TW201132478A - Extruded fiber reinforced cementitious products having wood-like properties and ultrahigh strength and methods for making the same - Google Patents

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201132478 六、發明說明： 相關申請案之交又參考 本申4案為2006年11月1曰申請之美國專利申請案第 1 1/555,646號之部分接續申請案’該專利申請案主張美國臨 時申請案60/872,406之優先權且自2005年11月1曰申請 之美國專利申請案第Π/264，104號轉變而來。此等申請案 各自之全文以整體引用的方式併入本文中。 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於纖維增強可擠壓膠結性組成 物’其產生具有高撓曲強度及低容積密度之膠結性建構產 物°該等可擠壓膠結性組成物能夠用於製造具有似木性質 之膠結性建構產物。 【先前技術】 有史以來’自樹木獲得之木料及其他建構產物已成為 建構結構之主要成分。木材為許多不同建構材料的來源， 因為其能夠被切割且成形為各種形狀及尺寸、其具有作為 建構材料之整體效能、及其能夠形成許多不同建構結構。 不僅可將樹木切割成2吋χ4吋條片' 1吋X 1〇吋條片、膠合 板、裂飾板及其類似物，而且不同木料塊可經由膠水、釘 子、螺釘、螺栓及其他緊固構件容易地連接在一起。木料 可I易地成型且與其他產物組合而產生所要結構。 儘管樹木為再生資源，但樹木可能需要許多年來生長 201132478 成可使用的尺寸。目而，樹木消失速度可能快於其生長速 度至^、在全世界許多地方的當地即如此。此外，沙漠或 無充裕樹木的其他地區必需進口木料抑或放棄需要木材之 冓築α構由於有關邀伐及與砍伐樹木相關之其他環境問 題的考慮，已嘗試由諸如塑膠及混凝土之其他材料製造「木 料代用物」。儘管塑膠具有一些有利性質，諸如造模性及高 拉伸強度’但其抗壓強度差，一般源自非再生資源，且一 叙被sS為不如天然產物環保。 另一方面’混凝土為基本上不可耗盡之建構材料，因 為其成分通常為黏土、砂、、岩石及水。混凝土 —般包括水 硬水泥、水及至少一種聚集體，其中水與水泥反應形成水 匕糊〃、使聚集體結合在一起。當水硬水泥及水固化（亦 1水合）以使得水泥及水與聚集體及其他固體成分結合 日守，所付混凝土可具有極高抗壓強度及撓曲模數，但其為 易碎材料，拉伸強度相較於其抗壓強度相對較低，幾乎不 具有韌性或偏轉性質 '然而，藉由添加諸如鋼筋之加強件 或建構塊狀結構’混凝土適用於建造車道、建築物地基及 —般大型的塊狀結構。 各用此凝土製造木料代用物之先前嘗試未能提供具有適 田特徵之產物。此在某種程度上係由於製造混凝土之傳統 方法需要在模具中固化混合物，且未能提供具有適當動性 或撓曲強度而；1以替代木料的產物。—種自混凝土製造一 般構築元件（例如；g 了g p u 至頁瓦片、正面元件、管子及其類似物

的嘗S式涉及「圓網抄取法r L L 圓Η/取去（Hatschek pr〇ces〇」，此為用於 201132478 造紙之方法的改良方法。 在圓網抄取法中，由含有多達99%之水 '水硬水泥、 聚集體及纖維的高度含水之漿料製造建構產物。該含2漿 料具有極高的水：水泥（「w/c」）之比率，且使其脫水而產生 月&夠固化而形成固體建構產物之組成物。該含水漿料以連 續層施加至多孔圓筒且在後續層之間加以脫水。添加纖維 以阻止固體水泥顆粒隨水排出，且賦予一定程度的韌性。 當仍處於潮濕、未硬化條件下時，將已脫水之材料自圓筒 脫離，切成薄片或視情況加壓成型，且使其固化。使所得 產物層化。儘管在保持乾燥時足夠牢固，但其傾向於當暴 露於過量濕氣時隨時間分離或分層。因為產物被層化，因 此各組分（尤其纖維）分散不均勻。 此外’膠結性建構產物直至完成構築後數月或甚至數 年才發揮其關於強度的全部潛力。特定而言，如此項技術 中所熟知，隨著混凝土固化直至組成物内之水份完全耗 盡，混凝土繼續硬化，且因此變得牢固。典型地，使用28 天強度作為構築基準》先前藉由升高溫度來加快固化速度 之嘗試（諸如使用蒸汽固化及壓煮處理，其中溫度達到高 於65C)已導致形成二次鈣礬石，其皆會導致最終產物有 不宜的破裂及斷裂現象。 儘管本發明者先前發明了使用水泥及纖維來製造可撓 性似紙薄片之方法，但該等薄片會像紙一樣可撓且可以更 像紙一樣彎曲、摺疊或捲成多種不同食物或飲料容器。該 等薄片將不適於用作建構材料。首先，該等薄片係藉由使 201132478 可模製纟且成物在形成之數秒或數分鐘内在經加熱之轆上迅 速乾燥來製得，此使得水硬水泥顆粒僅成為填充物，流變 改質劑提供大部分（但不是全部）的結合力。因為水泥顆 粒僅充當填充物’其最終可替換為較便宜的碳酸約填充顆 粒。 因此’有利的是提供一種用於製備似木膠結性複合建 構產物之膠結性組成物及方法，該等產物可用作木料產物 之代用物且可被容易及快速地製造。若建構產物相較於習 知產物可具有提高之撓曲強度，則將更有利。此外’提供 可用作木材代用物之建構產物（包括多種木材建構產物， 諸如目刖由木材製得之結構及裝飾產物）將為有益的。 【發明内容】 本發明係關於可用作木料代用物之膠結性建構材料。 因此，本發明涉及使用可擠壓膠結性組成物，其可經擠壓 或以別的方式成型為似木建構產物，該等產物可用作許多 已知木料產物之代用物。纖維性膠結性建構產物可具有類 、；木材建構產物之性質。在—些具體實例中，纖維性膠 結性建構產物可如通常處置木材建構產物般被鋸切、切 割、鑽孔、鐘盤刀旧令太 . 掣及固疋在一起，且在下文中對此有更詳細 的描述。 I此凝土般比木材更為緻密及更硬，且因此更難 以鑛切、釘牢及擰緊。儘管對硬度之量度並不嚴格，但已 發現材料之撓曲模數（其係指彈性模數或楊氏模數）與硬 201132478 度有關，因為其與鑛切、釘牢及/或擰緊膠結性建構產物之 能力相關。普通混凝土的撓曲模數典型地為以下數量級： 、力4,000,000 psi至約M〇〇,〇〇〇㈣，而木材之挽曲模數在 約500,000 PS1至約5，_，_ _ (約3 5至％吉柏斯卡 (—Μ⑴的範圍内。此外，混凝土典型地比木材硬約 5倍至100倍。較軟木材（如松木）比較硬木材容易被鑛切、 釘牢及擰緊，如撓曲模數大致指示’比混凝土軟高達ι〇〇 倍。 一般而言，膠結性建構產物使用普通木鋸鋸切、使用 錘子釘牢或使用常用驅動器擰緊之能力隨硬度而變化，該 硬度與密度大致成正比例（亦即原則上，密度越小，則硬 度越低）。在將需要使用建構行業中使用木材產物時通常所 見之工具來鋸切、釘牢及/或擰緊膠結性建構產物之情形 中，膠結性建構產物一般將具有近似木材之硬度（亦即比 各知混凝土軟）》包括纖維及流變改質劑有助於形成比習知 混凝土軟的產物。此外，包括大量（substantial quantity) 良好分散之孔隙有助於降低密度，此又有助於降低硬度。 此外’本發明之膠結性建構產物的撓曲強度比抗壓強 度南。較咼之撓曲強度將允許在達到最大偏轉度時的斷裂 之前承載較重負載。典型樑之偏轉度係使用以下等式來確 定： 樑中心之偏轉度=負載X長度3/48/彈性模數/慣性矩 因此，彈性模數越大，偏轉度越小》 在一個具體實例中’本發明包括一種用作木料代用物 201132478 之膠結性複合產物。該種產物可包括包含水硬水泥、流變 改質劑及纖維之固化膠結性複合物。該固化膠結性複合物 木錄以下一或多項：能夠使用木鋸用手鋸切；撓曲模數在 約200,000 psi至約5,〇〇〇,〇〇〇 psi範圍内；撓曲強度為至少 約1500 psi ;密度較佳小於約i 3 g/cm3，更佳小於約丨15 g/cm ’甚至更佳小於約hl g/cm3，且最佳小於約I N g/cm3 ;及纖維實質上均勻地分佈於整個固化膠結性組成物 中，其濃度較佳大於約1〇乾體積％。根據本發明製造之建 構產物比含有水泥之似紙產物堅硬得多。因為纖維實質上 分散均勻（亦即並未像圓網抄取法中一樣被層化），所以建 構產物在暴露於濕氣時不會分離或分層。 固化膠結性組成物一般藉由混合包括濃度為約〇1濕 體積％至約10濕體積％之流變改質劑及濃度大於約5濕體 積％ K土大於約7濕體積％且甚至更佳大於約8濕體積％ 之纖維的可擠屢膠結性組成物來製備。經擠壓組成物特徵 在於具有似黏土稠度以及高屈服應力、賓漢（Bin細 塑性及即時㈣穩定性。在混合後，可擠歸結性組成物 可擠壓成具有狀截面積之生㈣出⑯。該生&擠出物宜 在擠壓後形態穩定，以至於能夠保持其截面積及形狀，以 至於在擠壓後*會塌陷，且以至於允許在無斷裂之情形下 處理。在一個具體實例巾，在擦壓後，生链擠出物内之水 硬水泥可藉由在高力65t至低⑨机之溫度下加熱而固 化’以形成固化膠結性複合物。在另一個具體實例中，生 链擠出物内之水硬水泥係、在15巴下使用溫度為約15代之 201132478 高壓釜持續24小時來固化。 根據一個具體實例，在水泥黏合劑水合之前、期間或 之後’藉由蒸發來減少最初用於形成可擠壓組成物之水的 量。此可藉由在烘箱令，典型地在低於水沸點之溫度下乾 燥以產生控制乾燥但不干擾水泥水合來完成。由該乾燥產 生至少兩個益處：（1 )可降低有效水冰泥比率，此可提高 水泥糊強度；及（2 )移除水，留下受控之均勻密度。 可擠壓組成物之標稱或表觀水/水泥比率最初可在約 〇.8至約丨.2範圍内。然而，基於實際上可用於水泥水合之 水的有效水/水泥比率典型地要低得多。舉例而言，在藉由 蒸發移除-部分水之後，所得水/水泥比率典型地在約〇 ι 至約0.5範圍内，例如較佳在約〇·2至約〇 4範圍内，更佳 在約0.25至約0.35範圍内，且最佳為約〇3。已發現並非 Γ添加之水均可藉由如上文所述在烘箱中加熱蒸發來移 :2表明—些水即使在加熱下亦能夠與水泥反應及使水 泥水合，此使其成為化學έ士入 .· 干、，口 σ水而非可蒸發除去之自由 水。此方法不同於利用蒗 ^ ^ ^ 飞固化之方法，在後者中製造溫 度在保持產物濕潤時增加。 本發明之膠結性递人& 或多者:大麻纖維的纖維可為以下中之一 軟木纖維、破璃纖維、 _莖纖維、硬木纖維、 維 '全屬纖唯耳 石墨纖維、二氧化矽纖維、陶瓷纖 ，再金屬纖維、聚合物纖雊 上均勻分佈於整個田' ♦丙烯纖維及碳纖維。實質 ;整個固化勝結性 於約10乾體穑0/ s 〖生，、且成物中之纖維的量較佳大 U乾體積/。、更佳大於 、，力1 5乾體積％、更佳大於約2〇 10 201132478 乾體積/〇。諸如木材或植物纖維之一些纖維對水具有高親和 力且此夠吸收大量水。此意謂一些添加至膠結性組成物中 以使其可擠壓的水可能被纖維束缚，從而降低有效水/水泥 比率因為由纖維束缚之水不能容易地用於使水泥黏合劑 水合。 本發明之膠結性複合物中所用的水硬水泥黏合劑可為 以下中之一或多者：波特蘭水泥、MDF水泥、DSP水泥、

Densit型水泥、Pyrament型水泥、鋁酸鈣水泥、熟石膏、 石夕酸鹽水泥、石膏水泥、鱗酸鹽水泥、高銘水泥、超細水 泥溶邊水泥、氧氣化鎂水泥及其組合。水泥黏合劑促成 建構產物之至少約5〇%整體結合強度（例如與流變改質劑 所賦予之結合強度組合）。水硬水泥較佳將促成至少約^ 整體結合強度’更佳為至少 '約80%且最佳為至少肖90%杜。 合強度。因為水硬水泥黏合劑實質上促成建構材料之整體 強度’所以其相較於主要採用水硬水泥作為填充物之似紙 產物更為牢固且具有^得多的撓曲剛《（亦即藉助於加熱 至150C及15G°C以上以藉由蒸發來迅速移除所有或上 所有的水）。 只貝上 流變改質劑可為以下中之-或多者：多黯；蛋 纖維素；澱粉類，諸如支鏈澱粉、直鍵 ， ^ r 直鏈焱粉、乳膠瓊脂凝 膠（seagel)、乙酸澱粉、羥基醚澱粉、離子性澱於 :基殺粉、糊•、胺殿粉、她旨殿粉、二‘：：= 素醚類，諸如甲基羥乙基纖素、 纖、、.隹 β T &乙基纖維幸、μ 曱基纖維素、曱基纖維素、乙基纖 、竣 尹工乙基纖維素、

