Способ и устройство для внедрения холста в изготавливаемые мокрым способом панели

Способ и устройство для внедрения холста в изготавливаемые мокрым способом панели

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится главным образом к способу и устройству для изготовления безбумажной гипсоволокнистой плиты с повышенной ударопрочностью. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу и устройству для изготовления гипсоволокнистой плиты, включающей армирующую сетку, внедренную в плиту.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Традиционную гипсовую стеновую плиту или панель обычно производят из суспензии строительного гипса, причем влажная суспензия полугидрата сульфата кальция, который обычно называют кальцинированный гипс, расположена между двумя слоями бумаги; данной суспензии дают самопроизвольно затвердеть. Затвердевший гипс представляет собой твердый и жесткий продукт, полученный при реакции кальцинированного гипса с водой с образованием дигидрата сульфата кальция. Гипс представляет собой сульфат кальция в стабильной дигидратной форме, CaSO₄·2H₂O, и включает встречающийся в природе минерал, полученный синтетически минерал и дигидратный материал, образованный в результате гидратации кальцинированного гипса. Кальцинированный гипс представляет собой либо полугидрат сульфата кальция (CaSO₄·½H₂O), либо ангидрит сульфата кальция (CaSO₄). Когда дигидрат сульфата кальция нагревают в достаточной степени в процессе, называемом кальцинированием, вытесняется гидратная вода и может образоваться либо полугидрат сульфата кальция, либо ангидрит сульфата кальция, в зависимости от температуры и продолжительности воздействия. Когда дигидрат нагревают в достаточной степени в насыщенной паром среде, дигидрат разлагается, и из раствора выпадает полугидратная форма в виде правильных кристаллов. Когда к кальцинированному гипсу добавляют воду, для того чтобы вызвать затвердевание гипса, по существу, кальцинированный гипс реагирует с водой и снова образуется гипс.

Покрытая бумагой стеновая панель является широко распространенным строительным материалом. Однако для некоторых строительных применений было бы полезно предоставить гипсовую панель, для которой прочность и другие свойства не зависят от поверхностных листов бумаги. Некоторые примеры армированных волокнами гипсовых панелей уровня техники представлены ниже.

В патенте США №5320677, который включен сюда во всей полноте путем ссылки, описан композиционный продукт и способ изготовления данного продукта, в котором разбавленную суспензию частиц гипса и целлюлозных волокон нагревают под давлением для превращения гипса в альфа-форму полугидрата сульфата кальция. На поверхности целлюлозных волокон имеются поры или пустоты, и кристаллы альфа-формы полугидрата образуются внутри, на и вокруг пустот и пор целлюлозных волокон. Затем нагретую суспензию обезвоживают для получения ковра, предпочтительно, с применением оборудования, аналогичного оборудованию для изготовления бумаги, и до того как суспензия охладится в достаточной степени для повторной гидратации полугидрата в гипс, ковер прессуют в плиту требуемой формы. Прессованный ковер охлаждают, и полугидрат повторно гидратируется в гипс для получения не изменяющей размеры, прочной и пригодной для применения строительной плиты.

В патенте США №6197235, который включен сюда во всей полноте путем ссылки, описан способ текстурирования гипсоволокнистых панелей и изготовления панелей с текстурированной поверхностью, краевыми сужениями и покрытых глубоким узором панелей облицовочного типа, включающий применение гибкого штампа с текстурированной поверхностью. Штампом надавливают на панель, находящуюся в суспензионном состоянии, сразу после начала экзотермической реакции повторной гидратации. Во время прессования штампом для образования текстурированного ковра происходит частичная гидратация и затвердевание. Контакт между штампом и ковром прекращают в точке на температурной кривой повторной гидратации, находящейся приблизительно на половине подъема до наивысшей температуры повторной гидратации, или ниже данной точки.

В патенте США №6605186, который включен сюда во всей полноте путем ссылки, описан напорный бак для применения в способе водного отлива для производства гипсоволокнистой плиты, включающий корпус и два вращающихся горизонтальных распределительных ролика. Корпус имеет искривленные секции, форма которых соответствует внешней цилиндрической поверхности распределительных роликов. Соответственно, каждая искривленная секция расположена вблизи от части внешней цилиндрической поверхности обоих распределительных роликов.

