溶解的流態(tài)改良劑或用相對于流態(tài)改良劑量高濃度的水硬粘合材料。另一方面，當(dāng)要求筆桿快速碎裂成對環(huán)境無害的成份時采用水溶性更高的流態(tài)改良劑更好。
本發(fā)明所考慮的各種流態(tài)改良劑能被初步分入下面的分類中多糖及其派生物，蛋白質(zhì)及其派生物和人造有機(jī)材料。多糖流態(tài)改良劑能被進(jìn)一步細(xì)分為纖維素為主的材料及其派生物，淀粉為主的材料及其派生物和其它多糖。
適用的纖維素為主的流態(tài)改良劑包括如甲基-羥乙基纖維素，羥甲基乙基纖維素，羧甲基纖維素，甲基纖維素，乙基纖維素羥乙基纖維素，羥乙基丙基纖維素，木粉等。全部可能的變換是大量的并且不能窮舉，而其它有相同或相等性質(zhì)的纖維材料將也可采用。
適用的淀粉為主的流態(tài)改良劑包括如支鏈淀粉，直鏈淀粉，海水凝膠，淀粉乙酸鹽，淀粉羥乙基醚，離子淀粉，長鏈烷基淀粉，糊精，胺淀粉，磷酸鹽淀粉和二醛淀粉。
其它的多糖主體流態(tài)改良劑包括如藻酸，Phycocolloids，瓊脂，阿拉伯樹膠，瓜耳樹膠，豆樹膠，刺梧桐樹膠和黃蓍膠。
適用的蛋白質(zhì)主體的流態(tài)改良劑包括如玉米醇溶蛋白(一種玉米中提出的醇溶谷蛋白)，膠原(從動物連接組織中提取的衍生物如明膠或膠)和酪蛋白(牛奶中的基本蛋白)。
最后，適用的合成有機(jī)增塑劑包括如聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二烯，聚乙烯醇，聚乙烯基·甲基醚，聚丙烯酸，聚丙烯酸鹽，聚乙烯基·丙烯酸，聚乙烯基·丙烯鹽，聚丙烯酰胺，和環(huán)氧乙烷聚合物，合成粘土及膠乳，笨乙烯-丁二烯共聚物。
一種以上上列流態(tài)改良劑能夠被用在特定的混合物中以達(dá)到所需的塑性性質(zhì)或流態(tài)改良效果及優(yōu)化其屈服應(yīng)力。此外，流態(tài)改良劑的組合在溫度和水含量變化極小的情況下改善流態(tài)改良的效果與成形穩(wěn)定性。
另一種沒必要清楚地分入上述不同分類中的替帶地有價值的流態(tài)改良劑是聚丙醇酸。這個聚合物的流態(tài)通過加熱被有效地改進(jìn)并且可以被單獨或與上述流態(tài)改良劑一起使用。
一個優(yōu)選的流態(tài)改良劑是羥甲基乙基纖維素，如纖基乙酸納FL15002和纖基乙酸納4000兩者都能從德國法蘭克福的Hoechst Aktiengesellschaft購德。較低分子量流態(tài)改良劑如纖基乙酸納4000能對混合物起增塑作用而不是使它變厚，這在成形加工中有所幫助。
具體地說，低分子量流態(tài)改良劑在鑄模過程中通過潤滑顆粒使水硬可固化混合物的內(nèi)部流動得到改善。這樣減少了在顆粒之間及在混合物與相鄰的模表面之間的摩擦。羥甲基乙基纖維素是優(yōu)選的，但是幾乎所有的無毒性的帶來所需性質(zhì)的流變改良劑(包括上述所列的)將被適用。
另一個優(yōu)選的能替代或連同纖基乙酸納一起使用的流態(tài)改良劑是具有分子量在20000到35000之間的聚乙二醇。聚乙二醇起到更象潤滑劑的作用并且增加混合物密度均勻性。因此，聚乙二醇應(yīng)被認(rèn)為象“增塑劑”更正確。此外，它給鑄模后的水硬可固化材料的一個光滑的表面。最后，聚乙二醇能產(chǎn)生包圍混合物中的可溶成份覆蓋層，由此使變硬的產(chǎn)品具有較少的水溶性并且減少變硬的產(chǎn)品的可滲透性。
在本發(fā)明的水硬可固化材料中的流態(tài)改良劑一般應(yīng)包含在占混合物重量的50％以內(nèi)的量。
術(shù)語“分散劑”被用在后面的說明中表示能被加入以減少水硬可固化混合物的粘性和屈服應(yīng)力的之類的材料。分散劑使用的一個更詳細(xì)的說明可以在Anderson，P.J的名為“有機(jī)超塑性分散劑的作用及其在2-電位的成份與水泥材料的相關(guān)的性質(zhì)”(1987)的碩士論文中找到。
分散劑一般是被吸附在水硬粘合材料顆粒的表面上和/或進(jìn)入粘合材料顆粒的靠近膠體的疊層中起作用。這在顆粒的周圍或表面上產(chǎn)生負(fù)電荷，由此它們相互排斥。由于減少了磨擦力和吸引力，顆粒的排斥力增加了“潤滑作用”另一方面將使顆粒有更大的內(nèi)作用。因此，初始可加入少量的水同時還保持水硬可固化材料的可加工性。
在粘土型性質(zhì)，內(nèi)聚性和/成形穩(wěn)定性不很重要的情況下，大大地減少粘性和屈服強度可能被需要。加入的分散劑在加入很少的水時特別在缺少的地方有助于水硬可固化混合物保持可加工性。同時，加入分散劑可用于甚至大量缺少的情況，不過如果所用分散劑太多，鑄模的筆桿可能形狀穩(wěn)定性稍低。也就是說，初始加入少量的水將依Feret公式理論上得到一個較結(jié)實的最后固化的筆桿。
無論如何起化學(xué)計算水合粘合材料所需水量和填充在水硬可固化混合物中的顆粒間的空間所需的水量作用的水是缺少的，所述顆粒包括水硬粘合材料顆粒本身和在粒料材料和/或纖維材料中的顆粒。如上所述，顆粒填充物減少在水硬粘合材料和粒料顆粒間的空隙量并因此減少水的需要量，以充分水合粘合材料并通過充填空隙空間保持水硬可固化混合物的可加工性。
然而，由于分散劑的裹復(fù)機(jī)理的本性，分散劑加入到混合物中的順序一般是嚴(yán)格的。如果一個象纖基乙酸納的絮凝/凝結(jié)劑被加入分散劑必須被第一步加入而絮凝劑在第二步。反過來分散劑將不能被吸附在水硬粘合材料顆粒表面上，這是由于絮凝劑將被不可逆轉(zhuǎn)地吸附在該表面上，由此形成保護(hù)性膠體并阻止對吸收劑的吸收。
一種較好的分散劑是硫化萘-甲醛凝結(jié)物，它的一個例子是WRDA19，WRRA19可以從馬里蘭州巴爾的摩的W.R.Grace公司購得。其它將起很好作用的分散劑包括硫化三聚氰(酰)胺—甲醛凝結(jié)物，磺化木質(zhì)素和聚丙烯酸。
分散劑的加入量一般將在水硬粘合材料重量的大約5％以內(nèi)的范圍，在約0.25％至4％范圍內(nèi)更好而最好在大約0.5％至2％的范圍內(nèi)。然而，不應(yīng)含有太多分散劑因為它有延遲在諸如水硬水泥與水之間的水合反應(yīng)的趨勢。實際上，加入太多的分散劑阻止水合作用從而破壞了水泥膏粘結(jié)在一起的能力。
在本發(fā)明中所指的分散劑有時在混凝土工廠中被稱為“超級增塑劑”。為了更好地區(qū)別分散劑與經(jīng)常用作增塑劑的流變改良劑，術(shù)語超級增塑劑在本申請中將不使用。
顆粒一般在混凝土工廠中被用于本發(fā)明的水硬可固化混合物中，由于在本發(fā)明的一般薄壁結(jié)構(gòu)所需求的尺寸限制，一般希望它們必須被充分地研磨。應(yīng)用于水硬可固化混合物中的粒料一般應(yīng)有在大約0.01微米至大約3mm范圍之間的直徑，具有在大約0.1微米到大約0.5毫米范圍之間的直徑的粒料更好而最好是在大約0.2微米至大約100微米范圍之內(nèi)。
粒料可以被添加以增加強度，作為填充物來減少成本，減少重量和/或增加所制成的水硬可固化材料的絕熱能力。粒料特別是板狀粒粒對于產(chǎn)生平滑表面層也是有用的。例舉有用的粒料包括珍珠巖，蛭石，沙子(任何石英，鍛燒礬土和石灰?guī)r的結(jié)合物)石子，巖石，石灰石，沙石，玻璃珠，氣凝膠，干凝膠，海水凝膠，云母，粘土，合成粘土，硅藻土，鋁礬土，硅石，飛灰，二氧化硅煙塵，片狀鋁礬土，陶土，微球，空心玻璃球，多孔陶瓷球，石膏二水合物，碳酸鈣，鋁酸鈣，軟木，種子，輕型聚合物，硬硅鈣石(一種晶質(zhì)硅酸鈣膠)，輕型膨脹粘土，未反應(yīng)的水泥顆粒，浮石，分層巖石和其它地質(zhì)材料。
從術(shù)語的最寬的概念看，未反應(yīng)的水泥顆粒也可被認(rèn)為是粒料，甚至廢棄的水硬可固化材料如本發(fā)明廢棄的筆桿能被用于粒料充填物和增強物。
粘土和石膏都是特別重要的粒料材料，因為它們已有的可用性，極低的成本，可加工性，成形容易因為如果加入足夠高的量，它們也能產(chǎn)生一定的的粘接度和強度。粘土是用來限定所有在加水的時候為膏狀而干燥后變硬的土的一般性術(shù)語。主要的粘土包括硅石和鋁礬土(用來制造陶器，瓷磚，磚塊和管子)及高嶺土。兩種高嶺粘土是具有化學(xué)分子式Al2O3·3SiO2·2H2O的蠕陶土和具有化學(xué)分子式Al2O3·4SiO2·H2O的蒙脫土石。然而粘土可以廣泛地包括各種各樣的其它物質(zhì)如氧化鐵，氧化鈦，氧化鈣，氧化鋯和黃鐵礦。
另外，雖然粘土已被用了一千年并且不用焙燒就產(chǎn)生硬度，這種未經(jīng)焙燒的粘土遇水浸極易損壞，因而不適用于可能遇著水蒸氣的筆桿。也就是說，未焙燒的粘土和焙燒了的粘土在水泥結(jié)構(gòu)材料中提供了好而便宜的粒料。
同樣，石膏半水合物也是可水合的并且在有水的情況下形成硫酸鈣二水合物。這樣，石膏依是以半水合物還是以二水合物形式(和濃度)加入到水硬可固化混合物中可以顯示出粒料和粘合劑的特性。
使水泥混合物另有輕型特性的粒料的舉例包括珍珠巖，蛭石，玻璃珠，碳酸鈣，合成材料(如多孔陶瓷球，片狀鋁礬土等)，軟木，輕型膨脹粘土，沙子，石子，巖石，石灰石，沙石，浮石和其它地質(zhì)材料。
除了水泥廠中所用的普通粒料外，更廣泛的各種各樣的其它粒料在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以與水硬水泥結(jié)合使用，這些粒料包括填充劑和包含金屬，金屬合金(如不銹鋼，鋁酸鈣，鐵，銅，銀和金)，球或空心合成材料(如玻璃，聚合物和金屬)，木銷，小球，粉末(如微硅石)和纖維(如石墨，硅石，鋁礬土，玻璃纖維，聚合物，有機(jī)纖維和其它用于制備各種形式的組合物的纖維)的增強劑。甚至在本發(fā)明中象種子，淀粉和瓊脂類材料這樣的材料能夠被包括在粒料中。
從上述可見，應(yīng)當(dāng)看出在混合物中特定粒料的量依特定筆桿的所需的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)而有所不同。該量能從不加粒料直到大約為水硬可固化混合物重量的90％間大幅度地變化。該幅度在大約3％到60％更好而最好在大約20％至50％。
此外，應(yīng)當(dāng)理解對于任何給定的產(chǎn)品，上述粒料中的某些可能是適用的而其它可能不適用。如，某些粒料可能含有有害物質(zhì)由于某些應(yīng)用它們將從水硬可固化混合物中滲出；也就是說，所選的材料的大多數(shù)不僅無毒，而且它們也比現(xiàn)有的可處理產(chǎn)品更有利于環(huán)境。
纖維材料被用在本發(fā)明中主要是改進(jìn)了水泥混合物的重量特性，增加混合物的形狀穩(wěn)定性及增加制成的水泥基體的強度和撓性，雖一定的些纖維還會使最終產(chǎn)品具有某些隔熱能力。因此術(shù)語“粒料”將指其它非纖維填充材料，并且其功能主要是使材料具有強度，流變結(jié)構(gòu)和隔熱性質(zhì)。
依本發(fā)明，通常選用包括許多不同尺寸和等級能夠更完全地填充在粒料和水硬粘合材料顆粒之間的空隙的粒料。最佳的顆粒搖實密度通過消除需用水來填充的空間通稱筆細(xì)現(xiàn)象的水來減少水的需要量以獲得適當(dāng)?shù)目杉庸ば浴４送?，用少量的水增加最終變硬產(chǎn)品的強度(依據(jù)Feret公式)。
為了優(yōu)化搖實密度，不同尺寸的尺寸范圍從小至大約0.5μm到大至大約2mm的顆?？梢员皇褂?當(dāng)然，制出產(chǎn)品的所需目的和厚度將決定所用的各種粒料的適當(dāng)?shù)念w粒尺寸)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知粒料的本性和尺寸被用來達(dá)到最終水硬可固化筆桿的所需特性。
在本發(fā)明的一定的優(yōu)選實施例中，可能需要把在水硬可固化混合物中的粒料的量增到最大值，以便極大地提高粒料的性質(zhì)和特性(如強度質(zhì)量，低密度或高絕熱性)。顆粒搖實技術(shù)的用法可以被用于水硬可固化材料中，以便把粒量的增到最大值。
顆粒搖實的詳細(xì)討論見于下述由本發(fā)明的發(fā)明人之一Johansen V與Audersen，P.J.合著的發(fā)表在American CeramicSoeiety(1991)，111-147頁Materials Science of Conerete II上的“Particle Packing and Concrete Properties”另外的信息是在The Danish Academy of Techical Science上公開的Anderson，P.J.的博士論文“Control and Monitoring ofConcrete Production—A Stady of Particle Packing andRheology”中現(xiàn)成的。粒料這樣搖實的優(yōu)點參見下面的不同尺寸的空心玻璃球被混合以使在水硬可固化混合物中的玻璃球達(dá)到最大量的實例能被進(jìn)一步理解。
較好的輕型的也是絕熱的料料包括膨脹或片狀蛭石，珍珠巖，鍛燒硅藻土，和空心玻璃球所有這些有助于包含大量的含有的空隙空間。然而在此所并不意味著窮舉，那些粒料由于成本低而且已經(jīng)現(xiàn)成而被選用。
粒料也能為產(chǎn)生預(yù)定的色彩或紋理而被加入混合物中。色彩和設(shè)計也可通過加入金屬填充物或普通的染料而被修改。此外，磁性金屬能被加入以磁化標(biāo)記器具。
為了將強度提到最高，一般要求將氣穴降到最低。在標(biāo)記器具中將氣穴提高到最大量具特別合乎需要的，在此，標(biāo)記芯被直接地結(jié)合在水硬可固化筆桿內(nèi)以增加結(jié)合強度。