S 11 201132478 羥丙基纖維素；及黏土。在膠結性組成物中流變改質劑之 a里較佳在約0.25濕重。/。至約5濕重％之範圍 : 1 尺住在約 0.5濕重％至約4濕重。/。之範圍内，且最佳在❸i濕重。至約 3濕重％之範圍内。與纖維一樣，流變改質劑可與水結合 從而以實際添加之水而非用於水合之水計，相較於標:比 率降低有效水/水泥比率。儘管流變改質劑可充當黏合劑， 但其典型地將促成小於約5〇%之整體結合力。 視情況而定，可包括濃度為約〇 〇1乾重％至約Η乾重 %之促凝劑，其中促凝劑可為以下中之—或多者：ah、 K〇H、NaOH、CaCl2、c〇2'氯化鎂、三乙醇胺紹酸睡、 Hen之無機鹽、HN〇3之無機鹽、叫〇4之無㈣、石夕酸約 水合物（C-S-H)及其組合。在處理時需要快速強度及/或在 開始水合時藉由蒸發移除—部分水的情形中，促凝劑可尤 其適用。 亦可視h況包括浪度為約〇 5乾重％至約2 〇乾重。/〇之 缓凝劑。適合地，緩凝劑可為一或多種由厘如士似⑴以 Delvo®出售之緩凝劑。緩凝劑可尤其適用於在處理及擠壓 期間需要建構材料之流變學性質值定的情形中。 亦可包括聚集體材料，其為以下中之一或多者：砂、 白雲石、蝶石、岩石、玄武岩、花岗岩、石灰石、砂石、 璃珠氣凝膠、珍珠岩、虫至石、刻離岩、乾凝勝、雲母、 黏土、合成黏土、氧化18、二氧化碎、飛灰、碎灰（silica f)、管狀氧化紹、高嶺土、坡壤微球、陶曼球、石膏二 水合物、碳酸辦、！呂㈣、橡膠、發服聚苯乙稀、軟木、 12 201132478 鋸屑及其組合。 在一個具體實例中，可使用手錘錘擊使固化勝結性複 合物接收i〇d釘子。固化膠結性複合物對1〇d J 丁 具有 至少約25 Ibf/in的拔出阻力，較佳對1〇d釘子具有至少約 50 lbf/in的拔出阻力。此外，固化膠結性複合物對螺釘可具 有至少約300 lbf/in之拔出阻力，較佳對螺釘具有至少約5〇〇 bf/m之拔出阻力。拔出阻力—般與膠結性複合物内之纖維 的量有關（亦即在所有其他條件均等同的情形下，隨纖唯 含量增加而增加）。該等纖維產生較大局部破裂能及勒性， 其抵制會由釘子或螺釘構成之孔的形成或在該孔中及周圍 *結果為產生回彈效應’其中基體藉由摩擦力固 T子或藉由摩擦力及機械力兩者固持住螺釘。 在-個具體實例中，製備膠結性複合物之方法可包括 =少一個選自由鋼筋、金屬絲、網孔、連續纖維及織 邦強之群的增強部件擠壓可擠壓膠結性組成物，以便將 该增強部件至少部分封裝於生链擠出物内。 便將 括以：―個具體實例中，製備膠結性複合產物之方法可包 至少-個連續孔且形態穩定之生㈣出 化時向該勿呈形態穩定之生链狀態或至少部分固 該鋼筋黏心插入鋼筋及黏結劑；及使用該黏結劑將 W肋黏結於該娣 . 筋之前，向，细 情況而定’在插入該鋼 向D亥鋼筋施用黏結劑。 在—個且興每 括將膠結性；人γ列中’製造膠結性複合產物之方法可包 子5物組態成建構產物，以便成為木料建構產

13 S 201132478 物之代用物。因此，建構產物可製造成選自由以下組成之 群的形狀：桿、棒、管、圓柱、板、工字樑、公用桿（utlllty pole)、裝飾板、2叶χ4对條片、Wx8n寸條片、板片、平 板、屋頂瓦片、及内部中空之板。建構產物典型地使用包 括擠壓之方法來製造，但該方法亦可包括一或多個中間或 修整程序。典型地在組成物為生柱未固化狀態時進行中間 程序’而修整程序典型地在材料已固化或硬化之後進行。 與除非破壞或削弱本身結構否則不會明顯軟化的木材 不同，混凝土在固化之前具有塑性且為可模製的。由此製 成之建構產物可在生培狀態下再成型（亦即彎曲（c職d 或^))，產生一般堅硬或使用實木不能獲得之形狀。建 構產物之表面或膠結性基體可使用防水劑處理以便防水， 該等防水劑諸如有石夕烧、石夕氧烧、乳膠、環氧樹脂、丙稀 樹月曰H疑土行業中熟知之其他防水劑，此為優於木 材之另-益處。該等材料可混合至膠結性建構產物中及/或 施用至膠結性建構產物表面。 建構產物可為實心的或其可為中空的。藉由環繞實心 軸擠壓以產生不連續性來提供連續孔，從而產生輕質的 建構產物。一或多個該等孔可經鋼筋增強物填充（例如以 環氧樹脂或其他點著_結），其可為電線提供管道，或其 可更像預鑽孔涧—样田^ 樣用於擰入建構產物中。建構產物可包 :複口擠壓結構。其實際上可具有任何尺寸或截面形狀。 ^、可屯成大的薄片（例如藉由輥擠壓）或塊體（例如經由 大模具開σ )’接著像木材—樣礙屋成較小尺寸。 201132478 在—個具體實例中，製造膠結性複合產物之方法可包 括藉由至少-種選自由以下组成之群的方法加工形態穩定 之生坯擠出物及/或固化膠結性複合物：彎曲、壓印、衝壓 模製、切割、鋸切、砂磨 '研磨、織構化、刨削、拋光、 磨光、預鑽孔、塗漆及著色。 在一個具體實例中，製造膠結性複合產物之方法可包 括再循環-部分自建構產物主體切下之零碎生述擠出物或 材料（例如藉由壓印），其中該再循環包括組合零碎生坯擠 出物與可擠壓膠結性組成物。 在一個具體實例中，用於固化水硬水泥之方法可包括 熱固化或壓煮處理。已發現藉由升高固化溫度，水硬水泥 可在較短時間内較快固化而產生具有較大強度百分比之膠 結性複合物。另外咸信流變改質劑充當延遲劑，且除非溫 度超過65°C，否則延遲作用不會被抵消，從而減緩水泥^ 度的形成。然而’超過6穴時’流變改質劑自溶液沈澱析 出且水合會較快進行，&導致較高強度的形成。擠出物較 佳被加熱至高於651至低於机、更佳為高於7代、更佳 為高於80。〇且甚至更佳為高於9〇。〇之溫度以允許其 硬水泥固化》 在-個具體實例中’擠壓可經由模具開口來達成。或 者，擠壓可藉助於輥擠壓來進行。 $ 本發明之此等及 ，或可藉由如下 根據以下描述及隨附申請專利範圍， 其他具體實例及特徵將變得更為顯而易見 文所述實施本發明來瞭解。

15 S 201132478 為了進一步闡明本發明之上述及其他優勢及特徵，將 藉由參考隨附圖式中所示之特定具體實例來提供對本發明 更具體之描述。應瞭解，此等圖式僅展示本發明之典型具 體實例且因此不應視為對本發明範疇施加限制。將藉由使 用隨附圖式在額外特殊性及細節方面描述及解釋本發明。 【實施方式】 一般而言，本發明係關於膠結性組成物以及用於製備 該等組成物及製造性質類似於木材建構產物的膠結性建構 產物之方法。特定言之，該等方法包括使用較高固化溫度 來製備膠結性建構產物，使產物相較於習知產物具有較高 容積密度，且因此具有較高撓曲強度，同時保持容易釘牢、 擰緊、鑽孔及其類似能力之能力。本文採用之術語僅用於 描述特疋具體實例之目的且不意欲具有限制性。 通用定義 刀」係指纖維增 備之擠出複合物典型地包括三種 理性質不同之材料或相。舉例而 所得建構產物可包括諸如流變改 水硬成型之材料、促凝劑、緩凝 料、有機聚集體材料'分散劑、 等廣泛類別之材料各自賦予由此 最終物品一或多種獨特性質。在 進-步包括可賦予擠出物品不同 強膠結性組成物 或三種以上化學 言，此等可擠壓 質劑、水硬水泥 劑、纖維 '無機 水及其他液體之 製備之擠出物混 此等廣泛類別内 然而互補之性質 性質或物 組成物及 、其他可 聚集體材 組分。此 合物以及 ’有可能 的不同組 16 201132478 分（諸如兩種或兩種以上無機聚集體或纖維）。 術語「可水硬成型之組成物（hydraulically settable composition)」及「膠結性組成物」意欲指廣泛類別之含有 可水硬成型之黏合劑及水以及其他組分的組成物及材料， 而與已發生之水合或固化程度無關。因而，膠結性材料包 括呈生述狀態之水硬糊或可水硬成型之組成物（亦即未硬 化、軟的或可模製的）及已硬化或成型之膠結性建構產物。 術語「均勻」意欲指組成物被均一混合，以使得組成 物之至少兩個隨機樣品的某一組分具有大致相同或實質上 相同之量、濃度及分佈。 術語「水硬水泥（hydraulic cement )」、「可水硬成型之 黏合劑」、「水硬黏合劑（hydraulic binder )」或「水泥意欲 才曰膠結性或可水硬成型之組成物内之組分或組分組合為在 暴露於水之後會硬化及固化的無機黏合劑’諸如波特蘭水 泥、飛灰及石膏。此等水硬水泥藉由與水化學反應而產生 增強之機械性質，諸如硬度、抗壓強度、拉伸強度、撓曲 強度及組分表面結合（例如聚集體與水泥結合）。 術語「水硬糊（hydraulic paste)」或「水泥糊（cemem paste)」意欲指水硬水泥與水呈生坯狀態之混合物，以及由 水硬黏合劑水合作用產生之硬化糊。因而，在可水硬成型 之組成物内’水泥糊使個別固體材料結合在一起，該等材 料諸如有纖維、水泥顆粒、聚集體及其類似物。 術語「纖維」包括天然及合成纖維兩者。向可擠麼膠 結性組成物中添加縱橫比典型地為至少約1〇: 1之纖維以提

S 17 201132478 高所得擠出複合物或最終建構產物之伸長率、偏轉度、勃 性及斷裂能，以及撓曲及拉伸強度。纖維使生达播出物、 由其製備之擠出物品及硬化或固化物品將會在處理、加工 及固化期間向其施加力時破裂或斷裂的可能性降低。此 外’纖維可向膠結性建構產物提供似木性質，諸如釘子固 持、螺釘固持'拔出阻力及可用機器或手鋸鋸切及/或以鑽 木鑽頭（w〇〇d_drilling bit)鑽孔之能力；亦即纖維向基體 提供韌性及可撓性，其向基體提供對抗螺釘或釘子之回 彈。纖維可吸收水且降低有效的水/水泥比率。 術語「纖維增強」意欲指包括纖維以便提供 增強物以提高與生坯擠出物、由其製造之擠出物品及硬化 或軟化複合物以及建構產物有關的機械性質的纖維增強膠 結性組成物。此外，關鍵術語為「增強」，其明確區別本發 明之可擠壓膠結性組成物、生链擠出物及固化建構產物與 習知可成型組成物及膠結性物品。纖維主要用作增強組分 以向建構產物針對性地添加拉伸強度 '可挽性及章刃性，以 及增強在其上切出或形成的任何表面。因為其實質上分散 句勻所以建構產物在暴露於濕氣時不會有如使用圓網抄 取法所製備之產㉜會發生般的分離或分層現象。 術語「機械性質」欲包括用於識別或特性化物質、电 成物或製造物品之機械強度的性質、變數或參數。因此， 機械性質可包括破裂錢裂之前的伸長、偏轉錢縮量、 破裂之前的壓力及/或應力、 … 拉伸強度、抗壓強度、揚氏模 數、剛度、硬度、變形、阻力、拔出阻力及其類似性質 18 201132478 術語「擠出物」、「擠出形狀」或「 出物品I欲白杯 使用本發明之可擠壓組成物及方法擠 何®之物品的任何已知 或未來設計形狀。舉例而言，擠出複合物可製備成桿、棒、 管、圓柱、板曰、工字樑、公用桿（諸如電力桿、電話桿、 天線梓、電纟覽桿及其類似物）、2 n寸X 4吨彼w J 1來片、1 〇寸x 4 ο寸條 片、板片、平板、其他傳統型木材產物、屋頂瓦片、且” 電缓之板及鋼筋增強物品。此外，擠出建構產物最初= 壓成「大致形狀（rough shape)」，接著使其成型，加以研 磨或以其他工序精製成製造物品，此意欲藉由使用本術祖 來包括。舉例而言，厚板或大塊（例如16吋川吋條片） 可切成.或礦壓成複數個2吋X 4吋條片。 術語「擠壓」可包括經由具有特定尺寸之開口或區域 加工或壓製某一材料以使該材料成型為與該開口或區域一 致之形狀的過程。因而，經由模具開口壓製材料之擠壓機 可為-種擠壓形式。或者，包括在一組輥之間壓製組成物 之輥擠壓可為另一種擠壓形式。輥擠壓更詳細地描述於下 文圖2中。在任何情況下，擠壓係指用於不使用切割 '研 磨 '鋸切或其類似方法即使可模製組成物成型之過程且 其一般包括將材料壓過或通過具有預定截面積之開口。 術語「水合」或「固化」意欲指足以產生硬化膠結性 建構產物之水硬反應程度，其中該產物已獲得其實質量之 潛力或最大強度。然而，膠結性組成物或擠出建構產物在 已獲得顯著硬度及其實質量之最大強度後很久亦可繼續水 合或固化。

