專利名稱:輕質(zhì)絕熱板及其制造方法
本發(fā)明涉及輕質(zhì)絕熱板及其制造方法，這種板包括波特蘭水泥、纖維和填料，而且該板不含石棉。
已知可由含硅酸鈣的水硬性粘結(jié)劑的水懸浮物、增強(qiáng)纖維材料和填料制造輕質(zhì)絕熱板，該板不是在空氣中(常規(guī)條件)就是在蒸汽壓下硬化。在所述方法中，必須把粘結(jié)劑的組分(即硅酸鈣或熟石灰，)與二氧化硅和水反應(yīng)生成已知的硅酸鈣水合物結(jié)構(gòu)。硬化粘結(jié)劑(setbinder)的結(jié)構(gòu)取決于在反應(yīng)條件下能實際起反應(yīng)的熟石灰和二氧化硅的相對比例。產(chǎn)品的一些性質(zhì)在很大程度上還取決于加入水懸浮物的增強(qiáng)纖維材料。已證實石棉用于此目的是有用的。然而，近來由于環(huán)境保護(hù)的原因而使不用石棉纖維已成必然的趨勢。
與此同時，已發(fā)展和銷售了許多所謂的無石棉產(chǎn)品。但是這些產(chǎn)品一般比含石棉的產(chǎn)品有更顯著的缺點，因為它只有在犧牲其它一些需要的性質(zhì)時，才能達(dá)到某些所要求的性質(zhì)。因此與含石棉產(chǎn)品相比就限制了這些無石棉產(chǎn)品的普遍應(yīng)用。
石棉纖維的一個典型的應(yīng)用領(lǐng)域是輕質(zhì)絕熱板，更確切地說，是具有高度耐火性的絕熱板。顯而易見，用維維素纖維和/或有機(jī)纖維和/或耐堿玻璃纖維取代石棉纖維可以制造輕質(zhì)絕熱板。但是這些產(chǎn)品的機(jī)械性能一般較差，抗燃性較低。它們還未能符合德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN53436的毒性試驗的要求，因為在高溫下可能會產(chǎn)生有毒氣體。
作為抗燃絕熱板的填料，已證實云母是有價值的，云母必要時，可與輕質(zhì)填料即多孔珍珠巖或疏松粘土一起使用。參見英國書1，498，966號。在所述書中講到的粘結(jié)劑有水硬性硅酸鈣粘結(jié)劑、波特蘭水泥、高鋁水泥和高爐礦渣水泥。因此，所用的粘結(jié)劑是在蒸壓條件下凝固的水硬性粘結(jié)劑，或是常溫下用水凝固的粘結(jié)劑。
已知在室溫凝固的粘結(jié)劑，機(jī)械性能較差，更確切地說，較之在壓力蒸汽鍋中硬化的粘結(jié)劑，前者的抗彎強(qiáng)度較低，防水性較差。
所以實際上無石棉抗燃性輕質(zhì)絕熱板是由在壓力蒸汽鍋中硬化的產(chǎn)品制造的，更具體地說，在壓力蒸汽鍋中已經(jīng)形成雪硅鈣石結(jié)構(gòu)。因此，迄今認(rèn)為，這些結(jié)晶硅酸鈣對得到熱穩(wěn)定的以及能承受機(jī)械負(fù)荷的產(chǎn)品是必不可少的先決條件。
然而，這種需要在壓力蒸汽鍋中凝固的情況有兩個值得考慮的缺點1.在壓力蒸汽鍋中硬化，耗能極大，甚至可能耗費所用原材料成本的10%以上。對于增強(qiáng)纖維材料，只有纖維素及少量價格很貴的有機(jī)纖維可以使用，因為在壓力蒸汽鍋的溫度和堿性條件下，玻璃纖維和大部分有機(jī)纖維都會遭受破壞。
2.在蒸壓條件下，只有存在單體的結(jié)晶二氧化硅例如石英時才可能形成結(jié)晶雪硅鈣石結(jié)構(gòu)。甚至在理想狀態(tài)下，仍有一定量未反應(yīng)的二氧化硅余留在最終產(chǎn)品中。但是，由于石英粉塵對人們健康有害，因此官方條例要求只有極小量結(jié)晶石英可以存在于最終產(chǎn)品中。然而當(dāng)使用其它二氧化硅源如非晶形二氧化硅、飄塵等時，在高溫下，最終產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性卻顯著降低。
因此，本發(fā)明的目的為改進(jìn)包括波特蘭水泥、纖維和填料的輕質(zhì)絕熱板。該板不含石棉，而且在最終產(chǎn)品中有任何單體的結(jié)晶二氧化硅，而且已在常溫下水力硬化，即不必用過熱蒸氣在壓力蒸汽鍋中硬化。此外，該產(chǎn)品的機(jī)械性能、抗燃性和毒性都必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)。最后，關(guān)于原材料和加工的成本方面，新產(chǎn)品必須很經(jīng)濟(jì)，以使它們可與市場上現(xiàn)有產(chǎn)品競爭。
