CN111779749A - 自密封紧固件、建筑面板、系统和方法 - Google Patents

自密封紧固件、建筑面板、系统和方法 Download PDF

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Abstract

提供了自密封紧固件和相关联的建筑面板、系统和方法。一方面，紧固件包括：细长紧固件主体，其具有在第一端和第二端之间延伸的外表面；以及涂层材料，其设置在外表面的至少一部分上。另一方面，紧固件包括：细长的紧固件主体，其具有在第一端和第二端之间延伸的外表面；以及聚合物环，其在紧固件的头部处或头部附近围绕细长紧固件主体的外表面的至少一部分。

Description

自密封紧固件、建筑面板、系统和方法
本申请是优先权日为2016年6月17日的中国发明专利申请第201780045270.6号(国际申请号为PCT/US2017/037828)的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年6月17日提交的美国临时申请No.62/351,572的优先权，其公开内容以其整体并入本文。
技术领域
本发明大体涉及用于建筑结构的紧固件领域，并且更具体地涉及提供防水性能的自密封紧固件。
背景技术
典型的建筑面板或建筑护套包括诸如石膏的芯材料，和诸如玻璃纤维垫面的垫面。在制造过程中，石膏芯材料传统上作为浆料涂覆到垫面的表面并且允许凝固，使得垫面和石膏芯在界面处粘附。通常，面板在垫面处具有不良的浆料渗透，导致与芯材料的不充分的垫粘合和性能降低。
例如，在垫面处的不良浆料渗透可能导致面板孔隙率增加，导致水渗透增加和风化性能降低。因此，这种面板通常不满足空气和水渗透的建筑规范要求。实际上，许多现代建筑规范要求在建筑中使用屏障以保护建筑物免受空气和水的渗透。例如，加拿大东部和美国东北部的建筑规范现在要求在所有建筑中使用空气屏障。此外，现有的国际建筑规范/国际住宅规范(IBC/IRC)要求在所有新建筑中使用防水空气屏障。常见的防水空气屏障由各种材料和结构形成，并且应用于护套面板(例如，石膏面板、定向刨花板面板)的表面。
传统上，可以使用三种类型的防水空气屏障来满足建筑规范。首先，织物型膜或“覆盖物”可用于覆盖建筑物护套面板的表面。然而，这些织物覆盖物通常不能承受风力条件，遭受下垂，并且难以安装在高处。此外，将这种织物膜附接到护套面板的标准方法是钉合，这损害了膜作为空气或水屏障的有效性。其次，可以将液体涂层防水空气屏障膜应用于护套面板。然而，这些液体涂料必须由合格的承包商在现场施用，这是时间密集且昂贵的。此外，尽管液体涂层用作有效的水屏障，但它们提供低水蒸汽渗透性，如果在使用期间(例如，围绕窗户缝隙、防水板)它变湿，则影响壁的干燥能力。第三，可以将自粘附或“剥离并粘住”的防水空气屏障膜应用于护套面板。然而，这些自粘膜通常是不可渗透的，并且因此不是许多项目中的选择，因为建筑师或工程师必须在设计建筑物时考虑到这种不渗透性，以防止水分被困在壁腔内的可能性。此外，自粘膜在施加之前需要护套面板干燥并且通常涂底漆，这显著减慢了施工过程。
已经开发出具有增强的垫-芯粘附性和/或面板材料渗透到垫中的面板，其提供改善的防水性和空气阻隔性。然而，当在建筑结构中使用具有改进的防水性和空气阻隔性的这种面板时，需要密封剂和/或胶带来密封所有接头、拐角、开口、渗透部、材料过渡部和紧固件。也就是说，必须使用密封剂或胶带来覆盖用于将建筑面板固定到立柱或框架上的每个紧固件(例如，钉子、螺钉)。使用这种密封剂或胶带是劳动密集且耗时的，并且密封剂或胶带的不当施加可能导致紧固件处的泄漏。
因此，希望提供具有自密封性能的紧固件和建筑面板，以消除对这种密封剂/带的需要，并且在这种紧固件和建筑面板的界面处提供改进的防水性能。
附图说明
现在参考附图，这些附图旨在是示例性的而非限制性的，并且其中相同的元件编号相同。参考示出本公开的示例的附图阐述了详细描述，其中对相同附图标记的使用表示相似或相同的项目。本公开的某些实施例可以包括除了附图中示出的元件、组件和/或配置之外的元件，组件和/或配置，并且在某些实施例中可以不存在附图中示出的一些元件、组件和/或配置。
图1是根据本公开的自密封紧固件的一个实施例的透视图。
图2是根据本发明的自密封紧固件的一个实施例的透视图。
图3是根据本公开的建筑系统的横截面图，该建筑系统具有建筑面板、框架构件和自密封紧固件的一个实施例。
图4是根据本发明的建筑系统的横截面图，该建筑系统具有建筑面板、框架构件和自密封紧固件的一个实施例。
图5A是根据本公开的自密封紧固件的一个实施例的透视图。
图5B是根据本公开的图5A的插入建筑面板中的自密封紧固件的透视图。
图6是示出示例1的静水压头试验结果的图。
图7是示出示例2的静水压头试验结果的图。
图8是根据本公开的具有防水空气阻隔性能的纤维垫面石膏面板的横截面图。
图9是根据本公开的具有多个建筑面板、框架构件和自密封紧固件的建筑系统的透视图。
图10是根据本公开的建筑面板的透视图。
具体实施方式
本文公开了具有自密封性能的紧固件和建筑面板，以及制造和安装这种紧固件和面板的方法，以及包括这种紧固件和面板的建筑系统。如本文所使用，术语“自密封”是指在没有另外的密封剂的情况下形成防水密封的紧固件或面板。有利地，这些紧固件和建筑面板消除了对用液体密封剂或其它外部密封装置对紧固件进行点封的需要，并且减少了液体渗透到用这些紧固件和建筑面板形成的包层系统(即，建筑系统)中的可能性。因此，与传统的水和空气屏障系统相比，这些自密封紧固件和建筑面板允许更快地安装建筑系统和材料节省。
本发明的自密封紧固件可以与车床类型应用、直接应用护套或其他应用一起使用，其中穿过护套结构的大量紧固件穿透可以呈现增加的水或空气侵入路径。例如，本文所述的自密封紧固件可与任何合适的建筑面板或结构面板一起使用，包括但不限于木基(例如，胶合板、定向刨花板)面板、石膏面板和异氰脲酸酯板。在特定实施例中，本文所描述的自密封紧固件可以与具有集成的空气和水屏障的面板或系统一起使用，例如具有集成的防水空气屏障的定向刨花板或石膏基护套面板。如本文所使用，术语“集成的防水空气屏障”是指在没有附接到传统护套面板(例如，机械附接的柔性片、自粘片、流体涂膜、喷雾泡沫)的市售防水空气屏障的情况下制造成显示防水阻隔和空气阻隔性能的面板。也就是说，本公开的自密封紧固件可以特别适合于与具有集成的防水空气阻隔性能的面板一起使用，以进一步减少安装这种面板系统所需的能量和劳动力。
例如，本文所述的建筑面板可以是具有防水空气阻隔性能的石膏护套面板，诸如在名称为“石膏面板、系统和方法”的美国申请No.15/014,793、15/014,821和15/014,922中描述的那些面板，这些美国申请的全部内容通过引用并入本文。这些板提供优于市售石膏面板的优点，诸如增强的垫芯粘合性和相关性能，垫中的孔隙率降低以减少水渗透，和/或改善的耐候性能。例如，通过最大化石膏浆料渗透到接收石膏芯的石膏的玻璃纤维垫的侧面，当暴露于大量水头压力时，在成品面板的玻璃垫内的垫涂层下的水的移动可以大幅度充分减小，而不显著改变成品面板的水蒸气透过率(即，干燥能力)。因此，本文公开的石膏面板可具有一种或多种改进的防水空气阻隔性能。因此，这些面板和多个面板的系统进一步提供优于商业上可获得的防水空气屏障的优点，所述防水空气屏障附接到传统的石膏护套(例如，机械附接的柔性片、自粘片、施加流体的膜、喷雾泡沫)，以及优于基于木材的(例如，定向刨花板)面板的优点，基于木材的面板不显示石膏面板的耐火性能。
