轻质绝热板及其制造方法

专利名称:轻质绝热板及其制造方法
本发明涉及轻质绝热板及其制造方法，这种板包括波特兰水泥、纤维和填料，而且该板不含石棉。
已知可由含硅酸钙的水硬性粘结剂的水悬浮物、增强纤维材料和填料制造轻质绝热板，该板不是在空气中(常规条件)就是在蒸汽压下硬化。在所述方法中，必须把粘结剂的组分(即硅酸钙或熟石灰，)与二氧化硅和水反应生成已知的硅酸钙水合物结构。硬化粘结剂(setbinder)的结构取决于在反应条件下能实际起反应的熟石灰和二氧化硅的相对比例。产品的一些性质在很大程度上还取决于加入水悬浮物的增强纤维材料。已证实石棉用于此目的是有用的。然而，近来由于环境保护的原因而使不用石棉纤维已成必然的趋势。
与此同时，已发展和销售了许多所谓的无石棉产品。但是这些产品一般比含石棉的产品有更显著的缺点，因为它只有在牺牲其它一些需要的性质时，才能达到某些所要求的性质。因此与含石棉产品相比就限制了这些无石棉产品的普遍应用。
石棉纤维的一个典型的应用领域是轻质绝热板，更确切地说，是具有高度耐火性的绝热板。显而易见，用维维素纤维和/或有机纤维和/或耐碱玻璃纤维取代石棉纤维可以制造轻质绝热板。但是这些产品的机械性能一般较差，抗燃性较低。它们还未能符合德国工业标准DIN53436的毒性试验的要求，因为在高温下可能会产生有毒气体。
作为抗燃绝热板的填料，已证实云母是有价值的，云母必要时，可与轻质填料即多孔珍珠岩或疏松粘土一起使用。参见英国书1，498，966号。在所述书中讲到的粘结剂有水硬性硅酸钙粘结剂、波特兰水泥、高铝水泥和高炉矿渣水泥。因此，所用的粘结剂是在蒸压条件下凝固的水硬性粘结剂，或是常温下用水凝固的粘结剂。
已知在室温凝固的粘结剂，机械性能较差，更确切地说，较之在压力蒸汽锅中硬化的粘结剂，前者的抗弯强度较低，防水性较差。
所以实际上无石棉抗燃性轻质绝热板是由在压力蒸汽锅中硬化的产品制造的，更具体地说，在压力蒸汽锅中已经形成雪硅钙石结构。因此，迄今认为，这些结晶硅酸钙对得到热稳定的以及能承受机械负荷的产品是必不可少的先决条件。
然而，这种需要在压力蒸汽锅中凝固的情况有两个值得考虑的缺点1.在压力蒸汽锅中硬化，耗能极大，甚至可能耗费所用原材料成本的10%以上。对于增强纤维材料，只有纤维素及少量价格很贵的有机纤维可以使用，因为在压力蒸汽锅的温度和碱性条件下，玻璃纤维和大部分有机纤维都会遭受破坏。
2.在蒸压条件下，只有存在单体的结晶二氧化硅例如石英时才可能形成结晶雪硅钙石结构。甚至在理想状态下，仍有一定量未反应的二氧化硅余留在最终产品中。但是，由于石英粉尘对人们健康有害，因此官方条例要求只有极小量结晶石英可以存在于最终产品中。然而当使用其它二氧化硅源如非晶形二氧化硅、飘尘等时，在高温下，最终产品的热稳定性却显著降低。
因此，本发明的目的为改进包括波特兰水泥、纤维和填料的轻质绝热板。该板不含石棉，而且在最终产品中有任何单体的结晶二氧化硅，而且已在常温下水力硬化，即不必用过热蒸气在压力蒸汽锅中硬化。此外，该产品的机械性能、抗燃性和毒性都必须符合国家标准。最后，关于原材料和加工的成本方面，新产品必须很经济，以使它们可与市场上现有产品竞争。
作为认真和昂贵研究的结果，已经发现，以一个意外简单的方法，用下述组分波特兰水泥、纤维和填料，以明确限定的，相互调整的数量，外加8～25%(重量)，最好为10～18%(重量)的熟石灰，就可实现上述目的。
本发明涉及包括由波特兰水泥、纤维和填料制成的轻质绝热板，其中包括a)50～75%(重量)水泥，b)0～5%(重量)纤维素纤维，c)0.5～4%(重量)耐碱纤维材料，d)5～20%(重量)云母，e)5～20%(重量)轻质填料，f)8～25%(重量)熟石灰。
如果绝热板包括下述组分，将达到特别好的结果a)55～65%(重量)水硬性波特兰水泥，b)2～4%(重量)纤维素纤维，c)0.8～1.5%(重量)耐碱纤维材料，d)10～15%(重量)云母，e)8～18%(重量)轻质填料，f)10～18%(重量)熟石灰。
作为耐碱纤维材料，最好使用聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)和聚酰胺，其量为0.8～2%(重量)，或者使用为耐碱而涂覆过的玻璃纤维，其量为1～4%(重量)，以及它们的混合物。
