DE69103500T2

DE69103500T2 - Leichtbauplatte.

Info

Publication number: DE69103500T2
Application number: DE69103500T
Authority: DE
Inventors: Rick Lee Dolin; Philip Bickford Shepherd
Original assignee: Manville Corp
Current assignee: Johns Manville Corp
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1991-09-06
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2011-09-07
Also published as: ATE110045T1; EP0475302B1; MY107883A; DK0475302T3; DE69103500D1; ES2057691T3; EP0475302A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Baumaterialplatte und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Insbesondere betrifft sie die Herstellung einer leichtgewichtigen, hochfesten Wandbauplatte.
Wandbauplatte ist ein Gattungsbegriff, der in der Bauindustrie verwendet wird, um Baumaterialien zu definieren, die an Wand- oder Deckenunterkonstruktionen befestigt werden können und eine dekorative Endbehandlung oder Gestaltung erhalten können. Auf Gips basierende Bauplattenprodukte sind bisher der Standard der Industrie gewesen, da sie eine gute Akzeptanz aufgrund ihrer niedrigen Kosten und ihrer im allgemeinen angemessenen Leistung im Einsatz gefunden haben. Da Gipsprodukte eine relativ hohe Dichte aufweisen, die im Bereich von 0,61 bis 0,72 g/cm³ (38 pcf bis 45 pcf) liegt, können sie ziemlich schwer sein, insbesondere bei größeren Dicken der Bauplatte. Das macht es schwierig, sie zu handhaben und zu verbauen, und da die Gipsbauplatte im Vergleich zu ihrer Festigkeit schwer ist, hat sie eine Tendenz, bei der Handhabung unter ihrem Eigengewicht zu brechen. In der Praxis haben Bauelementehändler berichtet, daß bis zu 25% Bauplattenverlust aufgrund Beschädigung während der Handhabung aufgetreten sind.
Gipsbauplatten umfassen eine Familie von Innenwand- und Deckenverkleidungen, die einen Kern aus hydratisiertem Gipsstein und Papierdeckflächen aufweisen. Die Papierdeckflächen werden normalerweise auf Zylindermaschinen aus Recyclingpapier hergestellt, um ein poröses Papier zu erzeugen, das die Gipskristalle aufnehmen kann, die auf der nassen Kernmasse wachsen, bevor sie trocknet. Es ist nicht praktikabel, die Dichte des Gipskerns signifikant zu reduzieren, um ein leichtgewichtigeres Produkt zu erzeugen, da mit einer Kerndichte unterhalb 0,64 g/cm³ (40 pcf) eine gute Verbindung zwischen den Deckschichten und dem Kern auch dann nicht erzielt werden kann, wenn Papier optimaler Güte verwendet wird.
Offensichtlich wäre es vorteilhaft, eine leichtgewichtige Wandbauplatte mit ausreichend hoher Festigkeit zur Verfügung zu haben, um damit die herkömmliche Gipswandbauplatte zu ersetzen. Ein derartiges Produkt würde eine Anzahl von Vorteilen gegenüber Gipsbauplatten aufweisen. Da sie nicht so schwer wäre wie eine Gipsbauplatte, aber trotzdem eine gute Festigkeit besitzt, würde das Brechen der Wandbauplatten sehr stark reduziert werden. Das leichtere Gewicht würde auch die Transportkosten verringern und es ermöglichen, daß sie von einem Arbeiter anstelle von zweien getragen wird. Es könnte auch eine Person die Bauplatte verbauen, und es könnte auch damit gerechnet werden, daß sie diese Arbeit als Ergebnis einer geringeren arbeitsbedingten Ermüdung effizienter für längere Zeit durchführt. Die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung von vordekorierten Wandplatten würde ebenfalls reduziert, da leichtgewichtigere Wandplatten leichter zu handhaben sind und damit mit geringerer Wahrscheinlichkeit in einen beschädigenden Kontakt mit anderen Flächen gebracht werden.
Die Idee, ein leichtgewichtiges Granulat zu binden, um ein Bauplattenprodukt herzustellen, ist nicht neu und wurde auch tatsächlich nach dem Stand der Technik vorgeschlagen. Keiner dieser Vorschläge führte jedoch zu einem erfolgreichen kommerziellen Produkt.
Das U.S. Patent Nr. 3,819,388 für Cornwell offenbart auf Gips und Portlandzement basierende zementartige Zusammensetzungen, welche ein leichtgewichtiges mineralisches Granulat wie z. B. Vermikulit enthalten. Die Dichte des Produkts wird durch die Zugabe eines bläschenbildenden Additivs gesteuert, welche eine zellulare Struktur erzeugt, die eine Wärme- und Schallisolierung ergeben soll. Das Material soll über Stahlkonstruktionen gesprüht werden oder in Wandkonstruktionen gegossen oder gepumpt werden. Es war nicht dafür ausgelegt, in die Form einer Bauplatte gebracht zu werden, um als Ersatz für eine Gipswandbauplatte verwendet zu werden.
Das U.S. Patent Nr. 4,042,406 für Grey offenbart ein Baumaterial für den Einsatz im Innenbereich von Gebäuden. Das Material enthält ein aufgeschäumtes Perlitgranulat und Portlandzement und ist für den Einsatz als Betonblock gedacht. Das Produkt hat eine höhere Dichte als gewünscht, typischerweise um die 0,66 g/cm³ (41 pcf), dieselbe wie eine Gipswandplatte, und ist darüber hinaus nicht für die Verwendung als Wandplatte ausgelegt.
Das U.S. Patent Nr. 4,263,048 für Hacker offenbart eine selbsthärtende zementartige Zusammensetzung, welche ein aufgeschäumtes Granulat als Füllstoff enthalten kann, für den Einsatz als Isolation gegen extreme Temperaturen. Die Zusammensetzung besteht aus einer Kombination anorganischer Binder und ähnlichen Materialien, um das Produkt selbsthärtend zu gestalten. Aufgeschäumtes Perlit mit einer Dichte bis zu 0,18 g/cm³ (11,5 pcf) kann in dem Gemisch enthalten sein. In diesem Patent gibt es keinen Vorschlag für eine einfache preiswerte, leichtgewichtige Wandbauplatte mit hoher Festigkeit, die hinsichtlich Preis und Festigkeit mit der Gipsbauplatte konkurrieren kann. Ferner kann die vorliegende Erfindung, wie es später detaillierter dargestellt wird, kein aufgeschäumtes Perlit mit einer derart hohen Dichte verwenden.
Das U.S. Patent Nr. 2,705,198 für Seybold offenbart eine Wandbauplatte, die Fasermaterial, einen mineralischen Füllstoff, wie z. B. Perlit, und eine Binderzusammensetzung enthält. Da die Wandplatte einen wesentlichen Anteil an Fasermaterial enthält, wird eine verdünnte Gießmasse verwendet, um die Bestandteile verarbeiten zu können. Das Kerngemisch muß daher entwässert werden, bevor es zu einem Bauplattenprodukt verdichtet und getrocknet werden kann. In der Offenbarung sind keine Angaben zur Dichte und Zahlenangaben zur Festigkeit angegeben. Ein derartiges Verfahren kann in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung nicht verwendet werden.
Das U.S. Patent Nr. 4,126,512 für Hill offenbart eine leichtgewichtige Dachisolationsbauplatte, die Zellulosefasern, aufgeschäumte Perlitpartikel und einen Binder, der aus Asphalt und Stärke besteht, enthält. Das Bauplattenprodukt ist für eine Verwendung unter einer Dachhaut ausgelegt und nicht als Wandbauplatte und wird aus einer wässrigen Gießmasse, die bis zu 95% Wasser enthält, hergestellt, wodurch ein teurer Trocknungsprozeß erforderlich ist, um das nasse Gemisch von dem überschüssigen Wasser zu befreien.
Das U.S. Patent Nr. 3,988,199 für Hilmer u. a. betrifft denselben allgemeinen Typ einer Dachisolationsbauplatte, wie er in dem vorstehenden Absatz diskutiert wurde, die aber Gips als einen zusätzlichen wesentlichen Bestandteil enthält. Dieses dient dem Zwecke der Erhöhung der Rohfestigkeit der Zusammensetzung während der Herstellung der Bauplatte, so daß der Abstand zwischen den Walzen, welche die nasse Bauplatte zu dem Trockner transportieren, maximiert werden kann.
Das U.S. Patent Nr. 4,695,494 an Fauler jun. u. a. offenbart ein Feuerschutztür-Kernmaterial, welches einen größeren Anteil an aufgeschäumtem Perlit, Klebermaterial inklusive Stärke und Glasfasern aufweist. Der Herstellungsprozeß ist ein Einzelfertigungsprozeß, welcher erfordert, daß die trockenen Bestandteile einschließlich des Stärkeklebers vor der Zugabe von Wasser in der Weise gemischt werden, daß sichergestellt ist, daß die Bestandteile und der Kleber gleichmäßig vermischt sind, bevor der Kleber aktiviert wird. Ferner müssen die Perlitpartikel in einem Dichtebereich von 0,07 bis 0,12 g/cm³ (4,5 pcf bis 7,5 pcf) liegen, um die gewünschte Festigkeit zu erzielen. Die vorliegende Erfindung verwendet, wie es später hierin im Detail erläutert wird, aufgeschäumtes Perlit in einem niedrigeren Dichtebereich, welcher überraschenderweise erforderlich ist, um das gewünschte Maß an Festigkeit zu erreichen. Die Feuerschutztür-Kernzusammensetzung von Fauler jun. u. a. ist nicht für eine Laminierung mit Deckschichten ausgelegt, um die Funktion einer Wandbauplatte zu erfüllen.
