BRPI0716351B1 - Processo multicamada para produzir painéis cimentados estruturais reforçados por fibra de alta resistência com conteúdo de fibra otimizado e um painel produzido de acordo com o referido processo - Google Patents

Processo multicamada para produzir painéis cimentados estruturais reforçados por fibra de alta resistência com conteúdo de fibra otimizado e um painel produzido de acordo com o referido processo Download PDF

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BRPI0716351B1
BRPI0716351B1 BRPI0716351-7A BRPI0716351A BRPI0716351B1 BR PI0716351 B1 BRPI0716351 B1 BR PI0716351B1 BR PI0716351 A BRPI0716351 A BR PI0716351A BR PI0716351 B1 BRPI0716351 B1 BR PI0716351B1
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United States Gypsum Company
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Description

(54) Título: PROCESSO MULTICAMADA PARA PRODUZIR PAINÉIS CIMENTADOS ESTRUTURAIS REFORÇADOS POR FIBRA DE ALTA RESISTÊNCIA COM CONTEÚDO DE FIBRA OTIMIZADO E UM PAINEL PRODUZIDO DE ACORDO COM O REFERIDO PROCESSO (51) Int.CI.: B05D 1/12 (30) Prioridade Unionista: 01/11/2006 US 11/591,793 (73) Titular(es): UNITED STATES GYPSUM COMPANY (72) Inventor(es): ASHISH DUBEY
1/36 “PROCESSO MULTICAMADA PARA PRODUZIR PAINÉIS CIMENTADOS ESTRUTURAIS REFORÇADOS POR FIBRA DE ALTA RESISTÊNCIA COM CONTEÚDO DE FIBRA OTIMIZADO E UM PAINEL PRODUZIDO DE ACORDO COM O REFERIDO PROCESSO”
Campo Técnico
A presente invenção refere-se a um processo contínuo para produzir painéis estruturais utilizando uma pasta fluida configurável, e mais especificamente, a um processo para fabricação dos painéis cimentados reforçados, aqui mencionados como painéis cimentados estruturais (SCP) (também conhecidos como painéis de cimento estruturais), em que as fibras distintas são combinadas com uma pasta de assentamento rápido para fornecer resistência de flexão e dureza. A invenção também se refere a um painel de SCP produzido de acordo com o presente processo.
Os painéis cimentados foram utilizados na indústria de construção para formar as paredes interiores e exteriores de estruturas residenciais e/ou comerciais. As vantagens de tais painéis incluem a resistência à umidade em comparação a uma chapa artificial com base em gipsita padrão. Entretanto, uma desvantagem de tais painéis convencionais é que não possuem resistência estrutural suficiente, na medida em que tais painéis possam ser comparáveis a, se não mais fortes do que, madeira compensada estrutural ou placa de filamento orientado (OSB).
Tipicamente, os presentes painéis cimentados
do estado da técnica incluem pelo menos um cimento
endurecido ou camada de composto de gesso calcinado entre as
camadas de um material de reforço ou estabili zação. Em
algumas instâncias, o material de reforço ou estabilização é malha contínua
Petição 870180017284, de 02/03/2018, pág. 14/17
2/36 de fibra de vidro ou equivalente, enquanto em outras instâncias, fibras distintas curtas são utilizadas no núcleo cimentado como o material de reforço. No caso anterior, a malha é normalmente aplicada a partir de uma lâmina de cilindro sobre ou entre as camadas da pasta fluida configurável. Os exemplos das técnicas de produção utilizados nos painéis cimentados convencionais são fornecidos nas Patentes Norte-Americanas N°s 4.420.295; 4.504.335 e 6.176.920, cujos teores são aqui incorporados por referência. Além disso, outras composições de cimento de gipsita são reveladas geralmente nas Patentes Norte-Americanas N°s 5.685.903; 5.858.083 e 5.958.131.
Uma desvantagem dos processos convencionais para produzir os painéis cimentados que utilizam a construção de múltiplas camadas de pasta fluida e fibras distintas para obter a espessura desejada de painel em que as fibras distintas introduzidas na pasta fluida em uma forma de esteira ou rede, não são distribuídos adequada e uniformemente na pasta fluida, e como tal, as propriedades de reforço que essencialmente resultam devido à interação entre as fibras e matriz variam através da espessura da placa, dependendo da espessura de cada camada de placa e número de outras variáveis. Quando a penetração insuficiente da pasta fluida através da rede de fibra ocorre, a ligação e interação deficientes entre as fibras e a matriz resultam, levando ao baixo desenvolvimento de resistência do painel. Da mesma forma, nos casos extremos quando a formação de camada distinta da pasta fluida e das fibras ocorre, a ligação inadequada e distribuição ineficiente das fibras provocam utilização ineficiente das fibras, eventualmente levando ao desenvolvimento extremamente deficiente da resistência do painel.
3/36
Outra desvantagem dos processos convencionais para produzir painéis cimentados é que os produtos resultantes são muito dispendiosos e, como tais, não são competitivos com a madeira compensada estrutural/externa ou placa de filamento orientado (OSB).
Uma fonte do custo relativamente alto dos painéis cimentados convencionais é devido ao tempo de manutenção de linha de produção provocado por assentamento prematuro da pasta fluida, especialmente nas partículas ou pedaços que prejudicam a aparência da placa resultante, e interfere com a eficiência do equipamento de produção. As construções significativas da pasta fluida prematuramente assentada no equipamento de produção exigem tempo de manutenção da linha de produção, assim aumentando o custo final da placa.
Dessa forma, existe uma necessidade para um processo e/ou um mecanismo relacionado para produzir painéis de fibra cimentados reforçados que resulta em uma placa com propriedades estruturais comparáveis à madeira compensada estrutural e OSB, que reduz o tempo de manutenção da linha de produção devido às partículas da pasta fluida prematuramente assentada. Também existe uma necessidade para um processo e/ou um mecanismo relacionado para produzir tais painéis cimentados estruturais que mais eficientemente utilizam os materiais de componente para reduzir os custos de produção sobre os processos convencionais de produção.
Além do mais, a necessidade acima descrita para os painéis estruturais cimentados, também denominados como SCPs, que são configurados para se comportar no ambiente de construção semelhante à madeira compensada e OSB, significa
4/36 que os painéis são passíveis de fixação e podem ser cortados ou trabalhados usando serras convencionais e outras ferramentas convencionais de carpintaria. Além disso, os painéis de SCP devem atender os padrões de código de construção para resistência de cisalhamento, capacidade de carga, expansão induzida por água e resistência à combustão, conforme medidos por testes reconhecidos, tais como, ASTM E72, ASTM 661, ASTM C 1185 e ASTM E136 ou equivalente, conforme aplicados às lâminas de madeira compensada estrutural.
Revelação Da Invenção
As necessidades acima listadas são atendidas ou excedidas pela presente invenção que retrata um processo de multicamada para produzir painéis cimentados estruturais (SCPs ou painéis de SCP), e os SCPs produzidos por tal processo. Após uma de uma deposição inicial das fibras cortadas livremente distribuídas ou uma camada da pasta fluida sobre uma rede móvel, as fibras são depositadas sobre a camada da pasta fluida. Um dispositivo de incrustação mistura totalmente as fibras recentemente depositadas na pasta fluida, de modo que as fibras são distribuídas por toda a pasta fluida, após o qual as camadas adicionais da pasta fluida, então as fibras cortadas são adicionadas, seguido por mais incrustação. O processo é repetido por cada camada do painel, conforme desejado. Mediante a conclusão, a placa possui um componente de fibra mais igualmente distribuído, que resulta em painéis relativamente fortes sem a necessidade de esteiras espessas das fibras de reforço, conforme são ensinados nas técnicas de produção da técnica anterior para os painéis cimentados. Além disso, o painel resultante é opcionalmente fornecido com uma quantidade aumentada das fibras por camada
5/36 da pasta fluida do que nos painéis anteriores.
