TW200422275A - Durable medium-density fibre cement composite - Google Patents

Description

200422275 ⑴ 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於以纖維強化的水泥產品，及爲特定目的 改變那些產品特性的方法。 【先前技術】 整篇說明書對先前技藝的任何討論應該絕不能被視爲 允許其在此領域中該先前技藝已廣爲熟知或構成一般普遍 知識的一部份。 通常，纖維強化的複合物依其密度可分爲三類。 高密度強化的複合物具有密度範圍在1 .6以上至約 1 .9 g/cm3。可用習用的方式製造這些複合物，包括將纖維 纏結、聚集泥漿狀細絲並脫水，例如用亥氏（Hats chek ) 方法，接著以達30 MPa的壓力壓縮至想要的厚度。 該高密度FRC材料具有高的結構性強度、高的勁度 及平滑的最後處理。高密度產品特別令人喜歡的優點之一 爲他們能夠抵抗水汽進入，因而在使用時維持如出廠的物 理或化學特性。 然而’不幸的是許多該高密度FRC產品缺乏良好的 可操作性、可釘牢性，且難以刻痕及折斷。在製造技術中 也伴隨高的資本及維護成本。 密度自約1.2至1.6 g/cm3的中密度FRC產品克服了 上述的一些困難。雖然它們通常是以習用的方式製造，例 如亥氏方法，它們也可以用比高密度FRC產品更低的成 (2) (2)200422275 本製造，並具有增進的可使用性，亦即可操作性、刻痕一 折斷、可釘牢性，並對大多數的應用提供足夠的結構性強 度及勁度。再者，它們在使用成效上常可被接受。 然而，習用的中密度FRC產品通常不會有與高密度 產品相同的抵抗水汽進入的水準及維持使用成效的能力。 再者，若無外加塗佈及/或以砂拋光，它們可能無法提供 如高密度產品上所製得的平坦滑順表面。 密度約〇·8至1.1 g/cm3的低密度纖維強化複合物也 是以習用的方式製造，例如亥氏，且通常含有密度改質劑 〇 這些低密度產品因爲它們的低密度而具有優異的可使 用性，亦即可操作性、刻痕及折斷、可釘牢性。它們提供 可接受的使用成效，並具有足夠的勁度。 然而，該低密度產品通常具有較低的結構性強度與勁 度’維持使用時的物理及化學特性的能力通常較低，且仍 須再次增進表面的平坦性。由於大部分的低密度纖維強化 複合物的專門配方，它們需要以相當高的成本製造。 因此，熟悉此技藝者應可發現若能改變中或低密度產 品的特性，使它們維持其有利的特性，例如相當低成本的 可使用性等，但能增進其他特性，例如能夠維持出廠的特 性、抵抗水汽進入、結構性強度及勁度與表面平坦性，將 會是很有用的。 要在極端的氣候條件下獲得成效是特別困難的領域。 例如，在許多地理位置中，FRC產品在其壽命中會遭遇太 -6- (3) (3)200422275 多的冷凍/解凍循環。一些習用所製的中密度FRC材料當 暴露在冷凍/解凍循環時，可能遭遇分層、軟化或碎裂。 缺乏出廠的物理或化學特性也可能是內在因子所引起 ’諸如與材料異質性有關的缺陷，如空氣穴 '組成份的分 離。就纖維強化的複合物材料而言，諸如在基質纖維界面 與纖維突起之間的不良黏結的缺陷會招致該材料更易損失 耐久性。 本發明的目標爲克服或改善先前技藝的至少一項缺點 ，或提供有效的替代選擇。 【發明內容】 在第一個觀點中，改變低或中密度FRC產品特性的 方法含有使低或中密度FRC產品具有預定的孔隙尺寸分 佈’以使該分佈的特別關鍵區域中，其孔隙體積實際上等 於或小於習用高密度FRC產品各別的關鍵區域的孔隙體 積。 在較佳具體實例中，是以化學改質、物理改質或化學 與物理改質的組合獲得預定的孔隙尺寸分佈。 在另一觀點中，獲得孔隙尺寸分佈係藉由將預定量的 孔隙改質成份加入似水泥的配方中。在具體實例中，孔隙 改質成份包括以撥水劑處理的木質纖維素纖維，以及如矽 膠燻煙的微細矽質材料。 或是在該孔隙尺寸分佈的化學改變之外，低或中密度 FRC產品也可進行輕度擠壓，以提供所需預定的孔隙尺寸 (4) (4)200422275 分佈。施於低或中密度FRC產品的壓力要足以提供所需 預定的孔隙尺寸分佈，且提供的密度不大於約1 . 6克/立 方公分。較佳的是’所得的FRC產品的密度在約1.1及 1 ·55克/立方公分之間。 本申請者已發現藉由控制所得產品的孔隙尺寸分佈， 可改變低或中密度FRC產品特性的範圍。他們也發現並 不需要控制整個孔隙尺寸分佈，而是控制關鍵區域的分佈 ’例如在1至1 0微米平均孔徑尺寸的範圍內以及1 〇至 1 〇 〇微米平均孔徑尺寸的範圍內。這些範圍有時是指纖維 孔隙及空氣孔隙區域，對所得的低或中密度FRC產品某 些-特性相當關鍵。申請者已發現可在這些關鍵區域提供不 大於相當的習用高密度FRC產品的孔隙尺寸範圍約150% ，而仍然維持低或中密度，亦即密度低於約1 .6 g/cm3。 所得的產品比習用的材料具有增進的特性，且特別是 在冷凍/解凍環境中具有增進的耐用性。 在較佳具體實例中，獲得的預定孔隙尺寸分佈可使 FRC產品具增進的冷凍/解凍的耐用性。 在其他具體實例中，獲得的預定孔隙尺寸分佈可使 F R C產品減少碳酸化或差別碳酸化的傾向。 在更進一步的觀點中，本發明提供製造低或中密度 FRC產品的方法，含有步驟爲： 1 ) 提供低或中密度產品的配方； ii ) 由該配方製造胚體； i i i ) 固化該胚體，以製造該產品； -8- (5) 200422275 其中在步驟iii)之前 〇 在配方中加入孔隙尺寸改質劑，及/或 b ) 成形胚體進行輕度擠壓 使產品的孔隙體積比產自步驟i )至i i i )習用的產品 更低，而維持密度不大於約1.6 g/cm3。

