专利名称：毡面水泥物品及其制备方法
技术领域：
本领域涉及水泥物品，并且具体是毡面石膏板及其制造方法。
背景技术：
水泥物品(如石膏板和水泥板)在多种应用中都是有用的，其中有些应用要求一定程度的耐水性，包括例如室外的护套和覆盖屋顶的产品。传统的纸面水泥物品在高湿度条件下或者当暴露在室外时并不总是表现良好的。因此，对于这类应用通常希望的是，使用一种以玻璃或基于聚合物的纤维毡代替纸来构成面层的水泥物品。在水泥内芯中使用改善了内芯材料自身的耐水性的添加剂也可以是有利的。水泥物品(如石膏板和水泥板)的制造方法典型地涉及将一种水性的水泥浆料沉积在一种第一构成面层材料上、并且用同样类型的一种第二构成面层材料覆盖该湿浆料， 使得水泥浆料被夹在两种构成面层材料之间。之后，通过干燥从浆料中移除过量的水。在最终干燥之前允许水泥浆料硬化以产生一种固体物品。由于当浆料仍然处于液态时水性的水泥浆料有漏过或渗透过纤维毡的孔的倾向， 因此使用纤维毡制造水泥物品可能是有挑战性的。这种渗透问题在浆料首先被沉积到纤维毡上的这一点上是尤其显著的。浆料的渗透可以导致在纤维毡的外表面上的不希望的水泥材料以及在机器设备上纤维材料的积累。水泥材料积累在该制造方法中所使用的机器设备上要求定期关闭机器用于清理，因为该处理设备上的石膏可能转移到纤维毡片的外表面上和/或导致纤维网片进入成型铺装头中的网片痕迹(web tracking)问题。毡外表面上的水泥材料可以损害一个修饰涂层的粘性并且呈现出对于顾客不愉快的外观。在防止浆料渗透或者使其最小的方面已经提出了不同的尝试。然而，这些尝试中的许多都要求额外的方法步骤、采用附加的材料、使浆料特征变化到不希望的范围内、限定使用定制的或非标准的纤维毡、和/或增加了水泥物品的成本。因此，所希望的是提供一种石膏板以及一种生产该石膏板的方法，并且在石膏板的制造过程中该石膏板具有降低的、并且优选最小的或没有石膏浆料渗透。本发明的这些以及其他优点连同另外的本发明的特征都将从在此提供的对本发明的说明中变得清楚。
发明内容
在此提供了一种毡面水泥复合材料物品，该毡面水泥复合材料物品包括(a) 一种水泥内芯，(b) 一种与该水泥内芯接触具有大于该水泥内芯的密度的薄涂层(skim coat) 水泥层，以及(c) 一种第一纤维毡，该第一纤维毡包括(i)微纤维以及(ii)具有大约0. 6cm或更大的长度的连续纤维，其中该第一纤维毡包括一个与该薄涂层水泥层相接触的内表在此还提供了一种生产毡面水泥物品的方法，该方法包括(a)提供一种具有一个内表面的纤维毡，其中该毡包括(i)微纤维以及(ii)具有大约0. 6cm或更大的长度的连续纤维；(b)将水泥浆料的一种水性薄涂层沉积在该第一纤维毡的内表面上；并且(C)将一种水性的水泥内芯浆料沉积在该薄涂层浆料上以形成一种毡面水泥复合材料物品。发明详细说明本发明至少部分是基于出人意料并且意外地发现了一种毡面水泥复合材料物品及其制造方法，该毡面水泥复合材料物品包括一种水泥内芯，一种毡，这种毡包括具有显著长度的连续纤维结合微纤维，以及一种薄而致密的水泥层(“薄涂层”)，该复合材料有利地提供了足够的强度和刚性同时降低或避免了对该薄涂层或水泥内芯的不希望的“渗透”。在一个方面，本发明降低或消除了不希望的从水泥内芯或者从薄涂层渗透过纤维毡的水泥浆料量，而没有向制造水泥板的典型方法中增加额外的方法步骤。这种水泥内芯可以包括任何包含或得自水硬水泥的材料、物质、或者组合物，连同任何适合的添加剂。可以用在水泥内芯中的材料的非限制性例子包括波特兰水泥、栗色水泥、矿渣水泥、飞灰水泥、钙铝水泥、水溶性硫酸钙硬石膏、硫酸钙α-半水化物、硫酸钙 β-半水化物、天然、合成或化学改性的硫酸钙半水化物、硫酸钙二水合物(“石膏”、“建筑石膏”或“水合石膏”)及它们的多种混合物。如在此所使用的，术语“硫酸钙材料”是指上面提及的硫酸钙的任何形式。薄涂层具有大于水泥内芯的密度，但是该薄涂层另外还可以包括任何包含水硬水泥或者从水硬水泥得到的材料、物质或者组合物，连同任何添加剂，如在此对于水泥内芯所说明的。用在薄涂层中的材料可以是与用在水泥内芯中的材料相同的或是不同的，条件是该薄涂层具有大于水泥内芯的密度。在一个方面，本发明的复合材料水泥物品避免了对非连续的颗粒或疏水涂层进行任何沉积的需要。参见例如共同转让的、共同未决的美国申请11/738，316和12/176，200。 虽然因为增加了成本和/或复杂性所以这类颗粒或涂层没有包括在某些实施方案中，但如果希望的话它们也可以被包括在其中。出乎意料的是包含微纤维的纤维毡是足够强的(例如对于耐拔钉性、拉伸强度、刚度等等)而得以用于本发明，并且更出人意料的是可以在其中包括一个薄涂层而没有相对纤维毡的渗透。根据本发明的一种纤维毡面水泥物品的实施方案包括(a) 一种水泥内芯；(b) — 种薄涂层；以及(c) 一种第一纤维毡，该第一纤维毡包括具有显著长度的连续纤维以及聚合物或矿物(例如玻璃)微纤维。该第一纤维毡包括一个外表面和一个内表面，该内表面面对该水泥内芯(例如与之相接触)或者(如果存在的话)该薄涂层。所希望的是在制造过程中复合材料物品的水泥内芯和/或薄涂层不在任何实质性的程度上穿过该第一纤维毡。具有显著长度的连续纤维和微纤维可以由任何适合的材料制成。连续纤维和/或微纤维可以是生物相容性的或是生物可溶性的，以便加强在某些应用中的安全性。生物可溶性的微纤维的实例在美国专利6，656，861,6, 794，321以及6，828，264中提供。