Em uma realização preferida, as múltiplas camadas de fibras soltas individuais cortadas são depositadas com relação a cada camada da pasta fluida depositada. A seqüência preferida é que uma camada das fibras soltas é depositada, sobre a rede móvel ou pasta fluida existente, seguido por uma camada da pasta fluida, então outra camada das fibras. Depois, a combinação de fibra/pasta fluida/fibra é submetida à incrustação para misturada completamente as fibras na pasta fluida. Esse procedimento foi constatado para permitir a incorporação e distribuição de uma quantidade relativamente maior das fibras de pasta fluida por toda a pasta fluida utilizando menos camadas de pasta fluida. Dessa forma, o equipamento de produção do painel e o tempo de processamento podem ser reduzidos, enquanto fornece um painel de SCP com características otimizadas de resistência.
Mais especificamente, um processo é fornecido para produzir painéis cimentados estruturais feitos de pelo menos uma camada da pasta fluida cimentada reforçada por fibra, o processo para cada tal camada da pasta fluida incluindo o fornecimento de uma rede móvel; depósito de uma primeira camada de fibras soltas individuais sobre a rede; depósito de uma camada da pasta fluida configurável sobre a primeira camada depositada de fibras soltas individuais; depósito de uma segunda camada de fibras soltas individuais sobre a camada depositada da pasta fluida configurável; e incrustação ativa de ambas as camadas de fibras soltas individuais na camada da pasta fluida para distribuir as fibras completamente na pasta fluida.
Em outra realização, um mecanismo para produzir um painel cimentado estrutural multicamada inclui uma
6/36 estrutura do tipo de esteira transportadora sustentando uma rede móvel; uma primeira estação de distribuição de fibra solta em relação operacional à estrutura e é configurada para depositar as fibras soltas sobre a rede móvel; uma primeira estação de alimentação de pasta fluida em relação operacional à estrutura e configurada para depositar uma camada fina da pasta fluida configurável sobre a rede móvel, de modo que as fibras são cobertas. Uma segunda estação de distribuição de fibra solta é fornecida em relação operacional à estrutura e é configurada para depositar as fibras soltas sobre a pasta fluida. Um dispositivo de incrustação está em relação operacional à estrutura e é configurado para gerar uma ação de compressão na pasta fluida para incrustar as fibras na pasta fluida.
Em ainda outra realização, um processo é fornecido para fabricar os painéis cimentados incrustados por fibra, compreendendo:
usar uma primeira fórmula:
s P = 4*7/, f'J 7i(\ + Xf)df para determinar uma fração de área de superfície de fibra projetada de uma primeira camada de fibra a ser depositada em cada camada de pasta fluida configurável do painel resultante;
usando uma segunda fórmula:
p = AXfVfJt, f2J n{\ + Xf)df para determinar uma fração de área de superfície de fibra projetada de uma segunda camada de fibra a ser depositada em cada camada de pasta fluida configurável do painel
7/36 resultante;
fornecer uma fração desejada de volume da pasta fluida vf de uma porcentagem das fibras na camada de pasta fluida reforçada por fibra;
ajustar pelo menos um do diâmetro de fibra df, e uma espessura da camada de pasta fluida reforçada por fibra ti na faixa de 0,05-0,35 polegadas (0,127-00,889 cm), e ainda dividir a fração de volume vf das fibras em uma proporção Xf do fornecimento das fibras em comparação às fibras na segunda camada às fibras na primeira camada de fibra, de modo que a fração de área de superfície de fibra spu e a fração de área de superfície de fibra spfll para cada camada de fibra seja inferior a 0,65;
fornecer um suprimento de fibras soltas individuais de acordo com a fração de área de superfície de fibra acima calculada spfil;
fornecer uma rede móvel;
depositar a primeira camada de fibras soltas individuais sobre a rede;
depositar uma camada da pasta fluida configurável sobre a primeira camada de fibras soltas individuais;
depositar a segunda camada das fibras soltas individuais sobre a camada da pasta fluida configurável; e incrustar as fibras soltas individuais na pasta fluida, de modo que as múltiplas camadas das fibras são distribuídas completamente em cada camada de pasta fluida no painel.
Breve Descrição Dos Desenhos
8/36
A FIG. 1 é uma visão em elevação diagramática de um mecanismo que é adequada para realizar o presente processo;
A FIG. 2 é uma visão em perspectiva de uma estação de alimentação de pasta fluida do tipo utilizada no presente processo;
A FIG. 3 é uma visão em plano superior fragmentária de um dispositivo de incrustação adequado para uso com o presente processo;
A FIG. 4 é uma seção vertical fragmentária de um painel cimentado estrutural produzido de acordo com o presente procedimento;
A FIG. 5 é uma visão em elevação diagramática de um mecanismo alternativo utilizado para praticar um processo alternativo àquele realizado na FIG. 1;
A FIG. 6 é uma visão em elevação diagramática de um mecanismo alternativo utilizado para praticar um processo alternativo; e
A FIG. 7 é uma visão diagramática de uma pasta fluida multicamada de amostra realizando o presente processo.
Melhor Modo Para Conduzir A Invenção
Com referência agora à FIG. 1, uma linha de produção do painel estrutural é diagramaticamente mostrada e é geralmente projetada (10). A linha de produção (10) inclui uma estrutura de suporte ou mesa de formação (12) tendo uma pluralidade de pernas (13) ou outros suportes. Na estrutura de suporte (12) está incluído um transportador móvel (14), tal como, uma esteira transportadora semelhante à borracha contínua com
9/36 uma superfície lisa impenetrável por água, entretanto, as superfícies porosas são contempladas. Conforme é bem conhecido na técnica, a estrutura de suporte (12) pode ser feita de pelo menos um segmento semelhante à mesa, que pode incluir as pernas projetadas (13). A estrutura de suporte (12) também inclui um cilindro de acionamento principal (16) em uma extremidade distal (18) da estrutura, e um cilindro ocioso (20) em uma extremidade proximal (22) da estrutura. Da mesma forma, pelo menos um dispositivo de tração e/ou rastreamento de esteira (24) é preferivelmente fornecido para manter uma tensão desejada e posicionamento do transportador (14) sobre os cilindros (16), (20).
Da mesma forma, na realização preferida, uma rede (26) de papel kraft, papel antiaderente, e/ou outras redes do material de suporte projetadas para sustentar uma pasta fluida antes do assentamento, conforme é bem conhecido na técnica, pode ser fornecida e posicionada sobre o transportador (14) para protegê-lo e/ou mantê-lo limpo. Entretanto, também é contemplado que os painéis produzidos pela presente linha (10) são formados diretamente sobre o transportador (14). Na última situação, pelo menos uma unidade de lavagem de esteira (28) é fornecida. O transportador (14) é movimentado ao longo da estrutura de suporte (12) por uma combinação de motores, polias, esteiras ou correntes que acionam o cilindro de acionamento principal (16) conforme é bem conhecido na técnica. É contemplado que a velocidade do transportador (14) possa variar para adequar-se à aplicação.