在更進一步的具體實例中，上述的步驟i )可分階段 進行。可製備中密度產品的配方及加入密度改質劑，以降 低配方的密度爲1 · 1至1 .55克/立方公分以下。然後以步 驟（b )的輕度擠壓，使產品回到約1 · 1至κ 5 5克/立方公 分的中密度範圍。 在更進一步的觀點中，本發明提供一種改變低或中密 度FRC物品特性的方法，其含有調整物品的孔隙尺寸分 佈，使在特定的孔隙尺寸範圍，總孔隙體積不大於相當的 習用高密度FRC產品的孔隙尺寸範圍的孔隙體積的約 15 0%。

本發明也提供似水泥產品，其含有以纖維強化的水泥 所構成的主體，且具有密度不大於約1.6 g/cm3，其中產 品具有預定的孔隙尺寸分佈，使在該分佈的特定關鍵區域 中，其孔隙體積實際上等於或小於習用高密度FRC產品 各別的關鍵區域的孔隙體積。 【實施方式】 纖維強化水泥一般含有： i ) 諸如波特蘭水泥的黏結劑，其製備例如爲在爐渣 -9- (6) (6)200422275 中加入諸如硫酸鈣（石膏）的固化改質劑，而爐渣的製備 爲以氧化鐵、石英岩、黏土及石灰（CaO )的組成，於高 溫下燃燒，然後硏磨此混合物。波特蘭水泥的實例包括早 強度（early strength )的波特蘭水泥、超高早強度的波特 蘭水泥、中度放熱的波特蘭水泥、抵抗硫酸鹽的波特蘭水 泥、及白色波特蘭水泥。此外，除了波特蘭水泥以外的黏 結劑實例包括高爐水泥、矽膠水泥、飛灰水泥及礬土水泥 。範圍：約總重的1 0 %至6 0 %，較佳約2 0 %至5 0 %，最佳 約 3 0%至 4 0%。 ii ) 火山灰材料：人工的火山灰材料（非晶形與結 晶二者）包括矽膠燻煙、微矽膠、變質高嶺土、磨成顆粒 的高爐渣及飛灰。其他天然產生的材料當仔細區分時，已 被指爲火山灰的包括浮石、珍珠岩、矽藻土、凝灰岩、火 山土等。 iii) 砂質材料（較佳爲結晶），砂質材料的含量可 爲自約10-80重量％，較佳約30-70重量％，較佳約4〇-6 5 重量％。雖然非晶形的矽膠也適用，但較佳的矽質材料爲 硏磨的砂（亦稱爲矽膠）或細石英。較佳的是砂質材料具 有的平均粒徑約1-50微米，更佳爲約20-3 0微米。 iv ) 強化纖維：適當的纖維材料能夠製造纖維強化 產品者包括：纖維素諸如軟木及硬木纖維素纖維、非木質 纖維素纖維、石綿、礦物棉、鋼纖維，合成聚合物諸如聚 酿胺、聚醋、聚丙嫌、聚两燒腈、聚丙嫌醯胺、黏膠、尼 龍、PVC、PVA、嫘縈、玻璃、陶瓷或碳。（植物、陶瓷 -10- (7) (7)200422275 或聚合物）範圍在複合物固體總重的約0.1 %至15 %之間 ’較佳約5%至12%，最佳約7%至9%。較佳的是強化纖 維含有的纖維素其爲來自多種來源的未精製/未成纖維或 精製/成纖維的纖維素漿，包括但不限於漂白、未漂白、 半漂白纖維素漿。纖維素漿可用軟木、硬木農業粗材料、 回收的廢紙或任何其他形式的木質纖維素材料所製。纖維 素纖維可用多種製漿方法製造。在製漿方法中，木頭或其 他纖維素纖維粗材料諸如紅麻、麥桿、及竹子等，可用將 木質纖維材料結構內的黏結破壞的機構，將纖維質量縮減 ’此工作可用化學、機械、熱、生物、或這些處理的組合 加以進行。當使用纖維素纖維時，其自由性（freeness ) 的程度較佳精製至約0及8 0 0加拿大標準自由性之間，更 佳約 2 0 0 - 5 0 0 C S F。 v) 其他添加劑/塡充劑：FRC複合物可含有其他添 加劑約0-40重量％作爲塡充劑，諸如礦物的氧化物、氫氧 化物及黏土、金屬的氧化物及氫氧化物、防火劑諸如菱鎂 礦、增厚劑、染色劑、色素、水封劑、減水劑、完成速率 (setting rate )改質劑、硬化劑、助濾劑、塑化劑、分散 劑、發泡劑或混凝劑、防水劑、密度改質劑或其他方法的 助劑。 本發明較佳具體實例揭示的纖維水泥複合物的製造可 用許多任何習用方法，諸如亥氏薄片方法產生的水生漿液 製造。 製造之後，胚體可預固化一段短時間，較佳至約80 -11 - (8) (8)200422275 小時及最高溫度達約60 °C與高濕度下，然後其可依據以 下固化方法之一種或多種加以固化： 空氣固化：最高溫度達約6(TC與高濕度。 蒸汽固化：較佳在蒸汽環境下最高溫度達約90 °C與 大氣壓下持續約3至3 0小時，最佳小於約24小時。 壓力鍋處理，較佳在約1 2 0至2 0 〇 °C的蒸汽加壓容器 中持續約3至3 0小時，最佳小於約24小時。 固化所選的時間長度與溫度視配方、製造方法與物品 的形式而定。 含有習用高密度FRC複合物在製造之後及固化之前 ，產品以高壓進行擠壓步驟，亦即對製造的物品施用達約 3 0 MPa，以獲得所要的厚度及密度。該擠壓是要降低孔隙 度、水進入量最小化、強化薄層間的黏結並增加層分離的 抵抗力。 圖1爲冷凍/解凍循環測試圖，比較習用擠壓纖維水 泥複合物與未擠壓纖維水泥複合物。可看出與習用高密度 擠壓纖維複合物在其喪失層之間的黏結至相同程度之前， 仍可耐8 0次循環，而未擠壓複合物明顯表現更快的薄層 間黏結的劣化（在10次循環後掉至0.70 MPa以下）。 習用擠壓與未擠壓纖維水泥複合物的孔隙尺寸分佈如 圖2所示。 孔隙尺寸分佈可分爲以下5個群組： i ) 空氣孔隙（1 0 0 -1 〇微米）。