KR20020094064A

KR20020094064A - 내충격성이 향상된 석고/섬유보드

Info

Publication number: KR20020094064A
Application number: KR1019990035587A
Authority: KR
Inventors: 린마이클알; 존프레드릭티; 코미어그레고리제이
Original assignee: 유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1999-08-26
Publication date: 2002-12-18

Abstract

소정량의 섬유, 소석고 및 물을 혼합하여, 습하고 느슨한 섬유혼합물을 형성하고, 보강메쉬를 형성벨트 상면에 레이아웃하고, 혼합물층을 형성하기 위해 상기 메쉬위에 상기 혼합물을 퇴적하고, 그리고 층 저면에 상기 메쉬를 붙이도록 상기 메쉬와 상기 혼합물층을 함께 가압하여 결합된 섬유 및 석고로 구성되고 그 표면에 상기 메쉬가 부착된 보드를 형성하는 것에 의해, 내충격성이 향상된 석고/섬유보드가 제조된다.

Description

내충격성이 향상된 석고/섬유보드{GYPSUM/FIBER BOARD IMPROVED IMPACT RESISTANCE}

본 발명은, 일반적으로 내충격성(impact resistance)이 향상된 무지석고/섬유보드(paperless gypsum/fiber board) 및 그 석고/섬유보드의 제조공정에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 향상된 내충격성을 제공하도록 뒷면에 유리섬유 메쉬(fiberglass mesh)가 붙여진 다층(multi-layer) 석고/섬유보드에 관한 것이다.

통상의 석고 벽보드(wall board) 또는 패널(panel)은 전형적으로, 회반죽 슬러리(plaster slurry)로 제조되는데, 일반적으로 소석고(calcined gypsum)라 불리는 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트(calcium sulfate hemihydrate)의 습윤 슬러리 (wet slurry)는 두층의 종이사이에 놓여져 경화하도록 된다. 경화석고(set gypsum)는, 소석고가 물과 반응하여 칼슘 술페이트 디하이드레이트를 형성할 때 얻어지는 단단하고 딱딱한 제품이다. 소석고는 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트(CaSO₄·½H₂O) 또는 칼슘 술페이트 안하이드라이트(CaSO₄)이다. 칼슘 술페이트 디하이드레이트가 충분히 가열되면, 하소(calcining)라 불리는 공정에서, 수화의 수분이 제거되어, 온도 혹은 노출시간에 따라, 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트 또는 칼슘 술페이트 안하이드라이트가 생성될 수 있다. 상기 석고를 경화하기 위해 소석고에 물을 첨가하면, 본질적으로 상기 소석고는 물과 반응하여 재수화된다.

전형적인 석고 벽보드에 있어서, 두층의 종이는 슬러리를 함유하고 설치 및 사용에서 요구되는 강도를 제공한다. 상기 벽보드는 다음 핸들링(handling)에 적합한 길이로 잘린 다음 보드가 완전히 건조할 때까지 가열된 건조기에서 건조된다. 상기 벽보드의 굽힘강도는 주로 종이의 인장강도에 의존한다. 상기 경화석고는 코아를 제공하고 내화성(fire resistance)를 주어 다양한 용도로 변경될 수 있다. 상기 종이는 보드의 용도 및 그 보드에 사용될 수 있는 표면처리의 성질을 결정한다.

비록 종이-커버된 벽보드(paper-covered wallboard)가 많이 사용되고, 오랫동안 인기있는 건축재료(building material)였을지라도, 어떤 용도에서의 강도 및 다른 성질들에 대해서는 종이 표면시트에 의존하지 않는 석고패널을 제공하는 것이 유익하다는 것을, 종래기술은 인식해 왔다. 몇몇 종래기술의 섬유-보강 석고패널 (fiber-reinforced gypsum panel)은 다음과 같다:

여기에 참고로 전체 수반되는 Baig의 U.S.특허 제5320677호는, 합성제품 (composite product) 및 석고 파티클의 묽은 슬러리(dilute slurry)와 셀룰로직 섬유(cellulosic fiber)가 가압하에서 가열되어 석고가 칼슘 술페이트 알파 헤미하이드레이트로 되도록 한 제품의 제조공정을 개시한다. 상기 셀룰로직 섬유는 표면에 세공(void) 또는 공극(pore)을 갖고, 상기 알파 헤미하이드레이트 결정은 셀룰로직 섬유의 세공 및 공극내부, 위 그리고 주위에 형성한다. 가열된 슬러리는, 바람직하게는 종이 제조장치와 유사한 장치를 이용하여, 매트(mat)를 형성하도록 탈수된 다음, 슬러리가 냉각되어 헤이하이드레이트가 석고로 재수화하기에 충분할 정도로 되기 전에, 상기 매트는 소망 형상의 보드로 가압된다. 그 가압된 매트는 냉각되고, 헤미하이드레이트는 치수적으로 안정하고 강하며 유용한 건축보드를 형성하도록, 석고로 재수화한다. 그 후 보드는 정돈되고(trimmed) 건조된다. 특허 제5320677에 기재된 공정은, 석고가 묽은 슬러리형태로 있는 동안, 석고의 하소가 셀룰로직 섬유의 존재하에서 발생하여, 용해된 석고를 섬유의 공극내부로 옮기면서 슬러리가 셀룰로직 섬유를 적시고, 상기 하소가 침상(acicular) 칼슘 술페이트 알파-헤미하이드레이트 결정을 공극 내부 및 주위의 원위치(in-situ )에 형성하는 점에서, 기공정과 구분된다.

Sellers et al.의 U.S. 특허 제5135805는, "무면(faceless)" 제품, 즉, 종이, 유리섬유 매트 또는 유사한 재료의 페이싱 시트(facing sheet)를 포함하지 않는 방수(water resistant) 석고제품을 개시한다.

U.S. 특허 제5135805호에 기재된 석고 제품은 전형적으로, 가령 우드(wood) 또는 종이섬유(paper fiber), 유리섬유 또는 다른 미네랄 섬유, 및 폴리프로필렌 또는 다른 합성수지 섬유(synthetic resinous fiber)와 같은, 보강섬유 (reinforcing fiber), 예를 들어 셀룰로직 섬유를 함유한다. 상기 보강섬유는, 경화석고가 제조되는 것으로부터 건조조성의 약 10~20wt.%가 될 수 있다. 그 제품의 밀도는 대표적으로, 50~80 lb/ft²의 범위에 있다.

