[发明专利]用于纤维水泥的纤维及其产生的产品

说明书

技术领域

本发明涉及用于纤维水泥产品的纤维及其产生的纤维水泥产品。

背景技术

房屋和其它建筑通常采用外部墙板、屋面、和饰面材料来保护其内部结构免受环境因素影响。典型地，这些墙板、屋面、和饰面材料是由木材、混凝土、砖、铝、灰泥、木质复合材料、或纤维-水泥复合材料构成的板材、面板、或屋顶板。在纤维-水泥墙板、屋面、和饰面中一些常见的纤维-水泥复合材料通常由水泥和未漂白的木浆以及任选的石英砂、合成纤维、和各种添加剂构成。纤维-水泥产品与其它类型材料例如木质墙板、屋面、和饰面相比，因为纤维-水泥产品的耐候性、相对造价不高、防火，并且不易被腐蚀或遭受虫害而提供了若干优势。

大部分商业纤维-增强型水泥墙板产品是用抄取法（Hatsheck process）制造的。抄取法最早出现是用于生产石棉水泥复合材料，但它现在也用于制造非石棉、合成、和纤维素纤维增强型水泥复合材料。非石棉、空气养护型纤维水泥产品需要合成纤维作为增强纤维以及精制纤维素或相当的纤维作为过滤纤维。单独的合成纤维不能执行过滤功能并因此需要添加纤维素纤维用于该目的。

在抄取法中，成捆的漂白或未漂白纤维素浆粕纤维在水中被再次浆化以提供基本上单根纤维。将再次浆化的纤维精制，然后与水泥和添加剂例如方解石和任选的合成纤维、石英砂、粘土、以及其它添加剂混合形成混合物。添加剂的类型将部分取决于将要使用的养护类型。空气养护或自然养护过程往往会使用方解石、碳酸钙作为添加剂以及合成纤维如聚乙烯醇（PVA）纤维作为增强纤维。高压蒸汽养护过程通常会使用石英砂作为添加剂。

将一层薄薄的纤维-水泥混合物沉积在毡带基底（felt band substrate）上并真空脱水。重复该过程，直至形成许多层以获得最终厚度并提供层状产品。然后，根据所需要的产品和规格，可压制产品。然后将产品养护以形成片材形式的纤维增强水泥基体。所述养护可以通过在潮湿的环境中空气干燥或自然养护或者通过高压蒸汽养护来完成。自然养护过程可能需要21至28天。这可以在升高的不高于80℃的温度下通过增加高湿度环境来加速。所述材料可用于墙板、屋面、或饰面。墙板形式可具有标准斜面（beveled）木墙板的外观。屋面形式可具有标准屋面材料例如屋顶板、瓦片、石板瓦、或完整成型片材（full profiled sheet）的外观。

在最初的抄取法中，石棉纤维是所选择的纤维。石棉纤维在自然养护中起到增强纤维和过滤纤维两个作用。过滤纤维在成形丝网或筛丝网（又称筛缸（sieve cylinder））上的排水过程中充当水泥混合浆料的过滤介质，当从水泥悬液中去除过量的水时，帮助保留水泥和添加剂颗粒。如果没有过滤介质，那么浆料中的大量固体将会在排水过程中随水流失。过滤介质的目的是在去除水的同时将水泥混合物保留在产品中。在排水过程中，水泥混合物将在纤维周围形成并与其附着。过滤纤维通过捕获水泥混合物中的水泥和其它组分的颗粒来帮助排水，同时不使丝网上的成形过程大幅减速。

纤维水泥板制造商的目标是水泥板强度高且挠性好。这些特性通常通过3点弯曲试验（与ASTM C-1185类似）来测量。强度由板的断裂模量（MOR）表示。挠性由板在最大荷载下的偏移表示。最大荷载指在板断裂前可以施加在板上的力的量值。最大荷载下的偏移值指板在3点弯曲作用下将要断裂前所述板从水平面偏移的距离。这些测量结果如图1所示。

石棉纤维的主要功能是在板制造过程中帮助过滤过程的同时增强复合材料。健康和安全问题正在使石棉纤维在纤维水泥制造应用中淘汰。合成纤维例如聚乙烯醇（PVA）纤维已代替石棉纤维。然而，合成纤维未起到过滤纤维的作用。合成纤维不阻止或防止水泥基材料随水穿过丝网。因此，高度打浆过并高度原纤化的通常未漂白的纤维素纤维已与合成纤维组合以提供过滤能力。

对于自然养护型纤维水泥板而言，与高度精制的纤维素纤维组合的PVA增强纤维已被用来代替石棉纤维。PVA纤维可用于改善水泥产品的韧度（通过在3点弯曲试验中将断裂能量除以板的体积来计算）。PVA纤维提供了合格的断裂模量、最大荷载、和最大荷载下的偏移。高度精制的纤维素纤维提供了过滤。典型的纤维量是4至5重量%的精制纤维素木浆纤维和1.5至3重量%的PVA纤维。该重量百分比是基于水泥产品的组分包括纤维的干重，并表示纤维在水泥混合物中的量。