JP2007505767A - 繊維によって強化されている高強度の構造用セメントパネルを生産する多層方法及び装置 - Google Patents

Abstract

構造用セメントパネルを生産する多層方法は、移動ウエブを設けるステップａと、ルーズな繊維の第１の層をウエブ上に堆積させるステップｂか凝結型スラリーの層をウエブ上に堆積させるステップｃのうちの一方のステップと、ルーズな繊維の第２の層をスラリー上に堆積させるステップｄと、繊維の第２の層をスラリーに埋め込むステップｅ、繊維強化された凝結型スラリーの所望数の層がパネルにおいて得られるまでステップｃ〜ｅを繰り返すステップｆとを含む。更に、本方法による構造用パネルと、構造用セメントパネルを生産するのに適した装置と、複数層構造用セメントパネルであって、各層が、凝結型スラリーの層を移動ウエブ上に堆積させるステップと、そのスラリー上に繊維を堆積させるステップと、各層が隣接する層と一体に形成されるように繊維をスラリーに埋め込むステップとで生成されるものとが提供される。
【選択図】図５

Description

本発明は、凝結型スラリーを使用して構造用パネルを生産する連続方法及び関連する装置に関し、より具体的には、個々の繊維と急結型スラリーとが組み合わされて曲げ強度及び強靭性が得られる強化セメントパネル（本明細書においては構造用セメントパネル（ＳＣＰ）と称する）を製造する方法に関する。また、本発明は、本方法によって生産されるＳＣＰパネルにも関する。

発明の背景

セメントパネルは、建設業界において、居住用構造物若しくは商業構造物、又はその両方の内壁及び外壁を形成するために使用されてきた。このようなパネルの利点として、石膏をベースとする標準的な壁板と比較しての耐湿性が挙げられる。しかしながら、そのような従来のパネルの欠点は、構造用合板やＯＳＢ（オリエンテッドストランドボード）には及ばないにせよ、同程度の構造強度もないことである。

一般に、現在の最新技術のセメントパネルは、強化材料又は安定化材料の層の間に少なくとも１層の硬化セメント又は硬化石膏の複合層を含んでいる。いくつかの場合、強化材料又は安定化材料は、連続的なガラス繊維メッシュ又は同等物であるが、場合によっては、セメントコアにおいて強化材料として短い断片状の繊維が使用される。前者の場合、メッシュは、通常、ロールからシート式に凝結型スラリーの層の上又は間に適用される。従来のセメントパネルに使用されている生産手法の例は、米国特許第４，４２０，２９５号明細書、米国特許第４，５０４，３３５号明細書、及び米国特許第６，１７６，９２０号明細書に記載されており、これらの文書の内容は、本文書に参考とすることにより組み込まれる。更に、その他の石膏−セメント組成物は、米国特許第５，６８５，９０３号明細書、米国特許第５，８５８，０８３号明細書、及び米国特許第５，９５８，１３１号明細書に開示されている。

スラリー及び断片状繊維の複数の層を積み重ねるステップを利用する、セメントパネルを生産する従来の方法の１つの欠点は、マット又はウエブの形式で組み込まれる断片状繊維がスラリー中に適切且つ均一に分布せず、従って、本質的に繊維と基質との相互作用による結果としての強化特性が、各ボード層の厚さとその他の複数の変数とに依存して、ボードの厚さによって変化することである。スラリーが繊維網の中に十分に浸透していないと、繊維と基質との間の結合及び相互作用が不足し、それに起因してパネル強度が低下する。また、極端な場合には、スラリーと繊維とが分かれて層化した場合、繊維の結合及び分布が不十分であるために繊維が十分に生かされず、最終的にパネル強度の向上が極めて小さくなる。

セメントパネルを生産する従来の方法の別の欠点は、結果としての製品のコストが大きすぎ、従って、屋外用合板、構造用合板、或いはＯＳＢ（オリエンテッドストランドボード）との競争力がないことである。

従来のセメントパネルのコストが比較的高いことの１つの原因は、スラリーが特に粒子や塊として尚早に凝結することに起因する、生産ラインのダウンタイムによるものであり、このような粒子や塊は、製造されるボードの外観を損ない、生産設備の効率を低下させる。尚早に凝結したスラリーが製造設備に大量に蓄積すると、生産ラインを停止させる必要があり、従ってボードの最終的なコストが増す。

従って、繊維によって強化されているセメントパネルを生産する方法若しくは関連する装置、又はその両方であって、構造用合板及びＯＳＢに匹敵する構造特性を持つボードが得られ、尚早に凝結するスラリー粒子に起因する生産ラインのダウンタイムが減少する、方法若しくは関連する装置、又はその両方のニーズが存在している。また、そのような構造用セメントパネルを生産する方法若しくは関連する装置、又はその両方であって、構成材料がより効率的に使用されて従来の生産方法よりも生産コストが減少する、方法若しくは関連する装置のニーズも存在している。