這些是關於因不良 堆積、纖維突起、脫水等所造成的大孔隙。有時它們簡稱 -12- (9) (9)200422275 爲裂縫或層間孔隙。 Π ) 纖維孔隙（1〇-1微米）。這些是關於源自木質 纖維素的纖維，特別是因爲它們的管狀結構及像麥桿的形 狀。 iii ) 中孔隙（卜〇·1微米）。 IV ) 毛細孔隙（0.1-0.01微米）。這些是關於基質 中的自由水消失後所造成的孔隙。 V ) 膠凝孔隙（0.0卜0.001微米）。這些孔隙是關於 水泥或黏結劑微孔，尺寸相當小且難以改質。 申請者假設纖維水泥複合物的特性、特別是在極端的 氣候條件下的耐久性及可使用性可能與所得物品中的孔隙 尺寸分佈有關聯，最特別是與孔隙尺寸分佈在100-10微 米尺寸範圍（空氣孔隙）及10-1微米尺寸範圍（纖維孔 隙）。對於在極端氣候條件下表現出良好的耐久性及可使 用性的先前技藝的纖維水泥複合物檢驗中，發現確定在重 要的空氣孔隙（100-10微米）及纖維孔隙（10-1微米） 的範圍內有相當低的孔隙體積。如前所述，先前以高壓擠 壓的技術，使用合成的聚合纖維或添加多量微矽膠以降低 這些範圍內的孔隙體積，已證實爲昂貴或可使用性會降低 〇 可使用性通常定義爲容易運輸、操作、以刻痕切割及 折斷、固定例如用釘子、及設置FC複合物。通常可使用 性與密度成反相關，亦即具有較低密度的複合物通常比更 高密度者有增進的可使用性。 -13- (10) (10)200422275 然而，耐久性通常直接與密度成正比’亦即高密度複 合物比較低密度者表現較佳的可使用性。耐久性通常視爲 纖維水泥複合物抵抗無法使用及在瑕疵（層分開或裂縫） 的存在下或其他形式的損壞或劣化下，於特定環境條件下 持續使用一段特定時間的能力。該劣化系統包括循環的冷 凍/解凍或熱/雨、早熟的陳化、微生物或化學性侵襲。 因此，對熟悉本技藝者應很淸楚可使用性及耐久性的 屬性無法以簡單的先前技藝調整密度的機構而達成。更確 切地說，本申請者的目標是提供具良好耐久性及可使用性 的FC複合物，藉由改變至少在重要分佈區域的孔隙尺寸 分佈，而維持密度低於約1 .6 g/cm3。 實例1 -輕度擠壓中密度複合物 在第一具體實例中，以二階段製造中密度複合物產品 。第一階段包含將密度改質劑施用在習用的中密度FRC 配方，使密度下降至低密度範圍，亦即約 0.8至1.1 g/cm3，藉以獲得增進的張力釋放行爲及可使用性。

在此具體實例中，密度改質劑爲微球，但也可使用其 他的密度改質劑。微球爲天然、合成或副產物。材料可爲 結晶，但更通常爲非晶形或玻璃。一種較佳的微球類型稱 爲同球（ceno sphere )的中空陶瓷微球。同球爲煤灰副產 物，通常以懸浮方法自飛灰中分離，球自沈澱池、塘或湖 浮出至水表面。微球例如可得自名爲Extendospheres、 Recyclospheres 及 Zeeospheres ，及得自諸如 PQ -14- (11) (11)200422275

Corporation of Chattanooga, Tenn.、Zeelan Industries I n c. / 3 M of St. Paul, Minn ' Sphere Services, Inc. of Oak Ridge，Tenn.的供應商。微球一般具有的粒徑範圍自約12 至3 00微米，其平均粒徑範圍自約80至120微米。‘當然 這些尺寸在樣品間會有不同。較佳的微球通常含有約 62%-65%矽膠（Si02 )、約 23%-2 6%氧化鋁（八1203 )及 約 3.0%至4.0%氧化鐵 （Fe203 )。範圍：約總重的1 % 至3 0 %，較佳約2 %至2 0 %，最佳約5 %至1 5 %。其他使用 微球調配纖維水泥複合物的實例可見於2 0 0 1年3月9曰 提出的U.S·申請案No· 09/8 03,45 6，標題爲「具低密度添 加劑的纖維水泥建構的材料」，其全部內容以提及的方式 倂入本文。 以任何習用方法使用密度改質配方的水生漿液製造纖 維水泥複合物。在此實例及以下的討論中，使用亥氏薄層 方法，其中施用此配方的薄層，以建構所要產物的厚度。 在此階段，FC複合物仍在低至中密度範圍，即約〇· 8至 約 1 · 2 〇 然後將所得的F C複合物加以輕度擠壓，使複合物緻 密至密度在中密度範圍，即達約1 ·6 g/cm3 p如此可獲得 增進的層分開及水滲透的抵抗性。 然而，應該瞭解的是此輕度擠壓不等於先前技藝的高 壓擠壓。依據本發明的具體實例，實施密度改質劑的含量 及擠壓程度提供所要的孔隙尺寸分佈，而仍維持密度低於 約1 .6 g/cm3。如上所討論，先前技藝中的習用高密度fc -15- (12) (12)200422275 複合物施用壓力，以獲得密度超過約1.6 g/cm3。此習用 的技術會增進耐久性，但實際上會降低可使用性。申請者 已發現從低密度配方開始並施用輕度擠壓以製造中密度複 合物，可能可增進FC複合物包括耐久性及可使用性的不 同特性。 依據本發明的具體實例，輕度擠壓的方法可分出三種 參數，即i )最大施用壓力一在約5及40 Mpa之間，較 佳約10至30且最佳約15至20 Mpa; ii)上升循環—在 約1 〇及4 0分鍾之間，較佳約1 5至3 5且最佳約2 0至30 分鍾；以及iii )持平循環一在約15及30分鍾之間，較 佳約1 0至2 0且最佳約5至1 0分鍾。 在擠壓後，將胚體先固化一段短時間，較佳達約8 0 小時及最高溫度達約60 °C與高濕度下，再以壓力鍋處理 ，較佳在約120至200 °C的蒸汽加壓容器中持續約3至30 小時，最佳小於約24小時。 如上所討論，可使用其他將複合物固化的方法，例如 空氣固化或蒸汽固化。固化所選的時間長度與溫度視配方 、製造方法與物品的形式而定。 再分析所得輕度擠壓中密度FC複合物，以測定其孔 隙體積。圖3爲依據本發明的較佳具體實例所製造的二種 中密度複合物以及二種習用產品的孔隙體積的比較。第一 個習用產品（A)爲使用亥氏方法製造的擠壓的高密度FC 複合物，且一般使用在中度冷凍/解凍暴露下的屋頂。使 用最大壓力爲30 MPa、I 5分鍾的擠壓上升循環及持平1 5 -16- (13) 200422275 分鍾擠壓此物品。

