PL167783B1 - Materiał kompozytowy i sposób jego wytwarzania oraz sposób wytwarzania płyty komoozptowej - Google Patents

Abstract

1 Materiał kompozytowy znamienny tym, ze zawiera cząstkę macierzystą z materiału wzmacniającego, mającą wgłębienia na swej powierzchni i/lub części swojej masy, oraz kryształy-a-półwodzianu siarczanu wapniowego, z której co najmniej częśćjest przekształcana in-situ wewnątrz lub wokół wgłębień cząstki macierzystej tworząc krystaliczną matrycę z siarczanu wapniowego związanego z cząstką macierzystą 7 Sposób wytwarzania materiału kompozytowego, znamienny tym że w środowisku ciekłym gips kalcynuje się przez ogrzewanie pod ciśnieniem co sprzyja wzrostowi kryształów -półwodzianu siarczanu wapniowego przy czym w środowisku tym jest zawieszonych szereg cząstek macierzystych, z których każda ma wgłębienia na swej powierzchni lub w swej masie dające się przenikać przez to ciekłe środowisko 15 Sposób wytwarzania płyty kompozytowej, znamienny tym, że zmielony gips i cząstki macierzyste miesza się z wodą w ilości wystarczającej dla powstania zawiesiny przy czym każda cząstkamacierzystama wgłębienia na swej powierzchni lub w swej masie które dają się przenikać przez rozpuszczalnik zawiesiny, zawierającej zawieszony i/lub rozpuszczony gips, a zawiesina ta jest wystarczająco rozcieńczona do wystarczającej wilgotności przy której wgłębienia w cząstkach macierzystych dają się przenikać i ułatwia się tworzenie kryształów -półwodzianu siarczanu wapniowego gdy ogrzewa się pod ciśnieniem, przy czym zawiesinę ogrzewa się w naczyniu ciśnieniowym podczas ciągłego mieszania do temperatury wystarczającej dla skalcynowania się gipsu do -półwodzianu siarczanu wapniowego i utrzymuje się zawiesinę w takiej temperaturze do chwili gdy co najmniej część a-półwodzianu wykrystalizuje się wewnątrz i wokół wgłębień w cząstkach macierzystych po czym gorącą zawiesinę wyładowuje się na porowatą powierzchnię formującą i usuwa się z niej zasadniczą część wody z wytworzeniem placka filtracyjnego prasuje się placek filtracyjny dla wytworzenia płyty i usunięcia dodatkowej ilości wody zanimtemperaturapłyty spadnie poniżej temperatury, przy której półwodzian siarczanu wapniowego ulega rehydratacji do gipsu płytę chłodzi się do temperatury poniżej temperatury rehydratacji i pozwala się żeby półwodzian siarczanu wapniowego uległ rehydratacji do gipsu i suszy się pły tę dla usunięcia reszty niezwiązanej wody

Description

Przedmiotem wynalazku jest nowy materiał kompozytowy i sposób jego wytwarzania oraz sposób wytwarzania płyty kompozytowej.

Materiał kompozytowy gips/włókno celulozowe jest szczególnie przydatny do wytwarzania materiałów budowlanych i tynkarskich. Wynalazek dotyczy również sposobu wytwarzania płyty kompozytowej, która jest odporna na ogień.

Pewne właściwości gipsu (dwuwodzian siarczanu wapniowego) czynią go bardzo popularnym do stosowania w celu sporządzania tynków przemysłowych i budowlanych oraz innych produktów, używanych w budownictwie, zwłaszcza płyt ściennych. Jest on obficie występującym i na ogół tanim surowcem, który poprzez proces dehydratacji i ponownej hydratacji może być odlewany, kształtowany w formach oraz formowany w inny sposób w użyteczne kształty. Jest on ponadto niepalny i wystawiony na działanie wilgoci zachowuje stosunkowo trwale wymiary. Ponieważ jednak stanowi on kruchy, krystaliczny materiał o stosunkowo małej wytrzymałości na rozciąganie i zginanie, zastosowanie gipsu jest zazwyczaj ograniczone do zastosowań niestrukturalnych, nie przenoszących obciążeń i nie absorbujących udarów.

Gipsowe płyty ścienne, znane także jako okładziny tynkowe lub ściany pokryte gipsowymi płytami okładzinowymi, składają się z ponownie uwodnionego rdzenia gipsowego znajdującego się pomiędzy licznymi arkuszami okładziny papierowej, i są głównie stosowane na wewnętrzne ścianki i sufity. Płyty okładziny papierowej mają znaczny udział w wytrzymałości płyt ściennych, ale jednocześnie zwiększają ich palność. Ponadto, ze względu na kruchość i słabą zdolność rdzenia gipsowego do utrzymywania w nim gwoździ i śrub, znane ściany gipsowe pokryte płytami okładzinowymi nie mogą same podtrzymywać dużych obciążeń lub absorbować znacznych udarów.

Dlatego od dawna istniało i istnieje nadal zapotrzebowanie na podwyższenie wytrzymałości na rozciąganie, wytrzymałości na zginanie, wytrzymałości utrzymywania gwoździ i śrub oraz odporności na udary tynków gipsowych i produktów stosowanych w budownictwie.

Innym łatwodostępnym materiałem, również szeroko stosowanym do wytwarzania materiałów budowlanych, jest materiał ligno-celulozowy, zwłaszcza w postaci włókien drzewnych lub papierowych. Przykładowymi postaciami produktów z przerobionego materiału ligno-celulozowego, stosowanymi w przemyśle materiałów budowlanych, oprócz tarcicy, są płyty wiórowe, płyty pilśniowe, sklejka i płyty pilśniowe twarde (płyty pilśniowe o dużej gęstości). Materiały takie mają lepszą wytrzymałość na rozciąganie i zginanie niż gips, są jednak na ogół droższe, odznaczają się wyższą palnością i często ulegają spęcznieniu i wypaczaniu pod działaniem wilgoci. Dlatego pożądane jest również poprawienie tych właściwości materiałów budowlanych z materiału celulozowego, ograniczających ich stosowanie.

Próbowano połączyć korzystne właściwości gipsu i włókien celulozowych zwłaszcza włókien drzewnych, jednak z bardzo ograniczonym powodzeniem. Próby dodawania do rdzeni tynków gipsowych i/lub gipsowych płyt ściennych włókien celulozowych (lub innych włókien stosowanych w tym celu) dawały zwykle niewielką poprawę wytrzymałości lub nawet nie poprawiały jej wcale, ponieważ dotychczas nie udało się osiągnąć żadnego znaczniejszego związania włókien z gipsem. W opisanych patentowych St. Zjednoczonych Ameryki nr nr 4328178,4239716,439289614645548 ujawn ioao ostatn ieprzykłady miesz ania włókien órzew nych lub innych włókien naturalnych z zawiasioą tynku szlachetnego (półwodzian siarczanu wapniowego), służących jako środki wzmacniające pooownia uwadnirnych płyt gipsowych lub podobnych produktów. Podobnie, rozczarowały próby dodawania cząstek gipsu do wyrobów z włókien drzewnych ze względu na niemożność utrzymania wystarczającej ilości gipsu w produkcie aby zmniejszyć ich palność lub poprawić stabilność wymiarów podstawowego materiału.

Ostatnio szereg wytwórców z ograniczonym powodzeniem wytwarzało płyty, stanowiące kombinację gipsu i włókien drzewnych lub papierniczych. W kilku z takich sposobów, prażony gips (tynk szlachetny) mieszano z włóknami drzewnymi lub papierniczymi i wodą tworząc zawiesinę, którą następnie sprasowywaoo zanim tynk szlachetny uległ ponownemu uwodnieniu w zestalony gips lub podczas takiego procesu ponownego uwodnienia.

W jednym z takich sposobów (znany sposób A), makulaturę miesza się z tynkiem szlachetnym w wodnej zawiesinie, wyładowywanej na przenośnik z płytą pilśniową i odwrdoir

167 783

Cienki placek składający się z półwodzianu siarczanu wapniowego i papieru nawija się w zwój na cylinder aż do uzyskania grubości płyty, po czym tnie się je na kawałki o odpowiedniej długości. Układa się stos surowych płyt pilśniowych na wózku, pomiędzy twardymi płytami pilśniowymi i pozwala na ich uwodnienie w ciągu 3-4 godzin. Komplet płyt następnie suszy się, przycina oraz w miarę potrzeby piaskuje i uszczelnia.