여기에 참고로 전체 수반되는 Schafer et al의 U.S. 특허 제5342566호는, 예비 혼합단계에서, 각각 소정량의 섬유와 물을 혼합하여, 습하고 느슨한 섬유를 형성하는 단계; 혼합단계에서, 상기 습윤 섬유를 소정량의 건식하소된 석고와 혼합하는 단계; 건식하소된 석고,섬유 및 물 성분 중 하나를 촉진제(accelerator)와 사전 혼합하는 단계; 신속히 혼합 조성물을 매트에 놓는 단계; 즉시, 소정량의 물을 얻어진 매트에 첨가하면서, 1차 압축단계(compression step)에서 매트를 탈가스하는 단계; 그리고, 즉시 매트를 가압하여 결합된 섬유와 석고로 구성된 보드를 형성하는 단계를 포함하는 섬유 석고보드의 제조방법에 관한 것이다. 이 공정은, 바람직하게는 종이섬유와 같은 섬유로 보강된 석고보드인 균일보드제조에 이용될 수 있는데, 상기 보드 형성재료중 몇몇층은, 보드가 완전히 성형,가압 및 건조되어 각 층의 조성이 동일해지기전에 서로 배치된다. 특히, Schafer et al은 중앙,코아층이 외부층의 조성과 다른 조성을 가지는 삼층보드(three layer board)의 형성을 기술한다.

여기에 참고로 전체 수반되는 Carbo et al의 임시 출원 일련번호 60/073,503은 다층, 무지석고/섬유보드 및 중앙,코아층이 외부층의 조성과 다른 조성을 가지는 그러한 삼층 석고/섬유보드의 제조공정을 개시한다.

종래기술의 석고/섬유보드는 향상된 내충격성을 제공하기 위해, 보드 뒷면에 메쉬층를 접착시키는 것으로 변경되어 왔다. 그렇게 변경된 보드는 향상된 내충격성을 가지는 반면, 적층공정(lamination process)에 따른 규제문제와, 패널사이의 블록킹(blocking)문제가 있는 개별공정에서 석고보드를 메쉬에 적층할 필요가 있기 때문에, 그 보드의 제조율이 낮았고, 에너지 비용은 보다 높았고, 재료비도 증가했으며, 노동비도 증가하였다. 상기 적층공정은 메쉬 또는 견고한 보강재 (solid reinforcement)로 커버되어 있는 패널의 두께변화로 인해, 어려워질 수 있다. 두께 혹은 윤곽의 변화로 적층공정에는, 패널에 적용되는 압력을 일정하게 유지하는 것에 대한 문제가 있다. 서로 들러붙는 블로킹 패널(blocking panel)의 문제는, 접착제가 표면상의 메쉬뿐 아니라 적층된 패널을 실제로 서로 접착할 수 있기 때문에, 적층하는 메쉬가 표면상에 있을 때는 중요한 문제로 된다.

본 발명의 목적은, 기존 석고/섬유보드의 많은 문제점을 피한 향상된 내충격성을 갖는 섬유-보강 석고보드를 제공하는 것이다.

보다 상세하게, 본 발명의 목적은, ASTM E695에 따른 소프트 바디(Soft Body) 내충격성 및 개별 리포트 HPWLI#7122와 HPWLI#7811-02에 기술된 USG법에 따른 하드 바디(Hard Body) 내충격성에 의해 정해진 것과 같은, 향상된 내충격성을 제공하도록 뒷면에 유리섬유가 부착된 메쉬를 갖는 다층 석고/섬유보드를 제공하는 데 있다. 본 발명에 따라, 석고/섬유보드에 보강 메쉬를 부착시키는 것으로, 높은 제조율; 보다 좋은 제품의 미학, 보드에 있어서 보강메쉬의 전체통합 및 저감된 제조비를 포함한 많은 이점을 제공한다. 또한, 보강 메쉬를 부착시키는 것으로, 보드의 취급성(handling property)을 향상시키고, 보드가 블록(수평으로 적층될 때 보드 근처에 부착)으로 되는 경향을 저하시킨다. 본 발명의 제품은, 적층시 패널의 페이스가 올라오지 않게 하는 플러쉬 메쉬(flush mesh) 및, 표면에서의 마모 (wearing)와 마찰(rubbing)을 방지하기 때문에, 패널에서 보강재의 향상된 유지력 (retention)을 포함할 수 있다. 또 다른 제품의 이점은, 제품에서 메쉬의 응력 (tensioning)으로 패널에 강화된 단단함(stiffness)을 제공한다는데 있다. 공정의 관점에서, 본 발명은 패널을 이차 작업으로 이송할 필요없이, 보강된 패널을 표준 석고섬유 보드라인에서 제조하도록 한다.

도1은 본 발명의 균일, 단층보드의 단면도(sectional end view);

도2는 본 발명의 다층보드의 단면도;

도3a은 본 발명에 따른 생산라인의 형성역(forming station)를 설명하는 측면도(illustration of side view);

도3b는 본 발명에 따른 생산라인의 변경된 형성역의 일부를 묘사하는 측면도;

도4는 본 발명에 따른 생산라인의 가압영역(pressing area)을 설명하는 측면도; 그리고

도5는 본 발명에 따른 생산라인의 형성역의 또 다른 실시형태의 일부를 설명하는 측면도.

본 발명은, 일반적으로 내충격성이 향상된 무지석고/섬유보드 및 그 석고/섬유보드의 제조공정에 관한 것이다. 여기서 사용된 상기 용어 "무지" 석고/섬유보드는, 본 발명과 관련된 섬유-보강된 석고패널과, 코아에 몇몇 형태의 섬유-보강재가 있는 "벽보드(wall board)" 또는 "건식벽(dry wall)"을 포함하면서, 적어도 한면이 종이로 된 "벽보드" 또는 "건식벽"이라 불리는 종래기술의 석고패널과 구분하도록 한 것이다.

