CN1910326A - 具有可辐射固化组分的复合纤维水泥制品 - Google Patents

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Abstract

复合建筑制品被构造具有一个或多个表面下的界面区，其被提供以改进制品的耐久性。每个表面下的界面区由纤维水泥和可辐射固化材料的基体制成。可辐射固化材料与纤维水泥形成联锁网络，以提供对抗可以降解该制品的环境物质进入的界面区。表面下的界面区的数目、构造和分布根据最终产品的期望特征而变化。表面下的界面区也改善外部涂层与基底之间的粘合，因为界面区可以与基底以及外部涂料层整体形成。

Description

具有可辐射固化组分的复合纤维水泥制品
                      发明背景
发明领域
[0001]本发明一般而言涉及复合建筑制品，具体而言，涉及掺入一种或多种可辐射固化组分的复合纤维水泥建筑制品，包括制造复合制品的组合物和方法。
相关技术描述
[0002]纤维增强水泥(fiber reinforced cement(FRC))产品正日益被用在很多建筑应用和气候不同的区域。由于它们固有的耐火、耐水、防虫以及耐霉性，以及其一般的可承受性，FRC产品受到喜爱。然而，持续的周期暴露于湿润-干燥周期、冻-融周期、紫外线暴露和大气二氧化碳随时间可在FRC产品中引起物理和化学变化。在运输和安装操作过程中，FRC建筑材料也可能遭受物理破坏。
[0003]已经开发了涂层和层压件来保护FRC产品，以减少暴露和操作的有害影响，并且同时为FRC产品提供装饰表面。在通过施用表面涂层处理纤维水泥制品的情况下，最终产品经常还是易于遭受物理和化学方式的降解。涂层和层压件本质上是表面处理，且在反复暴露之后，易于遭受粘合损失或从基底上分层。尽管使用与基底发生化学反应的粘合促进剂或涂料或胶粘剂来改进粘合性是熟知的，但该方法对经过很多年户外暴露在极端气候或严酷环境下而保持粘合不总是成功的，例如经历多次冻/融周期的湿润环境。所需要的是在极端环境下保持FRC材料上的装饰表面的方法。
[0004]类似于环境损害，在安装过程中的操作不当也可能影响FRC产品的使用寿命。操作不当可以引起所施用的表面涂层或层压件破裂、撕裂或遭到磨损损害或分层。如果表面涂层或层压件的完整性受到损害，则反复暴露于极端的环境可以导致粘合损失并且损害下面的FRC基底。所需要的是保持FRC产品完整性的方法，而不管对涂层或层压件的表面损害。
[0005]考虑到上述，对具有装饰或功能性表面的FRC复合材料存在需要，使得甚至在极端环境下所述表面的外观和完整性得以保持，并且如果其表面被损坏或损害，其同时提供保持复合材料的完整性的方法。对基本减少使复合材料达到在特定应用中的必备性能水平所需的处理次数也存在需要。最后，对同时非常耐磨、防水、在长期暴露于冻/融环境后耐损害，并且能够在基本缩减成本和材料的情况下获得这些性能特征的FRC产品存在特别的需要。
[0006]因此，本发明的目的是提供复合制品和制造该复合制品的方法，所述复合制品将克服或改进现有技术的一种或多种缺陷。
                        发明概述
[0007]在一个方面，本发明优选的实施方案提供复合建筑制品，其具有主要包括纤维水泥的第一区、主要包括可辐射固化材料的第二区以及置于其问的表面下的界面区。表面下的界面区优选包括由可辐射固化材料和纤维水泥构成的联锁基体(interlocking matrix)，其中该界面区被构造用于增加建筑制品的耐久性。优选地，界面区以预定的程度通过复合制品的横截面而存在。所述可辐射固化材料可以选自环氧树脂、聚氨酯、聚酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、硫醇-丙烯酸酯、不饱和聚酯、聚酯环氧树脂(polyester epoxies)、聚氨酯丙烯酸类树脂、苯乙烯和官能化苯乙烯或者它们的混合物。在一个实施方案中，通过修改特征可以控制表面下的界面区的厚度，所述特征选自第一区的孔隙率、可辐射固化材料的载体溶液粘度、可辐射固化材料本身的粘度、可辐射固化材料的润湿行为以及可辐射固化材料与第一区材料的反应性。在一个实施方案中，所述第一区包括的纤维水泥基底具有按体积计算在大约2％-80％之间的孔隙率，更优选为按体积计算在大约20％-40％之间。在另一个实施方案中，复合建筑制品的全部横截面包括表面下的界面区。在另一个实施方案中，表面下的界面区与第一和第二区整体形成，且具有大约1μm至1,000μm的厚度。优选地，在表面下的界面区中的可辐射固化材料基本不含催化剂，且主要通过辐射可固化的。所述复合建筑材料优选选自覆面镶板、薄板、刨花板、厚木板、镶边、柱和管。
[0008]在另一个方面，本发明优选的实施方案提供建筑制品，其中所述建筑制品的基体的至少一部分包括由纤维水泥和可辐射固化材料形成的网络。优选地，所述网络被构造用于增加所述建筑制品的耐久性。在一个实施方案中，所述纤维水泥和可辐射固化材料被散布遍及建筑材料的基体。优选地，可辐射固化材料存在于纤维水泥材料孔中，所述孔具有大于0.01微米的平均孔径。在另一个实施方案中，所述建筑制品还包括增强纤维(reinforcement fiber)，其中所述纤维的至少一部分用可辐射固化材料处理。在又一个实施方案中，所述建筑制品还包括主要由可辐射固化材料形成的外部涂层。优选地，所述外部涂层是与网络整体形成的，以增加外部涂层与建筑制品的基体之间的粘合。在一个可选的实施方案中，所述建筑制品包括施用于至少一个表面的外部涂层。