Для улучшения свойств применяли внедрение холста в панельные изделия. В патенте США №6508895, который включен сюда во всей полноте путем ссылки, описана гипсоволокнистая плита, обладающая повышенной ударостойкостью, полученная смешиванием определенных количеств волокон, кальцинированного гипса и воды для образования смеси; внедрением армирующей сетки в слой смеси над верхней поверхностью формующей ленты; и формованием плиты, состоящей из связанных волокон и гипса с сеткой, внедренной в поверхность плиты.

В предыдущих попытках применяли внедрение холста на выходе напорного бака. Подача холста на выходе напорного бака ограничивает регулирование внедрения, вызывает проблемы наращивания параметров в оборудовании для внедрения холста и оказывает вредное воздействие на свойства формования в формовочном бассейне. В данном способе холст подают над напорным баком, вниз в бассейн, а затем под стержень, который способствует размещению холста на требуемой глубине.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для изготовления безбумажной гипсовой плиты, армированной сеткой и волокнами.

Другой задачей настоящего изобретения является получение безбумажной гипсоволокнистой плиты, включающей сетку, внедренную в заднюю сторону для обеспечения повышенной ударопрочности, что определено испытаниями на ударопрочность мягкого тела, согласно методике ASTM E695, и на ударопрочность твердого тела, согласно методике USG, что задокументировано в независимых протоколах HPWLI №7122 и HPWLI №7811-02. Копии информации, содержащейся в указанных протоколах независимых испытаний, проведенных третьей стороной, можно получить через USG Corporation, Чикаго, Иллинойс.

Применяемый здесь термин "безбумажная" гипсоволокнистая плита предназначен для проведения различия между армированными волокнами гипсовыми панелями, к которым относится настоящее изобретение, и традиционными гипсовыми панелями уровня техники, которые называют "стеновая плита" или "стена сухой кладки", которые имеют по меньшей мере одну поверхность, включающую бумагу, включая "стеновую плиту" или "стену сухой кладки", имеющие некоторые формы армирования волокнами во внутреннем слое.

В настоящем изобретении предложен способ изготовления безбумажной гипсоволокнистой плиты, включающий образование смеси (обычно суспензии), включающей определенные количества частиц основы из армирующего материала, кальцинированный гипс (кристаллы альфа-формы полугидрата сульфата кальция), воду и сетку. (В качестве альтернативы, если требуется, данный способ можно осуществлять с применением бета-формы сульфата кальция или смесей альфа-формы сульфата кальция и бета-формы сульфата кальция.) Смесь и армирующую сетку подают в зону формования панели над верхней поверхностью пористой формующей ткани или "проволочной сетки", похожей на те, что применяют в мокром отливе длинносеточного типа, для формования ковра панели. В частности, сетку подают под напорным баком в формовочный бассейн, когда смесь кальцинированной суспензии поступает из напорного бака в формовочный бассейн. Формующая ткань обычно представляет собой бесконечную ленту, сплетенную из пластмассы или металла. Обычные пластмассы включают сложный полиэфир или нейлон и т.д. Обычные металлы включают металлические материалы, такие как латунь, бронза или сталь. Формующая проволочная сетка представляет собой подкласс формующей ткани, и обычно ее изготавливают из металлического материала.

Однако при перемещении в формовочный бассейн сетка проходит над поперечным элементом, который простирается поперек (перпендикулярно) направления движения сетки и расположен над частью формующей ткани. Выходная часть поперечного элемента расположена под выходной частью напорного бака или на выходе напорного бака. Армирующая сетка проходит над поперечным элементом в формовочный бассейн для внедрения армирующей сетки в суспензионную смесь в формовочном бассейне. Затем из суспензионной смеси удаляют воду для получения ковра панели с сеткой, внедренной в ковер панели. Когда ковер панели, включающий внедренную сетку, прессуют, кальцинированный гипс в прессованном ковре панели повторно гидратируется, образуя плиту, включающую связанные частицы основы и гипс вместе с сеткой, внедренной в плиту; плиту высушивают для получения конечной плиты с сеткой, внедренной в конечную плиту.

Поперечный элемент может представлять собой поднимающий стержень или подающий лист. Если требуется, лист может иметь на своем выходном конце удлиненный элемент, продольная ось которого расположена поперек (перпендикулярно) направления движения сетки. Подающий лист присоединен к удлиненному элементу и расположен перед удлиненным элементом под напорным баком.