在水泥混合物中的氣穴在大多數(shù)標(biāo)記器具的制造中將被降到最少，但當(dāng)需要很輕的筆桿時，氣穴能被有意地結(jié)合在筆桿的結(jié)構(gòu)中。氣穴在水硬可固化混合物中的結(jié)合能被認(rèn)真地計算以得出筆桿中所需的濃度。而不致將其強度降低到不適用的點。氣穴能被用化還或能代替輕型粒料以減少筆桿的比重。然而一般如果比重或絕熱能力不是特定產(chǎn)品的一個重要特征，將氣穴減到最少以將強度和抗?jié)B透性能提到最高同時將體積降到最小是重要的。
一個具有氣穴的基體能夠與涂層或?qū)訝钪破放浜鲜褂靡栽黾庸P桿的強度，能與具有氣穴的基體一同使用的涂層和層狀制品將在下面作更詳細(xì)地討論。
在特定實施例中，不成團(tuán)的氣穴可通過對水硬可固化混合物與泡沫劑或穩(wěn)定劑的高剪力，高速度的混合被加入，泡沫劑和穩(wěn)定劑有助于氣穴的引入。上面討論過的高剪力，高速混合器是特別適用于達(dá)到上述所需的目的。適用的泡沫劑和穩(wěn)定劑包括通用的表面活化劑。一種目前優(yōu)選的表面活化劑是一種多肽烯化多羥基化合物，如Mearlcrete泡沫液。
與表面活化劑配合，可能需要用象Mearlcel 3532這樣的穩(wěn)定劑穩(wěn)定產(chǎn)生的材料，Mecrlcel 3532是一種合成液體陰離子生物降解溶液。Mearlcrete和Mealcel都可以從新澤西州Mearl公司購得。另一種泡沫和穩(wěn)定劑是松香皂熱塑料樹脂。此外，流變改良劑起到穩(wěn)定被產(chǎn)生的空氣的作用。
在空氣的產(chǎn)生過程中，在高速混合器上的大氣能充滿了一種如二氧化碳之類的氣體，這已被發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致一個早期的臨時固化及產(chǎn)生水硬可固化混合物的形狀和泡沫穩(wěn)定性。早期臨時固化和泡沫穩(wěn)定性被認(rèn)為是CO2與在水硬可固化混合物中的氫氧離子反應(yīng)生成可溶納與碳酸鉀離子的結(jié)果，它進(jìn)而與逐步介入的鋁酸鹽相互作用并加速混合物的固化。
泡沫適于幫助保持分散劑并防止在固化的水硬可固化混合物中的氣穴聚集。防止氣穴聚合的損壞實際上減少了水硬可固化混合物的絕熱效果，同時大大地減少了強度。提高pH，增加諸如鈉或鉀等可溶堿金屬的濃度，加入諸如聚糖流態(tài)改良劑的穩(wěn)定劑并且在水硬可固化混合物中仔細(xì)調(diào)整表面活化劑和水的含量都有助于增加混合物的泡沫穩(wěn)定性。
空穴可以通過將簡單的諸如鋁、鎂、鋅或錫等金屬氧化物加入到水硬混合物中被交替地引入水硬可固化混合物中，水硬混合物或是天然堿如水泥的或含混合物的氧化鈣或者是一種已被制成的堿如包含石膏或其它低堿水硬粘接劑。上述反應(yīng)導(dǎo)致在水硬可固化混合物各處有微小氫氣泡的析出。加入一種如氫氧化鈉這樣的堿和/或加熱，水硬可固化混合物增加氫氣泡產(chǎn)生的速率。
在成形和/或硬化水硬可固化混合物的過程中，加熱水硬可固化混合物以增加氣穴系的體積通常是所需的。加熱也有助于迅速地從水硬可固化混合物中去除有效量的水，由此，增加成形了的產(chǎn)品的初始強度。
如果氣體已被送入水硬可固化混合物中，例如加熱混合物到250℃將導(dǎo)致(依理想氣體方程式)氣體體積增加大約85％。當(dāng)加熱是適當(dāng)?shù)臅r候，已發(fā)現(xiàn)在大約100℃至250℃范圍內(nèi)是加熱所需要的。更重要的是，如果適當(dāng)?shù)乜刂萍訜幔瑢⒉粫?dǎo)致筆桿結(jié)構(gòu)機(jī)體的破碎或在筆桿的表面紋理上產(chǎn)生缺陷。
在其它應(yīng)用中，在水硬可固化混合物的粘度高的情況下，如在一特定的成形工藝中被要求，通過高剪力混合獲得足夠量的空穴是更困難的。在這種情況下，空穴可以通過在水硬混合物中加入一些簡單的金屬氧化物，如鋁、鎂、鋅或錫的氧化物被交替地帶入到水硬可固化混合物中。水硬混合物或是天然堿(如水硬水泥或含混合物的氧化鈣)或是一種已被制成的堿(如包含石膏或其它堿水泥粘合劑)。
上述反應(yīng)導(dǎo)致在水硬可固化混合物各處有微小氧氣泡的析出。加入一種如氫氧化鈉這樣的堿和/或加熱(如下面所說明的)水硬可固化混合物增加氫氣泡產(chǎn)生的速率。
為引起化學(xué)反應(yīng)和增加氫氣泡的形成速率而加熱混合物可以被進(jìn)一步說明。已發(fā)現(xiàn)把已成形的產(chǎn)品加熱到大約50℃到100℃而優(yōu)選在大約75℃至85℃的溫度范圍有效地控制反應(yīng)并驅(qū)散有效量的水。再有，該加熱過程不導(dǎo)致成形產(chǎn)品基體破碎的發(fā)生。這第二種在結(jié)構(gòu)基體中產(chǎn)生氣穴的方法在某些成形工藝中使用低粘性水硬混合物的情況下能被用來配合或替換通過高速高剪力混合產(chǎn)生空氣。
最后，在成形過程中，通過在混合物中加入在加熱混合物時會膨脹的發(fā)泡劑，使氣穴被加入水硬可固化混合物中。發(fā)泡劑一般由低沸點液體和細(xì)分的碳酸鈣(白堊)組成，白堊和發(fā)泡劑被均勻地混合在水硬可固化混合物中并被保持在壓力下同時加熱。液態(tài)發(fā)泡劑滲入到各個白堊顆粒的細(xì)孔中，該顆粒當(dāng)壓力突然減少發(fā)泡劑熱膨脹時作為發(fā)泡劑能從中汽化的點。
在成形過程中，混合物能在被壓縮的時候被加熱。同時該加熱通常會導(dǎo)致發(fā)泡劑汽化，壓力增高阻止了發(fā)泡劑汽化由此暫時產(chǎn)生一個平衡。當(dāng)材料成形或擠壓成形后壓力被解除，發(fā)泡劑汽化，由此使水硬可固化材料膨脹或“發(fā)泡”。水硬可固化材料最終帶著在結(jié)構(gòu)基體中遍布的細(xì)小分散的空穴變硬。水也能作為發(fā)泡劑，條件是混合物被加熱到水的沸點以上并保持不高于50巴的壓力。
空穴增加了水硬可固化筆桿的絕熱性能并且也大大減少了體積密度并因此減少了最終產(chǎn)品的重量。這樣減少了制成產(chǎn)品的整體質(zhì)量同時減少了筆桿制造所需的材料量和減少了在一次性筆桿的情況下最終廢棄材料的量。
在有些情況下可能需要通過在混合物中加入一定量的固化促凝劑加速水硬可固化混合物的初始固化。固化促凝劑包括Na2CO3，KCO3，KOH，NaOH，CaCl2，CO2，三乙醇胺，鋁酸鹽，和強酸的無機(jī)堿鹽，如HCl，HNO3和H2SO4。實際上，任何增加石膏和Ca(OH)2的水溶性的化合物將有助于加速水硬可固化混合物具體為水泥混合物的初始固化。
可以被加入到具體水硬可固化混合物中的固化促凝劑的量將依所需的固化加速程度而定。進(jìn)一步將依不同的情況而定，包括，混合的設(shè)計，在混合各種成份與成形與擠壓成形水硬可固化混合物的步驟之間的時間間隔，混合物的溫度，及固化促凝劑的本性。一個本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠依特定制造工藝的參量調(diào)整加入的固化促凝劑的量，以優(yōu)化水硬可固化混合物的固化時間。固化催化劑的量將被包含在小于水硬可固化粘合材料重量的2％之內(nèi)。
有許多用水硬可固化混合物加工出本發(fā)明的標(biāo)記器具的方法。大多數(shù)方法一般基本上包括材料和水的機(jī)械混合和通常擠壓和鑄模使它們成形。另一種方法包括壓實水硬可固化材料成為所需的形狀然后水合混合物而不必一般的材料的機(jī)械混合。在標(biāo)記器具通過上述方法之一成形后，標(biāo)記器具能接受其它工藝步驟如加熱，涂覆和層壓筆桿的處理。
水硬粘合材料，粒料，纖維和(可隨意選擇地)氣穴的結(jié)合產(chǎn)生了能成形為大致與用木材或紙制的普通筆桿同樣厚度的筆桿的組合物。此外，該組合物能被成形為適于標(biāo)記芯可置換和標(biāo)記芯被固定在其中的筆桿形狀。
在減少筆桿的比重而使用含有氣穴的輕型粒料的同時增筆桿強度一般是可能的。這使得水硬可固化粘合物基體更強，更持續(xù)地與顆粒保持在一起。在混合物中的粒料的量部分決定著筆桿附著于如鉛筆這樣的不用粘結(jié)的在標(biāo)記器具中的標(biāo)記芯的能力。此外，在混合物中的粒料的量部分決定著標(biāo)記器具的多孔性。具有水硬可固化筆桿的鉛筆的多孔性被設(shè)計成允許用傳統(tǒng)的鉛筆削刀來削水硬可固化筆桿的鉛筆。用于這樣的鉛筆中的粘料必須是足夠小的以避免由于鉛筆刀削粘料的表面而產(chǎn)生大的開孔。
為了顯示材料的最好的抗拉強度和韌性性質(zhì)，依本發(fā)明纖維能被單向或反向排列或堆疊，取代無規(guī)則地散布在整個結(jié)構(gòu)基體中。通常首選纖維在一個縱向平行與筆桿的平面被鋪置。
這樣的纖維排列能由許多方式被完成，如由振動，沖壓，抽捆，熱壓，劑壓或壓制水硬可固化混合物。一般纖維按在鑄模或壓制成形過程中材料的流動方向取向。通過在鑄模或壓制成形過程中控制材料的流動狀態(tài)能夠制成一個具有所需纖維取向的筆桿。
這些工藝也使通常在普通混凝土件制造當(dāng)中發(fā)生的關(guān)于較大的，連續(xù)的和不需要的氣穴囊的孔隙率接近于零。這大大增加了水硬可固化材料的抗壓和抗拉強度，并減少了并筆桿受到外部機(jī)械力作用時基體裂開或破損的趨向。這樣的不需要的空穴在成形前通過對材料的排氣被降到最少。討厭的空穴的最大量在當(dāng)制造象鉛筆這樣需要將標(biāo)記芯與水硬可固化筆桿牢固地粘合在一起的標(biāo)記器具是特別重要的。
討厭的間斷或空穴在普通水泥產(chǎn)品中不應(yīng)與通過直接輸入氣體，高剪切混合器的應(yīng)用或反應(yīng)性金屬的加入等可能有意引入水硬可固化結(jié)構(gòu)基體中的細(xì)質(zhì)地所需不連續(xù)微型空氣(或其它氣體)穴囊?？昭ɑ蜷g斷地大量地并且隨機(jī)地分布，而從改變諸如筆桿的體積特定比重這樣的性質(zhì)方面看不明顯，而同時大大地減少了結(jié)構(gòu)基體的完整性和減少了強度特性。
相反，有意引入的氣泡或氣穴通常均勻而細(xì)質(zhì)地分布在整個水硬可固化混合物中，氣穴的應(yīng)用能制造出輕型筆桿而基本上不減少作為基礎(chǔ)的水硬可固化結(jié)構(gòu)基體的強度。此外，本發(fā)明的筆桿能被設(shè)計成具有緩沖特征。具有緩沖特征的筆桿能與獨立應(yīng)用的標(biāo)記器具的夾子相一致。
為了本發(fā)明的水硬可固化混合物被有效地成形，重要的是適于在濕狀態(tài)成型的水硬可固化組合物；也就是說，成形的產(chǎn)品必須快速地(選擇在三秒之內(nèi)或更短)能夠支托自己的重量。進(jìn)一步地，它必須充分地硬化能從模子中迅速退出的產(chǎn)品。此外，制模的成本可以使該工藝不經(jīng)濟(jì)。另外，成形物的表面不能太膠粘，這樣會使脫模，搬運和堆放成形的物品很困難。
通過改變水泥，水，粒料，纖維和流變改良增塑劑的量，能夠控制水硬膏的流態(tài)或流動性質(zhì)。例如，當(dāng)沖壓，振動或注射模制被使用通常選擇首先一個較高粘性的在初始狀態(tài)高成形穩(wěn)定的水硬可固化混合物，然后得出的模制產(chǎn)品在成形后甚至在被干燥或變硬前保持其形狀。
當(dāng)擠壓，延壓，抽捆或熱壓被使用時，水硬可固化混合物最好是粘性小而有較低的屈服應(yīng)力，這樣它將更適于加工并流動容易。由于由這種方法成形的筆桿通常將被加熱，以去除大多數(shù)水份完成更干，更形狀穩(wěn)定的產(chǎn)品，及必要象在其它模制方法過程中那樣使水硬可固化混合物具有高屈服應(yīng)力或濕形狀穩(wěn)定性。
即便如此，甚至這些低粘性水硬可固化混合物在加熱時都能實現(xiàn)快速形狀穩(wěn)定，使使用它們的制造工藝能被商業(yè)化地接受并具有大規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)品的能力。在大多數(shù)情況下較高的制造成本的重要原因是產(chǎn)品在模子中所呆時間較長。
無論高粘性還是低粘性的水硬膏被需要，總是要求有一點所需的水以給予特定的模制工藝以必須的流變性。把水份減到最低限的一個原因是控制在水硬可固化混合物中水的毛細(xì)作用，因為這可能導(dǎo)致水硬可固化混合物的粘接性，進(jìn)而會產(chǎn)生混合物從模子中脫模的問題。盡量減少水份量消除了游離水份并減少材料對于模子的化學(xué)和機(jī)械的附著力。因此，水的毛細(xì)作用和有關(guān)的表面張力如可能應(yīng)被盡量減小，以在模制過程中快速地脫開水硬可固化混合物。
此外，如果用少量的水得出的水硬可固化產(chǎn)品是結(jié)實的。當(dāng)然，初始加入較多的水將要求在干燥或硬化過程中從水硬混合物中排除較多的水，由此增加了制造成本。
為了獲得具有適當(dāng)?shù)目杉庸ば院蜐駨姸刃再|(zhì)的水硬可固化混合物，調(diào)節(jié)水在其中用了流變改良劑并選擇地用了分散劑的水硬可固化混合物的組合物中的含量是重要的。如上所討論的，有各種適用的流態(tài)改良劑。
流態(tài)改良劑增加屈服應(yīng)力并使混合物更具塑性，這樣它能被變形和模制，而后在模壓解除時保持其形狀。這使得模制的產(chǎn)品耐得住象重力(即它能不用外支托自己支托自身重量)及與產(chǎn)品從模子中脫出和隨后在筆桿成為基本變硬的之前對它的搬運有關(guān)的力之類的力。
有一些對普通模制工藝的修改，它們被優(yōu)選地應(yīng)用，以簡化制造工藝。如，要求反復(fù)用脫模劑處理模子以防止粘合。適用的脫模劑包括硅油，Tefoln，Deleron和VHW。最好，模子本身是由不銹鋼制成和/或涂有一層非光滑的表面涂層材料如Teflon，Deleron或大約0.1RMS的拋光鍍鉻。