Das U.S. Patent Nr. 4,297,311 für Sherman u. a. offenbart ein Mineral-Bauplattenprodukt, welches vorwiegend Perlit mit einem Harzbinder enthält. Faserzusätze können ebenfalls, falls erwünscht, verwendet werden. Die Bauplatte wird mittels eines Verfahrens hergestellt, welches weniger Wasser als das übliche Herstellungsverfahren mit wässriger Gießmasse erfordert. Zur Erreichung des erforderlichen Festigkeitsmaßes muß das Perlit vor der Abbindung des Harzklebers gebrochen werden, was auch das Schüttvolumen des Perlits reduziert. Die Perlitdichte kann von einem niedrigen bis zu einem relativ hohen Bereich variieren.
Obwohl die vorstehende Diskussion die Vielzahl der nach dem Stand der Technik bekannten Produkte und Verfahren darstellt, ist keines der Verfahren nach dem Stand der Technik auf eine leichtgewichtige Wandbauplatte ausgerichtet, welche ausreichend fest und preiswert ist, um als Ersatz für eine Gipswandbauplatte verwendet zu werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein leichtgewichtiges Bauplattenprodukt bereit, welches wesentlich leichter als eine Gipsbauplatte ist, welche aber andererseits, sobald es eingebaut ist, dieselben Anforderungen wie eine Gipsbauplatte erfüllen kann. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Bauplatte preiswert hergestellt werden, was sie unter allen Gesichtspunkten mit der Gipsbauplatte konkurrenzfähig macht.
Die Bauplatte wird durch Formen eines Gemisches aus aufgeschäumten kieselhaltigen anorganischen Partikeln, einem anorganischen Binder, Wasser und - falls erforderlich - einem Abbindemittel für den Binder hergestellt. Die Partikel weisen eine Dichte in dem Bereich von 0,02 bis 0,6 g/cm³ (1,5 bis 4 pcf) auf und besitzen eine Größe in dem Bereich von 0,1 bis 1 mm (100 bis 1000 Micron). Bei einem Standard-Bauplattenprodukt und auch bei einer wasserabweisenden Bauplatte liegen die anorganischen Partikel in dem Gemisch in dem Bereich von 40% bis 65%, der anorganische Binder in dem Bereich von 5% bis 20%, das Wasser in dem Bereich von mindestens 10% und das Abbindemittel in dem Bereich von 0 bis 10% vor, wobei alle Mengen auf das Endgemisch gewichtsbezogen sind. Für eine feuerbeständige Bauplatte liegen die Partikel in dem Gemisch in dem Bereich von 35 bis 50%, der anorganische Binder, welcher ein wärmeabsorbierendes Material ist, in dem Bereich von 15% bis 30% und das Wasser in dem Bereich von mindestens 15% vor. Das Gemisch wird zu einer Lage ausgeformt und es wird Druck in dem Bereich von 2,07 bis 34,49 bar aufgebracht, um die aufgeschäumten anorganischen Partikel zu verdichten. Während des Verdichtungsvorgangs wird eine wesentliche Anzahl der Partikel durch den Druck gebrochen, wobei jedoch auch eine wesentliche Anzahl von Partikeln intakt bleibt. Die verdichtete Schicht wird aufgeheizt, um das Wasser auszutreiben, und Deckschichten werden auf die gegenüberliegenden Hauptflächen der Schicht aufgebracht. Das Maß der Verdichtung und Aufheizung ist so, daß die Trockendichte der verdichteten Schicht in dem Bereich von 0,16 bis 0,48 g/cm³ (10 pcf bis 30 pcf) liegt.
Der Prozeß läuft vorzugsweise kontinuierlich ab, wobei die Deckschichten vor dem Verdichtungsvorgang auf das Gemisch in der Form sich bewegender Bahnen aufgebracht werden und Druck auf das Gemisch durch Druckwalzen aufgebracht wird, welche die Bahnen einspannen. Die aufgeschäumten kieselhaltigen anorganischen Partikel bestehen vorzugsweise aus aufgeschäumten Perlitpartikeln, während der anorganische Binder vorzugsweise aus Natriumsilikat für die Standard- und wasserabweisenden Bauplatten und aus Magnesiumoxychlorid oder Magnesiumoxysulfat für die feuerfesten Bauplatten besteht.
Der vorstehende und andere Aspekte der Erfindung sowie weitere Vorteile werden aus der nachstehenden detaillierteren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ohne weiteres deutlich.
Fig. 1 ist eine räumliche Teilansicht einer erfindungsgemäß hergestellten Wandbauplatte;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht entlang einer Linie 2-2 von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht der Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bauplatte; und
Fig. 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der in Fig. 2 durch einen Kreis 4 eingeschlossenen Fläche.
Eine gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Wandplatte 10 ist in den Fig. 1 und 2 mit einen Kern 12 dargestellt, der mit oberen und unteren Deckschichten 14 und 16 beschichtet ist. Der Kern wurde aus einem Gemisch hergestellt, welche die in Tabelle I angegebenen Bestandteile mit den angegebenen Gewichtsprozenten auf der Basis des Gesamtgewichts des Gemisches enthält. Tabelle I Bestandteile in Gewichtsprozent Bestandteil Allgemein Bevorzugt Aufgeschäumtes kieselhaltiges anorganisches Granulat Anorganischer Binder (Trockengewicht) Wasser (mindestens) Abbindemittel
Das in der Erfindung verwendete aufgeschäumte kieselhaltige anorganische Granulat weist eine Dichte in dem Bereich von 0,02 bis 0,06 g/cm³ (1,5 pcf bis 4 pcf) und vorzugsweise in dem Bereich von 0,02 bis 0,04 g/cm³ (1,5 pcf bis 3 pcf) auf. Die Dichte des Granulats spielt eine Rolle bei der Endfestigkeit des Kernmaterials, wobei die Beziehung so ist, daß die Festigkeit umso höher ist, je niedriger die Dichte ist, wie es später detaillierter erläutert wird. Das bevorzugte Material ist aufgeschäumtes Perlit, obwohl auch andere Arten aufgeschäumter Partikelmaterialien benutzt werden können.
Die Partikelgröße des Granulats, welche durch den mittleren Durchmesser der Partikel bestimmt wird, liegt im allgemeinen in dem Bereich von 0,1 bis 1 mm (100 bis 1000 Micron) und vorzugsweise in dem Bereich von 0,4 bis 0,6 mm (400 bis 600 Micron). Der breite Bereich reflektiert die Größe der am besten geeigneten Partikel, um den erwünschten Dichtebereich zu erzeugen. Partikelgrößen kleiner als 0,1 mm (100 Micron) oder größer als 1 mm (1000 Micron) sind schwierig zu erhalten, da das rohe, nicht aufgeschäumte Erz, welches der Ausgangsstoff der aufgeschäumten Partikel ist, nicht ohne weiteres zu Partikeln aufgeschäumt werden kann, welche kleiner oder größer als diese Grenzwerte in dem gewünschten Dichtigkeitsbereich sind.
Der Binder sollte aus Gründen der Feuerfestigkeit anorganisch sein, sollte eine ausreichende Bindekraft bereitstellen, sollte keine Umweltprobleme verursachen und sollte preiswert sein. Zusätzlich sollte das anorganische Bindemittel in Wasser löslich sein, damit es für die Verwendung in dem Verfahren der Erfindung geeignet ist. Monovalente Silikate, welche Natriumsilikat und Kaliumsilikat mit umfassen, aber nicht darauf eingeschränkt sind, erfüllen erfahrungsgemäß am besten diese Kriterien, wobei Natriumsilikat vom Standpunkt der Kosten/Nutzen-Betrachtungen am meisten bevorzugt wird. Das Verhältnis von Siliziumdioxid (Kiesel) zu Natriumoxid sollte vorzugsweise in dem Bereich von 2,5 bis 4:1 liegen, wobei ein Verhältnis von 3,22:1 am meisten bevorzugt wird.
Typischerweise wird das monovalente Silikat in der Form einer wässrigen Lösung dem Reaktionsgemisch zugesetzt. Vorzugsweise sollte die Lösung einen Feststoffanteil in dem Bereich von 33 bis 34 Gewichtsprozent, am meisten bevorzugt um 37 Gewichtsprozent enthalten. Ein Beispiel einer geeigneten im Handel erhältlichen Natriumsilikatlösung ist der von PQ Corporation in Valley Forge, Pennsylvania vermarktete N-Grad-Typ.
Anorganische Binder, wie z. B. kolloidales Siliziumdioxid und kolloidales Aluminiumoxid, kommen ebenfalls für den Einsatz in Betracht, werden aber nicht bevorzugt, da sie keine filmbildenden Binder in der Form der löslichen Silikate sind.
