JP2010508180A - 繊維強化された構造用セメントパネル用のセメントスラリを湿式混合するための装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図4
Description
第1の式
を使用して、得られるパネルの各硬化性スラリ層内に堆積すべき第1の繊維層の射影繊維表面積分率を求めるステップと、
第2の式
を使用して、得られるパネルの各硬化性スラリ層内に堆積すべき第2の繊維層の射影繊維表面積分率を求めるステップと、
繊維強化されたスラリ層内の繊維のパーセンテージである所望のスラリ体積分率Vfを提供するステップと、
繊維直径dfと、0.05〜0.35インチの範囲内の、繊維強化されたスラリ層厚さt1との少なくとも1つを調節し、さらに、繊維の体積分率Vfを、第2の層内の繊維を第1の繊維層内の繊維と比べる繊維の供給分の比Xfに振り分け、それにより、各繊維層に関する繊維表面積分率
と繊維表面積分率
とが0.65未満になるようにするステップと、
上で計算された繊維表面積分率
に従って、ばらばらの個々の繊維の供給分を提供するステップと、
移動ウェブを提供するステップと、
ばらばらの個々の繊維の第1の層をウェブ上に堆積するステップと、
個々のばらばらの繊維の第1の層の上に、硬化性スラリの層を堆積するステップと、
硬化性スラリの層の上に、ばらばらの個々の繊維の第2の層を堆積するステップと、
複数の繊維層がパネル内の各スラリ層全体にわたって分散されるように、ばらばらの個々の繊維をスラリ内に埋め込むステップと
を含む。
[0049]本発明では、構造用セメントパネル(SCPパネル)製造は、ウェブ26上のプラスチックキャリアの上に、サイズ約1インチのばらばらの細断された繊維30の層を堆積することによって開始される。本発明のライン10によって、様々な繊維堆積及び細断デバイスが想定される。例えば、典型的なシステムは、繊維ガラスコードの幾つかのスプール32を保持するラック31を採用し、各スプールから、ある長さの繊維又は繊維の糸34が、チョッパ36とも呼ばれる細断ステーション又は装置に供給される。典型的には、繊維ガラスの複数のストランドが、各チョッパステーションで供給される。
[0051]本発明の製造ライン10は、スラリ準備及び供給セクション2(図1A)を含む。スラリ準備及び供給セクション2は、全体を参照番号44で表されるスラリ供給ステーション、又はスラリ供給機、又はスラリヘッドボックスと、この実施形態では湿式混合機47であるスラリ源とを含む。スラリ供給機44は、キャリアウェブ26上の細断された繊維の上にスラリ46を堆積するために、湿式混合機47からスラリ46の供給分を受け取る。また、このプロセスは、初めにキャリア14上にスラリを堆積することから始めることもできると想定される。
[0069]次に図1〜1Aを参照すると、上述したように、スラリ供給ステーション、スラリ供給機、又はスラリヘッドボックスとも呼ばれる全体を参照番号44で表される本発明のスラリ供給装置が、湿式混合機47からスラリ46の供給分を受け取る。
[0094]再び図1を参照すると、SCPパネル製造ラインの他の機能構成要素が簡潔に説明されているが、それらは、以下の文献でより詳細に説明されている。
[0106]バイブレータやシープスフートローラなどを含めた、しかしそれらに限定されない様々な埋込みデバイスが想定されるが、本発明の実施形態では、埋込みデバイス70は、フレーム12上のキャリアウェブ14の進行方向に対して横方向に取り付けられた概して平行な少なくとも1対のシャフト76を含む。各シャフト76は、複数の比較的大きな直径のディスク76を設けられ、これらは、小さな直径のディスク(図示せず)によってシャフト上で互いに軸方向で離隔されている。
[0111]繊維68が埋め込まれると、パネル92の第1の層77が完成する。好ましい実施形態では、第1の層77の高さ又は厚さは、概ね0.05〜0.15インチの範囲内にある。この範囲は、SCPパネルにおいて同様の層と組み合わされるときに所望の強度及び剛性を提供することが判明している。しかし、SCPパネルの最終的な所期の使用に応じて、他の厚さも想定される。
[0116]上述したように、繊維を埋め込まれた硬化性スラリの4つの層を堆積した後、整形デバイスがフレーム12に提供されることがあり、パネル92の上面96を形作る。