相同的效果可以由摩擦力來實現(xiàn)。通過旋轉(zhuǎn)靠在水泥材料的內(nèi)和/或外表面上的模制裝置的頭，對于模子的任何化學(xué)和機(jī)械的粘接(如粘合)能被克服。
在成形和固化水泥材料的過程中，通常需要對水泥混合物加熱，通過使在筆桿中多孔率和容量的適當(dāng)控制來控制氣穴系統(tǒng)。然而，這樣的加熱過程也通過使表面迅速產(chǎn)生強度而有助于構(gòu)成在初始狀態(tài)水泥混合物的形狀穩(wěn)定(成形后立即)。當(dāng)然加熱有助于從水硬可固化混合物中排出有效量的水。這些改進(jìn)的結(jié)果是加熱工藝的采用能簡化筆桿的生產(chǎn)。
如果一種氣體被輸入到水硬可固化混合物中，然后加熱該混合物到250℃將導(dǎo)致(據(jù)氣體體積公式)該氣體增加其體積約達(dá)85％。當(dāng)加熱是適當(dāng)?shù)?，可以發(fā)現(xiàn)所需的加熱溫度在約100℃至250℃的范圍。更重要地，當(dāng)適當(dāng)?shù)乜刂茣r，加熱將不會導(dǎo)致在筆桿結(jié)構(gòu)中破碎的形成或筆桿表面紋理有缺陷。
實際上，在模制工藝中加CO2氣到水硬可固化混合物的工藝能幫助模制成形的產(chǎn)品快速地達(dá)到穩(wěn)定性。由上述說明，很明顯，這可通過CO2氣體或CO2生成材料如鋅，鋁之類的簡單的氧化金屬來實現(xiàn)，其中CO2的生成過程能通過加堿或加熱來加快進(jìn)行。
用于制備本發(fā)明筆桿成形用的水硬可固化材料的混合系統(tǒng)包括一個混合物，一個搬運機(jī)和通常的一臺擠壓系統(tǒng)。材料被裝入一個給料斗，在此通過稱重被計量并被送入一個用于水硬可固化混合物的混合器。如上所述，水硬可固化混合物被用微型結(jié)構(gòu)工藝制造成有特定需要的性質(zhì)。因此，體積材料的計量依水硬可固化混合物的設(shè)計規(guī)范被調(diào)整到適當(dāng)?shù)拇笮　?br> 混合方法基本上與通過鑄模和通過壓模成形的筆桿相同。然而混合物的組成將改變。當(dāng)混合物被適當(dāng)?shù)膿胶虾?，該混合物能用上述任何方法來成形為筆桿。
制備所需混合物的一個方法包括步驟(a)混合粉末狀水硬可固化材料和水以形成一種膏或混合物并最好應(yīng)用分散劑；(b)在高剪力的混合使用下在膏中摻入纖維材料(如纖維素纖維或其它來源的如玻璃，塑料或金屬的)形成一種纖維在其中很好地分布的混合物；(c)把流變改良劑(如甲基羥乙基纖維素)加入到混合物中使得出的混合物顯現(xiàn)出更塑性化的流變性；及(d)在普通低剪力混合作用下把一種或多種粒料混入混合物中，以產(chǎn)生對混合物所需的性質(zhì)。在替換的實施例中，其它的象加氣劑和反應(yīng)金屬能被加入到混合物中，以獲得有設(shè)計性質(zhì)的混合物。混合物中的加水量對在高剪力混合物條件下，混合各組合成份所需的時間周期有影響?；旌衔锏乃可倨浠旌现芷陂L于水量高的混合物。
用高剪力混合拌入纖維材料以保證纖維材料在整個混合物中被很好地散開。這導(dǎo)致一個更均勻攪拌的混合物，它改善了未固化混合物如濃度并增加了最終固化產(chǎn)品的強度。
通過普通水泥混合技術(shù)纖維材料的加入使得纖維材料聚集，導(dǎo)致得出的筆桿或物品變形。標(biāo)準(zhǔn)混合器如鼓形混合器通過用低動力攪拌或轉(zhuǎn)動組成成份將所需的混合物結(jié)合在一起相反，高剪力混合器比得上大功率負(fù)荷攪拌器并且有快速攪拌混合物的能力，以應(yīng)用高剪切力于水硬可固化材料的顆粒上和所加的纖維材料上而不損壞纖維。由此結(jié)果，纖維材料被均勻地分散在整個混合物中，由此使得以后的筆桿可能有均質(zhì)的結(jié)構(gòu)。好的相對高強度的特定粒料如沙子，硅石或鋁礬土也能被用一個高速混合器攪拌。增塑劑，表面活化劑和穩(wěn)定劑也能被加入。
另一方面，在輕型粒料如珍珠巖，浮石或片狀巖石這樣的粒料情況下，通常最好用低速混合器以免把粒料打成粉末。此外，用Tylose的水硬可固化混合物和絮凝作用一般在低剪力混合的條件下形成。
在另一實施例中，應(yīng)用于混合物中的材料被一個雙螺旋擠壓裝置自動并連續(xù)地計量，混合，排氣，擠壓。雙螺旋擠壓裝置有一個具有特定的如低剪力混合，高剪力混合，抽真空和抽運用途的斷面。雙螺旋擠壓裝置有不同的螺紋螺距和取向以能或該斷面能實現(xiàn)其特定用途。如需要，也可以在一個容器中預(yù)先混合某些成份并把這些預(yù)先混合的成份抽輸?shù)诫p螺旋擠壓裝置中。優(yōu)選的雙螺旋擠壓裝置采用均勻轉(zhuǎn)動螺旋器，其中的螺旋器在同一方向上轉(zhuǎn)動。一種其中的螺旋器在相對方向上轉(zhuǎn)動的反向轉(zhuǎn)動雙螺旋推進(jìn)器實現(xiàn)了同樣的作用。一種拌土機(jī)可以被用來實現(xiàn)同樣作用。
在另一實施例中，一種既可高速又可低速的諸如可由德國EIRICH購得的RV-11混合器之類的水泥混合器以間歇方式被用來計量和混合材料。一個簡單的混合器一般能為下面用于成形筆桿的生產(chǎn)線提供混合好的水硬可固化混合物。該混合器每次能輸送13立方英尺的材料并假定以六分鐘為一個混合周期，它每小時能生產(chǎn)4000磅水硬可固化混合物，這里假定每立方英尺為31磅。
在一個替換實施例中，在US5061319名為“Prcess forProdueing Cement Buileing Material”，US4944595名為“Apparatau for Producing Cement Building Material”，US4552463名為“Method and Apparatus for Producting aColloidal Mixture”及US4225247名為“Mixing and AgitatingDevice”這些前面已被結(jié)合在本文中具體參考的申請中說明的高力混合器能被用來混合水硬可固化混合物。在這些專利范圍內(nèi)的高剪力混合物可從加利福尼亞的圣·巴巴拉E.KHASHOGGI工廠購得。
混合器的內(nèi)在部件為延長使用壽命基本是一個炭化硬質(zhì)層，由此阻止了由粒料或水泥的預(yù)料之中的磨蝕。然而在本發(fā)明范圍內(nèi)的混合物由于在工藝中采用了低壓并且也部分由于當(dāng)任何壓力被施加時提供高級潤滑作用的過量的水，其產(chǎn)生的磨蝕比許多水硬可固化混合物要小。
各種制造具有由水硬可固化混合物制成的筆桿的標(biāo)記器具的不同方法是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。筆桿能夠通過應(yīng)用上述不同方法的各種結(jié)合被成形，這提高了設(shè)計不同標(biāo)記器具的可能性。通過這些方法制造具有由水硬可固化材料制成的筆桿的標(biāo)記器具通過所選擇的成形工藝使混合物流變性的優(yōu)化成為可能并且在成形后不久由于形狀穩(wěn)定的程度而允許成形筆桿的搬運。
制造具有由機(jī)械混合的水硬可固化材料制成的水硬可固化筆桿的多數(shù)標(biāo)記器具的方法能被分到兩個主要的組中，由鑄模成形和由擠壓成形。一種附加的方法包括應(yīng)用一個由水硬可固化材料的薄板，它被包裹在標(biāo)記芯的外邊以構(gòu)成諸如瓷器標(biāo)記筆之類的標(biāo)記器具。
通過模制成形通常需要在該混合物成形為筆桿前去除混合物中空氣，混合物除氣可通過擠壓該混合物實現(xiàn)，通常在模制前該混合物被擠壓，類似地，除氣通常是用水硬可固化混合物制造片的一個預(yù)先步驟。
在本發(fā)明范圍中，水硬可固化混合物的擠壓有多種不同的用法，擠壓提供了成形筆桿和制成剖開的筆桿的有效的方法，擠壓還可通過去除筆桿的空氣作為制成筆桿的一個預(yù)先步驟被利用，擠壓還允許在標(biāo)記芯周圍共同擠壓一水硬可固化筆桿而以一個步驟制成標(biāo)記器具。
為了擠壓水硬可固化混合物成為主桿而制成標(biāo)記器具，一標(biāo)記芯必須被插入筆桿，簡單地由筆桿部件或筆桿零件構(gòu)成一標(biāo)記器具需要該部件或零件在標(biāo)記芯周圍被連接，一個具有剖開的標(biāo)記器具的實施例由擠壓板條提供，該板條類似用于制造木桿鉛筆的木板條形狀那樣具有一半圓槽的對開的筆桿形狀，在擠壓板條被制成后，該板條可在一標(biāo)記芯周圍成對地連接，此外，這種板條可做為一套鄰接的板條被擠壓，并與另一套擠壓的板條配合夾住標(biāo)記芯。
擠壓特別有利于實際上一步成形標(biāo)記器具，它具有一水硬可固化筆桿和一標(biāo)記芯，為了通過擠壓一步制成標(biāo)記器具，該標(biāo)記芯和筆桿被共同擠壓，通過共同擠壓的標(biāo)記器具的成形被用于制造鉛筆和墨水標(biāo)記筆，它們具有塑料主桿和鉛條或纏繞纖維標(biāo)記芯，該標(biāo)記芯和筆桿之間的接合可由標(biāo)記芯與筆桿間的無粘性結(jié)合物產(chǎn)生，當(dāng)希望標(biāo)記芯象鉛筆那樣被固定保持時，這樣特別有利。
圖1、2、3、4、5和6所示標(biāo)記器具的筆桿可通過擠壓一水硬可固化混合物構(gòu)成，在圖1、2、3、4、5和6中記標(biāo)記器具總體用10標(biāo)示，它具有一個水硬可固化筆桿12和一標(biāo)記芯14，圖1、2、3、4、6中的筆桿可整體擠壓成形，圖1、2、3、4、5和6中的筆桿可通過擠壓制成零件或部件，圖1所示的標(biāo)記芯是傳統(tǒng)的鉛筆的，圖2中標(biāo)記芯是一化妝筆芯，圖3中標(biāo)記芯是傳統(tǒng)的標(biāo)記筆纖維，圖4和5中的標(biāo)記芯是墨水吸收件，圖6中標(biāo)記芯是一鉛條頭。
一常規(guī)的活塞擠壓機(jī)可被利用來擠壓該水硬可固化混合物穿過一模具，由該混合物擠壓的制品的形狀由該模具橫截面形狀決定，該混合物可被擠壓成多種形狀，該擠壓制品的形狀或者取決于被用于制造標(biāo)記器具的筆桿的該擠壓過程制造步驟，或者取決于預(yù)先步驟，當(dāng)被用于制造標(biāo)記器具的筆桿時，該壓制標(biāo)記器具的形狀還取決于具體的被生產(chǎn)的標(biāo)記器具。
該模具的形狀可被定形以減少水硬可固化混合物的特定表面區(qū)域到最小，由此夾帶的空氣減至最少，減少夾帶空氣來避免產(chǎn)生次品和不均勻結(jié)構(gòu)體是希望的。
施加的擠壓該混合物的壓力的量取決于多個因素，高壓擠壓有助于制成高強度筆桿，特別地水含量越低，擠壓制品的強度越高，然而，當(dāng)水含量降低時，該混合物的可加工性也降低，實際上這是因為沒有長時間足夠的水包圍粒子并減小其摩擦力，因此該混合物變得難以到位并成形。
當(dāng)高加施加于低水含量的水硬可固化混合物時，在粒子間的空間被減小，當(dāng)這些間隙的空間被減小，存在于該混合物中的水包裹該粒子及減小摩擦力方面變得更有效，因此當(dāng)壓力施加于混合物上，該混合物變得可流動和可加工，因此需添加的水更少，換言之，減少水含量增加了所得產(chǎn)品的強度。在本發(fā)明申請中，由擠壓機(jī)擠壓的壓力越高，需添加入混合物使其可加工的水的量越小，而且，在非常干燥時可添加內(nèi)潤滑劑來簡化擠壓，類似于這類潤滑劑用于粉末壓坯。
盡管總體上需要高的壓力，它在制造低總體密度、輕質(zhì)的筆桿方面有負(fù)面作用，為了制造輕質(zhì)的筆桿，低密度填料(例如珍珠巖或空心玻璃珠)通常被加入該混合物，當(dāng)由擠壓機(jī)施加的壓力增大時，這些填料被壓碎，由此增大了填料的密度和所得筆桿的密度，壓碎填料還會降低填料的隔熱效果，這是因為沒有能長時間保存空氣的小囊。
在最佳實施例中，在該混合物壓成筆桿或做為制成筆桿的預(yù)先步驟的零件前，一個負(fù)壓施加于其上，這可通過在擠壓機(jī)上附裝一真空裝置或者一個傳統(tǒng)的真空螺旋送料器完成，該送料器可用來給擠壓機(jī)供給該混合物，該負(fù)壓將吸收于混合物中的空氣去除，不去除這種空氣可能產(chǎn)生壓制品具有缺陷或不均勻結(jié)構(gòu)體。然而在有些實施例中，該混合物中均勻分散的小氣隙可以是需要的，并且這樣就不需要負(fù)壓了。
吸收空氣可以是減小筆桿密度的有效的方法，必然地，確定的混合物可被設(shè)計成吸收有確定比率的空氣，由此制成的在其壁上具有吸收空氣的氣隙的筆桿或零件將被減小密度，并且還具有低的K系數(shù)。
可以理解，粘接材料通過模具擠壓，將趨于在單方上排列水硬可固化混合物中的纖維材料，使其大體平行于擠壓流出的方向。
連續(xù)的纖維或纏繞纖維，例如Kevlar、Polyaramite、玻璃纖維、碳纖維和纖維素纖維，可以與筆桿同時擠壓，從而加強筆桿并減少纖維需要量，在工作方向上旋轉(zhuǎn)的擠壓機(jī)的盤可被用于同時擠壓連續(xù)纖維，形成纖維外層交叉結(jié)構(gòu)，控制旋轉(zhuǎn)速度和向前擠壓速度，可控制纖維的角度，控制該角度可得到最佳的彈性和拉伸溫度，此外，在纖維之間的空間可被改變得到不同的強度，通過纖維的間隔和所需達(dá)到的強度，所需使用的纖維的量被確定。
傳統(tǒng)的垂直擠壓是用水硬可固化筆桿和標(biāo)記芯一步制成標(biāo)記器具的最好的方法，這種一步制造標(biāo)記器具的方法可被用于圖1、2、3和4所示的實施例。
垂直擠壓可以由活塞擠壓式螺旋擠壓水硬可固化混合物實現(xiàn)，該標(biāo)記芯被引入垂直擠壓混合物流，該混合物被該標(biāo)記芯位于其中心地擠壓，在使用活塞擠壓機(jī)工藝中，水硬可固化混合物有比使用螺旋擠壓機(jī)工藝中低的粘性。