在一个方面，纤维毡包括具有显著长度的玻璃纤维(例如生物相容性的玻璃纤维)与玻璃微纤维 (例如生物相容性的玻璃微纤维)的组合。然而，第一纤维毡可以包括其他适合类型的聚合物或矿物纤维以及微纤维或者它们的多种组合。具有显著长度的连续纤维可以通过短切线绳纤维或其他来源而提供。具有显著长度的连续纤维优选地是玻璃纤维(例如短切玻璃纤维)。可以使用E、C和T类型的玻璃纤维连同硼硅酸钠玻璃，或者以上的多种混合物。连续纤维可以具有不同的长度或基本上类似的长度。适合的微纤维的非限制性实例包括玻璃纤维、聚酰胺纤维、聚芳酰胺纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维(例如聚对二苯甲酸乙二酯(PET))、聚乙烯醇(PVOH)、聚乙酸乙酯(PVAc)、 纤维素纤维(例如棉、人造丝等等)以及类似物，连同它们的多种组合。该微纤维优选地是玻璃或矿物纤维，例如矿物棉、矿渣棉、陶瓷纤维、碳纤维、金属纤维、耐火纤维，或者它们的混合物。生产微纤维的一种方法由美国专利号4，167，404披露。此外，该纤维毡(例如该毡的纤维)可以是疏水的或亲水的，被涂覆的或未涂覆的。对于涉及暴露在高水平的湿度中的应用，所希望的是该毡具有高水平的疏水性。疏水性可以通过涂覆该毡或该毡的单独的纤维，和/或使用一种疏水粘合剂(例如一种苯乙烯丙烯酸粘合剂)而被给予该毡。也可以使用其他的给予水泥产品疏水性的方法(例如向该水泥内芯和/或薄涂层中加入一种疏水剂，像硅氧烷或蜡)。然而，在某些情况下，所希望的是该毡未被涂覆(例如除了粘合材料之外不使用涂层)，却保持了抗水特性。优选的是， 该毡展现出不超过该毡基础重量三倍的吸水性(例如当根据INDA标准测试10. 1进行测试时)。当然，纤维的选择将部分地依赖于有待使用该水泥物品的应用的类型。例如，当水泥物品被用于要求耐热或耐火的应用时，可以在纤维毡中使用适当的耐热或耐火纤维。在一个实施方案中，纤维毡具有高于870° F的熔点(例如871° F或更高、880° F或更高、 900° F或更高、或者甚至1000° F或更高)。优选的是，该毡的面加工适合于达到或超过国家消防协会(National Fire Protection Association)的NFPA方法701中提出的耐火性能标准或者ASTM标准E84，等级1。更优选的是，当该物品用于这类应用时，包括在此说明的水泥内芯、薄涂层以及纤维毡的物品达到或超过ASTM Cl 177或Cl 177M(例如使用E-119 测试方法)中提出的耐火性能标准。这种纤维毡可以是纺织的或非纺织的；然而，非纺织的毡是优选的。非纺织的毡包括由粘合剂结合在一起的纤维。该粘合剂可以是任何典型地用在毡工业中的粘合剂。适合的粘合剂包括，但不局限于脲甲醛、三聚氰胺甲醛、硬脂酸化的三聚氰胺甲醛、聚酯、丙烯酸树脂类、聚乙酸乙烯酯、用聚乙酸乙烯酯或丙烯酸改性的或共混的脲甲醛或三聚氰胺甲醛、苯乙烯-丙烯酸聚合物、以及类似物，连同它们的多种组合。优选地，该粘合剂是一种树脂粘合剂，如一种苯乙烯-丙烯酸粘合剂。这种树脂性粘合剂可以具有任何适合的玻璃化转变温度(GTT)(例如大约15°C至45°C )。适合的苯乙烯-丙烯酸酯共聚物粘合剂的一个例子是HYCARTS^6869(俄亥俄州克利夫兰市的Lubrizol Advanced Materials)。如所收到的，这种丙烯酸酯共聚物胶乳具有大约50重量百分比的固体含量，但是优选的是在使用之前用水将其浓度稀释至大约30重量百分比的固体。优选将大约10重量百分比的一种交联剂(如三聚氰胺甲醛)加入该丙烯酸酯中；并且更优选的是加入大约2到5重量百分比的交联剂。可以使用任何适合量的粘合剂。典型地，该纤维毡将包括大约20-40重量百分比(以干燥重量计)、或者25-30重量百分比(以干重计)的粘合剂(例如以干重计大约25. 5-30. 5重量百分比)。该纤维毡可以具有任何对在制造过程中防止浆料渗透有效的适合的重量。典型地，这种基础重量是大约181bs/1000ft2或更大(例如大约18-301bs/1000ft2)，等于大约 88g/m2或更大(例如大约88-147g/m2)。在一个实施方案中，该纤维毡，尤其是一种玻璃纤维毡，具有大约201bs/1000ft2或更大的基础重量(例如大约20-261bs/1000ft2或大约 23-261bs/1000ft2)，等于大约98g/m2或更大(例如大约98_127g/m2或更大)。纤维毡的微纤维可以具有任何合适的直径。纤维毡可以包括具有例如大约 0. 05-6. 5微米、大约0. 1-6微米、大约0. 25-5微米、或者大约1_4微米、或者甚至大约2-3微米或者2. 5-3. 5微米、如大约2. 7微米(例如可以从Johns Manville商购的 Micro-Strand Type 481)直径的微纤维。该纤维毡还可以包括具有不同直径的纤维，例如直径在从大约8微米到大约25微米范围内。例如，具有显著长度的连续纤维可以具有任何适合的直径，如大约10微米或更大(例如大约10-20微米)、如大约13微米或更大(例如大约13-17微米)、如大约14微米或更大(例如大约14-17微米、大约14-16微米、大约14. 5-16. 5微米、或者大约14. 5-15. 5 微米)、如大约15微米或更大(例如大约15-18微米、16-18微米、15-17微米、或者大约 15-16微米)。