如本文所使用的，术语“防水屏障”是指面板或系统抵抗液体体积水渗透、泄漏或渗入经过护套并且进入周围壁组件，同时还提供足够高以允许在墙壁中产生的任何水分干燥的水蒸汽传输速率或渗透率的能力。与开口周围的防水板相结合，这种防水屏障可以产生叠瓦效应，以将水引导离开护套和周围的壁部件。如本文所使用的，术语“空气屏障”是指面板或系统抵抗空气进入(渗入)和离开(渗出)调节空间的运动的能力，以产生更节能的结构。如本文所使用的，术语“防水空气屏障”是指面板或系统显示防水阻隔和空气阻隔性能的能力。
石膏护套面板或板可包含夹在两个玻璃纤维垫之间的凝固石膏芯，玻璃纤维垫中一个或两个可涂覆。涂层可以是连续的屏蔽涂层。如本文所使用的，术语“连续的屏蔽涂层”是指在纤维垫表面上基本上不间断的涂层材料。连续的屏蔽涂层可以是本领域普通技术人员已知的任何合适的涂层材料。例如，涂层可包括聚合物或树脂基粘合剂材料以及一种或多种无机填料。连续的屏蔽涂层可以涂覆在玻璃纤维垫的表面上并且穿透其厚度的一些部分。例如，涂层可以渗透典型玻璃纤维垫的厚度的约5％至约60％(例如，具有约0.4mm至约1.0mm厚度的垫的约0.05mm至约0.3mm)。例如，涂层可以穿透典型玻璃纤维垫厚度的约20％至约50％(例如，具有约0.5mm至约0.8mm厚度的垫的约0.1mm至约0.25mm)。
在制造过程中，石膏浆料可沉积在玻璃纤维垫的未涂覆表面上并且凝固以形成面板的石膏芯。石膏浆料可以穿透玻璃纤维垫的厚度的一些剩余纤维部分(即，玻璃纤维垫的一些尚未被涂层渗透的部分)并且为面板提供机械结合。石膏浆料可以以一层或多层提供，具有相同或不同的组成，包括一个或多个板岩涂层。如本文所使用的，术语“板岩涂层”是指具有比形成石膏芯的石膏浆料的其余部分更高的湿密度的石膏浆料。
传统的石膏护套面板不能始终如一地通过工业标准的体积水保持测试，因此通常覆盖有市售的防水空气屏障(例如，机械附接的柔性片、自粘片、流体涂膜或涂层、喷涂泡沫)。已经确定这些传统护套面板中的漏水形成，不仅是因为接缝和开口未被处理，而且因为压力下的水能够渗透玻璃纤维垫表面上的涂层中的针孔并且沿着涂层下方的小气穴或通道并且沿着凝固石膏芯的顶部穿过玻璃垫。这种现象在石膏面板的边缘处或附近尤其值得注意，其中石膏芯-玻璃垫界面处的开口穴更多且体积更大。如果相互连接，这些气穴允许水在玻璃垫涂层下行进，导致处理过的接缝、开口和紧固件下方的泄漏。
已经发现，增加玻璃纤维垫上的涂层材料的厚度对于提供所需的防水空气屏障是无效的，因为额外的涂层重量在使用中导致水蒸气透过率大大降低并且干燥湿壁的可能性降低。较高的涂层重量降低了石膏面板在制造过程中干燥的能力，导致降低的线速度和涂覆垫覆盖层起泡或吹动的可能性。为了实现适合于体积保水的更高涂层重量，需要离线涂覆工艺，这大大提高了制造成本。因此，与本文所述的自密封紧固件结合使用的石膏面板和护套系统可以是其中基本上消除这种气穴或空隙的那些石膏面板和护套系统，使得面板显示出所需的防水阻隔和空气阻隔性能，而与外部应用的阻隔产品无关。
这些护套面板可以与接缝部件组合以处理面板之间的接头或接缝(即，除紧固件之外的接头、拐角和材料过渡)，以大大降低安装防水空气屏障的成本、时间和复杂性，该防水空气屏障在不影响面板的水蒸气透过率的情况下提供对体积水的所需阻力。
尽管大体参考石膏面板描述了本公开，但应该理解，其他面板芯材料也旨在落入本公开的范围内。例如，水泥板芯材料(诸如包括氧化镁或硅铝酸盐的那些水泥板芯材料)可以代替本文公开的实施例的石膏，以实现类似的结果。
本公开的各种实施例仅用于说明的目的。实施例的不同步骤、组件和特征的参数分开描述，但是可以与权利要求的该描述一致地组合，以使得其他实施例也能够被本领域技术人员理解。这里使用的各种术语同样在下面的描述中定义。
自封式紧固件
本文公开的紧固件可以是任何合适的紧固件类型、设计或尺寸。在某些实施例中，紧固件具有细长的紧固件主体，该紧固件主体具有第一端(例如，头部)和相对的第二端，其中外表面在第一端和第二端之间延伸。例如，外表面或其一些部分可以包括螺纹，诸如细螺纹或粗螺纹。例如，紧固件可以是螺钉、螺栓、铆钉、钉子、销、滚花销或本领域已知的其他紧固件。在某些实施例中，紧固件是螺钉，诸如喇叭头螺钉、平头螺钉、钻尖螺钉、尖点螺钉或自攻螺钉。在某些实施例中，紧固件的长度为约1英寸至约1-5/8英寸，诸如1-1/4英寸。
在一个方面中，如图1和图2中所示，自密封紧固件100包括细长紧固件主体102，该细长紧固件主体102具有第一端106和相对的第二端108，且外表面在第一端106和第二端108之间延伸。在细长紧固件主体的外表面的至少一部分上设置涂层材料104。涂层材料可以是在高剪切速率下具有低粘度的任何合适材料，使得当通过对紧固件施加高剪切力的传统装置(例如，以诸如大约4000转/分钟的高转速操作的螺旋枪)将紧固件驱动到表面中时，涂层材料流动以将紧固件主体涂覆到埋头孔上。
例如，在1000Hz的剪切速率和150°F的温度下测量时，涂层材料可以显示小于1Pa·s的粘度。在一些实施例中，在1000Hz的剪切速率和150°F的温度下测量时，涂层材料显示小于1×10-3Pa·s的粘度。在一些实施例中，在1000Hz的剪切速率和150°F的温度下测量时，涂层材料显示小于2×10-5Pa·s的粘度。在一些实施例中，在1000Hz的剪切速率和150°F的温度下测量时，涂层材料可以显示从约1Pa·s至约1×10-7Pa·s的粘度。
在一些实施例中，涂层材料含有合适的压敏热熔体。在某些实施例中，压敏热熔体的熔融温度为至少330°F。在一些实施例中，压敏热熔体的熔融温度为从330°F至500°F。
合适的压敏热熔体包括但不限于各种聚合物和增粘剂添加剂，使得粘合剂可以涂覆到紧固件上以便以高驱动速度使用，但是不会表现出过多的粘性，使得经处理的紧固件在被包装时粘在一起。因此，应选择粘合剂以获得合适的性能，包括在高剪切速率下流动的能力、耐水性、耐热性、伸长率和机械抗剪切性。这可能包括但不限于用聚合物制成的热熔体，诸如苯乙烯嵌段共聚物(SBC)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)或苯乙烯-乙烯/丙烯(SEP)型粘合剂。这些类型的苯乙烯嵌段共聚物热熔体通常具有高伸长率和高耐热性。其他热熔体基础材料可以包括乙烯-乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚烯烃、聚丁烯-1、无定形聚烯烃、聚酰胺、聚酯、包括反应性或热塑性聚氨酯的聚氨酯、聚己内酯、聚碳酸酯、含氟聚合物、硅橡胶或热塑性弹性体。在某些实施例中，压敏热熔体包括聚合物和选自由增粘树脂、蜡、增塑剂、UV稳定剂及其组合组成的组的添加剂。
已经发现，与在高剪切速率下具有较高粘度的材料相比，这些材料实现了改进的性能。例如，在高剪切下不流动的材料具有分裂、“混乱(ball-up)”、或“搓揉掉”的趋势，并且在紧固件的高摩擦驱动力下基本上被推出到表面。有利地，所公开的涂层材料具有在高剪切速率下驱动时流动的能力。当与钻孔装埋(countersink)并且与表面齐平的典型的喇叭头外部干壁螺钉一起使用时，，观察到粘合剂流动并且涂覆螺钉的整个螺纹区域，直到螺钉头埋头孔，在主体穿透时在螺钉头下面并且围绕主体形成空气和水屏障。此外，由于螺钉仍与表面齐平，因此不会干扰整体表面处理，诸如液体处理接头或胶带接缝。
在某些实施例中，如图1和图2所示，涂层材料104沿着细长主体102的一部分从紧固件100的第二端108设置。例如，涂层材料可以从第二端沿细长主体的长度的约1/3(如图1所示)至细长主体的长度的约2/3(如图2所示)设置。在某些实施例中，涂层材料104以约0.05g至约0.5g的量，诸如以约0.05g至约0.2g的量存在于紧固件主体上。在某些实施例中，紧固件是具有从细长主体的第二端延伸的螺纹的螺钉或螺栓，并且涂层材料设置成使得其覆盖全部或一部分螺纹。