Na presente invenção, a produção do painel cimentado estrutural é iniciada por um do depósito de uma camada das fibras cortadas soltas (30) ou uma camada da pasta fluida sobre a rede (26). Uma vantagem do depósito das fibras (30) antes
10/36 da primeira deposição da pasta fluida é que as fibras serão incrustadas próximas à superfície externa do painel resultante. Uma variedade dos dispositivos de depósito e corte de fibra é contemplada pela presente linha (10), entretanto, o sistema preferido emprega pelo menos um cavalete (31) detendo diversos carretéis (32) de corda de fibra de vidro, a partir de cada qual uma corda (34) de fibra é alimentada a uma estação de corte ou mecanismo, também denominado como um cortador (36).
O cortador (36) inclui um cilindro com lâmina giratória (38) a partir do qual se projetam lâminas de extensão de forma radial (40) estendendo-se transversalmente por toda a largura do transportador (14), e que é disposto em relação de rotação, contato e próxima a um cilindro de bigorna (42). Na realização preferida, o cilindro com lâmina (38) e o cilindro de bigorna (42) são dispostos em relação relativamente próxima, de modo que a rotação do cilindro com lâmina (38) também gira o cilindro de bigorna (42), entretanto, o reverso também é contemplado. Da mesma forma, o cilindro de bigorna (42) é preferivelmente coberto com um material de suporte elástico contra o qual as lâminas (40) cortam as cordas (34). O espaçamento das lâminas (40) no cilindro (38) determina o comprimento das fibras cortadas. Conforme é visto na FIG. 1, o cortador (36) está disposto acima do transportador (14) próximo à extremidade proximal (22) para maximizar o uso produtivo do comprimento da linha de produção (10). Conforme as cordas de fibra (34) são cortadas, as fibras (30) caem livremente sobre a rede de transportador (26).
Depois, uma estação de alimentação de pasta fluida, ou um alimentador de pasta fluida (44) recebe um suprimento de pasta fluida (46) a partir de um local remoto de
11/36 mistura (47), tal como, um depósito alimentador, receptáculo ou semelhante. Também é contemplado que o processo possa ter início com a deposição inicial da pasta fluida sobre o transportador (14). Enquanto uma variedade de pastas fluidas configuráveis é contemplada, o presente processo é especificamente projetado para produzir painéis cimentados estruturais. Como tal, a pasta fluida é preferivelmente composta de quantidades variadas de cimento de Portland, gipsita, agregado, água, aceleradores, plastificantes, agentes espumantes, enchimentos e/ou outros ingredientes bem conhecidos na técnica, e descritos nas patentes acima listadas que foram incorporados por referência. As quantidades relativas desses ingredientes, incluindo a eliminação de alguns dos acima ou a adição de outros, podem variar para adequar-se à aplicação.
Enquanto diversas configurações dos alimentadores de pasta fluida (44) são contempladas que igualmente depositam uma fina camada da pasta fluida (46) sobre o transportador móvel (14), o alimentador preferido de pasta fluida (44) inclui um cilindro principal de medição (48) disposta transversalmente à direção de percurso do transportador (14). Um cilindro de backup ou acompanhante (50) está disposto em relação rotacional, paralela próxima, ao cilindro de medição (48) para formar uma laminagem (52) entre os mesmos. Um par de paredes laterais (54), preferivelmente de material não adesivo, tal como, material da marca Teflon® ou semelhante, impede que a pasta fluida (46) despejada na laminagem (52) de sair pelas laterais do alimentador (44).
Uma característica importante da presente invenção é que o alimentador (44) deposita uma camada igual
12/36 relativamente fina da pasta fluida (46) sobre o transportador móvel (14) ou rede de transportador (26). As espessuras adequadas de camada variam de cerca de 0,05 polegada a 0,20 polegada (0,1270,5cm). Entretanto, com quatro camadas preferidas no painel estrutural preferido produzido pelo presente processo, e um painel adequado de construção sendo de aproximadamente 0,5 polegada (1,27cm), uma espessura da camada de pasta fluida especialmente preferida é de aproximadamente 0,125 polegada (0,3175cm).
Com referência agora às FIGs. 1 e 2, para atingir uma espessura de camada de pasta fluida conforme acima descrita, diversas características são fornecidas ao alimentador de pasta fluida (44). Primeiro, para garantir uma disposição uniforme da pasta fluida (46) por toda a rede (26), a pasta fluida é entregue ao alimentador (44) por meio de uma mangueira (56) localizada em um dispensador energizado por fluido, acionado por cabo, lateralmente recíproco (58) do tipo bem conhecido na técnica. A pasta fluida fluindo a partir da mangueira (56) é assim despejada no alimentador (44) em um movimento lateralmente recíproco para encher um reservatório (59) definido pelos cilindros (48), (50) e as paredes laterais (54). A rotação do cilindro de medição (48) assim retira uma camada da pasta fluida (46) do reservatório.
Depois, um cilindro de controle de espessura ou monitoramento de espessura (60) está disposto levemente acima e/ou levemente a jusante de uma linha central vertical do cilindro principal de medição (48) para regular a espessura da pasta fluida (46) retirada do reservatório de alimentador (57) sobre uma superfície externa (62) do cilindro principal de medição (48). Outra característica relacionada do cilindro de controle de espessura (60) é que permite o manuseio das pastas fluidas com viscosidades
13/36 diferentes e constantemente variadas. O cilindro principal de medição (48) é acionado na mesma direção do percurso ‘T’ como a direção do movimento do transportador (14) e rede de transportador (26), e o cilindro principal de medição (48), o cilindro de backup (50) e o cilindro de monitoramento de espessura (60) são todos acionados de forma giratória na mesma direção, que minimiza as oportunidades para assentamento prematuro da pasta fluida nas respectivas superfícies externas de movimentação. Conforme a pasta fluida (46) na superfície externa (62) movimenta-se em direção à rede de transportador (26), um fio de dissolução transversa (64) localizado entre o cilindro principal de medição (48) e a rede de transportador (26) garante que a pasta fluida (46) seja completamente depositada sobre a rede de transportador e não volte em direção à laminagem (52) e reservatório de alimentador (59). O fio de dissolução (64) também auxilia a manter o cilindro principal de medição (48) livre de assentamento prematuro da pasta fluida e manter uma cortina relativamente uniforme da pasta fluida.
Uma segunda estação de cortador ou mecanismo (66), preferivelmente idêntico ao cortador (36), está disposto a jusante do alimentador (44) para depositar uma segunda camada de fibras (68) sobre a pasta fluida (46). Na realização preferida, o mecanismo cortador (66) é alimentado de cordas (34) a partir do mesmo cavalete (31) que alimenta o cortador (36). Entretanto, é contemplado que os cavaletes separados (31) poderiam ser fornecidos a cada cortador individual, dependendo da aplicação.
Com referência agora às FIGs. 1 e 3, depois, um dispositivo de incrustação, geralmente projetado (70) está disposto em relação operacional à pasta fluida (46) e transportador
14/36 móvel (14) da linha de produção (10) para incrustar as fibras (68) na pasta fluida (46). Enquanto uma variedade de dispositivos de incrustação é contemplada, incluindo, porém sem limitação, vibradores, cilindros de pé de carneiro e semelhantes, na realização preferida, o dispositivo de incrustação (70) inclui pelo menos um par de hastes geralmente paralelas (72) montado transversalmente na direção do percurso T da rede de transportador (26) na estrutura (12). Cada haste (72) é fornecida com uma pluralidade de discos de diâmetro relativamente grande (74) que é separado de forma axial entre si na haste por discos com diâmetro menor (76).