Обычно лист имеет поперечный изгиб, начинающийся от места перед выходным концом листа или перед напорным баком, так что плавный изгиб листа заканчивается у поперечного стержня и на высоте верхней части поперечного стержня, позволяя холсту (сетке) находиться в непрерывном контакте с поверхностью листа и обеспечивая требуемый эффект самоочистки. Поперечный изгиб листа обычно образует поднимающийся вверх изгиб по направлению к его выходному концу. Угол поднимающегося вверх изгиба в некоторой степени зависит от высоты напорного бака над формующей проволочной сеткой, натяжения холста из стекловолоконной ткани и скорости линии. Обычно поперечный изгиб начинается на расстоянии, составляющем от 0,15 до 0,45 м (от 6 до 18 дюймов) от выходного конца листа, и имеет наклон, образующий угол, составляющий самое большее приблизительно 20° с горизонтальной осью. С другого конца или подающего конца листа, лист плавно изгибается от высоты подающей формующей проволочной сетки (формующей ткани), для обеспечения плавного перехода холста к листу без обдирки как холста, так и формующей проволочной сетки.

Таким образом, сетку, например холст, подают под напорным баком и над поперечным элементом, удерживаемом на некоторой высоте под выходной частью напорного бака или на выходе напорного бака. Это позволяет внедрить сетку при минимизации нарушения формования. Кроме того, натяжение сетки позволяет внедрить сетку на контролируемую глубину в формовочный бассейн после поперечного элемента. При малом натяжении сила вакуума сдвигает сетку ко дну формовочного бассейна и к нижней части получающейся плиты. Суспензию и сетку подают на непрерывно движущуюся обезвоживающую ткань (проволочную сетку), и сила вакуума, вытягивающая воду через обезвоживающую формующую ткань, поддерживает вертикально направленную силу, действующую на ковер и холст на формующей ткани, которую в свою очередь тянут в горизонтальном направлении до конца линии формования.

Обычно лист имеет обратный S-образный изгиб. Самый нижний уровень обратного S-образного изгиба обычно находится там, где нижняя часть листа контактирует с формующей проволочной сеткой под напорным баком. Самый верхний уровень обратного S-образного изгиба обычно находится у места подачи сетки перед напорным баком. Выходной конец обратного S-образного изгиба расположен на промежуточной высоте.

Предпочтительно поперечный элемент проходит по всей ширине формующей проволочной сетки в зоне формования. Удлиненный элемент и лист способствуют размещению сетки на определенном расстоянии над поверхностью формующей проволочной сетки, составляющем приблизительно от 3,175 до 12,7 мм (от 0,125 до 0,5 дюйма), после того как сетка проходит под напорным баком или устройством для подачи суспензии. Размещение сетки на определенном расстоянии над формующей проволочной сеткой позволяет части гипсоволокнистой смеси находиться между сеткой и формующей проволочной сеткой и внедрять сетку в конечную плиту.

При большем натяжении сетка внедряется дальше от нижней части панели. Изгиб металлического листа приводит к самоочистке устройства.

Если требуется, удлиненный элемент (такой как стержень) можно применять без листа. Однако добавление листа повышает производительность.

Затем полученный ковер панели с сеткой, внедренной в ковер панели, прессуют для дальнейшего удаления воды и уплотнения ковра. Затем кальцинированный гипс в ковре панели повторно гидратируется с оставшейся в ковре влагой с образованием плиты, включающей связанные частицы основы и гипс вместе с сеткой, внедренной в плиту. Затем плиту высушивают для получения конечной плиты с сеткой, внедренной в плиту. Данный способ позволяет получить плотность в значительном интервале от 320 до 1120 кг/м³, что в сочетании с широким интервалом возможной толщины, составляющим от 6 до 31 мм, дает множество потенциальных размеров изделия.

Внедрение армирующей сетки в гипсоволокнистую плиту согласно настоящему изобретению дает множество преимуществ, включая высокие скорости изготовления, лучшую эстетичность изделия, полное объединение армирующей сетки с плитой и пониженную себестоимость продукции. Внедрение армирующей сетки также повышает обрабатываемость плиты. Холст (также известный как сетка) полностью внедрен в плиту: холст, расположенный только на поверхности, легко повреждается, обрывается и отсоединяется.

Изделие по настоящему изобретению может включать утопленную сетку, которая не выступает над поверхностью прилегающей панели, на которую она уложена, и повышает сохранение армирования в панелях, т.к. сетка защищена от износа и истирания на поверхности. Другим преимуществом изделия является то, что натяжение сетки в изделии обеспечивает повышение жесткости панели.

