專利名稱：：輕質板材的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種可用于構造靜態結構的復合板，特別地涉及用于構造墻、吊頂等的復合板。
背景技術：
：有時被叫作干式墻的傳統墻板在全世界范圍內被廣泛使用、特別被用于構造內墻。這種產品的配方通常包括必然會在板材的重量上得到反映的大比例的石骨。典型地，傳統墻板的密度為每立方英尺(pcf)約40磅。空氣可被夾帶或捕獲在板材成分中以提供可壓縮性和減輕重量。然而，石骨含量一般要維持在相對高的水平上以確保足夠的"釘拉拔"強度。傳統墻板的重量是一個重大缺陷，因為它增加了分配過/或緊張影響的勞動力成本。用于吊頂的瓦可以以各種配方、厚度、表面式樣和涂層來生產。在傳統吊頂瓦中長期存在并頻繁出現的問題是其在被安裝后易于下垂-特別是在潮濕和/或高溫環境下-從而形成不雅觀和因此令人不滿的狀態。已經注意到在吊頂瓦的配方中包括珍珠巖會趨于增加瓦片下垂的敏感度。
發明內容本發明提供一種可尤其用于墻結構和吊頂瓦的相對輕的復合板覆層中的高抗:材^，從而得到令人吃驚地i和堅固的板材。合適的板材芯體的配方包括-以舉例的方式、基于重量約15%至40%的珍珠巖，約10%至30%的纖維素纖維，約5%至15%的諸如淀粉的粘合劑，約0%至50%的礦物棉，以及約0%至25%的諸如石骨的填充物。紙料被層壓到該板材芯體的至少一側以作為抗拉結構元件。已經發現在已公開的復合板材中，膨脹了的珍珠巖如結構泡沫一樣工作，因此即使在低密度下也能夠獲得相對高的壓縮強度。更具體地，高的壓縮強度顯然歸因于芯體的結構完整性，其中膨脹的珍珠巖、纖維素纖維和粘合劑一起作用為結構泡沫。這種壓縮強度在令人吃驚的高釘拉拔能力上得到反映，使得產品能夠成功地被用作墻板。具有如所公開的內容那樣配制的芯體和層壓紙鍍覆層的板材性能運作起來與普通經驗相反，其中以前板材密度被不必要地維持在相對高的水平上以獲取足夠的釘拉拔值。本發明的輕質板材結構允許板材被成功地用于吊頂瓦應用中。除了為最后噴漆或類似情況提供均勻基底，層壓在瓦片的正面或室內側上的紙質層用于以經濟且對環境有利的方式顯著提高瓦片的抗下垂能力。具體實施例方式體現本發明的復合板材包括平面芯體和層壓到該芯體體的一側的至少一個紙質面片。當意于用作墻板時，該板材典型地被制造成標稱的4，x8，、IO，和12，的尺寸。當然，該板材可以被制造成其它尺寸，或者在工廠或在現場被切割成其它尺寸。由于該板材在重量上要比傳統板材輕，因此它能夠被制造成標準-例如為5英尺-的更大寬度，且仍然能夠由人工搬運。例如，能夠用典型地被用來制造吊頂瓦的傳統水粘結工藝來制造芯體。芯體的配方可以是多種多樣的，但是基本或主要組分為珍珠巖、纖維素纖維和粘合劑。這些組分和其它可選組分被均勻地混合在含有約5。/。的固體的水漿中，在篩子上除去水分以形成氈片，然而被干燥從而形成芯體。為了達到實用的程度，在芯體被制成時這些組分保持均勻地分布在芯體中。優選地通過本領域公知的合適的壓制技術，以足夠的精度控制氈片厚度，從而優選地在不需要附加的研磨或砂磨操作的情況下生產出具有指定厚度的芯體。下面討論主要組分和一些可選組分珍珠巖膨脹珍珠巖可被視為膨化的爆米花。在膨脹為特定密度后，珍珠巖微粒具有孔隙或孔洞。在與水漿中的組分材料混合后，珍珠巖微粒含有水分，這些水分隨后必須在芯體氈片的干燥過程中被除去。雖然高的珍珠巖含量能夠得到芯體的良好膨脹性，但是增加珍珠巖含量也許會因為水含量的增加而降低板材成形速度，以及能夠減少吊頂瓦應用中的減噪和抗下垂性。纖維素纖維纖維素纖維在芯體的形成過程中提供濕強度。