W tak zwanym procesie półsuchym (znany sposób B) tynk szlachetny i makulaturę miesza się razem na sucho. Część wody potrzebnej do ponownego uwodnienia dodaje się w drugim mieszalniku, i zmieszany materiał formuje się w różne warstwy na biegnącej taśmie bez końca. Pozostałość potrzebnej wody natryskuje się na kilka warstw, które łączy się następnie w wielowarstwową matę przed wprowadzeniem do prasy o działaniu ciągłym. Po wstępnym związaniu, surowe płyty tnie się i przycina, pozwala na ich pełne związanie na taśmie podtrzymującej, i następnie suszy.

W innym tak zwanym półsuchym procesie (znany sposób C) tynk szlachetny i wióry miesza się wstępnie na sucho. Do mieszaniny odmierza się wodę w postaci lodu lub kryształków śniegu, po czym mieszaninę rozsmarowuje się na masie bez końca na dnie prasy o działaniu ciągłym. Lód topnieje powoli po sprasowaniu maty do pożądanej grubości i zachodzi uwodnienie. Po ostatecznym związaniu płyty tnie się ją, przycina i suszy. W miarę potrzeby, pożądane jest także piaskowanie.

Badania znajdujących się w handlu płyt wytworzonych opisanymi znanymi sposobami ujawnia, że składają się one ze sprasowanej mieszaniny oddzielnie gipsu i materiałów włóknistych, to jest stanowią one bardziej mieszaninę fizyczną niż homogeniczny kompozyt. Chociaż można powiedzieć, że gips stanowi lub służy jako środek wiążący włókno w tych płytach, to nie wydaje się aby występowało jakiekolwiek znaczniejsze bezpośrednie uzależnienie fizyczne lub chemiczne wiązanie pomiędzy kryształami gipsu a włóknami. Co więcej, ze względu na sposób formowania płyt lub mechaniczne mieszanie kryształów gipsu z włóknami, i/lub ze względu na zbieranie się w skupiska włókien papierniczych lub tynku szlachetnego, płyty te nie wykazują dobrej homogeniczności i jednorodności właściwości, takich jak gęstość i wytrzymałość, na całym ich obszarze.

Według sposobu opisanego w opisie patentowym St. Zjedn. Ameryki nr 4734163 (znany sposób D) surowy lub nieprażony gips miele się drobno i miesza na mokro z 5-10% pulpą papierniczą. Powstałą papkę częściowo odwadnia się, tworzy z niej placek i dalej odwadnia na walcach ściskających aż do osiągnięcia stosunku woda/substancje stałe poniżej 0,4. Placek tnie się na surowe płyty, które po przycięciu i pocięciu układa się w stos pomiędzy podwójnymi płytami stalowymi i umieszcza w autoklawie. Podnosi się temperaturę w autoklawie do około 140°C aby przeprowadzić gips w α-półwodzian siarczanu wapniowego. Podczas następującego narastającego chłodzenia zbiornika z płytami, półwodzian uwadnia się ponownie do dwuwodzianu (gipsu) uzyskując integralność płyty. Następnie płyty suszy się i wykańcza w miarę potrzeby.

Sposób ten różni się od poprzednich tym, że kalcynowanie gipsu zachodzi w obecności włókien papierowych.

Zasadniczym celem wynalazku jest zapewnienie materiału kompozytowego wiążącego gips z innymi substancjami o wyższej wytrzymałości, takimi jak włókno drzewne dla uzyskania bardziej wytrzymałych produktów lanych, tynków, materiałów budowlanych i innych zastosowań. Innym celem wynalazku jest zapewnienie sposobu wytwarzania takiego materiału kompozytowego. Bardziej szczegółowo, celem wynalazku jest zapewnienie płyt ściennych bez zawartości papieru, zawierających materiał kompozytowy, który jest homogeniczny i który ma jednorodną dobrą wytrzymałość, włącznie z odpornością na wyciąganie gwoździ i śrub, który jest stabilny wymiarowo (gabarytowo) i utrzymuje swoją wytrzymałość nawet w środowisku wilgotnym, który jest odporny na ogień, i który może być wyprodukowany po stosunkowo niskich kosztach. Dalszym szczegółowym celem wynalazku jest zapewnienie oszczędnego sposobu wytwarzania wyżej opisanej płyty ściennej.

Według wynalazku materiał kompozytowy zawiera cząstkę macierzystą z materiału wzmacniającego, mającą wgłębienia na swej powierzchni i/lub części swojej masy, oraz kryształy α-półwodzianu siarczanu wapniowego, z której co najmniej część jest przekształcana

167 783 in-situ wewnątrz lub wokół wgłębień cząstki macierzystej tworząc krystaliczną matrycę z siarczanu wapniowego związanego z cząstką macierzystą. Materiał ten zawiera cząstkę macierzystą w postaci ścianka, płatka lub włókna, korzystnie z substancji lignocelulozowej, takiej jak włókno drzewne i kryształy α-półwodzianu siarczanu wapniowego składające się z kryształów iglastych. Materiał kompozytowy zawiera 0,5-30% wagowych cząstek macierzystych w przeliczeniu na materiał kompozytowy.

Sposób wytwarzania materiału kompozytowego, według wynalazku polega na tym, że w środowisku ciekłym gips kalcynuje się przez ogrzewanie pod ciśnieniem co sprzyja wzrostowi kryształów α-półwodzianu siarczanu wapniowego, przy czym w środowisku tym jest zawieszonych szereg cząstek macierzystych, z których każda ma wgłębienia na swej powierzchni lub w swej masie dające się przenikać przez to ciekłe środowisko.

Sposób wytwarzania materiału kompozytowego, polega na tym, że zmielony gips miesza się z cząstkami macierzystymi z materiału wzmacniającego oraz z cieczą w ilości wystarczającej dla powstania rozcieńczonej zawiesiny zawierającej co najmniej 70% wagowych cieczy, kalcynuje się gips w obecności cząstek macierzystych przez ogrzewanie rozcieńczonej zawiesiny pod ciśnieniem, z wytworzeniem iglastych kryształów α-półwodzianu siarczanu wapniowego, po czym oddziela się przeważającą część cieczy od kalcynowanego gipsu i cząstek macierzystych przed rehydratacją półwodzianu do gipsu. Zawiesinę podczas kalcynowania gipsu poddaje się ciągłemu mieszaniu z wytworzeniem kryształów półwodzianu, korzystnie podczas ogrzewania zawiesiny pod ciśnieniem aż do zakończenia się procesu kalcynowania. Zmielony gips miesza się z szeregiem cząstek macierzystych z wodą w ilości wystarczającej dla powstania zawiesiny, przy czym cząstki macierzyste są w zasadzie nierozpuszczalne w wodzie ale mają wgłębienia na powierzchni i/lub w swej masie, a ich masa daje się przenikać przez rozpuszczalnik zawiesiny zawierającej zawieszony i/lub rozpuszczony gips, a zawiesina tajest wystarczająco rozcieńczona dla przeniknięcia we wgłębienia cząstek macierzystych przez rozpuszczalnik zawiesiny i sprzyja wzrostowi kryształów α-półwodzianu siarczanu wapniowego podczas ogrzewania pod ciśnieniem, po czym zawiesinę ogrzewa się pod ciśnieniem do temperatury wystarczającej do skalcynowania gipsu do α-półwodzianu siarczanu wapniowego, utrzymuje się zawiesinę ogrzewając pod ciśnieniem, przy czym pozwala się aby cząstki siarczanu utworzyły zarodki i wytworzyły kryształy in-situ wewnątrz i wokół wgłębień w cząstkach macierzystych, zmniejsza się ciśnienie i odwadnia gorącą zawiesinę, suszy się odwodnione substancje stałe usuwając zasadniczo całą pozostałą niezwiązaną wodę, przy czym kryształy siarczanu wapniowego nadal fizycznie związane są z cząstkami macierzystymi. Dodatkowo zawiesinę i odwodnione substancje stałe utrzymuje się w temperaturze wyższej od temperatury, w której półwodzian siarczanu wapniowego ulega rehydratacji do dwuwodzianu siarczanu wapniowego, przy czym temperaturę utrzymuje się do chwili gdy zasadniczo cała ilość pozostałej niezwiązanej wody zostanie usunięta w wyniku odwodnienia i wysuszenia, korzystnie temperaturę zawiesiny utrzymuje się powyżej 93°C, do chwili zasadniczego odwodnienia i wysuszenia. Odwodnione substancje stałe dodatkowo chłodzi się do temperatury niższej od temperatury w której kryształy półwodzianu siarczanu wapniowego ulegają rehydratacji do dwuwodzianu siarczanu wapniowego i pozwala się by rehydratacja zaszła przed suszeniem odwodnionej masy dla usunięcia pozostałej niezwiązanej wody. Gorącą zawiesinę dodatkowo odwadnia się z wytworzeniem placka filtracyjnego, po czym placek filtracyjny prasuje się na mokro i pozwala się by temperatura placka filtracyjnego spadła poniżej temperatury, w której półwodzian siarczanu wapniowego ulega rehydratacji do kryształów gipsu przed jego wysuszeniem. Z gorącej zawiesiny dodatkowo formuje się matę i po zasadniczym odwodnieniu maty prasuje się ją na mokro dla ściśnięcia materiału do odpowiedniej grubości i/lub zwiększenia gęstości, korzystnie następnie pozwala się by temperatura ściśniętego materiału spadła poniżej temperatury, w której siarczan wapniowy ulega rehydratacji do gipsu i pozwala się by taka hydratacja była kontynuowana aż do czasu gdy kryształy gipsu związane z cząstkami macierzystymi połączą się z podobnymi kryształami dla utworzenia jednorodnej masy i następnie suszy się tę masę dla usunięcia pozostałej niezwiązanej wody.