第二個習用產品（B )爲未擠壓的中密度F C複合物 ，再次以亥氏方法製造，並適用於溫和的氣候條件。樣品 (C )爲依據上述方法製造的輕度擠壓的中密度F(：複合 物’從圖3可看出在空氣孔隙（70_ i 〇微米）及纖維孔隙 (10-1微米）範圍內，輕度擠壓的中密度FC複合物（C )的孔隙體積與高密度產品在同等關鍵區域中的孔隙體積 相當。另一方面’習用中密度未擠壓產品在空氣孔隙及纖 維範圍有更高的孔隙體積。 樣品（D )爲使用改質的摻合物製造的中密度複合物 ，並將更詳細以後面的實例2說明。 測試1 -冷凍/解凍耐久性（實例j ) 比較二種習用的複合物對輕度擠壓中密度複合物的耐 久性。

第一及第二種產品爲習用的中密度未擠壓FC複合物 及上述的高密度FC複合物。 依據前面實例1的方法製造輕度擠壓產品，即再次以 亥氏方法製造輕度擠壓的中密度FC複合物。使用最大壓 力爲15 MPa、30分鍾的擠壓上升循環及持平5分鍾擠壓 此產品。 每一種的配方如表1所示。 -17- (14) (14)200422275 表1 :未擠壓、高密度及輕度擠壓的複合物（以總重的％ 計） 配方 水泥 矽膠粉 漿液 防火塡 充劑 陶瓷塡 充劑 陶瓷 微球 中密度未擠壓 FC 複合物-(習用） 35.0 53.0 8.0 4.0 - - 高密度 FC複合 物-30MPa(習用） 3 9.6 48.4 8.0 4.0 - - 輕度擠壓的中密 度 FC-15MPa-(實例1) 35.0 45.0 8.0 2.0 2.0 8.0 測試冷凍/解凍的成效如下：代表三種複合物的F c樣 品（44 mm x44 mm方塊）以其一角半浸入塑膠容器的水 中，然後暴露於環境室中進行冷凍/解凍（F / T )循環。 F/T方法由每天4次循環所組成，每一循環含有6小時的 樣品冷凍及解凍，包括在-20°C下冷凍1小時，及在20 °C下解凍1小時。以z方向的張力測試檢測樣品因冷凍/ 解凍而劣化的程度，以測定薄層間黏結（ILB )的強度（ 在0、10、20、40及80次循環後），其爲層分開程度的 測量。選定〇·7 MPa ILB限値作爲測量受冷凍/解凍暴露 而劣化的低限。 所有3種產品的冷凍/解凍成效及孔隙尺寸分佈分別 如圖4及5所示。 -18- (15) (15)200422275 由圖4可再次看出習用未擠壓的中密度FC複合物的 1L B強度在約1 〇次循環時，於0.7 Μ P a以下便劣化。如 上所討論的習用高密度擠壓的FC複合物維持約8 〇次循 環。最令人驚訝的是依據本發明較佳具體實例所製造的輕 度濟壓的中密度F C複合物即使在8 0次循環之後，仍繼 續在0 · 7 Μ P a的線之上。確實如所比較，習用擠壓的高密 度F c複合物及本發明較佳具體實例的輕度擠壓的中密度 複口物一者比起標準的F C複合物，其冷凍/解凍的耐久性 表現出增進約7 0 0 %。 換到圖5，可看出習用的高密度Fc複合物及本發明 較佳具體實例的輕度擠壓的中密度複合物二者比起習用的 中密度產品，在空氣孔隙區（1 〇〇-1 〇微米）及纖維孔隙 區（1 〇-1微米）表現較低的孔隙度。 本發明較佳具體實例的中密度FC複合物表現的冷凍/ 解凍的耐久性超過習用高密度擠壓的複合物的事實相當令 人驚訝與意外。依據本發明較佳具體實例的複合物表現更 低的密度，因而會預期比習用的高密度產品在冷凍/解凍 條件下表現更差。再者，習用高密度擠壓的複合物及本發 明較佳具體實例的輕度擠壓的中密度複合物二者實際上以 不同的擠壓方法，但表現相當的薄層間的黏結強度。此令 人相當驚訝，並與此領域習知的智慧矛盾。 並不希望與任何特定理論連結，猜測前面討論的本發 明較佳具體實例中所表現明顯增進的冷凍/解凍耐久性， 係來自以下混合效應的結果： -19- (16) (16)200422275 一因爲至少在孔隙尺寸分佈的關鍵區內降低孔隙度， 而減少水進入。此爲輕度擠壓的結果。 -或許因爲含有密度改質的微球，輕度擠壓改質的複 合物有增強的張力釋放，可使其容納更多與冷凍及解凍有 關的破壞性張力。 一因爲擠壓而有更高的新薄層間黏結強度及增加對層 分開的抵抗性。 測試2 -機械特性（實例1 ) 前述測試顯示依據本發明較佳具體實例中的F C複合 物與習用的中密度F C複合物相比，具有明顯增進的冷凍/ 解凍的耐久性，耐久性確實與習用的高密度FC複合物相 當。然而如上所討論，該習用的高密度F C複合物與其中 密度相同物比較，可能有較低的可使用性、柔軟性、可釘 牢性等。 · 因此，對習用的高密度FC複合物及依據本發明較佳 具體實例的輕度擠壓中密度的F C複合物評估其彎曲特性 〇 以250 mm><250 mm方塊測試其在二個方向上的彎曲 (風乾條件下），彎曲測試的資料如以下的表2所示。