CN1740112A - 木质水泥板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强度且富有韧性的轻量木质水泥板。该木质水泥板由含有水泥类无机粉体C、含硅质的材料S、木质纤维束和云母的原料混合物的硬化物所组成，其中该水泥类无机粉体和含硅质的材料的质量比设定在40∶60～50∶50的范围内。该木质纤维束是高度蓬松的，可赋予木质水泥板以韧性，另外，云母改善了板的尺寸稳定性。如将C/S设定在40∶60～50∶50的范围内，则板的硬化就能顺利进行，未反应物的残存量减少。

Description

木质水泥板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种木质水泥板及该木质水泥板的制造方法。
背景技术
在现有技术中，将木片、刨花以及木质纤维(纸浆)等用作增强材料的水泥板即木质水泥板例如作为外墙材料等建筑板而提供(例如参照专利文献1、2、3、4)。
专利文献1：特开平9-87002号公报
专利文献2：特开平9-39154号公报
专利文献3：特许第2913016号公报
专利文献4：特开2000-264701号公报
上述木质水泥板例如可以通过干式法制造，该方法在含有水泥类无机粉体和上述木质增强材料的原料混合物中加入预定量的水并将其散布在模板上，从而形成原料混合物的底板，再压实养护该底板以便使之硬化。该干式法因原料混合物的含水率较低(30～50重量％)，因此可作为高效率的制造方法而备受赏用。
作为上述木质系增强材料，在使用了木片的木片水泥板中，因为在原料混合物中不含长纤维，所以不能期待在形成的原料混合物的底板中，出现因长纤维相互缠绕而产生的增强效果，底板的强度也不足，因此，存在于底板的使用过程中容易发生崩溃的问题，再者，也存在发生制品的木片增强效果不充分、机械强度不足这一问题的可能性。
作为上述木质系增强材料，在使用了刨花的刨花水泥板中，刨花容易在原料混合物中缠绕，难以进行原料混合物的均匀混合，且在模板上散布原料混合物时，因为有难于进行均匀散布的问题，所以上述干式法就难以适用，因此，通常采用效率不佳的方法，即在原料混合物中加水使之成为浆料状，再将其填充到模具内。另外，刨花因具有粗大形状，所以就有可能发生因相互缠绕引起的未硬化成形物和制品的强度提高不充分的问题。
作为上述木质系增强材料，使用了纸浆的纸浆水泥板，因为纸浆在原料混合物中高度缠绕，很难在模板上均匀散布该原料混合物，因此，仅下述的湿式法适用而干式法就不为适用，其中所述湿式法是将该原料混合物分散在水中而成为料浆，并对该料浆进行抄浆而制成薄板，再将多张该薄板层叠在一起，进行压实养护以便使之硬化。
发明内容
作为解决上述现有技术之课题的方法，本发明提供一种木质水泥板，其由含有水泥类无机粉体、含硅质的材料、木质纤维束和云母的原料混合物的硬化物所组成，其中该水泥类无机粉体和该含硅质的材料的质量比设定在40∶60～50∶50的范围内。对于该木质纤维束，优选的是，具有直径为0.1～2.0mm、长度为2～35mm的分枝及/或弯曲及/或已屈曲的蓬松形状，且该木质纤维束本身的拉伸强度为150～200N/mm2，另外，对于该云母，优选的是，平均粒径为150～200μm，纵横尺寸比为5～10，该云母在原料混合物中添加2～8质量％。
另外，在含有水泥类无机粉体、含硅质的材料、木质纤维束和云母的原料混合物中，添加混合预定量的水，并将该加水原料混合物散布在基板上以形成原料混合物底板，然后加热压制该原料混合物底板使之一次硬化，进而对该一次硬化物进行高压蒸汽养护，在这样的木质水泥板的制造方法中，本发明的木质水泥板优选采用将该水泥类无机粉体和该含硅质的材料的质量比设定在40∶60～50∶50的范围内的方法来制造。
本发明的木质纤维束从形状上看，在原料混合物中因没有牢固地缠绕在一起，从而可以将原料混合物均匀散布在模板上。但是，该木质纤维束通过从表面露出的微细纤维的缠绕，提高了底板或制品的强度，另一方面，因其蓬松形状而赋予制品以挠性及韧性。但是，因该木质纤维束的蓬松形状而使制品的吸水性增大，为防止冻-融稳定性的退化，将水泥类无机粉体和含硅质的材料的质量比设定在40∶60～50∶50的范围内，再通过加热压制促进一次硬化以及通过高压蒸汽养护促进二次硬化，便不会使未反应的水泥类无机粉体和含硅质的材料残存下来。
云母可改善制品的尺寸稳定性，且协同该木质纤维束一起改善制品的韧性和挠性。
本发明提供一种轻质、高强度且富有韧性、进而尺寸稳定性、冻-融稳定性以及打钉适应性优良的刨花水泥板。
具体实施方式
以下详细说明本发明
[水泥类无机粉体]
本发明所使用的水泥类无机粉体，是指以硅酸钙作为主成分的水硬性无机粉体，作为这样的无机粉体，例如有波特兰水泥、或在波特兰水泥中混合了高炉矿渣的炉渣水泥、混合了火山灰或白土等硅石物质的硅石水泥、混合了粉煤灰的粉煤灰水泥、高铝水泥、高炉矿渣等。
[含硅质的材料]