Es kann erforderlich sein, ein geeignetes Abbindemittel für den anorganischen Binder zu verwenden, um eine Feuchtigkeitsbeständigkeit in dem Sinne zu erreichen, daß ein Festigkeitsverlust aufgrund der Anwesenheit von Feuchtigkeit vermieden wird. Wie es nachstehend beschrieben wird, ist es möglich, eine wasserabweisende Eigenschaft durch Zusatz eines weiteren Bestandteiles zu erreichen. Der hierin verwendete Begriff "Abbindemittel" bedeutet eine Substanz, welche mit dem Binder reagiert, um einen unlöslichen Komplex zu bilden. Eine Klasse von Abbindemitteln, welche in der Erfindung verwendet werden können, umfaßt bivalente oder trivalente Metallverbindungen. Beispiele sind Magnesiumoxid, Zinkoxid, Calziumkarbonat, Magnesiumkarbonat, Zinksulfat, Zinkstearat und Aluminiumchlorid.
Ein anderer Typ eines verwendbaren Abbindemittels ist Kohlendioxidgas, welches angewendet wird, indem es unter Druck durch die Wandbauplatte gepreßt wird, nachdem die Bauplatte in Form gepreßt wurde. Magnesiumoxid ist jedoch wegen seiner relativ niedrigen Kosten, seinen nicht-giftigen Eigenschaften und der Tatsache, daß das Reaktionsprodukt nicht wasserlöslich ist, das am meisten bevorzugte Abbindemittel.
Gemäß Fig. 3, welche den Herstellungsprozeß der erfindungsgemäßen Bauplatte schematisch darstellt, wird das anorganische expandierbare Erz, vorzugsweise Perliterz, zuerst auf den zuvor diskutierten Größen- und Dichtebereich aufgeschäumt.
Das Erz wird in diesem Falle von einem Speicherbehälter 18 zu einem Expander 20 geführt, dessen Auslegung und Betriebsweise in der Industrie gut bekannt ist. Die aufgeschäumten Partikel werden von dem Expander 20 in einen Speichertank 22 geleitet, aus welchem sie dann in einen Mischer 24 geleitet werden. In den Mischer 24 werden auch die anderen Bestandteile des Gemisches geleitet, die zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Kerns 12 verwendet werden. Auf diese Weise werden Wasser von einer Quelle 26, Binder von einer Quelle 28 und das Abbindemittel, falls es verwendet wird, von einer Quelle 30 aus zugeführt. Der Mischer kann jeder geeignete Typ sein, solange er in der Lage ist, die verschiedenen Bestandteile sorgfältig zu mischen, ohne die Unversehrtheit der aufgeschäumten Perlitpartikel zu zerstören. Vorzugsweise wäre es ein horizontaler Rührarmmischer mit niedriger bis mittlerer Scherung oder ein Bandtypmischer.
Die bevorzugte Reihenfolge des Mischvorgangs ist das Zuführen der aufgeschäumten Perlitpartikel in den Mischer, gefolgt von dem Abbindemittel, falls es verwendet wird, welches dann gemischt wird, bis es gleichmäßig in dem Perlit verteilt ist, bevor die nassen Binderbestandteile, z. B. die Natriumsilikatlösung und das Wasser, zugesetzt werden. Die nassen Bestandteile können in Sprühform oder als feiner Flüssigkeitsstrahl zugesetzt werden, und der Mischvorgang muß kräftig genug sein, um alle kleinen Klumpen, welche sich bilden könnten, aufzubrechen, um auf diese Weise ein gleichmäßiges Gemisch zu erzeugen, aber nicht so kräftig, daß die aufgeschäumten Perlitpartikel stark gebrochen werden. Wenn dieses auftritt, ist das Problem leicht zu erkennen, da sich ein signifikanter Volumenschwund in dem Gemisch ergeben würde.
Nach der sorgfältigen Mischung wird das Gemisch 12 von dem Speisetrichter 32 auf ein sich bewegendes Band 34 aufgegeben, welches von Zugwalzen 38, von einer Vorratsrolle 36 abgezogen wird. In Durchlaufrichtung knapp hinter dem Speisetrichter 32 wird ein weiteres sich bewegendes Band 40, welches von Zugwalzen 44, von einer Vorratsrolle 42 abgezogen wird, durch Führungs- und Druckwalzen 46 auf die Oberfläche des Gemisches 12 geführt. Eine Führungs- und Druckwalze 48, über welche die Bahn 34 verläuft, ist der Walze 46 gegenüberliegend angeordnet. Bevorzugt werden Kleberaufbringeeinrichtungen, welche in der Form von Düsen 50 und 52 dargestellt sind, welche aber auch die Form von Kleberaufbringewalzen annehmen können, eingesetzt, um Kleber auf den Innenflächen der Bahnen aufzubringen. Die Verwendung einer getrennten Kleberschicht zum Verbinden der Bahn oder der Deckschichten auf dem Kernmaterial erzeugt eine gute Verbindung bei wesentlich niedrigeren Kerndichten und erlaubt außerdem die Verwendung einer großen Vielfalt von Deckmaterialien. Die Anforderungen der Deckmaterialien werden später detaillierter erläutert.
Das Gemisch 12 tritt aus dem Auslauftrichter 32 im allgemeinen gleichmäßig über der Breite der Bahn 34 aus und wird von den Walzen 46 und 48 auf eine Anfangsdicke verdichtet. Wenn sich die von den Bahnen und dem Gemisch gebildete durchgehende Verbund- oder Schichtstruktur in Durchlaufrichtung bewegt, läuft sie zwischen den Druckwalzen 54 und 56 hindurch. Die Druckwalzen sind als eine Serie sich gegenüberliegender Walzen dargestellt, wovon jeder Satz so ausgelegt sein kann, daß er stufenweise einen höheren Druck als der vorherige Walzensatz ausübt. Alternativ kann ein einzelner Walzensatz eingesetzt werden, wenn der Druck des Einzelwalzensatzes nicht so groß ist, daß er das Gemisch in die Anströmrichtung zurückdrückt. In jedem Falle muß der zuletzt aufgebrachte Druck ausreichend sein, daß er das Gemisch auf die gewünschte Gemischdichte verdichtet.
Die Enddichte des Kernmaterials kann innerhalb gewisser Grenzen schwanken. Sie sollte nicht niedriger als 0,16 g/cm³ (10 pcf) sein, da niedrigere Dichten die Tendenz aufweisen, daß das Material seine Unversehrtheit verliert. Zur Erzielung einer leichten Handhabbarkeit und günstiger Transportkosten und Preise sollte die Dichte nicht größer als 0,48 g/cm³ (30 pcf) sein. Ferner ist über dieser Dichte das Endplattenprodukt so hart, daß es schwierig ist, einen Nagel in dieses einzuschlagen, ohne die Bauplatte zu zerbrechen. Um das gewünschte Dichtemaß zu erreichen und gleichzeitig die Bauplatte ausreichend fest zu machen, ist es erforderlich, Granulate mit sehr niedriger Dichte zu verwenden. Aus diesem Grunde ist das Granulat ein aufgeschäumtes Granulat, welches in dem zuvor beschriebenen sehr niedrigen Dichtebereich von 0,02 bis 0,06 g/cm³ (1,5 pcf bis 4 pcf) hergestellt werden kann. Die niedrige Dichte ist erforderlich, da die Druckfestigkeit der Bauplatte eine Funktion davon ist, wieviel Material verdichtet werden kann. Somit ist das sich ergebende Produkt bei der gewünschten Dichte umso fester, je niedriger die Dichte des aufgeschäumten Granulates ist. Das widerspricht der üblichen Erwartung, daß Bestandteile mit höherer Dichte stärkere Endprodukte erzeugen.
Um das geeignete Maß an Verdichtung in dem Gemisch zu erreichen, sollten die aufgebrachten Enddrücke so sein, daß ein signifikanter Anteil der aufgeschäumten Partikel als Folge des Preßvorgangs bricht. Die Partikel sollten nicht alle brechen, wie in dem U.S. Patent Nr. 4,297,311, da es wünschenswert ist, daß ein signifikanter Anteil intakt bleibt. Dieses ergibt eine gewünschte Mischung aus intakten aufgeschäumten Partikeln und Bruchstücken von Partikeln, was es ermöglicht, daß die Enddichte des Kernmaterials niedrig ist und dieses gleichzeitig eine gute Druckfestigkeit besitzt. Diese Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt, in der das verdichtete Gemisch 12 eine Anzahl aufgeschäumter Partikel 58 und Stücke gebrochener aufgeschäumter Partikel 60 aufweist, die alle von dem anorganischen Binder 62 zusammengehalten werden. Obwohl einige der Bruchstücke klein sein können, wird eine erhebliche Anzahl aus großen Trümmern der aufgeschäumten Partikel bestehen, wie z. B. aus halbkugeligen Partikeln oder größeren.
Das Brechen von einigen Partikeln während des Preßvorgangs kann durch Auflösen von Proben der gepreßten und ungepreßten nassen Kerngemische in Wasser demonstriert werden. Nahezu das gesamte ungepreßte Material schwimmt auf und zeigt die Anwesenheit eines erheblichen Anteils nicht-gebrochener Kugeln an, welche eingeschlossene Luft enthalten. Ein signifikanter Anteil von Partikeln des gepreßten Gemisches schwimmt auf, aber ungefähr das gleiche Volumen sinkt ab und zeigt damit die Anwesenheit gebrochener Partikelstücke an, welche keine Luft enthalten. Solche gebrochenen Teile haben demzufolge eine größere Dichte als Wasser.