可任选的，除了或者代替具有上述直径的连续纤维，该纤维毡还可以包括具有最大约13微米的更小直径的连续纤维。该纤维毡可以包括对在生产过程中防止浆料渗透有效的任何适合的连续纤维与微纤维之比。优选地，该纤维毡包括一个小部分的微纤维或小直径纤维(例如13微米或更小)以及除微纤维之外的一个大部分的连续纤维，如在此说明的具有显著长度的连续纤维。这个小部分可以是例如干燥纤维网片的大约5-30百分比(例如大约10-25百分比)或者大约15-30百分比(例如大约15-20百分比)，并且该大部分可以是干燥纤维网片的大约 70-95百分比(例如大约75-90百分比)或70-85百分比(例如大约80-85百分比)。根据某些实施方案，该纤维毡包括大约70百分比到大约95百分比、如大约80百分比到大约 95百分比、或者甚至大约85百分比到大约90百分比的连续纤维，以及大约5百分比到大约 30百分比、如大约5百分比到大约20百分比、或者大约10百分比到大约15百分比(例如剩余部分)的微纤维。因此，例如该纤维毡可以包括大约70百分比到大约95百分比的、具有大约10到大约20微米直径的连续纤维(例如连续玻璃纤维)，以及大约5百分比到大约30百分比的、具有在此说明的更小直径的微纤维(例如玻璃微纤维)。在另一个实施方案中，该纤维毡可以包括大约70到大约90百分比的具有大约14微米或更大、或者15微米或更大(例如大约14到大约17微米、大约14到大约16微米、或者大约14. 5到大约15. 5 微米)直径的连续纤维(例如连续玻璃纤维)，以及大约10到30百分比的具有在此说明的更小直径的微纤维(例如玻璃微纤维)。除非另外指明，否则纤维组成的百分比是以该毡的纤维成分的重量(即该纤维网片的干燥重量)为参照。该纤维可以具有任何适合的长度，条件是该连续纤维具有大约0. 6cm或更大的、 或者大约Icm或更大的长度。该连续纤维典型地具有大约1英寸或更小(例如大约3cm或更小、或者大约2. 5cm或更小)的长度。因此，该连续纤维可以具有例如在大约0.6到1.9cm、 或者大约0.6到大约1.2cm范围内的平均长度。替代性的，该连续纤维可以具有在大约3/8 英寸到1英寸(大约Icm到大约3cm)、或者大约1/2英寸到大约3/4英寸(大约Icm到大约2cm)范围内的平均长度。该微纤维可以具有不同的长度。例如，微纤维可以具有在从其直径的几倍直至7mm或更大、或者甚至12mm或更大长度的范围内的长度。根据一个实施方案，该微纤维具有小于大约7mm的长度。作为进一步的说明，一种适合的玻璃纤维毡的一个非限制性例子包括大约80-90 百分比(例如大约83百分比)的16微米直径、1/2英寸到1英寸长(大约1. 2-2. 5cm长) 的长丝纤维，以及大约10-20百分比(例如大约17百分比)的具有大约2. 7微米标称直径的生物可溶性微纤维(由Johns Manville制造的Micro-Strand Type 481)，该纤维毡具有大约Mlbs/lOOOft2的基础重量。一种适合的玻璃纤维毡是由Johns Manville制造的 DuraGlass 89MGMat。玻璃毡的粘合剂可以是任何适合的粘合剂，例如苯乙烯-丙烯酸粘合剂，它可以是该毡的按重量计大约(+/-3%).玻璃毡可以包括一种彩色颜料，例如绿色颜料或者着色剂。如在此提及的，除非另外指明，纤维的长度和直径都是平均长度和直径。该纤维毡可任选地可以包括填充剂、颜料、或者其他典型地使用的惰性或活性成份。例如，该毡可以包括有效量的以下各项的细颗粒如石灰石、玻璃、粘土、有色颜料、杀虫剂、杀真菌剂、膨胀材料、或者它们的混合物。这些添加剂对于改变颜色、修饰表面的结构和纹理、改进对霉菌或真菌形成的耐受性、并且增强耐火性可以是有用的。对于特定的应用， 加入了足以提供例如根据国家消防协会NFPA方法701或者ASTM标准E84等级1的耐火性的阻燃剂。而且对于某些应用，优选将杀生物剂加入该毡和/或石膏浆料中以抑制真菌生长，这是按照ASTM标准D3273可测量的。所希望的是，该纤维毡具有足够的透气性以便有助于该水泥物品的干燥，同时在制造过程中降低或者消除水泥浆料或薄涂层的渗透。一种毡的透气性例如可以使用由 ASTM标准方法D737说明的Frazier测试而测定，其结果通常以立方英尺每分钟每平方尺的单位给出(cfm/ft2)。该测试可以在大约0.5英寸水的压差下进行。在某些实施方案中，如通过Frazier方法测量的，该水泥物品的纤维毡的通透性是大约250-400cfm/ft2、 大约 250-350cfm/ft2、或者甚至大约 250_300cfm/ft2 (例如大约 1270_2020L/s/m3、大约 1270-1770L/s/m3、或者大约1270_1530L/S/m3)。在另一个实施方案中，所希望的是纤维毡的通透性是小于大约300cfm/ft2 (例如大约250cfm/ft2到小于大约300cfm/ft2)、或者大约 1530L/s/m3 (例如大约1270L/s/m3到小于大约1530L/s/m3)。在其他的实施方案中，该纤维毡包括多个孔，这些孔具有大约80到150微米的平均孔径。该纤维毡可以使用常规技术制造，例如在美国专利4，129，674中说明的。根据本发明的一个优选的方面，该第一纤维毡基本上不被埋入水泥内芯中。