[0009]在又一个方面，本发明优选的实施方案提供形成建筑产品的方法。该方法包括将可辐射固化材料施用于纤维水泥基底，其中所述可辐射固化材料以受控的方式延伸到基底中，并形成包括可辐射固化材料和纤维水泥的混合物的区域。该方法还包括施加辐射以固化基底中的可辐射固化材料，以便形成辐射固化材料与纤维水泥的三维网络。优选地，应用电子束辐射来固化可辐射固化材料。优选地，可辐射固化材料直接接触纤维水泥基底。在另一个实施方案中，在多阶段过程中固化可辐射固化材料。
[0010]在又一个方面，本发明优选的实施方案提供形成建筑产品的方法。该方法包括如下步骤：将可辐射固化材料与用于形成纤维水泥复合材料的组分结合；形成新薄板(green sheet)，其中所述可辐射固化材料被分布遍及于所述新薄板的至少一部分；以及固化该新薄板，形成含有纤维水泥和可辐射固化材料的网络的建筑产品。在一个实施方案中，所述方法还包括在固化新薄板之前，将该新薄板粘接到未固化的纤维水泥基底。在另一个实施方案中，所述方法还包括将涂层施用于建筑产品的至少一个表面。
                       附图简述
[0011]图1是一个优选实施方案的复合建筑制品的横截面图，该图显示在该制品中的表面下的界面区；
[0012]图2是另一个实施方案的复合建筑制品的横截面图，该图显示在制品中形成的两个表面下的界面区；
[0013]图3是另一个实施方案的复合建筑制品的横截面图，该复合建筑制品具有邻接建筑制品的外部表面而形成的表面下的界面区；
[0014]图4是另一个实施方案的复合建筑制品的横截面图，该复合建筑制品具有在制品的基底中所形成的不连续的表面下的界面区；
[0015]图5是另一个实施方案的复合建筑制品的横截面图，该复合建筑制品具有形成于制品的基底中的两种不同类型的表面下的界面区；
[0016]图6是中空复合建筑制品的横截面图，该制品引入与建筑制品的外表面邻接的表面下的界面区；
[0017]图7是中空复合建筑制品的横截面图，其在制品中引入两种不同类型的表面下界面区；
[0018]图8图解说明用于形成本发明优选实施方案中的复合建筑制品的过程；和
[0019]图9是图，比较了一个优选实施方案中的压缩FRC与无任何界面区的相当压缩FRC板在冻-融周期之后的ILB结果；和
[0020]图10A和10B是照片，显示经过切割和冻-融周期之后的一个优选实施方案的FRC制品。
                       优选实施方案详述
[0021]本发明优选的实施方案提供具有一个或多个表面下的界面区的复合建筑制品，其是由纤维水泥与可辐射固化材料的联锁网络形成的。正如将在下面更详细描述的，所述界面区优选与基底和建筑制品的外表面整体形成，以提供针对环境物质进入的有效界面，并改善建筑制品的耐久性、耐风化性、强度、韧度。
[0022]现在参考附图，其中同样的数字始终指的是同样的部分。图1示意图解说明本发明的一个优选实施方案的复合建筑制品100的横截面图。如在图1中所示，建筑制品100通常包括主要由纤维水泥形成的基底102、主要由可辐射固化材料形成的外层104、以及表面下的界面区106，其是由纤维水泥与可辐射固化材料的网络而构成的。如此处所使用，词语“主要地(predominantly)”应当意味着按重量计算包括大于50％。
[0023]在图1中的复合建筑制品100的基底102优选是有孔的和/或亲水的。该基底可以由很多不同的材料制成，例如石膏复合材料、水泥复合材料、土工聚合物复合材料或包括无机粘合剂的其它复合材料。优选地，所述基底是具有按体积计算大约40％-80％孔隙率的低密度纤维水泥板、具有按体积计算大约20-40％孔隙率的中密度纤维水泥板或具有按体积计算大约2％-20％孔隙率的高密度/压缩纤维水泥板。如在下面进行的更详细的描述，基底的孔隙率也可以通过机械或化学处理来修改，以控制界面区的形成。基底的孔隙率可以被分为如下五个主要小组。
[0024]i)空气孔(大约100-10微米)。这些涉及由不良灌筑、纤维聚集、脱水等而引起的大孔。有时它们被简单地称为裂缝或层间孔(interlaminar pore)。
[0025]ii)纤维孔(10-1微米)。这些涉及在木质纤维素纤维中固有的孔，特别是由于它们的管状结构和斜交形形状。
[0026]iii)中间孔(1-0.1微米)。
[0027]iv)毛细管孔(0.1-0.01微米)。这些涉及在基体中的游离水分耗尽之后而产生的孔。
[0028]v)凝胶孔(0.01-0.001微米)。这些孔涉及水泥或10粘合剂微孔，并且在尺寸上很小且难于更改。
[0029]并非希望束缚于任何具体理论，申请人假设，基底102的性质，具体而言是指在极端气候环境下的耐久性，可以与修饰或处理所形成的建筑制品中的孔联系起来，特别是那些具有在0.01微米至100微米之间的平均孔径的孔，最特别是那些具有在1微米至100微米之间的平均孔径的孔。
[0030]基底102可以是被磨光、机械加工、挤压、模制或其它而形成任何期望的形状。基底102可以是完全固化的、部分固化的或者是处于未固化的“未经处理的或新的(green)”状态。很多不同的纤维水泥复合材料和制造纤维水泥基底的方法可以被用于这些应用，例如那些在澳大利亚专利AU515151、PCT申请WO 0168547和PCT申请WO9845222中所述的，所述文献在此被全部引入作为参考。