향상된 내충격성을 갖는 상기 무지석고/섬유보드는 보강메쉬, 바람직하게는 유연성 유리섬유메쉬를, 다층 석고 섬유보드의 뒷면에 붙여서 제조한다. 그 공정에서, 메쉬는 패널이 건조에 앞서 가압되기 전에, 패널 형성영역으로 공급된다.

청구된 바와 같은 앞서의 일반적인 설명, 및 다음의 상세한 설명은, 단지 예시가 되는 설명으로, 본 발명을 제한하지 않는 것으로 이해된다.

첨부되어 명세서의 일부를 차지하는 수반도면은, 본 발명의 몇몇 실시형태를 설명하고, 그 설명과 함께 본 발명의 작용을 설명하도록 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은, 일반적으로 내충격이 향상된 무지석고/섬유보드 및 그 석고/섬유 보드의 제조공정에 관한 것이다. 상기 내충격성이 향상된 무지석고/섬유보드는 보강 메쉬, 바람직하게는 유연성 유리섬유 메쉬를, 다층 석고 섬유보드 뒷면에 붙여서 제조한다. 그 공정에서, 메쉬는, 패널이 건조에 앞서 가압되기 전에, 패널 형성영역으로 공급된다.

메쉬

석고/섬유보드의 강화 및 개선된 내충격성은 그 석고/섬유보드 뒷면에 보강메쉬를 붙임으로써 제공된다. 그 메쉬는 직물(woven) 또는 부직물(non-woven)이 가능하고, 다양한 재료로 제조된다. 바람직한 메쉬는 유리섬유 메쉬같이 비탄성재료의 플랫 얀(flat yarn)으로 만들어진다. 가장 바람직한 메쉬는, 메쉬에 충분한 크기의 개구(openings)를 갖아서 다량의 건조석고/섬유 혼합물로 하여금 메쉬를 통과하도록 하고, 최종제품에서 경화석고에 메쉬를 부착시킨 유리섬유 메쉬이다.

한 유용한 직물 유리섬유 메쉬로는 No.0040/286 미만의 Bayex가 이용가능하다. Bayex 0040/286은, 6개의 날실 및 씨실/inch (ASTM D-3775), 4.5 oz/yd²의 무게(ASTM D-3776), 0.016inch의 두께(ASTM D-1777), 그리고 날실 및 씨실 인치당, 각각 최소 150 및 200의 인장강도(ASTM D-5035)를 갖는 레노직 메쉬(Leno weave mesh)이다. 그것은 내알칼리성이고, 견고한 촉감(firm hand)을 갖는다. 대략 같은 치수를 갖는 다른 유리섬유 메쉬는 충분한 크기의 개구를 갖아서, 보드의 형성동안 석고/섬유 혼합물 일부가 메쉬를 통과하도록 하는데 사용될 수 있다.

다른 유용한 직물 유리섬유 메쉬로는 No.0038/503 미만의 Bayex가 이용가능하다. Baywex 0038/503은, 6개의 날실/inch 그리고 5개의 씨실/inch(ASTM D-3775),4.2 oz/yd²(ASTM D-3776)의 무게, 0.016 inch(ASTM D-1777)의 두께, 그리고 날실 및 씨실 인치당, 각각 최소 150 및 165의 인장강도(ASTM D-5035)를 갖는 레노직 메쉬이다. 그것은 내알칼리성이고, 견고한 촉감을 갖는다.

또 다른 유용한 직물 유리섬유 메쉬로는 No.0038/504 미만의 Bayex가 이용가능하다. Baywex 0038/504는, 6개의 날실/inch 그리고 5개의 씨실/inch(ASTM D-3775), 4.2 oz/yd²(ASTM D-3776)의 무게, 0.016 inch(ASTM D-1777)의 두께, 그리고 날실 및 씨실 인치당, 각각 최소 150 및 165의 인장강도(ASTM D-5035)를 갖는 레노직 메쉬이다. 그것은 내알칼리성이고, 견고한 촉감을 갖는다. 대략 같은 치수를 갖는 다른 유리섬유 메쉬는 충분한 크기의 개구를 갖아서, 보드의 형성중 석고/섬유 혼합물 일부가 메쉬를 통과하도록 하는데 사용될 수 있다.

또 다른 유용한 직물 유리섬유 메쉬로는 No.4447/252 미만의 Bayex가 이용가능하다. Baywex 4447/252는, 2.6개의 날실/inch 그리고 2.6개의 씨실/inch(ASTM D-3775), 4.6 oz/yd²(ASTM D-3776)의 무게, 0.026 inch(ASTM D-1777)의 두께, 그리고 날실 및 씨실 인치당, 각각 최소 150 및 174의 인장강도(ASTM D-5035)를 갖는 레노직 메쉬이다. 그것은 내알칼리성이고, 견고한 촉감을 갖는다. 대략 같은 치수를 갖는 다른 유리섬유 메쉬는 충분한 크기의 개구를 갖아서, 보드의 형성중 석고/섬유 혼합물 일부가 메쉬를 통과하도록 하는데 사용될 수 있다.

메쉬는, 보드의 세로방향으로 방향지워진 날실로 삼층 보드의 뒷면에 부착되는 것이 바람직하다. 본 발명의 보드는 가압공정(pressing step)동안 여러방향으로확장되기 때문에, 신장성이 있는 메쉬를 사용하여 석고/섬유보드에 보다 좋은 결합력을 제공한다.

상기 메쉬는 보드에 충분히 붙여져 석고/섬유 혼합물로 커버되는 것이 바람직한데, 그 이유는 이것이 메쉬를 보드에 고정시키는 것이기 때문이다. 게다가, 석고/섬유 혼합물에 메쉬를 완전히 부착시키면, 보드에 최상의 내충격성을 제공하게 된다. 또한, 석고/섬유 혼합물에 메쉬를 완전히 부착시키면, 소비자로 하여금 보강재를 인식하지 못하게 한다.

접착제(ADHESIVES)

한 실시형태에서는, 메쉬와 석고/섬유 보드사이의 결합을 향상시키기 위해서, 메쉬를 접착제로 처리한다. 적절한 접착제로는 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜 및 단독형(proprietary type)이 있다. 바람직한 접착제로는 활성화, 즉, 보드 제조공정의 형성공정동안 보드의 수분으로 축축해져서 활성화된 수분이다.