Durante a produção do painel de SCP, as hastes (72) e os discos (74), (76) giram juntos sobre o eixo longitudinal da haste. Conforme é bem conhecido na técnica, uma ou ambas as hastes (72) podem ser energizadas, e se somente uma for energizada, a outra pode ser acionada por esteiras, correntes, transmissões por engrenagem ou outras tecnologias conhecidas de transmissão de energia para manter uma direção e velocidade correspondentes ao cilindro de acionamento. Os respectivos discos (74), (76) das hastes preferivelmente paralelas adjacentes (72) são enredados entre si para criar uma ação de “mistura” ou “massagem” na pasta fluida, que incrusta as fibras (68) previamente lá depositadas. Além disso, a relação giratória e enredada próxima dos discos (72), (74) impede a construção da pasta fluida (46) nos discos, e em efeito, cria uma ação de “autolimpeza” que significativamente reduz o tempo de manutenção da linha de produção devido ao assentamento prematuro dos pedaços de pasta fluida.
A relação enredada dos discos (74), (76) nas hastes (72) inclui uma disposição proximamente adjacente das
15/36 periferias opostas dos discos de espaçador de diâmetro menor (76) e os discos principais de diâmetro relativamente grande (74), que também facilita a ação de auto-limpeza. Conforme os discos (74), (76) giram com relação entre si em proximidade (porém preferivelmente na mesma direção), é difícil para as partículas da pasta fluida serem apanhadas no mecanismo e prematuramente assentar. Ao fornecer dois conjuntos de discos (74) que são lateralmente compensados com relação entre si, a pasta fluida (46) é submetida aos atos múltiplos de rompimento, criando uma ação de “mistura” que ainda incrusta as fibras (68) na pasta fluida (46).
Assim que as fibras (68) foram incrustadas ou, em outras palavras, conforme a rede do transportador móvel (26) passa pelo dispositivo de incrustação (70), uma primeira camada (77) do painel de SCP está completa. Na realização preferida, a altura ou espessura da primeira camada (77) está na faixa aproximada de 0,5-20 polegada (0,127-0,5cm). Essa faixa foi constatada por fornecer a resistência desejada e rigidez, quando combinada com camadas semelhantes em um painel de SCP. Entretanto, outras espessuras são contempladas dependendo da aplicação.
Para construir um painel cimentado estrutural de espessura desejada, as camadas adicionais são necessárias. Para tal finalidade, um segundo alimentador de pasta fluida (78), que é substancialmente idêntico ao alimentador (44), é fornecido em relação operacional ao transportador móvel (14), e está disposto para deposição de uma camada adicional (80) da pasta fluida (46) sobre a camada existente (77).
Depois, um cortador adicional (82), substancialmente idêntico aos cortadores (36) e (66), é fornecido
16/36 em relação operacional à estrutura (12) para depositar uma terceira camada de fibras (84) fornecida a partir de um cavalete (não mostrado) construído e disposto com relação à estrutura (12) em modo semelhante ao cavalete (31). As fibras (84) são depositadas sobre a camada de pasta fluida (80) e são incrustadas usando um segundo dispositivo de incrustação (86). Semelhante em construção e disposição ao dispositivo de incrustação (70), o segundo dispositivo de incrustação (86) é montado levemente mais alto relativo à rede de transportador móvel (14), de modo que a primeira camada (77) não é perturbada. Dessa forma, a segunda camada (80) da pasta fluida e das fibras incrustadas é criada.
Com referência agora às FIGs. 1 e 4, com cada camada sucessiva da pasta fluida configurável e fibras, uma estação adicional do alimentador de pasta fluida (44), (78) seguida por um cortador de fibra (36), (66), (82) e um dispositivo de incrustação (70), (86) é fornecido na linha de produção (10). Na realização preferida, quatro camadas totais (77), (80), (88), (90) são fornecidas para formar o painel de SCP (92). Mediante a disposição das quatro camadas da pasta fluida configurável incrustada por fibra conforme acima descritas, um dispositivo de formação (94) (FIG. 1) é preferivelmente fornecido à estrutura (12) para modelar uma superfície superior (96) do painel (92). Tais dispositivos de formação (94) são conhecidos na técnica de produção da pasta fluida configurável/placa, e tipicamente são placas de vibração ou carregadas por mola que estão em conformidade com a altura e formato do painel multicamada para adequar-se às características dimensionais desejadas. Uma característica importante da presente invenção é que o painel (92) consiste em múltiplas camadas (77), (80), (88), (90), as quais, mediante o assentamento, formam uma
17/36 massa reforçada por fibra integral. Contanto que a presença e colocação das fibras em cada camada sejam controladas por e mantidas dentro de determinados parâmetros desejados conforme é revelado e descrito abaixo, será virtualmente impossível delaminar o painel (92) produzido pelo presente processo.
Nesse ponto, as camadas da pasta fluida começaram a assentar, e os respectivos painéis (92) são separados entre si por um dispositivo de corte (98), o qual, na realização preferida, é um cortador de jato de água. Outros dispositivos de corte, incluindo as lâminas móveis, são considerados adequados para essa operação, contanto que possam criar as bordas adequadamente afiadas na presente composição de painel. O dispositivo de corte (98) está disposto relativo à linha (10) e à estrutura (12), de modo que os painéis são produzidos com um comprimento desejado, que pode ser diferente da representação mostrada na FIG. 1. Já que a velocidade da rede de transportador (14) é relativamente baixa, o dispositivo de corte (98) pode ser montado para cortar de forma perpendicular à direção do percurso da rede (14). Com velocidades mais rápidas de produção, tais dispositivos de corte são conhecidos por serem montados na linha de produção (10) em um ângulo à direção do percurso da rede. Mediante o corte, os painéis separados (92) são empilhados para manuseio adicional, acondicionamento, armazenamento e/ou remessa, conforme é bem conhecido na técnica.
Com referência agora às FIGs. 4 e 5, uma realização alternativa à linha de produção (10) é geralmente projetada (100). A linha (100) compartilha muitos componentes com a linha (10), e esses componentes compartilhados foram projetados com números idênticos de referência. A diferença principal entre a
18/36 linha (100) e a linha (10) é que na linha (10), mediante a criação dos painéis de SCP (92), uma face inferior ou lado inferior (102) do painel será mais lisa do que o lado superior ou face superior (96), mesmo após ser encaixado pelo dispositivo de formação (94). Em alguns casos, dependendo da aplicação do painel (92), pode ser preferível ter uma face lisa e uma face relativamente áspera. Entretanto, em outras aplicações, pode ser desejável ter uma placa em que ambas as faces (96), (102) sejam lisas. Já que a textura lisa é gerada pelo contato da pasta fluida com o transportador liso (14) ou rede de transportador (26), para obter um painel de SCP com ambas as faces ou lados lisos, ambas as faces superior e inferior (96), (102) precisam ser formadas contra o transportador (14) ou a rede de liberação (26).