优选地，该毡的小于大约50%的厚度被埋入水泥内芯中，更优选地该毡的小于大约30%、小于大约15%、小于大约10%、或者甚至小于2% (例如小于大约1%)的厚度被埋入水泥内芯中。该水泥物品任选地可以包括一种第二纤维毡，该第二纤维毡包括聚合物或矿物纤维，其中该水泥内芯和薄涂层(如果存在的话)被布置在该第一纤维毡与第二纤维毡之间。 该水泥物品可以进一步包括一种第二纤维毡和第二薄涂层，其中该第二纤维毡与该第二薄涂层相接触，并且该第二薄涂层与该水泥内芯相接触，例如该水泥内芯被布置在该第一与第二薄涂层之间，并且具有置于其间的水泥内芯第一和第二薄涂层被置于该第一与第二纤维毡之间。该第二纤维毡可以是与第一纤维毡相同的或不同的。当该水泥物品处于一种板或面板(例如石膏板、水泥板、等等)形式时，该第二纤维毡优选地在材料和相对于该水泥内芯的取向两者上是与第一纤维毡相同的，或者具有与第一纤维毡足够相似的膨胀和收缩特性，使得该水泥物品的扭曲得以减轻或消除。当该第二纤维毡与第一纤维毡相同时，应当理解的是该第一和第二纤维毡可以由一种单一的连续材料片提供(例如通过折叠一个单片的纤维毡)使得它围绕在该水泥内芯周围。该内芯和这些薄涂层可以包括任何适合的添加剂。这些添加剂可以是任何通常用于生产水泥物品(如石膏板或水泥板)的添加剂。这些添加剂包括但不局限于建筑的添加剂例如矿棉、连续的或切断的玻璃纤维(还被称为纤维玻璃)、珍珠岩、粘土、蛭石、碳酸钙、聚酯、以及纸纤维，连同化学添加剂如发泡剂，填充剂，加速剂，糖，增强剂如磷酸盐、 膦酸盐、硼酸盐以及类似物，阻滞剂，粘合剂(例如淀粉和胶乳)，着色剂，杀真菌剂，杀生物剂，以及类似物。这些添加剂中的一部分以及其他添加剂的使用例子在例如美国专利 6，342，284,6, 632，550,6, 800，131,5, 643，510,5, 714，001、和 6，774，146，以及美国专利公开 2004/0231916 AU2002/0045074 Al 和 2005/0019618 Al 进行了说明。优选地，该水泥内芯包括一种硫酸钙材料、波特兰水泥、或者它们的混合物。该水泥内芯还可以包括一种适当量的疏水剂，如一种基于有机硅的材料(例如硅烷、硅氧烷、或硅氧烷树脂基质)，以便改进该内芯材料的耐水性。该水泥内芯还可以包括一种硅氧烷催化剂，例如氧化镁(例如僵烧的氧化镁)、飞灰(例如C级飞灰)、或者它们的混合物。可以按任何适合的量并且通过任何适合的方法加入硅氧烷和硅氧烷催化剂，例如在美国专利公开2006/0035112 AU2007/0022913 Al或者2008/0190062中所说明的。所希望的是，该水泥内芯还包括改进强度的添加剂，如磷酸盐(例如在美国专利6，342，284,6, 632，550和 6，800，131 以及美国专利公开 2002/0045074 AU2005/0019618 Al 以及 2007/002^13 Al 中说明的)和/或预混的、稳定和不稳定的皂类(例如在美国专利5，683，635和5，643，510 中说明的)。该水泥内芯可以包括纸或玻璃纤维，但是优选的是基本上无纸和/或玻璃纤维 (例如包括小于约Iwt. %、小于约0. 5wt. %、小于约0. Iwt. %、或者甚至小于约0. 05wt. % 的纸和/或玻璃纤维，或者不包含这类纤维)。当用于涉及暴露于高湿度的应用时，可能希望的是该水泥内芯达到ASTM C1177提出的耐水性标准，例如使用ASTM标准测试方法C 473，对于护套浸没2小时的目标是不出现10%的板缺陷，并且对于防水石膏背板是10%。因此，可能希望的是该水泥物品包括一个或两个都展示出高水平的耐湿性的纤维毡(如在此说明的)以及一种包括疏水剂的水泥内芯材料(也如在此说明的)。该水泥物品可以具有任何一种适合于所希望的应用的类型或形状，无论是内部还是外部。水泥物品的非限定性例子包括石膏面板和水泥面板，或者具有任何尺寸和性质的板。例如，该水泥物品可以用于一种具有任何适合的配置的室外护套或覆盖屋顶的产品，或者是用于墙壁和天花板中，或者用于地板的衬垫物。本发明的水泥物品的非限制性实施方案包括，例如一种石膏板，该石膏板包括 (a) 一个石膏层，该石膏层包括一种水泥内芯以及至少一个与该水泥内芯相接触的薄涂层， 该石膏层具有一个第一面和一个第二面、并且包括建筑石膏；(b)附着于所述第一和第二面的第一和第二构成面层物，所述第一构成面层物是一种未涂覆的纤维毡，该纤维毡包括与一种树脂性粘合剂结合在一起的一种非纺织的网片，并且所述网片包括基本上由一种共混物构成的玻璃纤维，该共混物的一个大部分为具有至少大约16微米平均纤维直径的短切玻璃纤维，并且一个小部分基本上由至少一种具有最多大约13微米纤维直径的小直径玻璃纤维以及具有在从大约0. 05到大约6. 5微米范围内的平均纤维直径的微纤维构成，所述小部分包括该网片的干燥重量的大约5% -30%。该石膏板可以进一步被配置为使得所述第二构成面层物是一种纤维毡，该纤维毡包括与一种树脂性粘合剂结合在一起的一种非纺织的网片，并且所述网片包括基本上由一种共混物构成的玻璃纤维，该共混物的一个大部分为具有至少大约16微米平均纤维直径的短切玻璃纤维、并且一个小部分基本上由至少一种具有最多大约13微米纤维直径的小直径玻璃纤维以及具有在从大约0. 05到大约 6. 5微米范围内的平均纤维直径的微纤维构成，所述小部分包括该网片的干燥重量的大约 5% -30%。