专利名称：使用装载有无机和/或有机物质的纤维素纤维的纤维水泥复合材料的制作方法
技术领域：
本发明系关于使用负载的纤维素纤维的纤维素纤维增强水泥复合材料其包括配方、生产方法及具有相对于同样材料的改进的材料性质的最终产物。
背景技术：
一般的波特兰(Portland)水泥为许多使用于建筑及结构的基本成分，主要为混凝土与钢筋混凝土。水泥具有庞大的优点在于其为水硬的粘合剂，且于硬化之后少受水的影响，相较于石膏、木材、木屑、纤维板、及其它使用于建筑产物的普通材料。此不是说水对水泥不具有影响。一些化学成分的溶解确实发生，当水泥饱含新鲜水时，且若水泥一旦再一次干燥，此类成分可被运送、并再沉积于不同位置上。石棉纤维水泥技术约120年前，Ludwig Hatschek制作第一件石棉增强的水泥产物，使用制纸的筛滤圆筒机器于其上将非常稀的石棉纤维(高达约10wt％的固体)与一般的波特兰水泥(约90％或更多)的淤浆脱水，膜厚约0.3mm，且然后在滚筒上缠绕至所欲求之厚度(典型地6mm)，且将生成的圆筒状的片切下且弄平以形成平坦的层压片，将其切为长方形所欲求尺寸的片，然后用一般水泥硬化之方法将这些产物作空气硬化约28天。起初是用作人造的屋顶石板。
超过100年，此形式的纤维水泥发现广泛的用于屋顶产物、管产物、及墙壁产物，为外壁板(厚板及板)与湿区衬里板。石棉水泥亦使用于许多需要高耐火性的用途，这是由于石棉高的热稳定性。所有此类产物之重要优点在于其有相对的轻量且水相对地对其少有影响，因为高密度石棉/水泥复合材料有低孔隙度及渗透性。此类产物的缺点在高密度基质不允许打钉，且固定之方法包含预钻孔。
虽然起初的Hatschek方法(一种改良的筛滤圆筒纸制作机器)支配了石棉水泥产物制作的主体，其它方法亦用以制作专门产物，如厚的片(例如大于约10mm而其需要约30片的膜)。此类使用如Hatschek方法相同的石棉纤维与水泥混合物，虽然有时将一些处理辅助添加剂用于其它方法中。例如，纤维水泥复合材料已由下列方式制作挤出成形、注射成形、及压滤或在流送机(flow-on machine)。
在约上一世纪中期发生了二项发展，彼对现代的石棉基材水泥复合材料的取代具有高的重要性。第一项在于某些制造业者认识到通过将产物热压，可大幅地降低硬化周期，且可能降低成本。此允许将许多水泥取代以细微碾磨的二氧化硅，其在热压温度下与水泥中过量的石灰反应而产生相似于一般水泥基质的钙二氧化硅水合物。因为二氧化硅，甚至呈碾磨态时，相较于水泥，远较为便宜的，且因为热压硬化时间大幅少于空气硬化硬化时间，使这变得一般，但不应视为万能的制造方法。一项有代表性的配方为约5-10％石棉纤维、约30-50％水泥、及约40-60％二氧化硅。
第二项发展系将某些石棉增强纤维取代以取自木材的纤维素纤维，此未广泛的采用，除了壁板产物及湿区衬里片。此发展之重要优点在纤维素纤维为中空而柔软的，且生成的产物可打钉而不是通过预钻孔作固定。此壁板及衬里产物系使用在垂直的墙壁，其为远不苛求的环境，相较于屋顶。然而，纤维素增强的水泥产物系更易遭受水引发的改变的影响，相较于石棉水泥复合材料；一项有代表性的配方是约3-4％纤维素、约4-6％石棉、及约90％水泥而用于空气硬化产物，或约30-50％水泥及约40-60％二氧化硅而用于热压产物。
石棉纤维具有数个优点。此筛滤圆筒机器需要纤维形成网状结构以抓住固体水泥(或二氧化硅)微粒，而其又太小而不能留在筛子本身上。石棉，虽然其为无机纤维，可″精制″成为许多小卷需而从主要的纤维分出。石棉纤维系强、刚性的，且非常强烈地与水泥基质粘合。其在高温下是稳定的。其对碱侵袭系稳定的，于热压炉条件之下。因此，石棉增强的纤维水泥产物本身为强的、刚性的(亦脆)，且可使用于许多严苛的环境中，除了在高度酸性的环境在其中水泥本身快速被化学侵袭。石棉屋面产物所遭受的湿/干燥循环，经常导致一些问题，主要为风化，这是由于当在湿情况下产物内部化学物质的溶解所导致，接着当干燥时此类化学物质沉积在产物表面上。风化尤其将导致屋面产物美学效果的下降，且已有许多尝试以降低此问题。因为石棉增强的屋面产物的基质一般非常致密(比重约1.7)，进入产物中水的总量甚至当饱和时也是相对地低，且产物一般具有合理的冷冻解冻抗性。若将密度降低，此产物将变得更可使用的(例如其可打钉)但饱和速率及总吸水性将增加且冷冻解冻性能减低。
供选择的纤维水泥技术在1980年代早期，与采矿或暴露至石棉纤维及吸入石棉纤维相关的健康危害，开始变为主要的健康关切点。美国、某些西欧、且尤其是澳大利亚/新西兰的石棉水泥产物之制造业者，寻找而发现石棉纤维代替物以用于补强建筑及结构产物，建于其已建立的制造基础上，主要为Hatsehek机器。于二十年期间内，已出现二种可实行的供选择的技术，虽然两者均未成功应用在全范围的石棉应用上。
在西欧，针对石棉最成功的取代已为PVA纤维(约2％)与纤维素纤维(约5％)及主要水泥(约80％)的组合物，有时加入惰性填充剂如二氧化硅或石灰石(约10-30％)。此产物系空气硬化的，因为PVA纤维，一般而言，系热压炉不稳定的。其一般在Hatschek机器上制作，接着为一使用液压压机的加压步骤。如此压缩纤维素纤维，且降低基质之孔隙度。因为PVA纤维不可精炼而纤维素可以，在此西欧技术中纤维素纤维系用作为加工助剂以在筛子上形成网状物而在脱水步骤中捕捉固体微粒。此产物主要使用于屋面(石板及波形板)。彼通常(但不总是)覆盖以厚的有机涂层。此类产物之大缺点为非常大幅增加材料及制造方法成本。而纤维素目前比石棉纤维稍稍贵$500一吨，PVA约$4000一吨。厚有机涂层亦为昂贵的，及液压为高成本的生产步骤。
在澳大利亚/新西兰及美国，最成功取代石棉者为未漂白的纤维素纤维，与约35％水泥、及约55％细微碾磨的二氧化硅，如叙述于澳大利亚专利No.515151及美国专利No.6,030,447中的，其全文在此作为结合参考。此产物系热压炉硬化，因为在热压中纤维素是相当稳定的。其一般是在Hatschek机器上制作，且彼通常不作加压。此产物一般用作壁板(板及厚板)，和垂直的或水平瓦衬垫湿区域内衬，以及作为屋檐及填实板背面。此类产物之重要优点在于其是非常可使用的，甚至相较于石棉为基础的产物，并且它们低成本。
然而，纤维素纤维水泥材料可能具有性能缺点如较低的水引发的损害的抗性、较高的渗水率、及较高的水迁移能力(亦已知为毛细作用)，相较于石棉水泥复合材料。此类缺点系大幅地由于在纤维素纤维腔及细胞壁中存在导水的甬道及空孔。此在纤维素纤维中的孔隙空间可能变得装入水，当材料浸入或暴露至雨水/凝结水中延长的时间。纤维素纤维的孔隙度可帮助水遍布在复合材料中运输，且可能影响材料在特定环境中之长期耐久性及性能。如此，惯常的纤维素纤维可能引起材料带有较高的饱和质量、不良的湿至干燥尺寸稳定性、较低的饱和强度、及降低的水损害的抗性。