該標(biāo)記芯通過一個標(biāo)記芯供給裝置被垂直擠壓機(jī)中混合物流引入，該供給裝置可以是用于存放并軸向推出標(biāo)記芯的往復(fù)活塞或適當(dāng)?shù)难b置，標(biāo)記芯可以連續(xù)或順序地引入擠壓機(jī)，鉛條、化妝芯和纖維可以以連續(xù)的束的形式，其中墨水儲存器順序地引入。
從垂直擠壓機(jī)的標(biāo)記芯供給裝置出來的標(biāo)記芯被送入一個腔中，該腔容納有水硬可固化混合物，并最終通過一模具的孔，當(dāng)該標(biāo)記芯離開該模具孔時，它被制成筆桿的水硬可固化混合物包裹，該模具孔的橫截面通常確定了筆桿的形狀，然而在真空室中的確定尺寸的規(guī)尺還可被用來確定筆桿直徑更適合，當(dāng)使用連續(xù)的標(biāo)記芯時，需將該被送出的標(biāo)記芯切成需要的長度。
在筆桿與標(biāo)記芯的材料之間形成一粘接，這是用于制造鉛筆的目的，當(dāng)需要改變粘接的強度時，還可使用粘合劑。為了制造標(biāo)記芯與筆桿不粘接的標(biāo)記器具，該標(biāo)記芯放在一可在水中不溶解并防止粘接的包層內(nèi)，或可在筆桿硬化或部分硬化后插入。
一旦成形，該水硬可固化混合物可允許以水硬可固化筆桿所需形狀硬化，為了經(jīng)濟(jì)地制造本發(fā)明的筆桿，它必須被快速硬化到一個值，在那它具有一個足夠的強度，在包裝和運送中不會不大的變形。
該筆桿的硬化可通過將該筆桿暴露在熱空氣中實現(xiàn)，例如在傳統(tǒng)的道爐中，熱空氣的施加鎦出該水硬可固化混合物中的水份，由此增加了粒子間的摩擦力，并由此增加了所得筆桿的強度，更進(jìn)一步，向筆桿施加熱空氣增加了水泥中的反應(yīng)率，通過固化它給筆桿提供了一個早期強度，因此，硬化由增大粒子間摩擦力和水硬可固化混合物固化兩者獲得。
在最佳實施例中，筆桿只被硬化到有在包裝和運輸中不變形的足夠強度，硬化的筆桿含有一小量未反應(yīng)的水，它允許筆桿繼續(xù)固化，并由此在運輸期間和儲存期間增加強度。
在另一個實施例中，熱空氣吹過筆桿上，來增加水硬可固化混合物干燥的速率，由此增加了強化速率。
而且，該空氣可通過一熱壓釜供給，它可調(diào)節(jié)需要凝固的筆桿周圍的濕度、壓力和溫度，增加該濕度和溫度有利于水硬可固化混合物更完善的水化作用，由此制出更強的筆桿。
在任何情況下，隧道爐中的溫度最好不超過250℃，使其避免水硬可固化混合物熱或破壞填加的纖維或塑料。較好溫度在20℃至250℃范圍內(nèi)，最好在30℃至200℃范圍內(nèi)，大多數(shù)在20℃至250℃內(nèi)。
在隧道爐內(nèi)停留的時間取決于隧道內(nèi)的溫度，以及被干燥筆桿的厚度，在筆桿厚度為1毫米，干燥隧道內(nèi)溫度200℃情況下，該筆桿最好在隧道內(nèi)停留45秒。
總之根據(jù)水硬可固化產(chǎn)品的干燥可得出下述結(jié)論
1)溫度越高，干燥時間越短。
2)空氣速率越高，干燥時間越短。
3)一旦大多數(shù)水已去除，該筆桿暴露在高于250℃溫度下將燒壞混合物中的纖維，由此降低了纖維以及筆桿的拉伸強度。
4)該筆桿的材料壁越薄，干燥時間越短。
5)溫度越高，該筆桿的強度越低。
6)在爐中的空氣速率和總的時間對筆桿的拉伸強度有降低作用。
模制可被用于本發(fā)明的圖1、2、3、4、5和6所示的實施例的形式，在圖1、2、3、4和5、6中給出的筆桿的制造可以由本發(fā)明思想提供的許多可能的模制實現(xiàn)，例如注塑、直接模制。濕板模制，干扳模制和液態(tài)模制。該筆桿可通過現(xiàn)有模制技術(shù)已知的傳統(tǒng)模制工藝成形，利如對開模、組合分離模、順序壓模及多腔模。
然而，在本發(fā)明的水硬可固化材料熱制造時，大多數(shù)模制系統(tǒng)可被使用，如塑料的熱成形，在熱制造使得材料成形并允許其凝固期間，用于本發(fā)明的該工藝和設(shè)備基于這種差別被改進(jìn)，此外，該模制工藝和設(shè)備被改進(jìn)允許水硬可固化材料的化學(xué)反應(yīng)，并同時或隨后成形。另一個改進(jìn)是使用低于傳統(tǒng)材料成形所需壓力的壓力成形水硬可固化材料筆桿，較低壓力被需要是因為在混合物中較大量水產(chǎn)生了該水硬可固化材料的自由流動特性。
在模制前，該混合物必須先被混合并在模制工藝預(yù)先調(diào)制中預(yù)制到所需濃度，該混合物的擠壓是需要的，因為確定的擠壓機(jī)可被用來做為連續(xù)計量，混合和除氣裝置，這提高了改變混合物許多不同特性及最終制造的效率。
當(dāng)混合物如前述預(yù)制后，在注塑和直接模制工藝中的下一步是該混合物置于隨后成形筆桿的一套模具中，該模具包括一個有所需形狀的陽模和形狀互補的陰模，由此該混合物在模具中被加壓，制成對應(yīng)模具形狀的筆桿。
在注塑中用的真空螺旋加料機(jī)將混合物注入或送入模具，當(dāng)混合物送入模具時，加料機(jī)給混合物提供一壓差，該壓力差除去混合物中空氣，(除非該空氣被希望產(chǎn)生間隙給出輕質(zhì)特性不有效去除空氣會產(chǎn)生筆桿缺陷或不均勻體。
在注塑中可使用擠壓機(jī)，它被置于活塞動作方向前移動模具，擠壓模具，然后從其上移開，這種配置有利于在不同溫度下擠壓和模制，避免因模具過熱而硬化的混合物堵塞擠壓機(jī)，這種裝置的活塞動作將模具傳送到壓制件的熱量降到最小，并得到一個安全的制造方法。
在該混合物被擠壓后，在注塑和直接模制的過程中都涉及將該水硬可固化混合物置于陽模與陰模之間，該陽模部分地插入陰模從而在模具之間產(chǎn)生一個間隔，該“間隔”由模具配合中一個模具相對另一模具的距離確定，該模具在彼此插入時配合，形成一模具間的模制區(qū)域，該“模制區(qū)域”確定了所需的筆桿形狀，并且是在模具配合時水硬可固化混合物被壓入的區(qū)域。
當(dāng)該模具被設(shè)置使其具有一間隔時，在模具之間保留了一個空腔，這種空腔包括模具間的模制區(qū)域，及一個在模具之間相應(yīng)于間隔的第二區(qū)域，一旦該空腔形成，該水硬可固化混合物可通過一個模具上的孔或通過間隔被置入該空腔、以及模具之間。
在最佳實施例中，該陰模被置入陽模垂直上方，該可水硬固化混合物通過一個延伸過陰模的注入部件注入模具之間，具有陰模在陰模上方的布置是較好的，因為一旦水硬可固化筆桿構(gòu)成并且模具分開，重力有助于保證水硬可固化筆桿保留在陽模上，這樣有利于簡化筆桿從該陰模上移開而筆桿不變形。
在水硬可固化混合物置入之前，最好將模具間的間隔降到最小，使得在最終壓制或模具配合時限制該水硬可固化混合的移動。該混合物移動降到最小減小了該水硬可固化混合物流動的差異導(dǎo)致的最終筆桿不規(guī)則的機(jī)會。該陽模與陰模間的間隔在約2mm至約5cm范圍內(nèi)，2mm至約3cm較好，并且2mm至約1cm最好，另一種將該混合物置入模具間的方法在模具完全分離時完成，該方法包括將該水硬可固化混合物制成一塊部分，該部分足夠制造筆桿，然后將該塊放在模具之間，特別是放在陽模頂面上，當(dāng)該模具配合時，該塊被在模具間擠壓。
在一個替換的實施例中，一個模板被用來放置該水硬可固化塊，在這個實施例中，該陽模具有一個有圓周邊的基部，該模板包括一個提供給該陽?；恐苓叺耐ǖ?。
該方法包括構(gòu)成一個水硬可固化混合物塊部分，該塊具有跨在模板通道上的足夠大的直徑，該塊被放在模板上使其跨在通道上，最后，該模板放入陽模與陰模之間，使其通道對準(zhǔn)模具，由此，當(dāng)模具被壓到一起時，該陽模穿過通道，在模具之間擠壓該水硬可固化混合物。
上述方法可進(jìn)一步包括將模板置入該陽模上的步驟；當(dāng)該塊自由地位于陽模上時，該模板與陽?；课恢孟鄳?yīng)。當(dāng)該模具被壓在一起時，該塊在模具之間又被擠壓，使用該模板的附加的益處將在下面涉及將筆桿從模具移出的步驟中詳述。
制造過程的下一個步驟是在該陽模與陰模之間擠壓該水硬可固化混合物，將水硬可固化混合物模制成水硬可固化筆桿所需的形狀。
由模具施加的壓力將該水硬可固化混合物制成該筆桿所需輪廓，該壓力必須足夠，在模具中間有效地模制該水硬可固化混合物，進(jìn)一步，最好是該壓力足夠，以制出最終表面均勻光滑的筆桿。
施加給該水硬可固化混合物的壓力的量還對所得筆桿的強度有影響，研究發(fā)現(xiàn)所得產(chǎn)品的強度由混合物中水泥粒子密集而增大，在該模具中用于擠壓水泥混合物的壓力越高，水泥材料粒子被壓得越壓得越密集，這就是說，在該水硬可固化混合物中孔隙率越小，得到的產(chǎn)品的強度越高。
當(dāng)給低含水量的水硬可固化混合物施加一個高的高壓時，粒子間的間隔被減小，這樣存在于該混合物中的水在包裹該粒子和減小它們的摩擦力方面變得更有作用，實質(zhì)上，當(dāng)給水硬可固化混合物加壓時，該混合物變得更易流動和可加工，并且這樣，需加入的水更少，在另一方面，得到的產(chǎn)品的強度被提高。在本發(fā)明申請中，由模具擠壓的壓力越高，需添加到混合物中的水的量越低。
雖然通常需要較高的壓力，它也有負(fù)面作用，為了生產(chǎn)輕質(zhì)的水硬可固化筆桿，通常在混合物中添加低密度填料(例如珍珠巖或空心玻璃珠)，當(dāng)由模具加的壓力增大時，填料被壓碎，在降低該填料的隔熱作用同時，增大了填料的密度及所得到筆桿的密度。
因此，由該模具施加的壓力應(yīng)被優(yōu)選，使得水硬可固化筆桿的強度，結(jié)構(gòu)完整性提到最高，并降低密度，在本發(fā)明中，由該陽模和陰模給該水硬可固化混合物施加的壓力在從約50至100,000磅/英寸2范圍內(nèi)，更好地從約100至約20,000磅/英寸2，最好從約150至約2000磅/英寸2。然而，如下面描述，壓力值還將依模制工藝中的溫度和時間而改變，深拉的筆桿通常需要增大速度以減少壓制所需時間，該時間必須減小來保持所需的流動性而不過早干燥該材料。
壓制的步驟進(jìn)一步包括當(dāng)該模具被壓在一起時從模具中排出空氣，不有效地排出這些空氣可能在水硬可固化筆桿的主體上產(chǎn)生小空氣穴或缺陷，典型地，在該模具間的空氣在模具被壓在一起時通過模具間的間隔被排出。
在一個變換的實施例中，該模具可以具有一系列穿過該模具有排氣孔，使其可透過，由此，當(dāng)該模具被壓在一起時，該模具間的空氣經(jīng)過排氣孔被排出，排氣孔由此避免了小空氣穴形成于空腔中，這些空氣可使水硬可固化筆桿變形。
在該模具分離時，通過允許空氣回到空腔中，排氣孔還避免了在空腔中產(chǎn)生真空，這種真空可在新制成的水硬可固化筆桿上施加一不適當(dāng)?shù)牧ΓM(jìn)一步地，排氣孔允許加熱過程中產(chǎn)生的蒸氣的排泄，這在后面將被詳述，該排氣孔可存在于一個或兩個模具上。
在制造過程中的下一個步驟是加熱該水硬可固化混合物一足夠的時間，以形成水硬可固化筆桿的穩(wěn)定性，該較好的加熱該混合物的方法包括，在擠壓該水硬可固化混合物前，將該陽模和陰模每個加熱到相應(yīng)的溫度。
在壓制階段提高溫度能起到多種作用，簡化將該水硬可固化混合物模制成筆桿而不壓碎填料，該混合物中加入了過量的水。通過加熱的模具到達(dá)該混合物，該水硬可固化混合物中的水份以蒸汽的形式蒸發(fā)出去，由此減小了水的體積百分率，并因此提高了筆桿的最終強度。
另外，在筆桿表面上的水蒸發(fā)出去時，該水硬可固化混合物的那部分迅速變干，在該混合物中變干粒子之間的摩擦力在筆桿外圍形成一硬的薄“殼”，它給該水硬可固化筆桿提供了形狀穩(wěn)定性。
該水硬可固化混合物的加熱還增加了固化速率，如下面描述的，該模具保持?jǐn)D壓該水硬可固化混合物一個短的時間，只有一部分混合物反應(yīng)固化，形狀穩(wěn)定性需要的溫度基本值是因干燥粒子間的粘合和摩擦力以及其內(nèi)部表面力的結(jié)果，結(jié)果是在實現(xiàn)形狀穩(wěn)定后，該筆桿仍然是濕潤狀態(tài)。
當(dāng)使用材料塊制造筆桿時，快速形成濕潤狀態(tài)的水硬可固化筆桿形狀穩(wěn)定性的能力是很重要的，形狀穩(wěn)定性允許該筆桿迅速從擠壓裝置中移出，使得新的筆桿能夠使用同一擠壓或模制設(shè)備成形。
增加該模具溫度的另一個目的是將水硬可固化混合物粘著該模具降到最小，當(dāng)蒸汽從模具中排出時，它在該模具與該水硬可固化混合物之間產(chǎn)生一附著層，這種附著層提供了一個大致均勻的力，將該水硬可固化混合物從模具上推開，這樣避免了該混合物粘著在模具上。
進(jìn)一步，研究已知如果該陽模與陰模具有一個溫度差，在該模具被分開時，該水硬可固化材料將趨于保留在有較低溫度的模具上，由此，在該模具分開時，通過該所需模具具有較低溫而可選擇該水硬可固化筆桿保持于其上的模具。
該模具的各自的溫度對于將制造過程的速度提到最高是重要的，并且部分地視該模具與該材料接觸的持續(xù)時間而定，總體上，希望溫度盡可能高，溫度越高，該筆桿表面的干燥越快，該筆桿被移出越快，并且在單位時間中制造的筆桿越多。
然而，高的溫度的問題是如果該水硬可固化混合物過熱，對應(yīng)該筆桿表面上的水脫出該構(gòu)料，而變成蒸汽，突然取消有助于脫模的壓力可導(dǎo)致一旦該模具分開，該模制的筆桿爆裂，或有時爆炸(雖然這種爆裂通?？赏ㄟ^加快擠壓的閉合和打開速度被解決)。
進(jìn)一步，該水硬可固化材料凝固化越快，因流動差產(chǎn)生水硬可固化筆桿的變形的可能性越大，當(dāng)該模具壓在一起，該水硬可固化材料流至所需形狀，然而，一旦筆桿表面的水硬可固化混合物被干燥，該干燥的水泥與保持濕潤的水硬可固化材料有不同的流動特性，這種流動特性的差別可能導(dǎo)致水硬可固化筆桿的變形，例如結(jié)團(tuán)、空穴、破裂及其他結(jié)構(gòu)主體上的不均勻。