[0031]在图1中所图解说明的表面下的界面区106优选与基底102整体形成，并且包括纤维水泥与一种或多种可辐射固化组分的均匀掺合物。可辐射固化组分渗入纤维水泥中的空隙和孔隙中，并与纤维水泥机械联锁而形成表面下的三维网络，其基本抵抗环境物质例如水的进入。优选地，可辐射固化组分存在于具有大于0.01微米的平均孔径的孔中，更优选地，可辐射固化组分存在于具有在0.1与100微米之间的平均孔径的孔中。最优选地，可辐射固化组分存在于具有在1与100微米之间的平均孔径的孔中。在一些实施方案中，可辐射固化组分也与基底102和/或增强纤维的孔壁化学键合。因为界面区106与基底102整体形成，所以，与在建筑制品的外表面上形成的常规保护涂层或层压件相比，其更不易遭受降解和损害。基于复合制品的期望最终用途，可以选择界面区的数目、形状、分布以及厚度。在一个实施方案中，界面区106基本构成复合制品的整个厚度。在另一个实施方案中，界面区106为大约1至1,000μm厚，优选为大约5至500μm厚，更优选为大约10至200μm厚。
[0032]在界面区106中的可辐射固化组分优选基本不含催化剂，并且主要通过辐射例如UV(紫外线)、IR(红外线)、NIR(近红外线)微波或γ-辐射来固化，更优选通过电子束(EB)辐射固化。可辐射固化组分可以包括但不限于高分子材料，例如环氧树脂、聚氨酯橡胶、聚酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和具有多官能类型的化合物，例如聚酯环氧树脂和聚氨酯丙烯酸类树脂。在一个实施方案中，可辐射固化组分可以是单体、低聚物或聚合物。可以从一系列具有官能度的单体制备低聚物，所述官能度包括但不限于异氰酸酯、羟基、聚醚、环氧、羧酸、自由基体系，自由基体系例如硫醇烯体系(thiolene systems)(基于多官能硫醇与不饱和多烯的反应，例如乙烯基醚；二乙烯基硫；烯丙基醚；和双环烯)；胺-烯体系(amine-ene systems)(基于多官能胺与不饱和多烯的反应)；炔体系；其中组分的反应部分是内部的而不是末端的体系；其它乙烯基(例如苯乙烯基)体系；丙烯酰胺体系；烯丙型体系；衣康酸酯体系和巴豆酸酯体系；以及阳离子固化体系，例如通过开环而反应的盐诱导的乙烯基醚体系和环氧封端体系；和基于具有反应性末端的化合物的任何其它体系。实际上，事实上通过辐射、热或其它方法固化而对固化组合物的期望性质(即氧化稳定性、热稳定性和水解稳定性以及防潮性)没有不利影响的任何官能团都被预想适合于可辐射固化组分106。包括硫醇烯(thiolene)的可辐射固化组分是特别优选的，其中该可辐射固化组分在空气中被固化。
[0033]可辐射固化组分106也可以包括单体，包括但不限于丙烯酸或甲基丙烯酸官能化的醇、二醇和多元醇；丙烯酸或甲基丙烯酸官能的乙氧基化和/或丙氧基化醇、二醇和多元醇；以及丙烯酸或甲基丙烯酸官能的乙二醇和丙二醇及聚乙二醇(ethylene polyglycols)和聚丙二醇(propylene polyglycols)；以及其它烯键式不饱和的单体，例如苯乙烯及官能化苯乙烯。在制备此类复合材料中有效的其它单体包括但不限于不饱和羧酸和二酸的衍生物，例如马来酸酯和延胡索酸酯，以及乙烯基官能物质，例如乙烯基醚和乙烯基吡咯烷酮(vinyl pyrolidones)。也可以使用在此所述的可辐射固化组分的掺合物或混合物。添加剂例如颜料、矿物增量剂、表面活性剂、抗润湿剂、染料、增塑剂、稳定剂、抗震剂、绝缘剂、阻燃剂可以被加入可辐射固化组分中以改善成品的物理-化学性质。
[0034]可辐射固化组分优选是100％固体，且具有低VOC(挥发性有机化合物)含量。可选地，可辐射固化组分可以溶解、悬浮或乳化在流体中，所述流体包括但不限于有机溶剂、水、超临界流体如CO2。可辐射固化组分优选具有高于大约50％的固体含量，更优选高于大约70％，甚至更有选为大约80％-100％固体。在一些实施中，可辐射固化组分也含有粘度改进剂、表面活性剂或矿物填料。100％固体成分已经被发现对形成界面区是有利的。高固体组成的粘度优选被设计为在纤维水泥基体和空隙内达到预定的分布。在一个实施方案中，单体可以被用于改进高固体可辐射固化组分的粘度。优选地，高固体可辐射固化组分具有按重量计算在1和60％之间的单体含量，更优选在2和40％之间，以及更优选小于40％和大于5％、10％、15％、20％、25％或30％。如果使用乳液型体系，乳液颗粒大小被设计为有助于空隙填充是优选的。
[0035]在图1中的建筑制品100的外层104包括一层保护涂层，例如可辐射固化涂层或可热固化涂层、底漆、密封层或类似层。在一些实施方案中，外层104包括与掺入在界面区106中的相同的可辐射固化材料。如在下面进行的更详细的描述，外层104可以与界面区106整体形成，以增强外层104与基底102之间的粘合。有利地，连续的外层104与可辐射固化材料和纤维水泥106的表面下的三维网络结合改善了产品的美观，并且改善了产品在极端环境中的长期耐久性。另外地，连续外层也可以作为传递能量或促使种类到较低表面下的可固化材料的手段，否则所述较低表面下的可固化材料难于被起始辐射源触及。
[0036]应当意识到，在建筑制品内的表面下的界面区的数目、位置以及构造可以基于设计及期望的目的而变化。单个界面区或多个界面区可以被掺入到建筑制品内，其中每一个界面区含有一种或多种可辐射固化组分。图2-7示意图解说明建筑制品的各种实施方案，所述建筑制品具有以各种方式分布在其内的一个或多个表面下的界面区。
[0037]图2示意图解说明一个这样的实施方案的复合建筑材料200的横截面图。建筑制品200具有纤维水泥基底202、两个相对的外层204a、204b和两个整体形成的表面下的界面区206a、206b，每一个界面区置于纤维水泥基底202与外层204a、204b之间。外层204a、b优选被涂敷以保护涂层，例如可辐射固化密封材料。