Para tal finalidade, a linha de produção (100) inclui as estações suficientes de corte de fibra (36), (66), (82), estações do alimentador de pasta fluida (44), (78) e dispositivos de incrustação (70), (86) para produzir pelo menos quatro camadas (77), (80), (88) e (90). As camadas adicionais podem ser criadas pela repetição das estações conforme acima descrito em relação à linha de produção (10). Entretanto, na linha de produção (100), na produção da última camada do painel de SCP, um assoalho superior (106) é fornecido com uma rede de rotação reversa (108) em anel sobre cilindros principais (110), (112) (um dos quais é acionado) que deposita uma camada de pasta fluida e fibras (114) com uma superfície externa lisa mediante a pasta fluida multicamada móvel (46).
Mais especificamente, o assoalho superior (106) inclui uma estação de deposição de fibra superior (116) semelhante à estação de deposição de fibra (36), uma estação do
19/36 alimentador de pasta fluida superior (118) semelhante à estação de alimentador (44), uma segunda estação de deposição de fibra superior (120) semelhante à estação de corte (66) e um dispositivo de incrustação (122) semelhante ao dispositivo de incrustação (70) para depositar a camada de cobertura (114) em posição invertida sobre a pasta fluida móvel (46). Dessa forma, o painel resultante de SCP (124) possui superfícies superiores e inferiores lisas (96), (102).
Outra característica da presente invenção é que o painel resultante de SCP (92), (124) é construído de modo que as fibras (30), (68), (84) sejam uniformemente distribuídas por todo o painel. Isso foi constatado para permitir a produção dos painéis relativamente mais fortes com uso relativamente menor e mais eficiente das fibras. A fração de volume das fibras relativa ao volume da pasta fluida em cada camada preferivelmente constitui aproximadamente na faixa de 1,5% a 3% por volume das camadas de pasta fluida (77), (80), (88), (90), (114).
Com referência agora às FIGs. 6 e 7, foi constatado que no fornecimento dos painéis produzidos usando o mecanismo das FIGs. 1-5 que, em alguns casos, o número das fibras por camada de pasta fluida é indevidamente limitado devido a uma dificuldade percebida nos números suficientes de incrustação adequada das fibras para produzir um painel de SCP satisfatoriamente forte. Já que a incorporação de uma fração mais alta de volume das fibras soltas distribuída por toda a pasta fluida é um fator importante ao obter a resistência desejada de painel, a eficiência aprimorada na incorporação de tais fibras é desejável. É acreditado que o sistema ilustrado nas FIGs. 1-5, em alguns casos, exige números excessivos de camadas de pasta fluida para obter
20/36 um painel de SCP com fração de volume de fibra suficiente.
De forma correspondente, uma linha de produção alternativa ou sistema de painel de SCP é ilustrado na FIG. 6 e é geralmente projetado (130) para produzir painéis de SCP reforçados por fibra de alto desempenho incorporando um volume relativamente alto das fibras por camada de pasta fluida. Em muitos casos, os níveis aumentados das fibras por painel são obtidos usando esse sistema. Enquanto o sistema das FIGs. 1-5 revela o depósito de uma única camada distinta de fibra em cada camada distinta subseqüente da pasta fluida depositada após a camada inicial, a linha de produção (130) inclui um método para construir as camadas de fibra de reforço distintas múltiplas em cada camada distinta de pasta fluida para obter a espessura desejada do painel. Mais preferivelmente, o sistema revelado incrusta pelo menos duas camadas distintas de fibras de reforço, em uma única operação, em uma camada distinta individual da pasta fluida. As fibras de reforço distintas são incrustadas na camada distinta de pasta fluida usando um dispositivo de incrustação de fibra adequado.
Mais especificamente, os componentes da FIG. 6 usados no sistema (130) e compartilhados com o sistema (10) das FIGs. 1-5 são projetados com números idênticos de referência, e a descrição acima de tais componentes é considerada aplicável aqui. Além do mais, é contemplado que o mecanismo descrito com relação à FIG. 6 pode ser combinado com aquele das FIGs. 1-5 em um modo de recuperação, e também é contemplado que o sistema (130) da FIG. 6 pode ser fornecido com o assoalho superior (106) da FIG. 5.
No sistema alternativo (130), a produção do painel de SCP é iniciada pelo depósito de uma primeira camada de
21/36 fibras cortadas soltas (30) sobre a rede (26). Depois, a estação de alimentação de pasta fluida, ou alimentador de pasta fluida (44) recebe um suprimento da pasta fluida (46) a partir do local remoto de mistura (47), tal como, um depósito alimentador, receptáculo ou semelhante. É contemplado que a pasta fluida (46) nessa realização é a mesma que aquela usada na linha de produção (10) das FIGs. 1-5.
Da mesma forma, o alimentador de pasta fluida (44) é basicamente o mesmo, incluindo o cilindro principal de medição, (48) e o cilindro de backup (50) para formar a laminagem (52) e com as paredes laterais (54). As espessuras adequadas da camada variam de cerca de 0,05 polegada a 0,35 polegada (0,12700,889cm). Por exemplo, para a fabricação de um painel estrutural de espessura nominal de %” (10,889 cm), quatro camadas de pasta fluida são preferidas com uma espessura de camada de pasta fluida especialmente preferida inferior a aproximadamente 0,25 polegada (,635cm) no painel estrutural preferido produzido pelo presente processo.
Com referência às FIGs. 2 e 6, a pasta fluida (46) é entregue ao alimentador (44) através da mangueira (56) localizada no dispensador energizado por fluido, acionado por cabo, lateralmente recíproco (58). A pasta fluida fluindo a partir da mangueira (56) é assim despejada no alimentador (44) em um movimento lateralmente recíproco para encher o reservatório ou contêiner estabilizador (59) definido pelos cilindros (48), (50) e paredes laterais (54). A rotação do cilindro de medição (48) assim retira uma camada da pasta fluida (46) a partir do reservatório.
O sistema (130) é preferivelmente fornecido com uma comporta de vibração (132) que mede a pasta fluida na
22/36 deposição ou cilindro de medição (48). Ao vibrar, a comporta (132) impede a construção significativa nos cantos do contêiner estabilizador (59) e fornece uma camada mais uniforme e mais espessa da pasta fluida do que a que foi fornecida sem vibração. Mesmo com a adição da comporta de vibração (132), o cilindro principal de medição (48) e o cilindro de backup (50) são acionados de forma giratória na mesma direção do percurso T conforme a direção do movimento do transportador (14) e a rede de transportador (26), o que minimiza as oportunidades para assentamento prematuro da pasta fluida nas respectivas superfícies externas móveis.
Conforme a pasta fluida (46) na superfície externa (62) do cilindro principal de medição (48) movimenta-se em direção à rede de transportador (26), uma lâmina raspadora inclinada de mola (134) é fornecida, a qual separa a pasta fluida do cilindro principal de medição (48) e deposita a pasta fluida na rede móvel (26). Um aprimoramento sobre o fio de dissolução (64), a lâmina raspadora (134) fornece a pasta fluida (46) com uma via direta para baixo dentro de cerca 1,5 polegadas (3,81 cm) da rede de transportador (26), permitindo que uma cortina intacta da pasta fluida seja continuamente depositada na rede ou linha de formação, que é importante para produzir os painéis homogêneos.
Uma segunda estação de cortador ou mecanismo (66), preferivelmente idêntico ao cortador (36), está disposto a jusante do alimentador (44) para depositar uma segunda camada de fibras (68) sobre a pasta fluida (46). Na realização preferida, o mecanismo cortador (66) é alimentado de cordas (34) a partir do mesmo cavalete (31) que alimenta o cortador (36). Entretanto, é contemplado que os cavaletes separados (31)
23/36 poderiam ser fornecidos a cada cortador individual, dependendo da aplicação.