因此，時間與溫度之間的關(guān)系是，當(dāng)模具與水硬可固化混合物接觸時間被減小時，該溫度可被提高，進(jìn)一步，當(dāng)模具間的間隔增大時，溫度可被提高，然而，存在該水硬可固化混合物不被破壞溫度能夠達(dá)到的最高極限。
為了實現(xiàn)上述目的，較好的該陰模與陽模被加的溫度在約50℃至約200℃范圍內(nèi)，更好在約75℃至約160℃范圍內(nèi)，最好在約120℃至約140℃范圍內(nèi)。因為前述原因，在模具分開后，希望該水硬可固化筆桿保持在陽模上，因此，該陽模最好比陰模的溫度低，該溫度差最好在約10℃至約30℃范圍內(nèi)。
被加熱的陽模與陰模與該水硬可固化材料接觸的持續(xù)時間(即模具合并的時間)較好地在約0.05秒至約30秒范圍內(nèi)，更好地在約0.7秒至約10秒內(nèi)，最好地在約0.8秒至約5秒范圍內(nèi)。
在一個變換的實施例中，加熱該水硬可固化筆桿的步驟進(jìn)一步包括在模具分開后，但該筆桿從模具上移走前，即該水硬可固化筆桿支撐在陽模上期間中，該水硬可固化筆桿暴露在熱空氣中，這種暴露在熱空氣中保證了筆桿從模具上移走前，該筆桿形成穩(wěn)定。
在另一個變換實施例中，加熱水硬可固化混合物步驟可通過將該水硬可固化混合物暴露在微波、X射線及紅外線中實現(xiàn)。
當(dāng)該模制產(chǎn)品已達(dá)到部分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，該新成形的水硬可固化筆桿被從模具上移開，在最佳實施例中，當(dāng)該模具分開時，該水硬可固化筆桿保留在該陽模上。在一個實施例中，當(dāng)模具分開時，該陽模和該陰模旋轉(zhuǎn)，以此避免該水硬可固化筆桿粘連該模具。
一旦該模具分開，加熱的空氣吹過該筆桿數(shù)秒鐘(如前述)，進(jìn)一步增加形狀穩(wěn)定性，然后從該陽模上移開該水硬可固化筆桿而不變形，一標(biāo)準(zhǔn)的方法，例如氣吊，被用于從該陽模上移開該水硬可固化筆桿，氣吊是一種裝置，其中一個負(fù)壓被施加用于將筆桿從該模具上移開，然后，該筆桿穿過一個存放該筆桿的U形管。
該氣吊方法主要是為了堆放形狀穩(wěn)定的筆桿，并且其操作和主體成本低。用于干燥筆桿的熱空氣可用于提供攜帶筆桿穿過該管全長的空氣輸送，該空氣噴管是簡單的位于陽模上導(dǎo)管，通過它空氣被吹入來提供一個均勻的力，將該筆桿推離該陽模，這種空氣噴管象所述的排氣孔那樣具有相同的尺寸、形狀和位置。
在一個實施例中，該空氣噴管與排氣管是一個或相同的，該噴入噴管的空氣必須足夠低而不使該筆桿被破壞。最好的移動水硬可固化筆桿的機(jī)械方法是結(jié)合使用模板。
該模板是環(huán)形地位于該陽?；坎⑶铱梢苿娱_，通過提高該模板或降低該陽模，該水硬可固化筆桿借助于其端緣位于模板上，當(dāng)該筆桿被移離開模具，該筆桿由于其干燥的表面而形狀是穩(wěn)定的，然而，該筆桿將在其側(cè)壁間具有濕潤的水泥，因此它沒有達(dá)到最大強度，在這種條件下，該水硬可固化筆桿在沿其垂直軸向上最強，因此，使用模板的益處是，移動筆桿所施加的力沿筆桿最強的軸施加，筆桿變形的可能性最小。
一旦達(dá)到初始的形狀穩(wěn)定性，該水硬可固化產(chǎn)品可通過前述涉及的擠壓成形過程的多種同樣技術(shù)干燥和加強。
該筆桿的主體可利用粉末壓坯技術(shù)被設(shè)計得非常致密，如前述懸而未決的系列申請第07/981615，名稱為“水硬粘接水泥的制造和使用方法”，申請日92年11月25日，申請人Hamlin M.Jennings博士、Per Just Anderson博士及Simon K.Handson，該申請是系列申請第07/856257，申請日92年3月25日，申請人Hamlin M.Jenning博士和Simon K.Hadson名稱為“水硬粘接水泥壓制及其制造和使用方法”(現(xiàn)已放棄)，它是一個連續(xù)的專利申請第07/526231，申請日90年5月18日申請人Hamlin M.Jennings博士和Simon K.Hodson.名稱“水硬粘接水泥壓制及其制造和使用方法”(已放棄)的覆蓋文件。從這種壓制技術(shù)和使用方法所了解的目的，前述申請的公開通過特殊引用被結(jié)合。
粉末壓制用于在水化該水硬可固化粘擠材料前將該水硬可固化粘接材料處理并固定成所需形狀，該水硬可固化粘接材料壓坯被水化，而不需要將該水硬可固化粘接材料與水機(jī)械混合，這種方法可被用于本發(fā)明圖1、2、3、4、5和6的實施例的成形。
在水化前固定該粉化水硬可固化粘接材料成所需形狀的好處是，粒料可放入主筆桿主體內(nèi)，而不產(chǎn)生粒料對通常有助于形成水硬可固化糊的混合力的影響。
在該粉化水硬水泥被固定成預(yù)定形狀之后，該水硬可固化粘接材料被水化，水化是通過在預(yù)形的筆桿上擴(kuò)散水(氣態(tài)和/或液態(tài))完成，該水可有效地滲透入預(yù)成形筆桿，并與水硬可固化粘接材料化學(xué)反應(yīng)，該水化可在一個蒸壓器內(nèi)完成，它是用于變換壓力和溫度控制水化條件有效的裝置，載體空氣可被使用，它有助于該過程。
有多種不同的工藝技術(shù)，能在水化前將可水硬固化粘接材料固定成筆桿形狀，適合于它種用法的水泥工藝技術(shù)包括變換的和調(diào)整的固態(tài)工藝技術(shù)，例如擠壓壓坯工藝、涂釉工藝、塑料成形工藝、振動填充工藝、熱壓及氣動機(jī)振動。
干燥擠壓是一個壓制坯料的工藝，它包括在一個封閉空間內(nèi)在模具表面之間粉末壓坯，涂釉工藝對于制造薄壁筆桿特別有用，這些工藝包括通過在一可滲水的模型上涂覆該粉碎的水硬可固化粘接材料的懸浮液而成形筆桿，水被用在懸浮液中，該懸浮液被灑在可滲水模型中，該模型將水從泥漿中抽出在模型壁上制出一對應(yīng)的產(chǎn)品，干燥該泥漿允許產(chǎn)品收縮，盡量消減水的含量，剩余泥漿被從模型中倒出，結(jié)果是該制品具有仿造該模型內(nèi)部形狀的外形。
由此連續(xù)均勻的擠壓可被用于由可水硬固化材料成形筆桿，連續(xù)均勻擠壓包括在一個艙室中朝向模具擠壓，并且擠壓通常在流向該模具的方向上。連續(xù)均衡擠壓機(jī)可從德國漢德勒(Hndle)獲得。
在粉末壓制工藝中，內(nèi)潤滑劑可添加而給出一可塑效果，在主體被塑造后，它可通過傳統(tǒng)塑料成形工藝被制造，例如注塑、振動、濕壓及模壓、振動填充和擠壓工藝?yán)糜羞m當(dāng)振幅的振動，并且可以產(chǎn)生100％理論填充密度，它是實現(xiàn)所給出粉末尺寸分布的最高的想得到的填充密度。
在水化之前通常用于水泥工業(yè)的填料被用在粉化水硬可固化粘接材料中，它可以包括許多不同尺寸的填料，該填料能夠填充該填料及該粉化水硬可固化粘接材料間的空隙，從而得到最大密度。在水化之前，其他混合組份也可以與該粉化水硬可固化粘接材料混合。
所產(chǎn)生的筆桿的密度可通過使用粉化水硬可固化粘接材料中的軟質(zhì)粒料而被降低。由此所得筆桿的密度可通過壓制混有固態(tài)材料的粉化水硬可固化粘接材料而被降低，例如冰、干冰、冷結(jié)的含水或含鹽液體，它們隨后將溶化、揮發(fā)、蒸發(fā)或融溶而在最終的筆桿上留下空穴。
這種壓制技術(shù)的結(jié)果是制造筆桿，它具有高拉伸溫度和低密度，由此工藝成形的筆桿可被提供來加熱，使用涂覆、層壓、印制及裝配。
利用粉末壓制和分開的其他方法一起構(gòu)成筆桿是在本發(fā)明思想之內(nèi)，例如可由粉末壓制技術(shù)成形筆桿的一個部分，并用模制技術(shù)成形筆桿的另一部分。利用粉末壓制技術(shù)構(gòu)成由水硬可固化材料和其他材料形成的多層的壓層在本發(fā)明的思想之內(nèi)。
由水硬可固化材料形成的片可被用來在標(biāo)記芯周圍形成筆桿，該片可通過旋繞或螺旋纏繞被卷繞。這種片可用于圖7和8所示標(biāo)記器具的構(gòu)成，在圖7中的筆桿是一列卷繞的片，它可通過使用一個帶被拆卸，標(biāo)記芯可以是多種材料。這種形式特別適用于那些在傳統(tǒng)的削鉛筆器中不能削尖的標(biāo)記芯，如瓷質(zhì)標(biāo)記芯，而它特別適合于在物體，如玻璃上，書寫。圖8中的筆桿是單一的有重疊端的卷繞片，標(biāo)記芯可以是實體，例如蠟筆或油彩筆。
該片可以被形成，所使用技術(shù)如前述的共同申請第08/101500，名稱“用于書寫容器，印制材料和其他物質(zhì)的模制水硬可固化片的方法和設(shè)備”申請日93年8月3日，申請人Per JustAndersen博士和Simon K.Hodson，以及系列申請第08/101630，名稱“用可模制水硬可固化材料制的片及這種片的制造方法”，申請日93年8月3日，申請人Per Just Andersen博士和Simon K.Hodson。為了公開的目的，這些申請在此被特別參照。
該水硬可固化筆桿還可在該標(biāo)記具器最終完成并由多個工藝步驟提供。該工藝步驟包括涂覆筆桿，施加印刷或其他標(biāo)記，并裝配該標(biāo)記器具。
該筆桿的表面特性可以多種方式改變，如涂覆筆桿和產(chǎn)生壓層，利用這些技術(shù)可增加筆桿抗拉強度，筆桿防水，提供平滑，光潤或防磨損表面，并有助于防止掛纖維。由此，這們還提供了非自然材料的保護(hù)，例如具有弱堿性的口水。
一些涂覆可在成形階段加到產(chǎn)品的表面上，其中該過程是非機(jī)械的過程，在非機(jī)械過程中，該涂覆可被施加如液體，膠體或薄膜。最好施加涂覆在水化產(chǎn)品形成并至少干燥到一限定程度后，其中包覆是一非機(jī)械過程。
涂覆過程的目的是得到一均勻的膜，將產(chǎn)品表面的缺陷降到最低。特定的涂覆工藝的選擇取決于基層不同及涂層組份不同的數(shù)量，基層的不同包括產(chǎn)品的強度、吸濕性、孔隙率、密度、平滑性及主體均勻性，涂覆組份不同包括全部固態(tài)成份，溶解基體(包括水溶解和揮發(fā)性)、表面張力及流變。
該涂層可使用任何已知涂覆裝置施加到筆桿上，包括刮涂、泥涂、氣刮涂、照相印刷涂Dahlgern涂覆、粉末涂覆、陰極濺鍍、化學(xué)等離子沉積、高能電輻射蒸發(fā)工藝及印制。在涂覆中，涂層的量可由噴涂的體積和筆桿噴涂所停留時間或兩者結(jié)合來控制，涂覆還可通過在筆桿上噴涂下列任何涂覆材料或在容納適當(dāng)涂覆材料的槽中浸漬筆桿來實現(xiàn)，最后，涂覆在可沿筆桿部件同時擠壓，使得涂覆過程與壓制過程結(jié)合起來。
適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)涂料包括食用油、三聚氰胺、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、酰胺、羥基丙酯甲基纖維素、聚乙二醇丙烯、聚亞胺酯、聚乙烯、聚乳酯、Biopol(多羥基丁酸—羥基戊酸鹽共聚物)、淀粉、大豆蛋白、及合成聚合物，其包括生物降解聚合物、蠟(如蜂蠟或石油蠟)、高彈體及其混合物，Bioplo由英國ICI制造，適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)涂料包括膠體硅酸鹽、碳酸鈣、氧化鋁、氧化硅、陶土、粘土、水泥及其混合物，該有機(jī)涂料還可與上述一或多種有機(jī)涂料混合。
FDA已檢驗過的涂漆也可用做涂料，許多FDA已檢驗過的涂料還依所涉及的本申請是有用的。在有些情況下，最好是涂層是有彈性的和可變形的，在這些情況下，一可撓的、有彈性的涂層是最好的。
特別適用于涂層的一個實施例是硅酸鈉，它通過了FDA檢驗并耐酸，許多硅酸鹽基涂層提供了不滲水的耐酸隔層，原硅酸鹽和硅酸鹽特別適用于筆桿涂層，因其趨于填充滿已硬化的水硬可固化體的孔隙，由此，有用的涂層可由在有機(jī)聚合懸浮液，薄膜及纖維中的膠狀二氧化硅得到，這種涂層組份提供了不滲水隔層并增加了硬度和耐久性。通常不需要用基料制造筆桿，但耐基料性的增加可通過適當(dāng)?shù)木酆衔锘蛳灎钔繉荧@得。
可生物降解塑料提供了特別有用的涂層，可生物降解的塑料，例如聚乳酸和生物聚合物，在水中和酸化溶液中不溶解，另一種涂層材料是碳酸鈣，它是耐酸的并允許在筆桿表面印刷標(biāo)記。
將該標(biāo)記器具暴露在CO2中來增大強度并改善表面特性及形狀穩(wěn)定性也是可以需要的。這種類型工藝用于增加強度并改善表面特性及形狀穩(wěn)定性是已知的，該工藝已描述于美國專利5232496號名稱“制造改進(jìn)的建筑材料的工藝及其產(chǎn)品”于93年8月3日公開，申請人Hamlin M.Jennings博士及Simon K.Hodson。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，形成氧化鋁或氧化硅涂層的有用方法用一懸浮液處理該水硬可固化筆桿，該懸浮液具有適當(dāng)?shù)膒H值，從而導(dǎo)致作為筆桿的組份在筆桿上的氧化鋁或氧化硅形成。
層壓包括筆桿的和/或涂層的多層，甚至少一層由水硬可固化材料形成，層壓允許筆桿具有一個內(nèi)層或涂覆不同特點的層或在筆桿外面的涂層。
另一個制造工藝中可選擇的步驟是在筆桿上實加圖案或印刷，這是通過使用傳統(tǒng)的印刷機(jī)械，如膠印、VanDam、激光機(jī)、直接傳送接觸及自記溫度印刷機(jī)。由此，工藝包括利用凸紋印刷、凹版印刷、漏印印刷和熱壓花。實際上任何手法和機(jī)械裝置都可以使用。當(dāng)然在此公開的水硬可固化產(chǎn)品特別適合于這種用法。此外，移畫印花、做上標(biāo)簽或其他指示物可以被完成或粘在筆桿上，這是使用已知技術(shù)完成的。進(jìn)一步，如前所述，在本發(fā)明范圍內(nèi)，在筆桿上涂上政府所允許的涂層，它們中的大多數(shù)是普遍被使用的，并且特別適合于放置指示物。為了加快干燥過程，該筆桿可經(jīng)過第二干燥隧道來增加油墨干燥率。