S 19 201132478 術語生坯（green)」、「生坯材料（greenmaterial)」、 「生述擠出物（green extrudate)」或「生埋狀態（§脚伽〇」 意欲指膠結性組成物未達到其實質量之最終強度㈣態； 而生坯狀態」忍欲確認膠結性組成物具有足夠内聚性 以在水合或固化之前保持擠出形狀。因而，包含水硬水泥 及水之新鮮擠出的擠出物在發生實質量之硬化或固化之前 應視作生这」。生；^狀態並非必定為關於所發生之固化量 或硬化量的明確分界線，但應理解為組成物在實質上固化 之前的狀態。因此，膠結性組成物在擠塵後且在實質上固 化之前呈生坯狀態。 術形態穩定」意欲指生坯擠出物在剛擠出後的狀 7其特徵在於擠出物具有在自身重量下不會變形的穩定 構因而$態穩定之生坯擠出物在處理及進一步力口工 期間可保留其形狀。 °°複&物」思欲指由諸如纖維、流變改質劑、水 泥、聚集體、促凝劑、缓凝劑及其類似物之獨特組分製成 的形態穩定之組成物。因而，複合物隨著生坯擠出物之硬 度或形態穩定性提高而形成，且可製備成建構產物。 ^術語「乾體積」意欲指組成物係在不存在水或其他當 里〉谷劑或水合反應物之情況下來特性化。舉例而言，當相 對濃度以乾體積百分比表示時，相對濃度係根據不存在水 之情形計算。因此，乾體積不包括水。 々術語「濕體積」意欲指組成物係以由存在水產生的濕 孔s里來特性化。舉例而言，組分之濕體積的相對濃度係 20 201132478 由包括水及所有其他組成性組分之總體積量度。 :語：針子接收度」意欲指將釘子錘擊至膠結性建構 之谷易程度。針子接收度以如下定義之數值範圍來 說明彳υ係指可將釘子容易地錘入建構產物令而無彎曲； ⑺係指建構產物具有較大硬度，以使得針子可不弯曲地 錘入，但需要較高技能及實質向下之虔力以防止彎曲；（3) 係指建構產物具有高度硬度，以至^使用正常錘擊動作時 釘子典型地會有管曲或變形（但若使用具有高力度之習知 射釘搶，則其可接受‘直釘子）。 …如本文所用，術語「拔出阻力」意欲指自諸如木材、 混凝土及本發明之膠結性建構產物的基材拔出緊固桿（諸 如釘子或螺釘）所需之力或壓力的量。同樣，可用將嵌入 固化膠結性複合物中1叶之1Μ釘子（例如1G便士釘子） ^出所需的力來計算拔出阻力。在所有其他條件均等同的 情形下，拔出阻力與纖維含量成乓比例。 如本文所用’術語「緊固桿」意欲指經組態以在插入 至基材中時在其中形成孔之釘子、螺釘、螺栓或其類似 物。可藉由錘擊、擰緊、衝擊及其類似方式進行該等插入。 此外可藉由緊固桿在插入至各部件中時形成孔的方式， 使用緊固桿將—部件與另-部件緊固在-起。 本發明之建構產物典型地可使用普通鑽木鑽頭鑽孔及/ 或使用3通木鑛㉟士刀，此與需要時工鑽頭及鑛條之習知混 凝土產物不一樣。 C疋義，以下論述闡述本發明之具體實例的發

S 21 201132478 明特徵。 用於製備擠出建構產物之組成物 根據本發明用於製備擠出建構產物之可擠壓膠結性組 成物包括水、水硬水泥、纖維、流變改質劑及視情況選用 之促凝劑、緩凝劑及/或聚集體。膠結性建構產物經調配以 至於相較於普通混凝土具有較低硬度及抗壓強度，且具有 較大可撓性、柔軟度'伸長率、韌性、撓曲強度及偏轉度 以便較佳地模擬實木的性質。一般而言，本發明的膠結性 複合物之撓曲強度與抗壓強度的比率將比習知混凝土高得 多〇 此外，可擠壓膠結性組成物及由其製備之擠出建構產 物可具有一些與別處所述之其他多組分組成物實質相同之 組分。因此，在美國專利第5,508,072號、第5,549,859號、 第5,580,409號、第5,631，〇97號及第5 626 954號以及美國 專利申請案第6G/627,563號中可獲得關於該等多組分組成 物及混合物之個別組分以及一些用於自其製造擠出物品及 壓延物品之方法態樣的補充資訊，該等文獻均以引用的方 式併入本文中。 然而，應瞭解，本發明建構產物相較於使用水硬水泥 製造之似紙薄片產物實質上較牢固且具有較大撓曲剛度， 但其中該等薄片使用加熱至顯著高於水沸點之輥（：如 15〇孩）在數秒或數分鐘内完全乾透。快速蒸發水使水 硬水泥之水合停止，藉此將其轉化成特定填充物而非點入 劑。在低於水涕點之溫度下（例如跡175卞，或約利錢） 22 201132478 經數天之時段（至少約2天）控制蒸發水可移除過量水， 同時仍允許水硬水泥黏合劑水合。此外，在本發明中，在 乾燥之前固化水泥’藉此使水泥在乾燥之前產生其28天強 度’其中該乾燥使水合停止。 在一個具體實例中，所併入參考文獻中所述之壓延器 械及方法了與本文所述之組成物一起使用。然而，可調整 壓延之間的輥隙距離產生具有用作膠結性建構產物之尺寸 的板或其他產物（亦即至少約1/8吋，較佳至少1/4吋，更 佳至少1/2叫·，且最佳至少1吋至少約2 min，較佳至少 約5 mm，更佳至少約1.25 cm，且最佳至少約2.5 Cm)。舉 例而言，美國專利第5,626,954號中所述之方法可經修改以 壓延較大材料，以便產生似木板，諸如2吋χ4吋條片、工 寸8才條片及其類似物。同樣，壓延法之益處可用於製備 任何長度之似木板，諸如實木基本上不能獲得之長度。此 可允許待製造之本發明似木板具有普通截面積及長度，諸 如8呎8吋、40呎、60呎及80呎之長度。 A ·水硬水泥 可擠壓膠結性組成物及膠結性建構產物包括一或多種 類型之水硬水泥。如下文所述，儘管流變改質劑可促成可 擠壓組成物及生坯擠出物之大部分強度’但在固化或水合 開始後，水硬水泥可促成膠結性複合或建構產物之大部分 強度。併入之參考文獻中可發現水硬水泥及相關性質及整 個製造過程中之反應以及最終纖維增強建構產物的實例。 舉例而言，水硬水泥可為白色水泥、灰色水泥、鋁酸鹽水 5 23 201132478 泥、I-V型水泥及其類似物。 可擠壓組成物可包括各種量之水硬水泥。一般而言， 可擠壓組成物中水硬水泥之量描述為濕百分比（例如濕重％ 或濕體積％)，以便說明所存在之水。因此，水硬水泥可以 可擠壓組成物的約25濕重％至約69.75濕重％，更佳約35 濕重％至約65濕重％，及最佳約4〇濕重％至6〇濕重％存在。 簡言之，在擠出產物内，水硬水泥藉由與水反應形成 水泥糊或凝膠，其中反應速度受固化時間影響。在一些具 體實例中，可藉由使用促凝劑使反應速度進一步提高，且 藉由高濃度之纖維調節膠結性建構產物之強度及物理性 質。一般而言，水硬水泥於固化膠結性複合物中之量描述 為乾百分比（例如乾重％或乾體積％)。水硬水泥之量可在 約40乾重％至約90乾重％，更佳約5〇乾重％至約8〇乾重 %，及最佳約60乾重％至約75乾重％範圍内變化。應瞭解， —些產物可根據需要且視其他組分而定使用或多或少之水 硬水泥。 藉由與水反應或水合形成之水硬水泥，更特定言之水 泥或水硬糊，典型地將促成至少約5〇%本發明建構產物總 結合強度，較佳至少約70%，更佳至少約8〇%，且最佳至 >約90%總結合強度。此為保持相對低有效的水與水泥之 比率（例如藉由一或多種控制早期加熱以藉由蒸發緩慢移 除部分水及/或藉由纖維吸收水及/或流變改質劑）的直接結 果0 B·水 24 201132478 在一個具體實例中，处-p、，1 尺可以相對高之量用於可擠壓組 成物中’以知向混合比、播在I丨α 擠制性、固化速率及/或擠出產物 之孔隙率。儘管添加更多次 χ夕尺具有降低抗壓強度之作用，但 此可能為產生產物的所要副產物，所要產物可鋸切、打磨、 ”、擰緊及另外如木材或木材代用物-樣使用。此外， =由蒸發或加熱來降低水於可㈣組成物或擠出物中之 尚濃度。當水自生坯擠出物蒸發時，开)態穩定性及孔隙率 可同時增加。此與典型混凝土組成物及方法形成對比，呈 中增加之孔隙率會降低生坯強度，且反之亦然。 因此，水於本文所述之多種混合物中之量可在大範圍 内急劇變化。舉例而言’水於可擠壓組成物及生述擠出物 中之量可在約25濕重％至約69·75濕重更佳約35濕重 %至約65濕重％，且最佳約4〇濕重％至約6〇濕重％範圍内。 另一方面，固化複合物或硬化建構產物可具有少於1〇濕重 %，更佳少於約5濕重％，且最佳少於約2重量％水之自由 水；然而，額外水可與流變改質劑、纖維或聚集體結合。 在快速反應期間，水於擠出物中之量應足以固化或水 合，以便提供本文所述之最終性質。然而，保持相對低的 水與水泥之比率（亦即w/c )會提高最終膠結性建構產物之 強度。因此’實際水或標稱水與水泥之比率典型地最初將 在約0.7 5至約1.2範圍内。在一些情形中，實際或標稱水 與水泥之比率可大於1>5或丨.75以便產生具有極高孔隙率 及/或較小硬度及高鋸切性、釘牢性及/或擰緊性的建構產 物0

S 25 201132478 尺泥之比率影響水硬水泥黏合劑之欠 ^ 由蒸發㈣移除水（例如經數天之時段，諸如;; 不僅：提円短期生坯強度，❿且亦會藉由降低水盥水尼之 比率提高水泥黏合劑之長期強度。此外，水可用於藉由在 :成過程中存在水’接著形成後移除部分水來向最终產物 提供孔隙率。形成後移除水在最終產物中產生均勻分佈之 孔隙率。同樣，此可降低水之量，提高黏合劑強度，且提 ::與黏合劑之校正強度比率。藉由加熱控制蒸發後的水 與水泥之比率較佳將小於約G.5 (亦即在約G i至約〇 5範 圍内，較佳約0_2至約0·4範圍内，更加約〇25至約〇乃 範圍内，且最佳約0·3)。 亦選擇水之量以便產生具有所要密度之建構產物。因 為鑛切'釘人或旋人本發明膠結性建構產物中之能力與密 度（亦即’密度純’越容易使用fit木材操作王具鑛切、 針入及/或旋入複合物中）有關，可選擇水之量產生具有所 要孔隙率程度之產物一般而言，提高在固化之前、期間 或之後藉由瘵發移除的水之量會降低最終固化建構產物之 密度。 在建構產物需要具有類似於木材之性質的情形中，密 度較佳將小於約1.2gW，更佳小於約】15g/cm3，甚至更 佳小於約1.1 g/cm3，且最佳小於約丨〇5 g/cm3。 除了允許使用習知木材操作工具鋸切、釘牢及擰緊的 似木性質之外’本發明之建構材料可使用起槽機及刨床精 加工。 26 201132478 c·纖維 可擠壓組成物及擠出建構產物相較於習知混凝土組成 物匕括相對尚濃度之纖維。此外，纖維典型地實質上均句 刀散於整個膠結性組成物中，以使纖维賦予之有益性質最 大化。存在纖維以向可擠塵組成物、生迷擠出物及膠結性 建構產物提供結構增強。纖維亦藉由提供回彈效應來提供 針子及螺釘固持，賦予微量勃性，防止在釘子或螺钉形成 之孔周圍形成微量之裂紋或嚴重損壞。可吸收大量水之纖 (例如木材'植物或基於其他纖維素之 低有效水/水泥比率（亦即，基於實際上用於水泥 水）。 可使用各種類型之纖維來獲得特定特徵。舉例而言， ，、。性組成物可包括自大麻、棉花、植物葉片或莖、硬木、 或其類似物提取之天然存在之有機纖維；由有機聚合 備之纖維，其實例包括聚㈣綸（亦即聚醯胺）、聚乙 烯醇（PVA)、聚乙烯及聚丙稀；及/或無機纖維，其實例包 括破璃、石墨、二氧化石夕、石夕酸鹽、使用删砂、陶究、碳 ，隹*化物、金屬材料使其耐鹼之微玻璃，及其類似物。 ，佳纖維例如包括玻璃纖維、石夕灰石（wGGiastanite)、蒸麻、 庶〉查、木材纖維（例如彳旨果 , J才曰果松、大王松、冷杉、桉樹、回 山欠報紙及其他類型之纖維）、棉花、氮化石夕（仙⑽如㈤、 匕夕（SlllCa Carblde)、石炭化鵁及克維拉.纖維（Kevlar) ,· w而，亦可使用其他類型之纖维。 用於製備膠結性組成物之纖維可具有高長寬比（或「縱 £ 27 201132478 橫比」）’因為越長、越細 終建構產物越大的強度。纖：維典型地賦予每單位重量最 少約-1，更佳至少約：：可具有至少約…1，較佳至 縱橫比。 .，且最佳大於越200:1之平均 在-個具體實例中’纖 〇-1咖至約2.5咖^ τ以夕種長度使用’諸如約 cm至約1 5太 、、、〇.2 Cm至約2 cm，且最佳約〇 2 更佳… 個具體實例中，纖維可以小於約5_， 更佳:於約以随’且最佳小於約imm之長度使用。 性植成物Γ时财，可將極長或㈣㈣混合至膠結 =物中。如本文所用，「長纖維」意欲指超過約2.5 cm 長合成纖維。因此，長纖維可以約2.5 cm至約10cm， m至約8 cm，且最佳約4 em至約5⑽範圍内之 長度存在。 纖維於可擠壓膠結性組成物内之濃度可廣泛變化以向 擠壓組成物及最終產物提供多種性質…般而言，纖維可 以大於約5濕體積％，更佳大於約7濕體積％，及甚至更佳 大於約8濕體積％之濃度存在於可擠壓組成物中。舉例而 在個具體實例中，纖維以約5濕體積％至約40濕體 積％，且甚至更佳約8濕體積％至約3〇濕體積％，且最佳約 0 “體積％至約2 5濕體積％範圍之濃度存在於可擠壓組成 物中。 纖維於固化膠結性複合物内之濃度可在大於約1〇乾體 積％ ’且更佳大於約15乾體積％，且甚至更佳大於約2〇乾 體積/〇範圍内。舉例而言，在一些具體實例中，纖維以約 28 201132478 1 〇乾體積％至约65乾體積％，更佳約丨5乾體積％至約5〇 乾體積％，且甚至更佳約2〇乾體積％至約4〇乾體積％之範 圍存在於固化膠結性組成物中。 此外’組成物中特定類型之纖維的量可變化。因此， PVA可以至多約5乾體積％ ’更佳約1乾體積％至約*乾體 積/〇且最佳約2乾體積％至約3 25乾體積％存在於固化膠 結性組成物中。軟纖維及/或木材可以上文關於一般纖維所 述之里或以至多約1 〇乾體積0/〇，更佳至多約5乾體積〇/〇， 且最佳至多約3.5乾體積％存在於固化膠結性組成物中。報 氏’滅、准了以上文關於一般纖維所述之量或以至多約3 5乾體 積％，更佳約ίο乾體積％至約30乾體積％，且最佳約15乾 體積/ό至約2 5乾體積％存在於固化膠結性組成物中。 在一個具體實例中，纖維類型可基於包含膠結性建構 產物之最終產物之所要結構特徵來選擇，其中較佳的是相 較於輕天然纖維具有緻密合成纖維，或反之亦然。典型地， 天然或木材纖維之比重在約〇 4 (櫻桃木纖維）至約(樺 木或紅木纖維）範圍内。另一方面，合成纖維之比重在約i (聚胺基曱酸酯纖維），約lt3(聚乙烯醇纖維），約i 5(克 維拉纖維），約2 (石墨及石英玻璃），約32 (碳化矽及氮 化矽），約7至約9 (大多數金屬，其中不鏽鋼纖維為約8)， 約5.7 (氧化錘纖維）至約丨5 (碳化鎢纖維）範圍内。因此’ 天然纖維傾向於具有小於丨之密度，且合成纖維傾向於具 有約1至約15之密度。 在一個具體實例中，不同密度之多種纖維可一起用於