[0038]图3显示了另一个实施方案的复合建筑制品300的横截面图。建筑制品300具有纤维水泥基底302和邻接该制品300的每一面而形成的表面下的界面区306a-d。主要包括可辐射固化材料的外部保护层304a-d也形成于所述制品300的每一面上。表面下的界面区306a-d优选与外层304a-d和基底302整体形成。
[0039]图4显示了又一个实施方案的复合建筑制品400的横界面图。该建筑制品400具有纤维水泥基底402和大量遍及基底402而分布的表面下的界面区406。每个表面下的界面区406具有圆形横截面且沿所述制品的长度延伸。
[0040]图5显示了建筑制品500，其具有纤维水泥基底502和遍及基底502而分布的第一众多不连续的表面下的界面区506。该建筑制品500也具有第二众多表面下的界面区508，其形成于基底502之内，邻接外层504。外层504优选主要包括可辐射固化材料。在一个实施方案中，被掺入第一表面下的界面区的可辐射固化材料不同于第二界面区的可辐射固化材料。
[0041]示意图解在图1-5中的建筑制品代表多种不同的建筑产品，例如建筑板、薄板、厚木板、镶边、木板瓦、覆面镶板，它们适合应用于建筑的内表面和外表面。本发明一个优选的实施方案已经被开发为主要用于制造高性能的压缩纤维水泥板，其具有特别被构造用作外部或内部建筑覆面和衬板的辐射固化涂层和表面下的界面区。
[0042]图6-7图解说明所述概念也可以被应用于具有环形体例如管或柱的建筑制品。图6是中空管600的横截面图，其具有纤维水泥内芯602和邻接管600的外表面604a、604b而放置的整体形成的表面下的界面区606a、606b。优选地，可辐射固化涂层被施用于管600的外表面604a、604b。图7图解说明第二组表面下的界面区706可以被分布在图6中的中空管600的纤维水泥内芯602中。
[0043]形成表面下的界面区的方法
[0044]如在下面进行的更详细的描述，可以通过许多不同的方法形成纤维水泥制品中的表面下的界面区，包括而不限于(a)以受控方式将可辐射固化组分施用到固化的纤维水泥基体上；(b)以受控方式将可辐射固化组分施用到未固化的纤维水泥基体中；(c)将可辐射固化组分混合到纤维水泥混合物中，然后形成新鲜的或未被处理的形式(greenform)；(d)将可辐射固化材料施用于组分，例如建筑制品的纤维、填料和/或无机粘合剂；和(e)预制备纤维水泥和可辐射固化材料的混合物，然后与不含辐射固化组分的未固化纤维水泥共形成为建筑制品。
[0045]在每一个优选的实施方案中，可辐射固化组分直接接触纤维水泥基体，并且当与纤维水泥接触时聚合，从而形成具有纤维水泥的孔和空隙的机械联锁网络。可辐射固化材料的施用速率和浓度优选被选择为在界面区中提供合适浓度的可聚合化合物，以预定的程度填充纤维水泥基体内的空隙和孔隙。
[0046]单层施用
[0047]在某些优选的实施方案中，没有另外的其它涂层材料层被置于可辐射固化材料与纤维水泥之间，目的是确保聚合的可辐射固化材料与纤维水泥接触。在一个实施方案中，优选将一层可辐射固化材料施用于纤维水泥基底的一个或多个表面，而在每个表面上保留粘着的、基本无缺陷的膜。该层可辐射固化材料随后以受控的方式移动到基底中，以在固化之后形成完整的界面区。这样，单层可辐射固化材料足以提供连续的保护涂层，该保护涂层是与纤维水泥基体整体形成的。
[0048]表面下界面区的厚度的控制
[0049]在某些优选的实施方案中，表面下的界面区的厚度也可以被控制，以适合特定的产品性能标准。在一个实施方案中，通过控制可辐射固化组分向纤维水泥基体内的移动而获得预选择厚度。例如，纤维水泥基体的孔隙率可以被修饰为目标体积，以控制可辐射固化材料进入到纤维水泥基体中的速率和数量，从而控制界面区的厚度。可选地，可以通过将其与预定量的反应单体配制而修饰可辐射固化组分的粘度。在一些实施方案中，通过使用溶剂或载体来进一步增加界面区的厚度，所述溶剂或载体能够使溶解在其中的可辐射固化组分被渗透到纤维水泥中。
[0050]表面下的界面区中的可辐射固化组分的固化
[0051]为了确保界面区的固化，优选使用能够固化界面区中深处的组分的方法。优选主要使用辐射，更优选为EB辐射，进行表面下的界面区中的可辐射固化组分的固化。因为某些优选实施方案的可辐射固化组分不含可测量数量的催化剂，所以优选EB辐射固化，原因在于它具有较高的能量，并且可以更好地穿透界面区中的可固化组分，从而提供厚度增加的界面区。此外，EB可固化化合物倾向于在热和UV存在下保持稳定，因此可以在需要时被容易地活化。在这样的束中电子的高能量使得它们能够穿透相当的深度并且在较深处引发反应。
[0052]并不希望束缚于任何具体的实践，申请人发现，对于每一个30微米的界面区厚度，在密度为约1.33的纤维水泥基底中，使用在10mA下的50KeV与200KeV之间的EB源，可以达到适宜的固化。例如，使用在10mA下的150mA的EB源可以固化180微米厚的界面区，以及使用相应较高能量的EB源可以固化更厚的界面区。可选地，用如上所述的EB辐射量以及随后的热方法，可以固化界面区。在一些实施方案中，固化过程可包括一种以上机理，例如EB结合UV、EB结合热方法或类似机理。
[0053]图8图解说明制造本发明的优选实施方案中复合建筑制品的方法800。在该图解说明中，复合建筑制品是压缩的建筑覆面镶板。如在图8中所示，方法800始于步骤802，在该步骤中，根据已知的纤维水泥组合物和制造技术，制造FRC新板。在一个实施方案中，所使用的纤维水泥组合物一般落入在下面表1中所提出的范围内。
                        表1：FRC板的配方
干燥成分(种类) 干燥成分(一个优选的实施方案) 可接受的范围(％按干重计算) 优选的范围(％按干重计算)
粘合剂 水泥 大约20-60％ 大约23.5-26.5％
