CN1391516A - 预制的耐用建筑材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种预制的、耐湿和耐用的建筑材料。在一个实施方案中，该建筑材料包括一个具有第一个侧面和第二个侧面的纤维水泥基体，在所述第一和第二个侧面中的至少一个侧面上的至少一张树脂浸渍纸，和在纤维水泥基体与至少一张树脂浸渍纸之间的消除应力的聚合物薄膜，该聚合物薄膜起到该纤维水泥基体与至少一张树脂浸渍纸之间的应力消除装置的作用。在另一个实施方案中，在树脂浸渍板和基体之间设有一个消除应力的聚合物涂层或薄膜。在另一个实施方案中，提供了将该树脂浸渍板粘接到基体上的方法。

Description

预制的耐用建筑材料
发明的背景
发明的领域
本发明涉及建筑材料，更具体地说，涉及包括一个纤维水泥基体，一个聚合物薄膜和多块树脂浸渍板的预制和耐用的建筑材料。
相关技术的说明
近年来，纤维水泥在代替通常的材料—例如木材、金属和塑料用作建筑材料方面已经相当普遍。纤维水泥比木材具有更好的耐水性，并且比木材更耐腐烂、裂痕或裂开。另外，纤维水泥不象金属那样会生锈，比塑料更耐气候变化。例如，诸如James Hardie Building Products的HARDIPLANK一类的纤维水泥产品，其安装木材板壁一样容易，但寿命更长，维护成本低。纤维水泥板壁经久耐用，是传统的木材复合材料、杉木、乙烯树脂、砖或灰泥板壁的有吸引力的替代品。
尽管有这些优点，但对具体的应用场合而言，纤维水泥的外观和手感不太理想。另外，常规纤维水泥材料要刷上涂料或进行其它形式的后处理，或在现场进行最终加工，使材料具有所希望的外观和外部保护。然而，涂料暴露在天然气候和其它因素中，可导致表面粉化，并使涂料薄膜中的聚合物损失。另外，涂料表面非常薄，一般为1-2密耳的数量级，因此，当不合理使用表面时，会造成碎裂、剥落和刮伤。
本领域已知由心板组成的层叠压板，该层压板具有粘附在该心板的多块树脂浸渍纸板构成的板材层压件。已知的心板材料包括人造木板(例如MDF-中等密度的纤维板)和颗粒板。这些产品在干燥区域使用比较令人满意，但在潮湿区域，这些产品有膨胀的趋势，这会使结构的边缘不能对准。
美国专利第5425986号公开了一种层压板结构，它包括层压在树脂浸渍板上的一个纤维水泥板心板。在不同环境条件下，心板和层压板的尺寸的不均匀变化，会在纤维水泥和树脂浸渍板材之间产生应力，从而导致心板裂开或脱层。这种作用在经历高温后接着经历一段时间的干燥或加热和低湿度的环境下会更大。
因此，需要有一种建筑材料，它的纤维水泥耐用和耐湿，同时具有所希望的外观和手感。另外，还需要一种建筑材料，它的外表面是预制的，并耐刮伤和磨损，同时还能保持对纤维水泥的强大粘接力，当暴露在恶劣的环境条件下或潮湿/干燥循环的条件下时，不会裂开、裂纹或脱层。
                        发明概述
本发明的一个实施方案涉及一种建筑材料，它包括一个具有第一侧面和第二个侧面的纤维水泥基体；在所述第一和第二个侧面中的至少一个侧面上的至少一张树脂浸渍纸；和在所述纤维水泥基体与所述至少一张树脂浸渍纸之间的一个消除应力的聚合物薄膜，所述聚合物薄膜起到作为所述纤维水泥基体和所述至少一张树脂浸渍纸之间的一个应力消除装置的作用。