Com referência novamente à FIG. 6, depois, um dispositivo de incrustação, geralmente projetado (136) está disposto em relação operacional à pasta fluida (46) e transportador móvel (14) da linha de produção (130) para incrustar a primeira e segunda camadas de fibras (30), (68) na pasta fluida (46). Enquanto uma variedade de dispositivos de incrustação é contemplada, incluindo, porém sem limitação, vibradores, cilindros de pé de carneiro e semelhantes, na realização preferida, o dispositivo de incrustação (136) é semelhante ao dispositivo de incrustação (70) com a exceção de que a sobreposição das hastes adjacentes (138) foi diminuída à faixa de aproximadamente 0,5 polegada (1,27cm). Da mesma forma, o número de discos (140) foi reduzido, e os discos são substancialmente mais espessos do que aqueles mostrados na FIG. 3. Além disso, existe um espaçamento mais compacto ou desobstrução entre os discos sobrepostos adjacentes (140) das hastes adjacentes (138), na ordem de 0,010 a 0,018 polegadas (0,025-0,045cm), para impedir que as fibras fiquem alojadas entre os discos adjacentes. De outro modo, o dispositivo de incrustação (136) fornece o mesmo tipo de ação de compressão conforme o dispositivo (70), com o objetivo de incrustar ou misturar completamente as fibras (30), (68) dentro da pasta fluida (46).
Para ainda otimizar a incrustação das fibras (30), (68) na pasta fluida (46), é preferido que, em cada dispositivo de incrustação (136), a estrutura (12) seja fornecida com pelo menos um vibrador (141) em proximidade operacional à rede de transportador (14) ou rede de papel (26) para vibrar a pasta fluida (46). Tal vibração foi constatada para distribuir mais uniformemente
24/36 as fibras cortadas (30), (68) completamente na pasta fluida (46). Os dispositivos convencionais de vibrador são considerados adequados para essa aplicação.
Conforme visto na FIG. 6, para implantar o presente sistema (130) de múltiplas camadas de fibras (30), (68) para cada camada da pasta fluida (46), as estações adicionais de corte (142) são fornecidas entre o dispositivo de incrustação (136) e caixas subseqüentes de alimentador (78), de modo que para cada camada da pasta fluida (46), as fibras (30), (68) sejam depositadas antes e após a deposição da pasta fluida. Esse aprimoramento foi constatado para permitir a introdução de significativamente mais fibras na pasta fluida e, de forma correspondente, aumentar a resistência do painel de SCP resultante. Na realização preferida, enquanto somente três são mostradas, quatro camadas totais de pasta fluida combinada e fibra são fornecidas para formar o painel de SCP (92).
Mediante a disposição das quatro camadas da pasta fluida configurável incrustada por fibra conforme acima descrito, um dispositivo de formação, tal como, um difusor vibratório (144), é preferivelmente fornecido à estrutura (12) para modelar uma superfície superior (96) do painel (92). Ao aplicar a vibração na pasta fluida, o difusor (144) facilita a distribuição das fibras (30), (68) por todo o painel (92), e fornece uma superfície superior mais uniforme (96). O difusor (144) inclui um suporte de montagem (146), uma chapa flexível (148) ligada ao suporte de montagem, um membro de endurecimento estendendo-se pela largura da chapa (não mostrado) e um gerador de vibração (150) preferivelmente localizado no membro de endurecimento para fazer com que a chapa vibre. Outros dispositivos de formação são contemplados,
25/36 conforme são descritos acima e de outro modo conhecidos na técnica.
Uma característica importante da presente invenção é que o painel (92) consiste em múltiplas camadas (77), (80), (88), (90), as quais, mediante o assentamento, formam uma massa reforçada por fibra integral. Contanto que a presença e colocação das fibras em cada camada sejam controladas por e mantidas dentro de determinados parâmetros desejados conforme é revelado e descrito abaixo, será virtualmente impossível delaminar o painel (92) produzido pelo presente processo.
A utilização das duas camadas distintas das fibras de reforço com cada camada distinta individual de pasta fluida fornece os seguintes benefícios. Primeiro, a divisão da quantidade total das fibras a serem incorporadas na camada de pasta fluida em duas ou mais camadas distintas de fibra reduz a respectiva quantidade de fibras em cada camada distinta de fibra. A redução na quantidade de fibras na camada distinta individual de fibra otimiza a eficiência da incrustação de fibras na camada de pasta fluida. A eficiência aprimorada de incrustação de fibra, por sua vez, resulta em ligação interfacial superior e interação mecânica entre as fibras e a matriz cimentada.
Depois, uma quantidade maior de fibras de reforço pode ser incorporada em cada camada de pasta fluida ao utilizar múltiplas camadas distintas das fibras de reforço. Isso é devido à constatação de que a facilidade de incrustação das fibras na camada de pasta fluida foi constatada como dependente da área total de superfície das fibras na camada distinta de fibra. A incrustação das fibras na camada de pasta fluida torna-se difícil de forma crescente conforme a quantidade das fibras na camada
26/36 distinta de fibra aumenta, provocando um aumento na área de superfície das fibras a serem incrustadas na camada de pasta fluida. Foi constatado que, quando a área total de superfície das fibras na camada distinta de fibra atinge um valor critico, a incrustação das fibras nas camadas de pasta fluida torna-se quase impossível. Isso impõe um limite superior sobre a quantidade de fibras que pode ser incorporada de forma bem-sucedida na camada distinta da pasta fluida. Para determinada quantidade total de fibras a ser incorporada na camada distinta de pasta fluida, o uso das múltiplas camadas distintas de fibra reduz a área de superfície total das fibras em cada camada distinta de fibra. Essa redução na área de superfície de fibra (levada pelo uso das múltiplas camadas distintas de fibra), por sua vez, fornece uma oportunidade para aumentar a quantidade total das fibras que podem ser incrustadas de forma bem-sucedida na camada distinta da pasta fluida.
Além disso, o uso de múltiplas camadas distintas de fibra permite a enorme flexibilidade com relação à distribuição das fibras através da espessura do painel. A quantidade de fibras nas camadas distintas individuais de fibra pode ser variada para atingir os objetivos desejados. A criação resultante de uma construção de “sanduíche” é grandemente facilitada com a presença de um número maior de camadas distintas de fibra. As configurações de painel com camadas de fibra com quantidade superior de fibras próximo ao forro do painel e quantidade menor de fibras na camada de fibras próxima ao núcleo do painel são especificamente preferidas a partir de ambas as perspectivas de resistência do produto e otimização de custo.
Em termos quantitativos, a influência do número de fibra e camadas de pasta fluida, a fração de volume de
27/36 fibras no painel, e a espessura de cada camada de pasta fluida, e diâmetro de filamento de fibra sobre a eficiência de incrustação de fibra foi investigada e estabelecida como parte do presente sistema (130). Um tratamento matemático para o conceito da fração de área de superfície de fibra projetada para o caso envolvendo as duas camadas distintas de fibra e uma camada distinta de pasta fluida é introduzido e derivado abaixo. Foi constatado que é virtualmente impossível incrustar as fibras na camada de pasta fluida se a fração de área de superfície de fibra projetada da camada distinta de fibra exceder um valor de 1,0. Embora as fibras possam ser incrustadas quando a fração de área de superfície de fibra projetada fica abaixo de 1,0, os melhores resultados são obtidos quando a fração de área de superfície de fibra projetada é inferior a 0,65. Quando a fração de área de superfície de fibra projetada varia entre 0,65 e 1,00, a eficiência e facilidade da incrustação de fibra variam com a melhor incrustação de fibra em 0,65 e pior em 1,00. Outro modo de considerar essa fração é que aproximadamente 65% de uma superfície da pasta fluida são cobertas pelas fibras.