[0129]スラリ46全体にわたって分散されるある体積分率のばらばらの繊維の組込みは、所望のパネル強度を得るのに重要な因子である。したがって、そのような繊維を組み込む効率の改善が望まれる。図1に示されるシステムは、幾つかの場合には、十分な繊維体積分率を有するSCPパネルを得るために、余剰な数のスラリ層を必要とすると考えられる。
vf,t=総繊維体積/層
vf1=基本繊維スラリ層の個別繊維層1内の繊維の体積
vf2=基本繊維スラリ層の個別繊維層2内の繊維の体積
vs,t=基本繊維スラリ層内のスラリの体積
Vf,t=基本繊維スラリ層内の繊維の総体積分率
df=個々の繊維ストランドの直径
lf=個々の繊維ストランドの長さ
tt=スラリと繊維とを含む個々の層の総厚さ
ts,t=基本繊維スラリ層でのスラリ層厚さ
Xf=基本繊維スラリ層の層1での繊維体積に対する層2での繊維体積の比
nf,t、nf1,t、nf2,t=繊維層内の繊維の総数
とする。
層1内の繊維の体積が、vf1に等しく、
層2内の繊維の体積が、vf2に等しく、
基本繊維スラリ層内の繊維の総体積分率が、Vf,tに等しく、
基本繊維スラリ層の総厚さが、ttに等しく、
スラリ層の厚さが、ts,tに等しいとし、
繊維の総体積(すなわち層1及び層2内の繊維)が、vf,tに等しいとすると、
vf,t=vf1+vf2 (1)
であり、
である。
スラリ層の総体積+2つの繊維層の総体積=
vs,t+vf,t=vs,t+vfl+vf2 (3)
とする。
となる。総繊維体積分率に関する基本繊維スラリ層の総繊維体積は、
vf,t=vt *Vf,t (5)
と書くことができる。したがって、層1での繊維の体積は、
と書くことができる。
と書くことができる。円筒形状を有する繊維を仮定すると、層1内の繊維の総数nf1,tは、式6から以下のように導出することができる。
ここで、dfは、繊維ストランド直径であり、lfは、繊維ストランド長さである。
及び
が、変動する総繊維体積分率Vf,tに加えて、幾つかの他の変数に依存することを示す。これらの変数は、繊維ストランドの直径、個別スラリ層の厚さ、及び個々の個別繊維層内の繊維の量(比)である。
別個のスラリ層の厚さts,t
好ましい別個のスラリ層の厚さts,t≦0.35インチ
より好ましい別個のスラリ層の厚さts,t≦0.25インチ
最も好ましい別個のスラリ層の厚さts,t≦0.15インチ
繊維ストランド直径df
好ましい繊維ストランド直径df≧30tex
最も好ましい繊維ストランド直径df≧70tex
[0170]次に図1Cを参照すると、SCPパネル92の断片が、繊維とスラリとから形成される。スラリのセメント部分は、65重量%の硫酸カルシウムα半水和物と、22重量%のタイプIIIポルトランドセメントと、12重量%のシリカヒュームと、1重量%の消石灰とを含む。スラリの液体部分は、99.19重量%の水と、0.81重量%のW.R.Grace and Co.によるADVACAST高性能減水剤とを含む。液体:セメント重量比は、0.55であり、骨材(EXTENDOSPHERES SG微小球):セメント重量比は、0.445であった。
[0175]垂直混合チャンバの様々な実施形態における湿式スラリの滞留時間は、スラリに添加された赤色色素トレーサが垂直チャンバから完全に出るまでの滞留時間を求めることによって実験的に求められている。水と粉末とのスラリが垂直チャンバに入るときにそのスラリに添加された赤色色素トレーサを使用して、垂直混合チャンバ内での滞留時間を求めるために試験が行われた。セメントスラリは、実施例1に関して上述したのと実質的に同じ組成を有した。
[0188]図7は、DUO MIX混合機のホースからの生成物(「混合機#1」)と、バケット内でさらに混合されたDUO MIX混合機のホースからの生成物(「バケット内で穏やかに撹拌されたスラリ」)、及びドリル混合機を用いてバケット内でさらに混合されたDUO MIX混合機のホースからの生成物(「ドリル混合機を用いてバケット内で混合されたスラリ」)とを比較したデータを示す。最初の混合機は、スラリを十分完全には混合していなかった。しかし、追加の混合によって、大幅な利益が見られた。
Claims (25)