更に、建設用途において合板及びＯＳＢと同じように挙動するように構成されている構造用セメントパネル（ＳＣＰとも称する）の上述したニーズは、パネルに釘を打つことができ、従来のノコギリ及びその他の従来の大工道具を使用して切断又は加工することができることを意味する。更に、ＳＣＰパネルは、構造用合板材に適用される試験として認められている試験（ＡＳＴＭ Ｅ７２、ＡＳＴＭ ６６１、ＡＳＴＭ Ｃ １１８５、ＡＳＴＭ Ｅ１３６、又は同等の試験）による、せん断抵抗、積載重量、水分による膨張、耐燃性の測定値が、建築基準規格を満たしている必要がある。

発明の概要

上に記載したニーズは、構造用セメントパネル（ＳＣＰ又はＳＣＰパネル）を生産する多層方法と、そのような方法によって生産されるＳＣＰとを特徴とする本発明によって満たされる。切断されてルーズに分散している繊維を移動ウエブ上に最初に堆積させる、又は、スラリーの層を移動ウエブ上に最初に堆積させた後、スラリー層の上に繊維を堆積させる。堆積させた繊維を埋込み装置によってスラリーに混合し、その後、スラリーの更なる層を加え、次いで、切断された繊維を加えた後、更に埋込みを行う。必要に応じて、ボードの層それぞれに対してこの方法を繰り返す。完了した時点で、ボードの繊維要素はより均一に分布しており、結果として、セメントパネルの先行技術の生産手法において教えられているような強化繊維の厚いマットを必要とせずに、比較的強いパネルが得られる。

より具体的には、本発明は、構造用セメントパネルを生産する多層方法であって、（ａ．）移動ウエブを設けるステップと、（ｂ．）ルーズな繊維の第１の層を前記ウエブ上に堆積させるステップ、及び、（ｃ．）凝結型スラリーの層を前記ウエブ上に堆積させるステップ、のうちの一方のステップと、（ｄ．）ルーズな繊維の第２の層を前記スラリー上に堆積させるステップと、（ｅ．）繊維の前記第２の層を前記スラリーに埋め込むステップと、（ｆ．）繊維によって強化された凝結型スラリーの望ましい数の層が前記パネルにおいて得られるまで、スラリーを堆積させる前記ステップ（ｃ．）と前記ステップ（ｄ．）とを繰り返すステップと、を含んでいる、多層方法、に関する。また、本方法によって生産される構造用セメントパネル（ＳＣＰ）と、本方法によって構造用セメントパネルを生産するのに適している装置も提供される。

詳細な説明

図１を参照して、この図は、構造用パネルの生産ライン（全体を番号１０で表してある）を概略的に示している。生産ライン１０は、複数の支柱１３又はその他の支持体を有する支持フレーム又は形成台１２を含んでいる。支持フレーム１２の上には、水を通さずなめらかな表面（ただし多孔性表面も考えられる）を持つ、ゴム状のエンドレスコンベヤベルトなどの移動搬送体１４が含まれている。この分野において周知であるように、支持フレーム１２は、少なくとも１つの台状部分で構成することができ、この台状部分は、図示した支柱１３を含んでいることができる。また、支持フレーム１２は、フレームの遠端部１８における主駆動ロール１６と、フレームの近端部２２におけるアイドラーロール２０も含んでいる。更に、ロール１６，２０に張られている搬送体１４の望ましい張力及び位置を維持する少なくとも１つのベルト追跡装置（ｂｅｌｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）２４若しくはベルト張力調整装置２４、又はその両方が設けられていることが好ましい。

更に、好ましい実施形態においては、この分野において周知であるように、クラフト紙、リリース紙、又は凝結する前のスラリーを支持するように設計されているその他の支持材料、のうちの少なくとも１つのウエブ２６を、搬送体１４を保護する、若しくは清浄に保つ、又はその両方を目的として、搬送体１４の上に敷くことができる。しかしながら、本ライン１０によって生産されるパネルを搬送体１４上に直接形成することも考えられる。その場合には、少なくとも１つのベルト洗浄装置２８を設ける。搬送体１４は、この分野において公知であるように、主駆動ロール１６を駆動するモーター、プーリー、ベルト、又はチェーンの組合せによって、支持フレーム１２に沿って移動する。搬送体１４の速度を、用途に適するように変化させることが考えられる。

本発明においては、構造用セメントパネルの生産は、最初に、切断されたルーズな繊維３０の層をウエブ２６上に堆積させる、又は、スラリーの層をウエブ２６上に堆積させる。スラリーを最初に堆積させる前に繊維３０を堆積させることの利点は、結果としてのパネルの外面付近に繊維が埋め込まれることである。本ライン１０には、さまざまな繊維堆積装置或いは繊維切断装置が考えられるが、好ましいシステムにおいては、ガラス繊維コード（ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ ｃｏｒｄ）のスプール３２をいくつか保持する少なくとも１つのラック３１を採用し、スプールのそれぞれから繊維コード３４が切断ステーション又は切断装置（チョッパー３６とも称する）に供給される。