在本發(fā)明標(biāo)記器具制造中，裝置涉及取決于被制造的特定的標(biāo)記器具的不同，該裝置量還涉及成形的方法和筆桿是整體成形還是以部分或部件成形的不同。
由擠壓、模制和其他成形工藝成形的筆桿可做為整體成形筆桿被制造，或做為筆桿的部件或零件被制造，整體制造的筆桿和由筆桿部件或零件裝配的筆桿可通過插入或壓入一標(biāo)記芯而形成標(biāo)記器具，標(biāo)記器具還可通過在標(biāo)記芯周圍連接筆桿部件或零件而被構(gòu)成。
在本發(fā)明范圍所制造的一些標(biāo)記器具可以具有由傳統(tǒng)材料制成的結(jié)構(gòu)件，這些結(jié)構(gòu)件包括用于在衣袋中附著的尖、保護(hù)蓋或帽，在筆桿中以牢固的方式固定標(biāo)記芯的裝置，在筆桿中推動標(biāo)記芯的裝置、擦除裝置和裝擦除裝置的裝置，這些結(jié)構(gòu)件可以用傳統(tǒng)材料制造，例如金屬、塑料、橡膠和木材，或用水硬可固化材料制造，例如一塊橡皮可借助于一傳統(tǒng)鉛筆上那樣的金屬環(huán)被安裝在水硬可固化筆桿上，或者筆桿被成形得不需要金屬環(huán)而通過橡皮插入筆桿一端，并且筆桿在橡皮周圍卷邊而裝上橡皮。
目前，對比不同組份的筆桿特性性，已做為許多試驗，下面是根據(jù)本發(fā)明水硬可固化成份的特殊實例。
實施例1一標(biāo)記器具，是通過在標(biāo)記芯周圍擠壓水硬可固化混合物制成的，該混合物包括下列組份硅酸鹽白水泥1.00公斤水 1.60公斤玻璃珠 0.9052公斤Tylose4000 0.20公斤纖維0.04公斤由這種混合物制成的標(biāo)記器具具有的密度為0.23克/厘米3實施例2一標(biāo)記器具，通過在標(biāo)記芯周圍擠壓水硬可固化混合物制成的，該混合物包括下列的組份硅酸鹽白水泥2.00公斤水 1.60公斤玻璃珠 0.9052公斤Tylose4000 0.20公斤纖維0.08公斤由這種混合物制成的標(biāo)記器具具有的密度為0.62克/厘米3實施例3一標(biāo)記器具，通過在標(biāo)記芯周圍擠壓水硬可固化混合物制成的，該混合物包括下列的組份硅酸鹽白水泥 3.00公斤水 1.60公斤玻璃珠 0.9052公斤Tylose4000 0.20公斤纖維 0.12公斤由這種混合物制成的標(biāo)記器具具有的密度為0.85克/厘米3實施例4一標(biāo)記器具，通過在標(biāo)記芯周圍擠壓水硬可固化混合物制成的，該混合物包括下列的組份硅酸鹽白水泥4.00公斤水 1.60公斤玻璃珠 0.9052公斤Tylose4000 0.20公斤纖維0.16公斤由這種混合物制成的標(biāo)記器具具有的密度為0.95克/厘米3，這近似相同于傳統(tǒng)木鉛筆的密度。
實施例5一標(biāo)記器具，通過在標(biāo)記芯周圍擠壓水硬可固化混合物制成的，該混合物包括下列的組份
硅酸鹽白水泥 1.00公斤水1.60公斤珍珠巖1.98公斤Tylose 4000 0.20公斤纖維 0.04公斤實施例6一標(biāo)記器具，通過在標(biāo)記芯周圍擠壓水硬可固化混合物制成的，該混合物包括下列的組份硅酸鹽白水泥 2.00公斤水 1.60公斤珍珠巖 1.98公斤Tylose4000 0.20公斤纖維 0.08公斤實施例7一標(biāo)記器具，通過在標(biāo)記芯周圍擠壓水硬可固化混合物制成的，該混合物包括下列的組份硅酸鹽白水泥 3.00公斤水 1.60公斤珍珠巖 1.98公斤Tylose4000 0.20公斤纖維0.08公斤實施例8一標(biāo)記器具，通過在標(biāo)記芯周圍擠壓水硬可固化混合物制成的，該混合物包括下列的組份
硅酸鹽白水泥4.00公斤水 1.60公斤珍珠巖 1.98公斤Tylose 4000 0.20公斤纖維0.08公斤從前述中可以理解到，本發(fā)明提供了用一水硬可固化筆桿和一標(biāo)記芯制造標(biāo)記器具的新穎的組份和方法，該標(biāo)記器具用于標(biāo)記、書寫、繪圖、圖色、繪畫、化妝，以使用鉛筆、鋼筆、機(jī)械筆、墨水標(biāo)記物及化妝筆和類似物的方式使用。在此制成的水硬可固化筆桿可替代幾乎所有現(xiàn)在用塑料、木材、紙或金屬制造的書寫器具。
本發(fā)明提供了用水硬可固化筆桿和一標(biāo)記芯制造標(biāo)記器具的新穎的組份和方法，獲得低成本而堅固、耐用、柔順，并且或一次性使用或非一次性使用。
本發(fā)明進(jìn)一步提供新穎的組份和工藝，它在制造方面比用塑料、木材、紙或金屬制造的筆桿更有利于環(huán)境問題。在制造水硬可固化筆桿中用做初始材料的原料可以從土地中獲得，減少了木材和石油制品的使用，因此，筆桿可用可重復(fù)利用的水硬可固化材料制造，而沒有涉及其他循環(huán)利用材料的副產(chǎn)品。
進(jìn)一步，本發(fā)明提供了標(biāo)記器具的新穎的組份和工藝，該標(biāo)記器具有包括土地那樣的混合物的水硬可固化筆桿，并類似于土壤和巖石，由此在廢棄時造成很小或沒有環(huán)境問題，水硬可固化筆桿的處理不產(chǎn)生不降解的物質(zhì)，或者只是在土壤中比較慢地徹底降解。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了用一標(biāo)記芯和一水硬可固化筆桿制造的新穎的水硬可固化標(biāo)記器具，它不粘接構(gòu)成產(chǎn)品，并且在濕潤狀態(tài)不需內(nèi)支撐而保持其形狀，快速達(dá)到足夠的強度，使得模制的標(biāo)記器具可用普通方法處理。
本發(fā)明可被概括其它特定形式中，而不脫離其精神和實質(zhì)特點。該所描述的實施例只是做為說明在各方面被探討，而不是限定，由此，本發(fā)明的范圍通過所屬的權(quán)利要求而不是前面的描述被指出，所有來自權(quán)利要求等同的范圍和意義的變化是被包括在其范圍中的。
權(quán)利要求
1.一種制造的制品，包括一個標(biāo)記器具，它具有一個標(biāo)記芯和一個其中裝有該標(biāo)記芯的筆桿，該筆桿具有一個用包括水硬可固化粘接材料和水的水硬可固化混合物制成的水硬可固化主體。
2.按權(quán)利要求1的制品，其中該標(biāo)記芯是可卸下的。
3.按權(quán)利要求1的制品，其中該標(biāo)記芯是固定地裝在筆桿中。
4.按權(quán)利要求3的制品，其中該筆桿形成一與該標(biāo)記芯的無粘性粘接。
5.按權(quán)利要求1的制品，其中該標(biāo)記芯的一部分伸出筆桿，該筆桿封閉該標(biāo)記芯的其余部分。
6.按權(quán)利要求1的制品，其中該標(biāo)記芯是一石墨—粘土鉛條。
7.按權(quán)利要求1的制品，其中該標(biāo)記芯是一彩色鉛條。
8.按權(quán)利要求1的制品，其中該標(biāo)記芯是一容納標(biāo)記液的芯子，并且有用于配給標(biāo)記液的裝置。
9.按權(quán)利要求1的制品，其中該標(biāo)記芯是一吸收標(biāo)記液的可吸水纖維。
10.按權(quán)利要求9的制品，其中該可吸水纖維連接一個容納標(biāo)記液的儲存器。
11.按權(quán)利要求1的制品，其中該標(biāo)記芯包括一個與筆桿接觸的固態(tài)化妝品。
12.按權(quán)利要求1的制品，其中該標(biāo)記芯包括一個蠟筆。
13.按權(quán)利要求1的制品，其中該標(biāo)記芯包括一油彩筆。
14.按權(quán)利要求1的制品，其中該標(biāo)記芯包括一瓷標(biāo)記器。
15.按權(quán)利要求1的制品，其中該標(biāo)記芯包括一保持在筆桿中的預(yù)定量的標(biāo)記液，并由標(biāo)記液配給裝置從那配給。
16.按權(quán)利要求1的制品，進(jìn)一步包括一擦除裝置，及用于將該擦除裝置保持在筆桿端部的裝置。
17.按權(quán)利要求1的制品，進(jìn)一步包括一用于將該標(biāo)記器具附在衣袋上的固定筆桿的夾。
18.按權(quán)利要求1的制品，進(jìn)一步包括一個用于封閉該標(biāo)記芯露出端的保護(hù)帽。
19.按權(quán)利要求1的制品，進(jìn)一步包括以一確定的方式將該標(biāo)記芯附加于筆桿上的裝置。
20.按權(quán)利要求1的制品，進(jìn)一步包括一個在筆桿內(nèi)移動該標(biāo)記芯的裝置。
21.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化主體具有在約1MPa-Cm3/g至約300PMa-Cm3/g范圍內(nèi)的抗拉強度與密度的比率。
22.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化主體具有在約2MPa-Cm3/g至約50MPa-Cm3/g范圍內(nèi)的抗拉強度與密度的比率。
23.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化主體具有在約3MPa-Cm3/g至約20MPa-Cm3/g范圍內(nèi)的抗拉強度與密度的比率。
24.按權(quán)利要求1的制品，該水硬可固化主體具有約10mm的最大厚度。
25.按權(quán)利要求1的制品，該水硬可固化主體具有約5mm的最大厚度。
26.按權(quán)利要求1的制品，該水硬可固化主體具有約2nm的最大厚度。
27.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化主體在至少60秒內(nèi)達(dá)到形狀穩(wěn)定性。
28.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化主體在至少30秒內(nèi)達(dá)到形狀穩(wěn)定性。
29.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化主體在至少10秒內(nèi)達(dá)到形狀穩(wěn)定性。
30.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化主體在至少2秒內(nèi)達(dá)到形狀穩(wěn)定性。
31.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化粘接材料包括水硬水泥。
32.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化粘接材料包括石膏。
33.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化粘接材料占于該水硬可固化混合物的重量在約5％至約90％范圍內(nèi)。
34.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化粘接材料占該水硬可固化混合物的重量在約8％至約60％范圍內(nèi)。
35.按權(quán)利要求1制品，其中該水硬可固化粘接材料占該水硬可固化混合物的重量在約10％至45％范圍內(nèi)。
36.按權(quán)利要求31的制品，其中該水硬水泥包括硅酸鹽水泥。
37.按權(quán)利要求31的制品，其中該水硬水泥包括精細(xì)水泥。
38.按權(quán)利要求31的制品，其中水硬水泥從下列組中選擇，該組包括礦渣水泥、鋁酸鈣水泥、熟石膏水泥、硅酸鹽水泥、石膏水泥、磷酸鹽水泥、白水泥、高鋁水泥、氯氧鎂水泥、涂有精細(xì)水泥粒子的粒料及上述的混合物。
39.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化粘接材料從下類別中選擇，該類別包括MDF水泥、DSP水泥、Pyrament型水泥及Densit型水泥。
40.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化混合物包含最高到約10％重量的水。
41.按權(quán)利要求1的制品，其中該混合物具有水與水硬可固化粘接材料比在約0.01至約4范圍內(nèi)的比率。
42.按權(quán)利要求1的制品，其中該混合物具有水與水硬可固化粘接材料比在約0.1至約3.5范圍內(nèi)的比率。
43.按權(quán)利要求1的制品，其中該混合物具有水與水硬可固化粘接材料比在約0.15至約3范圍內(nèi)的比率。
44.按權(quán)利要求1的制品，其中該混合物進(jìn)一步包括一纖維材料。
45.按權(quán)利要求44的制品，其中該纖維材料增加該水硬可固化混合物的抗拉強度。
46.按權(quán)利要求44的制品，其中該纖維材料由下組中選出，該組包括馬尼拉麻纖維，玻璃纖維、纖維素、大麻、金屬、碳、粘土、和硅。
47.按權(quán)利要求44的制品，其中該纖維材料是塑料。
48.按權(quán)利要求47的制品，其中該塑料是可生物降解的塑料。
49.按權(quán)利要求44的制品，其中該纖維材料包括具有長徑比至少為10∶1的纖維。
50.按權(quán)利要求44的制品，其中該纖維材料包括具有長徑比至少為900∶1的纖維。
51.按權(quán)利要求44的制品，其中該纖維材料包括具有長徑比至少為3000∶1的纖維。