集料 硅石 大约0至60％ 大约62-65％
纤维 纤维素纸浆 大约0.1至15％ 大约7-9％
添加剂 氧化铝 大约0-5％ 大约2.5-4.5％
[0054]粘合剂可以包括普通硅酸盐水泥型1，但也可以包括其它无机粘合剂，例如石膏、土工聚合物或其它无机水泥。集料可包括粉碎的石英、无定形二氧化硅、珍珠岩、蛭石、合成的水合硅酸钙(syntheticcalcium silicate hydrate)、硅藻土、稻壳灰、飞灰、炉渣(bottom ash)、高炉矿渣、粒状矿渣、钢炉渣、矿物氧化物、矿物氢氧化物、粘土、菱镁矿(magnasite)或白云石、聚合珠粒、金属氧化物和氢氧化物，或它们的混合物。
[0055]优选的纤维包括各种形式的纤维素纤维，例如漂白或未漂白的牛皮纸浆。然而，应当意识到，可以使用其它形式的纤维。在一个特别优选的实施方案中，纤维是纤维素木纸浆。适宜纤维的其它例子是陶瓷纤维、玻璃纤维、石纤维、钢纤维以及合成的聚合物纤维，合成的聚合物纤维例如聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚甲基戊烯(polymethylpentene)、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、粘胶、尼龙、PVC、PVA、人造纤维、玻璃陶瓷、碳或它们的任何混合物。纤维也可以包括疏水处理、抗微生物剂处理的纤维素纤维，或例如那些公开在PCT专利申请WO 0228796和WO 0228795中的纤维素纤维，所述专利申请在此被全部引入作为参考。
[0056]也应当注意到，另外的添加剂可以任选被掺入到纤维水泥组合物中，包括但不限于密度改性剂、分散剂、硅灰(silica fume)、地热硅石(geothermal silica)、阻燃剂、粘度改性剂、增稠剂、颜料、着色剂、分散剂、发泡剂、絮凝剂、防水剂、有机密度改性剂、铝粉、高岭土、三水氧化铝、云母、偏高岭土、碳酸钙、硅灰石、聚合树脂乳液或它们的混合物。
[0057]在一个优选的方法中，使用圆网抄取法(Hatschek process)生产薄板。如本领域一般已知的，圆网抄取法使用一系列转桶式筛网，以将连续的脱水浆层沉积到吸收输送装置上，并使它们聚集在一定大小的滚筒(size roll)上，直到达到期望的薄片厚度为止。然而，应当意识到，新薄板也可以使用其它已知的方法生产，例如挤压、注浆成型、模制、Mazza、Magnani、Fourdrinier(长网型)和辊式压制方法(rollpress process)。
[0058]优选的制造方法被设置，以产生众多特定尺寸的新薄板，然后将它们一个在另一个之上堆放起来，然后任选在压机中被压实，或用图案装饰。在步骤804中，可以在高压釜中固化新薄板，或者使用任何次数的其它常规技术，包括空气固化、湿固化或干燥。
[0059]当固化已经完成时，使用任何种类的切割、锯或刻槽技术，任选在步骤806中将薄板切割为一定大小。
[0060]在步骤808中，可辐射固化材料被施用于FRC薄板的至少一个表面。相当一部分可辐射固化组分从该FRC薄板的至少一个表面延伸到纤维水泥基体中，填充其中的空隙和孔隙，且直接与纤维水泥接触。优选地，在本发明的一些优选的方式中，可辐射固化材料，例如可辐射固化密封材料，被施用于成品FRC薄板的所有六面(前面和底面为两个主表面，以及四个边缘)，其具有可辐射固化密封材料。这可以通过首先手动将密封材料滚涂或喷涂在FRC薄板堆的边缘上，然后使用常规辊涂机分别将密封材料滚涂在FRC薄板的正面和背面而进行。可选地，密封材料可以通过常规方法例如喷涂、幕式淋涂或粉末涂装来施用。优选地，外层与表面下的界面区的组合厚度在大约15至1000微米的范围之内，更优选在15与100微米之间。
[0061]优选地，在步骤810中，可辐射固化材料被直接施用于纤维水泥表面，并且被允许以受控的方式移动到FRC薄板或基底中，以形成界面区。在某些实施方案中，连续的无缺陷膜被一步施用于纤维水泥。在其它实施方案中，进一步处理FRC薄板的表面，以促进可辐射固化材料的受控移动。也可以应用机械和化学处理，以影响基底的孔隙率，这又影响辐可射固化组分向基底中的移动。在施用可辐射固化组分之前，纤维水泥的表面可以被磨光、机械加工、化学蚀刻，这可以具有增加厚度和改善界面区均匀性的效应。
[0062]在一个优选的实施方案中，可辐射固化组分是可辐射聚合化合物，其被施用于FRC的表面作为分散体，其量足以确保所述分散体的至少一部分穿透FRC基底的孔而形成表面下的界面区。在可选的实施方案中，在固化FRC薄板之前，可辐射固化组分被施用于FRC新薄板，其中所述可辐射固化组分穿透FRC新薄板的表面而形成表面下的界面区，该表面下的界面区在大约15至1000微米厚的范围之内，更优选在15与100微米之间。
[0045]在其它实施方案中，未固化FRC与可辐射固化组分的上述掺合物可以被分布或放置在不含可辐射固化材料的未固化纤维水泥体基体内的一个或多个预定的区域中。在又一个可选实施方案中，可以以溶液形式施用一部分可聚合化合物，然后将相同或不同的可聚合或可共聚化合物施用于表面。在又一个可选的实施方案中，可辐射固化材料与纤维水泥的两种或多种不同的掺合物可以被分布或放置在不含可辐射固化材料的未固化FRC体基体内的一个或多个预定的区域中。在另一个可选的实施方案中，用可辐射固化材料处理纤维，并且将其分布或有意放置在不含可辐射固化材料的未固化纤维水泥体基体内的一个或多个预定的区域中。