Эти и другие особенности и преимущества данного изобретения будут понятны специалистам в данной области после следующего ниже более подробного описания данного изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые образуют часть данного описания изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Прилагаемые чертежи, которые включены в данное описание изобретения и являются его частью, иллюстрируют некоторые воплощения данного изобретения и вместе с описанием служат объяснению действия данного изобретения.

Фиг.1 представляет собой вид в разрезе торца однородной однослойной плиты, изготовленной согласно настоящему изобретению.

Фиг.1А представляет собой вид в разрезе торца другой однородной однослойной плиты, изготовленной согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 представляет собой технологическую блок-схему способа изготовления композиционного материала согласно настоящему изобретению.

Фиг.3 представляет собой схематическую боковую проекцию, изображающую производственную линию, использующую настоящее изобретение, для формования гипсоволокнистой плиты, включающую напорный бак, вакуумные камеры для обезвоживания, первичный пресс для обезвоживания и подающий агрегат для подачи сетки в суспензию; данная производственная линия организована для обработки повторно гидратируемой гипсоволокнистой суспензии на конвейере.

Фиг.4 представляет собой увеличенное изображение боковой проекции части производственной линии, показанной на Фиг.3; на Фиг.4 изображен подающий лист, проходящий под напорным баком и вокруг поперечного элемента, например стержня, причем технологический маршрут направлен слева направо как для формующей проволочной сетки, так и для холста (сетки), который подают над листом под напорный бак и который выходит, когда суспензия выпадает из напорного бака на поверхность, где расположен поперечный элемент, например стержень.

Фиг.5 представляет собой вид в перспективе поперечного элемента, например стержня, имеющего продольную ось "L", и подающего листа, присоединенного к стержню.

Фиг.5A представляет собой боковую проекцию подающего листа, присоединенного к стержню.

Фиг.6 представляет собой схематический вид сверху выходного конца формовочного бассейна, который включает стержень и лист; лист проходит под напорным баком и расположен перед стержнем.

На Фиг.6A изображено второе воплощение, в котором подающий лист заменен стержнем на выходе напорного бака.

Фиг.7 представляет собой фотографию одного из воплощений настоящего изобретения, на которой изображена выходная сторона напорного бака, часть конвейера и стержень, расположенный сразу на выходе напорного бака; на данной фотографии отсутствует подающий лист, для того чтобы полностью показать стержень.

Фиг.8 представляет собой фотографию воплощения, изображенного на Фиг.7, на которой показана входная сторона напорного бака, часть конвейера и входной конец металлического листа, установленного таким образом, что он проходит перед стороной напорного бака для входа сетки, для того чтобы определить границы входной стороны для подачи холста под напорный бак и входного отверстия между металлическим листом и кромкой напорного бака.

Фиг.9 представляет собой фотографию, на которой показана подача холста между подающим листом и кромкой напорного бака. На данной фотографии технологический маршрут направлен справа налево. Когда холст подают под напорным баком, холст поддерживает чистоту металлического листа в формовочном бассейне.

На Фиг.10 изображен исходный вид формовочного бассейна (суспензионного бассейна), наполненного суспензией.

Фиг.11 представляет собой увеличенное изображение части формовочного бассейна, наполненного суспензией; данная фотография показывает, что холст и узел "металлический лист / стержень" не оказывают неблагоприятного воздействия на формование.

Фиг.12 представляет собой фотографию, на которой показан пример части стержня, металлического листа и стекловолоконного сетчатого холста, присоединенного к куску картона с одного конца и формованного в часть композиционной панели с другого конца. Картон, прикрепленный к холсту, способствует начальной подаче холста, когда машину запускают.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение в основном относится к безбумажной гипсоволокнистой плите с повышенной ударопрочностью и к способу изготовления такой гипсоволокнистой плиты. Безбумажную гипсоволокнистую плиту, обладающую повышенной ударопрочностью, получают внедрением армирующей сетки, предпочтительно, гибкой стекловолоконной сетки, в заднюю сторону гипсоволокнистой плиты. В данном способе сетку подают в зону формования панели до того, как панель прессуют и высушивают.