52.按權(quán)利要求44的制品，其中該纖維材料包括其長度至少兩倍于該水硬可固化混合物中水硬可固化粘接材料粒子的有效直徑的纖維。
53.按權(quán)利要求44的制品，其中該纖維材料包括其長度至少10倍于該水硬可固化混合物中水硬可固化粘接材料粒子的有效直徑的纖維。
54.按權(quán)利要求44的制品，其中該纖維材料包括其長度至少100倍于該水硬可固化混合物中水硬可固化粘接材料粒子的有效直徑的纖維。
55.按權(quán)利要求44的制品，其中該纖維材料包括其長度至少1000倍于該水硬可固化混合物中水硬可固化粘接材料粒子的有效直徑的纖維。
56.按權(quán)利要求44的制品，其中該纖維材料占相應(yīng)于該水硬可固化混合物體積在約0.2％至約50％的范圍內(nèi)。
57.按權(quán)利要求44的制品，其中纖維材料占相應(yīng)于該水硬可固化混合物體積在約0.5％至約30％范圍內(nèi)。
58.按權(quán)利要求44的制品，其中纖維材料占相應(yīng)于該水硬可固化混合物體積在約1％至約15％范圍內(nèi)。
59.按權(quán)利要求44的制品，其中該纖維材料包括連續(xù)纖維。
60.按權(quán)利要求44的制品，其中該連續(xù)纖維由下列組中選擇，該組包括Kevlar，Polyaramite纖維，玻璃纖維，碳纖維和纖維素纖維。
61.按權(quán)利要求44的制品，其中該纖維材料包括一連續(xù)纖維與不連續(xù)纖維的混合物。
62.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化混合物進(jìn)一步包括一流態(tài)改良劑，它在成形過程中增大該水硬可固化混合的塑料，并在成形后給出該水硬可固化體形狀穩(wěn)定性。
63.按權(quán)利要求62的制品，其中該流態(tài)改良劑包括含有聚糖及其衍生物的聚糖基材料。
64.按權(quán)利要求63的制品，其中該聚糖基材料包括纖維素基材料，它包括纖維素及其衍生物。
65.按權(quán)利要求64的制品，其中該纖維素基材料包括從下述類中選擇的材料，該類包括甲基羥乙基纖維素，羥乙基纖維素，甲基纖維素，羥甲基纖維素，羧基甲基纖維素，乙基纖維素，羥乙基丙基纖維素及其混合物。
66.按權(quán)利要求64的制品，其中該纖維素基材料包括甲基羥乙基纖維素。
67.按權(quán)利要求66的制品，其中甲基羥乙基纖維素的2％水溶液具有于20C測量時在約4000cps至約15000cps范圍內(nèi)的粘度。
68.按權(quán)利要求64的制品，其中該纖維素基材料包括羥乙基纖維素。
69.按權(quán)利要求62的制品，其中該流態(tài)改良劑包括木屑。
70.按權(quán)利要求63的制品，其中該聚糖基材料包括淀粉基材料，包括淀粉及其任何衍生物。
71.按權(quán)利要求70的制品，其中該淀粉基材料包括從下述類中選擇的材料，該類包括支鏈淀粉、直鏈淀粉、海水凝膠、淀粉乙酸鹽、淀粉羥乙基醚、離子淀粉、長鏈烷基淀粉、糊精、胺淀粉、磷酸鹽淀粉、二醛淀粉及其混合物。
72.按權(quán)利要求63的制品，其中該聚糖基材料包括從下組中選擇的材料，該組包括藻酸、Phycocolloiel、瓊脂、阿拉伯樹膠、爪耳膠姆、刺槐豆膠、刺梧桐樹膠、黃蓍膠及其混合物。
73.按權(quán)利要求62的制品，其中該流態(tài)改良劑包括蛋白基材料，包括蛋白及其衍生物。
74.按權(quán)利要求73的制品，其中該蛋白基材料包括由下述類中選擇的材料，該類包括醇溶谷蛋白、明膠、動物膠、酪蛋白及其混合物。
75.按權(quán)利要求62的制品，其中該流態(tài)改良劑包括一合成材料，該合成材料包括的材料從下述類中選擇，該類包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷、聚乙烯甲基醚、聚丙烯酸、酸丙烯酸鹽、聚乙烯丙烯酸、聚乙烯丙烯酸鹽、聚丙烯酰亞胺、乙烯氧化聚合物、合成粘土、橡漿及其混合物。
76.按權(quán)利要求62的制品，其中該水硬可固化混合物包括的該流態(tài)改良劑重量在約0.5％至約50％范圍內(nèi)。
77.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化混合物進(jìn)一步包括粒料。
78.按權(quán)利要求77的制品，其中該粒料從下組中選擇，該組包括珍珠巖、云母、粘土、高領(lǐng)土、微珠、空心玻璃珠、多孔陶瓷珠及碳酸鈣。
79.按權(quán)利要求78的制品，其中該粒料具有在約0.01微米至約3毫米范圍內(nèi)的直徑。
80.按權(quán)利要求78的制品，其中該粒料具有在約0.1微米至0.5毫米范圍內(nèi)的直徑。
81.按權(quán)利要求78的制品，其中該粒料具有在約0.2微米至約1毫米范圍內(nèi)的直徑。
82.按權(quán)利要求77的制品，其中該粒料從下組中選擇，該組包括蛭石、硅藻土、鱗狀巖石、硅酸鈉微珠、輕質(zhì)混凝土、片狀礬土、氣凝膠、輕質(zhì)膨化珍珠巖、膨化飛灰、膨化爐渣、浮石及其混合物。
83.按權(quán)利要求77的制品，其中該粒料從下組中選擇，該組包括玻璃球、金屬、聚合物、陶土、礬土和巖石。
84.按權(quán)利要求77的制品，其中該粒料包括從下組中選擇的材料，該組包括沙子、方解石、礬土、白云石、花崗石、石英、礫石、巖石、利馬石、未反應(yīng)水泥粒子、砂石、石膏、硅石、石英粉及其混合物。
85.按權(quán)利要求77的制品，其中該粒料包括從下組中選擇的材料，該組包括包括種子、淀粉、明膠及瓊脂類材料。
86.按權(quán)利要求77的制品，其中包括在該水硬可固化混合物中的粒料重量在約0.1％至約80％范圍內(nèi)。
87.按權(quán)利要求77的制品，其中包括在該水硬可固化混合物中的粒料重量在約3％至約60％范圍內(nèi)。
88.按權(quán)利要求77的制品，其中包括在該水硬可固化混合物中的粒料重量在約20％至約50％范圍內(nèi)。
89.按權(quán)利要求77的制品，其中該粒料包括空心玻璃珠。
90.按權(quán)利要求89的制品，其中該空心玻璃珠具有小于1毫米的有效直徑。
91.按權(quán)利要求89的制品，其中該空心玻璃珠具有一系列有效直徑。
92.按權(quán)利要求89的制品，其中該空心玻璃珠的有效直徑被選擇為了將該空心玻璃珠的有效填充增到最大。
93.按權(quán)利要求77的制品，其中該粒料包括塑料粒子。
94.按權(quán)利要求93的制品，其中該水硬可固化混合物是柔性的。
95.按權(quán)利要求93的制品，其中該水硬可固化混合物包括的塑料粒子的重量在約1％至約10％范圍內(nèi)。
96.按權(quán)利要求93的制品，其中該水硬可固化混合物包括的塑料粒子重量在約3％至約6％范圍內(nèi)。
97.按權(quán)利要求93的制品，其中該水硬可固化混合物包括的塑料粒子重量在約1％至約10％范圍內(nèi)。
98.按權(quán)利要求93的制品，其中該水硬可固化混合物包括的塑料粒子重量在約2％至約4％范圍內(nèi)。
99.按權(quán)利要求77的制品，其中該粒料包括塑料粒子，其中該水硬可固化體具有一表面和一中部，并且其中該塑料粒子在靠近表面處比靠近中部更密集。
100.按權(quán)利要求93的制品，其中該水硬可固化體表面比其中部更柔軟。
101.按權(quán)利要求77的制品，其中該水硬可固化體具有一厚度，并且其中粒料的粒子的有效直徑與水硬可固化體厚度比在約1/10至約3/4范圍內(nèi)。
102.按權(quán)利要求77的制品，其中該水硬可固化體具有一厚度，并且其中填料的粒子的有效直徑與水硬可固化體厚度比在約1/10至約1/2范圍內(nèi)。
103.按權(quán)利要求77的制品，其中該水硬可固化體具有一厚度，并且其中填料的粒子的有效直徑與水硬可固化體厚度比在小于接近1/4的范圍上。
104.按權(quán)利要求77的制品，其中該粘料給該水硬可固化體一預(yù)定的色彩。
105.按權(quán)利要求77的制品，其中該粒料給該水硬可固化體一預(yù)定的結(jié)構(gòu)。
106.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化混合物進(jìn)一步包括一個用于在該水硬可固化體中產(chǎn)生充分分散的、無聚集的空穴的不連續(xù)狀態(tài)的方式。
107.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化體進(jìn)一步包括一充分分散有空穴的無聚集、不連續(xù)的狀態(tài)。
108.按權(quán)利要求106的制品，其中用于在水硬可固化體內(nèi)產(chǎn)生充分分散、無聚集空穴的不連續(xù)狀態(tài)的方法包括夾氣劑。
109.按權(quán)利要求108的制品，其中該夾氣劑是表面活性劑。
110.按權(quán)利要求108的制品，其中該夾氣劑從下述類中選擇，該類包括多肽、亞烷基、多羥基化合物、或合成液態(tài)陰離子可生物降解溶液。
111.按權(quán)利要求108的制品，進(jìn)一步包括一穩(wěn)定劑，用于在該水硬可固化混合物固化成水硬可固化體時保持其中充分分散的空氣穴。
112.按權(quán)利要求111的制品，其中該穩(wěn)定劑是氧化松香樹脂。
113.按權(quán)利要求111的制品，其中該穩(wěn)定劑是多糖基流態(tài)改良劑。
114.按權(quán)利要求106的制品，其中用于在該水硬可固化體中產(chǎn)生充分分散、無聚集空穴的不連續(xù)狀態(tài)的方式包括一材料，該材料與該水硬可固化混合物的組份發(fā)生反應(yīng)，使水硬可固化體中混入空穴。
115.按權(quán)利要求114的制品，其中與該水硬可固化混合物的組份反應(yīng)的材料包括金屬。
116.按權(quán)利要求114的制品，其中與該水硬可固化混合物的組份反應(yīng)的材料是鋁。
117.按權(quán)利要求114的制品，進(jìn)一步包括一促進(jìn)氣體產(chǎn)生的主劑。
118.按權(quán)利要求117的制品，其中該主劑是氫氧化鈉。
119.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化混合物進(jìn)一步包括分散劑。
120.按權(quán)利要求119的制品，其中該分散劑包括硫化萘甲醛縮合物。
121.按權(quán)利要求119的制品，其中該分散劑從下組中選擇，該組包括硫化萘甲醛縮合物，磺化油和丙烯酸。
122.按權(quán)利要求119的制品，其中該水硬可固化粘接材料中包含的該分散劑重量最高到約5％。
123.按權(quán)利要求119的制品，其中該水硬可固化粘接材料中包含的該分散劑重量在約0.25％至約4％范圍內(nèi)。
124.按權(quán)利要求119的制品，其中該水硬可固化粘接材料中包含的該分散劑重量在約0.5％至2％范圍內(nèi)。
125.按權(quán)利要求1的制品，進(jìn)一步包括一至少部分地覆蓋該水硬可固化體表面的涂層。
126.按權(quán)利要求125的制品，其中至少部分地覆蓋該水硬可固化體的涂層防止任何材料從該水硬可固化體溶入或溶出。
127.按權(quán)利要求125的制品，其中該至少部分地覆蓋該水硬可固化體表面的涂層增大阻止水滲透的能力。
128.按權(quán)利要求125的制品，其中該至少部分地覆蓋該水硬可固化體表面的涂層增強該部分。
129.按權(quán)利要求125的制品，其中該涂層包括FDA認(rèn)可過的材料。
130.按權(quán)利要求125的制品，其中該涂層包括以下組中選擇的材料，該組包括食用油、三聚氰胺、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、羥丙基甲基纖維素、聚乙二醇、丙烯、聚亞胺酯、聚丙烯酸、淀粉、黃豆蛋白、聚乙烯、合成聚合物、蠟、高彈體及其混合物。
131.按權(quán)利要求125的制品，其中該涂層包括從下組中選擇的材料，該組包括硅酸鈉，碳酸鈣氧化鋁、氧化硅、粘土、高嶺土、陶瓷及其混合物。
132.按權(quán)利要求125的制品，其中該涂層是通過在筆桿上噴灑碳酐的步驟形成的。
133.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化混合物是一次性的。
134.按權(quán)利要求1的制品，其中該水硬可固化混合物是可重復(fù)使用的。
135.按權(quán)利要求1的制品，其中該筆桿包括一系列主體的不同性質(zhì)，它們被結(jié)合在一起。
136.按權(quán)利要求1的制品，進(jìn)一步在該水硬可固化混合物中包含金屬填料。
137.按權(quán)利要求1的制品，進(jìn)一步包括在該水硬可固化體上著色。
138.按權(quán)利要求1的制品，進(jìn)一步在該水硬可固化混合物中包括磁化的金屬。
139.按權(quán)利要求1的制品，該水硬可固化體在成形后具有一高的濕潤強度。
140.一種用于標(biāo)記、書寫、繪圖、染色、繪畫或施加化妝品的制品，包括一個標(biāo)記芯；及一個筆桿，用于在其內(nèi)保持該標(biāo)記芯，它具有一由水硬可固化混合物制成的水硬可固化體，該混合物包括水硬可固化粘接材料與水比在約0.01至約4范圍內(nèi)的水硬可固化粘接材料和水；一纖維材料，具有在水硬可固化混合物中體積在約0.2％至50％的范圍，其中該纖維材料具有大于100∶1的長徑比；一流態(tài)改良劑，具有在水硬可固化混合物中重量在約0.5％至50％的范圍，其中該流態(tài)改良劑增加了水硬可固化混合物在模制過程中的塑性，并當(dāng)其凝固化成水硬可固化體時給出成形的該混合物的形狀穩(wěn)定性；及一粒料，在水硬可固化混合物中重量最高到約80％。