作为轻质填料，更准确地说，多孔珍珠岩、疏松粘土、球形硬硅钙石骨料和磨碎的泡沫混凝土或其混合物，已证实是有用的。
根据本发明的生产绝热板的方法，可通过把下列组分混合于过量水中加以实施
a)50～75%(重量)，最好为55～65%(重量)水泥，b)0～5%(重量)，最好为2～4%(重量)纤维素纤维，c)0.5～4%(重量)，最好为0.8～1.5%(重量)耐碱纤维材料，d)5～20%(重量)，最好为10～15%(重量)云母，e)5～20%(重量)，最好为8～18%(重量)轻质填料，f)8～25%(重量)，最好为10～18%(重量)熟石灰。
用已知方法从悬浮物分离出多余的水而形成绝热板，而且使该混合物置于潮湿空气中至少15天，最好28天进行硬化。
以已知方法在压滤机、哈氏机(Hatschekmachines)、与Magnani相应的装置、Fourdrinier机或所谓的浇注机和卷切机上操作，使悬浮物形成板，并从中除去多余的水。稀释的悬浮物一般每5～25分水中含有一分固体物质。成形后，产品切割成所要求的规格，储存在潮湿空气中，直至充分凝固并硬化，一般至少需15天，最好为28天。
为实施所述方法，先制备纤维材料的浆料，然后向它添加填料、熟石灰和水泥。当然还可把常用絮凝剂等加到悬浮物中。
根据本发明的产品具有通常的密度，即0.7～1.1克/厘米3，较好是0.8～1.0克/厘米3。所用的纤维材料的量取决于所需的抗弯强度，但是纤维素纤维含量应保持尽可能低，用较高的纤维素纤维量将导致燃烧性能变坏。耐碱有机纤维的含量较高，虽然可提高抗弯强度，但是也降低材料在可燃性试验中的性能。
通过涂覆而制成的耐碱的玻璃纤维，为达到同样抗弯强度，必需加进稍高的量。由于根据本发明的产品多半不因湿气而发生永久变形，所以保证了产品的长期稳定性，即使它们含有较大量用涂覆方法制成的耐碱玻璃纤维。
用作填料的云母可以用市场上买得到的等级品，不过假若至少60%的颗粒大小小于250微米时，便能得到特别好的结果。颗粒大小大于500微米的比例应小于3%，因为在制造过程中可能发生其它麻烦。
在本发明中使用熟石灰，得到了意想不到的好结果。对不加熟石灰或加入少于8%(重量)熟石灰的板材的比较试验说明，它们不能符合法定标准的要求，例如按照“英国标准”BS476第4部分的不燃性试验的要求，而且此种产品在950℃时收缩百分率较高。
熟石灰含量多于25%(重量)时，板材机械性能开始降低，并且产品失去所要求的机械强度和抗弯强度。因此，熟石灰加入量最好为10～18%(重量)，水泥对熟石灰的比率在3∶1到9∶1以内，而以大致在4∶1至5∶1的范围内为好。
片状填料(云母)对球状填料(轻质填料)的比率最好在1∶1至1∶1.5的范围内。填料总量是在10%(重量)与40%(重量)的范围内，而以20～30%(重量)为好。
对于纤维素纤维，可以使用通常应用于此种目的的任何纤维，更具体地说，那些由亚麻、大麻、剑麻、桉树获得的纤维，以及那些由木材获得的纤维，更准确地说由针叶树回收的产物，这些纤维也用于造纸工业。按照本发明的方法，纤维素纤维比在常规产品中用的要显著地少，在极端情况下，甚至可能完全不用任何纤维素纤维。
根据本发明的产品当然也可以与常规添加剂混合，例如颜料、助滤剂、絮凝剂、乳化剂等以及一定量的磨碎的废料如硅酸钙和硅酸铝。但决不是任何结晶二氧化硅都必须加入，因为尽管熟石灰过量，在室温下结晶二氧化硅仍不反应生成硅酸钙，因此在最终产品中必须形成不能允许的高含量的结晶二氧化硅。
在下述实例中更详细叙述典型的实施方案以及制造方法。
实例1将3重量分纤维素和1重量分聚乙烯醇(PVA)悬浮在水中。然后再依次加入12重量分云母、15重量分熟石灰、11重量分多孔珍珠岩和58重量分波特兰水泥。以固体总含量计悬浮物含水量为25倍。把该悬浮物在哈氏(Hatschek)机上加工成板，其厚度随加工条件而定，为8～25毫米。板材经切割后储存在潮温空气中28天。制成的轻质绝热板满足下述的全部要求，即抗弯强度、950℃时的热收缩率、BS476第4部分的不燃性试验及根据DIN53436的毒性试验，而且在干燥、和经再湿润后，表现出的延伸率和收缩率，分别低于2毫米/米。