Сетка

Улучшение и повышение ударопрочности гипсоволокнистой плиты обеспечивают внедрением армирующей сетки в заднюю сторону гипсоволокнистой плиты. Сетка может представлять собой либо тканную, либо нетканую сетку, и ее можно изготавливать из множества материалов, например из стекловолокна, сложного полиэфира или полипропилена. Предпочтительно, сетка представляет собой сетку, изготовленную из плоской нити материала с низкой упругостью, такую как стекловолоконная сетка. Наиболее предпочтительно, сетка представляет собой стекловолоконную сетку, в которой имеются отверстия достаточного размера, чтобы позволить части гипсоволокнистой суспензии проходить через сетку и получить конечное изделие с внедренной в затвердевший гипс сеткой.

Перечисленные ниже сетки представляют собой обычные сетки, пригодные для применения в настоящем изобретении. Для применения в настоящем изобретении также пригодны сетки, имеющие от 2 до приблизительно 10 отверстий на дюйм (2,54 см).

Одна из пригодных для применения тканных стекловолоконных сеток имеется в наличии у компании Вауех под номером 0040/286. BAYEX 0040/286 представляет собой сетку перевивочного плетения, имеющую 6 нитей основы и 6 нитей утка на дюйм (2,54 см) (ASTM D-3775), массу 153 г/м² (4,5 унций на кв. ярд) (ASTM D-3776), толщину 0,4 мм (0,016 дюймов) (ASTM D-1777) и минимальную прочность на разрыв 26,8 и 35,7 кг/см (150 и 200 фунтов на дюйм) для нитей основы и нитей утка, соответственно (ASTM D-5035). Она устойчива к щелочам и является жесткой на ощупь. Можно применять другие стекловолоконные сетки приблизительно таких же размеров, имеющие отверстия достаточного размера, чтобы позволить части гипсоволокнистой смеси проходить через сетку во время формования плиты.

Другая пригодная для применения тканная стекловолоконная сетка имеется в наличии у компании Вауех под номером 0038/503. BAYEX 0038/503 представляет собой сетку перевивочного плетения, имеющую 6 нитей основы на дюйм и 5 нитей утка на дюйм (2,54 см) (ASTM D-3775), массу 142 г/м² (4,2 унций на кв. ярд) (ASTM D-3776), толщину 0,4 мм (0,016 дюймов) (ASTM D-1777) и минимальную прочность на разрыв 26,8 и 29,5 кг/см (150 и 165 фунтов на дюйм) для нитей основы и нитей утка, соответственно (ASTM D-5035). Она устойчива к щелочам и является жесткой на ощупь.

Еще одна пригодная для применения тканная стекловолоконная сетка имеется в наличии у компании BAYEX под номером 0038/504. BAYEX 0038/504 представляет собой сетку перевивочного плетения, имеющую 6 нитей основы на дюйм и 5 нитей утка на дюйм (2,54 см) (ASTM D-3775), массу 142 г/м² (4,2 унций на кв. ярд) (ASTM D-3776), толщину 0,4 мм (0,016 дюймов) (ASTM D-1777) и минимальную прочность на разрыв 26,8 и 29,5 кг/см (150 и 165 фунтов на дюйм) для нитей основы и нитей утка, соответственно (ASTM D-5035). Она устойчива к щелочам и является жесткой на ощупь. Можно применять другие стекловолоконные сетки приблизительно таких же размеров, имеющие отверстия достаточного размера, чтобы позволить части гипсоволокнистой суспензии проходить через сетку во время формования плиты.

Еще одна пригодная для применения тканная стекловолоконная сетка имеется в наличии у компании BAYEX под номером 4447/252. BAYEX 4447/252 представляет собой сетку перевивочного плетения, имеющую 2,6 нитей основы на дюйм и 2,6 нитей утка на дюйм (2,54 см) (ASTM D-3775), массу 156 г/м² (4,6 унций на кв. ярд) (ASTM D-3776), толщину 0,66 мм (0,026 дюймов) (ASTM D-1777) и минимальную прочность на разрыв 26,8 и 31,1 кг/см (150 и 174 фунтов на дюйм) для нитей основы и нитей утка, соответственно (ASTM D-5035). Она устойчива к щелочам и является жесткой на ощупь. Можно применять другие стекловолоконные сетки приблизительно таких же размеров, имеющие отверстия достаточного размера, чтобы позволить части гипсоволокнистой смеси проходить через сетку во время формования плиты.