[0050]然后，在步骤812，用常规EB辐射在适合的预定强度和持续时间下固化FRC薄板，这由具体密封材料组合物确定。优选地，使用具有大约50至1000KeV的功率的EB源，更优选在大约75与500KeV之间，甚至更优选在150与300KeV之间。在固化期间，EB固化的强度优选在表面上维持在恒定水平下，以基本减少产品缺陷，并达到预定的固化水平，如通过本领域已知的任何数量的合适试验(例如溶剂摩擦(solvent rub)、涂布硬度、水或单体含量等)所测定。优选地，在固化之后，固化的可辐射固化组分具有按重量计算小于大约1％的活性单体或活性挥发性组分剩余。更优选地，在固化之后，固化的可辐射固化组分具有按重量计算小于大约0.1％的活性单体或活性挥发性组分剩余。
[0063]图9图解说明与无任何界面区的同等的压缩FRC板相比，以邻接所有六个面的界面区而形成的压缩FRC板的改进的抗冻融性。如图9显示，当冻融周期的数量增加时，以界面区形成的FRC板在大约2.0Mpa能够保持相对不变的ILB，而常规压缩FRC板的ILB在较高冻-融周期下基本减少。根据在ASTM C666-92中所述的方法进行冻-融周期，所述方法被修改为适合415×57×9mm的样品大小。
[0064]图10A和10B是照片，图解说明具有表面下的界面区的FRC复合建筑制品的抗分层性。所述制品被深深刻槽，即达到大于界面区的深度，进行1,000次冻融周期。如在图10A和10B中所示，甚至在大量的冻融周期之后，分层的程度限于相对小的区域。这说明，不仅与纤维水泥区紧密结合的辐射固化区抵抗分层，而且它们也改善了严酷的冻融环境下的FRC制品的完整性。
[0065]参考下列示例性实施例，本发明的优选的实施方案将被进一步描述。
                       实施例
[0066]实施例1-用于外部应用的中密度Hatschek薄板
[0067]通过Hatschek法(圆网抄取法)形成7/16″中密度纤维水泥薄板。该薄板是通常用于外部应用的类型。其在所有面上被喷涂以具有大约80％固体含量的EB可固化聚氨酯丙烯酸酯树脂。通过暴露于EB辐射，固化该树脂。树脂厚度为大约50微米。树脂区强烈地粘附于薄板，且具有基本平坦的外观。观察该材料的横截面，显示存在三个不同的区域——下面的纤维水泥区、树脂涂层区和表面下的界面区，其显示了大量的纤维材料嵌入树脂中；并且固化树脂构成固化聚合物的网络，其连续渗透表面下的界面区的空隙。表面下的界面区与树脂和纤维水泥区是一体的。
[0068]实施例2-用于外部应用的低密度挤压制品
[0069]挤压形成纤维水泥制品，其具有适合外部应用的组合物的低密度纤维水泥的名义上的2″×4″矩形横截面。用可辐射固化树脂喷涂处于未经处理状态的材料，然后使用EB辐射在每一个表面上固化。记录了与如上类似的结果。形成了良好的表面下的界面区，尽管使用了极高固体含量的组合物。然后空气固化新制品，以产生相对于无此类涂层的制品具有增强耐久性的制品。
[0070]实施例3-具有EB可固化树脂涂层的包括纤维素纤维的纤维水泥制品
[0071]未漂白牛皮纸纤维的薄板被精制为大约350CSF(加拿大标准游离度)的游离度(freeness)，并被加入水中，以制备具有按重量计算大约11％纤维的溶液。将EB可固化丙烯酸聚氨酯的水分散体加入纤维中，其用量比率为每份重量的纤维大约0.5％树脂。然后将该纤维与水泥和二氧化硅粉在溶液中结合，以形成大约1mm厚的纤维水泥薄板。使用EB辐射固化薄板中的可辐射固化组分，同时该薄板的纤维水泥组分被保持在未经处理的状态。然后这些纤维水泥薄板被层压到一堆未处理纤维水泥薄板——其不含可辐射固化组分——的顶部和底部，形成复合材料。在大约180℃下的高压釜中固化复合材料堆，以进一步固化纤维水泥薄板。与不具有用可辐射固化树脂处理的纤维的纤维水泥薄板相比，所形成的薄板通过它们的外表面较不透水。
[0072]实施例4-具有环氧型可辐射固化组分的中密度纤维水泥制品
[0073]将环氧型可辐射固化组分(radiation curable component(RCC))滚轧到中密度纤维水泥板上，以在表面上形成连续的膜，并形成大约5至15微米厚的表面下的界面区，所述环氧型可辐射固化组分包括大约60％ w/w的双功能双酚A型环氧丙烯酸酯树脂、大约15％三丙二醇二丙烯酸酯单体(tripropylene glycol diacrylate monomer)、大约20％ w/w增量剂(extender)(滑石与碳酸钙的组合)和大约5％ w/w的添加剂。总RCC施用水平为大约39g/m2。使用齿形检查量规，测定平均湿膜厚度为30μm。使用电子束固化装置(来自Advanced Electron Beam的150kV、10mA实验室装置)，固化RCC。该装置被设置为150kV、10mA和50ft/min。用氮气吹扫该装置，以达到在腔室中的氧浓度为大约200ppm。使用划格法胶带试验(cross-hatched tape test)，检测连续表面膜的粘合性。与板的粘合在超出10点的可能分数之外记为10点。
[0074]实施例5-具有聚氨酯型可辐射固化组分的中密度纤维水泥制品。
[0075]将聚氨酯RCC滚轧到中密度纤维水泥板上，以在表面上形成连续的膜，并形成大约5至30微米厚的表面下的界面区，所述聚氨酯RCC由80％ w/w脂族双官能聚氨酯丙烯酸酯树脂和20％三丙二醇二丙烯酸酯单体组成。总RCC施用水平为大约78g/m2。使用电子束固化装置(来自Advanced Electron Beam的150kV、10mA实验室装置)，固化RCC。该装置被设置为150kV、10mA和50ft/min。用氮气吹扫该单元，以达到在腔室中的氧浓度为200ppm。使用划格法胶带试验，检测连续表面膜的粘合。与板的粘合是完美的(评价：10/10)。