29 S 201132478 膠結性組成物中。舉例 ° 、'且5櫻桃木纖維與碳化#織 維之性質可為有益的。因$人 厌化矽纖 ,^ iU匕，組合之天然/合成 以約10至約0.1 ,更佳的& 无了 更佳約6至約〇·2,甚至更 0.25,且最佳約4至約〇 5範圍内之比率使用。 至力 在-個具體實例中，常規纖維或長纖維（諸如松木' 冷杉或其他天然纖維）之混合物可與微纖維（諸如石夕灰石 (W〇〇laStinit〇或微玻璃纖維）組合以提供獨特性質，包括 提南韌性、可撓性及撓曲強 ^ έΒ ^ ”卞較大或較小纖維在膠 、，·。！·生組成物中在不同層面上起作用。 鑒於上文所述’以相對高的量添加纖維，以便產生具 有南換曲強度、伸長率、说接 mm 申長革偏轉、變形能力及可撓性之膠結 性建構產物。舉例而言，大詈 大里纖维產生可將緊固桿插入且 拔出阻力的膠結性建構產物。纖維有助於 t性建構產物像木材一樣被雜切、擰緊、打磨及抛光的 L而由磨光使纖維細毛暴露，產生似麂皮或似織 初衣面。 此外，可擠壓膠結性組成物及固化膠結性 :::二Γ屑可視作纖維性的，但其-般包含複數根 木貝素或其他天然聚結材料固持在一起。纖維向可 彳墾膠結性組成物或固化膠結性 钱0物提供之特徵略不同 正的纖維提供之特徵。在—些情形中，鑛屑可用作 木材=錄屑可作為副產物自鑛木礙或切割或研磨木料或 =物，其他場所獲得。可擠壓勝結性組成物可包括高 属重/。，較佳高達15濕重％，更佳至多2〇濕重％，且 30 201132478 最佳約10濕重％至約 複合物可包括高達12 達25乾重％且最佳約 D.流變改質劑 2〇濕重％的鋸屑。因此，固化膠結性 乾重％ ’較佳高達1 8乾重％，更佳高 12乾重％至約2 0乾重％鑛屑。 在本發明之較佳具體實例中，可擠壓膠結性組成物及 膠釔性建構產物包括流變改質劑。流變改質劑可與水及纖 維混合’卩幫助纖維在膠結性組成物中實質上均—（或均 勻）的=佈。此外，流變改質劑可賦予擠出物形態穩定性。 部分而言，此係由於流變改質劑在組成物為生坯狀態時用 作黏合劑以增加初期生坯強度，使得無需使用模具或其他 保持形狀裝置即可對其進行處理或加工。 如上文所述’現已另外發現當本發明組成物中使用流 I改質劑時’尤其當將生链擠出物加熱至大於6 5 之溫度 時’典型組成物中之習知流變改質劑的延遲作用被抵消， 藉此提高水泥之強度產生。特定言之，超過“七時，流變 改質劑自溶液沈澱析出且水合作用可較快進行，此導致較 快強度產生。 此外，流變改質劑幫助控制孔隙率（亦即當藉由蒸發 移除水時產生均一分散之孔）。此外，流變改質劑可賦予固 化複合物提高之韌性及可撓性，此可導致偏轉特徵提高。 因此，流變改質劑與其他組成性組分合作以實現更可變 形、可撓性、可彎、可壓實、韌性及/或彈性膠結性建構產 物。 舉例而言，流變改質劑之類型、分子量、分支程度、 31 201132478 里及分佈的變化可At呈_ ^ ^ 此如3可擠壓組成物'生坯擠出物及膠 、·，〇 f生建構產物之神暂。m ,, 且 質因此，流變改質劑之類型可為能夠 八5 /'文所述流變學性質之任何多醣、蛋白質 料及/或合成有機枒祖 貞性材 機材枓。一些適合多醣（尤其纖維素醚）之 實例L括甲基&乙基纖維素、經甲基乙基纖維素、敌甲某 纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、經乙基纖維素及經： 基丙基纖維素，殺粉，諸如支鏈澱粉、直鍵殿粉、乙酸殿 粉、經乙基峻殿粉、離子性澱粉、長鏈炫基澱粉、糊精、 胺澱粉、磷酸_澱粉及二路澱粉；多骑膠，諸如乳膠瓊脂 凝膠、褐藻酸、藻膠、瓊脂、阿拉伯樹膠、瓜爾膠、刺槐 丑膠'加拉亞膠、黃蓍膠，及其類似物。一些蛋白質性材 料之實例包括膠原蛋白、酪蛋白、生物聚合物、生物聚酯 及其類似物。可賦予流變學改質性質之合成有機材料之實 例包括基於石油之聚合物（例如聚乙烯、聚丙烯）、乳膠（例 如苯乙烯-丁二烯）及生物可降解聚合物（例如脂族聚酯、 聚羥基烷酸酯、聚乙酸、聚己内酯）、聚氯乙烯、聚乙烯醇 及聚乙酸乙烯酯。黏土亦可用作流變改質劑來幫助分散纖 維及/或賦予生坯擠壓組成物形態穩定性。 流變改質劑於可擠壓組成物及朦結性建構產物内之量 可視類型、分支、分子量及/或與其他組成性組分之相互作 用而定由低濃度至高濃度改變。舉例而言，可擠壓膠結性 組成物中存在之流變改質劑的量可在约0.1濕體積％至約J 〇 濕體積％，較佳約0_25濕體積％至約5濕體積％，甚至更佳 約0.5濕體積％至約5濕體積％，且最佳約1濕體積。/❶至約3 32 201132478 濕體積％範圍内。固化膠結性組成⑯中存权流變改質劑的 量可在約0.1乾體積％至約20乾體積％，更佳約〇 3乾體積 %至約10乾體積％，甚至更佳約〇 75乾體積％至約8乾體 積％，且最佳約1.5乾體積％至約5乾體積％範圍内。 此外，作為一般與流變改質劑一起使用之增塑劑的合 成有機材料之實例包括聚乙烯吼咯啶酮、聚乙二醇、聚乙 烯醇、聚乙烯基曱基醚、聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽、聚乙烯 基丙烯酸、聚乙烯基丙烯酸鹽、聚丙烯醯亞胺、氧化乙烯 聚合物、聚乳酸、合成黏土、苯乙烯_丁二烯共聚物、乳膠、 其共聚物、其混合物及其類似物。舉例而言，增塑劑於組 成物中之量可在無增塑劑至約4〇乾重％增塑劑，更佳約i 乾重％至約35乾重％增塑劑，甚至更佳約2乾重％至約％ 乾重/〇，及最佳約5乾重◦/〇至約2 5乾重％範圍内❶ 流變改質劑典型地將賦予本發明建構產物小於5〇%的 總結合強度。然而，其可藉由降低有效水/水泥比率間接提 高水泥糊之強度。流變改質劑結合之水一般不容易用於水 硬水泥結合之水合，藉此降低用於水泥水合之水的總量。 E.填充物 在一個具體實例中，可擠壓組成物、生坯擠出物及固 化膠結性複合物可包括填充物。或者’存在明確排除填充 物材料之情形。若完全使用填充物，則其一般以較小量納 入且主要用於降低擠出產物的成本。因為需要獲得似木建 構材料形式且具有木材性質之擠出產物，所以應選擇不會 產生過硬且難以處理之產物的填充物。填充物之實例包括

33 S 201132478 如上文所述之鋸屑’以及膨脹黏土、珍珠岩、蛭石、高嶺 土矽灰石、石夕藻土、塑膠球、玻璃球、粒狀橡膠、粒狀 塑膠、剝離垣石、白皇、滑石，丨雲母更佳，因為其可降 低膠結性建構產物之重量及密度。—些填充物（諸如虫至石、 橡膠及塑膠球）具有彈性，且可提供彈性回彈，以便向緊 固桿提供更佳夾持強度。諸如珍珠岩及玻璃球之其他物質 易碎：此使其在敲入緊固桿中時破裂，藉此增加或提供摩 拔出。併人之參考文獻中可獲得關於可用於勝結性 、’且成物中之填充物之類型及量的其他資訊。諸如葉狀剝落 蛭石、滑石及雲母之填充物可成型為小片，且可藉由擠壓 機在生坯擠出物中縱向對準。 在-個具體實例中，可擠壓膠結性組成物可包括大量 填充物。特定言之’當使料，填充物可各自獨立以小於 約1 〇濕重/〇’較佳小於約7濕重％，更佳小於約3濕重％， 且最佳約2濕重％至約12濕重％之量存在。 在一個具體實例中，固化膠結性組成物可包括大量填 充物。特定言之，當使用時，填充物可各自獨立以小於約 乾重/❶，較佳小於約丨〇乾重％ ’更佳小於約5乾重％， 且最佳約3乾重％至約15乾重％之量存在。在—些情形中， =如石灰石之填充物可以高達約7〇乾重％存在。舉例而 。田包括於固化膠結性組成物中時，蛭石可以約2乾重％ 至、9 20乾重/。，且較佳約3乾重％至約μ乾重％之量存在。 F·其他材料 在一個具體實例中，可擠壓組成物、生坯擠出物及膠 34 201132478 結性建構產物中可包括促凝劑。如本文及併入之參考文獻 中所述’可包括促凝劑以減少誘導時段之持續時間或加速 快速反應時段之開始。因此，可使用諸如MgCl2、NaC〇3、 KC〇3、CaC〗2及其類似物之傳統促凝劑，但可能導致膠結性 建構產物之抗壓強度降低；然而’此可能為所要副產物以 便產生可像木材一樣鋸切、砂磨、釘牢及擰緊之產物。舉 例而言’傳統促凝劑可以約〇_〇〇 1總乾重％至約5總乾重％， 更佳約0.05乾重％至約2.5乾重％，且最佳約〇 u乾重％至 約1乾重％之量存在於生坯擠出物中。 如上文所述，亦可視情況使用阻滯劑（亦稱為延遲 劑）、延遲成型或水合控制混雜物來阻止、延遲或減緩水泥 水合速率。可將其添加至可擠壓組成物、生坯擠出物及膠 結性建構產物中。阻滯劑之實例包括木質素磺酸及其鹽、 經基化羧酸、硼砂、葡萄糖酸、酒石酸、黏液酸' 及其他 有機酸及其相應鹽、磷酸鹽、單醣、二醣、三醣、多聽、 某些其他碳水化合物’諸如糖及糖酸、澱粉及其衍生物、 纖維素及其衍生物、硼酸之水溶性鹽、水溶性聚矽氧化合 物、糖酸及其混合物。例示性阻滯劑以商品名稱Deivo®由

Masterbuilders ( BASF 之分公司，chemical 公司，Cleveland,

Ohio )市售。 在一個具體實例中’膠結性組成物可包括添加劑材 料。或者’存在明破排除添加劑材料之情形。若使用添加 劑’則其一般以較小量納入且主要用於降低擠出產物的成 本。在一些情形中，添加劑可用於改良固化產物之強度。 35 201132478 -些添加劑實例可為與水反應之火山灰質材料，且具有高 pH值且略具膠結性。火山灰質材料之實例包括火山灰溝 壑於泥（Slade )、飛灰、石夕灰（siHca flume ) 1渣及其類 似物。 此外，膠結性組成物可包括染料或顏料來改變顏色或 提供慣常著色之膠結性複合產物。常規用於膠結性組成物 之染料或顏料可應用於本發明。 ^膠結性組成物中可存在之其他特定材料可包括瓜爾 膠、Darauair、Ti02、DelV0®、gienium 3〇/3〇、LatexAc 1〇〇、 p〇zZ1lith NC534及其他類似材料。舉例而言，Ti〇2可以約 0.5乾重％至約1.5乾重％，較佳約〇·7%至約13乾重％之量 存在；delvo可以約0.05%至約〇5乾重％ ,較佳約〇 〇6乾 重/〇至約0.37乾重％之量存在；gienium 3〇/3〇寸以約〇 25 乾重％至約0.5乾重0/〇，較佳約〇.3乾重◦/◦至約〇 4乾重％之 量存在；LatexAc 100可以約〇_75乾重％至約3乾重％，較 佳約0.95乾重％至約2.80乾重％之量存在；且p〇zzmth N C 5 3 4可以約1 · 2 5乾重％至約4乾重％，較佳約1.4乾重％ 至約1.5乾重％之量存在。 在一個具體實例中，膠結性組成物可包括其他視情況 選用之材料，諸如分散劑、聚合黏合劑 '成核劑、揮發性 溶劑、鹽、緩衝劑 '酸性試劑 '著色劑及其類似物。特定 言之’當使用時，此等其他視情況選用之材料（其中一些 在併入之參考文獻中論述）可各自獨立地以小於約1 〇乾重 % ’更佳小於約5乾重％，且最佳小於約1乾重％之量存在。 36 201132478 在一個具體實例中’可使用保護材料或密封材料塗覆 以纖維增強之實質上固化之膠結性擠出物，諸如油漆、著 色劑、清漆、織構化塗料及其類似物。因此，可在膠結性 建構產物實質上固化之後向其施加塗料。舉例而言，膠結 性建構產物可經染色，使得表面上存在之纖維相對於產物 其餘部分出現細微差別’及/或經織構化，以便類似於木製 產物。 可向表面施加及/或向膠結性基體中併入混凝土行業中 已知之密封劑，以便提供防水性質。此等包括矽烷及矽氧 燒0 製造建構產物 圖1A為說明在形成可擠壓组成物、生坯擠出物、膠結 性複合物及/或建構產物期間可使用之製造系統及器械之具 體實例的示意圖。應認識到，此僅為出於描述一般加工： 統及器械之目的而說明的實例’纟中可對其進行各種添加 及修改以製備膠結性組成物及 關於與其相關描述之任何特徵 或尺寸以任何限制性方式來解 本發明之膠結性組成物以及膠 的更詳細描述。 建構產物。同樣，圖式不應 的存在、配置、形狀 '定向 釋。據此，現提供對能製備 結性建構產物之系統及器械 戈口圃所示，其展 …一 1、、％ 1 U 的一 體實例，該種擠壓系、统10包括第一混合胃16、視情況 之第二混合器18及擠壓機24。第一混合器16經•:離 少經由第一進料流12接收至少一種材料進料，以供：