纖維素纖維在氈片形成過程中包封珍珠巖和諸如淀粉和填充物的其它細粒級材料。如果芯體配方中沒有纖維素纖維，珍珠巖會漂浮到水漿表面，從而難以形成芯體。在吊頂瓦應用中，過量的纖維素纖維會對用手持板材切刀(其普遍被安裝人員用來切割瓦片)切割瓦片的能力造成不利的影響。合適的纖維素纖維的一個經濟的來源是回收紙，但是諸如木材這樣的其它纖維源也是可用的。粘合劑淀粉和乳膠是在芯體被干燥后在主要芯體成分之間提供粘著結合的粘合劑。在典型的芯體配方中一般要使用未煮過的淀粉。未煮過的淀粉在其被煮過之前不會提供任何的強度，因此在芯體被干燥之前依靠纖維素纖維提供壓坯/濕強度。一旦淀粉被煮過，芯體就變得易碎且能夠輕松地用手持板材切刀進行切割。淀粉量越高則易脆性越高。增加的有機物含量-包括淀粉和纖維素纖維-在高濕度條件下下對吊頂瓦抗下垂性有負面影響。礦物棉用于吊頂瓦的板材的芯體配方中的礦物棉增強板材的聲音吸收(NRC)。一般而言，礦物棉量越高，那么聲音吸收能力就越好。礦物棉還在芯體形成過程中有利地使漿液膨脹。填充物在防火級的吊頂瓦中，粘土很重要。在發生火災時，粘土能夠燒結并向吊頂瓦提供額外的耐火性。然而，由于其親水性，芯體配方中的高粘土含量會降低生產線速度。碳酸釣是一種典型的填充物，其除了可向產品提供一定硬度外在板材性能中沒有顯著價值，但是它能夠降低產品成本。其它常用的低成本填充物為硫酸鈣和飛灰。由于其在水中的有限溶解度，石骨用作絮凝媒介物。芯體漿液中的絮凝體的作用是在加工(除水、真空和潮濕壓制)過程中將細粒(無機粘土、有機淀粉等)保持和均勻分布在氈片中。在配方中缺乏絮凝媒介物會因為在加工過程中細微且高密度的微粒遷移到氈片底部而對排水造成不利的影響。與由其它無機填充物、粘土和碳酸4丐形成的氈片厚度相比，石膏可形成更高的氈片厚度。潮濕壓制之前的較高氈片厚度(頂層)有利于除去過多的水分。石膏可避免需要其它的絮凝劑、促凝劑和/或表面活性劑。石膏可改善板材中的硬度。石膏可用作分散劑以使礦物纖維和/或纖維素纖維散開，并因此允許更高的漿液濃度(固體百分比)從而提高生產率。石膏在壓制和干燥芯體氈片之后不會明顯"回彈"或鼓起，因此降低了對芯體進行磨砂以控制芯體厚度的要求。根據針對主要和可能組分材料的上述討論中可以看出材料的選質。''、、、'在主要成分-珍珠巖、纖維素纖維和粘合劑-中，珍珠巖占據了芯體體積的大多數。珍珠巖的密度為每立方英尺約3-約15磅，更優選地在每立方英尺約6-約IO磅之間，最優選地為每立方英尺約8磅。不管用于構造芯體的膨脹珍珠巖的實際密度，就膨脹而言，重要的是珍珠巖占據芯體體積的大多數、優選地占據幾乎所有的芯體體積。確保芯體中的珍珠巖含量足夠的一個方法是向漿液中的混合物添加稍微過量的珍珠巖，以便在將形成芯體的氈片壓制成指定尺寸時，有限量-例如約5%-的珍珠巖膨脹微粒被壓碎。紙質表面被層壓到芯體的至少一側。該紙面可以是諸如牛皮紙的各種形式中的任何一種，其取決于復合板的最終用途。在復合板被預定用作墻板時，常規的墻板紙(即干式板的正面或后面上的紙)可被層壓到該芯體。這種紙的實例的厚度在約11密爾—約13密爾之間。當2英寸寬的樣品尺寸在標準測試夾具(TAPPI測試標準)中被夾緊和拉伸時，這種紙通常表現出機器方向上為約140磅和橫向方向上為約45磅的拉伸強度。同樣，在該復合板材預定用作墻板時，其整體厚度或高度將為例如標稱3/8"、1/2"或5/8"。芯體在厚度上按一定尺寸制成以在僅在芯體一側上結合有紙質表面或在芯體兩側上結合有各自的紙質表面時形成該標稱厚度。典型地，當芯體在正被切割成一定尺寸之前或之后正被制成時，同時在生產線上將該一個或多個紙質面層壓到芯體。