Das Maß des erforderlichen Druckes, um diese Anordnung zu erreichen, ändert sich mit der gewünschten Enddichte, liegt aber in dem Bereich von ungefähr 2,07 bar (30 psi) bis über 34,49 bar (500 psi). Der Wert von 2,07 bar (30 psi) stellt den Druck dar, der zur Erzeugung von Kernmaterial mit 0,16 g/cm³ (10 pcf) erforderlich ist, während 34,49 bar (500 psi) den maximalen Wert darstellt, der zur Erzeugung von Kernmaterial mit 0,48 g/cm³ (30 pcf) erforderlich ist. Es sei angemerkt, daß ein wesentlich höherer Druck erforderlich ist, um die mit höheren Dichtewerten zu erhalten als für Dichtewerte im mittleren Bereich. Um beispielsweise eine Dichte in dem Bereich von 0,24 bis 0,32 g/cm³ (15 pcf bis 20 pcf) zu erhalten, sollten die Druckwalzen einen Druck in der Größenordnung von 3,45 bis 13,79 bar (50 psi bis 200 psi) ausüben. Offensichtlich ist es nicht möglich, eine präzise Druckkurve für jede gewünschte Dichte anzugeben, da diese von der Zusammensetzung und den Verfahrensbedingungen abhängt.
Wenn der erforderliche Walzendruck zu groß ist, als daß er von einem Satz Druckwalzen aufgebracht werden könnte, ohne daß das Gemisch in die Anströmrichtung zurückgedrückt wird, wird ein relativ niedriger Anfangsdruck durch die am weitesten in Anströmrichtung gelegenen Walzen aufgebracht, gefolgt von zunehmend höheren Drücken, die von den nachfolgenden Walzensätzen nach Erfordernis aufgebracht werden.
Obwohl es nicht dargestellt ist, kann der Formbereich der Vorrichtung mit Kantenführungen oder anderen Einrichtungen versehen sein, um die Kanten der Beschichtungsbahnen nach oben zu halten, um sicherzustellen, daß sie das weiche nichtverdichtete Gemisch festhalten. Das Kernmaterialgemisch kann zur Erzielung einer gleichmäßige Produktdichte und -härte verteilt werden, oder es kann zur Erzielung ein variablen Dichteprofils verteilt werden. Beispielsweise kann das Gemisch an den Kantenbereichen der Bahnen einem höheren Druck unterworfen werden, um auf diese Weise Kanten mit höherer Dichte auf der sich ergebenden Bauplatte zu erzeugen. Für ein Produkt mit einer um die Kante geschlagenen Deckschicht können die gefalteten Kanten der Bodenbahn senkrecht gehalten werden, bis sie den letzten oder den am weitesten in Abströmrichtung liegenden Druckwalzensatz erreicht haben. Die Bauplatte würde vor dem Erreichen des letzten Walzensatzes auf ihre Enddicke gepreßt werden, worauf dann der Kleber auf die freiliegenden Klappen der Bodenschichtbahn aufgebracht würde. Die Klappen werden dann übergefaltet, um die obere Deckbahn zu berühren, und die Enddruckwalzen verkleben die Klappen auf die obere Bahn. Wenn abgeschrägte Kanten erwünscht sind, können die Druckwalzen konturiert werden, um die Schrägform in das Bauplattenprodukt einzupressen, wie es im Fachgebiet bekannt ist.
Damit das Gemisch 12 in der diskutierten Art bearbeitet und geformt werden kann, ist es sehr wichtig daß es nicht zu naß ist. Anderenfalls könnte es einfach wegfließen, wenn es dem Druck der Druckwalzen ausgesetzt wird, und es könnte nicht auf die gewünschte Dichte oder Druckfestigkeit verdichtet werden. Aus diesem Grunde darf der Wasseranteil in dem Gemisch weder zu groß sein, noch darf er so minimal sein, daß das Gemisch zu trocken ist, um richtig verarbeitet werden zu können. Es wurde ermittelt, daß das Gemisch mindestens 10% Feuchtigkeit und nicht mehr als 60% Feuchtigkeit enthalten sollte, um diese Bedingungen zu erfüllen, und daß dieser Bereich bevorzugt bei 20 bis 30% liegt. Ein derartiger Anteil ergibt ein Gemisch, das sich vor der Verdichtung wie ein leicht feuchtes Pulver anfühlt.
Gemäß nochmaligem Bezug auf Fig. 3 wird die von den Bahnen 34 und 40 und dem verdichteten Gemisch 12 gebildete zusammenhängende Schichtstruktur, nachdem sie den Druckwalzenbereich verlassen hat, durch geeignete Fördereinrichtungen wie z. B. aktive Walzen 64 in Abströmrichtung transportiert. Wenn sie die Schneidestation 66 erreicht, wird über ihre Breite von einem Messer 68 durchtrennt. Die sich ergebende Bauplattenlänge kann dann durch einen Beschleunigungsabschnitt 70 in Abströmrichtung durch einen Trockner 72 bewegt werden, wo das Wasser aus dem Gemisch ausgetrieben wird und der Binder abbindet. Die Temperatur, welcher die Materialien in dem Trockner ausgesetzt werden, und die Dauer des Durchlaufs durch den Trockner ist abhängig von Bedingungen, zu denen die Bauplattendicke, der Typ und Anteil des Binders und die Trocknerwärmeübertragungsrate gehören. In jedem Fall sollten die Trockenbedingungen gleichmäßig sein, um eine Verwerfung der Bauplatte aufgrund ungleichmäßiger Schrumpfung zu vermeiden. Zusätzlich sollte für Binder, die beim Trocken abbinden, wie z. B. Natriumsilikat, die Kombination aus der Trockenzeit und dem Temperaturpegel ausreichend sein, um das gesamte freie Wasser aus dem Gemisch zu entfernen. Man hat herausgefunden, daß die Temperatur zwischen 65ºC bis 204ºC (150ºF bis 400ºF) variieren kann, wobei der Bereich von 93ºC bis 121ºC (200ºF bis 250ºF) bevorzugt wird. Die Aufheizung sollte für mindestens 15 Minuten andauern, aber nicht mehr als 6 Stunden, wobei die bevorzugten Zeiten zwischen 30 Minuten und 1 Stunde liegen.
Obwohl das Kernmaterial kleinere Anteile anderer Materialien enthalten kann, die für notwendig befunden wurden, um bestimmte spezifische Eigenschaften zu erhalten, die auf andere Weise nicht erreichbar sind, und obwohl dieses kleinere Mengen verschiedener Fasertypen mitbeinhalten kann, enthält das Gemisch keine ausreichende Menge an Fasern oder anderen Zusätzen, um das Endproduktkernmaterial in der Biegefestigkeit stark genug zu machen, um seine Funktion unabhängig von Deckschichten zu erfüllen. Aus diesem Grunde sind die Deckschichten 14 und 16 in dieser vorliegenden Erfindung vorgesehen. Verschiedene Arten von Deckschichtmaterialien können verwendet werden, um diese Funktion zu erfüllen. Die Deckschichten sollen in Rollenform lieferbar sein, um in dem Herstellungsprozeß in der beschriebenen Weise eingesetzt werden zu können, und sie sollten in dem Maße porös sein, wie es erforderlich ist, daß die Feuchtigkeit aus dem Kernmaterial entweichen kann. Sie sollten ebenfalls Klebebeschichtungen aufnehmen können, um ein Festkleben auf dem Kernmaterial zu ermöglichen. Zusätzlich sollten die Deckschichten eine Dekorbehandlung vertragen, wie z. B. eine Beschichtung oder Bemalung. Offensichtlich erfüllen eine Vielzahl verschiedener Arten von Deckschichtmaterialien die zuvor genannten Anforderungen in angemessener Weise, und somit ist die Erfindung nicht auf die Verwendung einer oder mehrerer spezifischer Arten eingeschränkt. Beispielmaterialien, die für zufriedenstellend befunden wurden, sind: 27-kg-Papier (60-lbs-Papier), welches aus regenierten Zeitungspapierfasern hergestellt wurde, und 19-kg-Papier (42-lbs-Papier), welches aus Kraftfasern besteht. In beiden Fällen bezieht sich die kg-Angabe (lbs-Angabe) auf das Gewicht von 93 m² (1000 squarefeet) Papier.
Nach dem Trocknen ist die Bauplatte bereit für den Einsatz als Wandplatte im Innenbereich. Die Biegefestigkeit des Kernmaterials alleine liegt bei mindestens 9 kg (20 lbs), gemessen nach ASTM C-473 auf der Basis einer Materialdicke von 1,27 cm (1/2 inch) und 10,1 cm (4 inches) Breite bei einer Spanne von 7,6 cm (3 inches). Die Biegefestigkeit eines beschichteten Produkts liegt im allgemeinen bei mindestens 18 kg (40 lbs) in der Breitenrichtung des Produktes und bei 50 kg (110 lbs) in der Längsrichtung des Produktes, gemessen an Proben mit einer Dicke von 1,27 cm (1/2 inch) Dicke und 30,3 cm (12 inches) Breite, bei einer Spanne von 35,4 cm (14 inches).
Die nachstehenden, nicht einschränkenden Beispiele erläutern die Erfindung noch weiter.