37 S 201132478 第此。物20中。在可能在高剪切力下進行之適當混合 後同&保持低於會加速水合之溫度的溫度，自第一混合 益16私除作為有備於進一步加工之材料流的第一混合物 20 ° 藉由合除任何其他組分之外的第一混合物2〇，可使 各別/Mi δ組刀均勻分佈於整個組成物中。舉例而言，宜均 勻此S纖維與至少流變改質劑及水，隨後將其與其他組分 組合。因而，流變改質劑、纖維及/或水在高剪切力下混合， 以便增強其中之纖維的均勻分佈。流變改質劑與水形成塑 性組成物，其具有高屈服應力及能夠將來自混合器之剪切 力轉移至纖維層面的黏度。以此方式，可使用比圓網抄取 法及傳統製紙程序中所需少得多的水使纖維均勻分散於整 個混合物中，而圓網抄取法及傳統製紙程序典型地需要多 達99%的水來分散纖維。 視情況選用之第二混合器丨8具有第二進料流I#，其供 應欲混合於第二混合物22中之材料，在該處該混合可藉由 包括加熱元件來增強。舉例而言，第二混合器18可接收及 混合額外組分，諸如額外水、促凝劑、水硬水泥、增塑劑、 聚集體、成核劑、分散劑、聚合黏合劑、揮發性溶劑、鹽、 緩衝劑、酸性試劑、著色劑、填充物及其類似物，隨後將 其與其他組分組合而形成可擠壓組成物。第二混合器丨8為 視情況選用的，因為可在第一混合器16中混合額外組分與 纖維性混合物。 如所示之示意圖中，擠壓機24包括擠壓機螺桿26、視 38 201132478 情況選用之加熱元件（圖中未示）及具有模具開口 3〇之模 頭28。視情況而定，擠壓機可為單螺旋、雙螺旋及/或活塞 型擠壓機。 在第一混合物20及第二混合物22進入擠壓機之後， 其可被合併且混合成可擠壓組成物。 藉由混合各組分，在不同組分之間（諸如流變改質劑 與纖維之間）形成界面，此使個別纖維彼此擠開。藉由使 用流變改質劑增加黏度及屈服推力（yield thrus〇,更多纖 維可實質上均勻分佈於整個混合物及最終固化產物中。此 外，可增加不同組分之間的内聚力，以便增加粒子間力及 毛細管力以增強擠壓後的混合及形態穩定性。舉例而言， 不同組分之間的内聚力可類似於黏土，以便生坯擠出物可 置於陶輪上且類似於被製造成陶器之常見黏土進行操作。 在一個具體實例中，額外進料流（圖中未示）可位於 沿擠壓機24之長度的任何位置處。額外進料流之可用性可 使製造過程能夠在任何位置添加某些組分，以便在混合及 擠壓期間改良可擠壓組成物之特徵以及在加壓後改良生坯 擠出物之特徵。舉例而言，在一個具體實例中，宜在擠壓 之前約60分鐘内至約1秒内向組成物中供應促凝劑，在其 為C-S-H時尤其如此。更佳地，在擠壓之前約45分鐘至約 5秒内’甚至更佳在擠壓之前約3〇分鐘内至約8秒内，且 最佳在約20分鐘内至約1〇秒内將促凝劑混合至組成物 中。此可使生坯擠出物能夠經組態以提高形態穩定性及縮 短開始快速反應時段之前的誘導時段。 39 201132478 因此，擠壓後的誘導時段可實質上有縮短，以便在擠 壓後約30秒至約30分鐘内，更佳在擠壓後約2〇分鐘以内， 甚至更佳在約10分鐘以内，且最佳在約5分鐘以内誘導快 速反應時段之開始。 在另一個具體貫例中，促凝劑可獨立於其他組分供應 至擠壓機中’以使得誘導時段之持續時間少於約2小時， 更佳少於1小時，甚至更佳小於約4〇分鐘，且最佳小於3〇 分鐘。 繼續參看圖1A，當膠結性組成物移動至擠壓機24之末 端時，其通過模頭28,隨後在模具開口 3〇處受擠壓β模頭 .28及模具開口 30可組態成任何形狀或配置，只要製造出能 夠被進一步加工或修整成建構產物之擠出物。在所示具體 實例中，模具開口 3〇宜具有圓形直徑以使得擠出物32具 有似桿形狀《圖1C中說明其他例示性截面形狀，包括六邊 形42、矩形44、正方形46或工字樑48。擠出建構產物之 特徵可為在生坯狀態時立即形態穩定。亦即，擠出物可立 即加工而不會變形，其中該加工可包括切割、鋸切、成型、 研磨疋型、鑽孔及其類似加工。因而，生链狀態之擠出 物在製備成最終膠結性建構產物之尺寸、外形或形狀之前 無需固化。舉例而言，生坯狀態加工可包括以下項：（a )藉 由研磨 '鋸切 '切割或其類似操作來形成具有規定尺寸（諸 如寬度、厚度 '長度、半徑、直徑及其類似尺寸）之板；（b ) 使擠出物彎曲，以便形成彎曲膠結性產物，其可為任何尺 寸及形狀，諸如彎曲椅子腿' 彎曲拱形物及其他裝飾物及/ 40 201132478 或結構部件；（c )形成長度超過或不同於標準木板長度之 板，其可包括6呎9吋、8呎8吋、9呎1吋、27吸、40 对（if)、41 吸、60 吋（if)、61 呎、軟性、81 对（if)及 其類似長度之較短或較長之板長度；（d)以輥織構化，此 可賦予膠結性建構產物類似木材紋理之表面；（e )表面塗 漆、防水處理或以其他方式塗覆，此可施加包含矽烷、矽 氧烷、乳膠、C-S-H及其類似物之塗層；及（f)運輸、貨 運或以其他方式移動及/或處理。此外，可將由生坯Z態力胃口 工產生之副產物置於進料組成物中且再加工。因此，生坯 膠結性副產物可回收，此可顯著降低製造成本。 圖⑶為可在圖以之擠壓方法下使用之模頭Μ的示意 圖。因此，模頭29包括具有孔形成部件31之模具開口 ％。 孔形成部件31可如圖所示為圓形，或具有任何截面形狀。 :此，孔形成部件31可在擠出％中形成孔，此展示於圖⑴ 。因為擠出物在擠壓後可立即形態穩定，所以 孔形成部件之尺寸及形狀。此外，各種具有可製造環形 擠出物之孔形成部件之模頭為黏土行業中孰知 要改適或改良以便可用於本發明擠壓方法中。 根據需 現參看圖1C，其展示擠出物4〇之額外且 此，圖1A及⑺之模頭及模具開口可改 只 因 有各種截面積之擠出物4〇,其中擠出物c以提供具 與模具開口之截面積相同。舉例而言 帛可實質上 42、矩形44 (例如2nfx4对條片、：面積可為六邊形 方形46、工字桦48戎葙_ π i女 吋條片等）、正 或視情况具有連續孔49之圓才主5〇。同

S 41 201132478 樣，可經擠壓製備其他截面形狀。更特定言之，可使用圖 1B之模頭及模具開口，使得六邊形42 '矩形44 (例如2 吋x4吋條片、1吋Xl0吋條片等）、方形46、工字樑48或 圓柱50可視情況包括連續圓形孔51、矩形孔53、正方形 孔57或其類似孔。同樣，可使用複合模頭及開口製備具有 連續孔49及複數個較小孔51之圓柱5〇。此外，任何一般 截面形狀可進一步加工成特定形狀，諸如由44x4吋正方 形形狀製成2吋χ4吋條片。或者，模具孔口可產生過大產 物，隨後修整成所要規格以確保較大均一性。 因此，前述方法可用於擠壓具有一或多個連續孔之建 構產物。舉例而言，可擠壓出具有一或多個孔之2吋“吋 條片或其他板，可在生㈣態或固化後向該等孔中插入鋼 筋二在固化板之情形中’可使用環氧樹脂或其他黏著劑將 鋼肋在孔中固定就位，以在鋼筋與板之間提供強黏合。舉 例而吕，圖1C之圓柱5G以及其他形狀可製造成大建構级 ^ ’諸如公用#、電話桿或電力桿。此等結構可視情況^ ，大内部開口 49以降低質量及成本，且在壁中具有較小孔 1以允許插入加固鋼筋，如圖所示。在一個具體實例中， 之外徑為約壁厚度為約3对，且内部孔徑為 =时。可在3忖壁中提供複數個隔開之G 5忖孔以容納 鋼筋之放置。 '' 一此在-個具體實例中’將可擠壓組成物充氣，隨後擠壓 方法可採用主動充氣加工以增加可擠壓組成物中之 軋！ ’且藉此形成氣泡或多孔形態。例示性方法可包括 42 201132478 加在高溫下分解且形成氣體之反應性材料，諸如焙用鹼 (NaHC03 )、礙酸銨（（NH4)2C〇3 )、碳酸氫錢（NH4Hc〇3)、 胺曱酸銨（NtCOONH4)及鋁粉。主動或被動充氣可提供 具有小至大氣泡或孔形態之擠出物及/或膠結性建構產物p 舉例而言，充氣膠結性複合可具有約4〇%至約75%，更佳 約45%至約65%’且最佳約5G%至約6()%之孔隙率。因此， 將可擠壓组成物充氣或脫氣可提供增加或降低膠結性建構 產物之密度的能力。 可根據特定需要及普通需要特製膠結性建構產物之孔 隙率。此可允許特製製造方法以提供與膠結性建構產物之 預期用途相關的孔隙率。舉例而言，似木板可經組態以具 有較咼孔隙率，此使能夠改良釘牢、擰緊、切割、 研磨、鋸切及其類似加工。 增強膠結性材料之似木性質 維含量以與預期用途相關。 因此，可使用提高之孔隙率來 。因此，可改良孔隙率以及纖 在一個具體實例中，擠出物可在乾燥器或高壓釜中進 一步加工。乾燥器可用於乾燥擠出物以移除過量水，此可 提高孔隙率及/或形態敎性。另—方面，擠出物可經高壓 蒼加工以提高固化速率。 圖2為展示可用於根據本發明製備膠結性建構產物之 替代性擠壓方法的示意圖。因此’擠壓方法可考慮使用輥 擠壓系統200，該系統使用輥將濕膠結性材料擠壓成生坯中 間擠出物。該輥擠壓系、统200包括混合胃216，該混合器經 H以通過進料流212接收至少—種材料進料以供混合成