141.按權(quán)利要求140的制品，其中該水硬可固化粘接材料包括水硬水泥。
142.按權(quán)利要求141的制品，其中該水硬水泥包括硅酸鹽水泥。
143.按權(quán)利要求140的制品，其中該水硬可固化粘接材料包括石膏。
144.按權(quán)利要求140的制品，其中該水硬可固化混合物進(jìn)一步包括體積占該混合物約0.5％至約30％范圍中的纖維材料。
145.按權(quán)利要求140的制品，其中該流態(tài)改良劑包括多糖材料，包括多糖及任何衍生物。
146.按權(quán)利要求145的制品，其中該流態(tài)改良劑甲基羥乙基纖維素。
147.按權(quán)利要求140的制品，其中該粒料是空心玻璃珠。
148.按權(quán)利要求140的制品，其中該水硬可固化混合物進(jìn)一步包括用于在水硬可固化混合物中產(chǎn)生充分分散、不聚集的空穴的不連續(xù)狀態(tài)的方式。
149.按權(quán)利要求140的制品，其中該水硬可固化混合物進(jìn)一步包括用于在混合物過程中充分分散不聚集的空氣穴的加氣劑。
150.按權(quán)利要求149的制品，其中該加氣劑是表面活性劑。
151.按權(quán)利要求140的制品，其中該水硬可固化混合物進(jìn)一步包括一金屬，它與水硬可固化混合物組份反應(yīng)產(chǎn)生氣體，它做為充分分散、不聚集的氣泡進(jìn)入該混合物。
152.按權(quán)利要求151的制品，其中該金屬包括鋁。
153.按權(quán)利要求151的制品，其中該混合物進(jìn)一步包括一主劑，它有助于氣體產(chǎn)生。
154.按權(quán)利要求153的制品，其中該主劑包括氫氧化鈉。
155.按權(quán)利要求140的制品，進(jìn)一步包括一在筆桿上通過噴灑碳酐步驟形成于筆桿上的涂層。
156.按權(quán)利要求140的制品，其中該混合物進(jìn)一步一包括分散劑。
157.按權(quán)利要求156的制品，其中該分散劑包括硫化的萘甲醛縮合物。
158.按權(quán)利要求156的制品，其中該分散劑從下組中選擇，該組包括硫化萘甲醛縮合物，磺化油和丙烯酸。
159.一種制標(biāo)記器具有方法，該方法包括步驟為混合水硬可固化粘接材料和水，形式一水硬可固化混合物；將該水硬可固化混合物成形成具有水硬可固化體的筆桿，該筆桿被成形用來保持一標(biāo)記芯；及在總體制造筆桿的有效短的時間內(nèi)使該筆桿的水硬可固化體變硬。
160.按權(quán)利要求159的方法，其中成形水硬可固化混合物為筆桿的步驟給出該水硬可固化體形狀穩(wěn)定性。
161.按權(quán)利要求159的方法，進(jìn)一步包括在筆桿內(nèi)放置標(biāo)記芯的步驟。
162.按權(quán)利要求161的方法，其中該標(biāo)記芯是可卸下的。
163.按權(quán)利要求161的方法，其中該標(biāo)記芯是固定保持在筆桿內(nèi)的。
164.按權(quán)利要求163的方法，其中該在筆桿中放置標(biāo)記芯的步驟在該標(biāo)記芯與筆桿之間產(chǎn)生無粘性粘接。
165.按權(quán)利要求162的方法，其中該水硬可固化混合物成形為筆桿的步驟和在筆桿中放置標(biāo)記芯的步驟同時進(jìn)行。
166.按權(quán)利要求162的方法，其中該水硬可固化混合物成形為筆桿的步驟和在筆桿中放置標(biāo)記芯的步驟同時進(jìn)行。
167.按權(quán)利要求163的方法，其中該水硬可固化混合物成形為筆桿的步驟和在筆桿中放置標(biāo)記芯的步驟同時進(jìn)行。
168.按權(quán)利要求163的方法，其中該水硬可固化混合物成形為筆桿的步驟和在筆桿中放置標(biāo)記芯的步驟同時進(jìn)行。
169.按權(quán)利要求159的方法，其中將該水硬可固化混合物成形為筆桿的步驟包括擠壓該水硬可固化混合物或筆桿的部件；及裝配該部件成為筆桿。
170.按權(quán)利要求159的方法，其中將該水硬可固化混合物成形為筆桿的步驟包括擠壓該水硬可固化混合物成筆桿的部件；裝配該部件成為筆桿。
171.按權(quán)利要求169的方法，其中將水硬可固化混合物成形為筆的步驟通過擠壓該水硬可固化混合物成筆桿完成。
172.按權(quán)利要求159的方法，其中將水硬可固化混合物成形為筆桿的步驟通過同時擠壓該水硬可固化混合物和標(biāo)記芯完成，由該混合物制成的筆桿在標(biāo)記芯周圍。
173.按權(quán)利要求172的方法，其中該標(biāo)記芯是可卸下的。
174.按權(quán)利要求172的方法，其中該標(biāo)記芯被固定保持在該筆桿內(nèi)。
175.按權(quán)利要求174的方法，其中在該標(biāo)記芯與筆桿之間產(chǎn)生無粘性粘接。
176.按權(quán)利要求172的方法，其中同時擠壓該混合物和該標(biāo)記芯是通過垂直擠壓機(jī)完成。
177.按權(quán)利要求159的方法，其中該混合物成形為筆桿的步驟通過活塞擠壓機(jī)完成。
178.按權(quán)利要求159的方法，其中該混合物成形為筆桿的步驟通過螺旋擠壓機(jī)完成。
179.按權(quán)利要求159的方法，其中包括水硬可固化混合物的除氣步驟。
180.按權(quán)利要求179的方法，其中除氣步驟由該水硬可固化混合物的真空擠壓完成。
181.按權(quán)利要求159的方法，其中將該混合物成形為筆桿的步驟通過將該水硬可固化混合物模制成筆桿完成。
182.按權(quán)利要求181的方法，其中成形步驟進(jìn)一步包括使用有助于模制成形的筆桿脫出的脫模劑。
183.按權(quán)利要求159的方法，其中將該混合物成形為筆桿的步驟通過將該水硬可固化混合物模制成筆桿的部件完成。
184.按權(quán)利要求159的方法，其中將該混合物成形為筆桿的步驟通過將該水硬可固化混合物模制成筆桿的零件完成。
185.按權(quán)利要求159的方法，其中將該混合物成形為筆桿的步驟包括用該水硬可固化混合物制成一片；及在標(biāo)記芯周圍卷繞該片。
186.按權(quán)利要求159的方法，其中將該混合物構(gòu)成形為筆桿的步驟包括用該水硬可固化混合物制成一片；及在標(biāo)記芯周圍螺旋纏繞該片。
187.按權(quán)利要求159的方法，其中將該混合物成形為筆桿的步驟通過該水硬可固化混合物的粉末壓坯完成。
188.按權(quán)利要求159的方法，其中該水硬可固化粘接材料包括水硬水泥。
189.按權(quán)利要求188的方法，其中該水硬水泥包括硅酸鹽水泥。
190.按權(quán)利要求159的方法，其中該水硬可固化粘接材料包括石膏。
191.按權(quán)利要求159的方法，其中水硬可固化混合物中包括5％至10％重量的水。
192.按權(quán)利要求159的方法，其中在該水硬可固化混合物具有與該粘接材料在約0.01至約4范圍內(nèi)的比率。
193.按權(quán)利要求159的方法，進(jìn)一步包括將纖維材料添加到該混合物中的步驟。
194.按權(quán)利要求193的方法，其中該纖維從下組中選擇，該組包括Kerlar、Polyaramite、玻璃纖維、碳纖維和纖維素纖維及其混合物。
195.按權(quán)利要求193的方法，其中該混合物中的纖維材料體積在約0.2％至約50％范圍內(nèi)。
196.按權(quán)利要求193的方法，其中該混合物中的纖維材料體積在約0.5％至約30％范圍內(nèi)。
197.按權(quán)利要求193的方法，其中該混合物中的纖維材料體積在約1％至約15％范圍內(nèi)。
198.按權(quán)利要求159的方法，進(jìn)一步包括在該混合物中添加流態(tài)改良劑，增加該混合物的塑性。
199.按權(quán)利要求198的方法，其中該混合物中的流態(tài)改良劑重量在約0.5％至約50％范圍內(nèi)。
200.按權(quán)利要求198的方法，其中該流態(tài)改良劑包括多糖材料。
201.按權(quán)利要求198的方法，其中該流態(tài)改良劑包括蛋白材料。
202.按權(quán)利要求198的方法，其中該流態(tài)改良劑包括合成有機(jī)材料。
203.按權(quán)利要求198的方法，其中該流態(tài)改良劑包括橡漿材料。
204.按權(quán)利要求159的方法，進(jìn)一步包括在該混合物中添加粒料的步驟。
205.按權(quán)利要求204的方法，其中在該水硬可固化混合物中的該粒料重量最大到約80％。
206.按權(quán)利要求204的方法，其中該混合物中粒料重量在約3％至約60％范圍內(nèi)。
207.按權(quán)利要求204的方法，其中該粒料增大該筆桿強度。
208.按權(quán)利要求204的方法，其中該粒料有一系列不同尺寸，使得提高該粒料填充效果。
209.按權(quán)利要求159的方法，進(jìn)一步包括在該水硬可固化混合物中添加分散劑的步驟。
210.按權(quán)利要求209的方法，其中該分散劑包括硫化萘甲醛縮合物。
211.按權(quán)利要求209的方法，其中該分散劑從下組中選擇，該組包括硫化萘甲醛縮合物、硫化油和丙烯酸。
212.按權(quán)利要求209的方法，其中該混合物中分散劑重量最高給5％。
213.按權(quán)利要求209的方法，其中該混合物中分散劑重量在約0.25％至約4％范圍內(nèi)。
214.按權(quán)利要求209的方法，其中該混合物中分散劑重量在約0.5％至約2％范圍內(nèi)。
215.按權(quán)利要求159的方法，其中該水硬水泥和水在一高能高剪切混合機(jī)內(nèi)混合。
216.按權(quán)利要求159的方法，進(jìn)一步包括將空氣穴置入該水硬可固化混合物中的步驟，由此在得到該水硬可固化體內(nèi)形成的空穴。
217.按權(quán)利要求216的方法，其中該空氣穴通過擠壓機(jī)保持的高壓被置入，當(dāng)該混合物離開擠壓機(jī)時產(chǎn)生該混合物中水的蒸發(fā)。
218.按權(quán)利要求216的方法，其中置入空穴的步驟通過向該混合物內(nèi)加金屬完成，該金屬在水基條件下很容易被氧化，產(chǎn)生氣體，由此形成水硬可固化體中的空氣穴。
219.按權(quán)利要求218的方法，其中該金屬從下組中選擇，該組包括鎂、鋁、鋅和錫。
220.按權(quán)利要求218的方法，進(jìn)一步包括加熱該水硬可固化混合物和金屬的步驟，從而增大反應(yīng)率和氣體產(chǎn)生。
221.按權(quán)利要求218的方法，進(jìn)一步包括向該混合物中混加一主劑的步驟，從而增大反應(yīng)率和氣體產(chǎn)生。
222.按權(quán)利要求216的方法，進(jìn)一步包括在該混合物中添加加氣劑的步驟，從而穩(wěn)定空氣穴。
223.按權(quán)利要求159的方法，進(jìn)一步包括在該混合物中添加磁化金屬的步驟。
224.按權(quán)利要求159的方法，進(jìn)一步包括在該混合物中添加金屬填料的步驟。
225.按權(quán)利要求159的方法，進(jìn)一步包括給該混合物著色的步驟。
226.按權(quán)利要求159的方法，進(jìn)一步包括筆桿經(jīng)過干燥隧道的步驟，從而將主要是水份從該混合物去除。
227.按權(quán)利要求226的方法，其中主要量的水的去除增大了該水硬可固化體的形狀穩(wěn)定性。
228.按權(quán)利要求226的方法，其中去除主要水份是通過使用波長在從約微波波長至約X射線波長范圍的波完成。
229.按權(quán)利要求159的方法，進(jìn)一步包括至少覆蓋該水硬可固化體筆桿表面一部分的涂層。
230.按權(quán)利要求229的方法，其中該至少覆蓋該水硬可固化體筆桿一部分的涂層涂有下組中選擇的材料，該組包括硅酸鈉、原硅酸鹽、硅氧烷、在有機(jī)聚合分散體中的膠態(tài)硅、膜狀的膠態(tài)硅、纖維狀膠態(tài)硅、可生物降解塑料、碳酸鈣、丙烯、聚丙烯、聚亞胺酯、三聚氰胺、聚乙烯、合成聚合物、羥乙基甲基纖維素、聚乙二醇、礬土、粘土、Zein、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、陶瓷、蠟及油漆。
231.按權(quán)利要求229的方法，其中至少覆蓋水硬可固化體筆桿一部分的涂層涂有碳酐。
232.按權(quán)利要求229的方法，其中至少覆蓋水硬可固化體筆桿一部分的涂層加強了這部分。
233.按權(quán)利要求229的方法，其中涂覆筆桿的步驟提供了人們安全接觸的筆桿。
234.按權(quán)利要求159的方法，進(jìn)一步包括切割筆桿的步驟。
235.按權(quán)利要求159的方法，進(jìn)一步包括在筆桿上印刷標(biāo)記的步驟。
全文摘要
具有水硬可固化筆桿和標(biāo)記芯的標(biāo)記器具，該水硬可固化筆桿具有一由水與水硬水泥反應(yīng)產(chǎn)生的水硬可固化體。附加部分如粒料、纖維材料及流態(tài)改良劑可被用在該水硬可固化混合物中。
文檔編號B43K19/00GK1121058SQ95103219
公開日1996年4月24日 申請日期1995年2月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月7日
發(fā)明者E·卡索基, P·J·安德遜, S·K·霍德森 申請人:E·卡索基工業(yè)公司