Beispiel I

Die folgenden Materialien wurden 2 1/2 Minuten lang in einem Hobart-Mischer bei niedriger Geschwindigkeit gemischt:
300 g (42%) aufgeschäumtes Perlit mit einer Dichte von 0,03 g/cm³ (2,3 pcf), mittlerer Durchmesser 0,15 bis 0,2 mm (150 bis 200 Micron)
216 g (30%) Typ N Natriumsilikatlösung der Firma PQ Corporation, mit 37% Feststoffanteil
20 g (3%) MgO
124 g (25%) Wasser
Der Gesamtfeststoffgehalt des Gemisches war 56 Gewichtsprozent.
Eine Schicht Trockenwandpapier, beschichtet mit einer 25%igen Stärkekleberlösung, wurde in einer 32,8 cm x 32,8 cm (13 inches x 13 inches) Form angeordnet und 400 g des Gemisches auf dem Papier aufgebracht. Eine weitere Schicht Trockenwandpapier, eingestrichen mit derselben Stärkekleberlösung, wurde auf die Oberseite des Gemisches aufgebracht, und die sich ergebende Schichtstruktur wurde auf eine Dicke von 1,27 cm (1/2 inch) gepreßt und bei etwa 93ºC (200ºF) getrocknet, um ein erstes Bauplattenmuster zu erzeugen. Die Prozedur wurde mit 800 g und 1200 g Kernmischung wiederholt, um zweite und dritte Bauplattenmuster herzustellen. Die Ergebnisse der Biegefestigkeit (in Breitenrichtung) aller Bauplattenmuster sind in Tabelle 2 angegeben. Die Ergebnisse werden dann mit einem standardmäßig beschichteten Gipswandplattenprodukt mit einer Dicke von 1,27 cm (1/2 inch) verglichen. Tabelle 2 Platte Nr. Dichte d. (beschichteten) Platte [ g/cm³ (pcf) ] Verdichtungsdruck [ bar (psi) ] Biegefestigkeit [ kg (lbs) ] Anmerkung: A - gemessen nach ASTM C-473 auf der Basis einer Meßprobendicke von 1,27 cm (1/2 inch) bei 7,6 cm (3 inches) Breite mit einer Spanne von 30,3 cm (12 inches). B - Zahlenangaben wurden aus A auf der Basis einer 30,3 cm (12 inches) breiten Probe mit einer Spanne von 35,4 cm (14 inches) gemäß Spezifikation in ASTM C-473 extrapoliert.
Die Daten zeigen, daß die erfindungsgemäßen, auf Perlit basierenden Wandplattenproben mit den Nr. 1, 2 und 3 alle eine höhere Biegefestigkeit bei einer niedrigeren Bauplattendichte als das Standard-Gipswandplattenprodukt aufweisen. Zusätzlich war kein Entwässerungsschritt erforderlich, um eine von den Wandplattenproben der Erfindung herzustellen.

Beispiel II

Die folgenden Bestandteile wurden in einem 0,28 m³ (10 cubic foot) Mischer mit niedriger Scherkraft bei 75 U/min für ca. 7 Minuten gemischt:
7,3 kg (47%) aufgeschäumtes Perlit mit einer Dichte von 0,03 g/cm³ (2,5 pcf) und 0,4 mm (400 Micron) mittleren Durchmessers
4,4 kg (28%) Typ N Natriumsilikatlösung von der Firma PQ Corporation, mit 37% Feststoffgehalt
0,4 kg (2%) MgO
3,5 kg (23%) Wasser
Der gesamte Feststoffanteil des Gemisches war 60 Gewichtsprozent. Eine mit Typ N Natriumsilikatlösung bestrichene Schicht Trockenwandpapier wurde in eine 121 cm x 247 cm (48 inches x 98 inches) Form eingelegt. Die hergestellte Kernmischung wurde dann in die Form eingegossen und eine weitere Schicht Trockenwandpapier mit Natriumsilikatkleber wurde dann auf die Oberfläche der Gemischlage aufgebracht. Die Probe wurde dann gepreßt und mit einem Druck von ungefähr 6,55 bar (95 psi) auf eine Dicke von 1,27 cm (1/2 inch) verdichtet und bei einer Temperatur von 93ºC bis 121ºC (200ºF bis 250ºF) für über zwei Stunden getrocknet.
Die sich ergebende Bauplatte hatte eine Dichte von 0,31 g/cm³ (19 pcf) und eine Biegefestigkeit, gemessen nach ASTM C-473 in Längsrichtung von 56 kg (125 lbs) und von 18 kg (40 lbs) in der Breitenrichtung.
Dieses Beispiel zeigt wiederum, daß die Bauplatte der Erfindung sehr leichtgewichtig ist und trotzdem eine überraschend hohe Biegefestigkeit aufweist.