纤维素增强的水泥材料的高渗水率亦可能造成在产物之中可溶解的化学物质的更大幅输送。然后此可溶解的化学物质于干燥中可从外部再沉积，造成风化，或从内部再沉积在基质或纤维的毛细管空孔中。因为此材料较容易为水所饱和，此产物亦将大幅更易遭受冷冻/解冻损害。然而，针对垂直的产物，或屋檐及背面内衬，及针对内部内衬，此类水引发的缺点无一是非常相关的。
总结上，在欧洲石棉已大幅地经由空气硬化的纤维水泥产物所取代，使用PVA纤维，且于形成在绿色状态之后加压。此技术主要问题在增加材料及制造成本。在美国及澳大利亚/新西兰石棉已大幅地取代以热压纤维水泥产物，此系使用纤维素纤维，且以较低的密度形成而未加压。此技术之主要问题在增加产物的吸水之速率及量，当产物在湿的状态时。
数个在先技术参考文献揭示了在水泥产物中使用纤维材料，与各种处理纤维材料的方法。然而，大部分的此类参考文献是关于增强纤维材料对水泥之粘合强度，而不是提出纤维素和/或其它纤维的水及湿气相关的议题。许多此类参考文献揭示通过矿化作用而处理纤维材料的方法，从而在纤维材料的表面上形成沉淀物。例如美国专利No5,795,515叙述一空气硬化产物其包含高百分比的水泥(例如70-80％)及纤维素纤维而其已通过用硫酸盐处理纤维材料来矿化，且接着将无定形的二氧化硅加入纤维中。同样地，美国专利No.2,377,484揭示木质的及植物纤维，如木丝，将其处理以硅酸钠及氯化钙以将氯化钙沉淀在纤维上。
在这些及其它参考文献中矿化纤维的目的在于提供一种涂层其可用以将纤维与水泥粘合。其它参考文献亦关于增强介于纤维材料与水泥之间的粘合强度。例如，美国专利No.1,571,048揭示一方法使用金属盐溶液以矿化纤维材料如锯木屑。此矿物化合物沉淀在锯木屑之中与之上，当混合以水泥时它使锯木屑能够坚固地粘附于水泥。
在纤维素纤维中，增加对上述参考文献所导向材料的粘合强度是所欲求的，因为发现天然状态的纤维素纤维以木质素结合，这使纤维难以与水泥粘合。然而，以上专利之教示并不特定导向于局部去木质素的纤维及个别处理的纤维，其一般与水泥粘合良好且因此将不需要该处理方法。此外，当经由木质素结合，纤维素纤维并不遭遇相同程度的水及湿气相关的损害，如以上讨论的，而其将在使用局部去木质素的纤维及个别处理的纤维时遭遇到。此系因为木质素基本上更为不透水的，相较于在木质素之中的纤维素纤维。
据此，所需的防止水损害和其它问题的方法是加入局部去木质素的纤维及个别处理的纤维，及其由此导致的相关的材料配方及产物。
发明概述本发明的优选实施例揭示一新的技术，换言之为纤维素纤维增强水泥复合材料而使用的是负载的纤维素纤维。此纤维素纤维优选为个别处理的纤维，其中至少一部分的木质素已自纤维素移除，该技术的各个方面所揭示的包含配方、制作复合材料之方法、及最终材料及其性质。此技术有利地提供纤维水泥建筑材料以令人满意的下列特性降低的吸水性、降低的吸水速率、较低的水迁移、及较低的渗水率。
产自此类材料的最终产物具有改进的冷冻-解冻抗性、降低的风化、降低溶解及在天然的老化中水溶性基质成分之再沉积。这是有可能的，带有适合的纤维装载量，以改良其它的产物性质，例如抗腐烂性及耐火性，相较于惯常的纤维水泥产物。出人意外地，已发现可得到此类改进的特性而未失去尺寸稳定性、强度、应变或韧性。甚至更出人意外地，甚至使用较少的纤维素可改进强度、应变及韧性的，相较于惯常的纤维素纤维水泥复合材料。
更特别地，本案申请人已发现经由填充，或局部地将纤维素纤维的内部中空空间填充以不溶的无机和/或有机材料，可制作出工程化纤维素纤维，当使用于水泥复合材料时，仍具有一般的纤维素纤维的优点在精制、热压、及未加压生产上，但生成的纤维水泥材料也可达到或超过人造纤维如PVA的性能优点，就吸水的速率及量而言，当使用于纤维增强水泥复合材料中。更甚者令人惊异的是可使用较小量的纤维，从而使添加或局部地装载纤维的成本可通过在产物中使用较少的纤维而抵销，而未降低材料重要的物理性质，如强度及韧性。
尤其，某优选的实施例显示，当使用于有代表性的热压纤维素为基础的纤维水泥之配方，在复合材料产物中吸水速率及吸水量大幅地降低，从而将降低风化之倾向，或降低从内部溶解和再沉积化学物质至产物的倾向，或降低经历冷冻/解冻损害之倾向。
同时，纤维仍可精炼以作为在Hatschek方法中的捕捉介质，其仍可作热压而无过度的纤维降解，且其制作的产物有足够的强度而不需加压。此外，最出人意外地，甚至使用较低用量的实际纤维素纤维，优选的实施例未经历关键性物理性质之降低如强度、劲度、韧性及湿气移动，且事实上可改良某些此类性质，特别为韧性。
因此，使用工程化负载的纤维将赋予复合材料此类增强性质，且因此构成供选择的技术，即当完全实施，具有潜力以改良建筑物和结构中的材料的机械性质及可施工性，同时改进产物在各种环境中的耐久性，特别地包含那些内含循环湿化与干燥、火、冷冻及解冻、及大气下之暴露，无论以何种生产方式。其特别地适合于Hatschek方法而其需要可精炼的纤维(以捕捉固体微粒)且适合于热压硬化周期而其允许将水泥取代以细微碾磨的二氧化硅，虽然其亦可使用于空气硬化产物，连接以PVA，以降低对昂贵加压方法的需要。
据此，本发明的优选实施例系关于一种新的制作纤维增强水泥复合材料的技术而使用负载的纤维素纤维。此新的技术包含配方、制造方法及最终复合材料。此类实施例将会降低渗水率、吸水性、风化、内部水溶解及材料之再沉积，且改良在冷冻/解冻风化环境中的耐久性。出人意外地，这些可以实现同时维持或改进关键性机械及物理性质，特别为韧性，可由较少的纤维素纤维而完成，相较于将使用于一般纤维素纤维水泥，此外，此技术亦有利于解决一项空气硬化的，PVA增强的纤维水泥之关键性问题，通过排除针对形成的″绿色的″物体作液压的昂贵方法的需求，压碎纤维素纤维且降低在最终产物中的渗水率。
在本发明的一个方面，提供一复合建筑材料而其中包括水泥基质与个别处理的纤维素纤维加入此水泥基质中。此纤维素纤维是局部地或完全地去木质素。此纤维素纤维具有空孔其至少局部地填充以装载物质而可抑制水在其中流动。
在本发明的另一方面，使用一材料配方以形成复合建筑材料，其包括水泥粘合剂及纤维素纤维，其中纤维素纤维系已个别处理的且其中至少某些纤维素纤维装载了不溶的物质以抑制水在纤维中迁移。在一实施例之中，此建筑材料配方优选包括约10％-80％水泥、约20％-80％二氧化硅(粒料)、约0％-50％密度改性剂、约0％-10％添加剂、及约0.5％-20％负载的个别处理的纤维素纤维或各种负载的纤维素纤维，和/或一般的未负载的纤维，和/或天然的无机纤维，和/或合成纤维的组合物。得自此类配方的材料可作热压硬化或作空气硬化。