S 43 201132478 混合物220。在可如本文所述進行之適當混合後，當材料流 有備於進一步加工時自混合器2 1 6移除混合物220。 接著將混合物220施加至輸送機222或其他類似運輸 器上，以便自施用部位移動材料。此允許混合物形成可加 工之膠結性流224。因而，膠結性流224可在第一輥226之 下通過，輥226經設定在距輸送機222預定距離處且相對 於其具有預定截面積，此可將膠結性流224壓製或成型成 生坯中間擠出物228。視情況而定，輸送機222接著可經由 第一壓延機230傳遞生坯擠出物228，壓延機230包含上輥 23 0a及下輥230b。壓延機230可經組態以具有預定截面積， 使得生坯中間擠出物228進一步成型及/或壓縮成成型生坯 中間擠出物242。同樣，視情況選用之第二壓延機240包含 第一輥240a及第二輥240b，其可用於代替第一壓延機230 或與其一起使用。壓延機23 0、240之組合有利於提供實質 上根據需要成型之生坯擠出物。或者，可排除第一輥226， 且膠結性流224可經任何數目之壓延機230、240加工。 另外，成型生坯擠出物242或本文所述之其他擠出物 (諸如來自圖1A中所說明之方法）可藉由加工設備244進 一步加工。加工設備244可為用於如本文所述加工生坯擠 出物材料之任何類型之器械或系統。因此，加工設備244 可將成型生坯擠出物242鋸切、研磨、切割、彎曲、塗覆、 乾燥或成型或進一步加工成經加工擠出物246。同樣，自加 工設備244獲得之副產物260可回收至進料組成物212中， 或與混合物220 —起施加至輸送機222中。當加工設備244 44 201132478 '二二夺噚型生坯擠出物242可加熱至迅速移除水， 以便在加工擠出物246中形成空隙之溫度’此提高孔隙率。 a在一個具體實例中，、组合之固化/乾燥加1可用於固化 及乾燥水硬水泥以形成擠塵膠結性複合。舉例而言，組合 之固化/乾燥加工可在约75_99t之溫度下進行Μ小時，以 獲得約80%最終強度。然而，在任何固化及/或乾燥加工中， 較大塊可能耗費額外時間。 在另一個具體實例中，使用組合之蒸汽固化及屢煮處 、固化水硬水泥。典型地，最初對水泥進行蒸汽固化， 以使水硬水泥之溫度達到約65_99。匚之溫度，接著在約1航 或以上之溫度下、在12巴下、在高壓爸中加熱約12 日、*由壓煮處理’所得膠結性產物獲得大於約15〇%且 在-些具體實例中為2000/。之最終的28天強度。 根據圖3A-D ’圖1A中展示之擠壓系統可經改良從而 ^擠出物㈣在諸如鋼筋（金屬或纖維玻璃）、金屬 、金屬金屬絲、、織物及其類似物之補充性支撐元件或增 :件周圍。藉由共擠麼膠結性組成物與增強金屬絲、織 物或鋼筋’所得膠結性建構產 再座物在斷裂之刖可具有較大偏 相強度。或者，輥擠壓Μ 可❹K 所述製備增強生坯體及膠結性建構產物。 現參看圖3A，其展示共擠壓系統遍之—個具體實 例。共擠壓系統3〇〇包括至少 、 兩個或兩個以上模頭302a及 303b違Π仙及鶴經定向使得各別模具開口 3〇3a及 產生摻雜在一起形成均-擠出物綱之擠出物。此外， £ 45 201132478 共擠壓系統300包括用於將補充性支樓元件（諸如鋼筋 置於均—擠出物綱中之構件，其中該構件可包括輸送機） /月輪、驅動機制（dlve mechanism)、可移動模頭 動機制、鋼筋拔取機制及其類似物。 助推 如所展示，鋼筋304在第—模具開σ 3Q3a與第 開口 303b之間通過。此允畔銦 兄疔鋼肋304至少部分或完全扭驻 於均一擠出物308内，其中 ’裝 “a-, 裝鋼 以虛線顯示。 如所展p鋼筋304可具有定向穿過模具開口 3仏及_ 之第-末端310，隨後向鋼筋3〇4施加任何擠出 一末端川未封裝。裸露之鋼筋使能夠拔取鋼 f 促進#作簡易性及擠壓後處理簡易性。 > · 3B’其展示共擠壓系統32〇之另—個具體 例。共擠壓系統32〇包括模 八 m二 枯模頭322及向擠出物326供廡金 屬絲或織物網孔324之構件， 滑輪、驅動機制、可移動掘踊 構件可包括輸送機、 機制及其類似物。因此，今禮杜叮^ 披取 該構件可向模具開口 321連續 應網孔3 2 4 ’使得ψ私a，γ』 便侍擠出物326擠愿在網孔3 孔324。封裝之絪；^丨丄> 7 ^ ，匕328由擠出物326内之線表示。此外， 網孔324可以膏暂μ楚α 質上荨於擠出速率之速率供應，使得均 形成增強播出物。 見'看圖3C ’其展不共擠塵系統340之另一個具體實 例。共擠塵系 '統340包括具有模具開口 348之模頭342。模 頭342及模具開σ 348錄έβ卞、，At 匕、以使得補充性支撐元件344 (亦即至少一個銷翁） 肋）了經通道3钧通過模頭342。通道 46 201132478 346允許鋼筋344經通道開口 35〇通過模具開口 348。當鋼 筋344通過通道開口⑽> J 350時，將其以擠出物352封裝使得 形成封裝之鋼筋354。 現參看目3D’其展示共擦壓系統36〇之另一個具體實 例。共擠壓系統360包括具有模具開口 之模頭如及 敞模⑽。敞模364經組態以包括由模具主體抓界定之開 口腔鳩。在使用時，敞模364在開口腔366中接收補充性 牛3 70 (諸如金屬絲或織物網孔、複數個鋼筋或金屬 絲）。此允許將擠出物374擠壓至網孔⑽上或周圍，以便 形成封裝之網孔376，如擠出物374内之虛線所示。 儘管敞模364可用於界定擠出物374之截面形狀，但 非/⑥如此。此係因為共擠壓m⑽可經組態使得 敞模365僅支撐網孔376，且 牙匕权具開口 363傳送網孔 。因此，擠出物374可自；^B 模364中或㈣於 自订支拉且將網孔370封裝於敞 、 宁或封裝於一也盆伸柱外u 輪、驅動機制、可移動模Γ 諸如輸送機系統、滑 制刀動撝碩、鋼筋推動機制、鋼筋拔取機 制及其類似物（圖中未示）。 圖4為說明以似鋼筋έ士措产 物之另―個具时例的;Va Λ ㈣結性建構產 用由諸如金屬、玻璃、陶i塑膠及;;曾強方*4G〇可使 材料製備之鋼筋402。鋼筋 V、類似物之任何加固 工，該設備向鋼筋衛施加環氧；；工設備404加 藉由關於圖1B所述之加卫形成=4層傷。可獲得諸如 ^ 408 # 形成連續孔41〇之膠結性建構產 物408，其可接收環氧樹脂4 〃 适稱屋 塗覆之鋼筋402。接著將環

S 47 201132478 乳樹脂406塗覆之鋼筋4〇2插入至孔4i〇巾 環氧樹請塗覆之鋼筋402驅動，入或用力推入孔中， 因此，具有鋼筋術之膠結性建構產物可顯著加固及 結構上增強。或者，可在將鋼筋4〇2插入至膠結性建構產 物408之孔410中之前，將環氧樹脂插入至孔中。 在一個具體實例中’可藉由使生坯擠出物t之水硬水 泥如上文所述水合或固化形成凝固膠結性建構產物，對具 有或不具有補充性支撐元件之生坯擠出物進一步加工。因 此，可製備在擠壓後立即形態穩定之膠結性建構產物，以 便允許對其進行處理而不發生斷裂。更佳地，膠結性組成 物或生坯擠出物可在擠壓後數分鐘内，更佳1〇分鐘内，甚 至更佳5分鐘内，且最佳丨分鐘内形態穩定。最佳及較佳 組成物及加工可產生擠壓時形態穩定之生坯擠出物。可使 用流變改質劑產生即使在無水硬水泥黏合劑存在下亦立即 形態穩定之擠出物。 為了實現形態穩定性，製造系統可包括乾燥器、加熱 器或南壓爸以使生坯擠出物如上文所述水合、成型或固 化。乾燥器或加熱器可如上文所述經組態產生足夠熱量， 自擠出物分離或蒸發水，以便提高其剛性及孔隙率，或誘 導快速反應時段之開始。另一方面，高壓釜可提供加壓蒸 汽，以誘導快速反應時段之開始。 在一個具體實例中，除了在膠結性組成物中包括促凝 劑之外，亦可如本文所述誘導生坯擠出物開始快速反應時 段。因此’可藉由改變褂出物溫度或改變壓力及/或相對濕 48 201132478 度來誘導生&擠出物開始快速反應時段。同樣，可藉由組 態促凝劑以在擠壓後預定時段内開始反應，以便誘導快速 反應時段。 、 在一個具體實例中，膠結性複合物或建構產物之製備 可匕括相較於習知混凝土或其他可水硬材料在縮短時段内 或以較快反應料將生这擠出物實質上水合&固化成膠結 性建構產物。因此’膠結性建構產物可視所用黏合劑類型 而定在約48小時内，更佳約24小時内，甚至更佳12小時 内，且最佳6 *時内實質上固化或硬化。因此，製造系統 及方法可經組態以獲得快速固化速率，使得膠結性建構產 物可被進一步加工或修整。 此外，使用如上文所述之較高固化溫度，可實現較快 固化加工。特定言之，如上文所述，水合、成型或固化可 在高於65°C且低於99t： ’更佳高於7(rc，且甚至更佳高於 80 C之脱度下進行。使用此等較高溫度可形成膠結性複合物 (亦即膠結性建構產物）’其在48小時内，更佳4〇小時内， 甚至更佳32小時内且甚至更佳24小時内具有至少約⑽% 其強度。 習知地，在上述溫度下不可能水合及/或固化，因為已 知較高溫度可能延遲鈣礬石之形成。此現象在膠結性建構 產物中隨時間產生應力，使產物膨脹直至發生破裂。因此， 先前膠結性建構產物使用較低固化溫度製造。 之特定組成物提供較 裂作用。 然而，在本發明中，如上文所述 高孔隙率，此控制鈣礬石形成時的破

49 S 201132478 此外，已知在水存在下出現二次鈣礬石。本發明方法 之一額外優勢為製備之產物具有較少濕氣，進一步預防隨 時間形成鈣礬石。特定言之，本發明方法中所使用之固化 溫度使產物具有少於約1 0%水。 使用較南固化溫度之另一優勢在於，已發現常用之緩 凝劑（諸如曱基纖維素（methocel)及其類似物）及如上文 所述之流變改質劑在高於約70»c之溫度下自溶液沈澱出 來，允許擠出物中之水硬水泥的較快水合、成型及固化速 率。此提供在較短時段内具有其多數強度之膠結性複合物。 此外’已發現較高固化溫度產生如下文所述之具有較 低谷積岔度及較向撓曲強度之建構產物。特定言之，撓曲 強度可增加至少約50%，提供更牢固、更耐用之產物。 在一個具體實例中，正在固化或固化之膠結性組成物 可被進一步加工或修整。該加工可包括將膠結性組成物鋸 切、打磨、切割、鑽孔及/或成型為所要形狀，其中組成物 支持該成型。因此’當鋸切膠結性建構產物時，纖維及流 變改質劑可在不使材料之切割表面或内部態樣破裂或碎裂 的情形下形成直切割線。此使膠結性建構產物能夠成為木 材代用物’因為用戶可購買2吋χ4吋條片形狀之產物且以 標準器械切割成所要形狀及長度。 在一個具體實例中，形態穩定之生坯擠出物可經修改 產物外部表面之系統加工。該修改之一實例為使生链撥出 物通過壓延機或一連串親’此可賦予似木外觀。因此，膠 結性建構產物可為具有木材之審美外觀及紋理的木材代用 50 201132478 物。或者，可向膠結性建構產物之表面施加或向膠結性建 構產物中分散特定著色劑、染料及/或顏料，以便實現各種 類型之木材的顏色。 生坯擠出建構產物亦可於生坯狀態再成型，產生例如 彎曲板或具有所要半徑之其他建構產物。此為顯著優於傳 統型木材產物之一個優勢，傳統型木材產物難以彎曲及/或 必需研磨以具有彎曲特徵。在一個具體實例中，膠結性建 構產物可以暴露表面之纖維的方式打磨及/或磨光::於纖 維於產物中之高百分比，表面處可暴露大糞纖維。此可提 供有趣且具有創造性之紋路，此可提高產物之審美品質。 舉例而έ，膠結性建構產物可經打磨及磨光，使其具有似 麂皮或似織物外觀及紋理。 建構產物 本發明提供製造實際上具有任何所要尺寸及形狀的膠 結性建構產物之能力，不管以所要形狀擠壓或隨後切割、 研磨或形成所要尺寸及形狀。實例包括裝飾板、2吋χ4吋 條片、其他尺寸之木料、嵌板'仿造膠合板、仿造纖維板、 門木屋頂瓦片、模製物、桌面、桌腿、窗框、門框、屋 頂瓦片、牆板、踢板、樑、工字樑、地板攔柵及其類似物。 因此’膠結性建構產物可承重（例如2吋χ4吋條片）或不 承重（例如裝飾板）。因此，膠結性建構產物可用作用於幾 乎任何建構應用之木材代用物。 固化膠結性複合物可經組態以具有各種性質，以便用 作木料代用物。可用作木料代用物之固化膠結性複合物之

S 51 201132478 :.η ：能夠藉由錘擊或敲擊接收釘 夠與另—物品連接時，能夠保持或固持釘子；能 。子或機械車螺紋裝置接收螺釘；尤其當與另一物 。°連接時’能夠保持或固持螺釘；重量與木料產物類似， 但：能略重；足夠牢固，墜下時不會破裂；足夠堅硬，在 中4 口持或支料，末端不會顯著偏轉或破裂；及/或能夠 以手鋸或其他經組態以切割木材之鋸子鋸切或切割。 在個具體實例中，生坯擠出物或膠結性複合物可如 上文所述製備成建構產物。因此，包括孔隙或孔形成之固 化複〇物之比重可大於約0 4或在約〇 4至約〇 85範圍内， 更佳，·勺0.5至約〇 75範圍内，且最佳約〇 6至約〇 75範圍 内。 固化複合物之一個具體實例的特徵可為具有大於約 1500 psi更佳大於約1750 psi，更佳大於約2,〇〇〇 psi，甚 至更佳大於約3,000 psi，且甚至更佳大於約4 〇〇〇 psi之撓 曲強度。舉例而言’在一個具體實例中，固化複合物可具 有約1 500 psi至約5000 psi之撓曲強度。 如上文所述’較高溫度固化加工可允許具有較高撓曲 剛度之固化膠結性複合物。舉例而言，在一個具體實例中， 固化複合物可具有約160,000 psi至約850,000 psi，較佳約 200,000 psi 至約 800,000 psi’ 更佳約 3,000 psi 至約 700,000 psi，且最佳約400,000 psi至約600,000 psi之撓曲剛度。 此外，在一個具體實例中，固化複合物可具有約200,000 psi 至約 5,000,000 psi，更佳約 300,000 psi 至約 3,000,000 52 201132478 PS1 ’且最佳約，_ PS1至約2胸咖_之撓曲模數。 在一個具體實例中，固化複合物可具有約5lbf_in至約 50 ibf-m，車交佳肖 10 lbf_m 至、約 3〇 lbf m，更佳約 i2 ibf in 至約25 ibf-in，且最佳約i 5财七至約2〇加七之彈性能 吸收。 此外Hi·生建構產物可不同於先前混凝土建構產 物。圖5A展示將緊固桿64 (例如釘子或螺釘）插入（例如 錘擊、驅動或擊打力）先前混凝土建構產物中之表面^ 中時可能產生之問題的示意圖，其中緊固桿“在插入期間 形成孔66。類似於在車道至地基範圍之多種應用中使用之 普通混凝土，當混凝土 60中插入緊固桿6"，表面以之 結構被破壞。如所展示，混凝土 6G及/或表面㈣向於由 於孔66周圍之碎裂形成裂紋68及斷片7〇。 因為孔6 6周圍之混凝土 6 〇被破壞，所以孔6 6之表面 可能看似具有因實質裂紋、斷片及/或碎裂形成之不規則及 裂形狀ife夕卜，以錘子重複撞擊釘子Μ之頭部將釘子緊 固桿64插入混凝土中所需之力通常使釘子64破壞或彎 曲’使其基本上無用。此外’當緊固桿“為螺釘時，擰緊 :用可能在表面產生佈滿裂紋及碎裂之孔66。因此，先前 混凝土建構產物6G就能夠接收緊固桿64而言並非適合木 :代用物，且因為在該插入期間破裂及碎裂，所以類似於 普通混凝土且表現類似於普通混凝土。 現參看圖5B，其展示根據本發明料木材代用物之膠 結性建構產物80之示意圖。因此，將緊固桿84 (例如釘子