석고/섬유보드 조성

석고 섬유보드의 제조에 사용된 재료는 종래의 재료들이다. 여기서 사용된, 상기 용어 "석고"는, 안정한 디하이드레이트 상태에서 칼슘 술페이트; 즉, CaSO₄·2H₂O를 말하고, 자연적으로 생긴 미네랄, FGD 석고(플루가스 탈황산화(flue gasdesulphurization)의 부산물(by-product)인 합성석고)과 같이, 인공적으로 유래된 등가물(equivalent), 및 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트(스터코, stucco) 또는 안하이드라이트의 수화로 형성된 디하이드레이트 재료를 포함한다. 여기서 사용된, 상기 용어 "칼슘 술페이트 재료"는, 그것의 형태들, 즉 칼슘 술페이트 안하이드라이트, 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트, 칼슘 술페이트 디하이드레이트 및 그들의 혼합물 중 어느 형태의 칼슘 술페이트를 의미한다.

석고의 강화를 돕는 섬유는 유기섬유로, 쉽게 이용가능한 셀룰로직 섬유가 바람직하다. 예를 들어, 셀룰로직 섬유는 가령 폐지, 사용된 신문, 값싼 가정 폐지, 그리고 펄프산업의 불량섬유와 같은 폐기 제품으로 할 수 있다.

팽윤 펄라이트(expanded perlite)는 코아층의 밀도를 줄이기 위해서 제품의 코아에 이용된다. 종래의 팽윤 펄라이트가 사용될 수 있다. 바람직한 펄라이트는 약 5~10 lb/ft²의 밀도범위로 팽윤된 것이다.

석고 섬유보드에서 종래 사용된 형태의 부가의 구성요소들이 본 발명의 보드에서도 사용될 수 있다. 그러한 종래의 구성요소로는 촉진제(accelerator), 습윤제 (wetting agent), 살균제(fungicides) 등이 있다.

다층 석고섬유보드

본 발명은, 도2에 묘사된 것과 같이 각각 다른 조성(100)과 (101)을 갖는 이층이상의 합성보드 뿐 아니라, 도1의 보드(102)로 묘사된 바와 같은, 전체 균일구조인 섬유-보강 석고패널의 형성 또한 고려한다.

균일구조로 된 보드에서, 보강메쉬(120)은 도1에 나타난 바와 같이, 보드의 뒷표면에 부착된다. 다층구조의 보드에서, 보강메쉬(120)은 층사이, 예를 들어, 층(100), (101)사이에 위치될 수 있지만, 도2에 나타난 바와 같이, 보드의 외층 (100) 뒷표면에 메쉬(120)이 붙여지도록 하는 것이 바람직하다. 먼저, 펄라이트 및 미들 코아용 섬유와 석고를 갖는 다층보드 제조용 생산라인이 기재될 것이다. 그 다음, 본 발명에 따른 다른 보드의 제조장치 및 사용법이 기재될 것이다.

보드의 형성은 세개의 형성라인이 나타나는 도3a에 따라 기재될 수 있다.

각각의 형성라인(forming line)은, 첨가제(additives)를 갖고 섬유를 갖거나 갖지 않는 표면층과 습윤 펄라이트용 습윤섬유와 건조 소석고, 및 코아층용 건조 소석고가 위에 형성되는, 세개의 예비 형성벨트(preforming belt)(3126), (3166), (3136)을 갖는다. 상면 및 저면층과 관련하여, 밀(mill)(부도시)로부터 습윤섬유 (wet fibers)는 폐쇄 루프 공기식 콘베이어(closed loop pneumatic conveyor) (2511), (2512)에 의해, 섬유가 싸이클론(cyclone)에 의해서 공기로부터 분리되는 형성역 (forming station)으로 이동된다. 상기 분리된 섬유는 섬유 형성기(former) (3114), (3134)상의 셔틀 콘베이어(shuttle conveyor)로 퇴적된다. 상기 섬유 형성기는 바람직한 배합비(recipe)의 중량비에 따라 사전 선택된 양의 섬유를 매트를 형성하면서, 배출롤(discharge roll)을 거쳐 예비 형성벨트(3126),(3136)위에 펼친다.

인접하여, 배출롤 하류에는, 과잉 섬유(excess fiber)를 깎아내어 매트두께를 일정하게 하는, 조각롤(scalper roll)(3117)과 (3137)이 각각 존재한다. 상기 조각롤은 퇴적된 섬유매트가 균일한 중량을 갖도록 하는 높이로 조정될 수 있고, 롤러에 진공을 적용하여 과잉 섬유를 공기식으로 제거하도록 한다. 조각롤에 의해 깍여진 섬유는, 공기식 콘베이어(pneumatic conveyor)(2513),(2507)에 의해, 섬유형성기(3114) ,(3134)상의 동일 셔틀 콘베이어에서 재활용된다. 예비 형성벨트는 일정한 속도로 작동한다.

분배 빈(distribution bin)(미도시)으로부터 얻어진 건조 소석고 첨가제 혼합물은, 회반죽 형성빈(forming bin)(3124),(3164) 및 (3144)에 공급된다. 하기 설명한 바와 같이, 회반죽이 종래의 다른 첨가제를 포함하여 화학공정을 제어할지라도, 상기 회반죽은 소석고임이 지배적이다. 석고는, 컨베이어, 슈트(chute), 또는 롤러와 같은 종래수단에 의해 형성빈으로부터 측정된다. 상기 빈은 통합 매트스케일(3125),(3145) ,(3165)와 함께 다양한 속도의 저면벨트 컨베이어를 갖아서, 예비 형성벨트에 퇴적되는 회반죽의 양을 배합비(recipe)에 따라 제어한다. 적정량의 회반죽이 상층으로서 섬유매트상에 첨가된다.

공급롤(supply roll)에 감겨있는 메쉬(120)의 연속벨트는, 도3a에 나타난 바와 같이, 형성벨트(4010)위에 공급된다. 바람직하게는, 메쉬(120)의 날실이 형성벨트(4010) 이동방향에 평행하도록 방향짓는다.