通過合適的可從市場上購買到的水基膠粘劑-優選為乳膠-將該一個或多個紙質面粘附到芯體。可通過傳統的已知技術將膠粘劑噴灑、滾筒涂膠或以其它方式分布在芯體和紙質面的整個表面或芯體和紙質面中的一個的整個表面上。在工廠生產中當氈片被干燥和芯體被制成時，其典型地具有約2%或更少的非常低的濕度。這種低濕度使得在復合板的工廠生產中當一個或多個紙質面被層壓到芯體時水基膠粘劑能夠快速固化。理想地，最后得到的復合板的密度應該約為每立方英尺30磅。這種密度或重量顯然優于標準墻板重量。裝運、搬運和安裝成本上的節約是潛在地無限的。本發明通過使用輕質芯體擺脫了對于基于石膏的墻板至少要維持約每立方英尺40磅的最小密度的傳統操作。在當前操作中，當傳統墻板的密度降低至低于該數值時，墻板的強度將受到損失，且典型地釘拉拔性能變得無法接受。釘拉拔在ASTM標準C473中得到詳細描述，且在工業上被用來用工業標準測量墻板和面板構造的性能。本發明涉及膨脹珍珠巖單元或微粒在纖維素(紙)纖維和粘合劑的均勻混合物中的使用。粘合劑的實用形式為例如從玉米、土豆和/8或麥桿中獲取的淀粉。可以在將淀粉引入從中形成芯體氈片的漿液之前預先煮過淀粉。纖維素纖維和粘合劑形成珍珠巖微粒之間的空隙中的基體。粘合劑使纖維素纖維彼此相對固定，并使纖維相對于珍珠巖微粒固定。纖維素纖維提供了芯體的拉伸強度的主要部分。優選地，珍珠巖和纖維素纖維的結合重量為芯體總重量的至少25%。由所公開的工藝和所公開的配方制成的復合板材表現出令人吃驚的高釘拉拔性能，特別是在與標準的基于石骨的墻板和輕質的基于石膏的墻板相比時。如最佳推測的那樣，在某種程度上取決于實際配方，可以推斷結合紙纖維和粘合劑的穩定功能，芯體混合物的珍珠巖成分使得珍珠巖顆粒能夠集中用作結構性泡沫，其在壓縮時產生高強度，同時在重量上相對較輕。不僅是在壓縮時而且還在拉伸時，芯體強度使復合板材具有如下的獨一無二的能力，即僅鍍覆一個紙質貼面而又還能夠提供高水平的釘拉拔性能。也就是說，在釘子或螺桿頭部抵靠的面板表面為單個紙質覆蓋層側的情況下，不必使用第二紙質面來獲得足夠的釘拉拔強度。除了提及的芯體的基本組分以外，其它材料也可以被用在芯體配方中。這些附加材料可包括礦物棉、石膏和諸如粘土、飛灰和白云石這樣的填充物。下面是示出了芯體混合物的可能成分和可能的重量相對百分比的表。復合板的芯體具有在下列參數內的配方。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>總計100在一個或兩個表面上層壓有標準墻板紙且具有在上述表中給出的模范芯體配方的復合板材表現出下列性能紙l-側，3/8"厚度的芯體<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>在測試過程中FU-面朝上，FD-面朝下MD-樣品測試紙張沿著機器方向CD-樣品測試紙張沿著機器的橫向方向MOR(折斷系數)為由下列方程(ASTMD1037)給出的彎曲強度的測量值MOR=3x負栽(磅)x跨距(英寸)/2x樣品寬度(英寸)x厚度(英寸2)基于上述內容，本領域技術人員可以配制6000磅的固體水漿配料以得到預估的結果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>通常，纖維素量越高，那么板密度將越低。如先前指示的那樣，對于同樣的板材厚度，本發明的低密度板材可輕松地超過工業釘拉拔標準。工業標準制定對于3/8"墻板可接受的釘拉拔值為56磅以及對于1/2"墻板可接受的值為77磅。