在另一实施例之中，提供一种建筑材料配方以用于未加压的、作热压纤维水泥产物。此配方包括约20-50％水泥，更优选约35％，约20-80％细微碾磨的二氧化硅，更优选约55％。额外地，约0-30％其它添加剂及密度改性剂可包含在此配方中。此配方优选包含约0.5-20％纤维，更优选约10％纤维，其中一部分的纤维系个别处理的纤维素纤维而负载有无机和/或有机材料以降低在纤维孔隙空间的水流动。
在此类负载的纤维中的空孔是局部地或完全地填充有不溶的物质以抑制水在其中流动。优选此不溶的物质基本上具有和水泥基质相同或相似的热与湿气膨胀系数。此不溶的物质可包含有机化合物、无机化合物、或其组合。此装载物质可包括纤维素纤维干燥重量的约0.5-200wt％。最通常地，在负载的纤维中的装载物质大约占纤维素重量的10wt％-80wt％。
本发明另一方面是关于一种制造纤维增强的复合建筑材料的方法。在一实施例之中此方法包括个别处理纤维素纤维而此系通过去除大多数的原先将纤维素纤维结合的木质素，有时辅以机械力。至少一部分的纤维素纤维通过装载不溶的物质以形成负载的纤维素纤维，其中在纤维内部不溶的物质可抑制水流经纤维。将负载的纤维混合以水泥粘合剂，以形成纤维水泥混合物。此纤维水泥混合物可成形为预先选择的形状及尺寸的纤维水泥物品。将此纤维水泥物品硬化以使形成纤维增强的复合建筑材料。
将纤维作负载的步骤优选包括将纤维装载以无机化合物、有机化合物、或其组合，所使用的技术包含化学反应和/或物理沉积。优选将负载的纤维混合以各成分以形成纤维水泥混合物的步骤，包括将负载的纤维混合以非纤维素材料如水泥粘合剂、粒料、密度改性剂、及添加剂，此系依据本发明的优选配方。在另一实施例之中，此添加的纤维亦可混合以惯常的未负载的纤维和/或天然的无机纤维，和/或合成纤维与其它成分。此制造方法可为任何的现存的技术，如Hatcheck方法、挤出成形、及模制等。有利地，在一实施例之中纤维水泥物品可为热压的。
带有充填空孔的纤维的某些实施例的测试显示，最终产物韧性的增加为大于约50％，断裂模量(MOR)的增加为大于约15％，且在弯曲测试之中弹性模数(MOE)的增加为大于约15％，当相较于产自使用惯常的纤维素纤维的相等的配方的建筑产物。此外，使用此负载的纤维可将其范围在1-10微米的建筑材料的空孔之体积降低超过约30％，更优选将使使用负载的纤维的纤维水泥复合材料的比孔隙体积低于约6μL/g，此测量系经由MIP(注汞式孔率检测法)。
有利地，本发明优选的实施例可提供一纤维增强的建筑材料其具有降低的水迁移、较低的吸水速率、较低的渗水率、较少风化、较少严重的溶解及再沉积问题、及改进的冷冻-解冻抗性、应变、及韧性，相较于产自相等的而采用未负载的纤维素纤维的配方的建筑材料。此外，优选的建筑材料是尺寸稳定的且保持纤维素纤维增强材料的优点。此外，采用负载的纤维的建筑材料可使用惯常的用于纤维水泥材料的方法而制作。仅需要较少的纤维素纤维，而制作出具有增强的物理/机械性质的复合材料。由以下描述及伴随的附图，本发明的这些及其它优点将变得更完全明显的。
附图简述
图1为阐明用于制造纤维增强的水泥建筑材料的加工流程，这是依据一项本发明的实施例。
图2为一图解其为用以比较纤维水泥材料之孔隙度分布，此纤维水泥材料系采用依据一项本发明优选的实施例的负载的纤维素纤维制作，与一采用惯常的、未负载的纤维而制作的纤维水泥材料。孔隙度测量使用MIP(注汞式孔率检测法)。
图3A及图3B为二图解其用以说明纤维水泥建筑材料的水迁移测试(毛细作用)的结果，此纤维水泥建筑材料包括依据一项优选实施例用负载的纤维素纤维制作的，与采用惯常的、未负载的纤维而制作的纤维水泥材料。
图4A及图4B二图解其用以说明纤维水泥建筑材料的渗水率测试之结果，此纤维水泥建筑材料包括依据一项优选实施例用负载的纤维素纤维制作的，与采用惯常的、未负载的纤维而制作的纤维水泥材料。
图5A及图5B为二图解其用以说明纤维水泥建筑材料的吸水性测试之结果，此纤维水泥建筑材料包括依据一项优选实施例用负载的纤维素纤维制作的，与采用惯常的、未负载的纤维而制作的纤维水泥材料。
优选实施例的详细说明本发明优选的实施例描述在水泥纤维增强的复合材料中，使用经充填的或负载的纤维素纤维。此类实施例不仅包含由采用负载的纤维形成的复合材料，且包含配方及生产此复合材料的方法。
此负载的纤维可与其它纤维处理共同使用，而其可进一步改良抗水性或其它纤维增强水泥材料的性质，如将纤维上浆而使其表面呈疏水性的，处理以一或更多抑菌剂及用以降低COD含量的处理。应该了解本发明的各方面不仅适用于纤维素纤维增强的水泥产物，且据此，亦可将化学处理施用于在非水泥产物中增强以其它纤维的建筑材料。
在一项本发明优选实施例之中，本发明系关于将负载的、局部地去木质素的纤维及个别处理的纤维素纤维施用于水泥纤维素纤维增强的建筑材料中。此负载的纤维素纤维一般包括个别处理的纤维素纤维其填充以一或更多不溶的化合物。优选将有机和/或无机化合物加入存在于纤维素纤维腔及细胞壁的导水甬道及空孔中。此装载方法可包含化学反应及物理沉积或两者之组合。有利地，沉积在纤维内部的物质可抑制水沿着导水甬道及空孔而迁移，这接着抑制水在纤维水泥复合材料中的迁移。此负载的纤维优选带有非纤维素含量从约0.5％-200％，以纤维素纤维的烤箱干燥重量计。更优选此负载的纤维含有高达约80wt％的非纤维素物质。针对纤维中的腔的装载可使用如那些叙述于美国专利No.4,510,020及5,096,539的方法，或通过任何其它方法。
经选择的纤维负载的化合物优选不干扰水泥的水合之反应或污染加工水。此外，化合物优选可对纤维水泥产物提供一些有利的特性，如那些提供较佳的耐火性或生物的抗性。此装载的物质优选带有如同水泥基质的相同或相似的热与湿气膨胀系数。可使用的化合物包含，但不限于钠、钾、钙、锌、铜、铝、及钡之无机盐类如碳酸盐、硅酸盐、铬酸盐、铝酸盐、乙酸盐、棕榈酸盐、油酸盐、硬脂酸盐、硫酸盐、磷酸盐、或硼酸盐，以其所有形式；所有种类的粘土；所有型态的水泥；所有种类的硅酸钙水合物；及所有种类的高岭土、或其混合物。此外，亦可使用的有机化合物包含但不限于天然或石油蜡、聚烯烃、丙烯酸类塑料、环氧树脂、聚氨酯、及苯乙烯丁二烯橡胶、所有种类的塑料、及其它树脂。
纤维之装载优选导致不溶的物质以占据在纤维空孔及细胞壁之中的孔隙空间。更优选发生孔隙空间的装载而未在纤维之表面上形成显著的沉淀物。如此将避开改变纤维表面特性。此装载化合物优选带有粒度范围在直径约0.01至20μm。