在另一个实施方案中提供了一种用于将纤维水泥与树脂浸渍纸连接的薄膜，它包括用于平衡纤维水泥和树脂浸渍纸之间的应力的聚合物。
在又一个实施方案中提供了一种将具有一个表面的纤维水泥基体粘接到至少一张树脂浸渍纸，形成建筑材料的方法，该方法包括：用消除应力的聚合物薄膜涂敷纤维水泥基体的表面的至少一部分上，该聚合物薄膜可以防止该基体与至少一张树脂浸渍纸之间脱层；和将至少一张树脂浸渍纸压贴在该聚合物薄膜和该基体上。
                      附图的简要说明
图1为本发明的一个实施例的建筑材料的横截面图，该材料包括一个纤维水泥心板，在该心板上层压着多张树脂浸渍纸。
                      优选实施例的详细说明本发明的优选实施方案涉及一种预制的、耐湿和耐用的建筑材料，该材料优选包括层压在一张或多张树脂浸渍纸或板材(例如FORMICA)上的纤维水泥。在一个实施方案中，提供了一种预制和耐用的建筑材料。在另一个实施方案中，提供了树脂浸渍板和基体之间的一个聚合物涂层或薄膜。在又一个实施方案中，提供了将树脂浸渍板材粘接到基体的方法。
该预制的建筑材料优选包括三个组成部分：(1)基体，(2)一个聚合物薄膜或涂层，和(3)树脂浸渍纸。这些组成部分一起形成一种预制的和耐用的建筑材料，树脂浸渍纸可以设置在基体的一个侧面或二个侧面上。
基体最优选的材料为纤维水泥，但也可以是木材、金属如铝、混凝土或其它水泥质材料、塑料如聚氯乙烯、复合材料如纤维增强的塑料、人造木料(如硬质纤维板或定向纤维板)和石膏板。在一个实施方案中，纤维水泥基体由大约20-60％波特兰水泥，大约20-70％的土壤二氧化硅砂，大约0-12％纤维素纤维和大约0-6％的选择的添加剂(例如矿物的氧化物、矿物的氢氧化物和水)组成。为了改善纤维水泥的热稳定性，可加入片晶或纤维添加剂(例如硅灰石、云母、玻璃纤维或矿物纤维)。一般干燥的纤维水泥板的密度大约为1.3-1.4g/cm3，但可通过压制材料至干燥时的密度达到2.0g/cm3，或加入密度改性剂—例如不膨胀或膨胀的蛭石、珍珠岩、粘土、油页岩或低容积密度(大约0.06-0.7g/cm3)的硅酸钙的水合物或充气改良该密度。
聚合物薄膜优选：聚氨酸、丙烯酸、丙烯酸-苯乙烯、聚酯、聚醚、聚乙烯和它们的改性薄膜。其它可以使用的薄膜包括(但不限于)由热固性聚合物和热塑性聚合物构成的薄膜，例如：环氧树脂、聚酰胺、聚酸亚胺、聚硫化物、硅-基聚合物、天然聚合物(例如淀粉)。该薄膜可以是其表面上带有或不带有粘接剂的独立的薄膜，或者可以是由水基溶液、溶剂基溶液，或100％的固体聚合物形成的薄膜。在一个实施方案中，薄膜的厚度大约为0.2-5密耳。
聚合物薄膜最好是扰性的，其玻璃化转变温度Tg优选为大约-90℃--50℃，更优选的是0℃以下，薄膜强度好。聚合物薄膜优选对纤维水泥和树脂浸渍板材(例如FORMICA)都具有良好的粘接性。另外，当在聚合物薄膜的一个侧面或二个侧面上放置有单独的粘接剂时，这种粘接剂应对纤维水泥和/或树脂浸渍板有很好的粘接性。
纤维素纸优选用蜜胺-甲醛和苯酚-甲醛树脂浸渍，也可以用其它聚合物树脂如聚酯处理。在一个实施方案中，浸渍纸的厚度大约为0.05-1mm。纸中的树脂含量优选为大约10-70％。