另一方面，如图3、图4和图5A-5B所示，紧固件200包括细长的紧固件主体202，该细长的紧固件主体202具有形成紧固件的头部204的第一端和用于驱动到表面220中的相对的第二端206，且紧固件的外表面在第一端和第二端之间延伸。环210在紧固件200的头部204处或附近围绕细长紧固件主体的外表面的至少一部分。
在这些实施例中，环由合适的聚合物形成，该聚合物相对柔软并且具有低熔融温度，使得在将紧固件驱动到建筑面板或其他表面中时，环软化、扩散开并且压缩到由较硬的底部(例如，下面更详细描述的间隔件)形成和/或在紧固件的头部在紧固件与紧固件所进入的平面的表面之间的紧固件的头部周围形成的空间中。因此，当紧固件被驱动到建筑面板的表面中时，响应于沿着紧固件主体产生的热量，由环形成热致密封部，当紧固件主体穿透建筑面板时，环在紧固件头部和主体周围产生空气和水屏障。
在某些实施例中，环由熔融温度为约130°F至约325°F的聚合物形成。在一些实施例中，聚合物环由熔融温度为约130°F至约250°F的聚合物形成。例如，聚合物环由熔融温度为约140°F至约240°F的聚合物形成。例如，聚合物环可以由乙烯-乙酸乙烯酯、聚己内酯、聚氯乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙或其组合形成。在其它实施例中，环可以由低熔点金属合金形成。
确定通过使用传统装置将紧固件驱动到建筑面板中而产生的初级热量在约160°F的范围内。因此，在希望紧固件的典型驱动产生用于软化和熔化聚合物环的初级热量的实施例中，聚合物环应该至少部分地由熔融温度在该范围内或更低的聚合物形成。例如，具有低至约140°F至约150°F的熔融温度的乙烯-乙酸乙烯酯和/或聚己内酯可以用于形成聚合物环。
如果增加额外的热量，诸如通过使用替代紧固件驱动装置，其中产生增加的热量或者其中在驱动环之前环经历额外的加热，则热塑性塑料诸如聚氯乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯(例如，具有约220°F至约240°F的熔融温度)，和/或低熔点金属合金可以用于形成环。
在某些实施例中，如图3所示，细长紧固件主体202包括邻近紧固件头部204的锥形颈部208，并且聚合物环202设置在紧固件的颈部208和头部204的界面处。例如，聚合物环可以具有厚度和内径，使得它主要围绕紧固件的头部，主要围绕紧固件的颈部或柄部，或围绕紧固件的颈部和头部的界面。在某些实施例中，聚合物环具有内径，使得环在紧固件的头部处或附近贴合地配合在紧固件主体周围。在一些实施例中，紧固件可以被制造成具有预先施加到其上的聚合物环，或者紧固件和聚合物环可以单独提供，使得使用者在使用之前将聚合物环定位在紧固件上。
在一些实施例中，聚合物环的内径为约0.1英寸至约0.5英寸，例如约0.15英寸至约0.3英寸。在一些实施例中，聚合物环的外径至少与紧固件头部的外径一样大，例如从约0.2英寸至约1英寸，或从约0.3英寸至约0.5英寸。在一些实施例中，聚合物环的厚度为约0.004英寸至约0.2英寸，例如约0.004英寸至约0.044英寸。
在一个实施例中，紧固件是1-1/4”喇叭头螺钉，并且聚合物环的厚度为从0.004英寸至0.044英寸，内部为0.195英寸至0.030英寸，因此它紧密并且贴合地适配于螺钉头的底部。在一些实施例中，聚合物环的外径为约0.350英寸至1.0英寸并且大于被密封的螺钉头。
在某些实施例中，如图4所示，具有聚合物环210的紧固件还包括间隔件212，该间隔件212具有围绕中心孔的喇叭形主体以及第一端和第二相对端，其中中心孔被构造成通过其接收细长紧固件主体202的一部分，使得间隔件的第一端与聚合物环210相邻。例如，间隔件的中心孔的尺寸和形状可以设计成遵循细长紧固件主体的几何形状(例如，具有任何螺纹的细长主体的一部分，以及紧固件主体的颈部或柄部分，间隔件围绕这些部分)。
间隔件可以具有如美国专利No.7,866,931中所公开的某些特征，该专利通过引用结合到本文中。间隔件的设计和材料允许适当的深度和钻锥孔，从而防止螺钉在安装内部石膏墙板时被过度驱动。然而，仅间隔件不能提供密封，因为间隔件的刚性体不会压缩，从而导致通过穿透的螺钉泄漏。当诸如由壁架或横向载荷引起螺钉头移动(使用或测试)时尤其如此。
因此，紧固件可以包括与上述聚合物环结合的间隔件。例如，间隔件可以由诸如硬塑料(例如，聚碳酸酯)或金属的相对硬的材料制成，以允许穿透面板(例如，石膏面板)，并且使得它在驱动通过面板时不会变形并且保持其形状。在某些实施例中，间隔件由具有至少85A诸如至少100A的高成品肖氏硬度的材料形成。在一些实施例中，该材料的肖氏硬度为约85A至约100D。在某些实施例中，该材料具有高熔融温度，诸如至少550°F，因此该材料在安装紧固件时产生的热量下不会变形。在一些实施例中，该材料的熔融温度为约550°F至约700°F。
间隔件可以通过提供刚性表面来促进聚合物环的密封，聚合物环能够抵靠该刚性表面软化，展开并压缩到当通过驱动紧固件加热时由间隔件、在螺钉头周围和面板的垫表面周围产生的空间中。
在一个实施例中，紧固件是1-1/4”喇叭头螺钉，并且聚合物环的内径约0.265英寸，因此它捕获喇叭头螺钉的其中锥形变平的顶部，聚合物环的外径为0.320英寸至0.500英寸或更大，并且厚度为0.004英寸至0.20英寸，例如0.008英寸或更小，允许足够的材料在驱动螺钉时压缩和挤出，但不能太多，以至于环粘在面板表面上方，使间隔件破裂，或在边缘上升。
例如，具有如本文所述的聚合物环的紧固件提供优于用于屋顶和车床类型应用的通用“垫圈状”紧固件的优点，包括紧固件头部与护套面板的表面齐平的能力，预防过度驱动紧固件，和允许防水板/接缝容易安装在紧固件头部上并且不会影响密封能力。此外，通过齐平安装，这些安装的紧固件不会干扰窗户、门或成品包层安装。
安装紧固件的方法
还提供了安装本文所述的自密封紧固件的方法。这些方法可涉及本文所述的任何紧固件实施例及其特征。在某些实施例中，安装紧固件的方法包括将紧固件驱动到建筑面板中，使得涂层材料或聚合物环在建筑面板和细长主体的第一端之间形成防水密封。
在某些实施例中，细长紧固件主体的第一端和/或涂层材料或聚合物环在安装时基本上与建筑面板的表面齐平。在某些实施例中，建筑面板包括石膏面板。在一些实施例中，建筑面板和细长主体的第一端之间的防水密封部通过针对漏水的静水压头测试，如AATCC 127-2008所测量，这将在下面进一步详细描述。
建筑系统
还提供了包括本文所述的自密封紧固件和/或面板的建筑系统。在某些实施例中，如图9所示，建筑系统400包括至少一个建筑面板402和至少一个驱动通过建筑面板402的紧固件404，使得涂层材料或聚合物环在建筑面板402和细长主体的第一端之间形成防水密封。可以根据建筑面板的厚度和立柱的类型来选择紧固件类型和设计。
在某些实施例中，如上所述，建筑面板是具有防水空气阻隔性能的石膏护套面板，诸如美国申请号15/014,793、15/014,821和15/014,922中所述的那些建筑面板，例如包括石膏面板和自密封紧固件的系统具有集成的防水和空气阻隔性能。
在一些实施例中，建筑面板是石膏面板300，如图8所示，包括具有第一表面和第二相对表面的石膏芯301，以及与石膏芯301的第一表面相关联的第一玻璃纤维垫304，使得石膏芯的石膏穿透第一玻璃纤维垫304的至少一部分。为了便于说明，各个层在图中被示为单独的层。然而，应该理解，这些材料的重叠可以在它们的界面处发生。在一些实施例中，石膏芯301的石膏穿透第一玻璃纤维垫304的剩余部分，使得第一玻璃纤维垫304中的空隙基本上被消除，并且面板300的防水性进一步增强。例如，在一个实施例中，第一玻璃纤维垫304在与石膏芯301相对的表面上具有连续的屏蔽涂层306，连续的屏蔽涂层306穿透第一玻璃纤维垫304的一部分，以限定第一玻璃纤维垫304的剩余部分。也就是说，石膏芯301的石膏穿透第一玻璃纤维垫304的剩余纤维部分，使得第一玻璃纤维垫304中的空隙基本上被消除。
如本文所使用的，用语“使得玻璃纤维垫中的空隙基本上被消除”和类似的用语，指的是石膏芯的石膏浆料，并且因此是石膏芯的填充未被涂层材料填充的玻璃纤维垫的所有或几乎所有的间隙体积的凝固石膏。在某些实施例中，石膏芯的石膏填充涂覆的玻璃纤维垫的可用间隙体积的至少95％。在一些实施例中，石膏芯填充涂覆的玻璃纤维垫的可用间隙体积的至少98％。在进一步的实施例中，石膏芯填充涂覆的玻璃纤维垫的可用间隙体积的至少99％。其中石膏穿透垫使得垫中的空隙基本上被消除的这种面板，可以通过各种方法制造，如本文更详细地讨论的。例如，与玻璃纤维垫的未涂覆表面接触的石膏可以是疏水的或以其他方式化学改性以改善垫渗透，和/或可以使用机械手段来增强石膏浆料渗透到垫中。
在某些实施例中，由第一玻璃纤维垫304形成的面板300的第一表面307显示出至少90度的水接触角，2克或更小的Cobb表面吸水率测量值，或两者。在一些实施例中，面板的第一表面307显示1克或更小的Cobb表面吸水率测量值。因此，本文所述的面板可显示出优异的表面防水性或润湿性。如本文所使用，短语“水接触角”是指由与表面接触的液体形成的接触角。
在玻璃纤维垫304的外表面上的连续的屏蔽涂层306可以是本领域已知的任何合适的涂层。例如，涂层可包括粘合剂材料以及任选地填料。在某些实施例中，涂层含有的填料的量为约75重量％至约97重量％。例如，涂层可含有的填料的量约80重量％至约95重量％。在一个实施例中，垫涂层的基重为每100平方英尺玻璃纤维垫约3磅至约9磅固体。在一个实施例中，垫涂层的基重为每100平方英尺玻璃纤维垫约2磅至约8磅固体。在某些实施例中，粘合剂是聚合物材料。在某些实施例中，第一和/或第二玻璃纤维垫上的涂层是含有至少一种无机填料的胶乳丙烯酸聚合物。
在某些实施例中，垫是非织造玻璃纤维垫。例如，玻璃纤维的平均直径可为约10微米至约17微米，并且平均长度为约1/4英寸至约1英寸。例如，玻璃纤维的平均直径可以为13微米(即，K纤维)，并且平均长度为3/4英寸。在某些实施例中，非织造玻璃纤维垫的基重为每100平方英尺垫约1.5磅至约3.5磅。垫可各自具有约20密耳至约35密耳的厚度。纤维可以通过合适的粘合剂粘合在一起以形成整体垫结构。例如，粘合剂可以是脲-甲醛树脂粘合剂，任选地用热塑性增量剂或交联剂改性，诸如丙烯酸交联剂，或丙烯酸酯粘合剂树脂。
此外，尽管通常参考玻璃纤维垫来描述本公开的实施例，但是应当理解，包括其他纤维垫材料的其他垫材料也可以用于本发明的面板中。例如，可以使用本领域已知的纸垫面。在某些实施例中，非织造纤维垫由纤维材料形成，所述纤维材料能够通过纤维垫的间隙和芯材料的部分之间的机械类似的互锁而与建筑面板芯的材料形成牢固的结合。用于非织造垫的纤维材料的示例包括矿物型材料，诸如玻璃纤维、合成树脂纤维、以及它们的混合物或共混物。可以使用短切原丝和连续线。
在某些实施例中，如图8所示，石膏芯301包括两个或更多个石膏层302、308。例如，石膏芯可包括具有不同成分的各种石膏层。在一些实施例中，与玻璃纤维垫304接触的第一石膏层302(即，与涂层材料形成界面并且至少部分地穿透第一玻璃纤维垫的剩余纤维部分的层)是板岩涂层。在一些实施例中，第一石膏层302的存在量为石膏芯301的约5重量％至约20重量％。
石膏芯的层可以类似于在诸如石膏墙板、干墙、石膏板、石膏板条和石膏护套的其它石膏产品中使用的石膏芯。例如，石膏芯可以通过将水与粉末状无水硫酸钙或硫酸钙半水合物(也称为煅烧石膏)混合以形成含水石膏浆料，然后使浆料混合物水合或凝固成二水合硫酸钙(一种比较硬的材料)而形成。在某些实施例中，石膏芯包含约80重量％或更高的凝固石膏(即，完全水合的硫酸钙)。例如，石膏芯可包含约85重量％的凝固石膏。在一些实施例中，石膏芯包含约95重量％的凝固石膏。石膏芯还可包括各种添加剂，诸如促进剂、缓凝剂、发泡剂和分散剂。
在某些实施例中，石膏芯的一个或多个层还包括增强纤维，例如，短切玻璃纤维。例如，石膏芯或其任何层可包括每100平方英尺面板达约0.6磅的增强纤维。例如，石膏芯或其层可包括每100平方英尺面板约0.3磅的增强纤维。增强纤维的直径可以在约10微米和约17微米之间，并且长度在约6.35毫米和约12.7毫米之间。
在某些实施例中，面板的厚度为约1/4英寸至约1英寸。例如，面板可具有约1/2英寸至约5/8英寸的厚度。
通过最大化石膏浆料渗透到接收石膏的玻璃纤维垫的侧面，在成品板的玻璃垫内的垫涂层下的水的移动在暴露于体积水头压力时可以大量充分地减少，而不会显著改变成品板的水蒸气透过率(即，干燥能力)。因此，本文公开的石膏面板可具有一种或多种改进的防水阻隔性能。因此，当与本文所述的自密封紧固件结合使用时，面板和紧固件系统提供防水空气屏障，而不需要在安装的紧固件上施加额外的密封材料，从而显著减少了安装劳动力和材料。
在某些实施例中，如图9所示，建筑系统400还包括框架构件(例如，木质或金属立柱)406，其中建筑面板402通过至少一个紧固件404附接到框架构件406，使得至少一个紧固件404穿透建筑面板402和框架构件406的至少一部分。例如，如图3和图4所示，建筑系统包括框架构件(例如，木质或金属立柱)224，其中建筑面板(例如，面向石膏护套面板的1/2英寸或2/3英寸玻璃垫)222通过至少一个紧固件附接到框架构件224，使得至少一个紧固件穿透建筑面板222和框架构件224的至少一部分。如图所示，在某些实施例中，细长紧固件主体202的第一端(例如，头部)204基本上与建筑面板222的表面齐平。如本文所用，术语“基本上齐平”是指紧固件头部或聚合物环和建筑面板表面之间的高度差约为0.030英寸或更小。
在某些实施例中，如图4所示，紧固件还包括间隔件212，间隔件212具有围绕中心孔的喇叭形主体，并且具有第一端和第二相对端，其中中心孔接收穿过其中的细长紧固件主体的一部分，使得间隔件212的第一端与聚合物环210相邻，并且间隔件的长度基本上类似于至少一个建筑面板222的厚度。
在一个实施例中，如图4所示，间隔件212的尺寸与聚合物环210齐平(这里示出了螺钉在其颈部的外径和间隔件的内径为约0.338英寸)并且向下渐缩到紧固件的细长主体202的螺纹(这里示出了在螺纹处螺钉的细长主体的外径和间隔件的内径为约0.249英寸)。在一些实施例中，间隔件212的总长度是紧固件头部204唇部深度减去面板222的厚度。因此，对于与1-1/4英寸喇叭头螺钉一起使用的5/8英寸护套面板，总间隔件长度约为0.564英寸。对于与1-1/4英寸喇叭头螺钉一起使用的1/2英寸护套面板，总间隔件长度约为0.439英寸。在某些实施例中，间隔件212的中心孔遵循紧固件头部204的几何结构、锥形柄和在合理的公差范围内的螺纹。间隔件212的总体轮廓可以包括从螺钉螺纹到邻近聚合物环210的顶部的逐渐变细。当安装具有空间的紧固件时，这允许更容易地插入面板表面。与聚合物环210相邻的间隔件212的顶部区域可以具有较小的锥度或者可以是相对直的。
在另一方面，如图9所示，建筑系统400包括：至少两个建筑面板402，其是石膏面板；以及接缝部件410，其被构造成在至少两个石膏面板402之间的界面处提供接缝。在某些实施例中，接缝部件是胶带或施加液体的防水材料。
自密封建筑面板和方法
还提供了具有自密封特征的建筑面板。在某些实施例中，如图10所示，建筑面板500包括具有第一表面和第二相对表面的板芯，与板芯的第一表面相关联以及形成板的外表面501的垫，以及设置在面板500的外表面501上的至少一个涂层材料点502。例如，图8中示出了合适的建筑面板，其示出了石膏面板300，包括具有第一表面和第二相对表面的石膏芯301，以及与石膏芯301的第一表面相关联的第一玻璃纤维垫304，使得石膏芯的石膏至少渗透第一玻璃纤维垫304的一部分。
如本文所使用，术语“点”是指涂覆在面板的外表面的区域处并且仅在面板的外表面的相对小的部分上延伸的涂层材料的量。点可以是任何合适的尺寸、形状和体积的粘合剂，如下面更详细地讨论的。
在一些实施例中，建筑面板500包括网格，该网格包含设置在面板500的外表面501上的多个涂层材料点502。例如，多个点可以彼此等距间隔开并且以一系列行和/或列提供。在一些实施例中，成列的点根据标准立柱间距参数间隔开，使得点与具有标准间隔的立柱对齐。提供指示紧固件应该被驱动通过面板的位置的预间隔的紧固网格有利地节省了时间，因为安装者不需要在面板上进行划线，同时还提供紧固件密封性能，这进一步节省时间并减少劳动力和材料。在一些实施例中，每个点包含的涂层材料的量为约0.05g至约0.5g，例如约0.05g至约0.2g。
有利地，用于在护套的表面上形成紧固件网格的涂层材料在高剪切速率下可具有非常低的粘度，使得当紧固件由螺旋枪(其以大约4000转/分钟的高转速运转)或类似工具驱动时，来自面板的涂层材料覆盖紧固件并且具有流动并且涂覆整个柄部区域直至埋头孔的趋势。以这种方式，紧固件与表面齐平并且不会干扰整体式液体接头或胶带处理或外部包层。
在一些实施例中，在1000Hz的剪切速率和150°F的温度下测量时，涂层材料显示出小于1Pa·s的粘度。在一些实施例中，在1000Hz的剪切速率和150°F的温度下测量时，涂层材料显示出小于1×10-3Pa·s的粘度。在一些实施例中，在1000Hz的剪切速率和150°F的温度下测量时，涂层材料显示出小于2×10-5Pa·s的粘度。在一些实施例中，在1000Hz的剪切速率和150°F的温度下测量时，涂层材料可显示约1Pa·s至约1×10-7Pa·s的粘度。
在一些实施例中，涂料含有合适的压敏热熔体。在某些实施例中，压敏热熔体的熔融温度为至少330°F。在一些实施例中，压敏热熔体的熔融温度为330°F至500°F。
例如，压敏热熔体可以是选自由苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丙烯粘合剂、乙烯-乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚烯烃、聚丁烯-1、无定形聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氨酯(包括反应性或热塑性聚氨酯)、聚己内酯、聚碳酸酯、含氟聚合物、硅橡胶和热塑性弹性体组成的组的聚合物。在一些实施例中，压敏热熔体包括聚合物和选自由增粘树脂、蜡、增塑剂、UV稳定剂及其组合组成的组的添加剂。
可以在护套生产或玻璃纤维垫网生产期间通过自动气动枪、自动电动枪、喷射、接触轮或工业上已知的任何其他应用方法来涂覆点。一旦涂覆，涂层材料的粘着性或表面粘性应选择得足够低，以使其不会阻塞或将面板粘在一起。聚合物选择、增粘剂树脂、共聚物、结晶度、添加剂等都可以影响表面粘性。
在某些实施例中，安装紧固件的方法包括驱动合适的紧固件(其不需要具有任何涂层材料或聚合物环)穿过至少一个涂层材料点并且进入建筑面板中，使得涂层材料在紧固件和建筑面板之间形成防水密封部。如上所述，在一些实施例中，细长紧固件主体的第一端在安装时基本上与建筑面板的外表面齐平。
在某些实施例中，建筑系统包括至少一个建筑面板，该建筑面板具有涂层材料点和至少一个紧固件，所述紧固件驱动穿过所述至少一个涂层材料点并且进入建筑面板中，使得涂层材料形成紧固件和建筑面板之间防水密封部。在一些实施例中，该系统还包括框架构件，其中至少一个建筑面板通过至少一个紧固件附接到框架构件，其中至少一个紧固件穿透建筑面板和框架构件的至少一部分。在某些实施例中，该系统还包括接缝部件(例如，胶带或施加液体的防水材料)，该接缝部件被构造成在至少两个石膏面板之间的界面处提供接缝。
防水空气屏障系统
目前公开的建筑系统(例如，具有自密封点的面板与传统紧固件相结合的系统或具有自密封紧固件的面板系统)有利地提供了改进的防水空气屏障系统，而无需人们用液体或其他密封剂对安装紧固件头部进行点封。
如下面将进一步详细描述的，在某些实施例中，在不存在涂覆到至少一个紧固件的液体或其他密封剂的情况下，本文所描述的建筑系统(i)通过静水压头试验以防止漏水，如通过AATCC 127-2008测量，(ii)在符合ASTM E2357程序A，ASTM E72和限制环境条件的测试方法后，当根据ICC评估服务验收标准212第4节测量时，显示没有漏水，以及/或(iii)当在2.86psf的空气压力下根据ASTM E331壁组件测试测量时，显示没有漏水。ASTM E331是一种8英尺x 8英尺的墙壁装配测试，其中墙壁安装在腔体的前部中，并且墙壁的后部密封在腔体中。在护套上方的墙壁的外表面上喷水，同时在组件的背面抽真空。故障将导致泄漏到组件的后部。测试时间为15分钟至4小时，负空气压力为1.64psf至6.24psf或更高，喷水速度为每分钟8加仑。通过紧固件的漏水也可以通过直立的水头直接在紧固件上测量一段标准时间。水头可以是1/2英寸到22英寸，时间长度为2小时，并且最长可达24小时。故障将导致水通过螺钉头部泄漏到护套的下侧。可以进行重量变化的重力测量，如下面的实施例中所述。
在某些实施例中，应用包括胶带或粘合材料的接缝部件来处理潜在的水和空气侵入区域，例如接缝、门/窗开口，屋顶/墙壁接口和墙/地基接口，但不应用于紧固件穿透。例如，接缝部件可以是包括溶剂丙烯酸粘合剂的胶带，具有带有丁基橡胶粘合剂的聚乙烯顶层的胶带，具有带有丁基橡胶粘合剂的铝箔顶层的胶带，具有带有丁基橡胶粘合剂的EPDM顶层的胶带，具有带有橡胶沥青粘合剂的聚乙烯顶层的胶带，或具有带有橡胶沥青粘合剂的铝箔顶层的胶带。例如，接缝部件可以是粘合材料，诸如合成灰泥灰浆，水泥灰浆，合成丙烯酸脂类，填砂丙烯酸脂类，溶剂基丙烯酸脂类，溶剂基丁基合成橡胶，多硫化物，聚氨酯，硅树脂，甲硅烷基改性聚合物，水基乳胶，EVA乳胶或丙烯酸乳胶。这样，当建筑护套面板与除紧固件穿透之外的潜在侵入区域中的合适的接缝部件组合使用时，产生有效的防水和/或空气屏障包络。
这种建筑系统可以有利地通过防水和空气屏障系统性能所需的任何或所有ICC-ES测试。例如，护套系统可以通过标注日期为2015年2月的用于用作外护套上的防水屏障的防水涂层的ICC-ES验收标准的第4.1节、第4.2节、第4.3节、第4.4节、第4.7节和/或第4.8节(ICC评估服务验收标准212)。例如，系统可以通过标注日期为2008年5月并且于2013年6月修订的用于粘结到用作防水屏障的木质结构护套的防水膜工厂的ICC-ES验收标准的第4.5节(ICC评估服务验收标准310)。
在某些实施例中，当根据ICC评估服务验收标准212第4节测量时，包括至少两个石膏面板、紧固件和接缝部件的建筑系统显示不漏水。该测试使用8’×8’的墙壁组件，其用多个石膏面板构建，并且具有两个垂直接缝处理和一个具有接缝部件的水平接头处理(如本文更详细描述的)和用接缝部件进行的防水处理。墙体经受ASTM E2357(程序A)的10次正向横向载荷循环，经受ASTM E72的横向扭变载荷，以在压紧的状态下获得1/8英寸的净挠度，然后经受如AC 212的4.7.3节所述限制环境调节循环持续两周。因此，在一些实施例中，在经历ASTM E2357程序A，ASTM E72和受约束的环境调节的测试方法之后，当根据ICC评估服务验收标准212，第4节测量时，建筑物护套系统显示不漏水。然后在ASTM E 331水渗透中测试循环壁，每分钟喷水至少8加仑水，空气压差为2.86psf，并且导致面板区域内部没有泄漏或没有护套或接缝部件的开裂。
因此，在一些实施例中，当根据ASTM E331壁组件测试在2.86psf的空气压力和/或8.58psf的空气压力下测量时，建筑系统显示不漏水。ASTM E331测试可以是在结构测试和/或包括建筑物过渡、开口和渗透的测试之后的水喷雾。除了ASTM E 331之外，其他合适的测试还可以被替代，诸如使用喷射或充满墙壁暴露侧的腔室或旋转以接收体积水并在内腔内部产生负气压差的腔室的测试，以便暴露泄漏。这可包括但不限于ASTM E547、ASTM D5957、AAMA 501或现场测试设备，诸如ASTM E1105。因此，本文所述的建筑护套系统可以通过前述测试的任何组合。
在某些实施例中，当根据ASTM E2178测量时，建筑系统在75Pa或更低时显示0.02L/sm2的空气穿透阻力。在某些实施例中，当根据ASTM E2178测量时，护套系统在300Pa或更低时显示0.02L/sm2的空气穿透阻力。
在某些实施例中，当使用接缝部件密封接缝、窗口、导管渗透部、管道渗透部、外部接线盒和砖石结构准备8’×8’的墙壁时，当根据针对不透明壁和具有渗透力的壁两者的ASTM E2357空气屏障组装测试测量时，建筑系统在1.57lbs/ft2(75Pa)下显示小于0.04cfm/ft2的渗出和渗入空气泄漏率。。在一些实施例中，ASTM E2357壁组件在暴露于针对持续、循环和阵风荷载的Q10>0.20kPa压力设计值风载荷后，在6.27lbs/ft2(300Pa)下显示出小于0.04cfm/ft2的空气泄漏渗入和渗出率。在某些实施例中，当根据ASTM E2357空气屏障组装测试对不透明的墙壁和具有渗透力的墙壁两者进行测量时，建筑物护套系统在1.57lbs/ft2(75Pa)下显示出小于0.02cfm/ft2的空气泄漏渗入和渗出率。除ASTM E 2357外，还可以使用其他测试来量化该范围内的空气泄漏，包括ASTM E283，ASTM E2319，ASTME1424，ASTM E283，ASTM E1424或类似的测试方法。此外，还可以使用相关的现场测试来测试压力差，在该范围内，例如ASTM E783或相关的鼓风机门设备测试。因此，这里描述的建筑系统可以通过前述测试的任何组合。
在一些实施例中，如根据AATCC 127-2008所测量，该系统通过静水压头试验以防止漏水。在某些实施例中，建筑护套系统直接在至少两个石膏面板和接缝部件的界面上通过用于22英寸水头(114psf水压)的AATCC静水压头测试方法127-2008，5个之后小时没有泄漏。除了静水压头压力外，其他类似的测试可用于评估0.32英寸水头压力(1.67psf)至44英寸水头压力(228psf)范围内的体积水阻力。这可能包括但不限于其他水头测试(诸如ASTME2140)，积水测试，cobb测试(诸如ASTM C473，ASTM D 3285，ASTM D 5795，ASTM D7433，ASTM D7281)或由真空或负压差辅助的腔室测试。因此，这里描述的建筑系统可以通过前述测试的任何组合。
在某些实施例中，该系统通过AC310-2008，其测试防水膜和阻挡层。在一些实施例中，该系统通过用于施加液体的防水的AAMA714标准。
在某些实施例中，该系统具有至少10(根据ASTM E96湿杯法的英寸单位)的水蒸气渗透率。在某些实施例中，该系统具有至少20(根据ASTM E96湿杯法的英寸单位)的水蒸气渗透率。
如下所述，构造并测试了本文公开的自密封紧固件和建筑面板的实施例。
示例1
图1和图2中所图示的喇叭头螺钉(1-5/8”Grip Rite Prime guard外部喇叭头螺钉)用各种涂料(例如，热熔体)处理。从包括
Figure BDA0002589741010000201
81866的预筛选运用中选择四种热熔体，其为苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物(可从H.B.Fuller获得)，
Figure BDA0002589741010000202
熔体82674(可从H.B.Fuller获得)，HL-6281-XZP(可从H.B.Fuller获得)和HL-1719-X ZP(可从H.B.Fuller获得)。根据相对性质预先筛选和选择热熔体，包括室温下的伸长率，静态剪切强度，粘性和熔融温度下的粘度。此外，关键测定是通过观察粘合剂在被驱入护套后如何保留在螺旋面上而作出的。
使用Nordson Mini Squirt热熔涂覆器在370°F下将热熔体涂覆到螺钉上至单个热熔线中的压舌板上。然后将喇叭头螺钉在单次通过中在线上滚动，在螺钉螺纹上拾取热熔体。如图1所示，处理螺钉螺纹的下三分之一，在该点附近的螺钉底部约1/2英寸处，或如图1所示，处理螺钉的大约三分之二，其为大约1英寸。用于八种测试条件的粘合剂和量示于下表1中。
实验1：螺钉处理
Figure BDA0002589741010000203
Figure BDA0002589741010000211
表1：示例1的粘合剂参数
通过驱动螺钉穿过5/8”DensElementTM护套(可从Georgia-Pacific获得)到下面的黄松2”×4”木质立柱中，针对每个测试条件制备三个测试样品。制作两个参照物，没有螺钉的条件B和用未经处理的喇叭头螺钉的条件F。使用具有深度灵敏的测头管壳的DewaltDW252 6安培电动干墙螺丝刀，并且深度已预先设定，因此所有螺钉头都与表面齐平地驱动。然后将4.5英寸内径的PVC管用硅胶直接粘在面上，并且居中在驱动螺钉上。将样品在70°F和50％相对湿度下24小时调节至恒重。然后用11英寸水填充管并将管静置24小时。此后，将水倒空，将样品吸干并重新称重。计算增重百分比，并将这些结果显示在图6中。
如从图中可以看出，用
Figure BDA0002589741010000212
81866(A)处理的螺钉和含有81866和另一种热熔体(C)的混合物具有最低的总增重百分比。这两个条件在不含螺钉(B)的对照样品的增重百分比方面没有统计学差异。在拆卸螺钉时也观察到螺孔没有受潮。
热熔体82674(D)也获得了良好的结果，虽然重量增加了一点点，但没有显示螺孔中的任何湿度观察结果。包含81866、81866混合物和82673的所有3组在统计学上优于未处理的喇叭头螺钉(F)。当取下螺钉时，未经处理的螺钉也显示出潮湿。
因此，确定用于涂覆该实施例的螺纹的优选涂层材料是在高剪切速率下具有高伸长率和非常低粘度的材料，例如Swift 81866或
Figure BDA0002589741010000213
熔体82674，如以上所解释。为了在高剪切速率下量化粘度，使用平行板流变仪。通过加热至120℃(热熔应用温度)将两个扁平铝板胶合在一起。然后将温度降至65℃(150℉)。选择该温度以模拟通过驱动螺钉所经历的相对摩擦温度。然后将板沿相反的方向以非常高和非常低的速率旋转。测试表明，在非常高的剪切速率(1000Hz或60,000rpm)下，发现优选的热熔体(
Figure BDA0002589741010000214
81866和
Figure BDA0002589741010000215
熔体82674)具有1.83E-05至3.50E-06Pa·s的极低的无限粘度。
类似地，这种机制也用热熔涂覆的螺纹证明，其具有在高剪切速率下流动的趋势。如果测试的典型热熔体可以被完全测量，那么在这些高剪切速率下测试的典型热熔体具有>7,000Pa·s的粘度。仅在高剪切速率下，在标准粘合剂的低剪切速率下粘度也没有差异。
此外，发现优选的热熔体不会因驱动螺钉产生的摩擦热而熔化，该应用温度/熔点>330°F。这是优选的，因为石膏护套通常用于需要耐火性的应用中。
实施例2
如上所述并且如图5A-5B所示的间隔件用埋头颈部周围的热熔体Swift81866处理。将间隔件安装在喇叭头螺钉上，如表2中的条件“J”所示。
实验2：螺钉处理
Figure BDA0002589741010000221
表2：示例2的实验参数
通过驱动螺钉穿过5/8”DensElementTM护套到下面的黄松2”×4”木质立柱中，为每个测试条件制备三个测试样品。然后将4.5英寸内径的PVC管用硅胶直接粘在面上，并且居中在驱动螺钉上。将样品在70°F和50％相对湿度下24小时调节至恒重。然后用11英寸水填充管并将管静置24小时。此后，将水倒空，将样品吸干并重新称重。计算增重百分比，并且将这些结果显示在图7中。
如图中所示，间隔件在埋头孔颈部周围用81866热熔处理来处理，并且显示出比单独穿透螺钉更低的结果并且在没有螺钉的情况下靠近对照物。据信结果高于示例1，因为还没有处理过螺纹。
示例3
进行时间运动研究以确定与所公开的自密封紧固件结合护套屏障系统与结合市售替代品相关的时间节省。具体地说，建造了一个三层高的商业建筑，其高度为28英尺，总墙长为88英尺，并且总共有2,464平方英尺的护套外墙区域。该建筑包括12个窗口和两个门洞以及外部和内部角落的组合，以复制真实的商业建筑设置。经验丰富的水和空气屏障安装人员在建筑物的一半上安装了四个不同的屏障系统，包括适用于无法兰商业门窗的门窗防水板(即，带有一扇门和六个窗口的约为1,126净平方英尺的护套区域)，根据制造商的无法兰窗安装指南，包括使用涂有流体的密封剂或防水胶带涂在内门和窗口上。
第一系统包括用气动盖吻合器紧固到护套面板的建筑覆盖物。所有覆盖物缝都重叠并且用2.5英寸胶带密封。所有窗口和门洞均采用6英寸自粘式防水板。总安装时间为8小时31分钟。第二系统包括通过流体枪涂覆到护套系统的紧固件头部和面板接缝上的流体密封剂，通过流体枪施加以完全遮挡一个门洞和六个窗口的流体密封剂，以及通过辊涂覆到护套面板的整个外表面上的流体密封剂。总安装时间为10小时41分钟。
第三和第四系统包括防水空气阻隔石膏护套面板。在第三系统中，将4英寸自粘防水板施加到护套接缝和角部，将流体密封剂涂覆到紧固件头部，并且将6英寸自粘防水板施加到所有窗口和门洞。总安装时间为6小时22分钟。在第四系统中，将流体密封剂涂覆到所有紧固件头部、接缝和门洞/窗口。总安装时间为6小时26分钟。因此，与已知的商业建筑覆盖物和流体密封剂系统相比，完成安装包括本文公开的防水空气屏障护套面板的护套系统的劳动时间明显减少。然而，据观察，在第三和第四系统中，将流体密封剂涂覆到紧固件头部的过程花费了总安装时间的至少60分钟，占总安装时间的大于15％。
本公开的紧固件和面板完全消除了对流体或其他紧固件密封剂的需要，从而进一步减少了包括防水空气屏障护套面板的护套系统的安装时间。例如，与用流体密封剂进行点封的传统紧固件相比，本文公开的自密封紧固件和面板可以使安装时间减少大于15％。有利地，这些紧固件和建筑面板消除了用液体密封剂或其它外部密封装置对紧固件进行点封的需要，并且减小了液体渗透到用这些紧固件和建筑面板形成的包层系统(即，建筑系统)中的可能性。因此，与传统的水和空气屏障系统相比，这些自密封紧固件和建筑面板允许更快地安装建筑系统和节省材料。
虽然已经参考多个实施例描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，本发明不限于这些公开的实施例。相反，可以修改本发明以结合本文未描述但与本发明的精神和范围相应的任何数量的变化、改变、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应该理解，本发明的各方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受前述描述的限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (57)

1.一种建筑面板，包括：
面板芯，其具有第一表面和相对的第二表面；
垫，其与所述面板芯的所述第一表面相关联，并且形成所述面板的外表面；和
至少一个涂层材料点，其设置在所述面板的所述外表面上，
其中在1000Hz的剪切速率和150°F的温度下测量时，所述涂层材料显示小于1Pa·s的粘度。
2.根据权利要求1所述的建筑面板，其中在1000Hz的剪切速率和150°F的温度下测量时，所述涂层材料显示小于1×10-3Pa·s的粘度。
3.根据权利要求1所述的建筑面板，其中在1000Hz的剪切速率和150°F的温度下测量时，所述涂层材料显示小于2×10-5Pa·s的粘度。
4.根据权利要求1所述的建筑面板，其中所述涂层材料包括压敏热熔体。
5.根据权利要求4所述的建筑面板，其中所述压敏热熔体包括选自由苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丙烯粘合剂、乙烯-乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚烯烃、聚丁烯-1、无定形聚烯烃、聚酰胺、聚酯、包括反应性或热塑性聚氨酯的聚氨酯、聚己内酯、聚碳酸酯、含氟聚合物、硅橡胶和热塑性弹性体组成的组的聚合物。
6.根据权利要求4所述的建筑面板，其中所述压敏热熔体包括聚合物和选自由增粘树脂、蜡、增塑剂、UV稳定剂及其组合组成的组的添加剂。
7.根据权利要求4所述的建筑面板，其中所述压敏热熔体的熔融温度为至少330°F。
8.根据权利要求1所述的建筑面板，其中每个点包含的所述涂层材料的量为约0.05g至约0.5g。
9.根据权利要求1所述的建筑面板，其中每个点包含的所述涂层材料的量为约0.05g至约0.2g。
10.根据权利要求1所述的建筑面板，其中所述建筑面板包括设置在所述面板的所述外表面上的多个所述涂层材料点的网格。
11.根据权利要求1所述的建筑面板，其中所述建筑面板是石膏面板，其中所述面板芯包括石膏，并且所述垫是玻璃纤维垫，其中所述石膏芯的石膏穿透所述第一玻璃纤维垫的剩余部分，使得所述第一玻璃纤维垫中的空隙基本上被消除。
12.一种制造如权利要求1至11中任一项所述的建筑面板的方法，所述方法包括：
将所述至少一个涂层材料点涂覆到所述垫的表面上。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述垫与所述面板芯相关联之后，将所述至少一个涂层材料点涂覆到所述垫的所述表面上。
14.根据权利要求12所述的方法，其中在所述垫与所述板芯相关联之前，将所述至少一个涂层材料点涂覆到所述垫的表面上。
15.根据权利要求12所述的方法，其中通过自动气动枪、自动电动枪、喷射器或接触轮将所述至少一个涂层材料点涂覆到所述表面上。
16.一种安装紧固件的方法，包括：
驱动紧固件通过所述至少一个涂层材料点并且进入根据权利要求1至11中任一项所述的建筑面板，使得所述涂层材料在所述紧固件和所述建筑面板之间形成防水密封部。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述紧固件是螺钉、销或钉。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述紧固件包括细长紧固件主体，所述紧固件主体具有第一端和相对的第二端，并且在安装时所述细长紧固件主体的第一端与所述建筑面板的外表面基本齐平。
19.根据权利要求16所述的方法，其中如根据AATCC 127-2008所测量，所述防水密封部通过针对漏水的静水压头测试。
20.一种建筑系统，包括：
至少一个根据权利要求1至11中任一项所述的建筑面板；和
至少一个紧固件，其被驱动穿过所述至少一个涂层材料点并且进入所述建筑面板，使得所述涂层材料在所述紧固件和所述建筑面板之间形成防水密封部。
21.根据权利要求20所述的建筑系统，还包括框架构件，其中所述至少一个建筑面板通过所述至少一个紧固件附接到所述框架构件，其中所述至少一个紧固件穿透所述建筑面板和所述框架构件的至少一部分。
22.根据权利要求20所述的建筑系统，其中，所述紧固件包括细长紧固件主体，所述紧固件主体具有第一端和相对的第二端，并且所述细长紧固件主体的第一端与所述建筑面板的外表面基本上齐平。
23.根据权利要求20所述的建筑系统，其中所述至少一个建筑面板是石膏面板，其中所述面板芯包括石膏，并且所述垫是玻璃纤维垫，其中所述石膏芯的石膏穿透所述第一玻璃纤维垫的剩余部分，使得所述第一玻璃纤维垫中的空隙基本上被消除。
24.根据权利要求23所述的建筑系统，其中所述玻璃纤维垫在与所述石膏芯相对的表面上具有连续的屏蔽涂层，所述连续的屏蔽涂层穿透所述第一玻璃纤维垫的一部分以限定所述第一玻璃纤维垫的剩余部分。
25.根据权利要求20所述的建筑系统，其中，所述系统包括：
至少两块建筑面板，其为石膏面板；和
接缝部件，其被构造成在至少两个所述石膏面板之间的界面处提供接缝。
26.根据权利要求25所述的建筑系统，其中，所述接缝部件包括胶带或施加液体的防水材料。
27.根据权利要求25所述的建筑系统，其中，在没有涂覆到所述至少一个紧固件的液体密封剂的情况下，所述建筑系统：(i)如根据AATCC 127-2008所测量，通过针对漏水的静水压头测试，(ii)在经过ASTM E2357程序A、ASTM E72和限制性环境调节的测试方法后，根据ICC评估服务验收标准212第4节测量时，显示没有漏水，和/或(iii)当根据ASTM E331壁组件测试在2.86psf的空气压力下测量时显示没有漏水。
28.一种紧固件，包括：
细长紧固件主体，其具有形成紧固件的头部的第一端和用于驱动到表面中的相对的第二端，其外表面在第一端和第二端之间延伸；和
聚合物环，其在所述紧固件的头部处或附近围绕所述细长紧固件主体的外表面的至少一部分，
其中所述聚合物环由熔融温度为约130°F至约325°F的聚合物形成。
29.根据权利要求28所述的紧固件，其中所述细长紧固件主体还包括邻近所述紧固件的头部的锥形颈部，并且所述聚合物环设置在所述紧固件的所述颈部和所述头部的界面处。
30.根据权利要求28所述的紧固件，其中所述聚合物选自由乙烯-乙酸乙烯酯、聚己内酯、低密度聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯组成的组。
31.根据权利要求28所述的紧固件，其中所述聚合物环具有内径，使得所述环在所述紧固件的头部处或附近紧密地配合在所述紧固件主体周围。
32.根据权利要求28所述的紧固件，其中所述聚合物环的内径为约0.1英寸至约0.5英寸。
33.根据权利要求28所述的紧固件，其中所述聚合物环的内径为约0.15英寸至约0.3英寸。
34.根据权利要求28所述的紧固件，其中所述聚合物环的外径至少与所述紧固件的所述头部的外径一样大。
35.根据权利要求28所述的紧固件，其中所述聚合物环的外径为约0.2英寸至约1英寸。
36.根据权利要求28所述的紧固件，其中所述聚合物环的外径为约0.3英寸至约0.5英寸。
37.根据权利要求28所述的紧固件，其中所述聚合物环的厚度为约0.004英寸至约0.2英寸。
38.根据权利要求28所述的紧固件，其中所述聚合物环的厚度为约0.004英寸至约0.044英寸。
39.根据权利要求28所述的紧固件，还包括间隔件，所述间隔件包括围绕中心孔并且具有第一端和相对的第二端的喇叭形主体，其中所述中心孔被构造成接收穿过其中的所述细长紧固件主体的一部分，使得所述间隔件的第一端与所述聚合物环相邻。
40.根据权利要求39所述的紧固件，其中所述间隔件的所述中心孔的尺寸和形状设计成遵循所述细长紧固件主体的几何形状。
41.根据权利要求39所述的紧固件，其中所述间隔件包括肖氏硬度为至少85A的材料。
42.根据权利要求39所述的紧固件，其中所述间隔件包括肖氏硬度为至少100A的材料。
43.根据权利要求39所述的紧固件，其中所述间隔件包括熔融温度为至少550°F的材料。
44.根据权利要求39所述的紧固件，其中所述间隔件由塑料或金属形成。
45.一种安装紧固件的方法，包括：
将根据权利要求28-44中任一项的紧固件驱动到建筑面板中，使得所述聚合物环的聚合物软化并且变形，以在所述建筑面板和所述细长主体的所述第一端之间形成防水密封部。
46.根据权利要求45所述的方法，其中在安装时所述细长紧固件主体的所述第一端与所述建筑面板的表面基本上齐平。
47.根据权利要求45所述的方法，其中所述建筑面板包括石膏面板。
48.根据权利要求45所述的方法，其中如根据AATCC 127-2008所测量，所述防水密封部通过针对漏水的静水压头测试。
49.一种建筑系统，包括：
至少一个建筑面板；和
根据权利要求28至44中任一项所述的至少一个紧固件，其被驱动通过所述建筑面板，使得所述聚合物环的聚合物在所述建筑面板和所述细长主体的所述第一端之间形成防水密封部。
50.根据权利要求49所述的建筑系统，还包括框架构件，其中所述至少一个建筑面板通过所述至少一个紧固件附接到所述框架构件，其中所述至少一个紧固件穿透所述建筑面板和所述框架构件的至少一部分。
51.根据权利要求49所述的建筑系统，其中所述细长紧固件主体的所述第一端与所述建筑面板的表面基本上齐平。
52.根据权利要求49所述的建筑系统，其中所述至少一个建筑面板是石膏面板，其包括：
石膏芯，其具有第一表面和相对的第二表面；和
第一玻璃纤维垫，其与所述石膏芯的所述第一表面相关联，
其中所述石膏芯的石膏渗透所述第一玻璃纤维垫的剩余部分，使得所述第一玻璃纤维垫中的空隙基本上被消除。
53.根据权利要求52所述的建筑系统，其中所述第一玻璃纤维垫在与所述石膏芯相对的表面上具有连续的屏蔽涂层，所述连续的屏蔽涂层穿透所述第一玻璃纤维垫的一部分以限定所述第一玻璃纤维垫的剩余部分。
54.根据权利要求49所述的建筑系统，其中，所述系统包括：
至少两块建筑面板，其为石膏面板；和
接缝部件，其被构造成在至少两个所述石膏面板之间的界面处提供接缝。
55.根据权利要求54所述的建筑系统，其中所述接缝部件包括胶带或施加液体的防水材料。
56.根据权利要求55所述的建筑系统，其中在没有涂覆到所述至少一个紧固件的液体密封剂的情况下，所述建筑系统：(i)如根据AATCC 127-2008所测量，通过针对漏水的静水压头测试，(ii)在经过ASTM E2357程序A、ASTM E72和限制性环境调节的测试方法后，根据ICC评估服务验收标准212第4节测量时，显示没有漏水，和/或(iii)当根据ASTM E331壁组件测试在2.86psf的空气压力下测量时，显示没有漏水。
57.根据权利要求49所述的建筑系统，其中：
所述紧固件还包括间隔件，所述间隔件包括围绕中心孔并具有第一端和相对的第二端的喇叭形主体，其中所述中心孔接收穿过其中的所述细长紧固件主体的一部分，使得所述间隔件的第一端与所述聚合物环相邻，
其中所述间隔件的长度与所述至少一个建筑面板的厚度基本上相同。
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