应该被领会上列化合物仅仅说明可用于纤维装载的物质的实例。此装载物质亦可为其它适合的无机或有机化合物、或其组合，取决于纤维水泥材料特定的应用需求之特别的特性，在一实施例之中，将碳酸钙装载入纤维素纤维中，是使用已知的纤维装载方法如那些于美国专利Nos.5,223,090及RE35,460中叙述的。
在带有水泥为基础的基质之纤维复合材料中，负载的纤维素纤维将会降低吸水的速率及量。纤维复合材料的水泥为基础的基质一般包含水泥粘合剂、粒料、密度改性剂、及各种添加剂以改良不同之材料性质。应该被领会不是所有此类基质成分为配料适合的建筑产物所必需，且因此，在某些实施例中，此配方可简单地包括水泥粘合剂及负载的纤维素纤维，而一般的配方包括水泥基质、负载的纤维素纤维、及其它纤维(纤维素的或非纤维素的)。
水泥粘合剂优选为波特兰水泥，但亦可为，而不限于高铝水泥、石灰、高磷酸盐水泥、及碾磨粒化的高炉矿渣水泥、或其混合物。
粒料优选为碾磨的硅砂但亦可为但不限于无定形的二氧化硅、微二氧化硅、地热二氧化硅、硅藻土、煤燃烧的飘扬灰烬与底部灰烬、煤燃烧底部灰烬、稻壳灰、高炉矿渣、粒状炉渣、钢炉渣、矿物氧化物、矿物氢氧化物、粘土、菱镁矿、或白云石、金属氧化物及氢氧化物、及聚合的珠粒、或其混合物。
密度改性剂可为有机和/或无机轻量的材料其密度在少于约1.5g/cm3。此密度改性剂可包含但不限于；塑料材料、膨胀的聚苯乙烯及其它发泡聚合物材料如膨胀的聚氨酯、玻璃及陶瓷材料、硅酸钙水合物、微球体，及火山灰彼包含珍珠岩、浮石、锡拉(shiraua)玄武岩、及沸石而其是呈膨胀形式的。此密度改性剂可为天然的或合成的材料。
添加剂可包含但不限于粘度改进剂、阻燃剂、防水剂、二氧化硅烟、地热二氧化硅、增稠剂、颜料、色料、增塑剂、分散剂、成形剂、絮凝剂、排水助剂、湿与干燥强度助剂、硅氧烷材料、铝粉末、粘土、高岭土、氢氧化铝、云母、变高岭石、碳酸钙、硅灰石、及聚合的树脂乳液、或其混合物。
纤维素纤维，其为负载的纤维素纤维所源自者，优选为未精炼的/未纤丝化的或精炼的/纤丝化的纤维素纸浆而其来源包含但不限于漂白的、未漂白的、半漂白的纤维素浆。纤维素浆其制作可由的软木材、硬木材、农业原料、回收废纸或任何其它形式的木素纤维材料。纤维素纤维的制作可由各种碎浆方法。在碎浆方法中木材或其它木素纤维原料如南非槿麻(kenaf)、草秆、及竹子等，经由破坏在木素纤维材料结构中的粘合之方式降至纤维团块。此作业之完成可经由化学上、机械上、热、生物上，或通过此类处理的组合。
用于补强水泥复合材料的纤维素纤维主要为个别处理的纤维其中局部的或完全的自纤维细胞壁除去木质素成分。在一实施例之中，至少90％木质素成分自纤维细胞壁移除。此类纤维之制备优选通过化学碎浆方法，其主要依靠化学物质的效应以分离纤维。基于使用在此方法中的化学物质，化学碎浆方法分类为纯碱、牛皮纸、牛皮纸-AQ、纯碱-AQ、氧去木质化作用、牛皮纸-氧、有机溶剂方法、及亚硫酸盐碎浆、蒸汽爆炸碎浆或任何其它碎浆技术。在化学碎浆方法中，木质素，其是作为粘着剂而将纤维素与半纤维素粘合在一起以提供木材中的机械强度，将通过化学反应而破碎且溶解。
此类化学反应通常在一反应器之中执行，经常称为蒸煮器，于大约150至250℃的高温之下进行约30分钟至2小时。木质素与纤维素成分之间的粘合的解离将造成在纤维之中粘合的减弱。藉助于轻微的机械力，然后纤维素纤维分离为个别的纤维。目前在使用于纤维水泥复合材料中的个别处理纤维的最普通的方法为牛皮纸方法。
负载的纤维素纤维可使用于各种复合材料而其所有均具有水泥基质，而带有不同比例的水泥粘合剂、粒料、添加剂、密度改性剂、及负载的和/或未负载的纤维素纤维或其它非纤维素纤维以得到针对特定应用的最理想性质。在一实施例之中，复合材料配方含有至高达到约50wt％的负载的纤维，更优选约0.5wt％至20wt％。此外，负载的纤维可掺合以惯常的未负载的纤维素纤维，和/或天然的无机纤维，和/或耐碱玻璃纤维或涂覆的玻璃纤维，和/或合成的聚合物纤维，采用不同之比例。应该领会负载的纤维素纤维的百分比可变化而其取决于所欲求之应用和/或方法。此外，在水泥基质中水泥粘合剂、粒料、密度改性剂、及添加剂之比例亦可加以变化以针对不同应用得到最理想的性质，如屋面、底板、铺面、管、壁板、栅栏、镶边、背面、或瓦下铺的背衬。
在此记述的大部分的实施例可包含以下配方基质·约10％-80％水泥粘合剂；·约20％-80％二氧化硅(粒料)；·约0％-50％密度改性剂，及·约0％-10％添加剂。
纤维·约0.5％-20％负载的纤维素纤维或各种负载的纤维素纤维之组合物，和/或一般的未负载的纤维，和/或天然的无机纤维，和/或合成纤维。
应该领会针对将作空气硬化的纤维水泥物品，优选使用较高量的水泥，例如60-90％，而未加入任何二氧化硅或粒料，且通常其它纤维也可与负载的纤维素纤维使用。在一热压实施例中，可使用较低量的水泥，通常仅采用负载的纤维素纤维。在一实施例之中，本发明的热压纤维水泥复合材料的配方包含基质·约20-50％水泥，更优选约25-45％，甚至更优选约35％；·约30％-70％细微碾磨的二氧化硅，更优选约60％；·约0-50％密度改性剂；及·约0-10％添加剂，更优选约5％。
纤维·约2％-20％纤维，更优选约10％纤维，其中部分(经常100％)的纤维为纤维素纤维而装载以无机和/或有机材料，以降低在纤维孔隙空间的水流动。
优选地，负载的纤维带有打浆度在150至750度的加拿大标准打浆度(CSF)(Canadian Standard Freeness)这依据TAPPI方法T 227om-99。水泥粘合剂及粒料的表面积分别在约250至400m2/kg及约300至450m2/kg。水泥与二氧化硅两者的表面积其测试系依据ASTMC204-96a。
图1阐明一优选的方法其用于制造其中加有负载的纤维素纤维的纤维增强的水泥复合材料。如图1展示，此方法由步骤100开始，其中针对各纤维作个别处理，优选通过如上述之化学碎浆方法。应该领会，在进行此优选的制造方法中，然而，化学制浆步骤可能不必需。此系因为纤维的个别处理经常由纤维制造业者完成，其然后将纤维以标准重叠片或卷状提供予买主。如此，在一实施例之中，该纤维之个别处理仅仅包含机械地将纤维自片或卷状分开，如经由锤打研磨、水制浆、精制或其它方法，如叙述于如下步骤104。