[0076]实施例6-具有聚酯型可辐射固化组分的中密度纤维水泥制品
[0076]将聚酯RCC滚轧到中密度纤维水泥板上，以在表面上形成连续的膜，并形成大约5至30微米厚的表面下的界面区，所述聚酯RCC由60％ w/w双官能聚酯丙烯酸酯树脂、15％三丙二醇二丙烯酸酯单体、20％ w/w颜料和增量剂(二氧化钛滑石和硫酸钡的组合)和5％添加剂(流动剂、分散剂、触变剂和消泡剂)组成。总RCC施用水平为大约78g/m2。使用齿形检查量规，平均湿膜厚度被测定为60μm。使用电子束固化装置(来自Advanced Electron Beam的150kV、10mA实验室装置)，固化RCC。该装置被设置为150kV、10mA和50ft/min。用氮气吹扫该装置，以达到在腔室中的氧浓度为200ppm。使用划格法胶带试验，检测连续表面膜的粘合。与板的粘合是完美的(评价：10/10)。
[0078]实施例7-具有聚酯型可辐射固化组分的中密度纤维水泥制品
[0077]将聚酯RCC滚轧到中密度纤维水泥板上，以在表面上形成连续的膜，并形成大约5至20微米厚的表面下的界面区，所述聚酯RCC由45％ w/w双官能聚酯丙烯酸酯树脂、15％ w/w丙烯酸金属盐、15％1，6己二醇二丙烯酸酯、20％ w/w颜料和增量剂(二氧化钛滑石和硫酸钡的组合)和5％添加剂(流动剂、分散剂、触变剂和消泡剂)组成。总RCC施用水平为大约52g/m2。使用齿形检查量规，平均湿膜厚度被测定为40μm。使用电子束固化装置(来自Advanced Electron Beam的150kV、10mA实验室装置)，固化RCC。该装置被设置为150kV、10mA和50ft/min。用氮气吹扫该装置，以达到在腔室中的氧浓度为200ppm。使用划格法胶带试验，检测连续表面膜的粘合。与板的粘合是完美的(评价：10/10)。
[0078]实施例8-具有硫醇烯型可辐射固化组分的中密度纤维水泥制品。
[0079]使用丝网印刷(printing screen)，将RCC施用到中密度纤维水泥板上，以在表面上形成连续的膜，并形成大约5至30微米厚的表面下的界面区，所述RCC由30％ w/w六官能脂族聚氨酯丙烯酸酯、20％w/w三官能聚酯丙烯酸酯和50％ w/w季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)组成。使用电子束固化装置(来自Advanced Electron Beam的150kV、10mA实验室装置)，固化RCC。该装置被设置为150kV、10mA和50ft/min，在空气下。连续的表面膜是无粘性的；使用划格法胶带试验，测试粘合性(干燥以及在水中浸泡1小时之后)。在两种情况下，与板的粘合是完美的(评价：10/10)。
[0082]实施例9-具有染色的硫醇烯型可辐射固化组分的中密度纤维水泥制品。
[0080]将RCC面漆滚轧到中密度纤维水泥板上，以在表面上形成连续的膜，并形成大约5至20微米厚的表面下的界面区，所述RCC面漆由20％ w/w六官能脂族聚氨酯丙烯酸酯、14％ w/w三官能聚酯丙烯酸酯、35％ w/w季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)、30％ w/w颜料和增量剂(二氧化钛滑石和硫酸钡的组合)和1％添加剂(流动剂、分散剂、触变剂和消泡剂)组成。总RCC施用水平为大约52g/m2。使用齿形检查量规，平均湿膜厚度被测定为40μm。使用电子束固化装置(来自AdvancedElectron Beam的150kV、10mA实验室装置)，固化RCC。该装置被设置为150kV、10mA和50ft/min，在大气环境下。连续的表面膜是无粘性的；使用划格法胶带试验，测试粘合性(干燥以及在水中浸泡1小时之后)。在两种情况下，与板的粘合是完美的(评价：10/10)。
[0081]实施例10-具有改进的湿粘合性、具有RCC处理的界面区的中密度纤维水泥制品。
[0082]聚氨酯RCC由80％ w/w脂族双官能聚氨酯丙烯酸酯树脂和20％三丙二醇二丙烯酸酯组成。将RCC滚轧到中密度纤维水泥板的正面上，以在表面上形成连续的膜，且形成大约5至30微米厚的表面下的界面区。总RCC施用水平为大约78g/m2。使用齿形检查量规，平均湿膜厚度被测定为60μm。使用电子束固化装置(来自AdvancedElectron Beam的150kV、10mA实验室装置)，固化RCC。该装置被设置为150kV、10mA和50ft/min，在大气环境下。用氮气吹扫该装置，以达到在腔室中的氧浓度为200ppm。然后检测连续表面膜的湿粘合性。这是通过在室温下将试验板完全浸入水中2小时而进行的。将板移出，用布拍干，以确保没有残留的水分干扰胶带的粘合。使用划格法胶带试验，立刻检查涂层的粘合性。与板的粘合是完美的(评价：10/10)。
[0086]实施例11-显示降低的表面渗透性、具有RCC处理的界面区的中密度纤维水泥制品
[0083]聚氨酯RCC由80％ w/w脂族双官能聚氨酯丙烯酸酯树脂和20％三丙二醇二丙烯酸酯组成。将该涂层滚轧到中密度纤维水泥的所有四个边缘、正面和背面上，以在表面上形成连续的膜，且形成大约5至30微米厚的表面下的界面区。总RCC施用水平为大约78g/m2。使用齿形检查量规，平均湿膜厚度被测定为60μm。使用电子束固化装置(来自Advanced Electron Beam的150kV、10mA实验室装置)，固化RCC。该装置被设置为150kV、10mA和50ft/min。用氮气吹扫该装置，以达到在腔室中的氧浓度为200ppm。使用在2巴压力下的水柱，检测该涂层的透水性7分钟。称量暴露于加压水柱之前和之后的试验板。去除试验水柱之后，干燥并再称重样品。在暴露于加压水柱之后，板未显示重量变化。