Em que, vt = Volume total de uma camada de fibra de pasta fluida fundamental
Vfj = Volume/camada de fibra total
Vfi = Volume da fibra na camada distinta de fibra 1 de uma camada de fibra de pasta fluida fundamental vf2 = Volume da fibra na camada distinta de fibra 2 de uma camada de fibra de pasta fluida fundamental vsj = Volume da pasta fluida em uma camada de fibra de pasta fluida fundamental
Vii = Fração total de volume das fibras em
28/36 uma camada de fibra de pasta fluida fundamental df = Diâmetro do filamento individual de fibra lf = Comprimento do filamento individual de fibra ti = Espessura total da camada individual incluindo a pasta fluida e fibras tS'i = Espessura de camada de pasta fluida em uma camada de pasta fluida de fibra fundamental
Xf = Razão do volume de fibra da camada 2 ao volume de fibra da camada 1 de uma camada de fibra de pasta fluida fundamental nf,i, nnj, nf2j = Número total das fibras em uma camada de fibra sj,, spfll,s'j2l = Área de superfície projetada total de fibras contidas em uma camada de fibra = Fração de área de superfície de fibra projetada para uma camada de fibra
Para determinar a fração de área de superfície de fibra projetada para uma camada de fibra em uma disposição de um sanduíche de camada de fibra/camada de pasta fluida/camada de fibra composto por uma camada distinta de pasta fluida e duas camadas distintas de fibra, a seguinte relação é derivada.
Em que,
O volume da camada de pasta fluida é igual a Vs,I O volume das fibras na camada 1 é igual a Vf1 O volume das fibras na camada 2 é igual a Vf2
29/36
A fração total de volume das fibras na camada de fibra de pasta fluida fundamental é igual a VfJ
A espessura total da camada de fibra de pasta fluida fundamental é igual a tt
A espessura da camada de pasta fluida é igual a tsj
Em que,
O volume total de fibras (i.e., fibras na camada 1 e camada 2) é igual a Vfj :
VfJ = V/l+V/2 (1) e, = (2) V/l
Em que,
O volume total da camada de fibra de pasta fluida fundamental, vt =
Volume total da camada de pasta fluida + Volume total das duas camadas de fibra = Vs,l+V/J = Vs.l + V/I +V/2 (3)
Combinando (1) e (2):
O volume total de fibra da camada de fibra de pasta fluida fundamental em termos de fração de volume de fibra total pode ser escrito como:
v/j = (5)
Dessa forma, o volume das fibras na camada 1 pode ser escrito como:
30/36 v,k/7 (6)
V>
(l + xz)
De forma semelhante, o volume das fibras na camada 2 pode ser escrito como:
(7) (1 + ΎΖ)
Presumindo-se que as fibras tenham formato cilíndrico, o número total de fibras na camada 1, nf1j pode ser derivado a partir da Equação 6, conforme segue:
VI,/
K(\ + Xf)d2flf (8) em que, df é o diâmetro de filamento de fibra e If é o comprimento de filamento de fibra
De forma semelhante, o número total de fibras na camada 2, nf2j pode ser derivado a partir da Equação 7, conforme segue:
/2,/ π(\ + X f)d2flf (9)
A área de superfície projetada de uma fibra cilíndrica é igual ao produto de seu comprimento e diâmetro. Portanto, a área total de superfície projetada de todas as fibras na camada 1, sf p, pode ser derivada como:
Vi,/ = w * * / rif\J uf V Λ/,/ (10) π(1 + Xf)df
De forma semelhante, a área total de superfície projetada das fibras na camada 2, spode ser derivada como:
p 4Xfv,Vf.
„ r _ * .7 * / _ / ' f ' juj n *// */ (11)
7t(\ + Xf)df
31/36
A área de superfície projetada da camada de pasta fluida, sp, pode ser escrita como:
5,/ t, (12) ls,l ll
A fração de área de superfície de fibra projetada da camada de fibra 1, spxl é definida conforme segue:
Área de superfície projetada de todas as fibras na camada 1,5 pfx, (13)
Área de superfície projetada da camada de pasta fluida, s?,
Ao combinar as Equações 10 e 12, a fração de área de superfície de fibra projetada da camada de fibra 1, s‘’x, pode ser derivada como:
/U (14)
7r(l + Xf)df
De forma semelhante, ao combinar as Equações 11 e 12, a fração de área de superfície de fibra projetada da camada de fibra 2, sp2J pode ser derivada como:
Λ XX ΤΛ fV f Al (15) π(1 + X f }d{
As Equações 14 e 15 ilustram a dependência da fração de área de superfície de fibra projetada de parâmetro, s''fxl e spf2, em diversas outras variáveis além da fração de volume de fibra total variável, Vf,l. Essas variáveis são o diâmetro do filamento de fibra, espessura da camada distinta de pasta fluida e a quantidade (proporção) das fibras nas camadas distintas individuais de fibra.
As observações experimentais confirmam
32/36 que a eficiência de incrustação de uma camada de rede de fibra colocada sobre uma camada cimentada de pasta fluida é uma função do parâmetro de “fração de área de superfície de fibra projetada”. Foi constatado que quanto menor a fração de área de superfície de fibra projetada, mais fácil será incrustada a camada de fibra na camada de pasta fluida. O motivo para boa eficiência de incrustação de fibra pode ser explicado pelo fato de que a extensão da área aberta ou porosidade em uma camada de rede de fibra aumenta com as diminuições na fração de área de superfície de fibra projetada. Com mais área aberta disponível, a penetração de pasta fluida através da camada da rede de fibra é adicionada, o que converte em eficiência otimizada de incrustação de fibra.
De forma correspondente, para atingir uma boa eficiência de incrustação de fibra, a função objetiva tornar-se manter a fração de área de superfície de fibra abaixo de determinado valor crítico. É notável que, ao variar uma ou mais variáveis constantes na Equação 15, a fração de área de superfície de fibra projetada pode ser adaptada para atingir boa eficiência de incrustação de fibra.
As diferentes variáveis que afetam a magnitude da fração de área de superfície de fibra projetada são identificadas e as abordagens foram sugeridas para adaptar-se à magnitude da “fração de área de superfície de fibra projetada” de modo a atingir boa eficiência de incrustação de fibra. Essas abordagens envolvem a variação de uma ou mais das seguintes variáveis para manter a fração de área de superfície de fibra projetada abaixo de um valor de limiar crítico: número de fibra distinta e camadas de pasta fluida, espessura das camadas distintas de pasta fluida e diâmetro do filamento de fibra.
33/36
Com base nesse trabalho fundamental, as magnitudes preferidas da fração de área de superfície de fibra projetada s^, foram descobertas como sendo conforme segue:
Fração preferida de área de superfície de 5 fibra projetada, Λ’',, <0,65
Fração mais preferida de área de superfície de fibra projetada, s1^, <0,45
Para uma fração de volume de fibra de painel de projeto, vr, por exemplo, um conteúdo de volume de fibra de porcentagem em cada camada de pasta fluida de 1-5%, a realização das magnitudes preferidas acima mencionadas da fração de área de superfície de fibra projetada pode ser possível ao adaptar uma ou mais das seguintes variáveis - número total de camadas distintas de fibra, espessura das camadas distintas de pasta fluida e diâmetro de filamento de fibra. Especificamente, as faixas desejáveis para essas variáveis que levam às magnitudes preferidas da fração de área de superfície de fibra projetada são conforme segue:
Espessura das Camadas Distintas de Pasta
Fluida, tx/
Espessura preferida das camadas distintas de pasta fluida, /,,<0.35 polegada (0,889cm)
Espessura mais preferida das camadas distintas de pasta fluida, tsj <0.25 polegada (0,635cm)
Espessura mais preferida das camadas distintas de pasta fluida, tsl <0.15 polegada (0,381 cm)
Diâmetro de filamento de fibra, df
34/36
Diâmetro preferido de filamento de fibra, df > 30 tex
Diâmetro mais preferido de filamento de fibra, df >70 tex
Exemplos
Com referência agora à FIG. 4, um fragmento do painel (92) produzido de acordo com o presente processo e usando o presente sistema é mostrado como tendo quatro camadas de pasta fluida, (77), (80), (88) e (90). Esse painel somente deve ser considerado exemplar, de modo que um painel (92) produzido sob o presente sistema pode ter uma ou mais camadas. Ao usar as relações matemáticas acima, as camadas de pasta fluida (77), (80), (88) e (90) podem ter diferentes frações de volume de fibra. Por exemplo, as camadas de forro ou face (77), (90) possuem uma fração de volume de fibra projetada vf de 5%, enquanto as camadas internas (80), (88) possuem um projetado de 2%. Isso fornece um painel com resistência externa otimizada, e um núcleo interno com resistência comparativamente menor, que pode ser desejável em determinadas aplicações, ou para conservar as fibras por motivos de custo. É contemplado que a fração de volume de fibra vf pode variar entre as camadas (77), (80), (88), (90) para adequar-se à aplicação, assim como o número das camadas.
Da mesma forma, as modificações do conteúdo de fibra podem ser realizadas dentro de cada camada de pasta fluida. Por exemplo, com uma fração de volume de fibra vf de
5%, por exemplo, a camada de fibra 1 opcionalmente possui uma fração de volume de pasta fluida projetada de 3% e a camada de
35/36 fibra 2 opcionalmente possui uma fração de volume de fibra projetada de 2%. Dessa forma, Xf será de 3/2.
Os painéis foram fabricados usando o sistema da FIG. 6 e usando a fórmula acima descrita de fração de área de superfície de fibra projetada. A espessura do painel variou de 0,5 a 0,82 polegada (1,27-2,08cm). As espessuras da camada individual de pasta fluida variaram de 0,125 a 0,205 polegada (0,3175-0,5207cm). A fração total de volume de fibra vf variou de
2,75-4,05%. No Painel 1, conforme acima descrito com relação à FIG. 4, as camadas externas de fibra 1 e 8 tinham fração relativamente mais alta de volume (%) como uma função do volume total de painel de 0,75% vs. 0,43% para as camadas internas, e a fração de área de superfície de fibra projetada variou de 0,63 nas camadas externas de 1 e 8 e 0,36 nas camadas internas 2 até 7. Em contraste, o painel 4 tinha a mesma % de fração de volume de 0,50 para todas as camadas de fibra, e a fração constante de área de superfície de fibra projetada de forma semelhante de 0,42 para todas as camadas de fibra. Foi constatado que todos os painéis de teste tinham excelente incrustação de fibra. De forma interessante, o painel 1 tinha somente uma resistência de flexão levemente inferior do que o painel 4, respectivamente 3401/3634 psi.
No presente sistema (130), ao aumentar o número das camadas de fibra, cada com sua própria fração de área de superfície de fibra, mais fibras podem ser adicionadas a cada camada de pasta fluida sem exigir tantas camadas de pasta fluida. Ao usar o processo acima, o painel (92) pode ter a mesma espessura conforme os painéis anteriores, com o mesmo número de fibras de mesmo diâmetro, com número inferior de camadas de pasta fluida. Dessa forma, o painel resultante (92) possui as
36/36 camadas de resistência otimizada, porém é menos dispendioso para produzir, devido a uma linha de produção mais curta usando menos energia e equipamento de capital.
Enquanto uma realização especifica do 5 processo de multicamada para produzir os painéis de cimento estruturais reforçados por fibra de alta resistência com conteúdo de fibra otimizado tenha sido mostrada e descrita, será apreciado por aqueles com habilidade na técnica que as alterações e modificações poderão ser feitas à mesma sem desviar da invenção em seus aspectos mais amplos e conforme estabelecida nas seguintes reivindicações.
1/2

Claims (5)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. “PROCESSO”, para fabricar os painéis cimentados reforçados de fibra, caracterizado por compreender:
    usar uma primeira formula:
    P f1,L 4Vf T π(1 + Xf )df para determinar uma fração de área de superfície de fibra projetada de uma primeira camada de fibra a ser depositada em cada camada de pasta fluida configurável do painel resultante;
    usando uma segunda formula
    P f 2,L 4 xfvf T π(1 + Xf )df para determinar uma fração de área de superfície de fibra projetada de uma segunda camada de fibra a ser depositada em cada camada de pasta fluida configurável do painel resultante; fornecer uma fração desejada de volume da pasta fluída Vf de uma porcentagem das fibras na camada de pasta fluida reforçada por fibra; ajustar pelo menos um do diâmetro de fibra df e uma espessura da camada de pasta fluida reforçada por fibra tl na faixa de 0,05-0,35 polegadas, e ainda dividir a fração de volume Vf das fibras em uma proporção Xf do suprimento de fibras comparando as fibras na segunda camada às fibras na primeira camada de fibra, de modo que a fração de área de superfície de fibra SplL e fração de área de superfície de fibra Sp2L para cada camada de fibra seja inferior a 0,65; fornecer um suprimento de fibras soltas individuais de acordo com a fração de área de superfície de fibra acima calculada SplL; fornecer uma rede móvel; depositar a primeira camada de fibras soltas individuais sobre a
    Petição 870180017284, de 02/03/2018, pág. 15/17
  2. 2/2 rede; depositar uma camada da pasta fluida configurável sobre a primeira camada de fibras soltas individuais; depositar a segunda camada das fibras soltas individuais sobre a camada da pasta fluida configurável; e incrustar as referidas fibras soltas individuais na referida pasta fluida, de modo que as referidas múltiplas camadas de fibras sejam distribuídas por toda a referida camada de pasta fluida no referido painel.
    2. “PROCESSO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ainda incluir a repetição do referido processo para cada camada de pasta fluída adicional usada na formação de um painel cimentado reforçado por fibra de camada múltipla, em que a referida primeira disposição de fibras será sobre uma camada pre-depositada de pasta fluída.
  3. 3. “PROCESSO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a fração de volume da pasta fluida é de pelo menos 1,0% por volume das fibras em cada camada de pasta fluida.
  4. 4. “PROCESSO”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida fração de área de superfície de fibra projetada é mais preferivelmente menor do que 0,45.
  5. 5. “PAINEL”, cimentado estrutural, caracterizado por ser produzido de acordo com o processo da reivindicação 1.
    Petição 870180017284, de 02/03/2018, pág. 16/17
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