예비 형성벨트의 헤드부(head section)에서, 섬유 회반죽층은 혼합헤드 (mixing head)(3129) ,(3148), 및 (3168)위의 하방으로 유도된다. 상기 혼합헤드는 , 섬유와 회반죽을 균일조성으로 완저히 섞어서 그 혼합물을 예비 형성벨트의 헤드(피드내,infeed)로부터 형성벨트(4010)상에 위치된 메쉬(120)위 혼합헤드의 외부피드(outfeed)로 이동시키는 스파이크 롤러세트(set of spide roller)(미도시)를 포함한다. 예비 형성벨트 헤드에서 혼합헤드까지의 거리에 따라, 일련의 스파이크 롤은 재료의 하강운동을 제어한다. 섬유/회반죽 혼합물의 일부는, 메쉬가 형성벨트 (4010)상에서 움직일 때, 보강 메쉬(120)의 개구를 통해 떨어진다. 스프레잉 노즐 (spraying nozzle)은 추가수분을 매트의 저면층에 공급한다.

도3b는 메쉬 상승바(mesh elevating bar)(128)이 메쉬(120)과 형성벨트(4010) 사이에 위치되는 다른 실시형태를 나타낸다. 바(128)은 형성벨트(4010)의 폭을 가로질러서 놓이는 것이 바람직하다. 바(128)은, 메쉬(120)이 혼합헤드(3129) 아래를 통과할 때, 형성벨트(4010) 표면위로 메쉬(120)이 약 1인치의 공간을 갖도록 한다. 형성벨트(4010)위 메쉬(120)의 공간은, 혼합헤드(3129)로부터 형성벨트(4010)으로 떨어지는 섬유/석고 혼합물의 일부가, 메쉬를 통과하게끔 하고, 적어도 부분적으로 , 완성된 보드에서 메쉬를 부착하도록 한다. 희망에 따라, 바(128)을 진동하여 보다 많은 양의 석고/섬유 혼합물이 메쉬(120)을 통과하도록 할 수 있다.

도5는, 메쉬(120)이 형성벨트(4010)을 향해 하방으로 이동하기 전에, 상기 메쉬(120)이 신장롤러(tensioning roller)(136)아래와 배치롤(placement roll) (138) 위를 통과하는, 또 다른 실시형태를 나타낸다. 배치롤(138)은, 메쉬(120)이 혼합헤드(3129)를 통과할 때 형성벨트(4010) 표면위에서 몇인치의 공간을 갖도록 한다. 형성벨트(4010)위 메쉬(120)의 공간은, 혼합헤드(3129)로부터 형성벨트(4010)으로 떨어지는 섬유/석고 혼합물의 일부가 메쉬를 통과하게끔 하고, 완성된 보드에 적어도 부분적으로 메쉬를 부착하도록 한다. 형성벨트(4010)위 메쉬(120)의 최적 공간은, 메쉬(120)에서 개구의 크기, 섬유/석고 혼합물의 수분함량, 형성벨트 (4010)의 속도 및 다른 공정 작업조건에 의존한다. 도5에 나타난 실시형태에 있어서, 형성벨트(4010)의 폭을 가로질러 놓인 스프레딩 립(spreading lip) (140)은 혼합헤드(3129)의 외부피드(outfeed)면에 부착된다. 스프레딩 립(140)은, 메쉬(120)이 형성벨트(4010)위로 상승하는 지점에서 습윤 섬유와 석고혼합물이 보강메쉬의 폭을 가로질러 펼쳐지도록 한다. 도5에 나타난 실시형태는, 다량의 섬유/석고 혼합물이 메쉬를 통해 형성벨트(4010)로 통과하도록 하여, 메쉬가 보다 완전히 부착된 보드를 생산하도록 한다.

다층 보드에 있어서, 코아층은 표면층과 같은 식으로 형성된다. 기재되는 실시예에서는, 코아층에 팽윤펄라이트의 부피가 고용되기 때문에, 보다 낮은 비율의 섬유가 포함된다. 팽윤펄라이트는 보드의 총비중량(overall specific weight)을 줄이기 위해서 코아층에 함유된다. 석고와 함께 팽윤펄라이트는, 코아로 하여금 ASTM E136 시험절차를 통과할 수 있도록 하는, 비가연성 코아재(non combustible core material)를 제공한다. 바람직하게는, 습윤 종이섬유와 펄라이트 파티클의 혼합물이 습윤되어, 코아층 형성에 부쳐된 최적강도로 회반죽이 수화되는데 필요한 수분을 운반한다. 아래에 설명한 바와 같이 바람직한 실시형태에서, 접착제, 바람직하게는 액상 전분(liquid starch)은, 펄라이트를 적시기 위해 먼저, 물과 혼합되고, 섬유는 물과 분리하여 혼합된다. 다음, 습윤 섬유와 습윤 펄라이트는 균일한 혼합물을 형성하도록 함께 혼합된다.

다시 도3a에 따라서, 습윤 펄라이트, 전분 및 섬유 혼합물(미도시된 콘베이어로부터)은, 형성기(3114),(3134)의 구조 및 조작이 동일한, 섬유 형성기(3154)에 퇴적된다. 펄라이트, 전분 및 섬유 혼합물은 배출롤을 통해, 보드 표면층과 같은 식으로, 예비 형성벨트(3166)상에 퇴적된다. 예비 형성벨트(3166)은, 섬유 형성기 빈(3154)로부터 얻어진 펄라이트, 전분 및 섬유 혼합물을 형성빈(3164)로부터 얻어진 회반죽과 함께 층으로 하고, 그 구성요소들을 혼합헤드(3168)로 운반한다. 형성빈(3164)는 통합 매트스케일(3165)를 포함한다. 코아층 형성라인은, 표면 형성라인의 요소들과 같은 식으로 조작하는, 조각롤러(3157), 매트 스케일(3156), 및 혼합헤드(3168)을 포함한다.

형성벨트(4010)상에 매트가 있는 메쉬의 형성 다음, 도4에 나타난 바와 같이삼층 매트는 프레스라인에 의해 가압된다. 한 실시형태에서, 형성벨트(4010)은 또한 프레스라인의 일부로, 가압 및 보정부(press and calibrating section)를 통해 펼쳐진다. 또 다른 실시형태에서(미도시)는, 탈가스역(degassing station)과 압축역(compression station)사이에 열린 간극(open gap)이 있다. 탈가스역의 마지막 압축롤러 뒤에는, 매트의 상면을 적시기 위한 추가수분의 공급을 위해 스프레잉 노즐이 설치된다.