S 53 201132478 或螺釘）插入膠結性建構產物 圓5A之普通混凝土表面82的結果相較於 入表面82中時，由緊 #疋§之’當緊固桿84插 f _ -口梓84形成之所得孔％ 貝上為圓形。儘管可能存 ㈣狀了月 當ΨϊΒ 百在向木材進行該等插入時诵 ㊉出現之微小碎裂或破裂，但播入時通 果要圓得吝日古如 較於普通混凝土之結 ^ ^破知°因為膠結性建構產物8〇被 為木材代用物，所以釘子腎 饭 '且惑 〜，一=:::由重複撞擊釘子頭 在任何情況下，本文所述之膠 材代用物，且甚至可使緊固桿插入其中。因而物：：作木 …螺拼接組件或用於典型適於 丁子或螺釘之其他應用。 圖6AUB展示當緊固桿94(例如釘子或 :入先：或普通混凝土建構產物92中時出現之常見結果的 H圖90。當將緊固桿94插入混凝土 92之表面％中 齒狀：入？之孔95如圖…中所示破裂且呈鑛 ，在圖6A中，示意圖90展示對普通混凝土 92 所得破壞之縱向剖視圖，且在圖6B中，示意圖％展示 所得破損孔95之中層橫截面圖。 ’、 96破裂或形成斷片 100有類似破損。更 1〇〇佈滿裂紋1〇2、 即使有可能將緊固桿 衝擊或爆炸裝藥來代 如圖所示，緊固桿94不僅使表面 98 ’而且整個長度之孔95的内部表面 特定言之’插入緊固桿94使内部表面 破裂混凝土 1 〇4及碎裂混凝土 106。 94插入混凝土中，但其通常需要某種 54 201132478 替錘擊或擰緊，因為普通錘擊通常導 曰 曰植堅合姑—•子緊固桿94彎曲 且擰緊會顯者破壞内部表面1〇〇。 此外，插入至普通混凝土 92中 ,4. , L 家固杯94通常盔需 :用=文所述之工具或装置即可自其容易地拔出：簡： *糸因為内部表面_之破損降低對緊固桿％施加之 使其固持於適當位置所裳 置所需的壓縮力。因而，普通混凝土 92 具有小或低拔出阻力， ㈣阻力’且釘子或螺釘94可容易地自其拔 出。此不允許普通混凝土 92用作木材 〜用忭不柯代用物，且兩個該等 塊不能適當釘在一起而不會容易地拉開。 此外’圖7A及圖7B展示將緊固桿112插入本發明之 纖维增強膠結性建構產物114中之常見結果的示意圖㈣。 與圖6A及圖6B中之千立国淑_ ^ κ 甲之不思圖對比，當將緊固桿丨12插入本 發明建構產物114之表s 115時’由該插入形成之孔"6 未有破損或實質上的破裂，圖5B中亦顯示如此。因此圖 7A展不所得孔116之縱向剖視圖，且_ 7B展示所得孔^ 之中層橫戴面圖。 如圖所示，緊固桿丨丨2不會對整個長度之孔u 6的表面 115或内部表面118產生任何實質的破壞❶更特定言之，插 入緊固柃112可使内部表面！丨8處之纖維i 2〇暴露或變形， 或被緊固柃112擠到旁邊。如所描述，此等纖維丨2〇變形且 擠到旁邊以允許緊固桿丨丨2通過，但因而在插入後對緊固桿 112施加夾持力。此外’可向建構產物提供流變改質劑以便 在插入釘子時變形且接著在插入後向釘子施加夾持力。 此外’由釘子緊固桿112形成之孔116未破壞，且可對

S 55 201132478 釘子提供m縮力以抵抗其拔出。此係因為釘子η ^期間由於纖維及其他材料在孔116形·間變形而不會 貝孔116之壁。此外，當緊固桿Η2為螺釘時’孔116 之壁可具有與螺釘上之齒及槽互鎖之隆起及槽。此外，螺 L1:二之槽内之大量複合材料可附著於壁以有助於提供增 拔出阻力。因此，孔116之壁可被充分I缩，以至於需 要槓桿、起子或其他拔线置幫助來移㈣子或螺釘。 膠結性建構產物可用作適於將多個建構產物㈣、摔 2栓接在應料木材代用m為（但不限於） 提之高重量百分比及/或體積百分比之纖維的組合 =二釘子、螺釘及/或螺拴的有利相互作用。此係、因為大 : 模擬木材之性質。更特定言之，各個別纖維當首 以丁子或螺釘之作用時會變形，接著壓向訂子或螺釘 物/ ㈣力。此允許釘子或螺釘插人膠結性建構產 勿内而不會引起實質的碎裂或破裂。 &此外，使用高濃度之流變改質劑亦可有助於提供此功 二與纖维-樣’流變改質劑向膠結性建構產物提供至少 變==變形而無實質破裂或碎裂之特徵。部分而言，流 質劑可賦予在施加應力之部位（諸如在插入釘子或螺 早的點）周圍將材料固持在—起的似塑膠特徵。因而，針 =釘能夠插入至膠結性建構產物中，且流變改質劑允 要變形而無實質碎裂或破裂。 舉例而言’高濃度之纖維或其他填充材料可賦予膠結 構產物顯著的拔出阻力。嵌入膠結性複合物+丄时之 56 201132478 10 . ( 〇如特徵為9號（gauge)或直徑為〇128吋且長 )的拔出阻力可在約30 lbf/in至約1〇5 lbf/in範 園内，更佳在約40 Κίν· ^ bf/in至約95 lbf/in範圍内，且最佳在 約 50 lbf/in 至约_ ' 5 Ibf/ln範圍内。較為多孔的膠結性複合 物之拔出阻力可名的 在、·，勺25 lbf/in至約90 lbf/in範圍内，更佳 在約3〇 lbf/ln至約70 lbf/in範圍内’且最佳在約40 lbf/in 至約60 lbf/in範圍内。較硬勝結性複合物之拔出阻力可在 約151bf/111至約601bf/in範圍内，更佳在約181bf/in至約 5〇 lbf/m範圍内’且最佳約20 lbf/in至約50 lb.範圍内。 然而’應瞭解可藉由改變纖維之量、隙率、填充物、釘 子類型及其類似因素來改變產物在既定密度下之拔出阻 力。 類似地，嵌入膠結性複合物中丨吋之螺釘的拔出阻力 可在約200 lbf/in至約looo lbf/in範圍内，更佳在約 lbf/m至約950 lbf/m範圍内，且最佳在約4〇〇 lbf/in至約 900 lbf/in範圍内。然而，應瞭解可藉由改變纖維之量、孔 隙率、填充物、釘子類型及其類似因素來改變產物在既定 密度下之拔出阻力》 此外，膠結性複合物主要包含保持於潮濕環境中時相 較於木材較不容易腐爛的無機材料。儘管有機纖維可#傾 向於在特定條件下降解’但水硬水泥一般之高驗性將抑制 在潮濕環境中腐敗及腐爛。 本發明具體實例之實施例 實施例1 57 201132478 根據本發明製備具有不同組分濃度之各種可擠壓組成 物。根據上文及併入本文中之參考文獻所述的標準混合程 序混合該等組成物之組分^如表1中所述調配可擠壓組成 物。 表1 组分 组成物1 組成物2 組成物3 材料（濕）（Kg) 44.80 45.16 48.30 水（Kg) 20.00 20.00 2350 水泥（Kg) 16.00 16.00 16.00 PVA 纖維（8 mm) 0.60 0.60 0.60 硬木纖維 7.00 7.00 0.00 報紙 Γ 〇.〇〇 0.00 7.00 甲基纖維素（240HPMC) 1.20 1.20 1.20 __Expancel_ -_ 0.36 _ 0.00 在混合後，組成物經由具有約丨吋X約4吋之矩形開口 的模頭擠壓。對三種組成物各使用三個樣品來製備形狀為i 吋X4吋條片之複合建構產物。使樣品產物在環境條件下在 塑膠中固化約7天。接著移除塑膠，且將樣品置於蒸汽室 中8天。接著將樣品置於供箱中持續7天，直至其達到重 量平衡。樣品最終藉由量測密度及測試撓曲強度、撓曲模 數及其被釘牢及固持螺釘之能力來特性化。可❹用於處 置類似尺寸之木材產物的習知工具將釘子及螺針引入樣。 中 '结果（各組成物之樣品的平均值）顯示於表2中。 58 201132478 表2 組成物1 組成物2 組成物3 測試時的密度（g/cc) 0.89 0.46 0.86 撓曲強度（psi) 2,501.81 469.57 2,421.21 撓曲模數（psi) 576,842.00 94,862.50 521,910.00 釘子固持力（lbfin) 315.42 35.42 243.61 螺釘固持力（lbf/in) 348.42 86.12 376.57 如表2中所示，藉由向組成物2之可擠壓組成物中添 加Expancel (微球填充物），其容積密度相較於組成物1及 3有顯著降低，然而，撓曲強度亦降低。此外，如藉由比較 組成物1與3所示，藉由將硬木換為新聞用紙，容積密度 略有降低，然而，其他性質皆不受影響。此允許製造具有 高強度及較低密度之組成物，同時對環境較安全。 實施例2 根據本發明製備具有不同曱基纖維素與水泥之比率的 各種可擠壓組成物。根據上文及併入本文中之參考文獻所 述的標準混合程序混合所有組成物。如表3中所述調配可 擠壓組成物。 表3 組分 組成物4 組成物5 組成物6 組成物7 材料（濕）（Kg) 48.30 44.80 45.40 56.40 水（Kg) 23.50 20.00 21.00 24.00 水泥（Kg) 16.00 16.00 16.00 24.00 PVA 纖維（8mm) 0.60 0.60 0.60 0.60 HW 0.00 7.00 7.00 7.00 報紙 7.00 0.00 0.00 0.00 曱基纖維素（240HPMC) 1.20 1.20 0.80 0.80 SW=軟木且HW=硬木

S 59 201132478 在混合後，組成物經由具有約丨叶x約4吋之矩形開口 的核頭擠壓。對各組成物使用8個樣品來製備形狀為1对X4 寸產物之複5建構產物。使樣品產物在環境條件下在塑膠 中固化約7 A 〇接著移除塑膠’絲樣品置於蒸汽室中8 天。接著將樣品置於烘箱中持，續7天，直至其達到重量平 衡。此外，在每種組成物的8個樣品中，3個樣品未經塗覆 以供進行錢曲強度及釘子/螺釘固持測試，i _樣品未經 塗覆以供進行濕撓曲強度、釘子/螺釘固㈣試及吸水率測 試，2個樣品塗覆Pr〇tect〇sil@ BFm pius ( 4刷塗料）（購 自Evonik Degussa公司，Parsippany，NJ )以供進行濕撓曲強 度 '釘子/螺釘固持及吸水率測試，且2個樣品塗覆又…以化 XL ( 2 刷塗料）（購自 Shield Master，pr〇v〇, υτ )以供進行 濕撓曲強度、釘子/螺釘固持及吸水率測試。 樣品最終藉由量測密度及測試乾撓曲強度及濕撓曲強 度、撓曲模數及其被釘牢及固持螺釘之能力來特性化。藉 由將樣品浸入水令持續約48小時來測試濕撓曲強度。可‘ 用用於處置類m寸之木材產物的習知工具將釘子及螺釘 引入樣品中。結果（各組成物之樣品的平均值）顯示於表4 及表5中。 201132478 表4 組成物4 組成物5 組成物6 組成物7 測試時之密度（g/cc) 0.87 0.95 0.91 1.01 乾撓曲強度（psi) 2,754.11 2,538.00 2,063.13 2,303.86 挽曲模數（psi) 560,308.00 617,844.00 543,103.00 651,748.00 釘子固持力（lbi/in) 253.53 295.98 269.03 376.79 螺釘固持力（lbf/in) 415.03 427.51 345.81 463.89 表5 組成物 濕撓曲強度（psi) 吸水率（％) 組成物4 未經塗覆之樣品 1165 24.42 以BHNPlus塗覆 1589 10.6 以Xylexin XL塗覆 2668 6.96 組成物5 未經塗覆之樣品 992 以BHNPlus塗覆 1359 以Xylexin XL塗覆 2260 組成物6 未經塗覆之樣品 871 以BHNPlus塗覆 1136 以Xylexin XL塗覆 1252 組成物7 未經塗覆之樣品 1149 以BHNPlus塗覆 1440 以Xylexin XL塗覆 2037 如表4中所示，水泥與曱基纖維素之比率不會影響固 化膠結性產物之撓曲強度。然而，水泥與曱基纖維素之比 率會影響釘子固持。特定言之，具有最大的水泥與甲基纖 維素之比率（43 :1 )之組成物7相較於其他組成物具有顯著 較高的釘子固持能力。 此外，如表5中所示，未經塗覆之樣品在浸入水中後 損失大量強度。然而，經塗覆樣品不吸收同樣多的水，且 因此較好地保持其強度，塗覆Xylexin XL之樣品比塗覆 BHN Plus之樣品更好地保持強度。 61 201132478 實施例3 製備兩種膠結性組成物且加工成膠結性建構產物，且 測試該建構產物以測定物理性質。 .簡言之，藉由混合及擠壓如表3所示之組成物7來製 備兩種膠結性建構產物（16,長1吋χ4吋板）。一個板被製 造為在擠出組成物β包括銷/桿，且帛二板被製造為不具有 銷。產物覆蓋於塑膠中且儲存於室溫下持續約28天以凝 固。接著將凝固擠出物置於塑膠中再持續7天，移除塑膠 且接著將板蒸汽固化持續約5天。接著將固化之板置於乾 室中持續約3 A，且加以刨削及切割以進行撓曲強度及螺 釘丁子固持測試。特定言之，自各板之末端切下6"節段用 於密度及濕氣含量測試。測試顯示板各自具㈣G 99 g/cc 之容積密度及約2700 psi之撓曲強度。平均螺釘拔拉力為 約450 lbf/in且平均釘子拔拉力為35〇 lbf/in。 接著測試其餘4反（約15.5·)纟長度上之偏轉度直至嚴 重相壞。特定言之，若10，可置於桌子邊緣且仍支撐其自身 重$，則認為板通過測試。包括銷之板能夠延伸出桌子丨3,， 且在達到地面時具有約54”之偏轉度。不具有銷之板在延伸 出桌子約12,時斷裂一次，且具有約34,，之偏轉度。 實施例4 在此實施例中，再使用相同組成物7製備實施例3之 兩個板’但組成物中不包括PVA纖維。再次如實施例3中 所述測試板之密度及濕氣含量，以及測試在長度上之偏轉 度直至嚴重損壞。 62 201132478 測試顯示纖維不影響膠結性複合產物之換曲強度以及 累釘及釘子固#。特定言之，兩個板（-個包括銷且一個 肖）之（平均）結果顯示撓曲強度降至約2 1 pd， 且平均螺釘固持力為約395 _η，且平均釘子固持力為約 285 lbf/ln。板另外在 # μ 約2i 7/8”的平均偏轉度。 有 —本發明可在不㈣其精神或基本特徵之情形下以其他 特定形式來實施。所述之具體實例在所有方面均應認為僅 :說明，的而非具有限制性。本發明之範疇因此由隨附申 =專利範圍而非前述說日m屬於中請專利範圍等效性 έ義及範圍内之所有變化均應涵蓋於本發明範，内。 【圖式簡單說明】 圖1Α為說明用於製造膠結性建構產物之擠壓方法之一 個具體實例的示意圖； 圖為說明用於製造膠結性建構產物之擠壓模頭之一 個具體實例的示意圖，纟中該膠結性建構產物具有貫穿其 中延伸之連續孔； 圖ic為說明經擠出之膠結性建構產物的截面區域之具 體貫例的透視圖； 圖2為說明用於製造膠結性建構產物之輥擠壓方法之 個具體實例的示意圖； 圖3A至3D為說明共擠壓膠結性建構產物與結構增強 元件之具體實例的透視圖；