Сетку предпочтительно внедряют в заднюю сторону плиты с ориентацией нитей основы в продольном направлении плиты. Поскольку плита по настоящему изобретению может расширяться в разных направлениях во время стадии затвердевания, применение растяжимой сетки может способствовать лучшему связыванию гипсоволокнистой плиты. Во время стадии первого прессования сжатие и уплотнение должны соответствовать скорости удаления воды и уменьшению объема, вызванным вакуумным прессованием, чтобы получить надлежащее пространство пор в панели. На стадии второго прессования, после того как ковер восстанавливает исходную форму после первого прессования, пространство пор следует удалить, не нарушая структуру, установившуюся на стадии формования. В любом случае стадия формования является важной и любое последующее нарушение, вызванное прессованием и перемещением ковра, понизит прочность и качество конечной панели.

Предпочтительно, чтобы сетка была по существу внедрена в плиту и была покрыта гипсоволокнистой смесью, т.к. это закрепляет сетку в плите.

Кроме того, полное внедрение сетки в гипсоволокнистую смесь обеспечивает наилучшую ударостойкость плиты. Полное внедрение сетки в гипсоволокнистую смесь также делает армирование менее заметным для потребителя и улучшает свойства поверхности в целом.

Связующие

Если требуется, для улучшения смачиваемости, сцепления и т.д. на холст можно наносить покрытия, такие как соединения на основе поливинилового спирта и поливинилацетата, а также другие смачивающие вещества, обычно известные специалистам в данной области техники.

Состав гипсоволокнистой плиты

Материалы, применяемые для производства гипсоволокнистой плиты, представляют собой традиционные материалы. Применяемый здесь термин "гипс" означает сульфат кальция в стабильной дигидратной форме, т.е. CaSO₄·2H₂O, и включает встречающийся в природе минерал, его синтетически полученные эквиваленты, такие как FGD-гипс (синтетический гипс, являющийся побочным продуктом десульфуризации дымового газа) и дигидратный материал, образовавшийся в результате гидратации полугидрата сульфата кальция (штукатурный гипс) или ангидрита. Применяемый здесь термин "содержащий сульфат кальция материал" означает сульфат кальция в любой из его форм, а именно ангидрит сульфата кальция, полугидрат сульфата кальция, дигидрат сульфата кальция и их смеси.

Частицы основы обычно представляют собой органические волокна, которые служат для армирования гипса, и предпочтительно представляют собой лигноцеллюлозные волокна, которые легко доступны. Например, целлюлозные волокна могут представлять собой повторно используемые отходы, такие как коробочный картон или обрезки картона, макулатура, старые газеты и волокна, отбракованные при изготовлении бумажной массы.

В плите по настоящему изобретению можно использовать дополнительные компоненты, традиционно применяемые в изготовлении гипсоволокнистых плит. Такие традиционные компоненты включают ускорители, вещества, повышающие водостойкость, фунгинциды и аналогичные вещества.

Структура гипсоволокнистой плиты

Настоящее изобретение предполагает образование армированной волокнами гипсовой панели, имеющей однородную структуру на всем протяжении, что показано на примере плиты 2 на Фиг.1 и плиты 3 на Фиг.1А.

Плита 2 имеет однородную структуру; в заднюю поверхность гипсоволокнистой матрицы 6 плиты внедрена армирующая сетка 29, как показано на Фиг.1. Если требуется, сетку 29 можно расположить регулируемым образом на определенном расстоянии между передней и задней поверхностями гипсоволокнистой матрицы 7 плиты, как показано на Фиг.1А.

Способ и устройство для формования плиты

Одним из особенно подходящих применений описанного выше композиционного гипсодревесноволокнистого материала является изготовление композиционной стеновой плиты 2, 3. Способ изготовления композиционной стеновой плиты схематически показан на Фиг.2.

А. Входная обработка

Процесс начинается со смешивания не кальцинированного гипса 10, частиц 14 основы (обычно целлюлозных волокон, например древесных волокон) и воды 12 в смесителе 16 для образования разбавленной водной загружаемой суспензии 18. Источником гипса 10 может являться необогащенная руда или побочный продукт десульфуризации дымового газа или других процессов выработки сульфата кальция. Гипс 10 может быть относительно высокой чистоты, т.е. предпочтительно по меньшей мере приблизительно 92-96%, и тонко измельченным, например, до такой степени, чтобы до 92-96% частиц проходили через сито в 100 меш или мельче. Частицы большего размера могут увеличить время превращения. Гипс 10 можно вводить в подающий смеситель 16 реактора либо в виде сухого порошка, либо в виде водной суспензии.