상기 프레스라인은, 세가지 주요부, 즉, 탈가스역(4012), 압축역(4013) 및 보정역(4014)를 포함한다. 이러한 역들은, 매트 또는 석고, 섬유, 첨가제 및 다른재료에 가해지고 있는 압력 뿐 아니라, 콘베이어벨트 사이의 공간(spacing)을 다양하게 조정할 수 있다. 따라서, 그 역의 조정은 사용자로하여금, 보드두께를 다양하게 하도록 한다.

처음에, 상기 매트는 매트로부터 공기를 제거하도록 탈가스역(4012)에 의해 사전-압축된다. 표준보드에 대하여, 이 역(station)은 매트를 몇인치의 두께로부터 다양하게, 예를 들어, 3/8~3/4 inch, 변할 수 있는 최종두께에 가깝게 줄인다. 테이퍼 벨트(taper belt)는 외부보드 선단(outboard edge) 및 매트중심을 따라서, 이 프레스로 인도된다. 테이퍼 벨트는, 패널의 선단을 따라 가압된 보드에 테이퍼 (taper)를 부여한다. 이들 테이퍼는 장식(decoration)에 앞서 패널의 테이핑 (taping) 및 패널의 마침(finishing)용으로 유용하다. 다음, 탈가스된 매트는, 매트에 고하중이 가해져 최종보드두께로 가압되는 압축역(4013)에서 가압된다. 그 다음, 그 매트는 세팅공정(setting process)이 계속되도록 보드의 두께를 유지하는 보정역부(4014)를 통과한다.

가압후 건조에 앞서, 보드는 잘려서 건조기로 진입하도록 준비된다. 형성되어 끊임없이 가압되는 보드는, 사전-정돈되어(pre-trimmed) 예를 들어 24ft 길이 조각으로 잘린다. 보드를 잘라서 정돈하는데는 고압의 수분제트(high-pressure water jet)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 이동 수분제트 크로스(moving water jet cross)가 보드를 길이로 절단하는 동안, 2개의 고정제트(stationary jet)는 측면을 정돈하는데 사용된다. 절단부에서 하는 동안 바로 전에, 보드는 앞으로 이동하게 하는 콘베이어벨트에 의해 지지된다. 또 다른 에어제트(airjet) 또는 유사한 수단(미도시)으로는, 종래에 잘 알려진 것과 같은 에어 큐션(air cushion)을 제공할 수있다. 벨트콘베이어(도4에 미도시)는 보드를 높은 전달속도(conveying speed)로 가속시킨다.

비가연성 보드

바람직한 실시형태에서, 삼층 섬유-보강 보드는, 코아가 ASTM E136 시험절차를 통과하도록 한 저함량의 유기재료를 갖는 코아와 함께 제조된다. 본 발명의 향상된 섬유-보강보드는, 다양한 코드바디(code bodies), 예를 들어 BOCA가, ASTM시험절차 적용에 앞서, 보드의 상면 및 저면층으로부터 보드의 코아까지 1/8" 제거되기 때문에, 비가연성으로 분류될 수 있다. 비교적 높은 수준의 종이섬유를 함유하는 표면층의 제거와 함께, 나머지 부분, 즉, 코아는 비가연성으로 된다. 종래기술의 섬유보드는, 시험동안 방출되는 열을 줄이는 아스베스토스(asbestos)같은 비-가연성 섬유 및 알루미늄 트리하이드레이트같은 미네랄을 이용하기 때문에, 비교적 비-가연성이었다. 본 발명의 보드는, 코아의 조성이, 펄라이트상에 뿌려진 미량의(nominal) 0.6%전분을 포함하는 2% 이하의 유기재료, 및 클립(clip)(섬유)으로부터 얻어지는 종이와 재활용 패널재료로부터 얻어지는 종이를 함량이 1.4%를 넘지않게 함유하기 때문에, ASTM E136시험을 통과한다. 그러나, 본 발명의 보드는, 표면층에서 높은 종이섬유함유에 의한 높은 강도를 갖는다.

이 실시형태에서, 삼층의 조성은, 저면층("SLB"), 상면층("SLT"), 및 중앙 코아층("CL")으로, 하기 표1에 나타난다.

구성요소	SLB	SLT	CL	단위
종이섬유	18	18	1.4	%
회반죽	82	82	62	%
펄라이트	0	0	36	%
전분	0	0	0.6	%

보강공정(Reinforcement Process)

보강공정은, 유리섬유 메쉬를 형성벨트에 레이아웃하는 단계, 저면층을 펼치는 단계, 혼합된 종이섬유와 회반죽을 유리섬유 메쉬상에 놓는 단계, 다음 수화에 요구되는 추가수분을 공급하는 단계로 구성된다. 일단, 표면층/유리섬유 메쉬형상이 설정되면, 코아와 상층은 혼합되어 펼쳐져, 저면층에 퇴적된다. 이 때, 3층매트는 형성되어, 과잉 공기(excess air)가 제거되는 사전압축기(precompressor) 앞으로 가져가진다. 수화에 필요한 추가수분은 상층에 공급되고, 매트는 가압을 통해 앞쪽으로 전달된다. 프레스에서 재료는 압축되고, 회반죽은 그린보드(green board)에서 모든재료와 함께 혼합되기 시작한다. 동시에, 유리섬유 메쉬는 그린보드의 저면에 견고히 부착된다.

상기 연속 그린보드는 가압후, 고-압 수분-제트에 의해 일정크기로 잘리고, 개별 패널들은 건조기로 전달된다. 수화후 자유수분(free moisture)은 제거되고, 패널은 패널의 상면에 방수제(sealant)가 적용되는 코팅라인(coating line)으로 전달된다. 그 다음, 패널은 과잉수분이 패널의 상면에서 제거되는 이차 건조기로 전달된다. 패널은 최종라인으로 전달되고, 일정크기로 잘리고(cut-to-size), 평가되어 적송(shipping)하도록 포장된다.