该方法优选同时将树脂浸渍纸、聚合物薄膜和基体层压在一起(直接法)。可以使用的另一种方法是，首先层压树脂浸渍纸，然后将该层压纸板、聚合物薄膜和基体层压在一起(间接法)。
本发明的一个实施方案涉及将树脂浸渍纸(例如FORMICA)层压到纤维水泥心板上。层压可在不同的压力下进行，并可用上述的直接和间接层压法来完成。本发明还涉及压在纤维水泥上的产品FORMICA或类似的材料。
没有专门选择的聚合物薄膜而使树脂浸渍纸与纤维水泥层压在一起的一个问题是，层压件会脱层。例如，在压力机上压制由蜜胺-甲醛(MF)和苯酚-甲醛(PF)浸渍纸以后，树脂固化，并且在热和潮湿作用下，层压件的尺寸变化比纤维水泥板的尺寸变化大得多。由于尺寸变化不均匀，作用在材料上的力将该层压结构撕开，因此，在干燥条件，高湿度或加热的作用下，树脂浸渍纸与纤维水泥的层压结构会脱层。
本发明的优选实施方案，通过开发了一种处理纤维水泥表面的方法，解决了这个问题。该方法不论产品是用直接层压法还是间接层压法制造，使用一个聚合物涂层或薄膜，成功地阻止与纤维水泥层压在一起的FORMICA脱层。聚合物涂层优选的是非刚性的应力消除的材料，更优选弹性材料，甚至更优选具有上述作为消除纤维水泥和树脂浸渍板间的应力的应力消除装置的性质。包含这种涂层的层压件不容易脱层和/或裂开或裂缝。
任选地，纤维水泥基体可在未经处理的状态下压制成平的；或在固化以后，进行喷沙清理，以得到一个光滑的表面，在其上，最少量(例如1张或2张)的树脂浸渍纸粘接到涂层上，如上所述。在涂层以前，加工或喷沙清理该表面，使它光滑，可以使用较少量的树脂浸渍纸，来得到所希望的平整的面层。这种产品可使其纤维水泥和树脂浸渍纸之间的不均匀应力更好地平衡，以阻止心板产生裂纹或裂开。
图1说明本发明建筑材料结构的一个实施方案。建筑材料10包括一个基体12，在一个实施方案中，该基体为纤维水泥板，板12具有第一个侧面和第二个侧面。如上所述，在板12的第一个侧面上有第一个弹性体粘接剂层14。在该弹性体粘接剂层14上，放置着多张树脂浸渍纸16。在所示的实施方案中，设有4层苯酚-甲醛浸渍纸层16，在该层16上，优选设有一层蜜胺-甲醛浸渍纸18。
在板12的第二个侧面上，设有第二个弹性体粘接剂层20。与第一个侧面相同，在第二个弹性体粘接剂层20上，设有多张树脂浸渍纸22，更优选设有4层苯酚-甲醛浸渍纸层。在上述树脂浸渍纸层22上，还放置了一层蜜胺-甲醛浸渍纸24。
粘接剂层14、20所用的弹性材料可以拉伸和压缩，而不会在有限的力作用下损坏该弹性材料。在力消除后，该弹性材料可恢复其原来形状。在一个实施方案中，所用的弹性材料的伸长量大约为20-1200％，更优选大约100-1000％。该材料在100％伸长量下的弹性模量优选是大约10-10000磅/平方英寸，更优选大约50-8000磅/平方英寸。
应当理解，图1所示的实施方案纯粹是示例性的，可以有其它形式的、数量变化的树脂浸渍纸。这样，在一个实施方案中，只在板12的一个侧面上有树脂浸渍纸。另外，每一个侧面可以有少量或更大量的苯酚-甲醛浸渍纸(例如0-4张)。在上述实施方案中，还可看出，还可设置附加的蜜胺-甲醛浸渍纸层(例如1-3层)。
下面描述与图1所示相同的建筑材料10的其它的例子。实施例1