Sposób wytwarzania płyty kompozytowej według wynalazku polega na tym, że zmielony gips i cząstki macierzyste miesza się z wodą w ilości wystarczającej dla powstania zawiesiny, przy czym każda cząstka macierzysta ma wgłębienia na swej powierzchni lub w swej masie,

167 783 które dają się przenikać przez rozpuszczalnik zawiesiny, zawierającej zawieszony i/lub rozpuszczony gips, a zawiesina tajest wystarczająco rozcieńczona do wystarczającej wilgotności przy której wgłębienia w cząstkach macierzystych dają się przenikać i ułatwia się tworzenie kryształów α-półwodzianu siarczanu wapniowego gdy ogrzewa się pod ciśnieniem, przy czym zawiesinę ogrzewa się w naczyniu ciśnieniowym podczas ciągłego mieszania do temperatury wystarczającej dla skalcynowania się gipsu do α-półwodzianu siarczanu wapniowego i utrzymuje się zawiesinę w takiej temperaturze do chwili gdy co najmniej część α-półwodzianu wykrystalizuje się wewnątrz i wokół wgłębień w cząstkach macierzystych, po czym gorącą zawiesinę wyładowuje się na porowatą powierzchnię formującą i usuwa się z niej zasadniczą część wody z wytworzeniem placka filtracyjnego, prasuje się placek filtracyjny dla wytworzenia płyty i usunięcia dodatkowej ilości wody zanim temperatura płyty spadnie poniżej temperatury, przy której półwodzian siarczanu wapniowego ulega rehydratacji do gipsu, płytę chłodzi się do temperatury poniżej temperatury rehydratacji i pozwala się żeby półwodzian siarczanu wapniowego uległ rehydratacji i pozwala się żeby półwodzian uległ rehydratacji do gipsu i suszy się płytę dla usunięcia reszty niezwiązanej wody. Jako cząstki macierzyste stosuje się włókna drzewne, przy czym substancje stałe w zawiesinie zawierają 10-20% wagowych włókien drzewnych. W sposobie tym stosuje się rozcieńczoną zawiesinę zawierającą co najmniej 40-95% wagowych wody, korzystnie 70-95% wagowych wody, a zawiesinę ogrzewa się w naczyniu ciśnieniowym do temperatury 140-152°C. Gorącą zawiesinę utrzymuje się w temperaturze powyżej 93°C aż do chwili gdy zasadniczo odwodni się ją i sprasuje na mokro w płytę, korzystnie płytę formuje się przez prasowanie gorącego placka filtracyjnego i chłodzi się go do temperatury około 40°C aby zaszła rehydratacja półwodzianu siarczanu wapniowego przed jej końcowym wysuszeniem i korzystnie odwodniony placek filtracyjny prasuje się z wytworzeniem płyty, której gęstość po hydratacji i wysuszeniu wynosi 0,64-0,80 g/cm³.

Użyte w opisie określenie gips oznacza siarczan wapniowy w stanie stałym dwuwodnym - CaSO4 · 2H2O i zawiera naturalnie występujące materiały, syntetycznie uzyskane ekwiwalenty i materiał dwuwodny powstały poprzez uwodnienie półwodzianu siarczanu wapniowego (tynku szlachetnego - sztukaterii), anhydrytu (gipsu bezwodnego).

Określenie cząstka macierzysta oznacza jakąkolwiek cząstkę mikroskopijną taką jak włókno, wiór, płatek, ścinek lub substancję odmienną inną niż gips. Cząstka ta powinna mieć także dostępne wgłębienia, dziury, pęknięcia, szczeliny, puste otwory pordzeniowe lub inne niedostatki powierzchniowe, w obrębie których mogą tworzyć się kryształy siarczanu wapniowego. Pożądane jest również aby te wgłębienia występowały w znacznej części cząstki; z przeświadczeniem, że im dokładniej i lepiej rozłożone będą niniejsze wgłębienia, tym lepsze i bardziej stabilny geometrycznie będzie proces wiązania fizycznego pomiędzy gipsem i cząstką macierzystą. Substancję cząstki macierzystej powinna charakteryzować się pożądanymi właściwościami, których nie ma gips i korzystnie mieć przynajmniej zwiększoną wytrzymałość na rozciąganie i zginanie.

Włókno lignocelulozowe, korzystnie włókno drzewne jest przykładem cząstki macierzystej, szczególnie odpowiedniej do zastosowania w sposobie wytwarzania materiału kompozytowego według wynalazku. Wobec tego bez ograniczania tego materiału i/lub cząstek, które mogą być zakwalifikowane jako cząstka macierzysta, włókna drzewne są często później używane zamiast ich szerszego znaczenia.

Niekalcynowany gips i cząstka macierzysta zostają wymieszane z dostateczną ilością płynu w celu tworzenia rozcieńczonej zawiesiny, która zostaje następnie podgrzana pod ciśnieniem w celu skalcynowania gipsu przetwarzając go w α-półwodzian siarczanu wapnia. Podczas gdy mikro-mechanika wynalazku nie została jeszcze w zupełności zrozumiana, uważa się, że rozcieńczonazawiesinazwilżacząstkę macierzystą wprowadzając rozcieńczony siarczan wapnia we wgłębienia. Półwodzian tworzy ewentualnie zarodki kryształów i kryształy, głównie kryształy iglaste wewnątrz lub wokół tych wgłębień. Jeśli jest to pożądane mogą być dodane do zawiesiny modyfikatory kryształów. Powstały materiał kompozytowy stanowi cząstkę macierzystą fizycznie powiązaną z kryształami siarczanu wapnia. Powiązanie to nie tylko tworzy dobre wiązania pomiędzy siarczanem wapnia a bardziej wytrzymałą cząsteczką macierzystą lecz

167 783 także zapobiega przemieszczaniu się siarczanu wapnia z cząstki macierzystej w trakcie późniejszego procesu uwadniania półwodzianu do dwuwodzianu (gipsu).

Materiał może być suszony bezpośrednio przed jego schłodzeniem do otrzymania stałego, ale rehydratowanego półwodzianowego materiału kompozytowego do dalszego stosowania. Alternatywnie, w przypadkujeżeli ma on być bezpośrednio przetworzony do postaci używalnego produktu, materiał kompozytowy może być dalej oddzielony w zasadzie od całej ilości cieczy z wyjątkiem części potrzebnej dla celów ponownego uwodnienia; połączony z innymi podobnymi cząstkami kompozytowymi do pożądanego kształtu a następnie ponownie uwadniany w związaną i zestabilizowaną kompozytową masę gipsową.