チョッパー３６は、刃４０が放射状に突き出しており搬送体１４の幅にわたり横に延在している、刃付き回転ロール３８を含んでおり、このロールは、アンビルロール４２に対して、接触しながら回転する近い位置関係に配置されている。好ましい実施形態においては、刃付きロール３８とアンビルロール４２は、刃付きロール３８の回転によってアンビルロール４２も回転するような比較的近い位置関係に配置されているが、その逆も考えられる。更に、アンビルロール４２は、刃４０がコード３４を断片に切断するための弾性的な支持材料によって覆われていることが好ましい。切断される繊維の長さは、ロール３８の刃４０の間隔によって決まる。図１に示したように、チョッパー３６は、生産ライン１０のうち生産に使用される長さが最大になるように、近端部２２の近く、搬送体１４の上方に配置されている。繊維コード３４が切断されると、繊維３０は搬送体ウエブ２６の上にルーズに落下する。

スラリー供給ステーション、又はスラリー供給機４４は、ホッパーや貯蔵器などの遠隔の混合位置４７からスラリー４６の供給を受け取る。本方法は、スラリーを搬送体１４上に堆積させるステップによって開始することも考えられる。さまざまな凝結型スラリーが考えられるが、本方法は、構造用セメントパネルを生産するように特に設計されている。従って、スラリーは、それぞれさまざまな量のポートランドセメント、石膏、骨材、水、急結剤、減水剤、発泡剤、充填剤、又は本文書に参考とすることにより組み込まれている上に記載した特許明細書に記載されている、この分野において周知であるその他の含有物、のうちの少なくとも１つから成ることが好ましい。上記のうちのいくつかを除いた、又は別の含有物を加えた、これらの含有物の相対的な量は、用途に適するように変えることができる。

スラリー４６の薄い層を移動搬送体１４上に均一に堆積させるスラリー供給機４４は、さまざまな構成が考えられるが、好ましいスラリー供給機４４は、搬送体１４の移動方向に対して横に配置されている主計量ロール４８を含んでいる。副ロール又はバックアップロール５０は、計量ロール４８に対して、互いに回転する平行且つ近い位置関係に配置されており、これらの間にニップ５２が形成されている。好ましくはＴｅｆｌｏｎ(R)材料などの粘着性のない材料による一対の側壁５４は、ニップ５２に注入されるスラリー４６が供給機４４の側面から漏れることを防止する。

本発明の重要な特徴は、供給機４４によって、移動搬送体１４又は搬送体ウエブ２６の上にスラリー４６の比較的薄い均一な層が堆積することである。層の適切な厚さは、約０．０５インチ〜０．２０インチの範囲である。しかしながら、本方法によって生産される好ましい構造用パネルにおいて４層が好ましく、且つ適切な建築用パネルが約０．５インチである場合、スラリー層の特に好ましい厚さは、０．１２５インチ程度である。

次に、図１と図２とを参照する。上述したスラリー層の厚さを達成するため、スラリー供給機４４にはいくつかの特徴が設けられている。第一に、ウエブ２６全体にわたりスラリー４６が均一に堆積するように、スラリーはホース５６を通じて供給機４４に送られ、このホースは、この分野において周知のタイプの、ケーブルによって駆動される横に往復する流体圧注入器５８に配置されている。従って、ホース５６から流れるスラリーは、横に往復する動きにおいて供給機４４に注入され、ロール４８，５０と側壁５４とによって画成されているリザーバ５９を満たす。従って、計量ロール４８の回転により、リザーバからスラリー４６の層が引き込まれる。

第二に、供給機のリザーバ５７から主計量ロール４８の外面６２上に引き込まれるスラリー４６の厚さを調整する目的で、厚さ監視ロール又は厚さ制御ロール６０が、主計量ロール４８のわずかに上方、若しくは、主計量ロール４８の垂直中心線よりわずかに下流、又はこの両方を満たす場所に配置されている。厚さ制御ロール６０に関連するもう１つの特徴は、このロールによって、さまざまな粘性のスラリーと、粘性が絶えず変化しているスラリーとを扱うことができることである。主計量ロール４８は、搬送体１４及び搬送体ウエブ２６の移動方向と同じ移動方向「Ｔ」に駆動され、主計量ロール４８と、バックアップロール５２と、厚さ監視ロール５８は、すべて同じ方向に回転するように駆動され、これにより、それぞれの動いている外面上にスラリーが尚早に凝結する可能性が最小になる。外面６２上のスラリー４６が搬送体ウエブ２６の方に移動するとき、主計量ロール４８と搬送体ウエブ２６との間に位置している横方向の除去ワイヤ６４によって、スラリー４６のすべてが搬送体ウエブ上に堆積し、ニップ５２及び供給機リザーバ５９の方に上方に戻ることはない。除去ワイヤ６４は、主計量ロール４８上に尚早に凝結したスラリーが存在しないように維持して、比較的均一なスラリーの膜（ｃｕｒｔａｉｎ）を維持する役割も果たす。

繊維６８の第２の層をスラリー４６の上に堆積させる目的で、好ましくはチョッパー３６と同一である第２のチョッパーステーション又はチョッパー装置６６が、供給機４４の下流に配置されている。好ましい実施形態においては、チョッパー装置６６には、チョッパー３６に供給するラックと同じラック３１からコード３４が供給される。しかしながら、用途に応じて、個々のチョッパーのそれぞれに個別のラック３１から供給することも考えられる。