다음 실시예는 본 발명의 석고/섬유 보드제품, 즉, 다양한 건축코드(예를 들어, BOCA)로 명시되고 ASTM E136에 따라 시험되는 것과 같은 비가연성 건축재료로 분류되기 위해서, 비교적 낮은 함량의 유기재료를 갖는 코아로 제조된 삼층 섬유-보강 보드의 제조를 설명하도록 할 것이다. 본 발명의 보드는, 코아의 조성이, 펄라이트위에 뿌려진 미량의 0.6%전분을 포함하는 2% 이하의 유기재료, 및 클립(섬유)으로부터 얻어지는 종이와 재활용 패널재료로부터 얻어지는 종이를 함량이 1.4%를 넘지않게 함유하기 때문에, 비가연성 평가(rating)를 달성한다. 그러나, 본 발명의 보드는, 표면층에서 종이섬유함유에 의한 높은 강도를 가진다. 그러나, 본 실시예는 실례가 되는 목적을 밝히는 것이고, 많은 다른 석고 섬유제품이 본 발명의 범위내에 있는 것으로 이해되어야 한다.

(실시예)

합성 무지섬유 보강 석고패널은 다음 방법으로 제조된다. 소석고(칼슘 술페이트 헤미하이드레이트)는 재활용 종이섬유, 팽윤펄라이트, 전분, 물 그리고 포타지엄 술페이트와 섞여 삼층보드를 형성한다. 하기 표2에 나타난, 섬유와 석고의 세가지 배합(formulation)은, 저면층("SLB")용, 상면층("SLT")용, 그리고 중심층("CL")용으로 준비된다. 이러한 배합은, 표제인 "다층 석고 섬유보드" 하에서, 상기 기재된 연속공정 및 장치를 사용하여, 3층 석고/섬유보드 5/8 인치 두께를 준비하는데 이용된다.

	SLB%건조	SLT%건조	CL%건조
전체 보드중 부분 %	28.0	28.0
층 구성요소
섬유	18.0	18.0	1.4
석고	82.0	82.0	61.4
펄라이트	0	0	36.6
전분	0	0	0.6
건조 기초 전체층	100	100	100
수분
습윤 기초 전체층

사용된 섬유는 잡지, 신문 및 유사한 재료에서 얻은 폐지섬유이다. 상기 "회반죽"은 약 97%가 칼슘 술페이트 헤미하이드레이트, 나머지는 불활성 불순물(inert impurities)이다. 완전한 수화를 행하기 위해서는 물의 약 18wt%의 회반죽이 필요하다. 상기 보강메쉬는, 전기한 바와 같이, Bayex0038/503이었다.

얻어진 삼층 보드는 5/8inch 두께로, 그 중심층에서 44%이고 표면층에서 28%인 55lb/ft²의 밀도를 갖는다. 중심층의 종이함량이 비교적 낮기 때문에, 얻어지는 보드는 다양한 건축코드(예를 들어, BOCA)로 명시되는 것과 같은 비가연성 건축재료로 분류될 수 있다. 본 발명의 향상된 섬유-보강보드는, 건축코드(예를 들어 BOCA)가, 가연성 시험에 앞서 보드의 상면 및 저면층으로부터 1/8"의 리무벌 (removal)을 제공하기 때문에, 비가연성 등급을 달성한다. 비교적 높은 수준의 종이섬유를 함유하는 표면층의 리무벌과 함께, 나머지 부분, 즉, 코아는, ASTM E136으로 시험될 때, 비가연성으로 된다. 종래기술의 섬유보드는, 시험동안 방출되는 열을 줄이는 아스베스토스(asbestos)같은 비-가연성 섬유 및 알루미늄 트리하이드레이트같은 미네랄을 이용하기 때문에, 비교적 비-가연성이었다. 본 발명의 보드는, 코아의 조성이, 펄라이트상에 뿌려진 미량의 0.6%전분을 포함하는 2% 이하의 유기재료, 및 클립(clip)(섬유)으로부터 얻어지는 종이와 재활용 패널재료로부터 얻어지는 종이를 함량이 1.4%를 넘지않게 함유하기 때문에, ASTM E136시험을 통과한다. 그러나, 본 발명의 보드는, 표면층의 높은 종이섬유함량에 의한 높은 강도를 갖는다. ASTM 시험 E-695에 나타난 바와 같이, 상기 보드는 메쉬 보강재가 없는 유사보드와 비교시, 우수한 내충격성을 갖는다.

앞서 실시예에서 제조된 보드는, 전기한 바와 같은 ASTM E695하의 시험방법으로 내충격성이 시험되었다. 몇몇 상업적으로 구입가능한 5/8-inch 두께의 보드 또한 ASTM E695로 시험되었다. 시험결과는 하기 표3에 나타난다.

보드 형태	충격강도(ft-lb)
타입 X 석고보드	120
FIBEROCK AR	150
실시예의 보드	> 250

타입 X석고보드는 종래의 석고 벽보드이다. FIBEROCK AR은 유리섬유 메쉬가 없이 제조된 내오용성(abuse resistant)으로 고안된 상업제품이다. 실시예 보드의충격강도는 시험되었던 장치의 최대한계를 초과하였다.

여기에 나타나 기재된 본 발명의 형태는 예시로만 간주된 것이다. 본 발명의 사상과 첨가된 청구항의 범위를 벗어나지 않으면서, 많은 변경이 그 안에서 만들어질 수 있다는 것은 그러한 기술의 숙련자들에게 명백할 것이다.

본 발명은 보강 메쉬를 부착시킨 석고 섬유보드에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 높은 제조율, 보다 좋은 제품의 미학, 보드에 있어서 보강메쉬의 전체통합 및 저감된 제조비를 포함하여, 보드의 취급성 및 보강재의 유지력 향상 등, 기존 석고/섬유보드의 많은 문제점을 피한 향상된 내충격성을 갖는 섬유-보강 석고보드를 제공할 수 있다.