Większa ilość takich cząstek kompozytowych tworzy masę materiałową, która może być zatężona, prosowana w płyty, odlewana, rzeźbiona, odlewana w formy lub w inny sposób formowania do pożądanego kształtu przed ostatecznym wiązaniem. Po ostatecznym wiązaniu, materiał kompozytowy może być cięty, wiercony, dłutowany, piłowany, skrawany i w inny sposób obrabiany mechanicznie. Ponadto, wykazuje on pożądaną odporność na ogień i trwałość wymiarową gipsu z pewnymi udoskonaleniami (pod względem wytrzymałości i sztywności) wniesionymi przez substancję cząstki macierzystej.

Zgodnie z korzystnym przykładem wykonania wynalazku, cząstkę macierzystą stanowi włókno drzewne lub wióry. Proces wytwarzania materiału kompozytowego gips/włókno drzewne, według wynalazku, rozpoczyna się mieszaniem pomiędzy około 0,5% do około 30%, korzystnie pomiędzy około 10% do około 20% wagowych, włókien drzewnych z odpowiednim dodatkiem mielonego, lecz niekalcynowanego gipsu. Sucha mieszanka zostaje powiązana z dostateczną ilością płynu, korzystnie wody, w celu utworzenia rozcieńczonej zawiesiny z zawartością około 70%-95% wagowych wody. Zawiesina ta zostaje przetworzona w naczyniu ciśnieniowym w temperaturze wystarczającej do przetworzenia gipsu w półwodzian siarczanu wapniowego. Pożądane jest ciągłe bełtanie zawiesiny z łagodnym mieszaniem lub mieszaniem w celu rozbicia jakichkolwiek grudek i utrzymania wszystkich cząstek w zawiesinie. Po wytrąceniu półwodzianu z roztworu i po ponownym wykrystalizowaniu, zawiesina produktu zostaje odprowadzona z autoklawu i kiedy jest jeszcze gorąca w znacznym stopniu odwodniona do postaci placka filtracyjnego. Na tym etapie procesu, korzystnie około 70%-90% niezwiązanej wody zostaje usunięte z zawiesiny.

W przypadku jeżeli pożądany jest półwodzianowy stan materiału kompozytowego, placek filtracyjny zostaje utrzymany w wysokiej temperaturze, np. około 82°C dopóki nie zostanie odciągnięta pozostała ilość wolnej wody. Wysuszony placek filtracyjny może zostać następnie rozdrobniony do postaci proszku lub materiału cząstkowego w celu łatwego manipulowania, składowania lub ponownego formowania.

Alternatywnie, odwodniony materiał placka filtracyjnego może być bezpośrednio prasowany, odlany w formy lub inaczej kształtowany albo pozostawiony do schłodzenia do temperatury w której półwodzian siarczanu wapnia zostaje uwodniony do postaci gipsu in situ wewnątrz lub wokół włókien drzewnych. Po zakończeniu procesu uwodnienia, zestalona masa jest korzystnie natychmiast wysuszona w celu pozostałej niezwiązanej wody.

Według innego przykładu wykonania wynalazku, podany jest sposób wytwarzania kompozytowej płyty gips/włókno drzewne. Proces mieszania i autoklawowania zawiesiny gipsu i włókna drzewnego jest zasadniczo taki sam jak powyżej opisany. Do zawiesiny produktu mogą zostać dodane pewne domieszki modyfikujące proces lub wzmacniające właściwości takie jak przyspieszacze, opóźniacze, wypełnienia zmniejszające masę itp., korzystnie po jej wprowadzeniu z autoklawu lub przed jej odwodnieniem. Zawiesina produktu zostaje wyprowadzona na ciągły przenośnik filcowy takiego typu jaki jest używany w technologiach papierniczych i odwodnienia w celu usunięcia jak największej ilości nie związanej wody. Wstępna praktyka laboratoryjna wykazała, ze nawet 90% wody może zostać usunięte na tym etapie. Kiedy powstały placek filtracyjny zostaje na wilgotno sprasowany do postaci płyty o żądanej grubości lub gęstości. Jeżeli płycie zostaje nadana specjalna tekstura powierzchniowa lub laminowane wykończenie powierzchniowe, nastąpi to korzystnie w trakcie lub po tym etapie procesu. Podczas prasowania w stanie wilgotnym, które korzystnie następuje przy stopniowo zwiększającym się ciśnieniu w celu zachowania integralności produktu, zachodzą dwa zjawiska. Zostaje

167 783 usunięta dodatkowa ilość wody np. 80%-90% pozostałej wody Wskutek tego placek filtracyjny zostaje dalej schłodzony, jednakże może okazać się niezbędne zapewnienie chłodzenia zewnętrznego w celu doprowadzenia temperatury sprasowanej maty poniżej temperatury rehydratacyjnej. W dogodnym czasie po zakończeniu procesu rehydratacji płyty mogą być cięte i przycinane jeżeli jest to pożądane, a następnie przeprowadzane przez piec w celu wysuszenia. Korzystnie temperatura suszenia powinna być utrzymana na dostatecznie niskim poziomie w celu uniknięcia rekalcynacji gipsu na powierzchni.

Kompozytowa płyta gips/włókno drzewne wykonana zgodnie z powyższym procesem zapewnia synergistyczne połączenie pożądanych cech i właściwości, którego nie zapewniają obecnie dostępne płyty. Zapewnia ona ulepszoną wytrzymałość, włączając odporność na wyciąganie gwoździ i śrub w stosunku do konwencjonalnych płyt tynkowych. Zapewnia ona większą odporność na ogień i lepszą stabilność wymiarową w środowisku wilgotnym niż przy tarcicy, płyty pilśniowej, płyty wiórowej, sprasowanego kartonu i podobnych. Ponadto może ona zostać wyprodukowana co do gęstości i grubości i jak to zostanie przedstawione w niżej podanych tabelach wynalazek może zapewnić wytwarzanie płyty kompozytowej o module zerwania (MOR) bardziej korzystnym w stosunku do produktów z gipsowej płyty pilśniowej wytworzonej przy pomocy wcześniej opisanych procesów znanych ze stanu techniki, lecz o niższej gęstości i wobec tego niższym (mniejszym ciężarze) i prawdopodobnie niższych kosztach.

Te i inne cechy i korzystne strony wynalazku będą widoczne dla przeciętnych specjalistów po zapoznaniu się z poniżej przedstawionym omówieniem wynalazku z odniesieniem do załączonych rysunków stanowiących część niniejszego opisu, z których poszczególne figury oznaczają:

fig. 1 - uproszczony schemat technologiczny sposobu wytwarzania materiału kompozytowego zgodnie z jednym aspektem wynalazku;

fig. 2 - uproszczony schemat technologiczny wytwarzania płyty kompozytowej zgodnie z innym aspektem wynalazku;

fig. 3 - mikrografię (100X) grupy włókna drzewnego wykonana mikroskopem elektronowym skamimgowym (SEM);

fig. 4 - SEM mikrografię (100Χ) grupy cząstek materiału kompozytowego gips/włókno drzewne;

fig. 5 - SEM mikrografię (1000Χ) przekroju poprzecznego skupiska włókien drzewnych; fig. 6 - SEM mikrografię (1000Χ) przekroju poprzecznego cząstki materiału kompozytowego zgodnie z wynalazkiem;

fig. 7 - SEM mikrografię (1000Χ) powierzchni włókna drzewnego;

fig. 8 - SEM mikrografię (4000Χ) tego samego włókna drzewnego jak na fig. 7, ukazująca kryształy gipsu w szczelince graniczącej z komorą wgłębienia; fig. 9(a), 9(b), 9(c), 9(d), 9(e) i 9(f) - SEM mikrografię (20Χ, 100Χ, 200Χ, 500Χ, 1000Χ i 1000Χ odpowiednio) przekroju poprzecznego płyty gips/wióry drzewne wykonanej sposobem znanym ze stanu techniki; fig. 10(a), 10(b), 10(c), 10(d) i 10(e) - SEM mikrografię (50Χ, 100Χ, 500Χ, 1000Χ i 2500Χ odpowiednio) przekroju poprzecznego kompozytowej płyty ściennej wykonanej zgodnie z wynalazkiem.

Zasadniczy proces przedstawiony schematycznie na fig. 1 zaczyna się mieszaniem mekalcynowanego gipsu, cząstek macierzystych (włókien drzewnych) i wody w celu otrzymania rozcieńczonej zawiesiny wodnej. Źródłem gipsu może być surowe złoże albo może to być produkt uboczny z odsiarczania gazów spalinowych lub z wytwarzania kwasu fosforowego, gips powinien być materiałem o względnie wysokiej czystości, czyli korzystnie co najmniej około 92-96% i drobno zmielonym na przykład do 92-96% minus 100 mesh lub drobniejszym. Większe cząstki mogą przedłużać czas konwersji. Gips można wprowadzać albo jako suchy proszek albo za pośrednictwem zawiesiny wodnej.