作為認(rèn)真和昂貴研究的結(jié)果，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以一個意外簡單的方法，用下述組分波特蘭水泥、纖維和填料，以明確限定的，相互調(diào)整的數(shù)量，外加8～25%(重量)，最好為10～18%(重量)的熟石灰，就可實現(xiàn)上述目的。
本發(fā)明涉及包括由波特蘭水泥、纖維和填料制成的輕質(zhì)絕熱板，其中包括a)50～75%(重量)水泥，b)0～5%(重量)纖維素纖維，c)0.5～4%(重量)耐堿纖維材料，d)5～20%(重量)云母，e)5～20%(重量)輕質(zhì)填料，f)8～25%(重量)熟石灰。
如果絕熱板包括下述組分，將達(dá)到特別好的結(jié)果a)55～65%(重量)水硬性波特蘭水泥，b)2～4%(重量)纖維素纖維，c)0.8～1.5%(重量)耐堿纖維材料，d)10～15%(重量)云母，e)8～18%(重量)輕質(zhì)填料，f)10～18%(重量)熟石灰。
作為耐堿纖維材料，最好使用聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)和聚酰胺，其量為0.8～2%(重量)，或者使用為耐堿而涂覆過的玻璃纖維，其量為1～4%(重量)，以及它們的混合物。
作為輕質(zhì)填料，更準(zhǔn)確地說，多孔珍珠巖、疏松粘土、球形硬硅鈣石骨料和磨碎的泡沫混凝土或其混合物，已證實是有用的。
根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)絕熱板的方法，可通過把下列組分混合于過量水中加以實施
a)50～75%(重量)，最好為55～65%(重量)水泥，b)0～5%(重量)，最好為2～4%(重量)纖維素纖維，c)0.5～4%(重量)，最好為0.8～1.5%(重量)耐堿纖維材料，d)5～20%(重量)，最好為10～15%(重量)云母，e)5～20%(重量)，最好為8～18%(重量)輕質(zhì)填料，f)8～25%(重量)，最好為10～18%(重量)熟石灰。
用已知方法從懸浮物分離出多余的水而形成絕熱板，而且使該混合物置于潮濕空氣中至少15天，最好28天進(jìn)行硬化。
以已知方法在壓濾機(jī)、哈氏機(jī)(Hatschek machines)、與Magnani相應(yīng)的裝置、Fourdrinier機(jī)或所謂的澆注機(jī)和卷切機(jī)上操作，使懸浮物形成板，并從中除去多余的水。稀釋的懸浮物一般每5～25分水中含有一分固體物質(zhì)。成形后，產(chǎn)品切割成所要求的規(guī)格，儲存在潮濕空氣中，直至充分凝固并硬化，一般至少需15天，最好為28天。
為實施所述方法，先制備纖維材料的漿料，然后向它添加填料、熟石灰和水泥。當(dāng)然還可把常用絮凝劑等加到懸浮物中。
根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品具有通常的密度，即0.7～1.1克/厘米3，較好是0.8～1.0克/厘米3。所用的纖維材料的量取決于所需的抗彎強(qiáng)度，但是纖維素纖維含量應(yīng)保持盡可能低，用較高的纖維素纖維量將導(dǎo)致燃燒性能變壞。耐堿有機(jī)纖維的含量較高，雖然可提高抗彎強(qiáng)度，但是也降低材料在可燃性試驗中的性能。
通過涂覆而制成的耐堿的玻璃纖維，為達(dá)到同樣抗彎強(qiáng)度，必需加進(jìn)稍高的量。由于根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品多半不因濕氣而發(fā)生永久變形，所以保證了產(chǎn)品的長期穩(wěn)定性，即使它們含有較大量用涂覆方法制成的耐堿玻璃纖維。