除 非另外說明，否則在此揭示的所有密度値係在風乾（平衡 )的條件下，大致的水分含量範圍爲重量的5 °/〇 -1 〇 %。 -20- (17) 200422275 表2 :彎曲測試資料（風乾條件) 配方 密度 平均 B-A能量 最後的 Μ ο E gm/cm3 MoR KJ/m3 張力 GPa MPa um/m 習用高密度 1.68 27.43 2.3 1 263 1 12.86 擠壓的 FC (在高密度範 (30 MPa) 圍） 輕度擠壓的 1.46 23.4 1 12.97 7 7 93 6.78 中密度 FC (在中密度範 (1 5 MPa ) 圍） 表2顯示依據本發明較佳具體實例的輕度擠壓中密度 的FC複合物的柔軟性，即最終失敗的張力約爲相當於習 用的高密度擠壓的FC的3 0 0 %，即自2 63 1 um/m增加至 7 7 93 um/m。此爲令人非常驚訝的結果，且指示依據本發 明較佳具體實例的輕度擠壓中密度的複合物比起習用的高 密度擠壓的FC複合物，在失敗前能夠抵抗更高的張力。 相同的也表現在B-A (衝擊）能量上，其增加超過約 5 00% ( 2_31 至 12.97 KJ/m3 )。 而這些結果可能並非所有依據本發明較佳具體實例所 製的輕度擠壓中密度複合物的典型，明顯需注意的是本發 明的較佳具體實例提供比習用的產品具有增進特性的輕度 擠壓中密度的FC複合物，諸如增進的耐久性、高柔軟性 (容易釘、更佳的裂縫抵抗性）、重量更輕（增進的可使 -21 - (18) 200422275 用性及更易操作）及增進的衝擊抵抗性（掉落的抵抗 )° 實例2 —改質的配方/摻合的F C複合物 作爲前面討論的實例1中擠壓技術的另一替代選 在第二具體實例中，以改變典型的FRC複合物配方 變低或中密度F R C產品的特性。此改變包括加入： i )以撥水劑化學性地處理木質纖維素纖維 ii)強化纖維，及 iii )細微矽質材料。 適用於本發明較佳具體實例的木質纖維素纖維以 劑化學性地處理，使給以疏水性。它們提供的量爲複 固體總重的〇·〇1 %至9%，且較佳在2%至3 %的範圍內 木質纖維素纖維以撥水劑化學性地處理，使給以 性，範圍在複合物固體總重的約0 · 0 1 %至9 %，較佳名 至4%之間。 本發明較佳具體實例說明的木質纖維素纖維爲纖 纖維的總稱，由軟木或硬木、竹子、甘蔗、棕櫚樹、 、甘蔗渣、紅麻、小麥桿、稻桿、蘆葦及類似者所製 者，木質纖維素纖維材料爲上述具有形狀如像針、小 薄切面、繩、桿、纖維、小薄片及類似者的纖維的總 需注意的是對這些木質纖維素纖維的形狀無特別的限 但較佳使用具有平均纖維長度爲約0.50-5 0 mm，平 維直徑或平均纖維厚度爲約0 · 5 mm或更小。再者， 素纖維可爲上述纖維的二種或多種的混合物。 性等 擇， ，改 撥水 合物 〇 疏水 E 2% 維素 麻類 〇再 片、 稱。 制， 均纖 纖維 -22- (19) (19)200422275 較佳的是木質纖維素纖維含有的纖維素纖維爲來自不 同來源的未精製/未成纖維或精製/成纖維的纖維素漿，包 括但不限於漂白、未漂白、半漂白纖維素漿。纖維素漿可 用軟木、硬木農業粗材料、回收的廢紙或任何其他行是的 木質纖維素材料所製。纖維素纖維可用多種製漿方法製造 。在製漿方法中’木頭或其他纖維素纖維粗材料諸如紅麻 、麥桿、及竹子等，可用將木質纖維材料結構內的黏結破 壞的機構，將纖維質量縮減，此工作可用化學、機械、熱 、生物、或這些處理的組合加以進行。 在本發明的具體實例中，木質纖維素纖維所具有的表 面至少以撥水劑作局部處理，以使表面成爲疏水的。撥水 劑含有親水官能基及疏水官能基，其中親水官能基在水或 有機溶劑存在下’永久或暫時地黏結至纖維表面的羥基團 ’實際上預防羥基團與水分子黏結。疏水團位在纖維表面 上，並從此處撥除水。 如上所討論，供FC複合物配方的強化纖維也可用纖 維素製造。在此情況下，一部份纖維素強化的纖維可用撥 水劑處理，以滿足前述的成份（i )。當然，若以纖維素 以外的材料製造強化纖維，例如聚合物，其他經處理的木 質纖維素纖維較佳作爲成份（i )加入配方中。 在本發明的其他具體實例中，每一撥水劑分子具有含 矽醇（Si-OH)或聚矽醇（Si_(OH) n，其n = 2、3或4) 的親水官能團，及含直鏈或分支鏈烷基或芳族片段。矽醇 或聚矽醇可得自與矽元素相接的可水解烷氧基片段的水解 -23- (20) (20)200422275 將撥水劑施用在纖維表面的方法可包括：真空沈積、 加壓噴灑、浸入，或在含有撥水藥品的水性或溶劑溶液中 處理。 可用作爲化學化合物的撥水劑包括但不限於：所有種 類及在所有配方中的矽烷、所有種類及在多種配方中的烷 氧基矽烷、所有種類及在多種配方中的矽酮。 撥水劑可爲乾的形式，諸如粉末，或濕的形式，諸如 乳化液、分散液、乳膠及溶液。當施以多種漿劑時，有些 可爲乾的形式而其他爲濕的形式。 撥水劑可含有木質纖維素纖維乾重量的約50%，最佳 爲其重量的〇.〇1至10%。 使用乳化的漿（撥水）劑以化學處理纖維，所考量的 進一步細節說明於200 1年9月21日提出的共同申請中的 國際PCT申請案，編號PCT/US0 1 /29675，標題爲「使用 漿液纖維素纖維的纖維水泥複合物材料」，以及於2001 年10月2日提出的U.S·申請案No. 09/969,742，標題爲 「使用漿液纖維素纖維的纖維水泥複合物材料」，二者以 提及的方式納入本文。 細微矽膠的添加範圍較佳在乾固體總重量的約0.1至 1 0%，且較佳約爲2至4%.。