Źródłem włókien celulozowych może być odpadowy papier, pulpa drzewna, płatki drzewne i/lub inne źródło włókien roślinnych. Korzystne jest żeby włókno było porowate, wydrążone, rozszczepione i/lub o szorstkiej powierzchni, tak aby jego fizyczne cechy kształtu obejmowały dostępne szczeliny lub puste przestrzenie, przystosowane do wnikania rozpuszczonego siarczanu wapnia W każdym wypadku to źródło, na przykład pulpa drzewna może również wymagać

167 783 przed przeróbką rozdrobnienia większych kawałków, oddwieleoir oadziarna i niepożądanego materiału i w pewnych przypadkach, materiałów opóźniających wstępną ekstrakcję i/lub waoikczyszczenia, które mogłyby wpływać szkodliwie na kalcyoowroie gipsu, takich jak hemicelulozy, kwas octowy itp.

Mielony gips i włókna drzewne miesza się w stosunku około 0,J do 80% wagowych włókien drzewnych. Dodaje się odpowiednią ilość wody aby otrzymać zawiesinę o gęstości około J-80% wagowych ciał stałych, aczkolwiek aż J-10% wagowych ciał stałych jest korzystne dla wydajnego przetwarzania i posługiwania się wrwiksioą w dostępnych urządzeniach laboratoryjnych.

Zawiesiną tą zasila się naczynie ciśnieniowe wyposażone w urządzenie do ciągłego mieszania. Można dodawać do zawiesiny w tym momencie modyfikatory kryształów, takie jak na przykład kwasy organiczne, o ile dodatek taki jest potrzebny, w celu stymulowania lub opóźniania krystalizacji albo w celu obniżenia temperatury prażenia. Po zamknięciu naczynia wprowadza się parę w celu doprowadzenia temperatury wewnętrznej do poziomu około 100°C do około 133°C przy odpowiednim ciśnieniu Niższa temperatura będzie w przybliżaniu praktycznym minimum, przy którym dwuwodziro siarczanu wapnia będzie krlcyoowrł do półwodzianu w racjonalnym czasie. Wyższa temperatura jest w pobliżu maksymalnej temperatury ^cynującego półwodzianu bez niepożądanego ryzyka wywołania w pewnym stopniu przekształcenia półwodzirnu siarczanu wapnia w stan bezwodny. W oparciu o prace wykonane dotychczas temperatura autoklawu jest korzystnie na powiomia około 990°C do 1J6°C.

Jeżeli zawiesinę przerabia się w tych warunkach w ciągu wystarczającego czasu, na przykład rzędu 1J minut, to dość wody opuści cząsteczkę dwuwodzianu siarczanu wapnia, który przekształci się w półwodwiao. Roztwór mieszany w sposób ciągły w celu zachowania cząstek w staóia zawiesmy będzie nawilżał i wnikał otwarte przestrzenie włókien macierzystych. Po osiągnięciu nasycenia roztworu półwodzian będzie zarodnikował i rozpocznie się tworzenie kryształów w, na i wokół pustych przestrzeni i wzdłuż ścianek włókien macierzystych.

Po zakończeniu przekształcania dwuwodzirou w półwodwiao można wprowadzić dowolne dodatki i przeładować zawiesinę do urządzenia odwadniającego, w którym usuwa się aż 40% wody zawartej w zawiasioia. Otrzymuje się placek filtracyjny zawierającej około 8J% wagowych wody. W tym etapie placek filtracyjny składa się z włókien drzewnych poprzeplatanych kryształami półwodzirnu siarczanu wapnia zdolnego do rehydratacji i może być połamany na pojedyncze włókna lub bryłki kompozytu, ukształtowany, odlany lub ściśnięty do postaci o wyższej gęstości. Jeżeli jest pożądane zabezpieczenie materiału kompozytowego w takim stania zdolności do rehydratacji do dalszego zastosowania, to konieczne jest szybkie wysuszenie, korzystnie w temperaturze około 46°C w celu usunięcia pozostałej wody wolnej zanim zacznie zachodzić hydratacja.

Alternatywnie odwodniony placek filtracyjny można bezpośrednio kształtować w produkt o wymaganym kształcie a następnie ponownie nawodnić do stanu zestalonej masy kompozytu dwuwodzianu siarczanu wapnia i włókien drzewnych. W celu wykonania tego zabiegu temperaturę ukształtowanego placka filtracyjnego doprowadza się do około 44°C. Chociaż usunięcia większości wody w etapie ndwadoiroia będzie przyczyniało się do znacznego obniżenia temperatury placka filtracyjnego, to w celu osiągnięcia w racjonalnym okresie czasu wymaganej temperatury może być knniaczoe dodatkowe chłndzenia zewnętrzne.

W zależności od substancji przyspieszających, opóźniających, modyfikujących kryształy lub od innych dodatków wprowadzonych do zawiesiny uwodniaoie może trwać od zaladwia kilku minut do 1 godziny lub dłuższego czasu. Z powodu przeplatania iglastych kryształów półwodziaou z włóknami drzewnymi i usunięcia większości ciekłego nośnika z placka filtracyjnego, migracja siarczanu wapnia jest odwracana, czyli opuszcza on jednorodny kompozyt. Ponowne uwodoienia powoduje rekrystalizację półwodwirou w dwuwodzian wewnątrz i wokół pustych przestrzeni oraz, na i wokół włókien drzewnych, dzięki czemu jednorodność kompozytu zostaje zapewniona. Wzrost kryształów również łączy kryształy siarczanu wapnia z sąsiadującymi włóknami tworząc masę całkowicie krystaliczną o poprawionej wytrzymałości dzięki wzmocnieniu włóknami drzewnymi.

167 783

Zanim uwodnienie jest zakończone wskazane jest szybkie wysuszenie masy kompozytowej w celu usunięcia pozostałej, wolnej wody. W przeciwnym wypadku higroskopijne włókna drzewne mają skłonność do utrzymywania się a nawet do pochłaniania niepołączonej wody, która później będzie parowała. Jeżeli powłoka z siarczanu wapnia stężeje całkowicie przed usunięciem nadmiaru wody, to włókna mogą skurczyć się i odstawać od gipsu gdy niepołączona woda odparowuje. Dlatego w celu uzyskania optymalnych wyników korzystne jest usunięcie tak dalece jak to jest możliwe nadmiaru wolnej wody z masy kompozytowej zanim temperatura spadnie poniżej poziomu, przy którym zaczyna się uwadnianie.

Gdy w końcu stężeje, unikatowy materiał kompozytowy wykazuje właściwości posiadane przez oba jego składniki. Włókna drzewne zwiększają wytrzymałość, zwłaszcza wytrzymałość na zginanie podłoża gipsowego, natomiast gips działajako powłoka i spoiwo do ochrony włókna drzewnego, nadaje odporność przeciwogniową i ogranicza pęcznienie pod wpływem wilgoci.

Jednym ze szczególnie użytecznych zastosowań kompozytu gips/włókno drzewne omówionych wyżej jest produkcja płyt ściennych. Sposób wytwarzania kompozytowych płyt ściennych zilustrowano schematycznie na fig. 2.

Tak jak w podstawowym procesie z fig. 1 doprowadzane materiały obejmują cząstki niekalcynowanego gipsu, oczyszczone włókno celulozowe, korzystnie włókno drzewne i wodę. Gips i włókno drzewne miesza się w odpowiednich stosunkach od około 5 do 1 i do otrzymanej mieszanki dodaje się dostateczną ilość wody, żeby otrzymać zawiesinę, która korzystnie zawiera około 5-10%c ciał stałych. Zawiesinę tę przerabia się w autoklawie parowym, w temperaturze korzystnie pomiędzy około 140°C i 152°C przy autogenicznym ciśnieniu, w ciągu odpowiedniego czasu, aby przekształcić cały gips we włóknisty α -półwodzian siarczanu wapnia. Zawiesinę tę korzystnie miesza się w sposób ciągły, żeby połamać grudki włókien i utrzymać materiały w zawiesinie podczas trwania konwersji.