Термин "частица основы" означает любую макроскопическую частицу, такую как волокно, стружка или хлопья, отличного от гипса вещества. Главным образом нерастворимая в жидкой фазе суспензии частица основы должна также обладать доступными пустотами, например ямками, трещинами, щелями, полостями или другими дефектами поверхности, в которые может проникать растворитель суспензии, и в которых могут образовываться кристаллы сульфата кальция. Также желательно, чтобы указанные пустоты присутствовали на значительной доле поверхности частицы; очевидно, что чем больше пустот и чем равномернее они распределены, тем более прочной и геометрически более устойчивой будет физическая связь между гипсом и частицей основы. Вещество частицы основы должно обладать требуемыми свойствами, отсутствующими в гипсе, и предпочтительно должно обладать по меньшей мере более высокой прочностью на растяжение и на изгиб. Примером частицы основы, особенно пригодной для применения в композиционном материале и способе по данному изобретению, является лигноцеллюлозное волокно, в частности, древесное волокно. Согласно предпочтительному воплощению данного изобретения, частица основы представляет собой бумажное волокно. Однако, не намереваясь ограничить материал и/или частицы, которые определены как "частицы основы", в дальнейшем для удобства часто применяют название "древесные или целлюлозные волокна" вместо расширенного термина.

Источником целлюлозного волокна 14 может являться макулатура, древесная масса, древесные чешуйки и/или другие растительные волокна или волокна искусственного происхождения. Предпочтительно, чтобы волокно было пористым, полым, расщепленным и/или имело шероховатую поверхность, для того чтобы его физическая форма обеспечивала доступные полости или пустоты, в которые может проникнуть растворенный сульфат кальция. Во всяком случае, также может потребоваться предварительная обработка источника волокон, например древесной массы, для разбиения комков, отделения частиц слишком больших и малых размеров, а также, в некоторых случаях, предварительной экстракции веществ, замедляющих схватывание, и/или загрязнений, таких как гемицеллюлоза, уксусная кислота и т.д., которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на кальцинирование гипса.

Измельченные гипссодержащие твердые частицы и целлюлозные (например, древесные) волокна смешивают друг с другом для образования смеси, включающей приблизительно от 0,5 до 30% мас. целлюлозных волокон, предпочтительно, от 5 до 15% мас. целлюлозных волокон или от 10 до 15% мас. целлюлозных волокон. Например, гипссодержащие твердые частицы и древесные волокна смешивают в соответствующем соотношении масс, составляющем приблизительно 85 к 15.

Для того чтобы загружаемая суспензия 18 включала самое большее приблизительно 30% мас. или 40% мас. твердых частиц (по меньшей мере приблизительно 60% мас. или 70% мас. жидкости), в нее добавляют достаточное количество воды. Например, достаточное количество воды добавляют для того, чтобы загружаемая суспензия 18 включала приблизительно 5-30% мас. твердых частиц (70-95% мас. жидкости) или, более предпочтительно, 10-15% мас. твердых частиц (85-90% мас. жидкости).

Загружаемую суспензию 18 подают в реакторную систему 20. Типичная реакторная система 20 включает автоклав, оборудованный устройством для непрерывного перемешивания или смешивания. Если требуется, на данной стадии в суспензию можно добавлять модификаторы 22 кристаллов для модификации кристаллизации или для снижения температуры кальцинирования. Суспензию непрерывно нагнетают в реактор 20 с применением прямого впрыскивания пара, для того чтобы обеспечить в сосуде температуру суспензии, составляющую от приблизительно 116°C (240°F) до приблизительно 154°C (310°F), и автогенное давление. Нижнее значение температуры приблизительно соответствует известной из опыта минимальной температуры, при которой происходит кальцинирование дигидрата сульфата кальция в полугидратную форму (обычно альфа-форму полугидрата сульфата кальция) за приемлемый интервал времени. Верхнее значение температуры приблизительно соответствует максимальной температуре, при которой кальцинирование полугидрата происходит без чрезмерного риска разложения лигноцеллюлозных компонентов. Предпочтительная температура суспензии составляет приблизительно от 140°C (285°F) до 152°C (305°F).