Beispiel III

Diese berechnete Probe zeigt die verbesserten Handhabungseigenschaften, welche aus dem reduzierten Gewicht der Bauplatte dieser Erfindung resultieren.
Die Spezifikation (ASTM C-36) für Gipswandbauplatten erfordert eine minimale Biegefestigkeit in Längsrichtung von 49 kg (110 lbs) für eine 1,27 cm (1/2 inch) dicke Bauplatte. Diese Festigkeitsanforderung kann sowohl von der Gipsbauplatte als auch von der leichtgewichtigen Wandbauplatte der vorliegenden Erfindung erfüllt werden. Aufgrund der relativ hohen Dichte der Gipsbauplatte wird jedoch ein größerer Anteil ihrer Festigkeit benötigt, um das Gewicht des Produktes zu unterstützen als in dem Falle der leichtgewichtigen Bauplatte der vorliegenden Erfindung. Bei einer derartigen Bauplatte steht mehr Festigkeit zur Verfügung, um Bruch bei der Handhabung zu vermeiden oder um die Handhabung größerer Bauplattenlängen zu ermöglichen.
Zur Demonstration dieses Unterschiedes wurde die Bauplattenlänge berechnet, welche an den Enden getragen werden kann, bevor sie unter ihrem eigenen Gewicht zerbricht. Formeln, die Fachleuten auf dem Gebiet der Baustatik bekannt sind, wurden verwendet, um die Bauplatte als ein Modell einer einfach unterstützten Bauplatte darzustellen. Dieses wäre zu einer Bauplatte äquivalent, welche von zwei Personen horizontal gehalten wird, wobei jede Person ein Ende hält. Eine minimale längsseitige Biegefestigkeit von 49 kg (110 lbs) wurde für jeden Bauplattentyp angenommen. Eine typische Dichte von 0,66 g/cm³ (41,25 pcf) wurde für die Gipsplatte angenommen und 0,3 g/cm³ (18,75 pcf) für die Bauplatte der Erfindung. Die Länge der Bauplatte, welche unter ihrem eigenen Gewicht zerbrechen würde, wurde für die Standard-Gipswandplatte zu 3,75 m (12,3 feet) gegenüber 5,55 m (18,2 feet) für die Bauplatte der Erfindung berechnet. Daher muß eine 3,66 m (12 feet) lange Gipsplatte sehr sorgfältig behandelt werden, um ein Brechen unter ihrem eigenen Gewicht zu vermeiden, und sie kann ohne weiteres gebrochen werden, wenn eine zusätzliche Kraft aufgebracht wird, wie z. B. durch einen Stoß, der sie trifft. Eine 3,66 m (12 feet) lange Bauplatte der Erfindung hätte jedoch einen signifikanten Anteil ihrer Festigkeit zur Verfügung, um einem Bruch unter denselben Bedingungen zu widerstehen. Es könnte sogar eine Länge von 4,88 m (16 feet) horizontal ohne Bruch getragen werden.
Es wurde bereits früher festgestellt, daß der Binder zum Zwecke der Feuerbeständigkeit anorganisch sein sollte. Obwohl die Erfindung insoweit diese Anforderung erfüllt und für Standard- und konventionelle Anwendungen ausreichend ist, erfordern einige Anwendungen, daß die Bauplatte eine Feuerbeständigkeitsklassifizierung aufweist, welche das Bestehen einiger Feuertests beinhaltet. Beispielsweise gibt der Feuerbeständigkeitstest ASTM E-119 eine Zeitangabe für den Schutz an, der von einer Wand gegenüber einem Feuer in einem angrenzenden Raum gewährt wird. Das Feuer bewirkt, daß die Temperatur in der Nähe der exponierten Wandfläche von Raumtemperatur auf 538ºC (1000ºF) in fünf Minuten und auf 927ºC (1.700ºF) in einer Stunde ansteigt. Als Ausfall ist definiert, wenn entweder heiße Gase oder Flammen die Wand durchdringen oder wenn die nicht exponierte Seite der Wand einen mittleren Temperaturanstieg von 121ºC (250ºF) überschreitet. Beim Test fiel eine 1,27 cm (1/2 inch) dicke Standard-Gipsbauplatte nach ca. 50 Minuten aus, während eine 1,27 cm (1/2 inch) dicke Standardplatte, hergestellt aus aufgeschäumtem Perlit gemäß der beschriebenen Erfindung, in ca. 20 Minuten ausfiel. Die Gipsplatte fiel durch extrem hohe Temperaturen an der nicht exponierten Seite der Bauplatte aus, und nach einem Schrumpfen und Splittern brach sie kurz nach dem Ausfall zusammen. Die Perlitplatte behielt ihre Größe und Unversehrtheit bis lange nach dem Oberflächentemperaturausfall als Ergebnis davon bei, daß die der Flamme exponierte Seite zu einer glasigen Oberflächenschicht zusammenschmolz, was einen verlängerten Schutz gegenüber der Durchdringung von Flammen und heißen Gasen erzeugte. Somit stellt die Basisperlitplatte der Erfindung einen guten Feuerschutz gegenüber der Durchdringung von Flammen und heißen Gasen bereit, erfordert aber noch Modifikationen, um den beschriebenen Feuertest zu bestehen. Um eine ausreichende Feuerfestigkeit zu erzeugen, um einen Testausfall zu verhindern, wurde ein modifizierter Kern aus einem Gemisch entwickelt, welches die in der Tabelle 3 gelisteten Bestandteile mit den angegebenen Gewichtsprozenten auf der Basis des Gesamtgewichtes des Gemisches enthält. Tabelle 3 Bestandteile in Gewichtsprozent Bestandteil Allgemein Bevorzugt Aufgeschäumtes kieselhaltiges anorganisches Granulat Magnesiumoxychlorid- oder Magnesiumoxysulfatbinder (auf wasserfreier Basis) Wasser (mindestens)
Man beachte, daß der Bereich des Gehalts an anorganischen Partikel etwas kleiner als in der Standardbauplatte ist und daß das untere Bereichsende des Wassergehalts etwas kleiner ist. Dieses reflektiert den etwas höheren Gehalt des speziellen feuerbeständigen Binders wieder. Sowohl Magnesiumoxychlorid als auch Magnesiumoxysulfat sind wärmeabsorbierende Bestandteile, welche auch als wirksame Binder befunden wurden. Zusätzlich zum Ersatz des Binders in der nicht feuerklassifizierten Bauplatte können diese Bestandteile so behandelt werden, daß sie bis zu 50% Hydrationswasser enthalten im Vergleich zu ungefähr 20% bei Gips. Das bedeutet, daß sie ungefähr die 2 1/2-fache Menge an Hitze pro Gewichtseinheit als Gips absorbieren können. Eine typische Zusammensetzung, die Magnesiumoxychlorid verwendet, ist wie folgt:

Beispiel IV

0,52 kg/m² (508 lbs pro 1000 square feet (lbs/MSF)) (43%) aufgeschäumtes Perlit, Dichte 0,03 g/cm³ (2,3 pcf), mittlerer Durchmesser 0,15 bis 1 mm (150 bis 200 Micron)
0,67 kg/m² (138 lbs/MSF) (12%) reaktives Magnesiumoxid
0,52 kg/m² (106 lbs/MSF) (9%) Magnesiumchlorid (auf wasserfreier Basis)
2,06 kg/m² (423 lbs/MSF) (36%) Wasser
Bei der Herstellung des Gemisches wird Magnesiumchlorid in Wasser gelöst, was eine erhebliche Menge an Wärme erzeugt. Falls erforderlich, darf sich die Lösung abkühlen, um die Reaktionsrate mit dem Magnesiumoxid zu steuern. Das aufgeschäumte Perlit und das Magnesiumoxid werden vorgemischt, und dann werden die nassen Bestandteile hinzugefügt und gemischt. Es ist verständlich, daß ein Teil des Wasser in dem Gemisch von dem Hydrationswasser des Magnesiumchlorids stammen kann. Die sich ergebende Kernmischung enthält Magnesiumoxychlorid als Reaktionsprodukt zwischen Magnesiumoxid und Magnesiumchlorid und weist abhängig von seiner Temperatur eine Topfzeit in dem Bereich von 1/2 bis 4 Stunden auf, wobei die Abbindezeit verkürzt wird, wenn die Temperatur des Gemisches erhöht wird. Das Formen und Pressen der Bauplatte erfolgt wie im Zusammenhang mit der Standardbauplatte beschrieben, typischerweise auf eine Dicke von 1,59 cm (5/8 inch), wobei ein Standard-Gipsdeckschichtpapier und Rückseitenpapier aufgebracht werden. Die Papierverklebung der Deckschicht- und Rückseitenschichten auf dem Kern wird mit einem modifizierten Magnesiumoxychlorid-Zementkleber erreicht, der gemäß der folgenden Aufstellung in Gewichtsprozent hergestellt wird:
58% Wasser
20,6% Magnesiumchlorid (auf wasserfreier Basis)
0,3% Hydroxylethylzellulose als wasserlösliches Verdickungmittel
27,3% reaktives Magnesiumoxid
Dieser Kleber wird hergestellt, indem Wasser, das Dihydroxylethylzellulose-Verdickungsmittel und Magnesiumchlorid gemischt werden und letzteren Bestandteilen Zeit gegeben wird, sich aufzulösen und zu verdicken. Diese Lösung wird dann mit dem Magnesiumoxid gemischt, was einen streichbaren Kleber mit einer von der Temperatur abhängigen Topfzeit von 1 bis 4 Stunden ergibt. Der Kleber ist viskos genug, um eine gute Anfangshaftung zu erbringen und ist mit dem Kernbinder kompatibel.
In Verbindung mit Flammenausbreitungstests, welche gemäß dem ASTM E-48 Tunneltest durchgeführt wurden, hat man herausgefunden, daß der Magnesiumoxychloridbinder in dem Kern eine effektive Steuerung des Abbrandes des brennbaren Beschichtungspapiers erbrachte. Es wurde ein Flammenausbreitungsindex von 15 erreicht, welcher leicht die Spezifikation von ASTM C- 36 mit einem Maximum von 25 einhält.
Bei den Feuerbeständigkeitstests, welche an der verbesserten feuerbeständigen Bauplatte der Erfindung ausgeführt wurden, wurde herausgefunden, daß sie ihre Unversehrtheit beibehält und keine merkliche Schrumpfung während des Tests zeigt. Die Verbindungen öffnen sich nicht, und somit wird der Wandhohlraum nicht dem Feuer ausgesetzt. Es wurde ebenfalls festgestellt, daß die Reflexion der Strahlungshitze hoch ist. Zu einem frühen Zeitpunkt des Feuertests brennt die Papierdeckschicht auf der dem Feuer direkt ausgesetzten Oberfläche der Bauplatte ab und setzt damit den Kern der Bauplatte den Flammen aus. Bei einer Gipsplatte zersetzt sich die Oberfläche des Kernes schnell, um zu einem wasserlosen Calciumsulfat zu werden, was in einem Schrumpfen und Zerbrechen resultiert. Bei der Perlitplatte zersetzt sich der Perlitkern zu einer Oberfläche mit Magnesiumoxid beschichteten aufgeschäumten Perlit ohne merkbare Schrumpfung. Das Magnesiumoxid reflektiert signifikant mehr von der von den heißen Verbrennungsgasen abgestrahlten Hitze als das Calciumsulfat und erlaubt somit einen geringeren Hitzedurchtritt auf die Rückseite der Bauplatte.
Falls gewünscht, kann eine polierte Aluminiumfolie auf die Rückseite der Bauplatte auflaminiert werden, nachdem die gepreßte Bauplatte aus dem Trockner austritt, wobei Natriumsilikat als Kleber verwendet wird. Dieses addiert sich zu der Effektivität des größeren Isolationswertes des Perlitkerns bei, indem die Übertragung der Strahlungshitze durch den Wandhohlraum gestört wird. Eine Perforation der Folienrückseite hat keine Auswirkung auf die Feuerbeständigkeitsverbesserung und kann ausgeführt werden, wenn eine Dampfsperre nicht erwünscht ist.
Obwohl kein spezielles Beispiel für den Einsatz von Magnesiumoxysulfat anstelle des Magnesiumoxychlorids ausgeführt wurde, dürfte es verständlich sein, daß ähnliche Verfahren und Zusammensetzungen eingesetzt werden würden, wenn dieses Bestandteil verwendet werden würde, wobei das Magnesiumchlorid durch Magnesiumsulfat ersetzt werden würde.
Es könnte auch erwünscht sein, die Leichtbauwand der Erfindung so zu modifizieren, daß sie wasserabweisend wird. In Verbindung mit der vorstehenden Meinung bezüglich des Einsatzes eines Abbindemittels zur Erzeugung einer Feuchtigkeitsbeständigkeit ist zu verstehen, daß ein Verlust an Festigkeit aufgrund der Anwesenheit von Feuchtigkeit zu vermeiden ist. Die Bauplatte wasserabweisend zu machen, bedeutet jedoch, sie im wesentlichen wasserdicht zu machen, wie es für Wandbauplatten erforderlich ist, die in Bad- und Duschebereichen als Basis für Kunststoff- oder Keramikfliesen verwendet werden. Das Abweisvermögen der Bauplatte für Oberflächenwasser wird durch die Verwendung von Spezialdeckschichtpapieren erreicht, welche mit einer Wachsemulsion behandelt sind, um das Wasserabweisvermögen zu erhöhen. Solche Papiere sind im Handel erhältlich, beispielsweise von der Firma Sweetwater Paperboard Company of Austell, Georgia. Man hat herausgefunden, daß eine Polyvenylacetatemulsion als Kleber zur Verklebung des Papiers auf den Kern den erwünschten Grad an Wasserabweisung und eine gute Klebekraft ergab. Obwohl dieser Kleber gute Ergebnisse erbrachte, ist zu bedenken, daß weitere Tests andere Kleber ergeben können, welche ebenfalls zufriedenstellend arbeiten. Die Polyvenylazetatemulsion ist jedoch der bevorzugte Papierverbindungskleber.
Der Kern der wasserabweisenden leichtgewichtigen Bauplatte wird aus einem Gemisch hergestellt, welche die in Tabelle 4 in Gewichtsprozent auf der Basis des Gesamtgewichts des Gemisches angegebenen Bestandteile enthält. Tabelle 4 Bestandteile in Gewichtsprozent Bestandteil Allgemein Bevorzugt Aufgeschäumtes kieselhaltiges anorganisches Granulat Anorganischer Binder (Trockengewicht) Silkonemulsion Wasser (mindestens)
Zu beachten ist, daß wegen des Vorliegens von Silikon in derart kleinen Mengen, die Bereiche der Partikel des Binders und des Wassers ähnlich zu denen der Standardzusammensetzung sind. Das Silikon stellt die Schmierung und die Wasserabweisung im Kern sicher. Es wird mit dem Wasser und dann mit dem Binder gemischt, und dann wird das nasse Vorgemisch mit den trockenen Bestandteilen gemischt. Dann werden die Papierdeckschichten mit dem Polyvenylazetatkleber auf den Kern geklebt und die Bauplatte in derselben Art und Weise, wie sie in Verbindung mit dem Standardprodukt beschrieben worden ist, hergestellt.
Ein bevorzugter Binder für die Verwendung im Kern ist Natriumsilikat, wobei ein Abbindemittel verwendet wird, um die Feuchtigkeitsbeständigkeit wie vorstehend beschrieben zu verbessern. Eine typische Zusammensetzung für eine feuchtigkeitsbeständige Bauplatte ist wie folgt:

Beispiel V

58,2% aufgeschäumtes Perlit, Dichte 0,03 g/cm³ (2,3 pcf), mittlerer Durchmessers (150 bis 200 Micron)
2,9% reaktives Magnesiumoxid
12,9% Typ N Natriumsilikatlösung, PQ Corp. (auf Trockenbasis)
25,7% Wasser
0,2% Silikonemulsion (605 Feststoffgehalt)
Die Bauplatte wurde in derselben Art und Weise, wie zuvor beschrieben, hergestellt. Man beachte, daß auf Feststoffbasis die 60%ige Silikonemulsion einen Silikonanteil in dem Gemisch im allgemeinen Bereich von 0,03% bis 0,6% und in dem bevorzugten Bereich von 0,06% bis 0,12% bereitstellt.
Es ist verständlich, daß, obwohl sich die Bereiche der Bestandteile der feuerbeständigen Zusammensetzung speziell von den Bereichen der Bestandteile der Standard- und der wasserabweisenden Zusammensetzung unterscheiden, es trotzdem keine wesentliche Überlappung dazwischen gibt. Beispielsweise fällt der Hauptanteil des allgemeinen Bereichs von 35 bis 50% anorganischer Teile in der feuerbeständigen Mischung in den allgemeinen Bereich von 40 bis 65% der Standardmischung und die allgemeinen Bereiche von Wasser sind ähnlich außer für die untere Zahlenangabe des Bereiches. Obwohl sich die Binderbereiche unterscheiden, überlappen sie sich doch bis zu einem gewissen Punkt.
Es sollte nun ersichtlich sein, daß die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer leichtgewichtigen Bauplatte bereitstellt, welche die vielen vorstehend diskutierten Vorteile gegenüber Gipsbauplatten aufweist. Desweiteren ist das Verfahren ökonomisch und nicht durch die Abbindezeit eingeschränkt, welche bei der Herstellung von Gipsplatten erforderlich ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer leichtgewichtigen Baumaterialplatte mit den Schritten:

Herstellen eines Gemischs mit den nachstehenden Bestandteilen in Gewichtsanteilen des Gemisches:

40% bis 65% aufgeschäumte kieselhaltige anorganische Partikel mit einer Dichte in dem Bereich von 0,02 g/cm³ (1,5 pcf) bis 0,06 g/cm³ (4 pcf) und mit einer Größe im Bereich von 0,1 bis 1mm (100 bis 1000 Mikron);

5% bis 20% anorganischer Binder;

mindestens 10% Wasser; und

0% bis 10% Abbindemittel;

Formen des Gemisches in eine Lage mit gegenüberliegenden Hauptseiten;

Aufbringen von Druck auf die Lage im Bereich von 2,07 bar (30 psi) bis 34,49 bar (500 psi) zum Verdichten der aufgeschäumten anorganischen Partikel, wobei eine wesentliche Anzahl der Partikel durch den Druck gebrochen wird und eine wesentliche Anzahl intakt bleibt;

Aufheizen der verdichteten Lage, um das Wasser auszutreiben und den anorganischen Binder abzubinden; und

Aufbringen von Deckschichten auf den gegenüberliegenden Hauptseiten der Schicht;

wobei das Maß an Verdichtung und Aufheizung so ist, daß die Trockendichte der sich ergebenden Bauplatte in dem Bereich von 0,16 g/cm³ (10 pcf) bis 0,48 g/cm³ (30 pcf) liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gemisch in dem Bereich von 65ºC (150ºF) bis 204ºC (400ºF) aufgeheizt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem Wärme für eine Dauer von 0,25 bis 6,0 Stunden aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Deckschichten auf die gegenüberliegenden Hauptseiten der Lage vor dem Aufbringen von Druck auf die Lage aufgebracht werden, wodurch Druck auf das Gemisch durch die Deckschichten aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Druck auf die Lage durch Druckwalzen, welche die Oberflächenschichten erfassen, aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Deckschichten sich kontinuierlich bewegende Deck- und Bodenbahnen aufweisen, wobei das Gemisch auf die sich bewegende Bodenbahn aufgebracht wird und die Deckbahn mit der Lage in Kontakt gebracht wird, bevor sie in die Druckwalzen eintritt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Deckschichten aus organischen Fasern bestehen und ausreichend porös sind, um das Entweichen von Feuchtigkeit aus dem Gemisch zu erlauben.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die aufgeschäumten kieselhaltigen anorganischen Partikel aufgeschäumte Perlitpartikel aufweisen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der anorganische Binder Natriumsilikat aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem Kleber zwischen den Deckschichten und dem Kern aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, das einen kleineren Anteil Silikon für den Zweck mit enthält, die Bauplatte wasserabweisend zu machen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem Silikon in dem Gemisch in einem Gewichtsanteil von 0,03% bis 0,6% enthalten ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer leichtgewichtigen Baumaterialplatte mit den Schritten:

40% bis 65% aufgeschäumte Perlitpartikel mit einer Dichte in dem Bereich von 0,02 g/cm³ (1,5 pcf) bis 0,06 g/cm³ (4 pcf) und mit einer Größe im Bereich von 0,1 bis 1mm (100 bis 1000 Mikron);

5% bis 20% Natriumsilikat-Binder;

mindestens 10% Wasser; und

0% bis 10% Abbindemittel;

Aufbringen einer Gemischlage auf eine sich bewegende Bodenbahn aus Deckschichtmaterial;

Verbinden der Seite der Lage, die der unteren Bahn gegenüberliegt mit einer oberen sich bewegenden Bahn aus Deckschichtmaterial, um eine Schichtstruktur der Bahnen und des Gemisches zu erzeugen, wobei sich beide Bahnen in dieselbe Richtung bewegen;

Aufbringen von Druck auf die sich bewegende Schichtstruktur im Bereich von 2,07 bar (30 psi) bis 34,49 bar (500 psi) zum Verdichten der aufgeschäumten anorganischen Partikel, wobei eine wesentliche Anzahl der Partikel durch den Druck gebrochen wird und eine wesentliche Anzahl intakt bleibt; und

Aufheizen des verdichteten Gemisches für eine Dauer von 0,25 bis 6,0 Stunden in dem Bereich von 65ºC (150ºF) bis 204ºC (400ºF), um das Wasser aus dem Gemisch auszutreiben und das anorganische Natriumsilikat abzubinden;

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem Druck kontinuierlich auf die sich bewegende Schichtstruktur durch Druckwalzen, welche die Deckschichten erfassen, aufgebracht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Deckschichten aus organischen Fasern bestehen und ausreichend porös sind, um das Entweichen von Feuchtigkeit aus dem Gemisch zu erlauben.

16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Seiten der Deckschicht, welche mit dem Gemisch in Berührung stehen, mit einem Kleber beschichtet werden, bevor sie mit dem Gemisch in Berührung kommen, um die Verbindung zwischen den Deckschichten und dem Kern zu verstärken.

17. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die aufgeschäumten Perlitpartikel in dem Gemisch in dem Bereich von 50% bis 60%, das Natriumsilikat in dem Bereich von 7% bis 15% und das Wasser in dem Bereich von 20% bis 30% vorliegen.

18. Verfahren nach Anspruch 13 mit dem Schritt des Schneidens der Schichtstruktur, um individuelle Bauplatten zu erzeugen.

19. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem Silikon in dem Gemisch in einem Gewichtsanteil von 0,03% bis 0,6% enthalten ist.

20. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem Silikon in dem Gemisch in einem Gewichtsanteil von 0,06% bis 0,12% enthalten ist.

21. Verfahren zur Herstellung einer leichtgewichtigen Baumaterialplatte mit den Schritten:

35% bis 50% aufgeschäumte kieselhaltige anorganische Partikel mit einer Dichte in dem Bereich von 0,02 g/cm³ (1,5 pcf) bis 0,06 g/cm³ (4 pcf) und mit einer Größe im Bereich 0,1 bis 1mm (100 bis 1000 Mikron);

15% bis 30% wärmeabsorbierender anorganischer Binder; und

mindestens 15% Wasser;

Formen des Gemisches in eine Lage mit gegenüberliegenden Hauptseiten;

Aufheizen der verdichteten Lage, um das Wasser auszutreiben; und

Aufbringen der Deckschichten auf den gegenüberliegenden Hauptseiten der Schicht;

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das Gemisch in dem Bereich von 65ºC (150ºF) bis 204ºC (400ºF) für eine Dauer von 0,25 bis 6,0 Stunden aufgeheizt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die aufgeschäumten kieselhaltigen anorganischen Partikel aufgeschäumte Perlitpartikel aufweisen, die in dem Gemisch in dem Bereich von 40% bis 45% vorliegen, der wärmeabsorbierende anorganische Binder in dem Bereich von 20% bis 25% vorliegt und Wasser in dem Bereich von 20% bis 40% vorliegt.

24. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der wärmeabsorbierende anorganische Binder aus der im wesentlichen aus Magnesiumoxychlorid und Magesiumoxysulfat bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Binder Magnesiumoxychlorid ist und als Reaktionsprodukt aus Magnesiumoxid und Magnesiumchlorid erzeugt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Binder Magnesiumoxysulfat ist und als Reaktionsprodukt aus Magnesiumoxid und Magnesiumsulfat erzeugt wird.

27. Leichtgewichtige Baumaterialplatte mit:

einem Kern, der aufgeschäumte Perlitpartikel mit einer Dichte von 0,02 g/cm³ (1,5 pcf) bis 0,06 g/cm³ (4 pcf) und mit einer Größe im Bereich 0,1 bis 1mm (100 bis 1000 Mikron) aufweist; wobei

eine wesentliche Anzahl der Partikel zerbrochen ist und eine wesentliche Anzahl der Partikel intakt ist;

die Partikel mittels eines anorganischen Binders miteinander verbunden sind;

der Kern eine Trockendichte in dem Bereich von 0,16 g/cm³ (10 pcf) bis 0,48 g/cm³ (30 pcf) aufweist; und

Deckschichten auf die gegenüberliegenden Hauptseiten aufgeklebt sind.

28. Leichtgewichtige Bauplatte nach Anspruch 27, bei der die Deckschichten aus organischen Fasern bestehen.

29. Leichtgewichtige Bauplatte nach Anspruch 27, bei der der anorganische Binder aus Natriumsilikat besteht.

30. Leichtgewichtige Bauplatte nach Anspruch 27, bei der die aufgeschäumten Perlitpartikel mindestens 70% des Trockengewichts des Kerns ausmachen.

31. Baumaterialplatte, die gemäß dem Verfahren in Anspruch 13 hergestellt wird.

32. Baumaterialplatte, die gemäß dem Verfahren in Anspruch 23 hergestellt wird.