細微係指顆粒實際上小於約 1 0微米，且較佳小於約5微米。實例包括矽膠燻煙，其 爲製造菲矽膠（Pherosilica)及矽酮金屬的非晶形球形矽 膠副產物，以及精煉的天然微矽膠。可使用結晶的矽膠， -24- (21) (21)200422275 較佳爲非晶形矽膠，申請者已發現當此添加物的Si02含 量至少爲重量的85%時，可獲得最佳的結果。 回頭參考圖3及樣品（D )，其爲依據改質的配方/慘 合物製造的中密度FRC複合物，可看出總孔隙體積在空 氣孔隙範圍內（70-1 〇微米）與高密度產品者相當。但是 ，纖維孔隙體積（1 〇-1微米）高於高密度產品，將在以 下討論，其爲孔隙改變及纖維的撥水性質的混合結果，增 進了改質摻合的FC複合物的特性。 測試3 -冷凍/解凍耐久性（實例2 ) 測試未擠壓耐用的摻合FC複合物的冷凍/解凍耐久性 ，以與習用中密度未擠壓產品及習用擠壓高密度產品比較 〇 第一及第二個複合物與上述表1所給的比較性實例中 的相同。第三個複合物爲依據實例2及以亥氏方法製造的 未擠壓中密度改質的摻合物。 -25- (22)200422275 表3未擠壓（標準）、未擠壓（耐久性）及高密度 擠壓的複合物的配方（以總重％計） 配方 水泥 矽膠粉 成份2 成份1 總纖維 成份 防火劑 未處理的強化 纖維(纖維素） 處理的纖維 (纖維素） 添加撥水劑 (砂院） 含量 3 (塡充劑) 中密度FC -未擠壓 (習用） 39.6 48.4 8.0 0.0 0.0 8.0 0.0 4.0 高密度FC -30 MPa (習用） 35.0 53.0 8.0 0.0 0.0 8.0 0.0 -----— 4.0 改質的摻和 中密度FC (實例2) 30.0 60.0 2.70 2.90 0.32 5.6 30. 0.0 ~~~~«— 代表這三種複合物的樣品進行如實例1所述的循環冷 凍/解凍測試。以z方向的張力測試檢測樣品因冷凍/解凍 而劣化的程度，以測定在0、1 0、2 0、4 0及8 0次循環後 ，薄層間黏結（ILB )的強度（其爲層分開程度的測量） 〇 所有3種產品的冷凍/解凍成效及孔隙尺寸分佈分別 如圖6及7所示。 可看到依據本發明較佳具體實例的未擠壓耐久性的 FC複合物比起習用的未擠壓中密度FC複合物，在冷凍/ -26- (23) (23)200422275 解凍耐久性上提供明顯的增進。 習用的局密度F C複合物及依據本發明較佳具體實例 未擠壓的改質摻合的FC複合物二者確實是比標準的Fc 複合物表現約700%的增進’二者在失敗線以上皆達到約 70次冷凍/解凍循環。 換到圖7，可看出與實例1相同結果，習用的高密度 未擠壓F C複合物及本發明較佳具體實例的改質摻合的ρ c 複合物比起習用的中密度產品，在空氣孔隙區（1 〇 〇 _ i 〇 微米）及纖維孔隙區（1 0 -1微米）明顯表現出較低的孔 隙度。 依據本發明較佳具體實例改質摻合的FC複合物表現 的冷凍/解凍的耐久性相當令人驚訝與意外。 依據本發明較佳具體實例改質摻合的F C複合物以及 二種習用的比較性FC複合物進行層間黏結強度、毛細孔 隙及吸水性的分析，結果如下表2所示。 習知的智慧預期來自高密度擠壓的FC複合物的冷凍/ 解凍耐久性的增進係源於高的新ILB ( 2.30 MPa )以及 高密度基質的低孔隙度（風乾密度爲1.7 g/cm3 )，此係 因產品在固化前以高壓擠壓之故。所以令人驚訝的是本發 明較佳具體實例改質摻合的FC複合物其未進行擠壓，且 表現低的新ILB ( 1.2 MPa)以及高的總孔隙度（風乾密 度爲1.3 g/cm3)，可符合習用高密度產品對冷凍/解凍耐 久性的增進。 另外，因爲本發明較佳具體實例改質摻合的FC複合 -27- (24) 200422275 物比起習用的高密度FC產品，在重量上較輕、成本較低 且更易使用，即更容易操作與切割，因而成爲習用材料的 誘人替代品。 並不希望與任何特定理論連結’申請者猜測依據本發 明較佳具體實例的未擠壓改質摻合的FC複合物在冷凍/解 凍耐久性的增進，係起因於疏水性纖維素纖維與因矽膠燻 煙的反應性所阻擋或分割基質孔隙的混合協同效應。此混 合結果增加對水進入的抵抗，因而增進冷凍/解凍耐久性 〇 以表4所示的水/吸收資料支持上述的解釋，其中習 用的高密度擠壓的FC複合物及依據本發明較佳具體實例 的未擠壓改質摻合的FC複合物比起習用的未擠壓中密度 的FC產品，表現更低20及30%的吸水値。 表4 : 三種FC複合物的孔隙度及ILB値 組成 層間黏結強度 吸水4 8小時， (ILB ) ，MPa 重量％ 高密度擠壓的FC 2.30 26.03 習用未擠壓的FC 1.05 …圍---- 32.38 未擠壓改質摻合的FC 1 .20 23.04 由圖7也淸楚顯示習用的高密度擠壓的FC產品及本 發明較佳具體實例的未擠壓改質摻合的FC複合物二者比 起未擠壓的中密度FC複合物，在纖維孔隙區（1〇-1微米 -28- (25) (25)200422275 )及空氣孔隙區（1 〇〇-1 0微米）明顯表現較低的孔隙體 積。 測試4 一水汽阻抗（實例2 ) 評估習用未擠壓材料及依據本發明較佳具體實例的改 質摻合未擠壓的FC複合物的水汽阻抗參數，作爲進一步 的分析。結果如以下表5所示。 