用作填料的云母可以用市場上買得到的等級品，不過假若至少60%的顆粒大小小于250微米時，便能得到特別好的結(jié)果。顆粒大小大于500微米的比例應(yīng)小于3%，因為在制造過程中可能發(fā)生其它麻煩。
在本發(fā)明中使用熟石灰，得到了意想不到的好結(jié)果。對不加熟石灰或加入少于8%(重量)熟石灰的板材的比較試驗說明，它們不能符合法定標(biāo)準(zhǔn)的要求，例如按照“英國標(biāo)準(zhǔn)”BS476第4部分的不燃性試驗的要求，而且此種產(chǎn)品在950℃時收縮百分率較高。
熟石灰含量多于25%(重量)時，板材機(jī)械性能開始降低，并且產(chǎn)品失去所要求的機(jī)械強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。因此，熟石灰加入量最好為10～18%(重量)，水泥對熟石灰的比率在3∶1到9∶1以內(nèi)，而以大致在4∶1至5∶1的范圍內(nèi)為好。
片狀填料(云母)對球狀填料(輕質(zhì)填料)的比率最好在1∶1至1∶1.5的范圍內(nèi)。填料總量是在10%(重量)與40%(重量)的范圍內(nèi)，而以20～30%(重量)為好。
對于纖維素纖維，可以使用通常應(yīng)用于此種目的的任何纖維，更具體地說，那些由亞麻、大麻、劍麻、桉樹獲得的纖維，以及那些由木材獲得的纖維，更準(zhǔn)確地說由針葉樹回收的產(chǎn)物，這些纖維也用于造紙工業(yè)。按照本發(fā)明的方法，纖維素纖維比在常規(guī)產(chǎn)品中用的要顯著地少，在極端情況下，甚至可能完全不用任何纖維素纖維。
根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品當(dāng)然也可以與常規(guī)添加劑混合，例如顏料、助濾劑、絮凝劑、乳化劑等以及一定量的磨碎的廢料如硅酸鈣和硅酸鋁。但決不是任何結(jié)晶二氧化硅都必須加入，因為盡管熟石灰過量，在室溫下結(jié)晶二氧化硅仍不反應(yīng)生成硅酸鈣，因此在最終產(chǎn)品中必須形成不能允許的高含量的結(jié)晶二氧化硅。
在下述實例中更詳細(xì)敘述典型的實施方案以及制造方法。
實例1將3重量分纖維素和1重量分聚乙烯醇(PVA)懸浮在水中。然后再依次加入12重量分云母、15重量分熟石灰、11重量分多孔珍珠巖和58重量分波特蘭水泥。以固體總含量計懸浮物含水量為25倍。把該懸浮物在哈氏(Hatschek)機(jī)上加工成板，其厚度隨加工條件而定，為8～25毫米。板材經(jīng)切割后儲存在潮溫空氣中28天。制成的輕質(zhì)絕熱板滿足下述的全部要求，即抗彎強(qiáng)度、950℃時的熱收縮率、BS476第4部分的不燃性試驗及根據(jù)DIN53436的毒性試驗，而且在干燥、和經(jīng)再濕潤后，表現(xiàn)出的延伸率和收縮率，分別低于2毫米/米。
實例2用包括4重量分纖維素、1重量分聚乙烯醇(PVA)、12重量分云母、15重量分熟石灰、10重量分珍珠巖和58重量分水泥的混合物重復(fù)實例1的制造方法。產(chǎn)品在干燥并再濕潤時，抗彎強(qiáng)度稍有提高，950℃時的熱收縮率較低，而收縮率和再延伸率則有類似值。
實例3用包括2重量分纖維、1重量分聚乙烯醇(PVA)、15重量分云母、10重量分熟石灰、15重量分多孔珍珠巖和57重量分水泥的混合物重復(fù)實例1的制造方法。得到的產(chǎn)品也滿足硬化的全部要求。
比較實例用包括4重量分纖維素、1重量分聚乙烯醇(PVA)、12重量分云母、15重量分珍珠巖和68重量分水泥的混合物重復(fù)實例1的制造方法。得到的產(chǎn)品在950℃時收縮率有明顯提高，并且不滿足根據(jù)BS476第4部分不燃性試驗的要求。
權(quán)利要求