[0084]具有包括可辐射固化组分的表面下的界面区的FRC建筑制品的上述实施例说明了，本发明对处于极端环境例如冻融下的FRC材料的长期耐久性所进行的基本改进，并且一般地改善了表面膜的湿粘合性和干粘合性。可以将可辐射固化组分加入纤维水泥中，或者加入到整批纤维水泥形成材料中，或者以附加材料区的形式加入，所述附加材料区包括纤维水泥和可固化材料，并且其被施用于纤维水泥或纤维水泥形成基底。这样，具有可固化混合物和纤维水泥的均质混合的表面下的界面区被预先制备。例如，纤维水泥区可以被向下放置，而作为纤维水泥与可固化化合物的混合物的区被施用于其上。然后使该纤维水泥产品固化，产生纤维水泥制品，其在上部区域具有与纤维水泥材料均质混合的可聚合化合物。在其上部，可以增加可固化化合物的又一个区，然后例如用电子束固化该混合物。在最上区中的EB可固化材料将与上部区中的其它可交联组分交联，且也可以与预制备表面下的界面区中的可交联组分交联。这样，通过施用树脂组分与纤维水泥区的混合物，而特定形成了表面下的界面区。使用EB可固化化合物的优势在于，它们在热和UV存在下保持稳定，因此可以更容易地在需要时被活化。
[0068]有利地，与使用传统表面涂层制备的类似薄板相比，本发明的优选实施方案的复合建筑产品对外部大气物质、热、湿度以及具体而言对刮擦或磨损呈现出较高的耐抗性。它们可以被用在建筑领域，用作建筑外表面的覆盖层。它们也可以被用在其中耐化学性成问题的应用中，例如在管中。当与现有的纤维水泥产品比较时，固化的表面下界面区的加入使得复合制品被风化，特别是被冻/融损害或缓慢碳化的倾向减少。
[0085]尽管本发明优选实施方案的上述描述已经显示、描述和指出了本发明的基本新型特征，但应当理解，以如阐明的本发明的细节形式的各种省略、取代和变化以及它们的用途可以被本领域普通技术人员实施，而不背离本发明的精神。具体而言，应当意识到，本发明优选的实施方案可以按适合用于由此而制作的制品的终端用途的其它形状和构造来表明其本身。

Claims (21)

1.复合建筑制品，其具有主要包括纤维水泥的第一区、主要包括可辐射固化材料的第二区和置于其间的表面下的界面区，所述表面下的界面区包括由所述可辐射固化材料与所述纤维水泥形成的联锁基体，其中所述界面区被构造为增加所述建筑制品的耐久性。
2.权利要求1所述的复合建筑制品，其中所述表面下的界面区与所述第一区和第二区整体形成。
3.权利要求2所述的复合建筑制品，其中所述第一区包括具有按体积计算为大约20％-40％之间的孔隙率的纤维水泥基底。
4.权利要求1所述的复合建筑制品，其中在所述表面下的界面区中的所述可辐射固化材料基本不含催化剂，并且主要是通过辐射可固化的。
5.权利要求1所述的复合建筑制品，其中所述表面下的界面区的厚度是通过修饰选自下述的特征而被控制的：所述第一区的孔隙率、所述可辐射固化组分的粘度以及它们的组合。
6.权利要求1所述的复合建筑制品，其中所述表面下的界面区具有大约1μm-1,000μm的厚度。
7.权利要求1所述的复合建筑制品，其中所述可辐射固化材料选自环氧树脂、聚氨酯橡胶、聚酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚酯、聚酯环氧树脂、硫醇烯丙烯酸酯类树脂、聚氨酯丙烯酸类树脂、苯乙烯、官能化苯乙烯和它们的混合物。
8.权利要求1所述的复合建筑制品，其中所述复合建筑制品选自覆面镶板、薄板、刨花板、厚木板、镶边、木板瓦和管。
9.一种建筑制品，其中所述建筑制品的基体的至少一部分包括由纤维水泥与可辐射固化材料形成的网络，其中所述网络被构造为增加所述建筑制品的耐久性。
10.权利要求9所述的建筑制品，其中所述可辐射固化材料被散布遍及所述建筑制品的基体。
11.权利要求9所述的建筑制品，进一步包括增强纤维，其中所述纤维的至少一部分用所述可辐射固化材料处理。
12.权利要求9所述的建筑制品，进一步包括主要由可辐射固化材料形成的外部涂层，其中所述外部涂层与所述网络整体形成，以增加所述外部涂层与所述建筑制品基体之间的粘合。
13.权利要求1所述的建筑制品，其中所述可辐射固化材料是碳化还原的密封材料。
14.一种形成建筑产品的方法，包括：
将可辐射固化材料施用于纤维水泥基底，其中所述可辐射固化材料以受控方式延伸到所述基底中，并且形成包括所述可辐射固化材料和所述纤维水泥的混合物的区域；和
施加辐射，以固化在所述基底中的所述可辐射固化材料，形成所述辐射固化材料与所述纤维水泥的三维网络。
15.权利要求14所述的方法，其中电子束辐射被应用于固化所述可辐射固化材料。
16.权利要求14所述的方法，其中所述可辐射固化材料直接接触所述纤维水泥基底。
17.权利要求14所述的方法，其中所述可辐射固化材料在多阶段过程中被固化。
18.权利要求14所述的方法，其中使用选自滚涂、喷涂、幕式淋涂和浸泡的方法，将所述可辐射固化材料施用于所述纤维水泥基底。
19.一种形成建筑产品的方法，包括：
将可辐射固化材料与用于形成纤维水泥复合材料的成分结合；
形成新薄板，其中所述可辐射固化材料被分布遍及所述新薄板的至少一部分；和
固化所述新薄板，以形成含有所述纤维水泥和可辐射固化材料的网络的建筑产品。
20.权利要求20所述的方法，进一步包括在固化所述新薄板之前，将所述新薄板粘接到未固化纤维水泥基底。
21.权利要求20所述的方法，进一步包括将所述可辐射固化材料的涂层施用于所述建筑产品。
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