I znów, podczas operacji autoklawowania, uważa się, że rozpuszczony siarczan wapnia wnika do pustych przestrzeni we włóknach drzewnych a następnie wytrąca się w nich jako iglaste kryształy półwodzianu na lub wokół pustych przestrzeni i powierzchni włókien drzewnych. Po zakończeniu konwersji wprowadza się potrzebne dodatki i zawiesinę przenosi się do przenośnika odwadniającego. W miarę jak woda jest usuwana w takim stopniu jak to możliwe, temperatura zawiesiny produktu nadal pozostaje wysoka. Po odwodnieniu, ale przed spadkiem temperatury poniżej temperatury dehydratacji, placek filtracyjny ściska się przez kilka minut na mokro w celu dalszego obniżenia zawartości wody i otrzymania produktu końcowego o wymaganej grubości i/lub gęstości. I znów przez zewnętrzne chłodzenie, o ile jest potrzebne, temperaturę placka filtracyjnego obniża się do około 49°C, tak aby mogła nastąpić rehydratacja, która powoduje rekrystalizację gipsu na miejscu, spajając włókna drzewne. Ściśniętą płytę suszy się następnie szybko w temperaturze pomiędzy około 43°C i 52°C, korzystnie około 49°C. Stężałą i wysuszoną płytę tnie się i wykańcza w inny sposób do wymaganej formy.

W przypadku kiedy potrzebne jest nadanie płycie specjalnego wykończenia, opisany wyżej proces można zmodyfikować przez uzupełnienie, dodatkowym etapem. Na przykład można łatwo przewidzieć, że do zawiesiny produktu można dodać suchy, zmielony dwuwodzian podczas wyładowywania jej z autoklawu, albo przez rozsypywanie go nad ciepłą zawiesiną w czasie rozmieszczania jej na przenośniku odwadniającym, bądź też przez rozsypywanie go na tworzącym się placku filtracyjnym zanim zostanie całkowicie odwodniony w celu uzyskania gładszej ojaśniejszym zabarwieniu i/lub bogatej w gips powierzchni gotowej płyty. Szczególna tekstura powierzchni może być nadana plackowi filtracyjnemu w operacji ściskania na mokro, przy czym otrzymany produkt końcowy zachowuje tę teksturę. Po etapie ściskania na mokro i ewentualnie po końcowym suszeniu można zastosować laminowanie lub powlekanie powierzchni. W każdym razie fachowiec może wprowadzić wiele dodatkowych modyfikacji procesu.

Oczekiwaną, dodatkową cechą procesu prowadzonego sposobem według wynalazku jest to, że ponieważ produkt jest zasadniczo odwodnioną, bezpapierową płytą, to energia konieczna do suszenia będzie znacznie mniejsza niż ta, którą należy zużyć do wytwarzania porównywalnej, znanej okładziny tynkowej.

Cztery próbki materiału kompozytowego podanego w tabeli 1 wykonano w 4 różnych szarżach opisanego wyżej procesu prowadzonego metodą okresową. W każdym przypadku

167 783 wprowadzany niekalcynowany gips miał cząstki o uziarnieniu w 29-96% minus 100 mesh a cząstki macierzyste były z oczyszczanej termomechanicznie sosnowej pulpy drzewnej

Wszystkie 4 próbki, A, B, Ci D, prasowano następnie na próbki płyt. Prasowanie odwadnianej zawiesiny w celu otrzymania próbek płyt przeprowadzano przez stopniowe zwiększanie ciśnienia do 329, 707, 1187, 1660, 2133 i 2607 KPa w odstępach 30 sekundowych. Jednak próbka A była ściskana tylko przez 1 i 1/2 minuty do maksymalnego ciśnienia 1187 KPa. W wyniku tego temperatura próbki A była dość wysoka, żeby schnięcie nastąpiło przed ponownym uwodnieniem, więc próbka A, zgodnie z badaniem składała się w głównej mierze z półwodzianu.

Z drugiej strony próbki B, C i D ściskano pełne 3 minuty a następnie pozwolono na pełne uwodnienie do dwuwodzianu. Pomiary gęstości i MOR (moduł wytrzymałości na zginanie) były wykonywane dla 2 próbek z każdej pobranej próbki i średnie z 2 pomiarów przedstawione są w tabeli 1 Gęstość była określana przez podzielenie zmierzonej wagi przez zmierzoną objętość, podczas gdy MOR określano metodą zgodnie z ASTM D1037.

Tabela 1

Próbka	Ciało stale	Woda	Tempeaatuaa kalcynowania °C	Ciśnienia czas (min)	Uwodnienie	Grubość (cm)	3 Gęstość (g/cm')	n C CJ ©0 & O s
% wagowy w całos'ci	włókno drzewne	1 % wagowy w całości	% wagowy w całości zawiesiny	czaa po prasowaniu (min)
A	83,3%	16,7%	89,3	136	1-1/2	0	1,747	0,62	27,84
B	83,3%	16,7%	89,3	140	3	60	2,098	0,72	67,98
C	83,3%	16,7%	94,3	146	3	60	2,845	0,76	59,12
D	89,9%	10,1%	92,2	146	3	60	1417	0,91	69,17

Dane w tabeli 1 wykazują, że płytka kompozytowa gips/włókno drzewne może być wykonane w szerokim zakresie gęstości. W rzeczywistości, próbki wykonane w warunkach laboratoryjnych pod względem gęstości można uszeregować od około 0,42 g/cm³ do około 0,96 g/cm'3. Porównanie pomiarów MOR z odpowiadającą gęstością z tabeli 1 również zasadniczo potwierdza konkluzję z innych doświadczeń laboratoryjnych, że wytrzymałość płyt kompozytowych waha się w pewnym stopniu proporcjonalnie do gęstości. Wydaje się, że niska wytrzymałość próbki C jest prawdopodobnie przypisywana trudnościom w manipulowaniu bardziej rozcieńczoną zawiesiną w nieoczyszczonych aparatach laboratoryjnych.

W celu dania jakiejś perspektywy w ocenie płyty kompozytowej według wynalazku, próbkę B porównano z reprezentatywną próbką konwencjonalnej płyty tynkowej, płyty pilśniowej i dostępnej w handlu kombinowanej płyty gips/włókno, z których kilka, jak pokazano, były wykonane sposobami przedyskutowanymi w stanie techniki niniejszego opisu. Celem tego porównania jest wyłącznie oznaczenie nowej kompozytowej płyty wewnątrz środowiska konkurencyjnych płytowych produktów. Ponieważ specyficzne właściwości mogą być zmieniane, nawet wewnątrz danych typów płyt albo próbek, recenzent nie powinien pokusić się o wyraźnie przedstawienie zdecydowanych wniosków. Uwaga końcowa: z wyjątkiem miejsc zaznaczonych gwiazdką wszystkie dane podane w tabeli 2 zostały uzyskane na podstawie rzeczywiście przeprowadzonych badań laboratoryjnych. Wyjątki oznaczone gwiazdką stanowią dane z dostępnej literatury.

167 783

Tabela 2

Przykład	Opis	Grubość (cm)	Gęstoćc (g/cm )	Cięza- (lbs/msf)	MOR kg/cm2	Wyciąganie gwoździ (lbs/F)	i- Odpoinoćc na palenle się (P^lnoćc - klasa)
B	Wynalazek (17% włókna drzewnego, 83% gipsu)	2,098	0,72	3103	67,88	25,3	Klasa I
D	Płyta tynkowa (rdzeń gipsowy, wykończenie papierowe)	1,287	0,66	1724	MD 65,52 CD 21,58	3,0	Klasa I
E	Gipsowa płyta	1,,587	* 0,78	2535*	MD 47,24 CD 15,75		Klasa I
F	Płyta pilśniowa (obita)	1,405	0,27	788	MD 31,64	5,5	Klasa III lub Klasa IV
G	Gęste środowisko Płyta pilśniowa	1,27 nominalny	0,79	2067	401,97	NA	Klasa III/IV
H	Sklejka	1,27 nominalny	0,60	1468	303,62		Klasa III
I	Stan techniki Sposób C (sztukateria/wióry drzewne)	1,:285	1,12	2953	81,06	32-100	Klasa I
J	Stan techniki Proces B (Włókno papierowe/Sztukateria)	0,619 ** 1,212	1,13 0,95	1433 2209	NA. N.A.	50-60 40-45	NA.
K	Stan techniki Proces A (Papier/sztukateria)	1,267	1,21	3146	74,66	42-70	N.A

