專利名稱:輕質絕熱板及其制造方法
本發明涉及輕質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劑的水懸浮物、增強纖維材料和填料制造輕質絕熱板，該板不是在空氣中(常規條件)就是在蒸汽壓下硬化。在所述方法中，必須把粘結劑的組分(即硅酸鈣或熟石灰，)與二氧化硅和水反應生成已知的硅酸鈣水合物結構。硬化粘結劑(setbinder)的結構取決于在反應條件下能實際起反應的熟石灰和二氧化硅的相對比例。產品的一些性質在很大程度上還取決于加入水懸浮物的增強纖維材料。已證實石棉用于此目的是有用的。然而，近來由于環境保護的原因而使不用石棉纖維已成必然的趨勢。
與此同時，已發展和銷售了許多所謂的無石棉產品。但是這些產品一般比含石棉的產品有更顯著的缺點，因為它只有在犧牲其它一些需要的性質時，才能達到某些所要求的性質。因此與含石棉產品相比就限制了這些無石棉產品的普遍應用。
石棉纖維的一個典型的應用領域是輕質絕熱板，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/或有機纖維和/或耐堿玻璃纖維取代石棉纖維可以制造輕質絕熱板。但是這些產品的機械性能一般較差，抗燃性較低。它們還未能符合德國工業標準DIN53436的毒性試驗的要求，因為在高溫下可能會產生有毒氣體。
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劑有水硬性硅酸鈣粘結劑、波特蘭水泥、高鋁水泥和高爐礦渣水泥。因此，所用的粘結劑是在蒸壓條件下凝固的水硬性粘結劑，或是常溫下用水凝固的粘結劑。
已知在室溫凝固的粘結劑，機械性能較差，更確切地說，較之在壓力蒸汽鍋中硬化的粘結劑，前者的抗彎強度較低，防水性較差。
所以實際上無石棉抗燃性輕質絕熱板是由在壓力蒸汽鍋中硬化的產品制造的，更具體地說，在壓力蒸汽鍋中已經形成雪硅鈣石結構。因此，迄今認為，這些結晶硅酸鈣對得到熱穩定的以及能承受機械負荷的產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。對于增強纖維材料，只有纖維素及少量價格很貴的有機纖維可以使用，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纖維都會遭受破壞。
2.在蒸壓條件下，只有存在單體的結晶二氧化硅例如石英時才可能形成結晶雪硅鈣石結構。甚至在理想狀態下，仍有一定量未反應的二氧化硅余留在最終產品中。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晶石英可以存在于最終產品中。然而當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，最終產品的熱穩定性卻顯著降低。
因此，本發明的目的為改進包括波特蘭水泥、纖維和填料的輕質絕熱板。該板不含石棉，而且在最終產品中有任何單體的結晶二氧化硅，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，該產品的機械性能、抗燃性和毒性都必須符合國家標準。最后，關于原材料和加工的成本方面，新產品必須很經濟，以使它們可與市場上現有產品競爭。
作為認真和昂貴研究的結果，已經發現，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，相互調整的數量，外加8～25%(重量)，最好為10～18%(重量)的熟石灰，就可實現上述目的。
本發明涉及包括由波特蘭水泥、纖維和填料制成的輕質絕熱板，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)輕質填料，f)8～25%(重量)熟石灰。
如果絕熱板包括下述組分，將達到特別好的結果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。
作為輕質填料，更準確地說，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。
根據本發明的生產絕熱板的方法，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天進行硬化。
以已知方法在壓濾機、哈氏機(Hatschek machines)、與Magnani相應的裝置、Fourdrinier機或所謂的澆注機和卷切機上操作，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。成形后，產品切割成所要求的規格，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。當然還可把常用絮凝劑等加到懸浮物中。
根據本發明的產品具有通常的密度，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度，但是纖維素纖維含量應保持盡可能低，用較高的纖維素纖維量將導致燃燒性能變壞。耐堿有機纖維的含量較高，雖然可提高抗彎強度，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，為達到同樣抗彎強度，必需加進稍高的量。由于根據本發明的產品多半不因濕氣而發生永久變形，所以保證了產品的長期穩定性，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果。顆粒大小大于500微米的比例應小于3%，因為在制造過程中可能發生其它麻煩。
在本發明中使用熟石灰，得到了意想不到的好結果。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準的要求，例如按照“英國標準”BS476第4部分的不燃性試驗的要求，而且此種產品在950℃時收縮百分率較高。
熟石灰含量多于25%(重量)時，板材機械性能開始降低，并且產品失去所要求的機械強度和抗彎強度。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，而以大致在4∶1至5∶1的范圍內為好。
片狀填料(云母)對球狀填料(輕質填料)的比率最好在1∶1至1∶1.5的范圍內。填料總量是在10%(重量)與40%(重量)的范圍內，而以20～30%(重量)為好。
對于纖維素纖維，可以使用通常應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，更準確地說由針葉樹回收的產物，這些纖維也用于造紙工業。按照本發明的方法，纖維素纖維比在常規產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。
根據本發明的產品當然也可以與常規添加劑混合，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。但決不是任何結晶二氧化硅都必須加入，因為盡管熟石灰過量，在室溫下結晶二氧化硅仍不反應生成硅酸鈣，因此在最終產品中必須形成不能允許的高含量的結晶二氧化硅。
在下述實例中更詳細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)機上加工成板，其厚度隨加工條件而定，為8～25毫米。板材經切割后儲存在潮溫空氣中28天。制成的輕質絕熱板滿足下述的全部要求，即抗彎強度、950℃時的熱收縮率、BS476第4部分的不燃性試驗及根據DIN53436的毒性試驗，而且在干燥、和經再濕潤后，表現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實例1的制造方法。產品在干燥并再濕潤時，抗彎強度稍有提高，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實例1的制造方法。得到的產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實例1的制造方法。得到的產品在950℃時收縮率有明顯提高，并且不滿足根據BS476第4部分不燃性試驗的要求。
權利要求
1.包括波特蘭水泥、纖維和填料的輕質絕熱板，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)輕質填料，以及f)8～25%(重量)熟石灰。
2.根據權利要求
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)輕質填料，以及f)10～18%(重量)熟石灰。
3.根據權利要求
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)為耐堿而經涂覆的玻璃纖維或其混合物。
4.根據權利要求
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)為耐堿而經涂覆的玻璃纖維或其混合物。
5.根據權利要求
1的絕熱板，其中所述輕質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.根據權利要求
2的絕熱板，其中所述輕質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.根據權利要求
3的絕熱板，其中所述輕質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。
8.一種用于生產包括波特蘭水泥、纖維和填料的輕質絕熱板的方法，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.根據權利要求
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)為耐堿而經涂覆的玻璃纖維，或其混合物。
10.根據權利要求
8的方法，其中所述輕質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.根據權利要求
9的方法，其中所述輕質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
本發明的輕質絕熱板，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。本發明的絕熱板滿足這種材料有關抗彎強度、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
發明者埃米爾·貝斯 申請人:雷德科公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan