CN1158597A - 石膏/纤维素纤维吸声砖组合物 - Google Patents

石膏/纤维素纤维吸声砖组合物 Download PDF

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Abstract

能全部或部分替代通常在吸声顶棚砖中使用的矿棉的、以石膏/纤维素纤维组合物为基本成分的吸声砖组合物。石膏/纤维素纤维组合物与轻质骨料及粘结剂结合形成用于水—成毡法制造吸声顶棚砖及壁板的组合物。优选的纤维素纤维源是复合的石膏/纤维素纤维材料，该材料是通过混合石膏和纤维素纤维及足量水形成的稀料浆、然后在压力下煅烧石膏使石膏转变为α硫酸钙半水合物而制成的。制得的复合材料包括与硫酸钙晶体呈物理结合的纤维素纤维，另一个石膏与纤维素纤维源是废(碎)石膏墙板。膨胀珍珠岩是优选的轻质骨料。

Description

石膏/纤维素纤维 吸声砖组合物
本发明涉及用于制造顶棚吸声砖和壁板的吸声砖组合物。更具体地说，本发明涉及能全部或部分替代通常在吸声顶棚砖中使用的矿棉纤维的、以石膏/纤维素纤维组合物为基本成分的吸声砖组合物。本发明也涉及在水-成毡法中使用制造吸声顶棚砖及壁板的新颖石膏/纤维素纤维/轻质骨料组合物。
矿棉与轻质骨料的稀含水分散体的水-成毡工艺是一种制造吸声顶棚砖的工业化方法。在该方法中，含矿棉、轻质骨料、粘结剂以及根据需要或必要的其它成分的分散体流在一个移动着的多孔载持网上(如Fourdrinier或Oliver毡成形机)脱水。分散体首先经自身重量脱水，然后再经真空装置抽吸；湿的矿棉毡在鼓风加热干燥炉中干燥。干燥后物料可按所需大小切割，并必要时在表面进行涂饰如用油漆涂饰，由此制成吸声顶棚砖和壁板。
许多年来，吸声顶棚砖也是通过湿浆模塑或铸塑(如美国专利1769519)方法制造的。根据该专利的介绍，包括柱状矿棉纤维、填料、着色剂及粘结剂(具体说是淀粉凝胶)的模塑组合物是用来模塑或铸塑砖的砖体的。将该混合物或组合物置在已用纸张或金属箔覆盖的适用的盘内，然后用刮板或辊筒将组合物刮平至所需的厚度。可用刮板或辊筒对其表面进行修饰如细长缝。然后将填满矿棉浆或组合物的盘放置在炉中干燥或固化。从盘中取出已干燥的片材，为了得到所要求的厚度并防止翘曲，可对其一个面或两个面进行处理以获得光滑的表面。随后将片材切割成符合要求大小的砖。
在我们的美国专利5320677中，我们公开了制造这种砖的复合材料和制造方法。其中，研磨过的石膏在稀的纤维素浆料中在压力下锻烧。将未煅烧、经研磨的石膏与纤维素纤维及足量的水混合形成稀浆料，然后在压力下加热浆料以煅烧石膏，使石膏转变为α硫酸钙半水合物。制得的共烧材料是由与硫酸钙晶体呈物理结合的纤维素纤维所构成的。这种结合不仅使硫酸钙与纤维素纤维之间产生良好的键合，而且当α半水合物再水化成为二水合物(石膏)时，可阻止硫酸钙脱离纤维素纤维而发生迁移。
共煅烧的石膏/纤维素纤维材料可在冷却前直接干燥以形成稳定的、可再水化的α半水合物的复合物以供下面使用。另一方面，通过分离再水化时不需要的过量水分，使复合物颗粒成形为所需的形状或形态，然后将颗粒再水化为固定的稳定化的石膏/纤维素纤维复合材料，能使共煅烧材料直接转变成可使用的产品。
矿棉吸声砖是多孔性的，多孔性能很好地吸收声音。先有技术(美国专利3498404，5013405及5047120)也公开了将矿物填充料如膨胀珍珠岩掺入组合物中来提高其吸音性能和减轻重量的方法。
本发明的目的是提供高吸声砖组合物，以用来制造较采用水-成毡法制造的矿棉砖具有更好吸声性能的吸声制品。
本发明提供适用于制造吸声砖的组合物，该组合物主要包括石膏、纤维素纤维、轻质骨料及粘结剂，其中含至少约15％(重量)的石膏、至少13％(重量)纤维素纤维(以干燥固体的重量计)。
本发明也提供适用于制造吸声砖的湿态组合物，它主要包括矿棉、石膏、纤维素纤维、轻质骨料及粘结剂，其中含至少约10％(重量)的矿棉、至少约10％(重量)的石膏及至少13％(重量)的纤维素纤维。一种特别优选的组合物是采用石膏/纤维素纤维复合材料，其中石膏与纤维素纤维是在加压下经共煅烧后，纤维素纤维与硫酸钙晶体是呈物理结合的。由本发明组合物制造的吸声砖具有合格的物理性能，可用作悬挂的顶棚系统。此外，含废新闻纸和/或废(碎)石膏墙板的组合物不会引起环境问题。
本发明的吸声砖组合物是基于在采用水-成毡法制造顶棚砖或壁板时，以石膏/纤维素纤维组合物作为矿棉的替代物(或部分替代或全部替代)。除了石膏和纤维素纤维外，组合物还含有轻质骨料与粘结剂，组合物也可含其它添加剂，如吸声顶棚砖配方通常包括白土、絮凝剂及表面活性剂。如上所述，组合物可含一些矿棉(少量的)，然而，业已发现，本发明组合物可用来制造不含矿棉的吸声砖和壁板。
本发明的新颖吸声砖组合物的关键成分之一是石膏(硫酸钙二水合物)。石膏在加工浆料中的溶解度使石膏在配方中起到絮凝剂的作用。这种絮凝作用能赋予细小微粒(白土、石膏、珍珠岩及淀粉)在加工过程中均匀地分布在湿毡垫中。没有这种絮凝作用的话，在加工时细小和高密度颗粒倾向于迁移到毡的下部，这就不利于湿毡垫中水的排出。配方中石膏的存在也可使浆料中矿物纤维(如果有的话)和纤维素纤维有去聚集作用。由于石膏的去聚集作用或分散剂功能使较高稠度(固体％)的浆料易于加工。浆料的稠度高，可减少需从毡垫中排除的水量，从而提高生产率。较高的浆料稠度在形成毡垫时能夹带较多的空气，这样可提高干燥产品的吸声性能。
石膏除能提供有利于加工的性能外，它还能改善吸声砖的性能。在配方中以石膏(部分或全部)替代矿棉纤维的话，还能显著增加壁板表面的硬度。提高了顶棚板的表面硬度也就是具有良好的表面质地(如耐龟裂、易钻孔等)。纤维素纤维含量高也有改进上述性能的作用。石膏也能使吸声壁板表面光滑，从而可取消干燥后用砂纸打光表面的步骤。壁板中的石膏也使壁板具有好的防火性能。
业已发现，石膏/纤维素纤维配方与含矿物纤维的配方相比，在湿压和干燥操作步骤后不会发生回弹(膨胀)现象。不含矿棉的顶棚砖的无膨胀特性表示，在湿压操作中干毡垫厚度可被精确测定或控制。因此，在最后制成壁板时，不需施加填充涂层或用砂子打磨干毡垫来调整其厚度。
所用石膏来源可以是硫酸钙二水合物，既可以是未煅烧的也可以是经煅烧成半水合物然后再水合的。换言之，所用石膏来源可以是硫酸钙半水合物(经共煅烧或未经共煅烧)或无水硫酸钙。正如下面更为全面所讨论到的，石膏可与纤维素纤维材料共煅烧以形成纤维素纤维与硫酸钙晶体相结合的复合物。
本发明的新颖吸声砖组合物的另一种关键成分是纤维素纤维。已对用于这些组合物中的几类纤维素纤维进行了评价。众所周知，已对用于吸声砖配方中的新闻纸及对用于这些组合物中的锤碎新闻纸及水浆化新闻纸进行了评价。精制的纸纤维与木纤维也可用作纤维素纤维源。但是，已经发现，用木纤维(或针叶木或阔叶木)制的顶棚砖难以用装置在现场的切刀切割。此外，木纤维是比较贵的纤维素纤维源。
优选的纤维素纤维源是如美国专利5320677中公开的经共煅烧的复合石膏/纤维素纤维的材料。正如该专利公开的，未煅烧石膏或与木纤维或与纸纤维及足量水混合形成稀浆料，然后在压力下加热煅烧石膏，使石膏转变为α硫酸钙半水合物。制得的复合材料包括与硫酸钙晶体物理结合的纤维素纤维。复合材料可在它冷却前直接干燥，以使其成为稳定的、但可再水化的硫酸钙半水合物，或者直接用复合材料料浆制造吸声砖。已经发现，采用共煅烧石膏/纤维素纤维复合材料可使吸声砖组合物的毡垫具有较高固体留着率及更好的湿搭接强度，但是，与使用石膏及纸纤维(新闻纸)，尤其是使用纤维较长、强度更高的木纤维以物理共混方法制的砖相比，滤水较慢并更难用刀切割。
石膏与纤维素纤维的另一个来源是废(碎)石膏墙板。已经发现，碎墙板可磨入石膏颗粒与纸纤维中，按照吸声砖配方再与其它成分进行物理混合，使制成的料浆适用于水-成毡法制造顶棚砖。另一方面，磨碎的墙板可用作共煅烧方法的原料，共煅烧过的复合石膏/纸纤维材料可用在水一成毡法制造顶棚砖的配方中。
本发明新颖吸声砖组合物中第三种关键成分是轻质骨料。膨胀珍珠岩因其价格低廉且性能良好而是优选的。因为吸声砖组合物中使用膨胀珍珠岩在本领域是众所周知的，因而它不是一种新颖成分。膨胀珍珠岩赋予组合物多孔性从而提高了吸声性能。业已发现，中等品位的膨胀珍珠岩能赋予组合物足量的孔隙度及合格的质地。已发现从SilbricoCorporation购得的牌号为3-S的膨胀珍珠岩材料是符合要求的。中等品位膨胀珍珠岩的颗粒大小与颗粒状矿棉大小相似。膨胀珍珠岩的等类物如蛭石、玻璃珠、硅藻土或片状白土也可用来作为珍珠岩的替代物或与其结合使用。
第四种关键成分，也不是吸声组合物中的新颖成分，是粘合剂。以矿棉为基本成分的吸声砖中用淀粉作粘合剂是众所周知的。将淀粉颗粒分散在水中形成料浆，经加热至淀粉完全糊化并使料浆增稠成粘性凝胶，可制成淀粉凝胶。可在淀粉料浆糊化前加入部分纤维素纤维。淀粉料浆的糊化温度应严格地控制在保证淀粉颗粒充分淀胀。玉米淀粉的典型糊化温度为约180°F(82℃)-约195°F(90℃)。淀粉也可不经预糊化成凝胶就作为粘结剂使用。
胶乳粘结剂可用来替代淀粉或与淀粉粘结剂结合使用。美国专利5250153中公开了许多种适用于吸声顶棚配方的胶乳粘结剂。如该专利所述，采用淀粉粘结剂的吸声壁板存在的一个问题是过度的下垂，尤其在高湿度条件下。在以矿棉为主要成分的吸声砖中，采用热塑性粘结剂(胶乳)在本领域是众所周知的。这类胶乳粘结剂的玻璃化转变温度在约30℃-约110℃范围内。胶乳粘结剂的实例包括聚乙酸乙烯酯、乙酸乙烯酯/丙烯酸乳液、偏二氯乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯/丙烯酸共聚物及羧基化的苯乙烯/丁二烯。通过精制的纸纤维制成的牛皮纸凝胶也可用作粘结剂。
除了四种主要成分外，本发明吸声组合物还可包括无机填料如白土、云母、硅灰石、二氧化硅及其它轻质骨料，表面活性剂以及絮凝剂。在吸声砖组合物中的这些成分是众所周知的。
本发明吸声砖组合物主要由石膏、纤维素纤维、轻质骨料以及粘结剂所组成，各成分的优选用量如下：成分        重量百分比石膏        15-45％纤维素纤维  13-30％轻质骨料    25-60％粘结剂      3-15％
在下述的几个实施例中，可溶性石膏先于其它干成分加到料浆水中。将石膏先加到料浆水中的原因是石膏可溶于水中，并可使干石膏成分在干燥产品中有更好的留着率。否则，为了补偿石膏在溶液中的流失，就必须增加干石膏在成分配比中的用量。
实施例1
按常规的水一成毡法配方和工艺制造吸声顶棚砖以用来评价取代矿物纤维，为此，用石膏和木纤维取代矿物纤维，取代程度分别为25％、50％、75％及100％。某些砖是按照石膏与木纤维经共煅烧后再加入吸声配方中制成的，而另一些砖是按照石膏与木纤维同其它成分只是物理混合而不经煅烧而制成的。在所有配方中石膏与木纤维的用量比为85∶15(重量)。
木纤维来自International Paper Pilot Rock工厂的针叶木。膨胀珍珠岩是Silbrico Corporation 3-s级珍珠岩。除木纤维外，纤维素纤维也可是切碎的新闻纸。将1500克水加到所需量的新闻纸中，在工业混合机中以高速混合。玉米淀粉用作粘结剂。絮凝剂是GEN DRIV 162，将4克絮凝剂添加至1000毫升去离子水中并至少混合2小时。表面活性剂是NEODOL25-3。
石膏与木纤维一起按15％固体浓度置于反应器中煅烧。煅烧是按照美国专利5320677中公开的步骤进行的。共煅烧后，采用真空抽吸除去复合材料中多余的水分。之后，在120°F干燥前让复合材料充分水合成为硫酸钙二水合物(石膏)，过夜至恒重。另一批石膏/木纤维按上述方法共煅烧，除用真空抽吸多余的水分外，复合材料直接在250°F干燥30分钟以避免水合，然后在120°F干燥、过夜至恒重。这种复合材料中的硫酸钙是呈半水合物形态的。干燥后，二水合的和半水合的石膏/木纤维复合物在双壳掺混机中粉碎后掺入吸声砖组合物中。
采用水-成毡工艺制造吸声砖，形成毡的原料浆保持4％固体浓度。制造对照的含100％矿物纤维而不含石膏/木纤维的砖时也采用4％固体含量。采用下述配方(重量百分比)制造此砖：
                                 表1
                对照                  实验
               100％M-F  75％M-F  50％M-F   25％M-F    0％M-F成分               0％G/WF   25％G/WF 50％G/WF  75％G/WF   100％G/WF矿物纤维            37.58    28.18    18.79      9.39        0石膏                  0      7.98     15.97      23.9       31.94木纤维                0      1.41     2.82       4.22       5.64膨胀珍珠岩          34.83    34.83    34.83      34.83      34.83新间纸              15.91    15.91    15.91      15.91      15.91纤维素纤维总量      15.91    17.32    18.73      20.13      21.55CTS-1白土           3.54     3.54     3.54       3.54       3.54淀粉                8.01     8.01     8.01       8.01       8.01絮凝剂              0.06     0.06     0.06       0.06       0.06表面活性剂          0.08     0.8      0.08       0.08       0.08
评价程序包括板的成型与加工，排水时间、加压、干燥以及对吸声砖物理性能的影响。通常，在毡的成形方面没有显著的差别。将所有成分以4％固体浓度混合成料浆后倾入Tappi箱中，并缓慢地用12英寸×12英寸有孔活塞混合至固体均匀分散。在箱中形成毡垫后，对湿毡抽真空，大约30秒后真空度达到20英寸汞柱，此后释放真空度并记录两次排水时间。第一次排水时间是在毡垫表面上水完全消失时，而第二次排水时间是指真空表指示降至5英寸汞柱时的时间。在此阶段关闭真空系统，从Tappi箱中取出湿毡并于加压前称重。将经真空脱水的湿毡加压至5/8英寸厚度并干燥之。
湿毡在600°F加热炉中干燥30分钟，然后将炉温降至350°F，并再将砖干燥90分钟。干燥前，对含未经煅烧石膏的湿毡是否能被干燥这一点进行了研究。研究结果表明，未经煅烧至半水合或无水状态石膏制的毡垫也可在上述加热炉中被干燥。
干燥后，切成试验样品并在试验前将试样置于75°F/50％相对湿度条件下至少24小时。对试样进行下列试验：
1)密度、厚度及MOR强度
2)吸声性能(NRC)
3)尺寸稳定性(吸水)
试验结果记录如下(除非另有说明，这些结果都是以每组四个试样的平均值计算的)：
                    表1D
             密度，厚度，强度(MOR)
      试样号      ％          厚度    密度        MOR
             矿物纤维/木纤维  英寸 (磅/英寸2) (磅/英寸2)对照(100％  29    100   0         0.627    10.05        53矿物纤维)
        10    75    25        0.600     9.86        55石膏/       10    50    50        0.602     9.95        56木          10    25    75        0.591    10.05        63(未共煅烧)  9     0     100       0.590    10.15        83
        10    75    25        0.630    10.05        48二水合物    10    50    50        0.593     9.99        57复合物(共煅烧)    6     25    75        0.591     9.64        57
        10    0     100       0.559    10.22        63
        10    75    25        0.602     9.76        58半水合物    10    50    50        0.597     9.39        55复合物(共煅烧)    10    25    75        0.571    9.46         57
         7    0     100       0.568    9.32         53
                           表1E
                          吸声性能
                     二水合物  复合物
                            频率
                    250Hz   500Hz    1000Hz   2000Hz   NRC(平均)对照        分贝降   32      27       21.5     22
            吸收率  0.266   0.392    0.546    0.532    0.43475％MF/25％     分贝降  29.5    24       21       21
GWF
            吸收率  0.326   0.476    0.562    0.560    0.48150％MF/50％GWF  分贝降  29      24.5     20       19.5
            吸收率  0.332   0.469    0.599    0.606    0.50125％MF/75％GWF  分贝降  29.5    22.5     21.5     19.5
            吸收率  0.332   0.518    0.546    0.613    0.502100％GWF        分贝降  29      23       18.5     19
            吸收率  0.339   0.503    0.636    0.621    0.525
                         表1F
                       尺寸稳定性
               二水合物复合物(6个试样平均)
              水吸收％  水吸收％ 厚度增加％
               1小时     4小时     4小时
对照          387.96    404.14    -0.54075％MF/25％GWF    386.48    396.15     0.03550％MF/50％GWF    390.23    399.90    -0.41225％MF/75％GWF    388.10    400.66    -0.066
100％GWF      388.61    400.50    -0.121
当25％矿物纤维被石膏和木纤维取代时，排水时间不受影响；然而，当石膏/木纤维用量增加时，特别在100％半水合物复合物情况时，对排水是稍有不利的影响的。当石膏/木纤维用量增加时，脱水毡垫的厚度稍有减小。
真空脱水与加压后水分含量的差别不显著。在加压时，所有湿毡的厚度控制在0.55英寸。显而易见，湿压只能控制毡垫的厚度但不能使湿毡垫脱水。
干燥数据说明，在毡垫形成和真空脱水时，一些石膏与过量水一起通过滤网。对照毡垫的平均重量损失约5.5％，而含石膏/木纤维的毡垫的重量损失要大得多。在毡垫成形时石膏沉在毡垫的下部。含石膏/木纤维的干燥砖也是稍有翘曲的，当矿物纤维完全为未煅烧的石膏/木结维代替时，翘曲是严重的。但是，用共煅烧过的二水合物或半水合物的复合物代替矿物纤维制造的砖不发生翘曲。
含石膏/木纤维的砖的MOR强度与对照样相当，虽然它的密度稍低于对照样(可能是由于在形成毡垫时石膏的流失)。由于石膏的比容低含石膏/木纤维的砖厚度较薄，在干燥时不会象100％矿物纤维砖那样反弹。
采用阻抗管法对对照砖及用石膏/木纤维二水合复合物(共煅烧过)替代矿物纤维的实验性砖的双重试样进行NRC(噪声降低系数)试验。这些试样是未经钻孔的、无裂缝或不经油漆的。通常，含石膏/木纤维贴砖的NRC特性优于对照样，尤其是全部矿物纤维被取代的砖。
对于尺寸稳定性试验，1小时与4小时的水吸收值没有明显的差别。如前面说明的，在湿压过程中砖中的极少量(约2％)水已被除去。然而，干燥期间蒸发掉约78％水分，因而在砖中产生了过量的孔隙。但是，在尺寸稳定性试验时，因水透入砖的孔隙中而导致了高吸水性。
实施例2
对吸声顶棚砖中采用废(碎)石膏墙板作为石膏与纸纤维(经共煅烧)源的情况作了评价。废石膏墙板是被研磨成小颗粒的。虽然会有大的纸片，但在煅烧时以及为使料浆保持悬浮状态而需要搅拌时，大纸片会被粉碎。碎石膏墙板料浆与补加的废(水浆化的)新闻纸一起共煅烧，以使料浆中含15％(干重)纸纤维和85％(重量)石膏。该料浆以15％固体浓度进行共煅烧，煅烧是按美国专利5320677所公开的方法进行的。
煅烧后，将石膏/纸纤维复合材料从反应器排出，石膏成为半水合物形态。该复合料与膨胀珍珠岩、玉米淀粉混合后，经脱水(真空)后，再对湿毡垫加压以除去过多的水分并于干燥前调节砖的厚度，从而制成两种吸声顶棚砖。将该砖在600°F下干燥30分钟，接着在650°F下再干燥90分钟。
下表分别列出配方及记录的MOR强度：
                            表2A
                  No.1砖              No.2砖成分         重量(克)   重量％   重量(克)   重量％石膏(半水合物)   158.1     39.4     607.8      66.4废纸              85.9     21.4     167.0      18.3膨胀珍珠岩       137.0     34.2     120.0      13.1玉米淀粉          20.0      5.0      20.0       2.2料浆浓度(固体％)        4                   6
                   表2B
           厚度        密度         MOR砖试样      (英寸)    (磅/英尺2)  (磅/英寸2)
1a         0.632       7.5          68
1b         0.619       7.5          62
1c         0.623       7.4          67
1d         0.630       7.4          78平均        0.626       7.45         69
2a         0.620       20.4         168
2b         0.645       21.1         179
2c         0.642       20.5         159
2d         0.643       20.2         154平均        0.638       20.6         165对照(典型的    0.62        11           65矿物纤维砖)
No.1砖的密度适用作吸声顶棚砖，它的MOR与对照样相当。
实施例3
用磨碎石膏墙板制造两种顶棚砖。在磨碎墙板中存在大的纸片。通过在矿物纤维板配方中替代磨碎石膏墙板和附加新闻纸纤维制造顶棚砖。该砖是通过将所有成分混合3分钟成为含水料浆(4％固体)后制造的。混合后，料浆成形为湿毡垫，真空排水，干燥前经湿压调节厚度并除去过多的水分。除排水时间稍长以外，该制造工艺与采用矿物纤维配方相同。干燥后，砖中仍有大纸片。干燥的砖在进行MOR强度试验前经75°F/50％相对湿度条件下至少24小时。
下表分别列出配方及记录的MOR强度：
                  表3A
成分             重量(克)   重量％石膏(碎石膏板)       167.696    41.924纸纤维(碎纸板)       10.704     2.676新闻纸纤维(附加的)   64.0       16.0纸纤维总量           74.704     18.676膨胀珍珠岩           120        30白土(CTS-1)          17.6       4.4淀粉                 20         5絮凝剂(Gendriv)                 0.06表面活性剂(Neodol25-3)          0.08
               表3B
        厚度    密度           MOR砖试样  (英寸)   (磅/英尺3) (磅/英寸2)
1a     0.578      10.2         46
1b     0.570      10.4         55
1c     0.565      10.4         45
1d     0.572      10.1         43
1e     0.590      10.4         47平均    0.575      10.3         47
2a     0.578    10.1    51
2b     0.599    10.2    60
2c     0.588    10.0    48
2d     0.579    10.0    44
2e     0.577    10.3    50平均    0.584    10.1    51
试验数据表明，这些砖(未共煅烧)与用相同的石膏板碎粒材料经共煅烧制造的同类型砖(见实施例2)相比较，密度较高时MOR较低。
实施例4
对砖配方中用100％石膏/纤维素纤维(共煅烧的)复合材料替代矿棉制造的顶棚砖进行了评价试验。为了改进顶棚砖的可切割性，石膏是与代替木纤维的细小(水浆化)的新闻纸经共煅烧过的。
石膏与20％(重量)碎纸(新闻纸)是按照美国专利5320677公开的步骤进行煅烧的。将碎新闻纸浸在水中过夜，然后添加石膏并与纸纤维浆料混和至少1小时，然后煅烧料浆。煅烧后，(真空)除去过量水分，然后，将石膏/纸纤维复合物干燥至成为半水合物。
下表分别列出配方和记录的MOR数据：
                                 表4A
                  配方#1             配方#2            配方#3                对照
成分       重量(克)   重量％   重量(克)   重量％   重量(克)   重量％    重量(克)    重量％石膏(经煅烧)     142.3    37.2     142.3      35.4     142.3       36.3        0纸纤维(经煅烧)   30       7.8      30         7.5      30          7.65        0新闻纸           40       10.5     40         9.9      50          12.75                16.0膨胀珍珠岩       150      39.2     150        37.3     150         38.2                 30.0玉米淀粉         20       5.2      40         9.9      20          5.1                  5.0矿物纤维         0                 0                   0                                44.6白土             0                 0                   0                                4料浆的固含量              7.8                 8.1                  7.4
所有配方中都采用标准絮凝剂和表面活性剂。
料浆水中添加17克石膏以调节石膏的溶解度。
                     表4B
       厚度     密度        MOR     破裂负荷试样号  (英寸) (磅/英尺3) (磅/英寸2)  (磅)
1a    0.637     9.5         30.2      4.08
1b    0.630     9.2         26.8      3.55
1c    0.636     9.2         23.5      3.17
1d    0.639     9.3         26.7      3.63
1e    0.682     9.7         30.4      4.71平均   0.645     9.4         27.5      3.83
2a    0.626     9.7         37.9      4.95
2b    0.630     9.8         35.4      4.68
2c    0.636     9.8         35.1      4.73
2d    0.652     10.1        43.5      6.16平均   0.636     9.9         38.0      5.13
3a    0.627     9.8         40.9      5.36
3b    0.621     9.6         31.1      4.00
3c    0.619     9.5         30.1      3.85
3d    0.625     9.6         31.9      4.16
3e    0.653     9.9         44.4      6.31平均   0.629     9.7         35.7      4.74对照a   0.593     11.3        49.5      5.80
b     0.590     11.3        46.9      5.44
c     0.596     11.3        46.3      5.48
d     0.589     11.4        52.1      6.02
e     0.611     11.6        48.1      5.98平均   0.596     1.4         48.6      5.74
试验试样的MOR强度后，采用墙板刀对试样的切割性进行了试验。对照砖(16％新闻纸)切口平整，但是，石膏/纸纤维砖(17.4％新闻纸)的切口很粗糙。
实施例5
还进一步试验了降低配方中纸纤维含量以及为保持干砖强度而增加淀粉含量时，对砖切割性的影响。可以认为降低纸纤维含量对强度有不利的影响。实验性顶棚砖是用共煅烧的石膏和纸纤维(新闻纸)制造的。80％石膏和20％新闻纸料浆(15％固体)烧结后，使料浆脱水(真空)并干燥，成为半水合物复合材料。对半水合物复合物作为100％矿物纤维的替代物进行了评价。将碎新闻纸浸在水中过夜，第二天与石膏混合成为含15％固体的浆料供煅烧。
下表分别列出了配方及记录的强度数据：
                                        表5A
              对照#1             配方#2              配方#3              配方#3成分      重量(克)   重量％   重量(克)   重量％   重量(克)   重量％    重量(克)    重量％矿物纤维      178.4    44.6      0                    0                     0膨胀珍珠岩    120      30       150        39.8      150        39.5       150        39.8石膏(经煅烧)  0                 132.8      35.2      132.8      35.0       132.8      35.2纸纤维(经煅烧)0                 28         7.4       28         7.4        28         7.4新闻纸        64       16       36         9.6       29         7.6        21         5.6玉米淀粉      20       5        20         5.3       35         9.2        40         10.6白土          17.6     4.4      10         2.7       5          1.3        5          1.3料浆的固体浓度         4.0                 7.0                  7.1                   7.0
向浆料水添加17克石膏以调节石膏的溶解度。
                       表5B
         厚度      密度     破裂负荷     MOR试样号    (英寸)  (磅/英尺3)  (磅)     (磅/英寸2)对照1a    0.601     11.39      4.17       46.2
1b      0.592     11.32      4.88       55.7
1c      0.586     11.25      4.27       49.7
1d      0.586     11.19      4.2        48.9
1e      0.577     11.25      4.5        54.1平均     0.588     11.28      4.4        50.9配方2a    0.515     10.58      3.65       55.0
2b      0.521     10.55      3.27       48.2
2c      0.525     10.58      4.02       58.3
2d      0.541     11.02      3.65       49.9平均     0.526     10.69      3.65       52.9配方3a    0.520     10.99      6.12       90.5
3b      0.519     10.68      4.87       72.3
3c      0.525     10.61      4.72       68.5
3d      0.536     10.88      4.68       65.2
3e      0.555     11.04      5.18       67.3平均     0.531     10.84      5.11       72.8配方4a    0.538     10.98      5.53       76.4
4b      0.517     10.80      4.18       62.6
4c      0.519     10.67      4.25       63.1
4d      0.519     10.81      4.05       60.1
4e      0.547     11.01      4.73       63.2平均     0.528     10.85      4.55       65.1
顶棚贴砖在加热炉干燥前也进行试样的湿强度试验。总纸纤维量分别为17％和15％的两种实验性砖完全按照对照样处理，含13％纸纤维的砖湿强度稍低些。
可以断定，含15％-17％纸纤维、40％膨胀珍珠岩和10％淀粉粘结剂的顶棚砖具有的加工性能及物理性能与矿物纤维顶棚砖相当。
实施例6
按下表所列配方对采用共煅烧石膏/新闻纸与采用不经煅烧的石膏与新闻纸的物理混合物制的砖的性能进行比较。
                         表6A
                   对照    半水合复合物
成分            (矿物纤维)  (经煅烧的)  新闻纸与石膏矿棉                  44.6％       0            0膨胀珍珠岩            30.0％      40％         40％纸纤维(新闻纸)总量    16.0％      16％         20-22％石膏                  0           34％         32％玉米淀粉              5.0％       10％         7-9％白土                  4.4％        0            0絮凝剂                0.06％      0.06          0表面活性剂            0.08％      0.08          0料浆的固含量          4％          7％          7％
制造顶棚砖毡垫时，将表面活性剂(如果采用的话)添加到规定量的水中并混合。然后加入新闻纸(水浆化的)，接着混和。然后借助速续混和加入膨胀珍珠岩和矿棉(如果采用的话)。最后加入白土(如果采用的话)和淀粉，连续混合约三分钟直到形成均匀的料浆，其后，加入絮凝剂(如果采用的话)并继续混和15秒钟。制造非矿棉顶棚砖时，白土和矿物纤维用石膏和新闻纸替代。
将料浆倾入Tappi箱中并经缓慢混和而成形为毡垫，其后，利用重力和对湿毡施以真空排除过多的水分。然后将毡垫置于静压机中加压至所需厚度(约5/8英寸)，同时也附带除去多余的水分。湿毡在干燥前进行湿搭接强度试验。用600°F气流干燥毡垫30分钟，接着在350°F下干燥90分钟。
业已发现，在非矿棉配方中，要得到成形合格的毡垫，纸纤维(新闻纸)量应至少约20％(重量)。采用共煅烧复合材料配方，排水时间稍有增加，尤其是纸纤维含量较高时。采用石膏与新闻纸混合物即使用量高达22％对排水没有显著的影响。
由含半水合复合材料及16％纸纤维的配方制的毡垫是容易加工处理的，其湿搭接强度与由含16％纸纤维和矿物纤维配方制的对照样相当。该复合材料赋予毡垫的湿搭接在试验时有良好的挠度。试验后，湿搭接破裂线在干燥前稍用手压，湿搭接线就可完全合扰。用石膏与新闻纸的混合物制的毡垫，通常湿搭接强度较低，然而，新闻纸含量在20％时的湿搭接强度与纸纤维含量为16％的半水合复合物配方的搭接强度相当。
用半水合物复合物制的砖的重量留着率通常优于石膏与新闻纸的混合物制的砖。这说明用混合物成形的毡垫中存在石膏的流失以及珍珠岩的离折。正如前面提到的，这两种实验性砖比矿物纤维砖难切割。
该两种实验性砖的密度稍高于对照样，这是由于毡垫的厚度较薄的缘故。矿物纤维毡垫在加压后产生反弹，而石膏/纸纤维毡垫不会反弹，因而厚度较薄。两种实验性砖的MOR强度是合乎要求的或优于矿物纤维对照砖。
实施例7
下列配方用来评价配方中分别采用水浆化的新闻纸与石膏(未煅烧的)及采用同样新闻纸与石膏(经煅烧的)完全替代矿物纤维后对切割性的影响：
                         表7A
    珍珠岩        淀粉           新闻纸         石膏试样  克    重量％  克   重量％    克    重量％   克    重量％1    165    44    22.5    6      67.5    18      120    322    135    36    52.5    14     67.5    18      120    323    165    44    37.5    10     52.5    14      120    324    135    36    37.5    10     82.5    22      120    325    150    40    52.5    14     52.5    14      120    326    150    40    22.5    6      82.5    22      120    327    157.5  42    33.8    9      63.8    17      120    328    142.5  38    41.3    11     71.3    19      120    329    153.8  41    30      8      71.3    19      120    3210   146.3  39    45      12     63.8    17      120    3211   153.8  41    41.3    11     60      16      120    3212   146.3  39    33.8    9      75      20      120    3213   150    40    37.5    10     67.5    18      120    32
料浆水中添加12克石膏以调节石膏的溶解度。
表中所列全部配方都制成固含量为7％(重量)的水性料浆。在共煅烧石膏/新闻纸的配方中，共煅烧石膏与新闻纸的比率是85∶15，并补充添加新闻纸使其含量达到上表所列配方中新闻纸的含量。
评价了13个砖试样，记录了下列数据：
                        表7B
              切割力                 切口类型试样    经煅烧的    未经煅烧的    煅烧的    未煅烧
1        23.8        19.8        很粗糙    很粗糙
2        20.9        12.7        粗糙      平整
3        22.7        16.0        很粗糙    很粗糙
4        21.6        21.1        粗糙      很粗糙
5        17.6        13.2        粗糙      粗糙
6        28.1        21.8        很粗糙    很粗糙
7        17.6        14.3        稍粗糙    稍粗糙
8        17.4        20.0        稍粗糙    稍粗糙
9        21.4        18.7        平整      稍粗糙
10       23.4        16.8        稍粗糙    平整
11       23.4        16.7        稍粗糙    平整
12       25.0        19.7        粗糙      粗糙
13       27.8        16.0        粗糙      平整
可切性是以两个因素-用手握的通用刀具切割的困难程度和切口的外观度量的。设计了两片夹紧装置用来进行可切性试验。一片将一个3英寸×4英寸的顶棚砖试样固定在应有的位置上，标准通用刀片固定在另一片上并与试样成30°角。可切性试验是用拉伸方式的单元操作在英斯特朗万能试验机(Instron Universal Testing Machine)上进行的，试验机横梁速度设定在20英寸/分。这一试验与手握通用刀具切割砖的作用相似。试验结果以切割试样所需力报告，并说明切口的外观。
与难以切割的石膏/新闻纸配方比较，所有矿物纤维砖的切口平整、需要的力平均约11。由于含共煅烧石膏/新闻纸复合物或石膏与纸纤维(未煅烧)的物理混合物的砖难以切割，因而含至少约10％(干重量)矿物纤维的砖较无矿棉的砖有更好的切割性能。
实施例8
采用下列配方进行工厂试验，石膏与水浆化新闻纸以物理方法混入配方中并不进行共煅烧：
                   表8A成分             配方    配方及其它因素          A       B膨胀珍珠岩          39％    41％新闻纸(水浆化的)    22％    20％石膏                32％    32％淀粉                7％     7％固体含量            5.5％   5.5％线速度(英尺/分钟)   30      30-34开始时生产线速度(配方A)为30英尺/分，在第二次试验(配方B)时生产线速度增加至34英尺/分。湿毡用下列干燥机温度干燥，干燥机开始工作后温度范围为：
                        表8B
       干燥机#1 干燥机#2   干燥机#3   干燥机#4配方A  790-802°F  458-492°F  409-471°F  408-471°F配方B  788-821°F  470-500°F  419-454°F  419-450°F
干燥后的毡垫没有发生翘曲，所有干燥板都通过切边机。大约制造了65000平方英尺壁板。
两试验中料浆浓度大约为5.5％(重量)，显然是合乎要求的。当料浆倾倒在光滑表面上(塌落度试验)，水不与原料分离。在两种配方的试验中，料浆供给速率保持约400加仑/分。湿毡在干燥前被压成约0.610英寸厚以除去过多的水分。干燥后板的最终密度为约13磅/英尺3。
实施例9
用石膏和补充新闻纸替代33％矿物纤维进行另一次工厂试验，第二个配方中所有矿物纤维都被替代。该试验采用下表配方：
                  表9A
成分            配方A   配方B膨胀珍珠岩        35％    39％新闻纸(水浆化的)    16％    22％
石膏            12％    32％
淀粉            10％    7％
矿物纤维        27％    0％
在该两试验中，开始时生产线速度为30英尺/分，然而，由于添加补充的稀释水，生产线速度降至28英尺/分(配方A)，及27尺/分(配方B)。记录的数据如下：
                        表9B
                  厚度     密度         MOR试样号*  试样号   (英寸)  (磅/英尺3) (磅/英寸2)
1&2       6      0.622      11.0        136
3&4       6      0.626      14.0        223
5&6       6      0.639      12.0        1677，8&9     9      0.614      12.2        179
10        3      0.612      11.5        15924&25      6      0.607      13.7        198
11        3      0.623      14.8        259
12        3      0.636      14.3        24713，14&15   9      0.637      13.4        22316，17&18   9      0.636      12.8        20419&20      6      0.618      13.1        21821&22      6      0.643      13.7        233
*1-10号试样中33％矿物纤维被替代，11-25号试样中100％被替代。
该两试验中，制造的壁板翘曲极微，并全部壁板通过纵切机。在干燥机中石膏的煅烧程度也是极低的。
在加工时，初始料浆浓度(33％替代)大约是6.6％固体重量。由于浓度高，料浆流动不均匀湿毡在真空脱水前产生裂缝。塌落试验的料饼直径仅为6.5英寸，说明了料浆是不规则流动。添加稀释水可解决料浆流动问题并将料浆浓度降低到5.4％(固体)。此时塌落试验的料饼直径为9.5英寸(正常值)。在试验的后期，添加稀释水使其固体浓度降至4.9％，对毡垫成型没有不利的影响。
在100％矿物纤维被替代的试验中，初始料浆浓度为6.3％(固体)。这就会在毡垫成型时产生龟裂，可通过添加稀释水使固体浓度降至5.4％来解决，塌落试验的料饼直径为9.5英寸。
实施例10
采用下列配方进行工厂试验：
      表10A成分          含量(重量％)膨胀珍珠岩        43石膏              32淀粉              5纸纤维(新闻纸)    20
该配方浓度约5.5％(固体)，石膏/纸纤维以物理方式混合入料浆中(未共煅烧)。新闻纸以含约3％固体的浆料添加到石膏/纸纤维料浆中。生产线速度约30英尺/分，采用真空和辊压相结合的方法仔细控制湿毡的厚度保持在约0.6英寸。
记录的数据如下：
            表10B
     厚度      密度        MOR试样号  (英寸)  (磅/英尺3) (磅/英寸2)1-a    0.614      15.0        1621-b    0.617      14.9        1601-c    0.611      15.1        1622-a    0.614      13.1        1272-b    0.608      13.2        1322-C    0.607      13.2        1413-a    0.602      13.7        1463-b    0.602      13.6        1453-C    0.604      13.7        1464-a    0.607      12.9        1354-b    0.609      12.9        1374-c    0.610      12.9        1375-a    0.615      13.1        1245-b    0.605      13.2        1215-c    0.611      13.2        1286-a    0.623      12.4        1426-b    0.624      12.2        1416-c    0.624      12.3        1427-a    0.624      13.9        1527-b    0.621      13.9        1597-c    0.622      13.9        1538-a    0.626      13.9        1618-b    0.625      13.9        1578-c    0.623      14.0        1629-a    0.631      13.0        1409-b    0.624      13.2        1509-c    0.622      13.2        144 10-a    0.616    13.0    14610-b    0.617    13.0    14510-c    0.622    13.1    14411-a    0.618    15.4    16211-b    0.612    15.6    17111-c    0.616    15.4    168
由该配方制造的砖不发生翘曲且容易通过纵切机。干燥后的砖较矿物纤维为主要成分的砖有更优良的硬度。

Claims (14)

1.一种适于制造吸声砖的组合物，其特征在于其主要由石膏、纤维素纤维、轻质骨料及粘结剂所组成，其中，含至少约15％(重量)的石膏和至少13％(重量)纤维素纤维(以干固体总量计)。
2.权利要求1的组合物，其特征在于粘结剂是淀粉，用量范围为约3-约15％(重量，以干固体总量计)；轻质骨料是膨胀珍珠岩，用量为至少25％(重量，以干固体总量计)以及纤维素纤维是纸纤维，用量范围为13-约30％(重量，以干固体总量计)。
3.权利要求2的组合物其特征在于石膏用量范围为约15-约45％(重量)，膨胀珍珠岩用量为约25-约60％(重量)。
4.权利要求1的组合物，其特征在于至少部分石膏和纤维素纤维是通过压力下煅烧石膏和纤维素纤维稀料浆制成的复合材料形态。
5.权利要求4的组合物，其特征在于复合材料是已经与纤维素纤维共煅烧过的硫酸钙α半水合物。
6.权利要求5的组合物，其特征在于纤维素纤维是纸纤维。
7.权利要求6的组合物，其特征在于除煅烧石膏/纤维素纤维复合材料外，还向组合物添加部分纤维素纤维作为未煅烧的纤维。
8.权利要求1的组合物，其特征在于大部分石膏和少部分纤维素纤维是磨碎的石膏墙板形式。
9.权利要求1的组合物，其特征在于纤维素纤维是纸张且纸纤维的大部分是新闻纸。
10.适于制造吸声砖的组合物，其特征在于其主要由矿棉、石膏、纤维素纤维、轻质骨料及粘结剂所组成，其中含至少约10％(重量)的矿棉，至少约10％(重量)的石膏及至少13％(重量)的纤维素纤维(以干固体总重量计)。
11.权利要求10的组合物，其特征在于矿棉的用量范围为约10％-约30％(重量)。
12.权利要求10或11的组合物，其特征在于至少部分石膏和纤维素纤维是通过压力下煅烧石膏和纤维素纤维料浆制成的复合材料形态。
13.权利要求10、11或12的组合物，其特征在于大部分石膏和少部分纤维素纤维是磨碎的石膏墙板形式。
14.用权利要求1-13任一组合物成型的吸声砖。
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