В реакторе 20 суспензию 18 предпочтительно непрерывно смешивают или перемешивают, для того чтобы поддерживать волокна в суспензии во взвешенном состоянии и сохранять контакт свежего растворенного вещества с растущими кристаллами, когда происходит превращение.

Когда суспензию 18 подвергают обработке в указанных условиях в течение достаточного интервала времени, например приблизительно 15 мин, дигидрат сульфата кальция превращается в молекулу полугидрата. (Дигидрат переходит в раствор, а полугидратная форма выпадает в осадок и перекристаллизуется в правильный кристалл, отличающийся от исходного полугидрата.) Раствор, в котором частицы поддерживают во взвешенном состоянии с помощью постоянного помешивания, пропитывает и проникает в открытые пустоты в волокнах основы. Когда достигают насыщения раствора, в пустотах, на пустотах и вокруг пустот и вдоль стенок волокон основы образуются зародыши полугидрата и начинают образовываться кристаллы.

Полагают, что в реакторе 20 растворенный сульфат кальция проникает в пустоты в древесных волокнах, а затем выпадает в осадок в виде игольчатых кристаллов полугидрата внутри, на и вокруг пустот и поверхностей древесных волокон. Если требуется, в суспензию продукта можно вводить добавки (не показаны), модифицирующие процесс или улучшающие свойства, например ускорители, замедлители, снижающие массу наполнители, и т.д., обычно после выпуска суспензии из реактора 20 и до ее обезвоживания.

Непрерывный поток 23 альфа-формы полугидрата сульфата кальция и волокон основы выходит из реакторной системы 20. Затем суспензию 23 продукта подают в напорный бак 26. Если требуется, суспензию из реактора 20 подают в резервуар для временного хранения суспензии (не показан) до подачи в напорный бак 26. Суспензию выпускают из напорного бака 26 в виде широкого потока 28 суспензии, который подают на непрерывный конвейер 44 для отлива/обезвоживания, включающий плоскую пористую формующую ткань (Фиг.3), такого типа как ткань, которую применяют в операциях изготовления бумаги (например, формующую проволочную сетку, применяемую в плоскосеточных машинах). В частности, напорный бак 26 подает поток 28 суспензии в формовочный бассейн 45 на конвейере 44.

Напорный бак 26 обычно включает корпус 25 и два горизонтальных, вращающихся в противоположных направлениях, перфорированных распределительных ролика 26А, 26В, которые проходят по существу по всей ширине конвейера 44. Распределительные ролики 26А, 26В вращаются в противоположных направлениях, как показано стрелками на Фиг.4. Корпус 25 напорного бака 26 включает первую искривленную секцию 26Е, форма которой соответствует кривизне цилиндрической поверхности первого горизонтального перфорированного распределительного ролика 26А. Корпус 25 также включает вторую искривленную секцию 26F, форма которой соответствует кривизне цилиндрической поверхности второго горизонтального перфорированного распределительного ролика 26В. Две искривленные секции 26Е, 26F проходят по всей ширине напорного бака 26.

Перегородка 26С, образованная пересечением искривленных секций 26Е, 26F, отделяет первый горизонтальный перфорированный распределительный ролик 26А от второго горизонтального перфорированного распределительного ролика 26В. На выходном конце второй искривленной секции 26F предусмотрена перемычка 26D. Перемычка 26D проходит вертикально вниз от второй искривленной секции 26F и проходит по всей ширине конвейера 44.

Вторая искривленная секция 26F расположена ближе к конвейеру 44, чем первая искривленная секция 26Е. Напорный бак 26 имеет входную переднюю кромку под частью второй искривленной секции 26F, расположенной ближе всего к конвейеру 44, и имеет выходную кромку 25А под перемычкой 26D. Входная кромка напорного бака 26 является частью 25В второй искривленной секции 26F, расположенной ближе всего к конвейеру 44, и находится на расстоянии "L1" от выходной кромки 25А. Выходная часть напорного бака 26 проходит от участка 25В до конца напорного бака 26.

Описание типичного напорного бака 26 дано в патенте США №6605186, который включен сюда во всей полноте путем ссылки.

В. Формование ковра

Суспензия 28 выходит из напорного бака 26, переливаясь через перемычку 26D, и поступает в формовочный бассейн 45. Напорный бак 26 равномерно распределяет кальцинированную суспензию 28, включающую по меньшей мере приблизительно 70% мас. жидкости, по всей ширине формовочного стола или конвейера 44 (Фиг.3), где вакуу