本发明在上述水泥类无机粉体中并用含硅质的材料，可促进该水泥类无机材料的硬化反应。作为上述含硅质的材料，例如可以举出石英粉、硅沙、硅石粉末、水玻璃、微硅粉(silica fume)、SirasuBalloon(商品名)、红磷锰石(palaite)、硅藻土及白云石等。
[木质纤维束]
作为本发明使用的优选的木质纤维束，具有直径为0.1～2.0mm、长度为2～35mm的分枝及/或弯曲及/或已屈曲的蓬松形状，且该木质纤维束自身的拉伸强度是150～200N/mm2，通常使用松密度为0.03～0.05g/cm3、通过4.75mm筛孔的筛分残留占40质量％或以上的木质纤维束。上述木质纤维束从表面露出大量微细纤维。作为上述木质纤维束的树种，例如有黄丝柏木材(yellow-cypress)、日本扁柏等。
[云母]
作为本发明所使用的云母，优选平均粒径为150～200μm、纵横尺寸比为5～10的鳞片状云母。云母通常具有层层状结构，无吸湿性且具有刚性的高弹性体，并能大幅度提高木质水泥板的尺寸稳定性。
[其他成分]
作为本发明的木质水泥板的原料，作为上述以外的成分，亦可添加：海泡石(sepiolite)、硅灰石(wollastonite)、玻璃纤维、晶须(whisker)等无机纤维，氯化钙、氯化镁、硫酸钾、硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝、铝酸钠、铝酸钾、甲酸钙、乙酸钙、丙烯酸钙、水玻璃等水泥硬化促进剂，蛭石(vermiculite)、红磷锰石、膨润土等矿物粉末，天然蜡、蜡、石蜡、硅、表面活性剂等防水剂以及疏水剂，发泡性热塑性塑料空心颗粒，塑料发泡体，木片、刨花、木质纤维、纸浆、竹纤维、麻纤维、蔗渣、稻谷壳、稻草等木质增强材料。另外，所列举的这些物质并不限定本发明。
[原料混合物的调配]
在本发明中，像上述那样为了促进所成形的原料混合物底板的硬化而使未反应物不会残留下来，将上述水泥类无机粉体(C)和上述含硅质的材料(S)的质量比设定在40∶60～50∶50的范围内。
上述木质纤维束在原料混合物中，通常添加15～35质量％，优选添加20～30质量％。木质纤维束不落在此范围的添加量，木质水泥板的增强效果就不充分，超过此范围的添加量，将使尺寸稳定性和冻-融稳定性退化。
上述云母在原料混合物中，通常在2～8质量％的范围内进行添加。云母的添加量不足2质量％时，就不能使所得木质水泥板的尺寸稳定性充分提高，而云母的含有量超过8质量％时，原料就难以进行均匀混合，难以制得品质稳定的木质水泥板，同时也使成本增加。
[木质水泥板的制造]
为了制造本发明的木质水泥板，通常在混合了预定量的上述组成的原料混合物中加水，通常将水分含量设定为30～50质量％，接着在模板、传送板、平板等基板上散布该加水原料混合物形成底板，并将该底板和基板一起加热压制使之一次硬化。在上述加热压制中所适用的温度通常为60～100℃，压制压力通常为6～7N/mm2。
上述一次硬化结束后，所得到的一次硬化底板经脱模后进行高压蒸汽养护。高压蒸汽养护时的养护条件，通常是湿度85％RH或以上，温度为150～180℃，时间为10～18小时。高压蒸汽养护后经过干燥工序再进行表面处理而成为制品。
本发明的木质水泥板也可以设定为二层构造或三层构造。二层构造时，首先将混合有微细纤维或木粉等纤细粒径的木质增强材料的原料混合物散布在基板上，接着将含有上述木质纤维束的原料混合物散布在其上面形成二层构造的底板，加热压制该底板以及对该底板进行高压蒸汽养护，通过混合有上述纤细粒径木质增强材料的原料混合物形成致密构造的表层部，通过含有上述木质纤维束的原料混合物形成粗构造的里层部。再者，三层构造时，进一步将混合有纤细粒径的木质增强材料的原料混合物散布在其上面形成三层构造的底板，加热压制该底板以及对该底板进行高压蒸汽养护，使由包含上述木质纤维束的原料混合物所形成的层成为芯层部，将在其上面的由混合有上述纤细粒径的木质增强材料的原料混合物所形成的层作为里层部。另外，形成三层构造时，也可以层叠二片上述二层构造的底板并加热压实，加热压制以及进行高压蒸汽养护。此时，该底板层叠成使由含有上述木质纤维束的原料混合物所形成的层相互接触。
[实施例1～5，比较例1～5]
将表1所示组成的原料混合物散布在基板上形成底板，接着以80℃的温度、65kg/cm2的压力加热压制12小时，使该底板一次硬化后进行脱模，最后以165℃的温度进行12小时的高压蒸汽养护而使其成为试料。
各试料的物性如表1所示。
                                                                            表1
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   比较例1   比较例2   比较例3   比较例4   比较例5
  配比(wt％)   水泥(C)   37.5   36   28   34   32.5   30   42.5   30   45   25
  硅沙(S)   37.5   36   42   34   32.5   30   42.5   30   25   45