实例2用包括4重量分纤维素、1重量分聚乙烯醇(PVA)、12重量分云母、15重量分熟石灰、10重量分珍珠岩和58重量分水泥的混合物重复实例1的制造方法。产品在干燥并再湿润时，抗弯强度稍有提高，950℃时的热收缩率较低，而收缩率和再延伸率则有类似值。
实例3用包括2重量分纤维、1重量分聚乙烯醇(PVA)、15重量分云母、10重量分熟石灰、15重量分多孔珍珠岩和57重量分水泥的混合物重复实例1的制造方法。得到的产品也满足硬化的全部要求。
比较实例用包括4重量分纤维素、1重量分聚乙烯醇(PVA)、12重量分云母、15重量分珍珠岩和68重量分水泥的混合物重复实例1的制造方法。得到的产品在950℃时收缩率有明显提高，并且不满足根据BS476第4部分不燃性试验的要求。
权利要求
1.包括波特兰水泥、纤维和填料的轻质绝热板，所述绝热板包括a)50～75%(重量)水泥，b)0～5%(重量)纤维素纤维，c)0.5～4%(重量)耐碱纤维材料，d)5～20%(重量)云母，e)5～20%(重量)轻质填料，以及f)8～25%(重量)熟石灰。
2.根据权利要求
1的绝热板，包括a)55～65%(重量)水泥，b)2～4%(重量)纤维素纤维，c)0.8～1.5%(重量)耐碱纤维材料，d)10～15%(重量)云母，e)8～18%(重量)轻质填料，以及f)10～18%(重量)熟石灰。
3.根据权利要求
1的绝热板，其中所述耐碱纤维材料是来自包括0.8～2.0%(重量)聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)和聚酰胺之类的纤维，或来自1～4%(重量)为耐碱而经涂覆的玻璃纤维或其混合物。
4.根据权利要求
2的绝热板，其中所述耐碱纤维材料是来自包括0.8～2.0%(重量)聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)和聚酰胺之类的纤维，或来自1～4%(重量)为耐碱而经涂覆的玻璃纤维或其混合物。
5.根据权利要求
1的绝热板，其中所述轻质填料是来自包括多孔珍珠岩、疏松粘土、合成的球形硬硅钙石骨料或磨碎的泡沫混凝土、或其混合物之类的填料。
6.根据权利要求
2的绝热板，其中所述轻质填料是来自包括多孔珍珠岩、疏松粘土、合成的球形硬硅钙石骨料或磨碎的泡沫混凝土，或其混合物之类的填料。
7.根据权利要求
3的绝热板，其中所述轻质填料是来自包括多孔珍珠岩、疏松粘土、合成的球形硬硅钙石骨料或磨碎的泡沫混凝土，或其混合物之类的填料。
8.一种用于生产包括波特兰水泥、纤维和填料的轻质绝热板的方法，所述方法包括以过量的水配料50～75%(重量)水泥、0～5%(重量)纤维素纤维、0.5～4%(重量)耐碱纤维材料、5～20%(重量)云母、5～20%(重量)轻质填料和8～25%(重量)熟石灰，从悬浮物分离出多余的水，同时形成板材，并且，在潮湿空气中硬化该混合物，至少15天。
9.根据权利要求
8的方法，其中所述耐碱纤维材料是来自包括0.8～2%(重量)聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)和聚酰胺之类的纤维，或来自1～4%(重量)为耐碱而经涂覆的玻璃纤维，或其混合物。
10.根据权利要求
8的方法，其中所述轻质填料是来自包括多孔珍珠岩、疏松粘土、合成球状硬硅钙石骨料或磨碎的泡沫混凝土，或其混合物之类的填料。
11.根据权利要求
9的方法，其中所述轻质填料是来自包括多孔珍珠岩、疏松粘土、合成球状硬硅钙石骨料或磨碎的泡沫混凝土，或其混合物之类的填料。
专利摘要
本发明的轻质绝热板，包括波特兰水泥、纤维和填料，其中a)50～75％(重量)水泥，b)0～5％(重量)纤维素纤维，c)0.5％～4％(重量)耐碱纤维材料，d)5～20％(重量)云母，e)5～20％(重量)轻质填料，以及f)8～25％(重量)熟石灰。它们从悬浮物形成板材，至少硬化15天，最好为28天。本发明的绝热板满足这种材料有关抗弯强度、不燃性等硬化的全部要求。
文档编号C04B28/04GK87101966SQ87101966
公开日1987年9月23日 申请日期1987年3月14日
发明者埃米尔·贝斯 申请人:雷德科公司