Claims

소정량의 섬유, 소석고 및 물을 혼합하여, 습하고 느슨한 섬유혼합물을 형성하는 단계;

보강메쉬를 형성벨트의 상면에 레이아웃(lay out)하는 단계;

실질적으로 균일한 컨시스턴시(consistency)를 갖는 혼합물층을 형성하기 위해 상기 메쉬상에 상기 혼합물을 퇴적하는 단계;

층 저면에 상기 메쉬를 붙이도록 상기 메쉬와 상기 혼합물층을 함께 가압하여, 결합된 섬유 및 석고로 구성되고 그 표면에 상기 메쉬가 부착된 보드를 형성하는 단계; 그리고

최종 보드를 제공하도록 상기 보드를 건조하는 단계를 포함하는, 향상된 내충격성을 갖는 석고/섬유보드의 제조방법.
소정량의 섬유, 소석고 및 물을 혼합하여, 습하고 느슨한 섬유혼합물을 형성하는 단계;

상기 습윤 섬유를 소정량의 건조 소석고와 혼합하여 혼합조성물(mixed composition)을 형성하는 단계;

보강메쉬를 형성벨트의 상면에 레이아웃하는 단계;

대체로 균일한 컨시스턴시를 갖는 상기 혼합조성물층을 형성하기 위해 상기 메쉬상에 상기 혼합조성물을 퇴적하는 단계;

층 저면에 상기 메쉬를 붙이도록 상기 메쉬와 상기 혼합조성물층을 함께 가압하여, 결합된 섬유 및 석고로 구성되고 그 표면에 상기 메쉬가 부착된 보드를 형성하는 단계; 그리고

최종 보드를 제공하도록 상기 보드를 건조하는 단계를 포함하는, 향상된 내충격성을 갖는 석고/섬유보드의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 혼합조성물의 일부가, 가압단계전에 상기 메쉬의 개구를 통과하도록 하는 추가 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 향상된 내충격성을 갖는 석고/섬유보드의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 메쉬가, 상기 혼합조성물이 메쉬위에 퇴적되는 지점에서, 형성벨트위에 공간을 갖는 것을 특징으로 하는 향상된 내충격성을 갖는 석고/섬유보드의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 메쉬가, 상기 혼합조성물이 메쉬상에 퇴적되는 지점에서 진동되는 것을 특징으로 하는 향상된 내충격성을 갖는 석고/섬유보드의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 혼합조성물에 물을 공급하는 추가공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 향상된 내충격성을 갖는 석고/섬유보드의 제조방법.
제2항의 방법으로 제조된 석고/섬유 보드제품.
제7항에 있어서, 상기 메쉬가 상기 석고/섬유보드에 완전히 부착되는 것을 특징으로 하는 석고/섬유 보드제품.
제7항에 있어서, 상기 메쉬가 비탄성인 것을 특징으로 하는 석고/섬유 보드제품.
제9항에 있어서, 상기 메쉬가 유리섬유인 석고/섬유 보드제품.
제7항에 있어서, 상기 메쉬가 직물인 것을 특징으로 하는 석고/섬유 보드제품.
제11항에 있어서, 상기 직물메쉬가 레노직인 것을 특징으로 하는 석고/섬유 보드제품.
소정량의 섬유와 물을 혼합하여, 습하고 느슨한 섬유혼합물을 형성하는 단계;

상기 습윤 섬유를 소정량의 건조 소석고와 혼합하여 1차조성물을 형성하는단계;

보강메쉬를 형성벨트의 상면에 레이아웃 하는 단계;

실질적으로 균일한 컨시스턴시를 갖는 상기 1차조성물층을 형성하기 위해 상기 메쉬상에 상기 1차조성물을 퇴적하는 단계;

저밀도의 다공질 파티클 혼합물을 물과 혼합하여, 습윤 저밀도 파티클의 공급을 행하는 단계;

상기 습윤 저밀도 다공질 파티클을 소정량의 건조 소석고와 혼합하여, 2차 조성물을 형성하는 단계;

실질적으로 균일한 농도를 갖는 2차 층을 형성하기 위해, 상기 1차 층에 걸쳐 상기 2차 조성물을 퇴적하는 단계;

상기 습윤 섬유와 소정량의 건조 소석고를 혼합하여 3차 조성물을 형성하는 단계;

실질적으로 균일한 농도를 갖는 3차 층을 형성하기 위해, 상기 2차 층에 걸쳐 상기 3차 조성물을 퇴적하는 단계; 그리고

상기 메쉬와 상기 3차 층을 함께 가압하여 상기 1차 층 표면에 상기 메쉬를 붙이고, 결합된 섬유 및 석고로 구성되고 그 표면에 상기 메쉬가 부착된 보드를 형성하는 단계; 그리고

최종 보드를 제공하도록 상기 보드를 건조하는 단계를 포함하는, 향상된 내충격성을 갖는 석고/섬유보드의 제조방법.
제13항에 있어서, 상기 1차 조성물의 일부가, 상기 가압단계전에 상기 메쉬의 개구를 통과하도록 하는 추가 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 향상된 내충격성을 갖는 석고/섬유보드의 제조방법.
제13항에 있어서, 상기 메쉬가, 상기 1차 조성물이 상기 메쉬위에 퇴적되는 지점에서, 상기 형성벨트위에 공간을 갖는 것을 특징으로 하는, 향상된 내충격성을 갖는 석고/섬유보드의 제조방법.
제13항에 있어서, 상기 메쉬가, 상기 1차 조성물이 상기 메쉬위에 퇴적되는 지점에서 진동되는 것을 특징으로 하는 향상된 내충격성을 갖는 석고/섬유보드의 제조방법.
제13항에 있어서, 1차 조성물의 상기 퇴적층에 물을 공급하는 추가공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 향상된 내충격성을 갖는 석고/섬유보드의 제조방법.
제13항 방법으로 제조된 석고/섬유 보드 제품.
제18항에 있어서, 상기 메쉬가 상기 석고/섬유 보드에 완전히 부착되는 것을 특징으로 하는 석고/섬유 보드제품.
제18항에 있어서, 상기 메쉬가 비탄성인 것을 특징으로 하는 석고/섬유 보드제품.
제20항에 있어서, 상기 메쉬가 유리섬유인 것을 특징으로 하는 석고/섬유 보드제품.
제18항에 있어서, 상기 메쉬가 직물인 것을 특징으로 하는 석고/섬유 보드제품.
제22항에 있어서, 상기 직물 메쉬가 레노직인 것을 특징으로 하는 석고/섬유 보드제품.