次に、図１及び図３を参照する。繊維６８をスラリー４６に埋め込む目的で、埋込み装置（全体を番号７０で表してある）が、スラリー４６と、生産ライン１０の移動搬送体１４との動作上の位置関係に配置されている。さまざまな埋込み装置、例えば、バイブレータやシープフットローラー（ｓｈｅｅｐ’ｓ ｆｏｏｔ ｒｏｌｌｅｒ）など（ただしこれらに限定されない）が考えられるが、好ましい実施形態においては、埋込み装置７０は、フレーム１２上の搬送体ウエブ２６の移動方向「Ｔ」に対して横方向に取り付けられている少なくとも一対のほぼ平行な軸７２を含んでいる。各軸７２には、小さな直径の円盤７６によって軸上で互いに軸線方向に隔てられている相対的に大きな直径の複数の円盤７４が設けられている。

ＳＣＰパネルの生産時、軸７２及び円盤７４，７６は、軸の縦軸線を中心に一緒に回転する。この分野において周知であるように、軸７２のいずれか一方又は両方に動力を供給することができ、一方のみに動力を供給する場合、他方は、ベルト、チェーン、歯車駆動、又はその他の公知の動力伝達技術によって駆動して、駆動ロールに対応する方向及び速度を維持することができる。隣り合っている好ましくは平行な軸７２のそれぞれの円盤７４，７６は、互いに噛み合って、スラリーにおける「捏ね」又は「揉み」作用を形成し、この作用によって、前の時点で堆積した繊維６８が埋め込まれる。更に、円盤７２，７４が噛み合いながら回転する近い位置関係にあることにより、円盤上にスラリー４６が蓄積することが防止され、実際には「自己清掃」作用が形成され、この作用により、スラリーの早期の凝結した塊に起因する生産ラインのダウンタイムが大幅に減少する。

軸７２の円盤７４，７６の噛み合い関係においては、小さな直径のスペーサ円盤７６と、相対的に大きな直径の主円盤７４の対向する周面が近接して配置されており、このことによっても自己清掃作用が促進される。円盤７４，７６が近接した位置において（ただし好ましくは同じ方向に）互いに回転するため、スラリーの粒子が装置に付着して尚早に凝結することが起こりにくい。互いに対して横方向に隔てられている２組の円盤７４を設けることによって、スラリー４６は、「捏ね」作用を生む複数回の分断作用（ａｃｔｓ ｏｆ ｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ）を受け、繊維６８がスラリー４６に更に埋め込まれる。

繊維６８が埋め込まれる、言い換えれば、移動する搬送体ウエブ２６が埋込み装置７０を通過すると、ＳＣＰパネルの第１の層７７が完成である。好ましい実施形態においては、第１の層７７の高さ又は厚さは、およそ０．０５〜０．２０インチの範囲内である。この範囲では、ＳＣＰパネルにおいて同様の層と組み合わされたときに、望ましい強度及び剛性が得られることが判明している。しかしながら、用途に応じて別の厚さも考えられる。

望ましい厚さの構造用セメントパネルを構築するため、更なる層が必要である。従って、既存の層７７の上にスラリー４６の更なる層８０を堆積させる目的で、供給機４４と実質的に同一である第２のスラリー供給機７８が、移動搬送体１４との動作上の関係位置に設けられている。

更に、ラック３１と類似する構造を持ち、ラック３１と同様にフレーム１２に対して配置されているラック（図示していない）から供給される繊維８４の第３の層を堆積させる目的で、チョッパー３６，６６と実質的に同一である更なるチョッパー８２が、フレーム１２との動作上の関係位置に設けられている。繊維８４は、スラリー層８０の上に堆積し、第２の埋込み装置８６を使用して埋め込まれる。第２の埋込み装置８６は、構造及び配置が埋込み装置７０と類似しており、第１の層７７が作用を受けないように、移動する搬送体ウエブ１４よりもわずかに高い位置に取り付けられている。このようにして、スラリーと、埋め込まれた繊維との第２の層８０が形成される。

次に、図１及び図４を参照する。凝結型スラリーと繊維との連続する層のそれぞれに対して、追加のスラリー供給ステーション４４，７８と、その後ろの繊維チョッパー３６，６６，８２と、埋込み装置７０，８６とが、生産ライン１０に設けられている。好ましい実施形態においては、ＳＣＰパネル９２を構築するために合計４つの層７７，８０，８８，９０が形成される。上述したように繊維が埋め込まれた凝結型スラリーの４層を堆積させた時点で、パネル９２の上面９６を成形する成形装置９４（図１）がフレーム１２に設けられていることが好ましい。そのような成形装置９４は、凝結型スラリー及びボードの生産の分野において公知であり、一般には、望ましい寸法特性に適するように複数層パネルの高さ及び形状を成形する、ばねによって荷重される板（ｓｐｒｉｎｇ−ｌｏａｄｅｄ ｐｌａｔｅ）又は振動板（ｖｉｂｒａｔｉｎｇ ｐｌａｔｅ）である。本発明の重要な特徴は、パネル９２が複数の層７７，８０，８８，９０から成り、これらの層が、凝結時、繊維によって強化された全体として一枚のパネルを形成することである。後から開示及び説明するように、各層における繊維の存在及び配置状況が、特定の望ましいパラメータによって制御され、これらのパラメータの範囲内に維持されるならば、本方法によって生産されるパネル９２を剥離することは実質的に不可能である。

この時点で、スラリーの層では凝結が始まっており、それぞれのパネル９２を切断装置９８（好ましい実施形態においてはウォータージェットカッター）によって互いに切り離す。動く刃（ｍｏｖｉｎｇ ｂｌａｄｅ）などのその他の切断装置は、このパネル構造において適切な鋭角な縁部を作成することができるならば、この作業に適しているとみなされる。切断装置９８は、望ましい長さのパネルが生産されるように、ライン１０及びフレーム１２に対して配置されており、この配置は、図１に示したシステムとは異なっていることができる。搬送体ウエブ１４の速度は比較的遅いため、切断装置９８は、搬送体１４の移動方向に対して垂直に切断するように取り付けることができる。生産速度がより速い場合、そのような切断装置は、ウエブの移動方向に対して角度をつけて生産ライン１０に取り付ける方法が知られている。切断した時点で、この分野において周知であるように、更なる方法、梱包、保管、出荷の少なくとも１つを目的として、切り離されたパネル９２を積み重ねる。

次に、図４及び図５を参照し、生産ライン１０の代替実施形態は、全体を番号１００で表してある。このライン１００は、多くの構成要素がライン１０と共通であり、これらの共通する構成要素は、同一の参照番号によって表してある。ライン１００とライン１０との主たる違いは、ライン１０においては、ＳＣＰパネル９２が作製された時点で、たとえ成形装置９４によって成形された後においても、パネルの下側１０２又は下面が上側又は上面９６よりもなめらかであることである。場合によっては、パネル９２の用途に応じて、なめらかな面と比較的粗い面とを有することが好ましいことがある。しかしながら、別の用途においては、ボードの両面９６，１０２がなめらかであることが望ましいことがある。なめらかな表面は、なめらかな搬送体１４又は搬送体ウエブ２６にスラリーを接触させることによって生成されるため、両面又は両側がなめらかであるＳＣＰパネルを得るためには、上面及び下面９６，１０２の両方を搬送体１４又はリリースウエブ２６に接した状態で形成する必要がある。

そのため、生産ライン１００は、少なくとも３層７７，８０，８８を生成するのに十分な、繊維切断ステーション３６，６６，８２と、スラリー供給ステーション４４，７８と、埋込み装置７０，８６とを含んでいる。更なる層は、生産ライン１０に関して上述したステーションを繰り返すことによって生成することができる。しかしながら、生産ライン１００においては、ＳＣＰパネルの最後の層の生成において、主ロール１１０，１１２（このうちの一方が駆動される）を介してループを形成している逆回転ウエブ１０８を有する上側デッキ１０６が設けられており、このデッキは、なめらかな外面を持つスラリー及び繊維の層１１４を、移動する多層スラリー４６の上に堆積させる

より詳細には、上側デッキ１０６は、移動するスラリー４６の上に被覆層１１４を裏側を上にして堆積させる目的で、繊維堆積ステーション３６に類似している上側繊維堆積ステーション１１６と、供給ステーション４４に類似している上側スラリー供給ステーション１１８と、切断ステーション６６に類似している第２の上側繊維堆積ステーション１２０と、埋込み装置７０に類似している埋込み装置１２２とを含んでいる。従って、結果としてのＳＣＰパネル１２４は、なめらかな上面及び下面９６，１０２を有する。

本発明の別の特徴は、結果としてのＳＣＰパネル９２，１２４が、繊維３０，６８，８４がパネル全体を通じて均一に分布しているように構築されていることである。このことにより、比較的少ない繊維をより効率的に使用して、比較的強度の高いパネルを生産できることが判明した。各層におけるスラリーの体積に対する繊維の割合は、スラリー層７７，８０，８８，９０，１１４のおよそ１．５〜３％（体積割合）の範囲内であることが好ましい。

定量的な観点においては、繊維の埋込み効率に対する、繊維及びスラリーの層の数と、パネルにおける繊維の体積分率と、各スラリー層の厚さと、繊維ストランドの直径の影響を調べ、本発明の一部として結果を得た。この分析においては、以下のパラメータを識別した。

ｖ_Ｔ＝複合体の総体積
ｖ_ｓ＝パネルのスラリーの総体積
ｖ_ｆ＝パネルの繊維の総体積
ｖ_ｆ，ｌ＝層あたりの繊維の総体積
ｖ_Ｔ，ｌ＝層あたりの複合体の総体積
ｖ_ｓ，ｌ＝層あたりのスラリーの総体積
Ｎ_ｌ＝スラリー層の総数、繊維層の総数
Ｖ_ｆ＝パネルの繊維の総体積分率
ｄ_ｆ＝個々の繊維ストランドの等価直径
ｌ_ｆ＝個々の繊維ストランドの長さ
ｔ＝パネルの厚さ
ｔ_ｌ＝スラリー及び繊維を含んでいる個々の層の総厚さ
ｔ_ｓ，ｌ＝個々のスラリー層の厚さ
ｎ_ｆ，ｌ，ｎ_ｆ１，ｌ，ｎ_ｆ２，ｌ＝繊維層における繊維の総数
ｓ^Ｐ _ｆ，ｌ，ｓ^Ｐ _ｆ，ｌ，ｓ^Ｐ _ｆ２，ｌ＝繊維層に含まれている繊維の総投影表面積
Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌ，Ｓ^Ｐ _ｆ１，ｌ，Ｓ^Ｐ _ｆ２，ｌ＝繊維層の投影繊維表面積割合（ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ ｆｉｂｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ ｆｒａｃｔｉｏｎ）

投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌ

いま、等しい数のスラリー層と繊維層とから成るパネルを考える。これらの層の数はＮ_ｌに等しく、パネルにおける繊維体積分率はＶ_ｆに等しいとする。

複合体の総体積＝スラリーの総体積＋繊維の総体積

層あたりの複合体の総体積＝層あたりのスラリーの総体積＋層あたりの繊維の総体積

上式において、ｖ_Ｔ，ｌ＝ｖ_ｔ／Ｎ_ｌ，ｖ_ｓ，ｌ＝ｖ_ｓ／Ｎ_ｌ，ｖ_ｆ，ｌ＝ｖ_ｆ／Ｎ_ｌ，
すべての繊維層に等量の繊維が含まれているとすると、層あたりの繊維の総体積ｖ_ｆ，ｌは、次式に等しい。

繊維の形状が円筒形であるとすると、層あたりの繊維ストランドの総数ｎ_ｆ，ｌは、次式に等しい。

この式において、ｄ_ｆは繊維ストランドの等価直径である。

円筒形の繊維の投影表面積は、その長さと直径の積に等しい。従って、繊維層に含まれているすべての繊維の投影総表面積は、次式に等しい。

投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌは、次のように定義される。
Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌ＝層あたりの投影繊維表面積ｓ^Ｐ _ｆ，ｌ／スラリー層の投影表面積ｓ^Ｐ _ｓ，ｌ

この式において、ｔ_ｓ，ｌ、ｖ_ｓ，ｌは、それぞれ、個々のスラリー層の厚さ及び体積である。
従って、投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌは、次のように書くことができる。

投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌは、以下のように式７から次の形式で導くこともできる。

この式において、ｔ_ｓ，ｌは個々のスラリー層の厚さ、ｔ_ｌはスラリー及び繊維を含んでいる個々の層の厚さである。
従って、投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌは、次のように書くこともできる。

式８と式１０は、繊維の総体積Ｖ_ｆ及びその他のいくつかの変数に対する、投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌパラメータの依存性を表している。

要約すれば、個々のスラリー層の上に堆積した繊維網の層の投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌは、次の数学的関係によって与えられる。

この式において、Ｖ_ｆはパネルの繊維の総体積分率、ｔはパネルの総厚さ、ｄ_ｆは繊維ストランドの直径、Ｎ_ｌは繊維層の総数、ｔ_ｓ，ｌは使用する個々のスラリー層の厚さである。
投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌパラメータに対するこれらの変数の影響を分析すると、以下のようになる。

・ 投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌは、繊維層の総数Ｎ_ｌに反比例する。従って、繊維の直径と、パネルの厚さと、繊維の体積分率とが与えられたとき、繊維層の総数Ｎ_ｌが増すと、投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌが小さくなり、この逆も成り立つ。
・ 投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌは、個々のスラリー層の厚さｔ_ｓ，ｌに正比例する。従って、繊維ストランドの直径と繊維の体積分率とが与えられたとき、個々のスラリー層の厚さｔ_ｓ，ｌが増すと、投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌが大きくなり、この逆も成り立つ。
・ 投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌは、繊維ストランドの直径ｄ_ｆに反比例する。従って、パネルの厚さと、繊維の体積分率と、繊維層の総数とが与えられたとき、繊維ストランドの直径ｄ_ｆが増すと、投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌが小さくなり、この逆も成り立つ。
・ 投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌは、繊維の体積分率Ｖ_ｆに正比例する。従って、繊維パネルの厚さと、繊維ストランドの直径と、繊維層の総数とが与えられたとき、投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌは、繊維の体積分率Ｖ_ｆの増加に比例して大きくなり、この逆も成り立つ。
・ 投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌは、パネルの総厚さｔに正比例する。従って、繊維ストランドの直径と、繊維の体積分率と、繊維層の総数とが与えられたとき、パネルの総厚さｔが増すと、投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌが大きくなり、この逆も成り立つ。

実験観察によって、セメントスラリー層の上に堆積した繊維網の層の埋込み効率は、パラメータ「投影繊維表面積割合」の関数であることが確認される。投影繊維表面積割合が小さいほど、繊維層がスラリー層に容易に埋め込まれることが判明した。繊維の埋込み効率が良好である理由は、投影繊維表面積割合の減少に伴って、繊維網の層における空き領域（ｏｐｅｎ ａｒｅａ）又は空隙の程度が増すことによって説明することができる。利用可能な空き領域が多ければ、繊維網の層へのスラリーの浸透度が増し、結果として繊維の埋込み効率が高まる。

従って、良好な繊維埋込み効率を達成するためには、目的関数は、繊維表面積割合を特定の臨界値より小さく維持する式となる。注目すべき点として、式８及び式１０に現れている１つ以上の変数を変化させることによって、投影繊維表面積割合を調整して良好な繊維埋込み効率を達成することができる。

投影繊維表面積割合の大きさに影響するさまざまな変数が識別され、良好な繊維埋込み効率を達成するために「投影繊維表面積割合」の大きさを調整する方法が提案された。これらの方法では、個々の繊維層及びスラリー層の数、個々のスラリー層の厚さ、繊維ストランドの直径のうちの１つ以上の変数を変化させて、投影繊維表面積割合を特定の臨界値より小さく維持する。

この基礎的な作業に基づいて、投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌの好ましい大きさは、次のようになることが判明した。

好ましい投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌ ＜０．６５
最も好ましい投影繊維表面積割合Ｓ^Ｐ _ｆ，ｌ ＜０．４５

パネルの繊維の体積分率Ｖ_ｆの設計において、上記の好ましい大きさの投影繊維表面積割合は、個々の繊維層の総数、個々のスラリー層の厚さ、繊維ストランドの直径のうちの１つ以上の変数を調節することによって達成することができる。特に、これらの変数の望ましい範囲として、好ましい大きさの投影繊維表面積割合が得られる範囲は次のとおりである。

個々のスラリー層の厚さｔ_ｓ，ｌ
好ましい個々のスラリー層の厚さｔ_ｓ，ｌ ≦０．２０インチ
より好ましい個々のスラリー層の厚さｔ_ｓ，ｌ ≦０．１２インチ
最も好ましい個々のスラリー層の厚さｔ_ｓ，ｌ ≦０．０８インチ

個々の繊維層の数Ｎ_ｌ
好ましい個々の繊維層の数Ｎ_ｌ ≧４
最も好ましい個々の繊維層の数Ｎ_ｌ ≧６

繊維ストランドの直径ｄ_ｆ
好ましい繊維ストランドの直径ｄ_ｆ ≧３０テックス
最も好ましい繊維ストランドの直径ｄ_ｆ ≧７０テックス

繊維によって強化されている高強度の構造用セメントパネルを生産する多層方法の特定の実施形態を図示して説明したが、当業者には、添付の請求項に記載されている、より広い側面における本発明から逸脱することなく、本発明に変更及び修正を行うことができることが理解されるであろう。

本方法を行うのに適している装置の概略立面図である。 本方法において使用されるタイプのスラリー供給ステーションの斜視図である。 本方法において使用するのに適している埋込み装置を上から見た部分平面図である。 本手順によって生産された構造用セメントパネルの部分縦断面図である。 図１に具体化されている方法の代替方法を行うために使用される代替装置の概略立面図である。

Claims (32)

1. 構造用セメントパネルを生産する多層方法であって、
   （ａ．）移動ウエブを設けるステップと、
   （ｂ．）ルーズな繊維の第１の層を前記ウエブ上に堆積させるステップ、及び、
   （ｃ．）凝結型スラリーの層を前記ウエブ上に堆積させるステップ、のうちの一方のステップと、
   （ｄ．）ルーズな繊維の第２の層を前記スラリー上に堆積させるステップと、
   （ｅ．）繊維の前記第２の層を前記スラリーに埋め込むステップと、
   （ｆ．）繊維によって強化された凝結型スラリーの望ましい数の層が得られるまで、ステップ（ｃ．）〜ステップ（ｅ．）を繰り返すステップと、
   を含んでいる、多層方法。
2. 前記多層ボードを成形装置によって成形するステップ、を更に含んでいる、請求項１に記載の方法。
3. 繊維によって強化された前記多層スラリーをボード長さに切断するステップ、を更に含んでいる、請求項１に記載の方法。
4. 前記ステップ（ｃ）〜前記ステップ（ｅ）が、前記ボードが最終的に少なくとも４層を有するように少なくとも３回繰り返される、請求項１に記載の方法。
5. ステップ（ｃ）〜ステップ（ｅ）によって生産される各層の厚さが、約０．０５インチ〜０．２０インチの範囲内である、請求項１に記載の方法。
6. 前記繊維が、３０に等しいか又は３０より大きいテックス値を有する、請求項１に記載の方法。
7. 前記繊維が、７０に等しいか又は７０より大きいテックス値を有する、請求項１に記載の方法。
8. 前記スラリーが、計量ロールと厚さ制御ロールとを有するニップロール供給機を使用して前記ウエブ上に供給される、請求項１に記載の方法。
9. 埋込みステップが、自己清掃式である埋込み装置によって実行される、請求項１に記載の方法。
10. 前記埋込みステップが、噛み合っている円盤を保持している一対の回転軸によって達成される、請求項１に記載の方法。
11. 前記埋込みステップが、捏ね力を複数回印加することによって達成される、請求項１に記載の方法。
12. 前記層のうちの最後の層が、上側デッキと逆回転ウエブとによって生成され、前記逆回転ウエブが、スラリー及び繊維の、なめらかな外面を有する層を、前記移動する多層スラリー上に堆積させる、請求項１に記載の方法。
13. 搬送体層を前記移動ウエブに設けるステップ、を更に含んでいる、請求項１に記載の方法。
14. 前記搬送体層がリリース紙である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記繊維が、前記スラリー層の少なくとも１．５％（体積割合）を構成している、請求項１に記載の方法。
16. 前記繊維が、前記スラリー層の約３％（体積割合）を構成している、請求項１に記載の方法。
17. ステップ（ｂ）〜ステップ（ｅ）によって生成される前記スラリー層における繊維の各比率が、好ましくは０．６５未満であり、且つ最も好ましくは０．４５未満である投影繊維表面積割合によって表される、請求項１に記載の方法。
18. 請求項１に記載の前記方法によって生産される構造用セメントパネル。
19. 前記パネルが、それぞれがステップ（ｃ）〜ステップ（ｅ）によって生成される４つの層から成る、請求項１８に記載の構造用セメントパネル。
20. ステップ（ｂ）〜ステップ（ｅ）、及び、ステップ（ｃ）〜ステップ（ｅ）、の一方によって生成される前記スラリー層における繊維の各比率が、好ましくは０．６５未満であり、且つ最も好ましくは０．４５未満である投影繊維表面積割合によって表される、請求項１８に記載の構造用セメントパネル。
21. 構造用多層セメントパネル（９２）を生産する装置であって、
    移動ウエブ（１４）を支持しているコンベヤタイプのフレーム（１２）と、
    前記フレーム（１２）と動作上の関係にあり、前記移動ウエブ（１４）上にルーズな繊維（３０）を堆積させるように構成されている、第１のルーズ繊維分散ステーション（３６）と、
    前記フレーム（１２）と動作上の関係にあり、前記繊維（３０）が覆われるように前記移動ウエブ（１４）上に凝結型スラリー（４６）の薄い層を堆積させるように構成されている、第１のスラリー供給ステーション（４４）と、
    前記フレーム（１２）と動作上の関係にあり、前記スラリー（４６）上にルーズな繊維（３０）を堆積させるように構成されている、第２のルーズ繊維分散ステーション（６６）と、
    前記フレーム（１２）と動作上の関係にあり、前記スラリー（４６）における捏ね作用を生成して前記繊維（３０）を前記スラリー（４６）に埋め込むように構成されている、埋込み装置（７０）と、
    前記フレームと動作上の関係に順に設けられている、前記スラリー供給ステーションと、前記繊維堆積ステーションと、埋込み装置の追加のシーケンスであって、それぞれ繊維が埋め込まれている複数の層（７７，８０，８８，９０）を有する構造用セメントパネル（９２）を製造する、前記追加のシーケンスと、
    を備えている、装置。
22. 前記フレーム（１２）上に生成されたパネルを切り離す切断装置（９６）、を更に含んでいる、請求項２１に記載の装置。
23. 前記ウエブ（１４）の上方に配置されており、且つ反対方向に移動する第２の移動ウエブ（１０８）であって、上側繊維堆積ステーション（１１６）と、上側スラリー供給ステーション（１１８）と、第２の上側繊維堆積ステーション（１２０）と、埋込み装置（１２２）とを備えており、前記移動するスラリー（４６）上に被覆層を裏側を上にして堆積させる、前記第２の移動ウエブ（１０８）、
    を更に含んでいる、請求項２１に記載の装置。
24. 複数の層（７７，８０，８８，９０）から成る構造用セメントパネル（９２）であって、各層が、凝結型スラリー（４６）の層を移動ウエブ（１４）上に堆積させるステップと、前記スラリー（４６）上に繊維（３０）を堆積させるステップと、前記層（７７，８０，８８，９０）のそれぞれが前記隣接する層（７７，８０，８８，９０）と一体に形成されるように前記繊維（３０）を前記スラリー（４６）に埋め込むステップと、によって生成される、構造用セメントパネル。
25. 前記パネル（９２）の前記層（７７，８０，８８，９０）のそれぞれが、０．０５インチ〜０．２０インチの範囲内の厚さを有する、請求項２２に記載の構造用セメントパネル（９２）。
26. 結果として得られるパネルにおける投影繊維表面積割合を求める式、
    

    

    
    を使用してセメントパネルを作製する方法。
27. 前記繊維が、前記パネルを生産するのに使用されているスラリー層の少なくとも１．５％（体積割合）を構成している、請求項２６に記載の方法。
28. 前記繊維が、前記パネルを生産するのに使用されているスラリー層の約３％（体積割合）を構成している、請求項２６に記載の方法。
29. 前記投影繊維表面積割合が、好ましくは０．６５未満であり、最も好ましくは０．４５未満である、請求項２６に記載の方法。
30. 繊維が組み込まれているスラリーの複数の層を生成することによって前記パネルを生産するステップであって、前記層のそれぞれの厚さが約０．０５インチ〜０．２０インチの範囲内である、前記ステップ、を更に含んでいる、請求項２６に記載の方法。
31. 前記繊維が、３０に等しいか又は３０より大きなテックス値を有する、請求項２６に記載の方法。
32. 前記繊維が、７０に等しいか又は７０より大きなテックス値を有する、請求項２６に記載の方法。
    

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