  云母   5   3   5   7   5   0   0   10   5   5
  木质纤维束   20   25   25   25   30   40   15   30   25   25
  硬化促进剂*1   4   4   4   4   4   4   4   4   4   4
  C/S质量比   50/50   50/50   40/60   50/50   50/50   50/50   50/50   50/50   75/25   25/75
  物性   干透后的比重   1.27   1.25   1.20   1.15   1.12   0.83   1.33   1.04   1.25   1.52
  抗弯强度(N/mm2)*2   22.5   23.4   23.0   22.3   22.0   9.1   17.2   16.5   20.3   19.7
  杨氏模量(103×N/mm2)*2   7.3   6.9   6.5   6.3   6.0   3.8   8.7   5.3   7.9   7.0
  弯曲量(mm)*2   2.8   3.0   3.1   3.2   3.4   3.9   2.1   3.5   2.5   2.7
  吸水延伸率(％)*3   0.15   0.17   0.16   0.15   0.19   0.27   0.15   0.16   0.17   0.18
  脱湿收缩率(％)*4   0.14   0.18   0.17   0.15   0.19   0.30   0.16   0.16   0.18   0.17
  冻-融稳定性*5   ○   ○   ○   ○   ○   ×   ○   △   ○   △
  打钉适应性*6   ○   ○   ○   ○   ○   ○   ×   ○   ×   ○
*1：氯化镁(对水泥的质量比)
*2：以JIS A 1408为基准
*3：吸水24小时后的尺寸变化率
*4：80℃的温度之下脱湿24小时后的尺寸变化率
*5：ASTM B法原板300循环无异常○，厚度膨润率5％以内△，厚度膨润率5％以上×
*6：用空气打钉机(Air-nailer)从上空25mm的位置打钉良好○，发生裂缝×
很明显，从表1可以确定：实施例1～5的试料即本发明的木质水泥板，其抗弯强度均为20N/mm2或以上，杨氏模量(Young’smodulus)、弯曲量都十分大，且具有良好的韧性，另外，尺寸稳定性、冻-融稳定性以及打钉适应性也良好。不添加云母而添加了40质量％的木质纤维束的比较例1，其抗弯强度、尺寸稳定性以及冻-融稳定性都较差，并且韧性也不充分，不添加云母而木质纤维束停留在15质量％的比较例2，其比重超过1.3(1.33)，抗弯强度不充分，并且韧性也有些不足，再者，打钉适应性也较差。另一方面，含有8质量％或以上(10质量％)云母的比较例3，其抗弯强度较差，韧性也有些不足，且冻-融稳定性也有些差，C/S大于50∶50的比较例4，其弯曲量有些小，打钉适应性也不好。另外，C/S小于40∶60的比较例5，其抗弯强度不足20N/mm2，弯曲量也有些小，且冻-融稳定性也有些差。
本发明的木质水泥板重量轻、高强度、富有韧性，而且尺寸稳定性也好，冻-融稳定性及打钉适应性优良，因而适用于建筑物的外墙材料等。

Claims (6)

1.一种木质水泥板，其由含有水泥类无机粉体、含硅质的材料、木质纤维束和云母的原料混合物的硬化物所组成，其中所述水泥类无机粉体和所述含硅质的材料的质量比设定在40∶60～50∶50的范围内。
2.如权利要求1所述的木质水泥板，其中所述木质纤维束具有直径为0.1～2.0mm、长度为2～35mm的分枝及/或弯曲及/或已屈曲的蓬松形状，且所述木质纤维束自身的拉伸强度为150～200N/mm2。
3.如权利要求1或2所述的木质水泥板，其中所述云母的平均粒径为150～200μm，纵横尺寸比为5～10，所述云母在原料混合物中添加有2～8质量％。
4.一种木质水泥板的制造方法，其为在含有水泥类无机粉体、含硅质的材料、木质纤维束和云母的原料混合物中添加预定量的水并混合，并将所述加水原料混合物散布在基板上以形成原料混合物底板，然后加热压制所述原料混合物底板使之一次硬化，进而对所述一次硬化物进行高压蒸汽养护，其中将所述水泥类无机粉体和所述含硅质的材料的质量比设定在40∶60～50∶50的范围内。
5.如权利要求4所述的木质水泥板的制造方法，其中所述木质纤维束具有直径为0.1～2.0mm、长度为2～35mm的分枝及/或弯曲及/或已屈曲的蓬松形状，且所述木质纤维束自身的拉伸强度为150～200N/mm2。
6.如权利要求4或权利要求5所述的木质水泥板的制造方法，其中所述云母的平均粒径为150～200μm，纵横尺寸比为5～10，所述云母在原料混合物中添加有2～8质量％。
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