现在描述根据本发明使用直接层压法制造的建筑材料的一个例子。在厚度为1/4英寸的纤维水泥板的两个侧面上，用滚子涂层法涂上Bayhydrol PR 240(40％固体)。Bayhydrol 240 PR为Bayer Corp.ofPittsbargh，PA销售的一种水基聚氯酯弹性体粘接剂。在经过涂敷的纤维水泥板的顶部，放置一层蜜胺-甲醛(MF)树脂浸渍纸和四层苯酚-甲醛(PF)浸渍纸；而在该经过涂敷的纤维水泥板的底部，放置一层MF浸渍纸和一层PF浸渍纸。将这些层和板，在350°F和压力750磅/平方英寸下，压贴在一起5分钟。然后，将层压的板放入60℃的炉子中3天。
对所得出的建筑材料没有脱层。根据上述实施例制造的建筑材料进行三种形式的脱层试验：
1.将该建筑材料放在室温下干燥(湿度小于10％)2天；
2.将该建筑材料放入60℃的干燥炉中3天；
3.将该建筑材料进行5个干燥/潮湿循环，例如24小时放在60℃的炉中和24小时浸入水中。
结果发现，当在纤维水泥和FORMICA之间设有放入聚合物薄膜时，在大约60℃的炉中，大约2小时就出现脱层。当带有聚合物薄膜时，在上述三种试验中，都没有出现脱层。实施例2
另一个实施例使用间接层压法将装饰纸层压在纤维水泥上。苯酚-甲醛浸渍纸和蜜胺-甲醛浸渍纸，在热压机上用高压(例如，大约1500磅/平方英寸)或中等压力(例如大约1000磅/平方英寸)压制，得到纸基装饰层压件。该纸基层压件的厚度可在大约0.5-3mm内变化。
厚度大约为1/4英寸的纤维水泥板，利用刷子涂上WC-0682-M-449粘接剂(H.B.Fuller，St.Paul，Miunesota)。WC-0682-M-449是一种水基丙烯酸弹性体粘接剂。该粘接剂的固体百分比约为48％。纤维水泥板每一个侧面上的粘接剂的量大约为7克/平方英尺(湿量，即7克48％固体粘接剂)。在经过涂敷的纤维水泥板的两个侧面上，放置厚度大约为0.5mm的纸基层压件。将该纸基层压件和纤维水泥心板，在大约50磅/平方英寸压力下，压贴大约1分钟。压力机顶部压板和底部压板的温度大约为350°F。
然后，将层压板放在不同环境条件下，测试其粘接行和脱层情况。该层压板的粘接性非常好，没有脱层。作为比较，不使用弹性体粘接剂，而使用如在美国专利第5425986号中所述的脲-甲醛粘接剂来制造该同样的层压件。当该层压件在60℃的炉中干燥大约2小时时，纤维水泥心板上出现脱层。
一般来说，本发明的优选实施方案的建筑材料，当将纤维水泥层压树脂浸渍板(例如FORMICA或类似的材料)上预制该建材时，具有耐用和纤维水泥的其它性质的优点。预制建筑材料的表面，在建筑施工现场或在工厂中进行油漆打底漆和/或油漆整饰涂层时，都不需要涂漆。FORMICA和类似的材料，比普通的房屋内外涂料(例如丙烯酸涂料)的优点是较能耐受表面刮伤和磨损。另外，在纤维水泥和FORMICA或类似材料之间的弹性体聚合物薄膜可以消除它们之间的应力，防止建筑材料脱层。
上述的实施例只是本发明的一些优选实施方案的例子。本领域的技术人员在不偏离本发明的精神和范围的条件下，可对上述实施例进行各种改变和改进。

Claims (27)

1.一种建筑材料，它包括：
一个具有第一侧面和第二个侧面的纤维水泥基体；
在所述第一和第二个侧面中的至少一个侧面上的至少一张树脂浸渍纸；和
在所述纤维水泥基体与所述至少一张树脂浸渍纸之间的一个消除应力的聚合物薄膜，所述聚合物薄膜起到纤维水泥基体和至少一张树脂浸渍纸之间的应力消除装置的作用。