在步骤102，将个别处理的纤维素纤维加入装载物质。优选此装载物质不溶于水。在步骤102，在纤维素纤维腔及细胞壁中的导水甬道及空孔填充以一种或更多化合物所使用的装载技术如化学反应及物理沉积或两者的结合，如上述者。此类装载技术优选发生在水或有机溶剂中，而纤维的装载优选发生在化合物与纤维素纤维的接触时。更优选此装载技术发生在室温下，或低于约100℃。在化学装载方法中，数个可溶解的成分将溶解在浆状物淤浆中且穿过纤维细胞壁。反应的引发时通过变化pH、温度、试剂量、辐射、压力、离子强度、或其它条件。结果，不溶的反应产物将形成且沉积在纤维内部。化学沉积之例子叙述于美国专利Nos.5,223,090及RE35,460，其中可溶解的Ca(OH)2首先溶于浆状物淤浆且然后将CO2气体吹入淤浆。Ca(OH)2将与CO2反应而在纤维内部形成不溶的CaCO3，经由物理沉积的纤维装载通常可完成而未牵涉化学反应。经常，纤维装载可通过化学与物理沉积结合完成。
应该领会可商购自纤维制造业者的纤维是已个别处理的且负载的。然而，为运送纤维，在一实施例之中此负载的纤维然后制为干燥形式如呈重叠片或卷状，且因此，一旦其到达纤维水泥制造设备，需要再一次个别处理。在另一实施例之中，负载的纤维系制作成湿形式如呈湿叠片及淤浆在容器中。在另一实施例之中，纤维之干燥系经由一些特别的方法(如快速干燥)及个别处理运送在一筒仓或容器之中。
针对一些纤维制作成叠片或卷状的具体其范例，所添加的纤维在步骤104接着加工以再一次将纤维个别处理。纤维加工(步骤104)典型地包含纤维分散及纤丝化。在一实施例之中，在一水性制浆机之中将纤维分散在稠度约1％至6％，其亦赋予一些纤丝化。进一步的纤丝化之达成可使用精制机或一系列的精制机。一旦分散，然后将纤维作纤丝化而达到范围在约100至750度的CSF(加拿大标准打浆度)，更优选介于约100至750度之间的CSF，更优选介于约180至650度之间的CSF。分散及纤丝化亦可由其它技术达成如锤磨、去絮片、精制、粉碎、及其类似者。此外，针对一些产物及方法，使用未作纤丝化的负载的纤维亦可接受的。在另一实施例之中，加工步骤104进一步包括快速干燥纤维使湿气含量在约5％至50％，此系使用惯常的快速干燥系统。
应该领会此个别处理、装载及上述之加工步骤不需要以上述之顺序发生。例如，纤维的装载可能发生在纤维的个别处理之前。此外，加工步骤104可能不必需若纤维直接来自纤维制造业者是已个别处理的，或若个别处理发生在纤维水泥制造设备上。在此类实施例中，于纤维作装载之后，负载的纤维可直接加入混合物中，如下所记述。
如图1展示，在步骤106中，负载的纤维素浆是成比例地混合以其它成分而形成一混合物彼可为水性淤浆或半干燥糊状物，这取决于使用的制造方法。在一实施例之中，将此负载的纤维素纤维混合以水泥、二氧化硅、密度改性剂及其它添加剂，此是在一习知的混合方法之中，以形成淤浆或糊状物。在混合器中，一般的纤维素纤维和/或天然的无机纤维，和/或合成纤维可掺合入此负载的纤维之中。
此方法接着为步骤108，在其中混合物可形成″绿色的″或未硬化的成形的物品此系使用许多惯常的制造方法而其为本领域技术人员所已知的，如·Hatschek片式方法(Hatschek sheet process)；·Mazza管式方法(Mazza pipe process)；·Magnani方法(Magnani process)；·注射成型(Injection molding)；·挤出成型(Extrusion)；·手积层(Hand lay-up)；·模制(Molding)；·浇铸成形(Casting)；·压滤(Filter pressing)；·长网造纸机成形(Fourdrinier forming)；·复线成形(Multi-wire forming)；·间隔叶片成形(Gap blade forming)；·间隔滚动/叶片成形(Gap roll/blade forming)；·贝耳滚动成形(Bel-roll forming)；·威尔许成形(Wellcrete)·其它。
此类方法亦可包含后成形方法如加压、压花及其它者，于物品成形之后。更优选不使用加压。用以达成最终产物所使用Hatschek方法中的加工步骤及参数相似于叙述于澳大利亚专利No.515151者。
接着108步骤，在步骤110中将此″绿色的″或未硬化的成形的物品硬化。此物品优选为预硬化的。此预硬化可在一预硬化腔室之中在高温下及相对湿度下执行，或在一预硬化腔室之中在高温下及低湿度下执行。或优选，预硬化需在室温下至高达80小时，最优选24小时或更少。然后可将此物品作空气硬化大约30天。更优选预硬化的物品是在高温下及压力下作热压，在一蒸汽饱和环境之中于约60至200℃作热压约3至30小时，更优选约24小时或更短。针对预硬化且硬化方法中时间及温度之选择取决于配方、制造方法、加工参数、及产物的最终形式。
测试结果-机械与物理性质将含有负载的纤维素纤维应用在纤维增强的复合材料中可合意地改良最终建筑产物之机械及物理性能。含有负载的纤维素纤维的纤维水泥产物具有改进的尺寸稳定性、较低的水迁移(毛细作用)、降低的渗水率、降低的吸水速率及最终质量、降低的风化及改进的冷冻-解冻抗性。使用负载的纤维素纤维也不会牺牲产物之物理及机械性质。在一些实例中，纤维水泥材料加入负载的纤维素纤维具有较佳的机械性质，相较于使用一般的纤维素纤维的那些。
表1针对表2测试结果之配方
以上表1列出说明性纤维水泥配方其具有负载的纤维素纤维(配方A及B)，相较于对照组其具有相等的配方但未负载的纤维素纤维(配方C)。来自配方A、B及C的试样的烤箱干燥密度分别为约1.3、约1.3及约1.2g/cm3。在配方A及B中负载的纤维素纤维分别地含有约45％及55％非纤维素物质。针对配方A及B，在负载的纤维中所添加的物质呈相同的化学组成44.38％SiO2、18.13％Al2O3、0.24％MgO、24.34％CaO，5.01％Na2O及7.73％SO3，表现以总装载物质的重量百分比。在另一实施例中，此装载物质可包含下列的组成物碳酸钙、硅酸钙、硫酸铝、氢氧化钠、及其它物质。
表2使用与未使用负载的纤维素纤维的纤维增强水泥复合材料的性质比较
断裂模量(MOR)、应变、弹性模数(MOE)及韧性系经由三点弯曲测试，于湿条件之下，依据ASTM(American Standard Test Method)(美国标准测试方法)C1185-98a其题目为″取样及测试标准测试方法，彼系用于非石棉纤维水泥平薄片、屋面及侧壁板、及楔形板″(Standard TestMethods for Sampling and Testing Non-Asbestos Fiber-Cement FlatSheet，Roofing and Siding Shingles，and Clapboards)。湿气扩张为从饱和到烤箱干燥条件下产物长度的改变。湿气膨胀之百分比改变(％)公式为(长度起始-长度最终×100)/长度最终×100以上表2提供各种机械及物理性质之说明性比较，针对各种纤维水泥产物而其制作配方中加有负载的纤维素纤维及那些使用惯常的、未负载的纤维素纤维的。纤维水泥材料之原型试样的制作是基于三种不同之配方(A、B、C)。如展示于表1，配方A及B包含负载的纤维素纤维而配方C使用惯常的、未负载的纤维素纤维。