前述表格示出了結合有層壓在一個或兩個側面上的標準干式板紙的具有模范配方的輕質芯體能夠超過這些工業標準。從這些數據中可明顯看出該芯體的密度和/或該紙面或多個紙面的強度可比有記錄的輕質結構小，同時仍然得到至少為工業標準的令人滿意的釘拉拔性能。顯然，這些公開內容為舉例的方式，且可以在不脫離包含在該公開內容中的教導的合理范圍內的情況下通過添加、改進或刪除零件來進行各種變化。因此本發明除了受限于下列權利要求所必然受限的范圍之外不限于這些公開內容的細節。權利要求1.一種復合板材，其包括芯體和粘附地層壓到芯體的一個面上的紙質面片，芯體包括珍珠巖、粘合劑和纖維素纖維的混合物，芯體被形成為水漿，其中所述珍珠巖、粘合劑和纖維素纖維均勻地分布在水漿中，珍珠巖處于膨脹狀態使得其微粒包括內部孔隙并表現出每立方英尺約5至約15磅的密度，并且珍珠巖具有足夠的數量以在體積上占據芯體體積的至少50％，基于重量，結合的珍珠巖和纖維素纖維形成芯體重量的至少25％，纖維素纖維和粘合劑形成珍珠巖微粒之間的孔隙中的基體，粘合劑使纖維素纖維彼此相對固定并使纖維相對于珍珠巖微粒固定，纖維素纖維提供了芯體的拉伸強度的主要部分，紙質面通過施加到紙質面的大致整個區域的水基膠粘劑被層壓到芯體，珍珠巖的壓縮強度和纖維素纖維的抗拉強度通過粘合劑的作用所利用，因此獲得與復合板材的重量相比相對較高的釘拉拔能力。2.如權利要求1所述的復合板材，其中珍珠巖的初始總體積至少與芯體的體積一樣大。3.如權利要求l所述的復合板材，其中結合的珍珠巖、纖維素纖維和粘合劑構成芯體的至少約30%重量。4.如權利要求1所述的復合板材，其中當芯體在工廠中被制成時，紙質面被層壓到芯體。5.—種復合板材，其包括為芯體和粘附地層壓到芯體的至少一個面上的紙質面片材料的構成元素，芯體包括珍珠巖、粘合劑和纖維素纖維的大致均勻的混合物，芯體形成為水漿，珍珠巖處于膨脹狀態以使其微粒包括內部孔隙并表現出每立方英尺約3至約15磅的密度，珍珠巖構成芯體重量的約15%至約40%之間，纖維素纖維構成芯體重量的約10%至約30%之間，粘合劑構成芯體重量的約5%至約15%之間，纖維素纖維和粘合劑形成珍珠巖微粒之間的孔隙中的基體，粘合劑使纖維素纖維彼此粘附并將纖維素纖維粘附到珍珠巖微粒，紙質面材料通過施加到紙質面材料的大致整個區域的水基膠粘劑被層壓到芯體，芯體和紙質面材料的珍珠巖、纖維素纖維、粘合劑以及其他組分的配方被選定成形成每立方英尺約30磅或更少的復合板材密度，以及在復合板材厚度為標稱3/8"時的至少約56磅的釘拉拔力和在復合板材厚度為標稱1/2"時的至少約77磅的釘拉拔力。6.如權利要求5所述的復合板材，其中所述紙質面片材料被層壓到所述芯體的兩側。全文摘要一種復合板材，其包括芯體和粘附地層壓到芯體的一個面上的紙質面片，芯體包括珍珠巖、粘合劑和纖維素纖維的混合物，芯體被形成為水漿，其中珍珠巖、粘合劑和纖維素纖維被均勻地分布在水漿中，珍珠巖處于膨脹狀態以使其微粒包括內部孔隙并表現出每立方英尺約5至約15磅的密度，且珍珠巖具有足夠的數量以在體積上占據芯體體積的至少50％，基于重量，結合的珍珠巖和纖維素纖維形成芯體重量的至少25％。紙質面通過施加到紙質面的大致整個區域的水基膠粘劑被層壓到芯體，珍珠巖的壓縮強度和纖維素纖維的抗拉強度被粘合劑的作用所利用，因此獲得與復合板材的重量相比相對較高的釘拉拔能力，且在復合板材被用于吊頂瓦時具有抗下垂能力。文檔編號B32B3/26GK101511577SQ200680030824公開日2009年8月19日申請日期2006年8月1日優先權日2005年8月24日發明者米爾扎·A·貝格申請人:Usg內部股份有限公司