根据该实施方案的另一个方面，该大部分的纤维基本上由按重量计大约85%的具有大约16微米平均直径以及大约13-19mm平均纤维长度的玻璃纤维构成，并且所述小部分基本上由按重量计大约15%的微纤维构成，基本上所有微纤维都具有在从大约2. 7到 3. 4微米范围内的直径。或者，所述大部分的纤维基本上由按重量计大约65%-75%的具有大约16微米平均直径以及大约1/2英寸平均纤维长度的玻璃纤维、以及按重量计大约 15% -20%的具有大约16微米平均直径以及大约1英寸平均纤维长度的玻璃纤维构成，并且所述小部分基本上由按重量计大约15% -25%的微纤维构成，基本上所有微纤维都具有在从大约2. 7到3. 4微米范围内的直径。可替代地，所述大部分基本上由按重量计大约80 % 的具有大约16微米平均直径以及大约0. 5英尺平均纤维长度的短切玻璃纤维构成，并且所述小部分基本上由按重量计大约20 %的具有大约11微米平均直径以及大约0. 25英寸平均纤维长度的小玻璃纤维构成。在又另一个方面中，所述大部分基本上由按重量计大约68% 的具有大约16微米平均直径以及大约0. 5英寸平均纤维长度的短切玻璃纤维、以及按重量计大约17%的具有大约16微米平均直径以及大约1英寸平均纤维长度的短切玻璃纤维构成，并且所述小部分基本上由按重量计大约20%的微纤维构成，基本上所有微纤维都具有在从大约2. 7到3. 4微米范围内的直径。在另一个非限制性的实例中，该水泥物品是一种石膏板，该石膏板包括(a) —个石膏层，该石膏层具有一个第一面和一个第二面并且包括建筑石膏，所述石膏层包括与一种水泥内芯相接触并且具有大于该水泥内芯层的密度的至少一个薄涂层；以及(b)附着于所述第一和第二面的第一和第二构成面层物，所述第一构成面层物是一种未涂覆的纤维毡，该纤维毡包括与一种树脂性粘合剂结合在一起的一种非纺织的网片，该粘合剂基本上由一种苯乙烯-丙烯酸共聚物粘合剂构成，并且所述网片包括玻璃纤维，该玻璃纤维基本构成的一个大部分为具有在从大约8到25微米范围内的平均纤维直径的短切玻璃纤维，并且可任选的一个小部分基本上由至少一种具有最多大约13微米纤维直径的小直径玻璃纤维以及具有在从大约0. 05到大约6. 5微米范围内的平均纤维直径的微纤维构成。根据这个实施方案，该网片可以包括基本上由所述大部分的短切玻璃纤维与所述小部分的一种共混物构成的玻璃纤维，并且所述大部分包括该网片的干燥重量的至少50百分比。在另一个方面，该大部分的短切玻璃纤维基本上由具有至少大约16微米平均纤维直径的纤维构成。在上述任何示例性实施方案中，根据INDA测试10. 1，该毡优选不吸收超过其重量
9三倍的水，并且该粘合剂可以是在此说明的任何适合的树脂性粘合剂，尤其是在此说明的一种苯乙烯-丙烯酸粘合剂(可任选地包括一种交联剂)。该水泥物品可以通过任何适合的方法制备，包括但不局限于在此说明的创造性方法。根据本发明制备一种纤维毡面水泥物品的方法的实施方案包括(a)提供一种具有一个内表面的纤维毡，其中该纤维毡包括(i)微纤维以及(ii)具有大约0. 9-3cm长度的连续纤维；(b)将水泥浆料的一种水性薄涂层沉积在该第一纤维毡的内表面上；并且(C)将一种水性的水泥内芯浆料沉积在该薄涂层浆料顶上以形成一种毡面水泥复合材料物品。该方法可以进一步包括用于将毡面复合材料物品成形为适合于特定的最终应用(例如护套或覆盖屋顶)所希望的一种形式或形状(例如板)。制备根据本发明的水泥物品的方法可以在用于生产本领域中已知的纤维毡面水泥物品的现有石膏板生产线上进行。简而言之，该方法典型地涉及将一种纤维毡材料排出到一个输送装置上或放置在输送装置上的一个成形台上，该成形台随后被置于一个混合器的排放管道(例如本领域中已知的一种门-罐-靴式(gate-canister-boot)安排，或者在美国专利6，494，609和6，874，930中说明的一种安排)下。该水泥浆料的组分被加入到包括排放管道混合器中，在其中将它们搅拌以形成水泥浆料。可以将泡沫加入该排放管道 (例如在所说明的门中，如在美国专利5，683，635和6，494，609中)。该水泥浆料被排出到该纤维毡构成面层材料上。必要的话，将该浆料涂覆在该纤维毡构成面层材料上并且可任选地用一种第二构成面层材料覆盖，该第二构成面层材料可以是一种纤维毡或其他类型的构成面层材料(例如纸、箔片、塑料、等等)。将由此提供的湿的水泥组件传送到一个成形操作位置(在此将该制品确定为所希望的厚度)并且传送到一个或多个刀切部分(在此它被切割成所希望的长度)以便提供一种水泥物品。允许该水泥物品硬化，并且可任选地使用一种干燥方法(例如通过空气干燥或者将该水泥物品通过烘干炉)来去除过量的水。以上每个步骤以及用于进行这些步骤的工艺和设备都是在本领域中已知的。薄涂层在构成面层材料与内芯浆料之间提供。例如，在将内芯浆料沉积到薄而致密的薄涂层之前可将水泥浆料的薄致密层沉积在该纤维毡构成面层材料上当使用一种第二构成面层材料(可以与第一构成面层材料相同或不同)时，可将一种第二薄涂层例如沉积到该构成面层材料上，并且包括第二薄涂层的该第二构成面层材料进入与水泥内芯浆料的接触中，这样该第二薄涂层与水泥内芯浆料相接触。薄涂层增加了复合材料板的物理特性，例如强度还增强了内芯对毡的黏性并且改进了耐火性。特别出人意料和出乎意料的是在本发明中可以包括该薄涂层而相对于毡具有降低的或没有渗透。在本发明之前，对于薄涂层有一种担忧，因为它被认为会加剧渗透。在干墙板制造领域中，用于薄涂层成形的设备和方法是已知的。