1.包括波特蘭水泥、纖維和填料的輕質(zhì)絕熱板，所述絕熱板包括a)50～75%(重量)水泥，b)0～5%(重量)纖維素纖維，c)0.5～4%(重量)耐堿纖維材料，d)5～20%(重量)云母，e)5～20%(重量)輕質(zhì)填料，以及f)8～25%(重量)熟石灰。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的絕熱板，包括a)55～65%(重量)水泥，b)2～4%(重量)纖維素纖維，c)0.8～1.5%(重量)耐堿纖維材料，d)10～15%(重量)云母，e)8～18%(重量)輕質(zhì)填料，以及f)10～18%(重量)熟石灰。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的絕熱板，其中所述耐堿纖維材料是來自包括0.8～2.0%(重量)聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)和聚酰胺之類的纖維，或來自1～4%(重量)為耐堿而經(jīng)涂覆的玻璃纖維或其混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2的絕熱板，其中所述耐堿纖維材料是來自包括0.8～2.0%(重量)聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)和聚酰胺之類的纖維，或來自1～4%(重量)為耐堿而經(jīng)涂覆的玻璃纖維或其混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的絕熱板，其中所述輕質(zhì)填料是來自包括多孔珍珠巖、疏松粘土、合成的球形硬硅鈣石骨料或磨碎的泡沫混凝土、或其混合物之類的填料。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2的絕熱板，其中所述輕質(zhì)填料是來自包括多孔珍珠巖、疏松粘土、合成的球形硬硅鈣石骨料或磨碎的泡沫混凝土，或其混合物之類的填料。
7.根據(jù)權(quán)利要求
3的絕熱板，其中所述輕質(zhì)填料是來自包括多孔珍珠巖、疏松粘土、合成的球形硬硅鈣石骨料或磨碎的泡沫混凝土，或其混合物之類的填料。
8.一種用于生產(chǎn)包括波特蘭水泥、纖維和填料的輕質(zhì)絕熱板的方法，所述方法包括以過量的水配料50～75%(重量)水泥、0～5%(重量)纖維素纖維、0.5～4%(重量)耐堿纖維材料、5～20%(重量)云母、5～20%(重量)輕質(zhì)填料和8～25%(重量)熟石灰，從懸浮物分離出多余的水，同時形成板材，并且，在潮濕空氣中硬化該混合物，至少15天。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的方法，其中所述耐堿纖維材料是來自包括0.8～2%(重量)聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)和聚酰胺之類的纖維，或來自1～4%(重量)為耐堿而經(jīng)涂覆的玻璃纖維，或其混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8的方法，其中所述輕質(zhì)填料是來自包括多孔珍珠巖、疏松粘土、合成球狀硬硅鈣石骨料或磨碎的泡沫混凝土，或其混合物之類的填料。
11.根據(jù)權(quán)利要求
9的方法，其中所述輕質(zhì)填料是來自包括多孔珍珠巖、疏松粘土、合成球狀硬硅鈣石骨料或磨碎的泡沫混凝土，或其混合物之類的填料。
專利摘要
本發(fā)明的輕質(zhì)絕熱板，包括波特蘭水泥、纖維和填料，其中a)50～75％(重量)水泥，b)0～5％(重量)纖維素纖維，c)0.5％～4％(重量)耐堿纖維材料，d)5～20％(重量)云母，e)5～20％(重量)輕質(zhì)填料，以及f)8～25％(重量)熟石灰。它們從懸浮物形成板材，至少硬化15天，最好為28天。本發(fā)明的絕熱板滿足這種材料有關(guān)抗彎強(qiáng)度、不燃性等硬化的全部要求。
文檔編號C04B28/04GK87101966SQ87101966
公開日1987年9月23日 申請日期1987年3月14日
發(fā)明者埃米爾·貝斯 申請人:雷德科公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan