CN101535017B - 将稀松布嵌入湿处理板材内的方法和装置 - Google Patents

Abstract

通过包括增强材料颗粒、煅烧石膏和水的混合物生产无纸石膏/纤维板的方法。网前箱将混合物送入连续成型织物上表面上方的板成型区域(成型池)，形成板垫。此外，将增强网送入位于部分成型织物上方的横向部件上方，并进入成型池，以将网嵌入混合物。至少横向部件的下游端的一部分位于网前箱下游部分或网前箱下游的下方。然后挤压板垫，被挤压板垫的煅烧石膏被再水化，然后干燥所得到的板。

Description

将稀松布嵌入湿处理板材内的方法和装置

技术领域

本发明总体涉及生产具有提高抗冲击性的无纸石膏/纤维板的方法和装置。特别地，本发明涉及生产具有嵌入板内的增强网的石膏/纤维板的方法和装置。

背景技术

常规的石膏墙板或板材通常由石膏浆料(plaster slurry)制成，其中通常被称为煅烧石膏的半水硫酸钙的湿浆料位于两层纸之间，并且浆料可以凝固。凝固的石膏是坚固刚硬的产品，当煅烧石膏与水反应形成二水硫酸钙时即可获得该产品。石膏是处于稳定的二水化合物状态的硫酸钙，CaSO4·2H₂O，并包括自然产生的矿物质、矿物的合成物、和煅烧石膏的水化形成的二水物质。煅烧石膏可以是半水硫酸钙(CaSO4·1/2H₂O)或无水硫酸钙(CaSO4)。当二水硫酸钙在所谓的煅烧工艺中充分加热时，水化作用的水被分馏出来，并根据温度和暴露时间形成半水硫酸钙或无水硫酸钙。当二水化合物在饱和水蒸气环境中充分加热时，二水化合物溶解，半水化合物从溶液中沉淀，并形成结晶。当向煅烧石膏加入水时，使得石膏凝固，实质上是煅烧石膏与水发生反应，重新形成石膏。

纸覆盖的墙板是常用的建筑材料。但是，为了特定建筑的需要，有必要提供石膏板，它具有不依赖纸表面薄片的强度和其他性质的优点。以下是现有技术中的几种纤维增强石膏板：

Baig的美国专利号5320677的专利，在此结合其全文作为参考，公开了合成产品以及生产该产品的工艺，其中在一定压力下加热石膏颗粒和纤维素纤维的稀释浆料，从而使石膏转化为α半水硫酸钙。纤维素纤维的表面具有小孔或空隙，在纤维素纤维的这些小孔和空隙内部、上部和周围形成α半水晶体。然后加热的浆料脱水形成板垫，优选使用与造纸设备相似的装置，并在浆料冷却到足以将半水化合物再水化成石膏之前，板垫被挤压成所需结构的板。受挤压的板垫冷却，并且半水化合物再水化成石膏，以形成尺寸稳定、坚固和可用的建筑板。

Miller等的美国专利号6197235的专利，在此结合其全文作为参考，公开了使石膏纤维板具有纹理和生产表面花纹板材、边缘锥形板材和较深图案的壁板式板材的方法，其使用具有花纹表面的挠性模具。在放热的再水化反应刚刚开始之后就将模具压在在处于浆料状态的板材上。在用模具压制的过程中，发生部分水化和硬化以形成花纹板垫。沿再水化温度曲线，在向着最高再水化温度升温到大约一半或不到一半处时，使板垫与模具脱离接触。

Miller的美国专利号6605186的专利，在此结合其全文作为参考，公开了用于生产石膏/纤维板的水铺装(water felting)工艺的网前箱，其包括机箱和两个可转动的水平匀浆辊(distribution roll)。机箱具有弯曲部分，其形状分别与匀浆辊的外部圆柱表面相符合。各弯曲部分分别靠近两个匀浆辊的外部圆柱表面的部分。

现有技术已经使用稀松布(scrim)嵌入板材产品以提高物理性能。Lynn等的美国专利号6508895的专利，在此结合其全文作为参考，公开了提高抗冲击性的石膏/纤维板，其制造步骤包括：混合预定量的纤维、煅烧石膏和水形成混合物；在成型带的上表面上，将增强网嵌入混合物的一层；形成包含有粘结的纤维和石膏的板，并具有嵌入到板表面内的网。

现有技术已尝试将稀松布嵌入网前箱的下游。稀松布被供给到网前箱的下游限制了对嵌入过程的控制，导致在稀松布嵌入装置上产生集结问题，并对成型池内的成型性质产生不利影响。在该工艺中，稀松布被送入网前箱的上方、落至池内，然后位于帮助将稀松布置于所需深度的杆的下方。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于生产网和纤维增强无纸石膏板的方法和装置。

本发明的另一个目的是提供具有嵌入其背面的网的无纸石膏/纤维板，以提高抗冲击性，所述抗冲击性是根据ASTM E695的软体抗冲击性和根据USG方法的硬体抗冲击性所确定的，所述USG方法是独立公报HPWLI#7122和HPWLI#7811-02中的文献。通过伊利诺伊州芝加哥市的USG公司可获得上述三个团体独立测试报告的拷贝信息。

本文使用术语“无纸”石膏/纤维板是为了区别本发明涉及的纤维增强石膏板和现有技术的常规石膏板，后者被称为“墙板”或“清水墙(dry wall)”，其至少一个表面由纸制成，包括在其芯部具有一些增强纤维结构的“墙板”或“清水墙”。

本发明提供生产石膏/纤维板的方法，包括以下步骤：

混合研磨的石膏和纤维素增强材料的主颗粒以及含有水的足量液体，以制成含有至少60％重量的液体的浆料；

通过在压力下加热浆料，煅烧存在主颗粒和水的石膏，以形成含有水和硫酸钙α半水晶体的浆料混合物；

通过网前箱将浆料混合物送入板成型区域，该区域在扁平多孔成型织物的上表面的上方；

在成型织物的一部分的上方提供横向部件，其中横向部件的下游部分位于网前箱下游部分或网前箱下游的下方；

将增强网输送到网前箱下方和横向部件的上方，并送入成型池，以将增强网嵌入成型池内的浆料混合物，其中横向部件在网的移动方向的横向延伸；

去除浆料混合物中的水，形成板垫，其中板垫内有嵌入的网；

挤压具有嵌入网的板垫；

对被挤压的板垫的煅烧石膏进行再水化，形成包含有粘结的主颗粒和石膏的板，并带有嵌入板内的网；以及

干燥所述板，形成成品板，其带有嵌入成品板内的网；

其中横向部件包括位于一部分成型织物上方的薄片，该薄片具有上游部分、下游部分和位于上游部分与下游部分之间的中间部分；

其中上游部分是网前箱的上游唇缘的上游；

其中中间部分位于网前箱下方；

其中增强网从薄片和网前箱之间穿过，并进入成型池，以将增强网嵌入成型池内的浆料混合物。

本发明提供生产石膏/纤维板的装置，其包括：

混合器，用于混合研磨的石膏和纤维素增强材料的主颗粒以及含有水的足量液体，制成含有至少60％重量的液体的浆料；

反应器，用于在有主颗粒和水的情况下煅烧石膏，通过在压力下加热浆料，形成含有水和硫酸钙α半水晶体的浆料混合物；

网前箱，用于通过该网前箱将浆料混合物送入板成型区域的成型池，该区域在扁平多孔成型织物上表面的上方；

横向部件，位于部分成型织物上方，其中横向部件的下游部分位于网前箱下游部分或网前箱下游的下方；

网前箱与横向部件之间有间隔，用于将增强网送入横向部件与网前箱之间，然后送入成型池，以将增强网嵌入成型池内的浆料混合物；

真空装置，用于去除浆料混合物中的水分，以形成板垫，其带有嵌入板垫内的网；

第一压机，用于挤压具有嵌入网的板垫；

第二压机，用于被挤压板垫的煅烧石膏的再水化，以形成包含有粘结的主颗粒和石膏的板，并带有嵌入板内的网；以及

干燥机，用于使板干燥以去除游离水分，并提供其中含有嵌入网的成品板；

其中横向部件包括位于部分成型织物上方的薄片，该薄片具有上游部分、下游部分和位于上游部分与下游部分之间的中间部分；

其中上游部分是网前箱上游唇缘的上游；

其中中间部分位于网前箱下方；

其中薄片与网前箱有间隔，以形成空间使增强网从中穿过。

本发明提供生产无纸石膏/纤维板的方法，包括：形成包含预定量的增强材料的主颗粒(host particle)、煅烧石膏(硫酸钙α半水晶体)和水的混合物(通常是浆料)以及网。(如果需要，该方法可选择β硫酸钙或α硫酸钙和β硫酸钙的混合物)。将混合物和增强网送入板成型区域形成板垫，所述成型区域在多孔成型织物或类似于湿制长网造纸机所用的“金属网”的上表面的上方。特别地，当煅烧浆料混合物从网前箱进入成型池时，所述网在网前箱的下方送入成型池。通常成型织物是塑料或金属的环形带状机织物。典型的塑料包括聚酯或尼龙等。典型的金属包括金属性材料例如黄铜、青铜或钢。成型金属网属于成型织物的集合，通常由金属性材料制成。

但是，当移动到成型池时，所述网将在横向部件上方经过，该横向部件横跨(垂直于)网的移动方向延伸，并且位于部分成型织物的上方。横向部件的下游部分位于网前箱下游部分或网前箱下游的下方。增强网在横向部件上方经过并进入成型池，以将增强网嵌入成型池内的浆料混合物。然后，从浆料混合物中去除水分，以形成板垫并带有嵌入板垫内的网。当挤压含有嵌入网的板垫时，被挤压板垫的煅烧石膏发生再水化，以形成包含有粘结的主颗粒和石膏的板，并带有嵌入板内的网；然后干燥该板，形成成品板，并带有嵌入成品板的网。

横向部件可以是提升杆或横向进给片。如果需要，所述片在其下游端处具有伸长部件，该伸长部件具有横跨(垂直于)网的移动方向的纵向轴。横向进给片附连到伸长部件，并在网前箱下方的伸长部件上游延伸。

通常所述片具有横向弯曲，该弯曲开始于薄片下游端的上游或网前箱的上游，使得薄片的平滑弯曲终止于横向杆，并位于横向杆的顶部，保持稀松布(网)连续接触薄片表面，并具有所需的自清洁效果。该薄片的横向弯曲通常形成朝其下游端的向上弯曲。向上弯曲的角度一定程度上依赖于成型金属网上方的网前箱的高度(elevation)、玻璃纤维稀布网的张力以及流程速度。通常，所述弯曲从薄片下游端6至18英寸开始，并具有斜坡，形成与水平轴最多呈20度的角。在另一端，或薄片的横向进给端，薄片从横向进给成型金属网(成型织物)的高度(elevation)向上平滑弯曲，使得稀松布能顺畅的输送至薄片，不会钩住接缝或成型金属网。

这样，将网例如稀松布送入网前箱下方和横向部件上方，所述横向部件固定在网前箱下游部分或网前箱下游的下方一个高度上。这样嵌入所述网可以最小程度的较少对成型的破坏。网上的张力使得网可以在横向部件下游的成型池内嵌入到一可控深度。张力较小时，真空力将网移至成型池底部和最终制成的板的底部。浆料和网被送入连续移动的脱水织物(金属网)上，用于将水分通过脱水织物排出的真空力保持在成型织物上的板垫和稀松布上的垂直力，所述织物按顺序从水平方向被往下拖到成型线路。

通常，薄片具有倒S形弯曲。倒S形弯曲的最低处通常是薄片的底部接触网前箱下方的成型织物的地方。倒S形弯曲的最高处通常是薄片横向进给到网前箱的上游的地方。倒S形的下游端具有中等高度。

优选，横向部件横跨成型区域内的成型金属网的宽度延伸。在网从网前箱或浆料输送装置下方经过以后，伸长部件和薄片用于将网在成型金属网表面上方隔开约0.125至0.5英寸。网在成型金属网上方的间距使得部分纤维/石膏混合物位于网与成型金属网之间，并将网嵌入制成的板内。

张力较大时，网在进一步远离板的底部被嵌入。金属薄片中的弯曲使得装置可以自清洁。

如果需要，所使用的伸长部件(例如杆)可以没有薄片。但是，增加薄片可以提高性能。

然后挤压所得到的带有嵌入其中的网的板垫，以进一步去除水分和加固板垫。然后再水化带有残留板垫水分的板材的煅烧石膏，以形成包含有粘结的主颗粒和石膏的板，其带有嵌入其中的网。然后干燥该板，以形成成品板，其带有嵌入板内的网。该工艺使产品具有大体为320到1120kg/m³的密度范围，并可以结合约6到31mm的较大可能厚度范围，从而能提供各种可能尺寸的产品。

根据本发明，将增强网嵌入石膏/纤维板内具有许多优点，包括生产速度高、产品美观、板内的增强网将板整体加固和降低产品成本。嵌入增强网还能提高板的加工性能。稀松布(也就是公知的网)全部嵌入板内；稀松布仅位于表面上容易被损害和撕扯松散。

本发明的产品能包括嵌入网，当将板材堆叠到相邻板上时，其不会划刻相邻板的表面，并提高了板内增强物的保持，同时防止表面磨损和摩擦。产品的另一优点是，产品内的网的张力能为板提供增强的刚性。

在理解了结合作为说明书一部分的附图所进行的本发明更详细的讨论以后，本发明的这些以及其他特征和优点对本领域技术人员而言变得很明显。

附图说明

附图组成说明书的一部分，其图示本发明的几个实施例，并与说明书一起解释本发明的操作。

图1是根据本发明制成的均质的一层板的剖面端视图。

图1A是根据本发明制成的另一种均质的一层板的剖面端视图。

图2是根据本发明形成合成材料的工艺流程示意框图。

图3是使用本发明的生产线的侧视示意图，用于形成石膏纤维板，其具有网前箱、脱水真空装置、脱水主压机和将网送入浆料的横向进给组件，该生产线被设置成在输送器上加工可再水化的石膏纤维浆料。

图4表示图3中部分生产线的侧视放大图，表示横向进给片在网前箱下方延伸，并围绕纵向元件例如杆，其中工艺流程从左至右既用于成型金属网又用于稀松布(网)，所述稀松布被供给在薄片上方和网前箱下方，并且当浆料从网前箱落至纵向元件例如杆所处的区域上时，该稀松布排出。

图5表示纵向元件例如杆的立体图，该杆具有纵向轴“L”和附连到该杆的横向进给片。

图5A表示附连到杆的横向进给片的侧视图。

图6表示包括杆和薄片的成型池上游端的顶视示意图，该薄片在网前箱下方延伸并且是杆的上游。

图6A表示横向进给片由网前箱下游的杆代替的第二实施例。

图7是本发明实施例的照片，表示网前箱的下游侧、输送器的局部、和正好位于网前箱下游的杆，由于没有横向进给片，从而能够更完全地示出该杆。

图8是图7的实施例的照片，表示网前箱的上游侧、输送器的局部、和金属薄片的上游端，所述薄片被安装以扩展网前箱的网进口侧的上游，以限定用于在网前箱下方供给稀松布的进口侧，和在金属薄片与网前箱凸缘之间的进口通道。

图9是将稀松布送入横向进给片与网前箱的凸缘之间的照片。在该照片中工艺流程从右向左。由于稀松布送入网前箱下方，故在成型池内稀松布保持金属薄片清洁干净。

图10表示装有浆料的成型池(浆料池)的第一视图。

图11表示装有浆料的成型池的局部放大图，并且稀松布和金属薄片/杆组件没有对成型起不利的作用。

图12是表示一根杆、一横向进给片和一玻璃纤维稀布网的例子的照片，其中玻璃纤维稀布网在一端附连到一片纸板，在另一端形成一块合成板材。当机器启动时，固定到稀松布上的纸板帮助将稀松布初始送入。

具体实施方式

本发明总体涉及具有提高抗冲击性的无纸石膏/纤维板，以及这种石膏/纤维板的生产工艺。该具有提高抗冲击性的无纸石膏/纤维板，是通过在石膏纤维板的背面嵌入增强网优选弹性玻璃纤维网而制成的。生产过程中，在将板材挤压和干燥之前将所述网送入板材的成型区域。

网(mesh)

通过在石膏/纤维板的背面嵌入增强网生产具有增强和提高抗冲击性的石膏/纤维板。所述网可以是机织或非织的，并且可以由多种材料构成，例如玻璃纤维、聚酯或聚丙稀。优选地，该网由低弹性材料的扁平纱线制成，例如玻璃纤维网。更优选地，该网是网内具有足够尺寸的开孔的玻璃纤维网，能使一定数量的石膏/纤维浆料通过该网，并将该网嵌入在成品的凝固石膏中。

下面所述的网是能用于本发明的一些典型的网。同时，能用于本发明的网具有每英寸(inch)2个至约每英寸10个开孔。

一种可用的机织玻璃纤维网可从Bayex公司获得，型号为0040/286。BAYEX 0040/286是纱罗(Leno)机织网，其每英寸6根经纱6根纬纱(ASTM D-3775)，重量为每平方码(yard)4.5盎司(ounce)(ASTM D-3776)，厚度是0.016英寸(ASTM D-1777)，经纱和纬纱各自的最小张力为每英寸150和200磅(pound)(ASTM D-5035)。它具有耐碱性和坚硬的手感。可以使用其他具有近似相同尺寸的玻璃纤维网，其具有足够尺寸的开孔，在所述板的形成过程中使部分石膏/纤维混合物通过所述网。

另一种可用的机织玻璃纤维网可从Bayex公司获得，型号为0038/503。BAYEX 0038/503是纱罗机织网，其每英寸6根经纱5根纬纱(ASTM D-3775)，重量为每平方码4.2盎司(ASTM D-3776)，厚度是0.016英寸(ASTM D-1777)，经纱和纬纱的各自最小张力为每英寸150和165磅(ASTM D-5035)。它具有耐碱性和坚硬的手感。

还有一种可用的机织玻璃纤维网可从BAYEX公司获得，型号为0038/504。BAYEX 0038/504是纱罗机织网，其每英寸6根经纱5根纬纱(ASTMD-3775)，重量为每平方码4.2盎司(ASTM D-3776)，厚度是0.016英寸(ASTMD-1777)，经纱和纬纱的各自最小张力为每英寸150和200磅(ASTM D-5035)。它具有耐碱性和坚硬的手感。可以使用其他具有近似相同尺寸的玻璃纤维网，其具有足够尺寸的开孔，在所述板的形成过程中使部分石膏/纤维浆料通过所述网。

再有一种可用的机织玻璃纤维网可从BAYEX公司获得，型号为4447/252。BAYEX 4447/252是纱罗机织网，每英寸2.6根经纱2.6根纬纱(ASTM D-3775)，重量为每平方码4.6盎司(ASTM D-3776)，厚度是0.026英寸(ASTM D-1777)，经纱和纬纱各自的最小张力为每英寸150和174磅(ASTMD-5035)。它具有耐碱性和坚硬的手感。可以使用其他具有近似相同尺寸的玻璃纤维网，其具有足够尺寸的开孔，在所述板形成过程中使部分石膏/纤维混合物通过所述网。

优选，将网嵌入在板的背面，且经纱的取向是板的纵向。由于本发明的板在凝固步骤中可在多个方向膨胀，因此使用可延伸的弹性网可提供与石膏/纤维板更好的粘结。在第一挤压步骤中，压缩和加固应当与由真空挤压造成的去除水分和体积减小的速度相配，以在板内产生适当的微孔区域。在第一步骤之后板垫回弹后的第二挤压步骤中，应去除微孔空间，且不会破坏成型步骤中形成的结构。无论在哪种情况下，成型步骤都是重要的，任何由挤压和板垫错位造成的后期破坏都会降低成品板的强度和质量。

优选，将所述网充分地嵌入板内，并被石膏/纤维混合物覆盖，因为这样才能将网固定在板内。此外，将网完全嵌入石膏/纤维混合物能为板提供最好的抗冲击性。将网完全嵌入石膏/纤维混合物还会使用户不易观察到增强物，提高整个表面的性能。

粘合剂

如果需要，可在稀松布上使用涂层以提高润湿性、粘结性等，例如使用与聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯有关的化合物，以及本领域技术人员公知的其他润湿剂。

石膏/纤维板合成物

生产石膏纤维板的材料是常规材料。本文所用的术语“石膏”是指处于稳定的二水化物状态的硫酸钙，即CaSO₄·2H₂O，并包括自然产生的矿物质、等效物质的合成物例如FGD石膏(一种合成石膏，是废气脱硫的副产品)、以及半水硫酸钙(灰泥)或无水硫酸钙的水化作用形成的二水化合物。本文所用的术语“硫酸钙材料”是指任何形式的硫酸钙，即无水硫酸钙、半水硫酸钙、二水硫酸钙及其混合物。

主颗粒通常是有机纤维，用于加固石膏，并且优选是易于获取的木质纤维素纤维。例如，该纤维素纤维可以是重复利用的废弃品如纸箱或纸板、废纸、旧报纸、以及纸浆产品的废弃纤维。

石膏纤维板所用的其他常规类型的附加成分可用于本发明的板。这些常规的成分包括催化剂、防水剂、杀菌剂和类似物。

石膏纤维板的结构

本发明的目的是形成具有均匀结构的纤维-增强石膏板，如图1所示的板2和图1A所示的板3。

在具有均匀结构的板2中，增强网29嵌入所述板的石膏/纤维基体6的背面，如图1所示。如果需要，网29可以以可控的方式置于所述板的石膏/纤维基体7的前表面和后表面之间，如图1A所示。

形成所述板的方法和装置

上述合成石膏/木质纤维材料特别适合生产合成墙板2、3。生产这种合成墙板的工艺示意性地表示在图2中。

A.上游工艺

该工艺开始是在混合器16中混合未煅烧的石膏10、主颗粒14(通常是纤维素纤维如木质纤维)和水12，以形成稀释的水溶浆料原料18。石膏10的来源可以是自然矿石或废气脱硫的副产品或其他硫酸钙生产工艺的产品。石膏10可以具有相对较高的纯度，优选至少约92-96％，并且是细磨的，例如92-96％小于100目或更小。较大的颗粒会延长转化时间。石膏10以干粉或水溶浆料的形式送入反应堆进料混合器16。

术语“主颗粒”是指覆盖除石膏以外的物质的任何肉眼可见的颗粒，例如纤维、碎片或薄片。所述颗粒，通常不溶于浆料液体，还应具有可进入其中的孔隙；无论是凹坑、裂口、裂缝、空心、或其他表面缺陷，这样浆料溶剂都可以渗入其中，并在其中形成硫酸钙晶体。还需要所述颗粒所能到达的部分上都有这种孔隙；显然，孔隙分布地越多、越好，石膏和主颗粒之间的物理粘结性就越好、越稳定。主颗粒的物质应具有石膏不具有的必要性质，优选至少具有较高的张力和弯曲强度。木质纤维素纤维，特别是木纤维，是主颗粒的一个实例，特别适合本发明的合成材料和的工艺。根据本发明的优选实施例，主颗粒是纸质纤维。但是，这并代表限制作为“主颗粒”的材料和/或颗粒，下文常使用木质或纤维素纤维，是便于代替广义的术语。

纤维素纤维14的来源可以是废纸、木质纸浆、木头碎片、和/或其他植物纤维或合成物。优选所述纤维是多孔的、中空的、裂缝的、和/或表面粗糙的，这样其物理几何形状提供了可通过的裂缝或孔隙，以容纳渗入的溶解的硫酸钙。在任何一种原料中，例如木质纸浆，还可能需要预处理工艺，以打碎原料块、分离尺寸过大和过小的材料，以及有些情况下，要预先清除对石膏煅烧产生不利作用的功效阻滞材料和/或污染物；例如半纤维素、醋酸等。

被磨细的含石膏的固体与纤维素(如木质)纤维混合在一起形成混合物，其具有约0.5％到30％重量的纤维素纤维，优选5％到10％重量的纤维素纤维或10％到15％重量的纤维素纤维。例如，含石膏的固体与木质纤维以各自重量比例约为85比15混合。

添加足够的水分使浆料原料18含有最多约30％或40％重量的固体(至少约60％或70％重量的液体)。例如，添加足够的水分使浆料原料18含有约5％到30％重量的固体(70％到95％重量的液体)，或更优选地约10％到15％重量的固体(85％-90％重量的液体)。

浆料原料18被送入反应器系统20。典型的反应器系统20包括具有连续搅拌或混合装置的压力罐。如果需要，在此可以将结晶改良剂22加入浆料中，来改变可结晶性或降低煅烧温度。随着直接喷射的蒸汽，将浆料连续泵入反应器20内，以使罐内浆料的温度在约240°F(116℃)至约310°F(154℃)之间，并自动产生压力。其中较低的温度接近实际的最小值，在此温度下，二水硫酸钙将在合理的时间内煅烧成半水状态(通常是α半水硫酸钙)。较高的温度约为煅烧半水化合物且没有分解纤维素纤维成分的过多危险的最大温度。浆料温度优选约为285°F(140℃)至305°F(152℃)。

在反应器20内，优选连续混合或搅拌浆料18，以保持纤维悬浮，并随着转化的进行保持新鲜溶液与生长的晶体接触。

当在这些条件下加工浆料18足够长的时间，例如15分钟，二水硫酸钙将转化成半水分子。(二水化合物进行溶解，半水化合物形成沉淀，并再次结晶形成不同于原始半水化合物的适当成形的晶体)。在连续搅拌以保持颗粒悬浮的帮助下，溶液将润湿并渗入主纤维的空隙内。当溶液达到饱和时，半水化合物集结成晶核，并开始在所述空隙内部、上部和周围并沿主纤维的壁部形成晶体。

在反应器20内，溶解的硫酸钙渗入了木质纤维的空隙内，随后作为针状半水晶体沉淀在所述木质纤维的空隙的内部、上部及周围和所述木质纤维的表面。可以向浆料产品加入可选的工艺调整剂或性能增强添加剂(未图示)，例如催化剂、缓凝剂、减重填充剂等，通常是在浆料离开反应器20之后并且在脱水之前加入。

α半水硫酸钙和主纤维的连续股流23从反应器系统20流出。然后浆料产品23被送入网前箱26。可选地，来自反应器20的浆料在送入网前箱26之前先送入浆料保持罐(未图示)。从网前箱26排出的浆料成为完整宽度的浆料流28，其被输送到连续粘结/脱水输送器44上，该输送器具有扁平的多孔成型织物(图3)，例如造纸工艺所使用的那种(例如长网造纸机的成型金属网)。特别地，网前箱26将浆料流28送入输送器44的成型池45。

网前箱26基本上包括机箱25和两个水平的、反向转动的穿孔匀浆辊26A、26B，匀浆辊基本上横跨输送器44的宽度延伸。匀浆辊26A、26B在相反方向上转动，如图4中的箭头所示。网前箱26的机箱25包括第一弯曲部26E，其形状与第一水平穿孔匀浆辊26A的圆柱表面的弯曲度相匹配。机箱25还包括第二弯曲部26F，其形状与第二水平穿孔匀浆辊26B的圆周表面的弯曲度相匹配。两个弯曲部26E、26F横跨网前箱26的宽度延伸。

在弯曲部26E、26F的交叉处形成鱼梁26C，从而分隔开第一水平穿孔匀浆辊26A和第二述水平穿孔匀浆辊26B。在第二弯曲部分26F的下游端设置流槽26D。该流槽26D从第二弯曲部26F垂直向下延伸，并横跨输送器44的宽度延伸。

第二弯曲部26F比第一弯曲部26E更靠近输送器44。网前箱26具有上游引导缘，其位于第二弯曲部26F最靠近输送器44的部分的下方，并且网前箱26具有下游唇缘25A，其位于流槽26D下方。网前箱26的上游唇缘是第二弯曲部26F最靠近输送器44的部分25B，并与下游唇缘25A间隔一段距离“L1”。网前箱26的下游部分从所述部分25B延伸至网前箱26的端部。

Miller的美国专利号6605186的专利公开了一种典型网前箱26，本文将参考引用其全文内容。

B.板垫的形成

浆料28溢出流槽26D从而流出网前箱26，并进入成型池45。网前箱26横跨网架(forming table)或输送器44的宽度均匀疏散煅烧浆料28，该浆料至少有约70％重量的液体，此处使用真空箱32将浆料脱水成水分含量约28-41％(湿基)(干基上的水分含量是40-70％的)的板垫，以实施板垫形成/脱水步骤60(图2)。

此外，作为板垫形成/脱水步骤60的一部分，随着网前箱26将浆料28送入输送器44上的成型池45，一层网29例如玻璃纤维稀松布，从进给辊31上退绕展开，并在横向进给片(或板)47上经过，在网前箱26下方和杆38上方(图4和6)进入成型池45。网29的行进方向“T”如图4所示。杆38(图4和6)附连到横向进给片(或板)47。

在网前箱26下方送入横向进给片(或板)47上方的网29的所述层通过杆38和横向进给片47保持在网前箱26下游的高处。通常，杆38和薄片(或板)47由金属(例如钢或铝)、聚合物或耐用合成物制成。

图4表示图3的生产线局部放大图，其中显示所述金属横向进给片47在网前箱26下方和杆38周围延伸。工艺流程从左至右进行，既用于成型金属网(输送器44)也用于稀松布(网)29，其中网29在网前箱26下方送入薄片47的上方，并且随着浆料从网前箱26落在带有杆38的薄片47下游端的区域上该网被送出。

如图4所示，杆38和横向进给片(或板)47浸没在成型池45的浆料28中。这样快速将网29嵌入，将对板垫面板成型的破坏降到最低。

横向进给片47的下游端包括杆38并位于网前箱下游唇缘25A的稍上游或稍下游的下方。例如，包括杆38的薄片47下游端可在网前箱下游唇缘25A上游或下游0至4英寸(或其他合适的距离)的范围内。当薄片47的下游端处于唇缘25A的下游时，该薄片47的存在有助于防止浆料在头部下方回流。如果需要，薄片47的下游端可向上游移动到第二弯曲部26F下游一半处(距离“L1”)的下方。

通常，薄片47呈倒S形的弯曲。倒S形弯曲的最低处是薄片的底部接触网前箱26下方的成型网44的地方。薄片47的最高处是在网前箱上游横向进给稀松布的地方。薄片47的下游端高度居中。通常，金属薄片47的S形弯曲具有最低点，其位于杆38处的薄片下游端(图4)之前约为横向进给片47的长度“L2”的1/8至1/2，通常约1/4。

薄片47通常从最低点朝着下游端向上弯曲。向上弯曲的角度一定程度上依赖于成型网上方的网前箱的高度、玻璃纤维稀布网的张力以及流程速度。通常，所述弯曲从薄片47下游端6至18英寸开始，并具有斜坡，形成与水平轴最多约20度的角度“A”(图5A)。

薄片47具有两个夹压区。一个夹压区是网前箱唇缘25A或第二圆柱部分26B的其他部分位于其上方的薄片47夹压区，并且网29从该夹压区穿过。第二个夹压区是输送器44位于其下方的薄片47夹压区，并且成型金属网从中穿过。薄片47的上游最远端应在引入的成型织物上方间隔一定距离“L3”，例如0.5-3英寸，以便在上方离引入的成型织物足够远，从而不会有接触，避免损坏成型织物或钩住织物的接缝或密封边。

尽管图4所示网前箱26与输送器44分开一定距离，但事实上薄片47的夹压区(下游部分)、稀松布29和网前箱下游唇缘25A形成密封，防止一定量的浆料从网前箱26下方和下游唇缘25A后方泄漏。聚集在下游唇缘25A的上游和薄片47下游端的上游的浆料，使得唇缘25A变形，从而导致成型不规则。

没有薄片47的情况下(如图6A所示的例子)，如果杆38足够靠近唇缘25A的上游侧并且足够靠近其下方的移动成型织物，则如果保持公差和对设备的控制，也可制造令人满意的板。

网29上的张力使得网29嵌入到可控的深度。张力较小时，脱水过程中(图2的步骤60)由真空箱32施加的真空力将网29移至成型池45的底部并由此移至得到的板的底部。用于真空箱32的真空来自真空发生装置，例如真空泵，最优选液体环式泵。

网29上的张力较大时，网29嵌入在离板垫46的底部更远一些，该垫最终形成板材120。薄片或板47的弯曲使设备能够自动清洁，并消除单独使用杆38所带来的问题。

图5表示具有纵向轴“L”的杆38和横向进给片47的立体图。如图5所示，薄片47的一端通过卷绕在杆38上而与杆38附连。但是，如果需要，杆38和薄片47可以是其他方式附连或是单个的整体件。

图6表示输送器44上游端的顶视示意图，并且所示有成型池45、杆38和横向进给片47，所述片47在网前箱26下方延伸，并位于杆38的上游。工艺流程是从左至右。

图6A表示第二实施例，其中横向进给片被位于网前箱26下游端处或周围的提升杆38代替。

图7是本发明实施例的照片，表示网前箱26的下游侧、输送器44的局部和正好位于网前箱下游的杆38，没有横向进给片。

图8是具有横向进给片和杆(未图示)的实施例的照片。图8表示网前箱26的上游底侧、输送器44的局部和横向进给片47的上游端，所述片被安装在网前箱唇缘上游25B的上游延伸，从而为在网前箱26下方输送的稀松布限定一进口侧。在该照片中，横向进给片47是没有S形弯曲的上游半部分，因此，可以看到如果横向进给片47没有S形弯曲的上游半部分，金属网接缝和/或密封边可能如何会钩住。

横向进给片47的上游部分的底部接触位于网前箱26下方的输送器44的成型金属网的顶部。横向进给片47是浅色部件，依靠在输送器44的黑色成型金属网上。

图9是表示将稀松布29送入横向进给片47与网前箱26后部唇缘之间的照片。可以看到横向进给片47的最外边缘在稀松布29下方从左侧伸出，并位于成型金属网的上部以防成为障碍。随着稀松布29送入网前箱26下面，稀松布29保持成型池45内的横向进给片47清洁干净，且不会对成型起不利作用。在启动(startup)过程中，稀松布29的顶部侧面接触网前箱上游唇缘25B的底部，并且稀松布29的底部接触横向进给片47的上表面。该照片的工艺流程是从右至左。由于成型池45的液压头，一些浆料28在上游唇缘25B泄漏，并且通常形成密封以防止进一步泄漏。

图10表示装有浆料的成型池45的第一视图。

图11表示装有浆料的成型池45的局部放大图，由于所述片/杆装置而没有破坏浆料。

在图10和11中，成型池45的下游端(湿式线路)是较深颜色的池变成较浅颜色的位置。颜色变浅是因为去除了池表面的水。

图12是表示一根杆38、一横向进给片47和一玻璃纤维稀布网29的例子的照片，其中玻璃纤维稀布网29在一端附连到纸板49，并在另一端形成一块板材。当输送器启动时，卷绕稀松布29的纸板49利于稀松布29初始输送。由于来自真空箱32的真空，输送器44的成型金属网上的纸板49的垂直力保持稀松布29与成型金属网以相同的速度移动，直到成型金属网被浆料覆盖。然后真空施加其垂直力到被浆料覆盖的成型金属网上，以使网(mesh)与金属网(wire)保持相同的线速度。

C.挤压和再水化

如图3所示的成型线路装置30、真空箱32的下游、具有抽吸机和光面辊交替夹压的湿(主)压机34和多孔织物，在真空和压力的组合作用下进一步脱水和加固板垫达到水分含量为23-35％(湿基)(干基上是30-55％)，以生产板垫120。湿(主)压机34：1)去除约80-90％的残留水分；2)通过去除水分减少浆料体积，以夹压滤饼式板垫至所需厚度。如果需要，可使用循环水流80(图2)，以将通过真空箱32和/或湿(主)压机34去除的水循环至供给水源12。主压机34与副压机36之间的间距-不管是以时间或是以距离计算-与半水硫酸钙的水化作用有关。Miller等的美国专利号6197235的专利公开了水化曲线的例子，在此引入作为参考。在主压机34内仅产生少许水化作用(少于10％)。

在主压机34之后，板垫被送入副压机36，该副压机用来产生中等到较高密度的产品。副压机36：1)赋予表面以纹理或光滑度，其是所使用的皮带表面的相反(negative)图案；2)当凝固的组合物向着挤压皮带或模具膨胀时，获得最终校准板的厚度；以及3)当结晶组合物在再水化过程中向着挤压皮带膨胀时，帮助提高挠曲强度，由此压实板的表面。

副压机36通过固定间隙的夹压区来减小厚度波动，该间隙设置的稍小于最终板所需的厚度，稍大于主压机34中的最近间隙。石膏向着这样固定间隙的表面膨胀还能提高最终的弯曲强度。

α半水化合物主要在副压机36内再水化转化为二水化物。

其中夹有纤维颗粒的成形晶体的膨胀使凝固的板垫向着副压机36的皮带49施压，同时再水化速度增大至到达相对的温度水平，初始再水化温度与再水化过程中达到的最高温度之间的差异存在一定比例关系，在最高温度时板垫离开压机48。

取决于加入到浆料中的加速剂、缓凝剂、结晶改良剂或其他添加剂，水化作用可以从仅几分钟进行至1小时或更久。由于木质纤维和针状半水晶体的互锁，以及从滤饼中除去大部分液体载体，防止了硫酸钙颗粒的移动，从而产生均质的合成物。再水化作用使半水化合物在孔隙内部和周围以及木质纤维上和周围再结晶成为二水化合物，由此保持合成物的均质性。晶体生长还将硫酸钙晶体连接在相邻的纤维上，以形成整体晶体的基体，通过木质纤维的加固来提高强度。

当最后凝固时，独特的合成物由于其两种主要成分的贡献而呈现出所需的性能。木质纤维提高了石膏基体的延展强度，特别是挠曲强度，同时石膏作为涂层和硬化粘合剂来保护木质纤维，并赋予其耐火性。

此外，如果需要，可在湿压过程赋予滤饼以特殊的表面纹理，而提供带有纹理的板，如美国专利号6197235的专利的教导，在此将结合作为参考。在湿工艺步骤和/或最后的干燥之后，可提供表面层压(laminate)和涂层，以去除多余的水分，获得稳定坚固的成品板。去除多余水分的干燥工艺至少去除了部分游离水分。干燥后，板内仍然含有以化学键结合石膏的水分，并可能仍含有一些游离水分。如果需要，可对产品进行表面涂层，一部分可在干燥步骤之前、一部分可在干燥步骤之后进行。无论哪种情况，本领域技术人员很容易实施所述工艺这方面的其他变化实例。在脱水的滤饼被挤压、再水化和干燥之后，最后得到的板通常具有40-70磅/立方英尺(pcf)的密度。

D.切削和干燥

离开副压机36后，板垫120在干燥机68内干燥，然后送入修整和切削设备66，以形成所需长度和宽度的板。如果需要，可在干燥之前和/或之后进行修整和切削。此外，如果需要，所切除的板的多余部分，可经由稀松布去除步骤通过流82再循环至混合器16。如果边缘修整产生边缘碎片，则可使稀松布去除步骤减到最小限度。

不燃的板

在优选实施例中，所生产的纤维-增强板可使得板材通过ASTM E119测试过程。

实施例

在本发明的实施例中，13.6磅(lb.)木质纤维(使用Bauer 415双转动盘磨机形成的云杉木切片)与122.4磅石膏混合在771磅水中形成浆料。该浆料随连续反应器系统在295°F(146℃)下煅烧15分钟。所形成的半水浆料被连续送入网前箱，同时连续的玻璃纤维稀松布送入网前箱下方和S形的金属片件上方，所述金属片的下游边缘紧紧地围绕着直径长度为3/8英寸(0.95cm)的螺纹杆被束缚，该杆的端部安装在26英寸(66cm)宽的网前箱下游的侧面框架内。

在进入带有真空辊的主压机之前，浆料在10″汞柱(24.4cm汞柱)的台面真空下脱水，所述辊之间设置有0.440英寸(1.12cm)的空隙。主压机真空高达18英寸汞柱(46cm汞柱)。在网前箱和浆料下方的连续成型金属网和主压机将板垫送入具有固体橡胶表面的上皮带(top belt)的连续压机中，保持0.480英寸(1.22cm)的压板间距。进入副压机的板垫用拇指按压是软的，且离开该压机的板垫用拇指按压是硬的，表明进行了从半水化合物到二水化合物石膏形式的水化作用。通过高压喷水将连续的板垫切成8英尺(2.44m)长的板材。

在进一步水化后，板材被干燥成带有玻璃纤维稀松布的坚固成品板，所述布所嵌入的深度是距离所形成的半英寸(1.27cm)厚的板材的后表面底部约1/16英寸(0.16cm)。板材可以容易地从端部进行操作，并且容易被弯曲而不会发生损毁，显示出由于玻璃纤维稀松布的原因而提高的可操作性。

本文附图和文字介绍的本发明的构成应理解为仅是示例性的。在不脱离本发明精神和权利要求范围的情况下可以对本发明进行诸多修改变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims (21)

1.生产石膏/纤维板的方法，包括以下步骤：

混合研磨的石膏和纤维素增强材料的主颗粒以及含有水的足量液体，以制成含有至少60％重量的液体的浆料；

通过在压力下加热浆料，煅烧存在主颗粒和水的石膏，以形成含有水和硫酸钙α半水晶体的浆料混合物；

通过网前箱将浆料混合物送入板成型区域，该区域在扁平多孔成型织物的上表面的上方；

在成型织物的一部分的上方提供横向部件，其中横向部件的下游部分位于网前箱下游部分或网前箱下游的下方；

将增强网输送到网前箱下方和横向部件的上方，并送入成型池，以将增强网嵌入成型池内的浆料混合物，其中横向部件在网的移动方向的横向延伸；

去除浆料混合物中的水，形成板垫，其中板垫内有嵌入的网；

挤压具有嵌入网的板垫；

对被挤压的板垫的煅烧石膏进行再水化，形成包含有粘结的主颗粒和石膏的板，并带有嵌入板内的网；以及

干燥所述板，形成成品板，其带有嵌入成品板内的网；

其中横向部件包括位于一部分成型织物上方的薄片，该薄片具有上游部分、下游部分和位于上游部分与下游部分之间的中间部分；

其中上游部分是网前箱的上游唇缘的上游；

其中中间部分位于网前箱下方；

其中增强网从薄片和网前箱之间穿过，并进入成型池，以将增强网嵌入成型池内的浆料混合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中横向部件还包括附连到薄片下游部分的伸长部件，其中该伸长部件具有横跨网的移动方向的纵向轴。

3.根据权利要求1所述的方法，其中将网嵌入到板垫的下表面内。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在板成型区域，所述网在上方与 成型带间隔开。

5.根据权利要求1所述的方法，其中薄片的下游端形成弯曲，该弯曲具有相对于水平面至多为20度的仰角，所述中间部分在该水平面上。

6.根据权利要求1所述的方法，

其中主颗粒在其表面和/或本体内部具有孔隙，含有悬浮物和/或溶解的石膏的浆料溶剂能渗入所述孔隙；将浆料足够稀释以充分浸湿所述主颗粒内的所述孔隙，并且当在压力下加热时，以便促进针状硫酸钙α半水晶体的成型；

其中在压力罐内加热浆料，同时连续搅拌，达到足以煅烧石膏成为硫酸钙α半水化物的温度，并将浆料保持在此温度下，直到至少部分半水硫酸钙已经基本在主颗粒的孔隙内部或周围结晶。

7.根据权利要求1所述的方法，其中薄片具有倒S形弯曲，其最低处是薄片的底部接触网前箱下方的成型织物的地方，其最高处是网送入网前箱的上游的地方，且中间高处位于薄片的下游端。

8.根据权利要求1所述的方法，其中当板垫从约40％到70％被完全再水化时完成挤压。

9.根据权利要求1所述的方法，其中主颗粒是选自由纤维、切片和薄片组成的组的纤维素颗粒。

10.根据权利要求1所述的方法，其中主颗粒包括木质纤维，且混合物中的固体包括约0.5-30％重量的所述木质纤维。

11.根据权利要求1所述的方法，其中主颗粒包括木质纤维，且混合物中的固体包括约5-15％重量的所述木质纤维。

12.根据权利要求1所述的方法，其中浆料包括至少约70-95％重量的水。

13.根据权利要求1所述的方法，其中浆料包括至少约85-90％重量的水。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述网是无弹性的。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述网是玻璃纤维。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述网是机织的。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述网是纱罗机织网。 

18.根据权利要求1所述的方法，其中将网全部嵌入所制成的板内，不会划刻第二个板的表面，所述制成的板堆叠在该第二个板上。

19.生产石膏/纤维板的装置，其包括：

混合器，用于混合研磨的石膏和纤维素增强材料的主颗粒以及含有水的足量液体，制成含有至少60％重量的液体的浆料；

反应器，用于在有主颗粒和水的情况下煅烧石膏，通过在压力下加热浆料，形成含有水和硫酸钙α半水晶体的浆料混合物；

网前箱，用于通过该网前箱将浆料混合物送入板成型区域的成型池，该区域在扁平多孔成型织物上表面的上方；

横向部件，位于部分成型织物上方，其中横向部件的下游部分位于网前箱下游部分或网前箱下游的下方；

网前箱与横向部件之间有间隔，用于将增强网送入横向部件与网前箱之间，然后送入成型池，以将增强网嵌入成型池内的浆料混合物；

真空装置，用于去除浆料混合物中的水分，以形成板垫，其带有嵌入板垫内的网；

第一压机，用于挤压具有嵌入网的板垫；

第二压机，用于被挤压板垫的煅烧石膏的再水化，以形成包含有粘结的主颗粒和石膏的板，并带有嵌入板内的网；以及

干燥机，用于使板干燥以去除游离水分，并提供其中含有嵌入网的成品板；

其中横向部件包括位于部分成型织物上方的薄片，该薄片具有上游部分、下游部分和位于上游部分与下游部分之间的中间部分；

其中上游部分是网前箱上游唇缘的上游；

其中中间部分位于网前箱下方；

其中薄片与网前箱有间隔，以形成空间使增强网从中穿过。

20.根据权利要求19所述的装置，其中薄片的下游端形成弯曲，该弯曲具有相对于水平面至多为20度的仰角，该中间部分位于该水平面上。

21.根据权利要求19或20所述的装置，其中横向部件还包括附连到薄片下游部分的伸长部件，其中该伸长部件具有横跨网的移动方向的纵向轴。 

Images