2.如权利要求1所述的建筑材料，其中纤维水泥基体包括纤维素纤维。
3.如权利要求1所述的建筑材料，其中聚合物薄膜选自：聚氨酯、丙烯酸、丙烯酸-苯乙烯、聚酯、聚醚、聚乙烯和它们的改性薄膜、环氧树脂、聚酰胺、聚酰亚胺、聚硫化物、硅基聚合物和天然聚合物。
4.如权利要求1所述的建筑材料，其中聚合物薄膜为弹性体。
5.如权利要求4所述的建筑材料，其中该弹性体的伸长量大约为20-1200％。
6.如权利要求5所述的建筑材料，其中该弹性体的伸长量大约为100-1000％。
7.如权利要求4所述的建筑材料，其中在100％伸长时，该弹性体的弹性模量大约为10-10000磅/平方英寸。
8.如权利要求7所述的建筑材料，其中在100％伸长时，该弹性体的弹性模量大约为50-8000磅/平方英寸。
9.如权利要求1所述的建筑材料，其中该聚合物薄膜的玻璃化转变温度大约为-90-50℃。
10.如权利要求4所述的建筑材料，它还包括在聚合物薄膜表面上的粘接剂。
11.如权利要求1所述的建筑材料，其中该树脂浸渍纸包括用选自蜜胺-甲醛和苯酚-甲醛的树脂浸渍的纤维素纸。
12.如权利要求1所述的建筑材料，其中树脂浸渍纸层压在所述第一和第二个侧面上。
13.如权利要求1所述的建筑材料，它包括在纤维水泥基体的第一个侧面上的至少一层苯酚-甲醛浸渍纸；和在至少一层苯酚-甲醛浸渍纸上的至少一层蜜胺-甲醛浸渍纸。
14.一种用于连接纤维水泥与树脂浸渍纸的薄膜，它包括用于平衡纤维水泥和树脂浸渍纸之间的应力的聚合物。
15.如权利要求14所述的薄膜，其中该聚合物选自：聚氨酯、丙烯酸、丙烯酸-苯乙烯、聚酯、聚醚、聚乙烯和它们的改性薄膜、环氧树脂，聚酰胺、聚酰亚胺、聚硫化物、硅基聚合物和天然聚合物。
16.如权利要求14所述的薄膜，其中该聚合物为水基聚氨酯弹性体粘接剂。
17.如权利要求14所述的薄膜，其中该聚合物为水基丙烯酸弹性体粘接剂。
18.一种将具有一个表面的纤维水泥基体粘接到至少一张树脂浸渍纸上以形成建筑材料的方法，该方法包括：
用消除应力的聚合物薄膜涂敷该纤维水泥基体的表面的至少一部分，该聚合物薄膜可以防止该基体与至少一张树脂浸渍纸之间的脱层；和
将至少一张树脂浸渍纸压贴在该聚合物薄膜和该基体上。
19.如权利要求18所述的方法，其中该纤维水泥的厚度大约为1/4英寸。
20.如权利要求18所述的方法，其中该至少一张树脂浸渍纸包括多张树脂浸渍纸。
21.如权利要求20所述的方法，它还包括在将所述纸压贴在聚合物薄膜和基体上之前，将多张纸压贴在一起形成一个纸-基层压件。
22.如权利要求21所述的方法，其中该纸-基层压件的厚度大约为0.5-3mm。
23.如权利要求21所述的方法，其中，在大约350°F和大约50磅/平方英寸的压力下，将多张纸压贴在一起大约1分钟。
24.如权利要求18所述的方法，其中，压贴在大约350°F和大约为750磅/平方英寸的压力下进行大约5分钟。
25.如权利要求24所述的方法，它还包括，在压贴后，在大约60℃下，加热该建筑材料大约3天。
26.如权利要求18所述的方法，它还包括在涂敷之前，使纤维水泥的表面变光滑。
27.如权利要求18所述的方法，其中该聚合物薄膜为弹性体。
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