S 63 201132478 圖4為說明用於結構上增強膠結性建構產物之方法之 一個具體實例的示意圖； 圖5A為說明先前技術之混凝土及插人其中之釘子的透 視圖； 圖5B為說明膠結性建構產物及插人其中之釘子的一個 具體實例之透視圖； 圖6A為圖4之縱向剖視圖； 圖6B為圖6A之中層橫截面圖； 圖7A為圖5之縱向剖視圖； 圖7B為圖7A之中層橫截面圖； 圖8為木材、膠結性建構產物之一個具體實例及鋼筋 增強膠結性建 ；}：盖逢物夕 . 逐構座物之一個具體實例之撓曲強度的圖； 圖9為膠結性建構產物之一個具體實例之拉伸強度的 圖；及 圖1 〇為木材及膠結性建構產物之一個具體實例在壓縮 力下之位移的圖。 【主要元件符號說明】 64

Claims (1)

1. 201132478 七、申請專利範圍： 1. 一種膠結性複合產物，其係用作木料代用物，該產物 包含： 固化膠結性組成物，其包含水硬水泥、流變改質劑及 纖維，該等纖維實質上均勻地分佈於整個該固化膠結性組 成物中，且以該固化膠結性組成物之乾體積計其含量大於 約10%，該固化膠結性組成物特徵在於撓曲強度為至少約 1500 psi且密度小於約1 3 g/cm3。 2. 如申請專利範圍第1項之膠結性複合產物，其進一步 包含至少一個選自由鋼筋、金屬絲、網孔及織物組成之群 且至少部分由該膠結性組成物封裝之增強部件。 3 .如申請專利範圍第2項之膠結性複合產物，其中該增 強部件藉由黏結劑黏結於該膠結性組成物。 4 _如中請專利範圍第1項之膠結性複合產物，其中該等 纖維以該膠結性組成物之乾體積計含量大於約15%。 5 ·如申請專利範圍第1項之膠結性複合產物，其中該等 纖維以該膠結性組成物之乾體積計含量大於約2〇%。 6. 如申請專利範圍第1項之膠結性複合產物，其為作為 木料建構產物之代用物的建構產物。 7. 如申請專利範圍第1項之膠結性複合產物，其中該固 化膠結性組成物之撓曲強度為至少約2〇〇〇 psi。 8. 如申§青專利範圍第1項之滕結性複合產物，其中該固 化膠結性組成物之撓曲強度為至少約3〇〇〇 psi。 9. 如申請專利範圍第1項之膠結性複合產物，其中該固 S 65 4 201132478 化膠結性組成物之挽曲強度為至少約4 〇 〇 〇 p § i。 10. 如申請專利範圍第1項之膠結性複合產物，其中該 產物之挽曲強度與抗壓強度之比率為大於1:1。 11. 如申請專利範圍第1項之膠結性複合產物，其中該 膠結性組成物可使用標準木鋸鋸切。 12. 如申請專利範圍第6項之膠結性複合產物，其中該 建構產物為選自由以下組成之群的形狀：桿、棒、管、圓 柱、板、工字樑 '公用桿（utility p〇le)、裝飾板、2吋χ4 忖條片（tw〇-by-f〇Ur )、結構板、1吋χ8吋條片 (one-by-eight )、板片、平板 '屋頂瓦片及内部中空之板。 13 ·如申請專利範圍第6項之膠結性複合產物，其中該 建構產物能夠藉由以手錘錘擊於其中而無明顯彎曲地接收 1 0 d釘子。 14_如申請專利範圍第6項之膠結性複合產物，其中該 建構產物對1〇d釘子具有至少約5〇lbf/in的釘子拔出阻力。 15·如申請專利範圍第6項之膠結性複合產物，其中該 建構產物具有至少約500 1bf/in的螺釘拔出阻力。 16·如申請專利範圍第i項之膠結性複合產物，其特徵 在於以下至少一項： 該等纖維係選自由以下組成之群：大麻纖維、棉纖维、 植物葉或莖纖維、硬木纖維、軟木纖維、玻璃纖維、石墨 ，維、二氧化石夕纖維、陶究纖維、金屬纖維、聚合物纖維、 聚丙烯纖維、碳纖維及其組合； 該水硬水泥係選自由以下組成之群：波特蘭水泥、M D F 66 201132478 水泥、DSP水思、Densit型水泥、型水泥、銘酸 鈣水泥、熟石膏.、矽酸鹽水泥、石膏水泥、磷酸鹽水泥、 高銘水泥、超細水泥、㈣水泥、氧氯化鎂水泥及其組合； 該流變改質劑係選自由以下組成之群：多醣、蛋白質、 纖維素、澱粉、曱基羥乙基纖維素、㈣基乙基纖維素、 缓甲基纖維素、？基纖維素、乙基纖維素、㈣基纖維素、 經丙基纖料、支鏈澱粉、直鏈殺粉、乳料脂凝膠 (seagel)、乙酸澱粉、羥基醚澱粉、離子性澱粉、長鏈烷 黏土及 ΚΟΗ、 HC1之 基澱粉、糊精、胺澱粉、磷酸酯澱粉、二醛澱粉 其組合； 包括選自由以下組成之群的促凝劑：K(：〇3 NaOH CaCl2、c〇2、氯化鎮、三乙醇胺、紹酸鹽____ 無機鹽、hno3之無機鹽、H2S〇4之無機鹽及其組合；或 包括選自由以下組成之群的填充材料：砂、白雲石、 礫石、岩S、玄武岩、花岗岩、砂石、玻璃珠、氣凝膠、 乾，膠、乳膠瓊脂凝膠、雲母、黏土、合成黏土、氧化銘、 二氧化石夕、飛灰、矽灰、管狀氧古 孔G鲇冋嶺土、玻璃微球、 ;无'、石膏—水合物、碳酸鈣、鋁酸鈣及其組合。 17.一種製造膠結性複合產物之方法，該產物之性質適 於用作木料之代用物，該方法包含： 將水、纖維及流變改質劑八 八铷甘士 —姑 、W此口在起而形成纖維性混 合物，其中該等纖維實質上分散均勻； 向該纖維性混合物中添加 Μ έΒ ^ ^甘θ > 哎扒死以產生可擠壓膠結 性、，且成物，其具有塑性稠度且 栝，辰度為約濕體積％至 S 67 201132478 約10濕體積。/〇之流變改質劑及濃度大於約5渴體積％之纖 維； 將該可擠壓膠結性組成物擠壓成具有預定截面積之生 述中間擠出物，該生埋擠出物在播壓後形態穩定且能夠實 質上保持該截面積，以便允許進行處理而無斷裂； 將該生坯擠出物加熱至高於65。〇至低於99t:之溫度以 允許固化該水硬水泥。 18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中將該生坯擠出 物加熱至高於約7『c之溫度，以藉由蒸發移除該水之一部 分’且降低該擠出物之密度。、 19. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該等纖維以該 可擠壓膠結性組成物之濕體積計含量大於約7%。 20. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該等纖維以該 可擠壓膠結性組成物之濕體積計含量大於約8%。 21. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該可擠壓組成 物在加熱之刖的標稱水/水泥比率大於約〇·75，且在蒸發該 部分水之後的實際水/水泥比率小於約0.5。 22. 如申請專利範圍第17項之方法，其進一步包含環繞 至少一個選自由鋼筋、金屬絲、網孔及織物組成之群的增 強部件擠壓該可擠壓膠結性組成物，以便將該增強部件至 少部分封裝於該生坯擠出物内。 23. 如申請專利範圍第22項之方法，其進一步包含： 擠出具有至少一個連續孔且形態穩定之生坯擠出物； 當該膠結性複合物呈形態穩定之生坯狀態或至少部分 68 201132478 固化時向該連續孔中插人鋼筋及黏結劑； 及 使用該黏結劑將該鋼筋黏結於該連續孔之表面。 24. 如申請專利範圍第17項之方法，其進一步包含將該 膠結性複合物組態成裝飾板。 25. 如申請專利範圍帛17項之方法，其進一纟包含將該 膠結性複合物加卫成建構產物，以便成為具有選自由以下 組成之群的形狀之木料建構產物之代用物：桿、棒、管、 圓柱、板、工字襟、公用桿、裝飾板、2心4 # n M 構板、1吋χ8吋條片、板片、平板、屋頂瓦片及内部中空 之板。. 26.如申請專利議17項之方法，其進-纟包含藉由 至少一種選自由以下組成之群的方法加工該形態穩定:生 链擠出物及/或固化膠結性複合物：-曲、切割、鋸切、砂 磨、研磨、織構化、剖削、拋光、磨光、預鑽 著色。 合 •如申請專利範圍第17項之方法，其進一步包含使自 對該生_出物料行之該加項得的-部分零碎生堪擠 出物再循％，纟中該再循環包括組合該零碎生㈣出物盘 該可擠壓膠結性組成物。 〃 28·如申請專利範圍第"項之方法’其中該膠結性組成 物係經由模具開口及/或藉助於輥擠壓來擠出。 29·如申請專利範圍第17項之方法，其進—步包含模旦 壓印或衝壓模製該生坯中間擠出物。 …、 69 S 201132478 30. —種可擠壓膠結性組成物，其具有塑性稠度且包括 濃度為約0.1濕體積％至約1〇濕體積％之流變改質劑及濃度 大於約5濕體積％之纖維。 3 1.如申請專利範圍第30項之可擠壓膠結性組成物，其 包含濃度大於約7濕體積％之纖維。 32. 如申請專利範圍第3〇項之可擠壓膠結性組成物，其 包含濃度大於約8濕體積％之纖維。 33. —種膠結性複合產物，其係用作木料代用物，該產 物包含： 固化膠結性組成物，其包含水硬水泥、流變改質劑及 纖維，該等纖維貫質上均勻地分佈於整個該固化膠結性組 成物中，且以該固化膠結性組成物之乾體積計其含量大於 約10%，該固化膠結性組成物特徵在於撓曲強度為至少約 1500 p si ’且藉由包含以下之方法來製備： 將水、纖維及流變改質劑混合在一起而形成纖維性混 合物’其中該等纖維實質上分散均勻； 向該纖維性混合物中添加水硬水泥以產生可擠壓膠結 性組成物； 將該可擠壓膠結性組成物擠壓成具有預定截面積之生 坯中間擠出物，該生坯擠出物在擠壓後形態穩定且能夠實 貝上保持該截面積，以便允許進行處理而無斷裂； 將該生坯擠出物加熱至高於65t至低於991之溫度以 允許固化該水硬水泥。 34. 如申請專利範圍第33項之膠結性複合產物，其中藉 70 201132478 70 C之溫度以藉由蒸發移 物之密度來固化該水硬水 由將該生坯擠出物加熱至高於約 除該水之一部分且降低該擠出 泥。 35. 如申請專利範圍第34項之膠結性複合產物，其中該 可擠壓組成物在加熱之前的標稱水/水泥比率大於約⑺， 且在蒸發該部分水之後的實際水/水泥比率小於約05。 36. 如申請專利範圍帛33項之膠結性複合產物其中該 膠結性組成物之密度小於約i ,3 g/cm3 ^ 37. 如申請專利範圍帛33項之膠結性複合產物，其進一 步包含至少-個選自由鋼筋、金屬絲、網孔及織物組成之 群且至 >、部分由该踢結性組成物封裝之增強部件。 38. 如申請專利範圍帛37項之膠結性複合產物，其中該 增強部件藉由黏結劑黏結於該膠結性組成物。 39. 如申請專利範圍第33項之膠結性複合產物，其為作 為木料建構產物之代用物的建構產物。 4 〇.如申請專利範圍第3 3項之膠結性複合產物，其中該 固化膠結性組成物之撓曲強度為至少約2〇〇〇 psi。 41. 如申請專利範圍第33項之膠結性複合產物，其中該 固化膠結性組成物之撓曲強度為至少約3〇〇〇 psi。 42. 如申請專利範圍第33項之膠結性複合產物，其中該 固化膠結性組成物之撓曲強度為至少約4〇〇〇 psi。 43. 如申請專利範圍第33項之膠結性複合產物，其中該 可擠壓膠結性組成物包含漢度大於約5濕體積％的纖維。 44. 如申請專利範圍第3 3項之膠結性複合產物，其中該 S 71 201132478 可擠壓膠結性組成物包含濃度大於約7濕體積％的纖維。 45.如申請專利範圍第33項之膠結性複合產物，其中該 可擠壓膠結性組成物包含濃度大於約8濕體積％的纖維。 、圖式· (如次頁） 72