MD = kierunek podłużny CD = kierunek poprzeczny zawiera perlit

Z danych podanych w tabeli 2 można poczynić pewne obserwacje ogólne, a w szczególności, porównując gęstość i MOR, nowa płyta kompozytowa gips/włókno drzewne zapewnia MOR w granicach dopuszczalnych w wysokich konstrukcjach budowlanych o niższych gęstościach niż konkurencyjne płyty pilśniowe, gipsowe. Można zauważyć także, że nowa płyta kompozytowa zapewni dobre wyniki w ochronie przeciwpożarowej (wysoce prawdopodobna będzie klasa I), czego nie mogą zapewnić płyty pilśniowe drewniane, ajednocześnie zapewniają one jednorodnie wysoką wytrzymałość we wszystkich kierunkach, a szczególnie zwiększoną wytrzymałość jeżeli chodzi o wyciąganie gwoździ, a szczególnie płyta tynkowa klasy I. Chociaż nie znajduje to odbicia w danych tabeli 2 oczekuje się, że nowa płyta kompozytowa będzie miała niższą cenę niż produkty najbardziej konkurencyjne. Podczas gdy oczekuje się, że cena jej będzie wyższa niż stosunkowo taniej płyty tynkowej i niższa niż pilśniowych płyt drewnianych oczekuje się, że jej produkcja będzie mniej kosztowna niż innych złożonych płyt gipsowo/pilśniowych.

167 783

Mikrografie wykonane skaningowym mikroskopem elektronowym (SEM) stanowiące fig 3-10 zostały przedstawione dla wykazania cech znamiennych unikalnego kompozytu wyprodukowanego według wynalazku. Fig. 3 przedstawia małe skupisko, wiązkę lub wiązkę odsłoniętych włókien drzewnych takiego rodzaju jaki jest używany jako cząstka macierzysta w próbkach nowego materiału kompozytowego. Obserwator zwróci uwagę na wysoką efektywność i nieregularny układ przestrzenny tych włókien drzewnych. Sprawia to, że stanowić one mogą korzystny materiał na cząstkę macierzystą. Na fig. 4 przedstawiona została podobna mała wiązka włókien drzewnych tego samego rodzaju po jej powiązaniu z gipsem według wynalazku Wydaje się, że włókna są o większych rozmiarach i stosunkowo równo obłożone gipsem. Figura 5 przedstawia wyizolowaną kępkę włókna drzewnego, tego samego typu co na fig. 3 w powiększonym przekroju poprzecznym. Fotografia ujawnia, ze włókno drzewne, lub cząstka macierzysta jest często rzeczywiście dużą ilością powiązanych razem pojedynczych włókien niewypełnionych. Na tej fotografii (kępka) włókno drzewne zostało nieco ściśnięte. Niemniej przedstawia ona typowe puste nie wypełnione rdzenie, lub puste miejsca (wgłębienia) w takich cząstkach. Figura 6 przedstawia podobny powiększony przekrój poprzeczny macierzystego włókna drzewnego, które zostało poddane sposobowi według wynalazku. Na tym zdjęciu łatwo zauważalne są iglaste kryształy gipsu, które powstały wewnątrz wgłębień pojedynczych włókien a także wokół końcówek i powierzchni zewnętrznej cząstki macierzystej. Figura 7 przedstawia powierzchnię macierzystego włókna drzewnego i parę otworów powierzchniowych lub wgłębień we włóknie, a także parę niewielkich kryształów półwodzianu, szczególnie należy zauważyć zaznaczony literą X, który na późniejszej powiększonej fotografii na fig. 8 został jasno pokazany jako wyrastający z jednego z otworów we włóknie macierzystym.

W celu porównania homogenicznego materiału kompozytowego wytworzonego według wynalazku z materiałami wytworzonymi heterogennie według znanych procesów wytwórczych gipsowej płyty pilśniowej. Fig. 9(a) do fig.(f) włącznie przedstawiają serię fotografii (wykonanych przy wzrastającym powiększeniu) przekroju poprzecznego materiału kompozytowego według wynalazku. Patrząc na fig. 9(a) wydaje się że wióry drzewne wyróżniają się z otaczającej masy gipsowej. A patrząc ponownie na fig. 9(b) wydaje się, że gips jest masą amorficzną z wiórem drzewnym wtopionym w nim jak cząstka wypełniająca. Przeglądając po kolei 9(c) do 9(f), uwagę przyciąga pojedynczy wiór drzewny, (wykazany jako Y). Czyniąc to staje się bardziej jasnym, że masa gipsowa odróżnia się od osadzonego wióra drzewnego. Ostatecznie, odnosząc się w szczególności do fig. 9(f) zwraca się uwagę na nieobecność jakiejkolwiek masy gipsowej w otwartych komórkach. Patrząc na fig. 10(a) i 10(b) widocznajest bardziej homogenna struktura nowego materiału kompozytowego; rozróżnialne kryształy gipsu zbite wokół i dołączone do różnych włókien drzewnych. Patrząc po kolei na fig. 10(c) do 10(e) uwagę przyciąga para włókien drzewnych i liczne kryształy gipsowe powstałe na i wokół końców a także wewnątrz pustych rdzeni tamtych włókien drzewnych.

Jak zostało jasno pokazane na fotografiach, kiedy włókna drzewne i gips są obrabiane zgodnie z wynalazkiem poprzez kalcynację gipsu w rozcieńczonej zawiesinie, pod ciśnieniem, przy obecności macierzystych włókien drzewnych i przy znacznym odwodnieniu zawiesiny przed rehydratacją gipsu, gips może być rekrystalizowny wewnątrz i wokół pustych miejsc i związany z nimi (zablokowany tam) w celu zapewnienia powstania kompozytu synergistycznego o korzystnych cechach. Powstający materiał kompozytowy został przedstawiony w celu wykazania poszczególnych cech pozytywnych płyty ściennej.

Pomimo tego, ze wynalazek został omówiony w powiązaniu z poszczególnymi ilustrującymi przykładami wykonania, innymi przykładami, modyfikacjami, zmianami i udoskonaleniami procesu jego wytwarzania, a także innymi korzystnymi zastosowaniami wytworzonego materiału, niewątpliwie dla specjalisty będą one oczywiste, gdy tylko zapozna się z wynalazkiem w zastrzeżonej postaci.

167 783

FIG. I

(PÓŁWODZIAN) KOMPOZYT (DWUWODZIAN)