表5 :未擠壓耐久性及標準的FC複合物的毛細高度 結果 組成 48小時後的毛 4 8小時後的水滲入 細高度，mm 速率，ML/hr/0.002m2 習用未擠壓的FC 207 113 未擠壓改質摻合的 43 3 1 FC複合物 水滲透速率是在250mmx250mmx6mm的樣品上測量 ，放平並與已裝水的高1〇〇 mm、直徑50 mm的帕斯佩（ Perspex )管柱接觸，並監測48小時的水滲透程度。以 2 5 0 m m X 2 5 0 m m X 6 m m的樣品測量毛細高度，其一角以朝 上的位置放在平盤上，並監測48小時中的毛細高度進展 。可看出未擠壓改質摻合的FC複合物比起習用未擠壓的 FC複合物，表現更低約70%的毛細高度及水滲透速率。 以習知瞭解的觀點看來，這些結果再一次地令人驚訝 -29- (26) (26)200422275 。水滲透可被孔隙塡充、分隔或擠壓而降低。另一方面， 要控制中密度FC產品的毛細現象更爲困難，因其含有直 徑小且管狀結構的纖維素纖維，會因毛細作用而沿著纖維 的方向提升毛細現象。 也令人驚訝的是在依據本發明較佳具體實例的改質摻 合物中’添加低濃度的矽膠燻煙便足以比習用產品有明顯 增進的水汽阻抗及耐久性。在目前的纖維水泥技術中，矽 膠燻煙的一般濃度爲5至1 〇%，本發明較佳具體實例加入 的砂膠燻煙約2至4%，此濃度通常視爲很低而不會改變 中密度FC複合物的特性。 測試5 -可使用性（實例2 ) 如同實例1 ’測試依據本發明較佳具體實例製造的 F C複合物的可使用性、可操作性及可釘牢性。代表習用 未擠壓中密度FC產品及依據本發明較佳具體實例的未擠 壓改質摻合F C產品進行彎曲測試。可操作性是取B方向 上的最終張力値’相當於1〇〇 mm><200 mm><6 mm的樣品 在飽和條件下測試的彎曲度。最終張力値5 000 um/m通常 視爲良好可操作性的最低限。邊緣可釘牢性的評估是在 25 0 mm X 25 0 mm X 6 mm的樣品上，於其距邊緣13 mm處 使用釘槍，並對裂開程度分級，分級數低於1爲非常好的 可釘牢性。 結果如表6所示。 -30- (27) (27)200422275 表6:未擠壓耐久性及標準FC的可操作性及可釘牢 性

組成 B方向最終張力（飽 可釘牢性分級（距 和條件），um/m(*) 邊緣 1 3 m m ) ( * * ) 習用未擠壓FC 909 5 0.79 未擠壓改質摻合 11433 0.3 8 FC (* )最終張力値5 0 0 0 U m / m爲良好可操作性的最低 限 (** ) < 1級：非常好的可釘牢性 從表6可看出依據本發明較佳具體實例的未擠壓改質 摻合FC複合物比起習用未擠壓中密度產品，表現非常良 好的可操作性及可釘牢性。這些結果再次令人驚訝，因爲 與標準FC複合物的總纖維含量爲8%相比，依據本發明 較佳具體實例的改質摻合FC複合物具有相當低的含量， 即約5.6% (見表3 )。該低的纖維含量已在一般於纖維素 FC製造中所採用的範圍之外，即7至9%，因此，預期 FC複合物表現相當低的最終張力値，即易碎失敗，與不 良的可釘牢性。 因此’可看出依據本發明較佳具體實例的未擠壓改質 摻合FC複合物令人驚訝地達到冷凍/解凍耐久性上的增進 (與習用高密度FC複合物相當），且同時維持或增進可 使用性（比習用的中密度產品的可操作性及可釘牢性更爲 -31 - (28) (28)200422275 增進）。 如上所不的具體實例提供改變低或中密度F C複合物 的特性的一種替代選擇。在一具體實例中，低或中密度配 方進行輕度擠壓，而維持密度低於約1·6 g/cm3。在第二 具體實例中’改質的摻合物係使用其原來的配方。 二個具體實例顯示比習用中密度F C產品明顯增進特 性’特別是增進冷凍/解凍耐久性而維持或增加可使用性 。所得的產品具有在廣泛領域中的工業應用性，包括室外 或室內用途、屋頂應用、濕的地區FC內襯等。 已參考上述實例加以說明本發明，應可體會在不偏離 在此大體所述本發明的精神或範疇下，可產生其他的具體 實例、形式或改變。 【圖式簡單說明】 現在本發明將僅藉由實例，參考所附圖形說明： 圖1爲高密度（擠壓）及中密度（未擠壓）的習用 FRC複合物的冷凍/解凍成效圖。 圖2爲圖1的習用Frc複合物的孔隙尺寸分佈圖。 圖3爲二種FRC複合物及依據本發明具體實例製造 的一種FRC複合物的各別範圍的孔隙體積表示圖。 圖4爲高密度（擠壓）及中密度（未擠壓）的習用 FRC複合物與依據本發明第一具體實例製造的FRC複合 物的冷凍/解凍成效圖。 圖5爲圖4所示的FRC複合物的孔隙尺寸分佈圖。 -32- (29) * 200422275 圖6爲高密度（擠壓）及中密度（未擠壓）的習用 FRC複合物與依據本發明第二具體實例製造的FRC複合 物的冷凍/解凍成效圖。 且圖7爲圖6的FRC複合物的孔隙尺寸分佈圖。 -33-

Claims (1)