相对于内芯的水泥浆料，薄涂层中的水泥材料是致密。因此，如在本领域中已知的，在某些实施方案中，薄涂层浆料中的泡沫可以使用如一台或多台次级混合器以机械方式击打出来，和/或可以用一种消泡剂用化学法处理。在其他的实施方案中，水泥浆料被分离成薄涂层浆料和内芯浆料，其中泡沫被插入到该内芯浆料中，或者该薄涂层浆料是在不存在泡沫的情况下以其他方式形成的，例如通过在混合器之外在排放管道中或者通过一种多混合器安排而将泡沫插入该内芯浆料中。在某些实施方案中，将一些泡沫加入到薄涂层浆料中(尽管比加入到内芯浆料的泡沫更少)，特别是从薄涂层浆料形成边缘之处，以便避免具有过于坚硬的边缘，如在本领域中已知的。见例如美国专利5，198,052 ；5, 714,032 ；5，718，797 ；5, 879, 486 ； 5，908，521 ；6，494，609 ；6，742，922 ；美国 2004/013458A1 ；以及美国专利申请 12/415，931。为了进一步降低生产过程中的渗透，与在一个给定生产线或同类型生产线上生产具有相同厚度的内部的住宅用干墙板相比，可以提高薄涂层的粘度。例如，与在一个给定生产线或同类型生产线上生产具有相同厚度的内部的住宅用干墙板相比，薄涂层的粘度可以提高大约2%或更多、大约3%或更多、大约4%或更多、或者甚至大约5%或更多(例如大约或更多、大约8%或更多、大约10%或更多、大约15%或更多、或者甚至大约20%或更多)根据某些实施方案，薄涂层可以具有这样的粘度，使得当通过塌落试验进行测量时， 该薄涂层将产生具有大约9英寸或更小(例如大约8. 75英寸或更小大约8. 5”或更小、或者大约8. 25英寸或更小)、优选大约8英寸或更小(例如大约7. 75英寸或更小、或者大约 7. 5英寸或更小、或者大约7. 25英寸或更小)、或者甚至大约7英寸或更小(例如大约6. 75 英寸或更小、大约6. 5英寸或更小、或者大约6. 25英寸或更小)直径的一个饼形物。可替代地，该饼形物的直径可以是大约23cm或更小(例如大约22. 5cm或更小、大约22cm或更小、或者大约21. 5cm或更小)、大约21cm或更小(例如大约20. 5cm或更小、大约20cm或更小、或者大约19. 5cm或更小)、大约19cm或更小(例如大约18. 5cm或更小、大约18cm或更小、大约17. 5cm或更小)、或者甚至大约17cm或更小(例如大约16. 5cm或更小、或者大约 16cm或更小)。典型地，该粘度将产生一个大约5英寸或更大(例如大约12或12. 5cm或更大)、如大约5. 5英寸或更大(例如大约14cm或更大)、或者大约6英寸或更大(例如大约15cm或更大)的饼形物。使用塌落试验测量浆料粘度的工序在本领域中是已知的。简而言之，将一个2英寸(或5cm)直径的管(例如具有两个开放端，一端放置在一个平坦的基本上无孔的表面上以便封闭开口)用浆料填充到4英寸(IOcm)高。在从生产线上对浆料采样的5秒之内，通过快速抬起圆筒将浆料释放到一个平坦的水平的表面上，并且允许释放出的浆料铺展成一个饼形物。当浆料已经停止铺展后，测量浆料饼的最宽直径(在非圆形(例如椭圆形)的浆料饼的情况下，对浆料饼的最宽直径与在跟该最宽直径垂直的方向上的浆料饼直径进行平均)。这种粘度上的改变可以例如通过降低水含量从而使薄涂层浆料变浓稠而实现。此外或者可替代地，可以将泡沫引入该薄涂层以增加粘度和/或降低密度。这种相对更浓的浆料有利地有助于减少或避免渗透。例如，据相信薄涂层中相对更浓的浆料影响了薄涂层浆料流的流动和动力，从而减少或避免了渗透(即该毡的浆料穿透)。可以调整密度以减少或消除浆料的穿透，条件是在薄涂层中维持了足够的密度使得薄涂层比水泥浆料更致密， 并且所希望的是实现在此说明的一种或多种所希望的薄涂层特性。也可以调整密度以优化边缘硬度(尤其是在边缘由是薄涂层浆料形成的地方)以避免在安装过程中破裂，例如当边缘被螺钉拧到框架构件上时，如本领域中的普通技术人员将容易认识到的。精确的密度可依赖于水泥材料的纯度或者其他原材料(例如灰泥)的特性而改变。而且，与在一个给定生产线或同类型生产线上生产具有相同厚度的内部的住宅用干墙板相比，该薄涂层还可以任选地通过以更低的速速从混合器中提取薄涂层浆料而施用。这可以例如通过减少提取软管中的浆料体积或者增加提取软管的直径而完成。这种薄涂层可以具有任何适合的厚度。例如，在某些实施方案中，该厚度可以从大约1/16英寸到大约1/8英尺变化。如在本领域中已知的，硬边缘有时还以一种本领域中普通技术人员已知的方式使用。硬边缘是指围绕一种板形的水泥物品的周边使用一种更致密的水泥浆料层。这些硬边缘可以由薄涂层浆料自身形成。薄涂层的施用可以涉及使用一个或多个薄涂层辊以便将薄涂层散布和/或压平至一个所希望的厚度。诸位发明人还已经出人意料地发现了在某些实施方案中，用于在制造中施用薄涂层的辊的转速减少了薄涂层和/或水泥内芯浆料的渗透。在某些实施方案中，与在一个给定生产线或同类型生产线上生产具有相同厚度的内部的住宅用干墙板相比，辊的转速被降低了以有助于进一步减少或避免渗透。因此，本发明的方法进一步包括在沉积水泥内芯浆料之前使用一个薄涂层辊滚压薄涂层的步骤，其中与在一个给定生产线或同类型生产线上生产具有相同厚度的内部的住宅用干墙板相比该辊具有降低的转速。可以将辊速度降低任何一个(与在不存在辊速度降低的情况下出现的渗透量相比)对降低内芯浆料或薄涂层渗透量有效的量。