- 強化された構造用セメントパネルの製造において繊維層を一様に覆うためのスラリの連続カーテンを供給するための軽量セメント複合材料スラリを準備するための湿式混合機であって、
スラリを混合するための下側部分と、上側部分とを有する垂直向き混合チャンバと、
シャフト及び撹拌器ブレードを備える垂直に取り付けられたパドルであって、前記ブレードの少なくとも1つが前記混合チャンバの前記下側部分に配置された、垂直に取り付けられたパドルと、
前記垂直に取り付けられたパドルを駆動させるためのモータと、
前記垂直向き混合チャンバの前記下側部分よりも上方にある入口で、前記垂直向き混合チャンバの上側部分と連絡する放出端部を有するスクリューオーガであって、前記スクリューオーガ放出端部が、乾燥セメント粉末を、前記スクリューオーガ放出端部から前記混合チャンバの前記下側部分に落ちるように前記混合チャンバ内に供給するように配置されたスクリューオーガと、
前記垂直向き混合チャンバの前記下側部分よりも上方で、前記垂直向き混合チャンバの上側部分に、水を含む液体ストリームを供給するための液体入口であって、前記乾燥セメント粉末とは別に、液体ストリームを、前記液体入口から前記混合チャンバの前記下側部分に落ちるように前記混合チャンバ内に供給するように配置された液体入口と、
前記混合チャンバの前記下側部分から前記スラリをポンプするためのスラリポンプと
を備える湿式混合機。 - さらに、セメントと、硫酸カルシウム半水和物と、骨材とを含む乾燥セメント粉末を前記オーガに供給するためのビンを備える請求項1に記載の混合機。
- さらに、セメントと、石膏と、骨材とを含む乾燥セメント粉末を前記オーガに供給するためのビンを備え、前記粉末混合物を供給するための前記ビンが、前記粉末混合物を前記オーガ内に直接重力供給するためのものである請求項1に記載の混合機。
- 前記粉末と液体とが、約10〜約360秒の前記混合チャンバ下側部分内での平均混合滞留時間にわたって混合され、それと共に、回転するパドルが、前記混合チャンバ内の前記スラリにせん断力を加えて、前記粉末と水とを混合して、軽量セメント複合材料の一様なスラリを生成し、前記一様なスラリが、繊維強化された構造用セメントパネルを製造するために、ウェブ上の厚い繊維層を前記スラリが一様に覆うことができるようにする粘稠度を有する請求項1に記載の混合機。
- 前記垂直チャンバが、約15〜約240秒の平均スラリ滞留時間を提供し、前記パドルのRPM範囲が、70RPM〜270RPMである請求項1に記載の方法。
- 前記液体入口が、前記スクリューオーガ放出端部よりも下方の点で前記チャンバの周縁を巡って配設されたノズルを備える請求項1に記載の混合機。
- 前記スラリポンプが、前記垂直チャンバの底部から前記スラリをポンプするためのキャビティポンプであり、前記垂直に取り付けられたパドルを駆動させるための前記モータが、前記垂直チャンバの上部に取り付けられ、前記キャビティポンプを駆動させるように前記キャビティポンプに接続される請求項1に記載の混合機。
- 前記垂直チャンバの底部にある前記スラリポンプが、第2のモータによって稼動される請求項1に記載のミキサ。
- 前記パドルが、前記垂直混合チャンバの長さに延在する回転中心シャフトを有し、複数の水平ブレードを有する請求項1に記載の混合機。
- 前記垂直向き混合チャンバが、前記チャンバ内の前記スラリの水位を検出し、前記混合チャンバに入る乾燥セメント粉末と液体との供給を制御するための電子液体水位センサ制御機構を有する請求項1に記載の混合機。
- さらに、毎分当たり一定の所定の粉末重量に基づいて前記垂直向き混合チャンバ内への前記セメント粉末の供給レートを制御するために、前記スクリューオーガに関連付けられる重量式計量システムを備える請求項1に記載の混合機。
- さらに、毎分当たり一定の所定の粉末重量に基づいて前記垂直向き混合チャンバ内への前記セメント粉末の供給レートを制御するために、前記スクリューオーガに関連付けられた重量式計量システムを制御し、且つ前記垂直混合チャンバへの水の流量を制御するための制御装置を備える請求項1に記載の混合機。
- 前記パドルが、複数の水平ブレードを備える複数のパドルブレードと、前記垂直向き混合チャンバの長さに延在する中央シャフトとを有する請求項1に記載の混合機。
- 強化された構造用セメントパネルの製造において厚い繊維層を一様に覆うための連続カーテンとして供給することができる軽量セメント複合材料スラリを準備するための方法であって、
セメントと、石膏と、骨材とを含む乾燥セメント粉末を、ビンから、水平に取り付けられたスクリューオーガを有する水平粉末混合機内に供給するステップと、
前記乾燥セメント粉末混合物を、前記スクリューオーガから、パドルの中央垂直シャフトの周りで回転されるパドルを設けられた垂直向き混合チャンバの上側部分内に放出するステップと、
前記乾燥セメント粉末混合物を、垂直向き混合チャンバの前記上側部分から、前記垂直向き混合チャンバの下側部分に落とすステップと、
前記乾燥セメント粉末とは別に、水を含む液体ストリームを、複数の入口を通して前記垂直向き混合チャンバの前記上側部分内に供給するステップと、
前記液体ストリームが、前記パドル混合機を設けられた前記チャンバの前記下側部分内の前記粉末に接触するように、前記液体ストリームを、垂直向き混合チャンバの前記上側部分から前記垂直向き混合チャンバの前記下側部分に落とすステップと、
前記垂直向き混合チャンバの前記下側部分内で、前記水と粉末とを混合するステップと、
パネル製造ラインでのウェブ上の厚い繊維層の上に連続カーテンとして前記スラリを堆積するためのスラリヘッドボックスに前記スラリをポンプするステップと
を含む方法。 - 前記粉末と液体とが、混合チャンバ下側部分での約10〜約360秒の平均混合滞留時間にわたって混合され、それと共に、スピンパドルが、前記混合チャンバ内の前記スラリにせん断力を加えて前記粉末と水とを混合して、軽量セメント複合材料の一様なスラリを生成し、前記一様なスラリが、繊維強化された構造用セメントパネルを製造するために、ウェブ上の厚い繊維層をスラリが一様に覆うことができるようにする粘稠度を有する請求項14に記載の方法。
- 前記垂直チャンバが、約15〜約240秒の平均スラリ滞留時間を提供し、前記パドルのRPM範囲が、70RPM〜270RPMである請求項14に記載の方法。
- 前記パドルの中心シャフトを回転させる目的も持つように前記垂直向き混合チャンバの上部に取り付けられたモータによって稼動されるキャビティポンプによって、前記スラリが、前記垂直チャンバの底部からポンプされる請求項14に記載の方法。
- 前記パドルが、複数の水平ブレードを備える複数のパドルブレードと、前記垂直向き混合チャンバの長さに伸張された中央シャフトとを有する請求項14に記載の方法。
- 前記垂直向き混合チャンバに入る粉末及び液体の供給分が、前記混合チャンバ内の粉末と水とのスラリの水位を継続的に監視する電子的液体水位センサ制御装置によって制御される請求項14に記載の方法。
- 前記スクリューオーガに関連付けられる重量式計量システムが、毎分当たり一定の所定の粉末重量に基づいて前記垂直向き混合チャンバ内への前記乾燥セメント粉末の供給レートを制御する請求項14に記載の方法。
- 前記乾燥セメント粉末が、反応性粉末部分と、任意選択の軽量充填剤部分とを含み、前記反応性部分が、乾燥ベースで、35〜75重量%の硫酸カルシウムα半水和物と、20〜55重量%の水硬性セメントと、0.2〜3.5重量%の石灰と、5〜25重量%の活性ポゼランとを含む請求項14に記載の方法。
- 前記乾燥セメント粉末が、反応性粉末部分と、任意選択の軽量充填剤部分とを含み、前記反応性部分が、乾燥ベースで、35〜75重量%の硫酸カルシウムα半水和物と、20〜55重量%のポルトランドセメントと、0.2〜3.5重量%の石灰と、5〜25重量%の活性ポゼランとを含む請求項14に記載の方法。
- 乾燥セメント粉末が、乾燥ベースで20〜50重量%の軽量充填剤粒子を含む請求項21に記載の方法。
- 変速モータが、前記スクリューオーガを制御して、前記垂直向き混合チャンバへの粉末の供給分を制御する請求項14に記載の方法。
- 前記スラリが、前記垂直に取り付けられた撹拌器ブレードの中央シャフトによって駆動されるキャビティポンプによって前記垂直向き混合チャンバの底部からポンプされ、前記中央シャフトが、さらに、前記垂直向き混合チャンバの上部に取り付けられたモータによって稼動される請求項14に記載の方法。
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