1. (1) (1)200422275 拾、申請專利範圍 1 * ~種將低或中密度F R C產品改質的方法，包含： 使低或中密度FRC產品具有預定的孔隙尺寸分佈，以使 該分佈的特別關鍵區域中，其孔隙體積實質上等於或小於 習用高密度FRC產品各別的關鍵區域孔隙體積。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中是以化學改 質獲得預定的孔隙尺寸分佈。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之方法，其中藉由將 預定量的孔隙改質成份加入用以產製FRC產品的似水泥 配方中，以達到該孔隙尺寸分佈。 4 ·如申請專利範圍第3項之方法，其中該孔隙改質 成份包括以撥水劑處理的木質纖維素纖維及細微矽質材料 〇 5 ·如前述申請專利範圍任一項之方法，其中是以物 理改質方式獲得預定的孔隙尺寸分佈。 6 .如前述申請專利範圍任一項之方法，其中在其製 造期間令低或中密度FRC產品進行輕度擠壓，以提供所 需預定的孔隙尺寸分佈。 7 ·如申請專利範圍第6項之方法，其中輕度擠壓足 以提供所要的預定孔隙尺寸分佈’但維持密度不大於1 .6 g/cm3 ° 8 ·如申請專利範圍第7項之方法，其中施用的壓力 足以提供預定孔隙尺寸分佈，但維持密度在約1 . 1及1 .5 5 g/cm3之間。 -34- (2) (2)200422275 9.如前述申請專利範圍任一項之方法’其中該孔隙 尺寸分佈的關鍵區域在平均孔徑尺寸爲1至1 0微米範圍 內，及/或在平均孔徑尺寸爲10至1〇〇微米範圍內。 10·如申請專利範圍第9項之方法，其中在一個或多 個關鍵區域中的孔隙體積不大於習用高密度FRC產品對 應孔隙尺寸範圍中孔隙體積的約1 50%。 1 1 ·如前述申請專利範圍任一項之方法，其中倂用化 學及物理改質方式獲得預定的孔隙尺寸分佈。 12.如前述申請專利範圍任一項之方法，其中獲得預 定孔隙尺寸分佈，以對FRC產品提供增進的冷凍/解凍耐 久性。 1 3 ·如前述申請專利範圍任一項之方法，其中獲得預 定孔隙尺寸分佈，以使FRC產品減少碳酸化或差別碳酸 化的傾向。 14· 一種提供低或中密度FRC產品的方法，含有以 下步驟： i ) 提供低或中密度產品的配方； ii) 由該配方形成胚體； iii) 固化該胚體，以形成該產品； 其中在步驟iii)之前 a ) 在配方中加入孔隙尺寸改質劑，及/或 b ) 成形胚體進行輕度擠壓 使產品的孔隙體積比產自步驟i )至iii ) 的習用產 品更低，並維持密度不大於約1.6 g/cm3。 -35- (3) (3)200422275 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項之方法，其中製備中密 度產品的配方，且此配方密度朝向低密度配方降低，以使 輕度擠壓B纟讓產品回到約1.1至1.55克/立方公分的中密 度範圍。 1 6.如申請專利範圍第1 4或1 5項之方法，其中是以 化學改質獲得預定的孔隙尺寸分佈。 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項之方法，其中藉由將預 定量的孔隙改質成份加入似水泥配方中，以獲得該孔隙尺 寸分佈。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項之方法，其中孔隙改質 成份包括以撥水劑處理的木質纖維素纖維及細微矽質材料 〇 1 9·如申請專利範圍第1 3至1 8項中任一項之方法， 其中藉FRC產品的物理改質而獲得預定的孔隙尺寸分佈 〇 20. 如申請專利範圍第1 3至1 9項中任一項之方法， 其中在其製造期間，令低或中密度FRC產品進行輕度擠 壓，以提供所需預定的孔隙尺寸分佈。 21. 如申請專利範圍第20項之方法，其中輕度擠壓 足以提供所要的預定孔隙尺寸分佈，但維持密度不大於 1.6 g/cm3 〇 22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中施用的壓 力足以產生該預定孔隙尺寸分佈，但維持密度在約1 . 1及 1 . 5 5 g / c m3 之間。 -36- (4) (4)200422275 23·如申請專利範圍第I4至22項中任一項之方法， 其中該孔隙尺寸分佈的關鍵區域在平均孔徑尺寸爲1至 10微米範圍內，及/或在平均孔徑尺寸爲10至1〇〇微米範 圍內。 24·如申請專利範圍第23項之方法，其中在一個或 多個關鍵區域中的孔隙體積不大於習用高密度FRC產品 對應孔隙尺寸範圍中孔隙體積的約1 5 0%。 2 5 .如申請專利範圍第1 4至24項中任一項之方法， 其中倂用化學及物理改質方式獲得預定的孔隙尺寸分佈。 2 6 ·如申請專利範圍第1 4至2 5項中任一項之方法， 其中獲得預定孔隙尺寸分佈，以對FRC產品提供增進的 冷凍/解凍耐久性。 2 7.如申請專利範圍第14至25項中任一項之方法， 其中獲得預定孔隙尺寸分佈，以對FRC產品減少碳酸化 或差別碳酸化的傾向。 2 8. —種將低或中密度FRC物品改質的方法，含有 調整物品的孔隙尺寸分佈，以使至少在一個特別的孔隙尺 寸範圍，其總孔隙體積不大於習用高密度FRC產品對應 孔隙尺寸範圍中孔隙體積的約1 5 0%。 29. —種似水泥產品含有以纖維強化的水泥建構的主 體並具有密度不大於約1.6 g/cm3，其中該產品具有預定 的孔隙尺寸分佈，使在該分佈的特定關鍵區域中，其孔隙 體積實質上等於或小於習用高密度FRC產品各別關鍵區 域的孔隙體積。 -37- (5) (5)200422275 30.如申請專利範圍第2 9項之似水泥產品’具有密 度在約1 . 1及1 .55 g/cm3之間。 3 1.如申請專利範圍第2 9或3 0項之似水泥產品，其 中該孔隙尺寸分佈的關鍵區域在平均孔徑尺寸爲1至1 0 微米範圍內，及/或在平均孔徑尺寸爲10至100微米範圍 內。 3 2 ·如申請專利範圍第2 9至3 0項中任一項之似水泥產 品’其中在一個或多個關鍵區域中的孔隙體積不大於習用 问祀、度F R C產品對應孔隙尺寸範圍中孔隙體積的1 5 〇 %。 -38-