渗透的程度可以通过任何适合的方法测量，如通过测量每单位水泥物品的面积穿透了毡的构成面层物的内芯浆料或薄涂层的重量或体积，或者通过检查水泥物品的一个截面并且测量被内芯浆料或薄涂层穿透的毡的构成面层物的厚度。 作为解释说明，与在一个给定生产线或同类型生产线上生产具有相同厚度的内部的住宅用干墙板相比，辊速度可以被降低大约10%或更多、大约15%或更多、大约20%或更多、大约 25 %或更多、大约30 %或更多、大约40 %或更多、大约50 %或更多、或者甚至大约75 %或更多。准确的速度可依赖生产线以及使用的辊的尺寸而改变。作为实例，薄涂层辊可具有130 英尺每分钟(fpm)或更低的辊速度，如大约95fpm或更低、大约80fpm或更低、大约65fpm 或更低、大约50fpm或更低、或者甚至大约35fpm或更低(例如大约40米每分钟(mpm)或更低、大约30 (mpm)或更低、大约25 (mpm)或更低、大约20 (mpm)或更低、大约15 (mpm)或更低、或者大约10 (mpm)或更低)。薄涂层辊典型地具有大约4-8英寸的直径，如大约4英寸、5英寸、6英寸或7英寸(例如0. lm、0. 13m、0. 15m、0. 18m、0. 2m)。因此，在某些实施方案中(假设辊直径为大约6英寸)，薄涂层辊以不超过大约SOrpm的转速转动，如不超过大约 60rpm (例如，在大约50_60rpm、或者甚至大约52_57rpm的范围内)。在其他实施方案中，辊速度可更慢，如大约15-20rpm。与在一个给定生产线或同类型生产线上生产具有相同厚度的内部的住宅用干墙板中可能使用的速度相比(例如185-200rpm的辊速度)，这样一种速度是显著降低的。在某些实施方案中，水泥物品的生产以任选地包括在硬化之前震动该水泥物品， 以便有利于减少或消除水泥浆料中的空隙(如果希望的话)，如通过使用已知的震动棒或者其他震动设备。震动可以任选地被关闭(如果希望的话)以便进一步有助于减少或防止渗透。因此，本发明的方法可任选地不使用震动设备而进行。在这种意义上，震动设备是为了产生震动的目的所设计或使用的任何机械装置。认识到了，具有其他主要目的的制造设备可产生一定水平的震动作为其正常运行的副作用。然而，这种具有除产生震动以外的主要功能的设备不被认为是震动设备。根据制备水泥物品的方法使用的第一纤维毡的所有方面是如在此对于本发明的水泥物品所说明的。这种水泥浆料优选基本上不穿透第一纤维毡，由此防止了该第一纤维毡以任何实质性的程度埋入到该水泥浆料中。优选地，这种水泥浆料穿透了小于大约50%的毡厚度、 更优选地小于大约30%、小于大约15%、小于大约10%、或者甚至小于2% (例如小于大约1% )的毡厚度。可任选地，该制备纤维毡面水泥物品的方法可以进一步包括在允许水泥浆料硬化之前将该水泥浆料与一种第二纤维毡相接触，其中该水泥浆料被置于该第一纤维毡与第二纤维毡之间。如以上说明的，这种薄涂层浆料可以任选地被施用到第二纤维毡上，并且该第二纤维毡与第一纤维毡、第一薄涂层以及水泥内芯相组合使得该第二薄涂层与该水泥内芯相接触。该第一和第二纤维毡的所有其他方面是如对本发明的水泥物品所说明的。该水泥浆料包括此前对于该水泥物品的水泥内芯描述为适合的或优选的任何水泥材料和添加剂、连同足够的水以便提供适合的粘度。当通过塌落试验测量时，这种水泥浆料将典型地产生一个大约5英寸到大约8英寸(或者大约IOcm到大约20cm)直径的饼形物，如大约5英寸到7英寸或者大约6英寸到大约7英寸(或者大约15cm到大约18cm)。使用塌落试验测量浆料粘度的程序在本领域中是已知的。简而言之，将一个2英寸(或5cm) 直径的管(例如具有两个开放端，一端放置在一个平坦的基本上无孔的表面上以便封闭开口)用浆料填充到4英寸(IOcm)高。在从生产线上对浆料采样的5秒之内，通过快速抬起圆筒将浆料释放到一个平坦的水平的表面上，并且允许释放出的浆料铺展成一个饼形物。 当浆料已经停止铺展之后测量浆料饼的最宽直径(在非圆形(例如椭圆形)的浆料饼的情况下，对浆料饼的最宽直径与在跟该最宽直径垂直的方向上的浆料饼直径进行平均)。该制备纤维毡面水泥物品的方法的其他方面是如在此对于本发明的水泥物品所说明的。在此未确切说明的制备纤维毡面水泥物品的方法的那些方面可以由已知的并且用在制造常规水泥物品(尤其是纤维毡面水泥物品)的技术提供。水泥内芯浆料可以包括本领域中已知的一种耐水添加剂。例如，在某些实施方案中，这种内芯水泥浆料可以包括一种硅氧烷，这种硅氧烷适合于为可以使用的水泥混合物赋予耐水性。在某些实施方案中，硅氧烷以一种水性的硅氧烷分散体提供，该分散体包括在水中的大约%到大约8wt. %的硅氧烷。见例如美国专利申请号11/738,316。该硅氧烷可以是一种环状的氢改性的硅氧烷，或者优选地是一种直线形的氢改性的硅氧烷。所希望的是，该硅氧烷是一种液体(例如一种硅氧烷油)。在某些实施方案中，该分散体是被稳定化的，使得该硅氧烷液滴保持分散在水中 (即硅氧烷相基本上不从水相中分离)持续一段足够的时间，以便允许该分散体与水泥内芯的其他成分相结合。该制备耐水水泥物品的方法的所有其他方面是如在此对于纤维毡面水泥物品或制备毡面水泥物品的方法所说明的。在此未确切说明的制备抗水水泥物品的方法的方面可以由已知的并且用在制造常规水泥物品(尤其是纤维毡面水泥物品)的技术提供。