167 783

FIG 2

NIEKALCYNOWANY

GIPS

	WODA

MIESZANIE -MODYFIKATOR

KRYSZTAŁÓW

CZĄSTKI

MACIERZYSTE

, ZASILANIE ZAWIESINĄ

RECYKL.-s

OBROBKA

PLAST

CIECIE

PARA

AUTOKLAW

DODATKI (EWENTUALNI

ZAWIESIN^ WODA ' RECYRKULAFORMOWANIE^

MAT / ODWODNIENIE

PRASOWANIE NA MOKRO

REHYDRATACJA iobrobkaY

IPLASTYCZJ-«|NA/CiąCIE|

PŁYTA

KOMPOZYTOWA

SUSZENIE fOBROBKAl

-(PLASTYCZł |NA/CięCIE| —r-_ _Ł _

167 783

FIG.6

167 783

FIG.7

FIG.8

FIG.9a

FIG.9b

167 783

FIG.9f

167 783

FIG.IOb FIG.IOd

FIG.lOe

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz

Cena 1,50 zł

Claims (18)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Materiał kompozytowy, znamienny tym, ze zawiera cząstkę macierzystą z materiału wzmacniającego, mającą wgłębienia na swej powierzchni i/lub części swojej masy, oraz kryształy-a-półwodzianu siarczanu wapniowego, z której co najmniej część jest przekształcana in-situ wewnątrz lub wokół wgłębień cząstki macierzystej tworząc krystaliczną matrycę z siarczanu wapniowego związanego z cząstką macierzystą.
2. 2. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera cząstkę macierzystą w postaci ścinka, płatka lub włókna, korzystnie z substancji lignocelulozowej, takiej jak włókno drzewne.
3. 3. Materiał według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera kryształy a-półwodzianu siarczanu wapniowego składające się z kryształów iglastych.
4. 4. Materiał według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera 0,5-30% wagowych cząstek macierzystych w przeliczeniu na materiał kompozytowy.
5. 5. Materiał kompozytowy, znamienny tym, że zawiera kryształy półwodzianu wapniowego obejmujące gips, w postaci otrzymanych przez rehydratację iglastych kryształów a-półwodzianu, które zostały przekształcone in-situ wewnątrz lub wokół wgłębień cząstki macierzystej tworząc zasadniczo jednorodną masę, stanowiącą kryształy gipsu fizycznie związane z odrębnymi cząstkami macierzystymi materiału wzmacniającego.
6. 6. Materiał według zastrz. 5, znamienny tym, że zawiera 0,5-30% wagowych cząstek macierzystych w przeliczeniu na materiał kompozytowy.
7. 7. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego, znamienny tym, że w środowisku ciekłym gips kalcynuje się przez ogrzewanie pod ciśnieniem co sprzyja wzrostowi kryształów α-półwodzianu siarczanu wapniowego, przy czym w środowisku tym jest zawieszonych szereg cząstek macierzystych, z których każda ma wgłębienia na swej powierzchni lub w swej masie dające się przenikać przez to ciekłe środowisko.
8. 8. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego, znamienny tym, że zmielony gips miesza się z cząstkami macierzystymi z materiału wzmacniającego oraz z cieczą w ilości wystarczającej dla powstania rozcieńczonej zawiesiny zawierającej co najmniej 70% wagowych cieczy, kalcynuje się gips w obecności cząstek macierzystych przez ogrzewanie rozcieńczonej zawiesiny pod ciśnieniem, z wytworzeniem iglastych kryształów α-półwodzianu siarczanu wapniowego, po czym oddziela się przeważającą część cieczy od kalcynowanego gipsu i cząstek macierzystych przed rehydratacją półwodzianu do gipsu.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że zawiesinę podczas kalcynowania gipsu poddaje się ciągłemu mieszaniu z wytworzeniem kryształów półwodzianu, korzystnie podczas ogrzewania zawiesiny pod ciśnieniem aż do zakończenia się procesu kalcynowania gipsu.
10. 10. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego, znamienny tym, że zmielony gips miesza się z szeregiem cząstek macierzystych z wodą w ilości wystarczającej dla powstania zawiesiny, przy czym cząstki macierzyste są w zasadzie nierozpuszczalne w wodzie ale mają wgłębienia na powierzchni i/lub w swej masie, a ich masa daje się przenikać przez rozpuszczalnik zawiesiny zawierającej zawieszony i/lub rozpuszczony gips, a zawiesina ta jest wystarczająco rozcieńczona dla przeniknięcia we wgłębienia cząstek macierzystych przez rozpuszczalnik zawiesiny i sprzyja wzrostowi kryształów α-półwodzianu siarczanu wapniowego podczas ogrzewania pod ciśnieniem, po czym zawiesinę ogrzewa się pod ciśnieniem do temperatury wystarczającej do skalcynowania gipsu do α-półwodzianu siarczanu wapniowego, utrzymuje się zawiesinę ogrzewając pod ciśnieniem, przy czym pozwala aby cząstki siarczanu utworzyły zarodki i wytworzyły kryształy in-situ wewnątrz i wokół wgłębień w cząstkach macierzystych, zmniejsza się ciśnienie i odwadnia gorącą zawiesinę, suszy się odwodnione substancje stałe usuwając zasadniczo całą pozostałą niezwiązaną wodę, przy czym kryształy siarczanu wapniowego nadal fizycznie związane są z cząstkami macierzystymi.

    167 783
11. 11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że dodatkowo zawiesinę i odwodnione substancje stałe utrzymuje się w temperaturze wyższej od temperatury, w której półwodzian siarczanu wapniowego ulega rehydratacji do dwuwodzianu siarczanu wapniowego, przy czym temperaturę utrzymuje się do chwili gdy zasadniczo cała ilość pozostałej niezwiązanej wody zostanie usunięta w wyniku odwodnienia i wysuszenia, korzystnie temperaturę zawiesiny utrzymuje się powyżej 93°C, do chwili zasadniczego odwodnienia i wysuszenia.
12. 12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, ze odwodnione substancje stałe dodatkowo chłodzi się do temperatury niższej od temperatury, w której kryształy półwodzianu siarczanu wapniowego ulegają rehydratacji do dwuwodzianu siarczanu wapniowego i pozwala się by rehydratacja zaszła przed suszeniem odwodnionej masy dla usunięcia pozostałej niezwiązanej wody.
13. 13. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że gorącą zawiesinę dodatkowo odwadnia się z wytworzeniem placka filtracyjnego, po czym placek filtracyjny prasuje się na mokro i pozwala się by temperatura placka filtracyjnego spadła poniżej temperatury, w której półwodzian siarczanu wapniowego ulega rehydratacji do kryształów gipsu przed jego wysuszeniem.
14. 14. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, ze z gorącej zawiesiny dodatkowo formuje się matę, po zasadniczym odwodnieniu maty prasuje się ją na mokro dla ściśnięcia materiału dla zmniejszenia grubości i/lub zwiększenia gęstości, korzystnie następnie pozwala się by temperatura ściśniętego materiału spadła poniżej temperatury, w której siarczan wapniowy ulega rehydratacji do gipsu i pozwala się by taka hydratacja była kontynuowana aż do czasu gdy kryształy gipsu związane z cząstkami macierzystymi połączyły się z podobnymi kryształami dla utworzenia jednorodnej masy i następnie suszy się tę masę dla usunięcia pozostałej niezwiązanej wody.
15. 15. Sposób wytwarzania płyty kompozytowej, znamienny tym, że zmielony gips i cząstki macierzyste miesza się z wodą w ilości wystarczającej dla powstania zawiesiny, przy czym każda cząstka macierzysta ma wgłębienia na swej powierzchni lub w swej masie, które dają się przenikać przez rozpuszczalnik zawiesiny, zawierającej zawieszony i/lub rozpuszczony gips, a zawiesina ta jest wystarczająco rozcieńczona do wystarczającej wilgotności, przy której wgłębienia w cząstkach macierzystych dają się przenikać i ułatwia się tworzenie kryształów α-półwodzianu siarczanu wapniowego gdy ogrzewa się pod ciśnieniem, przy czym zawiesinę ogrzewa się w naczyniu ciśnieniowym podczas ciągłego mieszania do temperatury wystarczającej dla skalcynowania się gipsu do α-półwodzianu siarczanu wapniowego i utrzymuje się zawiesinę w takiej temperaturze do chwili gdy co najmniej część α-półwodzianu wykrystalizuje się wewnątrz i wokół wgłębień w cząstkach macierzystych, po czym gorącą zawiesinę wyładowuje się na porowatą powierzchnię formującą i usuwa się z niej zasadniczą część wody z wytworzeniem placka filtracyjnego, prasuje się placek filtracyjny dla wytworzenia płyty i usunięcia dodatkowej ilości wody zanim temperatura płyty spadnie poniżej temperatury, przy której półwodzian siarczanu wapniowego ulega rehydratacji do gipsu, płytę chłodzi się do temperatury poniżej temperatury rehydratacji i pozwala się żeby półwodzian siarczanu wapniowego uległ rehydratacji do gipsu i suszy się płytę dla usunięcia reszty niezwiązanej wody.
16. 16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że jako cząstki macierzyste stosuje się włókna drzewne, przy czym substancje stałe w zawiesinie zawierają 10-20% wagowych włókien drzewnych.
17. 17. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że stosuje się rozcieńczoną zawiesinę zawierającą co najmniej 40-95% wagowych wody, korzystnie 70-95% wagowych wody, a zawiesinę ogrzewa się w naczyniu ciśnieniowym do temperatury 140-152°C.
18. 18. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że gorącą zawiesinę utrzymuje się w temperaturze powyżej 93°C aż do chwili gdy zasadniczo odwodni się ją i sprasuje na mokro w płytę, korzystnie płytę formuje się przez prasowanie gorącego placka filtracyjnego i chłodzi się go do temperatury około 40°C aby zaszła rehydratacja półwodzianu siarczanu wapniowego przed jej końcowym wysuszeniem i korzystnie odwodniony placek filtracyjny prasuje się z wytworzeniem płyty, której gęstość po hydratacji i wysuszeniu wynosi 0,64-0,80 g/cm³.

    167 783