应该领会纤维水泥配方选择是仅仅针对比较目的，且可使用各种其它配方而未偏离本发明之范围。
如表2展示，关键性机械性质如断裂模量(MOR)、弹性模数(MOE)、及韧性一般系相同或稍微地较高的针对采用负载的纤维素纤维的配方A及B，当相较于相等的配方C，对照组配方没有使用负载的纤维。相等的配方在此定义为一种配方其中将负载的纤维素纤维取代以相等重量的未负载的纤维素纤维。在所提供的实施例中，负载的纤维素纤维增加建筑产物的断裂模量(MOR)为大于约50％，增加的建筑产物的弹性模数(MOE)为大于约80％，当相较于产自相等的配方而用未负载的纤维素纤维的建筑产物。然而，应该领会MOR的50％增进及MOE的80％增进仅仅为例示性结果。通过变化负载的纤维之用量和/或组成，应该领会最终产物的物理及机械性质，如MOP、MOE、应变及韧性等，可作改变而符合特定的应用需要。
表2亦显示当使用负载的纤维，材料的湿气扩张及饱和密度并不牺牲，湿气扩张为产物之湿-干燥尺寸稳定性的征兆，其为测量产物长度的百分比改变，从烤箱干燥条件到饱和条件。湿-干燥尺寸稳定性系特别地重要的针对建筑材料外部应用而其中材料将会遭遇严重的气候的改变。尤其，尺寸稳定的材料可将可能发生在介于建筑材料板片之间的接头之变形降至最低，且降低由于尺寸改变导致的应力造成的板片裂开的可能性。
本案申请人也已发现需要具有较小用量的负载的纤维素纤维的配方已达成相同或较佳整体机械的/物理性质，相较于相等的配方而其具有较大量的未负载的纤维素纤维。例如，具有约4.5％纤维重量的负载的纤维素纤维的建筑材料可具有大约相同强度及韧性，相较于建筑材料而其具有约8％的未负载的纤维素纤维。在另一实施例之中，产自负载的纤维素纤维的建筑材料加入的纤维素纤维，相较于产自相等的配方而用未添加纤维素纤维的建筑材料少10％，以得到大约相同强度及韧性。通过使用较少的纤维素的节省，可用以抵销将纤维作装载的加工成本。
孔隙度分布图2展现一示图其显示用配方A及C制作的试样材料之大约孔径分布，此测量系经由MIP(注汞式孔率检测法)。如展示于图2，在配方A中使用负载的纤维，基本上可降低空孔的体积大小，其中直径可降低约7微米，这使在大部分惯常的纤维素纤维中发现的空孔尺寸。图2显示当以负载的纤维用于配方A中，在此尺寸范围的空孔体积降低多于约70％，从约11μL/g到约3μL/g。此基本上降低的空孔体积在此特别的范围中，为一征兆其可说明通过纤维素的水运送甬道已经由填充或装载的物质堵塞。在一实施例之中，负载的纤维素纤维可降低空孔之体积在1-10μm尺寸范围，占大于约30％，当相较于建筑产物其为产自相等的配方而用未负载的纤维素纤维，使于此尺寸范围的比孔隙体积少于约6μL/g，更优选少于约4μL/g。有利地，阻塞纤维素纤维的水运送可降低纤维水泥复合材料的水迁移、吸水速率、最终吸水性、及渗水率。
水迁移(毛细作用)图3A与图3B显示图解水迁移(毛细作用)试验之结果，其是在依据配方A、B、及C制作的材料上执行。水迁移测试包含将各试样材料之边缘浸入水中且然后测量水的前端迁移之距离，在室温下且在不同之测试期间。如第3A图展示，针对试样材料其制作是依据配方A及B为采用负载的纤维素纤维，其水迁移之距离在大约30mm，于24小时的测试之后，而针对材料其产自相等的配方依据配方C的水迁移距离大约75mm，它比前者差60％。在另一实施例中，在建筑材料配方中加入负载的纤维可展现大约25％或更多的降低毛细作用能力，当相较于相等的配方而其制作上使用未负载的纤维。
图3B显示，采用负载的纤维素纤维制作的试样的水迁移，其于约第一个50小时的暴露于水之后处于平抑状态，而产自惯常的纤维素纤维的试样之水迁移，继续增加而未渐减。如图3B展示，于200小时的水暴露之后，采用惯常的纤维素纤维制作的试样的水迁移距离，显著较高的(大于约150％或更高)，相较于那些采用负载的纤维所制作者。有利地，将水迁移降低最低可显著的降低达水引发的材料膨润所导致的应力，从而减少累积该应力所导致的裂缝及破裂之发生。
水的渗透性此外；阻塞在纤维素纤维中的水运送甬道亦可降低水穿透纤维水泥材料之表面，图4A及图4B显示图解的渗水率试验之结果其为在依据配方A、B及C制作的复合材料上执行。渗水率测试包括将一管装在试样材料表面，使用的方法是使管之一端配置在相邻于此表面。此管系由丙烯酸材料制作的，约125mm长且内径约50mm。将试样预调整到于23+/-2℃及50+/-5％相对湿度之下平衡之后，将此管装以水且周期性纪录管内水平。管内水平之降低纪录为水渗透(mm)。如图4A展示，于24小时的测试之后，针对依据配方C、A及B制作的试样，其水渗透的量分别约82mm、18mm及10mm。使用配方A及B的采用负载的纤维所制作试样材料的渗水率，已降至少于约25％的依据配方C的相等的配方。此外，如展示于图4B，采用负载的纤维素纤维制作的试样其水渗透的量于暴露于湿气48小时之后趋于持平。然而，水渗透入由未负载的纤维制作的试样的量则继续增加而未渐减。如展示于图4B，于暴露于水48小时之后，水渗透入采用负载的纤维所制作的试样的量显著的少于采用未负载的纤维素纤维所制作的试样的水渗透量。
有利地，降低渗水率使得负载的纤维材料特别地适用于外部应用如屋面、管道系统、栅栏及底板。在纤维增强的水泥复合材料内部降低的水运送将减缓可溶解的化学物质在纤维水泥基质中之迁移，且改良最终产物的风化现象。
吸水性图5A及图5B显示动态吸水性测试之图标结果，其执行在依据配方A、B、及C制作的复合材料上。测试的执行系依据ASTM(美国标准测试方法)(American Standard Test Method)C1185-98a彼题目为″C1185-98a取样及测试标准测试方法，彼系用于非石棉纤维水泥平薄片、屋面及侧壁板、及楔形板″。如这些图显示，使用配方A及B的采用负载的纤维素纤维制作的试样材料的吸水速率大于约10％，优选约20％地低于在配方C中相等的配方制作的材料，在首先的6小时的测试中。其它实施例将会降低吸水速率约5％或更多。在饱和状态的吸水量约较低10％，当将负载的纤维素纤维使用于配方中。有利地，采用负载的纤维所制作的复合材料带有显著的较低的吸水速率，其接着降低材料的湿质量。高的抗水性亦将改良最终产物的冷冻-解冻性能，将与基质内部物质的溶解及再沉积相关间题降至最少，且改良对生物侵袭的抗性。
结论一般而言，应该领会本发明优选的实施例，更具体而言，一种纤维增强的复合材料而其中内含负载的、个别处理的纤维素纤维具有数个超越现有技术的优点。此类材料的制作是依据优选的方法及配方而具有低湿质量，较低的吸水速率及较低的渗水率，相较于惯常的纤维水泥复合材料。此改进的抗水性可降低下列机会生物制剂存活与内含在复合材料之中的纤维素降解。高抗水性将改良下列问题与从外部(风化)及从复合材料内部溶解及再沉积相关的问题。此外，负载的纤维亦可改良纤维水泥建筑材料对生物的耐久性及耐火性。同时，负载的纤维可选择性地改变物理及机械性质如应变、断裂模量(MOR)、韧性、及弹性模数(MOE)及尺寸稳定性。
本发明优选的实施例是能够使不昂贵的、可热压的及可精炼的负载的纤维素纤维，使用于纤维增强水泥复合材料中以达成比得上的或在一些方面较佳的性质，相较于PVA纤维增强水泥复合材料而其是已加压及空气硬化的。于此揭示的配方及方法可应用于制作各种建筑产物，包含(但非限定包含)内部及外部板、底板、铺面、屋面、管道系统、瓦背衬、壁板、镶边、背面、及栅栏。有利地，使用上述展示的方法，采用负载的纤维素纤维制作的建筑材料具有许多适合的性质，包含但不限于降低的吸水性、较低的毛细作用、较低的渗水率、较高的湿气抗性、较高的耐火性、较低的纤维素纤维用量、改进的风化、及较高的抗腐烂性。可得到此类令人满意的特性而未牺牲复合材料的其它关键性的物理/机械性质。此复合材料有利的特性亦可通过使用较少的纤维素纤维而达成。
虽然前述的本发明的优选实施例的描述已展示、记述且指出本发明的基本新颖特点，应该了解本发明的专利详细形式的与说明与其应用的各种省略、取代、及改变；其可由本领域技术人员完成，而未偏离本发明的精神。因此，本发明之范围不应限于前述的讨论，但应由所附加的权利要求范围所定义。
权利要求
1.一种复合建筑材料，其包括一种水泥基质；加于水泥基质中的个别处理的纤维素纤维，具有至少局部地填充以装载物质从而抑制水在其中流动的空孔的纤维素纤维。
2.根据权利要求1所述的复合建筑材料，其中所述的装载物质具有基本上于基质相同的热和湿气膨胀系数。
3.根据权利要求1所述的复合建筑材料，其中装载物质包括无机化合物。
4.根据权利要求3所述的复合建筑材料，其中无机材料选自钠、钾、钙、锌、铜、铝、钡及其混合物的无机盐类，其中无机化合物的的形式为选自碳酸盐、硅酸盐、铬酸盐、铝酸盐、乙酸盐、棕榈酸盐、油酸酯、硬脂酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硼酸盐及其混合物。
5.根据权利要求3所述的复合建筑材料，其中申所述无机化合物选自粘土、水泥、高岭土、硅酸钙水合物、及其混合物。
6.根据权利要求1所述的复合建筑材料，其中装载物质包括有机化合物。
7.根据权利要求6所述的复合建筑材料，其中所述有机化合物选自蜡、聚烯烃、丙烯酸类塑料、环氧树脂、苯乙烯丁二烯橡胶、塑料、树脂及其混合物。
8.根据权利要求1所述的复合建筑材料，其中所述装载物质包括约0.5％至150％干燥重量的纤维素纤维。
9.根据权利要求8所述的复合建筑材料，其中所述装载物质包括最高达80％干燥重量的纤维素纤维。
10.根据权利要求1所述的复合建筑材料，其中所述纤维素纤维通过碎浆方法从木素纤维材料的纤维素浆料制得。
11.根据权利要求1所述的复合建筑材料，其进一步包括未负载的纤维素纤维。
12.根据权利要求1所述的复合建筑材料，其进一步包括天然的无机纤维，及合成纤维。
13.根据权利要求1所述的复合建筑材料，其中所述的复合材料中的在1-10μm范围内的负载的纤维素纤维的比孔隙体积少于约6μL/g，这是由注汞式孔率检测法(MIP)测量。
14.根据权利要求1所述的复合建筑材料，其中所述的加入个别处理的纤维素纤维的水泥基质是热压的。
15.根据权利要求14所述的复合建筑材料，其包括约10-80wt％的水泥。
16.根据权利要求14所述的复合建筑材料，其进一步包括粒料。
17.根据权利要求16所述的复合建筑材料，其中所述粒料为碾磨的二氧化硅。
18.一种用以形成复合建筑材料的材料配方，其包括水泥粘合剂；粒料；密度改性剂；纤维素纤维，其中纤维素纤维已经个别处理并且其中至少某些纤维素纤维系负载了不溶的物质以抑制水在纤维中迁移，其中纤维素纤维局部地或完全地除去木质素；及添加剂。
19.根据权利要求18所述的配方，其中所述水泥粘合剂包括波特兰水泥。
20.根据权利要求18所述的配方，其包括约10-80wt％的水泥。
21.根据权利要求18所述的配方，其包括约20-50wt％的水泥。
22.根据权利要求18所述的配方，其中所述水泥粘合剂的表面积约250至400m2/kg。
23.根据权利要求18所述的配方，其中所述水泥粘合剂选自高铝水泥、石灰、高磷酸盐水泥、碾磨粒化的高炉矿渣水泥、及其混合物。
24.根据权利要求18所述的配方，其中所述的粒料大约占配方的20wt％-80wt％。
25.根据权利要求24所述的配方，其中所述粒料包括表面积约300至450m2/kg的二氧化硅。
26.根据权利要求18所述的配方，其中所述粒料包括碾磨的二氧化硅。
27.根据权利要求18所述的配方，其中所述粒料选自无定形的二氧化硅、微二氧化硅、地热二氧化硅、硅藻土、煤燃烧的飘扬灰烬与底部灰烬、稻壳灰、高炉矿渣、粒状炉渣、钢炉渣、矿物氧化物、矿物氢氧化物、粘土、菱镁矿、或白云石、金属氧化物及氢氧化物、聚合的珠粒及其混合物。
28.根据权利要求18所述的配方，其中所述负载的纤维占配方的0.5wt％-20wt％。
29.根据权利要求18所述的配方，其中所述负载的纤维素纤维掺合了以未负载的纤维素纤维或天然的无机纤维及合成纤维。
30.根据权利要求18所述的配方，其中所述如申请专利范围第18项所述之配方，其中上述之密度改性剂约占配方的0％-50％。
31.根据权利要求18所述的配方，其中所述密度改性剂包括轻量的密度少于约1.5克/立方厘米的物质。
32.根据权利要求18所述的配方，其中所述密度改性剂选自塑性材料、膨胀型聚苯乙烯或其它发泡聚合物材料、玻璃及陶瓷材料、硅酸钙水合物、微球体及火山灰其包括珍珠岩、浮石、锡拉玄武岩、膨胀形式的沸石及其混合物。
33.根据权利要求18所述的配方，其中所述添加剂占配方的约0wt％-10wt％。
34.根据权利要求18所述的配方，其中所述添加剂选自粘度改进剂、阻燃剂、防水剂、二氧化硅烟、地热二氧化硅、增稠剂、颜料、色料、增塑剂、分散剂、成形剂、絮凝剂、排水助剂、湿与干燥强度助剂、硅氧烷材料、铝粉末、粘土、高岭土、氢氧化铝、云母、变高岭石、碳酸钙、硅灰石、聚合的树脂乳液、及其混合物。
35.根据权利要求18所述的配方，其中所述负载的纤维素纤维增加复合建筑材料的抗水性，当相较于产自相等的配方而采用未负载的纤维素纤维的建筑材料。
36.根据权利要求18所述的配方，其中所述负载的纤维素纤维在6小时的测试之中可降低复合建筑材料的吸水量在大于约5％，当相较于产自相等的配方而采用未负载的纤维素纤维的建筑材料。
37.根据权利要求18所述的配方，其中所述负载的纤维素纤维在24小时测试之中降低复合建筑材料的水迁移速率(毛细作用)在大于约15％，当相较于产自相等的配方而采用未负载的纤维素纤维的建筑材料。
38.根据权利要求18所述的配方，其中所述负载的纤维素纤维在24小时测试之中降低复合建筑材料的渗水率至约15％或更低，当相较于产自相等的配方而采用未负载的纤维素纤维的建筑材料的渗水率。
39.根据权利要求18所述的配方，其中所述负载的纤维素纤维提高复合建筑材料的冷冻-解冻性质，当相较于产自相等的配方而采用未负载的纤维素纤维的建筑材料。
40.根据权利要求18所述的配方，其中所述负载的纤维素纤维增加复合建筑材料的生物抗性，当相较于产自相等的配方而采用未负载的纤维素纤维的建筑材料。
41.根据权利要求18所述的配方，其中所述负载的纤维素纤维维持或增加复合建筑材料的物理及机械性质，当相较于产自相等的配方而采用未负载的纤维素纤维的建筑材料。
42.根据权利要求18所述的配方，其中所述负载的纤维素纤维降低复合建筑材料的风化，当相较于产自相等的配方而采用未负载的纤维素纤维的建筑材料。
43.根据权利要求18所述的配方，其中所述负载的纤维素纤维降低复合建筑材料的在1-10μm尺寸范围内的空孔的体积多于约20％，当相较于产自相等的配方而采用未负载的纤维素纤维的建筑材料。
44.根据权利要求18所述的配方，其中所述复合建筑材料中在1-10μm范围的负载的纤维素纤维的比孔隙体积少于约6μL/g，这是由注汞式孔率检测法(MIP)测量。
45.一种制造纤维增强水泥复合材料的方法，其包括提供个别处理的纤维素纤维；在至少一部分的纤维素纤维中装载以不溶的物质以形成负载的纤维素纤维，其中在纤维内部不溶的物质可抑制水流经纤维；将此负载的纤维混合以水泥粘合剂及其它成分以形成纤维水泥混合物；将此纤维水泥混合物形成为预先选定形状及尺寸的纤维水泥物品；及将此纤维水泥物品硬化以使形成纤维增强的复合建筑材料。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述的提供个别处理的纤维包括去除大多数的结合纤维素纤维的木质素。
47.根据权利要求45所述的方法，其中所述的提供个别处理的纤维包括机械分离纤维。
48.根据权利要求45所述的方法，其中所述纤维素纤维通过化学碎浆方法并借助于一些机械分离进行个别处理。
49.根据权利要求45所述的方法，其中所述的装载纤维包括使用物理方法以将不溶的物质沉积在纤维空孔中。
50.根据权利要求45所述的方法，其中所述的装载纤维包括使用化学的方法以将不溶的物质沉积在纤维空孔中。
51.根据权利要求45所述的方法，其进一步包括通过将纤维分散在预选择的稠度范围且然后将此负载的纤维作纤丝化至预选择的打浆度范围，以此加工所述负载的纤维。
52.根据权利要求51所述的方法，其中加工所述的负载的纤维包括将负载的纤维在一水动制浆机中分散成稠度为1％-6％。
53.根据权利要求51所述的方法，其中加工所述的负载的纤维包括将此负载的纤维作纤丝化而达到打浆度在100至750度的加拿大标准打浆度。
54.根据权利要求51所述的方法，其中加工所述的负载的纤维包括将此负载的纤维作纤丝化而达到打浆度在180至650度的加拿大标准打浆度。
55.根据权利要求51所述的方法，其中加工所述的负载的纤维包括将此负载的快速干燥至湿气含量在约5％至50％。
56.根据权利要求45所述的方法，其进一步包括将负载的纤维混合以未负载的纤维素纤维。
57.根据权利要求45所述的方法，其进一步包括将负载的纤维混合以天然的无机纤维及合成纤维。
58.根据权利要求45所述的方法，其进一步包括将此负载的纤维混合以粒料、密度改性剂及添加剂。
59.根据权利要求45所述的方法，其中所述的形成纤维水泥物品的步骤包括用选自以下的方法形成物品Hatschek片式方法、Mazza管式方法、Magnani方法、注射成形、挤出成形、手积层、模制、浇铸、压滤、长网造纸机成形、复线成形、间隔叶片成形、间隔滚动/叶片成形、贝耳滚动成形及其组合方法。
60.根据权利要求45所述的方法，其中所述的形成所述纤维水泥物品进一步包括压花此物品。
61.根据权利要求45所述的方法，其中所述的硬化所述纤维水泥物品包括预硬化与硬化。
62.根据权利要求61所述的方法，其中所述纤维水泥物品是在室温下预硬化至高达80小时。
63.根据权利要求61所述的方法，其中所述纤维水泥物品是在室温下预硬化至高达24小时。
64.根据权利要求61所述的方法，其中所述纤维水泥物品是在热压炉中硬化。
65.根据权利要求64所述的方法，其中所述纤维水泥物品在高温下及压力下在约60至200℃作热压约3至30小时。
66.根据权利要求64所述的方法，其中所述纤维水泥物品在高温下及压力在约60至200℃作热压约24小时或更短。
67.根据权利要求45所述的方法，其中所述的硬化纤维水泥物品包括将形成的物品作空气硬化至高达30天。
68.一种建筑材料，其加有个别处理的补强纤维，其中至少一部分的所述纤维具有至少局部地填充了可抑制水或其它物质占据空孔的装载物质的空孔。
全文摘要
本发明揭示一种关于纤维素纤维增强水泥复合材料的新技术，使用的是负载的纤维素纤维。本发明揭示此技术的四个方面纤维处理、配方、方法及最终产物。此技术可有利地提供纤维水泥建筑材料其具有令人满意的下列特性吸水性较低、吸水速率较低、水迁移较低、及渗水率较低。相较于惯常的纤维水泥产物而言，本发明亦使最终产物具有较佳的冷冻－解冻抗性、较低的风化、降低的化学溶解及再沉积、及较佳的抗腐烂性及耐火性，且此类特性之改进并未失去原有之尺寸稳定性、强度、应变或韧性。
文档编号C04B14/00GK1568293SQ01816878
公开日2005年1月19日 申请日期2001年9月21日 优先权日2000年10月4日
发明者D·J·默克莱伊, C·罗 申请人:詹姆斯·哈迪研究有限公司