具体实施例方式下面的实例说明了根据本发明的纤维毡面水泥物品的制备。使用的纤维毡是由Johns Manville 制造的DuraGlass 8924G Mat。水泥浆料在一个板混合器中制备。实例的配方在表IA和IB和2A和2B中提供。浆料中的硅氧烷成分使用一种高剪切混合器分散在水中(例如Ross Sanitary Design High Shear Incline Mixer, Model ME-440XS-9型均浆器)，并且被引入用于制备浆料的定量水中。
将面纤维毡定位用于施用在该水泥面板的正面(向下成形)和背面上(向上成形)。将该毡穿过一个张紧和对齐系统，并且该面毡被折皱以便在所希望的板宽(例如48 英寸)下形成所希望的厚度(例如5/8英寸)以及所希望的边缘(例如正方形)。将一个水泥浆料或薄涂层的致密层置于该面毡上。用于薄涂层的水泥浆料或者薄涂层浆料从该板混合器中提取。通过减少在提取软管中的浆料体积降低了薄涂层浆料的提取速度，并且也减少了薄涂层的提取点附近的水。薄涂层辊的转动速度被降低(例如降到大约52-57rpm)。见例如表3，表中示出了一种薄涂层系统的运行参数的实例。将震动装置关闭以帮助减少穿透该毡的浆料。将该面毡送到板混合器之下，并且将水泥浆料沉积到该致密层或薄涂层上。浆料在适当位置的折皱的面毡被成形成一种封套并且送到成形板材之下。在被成形的面毡进入成形板材的点处，背毡被置于与该面毡的多个边缘的接触中。使用粘合剂颗粒在这些毡相交的点上将面玻璃毡结合到背玻璃毡上。在这个交点处浆料不与面玻璃毡和背玻璃毡相接触。填充有浆料的完整的玻璃毡封套从成形板退出并且被传送到板带上。引导件将多个边缘保持在适当的位置，直至在板带下大约30秒的点处浆料发生水合，在这个点上这些边缘是自支撑的。将该板进一步向线下移动，直至它变成自支撑的。之后用一个板刀将该板切成比其所希望的最终处理长度略长。将该板翻转并且移入烘干炉以去除过量的水(例如持续40分钟)。然后将该板安排为面对面或面对背的形式并且切成所希望的长度。获得的产品是一种纤维毡面的水泥产品。作为一种替代的非限制性的实施方案，该水泥物品是一种包括一个水硬建筑材料层的制品，该水硬建筑材料层具有第一和第二面，以及附着在该第一和第二面上的第一和第二构成面层物，并且该水泥物品由以下方法提供，该方法包括(a)形成一种水性浆料， 该浆料包括选自下组的至少一个项，该组构成为无水硫酸钙、硫酸钙半水化物、以及水硬建筑水泥；(b)将浆料散布以便在所述第一构成面层物上形成一个层；(C)将所述第二构成面层物施用到所述层的顶上；(d)将获得的叠层结构分离成单独的制品；并且(e)干燥这些制品，其中这些构成面层物中的至少一个是一种未涂覆的纤维毡，该纤维毡包括与一种树脂性粘合剂结合在一起的一种非纺织的网片，并且该树脂性粘合剂基本上由一种苯乙烯丙烯酸粘合剂构成，并且所述网片包括玻璃纤维，该玻璃纤维的一个大部分是具有在从大约8 到25微米范围内的平均纤维直径的短切玻璃纤维，并且可任选的一个小部分基本上由至少一种具有最大约13微米的纤维直径的小直径玻璃纤维、和具有从大约0. 05到大约6. 5 微米范围内的平均纤维直径的微纤维构成。制备该水泥物品的方法的所有其他方面是如在此对于该水泥物品自身所说明的。表 IA
权利要求
1.一种毡面水泥复合材料物品，包括(a)一种水泥内芯；(b)一种薄涂层水泥层，该薄涂层水泥层与该水泥内芯相接触并且具有大于该水泥内芯的密度；以及(c)一种纤维毡，该纤维毡包括(i)微纤维以及(ii)具有大约0. 6cm或更大长度的连续纤维；其中该纤维毡包括一个与该薄涂层水泥层相接触的内表面。
2.如权利要求1所述的毡面制品，其中这些连续纤维以及微纤维都是玻璃纤维。
3.如权利要求1或2所述的毡面制品，其中这些连续纤维具有大约15微米或更大的直径。
4.如权利要求1至3中任一项所述的毡面制品，其中这些微纤维具有大约0.25微米至大约5微米的直径。
5.一种制造毡面水泥物品的方法，该方法包括(a)提供一种具有一个内表面的纤维毡，其中该纤维毡包括(i)微纤维以及(ii)具有大约0. 6cm或更大长度的连续纤维；(b)将一种水泥浆料的水性的薄涂层沉积在第一纤维毡的内表面上；并且(c)将一种水性的水泥内芯浆料沉积在该薄涂层浆料顶上，以便形成一种毡面复合材料物品。
6.如权利要求5所述的方法，进一步包括(d)使该复合材料物品形成为一块板。
7.如权利要求5或6所述的方法，其中该水泥浆料的水性的薄涂层具有大于该水泥内芯浆料的密度。
8.如权利要求5至7中任一项所述的方法，进一步包括在沉积该水泥内芯浆料之前， 用一个薄涂层辊滚压该薄涂层，其中该薄涂层辊具有不高于大约130fpm的转动速度。
9.如权利要求5至8中任一项所述的方法，其中该方法是在未使用震动设备的情况下进行。
全文摘要
一种毡面水泥复合材料物品，包括(a)一种水泥内芯，(b)一种与该水泥内芯接触具有大于该水泥内芯的密度的薄涂层水泥层，以及(c)一种纤维毡，包括(i)微纤维以及(ii)具有大约0.6cm或更大的长度的连续纤维，其中该纤维毡包括一个与该薄涂层水泥层相接触的内表面。
文档编号B32B7/00GK102196901SQ200980140495
公开日2011年9月21日 申请日期2009年10月29日 优先权日2008年10月30日
发明者C·R·尼尔森, D·C·恩伯克特, D·L·罗夫斯, J·J·费德里斯, M·P·沙克, Q·刘, S·C·艾姆迪诺, W·J·罗巴格 申请人:美国石膏公司